JP2012037465A - Heating resistor element - Google Patents

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Noboru Tokuyasu
昇 徳安
Shinobu Tashiro
忍 田代
Ryo Ando
亮 安藤
Akira Uenodan
暁 上ノ段
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating resistor element whose yield is improved, and whose shape is stabilized.SOLUTION: In this heating resistor element including: a cylindrical insulator 6; a lead wire 7 inserted into the both ends of the insulator; a silica-based glass adhesive layer 8 provided on the internal face of the insulator and to fix the insulator and the lead wire; a heating resistor 9 wound around the outer peripheral face of the insulator so as to be deposited to the lead wire; and an insulating protection film 11 covering a portion of the insulator, the heating resistor and the lead wire, a filler 17 is dispersed to the glass adhesive layer.

Description

本発明は内燃機関の吸入空気流量の検出に好適な空気流量測定装置に係り、特に空気流量を検出する発熱抵抗体素子に関する。   The present invention relates to an air flow rate measuring apparatus suitable for detecting an intake air flow rate of an internal combustion engine, and more particularly to a heating resistor element for detecting an air flow rate.

自動車などの内燃機関の吸入空気量を検出する流量計として、質量流量を直接測定できる熱式の空気流量計が主流である。   As a flow meter for detecting an intake air amount of an internal combustion engine such as an automobile, a thermal air flow meter capable of directly measuring a mass flow rate is a mainstream.

熱式の空気流量計に用いられている発熱抵抗体素子は、アルミナからなる円筒形状の絶縁体表面に、発熱抵抗体がスパイラル状に巻き付けられている巻線式のものが古くから適用されている。一方、近年では、マイクロマシン技術を用いてシリコンなどの半導体基板上に熱式流量計の素子を製造するものが提案されている。発熱抵抗体の大きさは数百ミクロンと微細であり、薄膜状に形成されることから、熱容量が小さく高速応答であることや低消費電力化が可能である。発熱抵抗体素子で分類すると、これら2種類のものが適用されている状況であるが、巻線式とシリコン式はそれぞれ特長を有し、使用環境や仕向け(地域)によって使い分けがなされている。   Heating resistor elements used in thermal air flowmeters have long been applied to winding-type elements in which a heating resistor is wound in a spiral on the surface of a cylindrical insulator made of alumina. Yes. On the other hand, in recent years, it has been proposed to manufacture an element of a thermal flow meter on a semiconductor substrate such as silicon using a micromachine technique. Since the size of the heating resistor is as small as several hundred microns and is formed in a thin film shape, it has a small heat capacity, a high-speed response, and low power consumption. When classified by the heating resistor element, these two types are applied, but the winding type and the silicon type have their respective characteristics and are properly used depending on the use environment and destination (region).

巻線式発熱抵抗体素子の形状の安定化を図り、空気流量の検出精度を向上させる従来技術として特許文献1に記載のものがある。特許文献1には、発熱抵抗体を巻き付ける絶縁体の端部を錐状面とする技術が記載されている。   Patent Document 1 discloses a conventional technique for stabilizing the shape of a wound heating resistor element and improving the accuracy of air flow rate detection. Patent Document 1 describes a technique in which an end portion of an insulator around which a heating resistor is wound is a conical surface.

特開平8−110256号公報JP-A-8-110256

自動車などの内燃機関に搭載されている空気流量計は、流量検出精度や耐汚損性を向上するために、主通路を流れる空気流の一部を取り込む副通路内に発熱抵抗体素子を設置する構成となっている。また前記副通路は発熱抵抗体素子が配置される箇所は流路に絞りが設けられており、流量検出精度の確保や流量検出範囲を拡大するための工夫がなされている。   An air flow meter mounted on an internal combustion engine such as an automobile has a heating resistor element installed in a sub-passage that takes in a part of the airflow flowing through the main passage in order to improve flow detection accuracy and antifouling properties. It has a configuration. The sub-passage is provided with a restriction in the flow path where the heating resistor element is disposed, and contrivances are made for ensuring flow rate detection accuracy and expanding the flow rate detection range.

熱式流量計の計測の基本原理は、発熱した抵抗体が周囲を流れる空気によって奪われる熱量、すなわち放熱特性を利用によるものである。この基本原理から、上記で説明した発熱抵抗体素子を設置した部位の絞りのばらつきや流量検出の根幹となる発熱抵抗体素子そのものの形状ばらつきが空気流量計としての検出精度に影響を与える。   The basic principle of the measurement of the thermal flow meter is based on the use of the amount of heat taken away by the air flowing through the heated resistor, that is, the heat radiation characteristics. From this basic principle, the variation in the restriction of the portion where the heating resistor element described above is installed and the variation in the shape of the heating resistor element itself that becomes the basis of the flow rate detection affect the detection accuracy of the air flow meter.

