KR20060131957A - 가스센서용 히터코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법 - Google Patents

가스센서용 히터코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법 Download PDF

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KR20060131957A
KR20060131957A KR1020067020512A KR20067020512A KR20060131957A KR 20060131957 A KR20060131957 A KR 20060131957A KR 1020067020512 A KR1020067020512 A KR 1020067020512A KR 20067020512 A KR20067020512 A KR 20067020512A KR 20060131957 A KR20060131957 A KR 20060131957A
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Abstract

본 발명은 히터코일(2)의 리드부(25)를, 코일형상으로 감긴 1중 권회 코일에 의하여 구성하고, 비드부(24)를, 1중 권회 코일을 다시 코일형상으로 감은 2중 권회 코일에 의하여 구성한다. 비드부(24)를 열전도층(21) 중에 매립하고, 열전도층(21)의 표면에 촉매층(23)을 부착시켜 검지소자(2)로 함으로써, 접촉 연소식 가스센서의 가스감도 및 응답속도의 향상을 도모한다. 또 내충격 강도의 향상에 의하여 제조점 변동을 작게 한다. 전극핀에 히터코일의 양쪽 끝을 고정할 때에는 백금선 등을 1차 코어선에 감은 상태 그대로 전극핀에 히터코일의 양쪽 끝을 저항 용접법 등에 의하여 용접한 후, 습식 에칭처리를 행하여 백금선 등을 남긴 채, 1차 코어선을 녹여 소멸시킨다.

Description

가스센서용 히터코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식 가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법{HEATER COIL FOR GAS SENSOR, DETECTION ELEMENT FOR GAS SENSOR, CONTACT COMBUSTION TYPE GAS SENSOR, AND METHOD FOR MANUFACTURING CONTACT COMBUSTION TYPE GAS SENSOR}
본 발명은 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식 가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 수소가스나 메탄가스 등의 가연성 가스를 검지하는 센서로서, 접촉 연소식 가스센서가 공지이다. 접촉 연소식 가스센서는, 히터 코일을 덮는 열전도층에 촉매층을 담지시킨 검지소자를 소정의 온도로 가열하여 두고, 가연성 가스를 촉매층에 접촉시켜 연소시키고, 그 연소열에 의한 온도변화에 의거하는 히터 코일의 저항변화를 전압변화로 하여 출력함으로써 가연성 가스의 존재를 검지하는 것이다.
도 18은 종래의 검지소자의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 19는 종래의 히터 코일의 구성을 나타내는 정면도이다. 도 18에 나타내는 바와 같이 종래의 검지소자(1)는, 열전도층(11) 중에 히터 코일(12)이 매립되어 있고, 열전도층(11)의 표면에 촉매층(13)이 부착된 구성으로 되어 있다. 도 19에 나타내는 바와 같이 종래 의 히터 코일(12)에서는 열전도층(11) 중에 매립되는 부분(이하, 비드부라 한다)은, 선재를 코일형상으로 감은 1중 권회 코일로 되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 비드부(14)의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부(15)는 코일형상으로 되어 있지 않다. 또한 본 명세서에서는 검지소자에서 히터 코일의 비드부를 열전도층 및 촉매층이 덮는 부분을 연소부라 부르기로 한다.
또 접촉 연소식 가스센서에서는 상기한 구성의 검지소자와, 이 검지소자와 동일한 구성으로, 또한 촉매 대신에 불활성 산화물을 담지시킨 보상소자와, 2개의 저항소자에 의하여 휘트스톤 브리지회로가 구성되어 있다. 그리고 연소열에 의하여 히터 코일의 저항이 변화되면 그 저항변화는 휘트스톤 브리지회로에서 전압변화로서 출력된다(예를 들면 특허문헌 2 참조).
