熱式空気流量計
【課題】高額なトリミング設備を必要とすることなく、ヒータ温度制御部７に使用される抵抗体２０、２１の温度差ばらつきを調整できる熱式空気流量計を提供する。
【解決手段】ヒータ温度制御部７のブリッジ回路に電圧を供給する電圧供給部９は、第１の給電端子３０に接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給する第１の電圧供給手段９ａと、第２の給電端子３２に接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する第２の電圧供給手段９ｂとを有し、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段は、供給電圧を調整可能な電圧調整機能を備えている。電圧の調整は、コネクタの内部に設けられたトリム端子に外部からの電気信号を入力して、回路チップ１２に組み込まれたＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行われる。
【解決手段】ヒータ温度制御部７のブリッジ回路に電圧を供給する電圧供給部９は、第１の給電端子３０に接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給する第１の電圧供給手段９ａと、第２の給電端子３２に接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する第２の電圧供給手段９ｂとを有し、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段は、供給電圧を調整可能な電圧調整機能を備えている。電圧の調整は、コネクタの内部に設けられたトリム端子に外部からの電気信号を入力して、回路チップ１２に組み込まれたＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車のエンジンに供給される空気の流量を計測する熱式空気流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気やガス等の流体流量を計測する熱式流量計がある。この熱式流量計は、流体温度より一定温度だけ高い基準温度に加熱される発熱ヒータと、流体の流れ方向に対し発熱ヒータの上流側と下流側とにそれぞれ配置される上流側感温抵抗体と下流側感温抵抗体とを有し、この上流側感温抵抗体と下流側感温抵抗体との温度差により流体流量を計測する方式であり、発熱ヒータの温度を基準温度に制御するブリッジ回路を備えている。
例えば、特許文献１では、図１０に示す様に、給電端子１００とアース側端子１１０との間に二つのブリッジアームが並列に接続され、一方のアームブリッジには、発熱ヒータ１２０の温度を検出する感温抵抗体１３０と、抵抗値が調整可能な抵抗体１４０とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、流体温度を検出する感温抵抗体１５０と、抵抗値が調整可能な抵抗体１６０と、抵抗値が固定された抵抗体１７０とが直列に接続され、給電端子１００とアース側端子１１０との間に一定電圧が供給される。抵抗値が調整可能な抵抗体１４０、１６０は、支持体上の厚膜抵抗により形成され、感温抵抗体１３０と感温抵抗体１５０との温度差が略一定になるように調整される。
【０００３】
また、特許文献２では、図１１に示す様に、給電端子２００とアース側端子２１０との間に二つのブリッジアームが並列に接続され、一方のアームブリッジには、発熱ヒータ２２０の温度を検出する感温抵抗体２３０と他の感温抵抗体２４０とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、流体温度を検出する感温抵抗体２５０と他の感温抵抗体２６０とが直列に接続され、給電端子２００とアース側端子２１０との間に一定電圧が供給される。このブリッジ回路を形成する４つの感温抵抗体２３０〜２６０は、それぞれ、同じプロセス、同じ材料で形成され、略同じ抵抗温度係数を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１６０１４２号公報
【特許文献２】特許第３８１７４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、個体毎に抵抗体１４０、１６０の抵抗値を調整することにより、感温抵抗体１３０と感温抵抗体１５０との温度差を調整可能であるが、抵抗値が調整可能な抵抗体１４０、１６０は、面積が大きいため、回路が大きくなる。
また、厚膜抵抗は、通常、レーザ等でトリミング調整されるため、そのレーザトリミングを行うために高額な設備が必要である。
さらに、厚膜抵抗を調整した後に、シリコンゲル等により保護した後、カバー等を被せる必要があるため、後工程で特性が変動する恐れがあると共に、工程が複雑で装置が高価になる。
【０００６】
一方、特許文献２では、ブリッジ回路を形成する４つの感温抵抗体２３０〜２６０が、同じ材料、同じプロセスで形成され、略同じ抵抗温度係数を有しているので、特許文献１のように、個体毎に調整しなくても温度差のばらつきは小さい。ところが、実際には、４つの感温抵抗体２３０〜２６０のセンサ素子上での配置、形状、温度が異なるため、高精度な流量計測を達成するには、温度差を個別に調整する必要がある。しかし、同文献２に開示された従来技術では、調整機能がなく、高精度な流量計測ができないという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高額なトリミング設備を必要とすることなく、ヒータ温度制御部に使用される抵抗体の温度差ばらつきを調整できる熱式空気流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１に係る発明）
本発明は、通電により発熱する発熱ヒータを有して空気通路に配置されるセンサ部と、空気通路を流れる空気と発熱ヒータとの温度差が一定となる様に発熱ヒータの温度を制御するヒータ温度制御部と、発熱ヒータからの放熱量を基に空気通路を流れる空気流量を検出する流量検出部とを備える熱式空気流量計であって、ヒータ温度制御部は、発熱ヒータの温度を検出するヒータ温度検出抵抗と、空気通路を流れる空気の温度を検出する空気温度検出抵抗と、ヒータ温度検出抵抗と直列に接続される第１の抵抗体と、空気温度検出抵抗と直列に接続される第２の抵抗体と、ヒータ温度検出抵抗と第１の抵抗体とが接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給し、空気温度検出抵抗と第２の抵抗体とが接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する電圧供給手段とを有し、この電圧供給手段は、ヒータ温度検出抵抗と空気温度検出抵抗との温度差が一定となるように、第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整可能な電圧調整機能を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、電圧調整機能によって第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整することにより、第３、第２の抵抗体をレーザ等でトリミング調整した場合と同等の効果を得ることができる。これにより、ヒータ温度検出抵抗と空気温度検出抵抗との温度差が一定となる様に発熱ヒータの温度を制御できる、つまり、発熱ヒータの温度を空気温度に対し一定の温度差に制御できるので、発熱ヒータからの放熱量を基に空気流量を精度良く検出できる。
また、本発明によれば、抵抗体の劣化や汚損による流量特性の変化および特性ばらつきを抑制できるので、個体毎（製品毎）の温度差ばらつきを容易に調整できる。
【０００９】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した熱式空気流量計において、ヒータ温度制御部及び流量検出部を基板上に回路構成する回路チップを有し、外部からの電気信号を入力して、回路チップに組み込まれたメモリにデータを書き込むことにより、第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整することを特徴とする。
