JP2567931B2 - 巻線型抵抗素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用内燃機関の吸入空気量を測
定する流量計における流速検出等に用いる抵抗素子のよ
うな巻線型抵抗素子に関する。

〔従来の技術〕

自動車用内燃機関の吸入空気流の中に白金の発熱抵抗
線を配置してこの発熱抵抗線の温度が所定値になるよう
に該発熱抵抗線に電流を流し、吸入空気流速に応じて該
発熱抵抗線の温度が低下するのを該発熱抵抗線の電気抵
抗値の変化で検出し、該電気抵抗値の変化から吸入空気
の流速を検出する流量計が、特公昭49−48893号公報に
記載されている。

そして前記発熱抵抗線をこのような流量計に用いるの
に好適な巻線型抵抗素子として構成した発明が特願昭53
−42547号の明細書及び図面に開示されている。第８図
はこの従来の巻線型抵抗素子の一部縦断側面図であり、
該巻線型抵抗素子１は、セラミツク製の円筒２の穴の両
端に出力リード線3a,3bを嵌入固定し、前記円筒２の外
周面に巻回した白金の発熱抵抗線４の両端を前記リード
線3a,3bにそれぞれ点溶接し、更に、これらの外周に無
機質材料被覆としてガラス層４を形成した構成である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記した従来の巻線型抵抗素子は、円筒で補強され、
更にガラス層で被覆されているので機械的強度において
優れており、流量計の流速検出素子として好適である
が、製造工程で微妙な作業を必要とすることから、製造
工程の自動化等が困難であつた。

すなわち、この種の巻線型抵抗素子は応答性が良く且
つ空気の流入抵抗を大きくしないように極めて小形（例
えば直径が0.5〜0.7mm,長さが２〜5mm）且つ空洞に構成
されており、従つて、円筒の穴に対するリード線の嵌入
固定作業は顕微鏡を使用して行なわなければならないほ
どである。

従つて本発明の目的は、その形状を大型化することな
く自動化による製造を容易にする巻線型抵抗素子を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明は、コイル状に巻
回された抵抗線と、該抵抗線の両端に接続されたリード
線と、前記抵抗線及び該抵抗線と前記リード線との接続
部を概略円筒状の無機材料層で被覆した巻線型抵抗素子
において、前記無機材料層を、前記抵抗線及び該抵抗線
と前記リード線との接続部を埋設するアルミナとガラス
の混合物層と、該混合物層の外周を被覆するガラス層と
で構成したことを特徴とする。

〔作用〕

混合物層は前記抵抗線とリード線接続部を覆うように
アルミナとガラスの粉末を付着させた後にこれらを焼成
して形成することができるので、リード線を嵌入固定す
るような微妙な作業の製造工程が不要となり、従つて、
大型化することなく製造工程の自動化が容易になる。

また、混合物層は焼結後にその外周をガラス層で被覆
されることによつて強固な巻線型抵抗素子となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明になる巻線型抵抗素子の縦断側面図で
あり、１は該巻線型抵抗素子、3a,3bは後述する発熱抵
抗線４の両端に点溶接で接続されたリード線、４はコイ
ル状に巻回された白金の発熱抵抗線、６は前記発熱抵抗
線４と該発熱抵抗線４と前記リード線3a,3bとの接続部
を埋設したアルミナとガラスの円筒状で空洞6aを有する
混合物層、７は前記混合物層６の外周を被覆する被覆ガ
ラス層である。なお、13,14は支持部材であるが、詳し
くは後述する。

次に、第２図の（ａ）〜（ｈ）を参照して前記巻線型
抵抗素子１の製造工程を説明する。

先ず、（ａ）のように例えばモリブデン製の断面円形
の芯線30を、前記発熱抵抗線４をコイル状に巻回した後
にその両端にリード線3a,3bを点溶接で接続するときの
治具として用意する。この芯線30は後の工程で除去され
るものであり、その除去手段に応じていろいろな材料
（Fe−Ni線やプラスチツク等の樹脂線等）を使用し得る
が、ここではモリブデン線を使用した場合を例にとつて
説明する。また、この芯線30は、多数の抵抗素子を多量
生産するときの発熱抵抗線連続巻付けに都合良いように
長尺物を使用する。

