JPH1183583A - 抵抗体素子および空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱的性能を向上させつつ、温度特性，耐汚損性
を向上させる発熱抵抗体の構造。 【解決手段】抵抗体を保持する円柱状パイプに断熱層と
しての貫通孔を設ける。 【効果】熱的性能，温度特性，耐汚損性を改善できる効
果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗体素子に係わ
り、特には、それを用いた内燃機関の吸入空気流量の検
出に好適な空気流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発熱抵抗体及び感温抵抗体には、
特開平3−56410号に開示されたように外径φ０.５mm，
長さ２mm程度の円柱状のアルミナパイプにφ０.２程度
のリードを挿入し、その表面にφ２０μｍの白金線をス
パイラル状に巻線した後に抵抗体表面にガラスコートす
る構造となっている。

【０００３】また、特開平6−275406 号に開示されてい
る発熱抵抗体及び感温抵抗体では外径φ０.５mm，内径
φ０.３mm，長さ２〜３mm程度のアルミナパイプ等にリ
ードを接着固定し前記アルミナパイプ表面に金属薄膜を
形成し、この金属薄膜をトリミングすることにより所定
抵抗値に収め、その後保護膜で覆う構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の前者の
技術においては発熱抵抗体は所定の高温度に加熱される
ため、アルミナ等で形成された円柱状パイプ自体も抵抗
体と同一温度になるまで加熱され続けるがパイプ自身の
熱容量による熱応答遅れが発生する。更に発熱体からリ
ードへ伝導する熱量があるため熱応答遅れが発生する。
この熱応答遅れは、例えば測定すべき空気流量がステッ
プ状に変化した際に空気流量測定装置の出力信号が実際
の空気変化に対しての追従性の悪化となって表れる。特
に過渡領域での遅れが顕著となって表れる（本明細書で
は以降応答特性と呼称する）。前記応答遅れを解消する
には、アルミナパイプを削除すれば熱容量が減少し応答
遅れの問題は解決できるが、抵抗体形成の基準となるパ
イプがないことには巻線も不可能である。またリード線
の保持もできないため構造的に巻線が不可能である。ま
た、後者の技術も同様で、アルミナパイプの熱容量が応
答遅れの原因となっている。特に前記アルミナパイプに
挿入するリード線は導電性接着剤により接着されている
ため、抵抗体より導電性接着剤を熱伝導する熱量が大き
く応答遅れがより顕著となる。

【０００５】前者、後者の従来技術では、発熱抵抗体の
外径がφ０.５mm 程度とかなり微少形状である。これは
前述したように熱容量を増加することは発熱抵抗体の熱
的特性を悪化させることによるものだが、前記発熱抵抗
体の表面積を増加させる（外径の増加）ことにより逆に
向上する性能もある。一つは温度特性であり、もう一つ
は耐汚損性である。ここで温度特性とは常温時における
発熱抵抗体の出力と温度が変化した際における発熱抵抗
体の出力の変動量とする（通常：誤差率％で表す）。従
来技術で開示されている発熱抵抗体は前述したように、
その形状が小さいため空気に対する熱伝達面、つまり表
面積が測定すべき空気流量の温度が変化した際の放熱特
性を表すヌッセルト数の定数変化率が大きいため温度変
化に対しての測定誤差が発生する。対策は熱伝達面積を
増加させることにより、前記流量依存性を緩和できるの
だが発熱抵抗体の寸法増大化は熱特性を悪化させる。ま
た、耐汚損性については発熱抵抗体の外径を大きくした
方が耐汚損性が向上するのは一般的に認知されている。
しかしながら、単に発熱抵抗体の外径を大きくしただけ
だと発熱抵抗体の熱特性が悪化する。

【０００６】本発明では発熱抵抗体の熱的特性を維持し
つつ、温度特性，耐汚損性も同時に改善できる発熱抵抗
体の構造を申請するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明による発熱抵抗体の特徴は抵抗体を保持する一般絶縁
材料として認知され安価なアルミナ等により形成される
円柱状パイプの外径とリード挿入用の貫通孔の外周との
間隙に断熱層を形成することにある。この断熱層は前記
円柱状パイプの外径とリード挿入用の貫通孔の外周との
間隙に弧状あるいは円状の空間を前記円柱状パイプに一
様に形成することによって達成される。断熱材として最
も有効なのは極薄い一定の空気層を形成することであ
る。アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫに対し空気は
０.０４Ｗ／ｍＫ とかなり小さい。つまり、熱応答性に
優れた発熱抵抗体を得るにはアルミナ等の円柱状パイプ
の断面に断熱層を形成し、前記断熱層より外周のみの部
分で発熱抵抗体を形成することにある。この円柱状パイ
プの断面に断熱層としての空気層を形成する際に両端を
遮蔽することにより更に断熱効果は促進できる。これ
は、前記円柱状パイプの断面に形成された空気層は両端
が遮蔽されることにより空気が密閉され空気の対流現象
を阻止できるため、空気が移動せず安定した断熱層とし
て機能するためである。

