JPH06317441A - 空気流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気流量測定用の発熱抵抗素子にダストが付
着しても、出力特性の変化を抑えて耐汚損性に優れた空
気流量計を提供する。 【構成】 副通路６内に配置した空気流量測定用の発熱
抵抗素子３は、絶縁基板９に発熱抵抗膜１０をパターン
形成して成る。この発熱抵抗素子３の支持部７近辺の部
位は、空気流下流側に偏在し、この偏在した発熱抵抗膜
部位の上流に発熱抵抗膜を除外したダスト付着受け入れ
スペース１１が確保してある。このスペース１１は吸湿
ダストの付着しやすい箇所で、これを避けるようにして
発熱抵抗膜を設けることで、発熱抵抗膜の空気に対する
放熱特性の変化を抑える。発熱抵抗膜１０とスペース１
１の間にスリット，貫通穴を設け、発熱抵抗膜からの熱
移動を抑えても良い。

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に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、温度依存性を有する発熱抵抗
素子（感熱抵抗体）を発熱させて、この発熱抵抗素子か
ら空気流への放熱量を電気信号に変換して、空気流量を
検出するいわゆる熱式空気流量計が知られている。

【０００３】この種の空気流量計に用いる発熱抵抗素子
としては、セラミックス等の絶縁基板上に発熱抵抗膜を
形成した、いわゆる膜式ものが知られている。

【０００４】また、このような膜式の発熱抵抗に空気流
中のダストが付着すると、出力特性に変化が生じるた
め、その対策手段として、例えば特開平1-314922号公報
に開示されるように、空気流方向に対し発熱抵抗素子を
傾斜させて設置させたものがある。

【０００５】そのほか、特開平１−２１６２１４号公報
に開示されるように、発熱抵抗素子の基板のうち被測定
空気の流れ方向に対向する端面（上流側端面）にダスト
付着防止用のカバーを設けたものが提案されている。

【０００６】また、特開平４−２２１７１７号公報に開
示されるように、絶縁基板に形成される発熱抵抗膜の占
める面積の比率を特定してセンサ応答性を高めるもの等
が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、この種の発熱
抵抗素子のダスト付着について説明する。発熱抵抗素子
の長さ方向とダスト付着量及び温度分布を図２に示す。
発熱抵抗素子を支持した場合、支持部材から離れた先端
に向かうにつれて温度（Ｔ）が高く、支持部材に近寄る
につれて支持部材側への熱移動の影響により温度が低く
なる。温度の高い部分ではダスト焼却によりダストの付
着量（Ｗ）が少なく、温度の低い支持部材の近辺ではダ
スト付着量が多くなる。故にダストの付着は支持部材の
近辺（特に発熱抵抗素子のうち空気流に対向する部分及
びその近辺）に集中することが判る。

【０００８】前記従来技術のうち、ダストの耐汚損性の
ために発熱抵抗素子の表面（板面）を空気流方向に対し
傾斜させて設置する方式は、その形状効果により乾燥ダ
ストが発熱抵抗素子に付着しずらくなる。しかし、一般
的にエンジンに吸入される空気中に含まれるダスト粒子
には、水分あるいは油分等の液体が吸着しており、これ
らの液体がダスト粒子同士をつなぎ止める役割をする。
したがって、前記従来技術のように形状効果だけでは前
述吸湿ダストの影響は回避できない。

【０００９】また、発熱抵抗素子の空気流対向部にカバ
ーを設ける方式であっても吸湿ダストについては付着し
易く、また、カバーのような付属品を必要とするので、
コスト高になる。

【００１０】本発明は以上の点を考慮してなされ、その
目的は、カバー等の付属品を設けることなく、ダスト付
着に対するセンサ特性の劣化を防止でき耐汚損性に優れ
た空気流量計を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
次のような課題解決手段を提案する。

【００１２】すなわち、空気通路に空気流量測定用の発
熱抵抗素子をその一端又は両端を支持して設置した空気
流量計において、前記発熱抵抗素子は絶縁基板の表面に
温度依存性を有する発熱抵抗膜を形成して成り、この発
熱抵抗膜を前記絶縁基板表面のダスト付着量の集中しや
すい箇所を回避するように配置した（これを第１の課題
解決手段とする）。

