JPS6124649B2

JPS6124649B2 -

Info

Publication number: JPS6124649B2
Application number: JP13904778A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ueda; Atsushi Iga; Taiji Kikuchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1986-06-12
Also published as: JPS5565149A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は可燃性ガス検知素子、特に素子の酸化
触媒によつて可燃性ガスを燃焼させ、その温度上
昇を抵抗体の抵抗値変化によつて検知することに
より、可燃性ガスを検知する接触燃焼式可燃性ガ
ス検知素子およびその製造方法に関する。

従来市販されている接触燃焼式可燃性ガス検知
素子は、白金細線をフイラメント状に加工し、こ
のフイラメント部分をアルミナなどで被覆し、さ
らにその被覆層の表面に酸化触媒を付着させたも
のである。

接触燃焼式可燃性ガス検知装置は、一般に、以
下のような構成をもつ１対の白金細線フイラメン
トと、それらに比べて大きな抵抗値をもつ２個の
抵抗器とからなるホイートストンブリツジを基本
構成としている。１対の白金細線フイラメント
は、一方を可燃性ガス検知素子として、また他方
を補償素子として使用される。補償素子は、可燃
性ガスに接触しても温度上昇を起こさないように
酸化触媒が付与されていないか、または酸化触媒
を有するときはその酸化触媒に可燃性ガスが接触
しないように密閉構造をとつている。そして、１
対のフイラメントが直列接続となるように電流を
流して、素子の温度を200〜500℃に保持する。可
燃性ガスが存在しないとき、このホイートストン
ブリツジが平衡を保つようにあらかじめ抵抗値を
調節しておく。検知素子に可燃性ガスが接触する
ことによつてガスが燃焼し、検知素子の温度が上
昇すると、検知素子の抵抗値が増加し、ホイート
ストンブリツジの平衡が破れて電圧が発生する。
この電圧を増巾して、たとえば、警報を発しさせ
たり、あるいはガス源の弁を閉じたりするための
信号とする。可燃性ガスによつてホイートストン
ブリツジから発生する電圧の大きさは、ブリツジ
に印加する電圧に比例し、かつ検知素子の抵抗値
の増加率に比例する。検知素子の抵抗値は抵抗体
の温度の関数であり、その温度係数は主として白
金の純度に関係する。白金の純度が高いほど、温
度係数が大きい。ホイートストンブリツジから大
きい出力電圧を得るためには、印加電圧を大きく
すること、温度上昇を大きくすること、あるいは
検知素子の抵抗の温度係数を大きくすることとい
つた方法がある。印加電圧を大きくするには、抵
抗値の大きな検知素子を使用すればよい。そのた
めには白金フイラメントの場合、その線径を細く
すること、および全長を長くすることで実現され
る。可燃性ガスの燃焼熱による検知素子温度の上
昇を大きくするには、大きな燃焼熱を得ること、
および検知素子の熱容量を小さくすることにより
実現される。検知素子の抵抗の温度係数を大きく
するためには、前述したように純度の高い白金を
使用すればよい。

したがつて、検知素子としては、高純度の白金
を使用し、線径を細くして、かつ熱容量を小さく
することが望ましい。

しかし、白金の純度が高くなればなるほど変形
しやすくなり、線径が細くなればなるほど幾械的
強度が小さくなる。そのため、従来、変形を防ぐ
目的でフイラメントをアルミナなどでビード状に
固定していた。ところが、アルミナビードはフイ
ラメントの端部が弱いこと、熱容量を均一にしに
くいことなどの欠点があつた。

このような問題点を除くため、最近では、上記
白金細線フイラメントの代りに、耐熱性絶縁基板
上に白金膜を形成して、これを白金抵抗体とし、
この抵抗体上に触媒の付着した担体を形成した可
燃性ガス検知素子が開発されている。

しかし、白金膜を用いた検知素子においても、
その熱容量を小さくするため抵抗体は小形であ
り、機械的強度が弱くリード線の引出し、支持体
への接続には製造上細心の注意を必要とする。こ
のようなことから、上記検知素子には工数の増
加，歩留り低下によるコスト上昇だけでなく、製
品の信頼性にも影響するという問題点がある。