特開平8−110256号公報には、空気流量計としての流量検出精度や歩留り悪化の発生原因について、「ボビン端面は径方向に形成されており、この端面に例えばガラススラリーを塗布又はディップし、乾燥させ、焼成して保護膜を形成する場合、保護膜の端面を被覆する端面被覆部は、ボビンの端面の内周端で分厚くなり、ボビンの端面の外周端で薄くなる略円錐形状になるが、その厚さのばらつきが大きく、保護膜の端面被覆部が分厚くなることによりその内部に気泡が混入しやすくなること、保護膜の端面被覆部からボビンの孔とリードワイヤとの間の隙間に侵入する液状保護膜材料の量が増大しその量が変動することなど」と記載されている。ここでボビンとは円筒状の絶縁体を指している。さらに発熱抵抗体を巻き付ける絶縁体の端部を錐状面とすることで課題を改善する方法が開示されている。   In JP-A-8-110256, regarding the cause of the flow rate detection accuracy and yield deterioration as an air flow meter, “the bobbin end face is formed in the radial direction, and, for example, glass slurry is applied or dipped on this end face, When the protective film is formed by drying and baking, the end surface covering portion that covers the end surface of the protective film becomes a substantially conical shape that becomes thicker at the inner peripheral end of the end surface of the bobbin and becomes thinner at the outer peripheral end of the end surface of the bobbin. However, the variation in the thickness is large, and the end surface covering portion of the protective film is thickened, so that air bubbles are easily mixed therein, and the gap between the bobbin hole and the lead wire from the end surface covering portion of the protective film The amount of the liquid protective film material that intrudes into the substrate increases and the amount of the material changes. Here, the bobbin refers to a cylindrical insulator. Furthermore, a method for improving the problem by disposing an end portion of the insulator around which the heating resistor is wound as a conical surface is disclosed.

このように巻線式発熱抵抗体素子の絶縁体端部に位置する保護膜内部への気泡の発生や素子端部の形状にばらつきが生じると空気流量計の出力特性に曲がりが生じるため、検出精度の悪化を招き、生産性が悪化する。   In this way, if air bubbles are generated inside the protective film located at the end of the insulator of the winding-type heating resistor element or the shape of the end of the element varies, the output characteristics of the air flow meter will be bent, which is detected. This leads to deterioration of accuracy and productivity.

従来技術においては、問題の生じる根本原因を対策した考案ではなく、あくまで結果の改善に留まる。根本原因については後で説明するが、本発明は、問題の根本原因からアイデアを考案したものであり恒久対策について開示したものである。   In the prior art, it is not an idea to take measures against the root cause of the problem, but only to improve the result. Although the root cause will be described later, the present invention devised an idea from the root cause of the problem and disclosed a permanent countermeasure.

したがって本発明の目的は、発熱抵抗体素子のガラス接着層を両端とも封止をすることで、歩留りの改善を図り、かつ、形状が安定した発熱抵抗体素子を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heating resistor element that improves the yield and has a stable shape by sealing both ends of the glass adhesive layer of the heating resistor element.

上記目的を達成するために、本発明の発熱抵抗体素子は、円筒状の絶縁体の両端に導電性のリード線を挿入し、前記絶縁体と前記リード線がシリカ系のガラス接着層により固着され、前記絶縁体外周面にはスパイラル状に抵抗体が形成され、前記外周面に抵抗体が形成された絶縁体表面及び絶縁体両端部のリード線の一部を絶縁保護膜で覆った構造からなる発熱抵抗体素子において、前記ガラス接着層にフィラーが分散しており、チクソ性の高いガラスとすることで、リード線の挿入工程やガラス接着層の焼成工程におけるガラス接着層に生じる孔(絶縁体内の密閉空間と外気を連通する孔)を両端とも完全に封止することが可能になるため、絶縁体の両端部を絶縁保護する保護膜の膜厚を均一に形成することが可能になる。   In order to achieve the above object, the heating resistor element of the present invention has a conductive lead wire inserted into both ends of a cylindrical insulator, and the insulator and the lead wire are fixed by a silica-based glass adhesive layer. A structure in which a resistor is formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of the insulator, and the insulator surface on which the resistor is formed on the outer peripheral surface and part of the lead wires at both ends of the insulator are covered with an insulating protective film In the heating resistor element, the filler is dispersed in the glass adhesive layer, and by making the glass with high thixotropy, holes formed in the glass adhesive layer in the lead wire insertion step and the glass adhesive layer firing step ( It is possible to completely seal both ends of the closed space in the insulator and the outside air), so that it is possible to form a uniform protective film that protects both ends of the insulator. Become.

本発明によれば、発熱抵抗体素子のガラス接着層を両端とも封止することが実現できるため、歩留りの改善が図れ、かつ形状が安定した発熱抵抗体素子を提供できる。   According to the present invention, since both ends of the glass adhesive layer of the heating resistor element can be sealed, it is possible to provide a heating resistor element that can improve the yield and has a stable shape.

