JPH095276A - Ｃｏセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リード線のはんだ接続部のはんだの熱劣化を
防止し、ＣＯ検出の追従応答性に優れたＣＯセンサを提
供する。 【構成】 センサ基台１の表面側に比較素子４および検
出素子を対応する端子ピン２間に設けてＣＯ濃度の検出
部を形成し、そのＣＯ濃度の検出部はメッシュのカバー
35で覆う。センサ基台１の裏面側には端子ピン２を外に
向けてセンサ基台１から真直に突き出し、突き出し先端
部に基板15を嵌合装着する。基板15には端子ピン２の導
体結線パターンおよびリード線のはんだ接続部16を形成
する。ＣＯ濃度の検出時にセンサ基台１側の排気ガスに
よる熱が基板15側に伝わるのを空間部40で遮断し、基板
15に接続されるリード線のはんだ接続部のはんだの熱劣
化を防止する。センサ基台１と基板15の間を空間部40と
することで、ＣＯセンサ９のセンサ基台１側の熱容量を
小さくし、ＣＯ濃度の検出応答性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置の排気側に設
けられて排気ガス中の一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の濃
度を検出するＣＯセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスや石油を燃料とする給湯器、風呂
釜、暖房機等の燃焼装置の排気トップ（燃焼室の排気
側）には、燃焼室から出る排気ガス（燃焼排気ガス）中
のＣＯ濃度（ＣＯガス濃度）を検出するＣＯセンサが設
けられており、ＣＯセンサにより排気ガス中のＣＯ濃度
を検出して、ＣＯ検出濃度が所定の基準濃度を越えたと
きに警報を発したり、燃料供給遮断等の安全動作が行わ
れるようになっている。

【０００３】この種のＣＯセンサの一例が図２および図
３に示されている。これらの図において、センサ基台１
の上面（表面側）には３対の端子ピン２が突設され、各
対の端子ピン間に、例えば直径数10μｍの細い白金線を
介して、ＣＯガスに感応しない比較素子４と、ＣＯガス
に感応する検出素子５と、温度検出素子12が設けられ
（この温度検出素子12は省略される場合もある）、比較
素子４と検出素子５は仕切り板６によって仕切られてい
る。なお、比較素子４と検出素子５は図５に示すよう
に、抵抗ブリッジ回路に組み込まれている。

【０００４】検出素子５は、図４に示すように、抵抗線
として機能する白金線の中央部にコイル形状部分13を形
成し、このコイル形状部分13を、例えば白金、パラジウ
ム、ロジウム等の適宜の触媒を含有させたセラミック材
料等で覆ってボール状（球状）に形成したものであり、
比較素子４は、同様に、白金線の中央部に形成したコイ
ル形状部分13を触媒を含有しないセラミック材料により
覆ってボール状に形成したものである。

【０００５】これら比較素子４と検出素子５の周りは、
上下両端側が開口された筒状のグラスウール７に覆わ
れ、さらに、その外側は、金属カバー21により覆われて
いる。この金属カバー21の周壁内面には羽根状の板20が
切り起こしにより形成されており、切り起こし開口11か
ら排気ガスが内部に入り込むように形成されている。

【０００６】センサ基台１の裏面側にはセラミック材料
を充填した伝熱遮断部材14を介して基板15が配設されて
おり、この基板15には端子ピン２の導体接続部である導
体結線パターン（図示せず）が形成されており、この導
体結線パターンと各端子ピン２とが導通接続されてい
る。また、基板15の導体結線パターンには燃焼装置のＣ
Ｏ安全動作を行う回路等にセンサ信号を出力するための
リード線（図示せず）をはんだ接続するためのはんだ接
続部16が形成されている。

【０００７】この種のＣＯセンサの使用時においては、
比較素子４および検出素子５はリード線、端子ピン２を
介しての通電により約200 ℃に加熱されており、この状
態で検出素子５にＣＯガスが接触すると、触媒による接
触燃焼反応が生じ、この反応により検出素子５の温度が
上昇して電気抵抗が大きくなり、この抵抗変化によりＣ
Ｏセンサから取り出される電圧の変化が生じ、その変化
に基づいてＣＯガス濃度が検出される。なお、このと
き、温度検出素子12により検出される温度情報に基づい
て、ＣＯセンサ出力の温度補正が行われる。

