JPS5848854B2 - ガスセンサ材料 - Google Patents

ガスセンサ材料

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JPS5848854B2
JPS5848854B2 JP52047917A JP4791777A JPS5848854B2 JP S5848854 B2 JPS5848854 B2 JP S5848854B2 JP 52047917 A JP52047917 A JP 52047917A JP 4791777 A JP4791777 A JP 4791777A JP S5848854 B2 JPS5848854 B2 JP S5848854B2
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JP
Japan
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gas
gas sensor
type ferrite
added
ferrite oxide
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JP52047917A
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親市 伊藤
邦英 香山
定夫 菱山
公成 品川
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスセンサ材料に関するものである。
本発明の目的は、ガスに対する経時特性、安定性に優れ
たガスセンサ材料を提供することにある。
上記の目的を達成するために、新しいガスセン?材料で
あるスピネル型フエライト酸化物に、種種の他元素酸化
物を添加することを試みた結果、Cr203を添加する
ことにより、ガスに対する経時特性の優れたガスセンサ
材料を得ることができた。
微量のLPガス(プロパン)など炭化水素およびその誘
導体、一酸化炭素、水素などの還元性ガスによりその電
気抵抗が著しく変化する特性をもつ材料は、これら還元
性ガスの検知器あるいはガスセンサの素子材料として利
用できる。
従来、この種のガスセンサ素子材料としては、SnOあ
るいはこれにSb205、Nb,20,5、ZnO1F
e203などが添加された材料が広く使用されている。
しかし、これらS n 02系の材料には、湿度の影響
を受けるなど安定性、信頼性に問題があった。
発明者等は、先にS n 02系素子材料のもつ上記欠
点がなく、しかもLPガス(プロパン)など炭化水素お
よびその誘導体、一酸化炭素、水素などの還元性ガスに
より、その電気抵抗が大きく変化する特性をもつ新しい
ガスセンサ素子材料として、特開昭51−7995号に
示したように一般式AFe204で表わされるスピネル
型フエライト醜化物(式中人はMg,Ni1Mn等の元
素の少なくとも一種)が極めて優れていることを見出し
ている。
しかしながら、前記スピネル型フエライト酸化物はこれ
をガスセンサー素子材料として使用した場合、このまま
の材料組成では実用的な面からの経時特性に多少Φ問題
点があり、信頼性に欠けていた。
本発明は上記の点に鑑み、経時特性に優れた、信頼性の
高いガスセンサ材料を提供するものである。
まず、本発明の説明に入る前にガスセンサに関する基礎
的な説明をする。
特定0ガスに感じて警報を発する形式のガスセンサに要
求されることは、■まず、爆発限界よりもずっと低い濃
度のガスに露されると、それを検知して警報を発しなけ
ればならない。
すなわち、警報を開始するガス濃度に上限がなければな
らない。
■しかし、他方では、たまたま空気中に微量に混入する
アルコールや煙など異種の還元性ガスに感じて警報を発
すると、不必要に警報が発せられることになり実用上支
障があるので、警報を開始するガス濃度に下限がなけれ
ばならない。
■さらに、ガスが漏れてから短い時間内で警報を発する
