JP2003139733A - 半導体ガスセンサ - Google Patents
半導体ガスセンサInfo
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- JP2003139733A JP2003139733A JP2001339901A JP2001339901A JP2003139733A JP 2003139733 A JP2003139733 A JP 2003139733A JP 2001339901 A JP2001339901 A JP 2001339901A JP 2001339901 A JP2001339901 A JP 2001339901A JP 2003139733 A JP2003139733 A JP 2003139733A
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- heater coil
- wire
- electrode
- heater
- gas
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】長期間に亘る熱的変化の激しい使用においても
電極断線の恐れが少ない機械的耐久性に富む半導体ガス
センサを提供することにある。 【解決手段】感ガス体１内に埋設されるヒータコイル２
及び電極線３はＰｔを主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分
散させた線材が用いられる。これによりＺｒＯ2がＰｔ
の粒界を伝って還元金属の侵入を防止し、またＰｔの結
晶の粗大化を防いで、線材の機械的耐久性が向上し、そ
のため高温期間と低温期間とを交互に繰り返すようにヒ
ータコイル２の通電を制御して使用される場合に、熱的
変化によるストレスが発生しても、更に車載用装置に使
用されて振動や衝撃が加わるような場合にあっても、機
械的耐久性の向上により、断線事故の発生が抑えられ、
使用装置の信頼性を高めることができる。
電極断線の恐れが少ない機械的耐久性に富む半導体ガス
センサを提供することにある。 【解決手段】感ガス体１内に埋設されるヒータコイル２
及び電極線３はＰｔを主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分
散させた線材が用いられる。これによりＺｒＯ2がＰｔ
の粒界を伝って還元金属の侵入を防止し、またＰｔの結
晶の粗大化を防いで、線材の機械的耐久性が向上し、そ
のため高温期間と低温期間とを交互に繰り返すようにヒ
ータコイル２の通電を制御して使用される場合に、熱的
変化によるストレスが発生しても、更に車載用装置に使
用されて振動や衝撃が加わるような場合にあっても、機
械的耐久性の向上により、断線事故の発生が抑えられ、
使用装置の信頼性を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ガスセンサ
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ガスセンサとして、感度が温度領
域で異なる複数のガスを検知するために、金属酸化物半
導体からなる感ガス体の温度が高温となる期間と、低温
となる期間とを交互に設定するために、感ガス体に埋め
込んだ内蔵ヒータコイルへの印加する電圧とその印加期
間が制御されるものが従来から提供されている。
域で異なる複数のガスを検知するために、金属酸化物半
導体からなる感ガス体の温度が高温となる期間と、低温
となる期間とを交互に設定するために、感ガス体に埋め
込んだ内蔵ヒータコイルへの印加する電圧とその印加期
間が制御されるものが従来から提供されている。
【０００３】この種の半導体ガスセンサとしては図７に
示すようにヒータコイル２とこのヒータコイル２の透孔
の中心軸線上に挿置される直線状の電極線３とを金属酸
化物半導体からなる感ガス体１に埋設するとともに、ヒ
ータコイル２の両端と電極線３の両端とを感ガス体１か
ら露出させてヒータコイル２の両端２ａ，２ｂをヒータ
電極とし、且つ電極線３の一端３ａとヒータ電極の例え
ば一方２ｂとを検知電極としたものが提供されている。
そして熱慣性を小さくするために感ガス体１の形状を、
長径が約０．６ｍｍ程度の極微小な略楕円回転体（略ビ
ーズ状）に形成したものが用いられている。またヒータ
コイル２の線材として線径が２０μの純Ｐｔの線材を、
また電極線３の線材として純Ｐｔの線材を夫々用いてい
る。
示すようにヒータコイル２とこのヒータコイル２の透孔
の中心軸線上に挿置される直線状の電極線３とを金属酸
化物半導体からなる感ガス体１に埋設するとともに、ヒ
ータコイル２の両端と電極線３の両端とを感ガス体１か
ら露出させてヒータコイル２の両端２ａ，２ｂをヒータ
電極とし、且つ電極線３の一端３ａとヒータ電極の例え
ば一方２ｂとを検知電極としたものが提供されている。
そして熱慣性を小さくするために感ガス体１の形状を、
長径が約０．６ｍｍ程度の極微小な略楕円回転体（略ビ
