感熱式流量センサ
【課題】旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサを提供する。
【解決手段】表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、搭載部材における空洞部との対向部位に、搭載部材からセンサチップの方向にのびる突起部が、センサチップとは離れて形成されている。
【解決手段】表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、搭載部材における空洞部との対向部位に、搭載部材からセンサチップの方向にのびる突起部が、センサチップとは離れて形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の吸入空気流量の測定に用いられる感熱式流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、平板状基材の表面に感熱抵抗膜よりなる発熱体（流量検出部）が形成され、平板状基材における流量検出部の下部が、部分的に除去されてなる空洞部が形成されたダイアフラムを有する流量検出素子（センサチップ）と、該センサチップを装着する凹状の収納部を有し、且つ被計測流体が流通する管路に設置される支持体（搭載部材）と、を備える感熱式流量センサが提案されている。該感熱式流量センサは、搭載部材における収納部底面に、空洞部を塞ぐように隆起した突出面を有しており、該突出面によって、空洞部全域、若しくは空洞部の一部が塞がれた構成となっている。このように、特許文献１に示される感熱式流量センサは、突出面によって、空洞部への被検出流体の流入が抑制され、空洞部内で乱流（旋回渦）が発生することが抑制された感熱式流量センサとなっている。
【特許文献１】特開２００２−１３９３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に示される感熱式流量センサは、空洞部を突出面によって閉塞するために、空洞部の開口端と突出面の少なくとも一部が接触した構成となっている。すなわち、センサチップと突出面の少なくとも一部が接触した構成となっている。このように、センサチップと突出面が接触していると、突出面を介して、搭載部材からセンサチップの流量検出部に、搭載部材に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップと搭載部材との線膨張係数差に起因する熱応力が伝達され、これら応力によって流量検出精度が低下する虞がある。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、搭載部材における空洞部との対向部位に、搭載部材からセンサチップの方向にのびる突起部が、センサチップとは離れて形成されていることを特徴する。
【０００６】
このように本発明によれば、搭載部材における空洞部との対向部位に突起部が形成されているので、該対向部位に突起部が形成されていない構成と比べて、空洞部をなす壁面と搭載部材とによって形成される流路（以下、単に流路と示す）における、空洞部へ被検出流体が流入する面積（空洞部の開口面積）が低減された構成となっている。これにより、空洞部へ流入する被検出流体の流量が低減され、流路を流れる被検出流体の流れが整流され、空洞部に乱流（旋回渦）が生じることが抑制される。
【０００７】
また、突起部は、センサチップと離れて形成されている。すなわち、突起部は、センサチップと非接触で形成されている。これにより、突起部を介して、搭載部材からセンサチップに、搭載部材に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップと搭載部材との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップの流量検出部へ伝達されることが抑制される。このように、本発明に係る感熱式流量センサは、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【０００８】
請求項２に記載のように、突起部の一部が、空洞部の内部に配置された構成が好ましい。これによれば、空洞部内に旋回渦が生じうるスペースを無くし、且つ流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部内における旋回渦の発生が効果的に抑制され、旋回渦による流量検出精度の低下が効果的に抑制された感熱式流量センサとなっている。
【０００９】
請求項３に記載のように、突起部の形状は、空洞部の形状と相似である構成が好ましい。これによれば、突起部の形状が空洞部の形状と異なる構成と比べて、効率よく空洞部内に旋回渦が生じうるスペースを無くすことができる。
【００１０】
請求項４に記載のように、突起部には、被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部が形成されている構成が好ましい。これによれば、流路を流れる被検出流体の流れを溝部によって整流することができる。
【００１１】
請求項５に記載のように、搭載部材と突起部は、同一材料からなり、一体成形されてなる構成が良い。これによれば、搭載部材と突起部とが別々の部材である構成と比べて、部品点数を減らし、感熱式流量センサの製造工程を簡素化することができる。
【００１２】
請求項６に記載のように、搭載部材における空洞部との対向部位には、搭載部材の表面とその裏面とを貫通する貫通孔が形成されており、突起部は、貫通孔に挿入され、搭載部材に圧入固定されてなる構成が良い。これによれば、センサチップを搭載部材に搭載した後に、貫通孔を介して空洞部の位置を確認することができるので、空洞部と突起部の位置が所望の位置に納まるように貫通孔の形状を微調整した後に、突起部と空洞部との位置を決定することができる。したがって、突起部を搭載部材に形成した後に、センサチップを搭載部材に搭載する製造工程を経て形成される感熱式流量センサと比べて、空洞部と突起部との位置精度が向上された感熱式流量センサとなっている。
【００１３】
請求項７に記載のように、突起部は、黒色の材料によって形成されている構成が良い。ヒータが発熱すると、ヒータから熱輻射が放射され、放射された熱輻射の一部が、搭載部材によって乱反射される。すると、この乱反射によってヒータの周囲に形成された温度分布に揺らぎが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。特に、本発明に係る感熱式流量センサの場合、請求項１で示したように、搭載部材における空洞部との対向部位に突起部が形成されているので、空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部と搭載部材との距離が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて短くなっている。そのため、本発明に係る感熱式流量センサは、搭載部材によってヒータが形成された底部に反射される熱輻射の量が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて多く、熱輻射による影響を受け易い構成となっている。
【００１４】
これに対して、請求項７に記載の発明は、突起部が黒色の材料によって形成されている。黒色は、熱輻射を吸収する性質を有しているので、これにより、突起部によってヒータが形成された底部に反射される熱輻射の量を低減することができる。このように、請求項７に係る感熱式流量センサは、熱輻射による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。なお、熱輻射の反射を抑制する構成としては、例えば請求項８に記載のように、突起部の表面に、黒色の塗料が塗布された構成を採用することもできる。
【００１５】
請求項９に記載のように、空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部（以下、単に底部と示す）と対向する、突起部の対向面が、底部における突起部との対向面と平行である構成が良い。これによれば、突起部が、底部の対向面に沿う方向にずれたとしても、突起部の対向面と底部の対向面との距離を一定とすることができる。これにより、突起部が、底部の対向面に沿う方向にずれたとしても、突起部の対向面によって熱輻射を吸収する面積を確保することができる。なお、上記した底部は、請求項１に記載の、ヒータが形成された部位に相当する。
【００１６】
請求項１０に記載のように、空洞部をなす壁面の底部と対向する、突起部の対向面が、センサチップから搭載部材の方向へ凹む曲面となっている構成が良い。これによれば、突起部の対向面に放射される熱輻射の量を略均一とすることができる。したがって、熱輻射によって、突起部の対向面に形成される温度分布を一定とし、突起部によって放射される熱輻射が、ヒータの周囲に形成された温度分布に影響を及ぼし難い構成となっている。
【００１７】
