JP2005147844A

JP2005147844A - 防爆型ガスセンサ

Info

Publication number: JP2005147844A
Application number: JP2003385601A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Nakajima; 広哉中島
Original assignee: FIS Inc
Current assignee: FIS Inc
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP4091902B2

Abstract

【課題】コンパクトで部品点数の少ない構造であって尚且つ高い防爆性を具備している防爆型ガスセンサを提供する。
【解決手段】通気穴１０と端子導出穴１１とを有する防爆ケース１内にセンサ本体２を収容し、通気穴１０を防爆フィルタ３で塞ぐとともに、端子導出穴１１を樹脂４の注入により封止して成る防爆型ガスセンサにおいて、防爆フィルタ３として焼結金属フィルタを用い、この焼結金属フィルタと防爆ケース１とを同時焼結により接合させるとともに、端子導出穴１１の内周面には樹脂４を抜け止めする為の凹溝１６を設けておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、爆発性雰囲気の燃焼による熱や火災等が外部に漏れることを防止した防爆型ガスセンサに関するものである。

可燃性のガスや蒸気を含む爆発性雰囲気が存在していて爆発の恐れがある危険場所にガスセンサを設置する場合、このガスセンサには、高い防爆性を有した防爆構造を具備していることが要求される。ここでの防爆構造は、内部での爆発性雰囲気の爆発による熱や火災等が外部に漏れることを防止する為の構造であり、このような防爆構造を備えた防爆型ガスセンサとして従来のものは、図９に示すように、ガス感応体２０を有するガスセンサ本体２の周囲を両端が開口した筒状の防爆ケース１で覆うとともに、該防爆ケース１の一方の開口を樹脂４等で塞ぎ、他方の開口には金網状の防爆フィルタ３を配した構造となっている（特許文献１参照）。そして、上記構造を備えることで、防爆フィルタ３の通気部分を介して防爆ケース１内に導入した検査対象ガスをガス感応体２０で検知するとともに、防爆ケース１内で爆発を生じた場合であっても該防爆ケース１が損傷を受けることなく耐え、外部に存在する爆発性雰囲気にまで引火をすることがないようにしている。

しかしながら、上記した従来の防爆型ガスセンサにあっては、防爆ケース１と樹脂４との接合部分や、防爆ケース１と防爆フィルタ３との接合部分の強度が十分ではなく、防爆ケース１内で大規模な爆発があれば破損を生じて外部の爆発性雰囲気に引火してしまう恐れがあった。また、防爆フィルタ３の通気部分における火災の伝播防止機能も十分ではなく、この点においてもやはり外部の爆発性雰囲気に引火してしまう恐れのある構造であった。これに対して、防爆ケース１の樹脂４による封止部分を大きく設けたり、また、図示のような金網状の防爆フィルタ３の代りに通気穴を有するカバーを二重構造で設けたりすることで（特許文献２参照）防爆性を向上させることは可能であるが、この場合には防爆型ガスセンサが全体に大型化するといった問題や、構造が複雑化して部品点数が増加するといった問題が生じてしまう。
特開平６−６６７５３号公報特開２００１−１０８６５０号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、コンパクトで部品点数の少ない構造であり、尚且つ高い防爆性を具備している防爆型ガスセンサを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、内部空間１２と連通した通気穴１０と端子導出穴１１とを有する金属製の防爆ケース１の前記内部空間１２内にセンサ本体２を収容し、通気穴１０を防爆フィルタ３で塞ぐとともに、端子導出穴１１を樹脂４注入により封止して成る防爆型ガスセンサであって、防爆フィルタ３として焼結金属フィルタを用い、焼結金属フィルタと防爆ケース１とを同時焼結により接合させるとともに、端子導出穴１１の内周面には樹脂４を抜け止めする為の凹溝１６を設けていることを特徴としたものとする。このようにすることで、防爆フィルタ３が防爆ケース１と同時焼結により強固に接合されるとともに、樹脂４も十分な強度で抜け止めされることから、防爆ケース１内部での爆発に対しても十分な強度を有することとなる。加えて、防爆フィルタ３として焼結金属フィルタを用いていることで、外部のガスを導入する通気部分においても十分な火災伝播防止機能が得られ、したがって外部の爆発性雰囲気への引火が確実に防止されることとなる。即ち、本発明の防爆型ガスセンサは、上記のようなコンパクトで部品点数の少ない構造でありながら高い防爆性を具備した防爆型ガスセンサとなるものである。

