JPH01307624A - 熱線式空気流量センサ及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱線式空気流量センサに係り、特に、自動車
内燃機関の吸入空気量の検出に好適な熱線式空気流量セ
ンサ、及び、その製造法に関する。

〔従来の技術〕

熱線式空気流量センサは、流量を測定すべき空気の流れ
の中に発熱抵抗体を置き、空気流速によって放散熱量が
変化するのに応じて温度を一定に保つための電流を変化
させ、この電流量により空気流速を検知するようにした
もので、可動部分がなく、しかも、質量を直接検出でき
るため、自動車内燃機関の空燃比制御用などに広く採用
されている。

この流量センサの発熱抵抗体には、直径が数十ミクロン
の白金などの金属ワイヤが用いられており、従来は１例
えば、実開昭５６−９６３２６号公報に記載のように、
この発熱抵抗体となる金属ワイヤをセラミック等のボビ
ンに巻付けて構成していた。

一方、特開昭６２−８３６２２号公報に記載のように。

発熱抵抗体となる金属ワイヤを金属芯線にコイル状に巻
き、ガラスコーティングした後、酸により金属芯線をエ
ツチング除去したボビンレス方式があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術のうち金属ワイヤをセラミックなどのボビンに
巻付けた発熱抵抗体では、ボビン自体を加熱する熱及び
ボビンを伝わって支持体に伝わる熱量が無視できず、特
に空気流量の変化に対し過渡応答が遅れるため、自動車
の急加速、減速時にサージングが発生する問題があった
。

一方、ボビンレス方式では、応答性の改善が行われ、巻
線作業も複数個連続に行うことができるので製造の自動
化率が増すが、芯線への発熱抵抗体の巻付けが不安定で
あったり、ガラスコーティングせずに残した両端の金属
の取扱いが困這で、支持体に保持させる組立作業等に充
分な作業性が得られないなどの問題があった。

本発明の目的は、発熱抵抗体の芯線への精度の良い巻付
けや両端部の処理に関する作業を容易にして、高い自動
化率で製造でき、空気流量変化時の充分な応答性を持っ
た熱線式空気流量センサ、及び、その製造法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、断面が楕円形の金属芯線に発熱抵抗体の金属
ワイヤを巻付け、金属ワイヤ先端部に金属リード線を溶
接した後、ガラス部材を被覆し、金属芯線を除去すると
共にガラス部材の焼成を行い、内部に断面が楕円形の空
洞をもつ構造の発熱抵抗体を製造することにより、装造
の自動化率を高め、熱線式空気流量センサの空気量変化
時の応答性を向上させたものである。

本発明では、発熱抵抗体の金属ワイヤは、断面が楕円形
の金属芯線にコイル状に巻付けた先端部に金属リード線
を溶接し、ガラス部材を被覆、焼成して一体化するが、
金属芯線は導電性があり、リード線間を短絡してしまう
ので、金属芯線を昇華除去した後に、ガラス部材の焼成
を完了させる。

あるいは、ガラス部材を被覆する前、又は、焼成後に金
属芯線をエツチングなどで除去する。

金属ワイヤには、例えば、耐熱性、耐食性の高い白金線
が、リード線には白金イリジウム合金が用いられる。ま
た、昇華性の金属芯線としては、例えば、モリブデン線
が用いられる。

ガラス部材を焼成する温度が高過ぎると白金線が脆化し
、電気的な特性が変化してしまう。また、モリブデンは
高温で酸化し、約７９５℃で昇華するが、芯線を昇華除
去させる場合は、充分な酸素量を補給してモリブデン酸
化物の昇華連敗を妨げないために、モリブデン昇華時の
ガラス部材は充分な空隙を確保していることが望ましい
。このモリブデンを昇華除去する際に、第−層のガラス
部材の多くのものは、酸化モリブデンの影響を受けて流
動性が低下し、多孔質となるが、必要に応じて二層ガラ
スを被覆し、焼成することにより、緻密で強固な複合ガ
ラス部材で一体化することができる。この時、第−層ガ
ラス部材にアルミナなどのセラミック粉末を分散させれ
ば、更に、二層目ガラス部材が浸透しやすくなり、より
緻密で強固な複合ガラス部材で一体化することができる
。

