JP2984455B2

JP2984455B2 - 抵抗素子

Info

Publication number: JP2984455B2
Application number: JP4068221A
Authority: JP
Inventors: 不二男石黒
Original assignee: NIPPON GAISHI KK
Current assignee: NIPPON GAISHI KK
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH05273020A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抵抗素子に関するもの
で、特に気体あるいは液体等の流体の流量を検出するた
めの抵抗素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用エンジン等の吸気流
量を検出する熱式流量センサに使用するための抵抗素子
として、アルミナパイプの外面にスパイラル状に白金薄
膜あるいは細い白金ワイヤを巻き、この白金薄膜または
白金ワイヤに電気的に接続されるリードワイヤをアルミ
ナパイプの両端部に取付けた構造のものが知られてい
る。このような抵抗素子は、白金薄膜あるいは白金ワイ
ヤの保護のため、抵抗素子表面に保護層が設けられてい
る。保護層としては、吸入空気等の流体の流れを乱すこ
となく、かつ抵抗素子と流体との熱交換を効率良く実施
できるように、一般に滑らかな表面を有するガラス層が
利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の抵抗素子によると、滑らかな表面をもつガラ
ス層を保護膜として形成しても、空気中に含まれる埃、
ごみ、油、水等が、保護層上に層状に付着すると、この
付着物が断熱材として作用するため、白金薄膜または白
金ワイヤと外部空気流間の熱交換が悪くなり、空気流量
の検出信号出力特性を劣化させるだけでなく、流量ある
いは空気温度の検出信号の応答速度が遅くなるという問
題点があった。

【０００４】また、ガラスに代えて、ごみ、油等が付着
しにくいフッ素樹脂を保護層とする手段も考えられる
が、この場合はフッ素樹脂の熱伝導性が小さいため、保
護層厚さが大きい場合、ごみが付着した場合と同様に、
応答速度が遅くなるという問題がある。一方、他の方式
の流量センサとしては、白金ワイヤ単体を熱線として使
用する熱線式流量センサが知られている。この場合、ご
み等の付着物の除去方法は、熱線の加熱により付着物を
燃やし飛散させる方法である。

【０００５】このような付着物の除去方法をガラス層を
有する抵抗素子に応用する場合、ガラス層が高熱に耐え
ず、さらには白金薄膜を使用した抵抗素子では付着物を
燃やし飛散させるほどに発熱したとき白金薄膜が離断す
る等の不具合が発生する。したがって、このような方法
を本発明の流量センサ用抵抗素子に適用することは困難
である。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、流体中のごみ等の異物を付着しに
くくし、応答性および出力特性の精度を高めるようにし
た抵抗素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の抵
抗素子は、板状、筒状または柱状の電気絶縁性基体と、
この電気絶縁性基体の外面に形成される抵抗体と、前記
電気絶縁性基体に固定される第１リード線および第２リ
ード線と、前記抵抗体と前記第１リード線および第２リ
ード線とを電気的に接続する接続部とを備える抵抗素子
であって、表面に窒化ホウ素を含有する被覆層を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】本発明の熱式流量センサは、前記抵抗素子
を用いたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の抵抗素子によると、抵抗素子表面に窒
化ホウ素を含有する保護層が形成されるため、空気等の
流体中に含まれるごみ、ちり、油分等は、抵抗素子表面
に付着しにくく、また、付着しても付着層が厚くなる前
に剥れる。このため、これら付着物による断熱層が形成
されることはなく、抵抗素子の応答性の低下および出力
特性の変動等が防止される。

【００１０】また、流体としてガラス等の高温溶融物や
油、溶剤等の有機物が用いられる場合、窒化ホウ素は耐
熱性を有し、これらと濡れにくいため、付着物による断
熱層が形成されることはなく、抵抗素子の性能低下が防
止される。さらに、窒化ホウ素は熱伝導性が大きいた
め、保護層が厚くても抵抗素子性能への影響は小さく、
厚く丈夫な膜とすることが可能である。

