JP3485213B2 - 接触燃焼式ガスセンサ - Google Patents

接触燃焼式ガスセンサ

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JP3485213B2 JP05408895A JP5408895A JP3485213B2 JP 3485213 B2 JP3485213 B2 JP 3485213B2 JP 05408895 A JP05408895 A JP 05408895A JP 5408895 A JP5408895 A JP 5408895A JP 3485213 B2 JP3485213 B2 JP 3485213B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市ガス、LPガスま
たはCOガス等の可燃性ガスを検出する接触燃焼式ガス
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】都市ガス、LPガスまたはCOガス等の
可燃性ガスを検出するガスセンサには接触燃焼式、半導
体式等があり、それぞれ広く用いられている。これらの
ガスセンサについて、例えば接触燃焼式ガスセンサにつ
いては特開昭48−6797号公報、特公昭63−26
335号公報、特公昭64−10774号公報等に、半
導体式ガスセンサについては特開平1−221649号
公報等にその技術内容が開示されている。
【0003】図10は従来の接触燃焼式ガスセンサの検
知素子の一例の正面図、図11は図9に示す検知素子の
センサ素子の拡大正面図である。
【0004】台座71には一対のリード端子72が設け
られ、リード端子72の間にセンサ素子73が接続され
る。センサ素子73を外部力または衝撃から保護し、か
つガスが通って流れるように、破線76に示すように、
耐熱性繊維で補強する。
【0005】センサ素子73は、図11に示すように、
直径10〜50μmのPt線またはPt強化線で内径
0.2〜1.0mm、ピッチ50〜100μmのPtコ
イル74に作り、コイル部分に触媒の粉末とアルミナ粉
末とアルミナ系バインダと水とを混合したペーストを塗
布し、乾燥させた後約700℃で焼成して触媒焼結体7
5を形成することにより製造される。このセンサ素子7
3は、触媒がアルミナ担体中に分散しており、長期間安
定に動作する利点を有している。触媒にはPt,Pd,
Ir,Rh等の周期律表の8族の金属、あるいはこれら
の金属の酸化物が用いられる。この中でもPt,Pdが
良く用いられている。アルミナ粉末は触媒を担持する担
体として作用するので、アルミナ担体と呼ばれる。
【0006】監視している可燃性ガスが触媒に接触する
と、ガスが燃焼して発熱する。この発熱によりPtコイ
ル74の抵抗値が変化する。接触燃焼式ガスセンサは、
この抵抗値の変化を検出して可燃性ガスの有無を検出す
るのである。Ptコイル74の抵抗値の変化を参照値と
比較して変化量のみを検出するように、接触燃焼式ガス
センサでは、通常、比較素子が用いられる。図示してい
ないが、比較素子は検知素子とほぼ同じ形と抵抗値を有
し、触媒を含まない。
【0007】図12は接触燃焼式ガスセンサの検出回路
の回路図である。
【0008】検知素子RF1、比較素子RF2、固定抵抗R
1 ,R2 、直流電源E0 を図示するようにブリッジ回路
に組む。検知素子RF1は、図10に示したものと同じで
ある。可燃性ガスが流れて触媒焼結体75の触媒に接触
して反応し、発熱して検知素子RF1のPtコイルの抵抗
値がΔRF1だけ変化したとすると、ガスセンサの出力E
は、次の式(1)で表される。
【0009】
【数1】
【0010】
【発明が解決しようとする課題】低濃度のガスあるいは
COガスのようにモル燃焼熱が小さい可燃性ガスを検出
するためには出力Eを大きくする必要がある。出力Eを
大きくするためにはΔR F1を大きくしてやれば良い。そ
れには、Ptコイル74のPt線を細くして抵抗値を大
きくしてやるのが最も手っ取り早い。しかし、Pt線を
細くするとコイルの強度が低下し、耐衝撃性が低下する
という問題が起こる。強度を確保し、耐衝撃性を確保す
る手段として耐熱性繊維等で補強することが行われてい
る。耐熱性繊維でキャップを作り、図10に破線76で
示すように上から被せるものであればセンサ素子73の
出力感度は殆ど低下しないが、センサ素子73の耐衝撃
性は余り改善されない。耐衝撃性を大きくするにはセン
サ素子73の周り(図10で破線76で囲んだ範囲)に