本発明は、新規な抵抗体の構造、および支持体
への新規な接続法を導入することにより、前述の
ような品質上，製造上の問題点を解消し、ガス検
知出力が大きくかつ高信頼性，低コストの接触燃
焼式可燃性ガス検知素子を実現したものである。

本発明による可燃性ガス検知素子は次のように
作製する。棒状の耐熱性絶縁基板の相対する２面
に白金および酸化物からなる白金抵抗膜を形成
し、基板の長さ方向の一つの端面で基板表裏の白
金抵抗膜を接続するとともに、端面近傍の抵抗を
高くして、温度変化検出用の抵抗体部とする。こ
の部分の抵抗を高くすることは、白金抵抗膜厚を
相対的に他の部分よにも薄くすることにより容易
に実現できる。この抵抗体部上にガラス被覆層を
設けてそれを保護する。白金抵抗膜のもう一方の
端については、基板の端面または端面近傍に不連
続部を設けて電極の引出部とする。これらはいず
れも高温で焼付けて形成する。

このようにして形成した白金抵抗体チツプを、
その温度変化検出用の抵抗体が支持基板の外に出
るようにそれに密着し、電極引出部と基板上にあ
らかじめ形成されている電極とを接続する。支持
基板としてエポキシ樹脂やフエノール樹脂などを
主成分とする有機絶縁基板を用いる場合には、接
続のための材料として有機系の接着樹脂ないし低
温硬化形の導電材料を用いる。セラミツク基板の
ように高耐熱性絶縁基板を支持基板として用いる
場合は、高温焼付形の接着剤や導電材料を接続材
料に用いることができる。

基板から外に出ている白金抵抗体チツプ先端の
温度変化検出用抵抗体部には、アルミナなどを付
着させて担体として白金，パラジウム，ロジウム
などの酸化触媒を担持する。さらに基板の電極に
半田付などによりリード線を取り付け、ステンレ
ススチール製の金網などをかぶせることにより、
可燃性ガス検知素子を構成する。

この検知素子に電圧を印加すると白金抵抗体チ
ツプは発熱する。白金は正の温度係数を有してい
るので、発熱により抵抗が上昇する。基板から外
に出ている先端部は他の部分に比して抵抗が高い
ので、そこに電圧集中が起つて発熱が激しくな
り、さらにその部分の抵抗が上昇してますます電
圧集中が起こる。したがつて、担体，触媒を有す
る先端部がもつとも温度が高くなり、少ない消費
電力でガス検知に必要な温度を得られる。また、
白金抵抗体チツプの中心をなす絶縁基板は断面積
が0.05mm²程度に小さくすることは容易なものであ
り、金属材料からなるリード線に比でて熱伝導が
小さいため、チツプ先端の高温部からチツプを通
して支持基板への熱伝導損失を小さくすることが
できる。

以下実施例によりさらに詳述する。

〔実施例１〕粉末白金2.0ｇ，高融点ガラス0.3ｇにビークル
0.7c.c.を加え、フーバーマーラーでペースト状に
した。これをインクとして、ステンレススチール
製で200メツシユ，厚さ40μのスクリーンを用い
て、25mm×10mm×0.25mmのアルミナ基板の両面
に、断面が第１図に示すようになるよう印刷し
た。図において、１はアルミナ基板であり、断面
の形状は10mm×0.25mmである。２は白金抵抗膜で
あり、前記インクを重ね印刷して膜厚を増して導
体部とし、３も白金抵抗膜であるが、導体部２に
比して膜厚を薄くして抵抗の高い感温用の抵抗体
部としている。基板１の端面４では同じインクを
筆などで塗布し、基板１の両面の抵抗膜３を接続
する。基板１の端面５側では電気的に接続されて
いない。その後100℃で30分間乾燥してから空気
中において1100℃で１時間熱処理して焼付けた。
冷却後、感温用の抵抗体部３を被覆するようペー
スト状にした高融点ガラス６を印刷または塗布し
た。これを100℃で30分間乾燥させてから、空気
中において1050℃で１時間熱処理して焼付けた。