검지소자를 제작하는 방법으로서, 코어선에 저항선을 권회하고, 그 상태에서 절연제를 전착 코트하여 절연제를 가열 소성한 후, 저항선의 비유효 부분을 노출시켜 코어선을 용해하고 나서 전극핀에 용접하는 방법이 공지이다(예를 들면 특허문헌 3 참조). 이 방법에 의하면 검지소자를 제조할 때에 저항선의 권회부의 형상이 무너지는 것을 방지할 수 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평3-162658호 공보(도 1)
[특허문헌 2]
일본국 특공평2-59949호 공보(도 1)
[특허문헌 3]
일본국 특개소52-116289호 공보
접촉 연소식 가스센서에서는, 동일한 가스농도이면 휘트스톤 브리지회로에서 출력되는 전압의 변화량은 큰 쪽이 바람직하다. 이 출력전압의 변화량이 크다는 것은 가스감도가 높다는 것이다. 히터 코일의 비드부의 코일 권수를 증가하면 히터 코일의 연소열에 의한 저항변화에 기여하는 부분의 길이(이하, 유효길이라 한다)가 길어져 히터 코일의 저항이 커지기 때문에 가스감도가 높아진다.
또, 접촉 연소식 가스센서에서는 동일한 가스농도이면 휘트스톤 브리지회로에서 출력되는 전압이 가능한 한 단시간으로 안정되는 쪽이 바람직하다. 출력전압의 안정에 요하는 시간이 짧다는 것은 응답속도가 빠르다는 것이다. 응답속도를 빠르게 하기 위해서는 연소부 내에 히터 코일의 선재를 가능한 한 길게 매립하여 히터 코일이 연소열을 효율좋게 받아, 히터 코일의 저항변화가 효율좋게 일어나도록 하면 좋다.
그러나 어느 쪽의 경우도 히터 코일의 비드부가 커지고, 그것에 따라 비드부를 덮는 열전도층의 양이나 촉매층의 양도 증가하기 때문에, 연소부가 무거워진다. 검지소자는 히터 코일의 양쪽 끝의 리드부를 외부 접속용 전극핀으로 지지함으로써 센서 내에 설치되어 있기 때문에, 연소부가 무거워지면 리드부에서 검지소자를 지지할 수 없게 되어 리드부의 파단 등의 고장이 일어나기 쉬워진다.
따라서 종래의 접촉 연소식 가스센서에서는 히터 코일의 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 가스감도의 향상 및 응답속도의 고속화를 도모하는 것은 매우 곤란하다. 또 종래의 접촉 연소식 가스센서에서는 히터 코일의 리드부에 충격 흡수능력이 없기 때문에, 외부로부터 충격이 가해지면 그 충격이 대부분 완화되지 않고 연소부에 집중된다. 그 때문에 촉매층의 결핍 등이 발생하기 쉽다는 단점이 있어 조정이 끝난 제로점이 크게 변동된다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명자들은 연소부에 매립되는 부분만을 코일형상으로 한 종래의 히터 코일 대신에, 선재를 코일형상으로 감은 코일선의 일부를 다시 코일형상으로 감은 코일드 코일을 히터 코일로서 사용하는 것을 제안한다. 이 제안에 의하면 종래의 히터 코일과 외관상의 치수가 같아도 히터 코일을 구성하는 선재의 실제의 길이가 종래보다 길어지기 때문에, 히터 코일의 저항이 커져 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일의 코일드 코일의 부분이 연소부 내에 매립됨으로써 연소부 내의 선재의 길이가 종래보다 길어지기 때문에, 히터 코일의 저항변화가 효율좋게 일어나 응답속도가 빨라진다.
