熱式空気流量センサ
【課題】高精度、高信頼で低コストの熱式空気流量センサを提供する。
【解決手段】空気流量を計測するための流量センサ素子４と、空気流の少なくとも温度、圧力および湿度のいずれかを計測するための環境センサ素子５と、前記流量センサ素子４が配置された副通路７と、前記副通路７が構成され前記主空気流３中に配置されるハウジング１５とを備え、流量センサ素子４が配置された副通路７よりも主空気流３中心側に、副通路７と隔離され且つ主空気流３と連通した環境センサ素子５を収納する計測室１０を設けた。
【解決手段】空気流量を計測するための流量センサ素子４と、空気流の少なくとも温度、圧力および湿度のいずれかを計測するための環境センサ素子５と、前記流量センサ素子４が配置された副通路７と、前記副通路７が構成され前記主空気流３中に配置されるハウジング１５とを備え、流量センサ素子４が配置された副通路７よりも主空気流３中心側に、副通路７と隔離され且つ主空気流３と連通した環境センサ素子５を収納する計測室１０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流量を測定する熱式空気流量センサに係わり、例えば内燃機関に吸入される空気の空気流量を計測する流量センサと、該空気の環境特性を計測する環境センサとを有する熱式空気流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。この中で、特に半導体マイクロマシニング技術により製造された熱式空気流量センサ及びそのセンサ素子が、コストが低減でき且つ低電力で駆動することが出来ることから注目されてきた。
【０００３】
最近の内燃機関では低燃費化を図るために、更に高度なエンジン制御が求められており、吸入空気量のみならず吸入空気の温度、圧力および湿度等の環境パラメータも高精度に計測することが求められている。これらの吸入空気量、温度、圧力および湿度等の計測信号は、燃焼工程に係わる重要なデータとなり、燃料噴射時間等の計算のために用いられる。
【０００４】
この様に、吸入空気量、温度、圧力および湿度等を計測する環境センサを有する熱式空気流量センサの先行技術文献としては、例えば以下の特許文献１、２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３３５８６０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１（特許第３３３５８６０号公報）の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。湿度センサ素子は、流量センサ素子と半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体形成されたセンサ素子構造となっている。
【０００７】
特許文献１の図６に示されるように従来例の実装構造では、湿度センサ素子は、空気流の影響を直接受けないように保護体により覆われ、さらに、保護体には吸気中の水蒸気が保護体内の湿度センサ素子に到達する程度の寸法の小さい通気孔が形成される構成となっている。
【０００８】
この様に構成された従来例では、湿度センサ素子が空気流に直接晒されることを防止されていることから、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装された場合においても、防塵等の点から望ましい構成となっている。
【０００９】
しかし、湿度センサ素子は、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路（主通路）の管壁（通路壁）に近い場所に位置することになり、自動車等の内燃機関の温度上昇により管壁の熱が湿度センサ素子に伝導するとともに、流量センサ素子のヒータの熱影響も受けることから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。
【００１０】
一方、特許文献２（特表２００１−５０９８５４号公報）の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサと、圧力を計測する圧力センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。
【００１１】
特許文献２の図１に示されるように従来例の実装構造では、特許文献１と同じように、湿度センサは、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路（主通路）の管壁（通路壁）に近い場所に位置する構成となっている。従って、特許文献１と同様に、自動車等の内燃機関の温度上昇により、吸気通路の管壁の熱が湿度センサ素子に伝導することから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。
【００１２】
また、特許文献２の図２では、流量センサ素子と圧力センサ素子が半導体基板上に一体形成され、副通路内に配置される構造となっている。この様な構成では、圧力センサ素子が空気流に直接晒されることから、圧力の計測精度および防塵等の点から課題を有する。
【００１３】
更には、特許文献２の図３では、湿度検出のための湿度センサが空気流量センサとは別個に吸気通路に設置されており、部品点数が多くなりまた組立工数が増大し製造コストの面で十分でない。
【００１４】
本発明の目的は、上記の従来例の課題を解決し、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の熱式空気流量センサは、主通路内に配置されるハウジングと、該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、前記計測室が前記副通路よりも前記主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００１７】
また、前記ハウジングには、前記主通路と前記計測室との間を連通する第１の連通穴が形成されており、前記第１の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口する構成としてもよい。
【００１８】
したがって、第１の連通穴を通過させて主通路から計測室に空気を取り込むことができる。そして、第１の連通穴が主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在するハウジングのハウジング外壁面に開口しているので、主通路から計測室に空気を取り込む際に、空気中に含まれている塵埃等の異物が第１の連通穴に流入するのを妨げることができ、計測室に収納されている環境センサ素子を塵埃等の異物から保護することができる。したがって、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００１９】
また、前記第１の連通穴は、前記ハウジング外壁面に凹設された窪み部内に開口する構成としてもよく、また、前記主通路の下流側に向かって開口する構成としてもよい。そして、第１の連通穴は、前記ハウジングの前記計測室を形成する互いに対向配置された一対の壁部にそれぞれ穿設されて形成されている構成としてもよい。これらの構成によれば、塵埃等の異物が第１の連通穴に流入するのを更に抑制することができ、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００２０】
また、ハウジングには、前記副通路と前記計測室との間を連通する第２の連通穴が形成されている構成としてもよい。この構成によれば、高精度および高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００２１】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子が共通支持基板に搭載され一体化された構成とすることにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２２】