必要がある。
以下では、簡単のために、LPガスセンサを例にとって
説明rる。
この場合には、昭和50年1月に高圧ガス保安協会によ
り制定された「一般消費者用液化石油ガス漏れ警報器検
定規程」がある。
ただし、この規程では、LPガスの代りにイソブタンガ
スを用いることになっている。
LPガスセンサの検定規程によれば、LPガスセンサは
、空気中に含まれるイソブタンガスの濃度が0.1%以
上(下限)、0.3%以下(上限)において警報を開始
しなければならないこと、およびその間の濃度のガスに
触れた後、短時間の内に警報を発しなければならないこ
と、となっている。
この規程を満すためには、LPガスセンサにおいて、素
子材料の警報開始抵抗値Rをイソブタンガス濃度0.1
%に対する素子材料の抵抗値R。
.1と、濃度0.3%のガスに触れた後15秒経過した
ときの抵抗値R。
,315“(検定規程では20秒であるが安全を見込ん
でいる)の中間のある値に設定する必要がある。
Rの設定が容易であるためには、素子材料の応答性を考
慮したガス濃度特性として、九.1とR。
.315“の比γミR0.1 / R0,3 1 5“
(以下ガス感度と記す)ができるだけ大きいことが望ま
しいが、さらに、R0.1と亀.31 5“の経時変化
ができるだけ小さいことが必要となる。
本発明は、LPガスセンサにおいて、R0,1 JR0
.315“の経時変化の小さな、信頼性の高いガスセン
サ素子材料を提供することfこある。
従来のスピネル型フエライト酸化物を素子材料をそのま
ま使用した場合には、第1図曲線11,12に示すよう
にR。
J 30’,R0,3 1 5“ともに長時間経過する
と、いずれもわずかに減少する傾向があり、信頼性を考
慮すると不十分であった。
*(Ro.130′は、濃度0.1%のイソブタンガス
に触れた後30分経過後の抵抗値であって、実用上ほぼ
前記R。
.,に等しい。)本発明は前記ガスセンサ材料の経時特
性を改善するために、MgFe204で表わされる組成
のスピネル型フエライト酸化物を主成分として、これに
種々θつ他の酸化物を添加することを試みた。
その結果前記スピネル型スピネル型フエライト酸化物に
Cr203を添加することにより、Ro,130’,R
o.315“の経時特性に極めて優れたガスセンサ材料
を得ることが出来たものである。
以下本発明を実施例によって詳細に説明する。
まずスピネル型フエライト酸化物の製造法を例示すると
つぎの通りである。
1モルのMg2+の硫酸塩水溶液および2モルのFeS
O4・7H20水溶液を調整し、それぞれ1ooccを
分取混合して200CCとする。
この混合水溶液に、6N水酸化ナトリウムを撹拌しなが
ら添加し、pHメータで溶液が所定のpHになるように
する。
その後、約100℃で約1時間反応を進めた後、よく洗
じょうし、ろ過、乾燥する。
この状態で、すでにスピネル型フエライト酸化物MgF
e204の・微粉末となっている。
原料として硫酸塩の代りに、塩化物、硝酸塩などを使用
しても、ほぼ同様な方法で、スピネル型フエライト酸化
物の微粉末を生成することができる。
つぎに、上記スピネル型フエライト酸化物の微粉末に他
の酸化物を添加した焼結体を製造する方法を例示すると
つぎの通りである。
まず、スピネル型フエライト酸化物を通常500℃で3
時間仮焼或を行ない、ライカイ機(あるいはボールミル
)で粉砕し、その後、所定の酸化物を所定の量だけ添加
して、ライカイ機(あるいはボールミル)で粉砕、混合
し、電極用の2本のPi線(0.1φ)を埋込んで圧力
lion/一でプレス成型した後、通常700°〜90
0℃の温度で焼結した。
なお、仮焼戒および焼結は、空気中で行なった。
以下具体例としてMgFe204を用いて、製造工程に
おける条件を説明する。
実施例 l スピネル型フエライト酸化物の微粉末を製造するための
原料として、 MgS04・7H20:24.61 FeSO4 ・7 H20 : 5 5.6 0 .!