耐熱性繊維を詰めなければならないが、そうするとセン
サ素子73の出力感度が低下するという問題が起こる。
【0011】本発明の目的は、検出感度を余り低下させ
ずにコイルの耐衝撃性を非常に大きくした接触燃焼式ガ
スセンサを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の接触燃焼式ガス
センサは、金属線のコイルに触媒焼結体が被着されてな
るセンサ素子を台座に設けられた一対のリード端子間に
接続してなる接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記コイ
ルを補強する補強線の一部が前記触媒焼結体内に埋め込
まれていて、前記補強線がその一端に前記リード端子に
嵌合する環を有するセラミックで作られ、前記リード端
子に前記環が嵌合して片持ち梁形式で支持されているこ
とを特徴とする。
【0013】本発明の接触燃焼式ガスセンサは、金属線
のコイルに触媒焼結体が被着されてなるセンサ素子を台
座に設けられた一対のリード端子間に接続してなる接触
燃焼式ガスセンサにおいて、前記コイルを補強する補強
線が前記リード端子に片持ち梁形式で支持されていると
共に前記補強線の一部が前記触媒焼結体内において前記
コイルの外側上下を通るように埋め込まれていることを
特徴とする。
【0014】本発明の接触燃焼式ガスセンサは、前記補
強線が金属線で作られ、金属線の表面に絶縁被膜が設け
られていることを特徴とする。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【作用】本発明では、補強線をコイルに沿わせて設け、
その一部を触媒と共に焼結して固定したので、検出感度
を余り低下させずに耐衝撃性を大きく増加させた接触燃
焼式ガスセンサを得ることができる。また、補強線をセ
ラミックで作ると電気的短絡の心配がないが、リード端
子への固定が難しくなる。この問題を解決するため、補
強線の一端にリード端子に嵌合する環を設け、リード端
子にこの環に嵌合させた後、ガラス蝋材で固定するよう
にすればよい。
【0020】本発明では、コイルを補強する補強線がリ
ード端子に片持ち梁形式で支持されていると共に補強線
の一部が触媒焼結体内においてコイルの外側上下を通る
ように埋め込まれているので、片持ち梁形式の長所を享
受しつつ、耐衝撃性にも優れる。
【0021】補強線が金属である場合、コイルと補強線
が短絡してはならない。短絡を防ぐために補強線表面に
絶縁被膜を設けておくとよい。
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例の平面図および
正面図、図2は図1のセンサ素子の正面図および平面図
である。
【0027】第1の実施例においては、従来の台座にさ
らに一対の支柱6を設けた台座1を用いる。支柱6は、
台座1の下面には引き出されない。従って、このガスセ
ンサは従来のソケットにそのまま差し込むことができ
る。一対のリード端子2の間にセンサ素子3のPtコイ
ル4を張り、コイル4の中にPtコイル4に接触しない
ように補強線7を通した後1対の支柱6の間に張り、支
柱6に溶接して固定する。触媒とアルミナ担体を含むペ
ーストをPtコイル4と補強線7に塗布し、乾燥させた
後焼結して触媒焼結体5を形成し、補強線7の一部を触
媒焼結体5の中に埋め込む。補強線7には、直径50〜
100μm程度のPt、Pd.Rhまたはステンレス鋼
等の耐熱性、耐食性の良い材料が選ばれる。
【0028】補強線7が金属で作られる場合、補強線7
とコイル4とは短絡してはならない。短絡を防ぐには、
溶接部以外の補強線表面に予め絶縁被膜を設けておけば
よい。絶縁被膜は、例えば、γ−アルミナ粉末とアルミ
ナ系バインダと水とを混合して作ったペーストを表面に
塗布し、乾燥、焼結すればよい。コイル4と補強線7と
を触媒焼結体5中に固めてしまうと、コイル4と補強線
7は動かないから短絡することはない。この実施例で
は、補強線7をコイル4の中に通しているが、コイル4
の下または上またはコイル4の上下に補強線7を設けて
もよい。さらに、補強線7は、1本に限定されず、2本
以上設けても差し支えない。例えば、コイル4の中に補
強線7を1本通し、コイル4の上下に補強線7を2本、
合計3本設けてもよい。
【0029】図3は第1の実施例の補強線の線径と耐衝
撃性との関係を示す図である。
【0030】図1に示す第1の実施例の検知素子に重力
の加速度gを単位にした衝撃を与え、検知素子が不良と