請求項１１に記載のように、搭載部材は、センサチップにおける被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された上流側整流部と、センサチップにおける下流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された下流側整流部と、を有し、上流側整流部及び下流側整流部の上面が、センサチップの表面と略面一である構成が良い。
【００１８】
これによれば、上流側整流部（若しくは下流側整流部）から流量検出部までの平坦な距離を稼ぐことで、流量検出部上での被検出流体の乱れ（乱流）を低減する（換言すれば、整流する）ことができる。また、センサチップと整流部とが接触しないので、搭載部材に作用する振動などの外部応力が、整流部を介してセンサチップの流量検出部に伝達されることを抑制することができる。また、空隙を介すことで、感熱式流量センサの周辺における被検出流体と空洞部とを連通させ、空洞部内の流体の温度が、感熱式流量センサの周辺の被検出流体の温度に追従して変化することができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る感熱式流量センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、センサチップの概略構成を示す平面図である。図４（ａ）は、比較例としての突起部がない場合の断面図、図４（ｂ）は、図１のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図である。なお、図１及び図３においては、被検出流体の通常時の流れ方向を白抜き矢印で示し、図４においては、被検出流体の流れを、破線矢印で示す。また、以下においては、被検出流体の流れ方向を、単に流れ方向と示す。
【００２０】
図１及び図２に示すように、感熱式流量センサ１００は、要部として、センサチップ１０と、該センサチップ１０を搭載する搭載部材９０と、を有している。さらに、本実施形態では、センサチップ１０における流量検出部１３の入出力を制御する回路チップ３０と、該回路チップ３０と電気的に接続される外部接続用端子としてのリード５０と、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆・保護する封止樹脂７０と、を有している。
【００２１】
センサチップ１０は、単結晶シリコンからなる基板１１の表面１１ａに、被検出流体の流量を検出する流量検出部１３が形成されたものである。図２及び図３に示すように、基板１１の表面１１ａ上には、絶縁膜１２が形成されており、その絶縁膜１２上に、流量検出部１３が形成されている。流量検出部１３は、発熱素子１４と感温素子１５とを有しており、これら素子１４，１５は、白金（Ｐｔ）等の金属薄膜、若しくは多結晶ケイ素（Ｓｉ）や多結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の半導体薄膜を絶縁膜１２上に形成した後、該薄膜をパターニングすることで、流量検出部１３と第１パッド１７とを電気的に接続する配線１６とともに形成される。なお、これら素子１４，１５、及び配線１６を半導体薄膜によって形成する場合には、ＳＯＩ基板のシリコン層をパターニングすることで、素子１４，１５、及び配線１６を形成することもできる。流量検出部１３及び配線１６の表面上には、流量検出部１３を保護するための絶縁性の保護膜（図示略）が形成されており、これにより、流量検出部１３と配線１６とが、被検出流体に含まれる異物などによって傷つくことが抑制された構成となっている。なお、発熱素子１４は、特許請求の範囲に記載のヒータに相当する。
【００２２】
基板１１には、図１及び図２に示すように、基板１１の裏面から異方性エッチングをすることで、先端部が平坦とされた四角錐形状の空洞部１８と、絶縁膜１２からなるメンブレン１９と、が形成されている。発熱素子１４はメンブレン１９上に形成され、感温素子１５は、基板１１におけるメンブレン１９を除く領域に形成されており、これによって発熱素子１４と感温素子１５とが熱的に分離されている。なお、メンブレン１９は、特許請求の範囲に記載の空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部に相当する。
【００２３】
発熱素子１４は、図３に示すように、通常時における流れ方向に対して上流側に配置された発熱素子１４ａと、下流側に配置された発熱素子１４ｂとを有しており、それぞれ電流の供給量に応じて発熱する機能と、それ自身の抵抗値の変化に基づいて、自身の温度を感知する機能とを有している。したがって、上流側と下流側の各発熱素子１４ａ，１４ｂで生じる熱のうち、流体によって奪われる熱に基づき、流体の流量が検出される。また、上流側の発熱素子１４ａと下流側の発熱素子１４ｂとのそれぞれに生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量の差に基づき、流れ方向が検出される。
【００２４】
感温素子１５は、流れ方向に対して上流側に配置された感温素子１５ａと、下流側に配置された感温素子１５ｂとを有しており、それ自身の抵抗値の変化に基づいて、自身の温度を感知する機能を有している。したがって、上流側の発熱素子１４ａと上流側の感温素子１５ａとの温度差、及び、下流側の発熱素子１４ｂと下流側の感温素子１５ｂとの温度差に基づき、各発熱素子１４ａ，１４ｂに供給される電流量が制御されるようになっている。
【００２５】
回路チップ３０は、単結晶シリコンからなる基板３１に、流量検出部１３の入出力を制御する制御回路（図示略）が形成されたものである。基板３１の表面３１ａ上には、上記した制御回路と、該制御回路の配線端部と接続される第２パッド３２と、制御回路を介して第２パッド３２と電気的に接続される第３パッド３３と、が形成されている。第２パッド３２は、ＡｌやＡｕなどからなる第１ボンディングワイヤ７１を介してセンサチップ１０の第１パッド１７と電気的に接続され、第３パッド３３は、ＡｌやＡｕなどからなる第２ボンディングワイヤ７２を介してリード５０と電気的に接続されている。このように、センサチップ１０とリード５０とが回路チップ３０を介して電気的に接続され、センサチップ１０が、外部（例えば外部ＥＣＵ）と信号を授受することができる構成となっている。
【００２６】
リード５０は、回路チップ３０と電気的に接続され、外部と信号の授受を行うものである。本実施形態において、リード５０と支持部材５１は一つのリードフレームによって構成されており、後述する搭載部材９０をモールド成形した後（リード５０と支持部材５１とを、搭載部材９０によって連結した後）、リード５０と支持部材５１とを繋ぐ不要部分を切り離すことで、リード５０と支持部材５１とが互いに独立するようになっている。不要部分は、リードフレームの外周フレームに相当し、リード５０と支持部材５１を一時的に連結する機能を果たす。支持部材５１は、リードフレームのアイランドに相当し、その表面に回路チップ３０とセンサチップ１０とが配置される。
【００２７】
封止樹脂７０は、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆・保護するものである。封止樹脂７０は、搭載部材９０に連結された支持部材５１に、回路チップ３０とセンサチップ１０とを接着固定し、リード５０と回路チップ３０とを第２ボンディングワイヤ７２を介して電気的に接続し、回路チップ３０とセンサチップ１０とを第１ボンディングワイヤ７１を介して電気的に接続した後、溶融状態の樹脂を、後述するベース側壁部９６によって囲まれた領域内に塗布し、該樹脂を冷却固化することで形成される。なお、図示しないが、センサチップ１０（基板１１）の表面１１ａにおける第１パッド１７と流量検出部１３との間には、上記した溶融状態の樹脂が流量検出部１３に流入することを防ぐダム材が設けられており、該ダム材によって、流量検出部１３が、樹脂によって被覆されないようになっている。
【００２８】
搭載部材９０は、センサチップ１０を搭載するものである。本実施形態に係る搭載部材９０は、リード５０と支持部材５１とを連結し、支持部材５１を介して、センサチップ１０と回路チップ３０を搭載する構成となっている。搭載部材９０は、図１及び図２に示すように、リード５０と支持部材５１とを連結する底部９１と、センサチップ１０と回路チップ３０の周囲を取り囲むように、底部９１の周縁部に設けられた壁部９２と、底部９１における空洞部１８との対向部位に形成された突起部９３と、を有する。これら底部９１、壁部９２、突起部９３は、同一材料からなり、モールド成形によって一体成形される。
【００２９】
底部９１は、リード５０の一部と回路チップ３０とが配置される平面略矩形状のベース部９４と、センサチップ１０が配置される平面略矩形状の舌部９５と、を有している。ベース部９４は、リード５０と支持部材５１とを連結する機能を果たし、舌部９５は、感熱式流量センサ１００の裏面側を流れる被検出流体が空洞部１８に流入することを抑制する機能を果たす。なお、図２に示すように、センサチップ１０は、センサチップ１０における第１パッド１７の形成領域の裏面に設けられた接着剤を介して舌部９５に固定されており、接着剤の高さの分、センサチップ１０と舌部９５との間に空隙が形成された構成となっている。
【００３０】
