JP2011153900A - ガスセンサ用基板、ガスセンサ用容器、およびガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が向上するガスセンサ用基板、ガスセンサ用容器、およびガスセンサを提供する。
【解決手段】設置対象物２１に取り付けることにより検出対象ガスを検知するガスセンサ１に用いられるガスセンサ用基板であって、第１主面２ａ、および第１主面２ａの反対側に位置しておりかつ設置対象物２１に取り付けられるべき第２主面２ｂを有する基体２と、基体２の第１主面２ａに設けられており、かつ検出対象ガスに対して活性であるガス感応体４を載置するための載置部３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、設置対象物に取り付けることにより検出対象ガスを検知するガスセンサに用いられるガスセンサ用基板、ガスセンサ用容器、およびガスセンサに関する。

従来から、検出対象ガスを検知するガスセンサとして、接触燃焼式のガスセンサあるいは半導体式のガスセンサ等が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このようなガスセンサは、一般家庭のみならず、自動車、半導体、食品、流通、医療、製造等の各種の分野において幅広く用いられている。ここで、このガスセンサは、基台と、上方に突出して基台に設けられた複数本のリードピンと、リードピンに支持される絶縁基板と、絶縁基板に設けられたガス感応体と、を備えている。すなわち、絶縁基板は、リードピンによって空中で支持されている。基台を設置対象物に取り付けることにより、ガスセンサは、所望の検出対象ガスを検知することができる。

特開平３−１８６７５１号公報 実開平１−１２１８４４号公報 特開２００８−２０９３９０号公報

しかしながら、上記従来のガスセンサでは、絶縁基板がリードピンによって空中で支持されているので、例えば、落下等の衝撃による外力に弱いという問題があった。すなわち、上記従来のガスセンサでは、外力によってリードピンが絶縁基板から外れる可能性があった。リードピンが絶縁基板から外れると、検出対象ガスを検知することができず、ガスセンサの信頼性が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性が向上するガスセンサ用基板、ガスセンサ用容器、およびガスセンサに関する。

上記目的を達成するために本発明におけるガスセンサ用基板は、設置対象物に取り付けることにより検出対象ガスを検知するガスセンサに用いられるガスセンサ用基板であって、第１主面、および前記第１主面の反対側に位置しておりかつ前記設置対象物に取り付けられるべき第２主面を有する基体と、前記基体の第１主面に設けられており、かつ前記検出対象ガスに対して活性であるガス感応体を載置するための載置部と、を備える。

本発明のガスセンサ用基板、ガスセンサ用容器、およびガスセンサは、信頼性が向上するという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスセンサの概略構成を示す平面図である。 図１中に示した切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面図である。 図１中に示した切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した断面図である。 図１中に示した切断線Ｃ−Ｃ´に沿って切断した断面図である。 図１中に示した切断線Ｄ−Ｄ´に沿って切断した断面図である。 図１中に示した切断線Ｅ−Ｅ´に沿って切断した断面図である。 本発明の一実施形態に係るガスセンサの他の例を示す平面図である。 変形例１に係るガスセンサの概略構成を示す断面図である。 変形例１に係るガスセンサの他の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図６に示すように、本実施形態に係るガスセンサ１は、検出対象ガスを検知するセンサであって、基体２、載置部３、ガス感応体４、枠体５、発熱抵抗体６、配線導体７、および電極８を備えている。ガスセンサ１は、例えば、ガス漏れ警報器等に備えられる。ここで、基体２および載置部３が、本発明に係るガスセンサ用基板の一実施形態となる。また、基体２、載置部３、および枠体５が、本発明に係るガスセンサ用容器の一実施形態となる。

基体２は、第１主面２ａ、および第１主面２ａの反対側に位置する第２主面２ｂを有している。ここで、第２主面２ｂは、設置対象物２１に取り付けられるべき面である。ガスセンサ１が家庭用のガスセンサとして用いられる場合には、設置対象物２１は、例えば、天井となる。また、基体２は、第１側面２ｃ、第１側面２ｃに対向する第２側面２ｄ、第３側面２ｅ、および第３側面２ｅに対向する第４側面２ｆを有している。すなわち、基体２は、平面視において矩形状である。ここで、基体２は、例えば、セラミックからなる。セラミックは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、あるいはガラスセラミック焼結体等である。