그러나, 코일드 코일로 이루어지는 히터 코일에서는 전극핀에 용접되는 부분이 이미 코일형상으로 되어 있기 때문에, 상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이 코어선을 용해하고 나서 용접을 행하는 방법에서는, 다음과 같은 새로운 문제가 생기는 것을 알았다. 예를 들면 코어선의 용해 후에 히터 코일을 취급할 때에 코일의 권회부를 부주의하게 찌그러뜨리는 경우가 많다. 또 용접시에 용접부위에서 히터 코일의 권회부가 불규칙하게 찌그러지거나, 코일형상이 왜곡되어 히터 코일이 부분적으로 단락되기 때문에, 로트 내에서의 히터 코일의 저항값의 불균일이 크다. 또한 코어선을 용해시킨 것에 의하여 그 코어선이 있었던 부분, 즉 코일의 안쪽부분이 공동으로 되어 있기 때문에, 용접 자체가 불안정하게 되어 충분한 접합강도가 얻어지지 않는다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 히터 코일의 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 가스감도의 향상을 도모할 수 있는 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자 및 접촉 연소식 가스센서를 제공하는 것, 또는 히터 코일의 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 응답속도의 고속화를 도모할 수 있는 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자 및 접촉 연소식 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은 충격이 가해진 경우의 제로점의 변동량을 작게 할 수 있는 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자 및 접촉 연소식가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일의 권회부의 형상을 무너뜨리지 않고 히터 코일을 용이하게 처리할 수 있는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일의 저항값의 불균일을 작게 할 수 있는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과 전극핀과의 접합강도를 높게 할 수 있는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위하여 청구항 1의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 히터 코일로서, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부와, 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지고, 2 이상의 정수(n)에 대하여, 상기 비드부가 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선(素線)을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 1의 발명에 의하면, 이 히터 코일을 사용하여 검지소자를 제작함으로써 검지소자의 연소부의 크기가 종래와 대략 동일하여도, 연소부 내에 매립되는 비드부의 유효길이가, 비드부를 종래의 1중 권회 코일로 구성한 경우보다 길어진다. 따라서 히터 코일의 저항이 커지기 때문에, 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일이 더 많은 연소열을 받아 효율좋게 저항변화를 일으키기 때문에, 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 응답속도가 빨라진다. 또한 연소부의 크기는 종래와 대략 동일하여도 되기 때문에, 연소부의 무게도 종래와 대략 동일해진다. 따라서 이 히터 코일을 사용함으로써 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 접촉 연소식 가스센서의 가스감도의 향상이나 응답속도의 고속화를 도모할 수 있다.
청구항2의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1에 기재된 발명에 서 상기 리드부가 (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명에 의하면, 리드부가 코일 스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링 탄성에 의해 흡수된다. 따라서 연소부에 전해지는 충격이 작아지기 때문에 촉매층의 결핍 등이 발생하기 어렵게 되어 접촉 연소식 가스센서의 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
청구항 3의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 또는 2에 기재된 발명에 있어서, 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명에 의하면, 원선의 선지름이 1 ㎛ 이상이기 때문에, 비드부가 다중 권회 코일로 이루어지는 히터 코일의 제작이 용이하다. 또 원선의 선지름이 100 ㎛ 이하이기 때문에, 이 히터 코일을 사용함으로써, 접촉 연소식 가스센서에 사용하는 데 적합한 크기의 검지소자가 얻어진다.
청구항 4의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 또는 2에 기재한 발명에 있어서, 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명에 의하면, 이 히터 코일을 사용함으로써 접촉 연소식 가스센서의 제어회로를 구동하는 전원회로로서, 적당한 전압 - 전류값을 가지는 전원회로를 사용할 수 있다. 적당한 전원회로를 사용하는 것은 접촉 연소식 가스센서를 동작시킬 때에 촉매층을 적절한 동작온도로 할 수 있기 때문에 중요하다.
