JPH0875518A - 空気流量計測装置用感温抵抗体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】感温抵抗体素子のコーティング材として用いる
ポリイミド多層膜を、わずかな塗布回数で気泡，ピンホ
ールのない状態に完成させること。 【構成】感温抵抗体素子のポリイミド多層膜の各層の膜
厚を変えて構成した。 【効果】ポリイミド多層膜の各層の膜厚を変えることに
より気泡，ピンホールの生じない多層膜を、わずかな塗
布，焼成の繰り返しで製造できるので、安価で耐環境性
に優れた感温抵抗体素子を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジン等の吸
入空気流量を検出する空気流量計測装置に用いる空気温
度検知用の感温抵抗体素子、または流量検知用の発熱抵
抗体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、発熱抵抗体を用いた空気流量計の
抵抗体エレメントは流量検出用の発熱抵抗体素子，空気
温度検知用の感温抵抗体素子、共に同一の形状であり、
φ0.5，Ｌ２.０ のボビンの外周に白金の細線を巻線
し、ガラスコートした構造であった。しかしこれらの抵
抗体エレメントは超小型形状の専用設計であったため高
価である。

【０００３】そこで性能的にはそれ程厳しくない空気温
度検知用の感温抵抗体素子を市販の抵抗器の製造プロセ
スを流用して原価低減を図ることにした。市販の抵抗器
を流用した空気温度検知用の感温抵抗体素子の構造に関
しては公知例実開昭58−148623号公報が知られている。
すなわち、ボビンに白金薄膜を形成、ボビンの両端にキ
ャップを圧入、表面にポリイミドを多層塗りした構造で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術を用いて
ポリイミドコーティングを実施すると、粘度の低いポリ
イミドでは塗布回数を増やし、少なくとも５〜１０層以
上の多層膜を形成しないと完全に表面を覆うことができ
ない。すなわち気泡を残留させぬようポリイミド溶液を
溶剤で薄めて調整し、粘度を１〜５ポイズ以下にすると
樹脂分濃度が１０％程度になるため、例えば１０μｍ程
度にポリイミドを塗布しても焼成後の膜厚は１μｍにし
かならないためである。このため塗布回数を増やさない
と膜厚が上がらず、工程が煩雑になり従来技術で記載し
た低価格化が困難である。

【０００５】一方、高粘度，高濃度のポリイミドを塗布
すれば比較的少ない塗布回数でポリイミド膜厚を上げる
ことができるが、この場合は気泡の残留があり、ポリイ
ミド膜の不均一化や気泡部のような比較的膜の薄い部分
にピンホールを生じさせる。これらは実用状態での熱的
なストレスにより感温抵抗部に歪を生じさせたり、有害
な腐食性のガスや液体がピンホールを通して感温抵抗体
内部に浸入し、抵抗体自身やキャップ等を腐食させる。

【０００６】以上の理由から、前記従来技術は空気流量
計測装置用感温抵抗体素子として、いまだ採用に到って
いない。

【０００７】本発明が解決しようとする課題は、感温抵
抗体素子のコーティング材として使用するポリイミド多
層膜を、気泡，ピンホールのない状態で、できるだけ塗
布回数を減らして完成させる。それによって低価格化，
高信頼性化を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、空気温度を検出するための感温抵抗体素子に用いる
ポリイミドを、樹脂濃度を変えて粘度の異なるポリイミ
ド液を用い、まず低粘度ポリイミドを塗布し焼成後、高
粘度ポリイミドを塗布焼成する多層コーティングとす
る。

【０００９】あるいは前記感温抵抗体素子を構成するボ
ビンの端面の面取り形状とボビンに圧入するキャップの
内面の曲げ半径を同じにして圧入し、前記と同様にポリ
イミド多層膜を形成する。

【００１０】

【作用】低樹脂濃度で低粘度のポリイミドを塗布し、焼
成することにより、キャップ先端とボビン間の段差部や
白金薄膜のトリミング溝のようなギャップに気泡を生じ
させずに凹凸をなくすか、ゆるやかにすることができ
る。感温抵抗体の表面に段差や凹凸がなければ、ポリイ
ミドは気泡を生じにくい。そのため樹脂濃度を上げて、
高粘度のポリイミドを塗布できる。

