JP3271727B2

JP3271727B2 - 抵抗体素子

Info

Publication number: JP3271727B2
Application number: JP02410494A
Authority: JP
Inventors: 磯野　　忠; 渡辺　　泉; 実高橋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH07229777A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度依存性を示す電気
抵抗を有する抵抗体素子に係り、特に、内燃機関の吸入
空気流量を計測するに好適な抵抗体素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、流体の流速を計測する抵抗体
素子として、円筒状または板状の絶縁性を有するセラミ
ックなどの基体上に、細線状または薄膜状の抵抗体を形
成したものが知られている。そして、この抵抗体と電気
的に導通されるリード線の材料として、耐食性より貴金
属単体または貴金属の合金が選ばれていた。

【０００３】しかし、耐食性を重要視すると、流量計測
の応答性に難点が残る。この点を向上させた抵抗体素子
として、例えば、特開平5−52626号公報に開示されてい
るものがある。これは、抵抗体素子のリード線に貴金属
等より熱伝導率の低い材料を用い、抵抗体で発熱させた
熱がリード線を伝って容易に逃げないようにし応答性の
向上を図るものである。具体的には、リード線は、鉄−
ニッケル合金等の熱伝導率の低い材質からなる芯線と、
製造時の酸化を防止するために芯線の表面に白金族の合
金をクラッドした被覆層とから形成されたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のように、鉄
−ニッケル合金の芯線を酸化防止用の被覆層で保護した
クラッド線を抵抗体素子のリード線として用いた場合、
溶接などにより抵抗体素子を支持部材に固定する際、熱
により溶接部近傍の該被覆層が剥離し、鉄−ニッケル合
金部が露出する。そして、自動車のエンジンルーム内の
ような苛酷な使用環境条件下においては、その露出した
部分が腐食し、性能や品質を低下させるという問題があ
った。

【０００５】従って、鉄−ニッケル合金を外気に露出さ
せないための溶接作業が必要で製作の面で難しい点を持
っているものであった。

【０００６】また、鉄−ニッケル合金に白金族の合金を
クラッドしたリード線は、貴金属等のリード線に比べ材
料費は低減できるが、クラッド加工の加工費を含めた原
価を計算すると必ずしも安いものではなく、抵抗体素子
のコストアップに繋がっているものであった。

【０００７】さらに、リード線はセラミックなどの基体
にガラスまたはガラスを含む導電体で接着固定されてい
るが、リード線とガラスとの密着強度は耐食性と裏腹な
関係にあり、耐食性を良くすると密着強度が低下すると
いう問題もある。

【０００８】本発明の第１の目的は、抵抗体素子のリー
ド線として耐食性と低熱伝導率とを兼備し、信頼性の向
上と低コストに結び付く抵抗体素子を提供することにあ
る。

【０００９】また、第２の目的は、適度に酸化皮膜が得
られてリード線と基体との密着強度が向上する抵抗体素
子を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、温度
依存性を示す電気抵抗を有する抵抗体と、抵抗体に電気
的に導通され前記電気抵抗を取り出すリード線とを含む
抵抗体素子において、リード線の材料が、貴金属元素の
うち少なくとも白金、パラジウムおよびイリジウムの３
元素を主成分とする合金であり、前記主成分の重量パー
セントが、白金１５％、パラジウム７０％およびイリジ
ウム１５％であることにより達成される。

【００１１】また、リード線の材料が、白金と、イリジ
ウムと、前記白金と前記イリジウムを除く貴金属元素の
うち少なくとも１種類の元素とを主成分とする合金であ
って、前記白金と前記イリジウムとの合計重量に対する
前記イリジウムの重量パーセントが１５％〜７０％であ
ることにより達成される。

【００１２】さらにまた、リード線の材料が、白金とイ
リジウムと該白金と該イリジウムを除く貴金属元素のう
ち少なくとも１種類の元素とを主成分とする合金であっ
て、白金とイリジウムとの合計重量に対するイリジウム
の重量パーセントが１５％〜７０％であること、あるい
はイリジウムとイリジウムを除く貴金属元素のうち少な
くとも２種類の元素とを主成分とする合金であって、該
合金の総重量に対するイリジウムの重量パーセントが２
０％以下であることによっても達成される。