基体２は、開口部２２を有している。開口部２２は、検出対象ガスを循環させる役割を担う部材である。具体的には、開口部２２は、第１側面２ｃ、第２側面２ｄ、第３側面２ｅ、および第４側面２ｆと連通している。開口部２２がこれらの側面２ｃ〜２ｆと連通しているので、検出対象ガスは循環し易くなり、ガスセンサ１の検出感度は向上する。なお、開口部２２を設けることにより検出対象ガスが循環し易くなるしくみについては、後述する。なお、本実施形態では、開口部２２が、全ての側面２ｃ〜２ｆと連通している例について説明したが、これに限定されない。すなわち、開口部２２は、全ての側面２ｃ〜２ｆのうち任意の側面と連通していてもよい。ここで、本実施形態のように、開口部２２が全ての側面２ｃ〜２ｆと連通していれば、検出対象ガスがより循環し易くなるため、好ましい。

載置部３は、基体２の第１主面２ａに設けられている。基体２を平面視した場合に、本実施形態に係る載置部３は、開口部２２を跨ぐようにして設けられている。載置部３は、検出対象ガスに対して活性であるガス感応体４を直接載置するための役割を担う部材である。このように、載置部３にガス感応体４が直接載置されるので、後述するように、ガスセンサ１の信頼性が向上する。ここで、ガス感応体４としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム等からなる触媒が挙げられる。すなわち、本実施形態に係るガス感応体４は、検出対象ガスとの接触に起因して触媒反応が生じ、触媒反応が生じることにより発熱反応が生じる部材となる。なお、ガス感応体４が載置し易くなるように、載置部３には凸凹が形成されていてもよい。

なお、開口部２２は、図７に示すように、載置部３の一部分を除いて当該載置部３を取り囲むようにして基体２に設けられていてもよい。

枠体５は、載置部３を囲むようにして基体２の第１主面２ａに設けられている。枠体５は、基体２と一体的に形成されていてもよいし、基体２と別個独立に形成されていてもよい。基体２と枠体５とが別個独立に形成された場合、基体２と枠体５とは、例えば、半田、ロウ材、低融点ガラス、あるいは有機接合材等の接合部材を介して接合される。ここで、枠体５は、例えば、セラミックからなる。例えば、基体２および枠体５がセラミックからなる場合、基体２と枠体５とは、所定温度で同時に焼成することにより容易に一体的に形成することが可能である。なお、枠体５の上面に、基体２と枠体５とで構成される内部空間Ｓを覆うように、網目状の蓋体が設けられていてもよい。

発熱抵抗体（発熱体）６は、基体２に埋設されている。発熱抵抗体６は、載置部３に載置されたガス感応体４の発熱反応により発生する熱によってその抵抗値が変化する部材である。すなわち、ガス感応体４の発熱反応により発生した熱によって発熱抵抗体６が温められると、発熱抵抗体６の抵抗値は大きくなる。このため、発熱抵抗体６は、載置部３の近傍であって、かつ載置部３と対向する部位に設けられている。ここで、発熱抵抗体６は、例えば、白金、モリブデン、タンタル、あるいはタングステン等からなる。

配線導体７は、基体２に埋設されている。配線導体７は、発熱抵抗体６と電気的に接続されている。ここで、配線導体７は、例えば、銀、銅、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、あるいはマンガン等の金属材料からなる。

このように、発熱抵抗体６および配線導体７が基体１に埋設されているので、発熱抵抗体６および配線導体７が外部の空気等に接触することによる腐食の可能性を低減することができる。

電極８は、基体２の第２主面２ｂに設けられている。電極８は、配線導体７と電気的に接続されている。ここで、電極８は、配線導体７と同様、例えば、銀、銅、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、あるいはマンガン等の金属材料からなる。

電極８および配線導体７を介して発熱抵抗体６に電圧を印加することにより、発熱抵抗体６は発熱する。発熱抵抗体６が発熱することにより、ガス感応体４が温められガス感応体４は活性化する。ガス感応体４が活性化するので、ガス感応体４には触媒反応が生じ易くなる。また、電極８は、発熱抵抗体６の抵抗値を検出するための役割を担う部材でもある。電極８を介して発熱抵抗体６の抵抗値を検出することにより、ガスセンサ１は、検出対象ガスを検知することができる。