壁部９２は、底部９１の上面９１ａにおけるベース部９４の周縁部に設けられた平面略Ｃ字状のベース側壁部９６と、上面９１ａにおける舌部９５の周縁部に設けられた平面略コの字状の舌側壁部９７と、を有し、ベース側壁部９６の端部外面と、舌側壁部９７の端部とが連結された構成となっている。壁部９２の上面９２ａにおける舌側壁部９７の上面は、センサチップ１０の表面１１ａと略面一となるように設計されており、流れ方向において、舌側壁部９７におけるセンサチップ１０と対向する端部とは反対の端部から流量検出部１３までの平坦な部分の距離を稼ぐことで、流量検出部１３上での乱流が低減される（換言すれば、整流される）ようになっている。また、センサチップ１０の側面と舌側壁部９７の内壁面との間には所定の隙間（クリアランス）が形成され、該クリアランスと、センサチップ１０と舌部９５との間の空隙とが連通されるようになっている。これにより、感熱式流量センサ１００の周辺における被検出流体と空洞部１８とが連通され、空洞部１８内の被検出流体の温度が、感熱式流量センサ１００の周辺の被検出流体の温度に追従して変化することができるようになっている。さらに、ベース側壁部９６は、底部９１の上面９１ａからの高さが回路チップ３０よりも高く設定され、これにより、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆する封止樹脂７０を充填するための高さが確保された構成となっている。なお、上記した舌側壁部９７における、センサチップ１０に対して上流側に配置される部位が、特許請求の範囲に記載の上流側整流部に相当し、センサチップ１０に対して下流側に配置される部位が、特許請求の範囲に記載の下流側整流部に相当する。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴点である突起部９３とその作用効果を説明する。図２に示すように、搭載部材９０の底部９１における空洞部１８との対向部位に、底部９１からセンサチップ１０の方向にのびる突起部９３が、センサチップ１０と離反して形成されている。本実施形態に係る突起部９３は、空洞部１８の形状と相似の形状を有し、先端部が平坦とされた四角錐形状となっている。また、突起部９３の一部が、空洞部１８の内部に配置されている。これにより、突起部９３によって、空洞部１８をなす壁面と搭載部材９０（底部９１）とによって形成される流路（以下、単に流路と示す）における、空洞部１８へ被検出流体が流入する面積（空洞部１８の開口面積であり、以下、単に流入面積と示す）を低減し、空洞部１８内で被検出流体が旋回するスペースを無くすことができる。
【００３２】
図４に示すように、被検出流体は、センサチップ１０と壁部９２（舌側壁部９７）との間のクリアランスを介して、センサチップ１０と底部９１（舌部９５）との間の空隙に流れ込む。そして、図４（ａ）に示すように、突起部９３が底部９１における空洞部１８との対向部位に設けられていない場合、流路の流入面積が十分に確保され、空洞部１８のスペースが十分に確保されているので、被検出流体が空洞部１８内に流入し、空洞部１８内で旋回渦が生じる虞がある。空洞部１８内で旋回渦が生じると、メンブレン１９上の温度分布にばらつきが生じ、これによってメンブレン１９に形成された発熱素子１４の抵抗値にばらつきが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。
【００３３】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、突起部９３が底部９１における空洞部１８との対向部位に設けられている場合、流路の流入面積が低減されているので、空洞部１８に流入する被検出流体の流量を低減し、流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることを抑制することができる。また、本実施形態では、突起部９３の一部が空洞部１８内に配置され、空洞部１８のスペースが低減されている。したがって、被検出流体を流路に沿って流すことで、被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることをより効果的に抑制することができる。以上により、感熱式流量センサ１００は、旋回渦による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【００３４】
また、突起部９３は、センサチップ１０と離反して、搭載部材９０の底部９１に形成された構成となっている。すなわち、突起部９３とセンサチップ１０とが非接触の構成となっている。これにより、突起部９３を介して、搭載部材９０からセンサチップ１０に、搭載部材９０に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップ１０と搭載部材９０との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップ１０の流量検出部１３へ伝達されることが抑制され、これら応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサ１００ともなっている。このように、本実施形態の感熱式流量センサ１００は、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【００３５】
本実施形態では、突起部９３の形状が、空洞部１８の形状と同一となっている。これによれば、突起部９３の形状が空洞部１８の形状と異なる構成と比べて、効率よく空洞部１８のスペースを無くすことができる。
【００３６】
本実施形態では、搭載部材９０を構成する底部９１、壁部９２、及び突起部９３が、モールド成形によって一体成形されている。これにより、搭載部材９０と突起部９３とが別々の部材である構成と比べて、部品点数を低減し、感熱式流量センサの製造工程を簡素化することができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
本実施形態では、突起部９３の一部が、空洞部１８内に配置される例を示した。しかしながら、例えば、図５に示すように、突起部９３が空洞部１８内に配置されず、突起部９３がセンサチップ１０と離反した構成を採用することもできる。この構成においても、流路の流入面積が低減された構成となっているので、空洞部１８に流入する被検出流体の流量を低減し、流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることを抑制し、流量検出精度の低下を抑制することができる。また、突起部９３とセンサチップ１０とが離反する構成となっているので、突起部９３を介して、搭載部材９０からセンサチップ１０に、搭載部材９０に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップ１０と搭載部材９０との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップ１０の流量検出部１３へ伝達されることを抑制することができる。図５は、突起部の変形例を説明するための断面図であり、破線矢印は、被検出流体の流れを示す。
【００３９】
本実施形態では、搭載部材９０を構成する底部９１、壁部９２、及び突起部９３が、モールド成形によって一体成形される例を示した。しかしながら、突起部９３の形成方法は、上記例に限定されず、例えば、底部９１の上面９１ａにおける空洞部１８との対向部位に、突起部材を接着固定することで突起部９３を形成しても良い。若しくは、例えば、図６に示すように、底部９１における空洞部１８との対向部位に貫通孔９８を設けておき、センサチップ１０を搭載部材９０に接着固定した後で、貫通孔９８に、底部９１の上面９１ａの裏面側から、突起部材を挿入し、圧入固定することで、突起部９３を形成しても良い。このように、搭載部材９０と突起部９３とを別々の部材によって形成する場合、突起部９３の形成材料を、適宜選択することができる。また、上記したように、突起部材を搭載部材９０の貫通孔９８に挿入し、圧入固定することで突起部９３を形成する場合、センサチップ１０を搭載部材９０に接着固定した後に、貫通孔９８を介して空洞部１８の位置を確認することができる。したがって、空洞部１８と突起部９３の位置が所望の位置に納まるように貫通孔９８の形状を微調整した後に、突起部９３と空洞部１８との位置を決定することができる。これにより、突起部を搭載部材に形成した後に、センサチップを搭載部材に搭載する製造工程を経て形成される感熱式流量センサと比べて、空洞部１８と突起部９３との位置精度を向上することができる。図６は、搭載部材の変形性を説明するための断面図である。
【００４０】