本発明によれば、電圧調整機能により、製品組み立て後に電圧調整を行うことができる。言い換えると、熱式空気流量計として完成された状態で、外部からの電気信号により、ＥＰＲＯＭ等のメモリにデータを書き込むことで電圧を調整できる。この場合、後工程によって特性が変動することはないので、高精度な熱式空気流量計を提供できる。また、レーザトリミング等の高額な設備を使用する必要がないので、製造コストを低く抑えることが出来る。
【００１０】
（請求項３に係る発明）
請求項１または２に記載した熱式空気流量計において、センサ部は、基板の一部にメンブレンを有するセンサチップによって構成され、発熱ヒータとヒータ温度検出抵抗は、メンブレン上に配置され、空気温度検出抵抗は、センサチップ上でメンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする。
基板の熱容量が小さいメンブレン上に発熱ヒータとヒータ温度検出抵抗を配置することで、発熱ヒータへの供給電圧を低く設定できる。
【００１１】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した熱式空気流量計において、第１の抵抗体と第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、センサチップ上でメンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする。
この場合、センサチップ上に配置される第１の抵抗体と第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、発熱ヒータ及びヒータ温度検出抵抗と同一工程で形成できる。この場合、抵抗比ばらつきを小さくでき、温度差ばらつきの調整範囲を小さくできるので、高精度で温度差を調整できる。
【００１２】
（請求項５に係る発明）
請求項３または４に記載した熱式空気流量計において、回路チップとセンサチップは、共通のケースに一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されていることを特徴とする。
センサチップと回路チップを共通のケースに一体に収容することで、センサチップと回路チップとの配線接続をワイヤボンディング等によって容易にでき、且つ、一つのセンサアセンブリとして構成することにより小型化が可能となる。
【００１３】
（請求項６に係る発明）
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式空気流量計において、センサ部は、空気の流れ方向に対して発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、流量検出部は、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より空気流量を検出することを特徴とする。
本発明の構成によれば、発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体を配置しているので、順方向の空気流量、つまり、発熱ヒータの上流側から下流側へ向かう空気の流量だけでなく、逆方向の空気流量、つまり、発熱ヒータの下流側から上流側へ逆流する空気の流量も検出できる。これにより、例えば、自動車のエンジンに吸入される吸気量を計測するエアフロメータに本発明の熱式空気流量計を適用した場合に、エンジンに吸入される順方向の吸気量だけでなく、例えば、吸気脈動等によって生じる逆流時の空気流量も計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ヒータ温度制御部と電圧供給部の回路図である（実施例１）。
【図２】熱式空気流量計を吸気ダクトに取り付けた状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）流量センサの平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】センサチップの断面図である。
【図５】メンブレン上に配置された抵抗体の形状を示す平面図である。
【図６】流量検出部の回路図である。
【図７】（ａ）流量検出の原理を示す温度分布図、（ｂ）空気の流れ方向に沿って切断したセンサチップの断面図である。
【図８】熱式空気流量計の出力特性を示すグラフである。
【図９】ヒータ温度制御部と電圧供給部の回路図である（実施例２）。
【図１０】発熱ヒータの温度を制御するブリッジ回路である（特許文献１）。
【図１１】発熱ヒータの温度を制御するブリッジ回路である（特許文献２）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
この実施例１では、自動車のエンジンに吸入される空気流量（吸気量と呼ぶ）を計測する熱式空気流量計１の一例を説明する。
熱式空気流量計１は、図２に示す様に、エンジンの吸気ダクト２に取り付けられるセンサハウジング３と、このセンサハウジング３に保持される流量センサ４（図３参照）とを備える。吸気ダクト２は、吸気量を調節するスロットルバルブ（図示せず）より上流側の吸気通路であり、例えば、吸気通路の最上流に配置されるエアクリーナの出口パイプ、あるいは、この出口パイプに接続される吸気管等である。
センサハウジング３は、吸気ダクト２の壁面に空けられた取付け孔より吸気ダクト２の内部に挿入され、センサハウジング３に設けられるフランジ部３ａを介して吸気ダクト２にボルト等によって着脱可能に固定される。
【００１７】
センサハウジング３には、吸気ダクト２の内部を上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かって流れる空気、つまり、エンジンに吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、吸気ダクト２の上流側に向かって開口する入口５ａと、吸気ダクト２の下流側に向かって開口する出口５ｂとの間を連通するメイン通路５と、このメイン通路５を流れる空気の一部を取り込むサブ通路６とを有する。
メイン通路５は、入口５ａと出口５ｂとの間が略直線的に形成され、且つ、出口側の流路断面積が出口５ｂに向かって次第に減少するテーパ形状に形成されている。
サブ通路６は、メイン通路５の途中から分岐するサブ入口６ａと、メイン通路５の出口５ｂの周囲に環状に開口するサブ出口６ｂとの間を連通して形成される。このサブ通路６は、通路途中に大きな曲がり部が設けられて、メイン通路５より通路長が長く形成されている。
【００１８】
流量センサ４は、後述するヒータ温度制御部７、流量検出部８、電圧供給部９、および、デジタル演算部１０等の機能を有し、これらの機能が、センサチップ１１と回路チップ１２とに形成されている。センサチップ１１と回路チップ１２は、共通の樹脂ケース１３に一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されている。
センサチップ１１には、図４に示す様に、センサ基板１４の一部にメンブレン１５が形成されている。このメンブレン１５は、センサ基板１４の表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板１４の裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板１４の一部を除去して空洞部１４ａを設けることにより形成される。
【００１９】
メンブレン１５の表面上には、図５に示す様に、発熱ヒータ１６、傍熱抵抗体１７、測温抵抗体１８が配置され、メンブレン１５から外れた領域には、吸気温検出抵抗体１９、第１の抵抗体２０、および、第２の抵抗体２１が配置されている。
発熱ヒータ１６は、メンブレン１５の略中央部に配置され、ヒータ温度制御部７によって基準温度に制御される。
傍熱抵抗体１７は、発熱ヒータ１６の周囲を囲む様に近接して配置されて、発熱ヒータ１６の温度を検出する。
測温抵抗体１８は、図７（ｂ）に示す様に、空気の流れ方向に対して発熱ヒータ１６の上流側（図示左側）に配置される２個の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と、発熱ヒータ１６の下流側に配置される２個の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）とを有し、上流側の測温抵抗体１８と下流側の測温抵抗体１８との温度差より空気流量を検出する。
【００２０】
