(57)【要約】【課題】取付け角度による温度検知のばらつきを抑制した白金温度センサ素子を提供する。【解決手段】温度センサ素子１０の基板２１の上面側に、内部電極２５ａ，２５ｂ、抵抗被膜２３、リード線１５ａ，１５ｂの内部電極側の上部を覆うように保護膜２７，２９を形成することで、全体形状が四角柱状で横断面形状が軸方向のどの部位においてもほぼ正方形となるようにする。そして、温度センサ素子１０の発熱部２３ａが、素子の長手方向、高さ方向および幅方向のほぼ中央部に位置させることで発熱の片寄りをなくし、リード線１５ａ，１５ｂへの熱逃げを一定にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定厚の絶縁材料からなる平面視矩形状の絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された白金抵抗膜からなるパターンと、
前記絶縁基板の長手方向両端部に形成された一対の電極と、
前記一対の電極それぞれに接合され外部に導出されたリード線と、
前記絶縁基板の上面側において前記パターンと、前記一対の電極と、前記リード線のうち前記一対の電極との接合部位の上部とを覆う保護膜と、
を備え、
全体形状が角柱状であって長手方向の中央部において横断面形状がほぼ正方形であり、長手方向の中央部において前記絶縁基板の厚さと前記保護膜の厚さの比がほぼ１：１であることを特徴とする白金温度センサ素子。
【請求項２】
前記パターンの中央部を発熱部とし、該発熱部が前記絶縁基板の長手方向のほぼ中央部であって、かつ、当該白金温度センサ素子の高さ方向および幅方向のほぼ中央部に位置していることを特徴とする請求項１に記載の白金温度センサ素子。
【請求項３】
前記発熱部はミアンダ形状のパターンからなることを特徴とする請求項２に記載の白金温度センサ素子。
【請求項４】
前記接合部位の上部における前記保護膜の厚さが１３０〜１８０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の白金温度センサ素子。
【請求項５】
前記絶縁基板の幅と当該白金温度センサ素子の高さの比が１：１〜１．５であり、前記絶縁基板の幅と前記リード線の径の比が２．５：１〜３：１であり、前記絶縁基板の長手方向における前記一対の電極それぞれの長さと該絶縁基板の長さの比が１：４〜１：５であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の白金温度センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば吸気管を通過する吸入空気量を計測するエアフローセンサに用いる白金温度センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン等の内燃機関では、吸気管内に設けられたエアフローセンサによって吸入空気量（吸気量）を測定し、エンジンに吸入される空気量に応じて燃料を噴射する制御をしている。このようなエンジンへの空気吸入量を精密に測定するためのエアフロー用センサとして、従来より白金素子が用いられている。さらに最近では、空調設備における風量制御、環境設備における風速・風量制御等においてもエアフローセンサが不可欠となっている。
【０００３】
エアフローセンサには、白金素子（白金熱線）に電流を流して自己発熱で温度を上昇させ、その発熱部に空気が当たって熱が奪われ、熱線の抵抗が変化することを利用したホットタイプ（ホットワイヤー式ともいう。）と、空気の温度をそのまま測定するコールドタイプの２種類がある。いずれのタイプのセンサも気流中に配置され、その温度を正確に測定する必要があるため、素子抵抗値のばらつき、ＴＣＲ（抵抗温度係数）のばらつき、熱の逃げ方のばらつき、素子周囲の気流の乱れによるばらつき等を抑制する必要がある。
【０００４】
そこで、かかる素子の感温材料として、特性が安定しており抵抗温度特性に優れる白金が広く使用されるようになったが、入力の変化（温度変化）に対して高速に応答させるには素子を小型化し、熱容量を小さくすることが必要となる。特に、上述したホットタイプの素子は抵抗値の変化を利用しているため、測定誤差に直結する特性のばらつきに対して厳しい要求が課される。