【００１１】以上のようにポリイミドの樹脂濃度を変え
ることにより、比較的少ない塗布回数で１０〜２０μｍ
の気泡のないポリイミド膜を得ることが可能となる。ま
た、キャップとボビンの圧入部には内部に袋小路の隙間
があり、ポリイミドの塗布，焼成時、約２００℃の加熱
により中の空気が膨張により外へ押し出され、キャップ
先端部とボビンの間に気泡ができやすい状態にある。

【００１２】感温抵抗体素子を構成するボビンの端面コ
ーナ部の面取り形状とボビンに圧入するキャップの内面
の曲げ半径を一致させることにより、ボビン圧入部の内
部にできる隙間をなくすことができるため気泡発生を抑
えることが可能である。

【００１３】以上のようにして感温抵抗体素子を構成す
ることにより、気泡，ピンホールのないポリイミド多層
膜を数回の塗布，焼成工程により形成できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る各種実施例について図に
より説明する。

【００１５】本発明の第１の実施例について図１及び図
２を用いて説明する。

【００１６】本実施例における空気流量計測装置は図１
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空気通路（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が設けてあり、
副空気通路２内に空気流量を検出するための発熱抵抗体
素子４と空気温度を検知するための感温抵抗体素子５
が、それぞれ溶接により支持部材６に設置してある。

【００１７】発熱抵抗体素子４と感温抵抗体素子５で検
出した信号はボディ７の外周に設けられた制御モジュー
ル３に入力され、空気流量に対応した電気信号を出力す
るように設定してある。

【００１８】本発明の感温抵抗体素子５の概要を図２に
示す。アルミナの無空ボビン９に白金薄膜１０を着膜
し、このボビン９の両端にステンレス製のキャップ１
１、あるいはＮｉ，Ｓｎなどのメッキかクラッドを施し
た鉄製のキャップ１１を圧入し、抵抗トリミングした
後、キャップ１１の軸芯にリード１２を突合せ溶接し、
次工程で表面にポリイミド多層膜８を形成した構造であ
る。ポリイミドの耐熱温度は４５０℃である。

【００１９】ここでポリイミド多層膜８は、本発明に従
い、まずポリイミド原液を溶剤で希釈し、１ポイズから
５ポイズとして塗布する。塗布後約２００℃で焼成し溶
剤を十分に揮発させる。この作業を再度繰り返しキャッ
プ端面とボビン間の段差部や、白金薄膜のトリミング溝
を十分に覆った後、ポリイミド原液の希釈量を変えてポ
リイミド樹脂濃度を上げた高粘度のポリイミド液により
厚塗りする。粘度３０ポイズ，樹脂濃度２５％のポリイ
ミド液を用いこの作業を再度繰り返した結果、ポリイミ
ドの膜厚はボビン９中央部で約２０μｍであった。最終
的には３００℃〜４００℃の範囲で焼成を行い、ポリイ
ミド膜を化学的に安定化させる。

【００２０】このようにポリイミド多層膜８をある程度
厚く形成しないと、キャップ端面とボビン間の段差部や
ボビン９中央部、あるいはキャップ曲げ加工部ではポリ
イミド膜が薄すぎてピンホールを完全に抑えることがで
きない。例えば低粘度のポリイミド液を塗布，焼成し、
これを３回繰り返し実施したものを用い、塩水噴霧試験
を実施した結果、キャップ部にはサビが生じ白金薄膜は
最大１０％の抵抗変化を生じた。

【００２１】前述ではポリイミド原液の希釈度を変えた
ものを使用したが、市販されているポリイミド液はその
種類によってわずかずつ粘度や樹脂濃度が異なるので、
これらをうまく利用すれば、希釈せずにそのまま塗布す
ることも可能である。

【００２２】いずれにしても多層化するポリイミドの膜
厚を変えてやることにより、気泡の発生を抑え、且つポ
リイミド多層膜８にピンホールのない信頼性の高い保護
膜を、わずかな塗布，焼成の繰り返しにより形成するこ
とができる。このようにしてできたポリイミド多層膜８
の模式図を図２−（ｂ）に示す。また、図３に本実施例
に従い製作したポリイミド多層膜８（図３−（ａ））
を、高粘度ポリイミドを３回塗布，焼成して形成したポ
リイミド多層膜（図３−（ｂ））と比較して示す。本実
施例に従い製作したポリイミド多層膜には気泡発生が見
られないが、高粘度のポリイミドを３回塗布，焼成した
ポリイミド多層膜には気泡の残留が多数見られる。