本実施形態では、突起部９３が、空洞部１８の形状と相似の形状を有する例を示した。しかしながら、突起部９３の形状は、空洞部１８の形状と異なっても良い。しかしながら、空洞部１８のスペースを効率よく無くすのであれば、突起部９３の形状は、空洞部１８の形状と相似であることが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、突起部９３は、先端部が平坦とされた四角錐形状を有している例を示した。しかしながら、例えば、図７〜図９に示すように、突起部９３の形状を、先端部が平坦とされた円錐形状、直方体、若しくは複数の直方体を積層し、該直方体の搭載面積が底部９１からセンサチップ１０に向かうに従って小さくなる形状としても良い。なお、突起部９３を直方体によって形成する場合、セラミックは金属と比べて矩形状に整形しやすいので、突起部９３の形成材料として、セラミックが好適である。図７〜図９は、突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図を示している。
【００４２】
流路を流れる被検出流体の流れを整流する構成としては、例えば、図１０に示すように、突起部９３に、突起部９３における上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部９３ａを形成すると良い。これによれば、流路を流れる被検出流体の流れを溝部９３ａによって整流することができる。図１０は、突起部の変形例を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態では、突起部９３の形成材料について特に言及しなかったが、突起部９３は、黒色の材料によって形成すると良い。突起部９３と対向するメンブレン１９上に形成された発熱素子１４が発熱すると、発熱素子１４から熱輻射が放射され、放射された熱輻射の一部が、舌部９５や突起部９３によって乱反射される。すると、この乱反射によって発熱素子１４の周囲に形成された温度分布に揺らぎが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。特に、本実施形態の感熱式流量センサ１００の場合、搭載部材９０におけるメンブレン１９との対向部位に突起部１８が形成されているので、メンブレン１９（発熱素子１４）と搭載部材９０との距離が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて短くなっている。そのため、本発明に係る感熱式流量センサ１００は、搭載部材９０によってメンブレン１９に反射される熱輻射の量が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて多く、熱輻射の影響を受け易い構成となっている。
【００４４】
この熱輻射の影響を低減する構成としては、上記したように、突起部９３が黒色の材料によって形成されている構成を採用することができる。黒色は熱輻射を吸収する性質を有しているので、突起部９３によって反射される熱輻射の量を低減することができる。なお、熱輻射の反射を抑制する構成としては、上記例に限定されず、例えば、突起部９３の表面に、黒色の塗料が塗布された構成を採用することもできる。このような黒色の塗料としては、例えば、黒鉛を含む塗料を用いることができる。また、発熱素子１４から放射される熱輻射は、搭載部材９０の舌部９５にも放射されるので、舌部９５を、黒色の材料によって形成すると良い。若しくは、舌部９５の表面を黒色の塗料によってコーティングしても良い。
【００４５】
なお、上記したように、突起部９３を黒色の材料によって形成する場合、若しくは、突起部９３の表面を黒色の塗料でコーティングする場合、図１１に示すように、突起部９３におけるメンブレン１９との対向面９３ｂが、メンブレン１９における突起部９３との対向面１９ａと平行である構成が良い。これによれば、突起部９３が、メンブレン１９の対向面１９ａに沿う方向にずれたとしても、突起部９３の対向面９３ｂとメンブレン１９の対向面１９ａとの距離を一定とすることができる。これにより、突起部９３が、対向面１９ａに沿う方向にずれたとしても、突起部９３の対向面９３ｂによって熱輻射を吸収する面積を確保することができる。図１１は、突起部とメンブレンの構成を説明するための断面図である。なお、メンブレン１９の対向面１９ａが、特許請求の範囲に記載の底部における突起部との対向面に相当する。
【００４６】
なお、突起部９３の対向面９３ｂは、図１２に示すように、センサチップ１０から搭載部材９０の方向へ凹む曲面となっている構成が良い。これによれば、突起部９３の対向面９３ｂに放射される熱輻射の量を、対向面９３ｂにて略均一とすることができる。したがって、熱輻射によって、突起部９３の対向面９３ｂに形成される温度分布を一定とし、突起部９３によって放射される熱輻射が、発熱素子１４の周囲に形成された温度分布に影響を及ぼし難い構成とすることができる。図１２は、突起部の変形例を示す断面図である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る感熱式流量センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】センサチップの概略構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）は、比較例としての突起部がない場合の断面図、（ｂ）は、図１のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図を示す。
【図５】突起部の変形例を説明するための断面図である。
【図６】搭載部材の変形例を説明するための断面図である。
【図７】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図を示している。
【図８】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿う断面図を示している。
【図９】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿う断面図を示している。
【図１０】突起部の変形例を示す断面図である。
【図１１】突起部とメンブレンの構成を説明するための断面図である。
【図１２】突起部の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・センサチップ
１８・・・空洞部
１９・・・メンブレン
３０・・・回路チップ
５０・・・リード
７０・・・封止樹脂
９０・・・搭載部材
９３・・・突起部
１００・・・感熱式流量センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の吸入空気流量の測定に用いられる感熱式流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、平板状基材の表面に感熱抵抗膜よりなる発熱体（流量検出部）が形成され、平板状基材における流量検出部の下部が、部分的に除去されてなる空洞部が形成されたダイアフラムを有する流量検出素子（センサチップ）と、該センサチップを装着する凹状の収納部を有し、且つ被計測流体が流通する管路に設置される支持体（搭載部材）と、を備える感熱式流量センサが提案されている。該感熱式流量センサは、搭載部材における収納部底面に、空洞部を塞ぐように隆起した突出面を有しており、該突出面によって、空洞部全域、若しくは空洞部の一部が塞がれた構成となっている。このように、特許文献１に示される感熱式流量センサは、突出面によって、空洞部への被検出流体の流入が抑制され、空洞部内で乱流（旋回渦）が発生することが抑制された感熱式流量センサとなっている。
【特許文献１】特開２００２−１３９３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に示される感熱式流量センサは、空洞部を突出面によって閉塞するために、空洞部の開口端と突出面の少なくとも一部が接触した構成となっている。すなわち、センサチップと突出面の少なくとも一部が接触した構成となっている。このように、センサチップと突出面が接触していると、突出面を介して、搭載部材からセンサチップの流量検出部に、搭載部材に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップと搭載部材との線膨張係数差に起因する熱応力が伝達され、これら応力によって流量検出精度が低下する虞がある。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、搭載部材における空洞部との対向部位に、搭載部材からセンサチップの方向にのびる突起部が、センサチップとは離れて形成されていることを特徴する。
【０００６】
このように本発明によれば、搭載部材における空洞部との対向部位に突起部が形成されているので、該対向部位に突起部が形成されていない構成と比べて、空洞部をなす壁面と搭載部材とによって形成される流路（以下、単に流路と示す）における、空洞部へ被検出流体が流入する面積（空洞部の開口面積）が低減された構成となっている。これにより、空洞部へ流入する被検出流体の流量が低減され、流路を流れる被検出流体の流れが整流され、空洞部に乱流（旋回渦）が生じることが抑制される。
【０００７】