【０００５】
一方、温度センサについて、その構造に着目して大別すると、巻線型アキシャル丸棒型素子と平板型の素子の２つのタイプがある。巻線型素子として、例えば特許文献１には、セラミックパイプの外周面に抵抗体としての白金ワイヤを巻き、その抵抗体の抵抗値の温度依存性を利用した抵抗体素子が記載されている。
【０００６】
平板型素子として、例えば特許文献２は、セラミックス基板上に複合酸化物等からなる第１の感熱膜と第２の感熱膜とを重ねて形成し、セラミックス基板と第１の感熱膜との間に絶縁被膜を設けることで熱応答性、抵抗温度特性の劣化を防止した薄膜サーミスタを開示している。また、特許文献３には、基板と抵抗蛇行部分を中間層（絶縁層）で被覆して、温度が急速に変化しても抵抗蛇行部分を安定に保持する温度センサーについての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２６８３０２号公報
【特許文献２】特開平６−６１０１２号公報
【特許文献３】特表２０１５−５３２４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した巻線型のセンサ素子は、巻線ピッチが安定しにくく、巻線の乱れが抵抗値ばらつきに直結するという問題がある。一方、平板型のセンサ素子の場合、基板上におけるパターンの位置等によって発熱ポイントが素子の中央付近から外れると、ワイヤ（リード線）への熱逃げにばらつきが生じ、温度出力が正しく得られないという問題がある。その結果、センサとしての温度補正のための煩わしい調整が必要となる。
【０００９】
また、従来の平板型センサはエアフローセンサ素子としての使用を想定しておらず、外形サイズが大きめに製造される傾向にあり、仮にサイズを小型化してもセンサ素子の横断面の形状に起因して、設置したときの角度・方向によって気流内部での素子の投影面積が大きく変化する。そのため設置状態によっては、素子の周囲において気流が大きく乱れ、温度の検知結果にばらつきが生じやすいという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、取付け角度等による温度検知のばらつきを抑制できる温度センサ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本発明の白金温度センサ素子は、所定厚の絶縁材料からなる平面視矩形状の絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された白金抵抗膜からなるパターンと、前記絶縁基板の長手方向両端部に形成された一対の電極と、前記一対の電極それぞれに接合され外部に導出されたリード線と、前記絶縁基板の上面側において前記パターンと、前記一対の電極と、前記リード線のうち前記一対の電極との接合部位の上部とを覆う保護膜とを備え、全体形状が角柱状であって長手方向の中央部において横断面形状がほぼ正方形であり、長手方向の中央部において前記絶縁基板の厚さと前記保護膜の厚さの比がほぼ１：１であることを特徴とする。
【００１２】
例えば、前記パターンの中央部を発熱部とし、該発熱部が前記絶縁基板の長手方向のほぼ中央部であって、かつ、当該白金温度センサ素子の高さ方向および幅方向のほぼ中央部に位置していることを特徴とする。例えば、前記発熱部はミアンダ形状のパターンからなることを特徴とする。また、例えば、前記接合部位の上部における前記保護膜の厚さが１３０〜１８０μｍであることを特徴とする。さらには、例えば、前記絶縁基板の幅と当該白金温度センサ素子の高さの比が１：１〜１．５であり、前記絶縁基板の幅と前記リード線の径の比が２．５：１〜３：１であり、前記絶縁基板の長手方向における前記一対の電極それぞれの長さと該絶縁基板の長さの比が１：４〜１：５であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の白金温度センサ素子によれば、素子周囲の気流の乱れ等による抵抗値のばらつきを回避して、エアフローセンサとして吸気流量等を正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態例に係る温度センサ素子の外観構造を示す図である。
