JP2592333B2 - 空気流量センサ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気流量センサ素子に係り、特に自動車用
内燃期間の吸入空気量の検出用の空気流量計に好適な発
熱抵抗を用いた空気流量センサ素子、およびその製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

発熱抵抗を用いた空気流量計は、測定すべき空気流通
路中に発熱抵抗体を有するセンサ素子を設置し、空気流
によるセンサ素子の冷却を打消すようにしてその電流を
増加させ、その電流の増加量により空気流量を検知する
ようにしたもので、可動部分がなく、しかも質量流量を
直接検出できるため、自動車用内燃機関の空燃比制御用
などに広く採用されている。

ここで用いられる抵抗体は温度の変化に応じて抵抗値
が一定の割合で変化し、抵抗値は次式で表される。

Ｒ＝R₀（１＋α＋Ｔ） ここでR₀は０℃のときの抵抗値、αは温度係数（一定
値）、Ｔは低抗体の温度である。従って低抗体の抵抗値
を電気回路的に検出することによって、温度が測定でき
る。この温度を測定するための抵抗体は、発熱抵抗体を
この用途に兼ねることもできるし、発熱抵抗体の近くに
別に測温部を設置することもできる。いずれの場合も、
測温用の抵抗体の抵抗値を検出して、その値が一定にな
るように発熱抵抗体に供給する電流を制御することによ
り、センサ素子の温度を一定に保つことができる。この
ときに必要な電流値が、空気流量に対応することにな
る。

従来のセンサ素子としては、特開昭62−83622号公報
に記載のように、金属ワイヤをコイル状に巻回して表面
をガラス等でコーティングしたものや、特開昭63−9411
9号公報に記載のように、ジルコニア製あるいはグラス
ファイバ製ボビンに白金膜回路を形成あるいは白金線を
巻付けたものがあった。

また、特開昭63−134919号公報に記載のように、発熱
抵抗部と測温部を別々に膜状にして重ねて設け、発熱抵
抗部の面積を測温部の面積より大きくして、固定部分の
方向に延在するようにしたものや、特開昭63−134920号
公報に記載のように、さらに発熱抵抗部の単位面積当た
りの抵抗値を、固定部の方向に向けて徐々に減少してい
くようにして、発熱抵抗部の高温部分の温度だけを測温
部で測定するようにしたものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術のうち、金属ワイヤをコイル状に巻回し
て表面をガラス等でコーティングしたものやジルコニア
製あるいはグラスファイバ製ボビンに白金膜回路を形成
あるいは白金線を巻付けたものは、固定部の近傍で発生
した熱の大部分が固定部へ向けて逃げるため、空気流量
が変化した時に電流を変化させて元の温度に戻そうとし
た場合に固定部へ向けて逃げる熱が、全体が平衡状態に
なるのを遅らせ、応答の立上りを鈍くする原因となると
いう問題があった。

特開昭63−134919号公報に記載の従来技術では、発熱
抵抗部と測温部を別々に膜状にして重ねて設け、発熱抵
抗部の面積を測温部の面積より大きくして固定部分の方
向に延在させることにより、測温部が測温している部分
から固定部に逃げる熱放出を抑えて測温部が流量変化に
対して高速で応答するようにしている。しかしこの場合
でも、測温部が検出する温度を一定に制御するための発
熱抵抗部の加熱電流を流量に対応する出力とするので、
発熱抵抗部から固定部に逃げる熱が発熱抵抗部が平衡状
態になるのを遅らせ、出力が安定して正確な流量を示す
のが遅れるという問題があった。特開昭63−134920号公
報に記載の従来技術では、この点を改善するために、発
熱抵抗部の単位面積当たりの抵抗値を固定部の方向に向
けて徐々に減少していくようにすることにより、支持板
から固定部へ緩やかな温度勾配を持たせて発熱抵抗部か
ら固定部への熱放出を軽減している。しかしこれらの場
合は、空気流量が変化した場合の熱移動量そのものを小
さくするということが考慮されていなかった。すなわ
ち、発熱抵抗部の面積を測温部の面積より大きくして固
定部分の方向に延在するようにした場合は、発熱抵抗部
の最も温度の高い部分の付近だけを測温し、その温度を
一定になるように制御している。このため、空気流量が
変化した場合に、発熱抵抗部の外側の固定部につながる
部分の支持板、あるいは発熱抵抗部の固定部に近い部分
の温度変化が大きく、全体として熱移動量が大きい。そ
の結果、発熱抵抗部の発熱量が平衡状態になるのが遅
れ、出力が安定して正確な流量を示すのが遅れる要因と
なっていた。

