JPH0495720A - 熱線式空気流量センサ - 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用いられる熱線式空気流
量計におけるセンサとして好適な熱線式空気流量センサ
に関する。

〔従来の技術〕

熱線式空気流量計は、流量を測定すべき空気の流れの中
に発熱抵抗体からなるセンサを置き、空気の流速によっ
て放散熱線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、流量を
、直接、検知できるため、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。

この熱線式空気流量センサにおける発熱抵抗体は、極め
て細い、例えば、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、従来はそのため、例えば、実
開昭５６−９６３２６号公報に記載のように、セラミッ
クスからなるボビンに金属ワイヤを巻きまわして構成し
ていた。

また、別の方法として、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
線に巻きまわし、ガラス被覆した後、金属芯線を酸によ
り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スのボビンに
巻きまわした熱線式空気流量センサでは。

ボビン自体を加熱する熱及びボビンに伝わって支持体に
伝わる熱量が無視できず、特に、空気流量の変化に対し
過度応答が遅れるため、自動車の急加速、減速時にサー
ジングが発生するといった問題があった。

これに対して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
の自動化工程が増すが、発熱抵抗体を巻きまわした金属
芯線を、被覆したガラス部材の焼成後に酸によるエツチ
ングで除去するための作業が煩雑であること、さらに、
芯線を除去する際の酸によるエツチングによってガラス
表面が荒れ、使用環境下で空気中の塵埃やイオン性物質
等が付着して特性を劣化させるので、信頼性が低下する
等の問題があった。

本発明の目的は、エツチング工程を不要にして工程作業
の容品化を図り、ガラス表面のエツチング荒れによる信
頼性低下の問題を解決し、空気流量低下時の十分な応答
性をも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〕

上記目的を達成するために、本発明は、軟化点が８００
℃以上の特性をもち、かつセラミックス又は第二ガラス
あるいはセラミックス及び第二ガラスと例えばＡＱ＠Ｏ
Ｒ等の一つ以上の共通成分をもつ第一ガラスを介してつ
ながったセラミックス多孔質体の隙間に、セラミックス
、又は、第一ガラスあるいはセラミックス及び第一ガラ
スと一つ以上の共通成分をもつ第二ガラスを浸透させて
充填させると共に、表面を第二ガラスで被覆したガラス
とセラミックスの複合部材である筒状の部材と、この複
合部材内壁に螺合され、先端が前記筒状部材外へ引き出
された金属ワイヤで構成される熱線式空気流量センサと
したものである。さらに本発明は、酸化により比較的低
温で昇華性をもつＭｏ芯線に発熱抵抗体の金属ワイヤを
巻きまわす工程と、巻きまわしだ両端の引出し部を除い
てワイヤの表面にセラミックスと軟化点が８００℃以上
の特性をもち、かつ、セラミックス又は第二ガラスある
いはセラミックス及び第二ガラスと一つ以上の共通成分
をもつ第二ガラスの混合物を付着・して覆う工程と、酸
化雰囲気中での焼成によりＭｏ芯線の昇華除去と第一ガ
ラスを介してセラミックス粒子をつないで多孔質体とす
る工程と、表面にセラミックス、又は、第一ガラス、あ
るいは、セラミックス及び第一ガラスと一つ以上の共通
成分をもつ第二ガラスを付着して焼成することにより、
セラミックス多孔質体の隙間に第二ガラスを浸透充填さ
せて緻密なガラス／アルミナ複合材で固着して熱線式空
気流量センサを得る工程を少なくとも備えるようにした
ものである。