次に、（ｂ）のように、この芯線30に巻回される発熱
抵抗線４とリード線3a,3bとの接続部に相当する位置に
平坦部30a,30bを形成する押潰し加工を行なう。

次に、このようにして用意した芯線30の外周に、
（ｃ）のように、0.02〜0.03mmの直径の白金製の前記発
熱抵抗線４を連続的に巻回する。

次に、（ｄ）のように、発熱抵抗線４が巻回された芯
線30を該発熱抵抗線４とともに前記平坦部30a,30bの中
央位置で切断する。

次に、（ｅ）のように、切断された芯線30の前記平坦
部30a,30bを利用して前記発熱抵抗線４の両端に点溶接
やろう付け等によつてリード線3a,3bを接続する。

次に、（ｆ）のように、これらの周りにアルミナとガ
ラスの混合物層６を形成してその中に前記発熱抵抗線４
と該発熱抵抗線４とリード線3a,3bとの接続部及び芯線3
0を埋設する工程を実施する。この工程では、先ず、前
記発熱抵抗線４と該発熱抵抗線４とリード線3a,3bとの
接続部及び芯線30の周囲に、電気泳動法や熔射あるいは
デイツプ法等によつてアルミナ粉末とガラス粉末の混合
物を付着させ、その後、該粉末付着状態でこれらを高温
炉で焼成し、通気性を得る間隙がアルミナ粉末粒子の間
に残る程度に焼結することが行なわれる。

ところで、高温炉での焼成において、白金の発熱抵抗
線４が約1300℃以上の高温に晒されると白金の再結晶が
起つて脆くなり、また、抵抗値の温度係数も変化してし
まう問題がある。従つて、焼成はこのような問題が発生
しないように1200℃以下の低い温度で行なう必要があ
る。このような低温焼結材料としては、アルミナと硼珪
酸鉛ガラスが好適である。アルミナは白金やモリブデン
等と反応しにくい性質で且つ入手しやすく、また、ガラ
スは低温（1200℃以下の温度）で溶融してアルミナ粉末
の粒子間を接着する接着剤として好適である。

また、アルミナ粉末とガラス粉末の混合比は、アルミ
ナを１としたときにガラス粉末が0.05〜0.3が好適であ
る。第３図にアルミナ粉末に対するガラス粉末の混合比
と被覆ガラスの浸透度及び強度との関係を示している。
ガラスの割合が少なすぎると焼結後の機械的強度が不足
して後の工程でのハンドリングが困難になり、多すぎる
と後述する被覆ガラス層４の形成工程で該被覆ガラスが
混合物層６に浸透しにくくなる問題が発生する。ガラス
粉末の混合比が多すぎると被覆ガラスが混合物層６に浸
透しにくくなる原因は、該混合物層６の焼成時に多量の
ガラスがあるとこれがアルミナ粉末の粒子間を密に接合
して被覆ガラスが浸透する間隙が少なくなり、更に、該
混合物層６内のガラスが芯線30（モリブデン）の影響を
受け結晶化して流動化温度が高くなり、被覆ガラス層４
の焼成時に該混合物層６内のガラスが溶けないことにあ
る。その結果、発熱抵抗線４は混合物層６の熱的及び機
械的な接触密度が低下して温度特性が不均一になる問題
を招来する。また、完成時の機械的強度も低下する。

一方、この混合物層６に代えて低温で焼成可能なガラ
ス層のみで発熱抵抗線４や両端のリード線接続部を埋設
することも考えられるが、ガラス粉末のみであると焼成
時に流動して発熱抵抗線４の形状に歪が発生し、温度特
性にバラツキが生じ易くなる。これに対してアルミナ粉
末は焼成時に流動しないので形状維持に好都合であり、
温度特性のバラツキを軽減する。