本発明の目的は、空気流量が変化した場合の熱移動量
を少なくし、応答の速い空気流量センサ素子及びその製
造方法、それを備えた空気流量計を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、発熱抵抗部と
測温部を有する空気流量センサ素子において、発熱抵抗
部は単位長さあたりの抵抗値がセンサ素子の固定部に最
も近い所で小さく遠い所で大きい抵抗分布を持つ抵抗体
を有し、測温部は発熱抵抗部全体の温度を測定するよう
に構成するものである。また、特に測温部といて発熱抵
抗部の抵抗体を共通に用いるようにしたものである。

さらに別の方法として、測温部が発熱抵抗部を含んで
固定部の方向に延在し、発熱抵抗部の外側も含めた部分
の温度を測定するようにしたものである。

またこれらのために、コイル状の白金線をピッチが固
定部の近くで疎であり遠くで密であるように、連続的に
または段階的に変化するようにしたものである。

また別の方法として、白金膜回路を断面積が固定部の
近くで大きく遠くで小さくなるように、連続的にまたは
段階的に変化させて形成したものである。あるいは、支
持体の表面に形成された白金膜回路から成る測温部が、
同じく白金膜回路から成る発熱抵抗部を含んで固定部の
方向に延在するようにしたものである。

さらに上記目的を効果的に達成するために、コイル状
の白金線を保持する部材及び白金膜回路を表面に形成す
る支持体として、熱伝導率が10W/m・Ｋ以下の低熱伝導
無機材料を用いたものである。

コイル状の白金線を用いる場合は、コイルの外側を被
覆する部材でこれを支持し、中空構造としても良い。

さらに上記目的の空気流量センサ素子を製造するため
には、棒状または筒状の部材に白金線をピッチが連続的
または段階的に変化するようにコイル状に巻き、固定部
または固定部につながるリード部との接続部近傍でピッ
チを疎にし、遠方でピッチを密にする工程を含む空気流
量センサ素子の製造方法としたものである。このとき、
白金線をコイル状に巻いてから両端をリード部に接続し
ても良いし、一端をリード部に接続してからコイル状に
巻いて他端を別のリード部に接続しても良い。

また上記目的のセンサ素子の製造方法は，所定の長さ
の金属芯線と、固定部につながるべきリード部と、リー
ド部に接続され接続部近傍でピッチが疎であり遠方でピ
ッチが密であるように前記金属芯線に巻き回された白金
線とから成る部材を準備する工程と、前記巻き回した白
金線の外側に被覆層を形成する工程と、前記金属芯線を
除去する工程とを含む空気流量センサ素子の製造方法に
よっても達成される。

また上記目的を達成するために、本発明は発熱抵抗部
と測温部を有する空気流量センサ素子において、定常動
作状態で測温部のセンサ素子の固定部に最も近い部分の
局部的な温度と空気流温度との差が、固定部に最も遠い
部分の局部的な温度と空気流温度との差の２分の１以下
であるように抵抗体に温度分布をもたせたものである。

また上記他の目的を達成するために、前記空気流量セ
ンサ素子と、該センサ素子の電流を制御するとともに、
該センサ素子の出力電圧を空気流量に対応した信号とし
て取出す駆動回路部とを備えた空気流量計としたもので
ある。

