JPS6151261B2 - - Google Patents

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JPS6151261B2
JPS6151261B2 JP57036560A JP3656082A JPS6151261B2 JP S6151261 B2 JPS6151261 B2 JP S6151261B2 JP 57036560 A JP57036560 A JP 57036560A JP 3656082 A JP3656082 A JP 3656082A JP S6151261 B2 JPS6151261 B2 JP S6151261B2
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JP
Japan
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gas
substrate
sensitive
heater
sensitive element
Prior art date
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Expired
Application number
JP57036560A
Other languages
English (en)
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JPS58154652A (ja
Inventor
Masaki Katsura
Mitsuo Harada
Osamu Takigawa
Masayuki Shiratori
Hideaki Hiraki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP3656082A priority Critical patent/JPS58154652A/ja
Publication of JPS58154652A publication Critical patent/JPS58154652A/ja
Publication of JPS6151261B2 publication Critical patent/JPS6151261B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 この発明は、発熱体を有する感ガス素子に関す
る。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 気体に接触して電気信号を発する感ガス素子に
は種々のものがある。ガス感応体としてZnO、
SnO2系等の金属酸化物半導体を用いるもの、ジ
ルコニア等の固体電解質を用いるもの等には、室
温より高い動作温度で作動させることが必要なも
のがあり、独立のセンサ素子として用いる場合
は、素子に適当な発熱体を具備する必要がある。 従来、発熱体を有する感ガス素子の構造として
は、次のようなものがある。第1図に示すよう
に、ガス感応体10に発熱体として金属線ヒータ
11を埋設した構造や、第2図に示すような円筒
形基板21の外面に電極を設け、この上に厚膜型
ガス感応体22を設け、リード線23をとりだし
円筒形基板の中空部に発熱体として金属線ヒータ
24を挿入した構造のものである。しかしながら
第1図のように金属線ヒータを埋設した構造の感
ガス素子はこの金属線ヒータを埋設しプレスもし
くは鋳型等で成形するという複雑な工程が必要で
あり、また第2図に示すような円筒形基板を用い
る構造の感ガス素子は、円筒面上に感ガス厚膜を
設けるため、スプレー塗布や筆による塗布が行な
われており、品質が不均一であるという問題があ
つた。 このような問題を解決するため、平板状の基板
にガス感応体、発熱体としてのヒータ等を設ける
ものがある。しかし、このような構造では、リー
ド線の取出方法および懸架方法等に問題があり、
このためケーシング等に平板状の基板を機械的に
固定しリード線を取り出す方法がとられる。ここ
で問題となるのは熱損失である。すなわち基板か
らケーシングとの固定部を通してのケーシングへ
の熱伝導があるため、基板上のガス感応体の加熱
が効率的に行なわれなかつた。この熱伝導による
熱損失を補うためヒータ負荷が大きくなり、ひい
てはヒータの寿命を縮めることとなる。また、ケ
ーシング等への熱伝導があるため、ガス感応体の
均一な加熱が充分には行なわれないという問題点
があつた。 〔発明の目的〕 この発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、熱損失を低減し、発熱体によるガス感応体の
加熱を効率的、かつ均一に行なうことができ、さ
らに発熱体の寿命の長い感ガス素子を提供するも
のである。 〔発明の概要〕 すなわちこの発明は、平板状の基板に接して印
刷法により形成されたガス感応体及び発熱体を具
備してなる感ガス素子において、前記基板の前記
ガス感応体及び前記発熱体が形成された領域の周
囲の基板を削除して設けられた断熱領域を有する
ことを特徴とする感ガス素子である。 例えば、断熱領域として、基板に2本の切り込
み部を設け、この2本の切り込み部にはさまれた
基板領域に、ガス感応体及び発熱体を設けること
により、この基板領域から基板の外周部への熱伝
導が減少し、熱損失が減少する。よつて発熱体に
よるガス感応体の加熱は効率的かつ均一に行なわ
れる。またこの効率的加熱により発熱体の負荷が
少なくてすみ、ひいては、発熱体の寿命が延びる
こととなる。特にこの様な切り込み部からなる断