【００１３】そして、第２の目的を達成する抵抗体素子
は、電気絶縁性を有する基体と、基体上に形成された抵
抗体と、基体にガラスまたはガラスを含む導電体で固定
され抵抗体に電気的に導通されたリード線とを含み構成
された抵抗体素子において、リード線の材料が、上記し
たいずれかの合金からなるものである。

【００１４】

【作用】本発明の抵抗体素子は、リード線を耐食性に富
んだ貴金属元素を主成分とした合金で構成しているた
め、酸化防止のための被覆層を設けなくてもエンジンル
ーム内のような苛酷な使用環境条件下でも腐食すること
がなく、従って、加工作業により該被覆層が剥離しその
露出部分が腐食すると言うような問題がないので、性能
や品質の信頼性向上と低コストに結び付けることができ
る。

【００１５】そして、貴金属元素を主成分とした合金で
あるが、３元素合金またはそれ以上の多元素合金を採用
し、熱伝導率の低いものとしている。その結果、抵抗体
で発熱した熱がリード線から容易に逃げず、また、逆に
外部の熱がリード線を伝って侵入してくることがないの
で、抵抗体素子の応答性を高めることができる。特に、
リード線の外表面から逃げる熱量の影響が少なくなり、
その効果は大きい。

【００１６】さらに、リード線の熱絶縁性が向上する
と、電源投入時の熱バランス安定時間が短くなりこの点
からも出力特性のバラツキが低減され応答性を高めるこ
とができる。

【００１７】一般に、貴金属を合金化すると、元の貴金
属単体に比較して、熱伝導率は低下することが知られて
いる。例えば、リード線として一般的に用いられている
白金単体および白金−イリジウム合金については、図５
に示されたように確認されている。これによれば、純白
金にイリジウムを含有させるほど純白金よりその熱伝導
率が低下することが判る。そして、イリジウムの含有率
（重量パーセント）が２０％から５０％位で熱伝導率が
顕著に低下している。しかし、イリジウムの含有率が増
加するに伴い、硬く脆くなると言ったイリジウム本来の
性質が表面化して来る。そのため、リード線のような伸
線加工する物のイリジウム含有率は、２０％以下に限定
される。特に、自動車部品のように常に振動を受けるも
のでは、脆い材質であると断線の危険性があり、従っ
て、白金−イリジウム合金であれば、実用的な含有率は
１０％から１５％である。

【００１８】上記のように、一方の貴金属に他方の貴金
属を含有させ熱伝導率を下げようとしても、２元素合金
のリード線では、加工性や機械的特性などに問題が生
じ、その含有率、即ち配合の自由度が限定され、思うよ
うに熱伝導率を下げることが困難である。

【００１９】そこで、上記の白金−イリジウム合金の場
合であれば、熱伝導率が低い値を示すイリジウム含有率
３０％位を確保し、且つイリジウム含有率を脆性の点で
問題のない１５％に抑えるために、白金とイリジウム以
外の第３の貴金属を含有させて合金化することが考えら
れる。

【００２０】具体的には、白金３５％、イリジウム１５
％および第３の貴金属５０％からなる３元素合金とす
る。このようにすれば、「白金とイリジウムの合計」に
対するイリジウム含有率（重量パーセント）３０％は確
保され、合金全体に対するイリジウム含有率（重量パー
セント）は１５％に抑えられる。従って、脆性を増すこ
となく熱伝導率を低下させることができる。

【００２１】よって、本発明による抵抗体素子のリード
線は、貴金属元素を主成分とした３元素または多元素の
合金配合とすることによって、その配合の自由度を高め
発生する実用上の問題点を払拭し、純貴金属または２元
素合金と比較し低い値の熱伝導率を示すものとなる。