ーズ状）に形成したものが用いられている。またヒータ
コイル２の線材として線径が２０μの純Ｐｔの線材を、
また電極線３の線材として純Ｐｔの線材を夫々用いてい
る。
【０００４】この線材をヒータコイル２や電極線３に用
いる理由は、抵抗温度特性が急峻で、電極部位の抵抗ロ
スを低く抑えることができ、省電力を図れることができ
るためである。
いる理由は、抵抗温度特性が急峻で、電極部位の抵抗ロ
スを低く抑えることができ、省電力を図れることができ
るためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な純Ｐｔの線材は通常の雰囲気中では何ら問題が無い
が、特殊な条件下、例えば高温中で例えば数千ｐｐｍの
Ｈ2の存在下など、高温還元雰囲気下では結晶粒が粗大
化して強度低下を招き、また粒界に還元金属が侵入して
合金化され易くなる。
な純Ｐｔの線材は通常の雰囲気中では何ら問題が無い
が、特殊な条件下、例えば高温中で例えば数千ｐｐｍの
Ｈ2の存在下など、高温還元雰囲気下では結晶粒が粗大
化して強度低下を招き、また粒界に還元金属が侵入して
合金化され易くなる。
【０００６】一方半導体ガスセンサを上述のように高温
期間と低温期間とを交互に繰り返えすように駆動する場
合には急激な熱的変化に長期間さらすことになり、その
ため電極線３やヒータコイル２は熱変化に伴う伸縮を長
期間繰り返す。
期間と低温期間とを交互に繰り返えすように駆動する場
合には急激な熱的変化に長期間さらすことになり、その
ため電極線３やヒータコイル２は熱変化に伴う伸縮を長
期間繰り返す。
【０００７】ここで感ガス体１より露出している各電極
先端は端子板等に固定されているため、感ガス体１から
の露出基部に伸縮時に応力が加わることになる。とくに
両側方向に露出したヒータ電極の伸縮により感ガス体１
が図８に示すように周方向に回転し、そのため大きな応
力が夫々の露出基部に加わることになる。
先端は端子板等に固定されているため、感ガス体１から
の露出基部に伸縮時に応力が加わることになる。とくに
両側方向に露出したヒータ電極の伸縮により感ガス体１
が図８に示すように周方向に回転し、そのため大きな応
力が夫々の露出基部に加わることになる。
【０００８】このような半導体ガスセンサを車載用装置
に用いる場合には自動車の振動によって機械的ストレス
が上記の熱的変換に伴う応力に更に加わることになり、
熱的変化の応力と合わさって、一層ストレスが大きくな
る。
に用いる場合には自動車の振動によって機械的ストレス
が上記の熱的変換に伴う応力に更に加わることになり、
熱的変化の応力と合わさって、一層ストレスが大きくな
る。
【０００９】従って、上記のように純Ｐｔの線材では、
上述したような結晶の粗大化や、結晶粒界への還元金属
の侵入による合金化により、機械的耐久性が低下し易い
ため上記のようなストレスが加わることで、断線し易く
なるという問題があった。
上述したような結晶の粗大化や、結晶粒界への還元金属
の侵入による合金化により、機械的耐久性が低下し易い
ため上記のようなストレスが加わることで、断線し易く
なるという問題があった。
【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑みて為された
もので、その目的とするところは長期間に亘る熱的変化
及び振動、衝撃の激しい使用においても電極断線の恐れ
が少ない機械的耐久性に富む半導体ガスセンサを提供す
ることにある。
もので、その目的とするところは長期間に亘る熱的変化
及び振動、衝撃の激しい使用においても電極断線の恐れ
が少ない機械的耐久性に富む半導体ガスセンサを提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、ヒータコイルと、該ヒータコ
イルの透孔内に中心軸に沿うように挿置される直線状の
電極線とを略楕円回転体状の金属酸化物半導体からなる
感ガス体内に埋設するとともに、ヒータコイルの両端及
び電極線の少なくとも一端を感ガス体に露出させて、ヒ
ータコイルの両端をヒータ電極とし且つ一方のヒータ電
極と上記電極線の一端とを検知電極とし、高温期間と低
温期間とが交互に繰り返されるようにヒータコイルへの
通電が制御されて使用される半導体ガスセンサにおい
て、少なくともヒータコイルの線材としてＰｔを主成分
としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用いたことを
特徴とする。
に、請求項１の発明では、ヒータコイルと、該ヒータコ
イルの透孔内に中心軸に沿うように挿置される直線状の
電極線とを略楕円回転体状の金属酸化物半導体からなる
感ガス体内に埋設するとともに、ヒータコイルの両端及
び電極線の少なくとも一端を感ガス体に露出させて、ヒ
ータコイルの両端をヒータ電極とし且つ一方のヒータ電
極と上記電極線の一端とを検知電極とし、高温期間と低
温期間とが交互に繰り返されるようにヒータコイルへの
通電が制御されて使用される半導体ガスセンサにおい
て、少なくともヒータコイルの線材としてＰｔを主成分
としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用いたことを
特徴とする。
【００１２】請求項２の発明では、請求項２の発明にお
いて、感ガス体が長径側の寸法を０．８ｍｍ〜０．３ｍ
ｍとし、端径側の寸法を０．７ｍｍ〜０．２５ｍｍと
し、上記電極線及びヒータコイルの線材の直径を２５μ
〜１０μとしたことを特徴とする。
いて、感ガス体が長径側の寸法を０．８ｍｍ〜０．３ｍ
ｍとし、端径側の寸法を０．７ｍｍ〜０．２５ｍｍと
し、上記電極線及びヒータコイルの線材の直径を２５μ
〜１０μとしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の半導体ガスセンサは、図
７に示す従来例と同様に外形形状が略回転楕円球体に形
成され、ＳｎＯ2 に貴金属触媒を加えたガス感応金属酸
化物からなる感ガス体１中にヒータコイル２を埋設し、
このヒータコイル２の中心軸線上に直線状の電極線３を
配置した構造のもので、電極線３の両端を感ガス体１の
長径方向の両端より外部に露出させるとともに、ヒータ
コイル２の両端２ａ，２ｂを感ガス体１の周面より夫々
が反対方向に向くように露出させ、ヒータコイル２の露
出せる両端をヒータ電極２ａ，２ｂとするとともに、一
方のヒータ電極２ｂと電極線３の一端３ａとを検知電極
とし、これらヒータコイル２、電極線３の線材としてＰ
ｔを主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用
いることで、ＺｒＯ2がＰｔの粒界を伝って還元金属の
侵入を防止し、またＰｔの結晶の粗大化を防いで、線材
の機械的耐久性が向上し、そのため高温期間と低温期間
とを交互に繰り返すようにヒータコイル２の通電を制御
して使用される場合に、熱的変化によるストレスが発生
しても、更に車載用装置に使用されて振動が加わるよう
な場合にあっても、機械的耐久性の向上により、断線事
故の発生が抑えられ、使用装置の信頼性を高めることが
できる。
７に示す従来例と同様に外形形状が略回転楕円球体に形
成され、ＳｎＯ2 に貴金属触媒を加えたガス感応金属酸
化物からなる感ガス体１中にヒータコイル２を埋設し、
このヒータコイル２の中心軸線上に直線状の電極線３を
配置した構造のもので、電極線３の両端を感ガス体１の
長径方向の両端より外部に露出させるとともに、ヒータ
コイル２の両端２ａ，２ｂを感ガス体１の周面より夫々
が反対方向に向くように露出させ、ヒータコイル２の露
出せる両端をヒータ電極２ａ，２ｂとするとともに、一
方のヒータ電極２ｂと電極線３の一端３ａとを検知電極
とし、これらヒータコイル２、電極線３の線材としてＰ
ｔを主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用
いることで、ＺｒＯ2がＰｔの粒界を伝って還元金属の
侵入を防止し、またＰｔの結晶の粗大化を防いで、線材
の機械的耐久性が向上し、そのため高温期間と低温期間
とを交互に繰り返すようにヒータコイル２の通電を制御
して使用される場合に、熱的変化によるストレスが発生
しても、更に車載用装置に使用されて振動が加わるよう
な場合にあっても、機械的耐久性の向上により、断線事
故の発生が抑えられ、使用装置の信頼性を高めることが
できる。
【００１４】実施例１
まず金属酸化物からなる感ガス体１は長手方向の寸法ａ
を約０．５ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交
する方向の断面の直径を約０．３５ｍｍとし、また感ガ
ス体１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材
として、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が２０μの田
中貴金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、
そのコイルの形状として内径を０．１８ｍｍ、長さを
０．３８ｍｍとし、また電極線３の長さを１ｍｍとし
た。
を約０．５ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交
する方向の断面の直径を約０．３５ｍｍとし、また感ガ
ス体１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材
として、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が２０μの田
中貴金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、
そのコイルの形状として内径を０．１８ｍｍ、長さを
０．３８ｍｍとし、また電極線３の長さを１ｍｍとし
た。
【００１５】本実施例の５つの半導体ガスセンサを試料
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図２に示すようになった。