また、第−層ガラス部材を被覆する方法の−っに電気泳
動法による電着があるが、電解質として硝酸アルミニウ
ム、硝酸マグネシウムを用い、有機溶媒としてエチルア
ルコールを用いた懸濁液がある。勿論、これ以外の電解
質、有機溶媒を用いても電着はできるため、これに限定
するものではないが、本発明の熱線式空気流量センサの
製造には、硝酸アルミニウム、硝酸マグネシウム、エチ
ルアルコールの懸濁液が扱いやすい。

これらガラス部材の膨張係数は、必らずしも白金の膨張
係数に合せる必要はないが、使用時の熱サイクルの応力
を緩和するには近い方が望ましい。

得られた発熱抵抗体の幅広面を空気流に向けて設置する
ことにより、応答性の高い空気流量センサが得られる。

〔作用〕

本発明の熱線式空気流量センサは１発熱抵抗体が内部に
断面が楕円の空洞をもち、それに対応した形状の外側面
の幅広面を空気流に向けて１２置するため、空気流に直
接に接する表面積の割合が大きく、従来方式の発熱抵抗
体を用いたものより高い応答性を持った熱線式空気流量
センサが得られる。

発熱抵抗体を製造する際、自動巻線機により断面が楕円
形の金属芯線に発熱抵抗体の金属ワイヤを巻付ける。こ
の際、芯線断面が円形であると金属ワイヤがゆるんだり
して精度良く巻付けることが困難であるが、本発明では
断面が長円形であるため、断面が円形の芯線に比べて巻
線が安定で高精度にできる。また、金属ワイヤの両端部
にり−ド線を溶接し、かつ、その接続部を含む巻線端部
をガラス部材で固定するので、組立作業性が良い。

このリード線の溶接の際、断面が円形の芯線は保持が不
安定であるのに比べ、断面が楕円形の芯線を用いた本発
明は、芯線の平坦部を介して安定に保持できるので、作
業が容易で精度良くできる。

これらにより空気流量センサ製造の自動化率を高められ
１作業性が大幅に向上する。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

〔実施例１〕 第１図は、本実施例の熱線式空気流量センサに用いた発
熱抵抗体１の構造図である。吸入空気量を検出する発熱
抵抗体１は、コイル状に巻いた白金ワイヤ２と、その両
端に接続した白金イリジウム合金のリード線３と、それ
らの接続部２１、及び、白金ワイヤ２を支持するガラス
部材４から成り、内部に断面が長円形の空洞をもち、か
つ、両端部を密封した構造である。

この発熱抵抗体１の製造方法を第２図に基づいて説明す
る。第２図（ａ）は、自動巻線機により直径２０μｍの
白金ワイヤ２を長径０．６５ａｗ！ｌ、短径０．２５ｒ
Ｌｎ　の断面が長円形のモリブデン芯線５に連続的に巻
付けた状態を示す。（ｂ）は、（ａ）から素子−個分の
長さ６ｍに切断し、両端に直径０．１３＋ｎｍの白金イ
リジウム合金のリード線３を接続部２１で溶接した状態
を示す。（Ｃ）は、白金ワイヤ２をモリブデン芯線５に
巻付けた周囲に電気泳動法によりガラス部材４１を被覆
し。

酸化性雰囲気炉で焼成した状態を示す。ここで用いたガ
ラス部材４１は、アルカリ分を含まない５ｉＯ２−Ｐｂ
Ｏ系ガラスで、温度が、８００℃での粘度が６．５ポア
ズ、８５０℃での粘度が４．２ポアズの特性をもつ。こ
のガラス部材４１の焼成において、温度が上昇するにつ
れモリブデン芯線５の酸化が進み、Ｍ２Ｏ３となり、温
度が７９５℃に達するとＭ　ｏ　Ｏδが昇華するが、温
度８００℃での粘度が６．５ポアズのガラス部材４１は
空隙部を保持するため、Ｍｏ０ａの昇棺物はガラス部材
４１の空隙部から揮散し、モリブデン芯線５は除去され
る。その後、温度９５０　’Ｃで二十分間保持してガラ
ス部材４１の焼成を終るが、ガラス部材４１は昇華した
Ｍｏ０ａと反応して流動性が低下するため、多孔質とな
り表面の平滑度も充分でないので、（ｄ）に示すように
二層目のガラス部材を浸漬法で被覆し、酸化性雰囲気の
電気炉で焼成した。ここで用いたガラス部材４２は。

