(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と測温体を有し、前記発熱体の発熱時における前記測温体の測定値に基づいて流体の流量を検出するようにし、前記流体の流量に応じて前記発熱体の温度分布を変更するように構成したフローセンサであって、
前記流量が所定の閾値より大きくなる高流量域では、低流量域に比べて、前記発熱体のうち前記測温体に近い部分の発熱量が多くなるようにし、少なくとも前記高流量域において、前記発熱体の発熱量を前記測温体に近づくにつれて段階的に多くなるようにしたことを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記測温体の測定値が前記流量に比例するように、前記流体の流量に応じて前記発熱体の内部の温度分布が一様でないようにしたことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記発熱体は、電圧を印加する両端端子以外に中間端子を有するものであって、少なくとも３つ以上の端子に印加する電圧を制御することで前記発熱体の温度分布を変更するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記測温体および前記発熱体は、１つの連続した抵抗体の配線パターン中の異なる部分で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記抵抗体の配線パターンには、複数の端子が接続されており、前記複数の端子が、前記発熱体用および前記測温体用として選択的に用いられており、前記発熱体と前記測温体が前記配線パターン中の異なる部分で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記抵抗体の配線パターンの一部が、電流を流さない未使用領域となっていることを特徴とする請求項４または５に記載のフローセンサ。
【請求項７】
前記発熱体は、１つの連続した抵抗体の配線パターンで形成されており、前記抵抗体の配線パターンの一部が、電流を流さない未使用領域となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。
【請求項８】
前記抵抗体の配線パターンには、複数の端子が接続されており、前記複数の端子が、前記発熱体用および前記未使用領域用として選択的に用いられていることを特徴とする請求項７に記載のフローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出するフローセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板に膜構成のヒータ（発熱体）と測温体を設けて、ヒータおよび測温体に流れる流体の流量を測定するようにしたフローセンサが種々提案されている（特公平６−４３９０６号公報、特開平７−１７４６００号公報、特開平９−２４３４２３号公報など）。
【０００３】
図２０に、従来のフローセンサの一例を示す。基板１に空洞部６が形成され、この空洞部６を橋絡するように空洞部６上に薄膜構造のブリッジ２が設けられている。このブリッジ２には、中央にヒータ３が形成され、その両側に上流側測温体５１、下流側測温体５２が形成されている。また、ブリッジ２以外の基板１上で図中の白抜き矢印で示す流体の流れの上流側には、流体の温度を検出するための流体温度計４が形成されている。
【０００４】
このようなフローセンサにおいて、流体温度計４から得られる流体温度よりも一定温度高い温度になるようにヒータ３を加熱駆動する。流体が流れることにより、上流側測温体５１は熱を奪われて温度が下がり、下流側測温体５２はヒータ３から熱が運ばれて温度が上昇し、上流側測温体５１と下流側測温体５２の温度差から流体の流速が計測（検出）される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構造のフローセンサにおいて、上流側測温体５１と下流側測温体５２の温度差は、図２１に示すようになる。この図２１からわかるように、低流量域では直線性が良いが、高流量域では直線性が悪化している。これは上流側測温体５１では流速が増すと流体温度程度まで冷却されて流速に対して温度変化が少なくなり、下流側測温体５２では流れによるヒータ３からの加熱よりも流れによる冷却が強まるため、結果として温度差が生じなくなるためである。