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図２に示すようになった。
【００１６】表１は試料を故障順に並べて夫々の故障サ
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
【００１７】
【表１】
尚Ｙは、Ｙ＝ａＸ＋ｂの式を最小二乗法で求める。
【００１８】ここでａ＝４．８０
ｂ＝−６３．１
相関関数Ｒ＝０．９８
そしてプロットから形状パラメータｍ、尺度パラメータ
ｔ０を夫々求めると ｍ＝４．８１ ｔ０＝２．４２Ｅ＋２７ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝４９８８３６となっ
た。
ｔ０を夫々求めると ｍ＝４．８１ ｔ０＝２．４２Ｅ＋２７ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝４９８８３６となっ
た。
【００１９】また累積故障率が５％になるサイクルｔを
求めると２６８８７３となる。
求めると２６８８７３となる。
【００２０】実施例２
金属酸化物からなる感ガス体１は長手方向の寸法ａを約
０．８ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．６５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が２５μの田中貴
金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、その
コイルの形状として内径を０．２５ｍｍ、長さを０．４
５ｍｍとし、また電極線３の長さを１ｍｍとした。
０．８ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．６５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が２５μの田中貴
金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、その
コイルの形状として内径を０．２５ｍｍ、長さを０．４
５ｍｍとし、また電極線３の長さを１ｍｍとした。
【００２１】本実施例の５つの半導体ガスセンサを試料
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図３に示すようになった。
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図３に示すようになった。
【００２２】表２は試料を故障順に並べて夫々の故障サ
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
【００２３】
【表２】
尚Ｙは、Ｙ＝ａＸ＋ｂの式を最小二乗法で求める。
【００２４】ここでａ＝５．０１
ｂ＝−６５．８
相関関数Ｒ＝０．９７
そしてプロットから形状パラメータｍ、尺度パラメータ
ｔ０を夫々求めると ｍ＝５．０１ ｔ０＝３８．３Ｅ＋２８ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝５０２４８７となっ
た。
ｔ０を夫々求めると ｍ＝５．０１ ｔ０＝３８．３Ｅ＋２８ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝５０２４８７となっ
た。
【００２５】実施例３
金属酸化物からなる感ガス体１は長手方向の寸法ａを約
０．３ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．２５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が１５μの田中貴
金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、その
コイルの形状として内径を０．１３ｍｍ、長さを０．２
１ｍｍとし、また電極線３の長さを０．３ｍｍとした。
０．３ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．２５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、ＰｔにＺｒＯ2を分散させ、線径が１５μの田中貴
金属株式会社製のＺＧＳＰｔ（商品名）線を用い、その
コイルの形状として内径を０．１３ｍｍ、長さを０．２
１ｍｍとし、また電極線３の長さを０．３ｍｍとした。
【００２６】本実施例の５つの半導体ガスセンサを試料
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図４に示すようになった。
として用いて図１に示す回路によりヒータコイル２に電
圧１．４２Ｖを５秒間、０．２Ｖを１５秒間、交互に印
加して各試料の故障サイクルｔを測定して、夫々の累積
故障率Ｆ（ｔ）を求め、これら故障サイクルｔと累積故
障率Ｆ（ｔ）とからＸ＝ｌｎｔ，Ｙ＝ｌｎ｛ｌｎ［１／
