JP3813864B2

JP3813864B2 - 抵抗体素子

Info

Publication number: JP3813864B2
Application number: JP2001364659A
Authority: JP
Inventors: 博幸阿部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2003163105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気流量を検出するのに好適な抵抗体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発熱抵抗体および感温抵抗体に関する従来技術は、例えば特開平５−３１２６１７号公報に開示されている。これは、外径φ０．５ｍｍ、長さ２ｍｍ程度の円柱状のアルミナパイプにφ０．１５程度のリードを挿入し、その表面にφ２０μｍの白金線をスパイラル状に巻線した後、抵抗体の表面に保護膜としてガラスをコートするというものである。
【０００３】
また、特開平１１−２３０８０２号公報に開示されている抵抗体素子は、シリコン基板上に発熱抵抗体、感温抵抗体を形成し、その表面に光触媒膜つまり酸化チタンで形成した保護膜を形成し、この保護膜の近傍に発光体を設けることにより、発熱抵抗体、感温抵抗体に付着した汚損物質を除去するというものである。
【０００４】
さらに、特開平９−１７６０８号公報には、白金薄膜の表面に酸化チタンを蒸着する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来技術のうち、特開平５−３１２６１７号公報に記載の技術は、保護膜にガラスをコーティングする構造であるが、ガラス等の無機物質（酸化物）は一般的に親水性に近いことが知られている。つまり発熱抵抗体、感温抵抗体に水が付着した際、ガラスは水を弾くはっ水作用により、コーティング表面に水が一様に広がる親水性を示し、水が発熱抵抗体、感温抵抗体に付着して、さらにここにダスト、ゴミ等の汚損物質が付着した場合、これら発熱抵抗体、感温抵抗体の放熱特性等の諸特性を変化させてしまう恐れがある。
【０００６】
一方、特開平１１−２３０８０２号公報に記載の技術は、保護膜に汚損物質が付着しても光触媒膜と発光源による光触媒作用により汚損物質を除去するというものであり、発光源を必要とする。
【０００７】
なお、特開平９−１７６０８号公報に記載の技術、すなわち白金薄膜の表面に蒸着した酸化チタン膜の効果は、酸素以外の汚染物質の白金薄膜への拡散を防止すること、つまり高温度においても白金薄膜が劣化させないことにあり、後述する本発明とはその目的、構成、効果のいずれの点でも相違している。
【０００８】
本発明の目的は、発熱抵抗体、感温抵抗体等の表面を覆う保護膜そのものにはっ水作用の機能を付加し、耐汚損性を改善した抵抗体素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、抵抗体の表面をガラス保護膜で覆い、空気流の中に曝露して使用される抵抗体素子であって、前記保護膜を、ガラスと酸化チタンとの混合部材で形成することによって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面により説明する。
【００１１】
図１は本発明で提示している抵抗体素子の一実施例の断面図である。
【００１２】
抵抗体素子１はアルミナ等の安価な汎用無機材により外径φ０．５〜φ０．９ｍｍ、長さ２〜３ｍｍ程度の円柱状パイプ２に外径φ０．２ｍｍ以下のリード３を接着剤４により接着固定する。このリード３は白金線、白金合金線、非貴金属材料表面に貴金属材料をクラッドしたリードが使用されることが多く、接着剤４にはガラス系の無機物、あるいは白金、銀を始めとする貴金属を導電体とした導電性接着ペーストが使用されるケースが多い。さらに白金細線等を抵抗体５として使用するため、抵抗体５の片端をリード３に溶接し、これを基点にパイプ２上をスパイラル状に巻線し、所定の抵抗値に巻線し終えた後、反対側のリード３に溶接固定する。最後に抵抗体部分を保護するためガラスで保護膜６を形成する。