熱式流量計の発熱抵抗体素子近傍の基本的な構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the heating resistor element vicinity of a thermal type flow meter. 発熱抵抗体素子の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of a heating resistor element. 発熱抵抗体素子の生産プロセス概要を示す図である。It is a figure which shows the production process outline | summary of a heating resistive element. 従来の不良品である発熱抵抗体素子のガラス接着層及び絶縁保護膜の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the glass contact bonding layer and insulation protective film of the heating resistor element which is the conventional inferior goods. 図3のA−A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section of FIG. 従来の不良品である発熱抵抗体素子のガラス接着層及び絶縁保護膜の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the glass contact bonding layer and insulation protective film of the heating resistor element which is the conventional inferior goods. 図6の発熱抵抗体素子を適用した空気流量計の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the air flowmeter to which the heating resistive element of FIG. 6 is applied. 従来の良品である発熱抵抗体素子のガラス接着層及び絶縁保護膜の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the glass contact bonding layer and insulation protective film of the heating resistor element which is the conventional good product. 本発明の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of this invention. 本発明におけるガラスとフィラーの最適な体積配合比を示す図である。It is a figure which shows the optimal volume mixing ratio of the glass and filler in this invention.

以下、図1乃至図10に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に本発明に係る熱式流量計の発熱抵抗体素子近傍の基本的な構成を示す。発熱抵抗体素子1は、樹脂に金属ターミナル2がインサート成形された筐体3から突出した金属ターミナル2に溶接にて固定設置されている。副通路4内に設置された発熱抵抗体素子1の空気流れ上流に、測温抵抗体素子5が配置されており、この測温抵抗体素子5によって空気の温度を検出し発熱抵抗体素子1の周囲を流れる空気の質量流量を計量している。発熱抵抗体素子1と測温抵抗体素子5は、それぞれを支持する金属ターミナル2を介して制御回路へ接続されている。そして、制御回路では、空気流の発生による発熱抵抗体素子の温度変化に対して発熱抵抗体素子に流れる電流を調整して発熱抵抗体素子1の加熱温度が常に一定となるようにフィードバック制御を行っている。   FIG. 1 shows a basic configuration in the vicinity of a heating resistor element of a thermal type flow meter according to the present invention. The heating resistor element 1 is fixedly installed by welding to a metal terminal 2 protruding from a housing 3 in which a metal terminal 2 is insert-molded in resin. A resistance thermometer element 5 is arranged upstream of the air flow of the heating resistor element 1 installed in the sub-passage 4. The temperature measuring resistor element 5 detects the temperature of the air and the heating resistor element 1. The mass flow rate of air flowing around is measured. The heating resistor element 1 and the resistance temperature detector element 5 are connected to a control circuit via a metal terminal 2 that supports them. The control circuit performs feedback control so that the heating temperature of the heating resistor element 1 is always constant by adjusting the current flowing through the heating resistor element in response to the temperature change of the heating resistor element due to the generation of air flow. Is going.

次に発熱抵抗体素子1の構造について説明する。   Next, the structure of the heating resistor element 1 will be described.

図2に本発明の発熱抵抗体素子の断面構造を示す。本発明の対象となる発熱抵抗体素子の母材は、円筒状の絶縁体6、例えばアルミナのパイプの両端に、白金やイリジウムあるいはパラジウムなどの貴金属合金であるリード線7を挿入し、アルミナパイプ6とリード線7がシリカ系のガラス接着層8により固着される構成からなる。この母材のアルミナパイプ6外周面には白金などの素材からなる発熱抵抗体9がスパイラル状に巻き付けられた状態で形成されており、発熱抵抗体9の両端はリード線7にそれぞれ溶着10されて固定されている。さらにその外周面には発熱抵抗体9が形成されたアルミナパイプ6表面及びアルミナパイプ6両端部のリード線7の一部を絶縁保護膜11で覆った構造である。またアルミナパイプ6とリード線7,ガラス接着層8とで囲まれたアルミナパイプ6の内部は空間であり空気12が密閉されている。   FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the heating resistor element of the present invention. The base material of the heating resistor element which is the subject of the present invention is a cylindrical insulator 6, for example, an alumina pipe in which lead wires 7 made of a noble metal alloy such as platinum, iridium or palladium are inserted at both ends of an alumina pipe. 6 and a lead wire 7 are fixed by a silica-based glass adhesive layer 8. A heating resistor 9 made of a material such as platinum is formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of the alumina pipe 6 of the base material, and both ends of the heating resistor 9 are welded 10 to the lead wires 7 respectively. Is fixed. Further, on the outer peripheral surface, the surface of the alumina pipe 6 on which the heating resistor 9 is formed and a part of the lead wire 7 at both ends of the alumina pipe 6 are covered with an insulating protective film 11. The inside of the alumina pipe 6 surrounded by the alumina pipe 6, the lead wire 7, and the glass adhesive layer 8 is a space and air 12 is sealed.

ここで、図3を用いて上記発熱抵抗体素子の生産プロセスについて簡単に説明する。   Here, the production process of the heating resistor element will be briefly described with reference to FIG.