【００２２】一方、セラミックの基体とリード線との固
定に、ガラスまたはガラスを含有する導電体からなる接
着剤を用いる場合、ガラスとリード線の密着強度を増加
させる方法として、リード線の表面に薄く酸化被膜を形
成させ、該酸化被膜とガラスのイオン結合力を利用し密
着強度を増加させる方法がある。

【００２３】本発明によれば、白金族元素を主成分とし
た３元素合金または多元素合金のうち１種類の元素をパ
ラジウムとする。これにより、白金族の中にあって比較
的酸化し易いパラジウムが、約７００℃の熱処理により
リード線の表面で酸化パラジウム（ＰｄＯ）の酸化被膜
を形成するので、目的が達成される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による実施例について図面によ
り説明する。

【００２５】本発明による第１の実施例について、図１
および図２を用いて説明する。

【００２６】図１は、本発明に係る空気流量計測装置の
断面を示す図である。空気流量計測装置は、図に示すよ
うに、ボディ７内に自動車のエンジンに供給される空気
を流すための主空気通路１と、流量計測用の空気を流す
ための副空気通路２と、副空気通路２内にあって吸入空
気流量を検出するための発熱抵抗体素子４と、吸入空気
温度を検出するための感温抵抗体素子５と、それぞれの
素子が固定される支持部材６と、ボディ７の外周に設け
られた制御モジュール３と、から構成されている。

【００２７】制御モジュール３は、発熱抵抗体素子４と
感温抵抗体素子５で検出された信号を、空気流量に対応
した電気信号として出力するものである。

【００２８】図２は、本発明による一実施例の抵抗体素
子の断面を示す図である。

【００２９】発熱抵抗体素子４および感温抵抗体素子５
（両方を含めて以下、抵抗体素子等と言う。）は、リー
ド線１１を除き従来の抵抗体素子等と同様の構造であ
る。その概要は、アルミナ等のセラミック材料から成る
円筒状の基体８の内部に、リード線１１がガラス材料等
から成る接着剤９により固着され、その後、基体８の外
周面に、リード線１１に電気的に導通された白金等の細
線を巻線して成る抵抗体１０とガラス材料等から成るコ
ーティング層１２とが形成されたものである。

【００３０】本実施例において、リード線１１は、白
金、イリジウム等の貴金属元素を主成分とした合金であ
る。そのため、酸化防止用の被覆層を設けなくても良好
なる耐食性を有している。従って、エンジンルーム内の
ような苛酷な使用環境条件下であっても腐食することが
なく性能や品質の信頼性が確保される。

【００３１】本実施例の抵抗体素子等は、前記構成とす
ることにより、リード線１１の耐食性を良好にし、且
つ、抵抗体１０で発熱した熱量のうちリード線１１を伝
わって逃げる熱量を、あるいは、ボディ７側からリード
線１１を伝わって侵入してくる熱量を抑えることができ
る。

【００３２】ところで、一般に純金属における熱伝導率
λ(Ｗ／ｍ℃)は、比抵抗率σ(μΩ・ｃｍ)と、温度Ｔ
(℃)の関数であり、次式で表され、 λ＝2．43×Ｔ×（１／σ）（数１）これより、純金属においては、熱伝導率λと比抵抗率σ
の間に反比例の関係が成り立つことが知られている。

【００３３】この式は、純金属以外のものについて当て
嵌まるものではないが、貴金属を主成分とする貴金属合
金については、表１に示す通り、比抵抗率が大きいほど
熱伝導率が小さくなる。従って、貴金属を主成分とする
合金からなるリード線１１の熱伝導率を小さくする元素
の配合は、元の純貴金属の比抵抗率より貴金属合金の比
抵抗率を大きくする配合であると言える。

【００３４】

【表１】

【００３５】一般に、合金の比抵抗率σgは、その合金
の主成分である元の金属単体の比抵抗率σ₀より高い値
を示す。これは、合金の結晶粒界中に存在する介在物が
抵抗となるためであり、合金全体としての比抵抗率を高
めるからであると云われている。

