JPH04204245A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、雰囲気中のガス濃度を測定するためのガスセ
ンサに関する。

従来の技術 従来のこの種のガス感知体と、このガス感知体の実装さ
れた構成を第５区および第６図に示す。

すなわち、図示のようにガス感知部ｌは、セラミック絶
縁チューブ２の外表面に形成された電極３ａ、３ｂを介
してリード線４ａ、４ｂと電気的に導通されている。一
方、セラミック絶縁チューブ２の内部貫通穴にはヒータ
コイル５が配置され、ガス感知部ｌを所定の温度まで加
熱している。

そしてガス感知部１の電極３ａ、３ｂおよびヒータコイ
ル５は、それぞれのリード端末部を介して底体６に同定
挿入された端子８ａ、８ｂ。

８ｃ、８ｄに電気的に導通固定されている。またガス感
知部１およびヒータコイル５、リード綿４ａ、４ｂは、
セラミンクもしくは合成樹脂からなる底体６の上面と、
ステンレス製金網などからなる略半球状の保護体７との
嵌合で形成される内部空間に配置され、外部の機械的損
傷から保護され、しかも測定雰囲気との接触が良くなる
ようにされている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来のガスセンサの構成では、ガス
感知部１の電極３ａ、３ｂとリード線４ａ、４ｂおよび
端子８ａ、８ｂとの電気的接続は、電極３ａ、３ｂに極
細白金線からなるリード線４ａ、４ｂをあてがい、導電
性接着剤で接着して固定する工程と、ニッケル線からな
る端子８ａ、８ｂに前記の極細白金線からなるリード線
４ａ、４ｂをあてがって溶接する工程とが必要であり、
リード線接続が煩雑となっていた。すなわち、この電気
的接続が煩雑となる理由は、ガス感知部１の電極３ａ、
３ｂにニッケル線からなる端子８ａ、８ｂを直接固定す
るこ々が、実用上困難なためである。すなわち、ガス感
知部ｌの電極３ａ、３ｂが、白金などの貴金属に微量の
硝子を混入した成分で構成されるため、端子８ａ、８ｂ
をｔ容接することができないのである。そのため、極細
白金線からなるリード線４ａ、４ｂを間接的に使用して
電気的接続を得ているが、リード線４ａ、４ｂのガス感
知部１上の電極３ａ、３ｂへの溶接は前述の理由より実
用上困難であるため、導電性接着剤（低温使用の場合は
はんだや貴金属含有有機系接着剤、また高温使用の場合
は貴金属含有硝子）でリード線４ａ、４ｂと電極３ａ。

３ｂとの固定を行っているのが実態であった。このよう
に、リード線４ａ、４ｂの電気的な接続に多（の手間と
時間を要し、生産が上がらないという課題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、ガス感知体の電極
とリード線および端子の接続固定が簡単にできる。ガス
センサを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明のガスセンサは、表面
にリード部を有するガス感知部と、このガス感知部を加
熱する加熱部と、この加熱部および前記ガス感知部を積
層することによって固定し、かつ電気的に導通ずるリー
ド線材を表面に形成し絶縁性素子支持体と、前記ガス感
知部および加熱部を内包する断熱性充填材と、この断熱
性充填材を内包する有底筒状のガス透過性保護体と、こ
のガス透過性保護体の開口部に内設される前記絶縁性素
子支持体を固定した底体とを備えて構成したものである
。

作用 本発明は、上記した構成により、絶縁性素子支持体の表
面に加熱部およびガス感知部を積層して、この積層によ
って加熱部とリード線材およびガス感知部のリード部と
リード線材が接合するようにしているので、この接合に
より加熱部およびガス感知部の電気的、１ｔｉｌを絶縁
性素子支持体のリード線材へ簡単に接続することができ
、その接合部を焼成などで焼結したり、両者を積層後圧
接することで簡単に固定することができる。したがって
従来のような極細白金線からなるリード線を電極と端子
にあてがい、導通性接着剤で固定したり、端子にそのリ
ード線をあてがい溶接するなどの必要がなくなる。また
断熱性充填材により、加熱部の熱の放散を防ぐことがで
き、熱を効果的にガス感知部に伝達できる。さらにガス
透過性保護体により断熱性充填材を内包するようにした
ので、断熱性充填材の散乱の防止や、ガス感知部および
加熱部の外力による機械的損傷を防止することができる
。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第１図は第１の実施例のガス感知体を有するガスセ
ンサの断面図である。図において、１０はガス感知体で
、絶縁性の素子支持体１１と、その一端部に設けたガス
感知部１２および加熱部１３とからなり、素子支持体１
１の他端部にガス感知部１２および加熱部１３に電気的
に導通ずるリード線材１１　ａ　、　１１　ｂ　、　１
１　ｃ　、　１１　ｄを有している。このガス感知体１
０は絶縁性の円板状をした底体１４にその中央部を貫通
して立設されている。そして成体１４の上部は断熱性の
充填材１５がガス感知部１２と加熱部１３とともに素子
支持体１１の周りを包囲している。さらに充填材１５の
周囲には有底筒状のガス透過性開口体１６が充填材１５
を内包するように設けられ、ガス透過性開口体１６の開
口部が底体１４に嵌合して一体固定されている。そして
底体１４の下部に突出した素子支持体１１のリード線材
１１ａ、　ｌｌｂ。

