JP5029509B2 - 流量センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関の吸入空気流量の測定に用いられる流量センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、電熱ヒータ（発熱抵抗体）と、発熱抵抗体に対して流体の下流側と上流側それぞれに設けられた、自身の温度変化に伴って自身の抵抗値も変化する２つの温度依存抵抗（測温抵抗体）を有する流量センサが提案されている。

一方向から流体が流れた場合、発熱抵抗体によって生成された温度分布が、一方向から他方向に変形する。これにより、一方の測温抵抗体の温度が下がり、他方の測温抵抗体の温度が高くなり、測温抵抗体間に温度差が生じる。上記したように、測温抵抗体は、自身の温度変化に伴って自身の抵抗値も変化する性質を有しているので、各測温抵抗体の抵抗値にも差が生じ、各測温抵抗体に掛かる電圧にも差が生じる。特許文献１では、上流側と下流側それぞれに設けられた２つの測温抵抗体、第１基準抵抗、及び第２基準抵抗によってブリッジ回路が形成されており、第１基準抵抗と下流側に設けられた測温抵抗体間の第１中点電位と、第２基準抵抗と上流側に設けられた測温抵抗体間の第２中点電位との電位差を測定することで、流量や流体の流れ方向を検出している。流体の流量は、電位差の絶対値から計測され、流体の流れ方向は、電位差の正負から検出される。
特開昭５６−５７９１４号公報

ところで、特許文献１に示される流量センサでは、２つの測温抵抗体の接地側の端部と発熱抵抗体の接地側の端部が、同一の接地配線と接続されている。そのため、発熱抵抗体に流入される電流量の変化によって発熱抵抗体の電圧降下が変動すると、接地配線自身が抵抗（配線抵抗）を有しているために、接地配線の電圧降下も変動する。これにより、測温抵抗体における接地配線側の端部の電位が変動し、測温抵抗体の電圧降下も変動する。すなわち、基準抵抗と測温抵抗体間の中点電位も変動してしまう。上記したように、流体の流量は、ブリッジ回路の第１中点電位と第２中点電位との電位差の絶対値から計測される。したがって、発熱抵抗体の電圧降下の変動に伴って、各中点電位の電位差にも変動が生じ、流量の検出信頼性が低下する虞がある。

また、流体の流量が微量な場合、測定される第１中点電位と第２中点電位の電位差も微量となる。そのため、上記した発熱抵抗体の電圧降下の変動によって、電位差の正負が逆転してしまい、流体の流れ方向を誤って検出してしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、流量と流れ方向の検出信頼性の低下が抑制された流量センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電流の印加によって発熱する発熱抵抗体と、温度に応じて抵抗値が変化する複数の温度測定用抵抗体を有するセンサ部と、少なくともセンサ部の出力信号を処理し、その出力信号を処理する出力部を有する回路部と、電源電位とされ、センサ部及び回路部と配線を介して電気的に接続された電源端子、接地電位とされ、センサ部及び回路部と配線を介して電気的に接続された接地端子、及び回路部と電気的に接続されて、出力部によって処理された出力信号を外部に出力する出力端子を有する外部接続用端子と、を備える流量センサであって、接地端子として、互いに電気的に独立して設けられた第１接地端子と第２接地端子を有し、発熱抵抗体と第１接地端子とを電気的に接続する第１接地配線と、複数の温度測定用抵抗体と第２接地端子とを電気的に接続する第２接地配線とが、電気的に独立していることを特徴とする。

このように本発明によれば、発熱抵抗体と接地端子とを電気的に接続する第１接地配線と、温度測定用抵抗体と接地端子とを電気的に接続する第２接地配線が、電気的に独立している。また、第１接地配線が接続された接地端子（第１接地端子）と、第２接地配線が接続された接地端子（第２接地端子）が、電気的に独立している。すなわち、発熱抵抗体の電圧降下の変動が、温度測定用抵抗体における第２接地配線側の電位に影響しない構成となっている。これにより、流量と流れ方向の検出信頼性の低下が抑制される。

請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、発熱抵抗体と電源端子とを電気的に接続する第１電源配線と、温度測定用抵抗体と電源端子とを電気的に接続する第２電源配線が、電気的に独立している構成が好ましい。

これによれば、発熱抵抗体に流れる電流量の変化に伴って、第２電源配線に流れる電流量が殆ど変化しない構成となっている。これにより、流量と流れ方向の検出信頼性の低下が抑制される。

