JP7252852B2 - ガス検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス検出器に関する。

可燃性ガス等の被検出ガスを検出するためのガス検出器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のガス検出器は、被検出ガスを検出する検出素子と、検出素子を収容する収容ケース等とを備えている。収容ケースの壁には、貫通孔状の通気口等が形成されている。なお、ガス検出器は、自動車等に設置されて屋外で使用される場合がある。

特開２０１８－１９４４０９号公報

例えば、ガス検出器が設置された自動車を長時間、停車した場合において、収容ケースに設けられた通気口等の開口部から、収容ケースの内部に、蟻が侵入することがあった。蟻が侵入すると、収容ケース内の部品が食い荒らされて、ガス検出器が故障する虞があった。そのため、ガス検出器において、蟻の侵入を防ぐ対策が求められていた。

本発明の目的は、蟻の侵入が抑制されたガス検出器を提供することである。

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 被検出ガスを検出する検出素子と、前記検出素子を取り囲む壁体を有し、内部で前記検出素子を収容する収容ケースとを備えるガス検出器であって、前記壁体は、前記収容ケースの内部と外部とを連通する１つ又は複数の連通孔を有し、前記連通孔の開口径又は前記連通孔における内接円の直径は、０．２ｍｍ未満であることを特徴とするガス検出器。

＜２＞ 前記収容ケースの内部側に開口した開口部を含む凹状部分からなり、前記連通孔と繋がる拡散室と、前記開口部を覆うように前記収容ケースの内部に収容され、かつ前記拡散室を間に置く形で前記連通孔と対向する通気性の撥水フィルタとを備える前記＜１＞に記載のガス検出器。

＜３＞ 前記壁体は、前記連通孔が形成され、かつ厚みの小さい薄肉壁体と、前記薄肉壁体の周りに配され、前記薄肉壁体よりも厚みの大きい厚肉壁体とを有し、前記拡散室は、前記薄肉壁体と前記厚肉壁体とで囲まれた部分からなる前記＜２＞に記載のガス検出器。

本発明によれば、蟻の侵入が抑制されたガス検出器を提供することができる。

実施形態１に係るガス検出器の断面図 ガス検出器の通気口付近の拡大断面図 通気口の平面図 実施形態２に係るガス検出器の蓋部に形成された通気口の平面図 実施形態３に係るガス検出器の蓋部に形成された通気口の平面図 実施形態４に係るガス検出器の蓋部に形成された通気口の平面図 実施形態５に係るガス検出器の蓋部に形成された通気口の平面図 試験１で使用される拡散室を備えている蓋部の通気口付近の断面図 試験２で使用される拡散室を備えていない蓋部の通気口付近の断面図 試験１及び試験２の結果を示すグラフ

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を、図１～図３を参照しつつ説明する。図１は、実施形態１に係るガス検出器１の断面図であり、図２は、ガス検出器１の通気口２付近の拡大断面図であり、図３は、通気口２の平面図である。

ガス検出器１は、例えば、エネルギー源としての水素ガスを利用した燃料電池を搭載するシステム（例えば、燃料電池自動車、家庭用燃料電池システム）に配置され、可燃性ガスである水素ガス（被検出ガス）を検出する。このようなガス検出器１により、システム内における水素ガスの漏れを検出できる。

ガス検出器１は、検出素子アセンブリ３と、検出素子アセンブリ３が実装された配線基板４と、前記配線基板４を収容する略箱状の収容ケース（ハウジング）５とを備えている。

検出素子アセンブリ３は、熱伝導式の検出素子３１と、検出素子３１用の台座３２と、保護キャップ３３とを有する。

収容ケース５は、非導電性の合成樹脂（熱可塑性樹脂等）を含む組成物の成形品より構成されている。配線基板４上には、検出素子３１を駆動制御するための電子部品（温度測定回路、ガス検出回路等）がハンダ付けにより実装されている。

収容ケース５は、被検出ガスを収容ケース５内に導入するガス導入口５１を備えている。ガス導入口５１には、被検出ガスを通過させる複数のガス流通部を有する金属体（金属メッシュ）５２が設けられている。金属体５２は、検出素子３１の有する発熱抵抗体が高温になって可燃性の被検出ガスが発火した場合であっても、その火炎がガス検出器１の外部へ出るのを防止する機能を有する。

検出素子アセンブリ３は、収容ケース５内に形成された測定室７に収容されている。また、検出素子アセンブリ３（検出素子３１）は、金属体５２に対して、ガス導入口５１の連通方向において重なるように配置されている。また、検出素子アセンブリ３と、金属体５２との間において、撥水フィルタ５３がガス導入口５１を塞ぐ形で配置されている。この撥水フィルタ５３は、ガス導入口５１から水が浸入することを防止するための部材である。また、撥水フィルタ５３は、ガス導入口５１と、測定室７との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速機能を有する。