（１−Ｆ（ｔ））］｝を求めてワイブル確率紙にプロッ
トしたところ、図４に示すようになった。
【００２７】表３は試料を故障順に並べて夫々の故障サ
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
イクルｔと累積故障率Ｆ（ｔ）とＸ＝ｌｎｔとＹ＝ｌｎ
｛ｌｎ［１／（１−Ｆ（ｔ））］｝とを示したものであ
る。
【００２８】
【表３】
尚Ｙは、Ｙ＝ａＸ＋ｂの式を最小二乗法で求める。
【００２９】ここでａ＝４．２９
ｂ＝−５６．２
相関関数Ｒ＝０．９７
そしてプロットから形状パラメータｍ、尺度パラメータ
ｔ０を夫々求めると ｍ＝４．２９ ｔ０＝２．８１Ｅ＋２４ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝４９３１０１となっ
た。
ｔ０を夫々求めると ｍ＝４．２９ ｔ０＝２．８１Ｅ＋２４ となり、累積故障率が６３．２％になるサイクルｔを特
性寿命ηとして求めると、 η＝４９３１０１となっ
た。
【００３０】比較例
金属酸化物からなる感ガス体１は長手方向の寸法ａを約
０．５ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．３５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、Ｐｔ１００％ｗｔで線径が２０μの線材を用い、そ
のコイルの形状として内径を０．１８ｍｍ、長さを０．
３８ｍｍとし、また電極線２ｂの長さを１ｍｍとした。
０．５ｍｍとするとともに、長手方向に対して直交する
方向の断面の直径を約０．３５ｍｍとし、また感ガス体
１内に埋設するヒータコイル２及び電極線３の線材とし
て、Ｐｔ１００％ｗｔで線径が２０μの線材を用い、そ
のコイルの形状として内径を０．１８ｍｍ、長さを０．
３８ｍｍとし、また電極線２ｂの長さを１ｍｍとした。
【００３１】ここで実施例１と、比較例の半導体ガスセ
ンサを用いてアレニウスモデルよって加速によるヒータ
断線寿命推定を行った。その方法としてはＨ／Ｌの印加
電圧中、”Ｈ”側の印加電圧を通常消費電力として０．
９ｖ、１．５倍の１．１Ｖ、２倍の１．２７Ｖ及び３倍
の１．５６Ｖとし、Ｌ側の印加電圧を０．２Ｖ一定とし
た。これらの試験結果は現在約２．５年経過後、０．９
Ｖ、１．１Ｖの印加電圧では断線不良が０のため、結果
の出た１．２７Ｖ以上の３つの条件を上記ＺＧＳＰｔ
（商品名）線につき、ワイブルプロットによる特性寿命
を求め、アレニウスモデルにより通常使用時の寿命推定
を行った。
ンサを用いてアレニウスモデルよって加速によるヒータ
断線寿命推定を行った。その方法としてはＨ／Ｌの印加
電圧中、”Ｈ”側の印加電圧を通常消費電力として０．
９ｖ、１．５倍の１．１Ｖ、２倍の１．２７Ｖ及び３倍
の１．５６Ｖとし、Ｌ側の印加電圧を０．２Ｖ一定とし
た。これらの試験結果は現在約２．５年経過後、０．９
Ｖ、１．１Ｖの印加電圧では断線不良が０のため、結果
の出た１．２７Ｖ以上の３つの条件を上記ＺＧＳＰｔ
（商品名）線につき、ワイブルプロットによる特性寿命
を求め、アレニウスモデルにより通常使用時の寿命推定
を行った。
【００３２】ここで用いたアレニウスモデルの式は化学
反応速度をＫとした場合、Ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｅａ／ｋ
Ｔ）と表される。尚Ｅａは活性エネルギ、ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、Ａｈは定数を示す。
反応速度をＫとした場合、Ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｅａ／ｋ
Ｔ）と表される。尚Ｅａは活性エネルギ、ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、Ａｈは定数を示す。
【００３３】そして縦軸に上述の高低のヒータ電圧を交
互に印加するサイクル（寿命時間）を、横軸に温度
［（１／Ｔ＝絶対温度＋室温）×１０００］をとったグ
ラフに上述のワイブルによるプロットをとると、図５に
示すような関係となった。このグラフから分かるように
通常条件下（１．４９×１０-3）における特性寿命サイ
クル数は実施例１の場合（イ）が、比較例（ロ）に比べ
て多く、長寿命であることが分かる。
互に印加するサイクル（寿命時間）を、横軸に温度
［（１／Ｔ＝絶対温度＋室温）×１０００］をとったグ
ラフに上述のワイブルによるプロットをとると、図５に
示すような関係となった。このグラフから分かるように
通常条件下（１．４９×１０-3）における特性寿命サイ
クル数は実施例１の場合（イ）が、比較例（ロ）に比べ
て多く、長寿命であることが分かる。
【００３４】尚実施例２，実施例３と同じ形態の比較例
とを上述と同様な加速度試験を行ったところ、同じよう
な傾向を示すことが判った。
とを上述と同様な加速度試験を行ったところ、同じよう
な傾向を示すことが判った。
【００３５】また上記ＺＧＳＰｔ（商品名）線について