このため、高流量側で測定に限界が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みたもので、高流量側の測定限界を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発熱体と測温体を有し、発熱体の発熱時における測温体の測定値に基づいて流体の流量を検出するようにし、流体の流量に応じて発熱体の温度分布を変更するように構成したフローセンサであって、前記流量が所定の閾値より大きくなる高流量域では、低流量域に比べて、発熱体のうち測温体に近い部分の発熱量が多くなるようにし、少なくとも高流量域において、前記発熱体の発熱量を測温体に近づくにつれて段階的に多くなるようにしたことを特徴としている。
【０００８】
従来のものでは流量にかかわりなく発熱体の温度分布を一定としていたため、高流量側で測定限界が生じやすかったが、この発明のように流量に応じて発熱体の温度分布を変更し、特に高流量になったときに測温体への温度分布を高くするようにすれば、高流量側の測定限界を高めることができる。また、少なくとも高流量域において、発熱体の発熱量を測温体に近づくにつれて段階的に多くなるようにしているので、消費電力の無駄を少なくしつつ流量の測定限界を高めることができる。
【０００９】
なお、発熱体と測温体は、後述する実施形態のように、測温体を発熱体の上流側に配置する、または測温体を発熱体の下流側に配置する、あるいは測温体を発熱体の両側に配置するという、形態をとることができる。また、発熱体と測温体は、空洞部を有する基板に設けられた薄膜構造のブリッジもしくはダイアフラムに形成するのが好ましい。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、測温体の測定値が流量に比例するように、流体の流量に応じて発熱体の内部の温度分布が一様でないようにすれば、測温体の温度の線形性を上げることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、発熱体の中間端子を有し、少なくとも３つ以上の端子に印加する電圧を制御するようにすれば、発熱体全体の発熱量を多くした場合に比べ消費電力を低減しつつ発熱体の温度分布を変更することができる。
【００１５】
上記した測温体および発熱体は、請求項４に記載の発明のように、１つの連続した抵抗体の配線パターン中の異なる部分で形成することができる。この場合、請求項５に記載の発明のように、抵抗体の配線パターンに複数の端子を接続し、それら複数の端子を選択するようにすれば、抵抗体を、発熱体として利用する部分と測温体として利用する部分に、製造後に使い分けることができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明のように、抵抗体の配線パターンの一部を未使用領域とすれば、消費電力を少なくすることができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明のように、発熱体を１つの連続した抵抗体の配線パターンで形成し、その一部を未使用領域とすることもできる。この場合も、抵抗体の配線パターンの一部を未使用領域とすることによって、消費電力を少なくすることができる。また、請求項８に記載の発明のように、抵抗体の配線パターンに複数の端子を接続し、それら複数の端子を選択するようにすれば、抵抗体を、発熱体用として利用する部分と未使用領域用として利用する部分に、製造後に使い分けることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る感熱式フローセンサの斜視図を示し、図２に図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００２４】
図１、図２に示すように、基板１（例えばＳｉを用いた半導体基板）には、空洞部６が形成され、この空洞部６を橋架するように電気的絶縁膜でブリッジ２が設けられている。ブリッジ２には、中央に発熱体をなすヒータ３が形成され、その片脇に測温体５が形成されている。ヒータ３および測温体５は、Ｐｔなどの金属膜により形成されている。また、基板１上で図中の白抜き矢印で示す流体（例えば、空気）の流れの上流側には、流体の温度を検出するための流体温度計４が形成されている。なお、図中のＴＲ１、ＴＲ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｈ１、Ｈｍ１、Ｈ２は、流体温度計４、測温体５、ヒータ３それぞれの電極端子を示している。
【００２５】