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子の他に、各センサ素子の出力信号を処理する信号処理回路が搭載され、且つ各センサ素子と前記信号処理回路を接続する電気配線層が配設されたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２３】
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子を収納する凹部が設けられ、前記流量センサ素子の表面が前記共通支持基板の表面よりはみ出ないように前記凹部内に配置したことにより、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２４】
また、前記環境センサ素子は、圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子の少なくとも一つを有するので、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２５】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、半導体基板上にマイクロマシニング技術によって形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２６】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、共通の半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体化形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度、高信頼で低コストの環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図。
【図３】共通支持基板６の詳細平面図。
【図４】共通支持基板６の詳細断面図。
【図５】第二の実施例の共通支持基板６の詳細断面図。
【図６】第三の実施例の共通支持基板６の詳細平面図。
【図７】第四の実施例の共通支持基板６の詳細平面図。
【図８】第五の実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図。
【図９】図８のＢ−Ｂ’断面図。
【図１０】第六の実施例の連通穴１６ａの詳細断面図。
【図１１】第七の実施例の連通穴１６ａの詳細断面図。
【図１２】第八の実施例を説明する詳細断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳細に説明する。
［実施例１］
図１は本発明の一実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。自動車等の内燃機関の吸気通路（主通路）２内には、環境センサを有する熱式空気流量センサ１のモジュールハウジング１５がモジュールフランジ１２を介して取りつけられている。
【００３０】
モジュールハウジング１５の先端部には、吸気通路２内を流れる空気の一部が通過するように副通路７（７ａ、７ｂ）が形成されており、副通路７ｂ内部には流量センサ素子４が設置されている。また、流量センサ素子４が設置された副通路７ｂの吸気通路２の中心側には、環境センサ素子５を収納する計測室１０がモジュールハウジング１５に設置されている。すなわち、計測室１０は、副通路７よりも吸気通路２の通路壁から離反した通路中央側に配置されている。
【００３１】
流量センサ素子４および環境センサ素子５は、モジュールハウジング１５内部に設置されており、共通支持基板６上に、信号処理回路１１とともに一体搭載されて、電気的に接続され、更に信号処理回路１１はコネクタ１３内のコネクタ端子１４を介して外部と電気的に接続される。
【００３２】
副通路７は、吸気通路２の内部を流れる空気の流れである主空気流３に対して垂直に開口した副通路入口部８と、吸気通路２内部を流れる主空気流３と平行に開口した副通路出口部９を有している。更に、入口部８の副通路７の直線部７ａは、その最底部にて連続的な曲面にて１８０°迂回しており、流量センサ素子４は、副通路７の直線部７ｂ内に設置されている。
【００３３】
本構造によれば、吸気通路２から副通路７の内部に主空気流３とともに侵入した塵埃等の異物は、その自身の持っている速度と質量による慣性力により、いわゆる慣性効果により副通路７の最底部を迂回して最外周部分に沿うように進行するため、副通路７ｂのほぼ中心付近に設置されている流量センサ素子４に衝突することなく、副通路出口部９より再度吸気通路２へ排出される。
【００３４】
流量センサ素子４は、図２に示すように、上下のモジュールハウジング１５ａ、１５ｂに挟まれた共通支持基板６に設けられた凹部１９内に、副通路７ｂの空気流に対して共通支持基板６の表面よりはみ出さないように設置される。流量センサ素子４が共通支持基板６の表面からはみ出すと、副通路７ｂの空気流の乱流影響を受けて空気流量の正確な計測が出来なくなるとともに、侵入した塵埃等の異物の衝撃リスクが高くなる。
【００３５】
環境センサ素子５は、共通支持基板６の先端部に設置され、副通路７と隔離された上下のモジュールハウジング１５ａ、１５ｂにて構成される計測室１０内に収納される。計測室１０には、吸気通路２に連通する連通穴（第１の連通穴）１６ａ、１６ｂが設けられている。連通穴１６ａ、１６ｂは、吸気通路２内を通過する主空気流３と平行に開口するように設けられている。
【００３６】
具体的には、連通穴１６ａ、１６ｂは、計測室１０を形成するモジュールハウジング１５ａ、１５ｂの互いに対向配置された一対の壁部に穿設されて形成されている。そして、主空気流３の流れ方向に沿って延在するモジュールハウジング１５のハウジング外壁面１５ｃ、１５ｄに開口している。
【００３７】
このように、連通穴１６ａ、１６ｂを主空気流３と平行する方向に開口するように構成したことにより、主空気流３内の塵埃等の衝撃リスクが低減できるとともに、連通穴１６ａ、１６ｂに発生する負圧を利用して新規の主空気流３を計測室１０内に低速で直接流入させることができ、環境センサ素子５による計測が正確に実行できる。
【００３８】
連通穴１６ａ、１６ｂに発生する負圧は、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさおよび設置位置により最適に設定できる。連通穴１６ａ、１６ｂの大きさを非対称に設定することにより連通穴１６ａ、１６ｂには負圧差が発生し、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。
【００３９】
なお、図２に点線で示すように、モジュールハウジング１５に副通路７と計測室１０との間を連通する連通穴（第２の連通穴）１６ｃを設けてもよく、連通穴１６ａ、１６ｂと連通穴１６ｃとの間に負圧差を発生させ、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。また、連通穴１６ａ、１６ｂは、いずれか一方のみでもよく、また、連通穴１６ｃのみであってもよい。
【００４０】
また、自動車等の内燃機関の環境を想定した場合には、雨滴や凍結を考慮して信頼性を確保する必要がある。連通穴１６ａ、１６ｂの大きさに関しては、上記の雨滴や凍結を考慮した適切な大きさに設定する必要がある。
【００４１】
連通穴１６ａ、１６ｂの大きさとしては、小さすぎると雨滴が表面張力により連通穴を塞いだ状態となり、計測室１０内に流入する新規の主空気流３を阻害することになる。また、冬季には凍結する可能性もあり、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさとして雨滴や凍結を防止するためにある程度の大きさを確保する必要がある。
【００４２】
一方、連通穴１６ａ、１６ｂを大きくし過ぎると、主空気流３に含まれる塵埃等が計測室１０内に流入して環境センサ素子５を直撃して損壊する可能性があるので、この場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴に設定する必要がある。また、より計測室１０内に流入する新規の主空気流３を増量する場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴を複数個設ける必要がある。