なるときの衝撃の大きさと補強線の線径との関係を調べ
た。図3で、線径0は補強線が無い従来の検知素子を表
す。従来の検知素子は加速度50g弱の衝撃で不良にな
ったが、線径100μmの補強線を取り付けると耐衝撃
性は約125gまで上がり、強度が約2.5倍になる。
このように、補強線を取り付けることは耐衝撃性の向上
に非常に有効である。
【0031】図4は第1の実施例の補強線の線径と出力
特性との関係を示す図である。
【0032】出力特性として濃度1000ppmのCO
ガスの検出感度をとり、補強線7の線径を独立変数とし
て検出感度の変化を示す。図3で、線径0は補強線が無
い従来の検知素子を表す。補強線7の線径が大きくなる
に従って検出感度は低下する。線径100μmの補強線
を取り付けると、強度が約2.5倍になる代わりに検出
感度は約28%低下する。補強線の線径を50μmにす
ると検出感度は約20%の低下で済む代わりに強度は約
2倍になる。このように、耐衝撃性と出力特性とは相反
関係にあるので、どの線径を選ぶかは耐衝撃性と出力特
性との兼ね合いとなる。
【0033】次に、本発明の第1の実施例の製造方法に
ついて説明する。
【0034】図5は図1に示す第1の実施例の製造方法
を説明するための工程順に示した斜視図である。
【0035】まず、図5(a)に示すように、一対のリ
ード端子2と一対の支柱6を設けた台座1を用意する。
一対のリード端子2間にPtコイル4を張り、端部を溶
接で取り付け。
【0036】次に、図5(b)に示すように、Ptコイ
ル4に接触しないように補強線7を通し、補強線7を1
対の支柱6の間に張り、補強線7を支柱6に溶接して固
定する。補強線7には、直径50〜100μm程度のP
t、Pd.Rhまたはステンレス鋼等の耐熱性、耐食性
の良い材料を使用する。補強線7とPtコイル4とは短
絡してはならないから、溶接部以外の補強線表面に予め
絶縁被膜を設けておくとよい。絶縁被膜は、例えば、γ
−アルミナ粉末とアルミナ系バインダと水とを混合して
作ったペーストを表面に塗布し、乾燥、焼結して形成す
る。
【0037】次に、図5(c)に示すように、触媒とア
ルミナ担体を含むペーストをPtコイル4に塗布し、乾
燥させた後焼結して触媒焼結体5を形成する。これによ
り図1に示す実施例が製造される。
【0038】図6は本発明の接触燃焼式ガスセンサの第
2の実施例の正面図である。
【0039】第2の実施例は、補強線8をリード端子2
に片持ち梁形式で取り付けた例である。台座11には図
1の支柱6は無い。補強線8の一端をリード端子2に溶
接して固定し、他端はコイル4に接触しないようにコイ
ル4の近傍に位置せしめる。補強線8の他端は自由端で
ある。触媒焼結体5を形成して補強線8とコイル4とを
固定する。第2の実施例では補強線8を2本設けている
が、これは必須要件ではなく、1本でも差し支えない。
この実施例では補強線8をコイル4の上下に設けている
が、その内の1本はコイル4の中を通るようにしてもよ
い。片持ち梁形式にして補強線8の他端を自由端にする
と補強線に電流は流れないから、第1の実施例のように
支柱6を設けて電流が流れるのを防ぐ必要はなく、リー
ド端子2に直接取り付けることができる。従って、支柱
6が不要となる分だけコスト低減が図れるという利点が
ある。
【0040】図7は本発明に使用するセラミック製補強
線の一例の斜視図である。
【0041】補強線をセラミックで製造するとコイル4
との短絡を心配しなくて済み、組み立てが楽になるとい
う利点があるが、セラミックと金属との溶接ができない
ので、リード端子2への取り付けが難しくなるという問
題が生じる。この問題を解決すくため、図7(a)に示
するように、セラミック製補強線9の一端に環9aを設
けた補強線、および図7(b)に示するように、セラミ
ック製補強線10の一端に環10aを設けた補強線を作
る。環9a、10aの内径はリード端子に嵌合する大き
さにするものとし、環10aの内径は環9aの内径より
小さい。
【0042】図8は本発明の第3の実施例の正面図であ
る。
【0043】リード端子22は、台座21の上方に突き
出る部分にテーパーをつける。セラミック製補強線9の
環9aをリード端子22に嵌合させる。環9aはの内径
は所望の位置に止まる大きさに決定しておく。環9aと
リード端子22とをガラス蝋材などの接着材で固着す
る。コイル4をリード端子22間に張る。補強線9を2
本取り付ける場合は、環9aより内径が小さい環10a
の補強線10を用い、補強線9と同様にリード端子22
