JPH0552627A

JPH0552627A - 流量計用検出素子

Info

Publication number: JPH0552627A
Application number: JP3233966A
Authority: JP
Inventors: Zenji Ishikawa; 善治石川; Toshimasa Miwa; 利政三輪
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06103210B2

Abstract

(57)【要約】【目的】流量計用検出素子のリードの酸化を防止し
て、抵抗値変化を回避すると共に、溶接強度及び溶接信
頼性を高める。更には、リード自体の強度の向上、及び
素子の低コスト化を有利に図る。【構成】セラミック基体としてのボビン１２と、該ボ
ビン１２上に設けられた抵抗体薄膜１８と、該ボビン１
２に対して接着剤１６により接着、固定されて、抵抗体
薄膜１８に電気的に導通せしめられるリード１４とを含
んで構成され、全体が保護コーティング層２０にて被覆
されてなる流量計用検出素子であって、該リード１４
が、白金より熱伝導率が低い材質からなる芯線２２と、
その外表面上に形成された、３〜９μｍの厚さの白金被
覆層２４とからなるクラッドワイヤ構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、抵抗体の電気抵抗値の温度依存
性を利用して、例えば、内燃機関における流体の流量或
いは流速を検出する熱式流量計等に好適に用いられる流
量計用検出素子に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、この種の検出素子としては、筒
形構造のものや板状構造のものが知られており、例えば
前者の構造の素子にあっては、図１に示されるように、
アルミナ等からなる、外径が０．５mm程度のセラミック
パイプ２の外表面に、所定の抵抗値を有するように白金
薄膜８がパターン形成される一方、該セラミックパイプ
２の両端部には、０．２mmφ程度のリード４が挿入さ
れ、そしてそれが、白金ペースト等の接着剤６を用いて
接着固定せしめられると共に、該セラミックパイプ２の
両端部において、前記白金薄膜８とリード４とが該導電
性の接着剤６を介して電気的に接続せしめられるように
なっている。そして、かかる検出素子は、全体がガラス
等からなる保護コーティング層１０にて被覆せしめられ
ている。

【０００３】而して、このような検出素子の製造工程に
おいては、リード４がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の材質や、Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の材質からなる場合に
おいて、検出素子全体を被覆する前記保護コーティング
層１０を焼き付ける際に、その熱処理によってリード４
が酸化せしめられてしまい、その結果、リード４の接触
抵抗が大きくなって、素子の抵抗値変化が惹起される問
題があった。また、リード４が酸化した場合には、検出
素子の取付け時に溶接が困難となる不具合もあった。

【０００４】それ故、このような問題を回避するため
に、白金線をリードに使用しているのが現状であるが、
白金線は強度が低いため、曲がったり、切れたりする不
具合がある。また、高価で、検出素子のコストアップを
招く問題も内在している。

【０００５】

【解決課題】このような事情を背景として、本発明は為
されたものであって、その解決課題とするところは、流
量計用検出素子において、リードの酸化を防止すると共
に、リードの強度を効果的に高め、更にはコストダウン
を有利に図ることにある。

【０００６】

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明者らは、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｒ等の単体やそれらを適宜に組み合わせた合金からなる
線材（芯）の表面に白金層（皮）を形成した白金被覆線
材、所謂クラッドワイヤをリードとして採用すると共
に、更に鋭意研究を重ねた結果、保護コーティング層形
成時のリードの酸化及び検出素子の取付け時の溶接強度
が、白金被覆層の厚さに関係することを見い出したので
ある。

【０００７】すなわち、本発明は、かかる知見に基づい
て為されたものであり、セラミック基体と、該基体上に
設けられた抵抗体と、前記基体に対して接着剤により接
着、固定されて、該抵抗体に電気的に導通せしめられる
リードとを含んで構成され、全体が保護コーティング層
にて被覆されてなる流量計用検出素子であって、該リー
ドが、白金より熱伝導率が小さな材質からなる芯材と、
該芯材の外表面上に形成された、３〜９μｍの厚さの白
金からなる皮材とから構成されるクラッドワイヤにて構
成されていることを特徴とする流量計用検出素子を、そ
の要旨とするものである。

【０００８】

【作用・効果】要するに、本発明に従う検出素子にあっ
ては、白金より熱伝導率が小さな材質からなる芯材の外
表面上に、白金からなる皮材を形成したクラッドワイヤ
たる白金被覆線材をリードに用いるものであり、かかる
白金被覆線材が白金線に比して強度が高く、安価である
ことから、リード自体の強度を高くすることができ、ま
た検出素子の低コスト化を有利に図ることが可能となる
のである。

【０００９】さらに、白金からなる皮材によって、酸化
し易い芯材と空気中の酸素との接触が妨げられることか
ら、芯材の酸化が良好に防止され得るのであり、特に、
本発明では、白金からなる皮材が３〜９μｍの厚さで形
成せしめられることによって、リードの酸化が防止され
ると共に、優れた溶接強度及び溶接信頼性が得られるの
である。