【００３６】本実施例のリード線１１は、貴金属を主成
分とする３元素合金あるいは多元素合金であるため、結
晶粒界中に存在する介在物がさらに多種で複雑に存在す
る。従って、その合金の主成分である元の貴金属単体の
比抵抗率のいずれの値よりも、合金の比抵抗率の値が大
きくなる。それだから比抵抗率に反比例し熱伝導率が小
さくなり、断熱効果を向上させることができる。

【００３７】尚、貴金属元素は、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金お
よび金の８元素を指すものである。この８元素の中から
選択された少なくとも３元素を主成分とする合金であれ
ば、耐食性に優れ、且つ比抵抗率に反比例し熱伝導率が
小さい合金となる。

【００３８】以上のように、貴金属を主成分とする３元
素合金あるいは多元素合金からなるリード線を用いるこ
とにより、耐食性が良好で信頼性が高く、リード線を伝
わる熱量を抑え応答性が優れた抵抗体素子等を提供する
ことができる。特に、リード線の外表面から逃げる熱量
の影響が少なくなり、その効果は大きい。さらに、リー
ド線の熱絶縁性が向上すると、電源投入時の熱バランス
安定時間が短くなりこの点からも出力特性のバラツキが
低減され応答性を高めることができる。

【００３９】本発明による第２の実施例について説明す
る。耐食性を更に確実なものとするために、リード線１
１の材料を、貴金属元素の中でも特に白金族元素に限定
し、このうちの少なくとも３種類の元素を主成分とする
合金とするものである。

【００４０】白金族元素はいずれも化学的に安定である
ので優れた耐食性を示し、これらの元素のみの組合せの
合金の耐食性は、更に確実なものとなる。

【００４１】尚、白金族元素は、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金の
６元素を指すものである。前述したと同様にこの６元素
の中から選択された少なくとも３元素を主成分とする合
金であれば、耐食性に優れ、且つ比抵抗率に反比例し熱
伝導率が小さい合金となる。

【００４２】従って、本実施例により、応答性に優れ、
耐食性に富んだ抵抗体素子を提供できる。

【００４３】また、本発明による第３の実施例について
説明する。リード線１１の材料が、白金族元素のうち少
なくとも１種類の元素と白金族元素を除く面心立方格子
結晶構造を有する遷移金属元素とを含む３種類または３
種類以上の元素からなる合金である場合である。

【００４４】通常、２種類の金属元素を容易に合金化す
る場合、即ち２種類の金属元素の固溶体を容易に形成す
る場合、それらの元素が同じ結晶構造を持ち、両者の原
子半径の差が１５％以内に近接してしていることが必要
条件とされている。

【００４５】白金族元素は、ルテニウム、オスミウムを
除き面心立方格子結晶構造を持ち、原子半径は、ルテニ
ウムの１．３３Åから白金の１．３９Åまでと非常に近
接している。従って、貴金属元素以外の遷移金属元素で
あっても、面心立方格子結晶構造を持つ遷移金属元素に
限定すれば、白金族元素と容易に固溶体を形成するもの
である。

【００４６】ところで、遷移金属元素の面心立方格子結
晶構造を持つ元素の中には、ニッケルや鉄などの耐食性
に劣る元素も含まれている。しかし、このような元素も
合金配合する元素によっては耐食性を上げることが可能
である。例えば、ニッケル−モリブデン−鉄で構成した
ハステロイ合金の場合、クロムを配合することにより、
腐食速度を１／２×１０⁴まで抑えらることが知られて
いる。

【００４７】よって、白金族元素を主成分とし、仮りに
耐食性に劣る遷移金属元素を含有させてもそれを補う別
の金属元素を配合させれば、耐食性を問題の無いレベル
まで改善できる。従って、この実施例においても、応答
性に優れ耐食性に富んだ抵抗体素子を提供できる。

【００４８】さらに、本発明による第４の実施例につい
て説明する。リード線１１の材料である貴金属元素の合
金において、少なくとも白金、パラジウムおよびイリジ
ウムの３種類を主成分として含有しているものである。