〔作 用〕

本発明の空気流量センサ素子は、発熱抵抗部の単位長
さあたりの抵抗値が固定部に最も近い所で小さく遠い所
で大きい抵抗分布を持つと共に、測温部は発熱抵抗部全
体の温度を測定する。このため、動作状態において電流
による発熱量が固定部から遠い部分ほど多く、発熱抵抗
部は固定部に近いところで低く遠い部分で高い温度分布
を持つようになり、測温部はその平均的な温度を測定す
ることになる。熱は温度勾配が大きいほど多量に流れる
ので、非発熱部の固定部に近い部分の温度を低くするこ
とで固定部へ向けて逃げる熱量を減少させることができ
る。しかしそのような温度分布を持った発熱抵抗部の高
温度の局所的な温度だけを一定になるように制御した場
合には、空気流量が変化した場合に制御していない部
分、特に固定部に近い部分の温度変化が大きく、発熱抵
抗部全体で見た場合には平均温度も変化し、平衡の温度
分布になるまでの熱移動量が多い。本発明によれば、発
熱抵抗部全体の平均的な温度が一定になるように制御す
るので、たとえば空気流量が増加した場合には発熱量が
増して高温部の温度が上昇すると共に低温部の温度が低
下し、その変化は高温部の局所的な温度を一定にしたと
きの温度変化よりも小さい。従って熱移動量が少なく、
先に述べた固定部へ向けて逃げる熱量が少ないこととあ
わせて、センサ素子の温度分布が平衡になるのを早める
効果がある。

一方、発熱抵抗部の抵抗値が一様な場合には、発熱抵
抗部の固定部に近い部分の温度が遠い部分の温度と同じ
ように高く、ここから固定部へ逃げる熱量が多い。従っ
て発熱抵抗部の温度が一定になるように制御した場合に
は、発熱抵抗部の外側の部分の温度変化が大きく、熱移
動量が多い。本発明では発熱抵抗部の外側も含めて温度
を測定し、一定に制御するので、発熱抵抗部の外側の温
度変化が小さく、ここから固定部へ逃げる熱量の変化が
小さい。従って、熱移動量が少なく、センサ素子の発熱
量が平衡になるのを早める効果がある。

また、測温部が局所的でなく、発熱抵抗部全体または
その外側も含めた広い範囲の温度を測定して加熱電流を
制御している。従って、測温部の一部の局所的な温度変
動に対しても、それを平均化して検出し、加熱電流すな
わち出力の変動も、それに応じて測温部全体に対応した
ものになる。よって、流量の乱れによる局所的な温度変
動に基づく過度な応答や過小な応答、不安定な出力の変
動などが抑えられ、流量の平均値に対応した正確で安定
した出力が得られる。

以上の効果は、定常動作状態で測温部の固定部に最も
近い部分の局部的な温度と空気流温度との差が、固定部
に最も遠い部分の局所的な温度と空気流温度との差の２
分の１以下であるように温度分布を持たせるか、あるい
は測温部を設けると、特に顕著である。

これはコイル状の白金線のピッチを変化させるか、あ
るいは白金膜回路の断面積を変化させることによって、
上記の温度分布を実現できる。

コイル状の白金線のピッチが疎な部分に比べ、密な部
分では、コイルの単位長さあたりの白金線の長さが長
く、抵抗が大きい。従って、固定部に最も近い所でピッ
チを疎にすることで、ここの単位長さあたりの抵抗値が
小さく、固定部から遠い部分で大きい抵抗分布を持たせ
ることができる。ピッチの変化が連続的でも段階的で
も、同様の効果が得られる。

また、白金膜回路の断面積が小さいほど、回路の単位
長さあたりの抵抗値が大きい。従って、固定部に近い所
で断面積を大きくすることで、上記の抵抗分布を持たせ
ることができる。断面積の変化は、連続的でも段階的で
も良い。

コイル状の白金線を保持する部材及び白金膜回路を表
面に形成する支持体として、熱伝導率が10W/m・Ｋ以下
の低熱伝導無機材料を用いることが、特に有効である。
発生した熱がセンサ素子の長さ方向に固定部へ向って流
れるのを、熱伝導率が低い材料を用いることによって抑
え、その量自体を少なくすることによって、空気流量の
変化に伴うその量の変化を少なくする。それにより、熱
移動量を減らすことができる。低熱伝導無機材料として
は、ジルコニア、ガラス、ガラスとセラミックスとの複
合材などを用いることができる。