【図２】実施の形態例に係る温度センサ素子の断面構成図であり、（ａ）は垂直方向の断面図、（ｂ）は水平方向の断面図である。
【図３】センサ素子を風洞内に設置した様子を示す図であり、（ａ）は断面形状が円形のセンサ素子、（ｂ）は断面形状が長方形のセンサ素子を示す。
【図４】センサ素子の軸方向の回転による投影面積の変化を模式的に示す図である。
【図５】横断面形状が長方形のセンサ素子を軸回りに回転させたときのセンサの回転角度と投影面積の変化を示す図である。
【図６】横断面形状が正方形のセンサ素子を軸回りに回転させたときのセンサの回転角度と投影面積の変化を示す図である。
【図７】温度センサ素子により温度を検知するシミュレーション装置の構成を示す図である。
【図８】サンプルの温度検知シミュレーション結果をプロットして示す図である。
【図９】温度検知シミュレーションに使用したサンプルを軸方向から見た様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態例について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態例に係る温度センサ素子の外観構造を示している。また、図２（ａ）は、図１の温度センサ素子を矢視Ｘ−Ｘ´線に沿って切断した垂直方向の断面図であり、図２（ｂ）は、矢視Ｙ−Ｙ´線に沿って温度センサ素子を切断したときの水平方向の断面図である。
【００１６】
図１に示すように本実施の形態例に係る温度センサ素子１０は、素子本体部１２と、その素子本体部１２の長手方向の両端部から導出されるリード線１５ａ，１５ｂを備える。温度センサ素子１０は、その全体形状が四角柱状（角柱棒状）であって外部表面に凹凸がなく、素子の長手方向と直交する切断面の形状（垂直断面形状、あるいは横断面形状ともいう。）は、素子の長手方向のどの位置においてもほぼ正方形である。
【００１７】
図２（ａ），（ｂ）に示すように温度センサ素子１０において、平面視矩形の基板２１の上面両端部に所定の厚さを有する内部電極（電極パッドともいう）２５ａ，２５ｂが形成され、これらの内部電極２５ａと内部電極２５ｂとの間に、所定パターンからなる抵抗被膜２３が形成されている。また、内部電極２５ａ，２５ｂにはリード線１５ａ，１５ｂの端部が溶接等により接続されている。
【００１８】
基板２１の上面側において、内部電極２５ａ，２５ｂ、抵抗被膜２３、およびリード線１５ａ，１５ｂのうち内部電極２５ａ，２５ｂに接続された部位の上部を覆うように保護膜２７が形成され、さらには、その保護膜２７全体を覆う表層保護膜２９が形成されている。以降において、これらの保護膜を保護膜２７，２９とも表記する。
【００１９】
基板２１は、例えば厚さが０．３ｍｍ程度の電気絶縁性のセラミック基板、アルミナ基板（Ａｌ2Ｏ3）等からなる。基板２１の上面に形成された抵抗被膜２３は、白金（Ｐｔ）からなる薄膜抵抗膜（白金抵抗膜パターン）であり、その抵抗値は、例えば２０Ωである。内部電極２５ａ，２５ｂは、例えば白金等を含有する電極ペーストを用いて印刷される。リード線１５ａ，１５ｂは、例えば径が０．１５ｍｍで、ニッケル芯線の白金被覆線である。また、保護膜２７，２９は、基板との線膨張係数差が小さい、例えば耐熱ガラスからなる。なお、白金は安定性、直線性に優れており、高精度で広い温度範囲での測定が可能である。
【００２０】
温度センサ素子１０は、上記のように白金熱線を使用した自己発熱タイプの素子であり、図２（ｂ）に示すように抵抗被膜２３の中央部は、通電した際に自己発熱するミアンダ形状のパターンからなる発熱部２３ａとなっている。この発熱部２３ａは、平面視したとき基板２１の長手方向と幅方向（短手方向）のほぼ中央部に位置しており、基板２１と保護膜２７，２９との間にあることから、温度センサ素子１０の厚さ（高さ）方向においてもほぼ中央部に位置する。
【００２１】