まず図3(a)の母材を生産する工程では、リード線7をガラスペースト13にディップして引抜いた後、アルミナパイプ6に挿入し、両端とも挿入し終えたものを所定の温度にて焼成して完成する。ガラスペースト13は、シリカを主体としたバリウムなどの組成からなる、いわゆるシリカ系のガラス粉末と溶媒を混ぜたものである。また焼成温度は、ガラスの特性温度から設定される。このようにして製作された母材に対して、図3(b)の巻線の工程では、発熱抵抗体9の一端を片側のリード線7に溶着10aした後、一定のピッチでアルミナパイプ6に巻き付け、最後にもう片側のリード線7に溶着10bして発熱抵抗体9が形成される。さらに巻線を終えたものは、図3(c)に示したコーティングの工程にて、絶縁保護膜11を形成して発熱抵抗体素子は完成する。絶縁保護膜11はガラス接着層8と同様にガラスペーストにディップして焼成することで、ほぼ均一なガラス膜を形成する。   First, in the process of producing the base material of FIG. 3A, after the lead wire 7 is dipped into the glass paste 13 and pulled out, the lead wire 7 is inserted into the alumina pipe 6 and both ends are inserted at a predetermined temperature. Firing is completed. The glass paste 13 is a mixture of a so-called silica-based glass powder having a composition such as barium mainly composed of silica and a solvent. The firing temperature is set from the characteristic temperature of the glass. In the winding process shown in FIG. 3 (b) with respect to the base material manufactured in this way, one end of the heating resistor 9 is welded 10a to the lead wire 7 on one side, and then the alumina pipe 6 at a constant pitch. And finally, the heating resistor 9 is formed by welding 10b to the other lead wire 7. Further, after the winding, the insulating protective film 11 is formed in the coating process shown in FIG. 3C, and the heating resistor element is completed. The insulating protective film 11 is dipped into a glass paste and baked in the same manner as the glass adhesive layer 8 to form a substantially uniform glass film.

前述した問題点であるアルミナパイプ6端部に位置する絶縁保護膜11内の気泡14の混入(図4)や絶縁保護膜11の膜厚(素子形状の)ばらつき(図6:端部の例)は、上記プロセスでいえば最終のコーティングの工程で生じる現象であり結果である。この問題となる現象を引き起こす根本原因は母材のばらつきである。   Mixing of bubbles 14 in the insulating protective film 11 located at the end of the alumina pipe 6 (FIG. 4) and variations in the film thickness (element shape) of the insulating protective film 11 (FIG. 6: example of end) ) Is a phenomenon and a result that occur in the final coating process in the above process. The root cause of this problematic phenomenon is variations in the base material.

以下、図4,図5を用いて具体的に説明する。後述に詳細な説明をするが、図4に示されるように、ガラス接着層8には隙間(孔)が生じる。このように、ガラス接着層8に隙間(孔)15が生成されてしまうと、保護膜用のガラスペーストをディッピングする際にガラス接着層8に生成された孔15の中へガラスペーストの流れ込み16が発生し、あるいは、絶縁保護用のガラスペーストがディップされてアルミナパイプ6内部に密閉された空気12が焼成過程において膨張した際に、ガラス接着層8に生成された孔15を通って外部へ抜け出ようとして抜けきらずに気泡14となってアルミナパイプ6の端部に残ってしまう。ガラス接着層8に孔15が生成されたものに絶縁保護膜11を形成すると、図6に示したように、特にアルミナパイプ6両端部の絶縁保護膜11の膜厚に不足が生じ易い。この絶縁保護膜11の膜厚ばらつきは、孔15の大きさに依存し、孔15が大きいと極端に膜厚が薄くなる。   This will be specifically described below with reference to FIGS. As will be described in detail later, a gap (hole) is formed in the glass adhesive layer 8 as shown in FIG. Thus, when the gap (hole) 15 is generated in the glass adhesive layer 8, the glass paste flows into the hole 15 generated in the glass adhesive layer 8 when dipping the glass paste for the protective film 16. Or when the air 12 sealed inside the alumina pipe 6 expands during the firing process by dipping the glass paste for insulation protection, and through the holes 15 formed in the glass adhesive layer 8 to the outside. In order to escape, the air bubbles 14 are not completely removed and remain as bubbles 14 at the end of the alumina pipe 6. If the insulating protective film 11 is formed on the glass adhesive layer 8 in which the holes 15 are formed, the film thickness of the insulating protective film 11 at both ends of the alumina pipe 6 tends to be insufficient, as shown in FIG. The variation in the film thickness of the insulating protective film 11 depends on the size of the hole 15, and if the hole 15 is large, the film thickness becomes extremely thin.

図6に示された極端にガラス膜厚が薄い素子を適用した空気流量計では、出力特性に曲がりが発生する。図7にその例を示す。適度に絶縁保護膜が形成された標準的な素子を適用した空気流量計の出力平均をゼロとした場合、図6のように端部の保護膜が薄い素子を適用した空気流量計の出力は、低流量域や高流量域において特性の曲がり(跳ね上がり)が生じる。これより、素子の絶縁保護膜、すなわち、発熱部の形状がばらつくと放熱特性が変化し出力特性に悪影響を及ぼすことがわかる。   In the air flow meter to which the element having an extremely thin glass film thickness shown in FIG. 6 is applied, the output characteristics are bent. An example is shown in FIG. When the output average of an air flow meter to which a standard element having a moderate insulating protective film is applied is zero, the output of the air flow meter to which an element having a thin protective film at the end is applied as shown in FIG. In the low flow rate region and the high flow rate region, the characteristic curve (bounce) occurs. From this, it can be seen that if the insulating protective film of the element, that is, the shape of the heat generating portion varies, the heat dissipation characteristics change and adversely affect the output characteristics.