Ｂ２０ａ　　５ｉＯｚ−ＰｂＯ系ガラスで、温度６９０
℃での粘度が１０８ポアズ、８２０℃での粘度が１０４
ポアズの特性をもつ。そのため、温度８５０℃で二十分
間保持して焼成することにより、多孔質であった第−層
ガラス部材４１の空隙部を充分に埋めて緻密となると共
に表面平滑となり、第１図に示した発熱抵抗体１を得た
。また、この方法で得た発熱抵抗体は、第２図（ｅ）に
拡大して示すように、コイル状に巻いた白金ワイヤ２の
内側迄ガラス部材４２が覆っているので、白金ワイヤ２
をより強固に支持することができた。

本方法によれば、従来の断面が円形の芯線を用いる方法
に比べ、断面形状が長円の芯線を用いるため、芯線への
白金ワイヤ巻きが容易で精度が良く、また、リード線の
溶接も容易にできるので作業性が向上した。

この発熱抵抗体１を用いた熱線式空気流量センサの一実
施例を第３図に示す。なお、この実施例では、発熱抵抗
体１と同じものが測温抵抗体６として空気温度測定に用
いられている。発熱抵抗体１と測温抵抗体６は、第３図
に示すように吸入空気のメイン通路７１、及び、バイパ
ス通路７２をもつボディ７３のバイパス通路７２中の支
持体８に固定されるが、発熱抵抗体１は幅広面が空気流
入方向に向くように設［する。

第４図は、熱線式空気流量センサの駆動回路の実施例で
、発熱抵抗体１、測温抵抗体６、オペアンプ９，１０、
パワートランジスタ１１、コンデンサ１２．抵抗１３〜
１７で構成されている６また、パワートランジスタ１１
のコレクタ端子１８にはバッテリー（図示せず）の（＋
）極が、抵抗１３のアース端子１９にはバッテリー（図
示せず）の（−）極が、そして、抵抗１３と発熱抵抗体
１の接続点２０には、本熱線式空気流量センサの出力信
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。

このような構成で、パワートランジスタ１１によって発
熱抵抗体１に電流を供給して加熱し、測温抵抗体６より
、常に、一定の温度だけ高くなるように制御する。この
測温抵抗体６には発熱が無視できる程度の微小電流しか
流さず、これにより吸入空気温度を検出するようにして
吸入空気の温度補正用として使用している。ここで空気
流が発熱抵抗体１に当ると、駆動回路の動作によって発
熱抵抗体１と測温抵抗体６の温度差が常に一定になるよ
うに制御される。従って、空気流量が変化すると発熱抵
抗体１を流れる電流が変化し、その電流に応じて抵抗１
３に現われる電圧降下で空気流量が測定されることにな
る。

第５図は、本実施例の熱線式空気流量センサの応答特性
を示す。空気流量を低流置駒２０ｋｇ／ｈから島流置駒
２００ｋｇ／ｈに切換えた時の熱線式空気流量センサの
出力電圧を測定し、流量に換算して縦軸に示した。従来
のボビン式に比べて最終値到達時間が大幅に向上してお
り、断面が円形の従来のボビンレス方式と同等以上であ
ることがわかる。

このため、自動車の急加速、減速時にも、真の空気量変
化に追従して熱線式空気流量センサが信号を出せるため
、適切なインジェクタの噴射量を決定でき、サージング
の問題は解消できる。