次に抵抗膜の形成されたアルミナ基板を第１図
の紙面と平行な方向に巾0.2mmで切断し、10mm×
0.2mm×0.25mmの棒状の抵抗体チツプ７とした。

この抵抗体チツプを第２図に示すように絶縁基
板８に接着した。この基板８は銅張ガラスエポキ
シプリント配線板で、その表面には通常のエツチ
ング法により１対の電極９，９′が形成されてい
るものである。これに前記白金抵抗体チツプ７を
抵抗体部３が基板８の外に出て、かつ抵抗膜のな
い面が基板８に密着するよう樹脂接着剤１０で接
着し、常温硬化銀ペースト１１，１１′により白
金導体膜２の端部と電極９，９′とをそれぞれ接
続した。さらに電極９，９′にリード線１２，１
２′を半田１３，１３′でそれぞれ接続した。抵抗
体チツプ７の基板の外に出ている一端にはアルミ
ナ微粉末とポリエチレングリコールを混練したペ
ーストを塗布し、白金抵抗体チツプ７の通電によ
る発熱でポリエチレングリコールを飛散させて硬
化させ、アルミナ担体１４を形成した。

さらにアルミナ担体１４に塩化白金酸と塩化ロ
ジウムの混合水溶液を塗布し、乾燥後グリーンガ
ス（N₂：70％，H₂：30％）中で通電加熱するこ
とにより、白金およびロジウムを酸化触媒として
付着させて、検知素子とした。

一方、補償素子には前記酸化触媒を付着させて
いない素子を使用した。これら検知素子および補
償素子の室温における抵抗値は約15Ωであり、
10KΩの抵抗器２個と2KΩの可変抵抗器に接続
してホイートストンブリツジを構成し、検知素子
および補償素子にはステンレススチール製の金網
をかぶせた。このブリツジの両端に10Vの直流電
圧を印加し、可変抵抗器を調節して平衡させたの
ち、メタンガスまたはインブタンガスを含む空気
中においたところ、第３図に示すような、ガス濃
度とブリツジ出力との関係が得られた。

〔実施例２〕実施例１と同様の手法により、断面が第４図に
示すような白金抵抗体チツプを作製した。切断後
のアルミナ基板１の大きさは８mm×0.2mm×0.25
mmである。白金抵抗膜３、ガラス保護膜６は実施
例１と同様であるが、一方の導体部の白金膜２は
基板１の端面５から他方の面の途中まで延び、他
方の導体部の白金膜２と端面５の近傍で膜の不連
続部１５が形成されている。

この抵抗体チツプ７を保持するための端子板と
して、第５図に示すように、アルミナ基板１６を
使用し、その一方の面にその端縁と直角方向に平
行に延伸され、さらに内側へ平行に延びるよう構
成された銀―パラジウム電極１７，１７′が印
刷、焼成という技術によつて形成されている。こ
れら電極１７，１７′に抵抗体チツプ７の白金膜
２の二つの端部がそれぞれ接続されて、チツプ７
が基板１６に取りつけられている。その接続は、
市販の銀―パラジウム電極ペーストをアルミナ基
板１６上に所定のパターンで印刷し、乾燥しない
うちに抵抗体チツプ７を載せて軽くおさえ、850
℃で約15分間加熱することによつて、行なつた。
この熱処理で、電極１７，１７′が基板１６に焼
きつけられるだけでなく、抵抗体チツプ７もそれ
によつて基板１６に強固に接着された。かかる接
続方法は、作業性の簡便さ、接続保持の確実性な
どの点で利点の大きいものである。その後、抵抗
体チツプ７の先端に実施例１と同様にアルミナ担
体１４を付着させて補償素子とした。これと同種
のものにさらに塩化白金酸と塩化ロジウムの混合
水溶液を塗布し乾燥後、グリーンガス中で通電加
熱して酸化触媒を担持させて、検知素子とした。

これらの検知素子と補償素子とを用いて実施例
１と同様にホイートストンブリツジを構成してガ
ス検知特性を測定したところ、実施例１と同等の
結果が得られた。

この構成は、抵抗体チツプ７の一つの面上で接
続を確実に行なえるという利点を有する。

上記実施例２では、抵抗体チツプ７とリード線
１２，１２′が基板１６に対して互いに反対方向
に取り出された構成となつているが、設計上要請
などによつて、その配置関係を種々変え得ること
はいうまでもないことである。たとえば、第６図
Ａに示すように、リード線１２，１２′を抵抗体
チツプ７と直角方向に同じ端縁より引出したり、
あるいは、同図Ｂに示すように、平行な二つの端
縁からそれぞれ引出してもよい。