図8に、良品である発熱抵抗体素子の例を示す。このように両端ともガラス接着層8が確実に封着できれば気泡も発生せず、また端部の絶縁保護膜11の膜厚を安定して形成することが可能になる。したがって、このガラス接着層8に生じる孔15の生成を抑えることが本質的な対策になる。   FIG. 8 shows an example of a non-defective heating resistor element. In this way, if the glass adhesive layer 8 can be securely sealed at both ends, bubbles are not generated, and the insulating protective film 11 at the end can be stably formed. Accordingly, suppressing the generation of the holes 15 generated in the glass adhesive layer 8 is an essential measure.

ガラス接着層8に生じる孔15は母材を生産する過程で生成される。生成の要因は2つある。一つはリード線7にガラスペースト13をディップしてアルミナパイプ6へ挿入する際に、挿入圧力によって起こり得る現象である。もう一つは、挿入後の焼成の過程における温度上昇に伴うアルミナパイプ6内の密閉空気の膨張によって起こり得る現象である。前者の現象に対しては、ガラスペーストの粘度が大きく影響し、また後者の現象に対しては、ガラスの特性が支配的な要因である。リード線の配置,挿入方法によって前者は軽減が可能であることから、問題の本質は後者の現象にあると言える。本発明は、前述した後者の問題を解決するための実施例を開示するものである。   The holes 15 generated in the glass adhesive layer 8 are generated in the process of producing the base material. There are two generation factors. One is a phenomenon that may occur due to the insertion pressure when the glass paste 13 is dipped into the lead wire 7 and inserted into the alumina pipe 6. The other is a phenomenon that may occur due to the expansion of the sealed air in the alumina pipe 6 as the temperature rises during the firing process after insertion. The viscosity of the glass paste greatly affects the former phenomenon, and the characteristics of the glass are the dominant factors for the latter phenomenon. Since the former can be reduced by the arrangement and insertion method of the lead wires, it can be said that the essence of the problem lies in the latter phenomenon. The present invention discloses an embodiment for solving the latter problem described above.

従来のガラス接着層は、前述のとおりシリカ系のガラスである。焼成の過程においては、まず始めに低温度域で溶媒が揮発してガラス粉末のみの状態へ変化する。さらに温度が上昇してガラスの軟化点を越えると、ガラスが溶融し始め、最終的には膜になる。ガラス接着層8に孔が生成されてしまうのは、この状態の変化の過程において、ガラスが溶融し膜になりアルミナパイプ内の空気が密閉状態になりさらに保持温度までの温度上昇し続ける間である。ガラスは融けると水飴のように粘度が低い状態になるが、その際に、アルミナパイプ6内の空気12が膨張してガラスの内面に圧力が加わると脱泡が行われる。このときに、ガラスが開いた孔を塞ぐ、すなわちガラスがレベリングしてくれれば最終的には脱泡痕は残らないが、ガラス膜の表面に加わる表面張力やガラス自体の流動は、結果として孔を広げる方向に作用する。つまり、脱泡によって生じる孔は一度生成されるとガラスのレベリングでは塞がることがない。そのため、従来のガラス接着層では前述した問題が起こってしまう。   As described above, the conventional glass adhesive layer is silica-based glass. In the firing process, first, the solvent volatilizes in a low temperature region and changes to a state of only glass powder. As the temperature rises and exceeds the softening point of the glass, the glass begins to melt and eventually becomes a film. Holes are formed in the glass adhesive layer 8 in the course of this change of state, while the glass melts and becomes a film, the air in the alumina pipe becomes sealed, and further the temperature rises to the holding temperature. is there. When the glass melts, it becomes a low viscosity state like a water tank. At that time, when the air 12 in the alumina pipe 6 expands and pressure is applied to the inner surface of the glass, defoaming is performed. At this time, if the glass opens the hole, that is, if the glass is leveled, no defoaming trace will eventually remain, but the surface tension applied to the surface of the glass film and the flow of the glass itself will eventually Acts in the direction of spreading. In other words, once the holes generated by defoaming are generated, they are not blocked by glass leveling. Therefore, the above-described problem occurs in the conventional glass adhesive layer.

そこで、本実施例ではガラス接着用ガラスペースト中にガラス粉末と少量のフィラー17を添加した。図9は本発明の発熱抵抗素子の断面を示している。図9に示されるように、焼成後のガラス接着層8の中にはフィラー17が分散した状態になっている。フィラーとは、一般的に骨材とも呼ばれ、フィラー17を添加すると材料のチクソ性(形状維持性)が向上する。すなわち、ガラス接着層8の焼成過程におけるアルミナパイプ6内の空気12の膨張によって起こるガラス内面に加わる圧力に対して、フィラー17を混ぜることによって、溶融状態にあるガラス接着層8のチクソ性が勝れば、焼成の間、脱泡は行われずに空気12をアルミナパイプ6内に閉じ込めることができる。   Therefore, in this example, glass powder and a small amount of filler 17 were added to the glass paste for glass bonding. FIG. 9 shows a cross section of the heating resistor element of the present invention. As shown in FIG. 9, the filler 17 is dispersed in the glass adhesive layer 8 after firing. The filler is generally called an aggregate, and when the filler 17 is added, the thixotropy (shape maintaining property) of the material is improved. That is, the thixotropy of the glass adhesive layer 8 in the molten state is superior by mixing the filler 17 against the pressure applied to the inner surface of the glass caused by the expansion of the air 12 in the alumina pipe 6 during the firing process of the glass adhesive layer 8. Then, the air 12 can be confined in the alumina pipe 6 without defoaming during firing.