請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、電源端子として、互いに電気的に独立して設けられた第１電源端子と第２電源端子を有し、第１電源端子は第１電源配線と接続され、第２電源端子は第２電源配線と接続されている構成が好ましい。

請求項２に記載の発明においては、請求項４に記載のように、第１電源配線と第２電源配線が、共通の電源端子に接続されている構成としても良い。これによれば、外部接続用端子の数を減らすことができる。

なお、請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項５に記載のように、センサ部を構成する発熱抵抗体と、複数の温度測定用抵抗体としての測温抵抗体、傍熱抵抗体、及び流体温度測温抵抗体は、同一の基板における一面上に設けられ、測温抵抗体は、発熱抵抗体の上流側と下流側に発熱抵抗体に対して対称配置された上流側測温抵抗体及び下流側測温抵抗体を有し、傍熱抵抗体は、発熱抵抗体の近傍に配置され、流体温度よりも所定温度高くなるように制御され、流体温度測温抵抗体は、流体の温度を測定すべく、発熱抵抗体から離れた位置に配置され、回路部は、出力部とともに、傍熱抵抗体の温度を所定の温度に保つように、発熱抵抗体に流す電流を制御する電流制御部を有し、センサ部が形成された基板とは別の基板に構成されている流量センサに適応することができる。

請求項５に記載の発明においては、請求項６に記載のように、傍熱抵抗体は、略コの字状とされ、互いに略平行とされた一対の折り返し部と、折り返し部の一方の端部間を連結する連結部を備えており、発熱抵抗体に対して、一対の折り返し部が対称配置されていることが好ましい。これによれば、発熱抵抗体の熱を、傍熱抵抗体に効率的に印加することができると共に、上流側測温抵抗体及び下流側測温抵抗体に同量の熱を印加することができる。

請求項５又は請求項６に記載の発明においては、請求項７に記載のように、流体温度測温抵抗体は、第１流体温度測温抵抗体、第２流体温度測温抵抗体、及び第３流体温度測温抵抗体を有し、電源端子側に配置された第１流体温度測温抵抗体と接地端子側に配置された第２流体温度測温抵抗体が直列接続され、電源端子側に配置された第３流体温度測温抵抗体と接地端子側に配置された傍熱抵抗体が直列接続されて、第１ブリッジ回路が構成されており、第１ブリッジ回路の２つの中点端子が、電流制御部と電気的に接続されている構成を採用しても良い。

請求項５〜７いずれかに記載の発明においては、請求項８に記載のように、上流側測温抵抗体は、第１測温抵抗体及び第２測温抵抗体を有し、下流側測温抵抗体は、第３測温抵抗体及び第４測温抵抗体を有しており、基板上において、発熱抵抗体に対して、第１測温抵抗体と前記第４測温抵抗体が対称配置され、第２測温抵抗体と前記第３測温抵抗体が対称配置されており、電源端子側に配置された第１測温抵抗体と接地端子側に配置された第３測温抵抗体が直列接続され、電源端子側に配置された第４測温抵抗体と接地端子側に配置された第２測温抵抗体が直列接続されて、第２ブリッジ回路が構成されており、第２ブリッジ回路の２つの中点端子が、出力部と電気的に接続されている構成を採用しても良い。

請求項５〜８いずれかに記載の発明においては、請求項９に記載のように、基板に薄肉部が形成され、該薄肉部形成領域上に測温抵抗体、傍熱抵抗体、及び発熱抵抗体が形成されており、基板における薄肉部形成領域以外の領域に、流体温度測温抵抗体が形成されている構成が好ましい。これによれば、薄肉部によって、測温抵抗体、傍熱抵抗体、及び発熱抵抗体と、流体温度測温抵抗体を熱的に分離することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る流量センサのＡｓｓｙ後の状態を示す概略斜視図である。図２は、図１において流量センサを拡大した平面図である。図３は、センサチップの概略構成を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、流量センサの回路図である。なお、図４においては、便宜上、抵抗体１３〜２２を省略している。また、以下においては、流体の流れ方向を、単に流れ方向と示し、流れ方向に対して垂直な方向を単に垂直方向と示す。

