JPS63109359A - 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】 ［発明の利用分野］ この発明は、可燃性ガス、毒性ガス、酸素、水蒸気等の
雰囲気成分を検出するためのセンサに関する。この発明
は特に、ヒータとしての貴金属発熱体を雰囲気感応物質
層の支持体としたセンサに関する。

［従来技術］ 雰囲気成分の検出用センサには、種々のものが知られて
いる。例えばＳｎｏｗやＩｎｔＯｓ、Ｆｅｅ’３、Ｂａ
５ｎＯｓ、Ｌ　ａ　Ｎ　ｉＯ３、ＬａＣｏＯｓ、ＮｉＯ
等の金属酸化物半導体の抵抗値の変化から、ＣＯやＨ２
、エタノール、メタン、イソブタン等のガスや酸素、水
蒸気等を検出できる。またＭ　ｇ　Ｃｒ　ｘ　Ｏ＜等の
金属酸化物への吸着水の電気伝導度から、湿度を検出で
きる。この場合、金属酸化物は絶縁性のものでも良い。

更にアンチモン酸（Ｈｔ　Ｓ　ｂｔ　Ｏｅ）、リン酸ア
ンチモン（ＨＳｂＰ、Ｏ，）、リン酸ジルコニウム（Ｚ
　ｒ（ＨＰ　Ｏ４）　２）等のプロトン導電体の起電力
から水素を検出でき、またその内部抵抗から水蒸気を検
出できる。これらのセンサはいずれもヒータを要する。

湿度センサの場合でも、使用に伴うダストや油分等の蓄
積を防ぐには、センサをヒートクリーニングすることが
要求される。プロトン導電体の場合も同様である。更に
プロトン導電体の場合は、加熱して用いた方が感度が高
い材料らある。

このような雰囲気感応物質を層状に成型し、耐熱絶縁性
基体上に支持させたセンサを、第４図に示す。このセン
サはフィガロ技研社製の８１２であり、センサを３００
０Ｃに加熱するのに要する電力は６００ｍＷである。図
において、（ｏ２）はアルミナの絶縁性基体、（０４）
、（０６）は一対の印刷電極、（０８）はＳｎｏｗ等の
金属酸化物半導体、（０１０）はコイル状のヒータであ
る。

ここでもし絶縁性基体（０２）を不要とし、ヒータ上に
直接雰囲気感応物質層を支持させることが出来れば、セ
ンサの生産性と特性は大幅に改善される。センサの熱容
量の大部分は基体（ｏ２）に占められ、これをなくせば
熱容量は減少する。またセンサの消費電力、熱時定数も
短縮される。ヒータ（０１０）等の線径は基体（ｏ２）
の重量を支えるため制約され、基体が不要となればこれ
らの制約は解除され、熱容量や消費電力、熱時定数は更
に改善される。

熱時定数はセンサの過渡特性や、センサを頻繁にオン−
オフする用途で重要となる。熱時定数が大きいと、セン
サに温度変化を与えた後センサ特性が安定するまでの時
間が延び、またセンサのオン後使用開始までに要する不
要な電力が増大する。

更に、ヒータを電極に兼用し電極リードを減らせば、セ
ンサの形状は更にシンプルになる。

第４図のセンサを製造面から検討すると、ヒータ（０１
０）はコイル部を有し、自動組み立てには適さない。ま
た基体（０２）へのヒータの挿入は、人手でしか行えな
い。これらのことはセンサの生産性を害している。

［発明の課題］ この発明は、■）小形で、２）熱容量、熱時定数、消費
電力が小さく、３）製造の容易なセンサの提供を課題と
する。

［発明の構成コ この発明のセンサでは、貴金属発熱体表面に直接膜状の
雰囲気感応物質層を設け、貴金属発熱体により雰囲気感
応物質層を支持させると共に、発熱体を一方の電極に兼
用する。また雰囲気感応物質層には他方の電極を接続し
、その特性を検出できるようにする。

ここに雰囲気感応物質層は膜状とする。膜状でなく塊状
とすれば、熱容量や放熱面積が増大し、消費電力も増大
する。また塊状の雰囲気感応物質を支持するには、発熱
体をコイル状とすることが必要で、センサの生産性は著
しく低下する。即ちコイルの伸縮・変形のため、発熱体
のステムへの溶接の自動化が難しい。まｆこ塊状の雰囲
気感応物質にコイルを埋設することは自動化できず、セ
ンサの生産性を低下させる。

［実施例コ 第１図、第２図に、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を
利用したセンサに付いて、実施例を示す。