上記の様に、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさおよび連通穴の数を適切に設定することにより、連通穴における適切な負圧差が設定でき、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。
【００４３】
また、計測室１０内に水分が滞留すると正確な計測が不可能となるので、連通穴１６ａ、１６ｂの他に水分を主空気流３側あるいは副通路７側に排泄するために別の連通穴（排出穴）を計測室１０に形成することも可能である。
【００４４】
また、環境センサ素子５を共通支持基板６の先端部に設置し、副通路７と隔離された計測室１０内に収納したことにより、環境センサ素子５に対する空気流の影響を受けることもない。また、環境センサ素子５を流量センサ素子４が配置された副通路７ｂよりも前記主空気流３の中心側に配置したことにより、副通路７ｂによる冷却効果が期待でき、従来例での自動車等の内燃機関の温度上昇による吸気通路２の管壁の熱影響が低減され、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。
【００４５】
図３およびに図４に、共通支持基板６の詳細平面図と断面図を示す。共通支持基板６は、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃにて構成されている。流量センサ素子４は、共通支持基板６に形成された凹部１９に接着剤等により接着・固定される。また、環境センサ素子５は、共通支持基板６の先端部に同じく接着剤等により接着・固定される。環境センサ素子５および流量センサ素子４は、接続端子１７ａと金線１８ａによりワイヤボンドされ、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃに形成された配線層２０により信号処理回路１１と電気接続される。
【００４６】
更に、環境センサ素子５および流量センサ素子４の出力信号は、信号処理回路１１にて適切な補正等の処理が行われた後に、配線層２０、接続端子１７ｂと金線１８ｂのワイヤボンドによりコネクタ端子１４を介して外部に出力される。
【００４７】
流量センサ素子４は、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングにより電気絶縁膜からなるダイヤフラムに形成された少なくともヒータを有する。ヒータの温度は、所定の温度になるように加熱電流を流して制御し、加熱電流もしくはヒータの上下流に配置した温度センサの温度差から、空気流量を検出する。
【００４８】
また、環境センサ素子５は、同じくシリコン等の半導体基板上に形成された、湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃからなる。これらのセンサ素子は、半導体マイクロマシニング技術により共通の半導体基板上に一体形成されたものである。
【００４９】
湿度センサ素子５ａとしては、例えば従来例である特許文献１に記載の湿度センサ素子と同様の素子が用いられるが、別の方式の湿度センサ素子を適用してもかまわない。また、圧力センサ素子５ｂとしては、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングして形成されたシリコン・ダイヤフラムに加わる圧力を、ダイヤフラムに形成されたピエゾ抵抗効果により検出する構成あるいは静電容量により検出する構成となっている。温度センサ素子５ｃは、半導体基板上に形成されたポリシリコンや金属等からなる抵抗体の温度変化から検出する構成である。
【００５０】
この様に構成された本発明の環境センサを有する熱式空気流量センサでは、副通路７ｂに形成された流量センサ素子４により空気流量が、計測室１０に収納された環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃから、主空気流３の湿度、圧力および温度の環境パラメータが高信頼で高精度に検出される。
【００５１】
また、共通支持基板６のセラミック材料として、アルミナ、またはアルミナとガラスの複合材を採用することにより、熱伝導率が小さく出来、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路２の管壁の熱影響を低減することが出来る。
【００５２】
更に、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃの構成としたことにより、積層基板の表面、及び裏面には印刷等の配線パターンが、積層基板間には部分的に形成されたスルーホールが形成できることから、電気部品を含めて一体で構成することで小型化が図られ、コスト低減も可能である。
【００５３】
［実施例２］
図５に、本発明の第二実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の断面図を示す。
【００５４】
図４に示した第一の実施例と異なるのは、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃで構成された共通支持基板６に凹部２１を設けたことである。
【００５５】
凹部２１は、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路２の管壁の熱影響およびヒータが形成された流量センサ素子４からの熱影響が、環境センサ素子５に及ぼすことを防止する。熱絶縁効果を有する凹部２１を設けたことにより、第一の実施例により更に熱影響の低減が図られ、主空気流３の湿度、圧力および温度の環境パラメータがより高精度に検出される。
【００５６】
［実施例３］
図６には、本発明の第三実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の平面図を示す。
【００５７】
図３に示した第一の実施例と異なるのは、環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃが、夫々別のシリコン等の半導体基板上に形成されていることである。この様に、別々の半導体基板上にセンサ素子を形成することにより、夫々の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃに最適なセンサ構造および製造プロセスが選択できる利点がある。
【００５８】
更に、湿度センサ素子５ａとして、半導体基板を用いないセラミック基板に感湿膜を形成し電気抵抗および静電容量を検知する湿度センサ方式を、また、温度センサ素子５ｃとして、サーミスタ等のバルク型のチップ抵抗やセラミック支持基板６に印刷された印刷抵抗等を用いることが可能となる。圧力センサ素子５ｂに関しても、同様に種々の構造が適用可能となる。
【００５９】
また、システム構成によっては、湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃの全てを採用するのではなく、必要に応じて、これらのセンサ素子から１ないし２センサ素子を選択して採用することも可能となる。
【００６０】
［実施例４］
図７には、本発明の第四の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の平面図を示す。
【００６１】
図３に示した第一の実施例と異なるのは、流量センサ素子４と環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃを、共通のシリコン等の半導体基板２２上に一体形成したことである。この様に、流量センサ素子４と環境センサ素子５を半導体基板２２上に一体形成したことにより、部品点数の低減による低コスト化が図られる。
【００６２】
［実施例５］