〔作用〕

本発明においては、発熱抵抗体の金属ワイヤ、例えば、
ｐｔワイヤを昇華性をもつＭｏ芯線にコイル状に巻きま
わし、先端部に電気引出部となるリード線を溶接し、軟
化点が８００℃以上の特性をもち、かつ、セラミックス
又は第二ガラスあるいはセラミックス及び第二ガラスと
一つ以上の共通成分をもつ第一ガラスとセラミックスの
混合部材を付着して酸化雰囲気中で焼成し、Ｍｏ芯線を
昇華除去すると共にセラミックスと第一ガラスが反応し
た第一ガラスを介してセラミックス粒子をつないだ多孔
質体とし、さらに、セラミックス又は第一ガラスあるい
はセラミックス及び第一ガラスと一つ以上の共通成分を
もつ第二ガラスを付着した後焼成してコイル状に巻きま
わしだ金属ワイヤとリード線をガラス／アルミナ複合材
で固着する作業を行う。

この処理で−Ｍｏ芯線は導電性がありリード線間を短絡
してしまうので、まず、第一ガラスとセラミックスの混
合部材を付着した後に８００℃以上に加熱してＭｏ芯線
を昇華除去し、続いて第一ガラスが作業に適した粘度に
なる温度、すなわち、作業点以上に高めて第一ガラスを
介してセラミックスをつないだ多孔質体とする一次焼成
を行う。

この多孔質体に第二ガラスを付着して加熱し、多孔質体
の隙間に第二ガラスを浸透充填させると共に表面を第二
ガラスで被覆したガラス／アルミナ複合材とする二次焼
成を行う、そのため、−次焼成における第一ガラスとセ
ラミックス混合部材の付着層は、Ｍｏ芯線の昇華揮散を
妨げないために十分な多孔性を維持する必要がある。さ
らに、第一ガラスは、Ｍｏ芯線を昇華除去した後に発熱
抵抗体が劣化しない温度以下で作業点に達してセラミッ
クスを固着する粘結剤として働く必要がある。

従って、第一ガラスは、軟化点がＭｏの昇華温度より高
い８００℃以上で、かつ、作業点が金属ワイヤ、例えば
、Ｐｔワイヤの劣化しない１２００℃以下の特性をもつ
こと、及び、セラミックスと一つ以上の共通の成分をも
つことが必要である。

金属ワイヤは、例えば、耐熱性、耐食性の高いＰｔワイ
ヤが、リード線にはｐｔ・Ｉｒ合金線が用いられる。ま
た、芯線として用いるＭＯは高温で酸化し、約７９５℃
で昇華するが１Ｍｏ芯線を昇華除去する際には十分な酸
素を補強する必要がある。このＭｏ芯線を昇華除去する
際、第一ガラスとセラミックスの混合部材の付着層はＭ
Ｏが昇華揮散するために十分な多孔性を維持することが
必要である。また、第一ガラスは、Ｍｏ芯線の昇華除去
後に発熱抵抗体の金属ワイヤ、例えば、Ｐｔワイヤの劣
化しない温度で作業点に達してセラミックス粒子をつな
ぐ粘結剤として働く必要がある。もし、第一ガラスの軟
化点がＭｏの昇華温度より低いならば、ＭＯの昇華揮散
時に活性な状態であるため、第一ガラスはＭｏの酸化物
と反応して元の特性を失ってしまい、発熱抵抗体のＰｔ
ワイヤが劣化しない温度以下では作業に適した粘度にな
らないので、セラミックスをつなぐ粘結剤としての働き
がなくなってしまい、極めて脆弱なセラミックス多孔質
体となるので強度が低く、発熱抵抗体のＰｔワイヤとリ
ード線を保持することが困難となって以降の処理ができ
なくなってしまう、そこで、軟化点が８００℃以上の特
性をもち。

セラミックス又は第二ガラスあるいはセラミックス及び
第二ガラスと一つ以上の共通の成分をもつ第一ガラスを
用いれば、昇華揮散するＭｏの酸化物の影響が少ないの
で第一ガラスはＭｏ芯線の昇華除去後に作業点に達し、
セラミックスと反応してセラミックス粒子をつないで補
強したセラミックス多孔質体が得られる。その後、第一
ガラス又はセラミックス、あるいは、セラミックス及び
第一ガラスと一つ以上の共通の成分を有する第二ガラス
を付着して焼成することにより、多孔質体の空隙に第二
ガラスが容易に浸透して充填した緻密なガラス／アルミ
ナ複合層を得ることができる。