金属酸化物半導体をＭｇＣｒｔ０４等のセラミックに代
えれば湿度センサが得られるし、アンチモン酸等のプロ
トン導電体に代えれば水素センサが得られる。

図において、（２）はハウジングでその上部に図示しな
いカバーを設け、センサ本体を収容する。

（４）は貴金属発熱体の溶接用ステム、（６）は電極の
溶接用ステムである。（８）はＰＬ、Ｉｒ、Ｐｄ−［ｒ
合金等の貴金属発熱体で、線径ＩＯ〜８０μ程度のワイ
ヤ状のものを用いる。（１０）は発熱体（８）を担体と
する金属酸化物半導体膜で、ここでは１ＦＪ５０００Ａ
程度のＳｎｏｗのスパッタリング膜とした。膜（１０）
の厚さは、スパッタリング等の薄膜の場合は１００Ａ−
１μ程度が、金属酸化物半導体の塗布、含浸等による厚
膜の場合は３〜５０μが好ましい。５ｎＯｓはガスによ
り抵抗値が変化する任意の金属酸化物半導体や、Ｍ　ｇ
　Ｃｒ　２０４等の感湿セラミック、アンチモン酸等の
プロトン導電体に代えることができる。（１２）は線径
２０μ程度の金等の電極で、フリットレスの金ペースト
によりＳｎＯ□膜（１０）に接続する。なおセンサの他
方の電極は、発熱体（８）で兼用させる。

またこのセンサでは、５ｎＯｚ膜（１０）の外側の部分
は実質上検出に寄与していないので、その部分を金等の
良導体で被覆し、無駄な発熱を避けるようにしても良い
。被覆を（１６）として示す５発熱体（８）はワイヤ状
のものに限らず、例えば第３図の箔状の発熱体（９）と
しても良い。

このようなセンサは、例えば次のようにして製造する。

発熱体（８）を所定の間隔でマスキングし、５ｎＯｔ膜
（１０）をスパッタリング等で設ける。同様にして金被
覆（１６）を施す。この発熱体（８）をステム（４）に
溶接し、フリットレスの金ペースト（１４）等で電極（
１２）を膜に接続し、６００℃程度に加熱して、ペース
ト（１４）を固化させる。

発熱体（８）と電極（１２）との絶縁抵抗は、一般にＩ
ＭΩ以上であった。この場合の測定は５ｎＯｔ膜（ｌＯ
）を用いたまま行ったので、その内部抵抗により制限を
受けた。

このセンサの場合、コイル（０１０）等の伸縮・変形す
る部分がないので、位置ぎめ精度が良く、はぼ自動的に
ステム（４）への溶接や電極（１２）の取り付けができ
る。またセンサは実質的には発熱体（８）や（１０）で
構成され、連続送りや自動加工に適している。

センサの特性は、通常の薄膜型あるいは厚膜型のセンサ
に類似している。相違点は熱容量や消費電力、熱時定数
に現れる。これらの特性を表１に示す。なおステム（４
）、（４）間の間隔を２ｍｍとし、ワイヤ状の発熱体（
８）を用いた。

表　１　特性＊ 材　　質と　線径（μ）抵抗値（Ω）工カぶ湿ｑＰｄ−
１ｒ　　２０．ｃｚ　　　　　　３　　　　７０（金被
覆なし） Ｐｄ−Ｉｒ　　２０ｕ　　　　　　　２　　　　５０（
金被覆有り） Ｐｔ　　　　　１０μ　　　　　３　　　５０＊　抵抗
値は室温での抵抗値を、電力は３００℃への加熱に必要
な電力を示す、電極（１２）は金の２０μ線、Ｐｄ−Ｉ
ｒはＰｄ８０％、Ｉｒ２０％合金を用いた。

第４図のセンサ“８１２”の消費電力が３００℃への加
熱で６００　ｍＷであることに比へ、熱容量や消費電力
の減少は明らかである。また“８１２”の熱時定数は１
秒程度で有ったが、実施例のセンサはいずれも１００ｍ
５ｅｃ以下であった。

［発明の効果］ この発明では、小形で消費電力や熱容量、熱時定数が小
さく、量産性に優れたセンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のセンサの正面図、第２図はその要部拡
大断面図である。第３図は変形例のセンサの要部正面図
、第４図は従来例のセンサの正面図である。 図において、（８）、（９）　　貴金属発熱体、（１０
）雰囲気感応物質層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）貴金属発熱体表面に直接膜状の雰囲気感応物質層
   を担持させて、発熱体により雰囲気感応物質層を支持し
   、かつこの発熱体を雰囲気感応物質層の一方の電極とし
   て兼用すると共に、雰囲気感応物質層に接続した他方の
   電極を設けたことを特徴とするセンサ。