図１に示すように、流量センサ１００は、流体の流量や流れ方向を測定するセンサチップ１０が流体に晒されるように、内燃機関の吸気流路内に配置される。流量センサ１００は、図２に示すように、要部として、流体に晒されるセンサチップ１０と、該センサチップ１０と電気的に接続される回路チップ３０と、該回路チップ３０を介してセンサチップ１０と電気的に接続される外部接続用端子５０と、センサチップ１０及び回路チップ３０を搭載し、外部接続用端子５０と一体的に形成された支持部７０と、を有している。

センサチップ１０は、例えばシリコン基板１１（以下、単に基板１１と示す）からなるものである。図３に示すように、基板１１の一面上には、絶縁膜１２が形成されており、その絶縁膜１２上に、自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する温度測定用抵抗体１３と、電流の印加によって自身が発熱する発熱抵抗体１４が形成されている。温度測定用抵抗体１３は、発熱抵抗体１４の近傍に配置された傍熱抵抗体１５、発熱抵抗体１４に対して対称となるように配置された測温抵抗体１６〜１９、及び抵抗体１４〜１９とは離間した位置に配置された流体温度測温抵抗体２０〜２２を有している。これら抵抗体１３〜２２は、例えば、白金（Ｐｔ）やポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を真空蒸着やスパッタリングすることによって、基板１１（絶縁膜１２）上に、それぞれを電気的に接続する配線（図示略）とともに形成される。該配線にはパッド２３が接続されおり、パッド２３が、ボンディングワイヤ３２を介して、後述する回路チップ３０のパッド３１と電気的に接続される。本実施形態において、基板１１上に形成された配線は、発熱抵抗体１４と抵抗体１５〜２２（温度測定用抵抗体１３）が電気的に独立するように形成されている。したがって、基板１１上において、発熱抵抗体１４と抵抗体１５〜２２（温度測定用抵抗体１３）は、電気的に独立している。なお、図３及び図４に示すように、基板１１には、基板１１の裏面からエッチングすることによってメンブレン２４（特許請求の範囲に記載の薄肉部に相当）が形成されている。抵抗体１４〜１９は、メンブレン２４上に設けられており、流体温度測温抵抗体２０〜２２はメンブレン２４以外の領域に形成されている。これにより、流体温度測温抵抗体２０〜２２が、抵抗体１４〜１９と熱的に分離される。流体の温度は流体温度測温抵抗体２０〜２２の抵抗値に基づいて決定される。したがって、発熱抵抗体１４による熱の影響が抑制された状態で、流体の温度を検出することができる。

発熱抵抗体１４は、電流の印加によって自身が発熱するものである。図３に示すように、発熱抵抗体１４は、平面略矩形状を有しており、その長手辺が、垂直方向に対して略平行となるように、流れ方向における基板１１の中心に形成されている。なお、後述するが、本実施形態では、発熱抵抗体１４の一端がスイッチング素子３４を介して電源端子５１と接続されて、他端が第１接地端子５４と接続されている。したがって、スイッチング素子３４が駆動されると、発熱抵抗体１４と電源端子５１（外部電源）が接続されて、これによって発熱抵抗体１４に電流が印加され、発熱抵抗体１４が発熱するようになっている。

傍熱抵抗体１５は、流体の温度よりも所定温度高くなるように制御されており、図３に示すように、略コの字状とされ、互いに略平行とされた一対の折り返し部１５ａ，１５ｂと、一対の折り返し部１５ａ，１５ｂの端部を連結する連結部１５ｃを有している。そして、上流側に配置された上流側折り返し部１５ａと、下流側に配置された下流側折り返し部１５ｂは、それぞれ発熱抵抗体１４に対して対称となるように設けられている。なお、図５に示される符号１２ａは、抵抗体１３〜２２とその配線を保護するための保護膜１２ａである。

測温抵抗体１６〜１９は、それぞれ同一の平面略矩形状を有しており、いずれの測温抵抗体１６〜１９も、その長手辺が垂直方向に対して略平行となるように、基板１１上に形成されている。測温抵抗体１６〜１９のうち、２つの測温抵抗体１６，１７が流体の流れ方向に対して上流側に形成され、他の２つの測温抵抗体１８，１９が下流側に形成されている。図３及び図５に示すように、発熱抵抗体１４に対して、上流側に配置された第１測温抵抗体１６と下流側に配置された第４測温抵抗体１９はそれぞれ対称な関係となっており、上流側に配置された第２測温抵抗体１７と下流側に配置された第３測温抵抗体１８がそれぞれ対称な関係となっている。そして、傍熱抵抗体１５の上流側折り返し部１５ａと第１測温抵抗体１６の距離が、下流側折り返し部１５ｂと第４測温抵抗体１９の距離と等しく、上流側折り返し部１５ａと第２測温抵抗体１７の距離が、下流側折り返し部１５ｂと第３測温抵抗体１８の距離と等しくなっている。