【００２３】次に第２，第３の実施例について図２−
（ｃ）及び図２−（ｄ）を用いて説明する。第２の実施
例は前述の第１の実施例に対し最終工程で塗布するポリ
イミドの膜厚をさらに変えたものである。ポリイミドの
塗布，焼成を繰り返すと塗布時のわずかな作業性の違い
や室温の違いでロット内，ロット間での膜厚に違いがで
きる。特にロット間での膜厚の相異が大きく１０％以上
のばらつきを生じることがあるため、最終塗布工程、あ
るいはその前後でロット間の膜厚を合わせる必要が生じ
る。そこでこの膜厚を合わせるために膜厚の合わせこみ
をしたものである。工程はやや増えるが感温抵抗体の熱
時定数のような特性を同じにすることが可能である。

【００２４】一方、図２−（ｄ）は膜厚を徐々に変えた
例である。一層目の塗布よりは二層目、二層目の塗布よ
りは三層目の塗布時のほうが塗布面の平坦化が進むので
気泡ができにくいことを利用したものである。これらの
塗布方法は図２−（ｂ），図２−（ｃ），図２−（ｄ）
で述べた方法を組合せても適用できることは言うまでも
ない。

【００２５】第４及び第５の実施例について以下に図４
及び図５を用いて説明する。図２に示した感温抵抗体素
子５のキャップ１１とボビン９の圧入部には内部に袋小
路の隙間があり、ポリイミドの熱処理時、約２００℃の
加熱により、中の空気が膨張し外に押し出されピンホー
ルができやすい状態である。そこで図４に示すようにボ
ビン９の端面の面取り形状とキャップ内面の曲げ半径を
同じにしてキャップを圧入すればこの問題を回避でき
る。特にこの場合は塗布後に減圧槽に入れて脱気するこ
とも可能である。すなわち隙間がないため減圧から常圧
にもどしたときに、ポリイミドが負圧でキャップ１１と
ボビン９の間に入りこむことがないためである。

【００２６】図５は図４に対し、キャップ端部のエッジ
部をなくすことでボビン間の段差を小さくしたものであ
る。このような面取り構造を有するキャップを用いるこ
とで、キャップとボビン間に生じる気泡をより一層生じ
ないようにできる。

【００２７】以上の実施例で使用したポリイミド樹脂
は、いずれも、屈曲構造を有する、熱膨張係数が0.0000
1／℃から0.00007／℃の比較的高熱膨張係数を有する材
料で構成した。この熱膨張係数はボビンの熱膨張係数が
0.000006／℃付近にあることを考えると大きい。しか
し、分子構造的に屈曲構造を有しているため実用状態の
膨張収縮の繰り返しサイクルが加わってもポリイミド膜
に亀裂の発生のような問題は生じない。逆に、熱膨張を
ボビンに近づけるために熱膨張係数が0.000002／℃から
0.000005／℃付近のロッドライク構造と呼ばれる剛直な
分子構造のポリイミドを用いると、ポリイミド膜に亀裂
の発生が有ることを確認した。これは、剛直な分子構造
のポリイミドが柔軟性や伸びが小さいためにボビンとの
わずかな熱膨張係数の違いが吸収できずに生じるもので
ある。

【００２８】次に第６及び第７及び第８の実施例につい
て図６，図７，図８を用いて説明する。ポリイミドの耐
熱温度は前述のように４５０℃であり、発熱抵抗体素子
４が通常１００℃〜３５０℃の範囲で動作していること
を考えれば実用上の問題はない。且つポリイミドの焼成
温度は最大でも３００℃〜４００℃であり、ガラスの焼
成温度６００℃〜９００℃に比べ、比較的低温でのコー
ティングが可能である。従って酸化に対して弱いリード
線を用いたり、高温で抵抗値や抵抗温度係数の変動しや
すい薄膜を用いた発熱抵抗体素子４に対しても、本発明
のポリイミド多層膜８が有効になる。

【００２９】また、感温抵抗体素子５の実施例として上
述ではキャップ圧入式のもので詳述したが、図６，図
７，図８に示す第６及び第７及び第８の実施例である巻
線式，フィルム式、及び板状フィルム式等の感温抵抗体
素子５についても適用されうることは言うまでもない。