9を秤量し、それぞれ、純水に溶解させ100ccとし
て混合した。
つぎに、NaOH’r48 g秤量し、これを純水に溶
解し、200CCとし、(濃度6N)これを上記混合溶
液に撹拌しながら、所定のpHすなわち、11.9にな
るまで添加した。
この後、純水で十分洗じょうし、ろ過後、約ioo℃で
16時間乾燥した。
この状態で、共沈物はすでにスピネル型フエライト酸化
物の微粒子(粒径〜数100人)となっている。
その後、スピネル型フエライトの微粒子を500’CX
3h仮焼成を行ない、鉄製ボールミルで、溶媒にエタノ
ールを使用して3時間粉砕し、スピネル型フエライト酸
化物の粉末を製造した。
このスピネル型フエライト酸化物の粉末(MgFe2o
4)とCr203をそれぞれ下表1に示した量だけ秤量
し、ライガイ機で各30分混合、粉砕した後、この混合
粉末に、電極用の2本の白金線(0.1imφ)を埋込
んでlton/一の圧力でプレス成型した後、700℃
で3時間焼或し、2XIX1mmのCr203添加スピ
ネル型フエライト酸化物の焼結体を製造した。
なお、前記の実施例ではC r 2 0s添加スピネル
型フエライト酸化物の製造方法において、MgFe20
4を予め製造して、これにCr203を混合したもので
説明したが、これに限られるものでなく、例えMgS0
4・7 H20 , FeS04− 7 H20および
Cr2 ( SO4 )3 ・4 H2 0の各原料を
所望量秤取し、これらをそれぞれ純水に溶解して混合し
、以下前記実施例で述べたと回様の工程によって製造さ
れるものである。
なお、本発明のガスセンサ材料において、添加C r
2 03はスピルネ型フエライト酸化物と共存している
ものと考えられるが、1部はスピルネ型フエライト酸化
物の結晶格子の中に入りスピルネ型フエライト酸化物を
構成しているものもあると考えられる。
実施例 2 スピネル型フエライト酸化物の微粉末を製造するための
原料としてMgS04・7H20 :24.65.F,
FeSO4 ・7H20 : 5 5.6 0 ,S’
を秤量し、これをNaOH水溶液中で共沈させMgFe
204よりなるスピネル型フエライト酸化物を生成し、
これによって得られた粉末に、50モル%以下の種々の
割合でC r 2 03を添加し、実施例1と同様の工
程でCr203添加スピネル型フエライト酸化物の焼結
体を製造し、これらについてのLPガスセンサ素子材料
としての特性試験を行なった。
試験条件は前記MgFe204焼結体を電気炉中に設置
し、550℃において、空気中にイソブタンガスを濃度
0.1%,0.3%含む雰囲気にし、それぞれ30分3
0′後、15秒15“後の抵抗値R,,30’、Ro.
315′′を繰返し、長時間にわたって測定した。
第1図曲線13,14はCr203添加量5モル%の場
合のR。
.130’、それにR。.315”を示す。これによる
と、従来のMg F e 2 04のみのガスセンサ材
料のRo,,30’、Ro.31 5“が曲線11.1
2に示さわ2るように相当の経時変化を示しているのに
対し、殆んど変化していないことがわかる。
又、Cr203添加量40モル%Φ抵抗値R,130’
、Ro.315“についても線15.16に示すとうり
90日までの経時変化はほとんど無いことがわかる。
次にCr203の添加による3ケ月後σつ経時特性の改
善効果を第2図曲線32を参照して説明する。
図において横軸はCr203添加モル%を示し、縦軸は
ガス感度rcrミR。
., 3 0’/Ro.31 5“)をとったものであ
る。
これによるとスピネル型フエライト酸化物へのC r
2 0 3の添加量がOの場合にはガス感度γにして1
.4であるのに対し、Cr203添加量が0.1モル%
くらいのところから著しい添加効果をみせはじめ5モル
%ではガス感度γは1.65にまで達する。
前述の第1図と第2図とから明らかなように経時特性効
果としてはCr203の添加量を増すほどに増大する。
しかしながらCr203の添加量が増大すると、空気中
の抵抗値Roに対して、R.,13 0’、Ro.31
5“の値が近づくためにガスセンサ材料として好ましく
なくなるので45モル%以下であることが必要で、好ま
しくは40モル%以下の添加量とすると良い。
ガス感度γの値は実用的には1.5以上であることが望
ましく、これ以下となるとガスセンサ素子を設計する際
の素子間の抵抗値のバラツキ等を考慮するとガスセンサ
素子の製作がむつかしくなる。
なお、第2図において曲線31は同じくスピネル型フエ
ライトにCr203を種々添加したもののガス感度の初