本実施形態では、図６に示すように、電源端子５１側に、第１測温抵抗体１６と第４測温抵抗体１９が配置され、接地端子５３側に、第３測温抵抗体１８と第２測温抵抗体１７が配置されており、第１測温抵抗体１６と第３測温抵抗体１８が直列に接続され、第４測温抵抗体１９と第２測温抵抗体１７が直列に接続されて、第２ブリッジ回路９３が構成されている。第２ブリッジ回路９３の２つの中点端子は、それぞれ第２差動増幅器３６と電気的に接続されており、これにより、第１測温抵抗体１６と第３測温抵抗体１８間の電位Ｖ３と、第４測温抵抗体１９と第２測温抵抗体１７間の電位Ｖ４が第２差動増幅器３６に入力される。電位差（Ｖ３−Ｖ４）は第２差動増幅器３６によって差動増幅され、出力端子５２を介して外部ＥＣＵ（図示略）に出力される。これにより、流体の流量や流れ方向が検出されるようになっている。

ここで、流体の流量や流れ方向が検出される仕組みを説明する。図５に示すように、無風状態では、発熱抵抗体１４を中心とする対称な温度分布Ｔ１が形成される。したがって、無風状態においては、発熱抵抗体１４に対して対称な位置に形成されている第１測温抵抗体１６と第４測温抵抗体１９に伝達される熱量はほぼ等しく、第２測温抵抗体１７と第３測温抵抗体１８に伝達される熱量はほぼ等しくなる。これにより、第１測温抵抗体１６と第４測温抵抗体１９の抵抗値は互いにほぼ等しく、第２測温抵抗体１７と第３測温抵抗体１８の抵抗値は互いにほぼ等しくなる。したがって、無風状態では、測温抵抗体１６，１８間の電位Ｖ３と測温抵抗体１９，１７間の電位Ｖ４は互いに等しく、電位差（Ｖ３−Ｖ４）はゼロとなる。しかしながら、例えば、図５に示すように、流体が上流側から下流側に流れると、それに伴い、温度分布Ｔ１の中心位置が発熱抵抗体１４の中心位置から下流側に移動し、図中で破線で示される新たな温度分布Ｔ２が形成される。したがって、上流側に配置されている測温抵抗体１６，１７の温度が低くなり、下流側に配置されている測温抵抗体１８，１９の温度が上昇する。これにより、例えば、上流側の測温抵抗体１６，１７の抵抗値が下降し、下流側の測温抵抗体１８，１９の抵抗値が上昇することとなる。電位差（Ｖ３−Ｖ４）は、もはやゼロとはならなく、この場合、電位差（Ｖ３−Ｖ４）は正の値をとる。反対に、下流側から上流側に流体が流れると、温度分布Ｔ１の中心位置が発熱抵抗体１４の中心位置から上流側に移動するので、例えば、上流側の測温抵抗体１６，１７の抵抗値が上昇し、下流側の測温抵抗体１８，１９の抵抗値が下降する。したがって、この場合、電位差（Ｖ３−Ｖ４）は負の値をとる。このように、流体の流れ方向に対して、電位差（Ｖ３−Ｖ４）が正負の値をとるので、この正負の値を判定することにより、流体の流れ方向が検出される。また、流体の流量が多い場合、温度分布は大きく移動するので、測温抵抗体１６〜１９の抵抗値も大きく変動し、電位差（Ｖ３−Ｖ４）も大きく変動する。このように、流体の流量と電位差は比例の関係となっている。したがって、電位差（Ｖ３−Ｖ４）の絶対値を測定することにより、流体の流量が検出される。