図８は、本発明の第五の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図９は、図８のＢ−Ｂ’断面図である。
【００６３】
図１および図２に示した第一の実施例と異なるのは、副通路７の構成である。第一の実施例では、副通路７の直線部７ａは、その最底部にて連続的な曲面にて１８０°迂回して直線部７ｂに到る、所謂、耐塵埃性の高い慣性効果を有していたのに対して、本実施例では直管構成となっている点である。主空気流３は、入口８から直管構造の副通路７に入り、出口９より吸気通路２に到る。
【００６４】
この様な構成は、自動車の内燃機関の空気流量を計測するには、信頼性の点で問題となるが、産業用または半導体製造等に用いられる塵埃等の異物が制御されたガスの流量検出には適用できる。第一の実施例の副通路７に比較して、簡便な副通路となっていることから低コスト化が図られる。
【００６５】
［実施例６］
図１０には、本発明の第六の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴１６ａの詳細断面図を示す。
【００６６】
図２および図９のＣ部に示した実施例では、連通穴１６ａは、環境センサ素子５が収納される計測室１０を形成する平板状の上部ハウジング１５ｂに、主空気流３に平行に開口する様に直線状に構成されていた。これに対して本実施例では、図１０に示す様に、上部ハウジング１５ｂのハウジング外壁面１５ｄに窪み部２４を設け、この窪み部２４内に連通穴１６ａが開口するように形成している。
【００６７】
この様に、窪み部２４を設けることにより、主空気流３に含まれる塵埃等の異物２３の進行する方向に対して、連通穴１６ａの開口部が影になることから、開口部から異物２３が計測室１０に侵入するリスクが低減できる。この結果、環境センサ素子５の進入した塵埃等の異物２３の衝突による破壊が防止でき、より信頼性の高い環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。また、連通穴１６ｂ側にも、連通穴１６ａと同様の構造が対称に形成される。
【００６８】
［実施例７］
図１１には、本発明の第七の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴１６ａの詳細断面図を示す。
【００６９】
この実施例では、上部ハウジング１５ｂの窪み部２４の連通穴１６ａに、主空気流３の下流方向に伸びる曲がり部２５を設けた。この様に、連通穴１６ａに曲がり部２５を設けたことにより、連通穴１６ａが主空気流３の下流方向に向かって開口することになり塵埃等の異物２３の進入を更に防止することが可能となる。
【００７０】
［実施例８］
図１２には、本発明の第八の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの詳細断面図を示す。
【００７１】
この実施例では、上部ハウジング１５ｂの窪み部２４の連通穴１６ａに換えて、メッシュあるいはフィルター等の開口手段２６を設けた。この様な構成でも、塵埃等の異物２３の進入を防止することが可能となる。
【００７２】
上記の実施例における連通穴１６、メッシュあるいはフィルター等の開口手段２６では、孔の大きさ、孔の数等に関しては、予想される主空気流３の流量範囲および塵埃等の異物２３の大きさ、量に対応して適宜選択できる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 熱式空気流量センサ
２ 吸気通路（主通路）
２ａ 通路壁
３ 主空気流
４ 流量センサ素子
５ 環境センサ素子
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 共通支持基板
７、７ａ、７ｂ 副通路
８ 入口
９ 出口
１０ 計測室
１１ 信号処理回路
１２ モジュールフランジ
１３ コネクタ
１４ コネクタ端子
１５、１５ａ、１５ｂ ハウジング
１５ｃ、１５ｄ ハウジング外壁面
１６ａ、１６ｂ 連通穴（第１の連通穴）
１６ｃ 連通穴（第２の連通穴）
２５ 連通穴
１７ａ、１７ｂ 接続端子
１８ａ、１８ｂ 金線
１９、２１ 凹部
２０ 配線部
２２ 半導体基板
２３ 塵埃等の異物
２４ 窪み部
２６ 開口手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流量を測定する熱式空気流量センサに係わり、例えば内燃機関に吸入される空気の空気流量を計測する流量センサと、該空気の環境特性を計測する環境センサとを有する熱式空気流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。この中で、特に半導体マイクロマシニング技術により製造された熱式空気流量センサ及びそのセンサ素子が、コストが低減でき且つ低電力で駆動することが出来ることから注目されてきた。
【０００３】
最近の内燃機関では低燃費化を図るために、更に高度なエンジン制御が求められており、吸入空気量のみならず吸入空気の温度、圧力および湿度等の環境パラメータも高精度に計測することが求められている。これらの吸入空気量、温度、圧力および湿度等の計測信号は、燃焼工程に係わる重要なデータとなり、燃料噴射時間等の計算のために用いられる。
【０００４】
この様に、吸入空気量、温度、圧力および湿度等を計測する環境センサを有する熱式空気流量センサの先行技術文献としては、例えば以下の特許文献１、２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３３５８６０号公報
【特許文献２】特表２００１−５０９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１（特許第３３３５８６０号公報）の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。湿度センサ素子は、流量センサ素子と半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体形成されたセンサ素子構造となっている。
【０００７】
特許文献１の図６に示されるように従来例の実装構造では、湿度センサ素子は、空気流の影響を直接受けないように保護体により覆われ、さらに、保護体には吸気中の水蒸気が保護体内の湿度センサ素子に到達する程度の寸法の小さい通気孔が形成される構成となっている。
【０００８】
この様に構成された従来例では、湿度センサ素子が空気流に直接晒されることを防止されていることから、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装された場合においても、防塵等の点から望ましい構成となっている。
【０００９】
しかし、湿度センサ素子は、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路（主通路）の管壁（通路壁）に近い場所に位置することになり、自動車等の内燃機関の温度上昇により管壁の熱が湿度センサ素子に伝導するとともに、流量センサ素子のヒータの熱影響も受けることから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。
【００１０】
一方、特許文献２（特表２００１−５０９８５４号公報）の従来例では、環境センサとして吸入空気の湿度を計測する湿度センサと、圧力を計測する圧力センサを有する熱式空気流量センサが開示されている。
【００１１】
特許文献２の図１に示されるように従来例の実装構造では、特許文献１と同じように、湿度センサは、流量センサ素子が配置された副通路よりも吸気通路（主通路）の管壁（通路壁）に近い場所に位置する構成となっている。従って、特許文献１と同様に、自動車等の内燃機関の温度上昇により、吸気通路の管壁の熱が湿度センサ素子に伝導することから、湿度の計測精度に悪影響を与える課題がある。
【００１２】
また、特許文献２の図２では、流量センサ素子と圧力センサ素子が半導体基板上に一体形成され、副通路内に配置される構造となっている。この様な構成では、圧力センサ素子が空気流に直接晒されることから、圧力の計測精度および防塵等の点から課題を有する。
