JP2000171422A - ガス検出センサー - Google Patents
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- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス検出センサーの構造の簡素化を図ると共
に、Ｈ2 ＯやＯ2 の存在下に於いて長期に、しかも安定
した高精度な可燃性ガス濃度や酸素ガス濃度の検出が行
なえるようにする。 【解決手段】 可燃性ガスの接触反応によるセンサーの
発熱により可燃性ガスの検出信号を発信するようにした
ガス検出センサーに於いて、被検出ガスが接触流通する
接ガス面に白金コーティング皮膜を有するダイヤフラム
と、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端側
を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、可燃性
ガスの接触反応により加熱される第１検出センサーと；
被検出ガスが接触流通する接ガス面を有するダイヤフラ
ムと、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端
側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、被検
出ガスの温度を検出する第２検出センサーとから構成す
る。
に、Ｈ2 ＯやＯ2 の存在下に於いて長期に、しかも安定
した高精度な可燃性ガス濃度や酸素ガス濃度の検出が行
なえるようにする。 【解決手段】 可燃性ガスの接触反応によるセンサーの
発熱により可燃性ガスの検出信号を発信するようにした
ガス検出センサーに於いて、被検出ガスが接触流通する
接ガス面に白金コーティング皮膜を有するダイヤフラム
と、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端側
を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、可燃性
ガスの接触反応により加熱される第１検出センサーと；
被検出ガスが接触流通する接ガス面を有するダイヤフラ
ムと、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端
側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、被検
出ガスの温度を検出する第２検出センサーとから構成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性ガスや可燃
性ガス内の酸素ガスの検出センサーの改良に関するもの
であり、各種の生産装置や生産設備の保安用、半導体製
造用純水や半導体製造用ガス内の水素の検出等に利用さ
れるものである。
性ガス内の酸素ガスの検出センサーの改良に関するもの
であり、各種の生産装置や生産設備の保安用、半導体製
造用純水や半導体製造用ガス内の水素の検出等に利用さ
れるものである。
【０００２】
【従来の技術】可燃性ガスの検出センサーとしては、従
前から接触反応式（又は接触燃焼式）センサーや半導体
式センサー、熱伝導度式センサーが広く利用されてお
り、その中でも接触反応式センサーは寿命及び安定性に
優れているため、水素等の検出には数多く用いられてい
る。図１０は、従前の接触反応式センサーのセンサー素
子Ａの一例を示すものであり、白金線（直径約２０μ
ｍ）のコイルＢに、触媒担体Ｃとなるアルミナ又はシリ
カアルミナとバインダーとの混合物を焼結し、これに白
金等の触媒Ｄを担持させることにより構成されている。
前から接触反応式（又は接触燃焼式）センサーや半導体
式センサー、熱伝導度式センサーが広く利用されてお
り、その中でも接触反応式センサーは寿命及び安定性に
優れているため、水素等の検出には数多く用いられてい
る。図１０は、従前の接触反応式センサーのセンサー素
子Ａの一例を示すものであり、白金線（直径約２０μ
ｍ）のコイルＢに、触媒担体Ｃとなるアルミナ又はシリ
カアルミナとバインダーとの混合物を焼結し、これに白
金等の触媒Ｄを担持させることにより構成されている。
【０００３】上記センサー素子Ａの使用に際しては、図
１１に示す如く、センサー素子Ａと不活性物質を焼結さ
せた温度補償素子Ａｏとでブリッジ回路を組み、予かじ
めセンサー素子Ａに適当な電圧を加えてこれを約２５０
℃以上の温度に予熱しておく。そして、この予熱された
センサー素子Ａに水素等の可燃性ガスが接触すると、触
媒Ｄの触媒作用によって水素等が接触反応を起し、セン
サー素子Ａが加熱されてその電気抵抗が増大する。その
結果、ブリッジ回路の平衡が崩れて電位差が生じ、指示
計Ｅの振れの大きさからセンサー素子Ａでの発熱量即ち
被検出ガス内の可燃性ガス濃度が読み取られる。
１１に示す如く、センサー素子Ａと不活性物質を焼結さ
せた温度補償素子Ａｏとでブリッジ回路を組み、予かじ
めセンサー素子Ａに適当な電圧を加えてこれを約２５０
℃以上の温度に予熱しておく。そして、この予熱された
センサー素子Ａに水素等の可燃性ガスが接触すると、触
媒Ｄの触媒作用によって水素等が接触反応を起し、セン
サー素子Ａが加熱されてその電気抵抗が増大する。その
結果、ブリッジ回路の平衡が崩れて電位差が生じ、指示
計Ｅの振れの大きさからセンサー素子Ａでの発熱量即ち
被検出ガス内の可燃性ガス濃度が読み取られる。
【０００４】前記図１０のセンサー素子Ａは、（イ）可
燃性ガスに対する選択性に優れていること、（ロ）共存
するＨ2 Ｏの影響を受け難いこと、（ハ）爆発下限界程
度のガス濃度（水素ガスの場合１〜４％位い）の測定に
適していること等の優れた利点を有している。しかし、
センサー素子の温度を２５０℃以上に保持しなければな
らず、しかも可燃性ガスの検出中は動作温度が更に上昇
して着火源となる可能性があるため、２００メッシュ程
度の金網や焼結金属等でもってセンサー素子Ａを覆うこ
とにより、センサー素子Ａを防爆構造とする必要があ
り、安全性の点に難点がある。また、この種のセンサー
素子Ａは、前述の通り触媒担体Ｃ内に触媒Ｄを担持する
構成となっているため、触媒活性の安定性と云う点に基
本的な問題を抱えている。特に、可燃性ガスの燃焼によ
る触媒のシンターや、一部の不完全燃焼により発生した
カーボンの触媒活性度に及ぼす影響は未だ十分に解析さ
れておらず、高濃度のＨ2 ＯやＯ2 の共存下に於けるこ
の種のセンサー素子Ａの使用実績は殆んど見当らない。
更に、この種センサー素子Ａは触媒担体Ｃの内部の洗浄
が困難であり、そのため高清浄度を要求される半導体製
造プロセスに於いては使用できないと云う問題がある。
燃性ガスに対する選択性に優れていること、（ロ）共存
するＨ2 Ｏの影響を受け難いこと、（ハ）爆発下限界程
度のガス濃度（水素ガスの場合１〜４％位い）の測定に
適していること等の優れた利点を有している。しかし、
センサー素子の温度を２５０℃以上に保持しなければな
らず、しかも可燃性ガスの検出中は動作温度が更に上昇
して着火源となる可能性があるため、２００メッシュ程
度の金網や焼結金属等でもってセンサー素子Ａを覆うこ
とにより、センサー素子Ａを防爆構造とする必要があ
り、安全性の点に難点がある。また、この種のセンサー
素子Ａは、前述の通り触媒担体Ｃ内に触媒Ｄを担持する
構成となっているため、触媒活性の安定性と云う点に基
本的な問題を抱えている。特に、可燃性ガスの燃焼によ
る触媒のシンターや、一部の不完全燃焼により発生した
カーボンの触媒活性度に及ぼす影響は未だ十分に解析さ
れておらず、高濃度のＨ2 ＯやＯ2 の共存下に於けるこ
の種のセンサー素子Ａの使用実績は殆んど見当らない。
更に、この種センサー素子Ａは触媒担体Ｃの内部の洗浄
が困難であり、そのため高清浄度を要求される半導体製
造プロセスに於いては使用できないと云う問題がある。
【０００５】このように、高濃度のＨ2 ＯやＯ2 の共存
下に於ける接触反応式可燃性ガス検出センサー素子Ａの
使用は、信頼性等の点で大きな問題が残されており、こ
のことは半導体式可燃性ガス検出センサーや熱伝導度式
可燃性ガスセンサーの使用に於いても同様である。ま
た、この種のセンサー素子Ａは、原理的には可燃性ガス
中の酸素検出用のセンサーとしても使用可能なものであ
るが、現実には前記信頼性等の問題から実用化されてお
らず、その使用実績も殆ど見当たらない。
下に於ける接触反応式可燃性ガス検出センサー素子Ａの
使用は、信頼性等の点で大きな問題が残されており、こ
のことは半導体式可燃性ガス検出センサーや熱伝導度式
可燃性ガスセンサーの使用に於いても同様である。ま
た、この種のセンサー素子Ａは、原理的には可燃性ガス
中の酸素検出用のセンサーとしても使用可能なものであ
るが、現実には前記信頼性等の問題から実用化されてお