流体温度測温抵抗体２０〜２２は、流体の温度を測定するものである。本実施形態においては、発熱抵抗体１４に対して対称となるように、第１流体温度測温抵抗体２０と第２流体温度測温抵抗体２１がそれぞれ上流側と下流側に配置されており、第３流体温度測温抵抗体２２が、上流側に配置されている。なお、後述するが、本実施形態では、電源端子５１側に、第１流体温度測温抵抗体２０と第３流体温度測温抵抗体２２が配置され、接地端子５３側に、第２流体温度測温抵抗体２１と上記した傍熱抵抗体１５が配置されており、第１流体温度測温抵抗体２０と第２流体温度抵抗体２１が直列接続され、第３流体温度測温抵抗体２２と傍熱抵抗体１５が直列接続されて、第１ブリッジ回路９２が構成されている。そして、第１流体温度測温抵抗体２０と第２流体温度測温抵抗体２１間の電位Ｖ１と、第３流体温度測温抵抗体２２と傍熱抵抗体１５間の電位Ｖ２との電位差（Ｖ１−Ｖ２）を測定することにより、発熱抵抗体１４に流れる電流量が決定されるようになっている。電位Ｖ１は、流体温度測温抵抗体２０，２１間の電位なので、電位Ｖ１は変化しなく、一定値をとる。しかしながら、電位Ｖ２は、第３流体温度測温抵抗体２２と傍熱抵抗体１５間の電位なので、温度変化により傍熱抵抗体１５の抵抗値が変動すると、電位Ｖ２は変化する。なお、電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、傍熱抵抗体１５が所定の温度であるときにはゼロとなるように設定されている。

回路チップ３０は、図６に示すように、流体温度測温抵抗体２０，２１間の電位Ｖ１と第３流体温度測温抵抗体２２と傍熱抵抗体１５間の電位Ｖ２との電位差（Ｖ１−Ｖ２）を増幅する第１差動増幅器３３、及び該第１差動増幅器３３の出力信号に基づいて発熱抵抗体１４に流す電流量を制御するスイッチング素子３４を有する電流制御部３５と、測温抵抗体１６，１８間の電位Ｖ３と測温抵抗体１９，１７間の電位Ｖ４との電位差（Ｖ３−Ｖ４）を増幅する第２差動増幅器３６（特許請求の範囲に記載の出力部に相当）と、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３（電源端子５１側に配置された抵抗体１６，１９，２０，２２）の一端に掛かる電位を一定にするための定電圧回路３７と、を備えるものである。本実施形態では、スイッチング素子３４として、バイポーラトランジスタを採用している。なお、スイッチング素子３４としては、ＭＯＳトランジスタを採用しても良い。

外部接続用端子５０は、外部電源（図示略）と接続される電源端子５１と、第２差動増幅器３６から出力される出力信号に基づいて、流体の流量や流れ方向を検出する外部ＥＣＵ（図示略）と接続される出力端子５２と、発熱抵抗体１４、第１ブリッジ回路９２、及び第２ブリッジ回路９３の一端を接地するための接地端子５３と、を有している。本実施形態において、接地端子５３は、第１接地配線９０を介して発熱抵抗体１４と電気的に接続される第１接地端子５４と、第２接地配線９１を介して抵抗体１５〜２２（温度測定用抵抗体１３）と電気的に接続される第２接地端子５５と、を有している。なお、本実施形態に係る外部接続用端子５０は、一つのリードフレームによって構成されており、図２に示すように、該リードフレームのアイランド５６が、第２接地端子５５と一体化されている。

支持部７０は、図２に示すように、回路チップ３０を搭載し、センサチップ１０のパッド１５と回路チップ３０のパッド３１、及び回路チップ３０のパッド３１と外部接続用端子５０とをそれぞれボンディングワイヤ３２によって電気的に接続した後で、その接続部と回路チップ３０を保護する樹脂（図示略）を貯留するための貯留部７１と、センサチップ１０を搭載し、センサチップ１０を流体に晒すための舌部７２とを有している。貯留部７１の底部には、アイランド５６の一面が露出されて固定されており、該アイランド５６の一面上に、回路チップ３０が搭載されている。

次に、本実施形態に係る流量センサ１００の回路構成の特徴部分を説明する。図６に示すように、発熱抵抗体１４は、その一端がスイッチング素子３４と電源配線９４を介して電源端子５１と接続され、他端が第１接地配線９０を介して第１接地端子５４と接続されている。また、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３は、その一端が定電圧回路３７と電源配線９４を介して電源端子５１と接続され、他端が第１接地配線９０とは電気的に独立した第２接地配線９１を介して第２接地端子５５と接続されている。したがって、後述するスイッチング動作によって生じる発熱抵抗体１４の電圧降下の変動が、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の第２接地配線９１側の電位（すなわち、抵抗体１８，１７，２１，１５の第２接地配線９１側の端部の電位）に影響しない構成となっている。なお、図６における符号９５は第１接地配線９０の配線抵抗９５を示し、符号９６は第２接地配線９１の配線抵抗９６を示している。