以上説明したように、従来品では白金フイラメ
ントあるいは白金抵抗膜の長さ方向の両端で支持
体との接続あるいはリード線の取り出しを行なつ
ていたため、機械的強度の弱い発熱部を空中に保
持するため、その接続作業が困難であつたが、本
発明における白金抵抗体チツプを用いることによ
り、きわめて容易に支持基板への接着と、リード
線との接続を行なうことができる。また、白金抵
抗体チツプの作製は通常のスクリーン印刷，焼付
けにより容易にできるので、小形化が容易で、熱
容量の低減による消費電力の低減，ガス感度の増
大とともに、材料費の低減をも実現するものであ
る。

したがつて、本発明により製造が容易でかつ高
性能の可燃性ガス検知素子を提供することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる可燃性ガス検知素子の
一実施例を示す断面図、第２図はその支持、接続
のための構成を示す平面図、第３図はその可燃性
ガス検知特性を示す図である。第４図は同じく他
の実施例を示す断面図、第５図はその支持、接続
のための構成を示す平面図である。第６図Ａ，Ｂ
はそれぞれさらに他の実施例を示す平面図であ
る。１……アルミナ基板、２……白金抵抗膜の導体
部、３……白金抵抗膜の感温用抵抗体部、４，５
……端面、６……高融点ガラス、７……抵抗体チ
ツプ、８……銅張ガラスエポキシプリント基板、
９，９′……電極、１０……樹脂接着剤、１１，
１１′……銀ペースト、１２，１２′……リード
線、１３，１３′……半田、１４……アルミナ担
体、１５……白金抵抗膜の不連続部、１６……ア
ルミナ基板、１７，１７′……銀―パラジウム電
極。

Claims

【特許請求の範囲】１細片状の耐熱性絶縁基板の相対する二つの面
と一つの端面上に連続して白金抵抗膜を形成し、
前記端面近傍の白金抵抗膜の膜厚を他の部分より
薄くして前記基板の前記一端面近傍に発熱部を形
成し、前記発熱部を包むように酸化触媒を付与し
て検知部とし、他方の端面近傍に二つの端子を取
り出す端子部を設けたことを特徴とする可燃性ガ
ス検知素子。２細片状の耐熱性絶縁基板の相対する二つの面
と一つの端面上に連続して白金抵抗膜を形成し、
前記端面近傍の白金抵抗膜の膜厚を他の部分より
薄くして前記基板の前記一端面近傍に発熱部を形
成し、前記発熱部を包むように酸化触媒を付与し
て検知部とし、他方の端面近傍に二つの端子を取
り出す端子部を設けた検知素子を、一つの主面上
に一対の電極を有する耐熱性絶縁基板上に取り付
け、前記検知素子の二つの端子と前記基板上の一
対の電極とをそれぞれ接続したことを特徴とする
可燃性ガス検知素子。３検知素子の端子部の他方の端面において両面
の白金抵抗膜が接続され、端子部の他の部分の白
金抵抗膜に不連続部を設けて二つの端子とし、前
記検知素子を一つの主面上に一対の電極を有する
耐熱性絶縁基板上に取り付け、検知素子の二つの
端子と基板上の一対の電極とをそれぞれ接続した
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の可
燃性ガス検知素子。４細片状の耐熱性絶縁基板の相対する二つの面
と一つの端面上に連続して白金抵抗膜を形成し、
前記端面近傍の白金抵抗膜の膜厚を他の部分より
薄くして前記基板の前記一端面近傍に発熱部を形
成し、前記発熱部を包むうに酸化触媒を付与して
検知部とし、他方の端面近傍に二つの端子を取り
出す端子部を設けた検知素子を用意し、平板状の
耐熱性絶縁基板上に電極ペーストにより一対の電
極パターンを印刷し、前記検知素子の端子部を該
電極パターンに接続した後、電極ペーストを焼成
することによつて前記検知素子と前記平板状の耐
熱性絶縁基板とを接続することを特徴とする可燃
性ガス検知素子の製造方法。