【００３０】図６は巻線式を、図７はフィルム式を、図
８は板状フィルム式の発熱抵抗体素子または感温抵抗体
素子を示したがいずれの場合も巻線間や薄膜トリミグ部
等の凹凸があるため本発明を適用することで、ポリイミ
ド多層膜８による安価で耐環境性のあるコーティングが
可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、安価で耐環境性のある
感温抵抗体素子が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の空気流量計測装置
の断面図である。

【図２】本発明に係る第１から第３の実施例の感温抵抗
体素子の断面図である。

【図３】本発明の効果を説明する外観例を示す図であ
る。

【図４】本発明に係る第４の実施例の感温抵抗体素子の
断面図である。

【図５】本発明に係る第５の実施例の感温抵抗体素子の
断面図である。

【図６】本発明に係る第６の実施例の発熱抵抗体素子及
び感温抵抗体素子を示す図である。

【図７】本発明に係る第７の実施例の発熱抵抗体素子及
び感温抵抗体素子を示す図である。

【図８】本発明に係る第８の実施例の発熱抵抗体素子及
び感温抵抗体素子を示す図である。

【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…ポリイミド多層膜、９…ボビ
ン、１０…白金薄膜、１１…キャップ、１２…リード。

フロントページの続き (72)発明者 磯野 忠 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気通路内に空気流量を検出するための発
   熱抵抗体素子と、空気温度を検出するための感温抵抗体
   素子を設置した空気流量計測装置において、前記空気温
   度を検出する感温抵抗体素子は、ボビン表面に白金薄膜
   を着膜形成し、両端にキャップを圧入、抵抗トリミング
   して表面に樹脂濃度の異なるポリイミドを多層塗りして
   形成することを特徴とする空気流量計測装置用感温抵抗
   体素子。
2. 【請求項２】請求項１において、前記感温抵抗体素子を
   構成するポリイミド多層膜を粘度の異なるポリイミドを
   多層塗りして形成することを特徴とする空気流量計測装
   置用感温抵抗体素子。
3. 【請求項３】請求項１において、前記感温抵抗体素子を
   構成するポリイミド多層膜を、膜厚の異なるポリイミド
   で構成したことを特徴とする空気流量計測装置用感温抵
   抗体素子。
4. 【請求項４】請求項１において、前記感温抵抗体素子を
   構成するポリイミド多層膜を、屈曲構造を有するポリイ
   ミドで構成したことを特徴とする空気流量計測装置用感
   温抵抗体素子。
5. 【請求項５】請求項１において、前記感温抵抗体素子を
   構成するボビンの端面の面取り形状と、キャップ内面の
   曲げ半径を同じにしてキャップを圧入、表面に樹脂濃度
   の異なるポリイミドを多層塗りして形成することを特徴
   とする空気流量計測装置用感温抵抗体素子。
6. 【請求項６】請求項５において、前記感温抵抗体素子を
   構成するポリイミド多層膜を、請求項２または請求項３
   または請求項４で記載したいずれかのポリイミドで構成
   したことを特徴とする空気流量計測装置用感温抵抗体素
   子。
7. 【請求項７】請求項５又は請求項６において、前記感温
   抵抗体素子を構成するポリイミド多層膜を塗布，焼成過
   程で減圧脱気して構成したことを特徴とする空気流量計
   測装置用感温抵抗体素子。
8. 【請求項８】空気通路内に空気流量を検出するための発
   熱抵抗体素子と、空気温度を検出するための感温抵抗体
   素子を設置した空気流量計測装置において、前記空気温
   度を検出する感温抵抗体素子は、セラミック基体と該基
   体上に巻線あるいは着膜手段により形成された温度依存
   性を有する抵抗体と、ポリイミド多層膜を有し、前記ポ
   リイミド多層膜を請求項１，請求項２，請求項３，請求
   項４，請求項７で記載したいずれかのポリイミド多層膜
   で構成したことを特徴とする空気流量計測装置用感温抵
   抗体素子。
9. 【請求項９】空気通路内に空気流量を検出するための発
   熱抵抗体素子と、空気温度を検出するための感温抵抗体
   素子を設置した空気流量計測装置において、該発熱抵抗
   体素子はセラミック基体と該基体上に巻線あるいは着膜
   手段により形成された温度依存性を有する抵抗体と、ポ
   リイミド多層膜を有し、前記ポリイミド多層膜を請求項
   １，請求項２，請求項３，請求項４，請求項７で記載し
   たいずれかのポリイミド多層膜で構成したことを特徴と
   する空気流量計測装置用発熱抵抗体素子。