この第１実施形態に係るフローセンサは、１つの測温体５と１つのヒータ３を有し、測温体５がヒータ３よりも上流に配置されたもの（以下、上流側２線式フローセンサという）になっている。
【００２６】
上記した流体温度計４は、金属配線で形成され、その抵抗値変動から温度が測定される。この流体温度計４によって測定された流体温度をもとに、その流体温度よりもΔＴだけ高い温度になるように、ヒータ３が加熱制御される。具体的には、ヒータ３の両端端子Ｈ１、Ｈ２に印加する電圧が、図示しない制御回路によって制御される。通常、ヒータ３は、その両端端子Ｈ１、Ｈ２に電圧をかけ、ヒータ３を流れる電流のジュール熱によって、加熱される。なお、上記したΔＴの値は、例えば２００℃程度の温度である。
【００２７】
そして、このようなヒータ３の加熱制御の下、図示しない処理回路において、上流測温体５で測定された温度（上流測温体５の測定値、すなわち上流測温体５の抵抗値から求められたもの）と流体温度計４で測定された温度との差に基づいて流体の流量が測定（検出）される。
【００２８】
ここで、無風時には図３（ａ）に示すように上流測温体５で温度Ｔ0が測定され、低流量時には図３（ｂ）に示すように上流測温体５で温度ＴLが測定され、高流量時には図３（ｃ）に示すように上流測温体５で温度ＴHが測定される。しかし、高流量時には測定される温度ＴHは、低流量時に測定される温度ＴLより低いため、その測定に限界が生じる。このようなフローセンサの流量の測定限界は、上流測温体５が流体温度程度まで冷却されて、流速に対して温度変化がなくなることによって決まる。
【００２９】
そこで、この実施形態では、ヒータ３に中間端子Ｈｍ１を設け、その中間端子Ｈｍ１に印加する電圧を制御して、流量の測定限界を高めることができるようにしている。
【００３０】
すなわち、流量がある閾値よりも低い領域（以下、低流量域という）では、中間端子Ｈｍ１を、例えばフローティングもしくはヒータ３全体の電流が一様となるような電圧にして、通常の場合と同様、ヒータ３全体に一様な電流が流れるようにする。この場合、流量がある閾値よりも低いか否かは、例えば測温体５によって測定された温度がある閾値より高いか否かによって判定することができる。
【００３１】
また、流量がある閾値以上である高い領域（以下、高流量域という）では、中間端子Ｈｍ１に所定の電圧を与えることによって、ヒータ３の温度分布を変更し、ヒータ３の上流部の温度を上げる。ここで、流量の測定限界は、測温体５の温度が流体温度付近まで冷却されることによって生じるので、ヒータ３の上流部の温度を上げる（すなわち高流量時の測定温度を図３（ｄ）に示すようにＴH’に上げる）ことにより、流量の測定限界を高めることができる。
【００３２】
この場合、流量検出を行う処理回路側では、中間端子Ｈｍ１への電圧印加状態を考慮して、低流量および高流量のいずれの場合においても正確に流量検出ができるようにしている。なお、以下に示す実施形態においても、中間端子に電圧を印加して高流量側の測定限界を高めるようにした場合には、それを考慮して流量検出を行うようにしている。
【００３３】
上記した実施形態においては、ヒータ３に中間端子Ｈｍ１を設けて流量の測定限界を高めるものを示したが、流量がある閾値以上になったときにヒータ３の両端Ｈ１、Ｈ２にかける電圧を大きくし、ヒータ３全体に流れる電流を大きくして、ヒータ３全体の温度を上げるようにしてもよい。このようにしても、上流測温体５が冷やされるのを防ぐことができるため、流量の測定限界を高めることができる。但し、この方法と上記した中間端子Ｈｍ１を用いる方法とを比較すると、中間端子Ｈｍ１を用いる方法の方が消費電力が少なくなるため、中間端子Ｈｍ１を用いる方法の方が好ましい。
【００３４】
また、上記した実施形態では、低流量域において、ヒータ３全体に流れる電流を一定にし、ヒータ３の温度分布をほぼ一様にするものを示したが、ヒータ３の温度分布を変えるようにしてもよい。例えば、上流側の端子Ｈ１と中間端子Ｈｍ１との間の電圧と下流側の端子Ｈ２と中間端子Ｈｍ１との間の電圧の比を、低流量のときも上流側の温度が下流側の温度よりも高くなるように設定してもよい。この場合、高流量域においては、上流側の温度と下流側の温度の差がさらに大きくなるように、上流側の端子Ｈ１と中間端子Ｈｍ１との間の電圧と下流側の端子Ｈ２と中間端子Ｈｍ１との間の電圧の比を変化させる。具体的には、上流側の端子Ｈ１と中間端子Ｈｍ１との間の電圧を、下流側の端子Ｈ２と中間端子Ｈｍ１との間の電圧より大きくする。
【００３５】