具体的には、それらの材料から成る棒状または筒状の
部分に白金線を巻き、固定部または固定部につながるリ
ード部と接続することにより簡単に製造できる。表面を
平滑にしてダストが付着しにくくするために、ガラスコ
ートを施しても良い。また金属芯線に白金線を巻き、リ
ード部と接続し、外側に被覆層を形成して、その後また
はその前に金属芯線を除去することによっても製造でき
る。この場合は、始めに素子の多数個分について連続的
に巻線作業が行えるので、製造プロセスの自動化が容易
である。

以上のようにして得られた空気流量センサ素子は、短
い時間で高い応答に達するため、この素子を用いること
によって応答特性に優れた空気流量計を製造することが
できる。

なお、特別な場合として、空気以外の流体の流量を計
測する場合にも、本発明を応用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、
本発明はこれらに限定されない。

実施例１ 第１図は本実施例で作製した空気流量センサ素子の構
造図である。コイル状に巻回した白金線から成る発熱抵
抗１の両端に白金イリジウム合金のリード線２が接続さ
れており、それらの接続部21を含めて発熱抵抗１がガラ
スとセラミックスの複合材層３で被覆されている。すな
わち発熱抵抗１と被覆複合材層３で、発熱抵抗部兼測温
部が形成されている。白金線を巻回したピッチは接続部
21で疎であり、センサ部の中央部すなわち両端の接続部
21から最も遠い部分31で密になるように連続的に変化し
ている。リード線２は使用時に固定部に接続される。

このセンサ素子の製造方法を、製造工程図で示した第
２図に基づき説明する。

第２図の（ａ）は、白金線を巻き回すためのφ0.5mm
のモリブデン芯線４である。第２図（ｂ）はこの芯線４
に自動巻線機によりφ30μｍの白金線（発熱抵抗）１を
複数個分連続に巻いた状態に示す。巻回すピッチは、最
低50μｍから最高150μｍまで周期4mmで連続的に変化さ
せてある。第２図の（ｃ）はこれをピッチの一番大きい
150μｍの箇所、すなわち最も疎な部分で切断し、両端
にφ0.13mの白金イリジウム合金のリード線２を、接続
部21で溶接した状態を示す。第２図（ｄ）は発熱抵抗１
を複合材で被覆し、焼成した状態を示す。ここで被覆の
際には、変成アルコールと水を溶媒とし、硝酸マグネシ
ウムと硝酸アルミニウムを電解質として、アルミナとSi
O₂−BaO−ZnO系ガラスの粒子を1:1の割合で分散させた
電着液を作り、第２図（ｃ）の状態の白金線を陰極、ア
ルミニウム板を陽極として両電極間に電着液中で50Vの
電圧をかけて、電気泳動により白金線にアルミナとガラ
スの粒子を付着させた。付着層は多孔質層となってい
る。第２図の（ｄ）はこれを電気炉中で加熱し、900℃
で１時間保持してモリブデン芯線を酸化させ昇華させた
後、さらに1200℃に昇温して30分間保持し、電気泳動付
着層を焼成した状態を示す。焼成後の複合材層３の厚さ
は約100μｍで気孔はなく、表面は平滑である。

得られた素子の抵抗値は９Ωであり、1mmあたりの抵
抗値は接続部21の近傍で1.7Ω、中央部31では５Ωであ
る。また、複合材層３と同様の組成の複合材試料を別に
作製し、熱伝導率を測定したところ、6W/m・Ｋであっ
た。

このセンサ素子を用いた自動車用空気流量計の一実施
例を第３図に示す。この実施例では、センサ素子５と同
じものが空気温度測定用として対になって用いられ、そ
れを６で表わしてある。センサ素子５および空気温度測
定抵抗体６は、第３図に示すようにボディ７の空気通路
８の中に、固定部である導電性の支持体９に固定するこ
とにより設置され、支持体９を介して駆動回路10に接続
される。

センサ素子５は、この回路により電流が供給されて加
熱され、平均温度が空気温度測定抵抗体６よりも常に20
0℃だけ高くなるように制御される。第４図により駆動
回路について説明する。この回路は、センサ素子５、空
気温度測定抵抗体６、オペアンプ18、19、パワートラン
ジスタ20、コンデンサ22、抵抗23〜27で構成され、パワ
ートランジスタ20のコレクタ端子28にはバッテリー（図
示せず）の（＋）極が、抵抗23のアース端子29にはバッ
テリーの（−）極が、抵抗23とセンサ素子５の接続点30
には、本空気流量計の出力信号を使ってエンジン制御を
行うマイクロコンピュータ（図示せず）の入力端子がそ
れぞれ接続される。