【００１３】
本発明の説明を具体的に行う前に、本発明が最も効果的に使用されるであろう熱式空気流量計について図４を用いて説明する。
【００１４】
発熱抵抗体８および感温抵抗体９を用いた熱式空気流量計の発熱抵抗体８は、空気温度を計測する感温抵抗体９と常に一定の温度差に保たれるようにフィードバック回路により定温度制御され、常時加熱されている。発熱抵抗体８は空気流の中に設置されるため、この空気流に放熱する発熱抵抗体８の表面部分が放熱面、つまり熱伝達面となる。この熱伝達で空気流に奪われた熱量を電気的信号に変換し、空気流量を計測する。１０は発熱抵抗体８からの信号を電気的に変換し、空気流量信号にする駆動回路を保持し、かつ、全吸入空気流量が流入する空気通路を形成するエンジンボディである。エンジンボディ１０は、吸入空気の大部分が流入する一方の空気通路としての主通路１１と、一部の空気が流れ込む他方の空気通路としての副通路１２とに分けられた両通路を有し、発熱抵抗体８と感温抵抗体９とから成る抵抗体素子１が副通路１２中に配置されている。
【００１５】
内燃機関は、空気流量計が計測した信号と他センサの信号を基に、マイクロコンピュータが内燃機関のシリンダ内へのインジェクタ噴射量を決定し、内燃機関の燃焼制御を行っているが、空気流量測定装置の信号をベースに内燃機関の燃焼制御を行っているため、発熱抵抗体を用いた熱式空気流量計は直接質量流量を測定できる利点と、その信頼性により、多くの内燃機関の制御システムに採用されている。
【００１６】
図１を例に本発明の構造および特徴を説明する。円柱状パイプ２にリード３が接着剤４により接着固定された後、白金細線の片端をリード３に溶接し、これを基点にパイプ２上をスパイラル状に巻線し、所定の抵抗値に巻線し終えた後、反対側のリード３に溶接固定し、抵抗体部分に保護膜６を形成する構造および製造工程は従来と同様である。そして本発明では、抵抗体５を保護する保護膜６にはっ水性を有する部材を採用したことに特徴があり、本実施例では、このはっ水膜として、酸化チタン２ｗｔ％を含むガラスにより形成した。ガラスは一般的にシリカ、アルミナ、酸化鉛、酸化亜鉛等から形成されることが多いが、本発明では親水性傾向といわれるシリカガラス、鉛ガラス等に酸化チタンを配合したガラスを用いることにより、ガラス表面に発生するシラノール基（水酸基）の規則正しい配列を阻害し、シリカガラス、鉛ガラスの表面に酸化チタンを適度に配列することではっ水性を付与させることが可能となる。この場合、水滴との接触角が少なくとも９０°以上あればはっ水膜と云える（水滴との接触角が９０°を境にはっ水膜と定義付けているが、現在明確なはっ水膜と親水膜の境界線は無く、少なくとも９０°以上の接触角であれば一般的常識よりはっ水膜と云える）。
【００１７】
ここではっ水性について簡単に説明する。はっ水性とは、水分子となじめずに水に溶けにくい性質を持った原子団あるいは分子を指すが、表面に付着した水滴を弾くことができる表面状態をはっ水と云い、水滴を弾くことができず、一様になじんでしまう状態を親水性と云う。これは、膜表面の表面自由エネルギの大小で説明できる。表面自由エネルギは膜表面に発生する余分なエネルギで、この値が大きいと水分子を膜表面に取り込むエネルギが大きいため、親水的な傾向となる。反対に表面自由エネルギが小さい膜ははっ水性を有する傾向にあり、この表面自由エネルギは表面張力および水滴との接触角と相関性がある。
【００１８】
次に、酸化チタンを用いた本発明の保護膜７を用いることによる効果を説明する。抵抗体素子１において抵抗体５を保護する保護膜６は通常ガラスで形成されていることが多いが、ガラスは一般的に水に対しては親水的（親水性）であると云われている。したがって抵抗体素子１に水が付着した場合、水滴は抵抗体外周に一様に濡れる傾向となる。この場合、抵抗体素子１全周に濡れ広がった水は飛散しにくく、ある温度に加熱されて使用される発熱抵抗体７の場合、発熱抵抗体７表面に濡れ広がった水の影響で発熱抵抗体７本来の放熱特性等の諸特性を変化させる要因となり、流量測定精度を悪化させる可能性がある。
【００１９】