本発明は、コンパクトで部品点数の少ない構造であっても高い防爆性を具備する防爆型ガスセンサを提供することができるという効果を奏するものである。

本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１には、本発明の実施の形態における一例の防爆型ガスセンサを示している。図示のように、本例の防爆型ガスセンサは、両端の開口した円筒型の防爆ケース１内に、ガス感応体２０を有し端子ピン２１を突設してあるセンサ本体２を収容し、センサ本体２のガス感応体２０を防爆ケース１の一端側の開口穴である通気穴１０と対向させ、センサ本体２の端子ピン２１を防爆ケース１の他端側の開口穴である端子導出穴１１から外部に導出した構造のものである。そして、防爆ケース１の通気穴１０を円盤状の防爆フィルタ３で塞ぎ、端子導出穴１１を樹脂４の注入により封止することで、防爆ケース１内で爆発が生じた場合であっても、外部の爆発性雰囲気にまで引火をすることがないようにしている。

以下、更に詳細な構成について説明する。図２には、本例のセンサ本体２を示している。本例のセンサ本体２は半導体ガスセンサであって、例えばＳｎＯ_２のような金属酸化物半導体２２内にヒータ兼用電極コイル２３を埋設し、このヒータ兼用電極コイル２３の内部に検知電極２４を設けることでガス感応体２０を形成したものである。ヒータ兼用電極コイル２３の両端と検知電極２４とは、樹脂ベース２５に植設させてある三本の端子ピン２１の先端部２１ａにそれぞれ接続させてあり、この樹脂ベース２５やガス感応体２０を筒状の金属製パッケージ２６により覆っている。金属製パッケージ２６にはガス導入用の開口部２７を設けており、この開口部２７からメッシュ２８を介して金属パッケージ２６内に侵入したガスがガス感応体２０と接触するようになっている。また、樹脂ベース２５からは端子ピン２１の他方の先端部２１ｂが外部に突出している。

図３には、本例の防爆ケース１を示している。本例の防爆ケース１は、通気穴１０と端子導出穴１１とを有する金属製（例えばＳＵＳ３０４）の筒状部材であって、防爆ケース１内部の通気穴１０と端子導出穴１１とを連通させる部分が、センサ本体２を収容する内部空間１２となっている。防爆ケース１の内周壁の内部空間１２と通気穴１０との境界部分には、防爆フィルタ３の周縁部と当りこれと接合される突部１３を、全周に亘り形成している。なお、本例の防爆フィルタ３としては図４に示すような円盤状を成す焼結金属フィルタを用いている。焼結金属フィルタは例えばＳＵＳ３１６から形成されるものであり、６０〜７０μｍ程度の孔を有するものが好ましい。また、端子導出穴１１の内周壁の内部側端部には、後述のセンサ基板５の周縁部と当りこれを位置決めする段部１４を形成しており、端子導出穴１１の内周壁の外部側端部には、後述の端子ピン支持基板６の周縁部と当りこれを位置決めする段部１５を形成している。そして、端子導出穴１１の内周壁の、両段部１４，１５に挟まれる部分には、樹脂４を抜け止めする為の凹溝１６を形成している。凹溝１６は、リング状を成すように全周に亘り凹設したものであり、軸方向に所定間隔を隔てた二箇所にこれを形成している。

図５に示すように、円盤状を成すセンサ基板５には延長用の端子ピン５０を三本突設しており、センサ本体２から突出した三本の端子ピン２１の先端部２１ｂを、センサ基板５に三箇所設けてある端子穴５１にそれぞれ挿通して半田付けすることで、センサ本体２の端子ピン２１と延長用の端子ピン５０とがセンサ基板５に形成された導電パターン（図示せず）を介して一対一で電気的に接続されるようになっている。また、図６に示すように円盤状を成す端子ピン支持基板６には、センサ基板５から突出した延長用の端子ピン５０を挿通させてこれを支持する為の挿通穴６０と、樹脂注入穴６１と、この樹脂注入穴６１よりも小径の空気抜き穴６２とを貫設している。