吸気温検出抵抗体１９は、空洞部１４ａが形成されていないセンサ基板１４の厚肉部分に配置されて空気の温度（吸気温度と呼ぶ）を検出する。この吸気検出抵抗体１９は、発熱ヒータ１６の熱が温度検出に影響を及ぼさないように、発熱ヒータ１６から所定距離だけ離れた位置に配置される。
第１の抵抗体２０と第２の抵抗体２１は、吸気温検出抵抗体１９と同様に、センサ基板１４の厚肉部分に配置され、発熱ヒータ１６の熱影響を受けないように、発熱ヒータ１６から所定距離だけ離れた位置に配置される。なお、第１の抵抗体２０と第２の抵抗体２１は、どちらか一方あるいは両方を回路チップ１２の基板上に設けることもできる。
上記の発熱ヒータ１６、傍熱抵抗体１７、測温抵抗体１８、吸気温検出抵抗体１９、第１の抵抗体２０、および、第２の抵抗体２１は、例えば、スパッタあるいは蒸着などの成膜技術により薄膜形成した後、エッチングにより所望の形状にパターニングして形成することができる。抵抗体の材料としては、例えば、信頼性の高い白金を使用することが望ましい。
【００２１】
また、センサチップ１１には、図４に示す様に、各抵抗体１６〜２１にそれぞれ接続される配線パターン２２と、これらの配線パターン２２の端部に設けられるボンディングパッド２３が形成され、このボンディングパッド２３と回路チップ１２に設けられる電極部（図示せず）とがワイヤボンディング２４によって電気的に接続されている。
さらに、センサチップ１１の表面には、ボンディングパッド２３の表面のみ露出した状態で、各抵抗体１６〜２１、および、配線パターン２２を保護する保護膜２５が形成されている。なお、図４では、保護膜２５が二層に形成されているが、一層だけでも良い。
このセンサチップ１１は、サブ通路６を流れる空気に晒される様に、サブ通路６に露出した状態に配置される（図２参照）。
【００２２】
ヒータ温度制御部７は、図１に示す様に、二本の直列アームを有するブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子２６、２７に接続されるオペアンプ２８と、このオペアンプ２８の出力に基づいてオン／オフするトランジスタ２９より構成され、発熱ヒータ１６の温度を吸気温より所定温度（例えば２００℃）だけ高い基準温度に制御する。
ヒータ温度制御部７のブリッジ回路は、第１の給電端子３０とアース端子３１との間に接続される一方の直列アームと、第２の給電端子３２とアース端子３１との間に接続される他方の直列アームとを有し、一方の直列アームには、発熱ヒータ１６の温度を検出する傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０とが直列に接続され、他方の直列アームには、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１とが直列に接続される。
【００２３】
このヒータ温度制御部７による発熱ヒータ１６の温度制御は、以下の様に行われる。
発熱ヒータ１６の温度が基準温度より低下すると、発熱ヒータ１６の抵抗値が低下してブリッジ回路の二つの中点端子２６、２７間に電位差が生じるため、オペアンプ２８の出力によりトランジスタ２９がオンする。その結果、電源３３（図１参照）より発熱ヒータ１６に電流が供給されて、発熱ヒータ１６の温度が上昇する。その後、発熱ヒータ１６の温度が基準温度まで上昇すると、二つの中点端子２６、２７間の電位差が無くなる、つまり、ブリッジ回路の平衡が保たれることにより、トランジスタ２９がオフして発熱ヒータ１６に供給される電流が遮断される。その結果、発熱ヒータ１６の温度が基準温度に保たれる。
【００２４】
流量検出部８は、図６に示す様に、４個の測温抵抗体１８を各辺に配置して形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子３４、３５に接続されるオペアンプ３６とで構成され、上流側の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と下流側の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）との温度差より吸気量を検出する。
流量検出部８のブリッジ回路は、所定の電圧が印加される給電端子３７と、アースに接続されるアース端子３８との間に二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、発熱ヒータ１６より上流側の第１測温抵抗体１８ａと下流側の第１測温抵抗体１８ｃとが直列に接続され、他方のブリッジアームには、発熱ヒータ１６より下流側の第２測温抵抗体１８ｄと上流側の第２測温抵抗体１８ｂとが直列に接続されている。
【００２５】
ここで、発熱ヒータ１６からの放熱量と測温抵抗体１８の検出温度との関係について、図７を基に説明する。
サブ通路６に空気流れが発生していない時は、図７（ａ）の破線グラフで示す様に、発熱ヒータ１６を中心として上流側と下流側とで温度分布が対称となり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂと下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄとの間に温度差は生じない。
これに対し、サブ通路６に順方向の空気流れが発生している場合は、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより空気流れによる冷却効果が大きいため、図７（ａ）の実線グラフで示す様に、発熱ヒータ１６の下流側（図示右側）へ偏った温度分布が生じる。
つまり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより検出温度が低くなる。一方、サブ通路６に逆方向の空気流れが発生すると、発熱ヒータ１６の上流側へ偏った温度分布が生じるため、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより検出温度が高くなる。
【００２６】
上記の様に、サブ通路６に空気の流れが発生すると、図８に示す様に、空気流量（吸気量）および空気の流れ方向に応じて、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じるため、この温度差ΔＴより吸気量および空気の流れ方向を検出できる。
上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じた場合、つまり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの抵抗値と下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの抵抗値とがそれぞれ変化して、ブリッジ回路の二つの中点端子３４、３５間に電位差が生じると、その電位差がオペアンプ３６により増幅されてデジタル演算部１０へ出力される（図６参照）。
【００２７】
電圧供給部９は、図１に示す様に、電源電圧より基準電圧を生成する基準電圧発生手段９Ａと、基準電圧を基に第１の電圧と第２の電圧を生成し、第１の電圧を第１の給電端子３０に印加する第１の電圧供給手段９ａと、第２の電圧を第２の給電端子３２に印加する第２の電圧供給手段９ｂとを有している。また、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段は、供給電圧を調整可能に構成され、本発明の電圧調整機能を備える。
電圧の調整は、図２に示すフランジ部３ａと一体に樹脂成形されたコネクタ３９の内部にトリム端子（図示せず）が設けられており、このトリム端子に外部からの電気信号を入力して、回路チップ１２に組み込まれたＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行うことができる。
【００２８】
デジタル演算部１０（図６参照）は、流量検出部８で検出される吸気量に応じた電圧信号（アナログ値）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、温度補正に関するデータを組み込んだ補正マップを記憶するメモリと、このメモリに記憶された補正マップを基に温度特性のずれを補正する補正部と、温度補正された電圧値を周波数値に変換して、センサ信号として外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力する信号出力部等より構成される。なお、センサ信号は、電圧値を周波数値に変換することなく、電圧値のままＥＣＵへ出力することもできる。このデジタル演算部１０および上記の電圧供給部９は、回路チップ１２の基板上に構成されている。