次に、スイッチング素子３４のスイッチング動作についての説明をする。図６に示すように、３つの流体温度測温抵抗体２０〜２２と傍熱抵抗体１５によって第１ブリッジ回路９２が構成されている。第１ブリッジ回路９２の２つの中点端子は、それぞれ電流制御部３５の第１差動増幅器３３と電気的に接続されており、これによって、流体温度測温抵抗体２０，２１間の電位Ｖ１と、第３流体温度測温抵抗体２２と傍熱抵抗体１５間の電位Ｖ２が第１差動増幅器３３に入力され、電位差（Ｖ１−Ｖ２）が第１差動増幅器３３によって差動増幅されて、スイッチング素子３４のベース電極に出力される。傍熱抵抗体１５が所定温度である場合には、電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、ゼロになるように設定されているので、この場合、スイッチング素子３４は駆動しない。しかしながら、傍熱抵抗体１５が所定温度よりも低くなると、例えば傍熱抵抗体１５の抵抗値が下降し、電位Ｖ２も下降する。すなわち、電位Ｖ２が、電位Ｖ１よりも小さい値となるので、電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、正の値をとることとなる。この正の電位差（Ｖ１−Ｖ２）が第１差動増幅器３３に入力され、第１差動増幅器３３によって差動増幅される。増幅された電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、スイッチング素子３４のベース電極に出力される。これにより、スイッチング素子３４が駆動されて、発熱抵抗体１４と電源端子５１が接続され、発熱抵抗体１４に電流が流れる。これにより、発熱抵抗体１４が発熱され、発熱抵抗体１４の近傍に配置された傍熱抵抗体１５と測温抵抗体１６〜１９に熱が印加される。傍熱抵抗体１５の温度が所定温度まで上昇されると、例えば、傍熱抵抗体１５の抵抗値も上昇し、電位Ｖ２が所定温度における値（Ｖ１）まで上昇する。これにより、電位差（Ｖ１−Ｖ２）がゼロとなり、スイッチング素子３４の駆動が停止し、発熱抵抗体１４に流れる電流が遮断される。なお、傍熱抵抗体１４が所定温度よりも高くなった場合には、例えば傍熱抵抗体１５の抵抗値も上昇し、電位Ｖ２がＶ１よりも大きくなる。これにより、電位差（Ｖ１−Ｖ２）が負の値をとることとなり、スイッチング素子３４のベース電極に、第１差動増幅器３３によって差動増幅された負の電位差が入力されることとなる。この場合、スイッチング素子３４は駆動されなく、従って、発熱抵抗体１４に電流が流れないようになっている。このように、電流制御部３５によって、傍熱抵抗体１５の温度が所定値となるように、フィードバック加熱制御されている。以上が、スイッチング素子３４のスイッチング動作である。

次に、本実施形態に係る流量センサの効果を説明する。上記したスイッチング動作によって、発熱抵抗体１４に流れる電流量が変化すると、それに伴って、発熱抵抗体１４の電圧降下も変動する。すると、接地配線自身も抵抗（配線抵抗）を有しているために、発熱抵抗体１４と接続されている接地配線の電圧降下も変動する。したがって、接地配線側において、発熱抵抗体１４と例えば第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の一端（抵抗体１８，１７，２１，１５の一端）が電気的に接続されている場合には（接地配線が共通となっている場合には）、接地配線の配線抵抗の電圧降下が変動するために、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の一端に掛かる電位も変動してしまう。すなわち、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３に掛かる電圧が変動してしまう。しかしながら、上記したように、本実施形態では、発熱抵抗体１４と接続される第１接地配線９０が、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の一端（抵抗体１８，１７，２１，１５の一端）と接続される第２接地配線９１と電気的に独立した構成となっている。したがって、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の第２接地配線９１側の電位（抵抗体１８，１７，２１，１５の第２接地配線９１側の端部の電位）が、発熱抵抗体１４の電圧降下の変動の影響を受けない構成となっている。すなわち、第１ブリッジ回路９２と第２ブリッジ回路９３の中点電位である電位Ｖ１〜Ｖ４が、発熱抵抗体１４の電圧降下の変動の影響を受けない構成となっている。これにより、流量と流れ方向の検出信頼性の低下が抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態においては、接地端子５３が第１接地端子５４と第２接地端子５５を有しており、第１接地端子５４と第１接地配線９０が接続され、第２接地端子５５と第２接地配線９１が接続される例を示した。しかしながら、図７に示すように、接地端子５３が１つの接地端子５７のみを有しており、接地端子５７に第１接地配線９０と第２接地配線９１が接続される構成としても良い。これにより、外部接続用端子５０（接地端子５３）の数を減らすことができる。なお、図７は、流量センサの変形例を示す回路図である。