本例の防爆型ガスセンサを組立てるにあたっては、防爆ケース１の通気穴１０に外部側から防爆フィルタ３を嵌入させて、この防爆フィルタ３の外周面が通気穴１０の内周面と当接し、且つ、防爆フィルタ３の内部側を向く円盤面の周縁部分が突部１３の外向き面１３ａと当接する状態とし、同時焼結によってこの防爆フィルタ３と防爆ケース１とを接合させておく。なお、ここで行う同時焼結とは、圧粉体である防爆フィルタ３を防爆ケース１に当てた状態で焼結させると同時に防爆ケース１に接合させる技術のことである。そして、センサ本体２の端子ピン２１をセンサ基板５の端子穴５１に嵌め込むことでセンサ本体２とセンサ基板５とを一体化させ、これを、センサ本体２部分が内部空間１２内に収納されるように端子導出穴１１側から防爆ケース１内に挿入すると、センサ基板５の周縁部が段部１４に当ることで、防爆ケース１内でのセンサ基板５及びセンサ本体２の位置決めがなされる。次に、端子ピン支持基板６を、センサ基板５の端子ピン５０に挿通穴６０を嵌め込みながら段差１５と当るまで端子導出穴１１内に挿入していくことで、センサ本体２とセンサ基板５と端子ピン支持基板６とが一体化された状態で防爆ケース１内に収容されるものである。このとき、端子導出穴１１内のセンサ基板５と端子ピン支持基板６とで挟まれる空間が、樹脂４が注入される樹脂注入空間７となる。この樹脂注入空間７は、端子ピン支持基板６の樹脂注入穴６１と空気抜き穴６２とを介して外部と連通する以外は密閉された空間である。端子ピン支持基板６からは挿通穴６０を通して延長用の端子ピン５０が外部に向けて突出しており、本例においてはこの端子ピン５０を介してセンサ本体２の端子ピン２１が端子導出穴１１から外部に導出された状態となっている。この状態で、端子ピン支持基板６の樹脂注入穴６１に例えば熱硬化性エポキシ樹脂である樹脂４を注入すると、空気抜き穴６２から内部の空気を抜きながら樹脂封入空間７内に樹脂４が充填されてゆく。そして、樹脂注入空間７内に隙間なく樹脂４が注入された後に該樹脂４を硬化させることで、端子導出穴１１が確実に封止されるものである。

上記構成を備えた本例の防爆型ガスセンサにあっては、焼結金属フィルタである防爆フィルタ３を介して外部のガスを防爆ケース１内に導入し、これをセンサ本体２のガス感応体２０と接触させて、金属酸化物半導体２２に埋設してある電極２３，２４間の抵抗値の変化を基に検知対象ガスを検知するものである。更に、本例のガスセンサ本体２においては、ヒータ兼用電極２３への印加電圧の制御により金属酸化物半導体２２の温度をガス検知時よりも高く設定して金属酸化物半導体２２に付着した吸着ガスを一旦取り除くクリーニング期間を設けており、このような高温のクリーニング期間と低温のガス検知期間とを交互に繰返して検知対象ガスの濃度変化を精度良く検知するようになっている。このようにヒータ兼用電極２３による加熱を行い、特にクリーニング期間に高温に維持されるものである場合には、爆発性雰囲気が存在する危険場所に設置するにあたって高い防爆性が求められるが、本例においては上記したように、防爆フィルタ３として焼結金属フィルタを用い、これを同時焼結により防爆ケース１と接合させるとともに、端子導出穴１１の内周面に樹脂４を抜け止めする為の凹溝１６を設けた構造としていることで、コンパクトで部品点数の少ない構造でありながら高い防爆性を具備した防爆型ガスセンサとなっている。即ち、本例の防爆型ガスセンサは、凹溝１６を設けた端子導出穴１１内に注入された樹脂４が、凹溝１６と嵌合する凸部４１を有した形状で硬化し、この凹溝１６と凸部４１との嵌合によって内部での爆発に対しても十分な強度で樹脂４が抜け止めされることとなり、内部の爆発に対する十分な強度を有することとなる。ここで、凹溝１６を形成せずに同程度の強度を備えようとする場合と比べると、樹脂４の注入部分ひいては防爆ケース１全体の軸方向の寸法を小さく形成することができる。また、防爆フィルタ３も同時焼結により防爆ケース１と強固に接合されることから内部の爆発に対する十分な強度を有することとなる。そして、このように防爆ケース１自体の破損が十分に防止されていることに加えて、防爆フィルタ３として焼結金属フィルタを用いたことで防爆フィルタ３の通気部分においても十分な火災伝播防止機能が得られ、したがって外部の爆発性雰囲気への引火が確実に防止されるものである。しかも、凹溝１６を設ける等の簡単な構造で済むことから防爆ケース１自体もコンパクトに形成され、部品点数も少なくて済むものである。