は１５μ径のものを作成するのが現行技術では限界であ
るが、今後の技術改善で可能となれば、各実施例に見ら
れる如く各線径での特性寿命はほぼ一定であることから
線径の更に細かいものでも、その耐用性は十分に確保で
きることが容易に推定でき、本発明における線径の下限
を一応１０μとした。
は１５μ径のものを作成するのが現行技術では限界であ
るが、今後の技術改善で可能となれば、各実施例に見ら
れる如く各線径での特性寿命はほぼ一定であることから
線径の更に細かいものでも、その耐用性は十分に確保で
きることが容易に推定でき、本発明における線径の下限
を一応１０μとした。
【００３６】図６は各実施例の線径（図では横軸を線径
2（＝面積相当）で示し）の特性寿命をプロットし、こ
のプロットした点を結ぶ線（ａ）から、近似する特性寿
命と線径との関係を示す直線（ｂ）を求めた図であっ
て、この図６の直線（ｂ）から線径が１０μの場合の特
性寿命が耐用性を確保できるとなることが容易に分か
る。
2（＝面積相当）で示し）の特性寿命をプロットし、こ
のプロットした点を結ぶ線（ａ）から、近似する特性寿
命と線径との関係を示す直線（ｂ）を求めた図であっ
て、この図６の直線（ｂ）から線径が１０μの場合の特
性寿命が耐用性を確保できるとなることが容易に分か
る。
【００３７】
【発明の効果】請求項１の発明では、ヒータコイルと、
該ヒータコイルの透孔内に中心軸に沿うように挿置され
る直線状の電極線とを略楕円回転体状の金属酸化物半導
体からなる感ガス体内に埋設するとともに、ヒータコイ
ルの両端及び電極線の少なくとも一端を感ガス体に露出
させて、ヒータコイルの両端をヒータ電極とし且つ一方
のヒータ電極と上記電極線の一端とを検知電極とし、高
温期間と低温期間とが交互に繰り返されるようにヒータ
コイルへの通電が制御されて使用される半導体ガスセン
サにおいて、少なくともヒータコイルの線材としてＰｔ
を主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用い
たので、ＺｒＯ2がＰｔの粒界を伝って還元金属の侵入
を防止し、またＰｔの結晶の粗大化を防いで、線材の機
械的耐久性が向上し、そのため高温期間と低温期間とを
交互に繰り返すようにヒータコイル２の通電を制御して
使用される場合に、熱的変化によるストレスが発生して
も、更に車載用装置に使用されて振動や衝撃が加わるよ
うな場合にあっても、機械的耐久性の向上により、長期
間期間に亘る熱的変化の激しい使用においても電極断線
事故の発生が抑えられ、使用装置の信頼性を高めること
ができるという効果がある。
該ヒータコイルの透孔内に中心軸に沿うように挿置され
る直線状の電極線とを略楕円回転体状の金属酸化物半導
体からなる感ガス体内に埋設するとともに、ヒータコイ
ルの両端及び電極線の少なくとも一端を感ガス体に露出
させて、ヒータコイルの両端をヒータ電極とし且つ一方
のヒータ電極と上記電極線の一端とを検知電極とし、高
温期間と低温期間とが交互に繰り返されるようにヒータ
コイルへの通電が制御されて使用される半導体ガスセン
サにおいて、少なくともヒータコイルの線材としてＰｔ
を主成分としＰｔ中にＺｒＯ2を分散させた線材を用い
たので、ＺｒＯ2がＰｔの粒界を伝って還元金属の侵入
を防止し、またＰｔの結晶の粗大化を防いで、線材の機
械的耐久性が向上し、そのため高温期間と低温期間とを
交互に繰り返すようにヒータコイル２の通電を制御して
使用される場合に、熱的変化によるストレスが発生して
も、更に車載用装置に使用されて振動や衝撃が加わるよ
うな場合にあっても、機械的耐久性の向上により、長期
間期間に亘る熱的変化の激しい使用においても電極断線
事故の発生が抑えられ、使用装置の信頼性を高めること
ができるという効果がある。
【００３８】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、感ガス体が長径側の寸法を０．８ｍｍ〜０．３ｍ
ｍとし、端径側の寸法を０．７ｍｍ〜０．２５ｍｍと
し、上記電極線及びヒータコイルの線材の直径を２５μ
〜１０μとしたので、熱慣性が少なくて熱応答性に優れ
ている、つまり低温期間と高温期間とを交互に繰り返す
駆動において温度変化が急激な極微小な半導体ガスセン
サにおいても、長寿命化が図れる。
いて、感ガス体が長径側の寸法を０．８ｍｍ〜０．３ｍ
ｍとし、端径側の寸法を０．７ｍｍ〜０．２５ｍｍと
し、上記電極線及びヒータコイルの線材の直径を２５μ
〜１０μとしたので、熱慣性が少なくて熱応答性に優れ
ている、つまり低温期間と高温期間とを交互に繰り返す
駆動において温度変化が急激な極微小な半導体ガスセン
サにおいても、長寿命化が図れる。
【図１】本発明の半導体ガスセンサの実施例１と比較例
とを比較するための感度測定用の回路図である。
とを比較するための感度測定用の回路図である。
【図２】同上の実施例１のワイブルプロットによるグラ
フである。
フである。
【図３】同上の実施例２のワイブルプロットによるグラ
フである。
フである。