【０００８】図６は燃焼装置として一般的に知られてい
る給湯器の排気側にＣＯセンサ９を設置したセンサ使用
例を示したものである。この種の給湯器には燃焼制御装
置33が設けられており、この燃焼制御装置33の制御によ
り、燃焼室29内のノズルホルダ24にガス管25から燃料ガ
スが供給され、一方、燃焼ファン23の回転により、空気
が図の矢印Ｂに示すように吸気部30から装置内に入って
図示されていないバーナ側に空気が送り込まれ、この空
気と前記燃料ガスとによりバーナの燃焼が行われ、給水
管26から熱交換器22に供給される水が熱交換器22を通っ
てバーナ燃焼により加熱され、湯となって、給湯管28か
ら台所等の所望の場所に供給されるようになっている。
そして、このような燃焼動作により発生した燃焼排気ガ
スが排気トップ８に流れ、排気ガス中のＣＯ濃度がＣＯ
センサ９によって検出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ＣＯセンサ９の使用時
においては、燃焼制御装置33内のＣＯ安全動作を行う回
路とＣＯセンサ９の基板15に形成されているはんだ接続
部16間に、リード線がはんだ接続されて、制御回路側か
ら通電が行われ、比較素子４と検出素子５はほぼ排気ガ
スの温度と等しい約200 ℃に加熱駆動される。

【００１０】周知のように、はんだ接続部16でリード線
を接続しているはんだは高温の熱を受けると、熱劣化が
生じ、リード線を接続しているはんだが熱劣化により損
傷したり剥がれたりする不具合が発生し、リード線の接
続の信頼性が損なわれるという問題がある。そこで、従
来においては、センサ基台１と基板15間に熱伝導性の低
い伝熱遮断部材14を介設してセンサ基台１側から伝わる
通電加熱の熱を遮断し、リード線を接続しているはんだ
の熱劣化を防止している。

【００１１】しかしながら、伝熱遮断部材14はセンサ基
台１と一体的に接合されているため、センサ基台１と伝
熱遮断部材14の結合体の熱容量が極めて大きくなり、セ
ンサ基台１と伝熱遮断部材14の結合体に蓄積された熱が
比較素子４や検出素子５への放熱による熱供給源として
作用し、検出素子５におけるＣＯガス変化による接触反
応熱の変化を迅速に追従検出することができなくなり、
ＣＯ検出の応答性が悪くなるという欠点があった。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、センサ基台側からの
通電加熱による熱の伝導を遮断し、かつ、ＣＯ検出の追
従応答性に優れたＣＯセンサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、第
１の発明は、センサ基台の表面側に複数の端子ピンが突
設され、対応する端子ピン間にＣＯ検出素子が接続さ
れ、センサ基台の裏面側には基板が配設され、該基板に
は前記端子ピンの導体接続部が形成され、この導体接続
部にはリード線のはんだ接続部が形成されており、リー
ド線から端子ピンを介してのＣＯ検出素子の通電加熱状
態で被検ガス中のＣＯ濃度を検出するタイプのＣＯセン
サにおいて、前記センサ基台の裏面側には前記端子ピン
の基端側が突き出され、その端子ピンの突き出し先端側
に前記基板が配設されてセンサ基台と基板間に伝熱遮断
の空間部が形成されていることを特徴として構成されて
いる。

【００１４】また、第２の発明は、前記第１の構成を備
えたものにおいて、センサ基台の裏面と基板間の各端子
ピンは絶縁スリーブで覆われていることを特徴として構
成されている。

【００１５】

【作用】上記構成の本発明において、ＣＯセンサの使用
時には、ＣＯ検出素子は通電加熱され、排気ガス中のＣ
Ｏ濃度を検出するが、その際、排気ガスの熱がセンサ基
台側から基板側に伝わろうとしても、両者間に空間部が
形成されることで、そのセンサ基台側から基板側へ伝わ
ろうとする熱は空間部により遮断され、これにより、基
板側のはんだ接続部のはんだの熱劣化が防止される。

【００１６】また、センサ基台と基板間に介設されてい
た従来の伝熱遮断部材が省略されることで、ＣＯセンサ
のセンサ基台側の熱容量が小さくなり、したがって、セ
ンサ基台側がＣＯ検出素子への放熱による熱供給源とし
て作用することがなくなり、このことより、ＣＯ検出素
子のＣＯ検出応答性が改善される。なお、本明細書中の
被検ガスとは、検出対象となる物質を含む検査対象とな
るガスのことをいう。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係るＣＯセンサの実施例を図
面に基づいて説明する。図１には本発明の一実施例が示
されている。この実施例も、前記図２および図３に示す
従来例と同様に、センサ基台１の表面側に複数のピン２
が突設されて、一対の端子ピン２間に比較素子４が、他
の一対の端子ピン間に検出素子５が、さらに必要に応
じ、他の一対の端子ピン２間に温度検出素子12が配設さ
れ、比較素子４と検出素子５は仕切り板６により仕切ら
れた構造となっている。この実施例では、従来例のグラ
スウール７は用いていないが、もちろん、必要に応じグ
ラスウール７を設けたものでもよい。