らず、その使用実績も殆ど見当たらない。
【０００６】即ち、従前の接触反応式可燃性ガス検出用
センサー素子Ａは、使用時間の経過と共に触媒活性度、
即ちＨ2 ガス検出感度が大きく低下することになり、例
えば半導体製造用水分発生反応炉３の水分取出ライン内
に於ける未反応水素ガス濃度の検出等には、信頼性の点
で到底利用することができない。尚、このことは、前記
した半導体式水素ガス検出用センサーや熱伝導度式水素
ガス検出用センサーの場合も同様であることが、実験に
より確認されている。また、半導体製造用水分発生炉３
に於いては、水素ガス過剰状態で水分を発生させる使い
方をする場合もあり、この場合には、水分取出ライン内
の発生水分＋余剰水素雰囲気中の未反応酸素ガスの濃度
を検出する必要があるが、従前のセンサー素子Ａは、こ
れ等の場合に利用することが出来ない。
センサー素子Ａは、使用時間の経過と共に触媒活性度、
即ちＨ2 ガス検出感度が大きく低下することになり、例
えば半導体製造用水分発生反応炉３の水分取出ライン内
に於ける未反応水素ガス濃度の検出等には、信頼性の点
で到底利用することができない。尚、このことは、前記
した半導体式水素ガス検出用センサーや熱伝導度式水素
ガス検出用センサーの場合も同様であることが、実験に
より確認されている。また、半導体製造用水分発生炉３
に於いては、水素ガス過剰状態で水分を発生させる使い
方をする場合もあり、この場合には、水分取出ライン内
の発生水分＋余剰水素雰囲気中の未反応酸素ガスの濃度
を検出する必要があるが、従前のセンサー素子Ａは、こ
れ等の場合に利用することが出来ない。
【０００７】一方、本件出願人は、従前の接触反応式可
燃性ガス検出用センサー素子Ａの問題点を解決するもの
として、先きに図１２に示すような構成の可燃性ガス検
出器を開発し、特願平９−１８６３８３号としてこれを
公開している。当該可燃性ガス検出器は、可燃性ガス検
出センサー２０と検出器本体３０等から形成されてお
り、前者の可燃性ガス検出センサー２０は白金コーティ
ング触媒を施した第１検出センサー２１と被検出ガスの
温度を検出する第２検出センサー２２とセンサー保持部
２３等から形成されている。また、後者の検出器本体３
０は、第１検出センサー２１からの温度信号を検知する
第１温度検出器３１、第２検出センサー２２からの温度
信号を検知する第２温度検出器３２、両者の検出温度を
夫々表示する第１温度表示部３３及び第２温度表示部３
４、両者の検出温度の差を検出する温度差検出器３５、
検出器３５からの差温度を表示する温度差表示部３６等
より構成されている。
燃性ガス検出用センサー素子Ａの問題点を解決するもの
として、先きに図１２に示すような構成の可燃性ガス検
出器を開発し、特願平９−１８６３８３号としてこれを
公開している。当該可燃性ガス検出器は、可燃性ガス検
出センサー２０と検出器本体３０等から形成されてお
り、前者の可燃性ガス検出センサー２０は白金コーティ
ング触媒を施した第１検出センサー２１と被検出ガスの
温度を検出する第２検出センサー２２とセンサー保持部
２３等から形成されている。また、後者の検出器本体３
０は、第１検出センサー２１からの温度信号を検知する
第１温度検出器３１、第２検出センサー２２からの温度
信号を検知する第２温度検出器３２、両者の検出温度を
夫々表示する第１温度表示部３３及び第２温度表示部３
４、両者の検出温度の差を検出する温度差検出器３５、
検出器３５からの差温度を表示する温度差表示部３６等
より構成されている。
【０００８】そして、前記可燃性ガス検出センサー２０
は、通常図１３に示すように、ガス供給管３７に設けた
防爆用金属メッシュ体３８を備えたＴ字形分岐管３９内
へセンサー保持部２３を気密状に挿着することにより、
両検出センサー２１、２２を供給管３７内へ配設固定し
た状態で使用に供されている。
は、通常図１３に示すように、ガス供給管３７に設けた
防爆用金属メッシュ体３８を備えたＴ字形分岐管３９内
へセンサー保持部２３を気密状に挿着することにより、
両検出センサー２１、２２を供給管３７内へ配設固定し
た状態で使用に供されている。
【０００９】当該可燃性ガス検出器は応答性やガス濃度
の検出精度に優れ、そのうえ検出ガス流量が変った場合
でも簡単に検出値の校正ができると共に、検出感度の経
時変化も比較的少ないと云う優れた実用的効用を奏する
ものである。しかし、当該可燃性ガス検出器にも解決す
べき問題が多く残されており、その中でも特に解決の急
がれる問題は、配管路内を流れる高純度ガスの汚損の防
止と、検出精度の安定性と安全性の確保の点である。
の検出精度に優れ、そのうえ検出ガス流量が変った場合
でも簡単に検出値の校正ができると共に、検出感度の経
時変化も比較的少ないと云う優れた実用的効用を奏する
ものである。しかし、当該可燃性ガス検出器にも解決す
べき問題が多く残されており、その中でも特に解決の急
がれる問題は、配管路内を流れる高純度ガスの汚損の防
止と、検出精度の安定性と安全性の確保の点である。
【００１０】即ち、高純度ガス内へ挿着する第１検出セ
ンサー２１及び第２検出センサー２２には熱電対が使用
されており、且つ可燃性ガスの接触反応によって加熱さ
れる第１検出センサー２１の外表面にはＴｉＮ等のバリ
ヤー皮膜を介して白金触媒皮膜がコーティングされてい
る。ところが、熱電対を形成する金属例えばクロメル・
アルメルとＴｉＮ等のバリヤー皮膜との間の固着力は比
較的経年変化を受け易く、その結果第１検出センサー２
１の白金触媒皮膜の脱落によって高純度ガスを汚損した
り、或いは白金触媒皮膜の部分的な剥離によって触媒反
応性が低下したりすることになる。
ンサー２１及び第２検出センサー２２には熱電対が使用
されており、且つ可燃性ガスの接触反応によって加熱さ
れる第１検出センサー２１の外表面にはＴｉＮ等のバリ
ヤー皮膜を介して白金触媒皮膜がコーティングされてい
る。ところが、熱電対を形成する金属例えばクロメル・
アルメルとＴｉＮ等のバリヤー皮膜との間の固着力は比
較的経年変化を受け易く、その結果第１検出センサー２
１の白金触媒皮膜の脱落によって高純度ガスを汚損した
り、或いは白金触媒皮膜の部分的な剥離によって触媒反
応性が低下したりすることになる。
【００１１】また、熱電対として貴金属系統のもの、例
えば白金・ロジウム系の熱電対を使用し、流体そのもの
の温度を検出するための第２検出センサー２２の方をＴ
ｉＮ等のバリヤー皮膜によって覆う構成としたガス検出
センサーの場合には、経年変化によるバリヤー皮膜の剥
離脱落は生じない。しかし、貴金属系の熱電対は比較的
高価なうえ、機械的強度や加工性の点にも問題があり、
実用化を図り難いと云う問題がある。
えば白金・ロジウム系の熱電対を使用し、流体そのもの
の温度を検出するための第２検出センサー２２の方をＴ
ｉＮ等のバリヤー皮膜によって覆う構成としたガス検出
センサーの場合には、経年変化によるバリヤー皮膜の剥
離脱落は生じない。しかし、貴金属系の熱電対は比較的
高価なうえ、機械的強度や加工性の点にも問題があり、
実用化を図り難いと云う問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、図１２に
示した型式のガス検出センサーに於ける上述の如き問
題、即ち（イ）卑金属系の熱電対を用いた場合には、白
金触媒皮膜と熱電対形成材との間の固着力が経時的に低
下し、白金触媒皮膜の剥離による高純度ガスの汚損や触
媒反応性の低下が生ずること、（ロ）貴金属系の熱電対
を用いた場合には、ガス検出センサーの製造コストの引
下げを図り難いこと及び（ハ）センサーの加工が困難な
上に機械的強度も比較的低く、製造コストの引下げを図
り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、高純
度ガスの汚損や検出精度の経年変化を生ぜず、安全性に
も優れ、しかも比較的安価に製造できるようにしたガス
検出センサーを提供せんとするものである。
示した型式のガス検出センサーに於ける上述の如き問
題、即ち（イ）卑金属系の熱電対を用いた場合には、白
金触媒皮膜と熱電対形成材との間の固着力が経時的に低
下し、白金触媒皮膜の剥離による高純度ガスの汚損や触
媒反応性の低下が生ずること、（ロ）貴金属系の熱電対
を用いた場合には、ガス検出センサーの製造コストの引
下げを図り難いこと及び（ハ）センサーの加工が困難な
上に機械的強度も比較的低く、製造コストの引下げを図
り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、高純
度ガスの汚損や検出精度の経年変化を生ぜず、安全性に
も優れ、しかも比較的安価に製造できるようにしたガス
検出センサーを提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願発明者等は、半導体