【図４】同上の実施例３のワイブルプロットによるグラ
フである。
フである。
【図５】同上の実施例１と比較例の断線寿命の説明用グ
ラフである。
ラフである。
【図６】同上に使用する線材の線径の下限値を推定する
ための線径−特性寿命の関係説明用グラフである。
ための線径−特性寿命の関係説明用グラフである。
【図７】従来例及び本発明の半導体ガスセンサの感ガス
体の構造を示す概略断面図である。
体の構造を示す概略断面図である。
【図８】従来例の課題の説明図である。
１ 感ガス体
２ ヒータコイル
２ａ、２ｂ 両端
３ 電極線
３ａ 一端
ＲＬ 負荷抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G046 AA01 BA02 BC03 BC05 BC09
BE02 DB07 DC10 DC14 DC18
EB06 FB02 FE31 FE39 FE49
2G060 AA01 AB00 AE19 AE28 AF07
AG01 BA01 BB02 BB09 EB01
HA06 HB08 HC15 HC21 HD08
Claims (2)
- 【請求項１】ヒータコイルと、該ヒータコイルの透孔内
に中心軸に沿うように挿置される直線状の電極線とを略
楕円回転体状の金属酸化物半導体からなる感ガス体内に
埋設するとともに、ヒータコイルの両端及び電極線の少
なくとも一端を感ガス体に露出させて、ヒータコイルの
両端をヒータ電極とし且つ一方のヒータ電極と上記電極
線の一端とを検知電極とし、高温期間と低温期間とが交
互に繰り返されるようにヒータコイルへの通電が制御さ
れて使用される半導体ガスセンサにおいて、少なくとも
ヒータコイルの線材としてＰｔを主成分としＰｔ中にＺ
ｒＯ2を分散させた線材を用いたことを特徴とする半導
体ガスセンサ。 - 【請求項２】感ガス体が長径側の寸法を０．８ｍｍ〜
０．３ｍｍとし、端径側の寸法０．７ｍｍ〜０．２５ｍ
ｍとし、上記電極線及びヒータコイルの線材の直径を２
５μ〜１０μとしたことを特徴とする請求項１記載の半
導体ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339901A JP2003139733A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 半導体ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339901A JP2003139733A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 半導体ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139733A true JP2003139733A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19154184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001339901A Pending JP2003139733A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 半導体ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003139733A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005201681A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Yazaki Corp | ガス検出装置 |
| JP2021043061A (ja) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 東京窯業株式会社 | 固体電解質センサの使用方法及び固体電解質センサ |
-
2001
- 2001-11-05 JP JP2001339901A patent/JP2003139733A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005201681A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Yazaki Corp | ガス検出装置 |
| JP4540992B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2010-09-08 | 矢崎総業株式会社 | ガス検出装置 |
| JP2021043061A (ja) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 東京窯業株式会社 | 固体電解質センサの使用方法及び固体電解質センサ |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070227 |