本実施形態においては、発熱抵抗体１４の一端がスイッチング素子３４を介して電源配線９４と接続され、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の一端（抵抗体１６，１９，２０，２２の一端）が定電圧回路３７を介して電源配線９４と接続されている例を示した。すなわち、発熱抵抗体１４の一端、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の一端それぞれが、電源配線９４と接続される例を示した。しかしながら、図８に示すように、電源配線９４が、それぞれ電気的に独立した第１電源配線９７と第２電源配線９８を有しており、第１電源配線９７とスイッチング素子３４を介して発熱抵抗体１４が接続され、第２電源配線９８と定電圧回路３７を介して第１ブリッジ回路９２と第２ブリッジ回路９３が接続される構成としても良い。これにより、スイッチング動作によって、発熱抵抗体１４に流れる電流量の変化に伴って、抵抗体１５〜２２（温度測定用抵抗体１３）に流れる電流量が変化しない構成となっている。したがって、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の第２電源配線９８側の電位（すなわち、抵抗体１６，１９，２０，２２の第２電源配線９８側の電位）が、発熱抵抗体１４の電圧降下の変動の影響を受けない構成となっている。すなわち、第１ブリッジ回路９２と第２ブリッジ回路９３の中点電位である電位Ｖ１〜Ｖ４が、発熱抵抗体１４の電圧降下の変動の影響を受けない構成となっている。これにより、流量と流れ方向の検出信頼性の低下が抑制される。また、図９に示すように、電源端子５１が、第１電源配線９７（発熱抵抗体１４）と接続される第１電源端子５８と、第２電源配線９８（抵抗体１５〜２２）と接続される第２電源端子５９とを有する構成としても良い。しかしながら、この構成の場合、電源端子５１（外部接続用端子５０）の数が増えてしまうので、電源端子５１は１つのほうが好ましい。図８，９は、流量センサの変形例を示す回路図である。

なお、図６〜図９に示すように、第１ブリッジ回路９２及び第２ブリッジ回路９３の電源配線９４側の一端（抵抗体１６，１９，２０，２２の電源配線９４側の一端）には、その一端に掛かる電位を一定にするための定電圧回路３７が接続されている。したがって、スイッチング動作によって、発熱抵抗体１４に流れる電流量の変化に伴って、第１ブリッジ回路９２と第２ブリッジ回路９３の一端に印加される電位の変化が、定電圧回路３７によって抑制された構成となっている。しかしながら、スイッチング動作によって電源端子５１から供給される電流量が変化すると、それに伴い、定電圧回路３７の電源電圧特性も変化してしまい、第１ブリッジ回路９２と第２ブリッジ回路９３の一端に印加される電位も変化し、電位Ｖ１〜Ｖ４も変化してしまうことが懸念される。したがって、図８及び図９に示すように、電源配線９４は、電気的に独立した第１電源配線９７と第２電源配線９８を有する構成が好ましい。

流量センサのＡｓｓｙ後の状態を示す概略斜視図である。 図１おいて流量センサを拡大した平面図である。 センサチップの概略構成を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 流量センサの回路図である。 流量センサの変形例を示す回路図である。 流量センサの変形例を示す回路図である。 流量センサの変形例を示す回路図である。

符号の説明

１０・・・センサチップ
１３・・・温度測定用抵抗体
１４・・・発熱抵抗体
１６〜１９・・・測温抵抗体
３０・・・回路チップ
３６・・・第２差動増幅器
５０・・・外部接続用端子
５１・・・電源端子
５２・・・出力端子
５３・・・接地端子
７０・・・支持部
９０・・・第１接地配線
９１・・・第２接地配線
１００・・・流量センサ

Claims (9)