【００４９】抵抗体素子等に用いるリード線１１は、一
般的に、強度と断熱性のバランスが考慮され、直径0．1
mmから0．3mmの細線である。しかし、このような細線
は、伸性が小さく加工中にクラックや断線を生じること
があり、細線化できない場合もある。

【００５０】一般に、白金とパラジウム、または白金と
イリジウムの２元素合金は、伸性が良く加工し易い配合
であることが知られている。従って、少なくとも白金、
パラジウムおよびイリジウムの３種類を主成分とする合
金からなるリード線１１は、伸線加工が容易で、上記の
ような場合にも対処することができる。

【００５１】一例であるが、白金１５％、パラジウム７
０％、イリジウム１５％の合金の場合、当発明者の実測
値によれば熱伝導率λは１８（Ｗ／ｍ℃）を示し、白金
の熱伝導率の約１／４であることが判明した。且つ、伸
線加工も容易であった。従って、これらの合金からなる
リード線を用いれば、優れた抵抗体素子等を提供するこ
とができる。

【００５２】上記の白金１５％、パラジウム７０％、イ
リジウム１５％の合金においては、白金とイリジウムと
の合計重量に対するイリジウム含有率（重量パーセン
ト）は５０％である。これ位のイリジウム含有率でも熱
伝導率が低い値を示すことを当発明者は確認している。
そして、上記の確認結果と図５に示されたデータから、
白金とイリジウムと、該白金と該イリジウムを除く貴金
属元素のうち少なくとも１種類の元素とを主成分とする
合金においては、白金とイリジウムとの合計重量に対す
るイリジウム含有率（重量パーセント）は、１５％〜７
０％の範囲位が望ましいと言える。

【００５３】また、合金の総重量に対するイリジウム含
有率（重量パーセント）が２０％であると、脆くて実用
的でないことを当発明者は確認している。

【００５４】図３は、本発明による抵抗体素子を採用し
た空気流量計と従来の空気流量計の応答性を比較した一
実験結果を示す図である。

【００５５】本発明品のリード線の材料は、白金１５
％、パラジウム７０％、イリジウム１５％の３種類の元
素から成る合金である。従来品のリード線の材料は、白
金単体である。当発明者による実験によって、本発明に
よる抵抗体素子を用いた空気流量計の方が、応答性、即
ち測定精度の向上が得られることが確認された。

【００５６】図４は、本発明による他の実施例の抵抗体
素子を示す斜視図である。図において、発熱抵抗体素子
４および感温抵抗体素子５の構造は、それ自体の電気抵
抗が温度依存性を示す白金等の細線を抵抗体１０として
用い、その抵抗体１０をリード線１１と電気的に導通
し、ホルダ１４により固定したものである。

【００５７】この実施例に用いられるリード線の材料に
は、これまで記述してきた全ての合金が適用されるの
で、前述と同様に、応答性と耐食性に優れた抵抗体素子
等を提供することができる。

【００５８】一方、図２に戻って、基体８とリード線１
１との密着強度について説明する。

【００５９】本実施例のような抵抗体素子等において
は、基体８とリード線１１の接合に、ガラスまたはガラ
スを含有する導電体からなる接着剤が一般に用いられ、
その密着強度はリード線１１の金属表面に対するガラス
の密着性に依存されている。そして、金属とガラスとの
密着性に関しては、金属表面の酸化被膜の存在が密着強
度を高める必要条件であると知られている。

【００６０】これは、金属とガラスの機械的結合に加え
て酸化皮膜とガラスのイオン結合が付加されるためであ
る。しかし、従来の抵抗体素子に用いられたリード線の
材料である白金や白金−イリジウム合金では、リード線
１１の表面に酸化被膜を形成させることが困難で、基体
８とリード線１１との密着強度に限界があった。