【００１１】

【実施例】本発明による抵抗素子を熱式流量センサに適
用した場合の電気回路の模式図を図２に示す。図２に示
すように、空気管１の内部の空気流に接触するように発
熱抵抗体Ｒ_Hおよび温度補償抵抗体Ｒ_C が設けられ、空
気流路２の外部に抵抗体Ｒ₁ および抵抗体Ｒ₂ が接続さ
れる。発熱抵抗体Ｒ_H は、流量検出用抵抗体であり、温
度補償抵抗体Ｒ_C は、空気流路２中の空気温度と同じ温
度に保持される抵抗体である。図２中、３はトランジス
タ、４は比較器、５はセンサ駆動電圧が印加される端子
である。空気流路２の空気流が増大すると、発熱抵抗素
子Ｒ_H から多くの熱が奪われるため、発熱抵抗体Ｒ_H の
温度が低下し、その抵抗値が小さくなる。図２の回路
は、この抵抗値の減少をブリッジバランスにより補正
し、発熱抵抗体Ｒ_H の温度を所定温度例えば１００℃を
保持するように発熱抵抗体Ｒ_H の電力制御をするもので
ある。端子６は、流量センサの出力端子である。

【００１２】この電気回路を構成するブリッジの発熱抵
抗体Ｒ_H および温度補償抵抗体Ｒ_Cは、図１および図３
に示すような抵抗素子２０からなる。すなわち、アルミ
ナ等からなる円筒状のセラミックパイプ１０の外周面に
螺旋状にパターン形成された所定抵抗値を有する白金等
からなる金属薄膜１１が設けられ、この金属薄膜１１
は、セラミックパイプ１０の両端部において白金等の導
体にガラス等を混合した導電性ペースト１４を介して白
金からなる第１リード線１２、第２リード線１３に電気
的に接続されている。金属薄膜１１は、例えばスパッタ
リング、メッキ、ＣＶＴ、蒸着等の物理的または化学的
方法により形成された薄膜を熱処理した後、さらにレー
ザトリミング手法により螺旋状にトリミングされて所定
抵抗値をもつように形成される。この場合、発熱抵抗素
子としては、例えば１０〜５０Ω程度、温度補償素子と
しては、例えば１００〜１０００Ω程度の範囲の抵抗値
が選択される。

【００１３】セラミックパイプ１０、金属薄膜１１およ
び導電性ペースト１４の外表面には、ガラス等からなる
絶縁性のガラス層１６が所定の厚さになるように形成さ
れる。そして、このガラス層１６の外表面に窒化ホウ素
層１７が形成される。ここで、窒化ホウ素層１７は、例
えば次の〜に示すように形成する。窒化ホウ素粉末に水ガラスを粘結剤として添加した
ものをガラス層１６上に直接塗布し焼付ける。この場
合、窒化ホウ素粉末１００に対し水ガラスが３〜４０の
重量比が好ましい。窒化ホウ素粉末にリン酸塩を粘結剤として添加した
ものをガラス層１６上に直接塗布し焼付ける。リン酸塩
としては、例えばリン酸アルミニウム等を用いるとよ
い。この場合、窒化ホウ素粉末１００に対し、リン酸ア
ルミニウムが５〜３０の重量比が好ましい。窒化ホウ素粉末とガラス粉末を混合し、ガラスの溶
融、固化により形成する。ガラス粉末の軟化点は、例え
ば５００℃〜９００℃のものを用いるとよい。窒化ホウ
素層を形成する作業温度は、ガラスの粘度から決定する
ことが望ましい。その粘度範囲は、例えば１×１０² 〜
１×１０⁸ ポイズ（Ｐｏｉｓｅｓ）が好ましく、より好
ましくは１×１０⁴ 〜１×１０⁷ ポイズである。粘度が
１００ポイズ以下のときは窒化ホウ素がガラスとよく濡
れないため、均質な保護層の形成が難しくなる。ガラス
粉末の混合量は、窒化ホウ素粉末１００に対し３〜３０
の重量比が好ましい範囲である。窒化ホウ素粉末に樹脂を混合したものを直接塗布し
焼付ける。この場合、ごみが付着しにくくなると同時に
保護層の熱伝導性が樹脂単体の場合より良好となる。樹
脂としては、フッ素樹脂あるいはポリイミド樹脂を用い
るとよく、この場合、窒化ホウ素粉末１００に対し、３
０〜１００の容量比が好ましい。前記〜の実施態様は一つの例であり、〜を
組み合わせて用いてもよい。また、前記実施例による抵
抗素子２０では、ガラス層と窒化ホウ素層との二層構造
としたが、窒化ホウ素のみの一層構造としてもよい。こ
の場合、窒化ホウ素は、ガラス等と比較し熱伝導性が良
好なため、ガラスのみによる保護層に比べ応答性能が向
上する。

