JP2537055B2 - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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JP2537055B2 JP62174220A JP17422087A JP2537055B2 JP 2537055 B2 JP2537055 B2 JP 2537055B2 JP 62174220 A JP62174220 A JP 62174220A JP 17422087 A JP17422087 A JP 17422087A JP 2537055 B2 JP2537055 B2 JP 2537055B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] この発明は、金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を施
し、この被覆上にガス感応物質層を設けたガスセンサに
関する。
この発明はまた、可燃性ガスや毒性ガス、悪臭ガス、
湿度等の検出に関する。
[従来技術] 発明者らは、Fe−Cr−Al合金やNi−Cr合金等の発熱体
にアルミナ等の耐熱絶縁性被覆を施し、ガス感応物質層
の担体としたガスセンサを提案した(例えば特願昭61−
256,082号)。このガスセンサでは、線径40μm程度の
金属発熱体を用い、これに100A〜5μm程度のアルミナ
等の耐熱絶縁性被覆を施し、ガス感応物質層と発熱体と
を絶縁する。このガスセンサでは、絶縁性被覆を施した
金属発熱体をガス感応物質層の担体とするので、センサ
の熱容量を減少させ、消費電力を節減できる。そしてこ
のガスセンサは、可燃性ガスや湿度等の検出に用いるこ
とができる。
第6図に、特願昭61−256,082号で用いたガスセンサ
の構造を示す。図において、2はFe−Cr−Al合金等の金
属発熱体、4は金属発熱体2の表面に設けた耐熱絶縁性
被覆、6はSnO2等のガス感応物質層で、耐熱絶縁性被覆
4上に設け、金属発熱体2とは絶縁してある。ガス感応
物質層6には、金ペースト等で電極8を形成し、金線等
のリード線10を接続する。12は金属発熱体2やリード線
10に接続した外部電極である。
しかしここで、電極8を形成し、リード線10を接続し
て、外部電極12に溶接する作業は困難である。金属発熱
体2が細いため電極8も小さく、リード線10の接続が困
難となる。また電極8とリード線10との結合強度が低い
ため、外部電極12とリード線10との溶接時の圧力や、使
用時の振動等により、電極8やリード線10の接続状態が
不完全となる恐れが有る。
この問題は、ガス感応物質層に接続した電極を直接リ
ードフレーム等に接続すれば解決する。このような構造
を第5図に示す。図において、2は金属発熱体、4は耐
熱絶縁性被覆、6はガス感応物質層、14は共通電極、16
は検出電極、50はリードフレームである。そして金属発
熱体2の両端をリードフレームに溶接すると共に、共通
電極14と検出電極16とを導電性接着剤30でリードフレー
ムに結合する。しかしこの場合は、金属発熱体2の長さ
が1mm程度と短いため、リードフレームの幅や厚さもそ
れに応じて小さくなる。そしてこのようなリードフレー
ムはぜい弱で、取り扱いが困難である。
[発明の課題] この発明は、センサ本体と外部との接続構造を改良
し、(1)検出電極と外部電極とを接続するリード線を
不要とすること、(2)外部電極を強固な耐熱絶縁性基
板上に設け、センサ本体の外部電極への接続作業を容易
にすると共に、センサ本体の保持強度を改善することを
課題とする。
[発明の構成と作用] この発明では、金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を
施し、ガス感応物質層の担体とする。そしてガス感応物
質層に検出電極を接続して、センサ本体とする。次に耐
熱絶縁性基板に少なくとも3個の膜状電極を設けると共
に、金属発熱体と検出電極とを膜状電極に直接接続し
て、ガスセンサとする。