【０００８】また、アルミナパイプ表面に断熱部材によ
る層を形成することも有効である。本来なら断熱部材で
パイプを成形すれば問題ないのだが、断熱部材と接着剤
の相性が悪い場合が多く実用できるケースがまれであ
る。従って、接着剤と相性の良いアルミナでパイプを成
形し、その表面に断熱層を形成する方法が有効となる。
断熱層を形成するのは耐熱レンガ粉，けいそう土等熱伝
導率の低い絶縁材料を前記アルミナでパイプ表面に塗布
し焼結する方法が有効である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１〜図１７に
より説明する。

【００１０】図１及び図２は本発明で提示している発熱
抵抗体１の断面図である。発熱抵抗体１はアルミナ等の
安価な汎用無機材により外径φ０.５〜φ０.９mm，長さ
２〜３mm程度の円柱状パイプ２に外径φ０.２mm 以下の
リード３を接着剤４により接着固定される。このリード
は白金線，白金合金線，非貴金属材料表面に貴金属材料
をクラッドしたリードが使用されることが多く、接着剤
にはガラス系の無機物が使用されるケースが多い。更に
Ｐｔ細線等を抵抗線として使用するため抵抗線の片端を
リード３に溶接し、これを基点にパイプ２上をスパイラ
ル状に抵抗線５を巻線し所定の抵抗値に巻線し終えた後
に反対側のリード３に溶接固定される。最後に抵抗体部
分を保護するためのガラス等のコーティング６が施され
る構造である。本実施例の特徴は円柱状パイプ２の貫通
孔１４外周と円柱状パイプ２外径との間隙部に設けられ
た貫通孔１５にある。この貫通孔１５は外径によって、
その最適値が異なる。例えば外径φ０.９mmにおいては
最大φ０.２５mm以下程度である。

【００１１】ここで、発熱抵抗体１及び感温抵抗体７を
用いた空気流量測定装置についての概略を図３〜図５を
用いて説明する。図３は発熱抵抗体１あるいは感温抵抗
体７または測定装置を用いた空気流量測定装置の断面構
造図、図４はその正面図である。図５は発熱抵抗体１及
び感温抵抗体７を用いた空気流量測定装置の使用例（装
着例）を示す。まず、空気流量測定装置について簡単に
説明する。発熱抵抗体１及び感温抵抗体７を用いた熱式
の空気流量測定装置の発熱抵抗体１は、空気温度を計測
する感温抵抗体７と常に一定の温度差に保たれるように
フィードバック回路により定温度制御され、常時加熱さ
れている。発熱抵抗体１は空気流の中に設置されるため
該空気流に放熱する発熱抵抗体１の表面部分が放熱面、
つまり熱伝達面となる。この熱伝達で該空気流に奪われ
た熱量を電気的信号に変換し空気流量を計測するもので
ある。図３において具体的に空気流量測定装置の構成に
ついて説明する。８は発熱抵抗体１よりの信号を電気的
に変換し空気流量信号にする駆動回路を保持し、かつ、
全吸入空気流量が流入する空気通路を形成するボディで
ある。ボディ８は、吸入空気の大部分が流入する一方の
空気通路としての主通路９と、一部の空気が流れ込む他
方の空気通路としての副通路１０とに分けられた両通路
を有し、発熱抵抗体１と感温抵抗体７とから成る測定素
子が副通路１０中に収納されており、発熱抵抗体１及び
感温抵抗体７が別体となって副通路１０中に配置される
構成である。