具体的には、ガスセンサ１には図示しない制御回路および警報回路が設けられている。制御回路は、電極８を介して発熱抵抗体６の抵抗値を検出する。制御回路は、検出した発熱抵抗体６の抵抗値が閾値以上であるか否かを判定する。制御回路は、発熱抵抗体６の抵抗値が閾値以上であると判定すれば、警告音を発するように警報回路へ指示する。警報回路は、制御回路からの指示に従って、警告音を発する。警報回路が警告音を発することにより、ユーザは、ガスが漏れていることを認識することができる。

なお、ガスセンサ１に上記の制御回路を設ける代わりに、温度ヒューズを設けてもよい。この場合、温度ヒューズは、例えば、載置部３の近傍に設けられる。ここで、ガス感応体４の発熱反応により発生した熱によって温度ヒューズの温度が上昇すると、温度ヒューズを構成する配線（可容体）が溶融断線する。配線が溶融断線すると、警報回路は警告音を発する。このような構成でも、ユーザは、ガスが漏れていることを認識することができる。

また、上記では、発熱抵抗体６は、ガス感応体４を活性化する役割を担うとともに、抵抗値の変化によって検出対象ガスを検知するための役割を担う例について説明したが、これに限定されない。例えば、ガス感応体４を活性化する役割を担う発熱体と、抵抗値の変化によって検出対象ガスを検知するための役割を担う抵抗体とを、別部材として基体２に設けていてもよい。

さらに、発熱抵抗体６は、載置部３に載置されたガス感応体４を固着させる役割を担う部材であってもよい。具体的には、ガス感応体４を載置部３に載置する場合、まず、ガス感応体４となるペースト状の触媒を載置部３に載置する。そして、電極８および配線導体７を介して発熱抵抗体６に電圧を印加することにより、発熱抵抗体６を発熱させる。発熱抵抗体６が発熱することにより、載置部３に載置されたペースト状の触媒が乾燥し固着する。これにより、載置部３に載置されたガス感応体４を固着することができる。

次に、検出対象ガスの気体（空気）中の流れについて説明する。まず、基体２に埋設された発熱抵抗体６が発熱することにより、発熱抵抗体６近傍の内部空間Ｓに存在する気体が加熱される。加熱された気体は、上昇流となって、開口部２２と連通する第１側面２ｃ、第２側面２ｄ、第３側面２ｅ、および第４側面２ｆから放出される。この加熱気体の放出に伴い、ガスセンサ１が検出対象ガスを検知すべきエリア（以下、「管理対象区域」と称する）に存在する気体は、内部空間Ｓへ進入する。すなわち、ガス漏れ等により発生した、管理対象区域に存在する検出対象ガスは、内部空間Ｓへ進入することになる。内部空間Ｓへ進入した検出対象ガスは、載置部３に載置されたガス感応体４と接触する。検出対象ガスとガス感応体４とが接触することにより、ガス感応体４は、触媒反応が生じ、そして発熱反応が生じる。ガス感応体４の発熱反応により発生した熱によって発熱抵抗体６が温められると、発熱抵抗体６の抵抗値は大きくなる。

そして、内部空間Ｓへ進入した検出対象ガスは、上昇流となって、開口部２２と連通する第１側面２ｃ、第２側面２ｄ、第３側面２ｅ、および第４側面２ｆから放出される。放出された検出対象ガスは、再び内部空間Ｓへ進入する。内部空間Ｓへ再び進入した検出対象ガスは、載置部３に載置されたガス感応体４と接触する。このように、基体２に開口部２２が設けられているので、管理対象区域に存在する検出対象ガスを含まない気体が内部空間Ｓに滞留することなく、常に循環することになる。この循環により管理対象区域に存在する検出対象ガスを含む気体がガス感応体４へ到達し易くなり、ガスセンサ１の検出感度が向上する。

なお、本実施形態では、載置部３が開口部２２を跨ぐようにして設けられているので、検出対象ガスがガス感応体４へ容易に到達し易くなる。また、開口部２２が、図７に示すように、載置部３の一部分を除いて当該載置部３を取り囲むようにして基体２に設けられていても、検出対象ガスがガス感応体４へ容易に到達し易くなる。