【００１８】本実施例ではセンサ基台１の表面側の端縁
部に段部34が形成され、この段部に１枚以上の金属のメ
ッシュを重ねて作成したカバー35を被せ、カバー35の基
端側を前記センサ基台１の段部34に嵌合している。そし
て、カバー35の外側にリング36が嵌め込まれ、さらにそ
のリング36の外側にセンサ取り付け板37の筒部38が嵌合
され、センサ取り付け板37はセンサ基台１に圧入等の適
宜の手段により固定され、また、カバー35はリング36の
かしめによってセンサ基台１に固定されている。

【００１９】本実施例において特徴的なことは、従来例
の伝熱遮断部材14を省略し、センサ基台１と基板15との
間にセンサ基台１側の熱が基板15へ伝わるのを遮断する
空間部40を形成したことである。

【００２０】すなわち、センサ基台１の裏面側には端子
ピン２の基端側が真直させて突き出されており、その端
子ピン２の突き出し先端側に基板15に設けた嵌合穴を利
用して基板15が嵌合装着されており、各端子ピン２と基
板15に形成されている導体接続部としての導体結線パタ
ーンとがはんだにより接続固定され、基板15の導体結線
パターンのはんだ接続部16にリード線がはんだ接続され
るようになっている。

【００２１】前記センサ基台１の裏面側に突き出されて
いる各端子ピン２にはセンサ基台１と基台15の間に絶縁
スリーブ42が嵌め込まれている。

【００２２】本実施例のＣＯセンサ９を図６に示す給湯
器の排気側に装着する場合には、給湯器の排気トップ８
側に設けたセンサ収容室17の側壁面18に取り付け穴を設
け、この取り付け穴にＣＯセンサ９の先端側をセンサ収
容室17の外側から差し込み、センサ取り付け板37に設け
た取り付け穴41を利用してセンサ取り付け板37を側壁面
18にねじ止めすることによりＣＯセンサ９はＣＯ検出領
域がセンサ収容室17内に突き出した状態で取り付けられ
る。もちろん、ＣＯセンサ９はセンサ収容室17が設けら
れていない箇所に取り付けられる場合もある。

【００２３】本実施例では、従来例の金属カバー21の代
わりにメッシュのカバー35を設けたので、排気ガスの流
れはカバー35の全面から内部に入り込むことができ、そ
の内部に入り込む際に、メッシュにより排気ガスの流れ
が減衰され、ＣＯガスはカバー35の内部で拡散しながら
検出素子５に接触して、好適な接触燃焼反応が行われ、
正確なＣＯ濃度が検出される。

【００２４】また、本実施例では、センサ基台１と基板
15間に空間部40が設けられることで、排気ガスの熱がセ
ンサ基台１側から基板15側に伝わろうとしても、その熱
の伝導は空間部40により遮断される結果、基板15側への
熱伝導を抑制することができる。

【００２５】したがって、基板15側が高温になることは
ないので、リード線のはんだ接続部分のはんだが熱劣化
を起こすということはなく、長期に亙ってリード線のは
んだ接続の信頼性を確保することが可能となる。

【００２６】さらに、従来例ではセンサ基台１と伝熱遮
断部材14とが一体的に結合されるために、センサ基台１
側の熱容量が極めて大きくなることで、ＣＯ濃度の検出
の追従応答性を悪くしたが、本実施例では、従来例の伝
熱遮断部材14が省略されて空間部40となるので、センサ
基台１側の熱容量は遙かに小さくなり、これにより、セ
ンサ基台１側の蓄熱量も小さくなり、センサ基台１側が
比較素子４や検出素子５に対して放熱の熱供給源として
作用することが抑制され、これにより、検出素子５によ
るＣＯ濃度検出の追従応答性が飛躍的に高まり、ＣＯ濃
度の検出性能を格段に高めることが可能となる。

【００２７】さらに、センサ基台１と基板15間の各ピン
２には絶縁スリーブ42が嵌め込まれているので、各端子
ピン２へのごみ付着や、水滴付着や、燃焼による煤のカ
ーボン付着等に起因する絶縁不良発生を防止できる。特
に、ＣＯセンサ９を給湯器等の燃焼装置に設置して使用
する場合、燃焼の開始時や、燃焼の停止時には、センサ
収容室17の内部と外部間に温度差が生じ、この温度差に
より発生した水滴がセンサ基台１と基板15間の端子ピン
に付着し、端子ピン２が絶縁不良を起こすということが
問題となる。この点、本実施例では、前記の如く、端子
ピン２に絶縁スリーブ42を被せることで、たとえ水滴が
付着しても、端子ピン２の絶縁不良の発生を防止でき
る。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では比較素子４や検出素子５を覆うカバーとして
メッシュのカバーを用いたが、従来例と同様に、金属カ
バー21を用いたものでもよい。