【００１３】また、その最適なものとして、前記絶縁基
板の表面に形成される発熱抵抗膜のうち発熱抵抗素子支
持部近辺に位置する部位を空気流下流側に偏在させるこ
とで、前記絶縁基板表面における前記発熱抵抗膜偏在箇
所の上流側の位置にダスト付着の受け入れスペースを確
保したものを提案する（これを第２の課題解決手段とす
る）。

【００１４】さらに、上記第２の課題解決手段を前提と
して、前記発熱抵抗膜と前記スペースとの間に少なくと
も１つのスリット或いは貫通孔を設けたものを提案する
（これを第３の課題解決手段とする）。

【００１５】

【作用】

第１の課題解決手段の作用…既述したように、発熱抵抗
素子のうち温度の比較的低い発熱抵抗素子支持部近辺
（以下、支持部近辺とする）で特に空気流の対向する部
分及びその近辺（いわゆる支持部近辺のうち空気流上流
側に寄った場所）にダストが集中して付着しやすい。

【００１６】しかし、本発明によれば、発熱抵抗素子の
うちダストが集中的に付着しやすい箇所を回避して絶縁
基板表面に発熱抵抗膜を形成したので、発熱抵抗素子の
うち上記の如き支持部近辺における空気流上流側に吸湿
ダストが集中付着しても、発熱抵抗素子の放熱特性ひい
ては出力特性に影響しない。これにより空気流量計の耐
汚損性を向上させることができる。

【００１７】第２の課題解決手段の作用…発熱抵抗素子
の基板（絶縁基板）のうち支持部近辺では、空気流下流
側に発熱抵抗膜が偏在し、この基板表面における発熱抵
抗膜偏在箇所の上流側（換言すれば吸湿ダストが集中的
に付着しやすい空気流上流側）に発熱抵抗の存在しない
ダスト付着受け入れスペースが確保されているので、こ
のスペースにダストが集中的に付着しても、発熱抵抗膜
がダスト付着の集中しやすい箇所を避けることで、発熱
抵抗素子の放熱特性に悪影響を与えない。

【００１８】また、発熱抵抗素子のうち支持部近辺に
は、空気流上流側の前記スペースと、空気流下流側の発
熱抵抗膜とが併存しているので、この発熱抵抗膜の存在
により発熱抵抗素子の高温側からの熱移動を抑え、前記
スペースを設けたとしても発熱抵抗素子の応答性を良好
に維持する。

【００１９】第３の課題解決手段の作用…前記第２の課
題解決手段の発熱抵抗素子のうち支持部近辺における前
記スペースと発熱抵抗膜の形成領域の間にスリット或い
は貫通孔を設けることで、発熱抵抗素子の高温側から温
度の低い前記スペース側への熱移動を抑えて空気流量の
出力応答性を高めることができる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００２１】図１の（ａ）は本発明の第１実施例に係る
空気流量計の正面図、（ｂ）はこれに用いる発熱抵抗素
子の斜視図である。

【００２２】図１の（ａ）に示すように、空気流量計の
ボディ１には、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（主通路）５と空気流量測定用の副通
路６が設けてあり、副通路６内に空気流量を検出するた
めの発熱抵抗素子３と温度補償用の感温抵抗体４とが配
置してある。発熱抵抗素子３及び感温抵抗体４は温度依
存性を有する感熱抵抗である。

【００２３】発熱抵抗素子３と感温抵抗体４により検出
した信号は、ボディ１の外周に設けた制御モジュール２
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。例えば、発熱抵抗素子３と感温抵抗体
４はブリッジ回路の中に組み込まれ、空気流により発熱
抵抗素子の放熱量が変化しても常に一定の抵抗値（発熱
温度ただし温度補償を伴う）を保つような電流制御を行
い、この電流値を電圧変換して空気流量信号として出力
する。