そのため、従来の方法で問題であった芯線除去に際して
の酸によるエツチング工程を不要とし、作業の簡略化を
図ることができる。また、ガラス／アルミナ複合層表面
のエツチング荒れによる信頼性低下の問題を回避するこ
とができる。

こうして得られる熱線式空気流量センサでは、金属ワイ
ヤに通電することにより発生した熱が従来のボビン式の
ようにボビンを伝わって支持体に逃げることがなく、は
とんどが空気に伝達される。

従って、ボビンレス方式特有の応答性が得られる。

〔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の構造図で
ある。熱線式空気流量センサ１は、コイル状に巻きまわ
したｐｔワイヤ２と、その両端に接続したｐｔ・Ｉｒ合
金のリード線３と、それらの接続部３１及びｐｔワイヤ
２を支持する第一ガラス部材６とアルミナ部材５の複合
部材５と、第二ガラス部材７からなり、内部に空洞をも
ち、かつ、両端部を密封した構造である。

この熱線式空気流量センサ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
３０μｍのｐｔワイヤ２を直径０．５閣のＭｏ芯線８に
連続的に巻きまわした状態を示す、（ｂ）は（ａ）から
センサー個分の長さ４■に切断し、両端に直径０．１３
閣のｐｔ・Ｉｒ合金のリード線３を接続部３１で溶接し
た状態を示す、（Ｃ）はｐｔワイヤ２をＭｏ芯線８に巻
きまわしだ周囲に、電気泳動法によりアルミナ部材５と
１０％の第一ガラス部材６からなる混合部材４を付着し
酸化性雰囲気炉で一次焼成した状態を示す、ここで用い
た第一ガラス部材６は、セラミックスと共通成分ＡＱｘ
ＯｓをもつＡＱｚＯｓ−３ｉＯｚ−ＢａＯ系ガラステ、
温度８６０℃テノ粘度が１０’ポアズ、１１８０℃での
粘度が１０４ポアズの特性をもつ、（Ｃ）の−次焼成に
おいて、温度が上昇するにつれてＭｏ芯線８の酸化が進
んでＭｏｏｎとなり、温度が７９５℃に達するとＭｏ０
ｓは昇華するが、アルミナと第一ガラスの混合部材４は
空隙を維持するため、この空隙からＭｏ５ｓが揮散する
。８５０℃で２ｈ保持してＭＯ芯線の昇華除去を完了さ
せた後温度を１２００℃に上昇させ２ｈ保持して一次焼
成を終了したが、アルミナと共通成分を有する第一ガラ
スがアルミナ粒子と反応してアルミナ粒子をつないで得
た多孔質体は以降の作業の取扱に必要な強度を持つが、
この多孔質体はセンサ素子と、して」いるには強度が低
く、表面の平滑度も十分でないので、これらを補うため
、（ｄ）に示すように第二ガラスを浸漬法で付着し、酸
化性雰囲気炉で二次焼成した。

二二で用いた第二ガラス部材７は第一ガラスと共通成分
５ｉｆｔをもつＢｔＯｓ−８ｉＯｚ−ＰｂＯ系ガラスで
、温度６９０℃での粘度が１０８ポアズ、７８０℃での
粘度が１０４ポアズの特性をもつ、（ｄ）に示す８２０
で２ｈ保持の二次焼成をすることにより、多孔質体５の
空隙に第二ガラスが浸透するが、多孔質体に含まれる第
一ガラスと第二ガラスには共通な成分をもつので、第二
ガラスの浸透をしやすくして緻密化すると共に第二ガラ
ス部材７で覆って表面平滑な熱線式空気流量センサ素子
１を得た。