パワートランジスタ20によってセンサ素子５に電流を
供給して加熱するが、センサ素子を構成する白金線は温
度上昇とともに一定の割合で抵抗が増加するので、空気
温度測定抵抗体６より平均温度が200℃高いとき、抵抗
値がどれだけ高くなるかが決まっている。駆動回路で
は、この時にセンサ素子５の両端の電圧差を抵抗24、25
で分割した電圧と、センサ素子５を流れた電流によって
生じる抵抗23の電圧降下を、オペアンプ18で増幅した電
圧とが等しくなるように回路が調整されている。空気が
センサ素子５にあたると温度が変り、センサ素子５の抵
抗値が変化するので、このバランスが崩れ、電圧差が生
じる。これがオペアンプ19を通じて帰還され、パワート
ランジスタ20に信号を送って電圧差がゼロになるように
電流を変化させる。これによりセンサ素子の温度が元に
もどる。

上述のように、センサ素子５にあたる空気量が変化す
ると、この制御動作によってセンサ素子５を流れる電流
が変化し、その電流に応じてセンサ素子の一端30の電圧
が変化するので、この電圧で空気流量が測定されること
になる。

第５図は、本実施例の自動車用空気流量計の応答特性
を示す図である。空気流量を低流量約10kg/hから高流量
約220kg/hに切換えた時の空気流量計の出力電圧を測定
し、流量Ｖ（kg/h）に換算して縦軸に示した。応答の急
峻な立上りが持続し、短い時間で飽和値の95％まで達し
ていることがわかる。また急激な流量変化に伴い空気流
の乱れが生じるが、局所的な流量変動に対する過度な応
答に基づくオーバーシュートや、不安定な応答の変動は
観察されない。

このように応答性が高く安定性に優れているので、自
動車の急加速、減速時においても空気流量変化に追従し
て正確な信号が空気流量計から得られ、適切なインジェ
クタ噴射量が決定できてサージングなどが抑えられる。

実施例２ 第６図は本実施例で作製した空気流量センサ素子の構
造図である。筒状のガラス部材11の両端にリード線２を
固定し、白金線１の一端をリード線２に溶接してガラス
部材11に巻回したあと、他端にもう一方のリード線２に
溶接し、さらに表面を平滑にして保護するためにガラス
コーティング12が施されている。白金線を巻回したピッ
チは、接続部21で150μｍと疎であり、発熱部兼測温部
（白金線１とガラス部材11とガラスコーティング12とか
ら成る部分）の中央では50μｍと密になっている。中間
ではピッチが100μｍであり、段階的にピッチが変化し
ている。ガラス部材11とガラスコーティング12の熱伝導
率は、いずれも2W/m・Ｋ以下である。

一方、比較のためにガラス部材11のかわりに同形状の
アルミナ部材を使用し、白金線を巻回すピッチを100μ
ｍ均一としたセンサ素子を作製した。アルミナの熱伝導
率は21W/m・Ｋである。

これらのセンサ素子を用いて、実施例１と同様にして
作製した自動車用空気流量計の応答特性を第７図に示
す。ガラス部材11を用いてピッチを段階的に変えた場合
の応答曲線Ａは、実施例１と同様な急峻に立上りが95％
近くまで持続する。これに対して、アルミナ部材を用い
てピッチを均一にした場合の応答曲線Ｂでは、70％程度
まで応答が立上ったところでリード線を通じて固定部に
逃げる熱が平衡状態に達するのを遅らせる影響が出始め
応答が鈍くなる。この結果、応答が95％に達するのに曲
線Ａの３倍の時間を要する。