に取り付ける。第2の実施例と同様に触媒焼結体5を設
ける。
【0044】図9は本発明の第4の実施例の正面図であ
る。
【0045】リード端子32,33は、上方の直径がリ
ード端子の下方の直径より小さい段付きに作る。リード
端子33は、直径が小さくなる段がリード端子32より
も上方に作られる。これらのリード端子32,33を台
座31に取り付ける。セラミック製補強線9の環9aを
リード端子32に嵌め込むと、環9aは段の所で止ま
る。環9aとリード端子32とをガラス蝋材などの接着
材で固着する。コイル4をリード端子32と33との間
に張り、リード端子33に補強線9を取り付け接着材で
固着する。第2の実施例と同様に触媒焼結体5を設け
る。リード端子32,33を直径の異なる段付きリード
端子にすると、補強線9の固定位置が明確に定まる利点
がある。リード端子を2種類作る必要があるが、補強線
9は1種類で済むという利点もある。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、セン
サ素子に補強線を設け、その補強線の一部をコイルと共
に触媒焼結体内に埋め込み焼結するようにしたので、検
出感度を余り低下させずにコイルの強度を大きくし、耐
衝撃性を非常に大きくした接触燃焼式ガスセンサを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の平面図および正面図で
ある。
【図2】図1に示す第1の実施例のセンサ素子の正面図
および平面図である。
【図3】第1の実施例の補強線の線径と耐衝撃性との関
係を示す図である。
【図4】第1の実施例の補強線の線径と出力特性との関
係を示す図である。
【図5】図1に示す第1の実施例の製造方法を説明する
ための工程順に示した斜視図である。
【図6】本発明の第2の実施例の正面図である。
【図7】本発明に使用するセラミック製補強線の一例の
斜視図である。
【図8】本発明の第3の実施例の正面図である。
【図9】本発明の第4の実施例の正面図である。
【図10】従来の接触燃焼式ガスセンサの一例の正面図
である。
【図11】図10に示す接触燃焼式ガスセンサのセンサ
素子の例の拡大正面図である。
【図12】図10に示す接触燃焼式ガスセンサの検出回
路の回路図である。
【符号の説明】
1 台座 2 リード端子 3 センサ素子 4 Ptコイル 5 触媒焼結体 6 支柱 7 補強線 8 補強線 9 補強線 9a 環 10 補強線 10a 環
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−17493(JP,A) 特開 平1−132948(JP,A) 実開 昭52−64587(JP,U) 実開 昭52−143993(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属線のコイルに触媒焼結体が被着され
    てなるセンサ素子を台座に設けられた一対のリード端子
    間に接続してなる接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記
    コイルを補強する補強線の一部が前記触媒焼結体内に埋
    め込まれていて、前記補強線がその一端に前記リード端
    子に嵌合する環を有するセラミックで作られ、前記リー
    ド端子に前記環が嵌合して片持ち梁形式で支持されてい
    ることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
  2. 【請求項2】 金属線のコイルに触媒焼結体が被着され
    てなるセンサ素子を台座に設けられた一対のリード端子
    間に接続してなる接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記
    コイルを補強する補強線が前記リード端子に片持ち梁形
    式で支持されていると共に前記補強線の一部が前記触媒
    焼結体内において前記コイルの外側上下を通るように埋
    め込まれていることを特徴とする接触燃焼式ガスセン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記補強線が金属線で作られ、金属線の
    表面に絶縁被膜が設けられていることを特徴とする請求
    項2記載の接触燃焼式ガスセンサ。
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