本方法によれば、従来のボビンレス方式に比べ、芯線を
酸によりエツチング除去するための煩雑さがなくなり、
昇華性をもつ金属芯線８を昇華除去した後、第一ガラス
部材６と反応してつないだアルミナ部材５の多孔質体は
取扱いに必要な強度も十分なので、以降の取扱処理が容
易に行え、この多孔質体に第二ガラスを付着して焼成す
ることにより、緻密で強固な複合部材４で保持した熱線
式空気流量センサ素子１を得ることができるので、作業
性が大幅に向上する。

このセンサ素子１を用いた熱線式空気流量計の一実施例
を第３図に示す、なお、この実施例では。

熱線式空気流量センサ１と同じものが測温抵抗体９とし
て空気温度測定に用いられている。熱線式空気流量セン
サ１と測定抵抗体９は、第３図に示すように吸入空気の
メイン通路１１及びバイパス通路１２をもつボディ１３
のバイパス通路１２中の支持体１０に固定される。

第４図は、熱線式空気流量計の駆動回路の実施例で、熱
線式空気流量センサ１、測定抵抗体９、オペアンプ１４
，１５、パワートランジスタ１６、コンデンサ１７、抵
抗１８〜２２で構成されている。また、パワートランジ
スタ１６のコレクタ端子２３にはバッテリ（図示せず）
の（＋）極が、抵抗１８のアース端子２４にはバッテリ
ーの（−）極が、そして、抵抗１８と熱線式空気流量セ
ンサ１の接続点４１には、本熱線式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。

このような構成において、パワートランジスタ１６によ
って熱線式空気流量センサ１に電流を供給して加熱し、
測温抵抗体９より常に一定の温度だけ高くなるように制
御する。この測定抵抗体９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
。ここで空気流が熱線式空気流量センサ１に当たると、
駆動回路の動作によって熱線式空気流量センサ１と測温
抵抗体９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熱線式空気流量センサ１
を流れる電流が変化し、その電流に応じて抵抗１８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１本実施例の熱線式空気流量計の応答特性を示
す。空気流量を低流量約２０ｋｇ／ｈから高流量約２０
０ｋｇ／ｈに切り替えた時の熱線式空気流量計の電圧を
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、従来の
ボビンレス方式と同等であることが判る。

このため、自動車の急加速や減速時にも、真の空気流量
に追従して熱線式空気流量計が信号を畠せるため、適切
なインジェクタの噴射量を決定することができ、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ち、熱線式空気流量セン
サ１のｐｔワイヤ２に発生する熱が、従来のボビン式の
ようにボビンを加熱したりボビンを伝わって支持体に逃
げることがなく、空気量の変化に敏感に反応するためで
ある。

また、本実施例の熱線式空気流量計は、従来のボビンレ
ス方式に比べて信頼性が高い。これは、従来のボビンレ
ス方式では酸によるエツチングでガラス表面が荒れてい
たが、本実施例では表面が平滑であるためである。

〔実施例２〕 以下、第１図に示すガラス部材とセラミックス部材につ
いて、種々な組成のガラス部材、及び、種々な種類のセ
ラミックス部材を用いて実施したが、セラミックスと混
合して電着する第一ガラスは軟化点が８００℃以上で、
かつ１作業点が１２００℃以下の特性をもち、セラミッ
クスと第一ガラスが一つ以上の共通の成分をもち、第一
ガラスと第二ガラスも一つ以上の共通の成分をもつ。又
は、セラミックス及び第一ガラス並びに第二ガラスが一
つ以上の共通の成分をもつ組み合わせであれば。