【００１３】
更には、特許文献２の図３では、湿度検出のための湿度センサが空気流量センサとは別個に吸気通路に設置されており、部品点数が多くなりまた組立工数が増大し製造コストの面で十分でない。
【００１４】
本発明の目的は、上記の従来例の課題を解決し、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の熱式空気流量センサは、主通路内に配置されるハウジングと、該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、前記計測室が前記副通路よりも前記主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００１７】
また、前記ハウジングには、前記主通路と前記計測室との間を連通する第１の連通穴が形成されており、前記第１の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口する構成としてもよい。
【００１８】
したがって、第１の連通穴を通過させて主通路から計測室に空気を取り込むことができる。そして、第１の連通穴が主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在するハウジングのハウジング外壁面に開口しているので、主通路から計測室に空気を取り込む際に、空気中に含まれている塵埃等の異物が第１の連通穴に流入するのを妨げることができ、計測室に収納されている環境センサ素子を塵埃等の異物から保護することができる。したがって、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００１９】
また、前記第１の連通穴は、前記ハウジング外壁面に凹設された窪み部内に開口する構成としてもよく、また、前記主通路の下流側に向かって開口する構成としてもよい。そして、第１の連通穴は、前記ハウジングの前記計測室を形成する互いに対向配置された一対の壁部にそれぞれ穿設されて形成されている構成としてもよい。これらの構成によれば、塵埃等の異物が第１の連通穴に流入するのを更に抑制することができ、高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００２０】
また、ハウジングには、前記副通路と前記計測室との間を連通する第２の連通穴が形成されている構成としてもよい。この構成によれば、高精度および高信頼の環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【００２１】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子が共通支持基板に搭載され一体化された構成とすることにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２２】
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子の他に、各センサ素子の出力信号を処理する信号処理回路が搭載され、且つ各センサ素子と前記信号処理回路を接続する電気配線層が配設されたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２３】
また、前記共通支持基板には、前記流量センサ素子を収納する凹部が設けられ、前記流量センサ素子の表面が前記共通支持基板の表面よりはみ出ないように前記凹部内に配置したことにより、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２４】
また、前記環境センサ素子は、圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子の少なくとも一つを有するので、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２５】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、半導体基板上にマイクロマシニング技術によって形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【００２６】
また、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、共通の半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体化形成されたセンサ素子としたことにより、低コストで高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサを提供できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、環境センサ素子を収納する計測室が副通路よりも主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されているので、環境センサ素子が通路壁からの熱影響を受けるのを抑制できる。したがって、例えば、内燃機関の温度上昇により吸気通路の管壁の熱影響を受けない高精度、高信頼で低コストの環境センサを有する熱式空気流量センサが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図。
【図３】共通支持基板６の詳細平面図。
【図４】共通支持基板６の詳細断面図。
【図５】第二の実施例の共通支持基板６の詳細断面図。
【図６】第三の実施例の共通支持基板６の詳細平面図。
【図７】第四の実施例の共通支持基板６の詳細平面図。
【図８】第五の実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図。
【図９】図８のＢ−Ｂ’断面図。
【図１０】第六の実施例の連通穴１６ａの詳細断面図。
【図１１】第七の実施例の連通穴１６ａの詳細断面図。
【図１２】第八の実施例を説明する詳細断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳細に説明する。
［実施例１］
図１は本発明の一実施例を示す環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。自動車等の内燃機関の吸気通路（主通路）２内には、環境センサを有する熱式空気流量センサ１のモジュールハウジング１５がモジュールフランジ１２を介して取りつけられている。
【００３０】
モジュールハウジング１５の先端部には、吸気通路２内を流れる空気の一部が通過するように副通路７（７ａ、７ｂ）が形成されており、副通路７ｂ内部には流量センサ素子４が設置されている。また、流量センサ素子４が設置された副通路７ｂの吸気通路２の中心側には、環境センサ素子５を収納する計測室１０がモジュールハウジング１５に設置されている。すなわち、計測室１０は、副通路７よりも吸気通路２の通路壁から離反した通路中央側に配置されている。
【００３１】
流量センサ素子４および環境センサ素子５は、モジュールハウジング１５内部に設置されており、共通支持基板６上に、信号処理回路１１とともに一体搭載されて、電気的に接続され、更に信号処理回路１１はコネクタ１３内のコネクタ端子１４を介して外部と電気的に接続される。
【００３２】
副通路７は、吸気通路２の内部を流れる空気の流れである主空気流３に対して垂直に開口した副通路入口部８と、吸気通路２内部を流れる主空気流３と平行に開口した副通路出口部９を有している。更に、入口部８の副通路７の直線部７ａは、その最底部にて連続的な曲面にて１８０°迂回しており、流量センサ素子４は、副通路７の直線部７ｂ内に設置されている。
【００３３】
本構造によれば、吸気通路２から副通路７の内部に主空気流３とともに侵入した塵埃等の異物は、その自身の持っている速度と質量による慣性力により、いわゆる慣性効果により副通路７の最底部を迂回して最外周部分に沿うように進行するため、副通路７ｂのほぼ中心付近に設置されている流量センサ素子４に衝突することなく、副通路出口部９より再度吸気通路２へ排出される。