また、上記した実施形態では、中間端子Ｈｍ１を１つ設けるものを示したが、中間端子を複数設けて、高流量時の温度分布を細かく制御できるようにしてもよい。図４に、複数個の中間端子Ｈｍ１、Ｈｍ２、Ｈｍ３を設けた例を示す。この場合、高流量時に上流側から下流側に向かって電圧端子間で発生する熱量が段々低くなる、言い換えればヒータ３の発熱量が測温体５に向かって段階的に多くなるように制御すれば、消費電力の無駄を少なくしつつ、流量の測定限界を高めることができる。なお、高流量時だけでなく、低流量時にも同じような制御をしてもよい。
【００３６】
また、上記した制御において、流量に対する測温体５の温度の線形性が最も良くなるように、中間端子に印加する電圧を細かく制御するようにしてもよい。ここで、測温体５の温度の線形性を上げることには、次のようなメリットがある。一般に、フローセンサには、流体の脈動を検出することが要求される。脈動とは、流体の流量が周期的に変化することをいう。脈動が存在する場合のフローセンサの挙動を示す図５を用いて、線形性のメリットを説明する。
【００３７】
実際のフローセンサでは、応答遅れが必ず存在するため、実際の脈動による流量の変化と比較して必ず信号がなまる（脈動の振幅よりも、検出される振幅が小さくなる）。このとき、脈動の平均流量を正しく検出することが重要となる。これは、脈動の平均流量さえ正しく検出できれば、流れた流体の全流量を正しく検出することが可能だからである。図５（ａ）に、温度が流量に比例する場合の特性を示す。この場合には、実際の平均流量と見かけの平均流量（センサが検出する平均流量）が一致している。図５（ｂ）に、温度が流量に比例しない場合の特性を示す。この場合は、見かけの平均流量が実際の平均流量を下まわっている。なお、見かけの平均流量が実際の平均流量を下まわるのは、温度−流量曲線が上に凸だからである。逆に、温度−流量曲線が下に凸の場合は、見かけの平均流量が実際の平均流量を上まわる。従って、温度が流量に比例する線形なフローセンサが好ましい。
【００３８】
なお、ヒータ３上の温度分布は、流量が０の場合、厳密には一定にならず、中心部付近で最も高くなり、端部で最も低くなる。しかし、上記した多端子抵抗体構造とすることによって、温度分布を一様にすることもできる。すなわち、多くの抵抗体の端部のみ若干電圧を高くして、端部の発熱量が中心部の発熱量に対して大きくなるように設定すれば、温度分布を一様にすることができる。
【００３９】
なお、フローセンサとしては、ブリッジ構造のものに限らず、例えば図６および図７（図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図）に示すように、ダイアフラム２０を有するダイアフラム構造のものであってもよい。以下の実施形態においては、ブリッジ構造のフローセンサについて説明するが、それをダイアフラム構造に変更することは可能である。
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、測温体５をヒータ３の上流側に設けるものを示したが、図８に示すように、測温体５をヒータ３の下流側に設け、１つの測温体５と１つのヒータ３を有し、測温体５がヒータ３よりも下流に配置されたもの（以下、下流側２線式フローセンサという）としてもよい。
【００４０】
この実施形態のように、測温体５をヒータ３の下流に配置した場合には、流れによってヒータ３の熱が測温体５を加熱する効果よりも、流れによる測温体５の冷却効果の方が大きくなることにより、高流量側の流量の測定限界が決まる。そこで、この実施形態では、次のような制御を行う。
（１）低流量域では、第１実施形態と同様に、中間端子Ｈｍ１を、例えばフローティングもしくはヒータ３全体の電流が一様となるような電圧にして、ヒータ３全体に一様な電流を流す。
（２）高流量域では、中間端子Ｈｍ１に電圧を与え、ヒータ３の下流部の温度を上げる。このことにより、測温体５付近の加熱を強めることができ、測定限界を高めることができる。
（第３実施形態）
上記した第１、第２実施形態では、測温体５の位置をヒータ３の上流、下流とするものを示したが、測温体５はそれ以外の位置に配置することもできる。例えば、図９に示すように、測温体５をヒータ３の真横に配置するようにしてもよい。この場合の制御方法は、第１実施形態と同様である。
（第４実施形態）
第１ないし第３実施形態では、１つの測温体５と１つのヒータ３を有する２線式のフローセンサを示したが、２つの測温体と１つのヒータを有し、２つの測温体をそれぞれヒータの上流と下流に配置したもの（以下、３線式フローセンサという）とすることもできる。
【００４１】