また、突起部は、センサチップと離れて形成されている。すなわち、突起部は、センサチップと非接触で形成されている。これにより、突起部を介して、搭載部材からセンサチップに、搭載部材に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップと搭載部材との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップの流量検出部へ伝達されることが抑制される。このように、本発明に係る感熱式流量センサは、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【０００８】
請求項２に記載のように、突起部の一部が、空洞部の内部に配置された構成が好ましい。これによれば、空洞部内に旋回渦が生じうるスペースを無くし、且つ流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部内における旋回渦の発生が効果的に抑制され、旋回渦による流量検出精度の低下が効果的に抑制された感熱式流量センサとなっている。
【０００９】
請求項３に記載のように、突起部の形状は、空洞部の形状と相似である構成が好ましい。これによれば、突起部の形状が空洞部の形状と異なる構成と比べて、効率よく空洞部内に旋回渦が生じうるスペースを無くすことができる。
【００１０】
請求項４に記載のように、突起部には、被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部が形成されている構成が好ましい。これによれば、流路を流れる被検出流体の流れを溝部によって整流することができる。
【００１１】
請求項５に記載のように、搭載部材と突起部は、同一材料からなり、一体成形されてなる構成が良い。これによれば、搭載部材と突起部とが別々の部材である構成と比べて、部品点数を減らし、感熱式流量センサの製造工程を簡素化することができる。
【００１２】
請求項６に記載のように、搭載部材における空洞部との対向部位には、搭載部材の表面とその裏面とを貫通する貫通孔が形成されており、突起部は、貫通孔に挿入され、搭載部材に圧入固定されてなる構成が良い。これによれば、センサチップを搭載部材に搭載した後に、貫通孔を介して空洞部の位置を確認することができるので、空洞部と突起部の位置が所望の位置に納まるように貫通孔の形状を微調整した後に、突起部と空洞部との位置を決定することができる。したがって、突起部を搭載部材に形成した後に、センサチップを搭載部材に搭載する製造工程を経て形成される感熱式流量センサと比べて、空洞部と突起部との位置精度が向上された感熱式流量センサとなっている。
【００１３】
請求項７に記載のように、突起部は、黒色の材料によって形成されている構成が良い。ヒータが発熱すると、ヒータから熱輻射が放射され、放射された熱輻射の一部が、搭載部材によって乱反射される。すると、この乱反射によってヒータの周囲に形成された温度分布に揺らぎが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。特に、本発明に係る感熱式流量センサの場合、請求項１で示したように、搭載部材における空洞部との対向部位に突起部が形成されているので、空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部と搭載部材との距離が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて短くなっている。そのため、本発明に係る感熱式流量センサは、搭載部材によってヒータが形成された底部に反射される熱輻射の量が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて多く、熱輻射による影響を受け易い構成となっている。
【００１４】
これに対して、請求項７に記載の発明は、突起部が黒色の材料によって形成されている。黒色は、熱輻射を吸収する性質を有しているので、これにより、突起部によってヒータが形成された底部に反射される熱輻射の量を低減することができる。このように、請求項７に係る感熱式流量センサは、熱輻射による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。なお、熱輻射の反射を抑制する構成としては、例えば請求項８に記載のように、突起部の表面に、黒色の塗料が塗布された構成を採用することもできる。
【００１５】
請求項９に記載のように、空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部（以下、単に底部と示す）と対向する、突起部の対向面が、底部における突起部との対向面と平行である構成が良い。これによれば、突起部が、底部の対向面に沿う方向にずれたとしても、突起部の対向面と底部の対向面との距離を一定とすることができる。これにより、突起部が、底部の対向面に沿う方向にずれたとしても、突起部の対向面によって熱輻射を吸収する面積を確保することができる。なお、上記した底部は、請求項１に記載の、ヒータが形成された部位に相当する。
【００１６】
請求項１０に記載のように、空洞部をなす壁面の底部と対向する、突起部の対向面が、センサチップから搭載部材の方向へ凹む曲面となっている構成が良い。これによれば、突起部の対向面に放射される熱輻射の量を略均一とすることができる。したがって、熱輻射によって、突起部の対向面に形成される温度分布を一定とし、突起部によって放射される熱輻射が、ヒータの周囲に形成された温度分布に影響を及ぼし難い構成となっている。
【００１７】
請求項１１に記載のように、搭載部材は、センサチップにおける被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された上流側整流部と、センサチップにおける下流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された下流側整流部と、を有し、上流側整流部及び下流側整流部の上面が、センサチップの表面と略面一である構成が良い。
【００１８】
これによれば、上流側整流部（若しくは下流側整流部）から流量検出部までの平坦な距離を稼ぐことで、流量検出部上での被検出流体の乱れ（乱流）を低減する（換言すれば、整流する）ことができる。また、センサチップと整流部とが接触しないので、搭載部材に作用する振動などの外部応力が、整流部を介してセンサチップの流量検出部に伝達されることを抑制することができる。また、空隙を介すことで、感熱式流量センサの周辺における被検出流体と空洞部とを連通させ、空洞部内の流体の温度が、感熱式流量センサの周辺の被検出流体の温度に追従して変化することができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る感熱式流量センサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、センサチップの概略構成を示す平面図である。図４（ａ）は、比較例としての突起部がない場合の断面図、図４（ｂ）は、図１のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図である。なお、図１及び図３においては、被検出流体の通常時の流れ方向を白抜き矢印で示し、図４においては、被検出流体の流れを、破線矢印で示す。また、以下においては、被検出流体の流れ方向を、単に流れ方向と示す。
【００２０】
図１及び図２に示すように、感熱式流量センサ１００は、要部として、センサチップ１０と、該センサチップ１０を搭載する搭載部材９０と、を有している。さらに、本実施形態では、センサチップ１０における流量検出部１３の入出力を制御する回路チップ３０と、該回路チップ３０と電気的に接続される外部接続用端子としてのリード５０と、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆・保護する封止樹脂７０と、を有している。
【００２１】
センサチップ１０は、単結晶シリコンからなる基板１１の表面１１ａに、被検出流体の流量を検出する流量検出部１３が形成されたものである。図２及び図３に示すように、基板１１の表面１１ａ上には、絶縁膜１２が形成されており、その絶縁膜１２上に、流量検出部１３が形成されている。流量検出部１３は、発熱素子１４と感温素子１５とを有しており、これら素子１４，１５は、白金（Ｐｔ）等の金属薄膜、若しくは多結晶ケイ素（Ｓｉ）や多結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の半導体薄膜を絶縁膜１２上に形成した後、該薄膜をパターニングすることで、流量検出部１３と第１パッド１７とを電気的に接続する配線１６とともに形成される。なお、これら素子１４，１５、及び配線１６を半導体薄膜によって形成する場合には、ＳＯＩ基板のシリコン層をパターニングすることで、素子１４，１５、及び配線１６を形成することもできる。流量検出部１３及び配線１６の表面上には、流量検出部１３を保護するための絶縁性の保護膜（図示略）が形成されており、これにより、流量検出部１３と配線１６とが、被検出流体に含まれる異物などによって傷つくことが抑制された構成となっている。なお、発熱素子１４は、特許請求の範囲に記載のヒータに相当する。
【００２２】