【００１２】図５は流量計の測定素子である発熱抵抗体
１と感温抵抗体７を収納した副通路１０及び、駆動回路
を内燃機関の吸入空気を取り込むエアクリーナ１１に直
接、配置した実施例である。エアクリーナ１１の空気取
り入れ口より流入した空気はエアクリーナエレメント１
２により整流されて発熱抵抗体１及び感温抵抗体７を通
過した空気流量を計測する。計測された空気はダクト１
３を通過しそのまま内燃機関のシリンダへと流入する構
造である。内燃機関は空気流量測定装置が計測した信号
と他センサの信号を基にマイクロコンピュータが内燃機
関のシリンダ内へのインジェクタの噴射量を決定し内燃
機関の燃焼制御を行っている訳だが、空気流量測定装置
の信号をベースに内燃機関の燃焼制御を行っているため
発熱抵抗体を用いた熱式空気流量測定装置は直接質量流
量を測定できる利点と、その信頼性より多くの内燃機関
の制御システムに採用されている。

【００１３】以上、空気流量測定装置の概要について述
べたが以下、本発明の優位点について図１，図２を用い
て述べる。内燃機関に使用される空気流量測定装置の発
熱抵抗体１には熱的応答性、つまり空気流量がステップ
的に変化した際の発熱抵抗体１の熱的追従性（以下、応
答特性と呼称する）あるいは電源が入力された際の発熱
抵抗体１の熱的追従性（以下、始動特性と呼称する）の
性能が重要な基本特性となる。しかしながら、現在良く
認知されている発熱抵抗体は円柱状パイプに抵抗巻線し
た構造であり、応答特性，始動特性を改善するには円柱
状パイプ自身の持つ熱容量があるため、どうしても応答
遅れが発生する。理想的には抵抗巻線だけの発熱抵抗体
であれば応答遅れはほとんどないのだが、機械的強度，
抵抗巻線の基準がない等、現実には不可能の状態であ
る。

【００１４】本発明では、現在良く認知されている構造
の発熱抵抗体の構造をそのまま生かし、応答特性を向上
させた発熱抵抗体の構造について発明を申請するもので
ある。市場に広く出回り安価なアルミナ等の無機材によ
り成形された円柱状パイプの断面形状について、リード
３を挿入する貫通孔１４の外周と円柱状パイプ２の外径
との間隙に無数の貫通孔１５を設けた円柱状パイプを成
形し、この貫通孔１５を設けた円柱状パイプ２にリード
３を接着し抵抗線５を巻線した後に抵抗体表面をコーテ
ィング６する構造の発熱抵抗体１は無数にあけた貫通孔
１５により円柱状パイプ自身の熱容量が減少するため、
応答特性及び始動特性が向上する。更に本発明の優位点
はこの無数に設けた貫通孔１５が断熱層となって、発熱
した抵抗線５（発熱抵抗体）から円柱状パイプ２を熱伝
導し空気中あるいはリード３に逃げる熱量を低減する効
果があることである。つまり発熱抵抗体１となるのは抵
抗線５と円柱状パイプ２の表面部分のみとなることより
円柱状パイプ２自身の熱容量を無視できる発熱抵抗体１
に成りうることである。アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／
ｍＫに対し空気は０.０４Ｗ／ｍＫ と１／５００以下で
あることより断熱層として空気層を円柱状パイプ２を設
けた本発明の発熱抵抗体１は抵抗線５と円柱状パイプ２
の極く表面部分のみで発熱抵抗体１を形成することがで
きるため熱容量の低減と空気層による断熱効果により応
答特性，始動特性に優れた発熱抵抗体１となる。

【００１５】図６，図７には本発明の発熱抵抗体１を用
いた際の応答特性，始動特性を提示する。図６によると
円柱状パイプ２に無数の貫通孔１５を設けた発熱抵抗体
１は従来品の応答特性１６に比較して応答特性１７が改
善される効果があることが判る。図７に提示した始動特
性も同様で従来品の始動特性１８に比較して本発明品１
９の始動特性が改善されることは明確である。本発明品
の効果は熱応答性のみではない。円柱状パイプ２の断面
に設けられた貫通孔１５の優れた断熱効果より従来品よ
り外径を増加させた発熱抵抗体を用い空気流量測定装置
に組み込んでも熱的特性を維持したままの空気流量測定
装置を提供できることにある。図８には本発明品を用い
かつ円柱状パイプ２の外径を増加させた空気流量測定装
置における温度特性を提示する。従来品の温度特性２０
に比較して本発明品の温度特性２１は誤差発生率が減少
している。図９に提示する耐汚損性についても従来品の
性能２２に比較して本発明品の性能２３の改善効果が大
きいことが判る。以上述べたように、本発明の発熱抵抗
体１は熱的特性を損なうことなく発熱抵抗体の寸法（外
径）を大きくできるため応答特性，始動特性及び温度特
性，耐汚損性を改善できる発熱抵抗体と成る得る。