１１ｃ、ｌｉｄを介してガス感知部１２および加熱部１
３に通電できるようにしている。

ここで実装としての素子支持体１１はたとえば寸法が２
０Ｘ７０Ｘ　１直のアルミナ板でつくり、この素子支持
体１１をたとえばφ２０×５ＩＩＩｌｌのアルミナ板か
らなる底体１４の中央部に設けた嵌合孔に挿入し、接合
剤を封入後、焼成などによって焼結し底体１４に立設す
るのである。

また断熱性の充填材１５はたとえばグラスウール繊維製
で約０．３５ｇ重量を用い、加熱部１３の加熱時、熱の
放熱を防いで熱がガス感知部１２に有効にはたらくよう
にするのである。

そして、ガス透過性開口体１６はその筒状部をたとえば
内径２５×高さ２０簡のステンレス製パイプでつくった
非ガス透過性筒体１６ａと、底部を同材料のたとえば３
．５メツシユ金網のガス透過性関口体１６ｂとで構成し
、充填材１５の使用時の散乱とか、ガス感知部１２や加
熱部１３の外力に対する保護をするようにしている。

なお、ガス透過性開口体１６は非ガス透過性筒体１６ａ
もガス透過性開口体１６ｂと同様の金網でつくり、全体
をガス透過性の開口体で構成してもよい。

次に、上記構成のガス感知体１０について第２図および
第３図を用いてその構成の詳細を説明する。

すなわち第２図（ａ）はガス感知体１０の分解斜視図、
（ｂ）は正面断面図（（ａ）の長手方向断面図）であり
、図に示すように、まず、上記したアルミナ板からなる
素子支持体１１の表面に白金などを厚膜印Ｅｌｌ法によ
って形成したリード線材１１　ａ　、　１１　ｂ　。

１１ｃ、ｌｉｄを設け、リード線材１１　ｂ　、　１１
　ｃの一端部に白金ヒータなどからなる加熱部１３を積
層接合する。そしてその上部から、電極膜を内蔵して表
面にそのリード部１２゛　を形成したガス感知部１２を
積層し、リード線材１１ａ、ｌｌｄの一端部にリード部
１２°が接合するように素子支持体１１上に積層する。

このときこの接合部にたとえば金からなる粘性状の導電
材１７を塗布してもよい。そして、これら全体を焼成し
、それぞれの接合部で焼結してガス感知部１２および加
熱部１３と素子支持体１１との電気的導通および一体固
定をしてガス感知体１０を得るのである。したがって、
ガス感知部１２や力り熱部１３の導通り一ドは従来のよ
うな極細白金線からなるリード線などを用いたり、その
接着や溶接の手間などなく簡単にしかも確実に行うこと
ができるのである。

さらに、上記構成のガス感知部１２について第３図を用
いて詳細に説明する。

すなわち、このガス感知部１２は、限界電流式酸素セン
サであり、酸素イオン伝導性を示す固体電解質板１２ａ
の両面に電極膜１２ｂ、　１２ｃ　（記載せず）を形成
している。この固体電解質板１２ａの一方の面上に電極
膜１２ｂを囲み、始端と終端がお互いに間隔を有する螺
旋型スペーサ１２ｄが配置され、さらにシール板１２ｅ
がその上部に配置されている。そして拡散孔１２ｆは、
甥旋型スペーサ１２ｄの相対向する隔壁と固体電解質板
１２ａとシール板１２ｅで囲まれる螺旋型の空間によっ
て形成され、酸素は前記空間を経由して電極膜１２ｂへ
拡散する。