以上のように、本実施形態に係るガスセンサ１によれば、載置部３は、基体２の第１主面２ａに設けられており、かつ検出対象ガスに対して活性であるガス感応体４を載置するための役割を担う部材である。なお、基体２は、第１主面２ａと、第１主面２ａの反対側に位置しておりかつ設置対象物２１に取り付けられるべき第２主面２ｂとを有している。すなわち、ガスセンサ１は、上記従来のガスセンサのように、ガス感応体が設けられた絶縁基板がリードピンによって空中で支持される構成を採用していない。具体的には、ガスセンサ１は、基体２の第１主面２ａに設けられた載置部３にガス感応体４が直接載置されることになる。このため、ガスセンサ１は、上記従来のガスセンサと比べて、信頼性が向上する。

なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変形が可能である。以下、いくつかの主な変形例を示す。

[変形例１]
図８は、変形例１に係るガスセンサ１ａの概略構成を示す断面図である。なお、図８は、図２と同じ個所を表す断面図である。また、図８において、図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

図８に示すように、ガスセンサ１ａは、発熱抵抗体６と基体２の第２主面２ｂとの間における基体２に、中空（空間）９が設けられている。基体２に中空９が設けられているので、ガス感応体４の発熱反応により発生した熱は、載置部３にこもり易くなる。すなわち、中空９が断熱部材としての役割を担うことになるからである。このため、ガスセンサ１ａは、短時間のうちに、ガス感応体４の発熱反応により発生した熱によって発熱抵抗体６の温度を上昇させることが可能となる。短時間のうちに発熱抵抗体６の温度を上昇させることが可能となるので、ガスセンサ１ａの検出感度が向上する。ここで、中空９が真空状態であると、より断熱効果を有することになるため、好ましい。

なお、基体２に中空９を設けることに代えてまたは加えて、図９に示すように、載置部３の近傍における基体２に切欠１０が設けられていてもよい。図９では、載置部３の両側の近傍に位置する基体２に２種類の切欠１０が設けられている例を図示している。このようにしても、ガス感応体４の発熱反応により発生した熱は、載置部３にこもり易くなる。すなわち、切欠１０が断熱部材としての役割を担うことになるからである。

[変形例２]
上述の実施形態に係るガスセンサ１は、接触燃焼式のガスセンサの例について説明したが、これに限定されない。すなわち、半導体式のガスセンサであってもよい。ガスセンサが半導体式である場合、ガス感応体は、例えば、金属酸化物半導体からなる。

１，１ａ ガスセンサ
２ 基体
２ａ 第１主面
２ｂ 第２主面
２ｃ 第１側面（側面）
２ｄ 第２側面（側面）
２ｅ 第３側面（側面）
２ｆ 第４側面（側面）
３ 載置部
４ ガス感応体
５ 枠体
６ 発熱抵抗体
７ 配線導体
９ 中空
２１ 設置対象物
２２ 開口部

Claims (9)

1. 設置対象物に取り付けることにより検出対象ガスを検知するガスセンサに用いられるガスセンサ用基板であって、
   第１主面、および前記第１主面の反対側に位置しておりかつ前記設置対象物に取り付けられるべき第２主面を有する基体と、
   前記基体の第１主面に設けられており、かつ前記検出対象ガスに対して活性であるガス感応体を載置するための載置部と、を備えたガスセンサ用基板。
2. 前記基体に設けられており、かつ前記検出対象ガスを循環させる開口部をさらに備える、請求項１に記載のガスセンサ用基板。
3. 前記基体は、側面を有しており、
   前記開口部は、前記基体の側面と連通している、請求項２に記載のガスセンサ用基板。
4. 前記基体を平面視した場合に、前記載置部は、前記開口部を跨ぐようにして設けられている、請求項２または３に記載のガスセンサ用基板。
5. 前記基体を平面視した場合に、前記開口部は、前記載置部の一部分を除いて当該載置部を取り囲むようにして設けられている、請求項２または３に記載のガスセンサ用基板。
6. 前記基体には、発熱体が埋設されており、
   前記基体には、前記発熱体と電気的に接続された配線導体が埋設されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスセンサ用基板。
7. 前記基体を断面視した場合に、前記発熱体と前記基体の第２主面との間における前記基体には、中空が設けられている、請求項６に記載のガスセンサ用基板。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスセンサ用基板と、
   前記ガスセンサ用基板における前記載置部を囲むようにして前記基体の第１主面に設けられた枠体と、を備えたガスセンサ用容器。
9. 請求項８に記載のガスセンサ用容器と、
   前記載置部に載置されたガス感応体と、を備えたガスセンサ。

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