以上、説明したように本実施例では、ガラス接着層にフィラーが分散されており、チクソ性の高いガラスとすることで、リード線の挿入工程やガラス接着層の焼成工程におけるガラス接着層に生じる孔を両端とも完全に封止することが可能になる。これにより、絶縁体の両端部を絶縁保護する絶縁保護膜の膜厚を均一に形成することが可能になる。   As described above, in this embodiment, the filler is dispersed in the glass adhesive layer, and the glass having a high thixotropy causes the glass adhesive layer in the lead wire insertion process and the glass adhesive layer firing process. It is possible to completely seal the hole at both ends. This makes it possible to uniformly form the thickness of the insulating protective film that protects both ends of the insulator.

次に、用途に適したフィラー17の仕様について述べる。フィラー17の組成はアルミナであり、また形状は球状であることが好ましい。従来の接着に用いられているシリカ系ガラス18(以下、「ガラス18」と称す。)の熱膨張の特性は、接着の対象であるアルミナパイプ6とリード線7の熱膨張から定められており、接着するアルミナパイプ6の組成がアルミナであることからもフィラー17の組成として、アルミナが適している。これにより、焼成時の割れやクラックの発生を抑えることができ、また高温の焼成時にガラスとの過度の反応は起こらず、焼成時にフィラーが骨材としての役割を発揮させることができる。但し、熱膨張はフィラー17のサイズやガラスとの配合の比率等によっても変化するため、それら感度のあるパラメータも配慮する必要がある。一方で、形状について球状が好ましい理由は、ガラスペーストをディップして塗布したリード線を挿入する際にガラスペーストの滑りを良くするためである。アルミナパイプ6とリード線7の隙間Dは、素子としての品質確保する上で必然と狭くなる。狭い隙間にガラスペーストを確実に配置するには、フィラー17の形状を球状とすることが有効である。   Next, the specification of the filler 17 suitable for the application will be described. The composition of the filler 17 is alumina, and the shape is preferably spherical. The thermal expansion characteristics of silica-based glass 18 (hereinafter referred to as “glass 18”) used for conventional bonding are determined from the thermal expansion of alumina pipe 6 and lead wire 7 to be bonded. Since the composition of the alumina pipe 6 to be bonded is alumina, alumina is suitable as the composition of the filler 17. Thereby, generation | occurrence | production of the crack at the time of baking and a crack can be suppressed, and the excessive reaction with glass does not occur at the time of high temperature baking, but a filler can exhibit the role as an aggregate at the time of baking. However, since the thermal expansion changes depending on the size of the filler 17 and the blending ratio with the glass, it is necessary to consider these sensitive parameters. On the other hand, the reason why the shape is preferably spherical is to improve the sliding of the glass paste when the lead wire coated by dipping the glass paste is inserted. The gap D between the alumina pipe 6 and the lead wire 7 is inevitably narrow in order to ensure the quality as an element. In order to reliably arrange the glass paste in the narrow gap, it is effective to make the filler 17 spherical.

さらに好適な他の実施例について説明する。図9に示したアルミナパイプ6とリード線7の隙間Dに対してフィラー17の最大粒子径dmaxをD以下とするのが好ましい。このような、寸法サイズのフィラー17を適用することで、仮にリード線7の挿入がアルミナパイプ6の中心軸からずれた場合にも、確実にフィラー17を隙間Dへ入り込ませることができる。   Still another preferred embodiment will be described. The maximum particle diameter dmax of the filler 17 is preferably set to D or less with respect to the gap D between the alumina pipe 6 and the lead wire 7 shown in FIG. By applying the filler 17 having such a dimensional size, even if the insertion of the lead wire 7 is deviated from the central axis of the alumina pipe 6, the filler 17 can be surely inserted into the gap D.