【００２９】
（実施例１の作用および効果）
本実施例の熱式空気流量計１は、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段が本発明の電圧調整機能を備えている。よって、第１の給電端子３０を介して一方の直列アームに印加される第１の電圧と、第２の給電端子３２を介して他方の直列アームに印加される第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧は、トリム端子を通じて外部から入力される電気信号によって所定の電圧に調整することができる。これにより、ヒータ温度制御部のブリッジ回路に使用される第１の抵抗体２０および第２の抵抗体２１は、両者の抵抗温度係数にばらつきがあっても、上記の電圧調整を行うことにより、例えば、レーザ等でトリミング調整した場合と同等の効果を得ることができる。
【００３０】
上記の構成によれば、第１の電圧と第２の電圧のうち少なくとも一方の電圧を調整することで、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差を一定に保つことができる。言い換えると、発熱ヒータ１６の温度を吸気温度より所定温度だけ高い基準温度に制御できるので、発熱ヒータ１６からの放熱量を基に空気流量を精度良く検出できる。また、抵抗体の劣化や汚損による流量特性の変化および特性ばらつきを抑制できるので、個体毎（製品毎）の温度差ばらつきを容易に調整できる。
【００３１】
また、抵抗体をレーザ等でトリミング調整する場合は、後工程（シリコンゲル等による保護、カバー等を被せる工程等）で特性が変動する恐れがあるが、本実施例の熱式空気流量計１は、コネクタ３９の内部に外部からの電気信号を入力するトリム端子を備えているので、熱式空気流量計１として完成された状態、つまり、製品組み立て後に電圧の調整を行うことができる。よって、後工程で特性が変動することはなく、高精度な熱式空気流量計１を提供できる。また、レーザトリミングを行うための高額な設備を使用する必要がないので、製造コストを低く抑えることが出来る。
【００３２】
（実施例２）
実施例２に示す熱式空気流量計１は、ヒータ温度制御部７に使用されるブリッジ回路の一方の直列アームに接続される傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０、および、他方の直列アームに接続される吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１の配置が実施例１とは異なる。つまり、この実施例２では、図９に示す様に、一方の直列アームには、第１の給電端子３０側に傍熱抵抗体１７が接続され、アース端子３１側に第１の抵抗体２０が接続される。他方の直列アームには、第２の給電端子３２側に吸気温検出抵抗体１９が接続され、アース端子３１側に第２の抵抗体２１が接続される。
上記の構成において、電圧供給部９より、第１の給電端子３０を通じて一方の直列アームに第１の電圧が供給され、第２の給電端子３２を通じて他方の直列アームに第２の電圧が供給される。
【００３３】
また、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差が一定となるように、第１の電圧と第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧を調整可能に設けられている。電圧の調整は、実施例１と同じく、トリム端子に外部からの電気信号を入力して、ＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行われる。すなわち、この実施例２は、ブリッジ回路の一方の直列アームに接続される傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０、他方の直列アームに接続される吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１の配置が実施例１の場合と異なるだけであり、第１の電圧と第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧を調整することで、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差が一定となる様に制御しているので、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００３４】
（変形例）
実施例１に記載した熱式空気流量計１は、発熱ヒータ１６の上流側に配置される測温抵抗体（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と、発熱ヒータ１６の下流側に配置される測温抵抗体（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）との温度差を基に空気流量を検出しているが、例えば、センサチップ１１のメンブレン１５上に少なくとも２個の発熱ヒータ１６を配置し、空気の流れ方向に対し上流側に配置される発熱ヒータ１６からの放熱量と、下流側に配置される発熱ヒータ１６からの放熱量との差より空気流量を検出する方式の熱式空気流量計に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 熱式空気流量計
６ サブ通路（空気通路）
７ ヒータ温度制御部
８ 流量検出部
９ 電圧供給部
９ａ 第１の電圧供給手段（電圧調整機能）
９ｂ 第２の電圧供給手段（電圧調整機能）
１１ センサチップ（センサ部）
１２ 回路チップ
１３ 回路チップとセンサチップを収容する共通の樹脂ケース
１４ センサ基板
１５ メンブレン
１６ 発熱ヒータ
１７ 傍熱抵抗体（ヒータ温度検出抵抗）
１８ 測温抵抗体
１９ 吸気温検出抵抗体（空気温度検出抵抗）
２０ 第１の抵抗体
２１ 第２の抵抗体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車のエンジンに供給される空気の流量を計測する熱式空気流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気やガス等の流体流量を計測する熱式流量計がある。この熱式流量計は、流体温度より一定温度だけ高い基準温度に加熱される発熱ヒータと、流体の流れ方向に対し発熱ヒータの上流側と下流側とにそれぞれ配置される上流側感温抵抗体と下流側感温抵抗体とを有し、この上流側感温抵抗体と下流側感温抵抗体との温度差により流体流量を計測する方式であり、発熱ヒータの温度を基準温度に制御するブリッジ回路を備えている。
例えば、特許文献１では、図１０に示す様に、給電端子１００とアース側端子１１０との間に二つのブリッジアームが並列に接続され、一方のアームブリッジには、発熱ヒータ１２０の温度を検出する感温抵抗体１３０と、抵抗値が調整可能な抵抗体１４０とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、流体温度を検出する感温抵抗体１５０と、抵抗値が調整可能な抵抗体１６０と、抵抗値が固定された抵抗体１７０とが直列に接続され、給電端子１００とアース側端子１１０との間に一定電圧が供給される。抵抗値が調整可能な抵抗体１４０、１６０は、支持体上の厚膜抵抗により形成され、感温抵抗体１３０と感温抵抗体１５０との温度差が略一定になるように調整される。
【０００３】
また、特許文献２では、図１１に示す様に、給電端子２００とアース側端子２１０との間に二つのブリッジアームが並列に接続され、一方のアームブリッジには、発熱ヒータ２２０の温度を検出する感温抵抗体２３０と他の感温抵抗体２４０とが直列に接続され、他方のブリッジアームには、流体温度を検出する感温抵抗体２５０と他の感温抵抗体２６０とが直列に接続され、給電端子２００とアース側端子２１０との間に一定電圧が供給される。このブリッジ回路を形成する４つの感温抵抗体２３０〜２６０は、それぞれ、同じプロセス、同じ材料で形成され、略同じ抵抗温度係数を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１６０１４２号公報