図１０に、この実施形態に係る３線式フローセンサの斜視図を示す。
【００４２】
流体温度計４によって測定された流体温度をもとに、その流体温度よりもΔＴだけ高い温度になるように、ヒータ３が加熱制御される。そして、このようなヒータ３の加熱制御の下、図示しない処理回路において、上流測温体５１で測定された温度と下流測温体５２で測定された温度との差に基づいて流体の流量が測定される。
【００４３】
この実施形態に係る３線式フローセンサ場合、流量の測定限界は、上流測温体５１の温度が流体温度付近まで冷却されること、および流れによる下流測温体５２の冷却がヒータ３による下流測温体５２の加熱を上回ることによって決まる。そこで、この実施形態では、次のような制御を行う。
（１）低流量域では、中間端子Ｈｍ１、Ｈｍ２、Ｈｍ３を、例えばフローティングにして、通常の場合と同様、ヒータ３全体に一様な電流が流れるようにする。
（２）高流量域では、上流中間端子Ｈｍ１と下流中間端子Ｈｍ３に所定の電圧を与えることによって、ヒータ３の温度分布を変更し、ヒータ３の上流部および下流部の温度を上げる。流量の測定限界は、上記したように、上流測温体５１の温度が流体温度付近まで冷却されること、および流れによる下流測温体５２の冷却がヒータ３による下流測温体５２の加熱を上回ることによっているので、ヒータ３の上流部および下流部の温度を上げることによって、流量の測定限界を高めることができる。
【００４４】
なお、上記した実施形態では、測温体５１、５２の位置を上流および下流としたが、２つの測温体５１、５２が流れに対して完全に真横の状態になければ、測温体５１、５２は、図１０に示す以外の位置に配置することもできる。
（第５実施形態）
この実施形態では、図１１に示すように、ヒータ３に多数の端子Ｈ１〜Ｈ１３を設け、使用できる最大電圧をＶｍａｘ［Ｖ］としたときに、端子Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７、Ｈ９、Ｈ１１、Ｈ１３にＶｍａｘ［Ｖ］の電位を印加し、端子Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８、Ｈ１０、Ｈ１２に０Ｖの電位を与えるものである。
【００４５】
このヒータ３の全抵抗値をＲ［Ω］としたとき、従来のように、ヒータ３の両端（図１１に示すＨ１、Ｈ１２）にＶｍａｘ［Ｖ］の電圧をかけた場合、流れる電流はＶｍａｘ／Ｒ［Ａ］、発熱量は、Ｖｍａｘ2／Ｒ［Ｗ］となる。しかし、図１１のように、多数の中間端子を設けて抵抗体をｎ等分（図１１では１２等分）に分割した場合には、流れる電流はｎ×Ｖｍａｘ／Ｒ［Ａ］、発熱量は、ｎ2×Ｖｍａｘ2／Ｒ［Ｗ］となり、電流値、発熱量は、それぞれ、単に両端Ｈ１、Ｈ１２に電圧をかけた場合のｎ倍、ｎ2倍となる。
【００４６】
従って、十分な電流を得ることが可能で、かつ最大電圧が制限される場合には、この実施形態のように、多数の端子を設けることによって、ヒータ３の温度を上げることができ、高流量側の測定限界を高めることができる。
（第６実施形態）
上記した第５実施形態のように、１つの連続した配線パターンで形成され多数の端子Ｈ１〜Ｈ１３を有する抵抗体は、複数の抵抗体と見なし得る。従って、複数の抵抗体のどれかをヒータとして利用し、他のどれかを測温体として利用することも可能である。そこで、この実施形態では、図１２に示すように、上流側のいくつかの抵抗体を測温体５として利用し、その下流側のいくつかの抵抗体をヒータ３として利用している。なお、図中の未使用領域７はあってもなくてもよい。
【００４７】
この場合、端子Ｈ１を測温体５の測定端子として用い、低流量域では、端子Ｈ３を０Ｖ、端子Ｈ１１をＶｍａｘ、その他の端子をフローティングとして、流量検出を行い、高流量域では、低流量域の状態に対し、例えば端子Ｈ７に２／３Ｖｍａｘの電圧を印加するようにすれば、第１実施形態と同様に、流量の測定限界をあげた流量検出を行うことができる。
【００４８】
同様に、図１３に示すように、下流側を測温体５とし、上流側をヒータ３として用いるようにすることもできる。この場合、端子Ｈ１３を測温体５の測定端子として用い、低流量域では、端子Ｈ３をＶｍａｘ、端子Ｈ１１を０Ｖ、その他の端子をフローティングとして、流量検出を行い、高流量域では、低流量域の状態に対し、例えば端子Ｈ７に２／３Ｖｍａｘの電圧を印加するようにすれば、第２実施形態と同様に、流量の測定限界をあげた流量検出を行うことができる。
【００４９】
同様に、下流側、上流側を測温体とし、中間部分をヒータとすることも可能である。このようにすれば、第４実施形態と同様に制御可能なフローセンサとなる。
