(57)【要約】【課題】センサボディ３の内部に回路部５を組み込んだ構成であり、センサボディ３の体格が大型化することなく、且つ、流量センサ４にダストが衝突することを抑制できるエアフロメータ１を提供する。【解決手段】回路部５は、流量センサ４に設けられる発熱抵抗体を加熱制御すると共に、流量センサ４で測定される流量情報を流量信号として出力する機能を有している。この回路部５は、センサボディ３の内部に形成される副副流路８のＵターン部より下流側、つまり、流出路に配設されている。この構成によれば、センサボディ３の内部に回路部５を配設するための専用のスペースを設ける必要はなく、センサボディ３の体格が大型化することはない。また、回路部５の配置によって副副流路８の形状が影響を受けることはないので、副副流路８の流路損失が増大することはなく、副副流路８を流れる空気流量を精度良く測定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、
この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、
通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、この発熱抵抗体により生じる温度分布を基に前記副副流路を流れる空気流量を測定する流量センサと、
前記発熱抵抗体への通電電流を制御する働きを有する回路部とを備え、この回路部が前記副副流路に配設され、前記副副流路を流れる空気の流れに晒されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した空気流量測定装置において、
前記流量センサは、半導体基板の表面上に前記発熱抵抗体が薄膜抵抗体で形成されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した空気流量測定装置において、
前記流量センサは、前記副副流路の前記回路部より上流側に配設されていることを特徴とする空気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路とを有し、この副副流路に配設される流量センサによって空気流量を測定する空気流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータには、半導体基板の表面に薄膜抵抗体で形成された発熱体を設けた薄膜式の流量センサを用いたものが知られている。この薄膜式の流量センサは、空気中に含まれるダスト等の衝突によって基板上の薄膜抵抗体（発熱体）がダメージを受ける恐れがある。
そこで、特許文献１に開示される従来技術では、図３に示す様に、ダクト１００の内部に配置されるセンサボディ１１０に空気の一部を取り込む副流路１２０を形成し、さらに、副流路１２０を流れる空気の一部を取り込む副副流路１３０を形成して、この副副流路１３０に流量センサ１４０を配設している。この構成によれば、センサボディ１１０の上流から流れてくる空気中にダストが含まれている場合でも、そのダストの多くが副流路１２０を通り抜けてセンサボディ１１０の下流側へ流れるため、副流路１２０から副副流路１３０へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、流量センサ１４０にダストが衝突することを抑制できるので、流量センサ１４０に設けられる発熱体（薄膜抵抗体）がダメージを受けることを回避できる。
【０００３】
ところで、上記のエアフロメータは、流量センサ１４０の発熱体が配線を介して回路部１５０と電気的に接続されている。回路部１５０は、発熱体への通電電流を制御すると共に、流量センサ１４０で測定される空気流量を流量信号として出力する働きを有している。しかし、この回路部１５０は、外部との電気的接続を行うコネクタと一体に設けられてダクト１００の外側に配置されている。このため、特許文献１に開示されたエアフロメータは、ダクト１００の外部に突き出る部分が大きくなり、エンジンルーム内でのスペース確保が困難となる。
そこで、例えば、図４に示す様に、センサボディ１１０の内部に回路部１５０を組み込んだエアフロメータが提案されている（特許文献２参照）。このエアフロメータは、ダクト１００の外側にコネクタ１６０だけを配置すれば良いので、エンジンルーム内でのスペース確保を容易にできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４０７５３号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図４に示すエアフロメータでは、センサボディ１１０の内部に回路部１５０を配設するための専用のスペースを設ける必要があるため、センサボディ１１０の体格が大きくなってしまう。この場合、センサボディ１１０をダクト１００の内部へ挿入するためにダクト１００に開けられる孔の内径を大きくする必要が生じるため、従来のダクトをそのまま（孔の内径を変えることなく）使用することはできない。また、孔の内径を大きくすると、ダクト１００の長さにも影響するため、ダクト１００の接続や取り回しが困難になる。
【０００６】
さらには、センサボディ１１０の内部に回路部１５０を組み込むことで、副流路１２０の他に副副流路１３０を形成することが困難となり、図４に示すエアフロメータでは、副流路１２０のみが形成されている。このため、副流路１２０に配置される流量センサにダストが衝突することを回避することは困難であり、特に、薄膜式の流量センサを用いた場合は、発熱体（薄膜抵抗体）がダメージを受けるという問題がある。