【００６１】そこで、本実施例では、白金族元素の中に
あって比較的酸化し易いパラジウムをリード線１１に含
有させ、約７００℃の加熱によりリード線１１の表面に
酸化パラジウム（ＰｄＯ）の酸化被膜を形成させるもの
である。これより、ガラスを含んだ接着剤９の焼成工程
（７００℃以上）を介して、容易にリード線１１の表面
に酸化被膜を形成させることができ、密着強度の向上が
図られる。

【００６２】リード線１１をパラジウムを含む合金とす
ることにより、応答性、耐食性に優れ、更に基体８とリ
ード線１１との密着強度も高い抵抗体素子等を提供でき
る。

【００６３】以上の記述では、円筒形状の基体に巻線し
て成る抵抗体素子について説明したが、円筒形状以外の
板状の基体に抵抗膜を形成して成る抵抗体素子などにつ
いてもリード線を用いたものであれば適用され得ること
は言うまでもない。

【００６４】

【発明の効果】本発明により、耐食性と応答性に優れた
抵抗体素子を得ることができる。そのため性能や品質の
信頼性と測定精度の向上が図られる。また、リード線は
クラッド加工のないものであり溶接作業も容易であるの
で、コスト低減が図られる。

【００６５】さらに、ガラスとリード線の密着強度を増
加させることができるので、基体とリード線間の剥離に
よる弊害が無くなり製品信頼性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気流量計測装置の断面を示す図
である。

【図２】本発明による一実施例の抵抗体素子を示す断面
図である。

【図３】本発明による抵抗体素子を採用した空気流量計
と従来の空気流量計の応答性を比較した一実験結果を示
す図である。

【図４】本発明による他の実施例の抵抗体素子を示す斜
視図である。

【図５】白金−イリジウム合金におけるイリジウム含有
率と熱伝導率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１・・主空気通路、２・・副空気通路、３・・制御モジュー
ル、４・・発熱抵抗体素子、５・・感温抵抗体素子、６・・支
持部材、７・・ボディ、８・・基体、９・・接着剤、10・・抵抗
体、11・・リード線、12・・コーティング層。

フロントページの続き (72)発明者渡辺泉茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内 (72)発明者高橋実茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内審査官飯野茂 (56)参考文献特開昭56−108907（ＪＰ，Ａ) 特開平３−84423（ＪＰ，Ａ) 特開平５−52626（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699 G01K 7/16 G01P 5/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】温度依存性を示す電気抵抗を有する抵抗体
と、前記抵抗体に電気的に導通され前記電気抵抗を取り
出すリード線とを含む抵抗体素子において、前記リード線の材料が、少なくとも白金、パラジウムお
よびイリジウムの３元素を主成分とする合金であり、前記主成分の重量パーセントが、白金１５％、パラジウ
ム７０％およびイリジウム１５％であることを特徴とす
る抵抗体素子。
【請求項２】温度依存性を示す電気抵抗を有する抵抗体
と、前記抵抗体に電気的に導通され前記電気抵抗を取り
出すリード線とを含む抵抗体素子において、前記リード線の材料が、白金と、イリジウムと、前記白
金と前記イリジウムを除く貴金属元素のうち少なくとも
１種類の元素とを主成分とする合金であって、前記白金と前記イリジウムとの合計重量に対する前記イ
リジウムの重量パーセントが１５％〜７０％であること
を特徴とする抵抗体素子。
【請求項３】温度依存性を示す電気抵抗を有する抵抗体
と、前記抵抗体に電気的に導通され前記電気抵抗を取り
出すリード線とを含む抵抗体素子において、前記リード線の材料が、イリジウムとイリジウムを除く
貴金属元素のうち少なくとも２種類の元素とを主成分と
する合金であって、前記合金の総重量に対する前記イリ
ジウムの重量パーセントが２０％以下であることを特徴
とする抵抗体素子。
【請求項４】電気絶縁性を有する基体と、前記基体上に
形成された抵抗体と、前記基体に固定され前記抵抗体に
電気的に導通されたリード線とを含み構成された抵抗体
素子において、前記リード線の材料が、請求項１から請
求項３までに記載されたいずれかの合金であることを特
徴とする抵抗体素子。