第８図は、センサ素子の温度分布を赤外放射温度計で
測定した結果を示す図である。縦図は各部分の温度と空
気流との温度差を表わし、発熱抵抗部の平均温度と空気
流との温度差を1.0に規格化してある。ガラス部材を用
いたセンサ素子の温度分布曲線Ａでは、発熱抵抗部とリ
ード部の接続部から最も遠い中央部の温度差が1.3で最
も高く、接続部の温度差は0.6で中央部の２分の１以下
である。一方ガラス部材のかわりにアルミナを用いたセ
ンサ素子の温度分布曲線Ｂでは、発熱抵抗部の温度はリ
ード部との接続部から中央部までほとんど差がない。従
って、Ｂの場合は非発熱部であるリード部の温度も高
く、リード部を通じて固定部へ逃げる熱の影響が大きい
ことが推察される。両者の温度分布の違いは、白金巻線
のピッチに基づく抵抗分布すなわち発熱量分布の違い
と、白金巻線を支持する部材の熱伝導率に基づく素子の
長さ方向への熱伝達性の違いによるものである。

なお、発熱抵抗部を支持する部材の熱伝導率がある程
度高い場合でも、発熱抵抗部の単位長さあたりの抵抗値
に分布をもたせ、発熱量に分布をもたせることによって
接続部の温度を低くすることは可能である。しかし熱伝
導率が10W/m・Ｋ以下と低い部材を用いた方が望む温度
分布が容易に達成される。

実施例３ 第９図は、本実施例で作製した空気流量センサ素子の
構造図である。板状の支持体13は、ガラスとアルミナの
複合材から成り、熱伝導率は5W/m・Ｋである。支持体13
の表面に厚膜印刷法で白金ペーストを印刷し、焼成して
白金膜回路14を形成してある。白金膜回路14の両端部
は、固定部15の端子に接続される。白金膜回路14は厚さ
は均一であるが、幅すなわち断面席が固定部15の近傍14
1で大きく、固定部から最も遠い142で小さくなるよう
に、段階的に変化させてある。支持体13の裏側には、白
金膜回路14と同じ大きさの白金膜回路16が、同様の方法
で形成されている。白金膜回路16の断面積は、一定であ
る。このセンサ素子の白金膜回路14を発熱抵抗部として
用い、白金膜回路16を測温部として用いて、自動車用空
気流量計（Ｃ）を作製した。ここでは、白金膜回路16の
抵抗値が特定の値となるように白金膜回路14に流れる電
流を制御し、その電流値を検出して空気流量を測定す
る。この空気流量計（Ｃ）は、急峻な立上りを有する応
答性を示した。

一方、比較のために、支持体13の裏側に、表側の白金
膜回路14の断面積の小さい部分142だけに相対する白金
膜回路14より小さい白金膜回路16を形成して、第10図に
示す空気流量センサ素子を作製した。このセンサ素子の
白金膜回路14を発熱抵抗部として用い、白金膜回路16を
測温部として用いて、自動車用空気流量計（Ｄ）を作製
した。

空気流量が変化した場合の、空気流量計（Ｃ）、
（Ｄ）それぞれのセンサ素子の温度分布の変化を、第11
図に示す。空気流量が10kg/hの場合は、（Ｃ）、（Ｄ）
のセンサ素子の温度分布はほぼ同様である。空気流量が
200kg/hになると、（Ｄ）のセンサ素子では先端の142の
部分の温度が一定になるように電流が制御され、固定部
に近い部分の温度の低下が大きい。一方（Ｃ）のセンサ
素子では白金膜回路14の平均的な温度が一定になるよう
に電流が制御され、先端部の温度は高く、固定部に近い
部分の温度は低くなり、温度の変化が小さい。従って
（Ｃ）のセンサ素子の方が空気流量の変化に伴う熱の移
動量が少なく、早く平衡に達する。結果として、出力電
圧が飽和値の95％まで達する時間は、空気流量計（Ｃ）
が（Ｄ）の５分の３と早かった。

また、駆動回路の構成によっては、白金膜回路14の一
部の温度しか測定していない空気流量計（Ｄ）では、過
度の応答ピークや、空気流の乱れによる不安定な変動が
見られた。

第９図で、白金膜回路14の断面積を連続的に変化させ
た場合も、得られたセンサ素子の特性は第９図のものと
同様であった。

実施例４ 第12図は、本実施例で作製した空気流量センサ素子の
構造図である。板状の支持体13は、ガラスとアルミナの
複合材から成り、熱伝導率は9W/m・Ｋである。支持体13
の上に実施例３と同様の方法で白金膜回路14を形成し、
さらにガラス絶縁層17を介して白金膜回路16を重ねて形
成した。いずれの白金膜回路も断面積は一定である。白
金膜回路16は白金膜回路14を完全にカバーし、固定部15
の方向に延在している。