上記構成において、第２Ｖに示した外部の加熱部１３に
所定の電力を印加し、その熱で固体電解質板１２ａを所
定温度に加熱する。そのとき電極膜１２　ｂ　、　１２
　ｃのリード部１２°　（記載せず）を介して固体電解
質板１２ａ　（この場合は両面に形成した電極膜１２ｂ
、　１２ｃ　　（記載せず））にも所定の電圧を印加す
る。すると、空気中の酸素は、拡散孔１２ｆを経由して
流入し、さらにアノード電極膜１２ｃ（記載せず）から
カソード側電極膜１２ｂに向かって酸素イオンをキャリ
アとする電流が流れる。この酸素ポンプ作用によって固
体電解質板１２ａ内を酸素が移動するが、拡散孔１２（
によって酸素分子の流人が制限されるため、酸素濃度に
応じた飽和電流（限界を流と称す）が生じる。この限界
電流値を測定することにより酸素濃度が判定できるので
ある。

次に具体的実験例にもとすいてその作用を説明する。ガ
ス感知部１２は、固体電解質板１２ａとしてＺ　ｒＯｔ
−ＹｚＯ＊（ＹｔＯｉ　８＋ｗｏ１％添加）、電極膜１
２　ｂ　、　１２　ｃとして白金、螺旋型スペーサ１２
ｄとして硝子（熱膨張係数はＺ　ｒ　Ｏｚ・Ｙ、０３と
概略同一であり、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）、
シール板１２ｅとしてフォルステライトを用いた。

この製法について説明する。まず、電極膜１２ｂ、　１
２ｃ　（記載せず）を固定電解質板１２ａの上下面に、
厚膜印刷技術を用いて印刷し、焼成して形成した。つぎ
に、螺旋型スペーサ１２ｄの上下面に固定電解質板１２
ａとシール板１２ｅを積層し、加熱溶融することで、固
定電解質板１２ａと螺旋型スペーサ１２ｄとシール板１
２ｅとの間に拡散孔１２ｆを形成した。そしてリード部
１２”（記載せず）を固定電解質板１２ａの下面に電極
膜１２　ｂ　、　１２　ｃより延設して完成（ガス感知
部１２）とした。なお、完成品の寸法は１０　Ｘ　１０
　Ｘ　Ｏ，９ｍである。

上記のように酸素の拡散孔１２ｆを鯉旋型スペーサ１２
ｄを用い固体電解質板１２ａ上に螺旋形に形成すること
により、拡散孔１２ｆを面に沿って長くすることができ
る。しかも、蝉旋型スペーサ１２ｄの上下面に固定電解
質板１２ａとシール板１２ｅと積層し、必要な電極膜１
２　ｂ　、　１２　ｃとこれらのリード部１２゛　の形
成を厚膜印刷技術と焼成で簡単につくりだすことができ
る。

したがって、小さくてもガス恩知の感度がよい、しかも
製造コストの安い限界電流式酸素センサのガス感知部１
２を得ることができるのである。

次に、第２の実施例のガス感知体について第４図を用い
て説明する。

上記第１の実施例のガス感知体１０と相違する点は表面
に加熱面を形成した素子支持体がガス感知部のシール板
を兼ねるように構成した点である。

すなわち、図において２０はガス感知体であり、たとえ
ばフォルステライト板からなる素子支持体２１の表面に
は、白金などの厚膜印刷法によって形成したリード線材
２１　ａ　、　２１　ｂ　、　２１　ｃ　、　２１　ｄ
とともに、リード線材２１ｂ、２１ｃの端部に加熱面２
３を設けている。そしてこの加熱面２３の真上から上記
螺旋型スペーサ１２ｄを素子支持体２１に積層し、次に
その真上よりガス感知素子２２を積層するのである。こ
のガス感知素子２２は固定電解質板１２ａの両面に電極
膜１２　ｂ　、　１２　ｃと電極膜１２ｂ、１２ｃより
延設した各リード部２２°を上記同様の厚膜印刷と焼成
により形成したものである。

そして、素子支持体２１上に積層した感知素子２２のリ
ード部２２′　とリード線材２＋ａ、２１ｄに整合して
、前述の導電材１７を介し、焼成により加熱面２３も含
め、焼結接合するのである。

したがって、上記のガス感知体２０は第１の実施例のガ
ス感知体ｌＯのようにシール板１２ｅを要せず、しかも
−回の焼成でガス感知体２０をつくることができ、−層
の小型化と製造コストの引下げを可能にするのである。