ＭＯ芯線を昇華除去した後に第二ガラスを付着して焼成
することにより、第１図に示す熱線式空気流量センサ１
を得ることができた。

本実施例では、セラミックス部材、又は、セラミックス
と第一ガラスの混合部材を電気泳動法、あるいは第二ガ
ラス部材を浸漬法で付着したが、電気泳動法や浸漬法具
外であっても、第１図に示す熱線式空気流量センサ１を
得ることができる。

従って、本発明は、実施例で述べた以外であっても１本
発明で述べた特性をもつガラス部材全般と、本発明で述
べた特性をもつセラミックス部材、又は、セラミックス
とガラスの複合部材全般に適用することができ、電気泳
動法具外で被覆して熱線式発熱抵抗体を得る方法全般に
適用できる。

〔発明の効果〕

本発明の熱線式空気流量センサによれば、空気中の塵埃
、イオン性物質等によって応答性を損なわれることなく
、高い応答性をもつと共に信頼性の高い熱線式空気流量
計が得られる。

また、本発明くよる熱線式空気流量センサの製造法によ
れば、高品質の熱線式空気流量センサを安定して供給す
ることでき、かつ作業性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す熱線式空気流量セ
ンサの部分断面図、第２図（ａ）ないしくｄ）は本発明
による熱線式空気流量センサの製造方法の一実施例を示
す工程図、第３図は熱線式空気流量センサが用いられた
熱線式空気流量計の一実施例の示す断面図、第４図は熱
線式空気流量計における駆動回路の一実施例の回路図、
第５図は本発明の効果を示すグラフである。 １・・・熱線式空気流量センサ、２・・・ｐｔワイヤ、
３・・・リード線、４・・・ガラスとセラミックスの複
合部材、５・・・セラミックス部材、６・・・第一ガラ
ス部材。 ７・・・第二ガラス部材、８・・・Ｍｏ芯線、９・・・
測定抵抗体、１０・・・支持体、１１・・・メイン通路
、１２・・・バイパス通路、１３・・・ボディ、１４，
１５・・・オペアンプ、１６・・・パワートランジスタ
、１７・・・コンデンサ、１８〜２２・・・抵抗、２１
・・・接続部、２３・・・コレクタ端子、２４・・・ア
ース端子、４１・・・接続点。 第２図 第　３

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．軟化点が８００℃以上の特性をもつ第一のガラスを
   介してつながつたセラミツクス粒子の多孔質体の隙間を
   第二のガラスで充填された内層と、表面が第二のガラス
   の複合部材からなる筒状部材と、前記複合部材の内壁に
   螺設され、両端が前記筒状部材外へ電気的に引き出され
   た金属ワイヤのコイルとで構成されることを特徴とする
   熱線式空気流量センサ。
2. ２．Ｍｏ芯線に金属ワイヤを巻き回した両端にリード線
   を固着してセラミツクス粒子と第一ガラス粒子とを付着
   し、前記Ｍｏ芯線を酸化して昇華除去すると共に前記第
   一ガラスを介して前記セラミツクス粒子を固着して多孔
   質体とする焼成をした後、第二ガラス付着して焼成し、
   前記多孔質体の隙間に前記第二ガラスを充填させて被覆
   した前記セラミツクスと前記第一ガラス及び前記第二ガ
   ラスの複合部材からなる筒状の部材と、この複合部材の
   内壁に螺設され、両端が前記筒状部材外へ引き出された
   前記金属ワイヤのコイルとで構成されることを特徴とす
   る熱線式空気流量センサ。
3. ３．請求項１において、前記第一ガラスの軟化点が８０
   ０℃以上の特性をもつ熱線式空気流量センサ。
4. ４．請求項１において、前記セラミツクス粒子と前記第
   一ガラスの組成が一つ以上の共通の成分をもち、前記第
   一ガラスと前記第二ガラスの組成も一つ以上の共通の成
   分をもち、又はセラミックス及び前記第一ガラス並びに
   前記第二ガラスのそれぞれの組成に一つ以上の共通の成
   分をもつ熱線式空気流量センサ。