収容ケース５は、全体的には、偏平な矩形状をなしている。収容ケース５は、検出素子アセンブリ３等を収容する本体部５４と、その本体部５４の端部に延設されたコネクタ部５５とを備えている。コネクタ部５５は、ガス検出器１が、外部回路と電気的に接続する際に利用される。コネクタ部５５の内部には、複数のコネクタピン６が設けられている。配線基板４には、複数のコネクタピン６を接続するためのスルーホール４１が形成されている。個々のコネクタピン６は、スルーホール４１を貫通した状態で、配線基板４上にハンダ付けにより固定される。

収容ケース５は、上方に開口した浅底の容器状をなした下ケース５６と、下ケース５６の上面開口を閉塞する蓋部５７とを備えている。なお、収容ケース５の下ケース５６及び蓋部５７は、所定の厚みを有する壁体５０によって形成されている。上述した収容ケース５の本体部５４は、下ケース５６の浅底の容器状の部分と、蓋部５７とで形成される。また、コネクタ部５５は、下ケース５６の端部に形成される。

なお、収容ケース５の側面には、外側に突出する形で設けられたフランジ部（不図示）があり、そのフランジ部の中央にある上下方向に貫通したボルト孔に、ボルト（不図示）を挿通させつつネジ止めすることにより、ガス検出器１が取付対象物（例えば、自動車の所定部位）に取り付けられる。

収容ケース５の蓋部５７には、上方に突出した環状の第１突出部５７ａが形成され、その内側に筒型のホルダ部５８が配置されている。ホルダ部５８は、上述した金属体５２を保持する部材であり、そのホルダ部５８の中央に、上下方向に貫通する形で、ガス導入口５１が形成されている。

また、収容ケース５の蓋部５７には、下方に突出した環状の第２突出部５７ｂが形成されており、その第２突出部５７ｂが、配線基板４に対して環状のシール部材８を介して接続されている。第２突出部５７ｂの内側には、ガス導入口５１よりも大きな孔部５７ｂ１が形成されており、その孔部５７ｂ１を覆う形で、上述した撥水フィルタ５３が配置されている。

上述した測定室７は、配線基板４と、シール部材８と、第２突出部５７ｂと、孔部５７ｂ１と、撥水フィルタ５３とで囲まれた空間からなる。

測定室７の周りには、収容ケース５の蓋部５７と下ケース５６とで囲まれて形成された空間Ｓ１が存在している。そのような収容ケース５内の空間Ｓ１と外部とを連通するように、板状（壁状）の蓋部５７（壁体５０）を厚み方向に貫通する形で、複数の通気口（連通孔）２が設けられている。通気口２は、蓋部５７のうち、第１突出部５７ａと、コネクタ部５５との間に配される部分に形成されている。

図２に示されるように、蓋部５７は、通気口（連通孔）２が形成され、かつ厚みの小さい薄肉壁体５０１と、その薄肉壁体５０１の周りに配され、薄肉壁体５０１よりも厚みの大きい厚肉壁体５０２とを備えている。そして、そのような薄肉壁体５０１と、厚肉壁体５０２とで囲まれた部分が、通気口（連通孔）２と繋がった拡散室１０となっている。拡散室１０は、収容ケース５の内部側に開口した凹状部分５００からなる。通気口２が拡散室１０と繋がっていると、後述するように、通気口２の通気量がある程度、確保される。

上記凹状部分５００は、薄肉壁体５０１と、厚肉壁体５０２とで形成される。また、凹状部分５００の開口部５００ａを覆うように、通気性の撥水フィルタ１１が設けられている。撥水フィルタ１１は、開口部５００ａを覆うように収容ケース５の内部に収容され、かつ拡散室１０を間に置く形で通気口（連通孔）２と対向している。開口部５００ａは、平面視で円形をなしており、その開口径は、２ｍｍに設定されている。撥水フィルタ１１は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン繊維からなる膜状の多孔質体からなる。

蓋部５７の薄肉壁体５０１を上方から平面視した際に、その薄肉壁体５０１の全面積（１００％）に対して、通気口（連通孔）２は、１０％以上の割合で形成されることが好ましい。通気口２が形成される割合が、このような値であると、十分な通気性を確保できる。本実施形態の場合、薄肉壁体５０１は、上方から平面視した際、円形状をなしている。