の製造に用いる水分発生用反応炉の開発を永年に亘って
進めているが、この水分発生用反応炉の開発の過程に於
いて、ステンレス鋼製の反応炉本体の内壁面に形成した
白金触媒層の安定化、即ち触媒性能の経時変化の防止に
成功をしている。そこで、本願発明者等は水分発生反応
炉に於ける白金触媒層の形成技術を可燃性ガス検出セン
サーへ応用することにより、触媒性能の劣化が少なくて
信頼性が高く、しかも安全性に優れた可燃性ガス検出セ
ンサーを安価に得られることを着想した。また、本願発
明者等は上述の如き着想に基づいて、「熱電対の温度変
化による出力変化」を可燃性ガス濃度の検出要素とする
ことを想定し、各種の型式の熱電対を用いて可燃性ガス
検出センサーとしての諸特性をテストすると共に、その
結果について詳細な検討をした。
の製造に用いる水分発生用反応炉の開発を永年に亘って
進めているが、この水分発生用反応炉の開発の過程に於
いて、ステンレス鋼製の反応炉本体の内壁面に形成した
白金触媒層の安定化、即ち触媒性能の経時変化の防止に
成功をしている。そこで、本願発明者等は水分発生反応
炉に於ける白金触媒層の形成技術を可燃性ガス検出セン
サーへ応用することにより、触媒性能の劣化が少なくて
信頼性が高く、しかも安全性に優れた可燃性ガス検出セ
ンサーを安価に得られることを着想した。また、本願発
明者等は上述の如き着想に基づいて、「熱電対の温度変
化による出力変化」を可燃性ガス濃度の検出要素とする
ことを想定し、各種の型式の熱電対を用いて可燃性ガス
検出センサーとしての諸特性をテストすると共に、その
結果について詳細な検討をした。
【００１４】本願発明は上述のような過程を経て創作さ
れたものであり、請求項１に記載の発明は、可燃性ガス
の接触反応によるセンサーの発熱により可燃性ガスの検
出信号を発信するようにしたガス検出センサーに於い
て、被検出ガスが接触流通する接ガス面に白金コーティ
ング皮膜を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの
非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固着
した熱電対とから成り、可燃性ガスの接触反応により加
熱される第１検出センサーと；被検出ガスが接触流通す
る接ガス面を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
の非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固
着した熱電対とから成り、被検出ガスの温度を検出する
第２検出センサーとを発明の基本構成とするものであ
る。
れたものであり、請求項１に記載の発明は、可燃性ガス
の接触反応によるセンサーの発熱により可燃性ガスの検
出信号を発信するようにしたガス検出センサーに於い
て、被検出ガスが接触流通する接ガス面に白金コーティ
ング皮膜を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの
非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固着
した熱電対とから成り、可燃性ガスの接触反応により加
熱される第１検出センサーと；被検出ガスが接触流通す
る接ガス面を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
の非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固
着した熱電対とから成り、被検出ガスの温度を検出する
第２検出センサーとを発明の基本構成とするものであ
る。
【００１５】請求項２の発明は、可燃性ガスの接触反応
によるセンサーの発熱により被検出ガス内の酸素ガスの
検出信号を発信するようにしたガス検出センサーに於い
て、被検出ガスが接触流通する接ガス面に白金コーティ
ング皮膜を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの
非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固着
した熱電対とから成り、可燃性ガスの接触反応により加
熱される第１検出センサーと；被検出ガスが接触流通す
る接ガス面を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
の非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固
着した熱電対とから成り、被検出ガスの温度を検出する
第２検出センサーとを発明の基本構成とするものであ
る。
によるセンサーの発熱により被検出ガス内の酸素ガスの
検出信号を発信するようにしたガス検出センサーに於い
て、被検出ガスが接触流通する接ガス面に白金コーティ
ング皮膜を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの
非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固着
した熱電対とから成り、可燃性ガスの接触反応により加
熱される第１検出センサーと；被検出ガスが接触流通す
る接ガス面を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラム
の非接ガス面に異種金属の一端側を夫々近接せしめて固
着した熱電対とから成り、被検出ガスの温度を検出する
第２検出センサーとを発明の基本構成とするものであ
る。
【００１６】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明に於いて、第１検出センサー及び第２検出センサ
ーのダイヤフラムをステンレス鋼製とすると共に、両ダ
イヤフラムの接ガス面にバリヤー皮膜を形成するように
したものである。
の発明に於いて、第１検出センサー及び第２検出センサ
ーのダイヤフラムをステンレス鋼製とすると共に、両ダ
イヤフラムの接ガス面にバリヤー皮膜を形成するように
したものである。
【００１７】請求項４の発明は、請求項３の発明に於い
てバリヤー皮膜を、酸化物又は窒化物から成るバリヤー
皮膜としたものである。
てバリヤー皮膜を、酸化物又は窒化物から成るバリヤー
皮膜としたものである。
【００１８】請求項５の発明は、請求項１又は請求項２
の発明に於いて各熱電対を、クロメル・アルメルから成
る熱電対としたものである。
の発明に於いて各熱電対を、クロメル・アルメルから成
る熱電対としたものである。
【００１９】請求項６の発明は、請求項１又は請求項２
の発明に於いて、被検出ガスの入口及び出口と、入口及
び出口を連通するガス通路と、ガス通路に連通する第１
検出センサー挿入孔及び第２検出センサー挿入孔とを設
けたステンレス鋼センサー本体の前記各検出センサー挿
入孔内へ、第１検出センサーのダイヤフラム及び第２検
出センサーのダイヤフラムをその接ガス面をガス通路側
へ向けて夫々挿着し、前記各挿入孔をダイヤフラムによ
り気密状に密封するようにしたものである。
の発明に於いて、被検出ガスの入口及び出口と、入口及
び出口を連通するガス通路と、ガス通路に連通する第１
検出センサー挿入孔及び第２検出センサー挿入孔とを設
けたステンレス鋼センサー本体の前記各検出センサー挿
入孔内へ、第１検出センサーのダイヤフラム及び第２検
出センサーのダイヤフラムをその接ガス面をガス通路側
へ向けて夫々挿着し、前記各挿入孔をダイヤフラムによ
り気密状に密封するようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明に係る可燃性ガスの検
出センサー２を用いた可燃性ガス検出器のブロック構成
図であり、図２は第１ガス検出センサー５の縦断面図、
図３は第２ガス検出センサー６の縦断面図、図４は第１
ガス検出センサー５のセンサー本体７への取付状態を示
す部分拡大断面図である。
施形態を説明する。図１は本発明に係る可燃性ガスの検
出センサー２を用いた可燃性ガス検出器のブロック構成
図であり、図２は第１ガス検出センサー５の縦断面図、
図３は第２ガス検出センサー６の縦断面図、図４は第１
ガス検出センサー５のセンサー本体７への取付状態を示
す部分拡大断面図である。
【００２１】図１を参照して、本発明に係る可燃性ガス
検出器１は、可燃性ガスの検出センサー２と検出器本体
３と両者の間を連結する接続ケーブル４とから形成され
ている。前記可燃性ガスの検出センサー２は、後述する
ように白金コーティング触媒皮膜備えた第１検出センサ
ー５と、被検出ガスの温度を検出する第２検出センサー
６とセンサー本体７等から形成されている。尚、センサ
ー本体７はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）によりブロ