このように応゛答性が向上したのは、発熱抵抗体１の幅
広面が空気流に対向しているので、白金ワイヤ２に発生
する熱が、空気量の変化に敏感に反応するためである。

〔実施例２〕 実施例１と同様にして、自動巻線機により直径２０μｍ
の白金ワイヤ２を長径０．６５＋＋ｎ、短径０．２５＋
ａの断面が長円形のモリブデン芯線５に巻付け、素子−
個分の長さ６１ｍに切断した両端部に直径０．１３ａｎ
の白金イリジウム合金のリード！Ｉ３を２１で溶接し、
白金ワイヤ２をモリブデン芯線に巻付けた周囲に電気泳
動法でガラス部材４１を被覆して酸化性雰囲気炉で焼成
した。ここで用いた第−層のガラス部材４１は、ｐｂｏ
−８ｉ○２系の無アルカリガラスとアルミナを７：３の
割合で混合したものであり、ＰｂＯ−３ｉＯｚ系ガラス
は温度８００℃での粘度が１０’・６ポアズ、８５０℃
での粘度が１０４・１ポアズである。

この混合ガラスを電気泳動法で被覆した後、焼成すると
、モリブデン芯線の酸化が進みＮｏｖａとなり、温度７
９５℃を越えるとＭ２Ｏ３が昇華除去される。温度１０
００℃で三十分保持して焼成を終るが、ガラスにアルミ
ナが分散した多孔質層となる。更に、二層目ガラス部材
４２を浸漬法で被覆し焼成すると、第一層目に分散した
アルミナを伝わって二層目ガラス部材４２が良く浸透し
、ガラス部材４はより緻密となり、コイル状に巻いた白
金線内側も覆って、より強固な発熱抵抗体１を得た。こ
こで用いた二層目のガラス部材４２は、Ｐ　ｂ　Ｏ−Ｂ
２Ｏ３−Ｓ　ｉ　Ｏｚ系ガラステ、温度６９０℃での粘
度が１０δポアズ、８２０°Ｃでの粘度が１０４ポアズ
の特性をもつ。

この発熱抵抗体１を用いた熱線式空気流量センサの特性
を測定し、実施例１で述べたと同様の結果を得た。

〔実施例３〕 実施例１と同様に゛して、自動巻線機により直径２０μ
ｍの白金ワイヤ２を長径０．６５ｍｍ、短径０．２５＋
ｎｍの断面が長円形のモリブデン芯線５に巻付け、素子
−個分の長さ６ｎ１１に切断した両端部に直径０．１３
ｆｉＩ１１の白金イリジウム合金のリード線３を２１で
溶接し、白金ワイヤ２からモリブデン芯線５の両端が開
放状にガラス部材４を電気泳動法で被覆し、酸化性雰囲
気炉で焼成した状態を第６図に示す。ここで用いたガラ
ス部材４は、Ｚｎ０−ＢｚＯａ系ガラスで、温度６８０
℃の粘度が１０４ポアズであるが、温度７５０℃で結晶
化し、再溶融温度が１０００℃以上の特性をもつ、この
ガラス部材４の焼成において、温度の上昇につれてモリ
ブデン芯線５の酸化が進んでＮｏＯδとなり、軟化した
ガラス部材４は温度６８０℃で封着するが、７５０　’
Ｃに達するとガラス部材４は結晶化して形状が安定化す
る。その後、更に温度を上昇してＭｏＯ２を昇華させて
モリブデン芯線５を除去し、９５０℃で二十分保持して
焼成を終る。

ガラス部材４の両端部にＭｏ０ａが昇華揮散する際の開
口部が残るが、応答特性上は問題ない。端部の強度を向
上させ、空洞内への異物の付着を防止するため、開口部
を塞いでも良い。開口部を火焔で塞ぐことにより、第１
図に示す発熱抵抗体１を得た。また、得られた発熱抵抗
体１で、ガラス部材４はコイル状に巻いた白金ワイヤの
内側も覆って、強固に支持している。