【００２４】発熱抵抗素子３は、図１の（ｂ）に示す通
り、アルミナ等のセラミックスで形成した長方形の絶縁
基板９の表面に温度依存性を有する発熱抵抗膜１０をパ
ターン形成して成る。この発熱抵抗膜１０は、蒸着，そ
のほか導電体ペーストを用いてパターン印刷したり、或
いは、基板９の表面（片面）を導電性膜で覆って該導電
性膜をレーザトリミングする等して形成してある。

【００２５】発熱抵抗素子３は合成樹脂製の支持部材７
により片持ち構造で支持される。

【００２６】発熱抵抗素子３の表面（片面）は次のよう
なレイアウトにしてある。すなわち、絶縁基板９の表面
に形成される発熱抵抗膜１０は、発熱抵抗素子支持部近
辺（以下、支持部近辺とする）を除く領域Ｒ１での占有
率を大きくし、支持部近辺領域Ｒ２に位置する部位の占
有率を減少させ、且つこの部位Ｒ２の発熱抵抗膜を空気
流１３下流側に偏在させることで、この発熱抵抗膜偏在
箇所の上流側に発熱抵抗膜が存在しないダスト付着受け
入れスペース（非発熱スペース）１１を確保している。

【００２７】スペース１１の長手方向の長さは、発熱抵
抗素子３の支持部材７の先端から発熱抵抗体の表面温度
が１２０℃となる点までの長さ以下としてある。この点
については、図１０により後述する。

【００２８】支持部材７には導体パターン１２が銅めっ
きにより形成され、制御モジュール２の一部を構成して
いる。導体パターン１２は、フレキシブルワイヤ８を介
して発熱抵抗素子３と電気的に接続される。ここで、制
御モジュール２は、発熱抵抗素子３と感温抵抗体４との
温度差が一定となるように加熱電流を発熱抵抗素子３に
流すように制御する。

【００２９】既に、図２を用いて説明したように、発熱
抵抗素子は、支持部材から離れた先端に向かうにつれて
温度（Ｔ）が高く、支持部材に近寄るにつれて支持部材
側への伝熱の影響により温度が低くなり、ダスト特に吸
湿ダストは、比較的低温部の支持部材の近辺で、しかも
その空気流上流側に集中する。

【００３０】本実施例では、このダスト付着の集中しや
すい箇所を、図１に示すように発熱抵抗膜を除外したス
ペース１１として、スペース１１でダスト付着を受け入
れ、一方、発熱抵抗膜１０はこのダスト付着の集中しや
すい箇所（スペース１１）を避けるようにして形成して
あるので、発熱抵抗素子３に付着したダストによって発
熱抵抗素子３の放熱特性が変化するのを抑えることがで
きる。発熱抵抗素子３の放熱特性変化は直接空気流量計
の出力特性変化となるため、これを抑えることで空気流
量計の耐汚損性を向上できる。

【００３１】また、発熱抵抗素子３のうち支持部７近辺
の領域Ｒ２には、空気流上流側のスペース１１と、空気
流下流側の発熱抵抗膜とが併存するので、この発熱抵抗
膜の存在により領域Ｒ１側の熱がＲ２側に熱移動するの
を極力抑えるので、スペース１１を設けても空気流量計
の応答性を良好に維持することができる。

【００３２】図３には、本実施例との比較のために、ス
ペース１１を設けていない従来型発熱抵抗素子における
付着ダストによる出力特性への影響を示す。これより、
ダスト付着後の出力特性は付着前と比べ大きく変化して
いるが、支持部材から発熱抵抗素子長さのｌ／３までの
間（ａ部）で付着したダストを除去すると、ダスト付着
前の出力特性にほぼ回復することが判る。

【００３３】したがって、本実施例のようにダスト付着
のためのスペース１１を設けて、支持部材７の近辺に堆
積するダストの影響を回避すれば、確実に耐汚損性を向
上できることが理解される。

【００３４】図４に本発明（本実施例）の発熱抵抗素子
３と、スペース１１を設けていない従来型発熱抵抗素子
とのダストの付着による出力特性の変化を比較して示
す。これより、本発明の発熱抵抗素子３は耐汚損性に関
して効果が大きいことが明らかである。