【００３４】
流量センサ素子４は、図２に示すように、上下のモジュールハウジング１５ａ、１５ｂに挟まれた共通支持基板６に設けられた凹部１９内に、副通路７ｂの空気流に対して共通支持基板６の表面よりはみ出さないように設置される。流量センサ素子４が共通支持基板６の表面からはみ出すと、副通路７ｂの空気流の乱流影響を受けて空気流量の正確な計測が出来なくなるとともに、侵入した塵埃等の異物の衝撃リスクが高くなる。
【００３５】
環境センサ素子５は、共通支持基板６の先端部に設置され、副通路７と隔離された上下のモジュールハウジング１５ａ、１５ｂにて構成される計測室１０内に収納される。計測室１０には、吸気通路２に連通する連通穴（第１の連通穴）１６ａ、１６ｂが設けられている。連通穴１６ａ、１６ｂは、吸気通路２内を通過する主空気流３と平行に開口するように設けられている。
【００３６】
具体的には、連通穴１６ａ、１６ｂは、計測室１０を形成するモジュールハウジング１５ａ、１５ｂの互いに対向配置された一対の壁部に穿設されて形成されている。そして、主空気流３の流れ方向に沿って延在するモジュールハウジング１５のハウジング外壁面１５ｃ、１５ｄに開口している。
【００３７】
このように、連通穴１６ａ、１６ｂを主空気流３と平行する方向に開口するように構成したことにより、主空気流３内の塵埃等の衝撃リスクが低減できるとともに、連通穴１６ａ、１６ｂに発生する負圧を利用して新規の主空気流３を計測室１０内に低速で直接流入させることができ、環境センサ素子５による計測が正確に実行できる。
【００３８】
連通穴１６ａ、１６ｂに発生する負圧は、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさおよび設置位置により最適に設定できる。連通穴１６ａ、１６ｂの大きさを非対称に設定することにより連通穴１６ａ、１６ｂには負圧差が発生し、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。
【００３９】
なお、図２に点線で示すように、モジュールハウジング１５に副通路７と計測室１０との間を連通する連通穴（第２の連通穴）１６ｃを設けてもよく、連通穴１６ａ、１６ｂと連通穴１６ｃとの間に負圧差を発生させ、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。また、連通穴１６ａ、１６ｂは、いずれか一方のみでもよく、また、連通穴１６ｃのみであってもよい。
【００４０】
また、自動車等の内燃機関の環境を想定した場合には、雨滴や凍結を考慮して信頼性を確保する必要がある。連通穴１６ａ、１６ｂの大きさに関しては、上記の雨滴や凍結を考慮した適切な大きさに設定する必要がある。
【００４１】
連通穴１６ａ、１６ｂの大きさとしては、小さすぎると雨滴が表面張力により連通穴を塞いだ状態となり、計測室１０内に流入する新規の主空気流３を阻害することになる。また、冬季には凍結する可能性もあり、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさとして雨滴や凍結を防止するためにある程度の大きさを確保する必要がある。
【００４２】
一方、連通穴１６ａ、１６ｂを大きくし過ぎると、主空気流３に含まれる塵埃等が計測室１０内に流入して環境センサ素子５を直撃して損壊する可能性があるので、この場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴に設定する必要がある。また、より計測室１０内に流入する新規の主空気流３を増量する場合には、塵埃を防止する適切な大きさの連通穴を複数個設ける必要がある。
上記の様に、連通穴１６ａ、１６ｂの大きさおよび連通穴の数を適切に設定することにより、連通穴における適切な負圧差が設定でき、計測室１０内に流入する新規の主空気流３の方向および流量を制御することができる。
【００４３】
また、計測室１０内に水分が滞留すると正確な計測が不可能となるので、連通穴１６ａ、１６ｂの他に水分を主空気流３側あるいは副通路７側に排泄するために別の連通穴（排出穴）を計測室１０に形成することも可能である。
【００４４】
また、環境センサ素子５を共通支持基板６の先端部に設置し、副通路７と隔離された計測室１０内に収納したことにより、環境センサ素子５に対する空気流の影響を受けることもない。また、環境センサ素子５を流量センサ素子４が配置された副通路７ｂよりも前記主空気流３の中心側に配置したことにより、副通路７ｂによる冷却効果が期待でき、従来例での自動車等の内燃機関の温度上昇による吸気通路２の管壁の熱影響が低減され、高精度の環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。
【００４５】
図３およびに図４に、共通支持基板６の詳細平面図と断面図を示す。共通支持基板６は、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃにて構成されている。流量センサ素子４は、共通支持基板６に形成された凹部１９に接着剤等により接着・固定される。また、環境センサ素子５は、共通支持基板６の先端部に同じく接着剤等により接着・固定される。環境センサ素子５および流量センサ素子４は、接続端子１７ａと金線１８ａによりワイヤボンドされ、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃに形成された配線層２０により信号処理回路１１と電気接続される。
【００４６】
更に、環境センサ素子５および流量センサ素子４の出力信号は、信号処理回路１１にて適切な補正等の処理が行われた後に、配線層２０、接続端子１７ｂと金線１８ｂのワイヤボンドによりコネクタ端子１４を介して外部に出力される。
【００４７】
流量センサ素子４は、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングにより電気絶縁膜からなるダイヤフラムに形成された少なくともヒータを有する。ヒータの温度は、所定の温度になるように加熱電流を流して制御し、加熱電流もしくはヒータの上下流に配置した温度センサの温度差から、空気流量を検出する。
【００４８】
また、環境センサ素子５は、同じくシリコン等の半導体基板上に形成された、湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃからなる。これらのセンサ素子は、半導体マイクロマシニング技術により共通の半導体基板上に一体形成されたものである。
【００４９】
湿度センサ素子５ａとしては、例えば従来例である特許文献１に記載の湿度センサ素子と同様の素子が用いられるが、別の方式の湿度センサ素子を適用してもかまわない。また、圧力センサ素子５ｂとしては、シリコン等の半導体基板の下面より異方性エッチングして形成されたシリコン・ダイヤフラムに加わる圧力を、ダイヤフラムに形成されたピエゾ抵抗効果により検出する構成あるいは静電容量により検出する構成となっている。温度センサ素子５ｃは、半導体基板上に形成されたポリシリコンや金属等からなる抵抗体の温度変化から検出する構成である。
【００５０】
この様に構成された本発明の環境センサを有する熱式空気流量センサでは、副通路７ｂに形成された流量センサ素子４により空気流量が、計測室１０に収納された環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃから、主空気流３の湿度、圧力および温度の環境パラメータが高信頼で高精度に検出される。
【００５１】
また、共通支持基板６のセラミック材料として、アルミナ、またはアルミナとガラスの複合材を採用することにより、熱伝導率が小さく出来、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路２の管壁の熱影響を低減することが出来る。
【００５２】