なお、蓋部５７の下面側には、撥水フィルタ１１を収容するための凹状に窪んだ収容部５０３が形成されている。収容部５０３は、天井面５０３ａと、その周りに配される周壁面５０３ｂとを備えている。収容部５０３は、拡散室１０よりも左右方向の幅が大きく、拡散室１０よりも外側に広がった形をなしている。本実施形態の場合、厚肉壁体５０２の下面が、天井面５０３ａとなっている。撥水フィルタ１１は、収容部５０３の天井面５０３ａに対して熱溶着されている。

本実施形態の通気口２の開口形状は、平面視で、円形であり、その開口径は、０．２ｍｍ未満（例えば、０．１ｍｍ）に設定される。蟻の頭部の大きさ（幅）は、通常、０．２ｍｍ以上である。そのため、通気口２の開口径がそのような大きさに設定されると、蟻は通気口２を通り抜けることができず、収容ケース５内に侵入することができない。

なお、本実施形態の通気口２の開口形状は、円形であるが、他の実施形態においては、後述するように、通気口の開口形状は、円形に限られる必要はない。ただし、そのような場合であっても通気口の開口形状は、平面視した際に、通気口に内接する内接円の直径が、０．２ｍｍ未満となるように設定される。通気口は、０．２ｍｍ未満の球体が通過できない大きさに設定される。

通気口２は、蓋部５７に対して、レーザー加工により、形成される。通気口２が形成される蓋部５７の厚み（薄肉壁体５０１の厚み）は、１ｍｍ以下であることが好ましい。厚みがそのような値であると、レーザー加工により、所望の形の通気口２を精度よく形成することができる。

本実施形態の場合、薄肉壁体５０１の厚みは、０．５ｍｍであり、厚肉壁体５０２の厚みは、２．０ｍｍである。拡散室１０の周壁面の高さは、１．５ｍｍである。また、収容部５０３の高さ（周壁面５０３ｂの高さ）は、１．０ｍｍである。

以上のように、本実施形態のガス検出器１は、収容ケース５の蓋部５７に、開口径が０．２ｍｍ未満である通気口（連通孔）２が形成されることにより、その通気口２から蟻が収容ケース５の内部に侵入することが抑制される。通気口（連通孔）２は、蓋部５７にレーザー加工によって形成すればよく、コスト的にも有利である。

なお、仮に、通気口２から蟻が収容ケース５内に侵入してしまうと、例えば、収容ケース５内に収容されている撥水フィルタ１１が蟻に食い破られてしまう可能性がある。撥水フィルタ１１が食い破られると、撥水フィルタ１の調湿機能等が損なわれ、ガス検出器１の故障の原因となる。そのようなガス検出器１の故障を抑制する点において、本実施形態の通気口（連通孔）２は、特に優れている。

＜実施形態２＞
次いで、本発明の実施形態２に係るガス検出器を、図４を参照しつつ説明する。図４は、実施形態２に係るガス検出器の蓋部５７に形成された通気口２Ａの平面図である。本実施形態のガス検出器は、実施形態１の蓋部５７（薄肉壁体５０１）に形成された複数の円形状の通気口２に代えて、複数の線状の通気口（連通孔）２Ａを形成したものである。通気口２Ａの開口形状は、平面視した際に、細長い矩形状をなしており、その内接円Ｘ１の直径が、０．２ｍｍ未満となるように設定される。図４において、細長い矩形状をなした通気口２Ａの中に、内接円Ｘ１の一例が示されている。そのような内接円Ｘ１の直径が、０．２ｍｍ未満に設定される。本実施形態のように、通気口２Ａの開口形状が、細長い矩形状（線状）をなしていてもよい。

＜実施形態３＞
次いで、本発明の実施形態３に係るガス検出器を、図５を参照しつつ説明する。図５は、実施形態３に係るガス検出器の蓋部５７に形成された通気口２Ｂの平面図である。本実施形態のガス検出器は、実施形態１の蓋部５７（薄肉壁体５０１）に形成された複数の円形状の通気口２に代えて、２本の線が交差したような形の通気口（連通孔）２Ｂを形成したものである。通気口２Ｂにおける内接円Ｘ２の直径は、０．２ｍｍ未満となるように設定される。図５において、２本の線が交差したような箇所の通気口２Ｂの中に、内接円Ｘ２の一例が示されている。そのような内接円Ｘ２の直径が、０．２ｍｍ未満に設定される。本実施形態のように、通気口２Ａの開口形状が、互いに交差するような形であってもよい。