【００３５】図５及び図６に上記実施例に用いる発熱抵
抗素子３の製造例を示す。

【００３６】図５では、セラミック製の基板９に導電性
ペーストをスクリーン印刷により塗布する。この際、抵
抗パターン１０は印刷マスクにより形成されているた
め、後工程でパターン形成する必要はない。その後、焼
成、切断することで上記実施例で説明したような発熱抵
抗素子３が製造される。

【００３７】図６では、セラミック製の基板９の全面に
導電性ペーストを印刷し、焼成した後にレーザにより抵
抗パターン１０をトリミングし、切断しても発熱抵抗素
子３を製造したものである。この場合、ダスト付着受け
入れスペース１１には導電性膜が存在するが、レーザト
リミングの際に抵抗パターン（発熱抵抗膜）１０とは電
気的に絶縁されており発熱しないため、スペース１１を
空白とした場合と同等の効果を得られる。

【００３８】図７及び図８は、それぞれ、本発明の第２
実施例〜第５実施例に係り、発熱抵抗素子３の発熱抵抗
膜１０とスペース１１との間にスリット１４あるいは貫
通穴１５ａ，１５ｂを設けたものである。

【００３９】このうち、図７の（ａ）は、発熱抵抗素子
３の支持部７側の端部からスペース１１の長手方向端部
（反支持部側端部）まで一直線状のスリット１４をレー
ザ加工により設けたものであり、これにより、発熱抵抗
膜１０でスペース１１と併設している部分で発熱した熱
量のスペース１１方向への熱伝導による熱移動を遮断す
ることができるので、応答性をさらに向上させて耐汚損
性に優れた発熱抵抗素子３を実現することができる。

【００４０】また、図７の（ｂ）は、上記スリット１４
を膜式抵抗体１０に沿ってＬ字状に設けたものである。
これにより、上記熱伝導による熱移動をより確実に遮断
できる。

【００４１】図８の（ａ）は、第１実施例で説明した発
熱抵抗素子３におけるスペース１１に該スペース１１の
周囲を残して貫通穴１５ａを設けたものであり、図８の
（ｂ）は、スペース１１に発熱抵抗膜１０に沿って連続
した貫通穴を設けたものである。

【００４２】上記構造とすることにより、図７（ａ），
（ｂ）と同等の熱絶縁効果を得ることができる。

【００４３】図９は、本発明の第６実施例に係り、上記
第１実施例から第５実施例による片持ち構造の発熱抵抗
素子３に対し、両端支持構造としたものである。本構造
においてもダストが付着しやすい部分は、表面温度の低
い支持部材７の近辺であるため、第１実施例から第５実
施例と同様のスペース１１を両支持部材７の近辺に設け
ることにより、第１実施例から第５実施例で説明した発
熱抵抗素子３と同等の効果を得ることができる。

【００４４】図１０は上記第１実施例から第６実施例に
おけるスペース１１の長手方向の長さを設定したもので
ある。

【００４５】図１０の（ａ）は、発熱抵抗素子の温度分
布に対するダスト付着量を示したものである。これよ
り、発熱抵抗素子温度が高くなるに従いダストの付着量
が低下しており、約１２０℃の温度以下になると、ダス
ト付着量が増加することが判る。

【００４６】ここで、図１０の（ｂ）のようにスペース
１１の長手方向の長さをｌａとした場合、このｌａを図
１０の（ｃ）に示すように発熱抵抗素子温度が１２０℃
の点までとすることにより、発熱抵抗素子のスペース１
１のない部分（発熱抵抗素子温度が１２０℃以上の部
分）では、温度効果によりダスト付着量が少なく、スペ
ース１１がある部分（支持部材７の先端からｌ₁までの
部分）では上記第１実施例から第５実施例で説明した効
果により、ダストが堆積しても出力特性への影響が少な
い。