【特許文献２】特許第３８１７４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、個体毎に抵抗体１４０、１６０の抵抗値を調整することにより、感温抵抗体１３０と感温抵抗体１５０との温度差を調整可能であるが、抵抗値が調整可能な抵抗体１４０、１６０は、面積が大きいため、回路が大きくなる。
また、厚膜抵抗は、通常、レーザ等でトリミング調整されるため、そのレーザトリミングを行うために高額な設備が必要である。
さらに、厚膜抵抗を調整した後に、シリコンゲル等により保護した後、カバー等を被せる必要があるため、後工程で特性が変動する恐れがあると共に、工程が複雑で装置が高価になる。
【０００６】
一方、特許文献２では、ブリッジ回路を形成する４つの感温抵抗体２３０〜２６０が、同じ材料、同じプロセスで形成され、略同じ抵抗温度係数を有しているので、特許文献１のように、個体毎に調整しなくても温度差のばらつきは小さい。ところが、実際には、４つの感温抵抗体２３０〜２６０のセンサ素子上での配置、形状、温度が異なるため、高精度な流量計測を達成するには、温度差を個別に調整する必要がある。しかし、同文献２に開示された従来技術では、調整機能がなく、高精度な流量計測ができないという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高額なトリミング設備を必要とすることなく、ヒータ温度制御部に使用される抵抗体の温度差ばらつきを調整できる熱式空気流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１に係る発明）
本発明は、通電により発熱する発熱ヒータを有して空気通路に配置されるセンサ部と、空気通路を流れる空気と発熱ヒータとの温度差が一定となる様に発熱ヒータの温度を制御するヒータ温度制御部と、発熱ヒータからの放熱量を基に空気通路を流れる空気流量を検出する流量検出部とを備える熱式空気流量計であって、ヒータ温度制御部は、発熱ヒータの温度を検出するヒータ温度検出抵抗と、空気通路を流れる空気の温度を検出する空気温度検出抵抗と、ヒータ温度検出抵抗と直列に接続される第１の抵抗体と、空気温度検出抵抗と直列に接続される第２の抵抗体と、ヒータ温度検出抵抗と第１の抵抗体とが接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給し、空気温度検出抵抗と第２の抵抗体とが接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する電圧供給手段とを有し、この電圧供給手段は、ヒータ温度検出抵抗と空気温度検出抵抗との温度差が一定となるように、第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整可能な電圧調整機能を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、電圧調整機能によって第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整することにより、第３、第２の抵抗体をレーザ等でトリミング調整した場合と同等の効果を得ることができる。これにより、ヒータ温度検出抵抗と空気温度検出抵抗との温度差が一定となる様に発熱ヒータの温度を制御できる、つまり、発熱ヒータの温度を空気温度に対し一定の温度差に制御できるので、発熱ヒータからの放熱量を基に空気流量を精度良く検出できる。
また、本発明によれば、抵抗体の劣化や汚損による流量特性の変化および特性ばらつきを抑制できるので、個体毎（製品毎）の温度差ばらつきを容易に調整できる。
【０００９】
（請求項２に係る発明）
請求項１に記載した熱式空気流量計において、ヒータ温度制御部及び流量検出部を基板上に回路構成する回路チップを有し、外部からの電気信号を入力して、回路チップに組み込まれたメモリにデータを書き込むことにより、第１の電圧と第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整することを特徴とする。
本発明によれば、電圧調整機能により、製品組み立て後に電圧調整を行うことができる。言い換えると、熱式空気流量計として完成された状態で、外部からの電気信号により、ＥＰＲＯＭ等のメモリにデータを書き込むことで電圧を調整できる。この場合、後工程によって特性が変動することはないので、高精度な熱式空気流量計を提供できる。また、レーザトリミング等の高額な設備を使用する必要がないので、製造コストを低く抑えることが出来る。
【００１０】
（請求項３に係る発明）
請求項１または２に記載した熱式空気流量計において、センサ部は、基板の一部にメンブレンを有するセンサチップによって構成され、発熱ヒータとヒータ温度検出抵抗は、メンブレン上に配置され、空気温度検出抵抗は、センサチップ上でメンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする。
基板の熱容量が小さいメンブレン上に発熱ヒータとヒータ温度検出抵抗を配置することで、発熱ヒータへの供給電圧を低く設定できる。
【００１１】
（請求項４に係る発明）
請求項３に記載した熱式空気流量計において、第１の抵抗体と第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、センサチップ上でメンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする。
この場合、センサチップ上に配置される第１の抵抗体と第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、発熱ヒータ及びヒータ温度検出抵抗と同一工程で形成できる。この場合、抵抗比ばらつきを小さくでき、温度差ばらつきの調整範囲を小さくできるので、高精度で温度差を調整できる。
【００１２】
（請求項５に係る発明）
請求項３または４に記載した熱式空気流量計において、回路チップとセンサチップは、共通のケースに一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されていることを特徴とする。
センサチップと回路チップを共通のケースに一体に収容することで、センサチップと回路チップとの配線接続をワイヤボンディング等によって容易にでき、且つ、一つのセンサアセンブリとして構成することにより小型化が可能となる。
【００１３】
（請求項６に係る発明）
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式空気流量計において、センサ部は、空気の流れ方向に対して発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、流量検出部は、上流側の測温抵抗体と下流側の測温抵抗体との温度差より空気流量を検出することを特徴とする。
本発明の構成によれば、発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ測温抵抗体を配置しているので、順方向の空気流量、つまり、発熱ヒータの上流側から下流側へ向かう空気の流量だけでなく、逆方向の空気流量、つまり、発熱ヒータの下流側から上流側へ逆流する空気の流量も検出できる。これにより、例えば、自動車のエンジンに吸入される吸気量を計測するエアフロメータに本発明の熱式空気流量計を適用した場合に、エンジンに吸入される順方向の吸気量だけでなく、例えば、吸気脈動等によって生じる逆流時の空気流量も計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ヒータ温度制御部と電圧供給部の回路図である（実施例１）。
【図２】熱式空気流量計を吸気ダクトに取り付けた状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）流量センサの平面図、（ｂ）同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】センサチップの断面図である。
【図５】メンブレン上に配置された抵抗体の形状を示す平面図である。
【図６】流量検出部の回路図である。
【図７】（ａ）流量検出の原理を示す温度分布図、（ｂ）空気の流れ方向に沿って切断したセンサチップの断面図である。
【図８】熱式空気流量計の出力特性を示すグラフである。
【図９】ヒータ温度制御部と電圧供給部の回路図である（実施例２）。
【図１０】発熱ヒータの温度を制御するブリッジ回路である（特許文献１）。
【図１１】発熱ヒータの温度を制御するブリッジ回路である（特許文献２）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