次に、（ｇ）のように、芯線30の除去工程を実施す
る。モリブデンは、795℃以上の酸化雰囲気（大気）中
ではMoO₃（気体）を生成して昇華する。従つて、前記し
た混合物層６の焼成時にその後半に800℃以上の酸化雰
囲気に晒すと、芯線30は昇華して無くなつてしまう。す
なわち、モリブデンの芯線30は、酸化雰囲気炉内でMoO₃
となり、混合物層６の粉末粒子間の間隙を通つて抜出て
しまう。これと同時に、混合物層６は高温で焼結され
て、その内部に空洞6aを有する概略円筒形状体となる。

次に、（ｈ）のように、混合物層６の外周面に被覆ガ
ラス層７を形成する被覆ガラス層形成工程を実施する。
この被覆ガラス層７は、比較的低融点のガラス材を用い
て行なう。前述したように、白金の発熱抵抗線４は1300
℃以上の高温に晒すと脆くなるために混合物層６は1200
℃以下の低温で焼成されており、従つて十分な焼結強度
が得られず、また、混合物層６の表面が粗面であると空
気中の塵埃が付着堆積して熱伝達性が低下して温度特性
が悪くなる問題がある。被覆ガラス層７は、このような
問題を解決するために形成される。

被覆ガラス層７は、混合物層６の外周表面に電気泳動
法またはガラス粉末を分散させた溶液を用いたデイツプ
法等によりガラス粉末を付着し、焼成することによつて
形成する。焼成中に溶けたガラスは、混合物層６の間隙
中に浸透して該混合物層６の機械的強度を高め、同時に
その表面を滑らかにする。

本発明になる巻線型抵抗素子は、このようにして製造
できるので、リード線を小さい穴に嵌入固定するような
微妙な作業の製造工程が不要となつて自動化が容易にな
り、更に、発熱抵抗線とリード線接続部を埋設する混合
物層の外周をガラス層で被覆することによつて強固な抵
抗素子とすることができる。

第４図は本発明になる巻線型抵抗素子の他の実施例を
示す縦断側面図である。

この実施例は、構造的には、混合物層８内に形成され
た空洞8aの両端が開口（8b,8c）している点で前記実施
例と相違している。しかし、この両端の開口8b,8cも、
その後、被覆ガラス層７によつて封止される。この実施
例によれば、芯線30は開口8b,8cを通して除去すること
ができるので、昇華による除去の外に混酸溶液（例えば
硫酸50％，硝酸30％，水％）中に浸漬するエツチング除
去法を採用することができ、従つて、芯線30としてモリ
ブデン以外にFe−Ni線や樹脂線等を使用することができ
る。

この実施例では、混合物層８を形成するに当つて芯線
30の両端部にアルミナ粉末とガラス粉末の付着を防止す
るマスクを形成するためにマスク剤を塗布する。このマ
スク形成は、例えば塩化ビニール系樹脂をデイツプ法等
で塗布し行なう。その後、前記実施例と同様にアルミナ
粉末とガラス粉末を付着させて焼成する。これにより、
芯線30の両端部には混合物層８が形成されないので、該
芯線30のマスクされた両端部が混合物層８の両端に露出
する。

これを混酸溶液中に浸漬すればこの露出部分から混酸
溶液が侵入して芯線30をエツチング除去することができ
る。

また、本発明は発熱抵抗線４として、白金に限らずニ
ッケルや白金コバルト合金等によつて形成した抵抗線を
使用することもできる。

このような巻線型抵抗素子１を流量計として使用する
例を第５図〜第７図を参照して説明する。

第５図は流量計の一部縦断側面図、第６図はそのVI−
VI断面図、第７図は検出回路図である。

内燃機関の吸気通路に設けられる円筒状の吸気筒10の
流入開口端には整流部材11が設けられ、吸入空気が該整
流部材11を通過することによつて該吸気筒10内にほぼ平
行な空気流が形成されるようにする。吸気筒10の中心部
には内筒体12が設けられ、該内筒体12内の導電性の支持
部材13,14に前記した巻線型抵抗素子１を使用した流動
検出素子15と温度検出素子16とが取付けられる。支持部
材13,14は接続電極として利用され、これに前記両検出
素子15,16のリード線が点溶接やろう付けによつて固定
されてれて検出回路17に接続される。