次に、焼成後のガラス接着層8は、ガラス18とフィラー17の界面にそれらの材料に含まれる組成の化学反応による反応層19を有する状態であるのが好ましい。シリカ系のガラス18は、組成の特性から比較的焼成温度は高い。シリカ系であるガラス18とフィラー17の界面の結合状態は、基本的にはガラス18を適切な温度で焼成すれば、フィラー17はガラス18と反応してそれらの界面に反応層19が生成される。この反応層19は、アルミナとバリウムの酸化物層であり、いわゆるアルミン酸バリウムである。このようにフィラー17とガラス18が化学反応により完全結合の状態で結び付いている場合は、界面での剥離や使用後の界面を起点としたクラックの発生は起こらない。また、仮にクラックが何らかの事情により発生した場合においても骨材であるフィラー17の存在により伸展を防ぐことができる。これにより、素子としての品質の向上が図れる。   Next, it is preferable that the glass adhesive layer 8 after firing has a reaction layer 19 by a chemical reaction having a composition contained in those materials at the interface between the glass 18 and the filler 17. Silica-based glass 18 has a relatively high firing temperature due to the characteristics of the composition. The bonded state at the interface between the silica-based glass 18 and the filler 17 is basically that when the glass 18 is baked at an appropriate temperature, the filler 17 reacts with the glass 18 and a reaction layer 19 is generated at the interface between them. The This reaction layer 19 is an oxide layer of alumina and barium, and is so-called barium aluminate. As described above, when the filler 17 and the glass 18 are bonded together by a chemical reaction in a completely bonded state, peeling at the interface or generation of cracks starting from the interface after use does not occur. Further, even if a crack occurs for some reason, extension can be prevented by the presence of the filler 17 that is an aggregate. Thereby, the quality as an element can be improved.

次に、ガラス18とフィラー17の配合比について説明する。ガラス18とフィラー17の無機分の最適な配合比は、問題の本質であるガラス接着層8の孔の発生率とガラス接着層8の本来の目的である接着強度を両立する条件から決定される。ここで、接着強度は、図3(b)の巻線工程で、発熱抵抗体9をアルミナパイプ6の外周に図10に本実施例におけるガラス18とフィラー17の最適な配合比を示す。単位は体積表記wt%で表している。図10中の実線は無機分に対するガラスの体積配合比と接着強度との関係を表しており、一点鎖線は無機分に対するガラスの体積配合比と孔の発生率との関係を表している。   Next, the compounding ratio of the glass 18 and the filler 17 will be described. The optimum blending ratio of the inorganic components of the glass 18 and the filler 17 is determined from a condition that satisfies both the generation rate of the holes of the glass adhesive layer 8 which is the essence of the problem and the adhesive strength which is the original purpose of the glass adhesive layer 8. . Here, as for the adhesive strength, the optimum mixing ratio of the glass 18 and the filler 17 in this embodiment is shown in FIG. 10 on the outer periphery of the alumina pipe 6 in the winding process of FIG. The unit is expressed by volume notation wt%. The solid line in FIG. 10 represents the relationship between the volume mixing ratio of the glass with respect to the inorganic content and the adhesive strength, and the alternate long and short dash line represents the relationship between the volume mixing ratio of the glass with respect to the inorganic content and the incidence of holes.

従来のフィラーが添加されていないガラスのみの場合は、接着強度は十分に確保できるがガラス接着層8に孔15が生成される。その確率はほぼ100%に等しい。ガラス18の割合を減らし、フィラー17を少量配合した状態(ガラスの割合を90%〜85%程度にし、残りをフィラーとする配合率)では、強度が著しく低下する傾向が見られる。これは、少量のフィラー17を配合しただけであると、ガラス18とフィラー17との反応状態が不安定な状態が存在し、さらに、フィラー17を配合することによりガラス成分自体も減少しているため全体として強度が低下するからである。しかし、さらにガラス18の割合を減らしフィラー17の配合を増やすと、ガラス18とフィラー17との反応状態が安定し始め、80%〜60%とすると、前述した所定の必要強度を満足する結果が得られる。一方で、ガラス接着層8の孔15の発生率は、フィラー17の割合を増加するほど小さくなることが分かる。   In the case of only glass to which a conventional filler is not added, the bonding strength can be sufficiently secured, but the holes 15 are generated in the glass adhesive layer 8. The probability is almost equal to 100%. In the state where the proportion of the glass 18 is reduced and a small amount of the filler 17 is blended (the proportion of the glass is about 90% to 85%, and the rest is a filler), the strength tends to be remarkably lowered. This is because if only a small amount of filler 17 is blended, there is an unstable state of reaction between the glass 18 and the filler 17, and the blending of the filler 17 also reduces the glass component itself. For this reason, the strength is lowered as a whole. However, when the ratio of the glass 18 is further reduced and the blending of the filler 17 is increased, the reaction state between the glass 18 and the filler 17 starts to stabilize, and if the ratio is 80% to 60%, the result of satisfying the predetermined required strength described above is obtained. can get. On the other hand, it can be seen that the incidence of the holes 15 in the glass adhesive layer 8 decreases as the proportion of the filler 17 increases.

ガラス接着層8の孔15の発生率は0%が好ましいがこれに限らず、5%程度であれば十分である。また、必要な強度に関しては、図3(b)の巻線工程にて、リード線7に引張り力が働いた際に、リード線7がアルミナパイプ6から抜けない程度の強度があればよい。   The occurrence rate of the holes 15 in the glass adhesive layer 8 is preferably 0%, but is not limited thereto, and about 5% is sufficient. Further, regarding the required strength, it is sufficient that the lead wire 7 does not come out of the alumina pipe 6 when a tensile force is applied to the lead wire 7 in the winding step of FIG.