この実施例１では、自動車のエンジンに吸入される空気流量（吸気量と呼ぶ）を計測する熱式空気流量計１の一例を説明する。
熱式空気流量計１は、図２に示す様に、エンジンの吸気ダクト２に取り付けられるセンサハウジング３と、このセンサハウジング３に保持される流量センサ４（図３参照）とを備える。吸気ダクト２は、吸気量を調節するスロットルバルブ（図示せず）より上流側の吸気通路であり、例えば、吸気通路の最上流に配置されるエアクリーナの出口パイプ、あるいは、この出口パイプに接続される吸気管等である。
センサハウジング３は、吸気ダクト２の壁面に空けられた取付け孔より吸気ダクト２の内部に挿入され、センサハウジング３に設けられるフランジ部３ａを介して吸気ダクト２にボルト等によって着脱可能に固定される。
【００１７】
センサハウジング３には、吸気ダクト２の内部を上流側（エアクリーナ側）から下流側（エンジン側）に向かって流れる空気、つまり、エンジンに吸入される空気の一部を取り込むバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、吸気ダクト２の上流側に向かって開口する入口５ａと、吸気ダクト２の下流側に向かって開口する出口５ｂとの間を連通するメイン通路５と、このメイン通路５を流れる空気の一部を取り込むサブ通路６とを有する。
メイン通路５は、入口５ａと出口５ｂとの間が略直線的に形成され、且つ、出口側の流路断面積が出口５ｂに向かって次第に減少するテーパ形状に形成されている。
サブ通路６は、メイン通路５の途中から分岐するサブ入口６ａと、メイン通路５の出口５ｂの周囲に環状に開口するサブ出口６ｂとの間を連通して形成される。このサブ通路６は、通路途中に大きな曲がり部が設けられて、メイン通路５より通路長が長く形成されている。
【００１８】
流量センサ４は、後述するヒータ温度制御部７、流量検出部８、電圧供給部９、および、デジタル演算部１０等の機能を有し、これらの機能が、センサチップ１１と回路チップ１２とに形成されている。センサチップ１１と回路チップ１２は、共通の樹脂ケース１３に一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されている。
センサチップ１１には、図４に示す様に、センサ基板１４の一部にメンブレン１５が形成されている。このメンブレン１５は、センサ基板１４の表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成される絶縁膜であり、例えば、異方性エッチングにより、センサ基板１４の裏面から絶縁膜との境界面までセンサ基板１４の一部を除去して空洞部１４ａを設けることにより形成される。
【００１９】
メンブレン１５の表面上には、図５に示す様に、発熱ヒータ１６、傍熱抵抗体１７、測温抵抗体１８が配置され、メンブレン１５から外れた領域には、吸気温検出抵抗体１９、第１の抵抗体２０、および、第２の抵抗体２１が配置されている。
発熱ヒータ１６は、メンブレン１５の略中央部に配置され、ヒータ温度制御部７によって基準温度に制御される。
傍熱抵抗体１７は、発熱ヒータ１６の周囲を囲む様に近接して配置されて、発熱ヒータ１６の温度を検出する。
測温抵抗体１８は、図７（ｂ）に示す様に、空気の流れ方向に対して発熱ヒータ１６の上流側（図示左側）に配置される２個の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と、発熱ヒータ１６の下流側に配置される２個の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）とを有し、上流側の測温抵抗体１８と下流側の測温抵抗体１８との温度差より空気流量を検出する。
【００２０】
吸気温検出抵抗体１９は、空洞部１４ａが形成されていないセンサ基板１４の厚肉部分に配置されて空気の温度（吸気温度と呼ぶ）を検出する。この吸気検出抵抗体１９は、発熱ヒータ１６の熱が温度検出に影響を及ぼさないように、発熱ヒータ１６から所定距離だけ離れた位置に配置される。
第１の抵抗体２０と第２の抵抗体２１は、吸気温検出抵抗体１９と同様に、センサ基板１４の厚肉部分に配置され、発熱ヒータ１６の熱影響を受けないように、発熱ヒータ１６から所定距離だけ離れた位置に配置される。なお、第１の抵抗体２０と第２の抵抗体２１は、どちらか一方あるいは両方を回路チップ１２の基板上に設けることもできる。
上記の発熱ヒータ１６、傍熱抵抗体１７、測温抵抗体１８、吸気温検出抵抗体１９、第１の抵抗体２０、および、第２の抵抗体２１は、例えば、スパッタあるいは蒸着などの成膜技術により薄膜形成した後、エッチングにより所望の形状にパターニングして形成することができる。抵抗体の材料としては、例えば、信頼性の高い白金を使用することが望ましい。
【００２１】
また、センサチップ１１には、図４に示す様に、各抵抗体１６〜２１にそれぞれ接続される配線パターン２２と、これらの配線パターン２２の端部に設けられるボンディングパッド２３が形成され、このボンディングパッド２３と回路チップ１２に設けられる電極部（図示せず）とがワイヤボンディング２４によって電気的に接続されている。
さらに、センサチップ１１の表面には、ボンディングパッド２３の表面のみ露出した状態で、各抵抗体１６〜２１、および、配線パターン２２を保護する保護膜２５が形成されている。なお、図４では、保護膜２５が二層に形成されているが、一層だけでも良い。
このセンサチップ１１は、サブ通路６を流れる空気に晒される様に、サブ通路６に露出した状態に配置される（図２参照）。
【００２２】
ヒータ温度制御部７は、図１に示す様に、二本の直列アームを有するブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子２６、２７に接続されるオペアンプ２８と、このオペアンプ２８の出力に基づいてオン／オフするトランジスタ２９より構成され、発熱ヒータ１６の温度を吸気温より所定温度（例えば２００℃）だけ高い基準温度に制御する。
ヒータ温度制御部７のブリッジ回路は、第１の給電端子３０とアース端子３１との間に接続される一方の直列アームと、第２の給電端子３２とアース端子３１との間に接続される他方の直列アームとを有し、一方の直列アームには、発熱ヒータ１６の温度を検出する傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０とが直列に接続され、他方の直列アームには、吸気温度を検出する吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１とが直列に接続される。
【００２３】
このヒータ温度制御部７による発熱ヒータ１６の温度制御は、以下の様に行われる。
発熱ヒータ１６の温度が基準温度より低下すると、発熱ヒータ１６の抵抗値が低下してブリッジ回路の二つの中点端子２６、２７間に電位差が生じるため、オペアンプ２８の出力によりトランジスタ２９がオンする。その結果、電源３３（図１参照）より発熱ヒータ１６に電流が供給されて、発熱ヒータ１６の温度が上昇する。その後、発熱ヒータ１６の温度が基準温度まで上昇すると、二つの中点端子２６、２７間の電位差が無くなる、つまり、ブリッジ回路の平衡が保たれることにより、トランジスタ２９がオフして発熱ヒータ１６に供給される電流が遮断される。その結果、発熱ヒータ１６の温度が基準温度に保たれる。
【００２４】
流量検出部８は、図６に示す様に、４個の測温抵抗体１８を各辺に配置して形成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の二つの中点端子３４、３５に接続されるオペアンプ３６とで構成され、上流側の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と下流側の測温抵抗体１８（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）との温度差より吸気量を検出する。
流量検出部８のブリッジ回路は、所定の電圧が印加される給電端子３７と、アースに接続されるアース端子３８との間に二本のブリッジアームを有し、一方のブリッジアームには、発熱ヒータ１６より上流側の第１測温抵抗体１８ａと下流側の第１測温抵抗体１８ｃとが直列に接続され、他方のブリッジアームには、発熱ヒータ１６より下流側の第２測温抵抗体１８ｄと上流側の第２測温抵抗体１８ｂとが直列に接続されている。
【００２５】