このように温度センサ素子１０の発熱部２３ａが、抵抗膜パターンのほぼ中央部であって、センサ素子の高さ方向および幅方向のほぼ中央部に位置するので、温度センサ素子の中央付近が発熱ポイントとなる。すなわち、温度センサ素子の中央部に発熱構造を設けることで発熱の片寄りがなくなり、リード線１５ａ，１５ｂへの熱逃げが一定となって安定化するので、熱逃げに対する調整を最小に抑えることができる（調整幅が小さくて済む）という利点がある。
【００２２】
なお、自己発熱タイプの温度センサ素子において発熱ポイントが素子の中央付近から外れた位置にあると、リード線への熱逃げに変化が生じて一定とならないので、発熱部の加熱に必要な電流も変化する。そのため、このような発生熱の乱れ、熱逃げ等によるエアフロー測定値の変動対策（例えば、測定回路の調整等）が必要となる。
【００２３】
＜温度センサ素子の外形寸法＞
次に、本実施の形態例に係る温度センサ素子１０の各部位の寸法について説明する。図２（ａ）に示すように温度センサ素子１０の縦断面形状は、保護膜２７，２９の厚さが素子の長軸方向の中央部で最も厚く、端部（リード線側）に向かうにつれてわずかに減少する形状となっている。温度センサ素子１０の長軸方向の中央部における横断面形状は、ほぼ正方形であり、端部側（リード線側）においては長方形である。温度センサ素子１０は、例えば長さＬ１（基板２１の長手方向の長さ）が２ｍｍ、長手方向の中央部における高さＨが例えば０．６ｍｍ、幅Ｗ（基板２１の幅でもある。）が例えば０．４ｍｍである。また、素子の長手方向の中央部における保護膜２７，２９の厚さａは、例えば０．３５ｍｍであり、リード線１５ａ，１５ｂの上部における保護膜２７，２９の厚さは、例えば１３０〜１８０μｍである。
【００２４】
このように本実施の形態例に係る温度センサ素子１０は、リード線１５ａ，１５ｂのうち内部電極２５ａ，２５ｂに接続された部位の上部も保護膜によって一定の厚さを持たせたことで、素子全体が四角柱形状（角柱棒状）となり、上述したように素子の横断面の形状が長手方向のどの部位においてもほぼ正方形となる。
【００２５】
本実施の形態例に係る温度センサ素子１０において、保護膜２７，２９の厚さａ（例えば０．３５ｍｍ）と、基板２１の厚さｂ（例えば０．３ｍｍ）とがほぼ等しい（ａ≒ｂ）ことから、基板２１の厚さｂと保護膜２７，２９の厚さａとの比がほぼ１：１となる。また、上記のように素子の高さＨが例えば０．６ｍｍ、幅Ｗが例えば０．４ｍｍの場合を含めて、幅Ｗと高さＨの比が１：１〜１．５である。
【００２６】
温度センサ素子１０の基板２１の幅とリード線１５ａ，１５ｂの線径との比は２．５：１〜３：１であり、基板２１の長手方向の長さＬ１と、素子の長手方向における内部電極２５ａ，２５ｂの長さＬ２との比は１：４〜１：５である（図２（ｂ）参照）。このように温度センサ素子１０の全体構造において、各部位間の寸法比率にバランスを持たせることで、気流の乱れ、発生熱の熱逃げ等に対応可能となる。
【００２７】
さらには、上記のように基板２１の厚さを薄くし、基板幅を小さくすることで、温度センサ素子１０を小型化して熱容量を小さくすることができるので、温度センサとしての熱応答（サーマルレスポンス）が速くなる。また、リード線１５ａ，１５ｂの上部に保護膜２７，２９を設けることで、温度センサ素子全体の外観形状を四角柱形状とすることのみならず、リード線１５ａ，１５ｂの基板２１への固定効果を得ることができる。
【００２８】
＜温度センサ素子の形状と温度検知との関係＞
次に、全体形状が柱状の温度センサ素子の断面形状に着目して、断面形状と温度検知のばらつきとの関係を詳細に述べる。本実施の形態例に係る温度センサ素子１０はホットタイプの素子であり、素子を構成する基板２１の上面に形成した白金パターンからなる抵抗被膜２３に電流を流して自己発熱で温度を上昇させ、その素子が空気流に晒されることで、抵抗膜で発熱した熱が奪われ抵抗が変化することを利用している。そして、空気流により奪われた熱量を白金パターンの抵抗値変化に基づいて電気的に検出することで、温度センサ素子が設置された環境における空気流量を計測する。
【００２９】