【００５０】
これらの場合の制御方法は、それぞれ第１ないし第４施形態と同じであるが、この実施形態の場合、製造後に、測温体５とヒータ３の長さや位置関係を変更できるというメリットがある。
【００５１】
例えば、上流測温体５を持つ２線式フローセンサにおいて、低速低流量のみを測定したい場合には、ヒータ３の幅は狭くてもよいことがわかっているため、図１２に示すように、上流側から測温体５、ヒータ３、それから未使用領域７というように抵抗体を分配する。この場合、測温体５から遠い側の抵抗体を未使用領域７としヒータ３として用いないため、消費電力の無駄を省くことができる。逆に、高流量も含めて測定したい場合には、未使用領域７を少なくあるいは無くして、ヒータ３の幅をできるだけ広くしたり、第１実施形態と同様の制御をすることによって、高流量側の測定限界を高めることができる。
【００５２】
また、未使用領域７は、ヒータ３の劣化を判断（例えば、自己診断）するのに利用することもできる。すなわち、各端子Ｈ１〜Ｈ１３を同じ間隔で配置し、抵抗体を同じ幅にしておけば、抵抗体は同じ抵抗値を持つはずである。従って、未使用領域７が劣化しないとすると、未使用領域７とヒータ３の抵抗値の差を求めれば、ヒータ３が劣化したかどうかがわかる。また、各端子Ｈ１〜Ｈ１３を同じ間隔に配置したり、抵抗体を同じ幅にしたりしなくても、処理回路側の演算処理で、未使用領域７とヒータ３の抵抗値を比較すれば、ヒータ３の劣化を検出することができる。また、未使用領域７を用いなくても、ヒータ３と測温体５の抵抗値を比較してヒータ３の劣化を検出するようにすることも可能である。
【００５３】
また、上記した実施形態において、測温体５を別の抵抗線で形成してもよい。例えば、図１２に示す実施形態に対し、図１４に示すように、構成してもよい。この場合、第１実施形態と同様の構成になるが、製造後に未使用領域７を設定することが可能となり、使用目的に応じて消費電力の無駄のないフローセンサとして使用することができる。
（第７実施形態）
この実施形態では、図１５に示すように、多数の端子Ｈ１〜Ｈ２１を有する抵抗体で構成され、上流側から第１のヒータ３１、測温体５、第２のヒータ３２、未使用領域７となっている。このフローセンサは、上流側２線式フローセンサと同様に働く。
【００５４】
この実施形態の特徴とするところは、測温体５のさらに上流にもヒータ３１が存在することにある。このことによって、高流量域において、測温体５の温度が流体温度と同程度にまで、下がってしまうことをある程度防ぐことが可能で、高流量側の測定限界を高めることが可能である。
【００５５】
さらに、高流量側の測定限界を高める場合には、第１実施形態と同様の制御を行うようにすればよい。例えば、端子Ｈ４を測温体５の測定端子として用い、低流量域では、端子Ｈ１、Ｈ１５を０Ｖ、端子Ｈ３、Ｈ５をＶｍａｘ、その他の端子をフローティングとして、流量検出を行い、高流量域では、低流量域の状態に対し、例えば端子Ｈ９に１／２Ｖｍａｘの電圧を印加するようにすれば、第１実施形態と同様に、流量の測定限界をあげた流量検出を行うことができる。
【００５６】
この実施形態は、上流側２線式フローセンサに限らず、図１６に示すような下流側２線式ヒータにも同様に適用することができる。この場合、端子Ｈ１８を測温体５の測定端子として用い、低流量域では、端子Ｈ１７、Ｈ１９をＶｍａｘ、端子Ｈ７、Ｈ２１を０Ｖ、その他の端子をフローティングとして、流量検出を行い、高流量域では、低流量域の状態に対し、例えば端子Ｈ１３に１／２Ｖｍａｘの電圧を印加するようにすれば、第２実施形態と同様に、流量の測定限界をあげた流量検出を行うことができる。
【００５７】
なお、ヒータ３１、３２の幅は、必ずしもヒータ３２（あるいは３１）の方が広くなっている必要はなく、その幅は任意に設定可能である。
（第８実施形態）
上記した第７実施形態では、２線式ヒータに適用するものを示したが、３線式ヒータにも同様に適用することができる。この場合のフローセンサの平面構成を図１７に示す。
【００５８】
図に示すように、この実施形態に係るフローセンサは、多数の端子Ｈ１〜Ｈ２１を有する抵抗体で構成され、上流側から第１のヒータ３１、上流測温体５１、第２のヒータ３２、下流測温体５２、第３のヒータ３３、未使用領域７となっている。このフローセンサは、３線式フローセンサと同様に働く。
【００５９】