ック状に形成されており、可燃性ガス入口７ａ、可燃性
ガス出口７ｂ、可燃性ガス通路７ｃ、第１検出センサー
挿着孔７ｄ、第２検出センサー挿着孔７ｅ等が夫々形成
されている。尚、図１に於いて、７ｆは配管接続用金
具、７ｇはセンサー取付用金具、７ｈはセンサー取付用
ボルトである。
検出器１は、可燃性ガスの検出センサー２と検出器本体
３と両者の間を連結する接続ケーブル４とから形成され
ている。前記可燃性ガスの検出センサー２は、後述する
ように白金コーティング触媒皮膜備えた第１検出センサ
ー５と、被検出ガスの温度を検出する第２検出センサー
６とセンサー本体７等から形成されている。尚、センサ
ー本体７はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）によりブロ
ック状に形成されており、可燃性ガス入口７ａ、可燃性
ガス出口７ｂ、可燃性ガス通路７ｃ、第１検出センサー
挿着孔７ｄ、第２検出センサー挿着孔７ｅ等が夫々形成
されている。尚、図１に於いて、７ｆは配管接続用金
具、７ｇはセンサー取付用金具、７ｈはセンサー取付用
ボルトである。
【００２２】前記検出器本体３は第１検出センサー５か
らの温度信号を検知する第１温度検出器３ａ、第２検出
センサー６からの温度信号を検知する第２温度検出器３
ｂ、両者の検出温度を夫々表示する第１温度表示部３ｃ
及び第２温度表示部３ｄ、両者の検出温度の差を検出す
る温度差検出器３ｅ、温度差検出器３ｅからの差温度を
表示する温度差表示部３ｆ等より構成されている。尚前
記接続ケーブル４はその両端にコネクター部４ａ、４ｂ
が設けられており、可燃性ガスの検出センサー２と検出
器本体３間を電気的に着脱自在に連結する。また、本実
施態様では、検出器本体３に第１温度表示部３ｃ及び第
２温度表示部３ｄを備え、両検出センサー５、６の検出
温度を夫々個別に表示するようにしているが、温度差
（可燃性ガス濃度）表示部３ｆのみを設けたものでもよ
く、或いは温度差表示部３ｆに可燃性ガス濃度警報発信
部（図示省略）を具備したものであってもよく、検出器
本体３の構成は如何なるものでもよい。
らの温度信号を検知する第１温度検出器３ａ、第２検出
センサー６からの温度信号を検知する第２温度検出器３
ｂ、両者の検出温度を夫々表示する第１温度表示部３ｃ
及び第２温度表示部３ｄ、両者の検出温度の差を検出す
る温度差検出器３ｅ、温度差検出器３ｅからの差温度を
表示する温度差表示部３ｆ等より構成されている。尚前
記接続ケーブル４はその両端にコネクター部４ａ、４ｂ
が設けられており、可燃性ガスの検出センサー２と検出
器本体３間を電気的に着脱自在に連結する。また、本実
施態様では、検出器本体３に第１温度表示部３ｃ及び第
２温度表示部３ｄを備え、両検出センサー５、６の検出
温度を夫々個別に表示するようにしているが、温度差
（可燃性ガス濃度）表示部３ｆのみを設けたものでもよ
く、或いは温度差表示部３ｆに可燃性ガス濃度警報発信
部（図示省略）を具備したものであってもよく、検出器
本体３の構成は如何なるものでもよい。
【００２３】前記第１検出センサー５は、図２に示すよ
うにステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ−Ｐ・Ｗメルト）製
のダイヤフラムベース５ａと、これと一体的に形成した
ダイヤフラム５ｂと、ダイヤフラム５ｂの接ガス面（外
表面）に形成したバリヤー皮膜５ｃと、バリヤー皮膜５
ｃの外表面に形成した白金コーティング皮膜５ｄと、ダ
イヤフラム５ｂの非接ガス面（裏面側）へ夫々近接せし
めて異種金属の一端側を固着した熱電対５ｅとから構成
されている。尚、図２に於いて、８は熱電対の保持体で
あり、熱電対５ｅのシース体５ｅ′を鍔体５ｅ″を介し
て保持固定するものである。
うにステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ−Ｐ・Ｗメルト）製
のダイヤフラムベース５ａと、これと一体的に形成した
ダイヤフラム５ｂと、ダイヤフラム５ｂの接ガス面（外
表面）に形成したバリヤー皮膜５ｃと、バリヤー皮膜５
ｃの外表面に形成した白金コーティング皮膜５ｄと、ダ
イヤフラム５ｂの非接ガス面（裏面側）へ夫々近接せし
めて異種金属の一端側を固着した熱電対５ｅとから構成
されている。尚、図２に於いて、８は熱電対の保持体で
あり、熱電対５ｅのシース体５ｅ′を鍔体５ｅ″を介し
て保持固定するものである。
【００２４】前記ダイヤフラムベース５ｂはステンレス
鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）によりリング状に形成されてお
り、その外周面にはシール用リング（図示省略）の係合
段部５ａ′が形成されている。また、前記ダイヤフラム
５ｂはダイヤフラムベース５ａと一体に形成されてお
り、厚さ約１ｍｍに形成したものにラッピング研磨等を
施すことにより、厚さ約０．１〜０．３ｍｍ（内径約１
０〜２０ｍｍφ）に仕上げされている。
鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）によりリング状に形成されてお
り、その外周面にはシール用リング（図示省略）の係合
段部５ａ′が形成されている。また、前記ダイヤフラム
５ｂはダイヤフラムベース５ａと一体に形成されてお
り、厚さ約１ｍｍに形成したものにラッピング研磨等を
施すことにより、厚さ約０．１〜０．３ｍｍ（内径約１
０〜２０ｍｍφ）に仕上げされている。
【００２５】前記バリヤー皮膜５ｃはＴｉＮにより形成
されており、ダイヤフラム５ｂの接ガス面に厚さ約２μ
ｍの厚さのＴｉＮ皮膜が形成されている。前記バリヤー
皮膜５ｃの形成に際しては、先ず、ダイヤフラム５ｂの
外表面（接ガス面）に適宜の表面処理を施し、ステンレ
ス鋼表面に自然形成されている各種金属の酸化膜や不働
態膜を除去する。次にＴｉＮによるバリヤー皮膜５ｃの
形成を行なう。本実施態様に於いてはイオンプレーティ
ング工法により厚さ約２μｍのＴｉＮ皮膜を形成してい
る。尚、前記バリヤー皮膜５ｃの材質としてはＴｉＮの
外にＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の窒化膜やＣｒ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の酸化膜を使用することが可能であ
る。また、バリヤー皮膜５ｃの厚さは０．１μｍ〜５μ
ｍ程度が適当である。何故なら、厚さが０．１μｍ以下
であると、バリヤー機能が十分に発揮されず、また逆
に、厚さが５μｍを越えるとバリヤー皮膜そのものの形
成に手数がかかるうえ、加熱時の膨張差等が原因となっ
てバリヤー皮膜の剥離等を生ずる虞れがあるからであ
る。更に、バリヤー皮膜５ｃの形成方法としては、前記
イオンプレーティング工法以外に、イオンスパッタリン
グ法や真空蒸着法等のＰＶＤ法や化学蒸着法（ＣＶＤ
法）、ホットプレス法、溶射法等を用いることも可能で
ある。
されており、ダイヤフラム５ｂの接ガス面に厚さ約２μ
ｍの厚さのＴｉＮ皮膜が形成されている。前記バリヤー
皮膜５ｃの形成に際しては、先ず、ダイヤフラム５ｂの
外表面（接ガス面）に適宜の表面処理を施し、ステンレ
ス鋼表面に自然形成されている各種金属の酸化膜や不働
態膜を除去する。次にＴｉＮによるバリヤー皮膜５ｃの
形成を行なう。本実施態様に於いてはイオンプレーティ
ング工法により厚さ約２μｍのＴｉＮ皮膜を形成してい
る。尚、前記バリヤー皮膜５ｃの材質としてはＴｉＮの
外にＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の窒化膜やＣｒ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の酸化膜を使用することが可能であ
る。また、バリヤー皮膜５ｃの厚さは０．１μｍ〜５μ
ｍ程度が適当である。何故なら、厚さが０．１μｍ以下
であると、バリヤー機能が十分に発揮されず、また逆
に、厚さが５μｍを越えるとバリヤー皮膜そのものの形
成に手数がかかるうえ、加熱時の膨張差等が原因となっ
てバリヤー皮膜の剥離等を生ずる虞れがあるからであ
る。更に、バリヤー皮膜５ｃの形成方法としては、前記
イオンプレーティング工法以外に、イオンスパッタリン
グ法や真空蒸着法等のＰＶＤ法や化学蒸着法（ＣＶＤ
法）、ホットプレス法、溶射法等を用いることも可能で
ある。
【００２６】前記第１検出センサー５のダイヤフラム５
ｃの接ガス面に設けた白金コーティング皮膜５ｄは、バ
リヤー皮膜５ｃの上方に形成された厚さ約０．２μｍ程
度の白金皮膜であり、前記バリヤー皮膜５ｃの形成が終
わると、引き続きその上に白金コーティング皮膜８ｂを
形成する。本実施態様に於いては、イオンプレーティン
グ工法により厚さ約０．２μｍの白金コーティング皮膜
５ｄが形成している。前記白金コーティング皮膜５ｄの