図３は、風洞（ダクト）内に設置したセンサ素子を示しており、図３（ａ）に示すように風洞３１内のセンサ素子３０は、その断面形状が円形であるため、軸３３を中心に回転しても、図中、矢印で示す空気の流入方向から見たセンサ素子３０の投影面積は変化しない。したがって、センサ素子３０が軸回りに回転しても、空気流がセンサ素子の回転に伴う断面形状に起因して変化することもないため、素子の周囲で空気が淀む等、空気流の乱れは生じない。
【００３０】
一方、図３（ｂ）のセンサ素子４０は、その断面形状が長方形であるため、風洞３１内において軸４３を中心に回転した場合、後述するように、空気流に対するセンサ素子４０の投影面積が変化する。それにより、空気がせき止められる面積も変わる等の変化が生じ、センサ素子４０の周囲において空気の流れが淀む箇所が生じる。
【００３１】
図４は、図３（ｂ）に示すセンサ素子４０の軸方向の回転による投影面積の変化を模式的に示している。投影面積とは、図４に示すように立体（ここでは、センサ素子４０，４０´）の正面から矢印で示す平行光を照射したときに、その反対側に垂直に設けた仮想スクリーン３４に投影される、その立体の影の面積である。図４において一点鎖線で示すセンサ素子４０は、軸回りの回転がない状態（傾いていない状態）にあり、仮想スクリーン３４上での投影面積Ｓは、Ｓ＝高さＨ×長さＬとなる。
【００３２】
また、図４において実線で示すセンサ素子４０´は、軸４３を中心に所定角度回転した状態にあり、その投影面積Ｓ´は、Ｓ´＝高さＨ´×長さＬとなる。図４に示す例ではＨ＞Ｈ´であるから、投影面積Ｓ＞投影面積Ｓ´となる。
【００３３】
図５および図６は、それぞれ横断面形状が長方形のセンサ素子４０と、横断面形状が正方形のセンサ素子５０を軸回りに回転させ、軸方向から見たときのセンサの回転角度と投影面積の変化を示している。なお、センサ素子４０，５０は、軸方向の長さＬが同じであるため、垂直方向の高さＨの変化を投影面積の変化とみなすことができる。
【００３４】
図５は、センサ素子４０の取り付け角度を、傾きのない状態（図５（ａ），θ＝０°）から、図５（ｄ）に示すように傾きが９０°となるまで段階的に大きくしたときの投影面積の変化を示している。センサ素子４０は、図５（ｂ）に示す状態、すなわち、図中のａとｂを結ぶ対角線が垂直のときに高さが最大（Ｈ２）となるため、そのときの投影面積Ｓ２も最大となる。よって、図５に示す例では、高さについてＨ２＞Ｈ１＞Ｈ３＞Ｈ４の関係にあることから、投影面積はＳ２＞Ｓ１＞Ｓ３＞Ｓ４となる。
【００３５】
図６は、本実施の形態例に係る温度センサ素子、すなわち、横断面の形状がほぼ正方形のセンサ素子５０の取り付け角度を、図５に示す場合と同様、傾きのない状態（図６（ａ），θ＝０°）から、傾きが９０°（図６（ｄ））となるまで段階的に大きくしたときの投影面積の変化を示している。センサ素子５０は、図６（ｃ）に示す状態のとき（図中のｃとｄを結ぶ対角線が垂直のとき）、高さが最大（Ｈ７）となり、投影面積Ｓ７も最大となる。また、センサ素子５０の場合、高さがＨ５＝Ｈ８であるから投影面積もＳ５＝Ｓ８となる。よって、図６に示すセンサ素子５０の場合、高さがＨ７＞Ｈ６＞Ｈ５（＝Ｈ８）であるため、投影面積はＳ７＞Ｓ６＞Ｓ５（＝Ｓ８）となる。
【００３６】
上記のように、断面形状が長方形のセンサ素子４０は高さＨと厚さ（幅）Ｗが１：１の関係にない。そのため、センサ素子が軸回りに回転した場合、その回転角度（取付け角度）に応じてセンサの投影部分の高さが大きく変わる。このことは、センサ素子４０において軸回りの回転に従って投影面積が大きく変化し、最大面積と最小面積との差（図５に示す例では、Ｓ２とＳ４の差）が大きいことを意味している。
【００３７】
このような取付け角度の変化による投影面積の大きな変化は、センサ素子４０に当たる空気流に変化をもたらし、空気流の乱れが生じる。その結果、センサ素子４０の発熱部からの熱の奪われ方にも乱れが発生するので、センサ素子４０による空気流の測定結果にばらつきが生じ、測定精度の低下の原因となる。
【００３８】