この検出回路17は、前記流速検出素子15と抵抗18の直
列接続回路と、この直列接続回路と並列接続された前記
温度検出素子16と抵抗19,20の直列接続回路とを備え、
前記抵抗18,20の接続点が接地され、前記流速検出素子1
5と温度検出素子16の接続点がトランジスタ21のエミツ
タに接続され、このトランジスタ21のコレクタには電源
が接続され、更に、前記流速検出素子15と抵抗18の接続
点と、前記抵抗19と抵抗20の接続点とが差動増幅器22の
入力端子に接続され、該差動増幅器22の出力で前記トラ
ンジスタ21のベースを制御するようにした流量検出ブリ
ツジを備える。

この流量検出ブリツジは、流速ゼロの状態で流速検出
素子15が所定の温度になるように該流速検出素子15に流
れる電流が調整され、この状態で該流量検出ブリツジは
平衡状態とされる。

以上の構成において、内燃機関の吸気によつて吸気筒
10内に空気流が発生するとこの空気流速に応じて流速検
出素子15の温度が低下し、この温度の変化による該流速
検出素子15の抵抗値の変化が、該吸気筒10を流れる吸気
の流量に対応付けられた流量検出信号として該流量検出
ブリツジから出力される。

〔発明の効果〕 以上のように本発明になる巻線型抵抗素子は、抵抗線
及び該抵抗線とリード線との接続部を埋設するアルミナ
とガラスの混合物層によつて支持しているのでリード線
を嵌入固定するような微妙な作業の製造工程が不要とな
り、大型化することなく製造工程の自動化が容易にな
る。

また、前記混合物層はその外周をガラス層で被覆され
ることによつて強固な巻線型抵抗素子となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる巻線型抵抗素子の縦断側面図、第
２図の（ａ）〜（ｈ）は巻線型抵抗素子製造工程説明
図、第３図はアルミナ粉末に対するガラス粉末の混合比
と被覆ガラスの浸透度及び強度との関係を示す特性図、
第４図は本発明になる巻線型抵抗素子の他の実施例を示
す縦断側面図、第５図は流量計の一部縦断側面図、第６
図はそのVI−VI断面図、第７図は検出回路図、第８図は
従来の巻線型抵抗素子の一部縦断側面図である。 １……巻線型抵抗素子、3a,3b……リード線、４……発
熱抵抗線、６……混合物層、７……被覆ガラス層。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイル状に巻回された抵抗線と、該抵抗線
   の両端に接続されたリード線と、前記抵抗線及び該抵抗
   線と前記リード線との接続部を概略円筒状の無機材料層
   で被覆した巻線型抵抗素子において、前記無機材料層
   は、前記抵抗線及び該抵抗線と前記リード線との接続部
   を埋設するアルミナとガラスの混合物層と、該混合物層
   の外周を被覆するガラス層とを備えたことを特徴とする
   巻線型抵抗素子。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記混合
   物層は前記抵抗線とリード線接続部を覆うようにアルミ
   ナとガラスの粉末を付着させた後にこれらを焼結したも
   のであることを特徴とする巻線型抵抗素子。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記混合
   物層は通気性をもつ程度に焼結されたものであることを
   特徴とする巻線型抵抗素子。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記抵抗
   線は白金線で形成され、前記混合物層は前記抵抗線とリ
   ード線接続部を覆うようにアルミナとガラスの粉末を付
   着させた後にこれらを焼結したものであることを特徴と
   する巻線型抵抗素子。