＜実施形態４＞
次いで、本発明の実施形態４に係るガス検出器を、図６を参照しつつ説明する。図６は、実施形態４に係るガス検出器の蓋部５７に形成された通気口２Ｃの平面図である。本実施形態のガス検出器は、実施形態１の蓋部５７（薄肉壁体５０１）に形成された複数の円形状の通気口２に代えて、複数の半円弧状の通気口（連通孔）２Ｃを形成したものである。それらの通気口２Ｃは、全体として、同心円を描くように蓋部５７（薄肉壁体５０１）に形成されている。それらの通気口２Ｃにおける内接円Ｘ３の直径は、０．２ｍｍ未満となるように設定される。図６において、通気口２Ｃの中に、内接円Ｘ３の一例が示されている。そのような内接円Ｘ２の直径が、０．２ｍｍ未満に設定される。本実施形態のように、開口形状が曲線状をなした通気口２Ｃが形成されてもよい。

＜実施形態５＞
次いで、本発明の実施形態５に係るガス検出器を、図７を参照しつつ説明する。図７は、実施形態５に係るガス検出器の蓋部５７に形成された通気口２Ｄ１，２Ｄ２の平面図である。本実施形態のガス検出器は、実施形態１の蓋部５７（薄肉壁体５０１）に形成された複数の円形状の通気口２に代えて、２本の線が交差したような形の通気口（連通孔）２Ｄ１と、複数の円形状の通気口（連通孔）２Ｄ２とを形成したものである。通気口２Ｄ１は、上記実施形態３の通気口２Ｂと同様の形をなしている。また、通気口２Ｄ２は、実施形態１の通気口２と同様、開口形状が円形をなしている。本実施形態のように、異なる開口形状を有する通気口２Ｄ１，２Ｄ２を組み合わせて用いてもよい。

＜拡散室の有無による通気量の影響の検証＞
ここで、通気口（連通孔）と繋がる拡散室が形成される場合と、形成されない場合とにおいて、通気口を通過するガスの通気量（Ｌ／ｍｉｎ）を、以下に示される方法で測定した。

（試験１：拡散室が有る蓋部の場合）
図８は、試験１で使用される拡散室１０Ｘを備えている蓋部５７Ｘの通気口２Ｘ付近の断面図である。図８に示されるように、収容ケース５Ｘとして、通気口２Ｘ及び拡散室１０Ｘが形成された蓋部５７Ｘを用意した。通気口２Ｘは、薄肉壁体５０１Ｘに１つのみ形成されている。通気口２Ｘの開口形状は、円形であり、その開口径は、０．２ｍｍである。薄肉壁体５０１Ｘの厚みは、０．５ｍｍである。拡散室１０Ｘは、薄肉壁体５０１Ｘと、厚肉壁体５０２Ｘとで形成された凹状部分５００Ｘからなる。厚肉壁体５０２Ｘの厚みは、２．０ｍｍであり、拡散室１０Ｘの周壁面の高さは、１．５ｍｍである。

蓋部５７Ｘの下面側には、撥水フィルタ１１を収容するための凹状に窪んだ収容部５０３Ｘが形成されている。収容部５０３Ｘは、天井面５０３Ｘａと、その周りに配される周壁面５０３Ｘｂとを備えている。収容部５０３Ｘは、拡散室１０Ｘよりも左右方向の幅が大きく、拡散室１０Ｘよりも外側に広がった形をなしている。本実施形態の場合、厚肉壁体５０２Ｘの下面が、収容部５０３Ｘの天井面５０３Ｘａとなっている。撥水フィルタ１１は、収容部５０３Ｘ内に収容されつつ、天井面５０３Ｘａに対して熱溶着されている。

凹状部分５００Ｘの開口部５００Ｘａは、平面視で円形をなしており、その開口径は、２ｍｍに設定されている。そして、その開口部５００Ｘａを覆うように、通気性の撥水フィルタ１１が設けられている。撥水フィルタ１１は、開口部５００Ｘａを覆うように収容ケース５Ｘの内部（収容部５０３Ｘ）に収容され、かつ拡散室１０Ｘを間に置く形で通気口（連通孔）２Ｘと対向している。収容部５０３Ｘの高さ（周壁面５０３Ｘｂの高さ）は、１．０ｍｍに設定されている。

以上のような構成を備えた収容ケース５Ｘの蓋部５７Ｘを用意し、通気量測定機を用いて、通気口２Ｘの一方から圧力９０ｋＰａのエアを加え、通気口２Ｘから流れてくるエア流量（通気量（Ｌ／ｍｉｎ））を測定した。結果は、図１０に示した。