更に、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃの構成としたことにより、積層基板の表面、及び裏面には印刷等の配線パターンが、積層基板間には部分的に形成されたスルーホールが形成できることから、電気部品を含めて一体で構成することで小型化が図られ、コスト低減も可能である。
【００５３】
［実施例２］
図５に、本発明の第二実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の断面図を示す。
【００５４】
図４に示した第一の実施例と異なるのは、セラミック積層基板６ａ、６ｂ、６ｃで構成された共通支持基板６に凹部２１を設けたことである。
【００５５】
凹部２１は、自動車等の内燃機関の温度上昇により吸気通路２の管壁の熱影響およびヒータが形成された流量センサ素子４からの熱影響が、環境センサ素子５に及ぼすことを防止する。熱絶縁効果を有する凹部２１を設けたことにより、第一の実施例により更に熱影響の低減が図られ、主空気流３の湿度、圧力および温度の環境パラメータがより高精度に検出される。
【００５６】
［実施例３］
図６には、本発明の第三実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の平面図を示す。
【００５７】
図３に示した第一の実施例と異なるのは、環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃが、夫々別のシリコン等の半導体基板上に形成されていることである。この様に、別々の半導体基板上にセンサ素子を形成することにより、夫々の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃに最適なセンサ構造および製造プロセスが選択できる利点がある。
【００５８】
更に、湿度センサ素子５ａとして、半導体基板を用いないセラミック基板に感湿膜を形成し電気抵抗および静電容量を検知する湿度センサ方式を、また、温度センサ素子５ｃとして、サーミスタ等のバルク型のチップ抵抗やセラミック支持基板６に印刷された印刷抵抗等を用いることが可能となる。圧力センサ素子５ｂに関しても、同様に種々の構造が適用可能となる。
【００５９】
また、システム構成によっては、湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃの全てを採用するのではなく、必要に応じて、これらのセンサ素子から１ないし２センサ素子を選択して採用することも可能となる。
【００６０】
［実施例４］
図７には、本発明の第四の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの共通支持基板６の平面図を示す。
【００６１】
図３に示した第一の実施例と異なるのは、流量センサ素子４と環境センサ素子５の湿度センサ素子５ａ、圧力センサ素子５ｂおよび温度センサ素子５ｃを、共通のシリコン等の半導体基板２２上に一体形成したことである。この様に、流量センサ素子４と環境センサ素子５を半導体基板２２上に一体形成したことにより、部品点数の低減による低コスト化が図られる。
【００６２】
［実施例５］
図８は、本発明の第五の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの縦断面図で、図９は、図８のＢ−Ｂ’断面図である。
【００６３】
図１および図２に示した第一の実施例と異なるのは、副通路７の構成である。第一の実施例では、副通路７の直線部７ａは、その最底部にて連続的な曲面にて１８０°迂回して直線部７ｂに到る、所謂、耐塵埃性の高い慣性効果を有していたのに対して、本実施例では直管構成となっている点である。主空気流３は、入口８から直管構造の副通路７に入り、出口９より吸気通路２に到る。
【００６４】
この様な構成は、自動車の内燃機関の空気流量を計測するには、信頼性の点で問題となるが、産業用または半導体製造等に用いられる塵埃等の異物が制御されたガスの流量検出には適用できる。第一の実施例の副通路７に比較して、簡便な副通路となっていることから低コスト化が図られる。
【００６５】
［実施例６］
図１０には、本発明の第六の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴１６ａの詳細断面図を示す。
【００６６】
図２および図９のＣ部に示した実施例では、連通穴１６ａは、環境センサ素子５が収納される計測室１０を形成する平板状の上部ハウジング１５ｂに、主空気流３に平行に開口する様に直線状に構成されていた。これに対して本実施例では、図１０に示す様に、上部ハウジング１５ｂのハウジング外壁面１５ｄに窪み部２４を設け、この窪み部２４内に連通穴１６ａが開口するように形成している。
【００６７】
この様に、窪み部２４を設けることにより、主空気流３に含まれる塵埃等の異物２３の進行する方向に対して、連通穴１６ａの開口部が影になることから、開口部から異物２３が計測室１０に侵入するリスクが低減できる。この結果、環境センサ素子５の進入した塵埃等の異物２３の衝突による破壊が防止でき、より信頼性の高い環境センサを有する熱式空気流量センサが実現できる。また、連通穴１６ｂ側にも、連通穴１６ａと同様の構造が対称に形成される。
【００６８】
［実施例７］
図１１には、本発明の第七の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの連通穴１６ａの詳細断面図を示す。
【００６９】
この実施例では、上部ハウジング１５ｂの窪み部２４の連通穴１６ａに、主空気流３の下流方向に伸びる曲がり部２５を設けた。この様に、連通穴１６ａに曲がり部２５を設けたことにより、連通穴１６ａが主空気流３の下流方向に向かって開口することになり塵埃等の異物２３の進入を更に防止することが可能となる。
【００７０】
［実施例８］
図１２には、本発明の第八の実施例である環境センサを有する熱式空気流量センサの詳細断面図を示す。
【００７１】
この実施例では、上部ハウジング１５ｂの窪み部２４の連通穴１６ａに換えて、メッシュあるいはフィルター等の開口手段２６を設けた。この様な構成でも、塵埃等の異物２３の進入を防止することが可能となる。
【００７２】
上記の実施例における連通穴１６、メッシュあるいはフィルター等の開口手段２６では、孔の大きさ、孔の数等に関しては、予想される主空気流３の流量範囲および塵埃等の異物２３の大きさ、量に対応して適宜選択できる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 熱式空気流量センサ
２ 吸気通路（主通路）
２ａ 通路壁
３ 主空気流
４ 流量センサ素子
５ 環境センサ素子
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 共通支持基板
７、７ａ、７ｂ 副通路
８ 入口
９ 出口
１０ 計測室
１１ 信号処理回路
１２ モジュールフランジ
１３ コネクタ
１４ コネクタ端子
１５、１５ａ、１５ｂ ハウジング
１５ｃ、１５ｄ ハウジング外壁面
１６ａ、１６ｂ 連通穴（第１の連通穴）
１６ｃ 連通穴（第２の連通穴）
２５ 連通穴
１７ａ、１７ｂ 接続端子
１８ａ、１８ｂ 金線
１９、２１ 凹部
２０ 配線部
２２ 半導体基板
２３ 塵埃等の異物
２４ 窪み部
２６ 開口手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主通路内に配置されるハウジングと、
該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、
前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、
前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、
前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、
前記計測室が前記副通路よりも前記主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
【請求項２】