【００１４】前記実施例による抵抗素子２０によると、
流体が接触する外表面に埃、ごみ、油、溶融物等が付着
しにくく、断熱層が形成されにくい。したがって、抵抗
素子２０の応答性の変動等を大幅に低減することができ
る。次に、抵抗素子に対する空気中の異物の付着量およ
び抵抗素子の応答性を調査するため、以下に示す実施例
１〜実施例５および比較例について試験を行なった。

【００１５】実施例１〜実施例５および比較例に用いる
抵抗素子は、次のように製造した。まず、アルミナ純度
９６％、内径０．２５ｍｍ、外径０．６ｍｍ、長さ２．
５ｍｍのアルミナパイプを洗浄後、スパッタリングによ
り白金薄膜をアルミナパイプの外周面に付着させる。こ
の白金薄膜をアルミナパイプごと熱処理し、所定抵抗値
となるようレーザトリミングをして螺旋状の白金薄膜を
得る。次いで、アルミナパイプの両端開口部に外径０．
２ｍｍのステンレスワイヤを白金およびガラスの混合ペ
ーストを介して焼付け固定し、白金薄膜にステンレスワ
イヤを電気的に接続する。

【００１６】このようにして得た抵抗素子本体の外周面
に保護層を次のように形成した。実施例１窒化ホウ素粉末（平均粒径２．３μｍ、粒度分布０．３
〜１５μｍ）を水ガラス水溶液に分散させる。窒化ホウ
素と水ガラス固形分との重量比は、８０：２０である。
次いで、この溶液中に抵抗素子本体を浸し引上げ、乾燥
機中で水分を蒸発させた後、５００℃で１時間焼付け
た。保護層の厚さは、平均３５μｍであった。

【００１７】実施例２リン酸アルミニウム水溶液中に窒化ホウ素粉末（平均粒
径０．７μｍ、粒度分布０．１〜３μｍ）を分散させ
る。窒化ホウ素とリン酸アルミニウムとの重量比は、９
０：１０である。抵抗素子本体にこの溶液を筆で塗り付
けた後、乾燥し、７００℃で１５分焼付けた。保護層の
厚さは、平均２０μｍであった。

【００１８】実施例３抵抗素子本体の外周にガラスペーストを塗布した後、８
００℃で溶融し平均５μｍのガラス保護層を形成した。
ガラスペーストは、ガラス粉末に所定の溶媒、バインダ
を加えて得たものである。次いで、このガラス層を有す
る抵抗素子本体の外周に実施例１と同様な条件で窒化ホ
ウ素層を形成した。保護層の厚さは、ガラス層と合わせ
て平均４０μｍである。

【００１９】実施例４実施例３と同様の条件により得たガラス層を有する抵抗
素子本体の外周に実施例２と同様の条件で窒化ホウ素層
を形成した。保護層の厚さは、ガラス層と合わせて平均
３０μｍである。実施例５抵抗素子本体の外周に次のように窒化ホウ素およびガラ
スの混合層を形成した。まず、窒化ホウ素粉末（平均粒
径２．３μｍ、粒度分布０．３〜１５）とガラス粉末
（平均粒径１．３μｍ、粒度分布０．１〜５）を容量比
８０：２０で混合した後、バインダを含有する有機溶液
中に分散させた。この溶液に抵抗素子本体を浸した後、
乾燥機で乾燥し、７５０℃で焼付けた。保護層の厚さ
は、平均４０μｍであった。なお、ここで用いたガラス
の粘度は、７５０℃で３×１０⁴ ポイズである。