【００１６】図１０，図１１には図１に提示した本発明
の発熱抵抗体の別の実施の形態を提示する。図１０は本
発明の発熱抵抗体の断面構造図であり、図１１はその正
面図である。図１，図２に提示した発熱抵抗体における
円柱状パイプ２の断熱層となる貫通孔１５をできるだけ
断面積を大きく取った形状である。発熱抵抗体１は抵抗
体形成を行い易くするため、その断面は円状であること
が多い。断熱層となる貫通孔１５は円柱状パイプ２のリ
ード挿入孔部分(内径部分)と抵抗体形成の基準となる外
径部分を繋ぐブリッジ２４を介し弧状の貫通孔１５とな
る。この形状だと一様な幅で円周状に断熱効果をもたら
すことができるため、断熱効率が更に安定し熱的特性を
向上させることができる。

【００１７】図１２には図１に提示した本発明の発熱抵
抗体１の別の実施の形態を示す。前述したように円柱状
パイプ２に断熱層を形成することが本発明の主旨である
が、図１２では断熱効果を更に向上させることを達成で
きる構造についての実施例である。図１に提示した発熱
抵抗体１に形成した断熱層としての貫通孔１５は円柱状
パイプに対し貫通しているため、空気流量が大きい際に
貫通孔１５内部に吸入空気が流れ込む可能性がある。こ
の現象が発生するとパイプ内部の空気が貫通孔内部で対
流したり、外部に対し移動してしまう現象が発生する。
貫通孔１５内部で空気の対流が発生したりすると逆に熱
伝達を促進する効果を生む。従って図１２では、両端を
遮蔽した円柱状パイプ２により発熱抵抗体１に形成した
断熱層となる空洞部２５を形成し外乱による空洞部２５
内部の空気対流を阻止し、安定した断熱層を円柱状パイ
プ２内部に形成できることになる。

【００１８】図１３では図１２に提示した貫通孔１５に
よる断熱効果促進を別の方法により実現するものであ
る。一般的に円柱状パイプ２はアルミナ等で形成される
場合が多く、その成形は射出成形が一般的である。しか
し図１２で提示したような両端を遮蔽した空洞部２５を
有する円柱状パイプ２を製作するのは至難の技である。
従って、現実的には円柱状パイプ２の端部から端部まで
貫通した孔を有する円柱状パイプ２しか製造できない。
そこで円柱状パイプ２の端部から端部まで貫通した孔を
有する円柱状パイプ２を使用しかつ、両端に点在する貫
通孔１５を遮蔽できる方法を考案した。通常発熱抵抗体
１は、その最終工程で抵抗体を保護するガラスやポリイ
ミドのようなコート材によりオーバーコートされるが、
断熱層となる貫通孔１５の表面にもオーバーコートする
ことにより断熱層となる貫通孔１５の両端を遮蔽でき
る。断熱層となる貫通孔１５が円状の場合は貫通孔１５
表面にコートされたコート材は貫通孔内部と外部との圧
力差（浸透圧）により貫通孔内部に侵入はするものの、
侵入する貫通孔が微少であるため浸透圧より表面張力の
方が勝り、貫通孔の両端で膜を形成し焼成される。従っ
てオーバーコート材で貫通孔両端を遮蔽する簡単な方法
で安定した断熱層を形成できる。

【００１９】図１４，図１５には図１に提示した本発明
の発熱抵抗体１の別の実施の形態を示す。図１４，図１
５は実施の形態を示す断面構造図である。本実施例では
円柱状パイプ２表面に形成する抵抗体を白金，ニッケル
等の金属による薄膜２６を形成し、その表面をスパイラ
ル状にトリミングすることにより抵抗線５を形成してい
る構造である。この発熱抵抗体１の構造の特徴は円柱状
パイプ２とリード３の接着に導電性接着剤を使用するこ
とである。これは円柱状パイプ２表面に薄膜２６を形成
し抵抗線５としているため、抵抗体端部とリードとの電
気的接続を確保することが目的であるが、導電性接着剤
は信頼性において劣るため発熱抵抗体１の信頼性は図１
に提示した発明例に比較すると劣る。