このセンサ素子の白金膜回路14を発熱抵抗部として用
い、白金膜回路16を測温部として用いて、自動車用空気
流量計を作製した。使用中のセンサ素子の温度分布を、
赤外放射温度計で測定した結果を第13図に示す。測温部
が発熱抵抗部の外側の温度が低い部分も含めて温度を測
定しているので、空気流量が変化したときの発熱部の外
側の熱移動量が、発熱抵抗部の温度だけを測定して制御
した場合に比べて小さい。その結果、空気流量計の応答
性が速くなる。特に測温部が、センサ素子の先端の温度
と空気流温度との温度差の２分の１以下の温度差となる
低温部まで含めて温度を測定するようにしたとき、発熱
抵抗部の温度だけを測定して制御した場合に比べて、出
力電圧が飽和値の95％まで達する時間を30％以上短縮で
きる、大きな効果が得られた。

〔発明の効果〕 本発明によれば、コイル状の白金線のピッチを変化さ
せる方法や、白金膜回路の断面積を変化させる方法など
により、発熱抵抗部に抵抗分布を持たせると共に、測温
部が発熱抵抗部全体の温度を測定することによって、空
気流量が変化した場合の熱移動量を少なくできるので、
センサ素子の応答を速くすることができる。また、測温
部を発熱抵抗部を含んで固定部の方向に延在させ、発熱
抵抗部の外側も含めた部分の温度を測定することによっ
ても、同様に熱移動量を減少させ、センサ素子の応答性
を速くすることができる。白金線または白金膜回路を保
持する部材として、熱伝導率が10W/m・Ｋ以下の低熱伝
導無機材料を用いることにより、熱移動量を減少させる
効果を高めることができる。

さらに、コイル状の白金線を保持する部材の主体がコ
イルの外側を被覆し、中空構造をもつようにすることに
より、白金線の巻線作業を連続的に行うことができ、生
産性が向上する。

また、本発明のセンサ素子を用いることにより、応答
性と信頼性に優れた自動車用等の空気流量計が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の空気流量センサ素子の一部
破砕断面図、第２図は本発明によるセンサ素子の製造工
程の実施例を示す側面図および部分破砕断面図、第３図
は本発明の実施例である自動車用空気流量計を示す断面
図、第４図はセンサの駆動回路図、第５図はセンサの応
答特性を示すグラフ、第６図は別の実施例のセンサ素子
の一部破砕断面図、第７図はセンサの応答特性を示すグ
ラフ、第８図、第13図はセンサ素子の温度分布を示すグ
ラフ、第９図、第10図、第12図は別の実施例のセンサ素
子の構造図、第11図はセンサ素子の温度分布の変化を示
す図である。 １……発熱抵抗（白金線）、２……リード線、３……複
合材層、４……金属芯線、10……駆動回路、11……ガラ
ス部材、13……支持体、14、16……白金膜回路、15……
固定部、21……接続部