（試験２：拡散室が無い蓋部の場合）
図９は、試験２で使用される拡散室を備えていない蓋部５７Ｙの通気口２Ｙ付近の断面図である。図９に示されるように、収容ケース５Ｙとして、拡散室と繋がっていない通気口２Ｙが形成された蓋部５７Ｙを用意した。蓋部５７Ｙには、厚肉壁体５０２Ｙを貫通する形で、通気口２Ｙが１つのみ形成されている。通気口２Ｙの開口形状は、円形であり、その開口径は、０．２ｍｍに設定されている。厚肉壁体５０２Ｙの厚みは、２．０ｍｍである。

蓋部５７Ｙの下面側には、撥水フィルタ１１を収容するための凹状に窪んだ収容部５０３Ｙが形成されている。収容部５０３Ｙは、天井面５０３Ｙａと、その周りに配される周壁面５０３Ｙｂとを備えている。撥水フィルタ１１は、通気口２Ｘの開口端を覆うように、収容部５０３Ｙ内に収容されつつ、天井面５０３Ｙａに対して熱溶着されている。収容部５０３Ｙの高さ（周壁面５０３Ｙｂの高さ）は、１．０ｍｍに設定されている。

以上のような構成を備えた収容ケース５Ｙの蓋部５７Ｙを用意し、通気量測定機を用いて、通気口２Ｙの一方から圧力９０ｋＰａのエアを加え、通気口２Ｙを流れてくるエア流量（通気量（Ｌ／ｍｉｎ））を測定した。結果は、図１０に示した。

図１０は、試験１及び試験２の結果を示すグラフである。縦軸は、通気量（Ｌ／ｍｉｎ）である。図１０に示されるように、試験１（拡散室有り）の通気量は、０．５２Ｌ／ｍｉｎであった。これに対し、試験２（拡散室無し）の通気量は、０．１７Ｌ／ｍｉｎであった。このように、通気口（連通孔）２Ｘの下側に、拡散室１０Ｘを設けることにより、通気口２Ｘの開口径が小さくても、大きな流通量を確保できることが確かめられた。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態１等において、通気口（連通孔）は、収容ケースの上側部分を構成する蓋部に形成されていたが、本発明はこれに限られず、例えば、下ケースの底側の壁体や、側壁側の壁体に貫通する形で設けられてもよい。

（２）上記実施形態１等において、通気口が本発明の連通孔となっていたが、本発明はこれに限られず、通気以外の目的で収容ケースの壁体に形成される貫通孔を、本発明の連通孔としてもよい。

（３）上記実施形態１等において、通気口（連通孔）が形成される収容ケースは、合成樹脂（熱可塑性樹脂等）を含む組成物の成形品より構成されていたが、本発明の目的を損なわない限り、他の材質（例えば、ガラス、セラミックス等）で形成されてもよい。

１…ガス検出器、２…通気口（連通孔）、３…検出素子アセンブリ、３１…検出素子、３２…台座、３３…保護キャップ、４…配線基板、４１…スルーホール、５…収容ケース、５０…壁体、５１…ガス導入口、５２…金属体、５３…撥水フィルタ、５４…本体部、５５…コネクタ部、５６…下ケース、５７…蓋部、５７ａ…第１突出部、５７ｂ…第２突出部、５８…ホルダ部、５００…凹状部分、５００ａ…開口部、５０１…薄肉壁体、５０２…厚肉壁体、５０３…収容部、６…コネクタピン、７…測定室、８…シール部材、１０…拡散室、１１…撥水フィルタ、Ｓ１…空間、Ｘ１…内接円

Claims (1)

1. 被検出ガスを検出する検出素子と、
   前記検出素子を取り囲む壁体を有し、内部で前記検出素子を収容する収容ケースとを備えるガス検出器であって、
   前記壁体は、前記収容ケースの内部と外部とを連通する１つ又は複数の連通孔を有し、
   前記連通孔の開口径又は前記連通孔における内接円の直径は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満であり、
   前記収容ケースの内部側に開口した開口部を含む凹状部分からなり、前記連通孔と繋がる拡散室と、
   前記開口部を覆うように前記収容ケースの内部に収容され、かつ前記拡散室を間に置く形で前記連通孔と対向する通気性の撥水フィルタとを備え、
   前記壁体は、前記連通孔が形成され、かつ厚みの小さい薄肉壁体と、前記薄肉壁体の周りに配され、前記薄肉壁体よりも厚みの大きい厚肉壁体とを有し、
   前記拡散室は、前記凹状部分をなすように前記薄肉壁体と前記厚肉壁体とで囲まれた部分からなり、
   前記薄肉壁体を上方から平面視した際に、前記薄肉壁体の全面積（１００％）に対して、前記連通孔は、１０％以上の割合で形成されるガス検出器

Images