また、水滴が保護膜表面に一様に濡れ広がった場合、濡れ広がった水は飛散しにくく、ここにダスト、ゴミ等の汚損物質が流入した際、表面に付着しやすくなり、抵抗体素子１の汚損を加速させる要因となる可能性がある。
【００２０】
一般的に考えて前記抵抗体素子１表面の保護膜を疎水性樹脂でコートすれば良いものであるが、これら樹脂の耐熱温度はせいぜい２００〜３００℃程度であり、発熱抵抗体７は４００℃付近の耐熱性を要求される場合が多く、採用できない。また、これらの多くは経時と共にコート膜が摩耗損失したり、初期性能が失われたりする事例が多い。逆に４００℃以上の耐熱性を維持できる工業用コーティングとしてガラスは有効である。そこで本発明では、ガラスの特性を生かしつつ、更にガラスにはっ水作用を付加させたガラスを以って、発熱抵抗体７のコート膜とすることで、抵抗体素子１表面の耐汚損性を改善することを提案するものである。具体的にはガラスの添加剤として酸化チタンを配合する。酸化チタンは近年、光触媒での励起作用により、酸化チタン表面を清浄する効果が確認され、セルフクリーニング膜として、多方面に採用されているが、本発明は光触媒による励起作用による汚損物質除去を趣旨としている訳ではない。逆に光触媒を必要としないことに特徴がある。酸化チタンの光触媒作用は、光が酸化チタンに入射されることにより発生する励起作用を利用したものであるが、このセルフクリーニングは表面に付着した液体が親水的に一様に拡散することを促す効果ともいえるため、はっ水性の効果よりも親水効果が大きい側面がある。相反して、光のない状態において酸化チタンははっ水性を有することが近年判りはじめ、現在この分野の研究が進んでいる。つまり本発明では、自動車のエンジンルームに設置される熱式空気流量計の抵抗体素子１は常に暗所に設置されていることに注目し、光のない状態における酸化チタンのはっ水性を利用したものである。
【００２１】
以下、本発明の別の実施例について説明する。
【００２２】
図２は、円柱状のパイプ２表面に白金等により抵抗体５を薄膜により形成し、この抵抗体表面にレーザ等でスパイラル状に抵抗トリミングした後、リード３を白金接着剤４等で接着し、保護膜６を形成する構造の抵抗体素子１に本発明の酸化チタンを採用した保護膜６を適用した例である。
【００２３】
図３は、アルミナ等の中実ボビン２表面に白金等で薄膜を形成し、この抵抗体５表面にレーザ等でスパイラル状に抵抗トリミングした後、両端にリード３を有するキャップ１４を圧入し、保護膜６を形成する構造の抵抗体素子１に本発明の酸化チタンを採用した保護膜６を適用した例である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱抵抗体、感温抵抗体等の表面を覆い保護膜にはっ水作用の機能を付加し、耐汚損性を改善した抵抗体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す抵抗体素子の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す抵抗体素子の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す抵抗体素子の断面図である。
【図４】本発明の抵抗体素子を使用した空気流量測定装置の断面図である。
【符号の説明】
１…抵抗体素子、２…円柱状パイプ、３…リード、４…接着剤、５…抵抗体、６…保護膜、７…キャップ、８…発熱抵抗体、９…感温抵抗体、１０…エンジンボディ、１１…主通路、１２…副通路。

Claims

内燃機関のエンジンルームの空気ダクト内に設置され、空気流の中に暴露して使用される、吸入空気流量を検出するための抵抗体素子であって、抵抗体の表面がガラス保護膜で覆われているものにおいて、前記保護膜を、ガラスと酸化チタンとの混合部材で形成したことを特徴とする抵抗体素子。
請求項１において、絶縁体により形成された円柱状パイプの両端に導電性部材より成るリード線を接着し、前記円柱状パイプ表面に抵抗体を形成し、その表面に保護膜を形成する抵抗体素子の前記保護膜を、ガラスと酸化チタンとの混合部材で形成した抵抗体素子。
請求項１又は２に記載の抵抗体素子をエンジンルームの空気ダクト内に設置した内燃機関。