【００２９】また、実施例では比較素子４と検出素子５
と温度検出素子12はそれぞれ独自の一対の端子ピン２間
に配設したが、グランドの端子ピンを共有させて端子ピ
ンの数を少なくしてもよい。

【００３０】さらに、上記実施例では、基板15を端子ピ
ン２に嵌合して配設したが、例えば、基板15側に金メッ
キの接続端子を備えたコネクタを設け、このコネクタの
接続端子を端子ピンにコネクタ接続して基板15を端子ピ
ンに配設してもよい。

【００３１】さらに、基板15に形成したはんだ接続部16
と端子ピン２は導体結線パターンによって接続したが、
もちろん、配線材を用いたはんだ接続によって配線接続
するようにしてもよい。

【００３２】さらに、上記実施例では、センサ基台１の
裏面から全数の端子ピン２を突き出して基板15を嵌合装
着したが、センサ基台１の裏面から突き出す端子ピン２
の数は必ずしも全数でなくてもよい。

【００３３】さらに、実施例では、接触燃焼式のＣＯセ
ンサを例にして説明したが、本発明のＣＯセンサは、リ
ード線側から端子ピンを介して通電加熱する方式の他の
様々なタイプのＣＯセンサ（例えば固定電解式のＣＯセ
ンサ）にも適用されるものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明のよれば、センサ基台の裏面側に
端子ピンの基端側を突き出し形成し、その端子ピンの突
き出し先端側に基板を配設する構成としたので、センサ
基台と基板間に伝熱遮断の空間部が形成されることとな
る。これにより、センサ基台側の排気ガスによる熱が基
板側に伝達されるのを防止でき、基板側の温度上昇を抑
制できる。したがって、基板側の接続はんだ部分のはん
だが熱劣化するということがなくなり、基板とリード線
とのはんだ接続の長期に亙る信頼性を確保することがで
きる。

【００３５】また、前記センサ基台と基板間の熱伝導を
空間部により遮断する構成としたので、従来例のよう
に、センサ基台と基板間にセラミック等の伝熱遮断部材
を介設して熱伝達遮断を行う構成のものに比べ、ＣＯセ
ンサのセンサ基台側の熱容量を格段に小さくすることが
できる。したがって、センサ基台側の蓄積された熱がＣ
Ｏ検出素子に対し放熱の熱供給源として作用する従来例
の問題発生を防止できることとなる。このことにより、
ＣＯ検出素子はＣＯガスとの接触燃焼反応による熱変化
を迅速に追従検出することができ、ＣＯ濃度の検出応答
性を飛躍的に高めることができる。

【００３６】さらに、センサ基台と基板間の端子ピンに
絶縁スリーブを嵌め込み形成したものにあっては、ごみ
の付着や、水滴の付着や、カーボン付着等に起因する端
子ピンの絶縁低下の問題を効果的に解消することができ
るという優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成説明図である。

【図２】従来のＣＯセンサの構成説明図である。

【図３】図２に示したＣＯセンサの分解斜視図である。

【図４】比較素子および検出素子の構成説明図である。

【図５】ＣＯセンサの一般的な回路図である。

【図６】ＣＯセンサの給湯器における使用例を示す説明
図である。

【符号の説明】 １ センサ基台 ２ 端子ピン ４ 比較素子 ５ 検出素子 ６ 仕切り板 ９ ＣＯセンサ 15 基板 16 はんだ接続部 40 空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重岡 卓二 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株式 会社ガスター内 (72)発明者 安形 和俊 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎計 器株式会社内 (72)発明者 ▲荻▼野 薫 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎計 器株式会社内 (72)発明者 大石 和広 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎計 器株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ基台の表面側に複数の端子ピンが
   突設され、対応する端子ピン間にＣＯ検出素子が接続さ
   れ、センサ基台の裏面側には基板が配設され、該基板に
   は前記端子ピンの導体接続部が形成され、この導体接続
   部にはリード線のはんだ接続部が形成されており、リー
   ド線から端子ピンを介してのＣＯ検出素子の通電加熱状
   態で被検ガス中のＣＯ濃度を検出するタイプのＣＯセン
   サにおいて、前記センサ基台の裏面側には前記端子ピン
   の基端側が突き出され、その端子ピンの突き出し先端側
   に前記基板が配設されてセンサ基台と基板間に伝熱遮断
   の空間部が形成されていることを特徴とするＣＯセン
   サ。
2. 【請求項２】 センサ基台の裏面と基板間の各端子ピン
   は絶縁スリーブで覆われている請求項１記載のＣＯセン
   サ。