検出電極に別のリード線を接続して外部電極に接続す
る目的は、センサの熱損失を抑制することに有る。しか
しこの発明で用いるセンサ本体では、センサ本体の熱伝
導が小さいため、検出電極を直接外部電極に接続して
も、熱損失は増加しない。発明者は、この点を確認済み
である。
次に耐熱絶縁性基板に膜状電極を設けて、金属発熱体
と検出電極とを直接膜状電極に接続すれば、発熱体や検
出電極と外部との接続構造を簡素化し、接続の信頼性を
高めることができる。更にこのような基板は強固で取り
扱い易いため、センサ本体との接続作業や、センサ本体
の保持強度も改善できる。
[実施例] 第1図に最初の実施例を示す。図において、2はFe−
Cr−Al合金やNi−Cr合金、あるいはPt線等の金属発熱体
で、ここでは線径(直径)10〜100μm程度のものを用
いる。4は金属発熱体2のほぼ全面に設けた耐熱絶縁性
被覆で、アルミナやシリカ等を用いる。この被覆4は、
イオンプレーティングやスパッタリング、プラズマCVD
あるいは、AlやSi等の真空蒸着膜の酸化、更にはアルミ
ナゾルやシリカゾル等の被覆等により設ける。被覆4の
厚さは例えば100A〜5μm程度とすれば良い。
6は、SnO2や、In2O3、ZnO等のガス感応物質層で、ア
ンチモン酸(Sb2O5・nH2O)等のプロトン導電体や、SrT
iO3等の湿度感応材料等としても良い。14は共通電極、1
6は検出電極で、AuやPt、Rh、RuO2等を用い、真空蒸着
やこれらのペーストの塗布等により設ける。勿論、ガス
感応物質層6や電極14,16の下地には耐熱絶縁性被覆4
が設けられ、これらのものと金属発熱体2とを絶縁して
ある。これらのもの全体をセンサ本体18とする。
20はアルミナ等の耐熱絶縁性基板で、ステンレス等の
金属表面にガラス等を被覆して絶縁したもの等でも良
い。22は空洞で、金属化合物溶液の熱分解等でガス感応
物質層6を形成する場合に、金属化合物の溶液と基板20
とを分離するためのものである。なお実施例ではSnの有
機化合物の溶液を熱分解してガス感応物質層6とした。
しかしスパッタリングや真空蒸着等でガス感応物質層6
を設ける場合、空洞22は不要である。
24,26,28は金やPd、RuO2等を印刷した膜状電極で、真
空蒸着等で設けても良い。そして電極24,28に金属発熱
体2の両端を溶接等で接続すると共に、共通電極14を膜
状電極24に、検出電極16を膜状電極26に、金ペーストや
酸化ルテニウムペースト等の導電性接着剤30等で接続す
る。導電性接着剤30に変え、膜状電極24,26と電極14,16
とに超音波加熱等を施して接続しても良い。実施例で
は、検出電極16と外部電極とを接続するリード線は不要
となり、またセンサ本体18の膜状電極24等への接続作業
も容易で、かつ接続後の強度も高い。
32は外部ピンを兼用したリードフレーム、34はリード
フレーム32と各膜状電極24等とを接続するリード線であ
る。
第2図に、センサの要部拡大断面図を示す。図におい
て、25は金属発熱体2と膜状電極24,28との溶接部であ
る。そして金属発熱体2を膜状電極24,28に溶接すると
共に、導電性接着剤30で電極14,16を膜状電極24,26に接
続する。なおセンサ本体18は、これ以外の位置では基板
20に接触しない。これは溶接時に多少の遊びが生じるた
め、センサ本体18に微かな反りが生じるためである。
導電性接着剤30は電極14,16と膜状電極24,26との接続
の他に、金属発熱体2の溶接部を腐蝕から保護する作用
を持つ。これは溶接により金属発熱体2の組織が変化
し、腐蝕を受けやすくなるためで、導電性接着剤30で溶
接部を雰囲気から遮断し、保護を行う。溶接部の保護が
不要な場合、膜状電極28には導電性接着剤30を用いなく
ても良い。
金属発熱体2としてPt等の貴金属のものを用いる場
合、例えばガス感応物質層6の下部で絶縁性被覆4を一
部省略し、金属発熱体2をそのままガス感応物質層6の
電極に兼用しても良い。この場合は、例えば電極14が不
要となる。また実施例では、膜状電極24に共通電極14と