熱領域を設ける場合は製造が極めて容易であり、
量産性に富んだものとなる。 〔発明の実施例〕 この発明の実施例を、図を参照して説明する。 第3図aは、この発明感ガス素子の一実施例を
示す平面図であり、第3図bは第3図a中A−
A′にて切断した断面図である。耐熱性かつ電気
的絶縁性の例えばアルミナからなる平板状の基板
31に、断熱領域として2本の切り込み部34,
35が設けられている。この2本の切り込み部3
4,35にはさまれた領域に例えば酸化物半導体
等のガス感応体32が印刷法により設けられてい
る。また、基板31を介してガス感応体32の裏
側に発熱体として例えばRuO2ペーストや、金属
ペーストからなるヒータ33が印刷法により設け
られている。さらにこのヒータ33には電極3
8,39が設けられ、ガス感応体32には、電極
36,37が設けられている。 このように構成された感ガス素子においては、
切り込み部34,35からなる断熱領域が設けら
れているため、ガス感応体32およびヒータ33
を含む領域外の基板31の外周部への熱伝導が少
なくなる。よつて熱損失が小さくなり、ガス感応
体32の加熱を効率的かつ均一に行なうことがで
きる。 また、ガス感応体32およびヒータ33を、2
本の切り込み部34,35にはさまれた領域内に
おいて、この領域が基板31の外周部と接続して
いる部分からはなれた位置に設けることにより、
基板31の外周部への熱伝導路を長くすることが
でき、熱損失を押えることができる。 以上のように構成された感ガス素子40をケー
ジングのステム43に固定した状態を斜視図とし
て第4図に示す。前記第3図a,bに示すような
構成をとる感ガス素子40は、熱伝導性の悪い材
料からなる支持部44を介してステム43に接着
剤により固定されている。このように感ガス素子
40がケーシングのステム43に、機械的に強固
に固定されているため、リード線45の接続には
機械的な強固さは必要ないので、リード線45
は、ワイヤボンダなどの熱圧着法、超音波圧着法
によりステムピン42と電極46に接続すること
ができる。 第4図に示すように構成された本発明に係る感
ガス素子と、切り込み部を設けない比較例として
の感ガス素子とで、ガス感応体を250℃に保つ実
験を行なつた。本発明に係る感ガス素子では、切
り込み部は幅0.7mm、長さ7mmとし、2本の切り
込み部は間隔5mmとした。他は比較例と同一と
し、基板にはアルミナを用い、基板の大きさは10
mm×10mmとし、ヒータにはRuO2を用いた。 この結果、切り込み部を設けなかつた比較例と
しての感ガス素子は、切り込み部を設けた本発明
に係る感ガス素子に比べ、3〜5倍の電力を要し
た。このため、前記比較例としての感ガス素子に
おいては、ヒータの単位面積あたりの発熱量が大
きく、約400hr程度でヒータ抵抗が大きく増加
し、使用不能となつた。一方切り込み部を設けた
本発明に係る感ガス素子においては5000hrを越え
ても何ら異常はなかつた。 次に上記本発明に係る実施例および比較例の温
度分布を測定した。 第5図aは本発明に係る感ガス素子50の平面
図であり、同図中0−0′上においての温度分布
を第5図bに示した。第5図a中の,,,
は基板上の位置を示し、第5図b中の,,
,に対応する。第5図b中曲線aは本発明に
係る感ガス素子50の温度分布を示し、曲線bは
比較例としての切り込み部を設けない感ガス素子
の温度分布を示す。切り込み部を設けた発明の場
合の方が、切り込み部を設けないう比較例の場合
に比べ均一に加熱されていることがわかる。 また、切り込み部を設けることにより、基板の
外周部の温度上昇も少なくなる。例えばガス感応
体の温度が250℃程度の場合、第5図a中におけ
るA点、B点では60℃程度となり、C点、D点で
は、90℃程度となる。従つてA、B、C、D点に
おいて有機接着剤を用い、この基板をケーシング
のステムに取りつけることができるので、作業性
がよくなる。 以上2本の切り込み部を同方向からいれた場合
について述べたが、第6図に示すように、基板3
1に反対方向から切り込み部34,35を設け、
この切り込み部34,35にはさまれた領域にガ
ス感応体32を設けてもよい。なお第5図中の番
号は第3図中と同じである。また第7図に示すよ
うに同一の基板71に複数のガス感応体を設けて
もよい。すなわち基板31の2本の切り込み部3
5′,34′にはさまれた第1の領域に第1のガス
感応体32′を設け、同一の基板31で、他の2
本の切り込み部35″,34″にはさまれた第2の
領域に第2のガス感応体32″を設けるものであ
り、第1のガス感応体32″、第2のガス感応体
32″にはそれぞれ電極37′,36′,37″,3
6″が設けられている。第7図に示すような構造
は各ガス感応体の動作温度が異なる場合特に有効
である。 またヒータの位置は第3図bに示すように、基
板31を介してガス感応体32の裏側に限定する
必要はない。例えば第8図a,bに示すように基
板上にヒータ33を介してガス感応体32を設け
てもよい。第8図a,bに示す構造は、基板31
に、2本の切り込み部34,35が設けられ、こ
の2本の切り込み部34,35によりはさまれた
領域にヒータ33が設けられ、絶縁性膜30を介
してヒータ33の上にガス感応体32を設けた構
造である。なお、ヒータ33には電極38,39
が設けられ、ガス感応体32には電極36,37
が設けられている。さらに第9図に示すように基
板31に2本の切り込み部34,35が設けら
れ、この2本の切り込み部34,35にはさまれ
た領域にガス感応体32が設けられ、このガス感
応体32の周囲に、このガス感応体32をとり囲
