JPH0384423A - 空気流量センサ素子及びその製造方法 - 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、空気流量センサ素子に係り、特に自動車用内
燃機関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、δｔＶ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＝Ｒ，（１＋αＴ） ここでＲ６は０℃のときの抵抗値、αは温度係数（一定
値）、Ｔは抵抗体の温度である。従って抵抗体の抵抗値
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
−９４１１９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？１１１００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６
３−１３４９２０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６３−１
３４９２０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、それを備えが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、特に測温部として発熱抵抗
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連成するために、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ＩＯＷ／ｍ・に以下の低熱伝
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
っても連成される。

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Ｊｉ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はど多く、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
温部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−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会体に対応したも
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・
に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、それらの材料から威る棒状または筒状の部
材に白金線を巻き、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戊る発熱抵抗
ｌの両端に白金イリジウム合金のリードｌ１１２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ａＢ２１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φ０．５■
のモリブデン芯線４である。第２図の（ロ）はこの芯線
４に自動巻線機によりφ３０／ＰｗＩの白金線（発熱抵
抗）■を複数個分連続に巻いた状態を示す。

巻回すピッチは、最低５０４から最高１５０戸まで周期
４ｍｍで連続的に変化させである。第２図の（Ｃ）はこ
れをピッチの一番大きい１５０／ＰＩ１１の箇所、すな
わち最も疎な部分で切断し、両端にφ０．１３ｆｆｌｆ
ｆＩ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図の（イ）は発熱抵抗ｌ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５ｉ
Ｏｚ−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、アルミニラ・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（イ）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１００戸で気孔はなく、表面
は平滑である。

得られた素子の抵抗値は９Ωであり、１　ｍｍあたりの
抵抗値は接続部２１の近傍で１．７０、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／ａ
ｌ・にであった。

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で表わしである。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。空気流量を低流量的１０ｋｇ／ｈから高
流量的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ｗＡ２
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、他端を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１５　ｏＦｇａと疎であり、
発熱部兼測温部（白金線ｌ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５０戸と密
になっている。中間ではピッチが１００Ｐ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−に以
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１００
７−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２１Ｗ１０Ｉ−にである。

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と同様に急峻な立上りが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。縦軸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に規格化しである。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＜、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−に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／１１・にである。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を形成しである。白金膜回路１
４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、幅すなわち断面積が固
定部１５の近傍１４１で大きく、固定部から最も遠い１
４２で小さくなるように、段階的に変化させである。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１
６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１Ｏｒ！Ａ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
の複合材から戒り、熱伝導率は９Ｗ　／　ｍ・にである
。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ｌＯＷ／ｆｆｉ・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。 ■・・・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
、■ ・・・ガラス部材、 ■ ３・・・支持体、 ｌ　４、 ・・・白金膜回路、 ■ ５・・・固定部、 ・・・接続部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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、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、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、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、コイル状の白金線を保持する部材が、熱伝導率が１
   ０Ｗ／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、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、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、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、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、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、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、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、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
   せることを特徴とする空気流量センサ素子。 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、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。