ここで、発熱ヒータ１６からの放熱量と測温抵抗体１８の検出温度との関係について、図７を基に説明する。
サブ通路６に空気流れが発生していない時は、図７（ａ）の破線グラフで示す様に、発熱ヒータ１６を中心として上流側と下流側とで温度分布が対称となり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂと下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄとの間に温度差は生じない。
これに対し、サブ通路６に順方向の空気流れが発生している場合は、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより空気流れによる冷却効果が大きいため、図７（ａ）の実線グラフで示す様に、発熱ヒータ１６の下流側（図示右側）へ偏った温度分布が生じる。
つまり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより検出温度が低くなる。一方、サブ通路６に逆方向の空気流れが発生すると、発熱ヒータ１６の上流側へ偏った温度分布が生じるため、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの方が下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄより検出温度が高くなる。
【００２６】
上記の様に、サブ通路６に空気の流れが発生すると、図８に示す様に、空気流量（吸気量）および空気の流れ方向に応じて、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じるため、この温度差ΔＴより吸気量および空気の流れ方向を検出できる。
上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの検出温度と下流側測の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの検出温度との間に温度差ΔＴが生じた場合、つまり、上流側の測温抵抗体１８ａ、１８ｂの抵抗値と下流側の測温抵抗体１８ｃ、１８ｄの抵抗値とがそれぞれ変化して、ブリッジ回路の二つの中点端子３４、３５間に電位差が生じると、その電位差がオペアンプ３６により増幅されてデジタル演算部１０へ出力される（図６参照）。
【００２７】
電圧供給部９は、図１に示す様に、電源電圧より基準電圧を生成する基準電圧発生手段９Ａと、基準電圧を基に第１の電圧と第２の電圧を生成し、第１の電圧を第１の給電端子３０に印加する第１の電圧供給手段９ａと、第２の電圧を第２の給電端子３２に印加する第２の電圧供給手段９ｂとを有している。また、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段は、供給電圧を調整可能に構成され、本発明の電圧調整機能を備える。
電圧の調整は、図２に示すフランジ部３ａと一体に樹脂成形されたコネクタ３９の内部にトリム端子（図示せず）が設けられており、このトリム端子に外部からの電気信号を入力して、回路チップ１２に組み込まれたＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行うことができる。
【００２８】
デジタル演算部１０（図６参照）は、流量検出部８で検出される吸気量に応じた電圧信号（アナログ値）をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、温度補正に関するデータを組み込んだ補正マップを記憶するメモリと、このメモリに記憶された補正マップを基に温度特性のずれを補正する補正部と、温度補正された電圧値を周波数値に変換して、センサ信号として外部のＥＣＵ（図示せず）へ出力する信号出力部等より構成される。なお、センサ信号は、電圧値を周波数値に変換することなく、電圧値のままＥＣＵへ出力することもできる。このデジタル演算部１０および上記の電圧供給部９は、回路チップ１２の基板上に構成されている。
【００２９】
（実施例１の作用および効果）
本実施例の熱式空気流量計１は、第１の電圧供給手段９ａと第２の電圧供給手段９ｂのうち、少なくとも一方の電圧供給手段が本発明の電圧調整機能を備えている。よって、第１の給電端子３０を介して一方の直列アームに印加される第１の電圧と、第２の給電端子３２を介して他方の直列アームに印加される第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧は、トリム端子を通じて外部から入力される電気信号によって所定の電圧に調整することができる。これにより、ヒータ温度制御部のブリッジ回路に使用される第１の抵抗体２０および第２の抵抗体２１は、両者の抵抗温度係数にばらつきがあっても、上記の電圧調整を行うことにより、例えば、レーザ等でトリミング調整した場合と同等の効果を得ることができる。
【００３０】
上記の構成によれば、第１の電圧と第２の電圧のうち少なくとも一方の電圧を調整することで、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差を一定に保つことができる。言い換えると、発熱ヒータ１６の温度を吸気温度より所定温度だけ高い基準温度に制御できるので、発熱ヒータ１６からの放熱量を基に空気流量を精度良く検出できる。また、抵抗体の劣化や汚損による流量特性の変化および特性ばらつきを抑制できるので、個体毎（製品毎）の温度差ばらつきを容易に調整できる。
【００３１】
また、抵抗体をレーザ等でトリミング調整する場合は、後工程（シリコンゲル等による保護、カバー等を被せる工程等）で特性が変動する恐れがあるが、本実施例の熱式空気流量計１は、コネクタ３９の内部に外部からの電気信号を入力するトリム端子を備えているので、熱式空気流量計１として完成された状態、つまり、製品組み立て後に電圧の調整を行うことができる。よって、後工程で特性が変動することはなく、高精度な熱式空気流量計１を提供できる。また、レーザトリミングを行うための高額な設備を使用する必要がないので、製造コストを低く抑えることが出来る。
【００３２】
（実施例２）
実施例２に示す熱式空気流量計１は、ヒータ温度制御部７に使用されるブリッジ回路の一方の直列アームに接続される傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０、および、他方の直列アームに接続される吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１の配置が実施例１とは異なる。つまり、この実施例２では、図９に示す様に、一方の直列アームには、第１の給電端子３０側に傍熱抵抗体１７が接続され、アース端子３１側に第１の抵抗体２０が接続される。他方の直列アームには、第２の給電端子３２側に吸気温検出抵抗体１９が接続され、アース端子３１側に第２の抵抗体２１が接続される。
上記の構成において、電圧供給部９より、第１の給電端子３０を通じて一方の直列アームに第１の電圧が供給され、第２の給電端子３２を通じて他方の直列アームに第２の電圧が供給される。
【００３３】
また、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差が一定となるように、第１の電圧と第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧を調整可能に設けられている。電圧の調整は、実施例１と同じく、トリム端子に外部からの電気信号を入力して、ＥＰＲＯＭ等のメモリに所定の電圧が得られる様にデータを書き込むことで行われる。すなわち、この実施例２は、ブリッジ回路の一方の直列アームに接続される傍熱抵抗体１７と第１の抵抗体２０、他方の直列アームに接続される吸気温検出抵抗体１９と第２の抵抗体２１の配置が実施例１の場合と異なるだけであり、第１の電圧と第２の電圧のうち、少なくとも一方の電圧を調整することで、傍熱抵抗体１７と吸気温検出抵抗体１９との温度差が一定となる様に制御しているので、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００３４】
（変形例）