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セン
   サ素子において、発熱抵抗部は単位長さあたりの抵抗値
   がセンサ素子の固定部に最も近い所で小さく遠い所で大
   きい抵抗分布を持つ抵抗体を有し、測温部は発熱抵抗部
   全体の温度を測定するように構成することを特徴とする
   空気流量センサ素子。
2. 【請求項２】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セン
   サ素子において、発熱抵抗部は単位長さあたりの抵抗値
   がセンサ素子の固定部に最も近い所で小さく遠い所で大
   きい抵抗分布を持つ抵抗体を有し、測温部は前記発熱抵
   抗部の抵抗体を共通に用いるように構成することを特徴
   とする空気流量センサ素子。
3. 【請求項３】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セン
   サ素子において、測温部が発熱抵抗部を含んでセンサ素
   子の固定部の方向に延在し、発熱抵抗部の外側も含めた
   部分の温度を測定するように構成することを特徴とする
   空気流量センサ素子。
4. 【請求項４】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セン
   サ素子において、発熱抵抗部と測温部を兼ねる抵抗体が
   コイル状の白金線とこれを保持する部材とからなり、コ
   イルのピッチがセンサ素子の固定部の近くで疎であり遠
   くで密であるように構成することを特徴とする空気流量
   センサ素子。
5. 【請求項５】コイルのピッチがセンサ素子の固定部の近
   くから遠くまで連続的に変化するように構成することを
   特徴とする請求項４記載の空気流量センサ素子。
6. 【請求項６】コイルのピッチがセンサ素子の固定部の近
   くから遠くまで段階的に変化するように構成することを
   特徴とする請求項４記載の空気流量センサ素子。
7. 【請求項７】コイル状の白金線を保持する部材が、熱伝
   導率が10W/m・Ｋ以下の低熱伝導無機材料であることを
   特徴とする請求項４記載の空気流量センサ素子。
8. 【請求項８】コイル状の白金線を保持する部材の主体
   が、コイルの外側を被覆しており、中空構造を有するこ
   とを特徴とする請求項４記載の空気流量センサ素子。
9. 【請求項９】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セン
   サ素子において、発熱抵抗部が支持体とその表面に形成
   された白金膜回路とから成り、白金膜回路の断面積をセ
   ンサ素子の固定部の近くで大きく遠くで小さくなるよう
   に構成し、測温部は発熱抵抗部全体の温度を測定するよ
   うに構成することを特徴とする空気流量センサ素子。
10. 【請求項１０】測温部として、発熱抵抗部の白金膜回路
    を共通に用いるように構成することを特徴とする請求項
    ９記載の空気流量センサ素子。
11. 【請求項１１】白金膜回路の断面積が、センサ素子の固
    定部の近くから遠くまで連続的に変化するように構成す
    ることを特徴とする請求項９記載の空気流量センサ素
    子。
12. 【請求項１２】白金膜回路の断面積が、センサ素子の固
    定部の近くから遠くまで段階的に変化するように構成す
    ることを特徴とする請求項９記載の空気流量センサ素
    子。
13. 【請求項１３】発熱抵抗部と測温部が支持体の表面に形
    成された白金膜回路からなり、測温部が発熱抵抗部を含
    んでセンサ素子の固定部の方向に延在し、発熱抵抗部の
    外側を含めた部分の温度を測定するように構成すること
    を特徴とする空気流量センサ素子。
14. 【請求項１４】白金膜回路を表面に形成する支持体が、
    熱伝導率が10W/m・Ｋ以下の低熱伝導無機材料であるこ
    とを特徴とする請求項９記載の空気流量センサ素子。
15. 【請求項１５】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セ
    ンサ素子において、定常動作状態で測温部のセンサ素子
    の固定部に最も近い部分の局部的な温度と空気流温度と
    の差が、固定部に最も遠い部分の局部的な温度と空気流
    温度との差の２分の１以下であるように抵抗体に温度分
    布をもたらせることを特徴とする空気流量センサ素子。
16. 【請求項１６】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セ
    ンサ素子の製造方法において、棒状又は筒状の部材に、
    白金線をピッチが連続的又は段階的に変化するようにコ
    イル状に巻き、センサ素子の固定部又は固定部につなが
    るリード部との接続部近傍でピッチを疎にし、遠方でピ
    ッチを密にする工程を含むことを特徴とする空気流量セ
    ンサ素子の製造方法。
17. 【請求項１７】発熱抵抗部と測温部を有する空気流量セ
    ンサ素子の製造方法において、所定の長さの金属芯線と
    センサ素子の固定部につながるべきリード部と、リード
    部に接続され接続部近傍でピッチが疎であり遠方でピッ
    チが密であるように前記金属芯線に巻き回された白金線
    とからなる部材を準備する工程と、前記巻き回した白金
    線の外側に被覆層を形成する工程と、前記金属芯線を除
    去する工程とを含むことを特徴とする空気流量センサ素
    子の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１〜15のいずれか１項に記載の空
    気流量センサ素子と、センサ素子の電流を制御するとと
    もに、該センサ素子の出力電圧を空気流量に対応した信
    号として取出す駆動回路部とを備えた空気流量計。