発明の効果 以上のように本発明のガスセンサは、表面にリード部を
有するガス感知部およびこのガス感知部を加熱する加熱
部と、この加熱部および前記ガス感知部を積層すること
によって固定し、かつ電気的に導通ずるリード線材を表
面に形成し絶縁性の素子支持体と、前記ガス感知部およ
び加熱部を内包する断熱性の充填材と、この断熱性の充
填材を内包する有底筒状のガス透過性保護体と、このガ
ス透過性保護体の開口部に内設される前記絶縁性素子支
持体を固定した底体とを備えた構成としたので、 （１）ガス感知部および加熱部の電気的導通が、素子保
持体に形成したリード線材との接合焼結による固定工程
のみで行なわれ、従来工法の極細白金線からなるリード
線を電極にあてがい、導電性接着剤で固定する工程と、
ニッケル線からなる端子に前記のリード線をあてがい溶
接する工程が無くなる。そのため、電気的導通および固
定が節単にできる利点が生しる。

（２）断熱性充填材により加熱部からの熱が効果的にガ
ス感知部に伝達され、加熱部の消費電力の低減が図れる
。また、ガス透過性開口体により断熱性充填材の散乱が
防止され、しかもガス感知部および加熱部の機械的損傷
が防止される。

また、ガス感知部を限界電流式酸素センサとして、酸素
の拡散孔の固体電解質板の面に螺旋形に形成したので、
固定電解質板の面に沿って長くすることができ、しかも
厚膜印刷技術と焼成により一体形成しているので、小型
にして感知性能のアップと製造コストの引下げを図るこ
とができる。

さらに絶縁性素子支持体をガス感知部のシール板に用い
る構成とすることで一層の小型化とコストダウンを図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の第１の実施例のガス感知体
を有するガスセンサの断面図、第２図（ａ）は同第１の
実施例のガス感知体の分解斜視図、第２図Ｃｂ）は同長
手方向の正面断面図、第３図は同ガス感知体のガス感知
部の一部破断斜視図、第４図（ａｊは同ガスセンサの第
２の実施例のガス感知体の分解斜視図、第４図（ｂ）は
同ガス感知体の外観斜視図、第５図は従来のガスセンサ
のガス感知体の斜視図、第６図は同ガスセンサの外観斜
視図である。 １１、２１・・・・・・素子支持体（絶縁性素子支持体
）、１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄ、２１ａ、２１ｂ
、２１ｃ。 ２１ｄ・・・・・・リード線材、１２・・・・・・ガス
感知部、１２゛。 ２２′・・・・・・リード部、１２ａ・・・・・・固体
電解質板、１２ｄ・・・・・・螺旋型スペーサ、１２ｅ
・・・・・・シール板、１２「・・・・・・拡散孔（螺
旋膨拡散孔）、１３・・・・・・加熱部、１４・・・・
・・底体、１５・・・・・・充填材（断熱性充填材）、
１６・・・・・ガス透過性開口体（ガス透過性保護体）
。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名１１−　
　素子支碕怜（絽ｗ＆竹賽子支祠捧）１１ｃｌ＋ｂ、ｌ
Ｉｃ１ｌ＝１　−一−リ　−ド　　ν躯　亨１１１−ガ
ス鵠知部 １３−　　加蝕胛 第１図 ｂｂ ＋２’−−−リード部 第　２　図 ＣＣＬ） ７２ａ−−一固捧ｇＩ　Ｍ憤籾 ｌ２ｊ−！ｌ旋型スペーサ １２ｅ−−シール１ １２ｆ−・−梳散孔（！ｌ売創孤紮孔］Ｉ３図 ７２ｂ　　　　　　　／２ ２ｄ ２１−１　３　　支　碕　怖 ２に２１ｂ、２に、２ｋｌ−リード絢打第４　図　　　
　　　　２２−’ノー　ド部（α） ゝ２１ａ （ｂ） ２ｂ １２ａ　　、　　　２２”

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にリード部を有するガス感知部と、このガス
   感知部を加熱する加熱部と、この加熱部および前記ガス
   感知部を積層することによって固定し、かつ電気的に導
   通するリード線材を表面に形成した絶縁性素子支持体と
   、前記ガス感知部および前記加熱部を内包する断熱性充
   填材と、この断熱性充填材を内包する有底筒状のガス透
   過性保護体と、このガス透過性保護体の開口部に内設さ
   れる前記絶縁性素子支持体を固定した底体とを備えたガ
   スセンサ。
2. （２）ガス感知部は、酸素イオン伝導性の固体電解質板
   とシール板との間に螺旋型スペーサを介して螺旋形拡散
   孔を形成した限界電流式酸素センサである請求項（１）
   記載のガスセンサ。
3. （３）絶縁性素子支持体をガス感知部のシール板に用い
   てなる請求項（１）記載のガスセンサ。