청구항 5의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 또는 2에 기재한 발명에 있어서, 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명에 의하면, 이 히터 코일을 사용함으로써 연소부의 중량이 1 mg 정도의 검지소자가 얻어지기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 또 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 내충격 강도도 향상한다. 또한 이 히터 코일을 사용함으로써 검지소자의 연소부 내에 히터 코일의 비드부가 더욱 고밀도로 매립되기 때문에, 히터 코일이 보다 많은 연소열을 받을 수 있다. 그것에 의하여 히터 코일의 저항변화가 더 한층 효율좋게 일어난다. 따라서 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는, 응답속도가 더욱 빨라진다. 또 히터 코일의 저항이 더 한층 커지기 때문에, 전원 전압을 더욱 높게 할 수 있다. 따라서 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 가스감도가 더 높아진다.
또, 원선의 선지름이 20 ㎛보다 작아지면, 히터 코일을 제작할 때의 수율이 저하하나, 원선의 선지름이 20 ㎛ 이상이기 때문에, 히터 코일을 용이하게 제작할 수있다. 즉, 수율을 저하시키지 않고 히터 코일을 제작할 수 있고, 또 그 히터 코일을 사용함으로써 접촉 연소식 가스센서의 가스감도 및 응답특성을 더욱 개선할 수 있다. 이상에 의하여 접촉 연소식 가스센서의 가스감도 및 응답특성과, 히터 코일의 제작의 용이함과의 균형을 고려하면, 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 최적이다.
청구항 6의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 발명에 의하면 이 히터 코일을 사용함으로써 검지소자의 연소부가 무거워지지 않기 때문에 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 그것에 대하여 m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배를 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 충전되는 열전도층의 양이 증가하여 연소부가 무거워지기 때문에 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 저하하여, 접촉 연소식 가스센서의 내충격 성능이 실용상 허용되는 범위보다 저하하는 일이 있다는 단점이 생긴다.
청구항 7의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10 배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 7의 발명에 의하면, 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성이 좋기 때문에 히터 코일이 수율 좋게 얻어진다. 또 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 안정되게 얻어진다. 또한 m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배 이하이어도 10배를 넘으면 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성은, 다소 낮아진다.
청구항 8의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 8의 발명에 의하면, 이 히터 코일을 사용함으로써 검지소자의 연소부가 무거워지지 않기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. n중 권회 코일의 권수가 30을 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는 연소부가 무거워져 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 안정되게 지지할 수 없다.
청구항 9의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상의 정수(k)에 대하여, 상기 n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 9의 발명에 의하면, 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 충분히 고속의 응답특성이 얻어진다. 또 이 히터 코일을 사용하여 검지소자를 제작할 때에, n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부가 단락하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충전시켜 촉매층을 형성할 수 있다. 그것에 대하여 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극이 소선의 직경의 0.5배의 길이보다 짧은 히터 코일에서는 인접하는 권회부끼리가 접촉하여 단락되는 경우가 있다. 한편, 상기 간극이 소선의 직경의 10배를 넘는 경우에는, 권회부 사이의 간극이 지나치게 비어있기 때문에 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충분히 충전시킬 수 없고, 따라서 촉매층을 형성할 수 없다.
청구항 10의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 백금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 청구항 11의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 12의 발명에 관한 가스센서용 히터 코일은, 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 히터 코일로서, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부와, 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지고, 상기 리드부가 코일형상으로 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 12의 발명에 의하면, 리드부가 코일 스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링 탄성에 의하여 흡수된다. 따라서 검지소자의 연소부에 전해 지는 충격이 작아지기 때문에, 촉매층의 결핍 등이 발생하기 어렵게 되어 접촉 연소식 가스센서의 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
또, 상기한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 청구항 13의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 검지소자로서, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하여, 2 이상의 정수(n)에 대하여 상기 비드부가 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 13의 발명에 의하면, 검지소자의 연소부의 크기가 종래와 대략 동일하여도 연소부 내에 매립되는 비드부의 유효길이가, 비드부를 종래의 1중 권회 코일로 구성한 경우보다 길어진다. 따라서 히터 코일의 저항이 커지기 때문에, 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는, 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일이 더 많은 연소열을 받아 효율좋게 저항변화를 일으키기 때문에, 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 응답속도가 빨라진다. 또한 연소부의 크기는 종래와 대략 동일하여도 되기 때문에 연소부의 무게도 종래와 대략 같아진다. 따라서 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 접촉 연소식 가스센서의 가스감도의 향상이나 응답속도의 고속화를 도모할 수 있다.