これらに鑑み、最適なガラスとフィラーの体積配合比は、ガラス:フィラー=80%:20%〜ガラス:フィラー=60%:40%の範囲が好ましいと言える。   In view of these, it can be said that the optimal volume ratio of glass and filler is preferably in the range of glass: filler = 80%: 20% to glass: filler = 60%: 40%.

これにより、ガラスのチクソ性向上による絶縁体両端部の接着層の封止と、絶縁体とリード線の接着強度の双方をより確実に満足することができるため、絶縁体両端部の保護膜形成の安定性が得られ、空気流量計の検出精度が向上すると共に生産の歩留まりの改善を図ることができる。   As a result, it is possible to more reliably satisfy both the sealing of the adhesive layer at both ends of the insulator by improving the thixotropy of the glass and the adhesive strength between the insulator and the lead wire. Stability can be obtained, the detection accuracy of the air flow meter can be improved, and the production yield can be improved.

なお、本実施例では、好適なフィラーの仕様を述べているが、前記フィラーの組成や最大粒子径、ガラスとフィラーの配合比等その他仕様に関する要件を満足していれば、形状については、不定形(破片状)のフィラーを用いても何ら問題はない。   In this example, specifications of suitable fillers are described. However, if the requirements regarding other specifications such as the composition of the filler, the maximum particle diameter, the blending ratio of glass and filler, and the like are satisfied, the shape is unsatisfactory. There is no problem even if a regular (debris-like) filler is used.

1 発熱抵抗体素子
2 金属ターミナル
3 筐体
4 副通路
5 測温抵抗体素子
6 絶縁体(アルミナパイプ)
7 リード線
8 ガラス接着層
9 発熱抵抗体
10,10a,10b 溶着部
11 絶縁保護膜
12 空気
13 ガラスペースト
14 気泡
15 孔
16 ガラスペーストの流れ込み
17 フィラー
18 シリカ系ガラス
19 反応層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating resistor element 2 Metal terminal 3 Housing | casing 4 Subpassage | path 5 Resistance thermometer element 6 Insulator (alumina pipe)
7 Lead wire 8 Glass adhesive layer 9 Heating resistor 10, 10a, 10b Welding part 11 Insulating protective film 12 Air 13 Glass paste 14 Bubble 15 Hole 16 Flow of glass paste 17 Filler 18 Silica glass 19 Reaction layer

Claims (7)

円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の両端に挿入されたリード線と、前記絶縁体の内面に設けられた前記絶縁体と前記リード線とを固着するためのシリカ系のガラス接着層と、前記絶縁体の外周面に巻きつけられ前記リード線と溶着される発熱抵抗体と、前記絶縁体と前記発熱抵抗体、および、前記リード線の一部を覆う絶縁保護膜と、を有する発熱抵抗体素子において、
前記ガラス接着層にフィラーを分散させたことを特徴とする発熱抵抗体素子。
A cylindrical insulator, lead wires inserted at both ends of the insulator, a silica-based glass adhesive layer for fixing the insulator and the lead wire provided on the inner surface of the insulator; A heating resistor having a heating resistor wound around the outer peripheral surface of the insulator and welded to the lead wire, an insulator, the heating resistor, and an insulating protective film covering a part of the lead wire In the body element,
A heating resistor element, wherein a filler is dispersed in the glass adhesive layer.
請求項1に記載の発熱抵抗体素子において、
前記絶縁体は、アルミナからなることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to claim 1,
The heating resistor element, wherein the insulator is made of alumina.
請求項1または2に記載の発熱抵抗体素子において、
前記フィラーの組成は、アルミナからなることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to claim 1 or 2,
The heating resistor element, wherein the filler is composed of alumina.
請求項1乃至3のいずれかに記載の発熱抵抗体素子において、
前記フィラーは、球状であることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to any one of claims 1 to 3,
The heating resistor element, wherein the filler is spherical.
請求項1乃至4のいずれかに記載の発熱抵抗体素子において、
前記フィラーの最大粒子径は、前記絶縁体内面と前記リード線との間の前記接着層の厚さと同一かあるいはそれ以下であることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to any one of claims 1 to 4,
The heating resistor element, wherein a maximum particle diameter of the filler is equal to or less than a thickness of the adhesive layer between the inner surface of the insulator and the lead wire.
請求項1乃至5のいずれかに記載の発熱抵抗体素子において、
前記フィラーの表層にガラスとの反応により生成したアルミニウムとバリウムの酸化物層が存在していることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to any one of claims 1 to 5,
A heating resistor element, wherein an oxide layer of aluminum and barium produced by reaction with glass is present on the surface layer of the filler.
請求項1乃至6のいずれかに記載の発熱抵抗体素子において、
前記ガラス接着層は、前記ガラス接着層の全体積に対するガラスの占める割合が60〜80wt%、フィラーの占める割合が40〜20wt%であることを特徴とする発熱抵抗体素子。
The heating resistor element according to any one of claims 1 to 6,
In the heating resistor element, the glass adhesive layer has a glass occupying ratio of 60 to 80 wt% and a filler occupying ratio of 40 to 20 wt% with respect to the total volume of the glass adhesive layer.
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