この発熱抵抗体１を用いた熱線式空気流量センサの特性
を測定し、第１図で述べたと同様の結果を得た。

〔実施例４〕 以下、第１図に示すガラス部材４について、種種な組成
のガラス部材を用いて実施したが、それらのガラス部材
が温度８００’Ｃでの粘度が１０４ポアズ以上、１００
０″Ｃでの粘度が１０７ボアズ以下の特性をもつもので
あれば、第１図に示す発熱抵抗体１を得ることができた
。また、第６図に示すガラス部材４について、種々な組
成のガラス部材を用いて実施したが、それらのガラス部
材が結晶性をもち、その結晶化温度が７９０℃以下で、
かつ、９００”Ｃ以下の温度では形状を崩゛さないもの
であれば、第１図に示す発熱抵抗体１を得ることができ
た。

本実施例では、ガラス部材４１を被覆するのに電気泳動
法を用いたが、電気泳動法以外であっても、例えば、ペ
ースト状にしたガラス部材を塗布する方法であっても、
第１図に示す発熱抵抗体１　　、を得ることができる。

この場合のガラス部材４１は、アルカル分を含むもので
あっても差し支えない。

従って、本発明は、実施例で述べた電気泳動法以外の方
法で被覆して発熱抵抗体を得る方法全般に適用できる。

また、ガラス部材焼成後、金属芯線をエツチング除去す
る方法により、第６図に示す構造の発熱抵抗体１を作製
した。この場合にはガラス部材の焼成温度を芯線の昇華
除去工程と組合せて選択する必要がないので、前述の粘
度特性にこだわらず、いろいろな特性のガラスを使用す
ることができた。

ただし、芯線のエツチング除去の際に腐食されないよう
な耐酸性が、ガラス部材に要求された。

〔発明の効果〕

本発明によれば１発熱抵抗体の金属ワイヤの芯線への巻
付けが容易で精度良くでき、また、安定した保持のもと
リード線の溶接が容易にできるので、製造の自動化率を
高め、作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の発熱抵抗体の断面図、第
２図は、発熱抵抗体製造の工程を示す図、第３図は、本
発明の発熱抵抗体を用いた熱線式空気流量センサの断面
図、第４図は、熱線式空気流量センサの駆動回路の構成
図、第５図は、本実施例の熱線式空気流量センサの応答
特性図、第６図は、発熱抵抗体製造の他の例を示す断面
図である。 １・・・発熱抵抗体、２・・・白金線、３・・・リード
線、４４１．４２・・・ガラス部材、５・・・モリブデ
ン芯線、６・・・測温抵抗体、８・・・支持体、９．１
０・・・オペアンプ、１１・・・パワートランジスタ、
１２・・・コンデンサ、１３〜１７・・・抵抗、１８・
・・コレクタ端子、１９・・・アース端子、２０・・・
接続点、２１・・・接続部、７１・・・メイン通路、７
２・・・バイパス通路、７３・・・ボディ。 ８Ｚ圀 （ｂ） （Ｃン （ｄ＞ 第２図 （ｅ） 第３圀 第４図 第５０ ０　　　　２０　　　４０　　　６０　　　　ｇＯ時間
（ｍｓ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気通路中に設置された空気流量を測定する発熱抵
   抗体と、前記発熱抵抗体の出力電圧を前記空気流量に対
   応する信号として取出す駆動回路とを含む熱線式空気流
   量センサにおいて、前記発熱抵抗体をコイル状に巻いた
   金属ワイヤと、その両端に接続した金属リード線とをガ
   ラス部材で一体化した内部に、断面が長円形の空洞を設
   けたことを特徴とする熱線式空気流量センサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記発熱抵抗体の外側面の幅広面を空気流に向けて設置
   したことを特徴とする熱線式空気流量センサ。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   発熱抵抗体を構成する前記ガラス部材は、高融点ガラス
   粒子あるいはセラミックス粒子を含む複合層であること
   を特徴とする熱線式空気流量センサ。 ４、断面が長円形の鉄、及び、モラブデンなどの金属、
   あるいは、合金の芯線に、コイル状に巻付けた発熱抵抗
   体の先端部にリード線を接続する工程、ガラス部材を被
   覆する工程、鉄及びモリブデンなどの前記芯線を除去す
   る工程、並びに、前記ガラス部材を焼成して発熱抵抗体
   を製造する工程を含むことを特徴とする熱線式空気流量
   センサの製造法。