【００１０】換言すれば、白金皮材の厚さがこの範囲を
外れると、何等かの不具合が生じるのであり、例えば、
白金皮材の厚さが３μｍに満たない場合には、白金層の
ピンホールを完全に除き得ないために、酸化防止効果が
不十分となり、リードとセラミック基体との接触抵抗を
安定させることができず、抵抗値変化が惹起されてしま
うのである。また、酸化した検出素子は、取付け溶接時
において、溶接が困難となる。一方、白金皮材の厚さが
９μｍを越えるようになると、芯材の融点よりも白金皮
材の融点が高いことから、検出素子の取付け溶接時に白
金皮材が溶け難くなって、芯材が先に溶け出してしまう
という不具合を生じる。そして、そのためにリードが偏
平状に潰れてしまい、強度低下や折れが生じ、或いは溶
接され得ない場合も生じて、品質がばらつくのである。

【００１１】

【具体的構成・実施例】ところで、本発明に従う検出素
子は、リードを除き、従来の素子と同様な構造を有する
ものであって、その一例が図２に示されている。そこに
おいて、セラミック基体としては、アルミナ等の公知の
セラミック材料からなるパイプ状のボビン１２が用いら
れており、その外周面には、白金等からなる抵抗体薄膜
１８が、従来と同様にして、所定パターンにおいて設け
られている。また、ボビン１２の両端部には、後述する
リード１４，１４がそれぞれ所定長さ挿入せしめられた
状態において、白金ペースト等の接着剤１６にて接着固
定せしめられており、それにより、ボビン１２の端部に
おいて、該接着剤１６にてリード１４と抵抗体薄膜１８
が電気的に接続せしめられているのである。そして、こ
のボビン１２の全体を覆うように、ガラス等からなる保
護コーティング層２０が設けられている。

【００１２】このような素子において、リード１４は、
本発明に従って、芯線（芯材）２２とその外表面上に形
成された被覆層（皮材）２４とからなるクラッドワイヤ
にて構成されており、且つ該芯線２２が白金より熱伝導
率が小さい金属材料にて形成されていると共に、該被覆
層２４が白金にて形成されているのである。より具体的
に、かかるリード１４の芯線に使用される金属材料とし
ては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ等の
単体金属やそれらの合金が用いられ、なかでも融点や熱
伝導率の点から、それらの合金材料が有利に用いられ
る。特に、その代表的なものとしては、ニクロム、錫青
銅、モネルメタル、アンバー、ステンレス鋼、ニッケル
−鉄合金等があり、これらは、何れも、白金の１／３乃
至それ以下の熱伝導率を示すものである。

【００１３】なお、かかる芯線２２の外表面上に、被覆
層２４としての白金層を形成するに際しては、その厚さ
が３〜９μｍの範囲内に設定される。３μｍ以上に設定
することにより、白金層のピンホールを完全に除いて、
芯線２２の酸化防止の効果を充分に得ることができるか
らであり、また９μｍを越えない厚さとすることによ
り、芯線２２と被覆層２４の溶融開始時期を調整して、
溶接強度及び溶接信頼性を確保することができるからで
ある。より好ましくは、４〜７μｍの範囲の被覆層２２
厚さが採用される。

【００１４】また、このような被覆層２４を芯線２２に
形成する方法としては、公知の各種手法が採用され得、
例えば、被覆層２４の材質からなるパイプ材に芯線２２
の材質からなる棒材を嵌め合わせて、抽伸することによ
って、芯線２２と被覆層２４をクラッドする方法があ
り、その他メッキ、スパッタリング等の手法によって、
芯線２２の外表面に被覆層２４を所定厚さに形成して、
目的とするクラッドワイヤとすることも可能である。

【００１５】さらに、かかるリード１４をボビン１２に
接着固定せしめる接着剤１６には、セラミックと金属を
接合するための従来から公知のものを使用することがで
き、通常は、白金等の金属に対して、接着強度を高める
ためにガラスを配合せしめたペーストが選択される。特
に、ガラスの中でも、ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系等
の結晶化ガラスを配合することが望ましく、それによっ
て強度を効果的に向上させることができる。そして、そ
のような接着剤１６にてリード１４をボビン１２の両端
部に位置固定に取り付けた状態において、熱処理（焼
成）を施すことによって、接着剤１６が溶融せしめら
れ、以てリード１４とボビン１２との接着が実現される
こととなる。

【００１６】そして、その後、保護コーティング層２０
を形成するべく、全体にガラスがかけられて、焼成操作
が実施されることとなるが、本発明に従う検出素子にあ
っては、リード１４が、芯線２２の外表面上に白金層
（被覆層２４）を形成してなるクラッドワイヤ構成を有
しているところから、芯線２２の酸化が良好に防止され
て、抵抗値変化が回避され得るのである。また、検出素
子の取付溶接時には、高い溶接強度が安定して得られ、
溶接信頼性が高い特徴を有しているのである。更には、
このような白金被覆線材は、従来の白金線に比して、強
度が高く且つ安価である利点を有しており、リードの切
断が良好に防止され得るようになると共に、検出素子の
コストが有利に低減され得ることとなる。