前記ハウジングには、前記主通路と前記計測室との間を連通する第１の連通穴が形成されており、
前記第１の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口することを特徴とする請求項１に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項３】
前記第１の連通穴は、前記ハウジング外壁面に凹設された窪み部内に開口することを特徴とする請求項２に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項４】
前記第１の連通穴は、前記主通路の下流側に向かって開口することを特徴とする請求項３に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項５】
前記第１の連通穴は、前記ハウジングの前記計測室を形成する互いに対向配置された一対の壁部にそれぞれ穿設されて形成されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項６】
前記ハウジングには、前記副通路と前記計測室との間を連通する第２の連通穴が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項７】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子が共通支持基板に搭載され一体化された構成であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項８】
前記共通支持基板には、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子の他に、各センサ素子の出力信号を処理する信号処理回路が搭載され、且つ各センサ素子と前記信号処理回路を接続する電気配線層が配設されたことを特徴とする請求項７に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項９】
前記共通支持基板には、前記流量センサ素子を収納する凹部が設けられ、前記流量センサ素子の表面が前記共通支持基板の表面よりはみ出ないように前記凹部内に配置したことを特徴とする請求項７又は８に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１０】
前記環境センサ素子は、圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１１】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、半導体基板上にマイクロマシニング技術によって形成されたセンサ素子であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１２】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、共通の半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体化して形成されたセンサ素子であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１】
主通路内に配置されるハウジングと、
該ハウジング内に形成されて前記主通路内を流れる空気の一部が通過する副通路と、
前記ハウジング内に形成されて前記主通路と前記副通路の少なくとも一方に連通する計測室と、
前記副通路内に配置されて該副通路内を通過する空気の空気流量を計測する流量センサ素子と、
前記計測室内に収納されて前記計測室内の空気の温度、圧力、湿度の少なくとも一つを計測する環境センサ素子と、を有する熱式空気流量センサであって、
前記計測室が前記副通路よりも前記主通路の通路壁から離反した通路中央側に配置されていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
【請求項２】
前記ハウジングには、前記主通路と前記計測室との間を連通する第１の連通穴が形成されており、
前記第１の連通穴は、前記主通路内で該主通路内を通過する空気の流れ方向に沿って延在する前記ハウジングのハウジング外壁面に開口することを特徴とする請求項１に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項３】
前記第１の連通穴は、前記ハウジング外壁面に凹設された窪み部内に開口することを特徴とする請求項２に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項４】
前記第１の連通穴は、前記主通路の下流側に向かって開口することを特徴とする請求項３に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項５】
前記第１の連通穴は、前記ハウジングの前記計測室を形成する互いに対向配置された一対の壁部にそれぞれ穿設されて形成されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項６】
前記ハウジングには、前記副通路と前記計測室との間を連通する第２の連通穴が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項７】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子が共通支持基板に搭載され一体化された構成であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項８】
前記共通支持基板には、前記流量センサ素子と前記環境センサ素子の他に、各センサ素子の出力信号を処理する信号処理回路が搭載され、且つ各センサ素子と前記信号処理回路を接続する電気配線層が配設されたことを特徴とする請求項７に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項９】
前記共通支持基板には、前記流量センサ素子を収納する凹部が設けられ、前記流量センサ素子の表面が前記共通支持基板の表面よりはみ出ないように前記凹部内に配置したことを特徴とする請求項７又は８に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１０】
前記環境センサ素子は、圧力センサ素子、湿度センサ素子、温度センサ素子の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１１】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、半導体基板上にマイクロマシニング技術によって形成されたセンサ素子であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【請求項１２】
前記流量センサ素子と前記環境センサ素子は、共通の半導体基板上にマイクロマシニング技術によって一体化して形成されたセンサ素子であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の熱式空気流量センサ。
【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２０１０−１５１７９５（Ｐ２０１０−１５１７９５Ａ）
【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２００９−２０５６５１（Ｐ２００９−２０５６５１）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【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２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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