【００２０】図１６，図１７も図１に提示した本発明の
発熱抵抗体１の別の実施の形態を示す。図１６，図１７
は実施の形態を示す断面構造図である。以上まで円柱状
パイプ２内部に貫通孔１４を設け、断熱層としてきた
が、図１６では円柱状パイプ２表面に断熱部材による断
熱層２７を形成し抵抗線５からの熱量を断熱する構造で
ある。円柱状パイプ２はアルミナ等のガラス接着剤ある
いは導電性接着剤等との相性の良い材料が好ましい。断
熱材には無機系の各種耐熱材料を用いるのが好ましい。
例えばレンガ粉，けいそう土のペーストを前記円柱状パ
イプ２表面にコーティングし焼結する方法が簡単であ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると抵抗体を保持する円柱状
パイプ内部に形成した断熱層となる貫通孔により熱的性
能を向上させることができる。また、温度特性や耐汚損
性を向上させるために前記円柱状パイプの外径を増加さ
せても熱的性能を損なうことのない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発熱抵抗体の断面構造図。

【図２】図１に提示した本発明の発熱抵抗体の横方向断
面図。

【図３】図１に提示した本発明の発熱抵抗体を使用した
空気流量測定装置の断面構造図。

【図４】図３に提示した空気流量測定装置の横方向断面
図。

【図５】図３に提示した空気流量測定装置の内燃機関へ
の装着例。

【図６】図１に提示した本発明の発熱抵抗体を使用した
空気流量測定装置の応答特性図。

【図７】図１に提示した本発明の発熱抵抗体を使用した
空気流量測定装置の始動特性図。

【図８】図１に提示した本発明の発熱抵抗体を使用した
空気流量測定装置の温度特性図。

【図９】図１に提示した本発明の発熱抵抗体を使用した
空気流量測定装置の耐汚損性。

【図１０】図１に提示した発熱抵抗体の別の実施の形態
を表す断面構造図。

【図１１】図１０に提示した発熱抵抗体の横方向断面
図。

【図１２】図１に提示した発熱抵抗体の別の実施の形態
を表す断面構造図。

【図１３】図１に提示した発熱抵抗体の別の実施の形態
を表す部分断面構造図。

【図１４】図１に提示した発熱抵抗体の別の実施の形態
を表す断面構造図。

【図１５】図１４に提示した発熱抵抗体の横方向断面
図。

【図１６】図１に提示した発熱抵抗体の別の実施の形態
を表す断面構造図。

【図１７】図１６に提示した発熱抵抗体の横方向断面
図。

【符号の説明】

１…発熱抵抗体、２…円柱状パイプ、３…リード、４…
接着剤、５…抵抗線、６…コーティング、７…感温抵抗
体、８…ボディ、９…主通路、１０…副通路、１１…エ
アクリーナ、１２…エアクリーナエレメント、１３…ダ
クト、１４…貫通孔、１５…断熱層となる貫通孔、１６
…従来品の応答特性、１７…本発明品の応答特性、１８
…従来品の始動特性、１９…本発明品の始動特性、２０
…従来品の温度特性、２１…本発明品の温度特性、２２
…従来品の性能、２３…本発明品の性能、２４…ブリッ
ジ、２５…空洞部、２６…薄膜抵抗体、２７…断熱層。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性部材からなるリード線と、 前記リード線が挿入接着された絶縁材からなるパイプ材
   と、 前記パイプ材の外周に形成された抵抗体と、 前記抵抗体を被覆する保護膜と、 を備えた抵抗体素子において、 前記抵抗体と前記リード線との間に断熱層を設けたこと
   を特徴とする抵抗体素子。
2. 【請求項２】導電性部材からなるリード線と、 前記リード線が挿入接着された絶縁材からなるパイプ材
   と、 前記パイプ材の外周に形成された抵抗体と、 前記抵抗体を被覆する保護膜と、を備えた抵抗体素子に
   おいて、 前記パイプ材に中空部を設けたことを特徴とする抵抗体
   素子。
3. 【請求項３】請求項２において、前記中空部は外界から
   遮蔽されていることを特徴とする抵抗体素子。
4. 【請求項４】請求項２において、前記中空部は前記保護
   膜によって外界から遮蔽されていることを特徴とする抵
   抗体素子。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記パイプ材は、アルミナであり、 前記断熱層は、レンガ粉またはけいそう土を含む耐熱材
   料を前記パイプ材の表面に焼結して、形成することを特
   徴とする抵抗体素子。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか記載の抵抗体素
   子を備えた空気流量測定装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の空気流量測定装置を備えた
   内燃機関の制御システム。