厚さは０．１μｍ〜３μｍ程度が適当である。何故な
ら、厚さが０．１μｍ以下の場合には、長期に亘って触
媒活性を発揮することが困難となり、また逆に、厚さが
３μｍ以上になると、白金コーティング皮膜５ｄの形成
費が高騰するうえ、３μｍ以上の厚さにしても触媒活性
度やその保持期間にほとんど差がなく、しかも加熱時に
膨張差等によって剥離を生ずる虞れがあるからである。
また、白金コーティング皮膜５ｄの形成方法は、イオン
プレーティング工法以外にイオンスパッタリング法、真
空蒸着法、化学蒸着法、ホットプレス法等が使用可能で
あり、更に、バリヤー皮膜８ａがＴｉＮ等の導電性のあ
る物質の時にはメッキ法も使用可能である。
ｃの接ガス面に設けた白金コーティング皮膜５ｄは、バ
リヤー皮膜５ｃの上方に形成された厚さ約０．２μｍ程
度の白金皮膜であり、前記バリヤー皮膜５ｃの形成が終
わると、引き続きその上に白金コーティング皮膜８ｂを
形成する。本実施態様に於いては、イオンプレーティン
グ工法により厚さ約０．２μｍの白金コーティング皮膜
５ｄが形成している。前記白金コーティング皮膜５ｄの
厚さは０．１μｍ〜３μｍ程度が適当である。何故な
ら、厚さが０．１μｍ以下の場合には、長期に亘って触
媒活性を発揮することが困難となり、また逆に、厚さが
３μｍ以上になると、白金コーティング皮膜５ｄの形成
費が高騰するうえ、３μｍ以上の厚さにしても触媒活性
度やその保持期間にほとんど差がなく、しかも加熱時に
膨張差等によって剥離を生ずる虞れがあるからである。
また、白金コーティング皮膜５ｄの形成方法は、イオン
プレーティング工法以外にイオンスパッタリング法、真
空蒸着法、化学蒸着法、ホットプレス法等が使用可能で
あり、更に、バリヤー皮膜８ａがＴｉＮ等の導電性のあ
る物質の時にはメッキ法も使用可能である。
【００２７】前記熱電対５ｅは二つの異種金属Ａ1 ・Ａ
2 から形成されており、両金属Ａ1・Ａ2 の一端側はダ
イヤフラム５ｃの裏面側（非接ガス面）へ近接状態（約
０．１〜０．２ｍｍの間隔位置）で固着されており、ま
た両金属Ａ1 ・Ａ2 の他端側はシース体５ｅ′により保
護された状態で外部へ引出されている。尚、本実施態様
に於いては、熱電対５ｅとして卑金属系のアルメル・ク
ロメル系熱電対５ｅが用いられている。
2 から形成されており、両金属Ａ1・Ａ2 の一端側はダ
イヤフラム５ｃの裏面側（非接ガス面）へ近接状態（約
０．１〜０．２ｍｍの間隔位置）で固着されており、ま
た両金属Ａ1 ・Ａ2 の他端側はシース体５ｅ′により保
護された状態で外部へ引出されている。尚、本実施態様
に於いては、熱電対５ｅとして卑金属系のアルメル・ク
ロメル系熱電対５ｅが用いられている。
【００２８】前記熱電対保持体８は熱電対５ｅを保持固
定するものであり、熱電対５ｅのシース体５ｅ′に設け
た鍔体５ｅ″を当該保持体８へ固定することにより、熱
電対５ｅのシース体５ｅ′を保持固定する構造としてい
る。尚、熱電対保持体８の構成は、熱電対５ｅのシース
体５ｅ′を保持固定できるものであれば、如何なる構造
のものであってもよいことは勿論である。
定するものであり、熱電対５ｅのシース体５ｅ′に設け
た鍔体５ｅ″を当該保持体８へ固定することにより、熱
電対５ｅのシース体５ｅ′を保持固定する構造としてい
る。尚、熱電対保持体８の構成は、熱電対５ｅのシース
体５ｅ′を保持固定できるものであれば、如何なる構造
のものであってもよいことは勿論である。
【００２９】前記第２検出センサー６は、図３に示す如
く前記第１検出センサー５から白金コーティング皮膜５
ｄを取り除いただけのものであり、その他の構成は第１
検出センサー５と全く同一である。即ち、図３に於いて
６ａはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ−Ｐ・Ｗメルト）
製のダイヤフラムベース、６ｂはダイヤフラム、６ｃは
バリヤー皮膜、６ｅは熱電対、６ｅ′はシース体、６
ｅ″は鍔体であり、ダイヤフラム６ｂ、バリヤー皮膜６
ｃ、熱電対６ｅ等は第１検出センサー５の場合と全く同
一である。
く前記第１検出センサー５から白金コーティング皮膜５
ｄを取り除いただけのものであり、その他の構成は第１
検出センサー５と全く同一である。即ち、図３に於いて
６ａはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ−Ｐ・Ｗメルト）
製のダイヤフラムベース、６ｂはダイヤフラム、６ｃは
バリヤー皮膜、６ｅは熱電対、６ｅ′はシース体、６
ｅ″は鍔体であり、ダイヤフラム６ｂ、バリヤー皮膜６
ｃ、熱電対６ｅ等は第１検出センサー５の場合と全く同
一である。
【００３０】尚、前記図２及び図３実施形態に於いて
は、ダイヤフラム５ｂ、６ｂをダイヤフラム５ａ、６ａ
と夫々一体的に形成しているが、ダイヤフラム５ｂ、６
ｂをダイヤフラムベース５ａ、６ａと別体として形成
し、両者を溶接等により固着するようにしてもよい。ま
た、図２及び図３の実施形態に於いては、ダイヤフラム
ベース５ａ、６ａ及び熱電対保持体８を夫々設ける構成
としているが、ダイヤフラム５ｂ、６ｂを前記センサー
本体７の各センサー挿着孔７ｄ、７ｅ内へ気密状に夫々
挿着固定できると共に、熱電対５ｅ、６ｅを堅固に保持
固定すること可能であれば、ダイヤフラムベース５ａ、
６ａや熱電対保持体８を除く構成としてもよいことは勿
論である。更に、図２及び図３の実施形態に於いては、
熱電対５ｅ、６ｅとしてクロメル・アルメルＡ1 ・Ａ2
を用いたＣＡ型の卑金属系熱電対を使用しているが、他
の銅−コンスタンタン（ＣＣ型）や鉄−コンスタンタン
（ＣＩ型）等の熱電対を使用することも勿論可能であ
る。
は、ダイヤフラム５ｂ、６ｂをダイヤフラム５ａ、６ａ
と夫々一体的に形成しているが、ダイヤフラム５ｂ、６
ｂをダイヤフラムベース５ａ、６ａと別体として形成
し、両者を溶接等により固着するようにしてもよい。ま
た、図２及び図３の実施形態に於いては、ダイヤフラム
ベース５ａ、６ａ及び熱電対保持体８を夫々設ける構成
としているが、ダイヤフラム５ｂ、６ｂを前記センサー
本体７の各センサー挿着孔７ｄ、７ｅ内へ気密状に夫々
挿着固定できると共に、熱電対５ｅ、６ｅを堅固に保持
固定すること可能であれば、ダイヤフラムベース５ａ、
６ａや熱電対保持体８を除く構成としてもよいことは勿
論である。更に、図２及び図３の実施形態に於いては、
熱電対５ｅ、６ｅとしてクロメル・アルメルＡ1 ・Ａ2
を用いたＣＡ型の卑金属系熱電対を使用しているが、他
の銅−コンスタンタン（ＣＣ型）や鉄−コンスタンタン
（ＣＩ型）等の熱電対を使用することも勿論可能であ
る。
【００３１】また、本実施形態に於いては、図１に示す
如くセンサー本体７をブロック形状に形成し、第１検出
センサー５と第２検出センサー６とを直角状に配置する
と共に、被検出ガスＧを先ず第２検出センサー６へ接触
させたあと第１検出センサー５へ接触させるようにして
いるが、これとは逆に、被検出ガスＧを先きに第１検出
センサー５へ接触させ、その後に第２検出センサー６へ
接触させるようにすることも可能である。更に本実施形
態に於いては図１に示す如く、第１及び第２検出センサ
ー５、６へ被検出ガスＧの流れが衝突するような形態に
両検出センサー５、６を配置しているが、両検出センサ
ーを一列状に並設し、各ダイヤフラム５ｂ、６ｂの接ガ
ス面に沿って被検出ガスＧが流れるような配置にしても
よいことは勿論である。
如くセンサー本体７をブロック形状に形成し、第１検出
センサー５と第２検出センサー６とを直角状に配置する
と共に、被検出ガスＧを先ず第２検出センサー６へ接触
させたあと第１検出センサー５へ接触させるようにして
いるが、これとは逆に、被検出ガスＧを先きに第１検出
センサー５へ接触させ、その後に第２検出センサー６へ
接触させるようにすることも可能である。更に本実施形
態に於いては図１に示す如く、第１及び第２検出センサ
ー５、６へ被検出ガスＧの流れが衝突するような形態に
両検出センサー５、６を配置しているが、両検出センサ
ーを一列状に並設し、各ダイヤフラム５ｂ、６ｂの接ガ
ス面に沿って被検出ガスＧが流れるような配置にしても
よいことは勿論である。
【００３２】図４は、前記図２に示した第１検出センサ
ー５をセンサー本体７へ取り付けした状態を示す拡大部
分縦断面図であり、図４に於いて９はシールリング、７
ｇはセンサー固定金具、７ｈは固定用ボルトである。第
１検出センサー５はセンサー本体７の第１検出センサー
挿着孔７ｄ内へシールリング９を介設して挿入され、セ
ンサー固定金具７ｇにより上方より押圧することによ
り、第１検出センサー５のダイヤフラム５ｂの接ガス面
（即ち白金コーティング皮膜５ｄを形成した外表面）を
可燃性ガス通路７ｃ側へ露出せしめ、気密状に第１検出
センサー挿着孔７ｄを密封した状態で、センサー本体７
側へ固着されている。