むようにヒータ33を設ける構造でもよい。な
お、ガス感応体32には電極36,37が、ヒー
タ33には電極38,39が設けられている。ま
た第10図a,bに示すようにヒータ33の電極
38,39をガス感応体32と同一の面上にまで
導びいてもよい。なお第10図a,b中の番号は
第3図と同じものを示し、第10図a,bに示す
構造はヒータ33の電極38,39を除いて第3
図a,bと同じである。 以上この発明の実施例においては断熱領域とし
て基板に2本の切り込み部を設けた場合について
のべたが、この断熱領域としては必ずしも切り込
み部である必要はない。例えば第11図に示すよ
うに、基板111に切り抜き部115,116,
117,118によつて囲まれた領域を設け、こ
の領域内にガス感応体112およびヒータ(図示
せず)を設けた構造でもよい。なおガス感応体1
12には、電極114,113が設けられてい
る。 また、以上のような切り込み部、切り抜き部等
により断熱領域を設けるほかに基板に比べ熱伝導
の悪い材料、例えばSiO2、ZrO2等を用い、断熱
領域を形成してもよい。これらの材料を切り込み
部にはさんでもよいし、基板中にこの材料よりな
る領域を設けてもよい。基板に用いられるAl2O3
と、断熱領域の材料として用いることのできる
SiO2、ZrO2の熱伝導係数を第1表に示す。
〔発明の効果〕
この発明によれば、基板のガス感応体及び発熱
体を含む領域の周囲の基板部分に断熱領域を設け
ることにより、熱損失が低減でき、発熱体による
感ガス体の加熱が効率的かつ均一に行なわれる。
また、熱損失が低減することにより、発熱体の負
荷が低減され、ひいては発熱体の寿命がのびるこ
とになる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来の感ガス素子を説明す
るための斜視図、第3図a,bは本発明に係る感
ガス素子を説明するための図であり、第3図aは
平面図、第3図bは、第3図a中A−A′で切断
したときの断面図、第4図は本発明に係る感ガス
素子をケーシングのステムにとりつけた状態を示
す斜視図、第5図a,bは本発明に係る感ガス素
子における温度分布を示すための図であり、第5
図aは感ガス素子の平面図、第5図bは第5図a
中0−0′上の温度分布を示す温度分布図、第6
図乃至第11図は本発明に係る感ガス素子を説明
するための図であり、第6図、第7図、第8図
a、第9図、第10図a及び第11図は平面図、
第8図bは、第8図a中A−A′で切断したとき
の断面図、第10図bは、第10図a中A−
A′で切断したときの断面図である。 31……基板、32……ガス感応体、33……
ヒータ、34,35……切り込み部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 平板状の基板に接して印刷法により形成され
    たガス感応体及び発熱体を具備してなる感ガス素
    子において、前記基板の前記ガス感応体及び前記
    発熱体が形成された領域の周囲の基板を削除して
    設けられた断熱領域を有することを特徴とする感
    ガス素子。
JP3656082A 1982-03-10 1982-03-10 感ガス素子 Granted JPS58154652A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3656082A JPS58154652A (ja) 1982-03-10 1982-03-10 感ガス素子

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JP3656082A JPS58154652A (ja) 1982-03-10 1982-03-10 感ガス素子

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JPS58154652A JPS58154652A (ja) 1983-09-14
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ID=12473135

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JP3656082A Granted JPS58154652A (ja) 1982-03-10 1982-03-10 感ガス素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2615287B1 (fr) * 1987-05-12 1989-10-06 Suisse Electronique Microtech Micro-capteur a technologie integree pour la detection de la presence de certains gaz

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5618381A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Kk Electric heater

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JPS5618381A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Kk Electric heater

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