次に、本発明の実施の形態における他例の防爆型ガスセンサについて説明するが、一例と同様の構成については説明を省略して、一例と異なる特徴的な構成についてのみ以下に述べる。図７に示すように、本例の防爆型ガスセンサの防爆ケース１には、その外周面の軸方向中央部分に、Ｏリング８が嵌合される断面略半円状の凹溝１７を全周に亘り形成している。図中の９０は、端子ピン５０が接続される基板９を収納する所定機器のハウジングであり、このハウジング９０に貫設してある取付け穴９１に本例の防爆ガスセンサを装着した状態において、凹溝１７に嵌合してあるＯリング８が取付け穴９０の内周面と弾接して、防爆ケース１を防爆フィルタ３側が外部に突出した状態で確実に保持するものである。

次に、本発明の実施の形態における更に他例の防爆型ガスセンサについて説明するが、他例と同様の構成については説明を省略して、他例と異なる特徴的な構成についてのみ以下に述べる。図８に示すように、本例の防爆型ガスセンサの防爆ケース１には、その外周面の軸方向中央部分に、貫通穴１９を有するフランジ状の固定片１８を突設している。本例のハウジング９０には、取付け穴９１の近傍に貫通穴９２を設けており、ハウジング９０の取付け穴９１に本例の防爆ガスセンサを装着した状態において、固定片１８の貫通穴１９とハウジング９０の貫通穴９２とが連通するようになっている。そして、この連通する貫通穴１９，９２内に固定具９３を挿入固定することで、防爆ケース１を防爆フィルタ３側が外部に突出した状態で確実に保持するものである。

本発明の実施の形態における一例の防爆型ガスセンサを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図である。同上の防爆型ガスセンサのセンサ本体を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。同上の防爆型ガスセンサの防爆ケースを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図である。同上の防爆型ガスセンサの防爆フィルタを示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。同上の防爆型ガスセンサのセンサ基板を示す正面図である。同上の防爆型ガスセンサの端子ピン支持基板を示す正面図である。本発明の実施の形態における他例の防爆型ガスセンサの装着状態を示す説明図である。本発明の実施の形態における更に他例の防爆型ガスセンサの装着状態を示す説明図である。従来の防爆型ガスセンサを示す説明図である。

符号の説明

１防爆ケース
２センサ本体
３防爆フィルタ
４樹脂
１０通気穴
１１端子導出穴
１２内部空間
１６凹溝
２０ガス感応体

Claims

内部空間と連通した通気穴と端子導出穴とを有する金属製の防爆ケースの前記内部空間内にセンサ本体を収容し、通気穴を防爆フィルタで塞ぐとともに、端子導出穴を樹脂注入により封止して成る防爆型ガスセンサであって、防爆フィルタとして焼結金属フィルタを用い、焼結金属フィルタと防爆ケースとを同時焼結により接合させるとともに、端子導出穴の内周面には樹脂を抜け止めする為の凹溝を設けていることを特徴とする防爆型ガスセンサ。