1. 電流の印加によって発熱する発熱抵抗体と、温度に応じて抵抗値が変化する複数の温度測定用抵抗体を有するセンサ部と、
   少なくとも前記センサ部の出力信号を処理し、その出力信号を処理する出力部を有する回路部と、
   電源電位とされ、前記センサ部及び前記回路部と配線を介して電気的に接続された電源端子、接地電位とされ、前記センサ部及び前記回路部と配線を介して電気的に接続された接地端子、及び前記回路部と電気的に接続されて、前記出力部によって処理された前記出力信号を外部に出力する出力端子を有する外部接続用端子と、を備える流量センサであって、
   前記接地端子として、互いに電気的に独立して設けられた第１接地端子と第２接地端子を有し、
   前記発熱抵抗体と前記第１接地端子とを電気的に接続する第１接地配線と、複数の前記温度測定用抵抗体と前記第２接地端子とを電気的に接続する第２接地配線とが、電気的に独立していることを特徴とする流量センサ。
2. 前記発熱抵抗体と前記電源端子とを電気的に接続する第１電源配線と、前記温度測定用抵抗体と前記電源端子とを電気的に接続する第２電源配線が、電気的に独立していることを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
3. 前記電源端子として、互いに電気的に独立して設けられた第１電源端子と第２電源端子を有し、
   前記第１電源端子は前記第１電源配線と接続され、前記第２電源端子は前記第２電源配線と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の流量センサ。
4. 前記第１電源配線と前記第２電源配線が、共通の前記電源端子に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の流量センサ。
5. 前記センサ部を構成する前記発熱抵抗体と、複数の前記温度測定用抵抗体としての測温抵抗体、傍熱抵抗体、及び流体温度測温抵抗体は、同一の基板における一面上に設けられ、
   前記測温抵抗体は、前記発熱抵抗体の上流側と下流側に前記発熱抵抗体に対して対称配置された上流側測温抵抗体及び下流側測温抵抗体を有し、
   前記傍熱抵抗体は、前記発熱抵抗体の近傍に配置され、流体温度よりも所定温度高くなるように制御され、
   前記流体温度測温抵抗体は、流体の温度を測定すべく、前記発熱抵抗体から離れた位置に配置され、
   前記回路部は、前記出力部とともに、前記傍熱抵抗体の温度を所定の温度に保つように、前記発熱抵抗体に流す電流を制御する電流制御部を有し、前記基板とは別の基板に構成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の流量センサ。
6. 前記傍熱抵抗体は、略コの字状とされ、互いに略平行とされた一対の折り返し部と、前記折り返し部の一方の端部間を連結する連結部を備えており、
   前記発熱抵抗体に対して、一対の前記折り返し部が対称配置されていることを特徴とする請求項５に記載の流量センサ。
7. 前記流体温度測温抵抗体は、第１流体温度測温抵抗体、第２流体温度測温抵抗体、及び第３流体温度測温抵抗体を有し、
   前記電源端子側に配置された前記第１流体温度測温抵抗体と前記接地端子側に配置された前記第２流体温度測温抵抗体が直列接続され、前記電源端子側に配置された前記第３流体温度測温抵抗体と前記接地端子側に配置された前記傍熱抵抗体が直列接続されて、第１ブリッジ回路が構成されており、
   前記第１ブリッジ回路の２つの中点端子が、前記電流制御部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の流量センサ。
8. 前記上流側測温抵抗体は、第１測温抵抗体及び第２測温抵抗体を有し、前記下流側測温抵抗体は、第３測温抵抗体及び第４測温抵抗体を有しており、
   前記基板上において、前記発熱抵抗体に対して、前記第１測温抵抗体と前記第４測温抵抗体が対称配置され、前記第２測温抵抗体と前記第３測温抵抗体が対称配置されており、
   前記電源端子側に配置された前記第１測温抵抗体と前記接地端子側に配置された前記第３測温抵抗体が直列接続され、前記電源端子側に配置された前記第４測温抵抗体と前記接地端子側に配置された前記第２測温抵抗体が直列接続されて、第２ブリッジ回路が構成されており、
   前記第２ブリッジ回路の２つの中点端子が、前記出力部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項に記載の流量センサ。
9. 前記基板に薄肉部が形成され、
   該薄肉部形成領域上に前記測温抵抗体、前記傍熱抵抗体、及び前記発熱抵抗体が形成されており、
   前記基板における前記薄肉部形成領域を除く領域に、前記流体温度測温抵抗体が形成されていることを特徴とする請求項５〜８いずれか１項に記載の流量センサ。

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