ー５をセンサー本体７へ取り付けした状態を示す拡大部
分縦断面図であり、図４に於いて９はシールリング、７
ｇはセンサー固定金具、７ｈは固定用ボルトである。第
１検出センサー５はセンサー本体７の第１検出センサー
挿着孔７ｄ内へシールリング９を介設して挿入され、セ
ンサー固定金具７ｇにより上方より押圧することによ
り、第１検出センサー５のダイヤフラム５ｂの接ガス面
（即ち白金コーティング皮膜５ｄを形成した外表面）を
可燃性ガス通路７ｃ側へ露出せしめ、気密状に第１検出
センサー挿着孔７ｄを密封した状態で、センサー本体７
側へ固着されている。
【００３３】次に、本発明に係る可燃性ガス検出器１の
作動について説明をする。図１を参照して、可燃性ガス
入口７ａからセンサー本体７内へ流入した被検出ガスＧ
は、先ず第２検出センサー６のダイヤフラム６ｂへ接当
し、引き続き第１検出センサー５側へ向けて流出する。
前記第２検出センサー６のダイヤフラム６ｂは、バリヤ
ー皮膜６ｃを通して被検出ガスＧの温度とほぼ等しい温
度に加熱される。即ち、熱電対６ｅにより被検出ガスＧ
の温度が検出され、第２温度検出器３ｂへ入力される。
尚、ダイヤフラム６ｂ及びバリヤー皮膜６ｃは極く薄い
上に約１０〜２０ｍｍφ程度の面積を有しているため、
熱電対６ｅによるガス温度検出の応答性は、後述するよ
うに極めて高かいものである。
作動について説明をする。図１を参照して、可燃性ガス
入口７ａからセンサー本体７内へ流入した被検出ガスＧ
は、先ず第２検出センサー６のダイヤフラム６ｂへ接当
し、引き続き第１検出センサー５側へ向けて流出する。
前記第２検出センサー６のダイヤフラム６ｂは、バリヤ
ー皮膜６ｃを通して被検出ガスＧの温度とほぼ等しい温
度に加熱される。即ち、熱電対６ｅにより被検出ガスＧ
の温度が検出され、第２温度検出器３ｂへ入力される。
尚、ダイヤフラム６ｂ及びバリヤー皮膜６ｃは極く薄い
上に約１０〜２０ｍｍφ程度の面積を有しているため、
熱電対６ｅによるガス温度検出の応答性は、後述するよ
うに極めて高かいものである。
【００３４】また、第２検出センサー６のダイヤフラム
６ｂの接ガス面はバリヤー皮膜６ｃにより覆われている
ため、被検出ガスＧ内に万一Ｈ2 等の可燃性ガスが含ま
れていても、所謂接触触媒活性による反応熱は一切発生
せず、その結果、第２検出センサー６は常に被検出ガス
Ｇのガス温度を示すことになる。更に前記バリヤー皮膜
６ｃにより、ダイヤフラム６ｂから被検出ガスＧ内への
所謂金属拡散は有効に防止されると共に、ダイヤフラム
６ｂを形成するステンレスの触媒作用も完全に阻止され
る。
６ｂの接ガス面はバリヤー皮膜６ｃにより覆われている
ため、被検出ガスＧ内に万一Ｈ2 等の可燃性ガスが含ま
れていても、所謂接触触媒活性による反応熱は一切発生
せず、その結果、第２検出センサー６は常に被検出ガス
Ｇのガス温度を示すことになる。更に前記バリヤー皮膜
６ｃにより、ダイヤフラム６ｂから被検出ガスＧ内への
所謂金属拡散は有効に防止されると共に、ダイヤフラム
６ｂを形成するステンレスの触媒作用も完全に阻止され
る。
【００３５】一方、第２検出センサー６を通過したガス
Ｇは、引き続き第１検出センサー５の方向に流出し、そ
のダイヤフラム５ｂの接ガス面へ接触する。当該第１検
出センサー５のダイヤフラム５ｂの接ガス面には、前述
の通り白金コーティング皮膜５ｄが設けられているた
め、万一被検出ガスＧ内にＨ2 等の可燃性ガスが含まれ
ていると、白金コーティング皮膜５ｄの触媒作用によっ
てＨ2が活性化され、所謂接触反応が起生することによ
りダイヤフラム５ｂが加熱される。尚、ダイヤフラム５
ｂは厚さ０．２ｍｍ程度と極めて薄いため、白金コーテ
ィング皮膜５ｃとの接触触媒反応により生じた熱は早期
に熱電対５ｅによって検出され、第１温度検出器３ａへ
入力されることになる。
Ｇは、引き続き第１検出センサー５の方向に流出し、そ
のダイヤフラム５ｂの接ガス面へ接触する。当該第１検
出センサー５のダイヤフラム５ｂの接ガス面には、前述
の通り白金コーティング皮膜５ｄが設けられているた
め、万一被検出ガスＧ内にＨ2 等の可燃性ガスが含まれ
ていると、白金コーティング皮膜５ｄの触媒作用によっ
てＨ2が活性化され、所謂接触反応が起生することによ
りダイヤフラム５ｂが加熱される。尚、ダイヤフラム５
ｂは厚さ０．２ｍｍ程度と極めて薄いため、白金コーテ
ィング皮膜５ｃとの接触触媒反応により生じた熱は早期
に熱電対５ｅによって検出され、第１温度検出器３ａへ
入力されることになる。
【００３６】前記第１温度検出器３ａの検出値と第２温
度検出器３ｂの検出値との差は、温度差検出器３ｅによ
り検出され、両者の温度差から被検出ガス内の可燃性ガ
ス濃度が、温度差表示部（可燃性ガス濃度表示部）３ｆ
に表示されることになる。
度検出器３ｂの検出値との差は、温度差検出器３ｅによ
り検出され、両者の温度差から被検出ガス内の可燃性ガ
ス濃度が、温度差表示部（可燃性ガス濃度表示部）３ｆ
に表示されることになる。
【００３７】尚、図１の実施態様に於いては、第１検出
センサー５及び第２検出センサー６の各熱電対５ｅ、６
ｅの出力を検出器本体３の第１温度検出器３ａ及び第２
温度検出器３ｂへ入力し、温度差検出器３ｅによって両
検出器３ａ、３ｂの温度差を検出し、当該温度差を可燃
性ガス濃度に換算するようにしているが、検出器本体３
の構成は如何なる型式のものであってもよく、例えば図
５に示すように、第１検出センサー５の熱電対出力と第
２検出センサー６の熱電対出力を夫々逆極性に接続し、
両検出センサー５、６の出力差を電位差計１０で読み取
り、当該電位差計１０の読みを被検出ガスＧ内の可燃性
ガス濃度に直接的に換算するようにしてもよい。
センサー５及び第２検出センサー６の各熱電対５ｅ、６
ｅの出力を検出器本体３の第１温度検出器３ａ及び第２
温度検出器３ｂへ入力し、温度差検出器３ｅによって両
検出器３ａ、３ｂの温度差を検出し、当該温度差を可燃
性ガス濃度に換算するようにしているが、検出器本体３
の構成は如何なる型式のものであってもよく、例えば図
５に示すように、第１検出センサー５の熱電対出力と第
２検出センサー６の熱電対出力を夫々逆極性に接続し、
両検出センサー５、６の出力差を電位差計１０で読み取
り、当該電位差計１０の読みを被検出ガスＧ内の可燃性
ガス濃度に直接的に換算するようにしてもよい。
【００３８】図６及び図７は、Ｏ2 含有ガス内のＨ2 濃
度と第１検出センサー５及び第２検出センサー６の各検
出温度の関係を示す実測図であり、また、図８はＨ2 含
有ガス内のＯ2 濃度と両検出センサー５、６の各検出温
度の関係を示す実測図である。尚、試験に使用した第１
検出センサー５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）ダ
イヤフラム５ｂの厚さ０．２ｍｍ、直径２０ｍｍφ、バ
リヤー皮膜５ｃはＴｉＮ皮膜・厚さ２．０μｍ、白金コ
ーティング皮膜５ｄの厚さ０．２μｍ、熱電対５ｅはア
ルメル・クロメル型、クロメル先端とアルメル先端のダ
イヤフラム５ｂへの固着間隔０．２ｍｍに夫々設定され
ており、また、第２検出センサー６は、前記第１検出セ
ンサー５から白金コーティング皮膜５ｄのみを除いたも
のである。
度と第１検出センサー５及び第２検出センサー６の各検
出温度の関係を示す実測図であり、また、図８はＨ2 含
有ガス内のＯ2 濃度と両検出センサー５、６の各検出温
度の関係を示す実測図である。尚、試験に使用した第１
検出センサー５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）ダ
イヤフラム５ｂの厚さ０．２ｍｍ、直径２０ｍｍφ、バ
リヤー皮膜５ｃはＴｉＮ皮膜・厚さ２．０μｍ、白金コ
ーティング皮膜５ｄの厚さ０．２μｍ、熱電対５ｅはア
ルメル・クロメル型、クロメル先端とアルメル先端のダ
イヤフラム５ｂへの固着間隔０．２ｍｍに夫々設定され
ており、また、第２検出センサー６は、前記第１検出セ
ンサー５から白金コーティング皮膜５ｄのみを除いたも
のである。
【００３９】図６乃至図８からも明らかなように、第１
検出センサー５の検出温度はＨ2 濃度又はＯ2 濃度と正
比例の関係を有しており、両検出センサー５、６の出力
差（温度差）から被検出ガスＧ内のＨ2 濃度又はＯ2 濃
度を検出できることが示されている。
検出センサー５の検出温度はＨ2 濃度又はＯ2 濃度と正
比例の関係を有しており、両検出センサー５、６の出力
差（温度差）から被検出ガスＧ内のＨ2 濃度又はＯ2 濃
度を検出できることが示されている。
【００４０】図９は、可燃性ガス検出器１の応答性試験
の結果を示すものであり、Ｎ2 ８００ＳＣＣＭ＋Ｏ2 ２
００ＳＣＣＭ（ガス温度１４０℃）の被検出ガスＧを検
出中の第１及び第２検出センサー５、６に於いて、Ｈ2
濃度を１．０％から４．０％に急上昇させた場合の両検
出センサー５、６の温度検出出力の変化の状況を示す実