基板１１には、図１及び図２に示すように、基板１１の裏面から異方性エッチングをすることで、先端部が平坦とされた四角錐形状の空洞部１８と、絶縁膜１２からなるメンブレン１９と、が形成されている。発熱素子１４はメンブレン１９上に形成され、感温素子１５は、基板１１におけるメンブレン１９を除く領域に形成されており、これによって発熱素子１４と感温素子１５とが熱的に分離されている。なお、メンブレン１９は、特許請求の範囲に記載の空洞部をなす壁面におけるヒータが形成された底部に相当する。
【００２３】
発熱素子１４は、図３に示すように、通常時における流れ方向に対して上流側に配置された発熱素子１４ａと、下流側に配置された発熱素子１４ｂとを有しており、それぞれ電流の供給量に応じて発熱する機能と、それ自身の抵抗値の変化に基づいて、自身の温度を感知する機能とを有している。したがって、上流側と下流側の各発熱素子１４ａ，１４ｂで生じる熱のうち、流体によって奪われる熱に基づき、流体の流量が検出される。また、上流側の発熱素子１４ａと下流側の発熱素子１４ｂとのそれぞれに生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量の差に基づき、流れ方向が検出される。
【００２４】
感温素子１５は、流れ方向に対して上流側に配置された感温素子１５ａと、下流側に配置された感温素子１５ｂとを有しており、それ自身の抵抗値の変化に基づいて、自身の温度を感知する機能を有している。したがって、上流側の発熱素子１４ａと上流側の感温素子１５ａとの温度差、及び、下流側の発熱素子１４ｂと下流側の感温素子１５ｂとの温度差に基づき、各発熱素子１４ａ，１４ｂに供給される電流量が制御されるようになっている。
【００２５】
回路チップ３０は、単結晶シリコンからなる基板３１に、流量検出部１３の入出力を制御する制御回路（図示略）が形成されたものである。基板３１の表面３１ａ上には、上記した制御回路と、該制御回路の配線端部と接続される第２パッド３２と、制御回路を介して第２パッド３２と電気的に接続される第３パッド３３と、が形成されている。第２パッド３２は、ＡｌやＡｕなどからなる第１ボンディングワイヤ７１を介してセンサチップ１０の第１パッド１７と電気的に接続され、第３パッド３３は、ＡｌやＡｕなどからなる第２ボンディングワイヤ７２を介してリード５０と電気的に接続されている。このように、センサチップ１０とリード５０とが回路チップ３０を介して電気的に接続され、センサチップ１０が、外部（例えば外部ＥＣＵ）と信号を授受することができる構成となっている。
【００２６】
リード５０は、回路チップ３０と電気的に接続され、外部と信号の授受を行うものである。本実施形態において、リード５０と支持部材５１は一つのリードフレームによって構成されており、後述する搭載部材９０をモールド成形した後（リード５０と支持部材５１とを、搭載部材９０によって連結した後）、リード５０と支持部材５１とを繋ぐ不要部分を切り離すことで、リード５０と支持部材５１とが互いに独立するようになっている。不要部分は、リードフレームの外周フレームに相当し、リード５０と支持部材５１を一時的に連結する機能を果たす。支持部材５１は、リードフレームのアイランドに相当し、その表面に回路チップ３０とセンサチップ１０とが配置される。
【００２７】
封止樹脂７０は、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆・保護するものである。封止樹脂７０は、搭載部材９０に連結された支持部材５１に、回路チップ３０とセンサチップ１０とを接着固定し、リード５０と回路チップ３０とを第２ボンディングワイヤ７２を介して電気的に接続し、回路チップ３０とセンサチップ１０とを第１ボンディングワイヤ７１を介して電気的に接続した後、溶融状態の樹脂を、後述するベース側壁部９６によって囲まれた領域内に塗布し、該樹脂を冷却固化することで形成される。なお、図示しないが、センサチップ１０（基板１１）の表面１１ａにおける第１パッド１７と流量検出部１３との間には、上記した溶融状態の樹脂が流量検出部１３に流入することを防ぐダム材が設けられており、該ダム材によって、流量検出部１３が、樹脂によって被覆されないようになっている。
【００２８】
搭載部材９０は、センサチップ１０を搭載するものである。本実施形態に係る搭載部材９０は、リード５０と支持部材５１とを連結し、支持部材５１を介して、センサチップ１０と回路チップ３０を搭載する構成となっている。搭載部材９０は、図１及び図２に示すように、リード５０と支持部材５１とを連結する底部９１と、センサチップ１０と回路チップ３０の周囲を取り囲むように、底部９１の周縁部に設けられた壁部９２と、底部９１における空洞部１８との対向部位に形成された突起部９３と、を有する。これら底部９１、壁部９２、突起部９３は、同一材料からなり、モールド成形によって一体成形される。
【００２９】
底部９１は、リード５０の一部と回路チップ３０とが配置される平面略矩形状のベース部９４と、センサチップ１０が配置される平面略矩形状の舌部９５と、を有している。ベース部９４は、リード５０と支持部材５１とを連結する機能を果たし、舌部９５は、感熱式流量センサ１００の裏面側を流れる被検出流体が空洞部１８に流入することを抑制する機能を果たす。なお、図２に示すように、センサチップ１０は、センサチップ１０における第１パッド１７の形成領域の裏面に設けられた接着剤を介して舌部９５に固定されており、接着剤の高さの分、センサチップ１０と舌部９５との間に空隙が形成された構成となっている。
【００３０】
壁部９２は、底部９１の上面９１ａにおけるベース部９４の周縁部に設けられた平面略Ｃ字状のベース側壁部９６と、上面９１ａにおける舌部９５の周縁部に設けられた平面略コの字状の舌側壁部９７と、を有し、ベース側壁部９６の端部外面と、舌側壁部９７の端部とが連結された構成となっている。壁部９２の上面９２ａにおける舌側壁部９７の上面は、センサチップ１０の表面１１ａと略面一となるように設計されており、流れ方向において、舌側壁部９７におけるセンサチップ１０と対向する端部とは反対の端部から流量検出部１３までの平坦な部分の距離を稼ぐことで、流量検出部１３上での乱流が低減される（換言すれば、整流される）ようになっている。また、センサチップ１０の側面と舌側壁部９７の内壁面との間には所定の隙間（クリアランス）が形成され、該クリアランスと、センサチップ１０と舌部９５との間の空隙とが連通されるようになっている。これにより、感熱式流量センサ１００の周辺における被検出流体と空洞部１８とが連通され、空洞部１８内の被検出流体の温度が、感熱式流量センサ１００の周辺の被検出流体の温度に追従して変化することができるようになっている。さらに、ベース側壁部９６は、底部９１の上面９１ａからの高さが回路チップ３０よりも高く設定され、これにより、リード５０と回路チップ３０との接続部位、回路チップ３０、及び回路チップ３０とセンサチップ１０との接続部位を被覆する封止樹脂７０を充填するための高さが確保された構成となっている。なお、上記した舌側壁部９７における、センサチップ１０に対して上流側に配置される部位が、特許請求の範囲に記載の上流側整流部に相当し、センサチップ１０に対して下流側に配置される部位が、特許請求の範囲に記載の下流側整流部に相当する。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴点である突起部９３とその作用効果を説明する。図２に示すように、搭載部材９０の底部９１における空洞部１８との対向部位に、底部９１からセンサチップ１０の方向にのびる突起部９３が、センサチップ１０と離反して形成されている。本実施形態に係る突起部９３は、空洞部１８の形状と相似の形状を有し、先端部が平坦とされた四角錐形状となっている。また、突起部９３の一部が、空洞部１８の内部に配置されている。これにより、突起部９３によって、空洞部１８をなす壁面と搭載部材９０（底部９１）とによって形成される流路（以下、単に流路と示す）における、空洞部１８へ被検出流体が流入する面積（空洞部１８の開口面積であり、以下、単に流入面積と示す）を低減し、空洞部１８内で被検出流体が旋回するスペースを無くすことができる。
【００３２】
図４に示すように、被検出流体は、センサチップ１０と壁部９２（舌側壁部９７）との間のクリアランスを介して、センサチップ１０と底部９１（舌部９５）との間の空隙に流れ込む。そして、図４（ａ）に示すように、突起部９３が底部９１における空洞部１８との対向部位に設けられていない場合、流路の流入面積が十分に確保され、空洞部１８のスペースが十分に確保されているので、被検出流体が空洞部１８内に流入し、空洞部１８内で旋回渦が生じる虞がある。空洞部１８内で旋回渦が生じると、メンブレン１９上の温度分布にばらつきが生じ、これによってメンブレン１９に形成された発熱素子１４の抵抗値にばらつきが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。