一方、横断面形状がほぼ正方形のセンサ素子５０の場合、高さＨと厚さ（幅）Ｗとがほぼ１：１であることから、投影面積Ｓ５〜Ｓ８に大きな変化がない。具体的には、図６（ａ）のようにセンサ素子５０が軸回りに回転せず、傾いていない状態で設置された場合の投影部分の高さＨ５と、図６（ｂ）のようにセンサ素子５０が軸回りに角度θ４だけ回転したときの投影部分の高さＨ６と、図６（ｃ）に示すように軸回りに角度θ５だけ回転したときの投影部分の高さＨ７と、図６（ｄ）のように９０°回転した（θ６＝９０°）ときの投影部分の高さＨ８とを比較すると、それらに大きな変化はない。
【００３９】
すなわち、本実施の形態例に係る温度センサ素子は、上述のように幅（Ｗ）：高さ（Ｈ）≒１：１〜１．５であるため、図６に示ようにセンサの取付け角度が変わっても、その投影部分の高さは、Ｈ５＝Ｈ８≒Ｈ６≒Ｈ７となる。よって、センサ素子５０において空気の流入方向から見た投影面積Ｓ５〜Ｓ８に大きな変化がなく、センサ素子の取付け角度が変化しても投影面積の最大値と最小値の差が小さい。
【００４０】
このようにセンサ素子の横断面形状が矩形（四角形）であっても、それが長方形の場合には、高さ寸法と幅寸法（長辺と短辺の長さ）に違いがあるので、軸回りの回転によりセンサ素子の設置状態（取付け角度）が変わると投影面積に大きな変化が生じる。これに対して、断面形状がほぼ正方形のセンサ素子の場合、断面の高さ寸法と幅寸法がほぼ同じであるため、センサ素子が軸回りに回転しても投影面積に大きな変化が生じないことが分かる。
【００４１】
＜センサ素子のサンプルによる温度検知シミュレーション＞
次に、全体形状が角柱棒状で断面形状の異なるセンサ素子のサンプルについて、取付け角度を変えて実施した素子温度の検知シミュレーションについて説明する。
【００４２】
図７は、エアフローセンサとしての温度センサ素子により温度を検知するシミュレーション装置の構成を示している。ここでは、所定の空気流を実現できる長さを有し、直径Ｄが例えば１０ｍｍの円筒型の風洞（ダクト）７１に、その長手方向に垂直に貫く一対の支柱７２を設け、さらに、風洞７１内に挿入された支柱７２の先端近傍に、それらの支柱間を跨ぐように温度センサ素子７３を取り付ける。温度センサ素子７３は、風洞７１内を流れる空気流（図中、矢印で示す）に確実に晒されるよう、その長軸が空気の流入方向と直角になるとともに、風洞断面の中央部に位置するように設置する。
【００４３】
また、自己発熱タイプのセンサである温度センサ素子７３に外部から電源供給するため、支柱７２を金属等の導電性材料で構成し、その支柱７２のうち温度センサ素子７３を取り付けた側と反対側の先端部に電流供給用の電源７４と、センサ素子７３に流れた電流を検知するための電流計７５が接続されている。なお、支柱そのものの温度が測定に影響を与えないようにするため、支柱７２を一定の温度、例えば２５℃に保つ手段（不図示）を設ける。
【００４４】
実施した温度検知シミュレーションでは、断面形状が矩形（長方形、正方形）で、素子の幅Ｗを０．６ｍｍに固定し、素子の高さＨを０．２〜１．０ｍｍとした５種類のサンプルを用意した。そして、個々のサンプルについて、風洞内における空気流に対する取付け角度θを０°〜９０°に変化させたときの素子温度を測定し、その最大値と最小値の差を求めた。
【００４５】
以下に各サンプルの詳細を示す。
サンプル１：Ｗ×Ｈ＝０．６ｍｍ×０．２ｍｍ  （断面形状は長方形）
サンプル２：Ｗ×Ｈ＝０．６ｍｍ×０．４ｍｍ  （断面形状は長方形）
サンプル３：Ｗ×Ｈ＝０．６ｍｍ×０．６ｍｍ  （断面形状は正方形）
サンプル４：Ｗ×Ｈ＝０．６ｍｍ×０．８ｍｍ  （断面形状は長方形）
サンプル５：Ｗ×Ｈ＝０．６ｍｍ×１．０ｍｍ  （断面形状は長方形）
サンプル６：円筒型のセンサ素子  （断面は円形（直径０．６ｍｍ））
【００４６】
本シミュレーションにおいて、図７に示す風洞７１内に設置したサンプル素子を０．３２２Ｗで発熱させた状態で、風速１．０ｍ／秒の空気流を素子の長軸方向に対して直角に当てた。そして、素子の幅Ｗが同一で高さＨが異なる５種類のサンプル１〜５それぞれについて、０°〜９０°の範囲で取付け角度を１５°刻みで変えた計７つの異なる角度における素子温度を計測した。