測図である。図９からも明らかなように、Ｈ2 濃度１．
０％の時の第１検出センサー５の温度出力（約１９０．
４℃）が約２．３ｓｅｃの間に３０４．２５℃（１４０
℃（リフランス温度）から３２２．５℃の９０％）に達
することが判る。尚、同じ条件下で、Ｈ2 濃度を１％か
ら、３．０％、２．０％及び１．５％に急上昇させた場
合に、第１検出センサー５の温度検出出力が最終温度の
９０％に達するまでの時間は、夫々２．４ｓｅｃ、２．
６ｓｅｃ、３．０ｓｅｃであった。
の結果を示すものであり、Ｎ2 ８００ＳＣＣＭ＋Ｏ2 ２
００ＳＣＣＭ（ガス温度１４０℃）の被検出ガスＧを検
出中の第１及び第２検出センサー５、６に於いて、Ｈ2
濃度を１．０％から４．０％に急上昇させた場合の両検
出センサー５、６の温度検出出力の変化の状況を示す実
測図である。図９からも明らかなように、Ｈ2 濃度１．
０％の時の第１検出センサー５の温度出力（約１９０．
４℃）が約２．３ｓｅｃの間に３０４．２５℃（１４０
℃（リフランス温度）から３２２．５℃の９０％）に達
することが判る。尚、同じ条件下で、Ｈ2 濃度を１％か
ら、３．０％、２．０％及び１．５％に急上昇させた場
合に、第１検出センサー５の温度検出出力が最終温度の
９０％に達するまでの時間は、夫々２．４ｓｅｃ、２．
６ｓｅｃ、３．０ｓｅｃであった。
【００４１】上記図９からも明らかなように、Ｈ2 ガス
濃度が急上昇した場合には、２〜３ｓｅｃの遅れでもっ
てガス濃度の急上昇を検出できることができ、当該ガス
検出センサー２は高い応答性を有するものであることが
確認されている。
濃度が急上昇した場合には、２〜３ｓｅｃの遅れでもっ
てガス濃度の急上昇を検出できることができ、当該ガス
検出センサー２は高い応答性を有するものであることが
確認されている。
【００４２】前記図６乃至図８に於いては、可燃性ガス
としてＨ2 及びＯ2 を含む被検出ガスＧについて、Ｈ2
濃度及びＯ2 濃度の測定を述べたが、本件発明に係るガ
ス検出センサー２は、白金コーティング皮膜と接触して
活性化され、これによって燃焼するガスであれば如何な
る可燃性ガス、例えばＣＯであっても検出することがで
き、可燃性ガスは水素ガスに限定されるものでないこと
は勿論である。また、本発明に係るガス検出センサーは
前記図８からも明らかなように、可燃性ガス中の酸素濃
度の検出用センサーとしても利用できることは勿論であ
る。
としてＨ2 及びＯ2 を含む被検出ガスＧについて、Ｈ2
濃度及びＯ2 濃度の測定を述べたが、本件発明に係るガ
ス検出センサー２は、白金コーティング皮膜と接触して
活性化され、これによって燃焼するガスであれば如何な
る可燃性ガス、例えばＣＯであっても検出することがで
き、可燃性ガスは水素ガスに限定されるものでないこと
は勿論である。また、本発明に係るガス検出センサーは
前記図８からも明らかなように、可燃性ガス中の酸素濃
度の検出用センサーとしても利用できることは勿論であ
る。
【００４３】
【発明の効果】請求項１の発明に於いては、被検出ガス
が接触流通する接ガス面に白金コーティング皮膜を有す
るダイヤフラムと、ダイヤフラムの非接ガス面に異種金
属の一端側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成
る第１検出センサーと；これと同一構造で白金コーティ
ング皮膜の無い第２検出センサーとからガス検出センサ
ーを構成しているため、構造が極めて簡単で、しかも検
出出力と可燃性ガス濃度とが極めてリニアーな関係にあ
る可燃性ガス検出センサーが得られ、半導体製造装置用
水分発生反応炉から取り出された発生水分中の残留水素
等の検出に極めて有用である。
が接触流通する接ガス面に白金コーティング皮膜を有す
るダイヤフラムと、ダイヤフラムの非接ガス面に異種金
属の一端側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成
る第１検出センサーと；これと同一構造で白金コーティ
ング皮膜の無い第２検出センサーとからガス検出センサ
ーを構成しているため、構造が極めて簡単で、しかも検
出出力と可燃性ガス濃度とが極めてリニアーな関係にあ
る可燃性ガス検出センサーが得られ、半導体製造装置用
水分発生反応炉から取り出された発生水分中の残留水素
等の検出に極めて有用である。
【００４４】同様に、請求項２の発明に於いては、可燃
性ガスを含有する被検出ガス内の酸素ガス濃度を高精度
で検出することができ、水分発生反応炉から取り出され
た発生水分中の残留酸素等の検出に有用である。
性ガスを含有する被検出ガス内の酸素ガス濃度を高精度
で検出することができ、水分発生反応炉から取り出され
た発生水分中の残留酸素等の検出に有用である。
【００４５】また、本発明に於いては、各検出センサー
のダイヤフラムをステンレス鋼製とし、且つその接ガス
面にＴｉＮ等のバリヤー皮膜を形成するようにしている
が、バリヤー皮膜とステンレス鋼との固着力は極めて高
かく、しかも固着力の経年変化は殆んど無いことが実証
されている。その結果、本発明に係るガス検出センサー
は、長期に亘って白金コーティング皮膜が安定した触媒
活性を保持すると共に、白金コーティング皮膜やバリヤ
ー皮膜の剥離脱落が発生せず、長期に亘って高精度なガ
ス濃度測定が可能になると共に、高純度ガスの汚損を生
ずることも全く無い。
のダイヤフラムをステンレス鋼製とし、且つその接ガス
面にＴｉＮ等のバリヤー皮膜を形成するようにしている
が、バリヤー皮膜とステンレス鋼との固着力は極めて高
かく、しかも固着力の経年変化は殆んど無いことが実証
されている。その結果、本発明に係るガス検出センサー
は、長期に亘って白金コーティング皮膜が安定した触媒
活性を保持すると共に、白金コーティング皮膜やバリヤ
ー皮膜の剥離脱落が発生せず、長期に亘って高精度なガ
ス濃度測定が可能になると共に、高純度ガスの汚損を生
ずることも全く無い。
【００４６】更に、センサー本体内へ両検出センサーを
組付けした場合に於いても、ガス流路内へ露出されるの
は上記の通りダイヤフラム上に設けた極めて固着力の強
いバリヤー皮膜又はバリヤー皮膜と白金コーティング皮
膜からなる皮膜層である。その結果、ダイヤフラム５
ｃ、６ｃが被検出ガスの流速によって機械的な損傷を受
ける虞れは全く無く、長期に亘って安定した高精度なガ
ス濃度測定が行なえるだけでなく、構造も著しく簡単化
でき、所謂検出センサー内のデットスペースを大幅に減
少させることが可能となってガスの置換性が向上する。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものであ
る。
組付けした場合に於いても、ガス流路内へ露出されるの
は上記の通りダイヤフラム上に設けた極めて固着力の強
いバリヤー皮膜又はバリヤー皮膜と白金コーティング皮
膜からなる皮膜層である。その結果、ダイヤフラム５
ｃ、６ｃが被検出ガスの流速によって機械的な損傷を受
ける虞れは全く無く、長期に亘って安定した高精度なガ
ス濃度測定が行なえるだけでなく、構造も著しく簡単化
でき、所謂検出センサー内のデットスペースを大幅に減
少させることが可能となってガスの置換性が向上する。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものであ
る。
【図１】本発明に係る可燃性ガスの検出センサーを用い
たガス検出器のブロック構成図である。
たガス検出器のブロック構成図である。
【図２】第１検出センサーの縦断面図である。
【図３】第２検出センサーの縦断面図である。
【図４】第１検出センサーをセンサー本体へ取付けした
状態を示す縦断面図である。
状態を示す縦断面図である。
【図５】可燃性ガス検出器の検出器本体の他の実施形態
を示すブロック線図である。
を示すブロック線図である。
【図６】本発明に係る検出センサーのＨ2 濃度とセンサ
ー出力温度との関係の一例を示す線図である。
ー出力温度との関係の一例を示す線図である。
【図７】Ｈ2 濃度とセンサー出力温度との関係の一例を
示す線図である。
示す線図である。
【図８】Ｏ2 濃度とセンサー出力温度との関係の一例を
示す線図である。
示す線図である。
【図９】本発明に係る検出センサーの応答性の一例を示
す線図である。
す線図である。
【図１０】従前の接触反応式センサーのセンサー素子の
一例を示すものである。
一例を示すものである。
【図１１】図１０のセンサー素子を用いた可燃性ガス検
出器の回路図である。
出器の回路図である。
【図１２】先出願に係る可燃性ガス検出器の全体構成図
である。
である。
【図１３】先願に係る可燃性ガス検出器の取付状態を示
す断面概要図である。
す断面概要図である。
Ａ1 ・Ａ2 は熱電対用金属、Ｇは被検出ガス、１は可燃
性ガス検出器、２は検出センサー、３は検出器本体、３
ａは第１温度検出器、３ｂは第２温度検出器、３ｃは第