【００４７】したがって、発熱抵抗素子３におけるダス
ト付着受け入れスペース１１の長手方向の長さを支持部
７の先端から発熱抵抗素子温度が１２０℃の点までと設
定することにより、汚損に対して出力特性変化の少ない
空気流量計測装置を提供できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、第１，第２の課題解決
手段では、空気流量計の発熱抵抗素子として、絶縁基板
の表面にダスト付着量の集中しやすい箇所を回避するよ
うにして発熱抵抗膜をパターン形成するだけで、発熱抵
抗素子にダストが付着しても出力特性変化の少ない空気
流量計を提供することができる。

【００４９】また、第３の課題解決手段によれば、非発
熱部に対して断熱できるため応答性を損なうことなく汚
損に対して出力特性変化の少ない空気流量計を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例に係る熱式空気流
量計の正面図、（ｂ）はこれに用いる発熱抵抗素子の斜
視図

【図２】本発明の適用対象となる発熱抵抗素子の長さ方
向に対するダスト付着量及び温度分布を示す特性図

【図３】従来型発熱抵抗体のダスト付着前，ダスト付着
後，ダスト除去後の空気流量特性変化率を示す説明図

【図４】上記実施例に用いる発熱抵抗素子のダスト付着
による特性変化を従来品と比較して示す説明図

【図５】上記実施例に用いる発熱抵抗素子の製造例を示
す説明図

【図６】上記実施例に用いる発熱抵抗素子の他の製造例
を示す説明図

【図７】（ａ）は本発明の第２実施例を示す要部正面
図、（ｂ）は第３実施例を示す要部正面図

【図８】（ａ）は本発明の第４実施例を示す要部正面
図、（ｂ）は第５実施例を示す要部正面図

【図９】本発明の第６実施例を示す要部正面図

【図１０】上記実施例に用いる発熱抵抗素子の温度とダ
スト付着量及び温度分布を示す特性図

【符号の説明】

１…ボディ、２…制御モジュール、３…発熱抵抗素子、
４…感温抵抗体、５…主空気通路、６…副空気通路、７
…支持部材、８…フレキシブルワイヤ、９…絶縁基板、
１０…発熱抵抗膜(抵抗パターン)、１１…ダスト付着受
け入れスペース、１２…導体パターン、１３…空気流、
１４…スリット、１５ａ，１５ｂ…貫通穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 渡辺 泉 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気通路に空気流量測定用の発熱抵抗素
   子をその一端又は両端を支持して設置した空気流量計に
   おいて、 前記発熱抵抗素子は絶縁基板の表面に温度依存性を有す
   る発熱抵抗膜を形成して成り、この発熱抵抗膜を前記絶
   縁基板表面のダスト付着量の集中しやすい箇所を回避す
   るように配置したことを特徴とする空気流量計。
2. 【請求項２】 空気通路に空気流量測定用の発熱抵抗素
   子をその一端又は両端を支持して設置した空気流量計に
   おいて、 前記発熱抵抗素子は絶縁基板の表面に温度依存性を有す
   る発熱抵抗膜を形成して成り、この発熱抵抗膜のうち発
   熱抵抗素子支持部近辺に位置する部位を空気流下流側に
   偏在させることで、前記絶縁基板表面における前記発熱
   抵抗膜偏在箇所の上流側の位置にダスト付着の受け入れ
   スペースを確保して成ることを特徴とする空気流量計。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記発
   熱抵抗膜は、前記絶縁基板にパターン印刷するか、或い
   は前記絶縁基板の表面を導電性膜で覆って該導電性膜を
   レーザトリミングして形成したことを特徴とする空気流
   量計。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３において、前記発
   熱抵抗膜と前記スペースとの間に少なくとも１つのスリ
   ットを設けたことを特徴とする空気流量計。
5. 【請求項５】 請求項２又は請求項３において、前記発
   熱抵抗膜と前記スペースとの間に少なくとも１つの貫通
   孔を設けたことを特徴とする空気流量計。
6. 【請求項６】 請求項２ないし請求項５のいずれか１項
   において、前記スペースの長手方向の長さが前記発熱抵
   抗素子の支持部先端から該発熱抵抗素子の表面温度が１
   ２０℃となる点までの長さ以下に設定してあることを特
   徴とする空気流量計。