期値を参考までに示したものである。
この曲線と前記曲線32(3ケ月経過後の試料のガス感
度)とを比較してみると、Cr203添加量が0の場合
には初期のガス感度γ(曲線31)は1.9であったの
に対し、3ケ月後(曲線32)ではガス感度γは1.4
に低下し、経時変化の著しいことを示している。
これに対して、Cr203の添加により、初期のガス感
度を示す曲線31と3ケ月後のガス感度を示す曲線32
が接近して両者の差が少なくなり、Cr203の添加が
ガス感度の経時変化(両曲線の差で示される)の低減に
著るしい効果のあることが分る。
Cr203の添加量が増すに従って両者の差は小さくな
り、添加量が5モル%以上では両者は著るしく接近し、
10モル%以上ではほとんど一致して、ガス感度の経時
変化は実質的に解消している。
比較例 実施例1,2で述べたと同様なMgFe204よりなる
スピネル型フエライト酸化物に、それぞれ10モル%の
Al203、PdOを添加した場合のRo.130′と
R。
.315“の経時特性を測定した結果を第3図に示した
図において、曲線41,42はAl203を添加したも
のの馬.130’、馬.315“を示し、曲線43.4
4はPdOを添加したスピネル型フエライト酸化物のR
.,30′、Ro.315“を示し、これらの酸化物を
添加したものでは、同じく本発明のCr203を10モ
ル%添加したスピネル型フエライト酸化物材料のR。
,130’、n.,3l 5//特性(曲線45.46
に示す)に比較し、殆んど経時特性改善効果が見られて
いない。
なお、以上の実施例においてはスピネル型フエライト酸
化物の代表としてMgFe204を選び、これに対する
Cr203の添加とR。
.130′、R6.315“の経時特性との関係につい
て述べたもθつである。
また、本発明では使用するスピネル型フエライト酸化物
として一般式Mg F e 2 04で表わしたが、M
gの量はこれと少し異った場合、例えばMg1.2 ,
F e 1.3 04の如<Mgが多くなったりしてい
る場合等にも使用され得ることは勿論である。
以上説明したように本発明ではMgFe204で表わさ
れるスピネル型フエライト酸化物にCr203を添加す
ることによって、ガスに対する経時特性に優れた、信頼
性の高いガスセンサ材料を得ることができるものであり
、ガスセンサの実用化において極めて大きな貢献をする
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスピネル型フエライト酸化物MgFe204に
Cr203を添加したときの抵抗値R。 .t 30’、Ro.315“の経時特性を示す図、第
2図は同じくスピネル型フエライト酸化物にCr203
を添加した場合のガス感宴γとCr203添加量との関
係を示す図、第3図は本発明の比較例を説明するための
図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電気抵抗の変化により還元性ガスの存在を検知する
    ガスセンサの素子材料において、MgFe2 04を主
    成分として、これにC r 2 03を0.1モル%〜
    45モル%含有することを特徴とするガスセンサ材料。 2 上記C.r203を5モル%〜40モル%含有させ
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載りガスセ
    ンサ材料。
JP52047917A 1977-04-27 1977-04-27 ガスセンサ材料 Expired JPS5848854B2 (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62111071A (ja) * 1985-10-16 1987-05-22 株式会社イナックス ユニツトル−ムにおける側パネルの立設構造及び立設方法
JPS62113246U (ja) * 1985-12-13 1987-07-18
JPS6396159U (ja) * 1986-12-15 1988-06-21
JPH046459Y2 (ja) * 1986-11-26 1992-02-21
JPH04119565U (ja) * 1991-04-12 1992-10-26 株式会社イナツクス 壁パネル足許固定金具
JPH0596323U (ja) * 1992-06-04 1993-12-27 積水化学工業株式会社 衛生設備室における壁パネルの固定構造

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