１温度表示部、３ｄは第２温度表示部、３ｅは温度差検
出器、３ｆは温度差表示部、４は接続用ケーブル、４ａ
・４ｂはコネクター、５は第１検出センサー、５ａはダ
イヤフラムベース、５ｂはダイヤフラム、５ｃはバリヤ
ー皮膜、５ｄは白金コーティング皮膜、５ｅは熱電対、
５ｅ′はシース体、５ｅ″は鍔体、６は第２検出センサ
ー、７はセンサー本体、７ａはガス入口、７ｂはガス出
口、７ｃはガス通路、７ｄは第１検出センサー挿着孔、
７ｅは第２検出センサー挿着孔、７ｆは配管接続用金
具、７ｇはセンサー取付用金具、７ｈはセンサー取付用
ボルト、８は熱電対保持体、９はシールリング、１０は
電位差計。
性ガス検出器、２は検出センサー、３は検出器本体、３
ａは第１温度検出器、３ｂは第２温度検出器、３ｃは第
１温度表示部、３ｄは第２温度表示部、３ｅは温度差検
出器、３ｆは温度差表示部、４は接続用ケーブル、４ａ
・４ｂはコネクター、５は第１検出センサー、５ａはダ
イヤフラムベース、５ｂはダイヤフラム、５ｃはバリヤ
ー皮膜、５ｄは白金コーティング皮膜、５ｅは熱電対、
５ｅ′はシース体、５ｅ″は鍔体、６は第２検出センサ
ー、７はセンサー本体、７ａはガス入口、７ｂはガス出
口、７ｃはガス通路、７ｄは第１検出センサー挿着孔、
７ｅは第２検出センサー挿着孔、７ｆは配管接続用金
具、７ｇはセンサー取付用金具、７ｈはセンサー取付用
ボルト、８は熱電対保持体、９はシールリング、１０は
電位差計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 幸司 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 池田 信一 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 森本 明弘 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 皆見 幸男 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 米華 克典 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 本井傳 晃央 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 榎原 孝明 大阪府豊中市春日町２−17−18 オレンジ ハウス神鞍Ａ−３ (72)発明者 平野 孝典 大阪府吹田市千里山松ケ丘６−30 (72)発明者 藤井 雄一 大阪府茨木市南春日丘二丁目13−３−８ Ｆターム(参考） 2G040 AA03 AB16 BA12 BA23 BB10 CA01 CB02 CB16 DA03 DA12 FA01 GA05 GA07 GB03 HA18 2G060 AA02 AB01 AB05 AB17 AB18 AF02 BA03 BB16 BC02 BD02 HC02 JA01 KA01
Claims (6)
- 【請求項１】 可燃性ガスの接触反応によるセンサーの
発熱により可燃性ガスの検出信号を発信するようにした
ガス検出センサーに於いて、被検出ガスが接触流通する
接ガス面に白金コーティング皮膜を有するダイヤフラム
と、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端側
を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、可燃性
ガスの接触反応により加熱される第１検出センサーと；
被検出ガスが接触流通する接ガス面を有するダイヤフラ
ムと、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種金属の一端
側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから成り、被検
出ガスの温度を検出する第２検出センサーとから構成し
たことを特徴とする可燃性ガスのガス検出センサー。 - 【請求項２】 可燃性ガスの接触反応によるセンサーの
発熱により被検出ガス内の酸素ガスの検出信号を発信す
るようにしたガス検出センサーに於いて、被検出ガスが
接触流通する接ガス面に白金コーティング皮膜を有する
ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異種
金属の一端側を夫々近接せしめて固着した熱電対とから
成り、可燃性ガスの接触反応により加熱される第１検出
センサーと；被検出ガスが接触流通する接ガス面を有す
るダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの非接ガス面に異
種金属の一端側を夫々近接せしめて固着した熱電対とか
ら成り、被検出ガスの温度を検出する第２検出センサー
とから構成したことを特徴とする酸素ガスのガス検出セ
ンサー。 - 【請求項３】 第１検出センサー及び第２検出センサー
のダイヤフラムをステンレス鋼製とすると共に、両ダイ
ヤフラムの接ガス面にバリヤー皮膜を形成するようにし
た請求項１又は請求項２に記載のガス検出センサー。 - 【請求項４】 バリヤー皮膜を酸化物又は窒化物から成
るバリヤー皮膜とした請求項３に記載のガス検出センサ
ー。 - 【請求項５】 各熱電対をクロメル・アルメルから成る
熱電対とした請求項１又は請求項２に記載のガス検出セ
ンサー。 - 【請求項６】 被検出ガスの入口及び出口と、入口及び
出口を連通するガス通路と、ガス通路に連通する第１検
出センサー挿入孔及び第２検出センサー挿入孔とを設け
たステンレス鋼製センサー本体の前記各検出センサー挿
入孔内へ、第１検出センサーのダイヤフラム及び第２検
出センサーのダイヤフラムをその接ガス面をガス通路側
へ対向せしめて夫々挿着し、前記各挿入孔をダイヤフラ
ムにより気密状に密封するようにした請求項１又は請求
項２に記載のガス検出センサー。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10345501A JP2000171422A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ガス検出センサー |
| PCT/JP2000/003658 WO2001094925A1 (fr) | 1998-12-04 | 2000-06-05 | Detecteur de gaz |
| US09/979,039 US6622543B1 (en) | 1998-12-04 | 2000-06-05 | Gas detection sensor |
| TW89110891A TW460693B (en) | 1998-12-04 | 2000-06-12 | Gas detecting sensor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10345501A JP2000171422A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ガス検出センサー |
| PCT/JP2000/003658 WO2001094925A1 (fr) | 1998-12-04 | 2000-06-05 | Detecteur de gaz |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000171422A true JP2000171422A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=26344908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10345501A Pending JP2000171422A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | ガス検出センサー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6622543B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000171422A (ja) |
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-
2000
- 2000-06-05 US US09/979,039 patent/US6622543B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6622543B1 (en) | 2003-09-23 |
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