金属発熱体2とを接続したが、両者を分離し4つの膜状
電極を基板20にもうけても良い。
第3図にガスセンサの全体構造を示す。図において、
38はリードフレーム32の種類識別用表示、40はリードフ
レームの脱落防止用突起、42は合成樹脂等のベース、44
は合成樹脂等のカバーで円柱状や角柱状等に形成し、46
は金網等の通気部である。
上記の実施例では、線状の金属発熱体2を用いたが、
金属発熱体は例えば箔状でも良い。このような実施例を
第4図に示す。図において、3は、厚さ10〜100μm程
度のFe−Cr−Al合金やNi−Cr合金、Pt箔等の金属発熱体
である。そして箔状の金属発熱体3に耐熱絶縁性被覆4
を施し、被覆4上に電極14,16とガス感応物質層6とを
設ける。そして共通電極14と金属発熱体3の一端とを膜
状電極24に接続し、検出電極16を膜状電極26に接続す
る。なお被覆4や電極14,16等は、金属発熱体3の両面
に設けても良く、あるいは片面にのみ設けても良い。
実験例 第1図〜第3図のガスセンサを製造して、特性を評価
した。直径20μmのFe−Cr−Al合金線2に、(スエーデ
ンのガデリウス社製のカンタル、カンタルは商品名)、
アルミナゾルを塗布し、800℃で熱分解して、アルミナ
皮膜とした。この工程を10回繰り返し、厚さ1μm程度
のアルミナ被覆4とした。被覆4は合金線2の全面に設
けた。合金線2を長さ1mmに切断し、そのまま膜状電極2
4,28に溶接した。溶接部25での絶縁性被覆4は、溶接時
の圧力や溶接電流等で剥離し、予め被覆4を除去しない
でも溶接できた。
溶接後の合金線2にマスクを被せ、真空蒸着で金電極
14,16を設けた。電極14,16の形成後に、Snの有機化合
物、ここではSn(OCH3)3(O(CH2)3NH2)、のイソブタノー
ル溶液を滴下し、500℃でSnの有機化合物を熱分解し
て、SnO2とした。これをガス感応物質層6とした。ここ
で空洞22により、液滴と基板20との接触を防止した。ガ
ス感応物質層6の温度を、270℃とした際の特性を表に
示す。
表* 発熱体2の長さ 1mm 消費電力 40mWatt(0.4V×4Ω) 絶縁抵抗 5MΩ以上 空気中の抵抗値 500KΩ(20℃R.H65%) ガス感度 メチルメルカプタン1ppm 〜60 エチルアルコール100ppm 〜10 *表中、絶縁抵抗はSnO2膜6と膜状電極28との抵抗を、
ガス感度は空気中とガス中との抵抗値の比を現す。
[発明の効果] この発明では、金属発熱体や検出電極を耐熱絶縁性基
板に設けた膜状電極に直接接続するので、これらの間を
接続するリード線が不要となる。
また外部電極への金属発熱体や検出電極の接続作業が
容易になると共に、強固な絶縁性基板を用いるので、セ
ンサ本体の保持強度も改善できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例のガスセンサの要部正面図、第2図は実
施例のガスセンサの要部拡大断面図、第3図は実施例の
ガスセンサの断面図、第4図は変形例のガスセンサの要
部拡大正面図、第5図は従来例のガスセンサの断面図、
第6図は他の従来例のガスセンサの正面図である。 図において、2,3……金属発熱体、4……耐熱絶縁性被
覆、6……ガス感応物質層、14……共通電極、16……検
出電極、20……耐熱絶縁性基板、24,26,26……膜状電
極、25……溶接部、30……導電性接着剤。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属発熱体の表面に耐熱絶縁性被覆を施
    し、この絶縁性被覆上にガス感応物質層を設けると共
    に、ガス感応物質層に検出電極を接続してセンサ本体と
    したガスセンサにおいて、 耐熱絶縁性基板に少なくとも3個の膜状電極を設けると
    共に、前記センサ本体をこの基板上に配置して、金属発
    熱体と検出電極とを、少なくとも3個の膜状電極に直接
    接続したことを特徴とする、ガスセンサ。
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