【００１７】このような本発明に従う検出素子の優れた
特徴は、また、以下の試験結果により容易に認識され得
るところである。

【００１８】すなわち、先ず、図２に示される如き検出
素子を作製するべく、リード１４として、外径が０．１
５mmのステンレス鋼製の芯線２２の外周面上に、１μ
ｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍ、９μｍ、１２μｍのそれ
ぞれの厚さで白金被覆層２４をクラッド形成した、６種
類の白金被覆線材を用意した。そして、各々のリード１
４をセラミック基体としてのアルミナボビン１２に接着
固定した。なお、リードの白金被覆層２４の厚さは、リ
ード横断面から最大値と最小値を測定し、その平均値を
算出した値である。また、使用したアルミナボビン１２
は、内径：０．２mmφ、外径：０．５mmφ、長さ２mmで
あり、その外周面に抵抗値が２０Ωとなるように抵抗体
薄膜１８（厚さ：０．４μｍ）を形成した。更に、リー
ド１４を接着固定する接着剤１６には、白金：６０容量
％とガラス：４０容量％からなる白金ペーストを使用し
た。

【００１９】かくしてボビン１２にリード１４を取り付
けた後に、素子全体にガラスをかけて、低酸素量雰囲気
（Ｏ₂濃度：１００００ｐｐｍ、Ｎ₂バランス）で焼成
することにより、保護コーティング層２０を形成せしめ
た。そして、焼成後のリード１４の酸化程度を観察し、
その結果を下記表１に示した。

【００２０】また、前記の６種類のリード１４につい
て、溶接強度を測定し、その結果も下記表１に併せて示
した。なお、測定方法は、リード１４をステンレス鋼の
円棒（２mmφ）に溶接し、それを９０°に折り曲げて、
引張試験機にて剥離方向へ引っ張ることによって、行な
った。

【００２１】

【表１】

【００２２】かかる表１の結果より明らかなように、白
金被覆層の厚さが１μｍのリードでは、ピンホールが完
全に除き得ないために、酸化防止の効果が不十分で、リ
ードが酸化した。また、そのために溶接強度が低くなっ
た。一方、白金被覆層の厚さが１２μｍのリードでは、
酸化は良好に防止されたが、白金被覆層よりも芯線が先
に溶融して、溶接強度が低くなった。これに対して、白
金被覆層の厚さが３μｍ、５μｍ、７μｍ、９μｍのリ
ードでは、酸化が良好に防止され、しかも溶接強度が高
いことは、明らかである。

【００２３】なお、以上の説明では、ボビン形状のセラ
ミック基体を用いた検出素子について詳述したが、本発
明が板状の基体を用いた検出素子等にも適用され得るこ
とは言うまでもないところである。また、本発明には、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識
に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るもの
であることが、理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の検出素子の一例を示す断面説明図であ
る。

【図２】本発明に従う検出素子の一例を示す断面説明図
である。

【符号の説明】

１２ボビン１４リード１６接着剤１８抵抗体薄膜２０保護コーティング層２２芯線２４被覆層

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】而して、このような検出素子の製造工程に
おいては、リード４がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の材質や、Ｆ
ｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の材質からなる場合に
おいて、検出素子全体を被覆する前記保護コーティング
層１０を焼き付ける際に、その熱処理によってリード４
が酸化せしめられてしまい、その結果、リード４と前記
導電性の接着剤６との間の接触抵抗が大きくなって、素
子の抵抗値変化が惹起される問題があった。また、リー
ド４が酸化した場合には、検出素子の取付け時に溶接が
困難となる不具合もあった。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】換言すれば、白金皮材の厚さがこの範囲を
外れると、何等かの不具合が生じるのであり、例えば、
白金皮材の厚さが３μｍに満たない場合には、白金層の
ピンホールを完全に除き得ないために、酸化防止効果が
不十分となり、リードと導電性の接着剤との接触抵抗を
安定させることができず、抵抗値変化が惹起されてしま
うのである。また、酸化した検出素子は、取付け溶接時
において、溶接が困難となる。一方、白金皮材の厚さが
９μｍを越えるようになると、芯材の融点よりも白金皮
材の融点が高いことから、検出素子の取付け溶接時に白
金皮材が溶け難くなって、芯材が先に溶け出してしまう
という不具合を生じる。そして、そのためにリードが偏
平状に潰れてしまい、強度低下や折れが生じ、或いは溶
接され得ない場合も生じて、品質がばらつくのである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基体と、該基体上に設けられ
た抵抗体と、前記基体に対して接着剤により接着、固定
されて、該抵抗体に電気的に導通せしめられるリードと
を含んで構成され、全体が保護コーティング層にて被覆
されてなる流量計用検出素子であって、該リードが、白金より熱伝導率が小さな材質からなる芯
材と、該芯材の外表面上に形成された、３〜９μｍの厚
さの白金からなる皮材とから構成されるクラッドワイヤ
にて構成されていることを特徴とする流量計用検出素
子。