この実施形態の特徴とするところは、ヒータ３２以外に上流測温体５１の上流にヒータ３１が存在し下流測温体５２の下流にヒータ３３が存在することにある。このことによって、高流量域において、上流測温体５１、下流測温体５２の温度が流体温度と同程度にまで、下がってしまうことをある程度防ぐことが可能で、高流量側の測定限界を高めることが可能である。
【００６０】
さらに、高流量側の測定限界を高める場合には、第４実施形態と同様の制御を行うようにすればよい。例えば、端子Ｈ４、Ｈ１６を測温体５の測定端子として用い、低流量域では、端子Ｈ１、Ｈ１５、Ｈ１７を０Ｖ、端子Ｈ３、Ｈ５、Ｈ１９をＶｍａｘ、その他の端子をフローティングとして、流量検出を行い、高流量域では、低流量域の状態に対し、例えば端子Ｈ７に２／３Ｖｍａｘの電圧を、端子Ｈ１３に１／２Ｖｍａｘの電圧を印加するようにすれば、第４実施形態と同様に、流量の測定限界をあげた流量検出を行うことができる。
【００６１】
なお、ヒータ３１、３２、３３の幅は、必ずしもヒータ３２の幅が最も広くなっている必要はなく、その幅は任意に設定可能である。
（フローセンサの製造方法）
上記したフローセンサは、次に説明する製造方法によって製造することができる。なお、上記した各実施形態は、ヒータ３（３１、３２、３３）、流体温度計４、測温体５（５１、５２）の配線パターンが異なるのみであるので、第１実施形態を代表して、その製造方法を説明する。図１８に、その製造工程を示す。
［図１８（ａ）の工程］
まず、半導体基板１として単結晶のシリコン基板を用い、その上に下部膜１１を形成する。この下部膜１１は、Ｓｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜とを組み合わせた２層の絶縁膜となっており、圧縮応力膜と引っ張り応力膜の組み合わせによって下部膜１１に生じる応力を緩和するようにしている。この後、ヒータ３、流体温度膜４、測温体５を構成する膜として、Ｐｔ膜を真空蒸着機により２００℃で２０００Å堆積させる。そのとき、接着層としてＴｉ層をＰｔ膜と下部膜１１の間に５０Å堆積させる。そして、エッチングにより、ヒータ３、流体温度計４、測温体５の形状にパターニングする。このパターニングにより、ヒータ３、流体温度計４、測温体５の各端子（図では電極取り出し部１２として図示する）も同時に形成される。
［図１８（ｂ）の工程］
下部膜１１と同様に、Ｓｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜からなる２層膜の上部膜１３を形成する。ここで、ヒータ３を膜構造のほぼ膜中心に配置し、かつ上部膜１３および下部膜１１における膜構成をヒータ３を中心として対称に配置することで、温度変化しても反り変動が生じず、熱ストレスに対して強い構造が形成できる。そして、空洞部６を形成する領域、およびヒータ３、流体温度計４、測温体５の電極取り出し部１２をエッチングにより開口する。
［図１８（ｃ）の工程］
全面に５０００ÅのＡｕを蒸着した後、エッチングを行い、電極取り出し部１２を覆うようにエッチング保護膜１４を形成する。このエッチング保護膜１４は、次工程で用いるＳｉエッチング溶液に対して電極取り出し部１２を保護し、かつ外部配線としてＡｕ線を用いた場合にそれとの密着性を高めるために用いられる。
［図１８（ｄ）の工程］
ＴＭＡＨ溶液によって表面側からシリコンの異方性エッチングを行い、空洞部６を形成する。
【００６２】
以上のようにして図１、図２に示すフローセンサを製造することができる。
【００６３】
また、フローセンサとして、図６、図７に示すようなダイアフラム構造のものとする場合には、以下のような製造方法により製造することができる。図１９に、その製造工程を示す。
［図１９（ａ）の工程］
図１８（ａ）の工程と同様に、シリコン基板１の上に下部膜１１を形成し、その上にヒータ３、流体温度膜４、測温体５をパターニング形成する。
［図１９（ｂ）の工程］
下部膜１１と同様に、Ｓｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜からなる２層膜の上部膜１３を形成し、ヒータ３、流体温度計４、測温体５の電極取り出し部１２をエッチングにより開口する。また、シリコン基板１の裏面に形成された膜の所定の位置をエッチングによって取り除く。
［図１９（ｃ）の工程］
シリコン基板１の裏面側を下部膜１１が露出するまで異方性エッチングして空洞部６を形成する。
【００６４】
このようにして、図６、図７に示すフローセンサを製造することができる。
【００６５】