【００３３】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、突起部９３が底部９１における空洞部１８との対向部位に設けられている場合、流路の流入面積が低減されているので、空洞部１８に流入する被検出流体の流量を低減し、流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることを抑制することができる。また、本実施形態では、突起部９３の一部が空洞部１８内に配置され、空洞部１８のスペースが低減されている。したがって、被検出流体を流路に沿って流すことで、被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることをより効果的に抑制することができる。以上により、感熱式流量センサ１００は、旋回渦による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【００３４】
また、突起部９３は、センサチップ１０と離反して、搭載部材９０の底部９１に形成された構成となっている。すなわち、突起部９３とセンサチップ１０とが非接触の構成となっている。これにより、突起部９３を介して、搭載部材９０からセンサチップ１０に、搭載部材９０に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップ１０と搭載部材９０との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップ１０の流量検出部１３へ伝達されることが抑制され、これら応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサ１００ともなっている。このように、本実施形態の感熱式流量センサ１００は、旋回渦の発生が抑制され、外部応力、及び熱応力による流量検出精度の低下が抑制された感熱式流量センサとなっている。
【００３５】
本実施形態では、突起部９３の形状が、空洞部１８の形状と同一となっている。これによれば、突起部９３の形状が空洞部１８の形状と異なる構成と比べて、効率よく空洞部１８のスペースを無くすことができる。
【００３６】
本実施形態では、搭載部材９０を構成する底部９１、壁部９２、及び突起部９３が、モールド成形によって一体成形されている。これにより、搭載部材９０と突起部９３とが別々の部材である構成と比べて、部品点数を低減し、感熱式流量センサの製造工程を簡素化することができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３８】
本実施形態では、突起部９３の一部が、空洞部１８内に配置される例を示した。しかしながら、例えば、図５に示すように、突起部９３が空洞部１８内に配置されず、突起部９３がセンサチップ１０と離反した構成を採用することもできる。この構成においても、流路の流入面積が低減された構成となっているので、空洞部１８に流入する被検出流体の流量を低減し、流路を流れる被検出流体の流れを整流することができる。これにより、空洞部１８内で旋回渦が生じることを抑制し、流量検出精度の低下を抑制することができる。また、突起部９３とセンサチップ１０とが離反する構成となっているので、突起部９３を介して、搭載部材９０からセンサチップ１０に、搭載部材９０に作用する振動などの外部応力、及びセンサチップ１０と搭載部材９０との線膨張係数差に起因する熱応力が、センサチップ１０の流量検出部１３へ伝達されることを抑制することができる。図５は、突起部の変形例を説明するための断面図であり、破線矢印は、被検出流体の流れを示す。
【００３９】
本実施形態では、搭載部材９０を構成する底部９１、壁部９２、及び突起部９３が、モールド成形によって一体成形される例を示した。しかしながら、突起部９３の形成方法は、上記例に限定されず、例えば、底部９１の上面９１ａにおける空洞部１８との対向部位に、突起部材を接着固定することで突起部９３を形成しても良い。若しくは、例えば、図６に示すように、底部９１における空洞部１８との対向部位に貫通孔９８を設けておき、センサチップ１０を搭載部材９０に接着固定した後で、貫通孔９８に、底部９１の上面９１ａの裏面側から、突起部材を挿入し、圧入固定することで、突起部９３を形成しても良い。このように、搭載部材９０と突起部９３とを別々の部材によって形成する場合、突起部９３の形成材料を、適宜選択することができる。また、上記したように、突起部材を搭載部材９０の貫通孔９８に挿入し、圧入固定することで突起部９３を形成する場合、センサチップ１０を搭載部材９０に接着固定した後に、貫通孔９８を介して空洞部１８の位置を確認することができる。したがって、空洞部１８と突起部９３の位置が所望の位置に納まるように貫通孔９８の形状を微調整した後に、突起部９３と空洞部１８との位置を決定することができる。これにより、突起部を搭載部材に形成した後に、センサチップを搭載部材に搭載する製造工程を経て形成される感熱式流量センサと比べて、空洞部１８と突起部９３との位置精度を向上することができる。図６は、搭載部材の変形性を説明するための断面図である。
【００４０】
本実施形態では、突起部９３が、空洞部１８の形状と相似の形状を有する例を示した。しかしながら、突起部９３の形状は、空洞部１８の形状と異なっても良い。しかしながら、空洞部１８のスペースを効率よく無くすのであれば、突起部９３の形状は、空洞部１８の形状と相似であることが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、突起部９３は、先端部が平坦とされた四角錐形状を有している例を示した。しかしながら、例えば、図７〜図９に示すように、突起部９３の形状を、先端部が平坦とされた円錐形状、直方体、若しくは複数の直方体を積層し、該直方体の搭載面積が底部９１からセンサチップ１０に向かうに従って小さくなる形状としても良い。なお、突起部９３を直方体によって形成する場合、セラミックは金属と比べて矩形状に整形しやすいので、突起部９３の形成材料として、セラミックが好適である。図７〜図９は、突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図を示している。
【００４２】
流路を流れる被検出流体の流れを整流する構成としては、例えば、図１０に示すように、突起部９３に、突起部９３における上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部９３ａを形成すると良い。これによれば、流路を流れる被検出流体の流れを溝部９３ａによって整流することができる。図１０は、突起部の変形例を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態では、突起部９３の形成材料について特に言及しなかったが、突起部９３は、黒色の材料によって形成すると良い。突起部９３と対向するメンブレン１９上に形成された発熱素子１４が発熱すると、発熱素子１４から熱輻射が放射され、放射された熱輻射の一部が、舌部９５や突起部９３によって乱反射される。すると、この乱反射によって発熱素子１４の周囲に形成された温度分布に揺らぎが生じ、流量検出精度が低下する虞がある。特に、本実施形態の感熱式流量センサ１００の場合、搭載部材９０におけるメンブレン１９との対向部位に突起部１８が形成されているので、メンブレン１９（発熱素子１４）と搭載部材９０との距離が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて短くなっている。そのため、本発明に係る感熱式流量センサ１００は、搭載部材９０によってメンブレン１９に反射される熱輻射の量が、突起部が設けられていない感熱式流量センサと比べて多く、熱輻射の影響を受け易い構成となっている。
【００４４】
この熱輻射の影響を低減する構成としては、上記したように、突起部９３が黒色の材料によって形成されている構成を採用することができる。黒色は熱輻射を吸収する性質を有しているので、突起部９３によって反射される熱輻射の量を低減することができる。なお、熱輻射の反射を抑制する構成としては、上記例に限定されず、例えば、突起部９３の表面に、黒色の塗料が塗布された構成を採用することもできる。このような黒色の塗料としては、例えば、黒鉛を含む塗料を用いることができる。また、発熱素子１４から放射される熱輻射は、搭載部材９０の舌部９５にも放射されるので、舌部９５を、黒色の材料によって形成すると良い。若しくは、舌部９５の表面を黒色の塗料によってコーティングしても良い。
【００４５】
なお、上記したように、突起部９３を黒色の材料によって形成する場合、若しくは、突起部９３の表面を黒色の塗料でコーティングする場合、図１１に示すように、突起部９３におけるメンブレン１９との対向面９３ｂが、メンブレン１９における突起部９３との対向面１９ａと平行である構成が良い。これによれば、突起部９３が、メンブレン１９の対向面１９ａに沿う方向にずれたとしても、突起部９３の対向面９３ｂとメンブレン１９の対向面１９ａとの距離を一定とすることができる。これにより、突起部９３が、対向面１９ａに沿う方向にずれたとしても、突起部９３の対向面９３ｂによって熱輻射を吸収する面積を確保することができる。図１１は、突起部とメンブレンの構成を説明するための断面図である。なお、メンブレン１９の対向面１９ａが、特許請求の範囲に記載の底部における突起部との対向面に相当する。
【００４６】