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、センサボディの内部に回路部を組み込んだ構成であって、センサボディの体格が大型化することなく、且つ、流量センサにダストが衝突することを抑制できる空気流量測定装置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の発明）
本発明は、ダクトの内部を流れる空気の一部を取り込む副流路と、この副流路を流れる空気の一部を取り込む副副流路と、通電によって発熱する発熱抵抗体を有し、この発熱抵抗体により生じる温度分布を基に副副流路を流れる空気流量を測定する流量センサと、発熱抵抗体への通電電流を制御する働きを有する回路部とを備え、この回路部が副副流路に配設され、副副流路を流れる空気の流れに晒されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、センサボディの内部に回路部を配設するための専用のスペースを設ける必要がないので、センサボディの体格が大型化することはない。また、センサボディの内部に副副流路を形成するためのスペースが減少することもない。その結果、副副流路の流路損失が増大することもなく、副副流路を流れる空気流量を精度良く測定できる。  さらに、副副流路に回路部を配設することにより、副副流路を流れる空気によって回路部を冷却できるため、回路部に対する放熱性が向上する。
【０００８】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した空気流量測定装置において、流量センサは、半導体基板の表面上に発熱抵抗体が薄膜抵抗体で形成されていることを特徴とする。
本発明に係る空気流量測定装置は、副副流路に流量センサを配設しているので、空気中にダストが含まれている場合でも、副流路から副副流路へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、発熱抵抗体を薄膜抵抗体で形成した薄膜式の流量センサを用いた場合でも、その流量センサにダストが衝突することを抑制できるので、発熱体（薄膜抵抗体）がダメージを受けることを回避できる。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した空気流量測定装置において、流量センサは、副副流路の回路部より上流側に配置されていることを特徴とする。
副副流路を流れる空気の流れ方向において、回路部の方が流量センサより上流側に配置されていると、副流路から副副流路に取り込まれた空気が回路部を通過する際に、空気の流れに乱れが生じて、流量センサでの流量測定に悪影響を生じる恐れがある。
これに対し、本発明では、流量センサの方が回路部より上流側に配置されているので、副流路から副副流路に取り込まれた空気の流れが大きく乱れることはなく、流量センサの測定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）エアフロメータの断面図、（ｂ）同エアフロメータのＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）流量センサの断面図、（ｂ）流量センサの平面図、（ｃ）流量センサに発生する温度分布図である。
【図３】従来技術に係るエアフロメータの断面図である。
【図４】従来技術に係るエアフロメータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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１】
【００１２】
実施例１に示す空気流量測定装置は、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定するエアフロメータ１であり、エアクリーナ（図示せず）のアウトレットパイプ（以下ダクト２と呼ぶ）にプラグイン方式によって着脱可能に取り付けられている。このエアフロメータ１は、以下に説明するセンサボディ３、流量センサ４、および回路部５等より構成される。
センサボディ３は、図１に示す様に、ダクト２に形成された取付け孔よりダクト２の内部に挿入され、Ｏリング６によって取付け孔との間が気密にシールされている。このセンサボディ３には、図１（ａ）に示す様に、ダクト２の内部を図示左側から右側に向かって流れる空気、つまり、エアクリーナで濾過されてエンジンに吸入される空気の一部を取り込む副流路７と、この副流路７を流れる空気の一部を取り込む副副流路８とが形成されている。
【００１３】
副流路７は、センサボディ３の先端部において、センサボディ３の上流端面に開口する入口７ａから、センサボディ３の下流端面に開口する出口７ｂまで、センサボディ３の内部を横幅方向に貫通して形成されている。つまり、副流路７は、ダクト２の内部を流れる空気の流れ方向と略平行に形成されている。
副副流路８は、センサボディ３の内部を上下方向に延びて形成され、且つ、センサボディ３の上部に空気の流れ方向が１８０度変化するＵターン部を有している。すなわち、Ｕターン部より上流側の流路（流入路と呼ぶ）と、Ｕターン部より下流側の流路（流出路と呼ぶ）とを有し、流入路の上流端が副流路７に連通して形成され、流出路の下流端が、センサボディ３の両側面に形成される出口３ａに連通して形成されている。従って、副流路７を流れる空気の一部は、副流路７から流入路を流れてＵターン部で折り返した後、流出路を流れて出口３ａより流出する。
【００１４】
流量センサ４は、副副流路８のＵターン部より上流側、つまり、流入路の途中に配設されている。この流量センサ４は、図２（ａ）に示す様に、例えば、シリコン基板４０の表面上に空気の流れ方向と略平行に設けられる絶縁膜４１と、この絶縁膜４１の表面上に形成される発熱抵抗体４２と、絶縁膜４１の表面上で発熱抵抗体４２の上流側に設けられる上流側検出抵抗４３および発熱抵抗体４２の下流側に設けられる下流側検出抵抗４４とを有し、この発熱抵抗体４２と上流側検出抵抗４３および下流側検出抵抗４４の上部が保護膜４５（例えば、窒化シリコン層）によって覆われている。