なお、図１８、図１９に示す製造方法において、ヒータ３、流体温度計４、測温体５を形成する膜としては、Ｐｔ膜以外に、ポリシリコン、ＮｉＣｒ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ｗなどを用いることができる。また、下部膜１１、上部膜１３としては、ヒータ３等を保護できるものであれば、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＯ膜などの、単一膜あるいは多層膜を用いることができる。また、エッチング保護膜１４は、露出した電極取り出し部１２がエッチング溶液に対して耐性があればなくてもよく、またＡｕ以外の材料でもエッチング耐性があり、接続配線と接着できる材料であれば他のものでもよい。また、空洞部６を形成するためのエッチングは、空洞部６が形成できれば、ＴＭＡＨ溶液による異方性エッチング以外のものを用いてもよい。
【００６６】
また、上記した種々の実施形態において、フローセンサは、空気等の気体の流量を検出することの他、種々の流体の流量検出に適用することができる。また、ブリッジ２もしくはダイアフラム２０の上にヒータ３、測温体５等の配線を構成するものを示したが、必ずしもそのようなブリッジ構造もしくはダイアフラム構造としなくても、基板１の上に直接それらを配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る感熱式フローセンサの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】無風時、低流量時、高流量時に測定される温度を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態に対し、複数個の中間端子を設けた実施形態を示す図である。
【図５】脈動が存在する場合のフローセンサの挙動を示す図である。
【図６】図１に示すブリッジ構造のものダイアフラム構造にした感熱式フローセンサの斜視図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る感熱式フローセンサの平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る感熱式フローセンサの平面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る感熱式フローセンサの斜視図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る感熱式フローセンサのブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る感熱式フローセンサで、上流側を測温体とし下流側をヒータとして用いたもののブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る感熱式フローセンサで、下流側を測温体とし上流側をヒータとして用いたもののブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１４】図１２に示す実施形態に対し、測温体を別の抵抗線で形成した例を示す図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る感熱式フローセンサで、上流側２線式フローセンサに適用したもののブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施形態に係る感熱式フローセンサで、下流側２線式フローセンサに適用したもののブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１７】本発明の第８実施形態に係る感熱式フローセンサのブリッジ部分の平面構成を示す図である。
【図１８】ブリッジ構造のフローセンサの製造方法を示す工程図である。
【図１９】ダイアフラム構造のフローセンサの製造方法を示す工程図である。
【図２０】従来の感熱式フローセンサの斜視図である。
【図２１】図２０に示す従来のフローセンサにおいて上流側測温体と下流側測温体の温度差の特性を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２…ブリッジ、３、３１、３２…ヒータ、４…流体温度計、
５、５１、５２…測温体、６…空洞部、７…未使用領域。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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