なお、突起部９３の対向面９３ｂは、図１２に示すように、センサチップ１０から搭載部材９０の方向へ凹む曲面となっている構成が良い。これによれば、突起部９３の対向面９３ｂに放射される熱輻射の量を、対向面９３ｂにて略均一とすることができる。したがって、熱輻射によって、突起部９３の対向面９３ｂに形成される温度分布を一定とし、突起部９３によって放射される熱輻射が、発熱素子１４の周囲に形成された温度分布に影響を及ぼし難い構成とすることができる。図１２は、突起部の変形例を示す断面図である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る感熱式流量センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】センサチップの概略構成を示す平面図である。
【図４】（ａ）は、比較例としての突起部がない場合の断面図、（ｂ）は、図１のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図を示す。
【図５】突起部の変形例を説明するための断面図である。
【図６】搭載部材の変形例を説明するための断面図である。
【図７】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図を示している。
【図８】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿う断面図を示している。
【図９】突起部の変形例を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）がＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿う断面図を示している。
【図１０】突起部の変形例を示す断面図である。
【図１１】突起部とメンブレンの構成を説明するための断面図である。
【図１２】突起部の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・センサチップ
１８・・・空洞部
１９・・・メンブレン
３０・・・回路チップ
５０・・・リード
７０・・・封止樹脂
９０・・・搭載部材
９３・・・突起部
１００・・・感熱式流量センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、
該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、
前記搭載部材における前記空洞部との対向部位に、前記搭載部材から前記センサチップの方向にのびる突起部が、前記センサチップとは離れて形成されていることを特徴とする感熱式流量センサ。
【請求項２】
前記突起部の一部が、前記空洞部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の感熱式流量センサ。
【請求項３】
前記突起部の形状は、前記空洞部の形状と相似であることを特徴とする請求項２に記載の感熱式流量センサ。
【請求項４】
前記突起部には、被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項５】
前記搭載部材と前記突起部は、同一材料からなり、一体成形されてなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項６】
前記搭載部材における前記空洞部との対向部位には、前記搭載部材の表面とその裏面とを貫通する貫通孔が形成されており、
前記突起部は、前記貫通孔に挿入され、前記搭載部材に圧入固定されてなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項７】
前記突起部は、黒色の材料によって形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の感熱式流量センサ。
【請求項８】
前記突起部の表面には、黒色の塗料が塗布されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の感熱式流量センサ。
【請求項９】
前記空洞部をなす壁面における前記ヒータが形成された底部と対向する、前記突起部の対向面が、前記底部における前記突起部との対向面と平行であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の感熱式流量センサ。
【請求項１０】
前記空洞部をなす壁面における前記ヒータが形成された底部と対向する、前記突起部の対向面が、前記センサチップから前記搭載部材の方向へ凹む曲面となっていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の感熱式流量センサ。
【請求項１１】
前記搭載部材は、前記センサチップにおける被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された上流側整流部と、前記センサチップにおける下流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された下流側整流部と、を有し、
前記上流側整流部及び前記下流側整流部の上面が、前記センサチップの表面と略面一であることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項１】
表面に、被検出流体の流量を検出する流量検出部が形成され、該流量検出部を構成するヒータが形成された部位に、裏面に開口する空洞部が形成されたセンサチップと、
該センサチップを搭載する搭載部材と、を備える感熱式流量センサであって、
前記搭載部材における前記空洞部との対向部位に、前記搭載部材から前記センサチップの方向にのびる突起部が、前記センサチップとは離れて形成されていることを特徴とする感熱式流量センサ。
【請求項２】
前記突起部の一部が、前記空洞部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の感熱式流量センサ。
【請求項３】
前記突起部の形状は、前記空洞部の形状と相似であることを特徴とする請求項２に記載の感熱式流量センサ。
【請求項４】
前記突起部には、被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面から下流側の端面までを貫通する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項５】
前記搭載部材と前記突起部は、同一材料からなり、一体成形されてなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項６】
前記搭載部材における前記空洞部との対向部位には、前記搭載部材の表面とその裏面とを貫通する貫通孔が形成されており、
前記突起部は、前記貫通孔に挿入され、前記搭載部材に圧入固定されてなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【請求項７】
前記突起部は、黒色の材料によって形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の感熱式流量センサ。
【請求項８】
前記突起部の表面には、黒色の塗料が塗布されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の感熱式流量センサ。
【請求項９】
前記空洞部をなす壁面における前記ヒータが形成された底部と対向する、前記突起部の対向面が、前記底部における前記突起部との対向面と平行であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の感熱式流量センサ。
【請求項１０】
前記空洞部をなす壁面における前記ヒータが形成された底部と対向する、前記突起部の対向面が、前記センサチップから前記搭載部材の方向へ凹む曲面となっていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の感熱式流量センサ。
【請求項１１】
前記搭載部材は、前記センサチップにおける被検出流体の通常時の流れ方向に対して上流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された上流側整流部と、前記センサチップにおける下流側の端面に所定の隙間をもって隣接配置された下流側整流部と、を有し、
前記上流側整流部及び前記下流側整流部の上面が、前記センサチップの表面と略面一であることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の感熱式流量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１５１５４２（Ｐ２０１０−１５１５４２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２８４２７（Ｐ２００８−３２８４２７）
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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