シリコン基板４０には、例えば、異方性エッチングにより、シリコン基板４０の裏面から絶縁膜４１との境界面まで、シリコン基板４０の一部が除去されて、空洞部４０ａが形成されている。
【００１５】
絶縁膜４１は、例えば、窒化シリコン層によって形成され、シリコン基板４０の表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により設けられている。
発熱抵抗体４２と上流側検出抵抗４３および下流側検出抵抗４４は、例えば、絶縁膜４１の表面に白金等の感熱抵抗膜を真空蒸着法等により堆積させた後、エッチング処理により不要な部分が除去されて、それぞれ、図２（ｂ）に示す様に、所定の形状に形成されている。この発熱抵抗体４２と上流側検出抵抗４３および下流側検出抵抗４４は、回路部５と電気的に接続され、回路部５より発熱抵抗体４２が通電されて加熱制御される。上流側検出抵抗４３と下流側検出抵抗４４は、それぞれ、温度に応じて抵抗値が変化する。
【００１６】
この流量センサ４による空気流量の測定方法について説明する。
発熱抵抗体４２が通電されて発熱すると、例えば、図２（ｂ）に示す絶縁膜４１の表面上の固定軸Ｘにおいて、図２（ｃ）に示す様に、空気の流れ方向に沿った温度分布が形成される。これにより、固定軸Ｘと交差する上流側検出抵抗４３の交差部Ｘ１と、固定軸Ｘと交差する下流側検出抵抗４４の交差部Ｘ２との間に、温度に関して差分δが発生する。この差分δを図示長手方向に平均化して、上流側検出抵抗４３と下流側検出抵抗４４との間の検出差分Δが得られ、この検出差分Δに基づいて空気流量が検出される。
【００１７】
回路部５は、発熱抵抗体４２を加熱制御すると共に、上流側検出抵抗４３と下流側検出抵抗４４との間に得られる検出差分Δを流量信号として、例えば、電圧あるいは周波数等に変換して出力する機能を有している。この回路部５は、図１（ａ）に示す様に、副副流路８のＵターン部より下流側、つまり、流出路の途中に配設され、ダクト２の外部に取り出されるコネクタ９にターミナル５ａを介して接続されている。また、回路部５は、図１（ｂ）に示す様に、流出路の幅方向（図示左右方向）の中央部に配置され、回路部５の両側を空気が流れることができる。すなわち、流出路を流れる空気は、図示矢印で示す様に、回路部５の両側を通り抜けて出口３ａより流出する。なお、流量センサ４と回路部５は、両者が一体化されてサブアセンブリとして構成されている。
【００１８】
（実施例１の作用および効果）
なお、エアフロメータ１の作動は従来周知の通りであり、説明を省略する。
本実施例のエアフロメータ１は、回路部５をセンサボディ３の内部に組み込んでいるので、ダクト２の外側に回路部５を取り出して配置する必要はない。これにより、ダクト２の外側にコネクタ９だけを配置すれば良いので、エンジンルーム内でのスペース確保を容易にできる。
また、回路部５は、副副流路８の流出路に配設しているので、センサボディ３の内部に回路部５を配設するための専用のスペースを設ける必要はなく、センサボディ３の体格が大型化することはない。その結果、ダクト２に開ける取付け孔の内径を大きくする必要がないので、従来のダクトをそのまま使用できる。
【００１９】
本実施例のエアフロメータ１は、センサボディ３の内部に回路部５を組み込む構成であっても、センサボディ３の内部に副副流路８を形成するためのスペースが減少することはない。つまり、回路部５を副副流路８の流出路に配設するので、上記の如く、センサボディ３の内部に回路部５を配設するための専用のスペースを設ける必要はない。このため、回路部５の配置によって副副流路８の形状が影響を受けることはない。これにより、副副流路８の流路損失が増大することはないので、副副流路８を流れる空気流量を流量センサ４によって精度良く測定できる。
さらに、本実施例の回路部５は、流出路の幅方向の中央部に配設されるので、流出路を空気が流れる際に、回路部５の両側を空気が通り抜けて出口３ａより流出できる。すなわち、回路部５は、流出路を流れる空気の流れに晒されているので、その流出路を流れる空気によって回路部５を効果的に冷却できるため、回路部５に対する放熱性が向上する。
【００２０】
本実施例のエアフロメータ１は、副流路７を流れる空気の一部を取り込む副副流路８が設けられ、この副副流路８が副流路７に対し略直交して形成されている。この構成によれば、ダクト２の内部を流れる空気中にダストが含まれている場合、つまり、エアクリーナで除去できなかったダストが空気中に含まれる場合でも、そのダストの多くは、ダクト２の軸心方向に沿って形成される副流路７を通り抜けるため、副流路７から副副流路８へダストが流れ込むことを抑制できる。これにより、副副流路８に配設された流量センサ４にダストが衝突することを抑制できるので、流量センサ４がダメージを受けることを回避できる。
また、本実施例の流量センサ４は、副副流路８を流れる空気の流れ方向において、回路部５より上流側に配置されているので、副流路７から副副流路８に取り込まれた空気の流れが大きく乱れることはなく、流量センサ４の測定精度を向上できる。
【符号の説明】
【００２１】
１  エアフロメータ（空気流量測定装置）
２  ダクト
４  流量センサ
５  回路部
７  副流路
８  副副流路
４２  発熱抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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