【００２０】比較例抵抗素子本体の外周にガラスペーストを塗布した後、８
００℃で溶融し、平均４０μｍのガラス層を得た。次
に、試験装置を図４および図５に示す。試験装置４０
は、ステンレスからなる内径５０ｍｍ程度のメインパイ
プ３３の途中に試験素子取付部３４およびブロア３５が
設けられる。試験素子取付部３４とブロア３５との間に
は、バイパスパイプ３６が分岐する。メインパイプ３３
およびバイパスパイプ３６に直交する方向にスライドす
るシャッター３７は、開口部３７ａ、３７ｂが図４
（Ａ）に示す状態のとき、バイパスパイプ３６を閉じメ
インパイプ３３を開く。また、開口部３７ａ、３７ｂが
図４（Ｂ）に示す状態のとき、メインパイプ３３を閉じ
バイパスパイプ３６を開く。

【００２１】図５に示すように、試験素子取付部３４に
収納される試験素子２９は、ステンレス棒３０にリード
線３１を溶接することで固定されている。試験素子２９
のうち発熱抵抗素子は、外部直流電源により通電し、２
００℃にコントロールされる。温度補償素子には、通電
しない。試験例１異物の付着試験図５に示すように、試験素子２９を試験素子取付部３４
に配置し、メインパイプ３３側に空気が流れるようにシ
ャッター３７を図４（Ａ）に示す状態に固定する。次い
で、媒塵、汚れ、オイルミスト等を含む雰囲気中でブロ
ワ３５により３０ｇ／秒の流量の空気を流通し、５０時
間および３００時間後の試験素子２９に対する異物の付
着の有無を調査した。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】なお、抵抗素子を加熱しない場合について
も同様の試験を実施した。この実験結果は、抵抗素子を
加熱した場合と同様であった。試験例２抵抗素子の応答性試験図５に示すように、試験素子２９を試験素子取付部３４
に配置した後、図４（Ｂ）に示す状態にシャッター３７
を固定し、試験素子取付部３４を無風状態とする。この
とき、試験素子２９は、外部直流電源により約２５０℃
にコントロールする。次いで、シャッター３７を瞬間的
に図４（Ｂ）に示す状態から図４（Ａ）に示す状態にス
ライドし、試験素子取付部３４に空気を流して試験素子
２９の温度が空気流により冷却されて所定温度に安定す
るまでの応答時間を測定した。この応答時間は、所定温
度の７５％に到達するまでの時間とした。また、試験素
子２９の温度は、試験素子２９の抵抗値から読み取っ
た。表２は、その結果をまとめたものである。

【００２４】

【表２】

【００２５】このように、実施例１〜実施例５は、比較
例に比べ異物が付着しにくく、また応答性も良好であっ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗素子
および熱式流量センサによれば、抵抗素子の表面に窒化
ホウ素を含有する保護層を設けたため、埃、ごみ、オイ
ル、溶融物等の付着が低減されるので、抵抗素子の表面
に断熱層等が形成されにくいことから、応答性を各段に
向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による抵抗素子を示す模式断面
図である。

【図２】本発明の実施例による抵抗素子を用いた熱式流
量センサの電気回路図である。

【図３】本発明の実施例による抵抗素子を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の実施例による試験装置を示すもので、
（Ａ）は、メインパイプに空気が流れる状態を示す模式
図、（Ｂ）は、バイパスパイプに空気が流れる状態を示
す模式図である。

【図５】図４に示すＡ−Ａ線断面である。

【符号の説明】

１０セラミックパイプ（電気絶縁性基体）１１金属薄膜（抵抗体）１２第１リード線１３第２リード線１４導電性ペースト（接続部）１６ガラス層１７窒化ホウ素層（被覆層）２０抵抗素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板状、筒状または柱状の電気絶縁性基体
と、この電気絶縁性基体の外面に形成される抵抗体と、前記電気絶縁性基体に固定される第１リード線および第
２リード線と、前記抵抗体と前記第１リード線および第２リード線とを
電気的に接続する接続部とを備える抵抗素子であって、表面に窒化ホウ素を含有する被覆層を備えたことを特徴
とする抵抗素子。
【請求項２】請求項１記載の抵抗素子を用いた熱式流
量センサ。