【００４７】
図８は、サンプル１〜５の温度検知シミュレーション結果をプロットして示す図であり、縦軸は各取付け角度におけるサンプル素子の素子温度の最大値と最小値の差であり、横軸は、取付け角度の変化による投影面積の最大値と最小値の差分である。よって、横軸は各サンプルの取付け角度の変化に対する投影面積の変化の度合いを示している。
【００４８】
また、図９は、温度検知シミュレーションに使用した温度センサ素子７３（サンプル１〜５）を軸方向から見たときの様子を例示している。図９では、取付け角度が０°，４５°，９０°の場合を示しており、その取付け角度における各サンプルの投影面積はＳ0，Ｓ45，Ｓ90である。なお、各サンプルの発熱部分を符号８０で示している。
【００４９】
図８に示すシミュレーション結果より、グラフの横軸方向に着目すると、センサ素子の断面形状が長方形のサンプル１，２，４，５は、断面形状が正方形のサンプル３よりも、取付け角度の変化に対する投影面積の変化Δが大きいことが分かる。また、グラフの縦軸方向に着目すると、センサ素子の断面形状が正方形に近いサンプルほど、取付け角度による温度差が小さいことが分かる。なお、断面が円形状のサンプル６は、軸方向に回転しても投影面積が変化せず、温度変化もないとして原点にプロットした。
【００５０】
よって、センサ素子の断面形状が長方形のサンプルよりも正方形のサンプルの方がセンサ素子の取付け角度の変化による投影面積の変化の影響を受けにくく、温度差も小さいので、エアフローセンサとしての特性、例えば空気流量測定における温度センサ特性等に与える影響も小さくすることができる。換言すれば、図８に示すシミュレーション結果において、サンプル３は、サンプル６に対してプロット上の距離が最も近いことから、断面形状が正方形のサンプル３は、断面が円形状のサンプル６に、より近い特性を有すると言える。また、サンプル３のようにセンサ素子の温度差が小さいほど、センサ素子の加熱に必要な電流差も小さくて済むので、センサの小型化が可能となる。
【００５１】
以上説明したように本実施の形態例に係る温度センサ素子は、全体形状が四角柱状で、その軸方向のどの部位においても横断面形状がほぼ正方形となるような構造としたことから、横断面形状が長方形の温度センサよりも小型化して熱容量を小さくすることができるので、熱応答速度の速い温度センサの実現が可能となる。
【００５２】
また、センサ素子の横断面の形状がほぼ正方形で、外部表面に凹凸がないので、センサ素子が軸回りに所定角度回転した状態で取り付けられ、あるいは取付け後に軸回りに回転して取付け角度が変化しても投影面積がほぼ一定であり、センサに当たる空気流に乱れが生じないため、センサの発熱部からの熱逃げに乱れが生じることもない。その結果、センサに当たる空気流が乱れて抵抗値がばらつくことがないので温度測定結果にばらつきがなく、気流の乱れによる温度検出への影響を回避して空気流量の正確な測定が可能となる。
【００５３】
さらには、自己発熱タイプの温度センサ素子として、その発熱部を素子の長手方向、厚さ方向、および幅方向のほぼ中央部に位置させて、その素子の中央付近を発熱ポイントとした。それにより、発熱部で発生した熱のリード線への熱逃げが一定となり、温度補正のための調整幅が小さい安定した温度センサ素子を提供できる。また、発熱部が素子から露出しない構成としたことで、測定雰囲気に起因する汚損の影響を受けることもない。
【符号の説明】
【００５４】
１０，７３  温度センサ素子
１２  素子本体部
１５ａ，１５ｂ  リード線
２１  基板
２３    抵抗被膜
２３ａ  発熱部
２５ａ，２５ｂ  内部電極
２７  保護膜
２９  表層保護膜
３０，４０，４０´，５０  センサ素子
３１，７１  風洞（ダクト）
３３，４３  軸
３４  仮想スクリーン
７２  支柱
７４  電源
７５  電流計
８０  発熱部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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