実施例１に記載した熱式空気流量計１は、発熱ヒータ１６の上流側に配置される測温抵抗体（第１測温抵抗体１８ａ、第２測温抵抗体１８ｂ）と、発熱ヒータ１６の下流側に配置される測温抵抗体（第１測温抵抗体１８ｃ、第２測温抵抗体１８ｄ）との温度差を基に空気流量を検出しているが、例えば、センサチップ１１のメンブレン１５上に少なくとも２個の発熱ヒータ１６を配置し、空気の流れ方向に対し上流側に配置される発熱ヒータ１６からの放熱量と、下流側に配置される発熱ヒータ１６からの放熱量との差より空気流量を検出する方式の熱式空気流量計に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１ 熱式空気流量計
６ サブ通路（空気通路）
７ ヒータ温度制御部
８ 流量検出部
９ 電圧供給部
９ａ 第１の電圧供給手段（電圧調整機能）
９ｂ 第２の電圧供給手段（電圧調整機能）
１１ センサチップ（センサ部）
１２ 回路チップ
１３ 回路チップとセンサチップを収容する共通の樹脂ケース
１４ センサ基板
１５ メンブレン
１６ 発熱ヒータ
１７ 傍熱抵抗体（ヒータ温度検出抵抗）
１８ 測温抵抗体
１９ 吸気温検出抵抗体（空気温度検出抵抗）
２０ 第１の抵抗体
２１ 第２の抵抗体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱ヒータを有して空気通路に配置されるセンサ部と、
前記空気通路を流れる空気と前記発熱ヒータとの温度差が一定となる様に前記発熱ヒータの温度を制御するヒータ温度制御部と、
前記発熱ヒータからの放熱量を基に前記空気通路を流れる空気流量を検出する流量検出部とを備える熱式空気流量計であって、
前記ヒータ温度制御部は、
前記発熱ヒータの温度を検出するヒータ温度検出抵抗と、
前記空気通路を流れる空気の温度を検出する空気温度検出抵抗と、
前記ヒータ温度検出抵抗と直列に接続される第１の抵抗体と、
前記空気温度検出抵抗と直列に接続される第２の抵抗体と、
前記ヒータ温度検出抵抗と前記第１の抵抗体とが接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給し、前記空気温度検出抵抗と前記第２の抵抗体とが接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する電圧供給手段とを有し、
この電圧供給手段は、前記ヒータ温度検出抵抗と前記空気温度検出抵抗との温度差が一定となるように、前記第１の電圧と前記第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整可能な電圧調整機能を備えることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項２】
請求項１に記載した熱式空気流量計において、
前記ヒータ温度制御部と前記流量検出部を基板上に回路構成する回路チップを有し、
前記電圧調整機能は、外部からの電気信号を入力して、前記回路チップに組み込まれたメモリにデータを書き込むことにより、前記第１の電圧と前記第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整できることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項３】
請求項２に記載した熱式空気流量計において、
前記センサ部は、基板の一部にメンブレンを有するセンサチップによって構成され、
前記発熱ヒータと前記ヒータ温度検出抵抗は、前記メンブレン上に配置され、
前記空気温度検出抵抗は、前記センサチップ上で前記メンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項４】
請求項３に記載した熱式空気流量計において、
前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、前記センサチップ上で前記メンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項５】
請求項３または４に記載した熱式空気流量計において、
前記回路チップと前記センサチップは、共通のケースに一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式空気流量計において、
前記センサ部は、空気の流れ方向に対して前記発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、
前記流量検出部は、上流側の前記測温抵抗体と下流側の前記測温抵抗体との温度差より空気流量を検出することを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項１】
通電により発熱する発熱ヒータを有して空気通路に配置されるセンサ部と、
前記空気通路を流れる空気と前記発熱ヒータとの温度差が一定となる様に前記発熱ヒータの温度を制御するヒータ温度制御部と、
前記発熱ヒータからの放熱量を基に前記空気通路を流れる空気流量を検出する流量検出部とを備える熱式空気流量計であって、
前記ヒータ温度制御部は、
前記発熱ヒータの温度を検出するヒータ温度検出抵抗と、
前記空気通路を流れる空気の温度を検出する空気温度検出抵抗と、
前記ヒータ温度検出抵抗と直列に接続される第１の抵抗体と、
前記空気温度検出抵抗と直列に接続される第２の抵抗体と、
前記ヒータ温度検出抵抗と前記第１の抵抗体とが接続される一方の直列アームに第１の電圧を供給し、前記空気温度検出抵抗と前記第２の抵抗体とが接続される他方の直列アームに第２の電圧を供給する電圧供給手段とを有し、
この電圧供給手段は、前記ヒータ温度検出抵抗と前記空気温度検出抵抗との温度差が一定となるように、前記第１の電圧と前記第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整可能な電圧調整機能を備えることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項２】
請求項１に記載した熱式空気流量計において、
前記ヒータ温度制御部と前記流量検出部を基板上に回路構成する回路チップを有し、
前記電圧調整機能は、外部からの電気信号を入力して、前記回路チップに組み込まれたメモリにデータを書き込むことにより、前記第１の電圧と前記第２の電圧の少なくとも一方の電圧を調整できることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項３】
請求項２に記載した熱式空気流量計において、
前記センサ部は、基板の一部にメンブレンを有するセンサチップによって構成され、
前記発熱ヒータと前記ヒータ温度検出抵抗は、前記メンブレン上に配置され、
前記空気温度検出抵抗は、前記センサチップ上で前記メンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項４】
請求項３に記載した熱式空気流量計において、
前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体の少なくも一方の抵抗体は、前記センサチップ上で前記メンブレンより外側の領域に配置されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項５】
請求項３または４に記載した熱式空気流量計において、
前記回路チップと前記センサチップは、共通のケースに一体に収容されてセンサアセンブリとして構成されていることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れか一つの熱式空気流量計において、
前記センサ部は、空気の流れ方向に対して前記発熱ヒータの上流側と下流側にそれぞれ配置される測温抵抗体を有し、
前記流量検出部は、上流側の前記測温抵抗体と下流側の前記測温抵抗体との温度差より空気流量を検出することを特徴とする熱式空気流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２０１８９（Ｐ２０１２−２２０１８９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２３５９（Ｐ２０１１−８２３５９）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【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２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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