청구항 14의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13에 기재된 발명에 서 상기 히터 코일의 리드부가, (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 14의 발명에 의하면 히터 코일의 리드부가 코일 스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링 탄성에 의하여 흡수된다. 따라서 연소부에 전해 지는 충격이 작아지기 때문에, 촉매층의 결핍 등이 발생하기 어렵게 되어 접촉 연소식 가스센서의 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
청구항 15의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 또는 14에 기재된 발명에서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 15의 발명에 의하면, 히터 코일의 원선의 선지름이 1 ㎛ 이상이기 때문에 비드부가 다중 권회 코일로 이루어지는 히터 코일을 용이하게 제작할 수 있다. 따라서 검지소자의 제작이 용이해진다. 또 히터 코일의 원선의 선지름이 100 ㎛ 이하이기 때문에, 접촉 연소식 가스센서에 사용하는 데 적합한 크기의 검지소자가 얻어진다.
청구항 16의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 또는 14에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 16의 발명에 의하면 이 검지소자를 사용함으로써 접촉 연소식 가스센서의 제어회로를 구동하는 전원회로로서, 적당한 전압 - 전류값을 가지는 전원회로를 사용할 수 있다. 적당한 전원회로를 사용하는 것은 접촉 연소식 가스센서를 동작시킬 때에 촉매층을 적절한 동작온도로 할 수 있기 때문에 중요하다.
청구항 17의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 또는 14에 기재한 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 17의 발명에 의하면 연소부의 중량을 1 mg 정도로 할 수 있기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 또 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 내충격 강도도 향상한다. 또한 연소부 내에 히터 코일의 비드부가 더욱 고밀도로 매립되기 때문에, 히터 코일이 더욱 많은 연소열을 받을 수 있다. 그것에 의하여 히터 코일의 저항변화가 더 한층 효율좋게 일어난다. 따라서 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 응답속도가 더욱 빨라진다. 또 히터 코일의 저항이 더 한층 커지기 때문에, 전원 전압을 더욱 높게 할 수 있다. 따라서 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 가스감도가 더 높아진다.
또, 히터 코일의 원선의 선지름이 20 ㎛보다 작아지면 히터 코일을 제작할 때의 수율이 저하하나, 히터 코일의 원선의 선지름이 20㎛ 이상이기 때문에, 히터 코일을 용이하게 제작할 수 있다. 따라서 수율 좋게 검지소자가 얻어진다. 즉, 수율을 저하시키지 않고 검지소자를 제작할 수 있고, 또한 그 제작한 검지소자를 사용함으로써 접촉 연소식 가스센서의 가스감도 및 응답특성을 더욱 개선할 수 있다. 이상에 의하여 접촉 연소식 가스센서의 가스감도 및 응답특성과, 히터 코일의 제작이 용이함과의 균형을 고려하면, 히터 코일의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 최적이다.
청구항 18의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 18의 발명에 의하면, 연소부가 무거워지지 않기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 그것에 대하여, m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배를 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는, 비드부의 코일의 안쪽공간에 충전되는 열전도층의 양이 증가하여 연소부가 무거워지기 때문에, 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 저하하여 접촉 연소식 가스센서의 내충격 성능이 실용상 허용되는 범위보다 저하하는 일이 있다는 단점이 생긴다.
청구항 19의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 내지 청구항 17중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 19의 발명에 의하면, 히터 코일을 제작할 때에 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성이 좋기 때문에, 수율좋게 히터 코일이 얻어진다. 따라서 수율 좋게 검지소자가 얻어진다. 또 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 안정되게 얻어진다. 또한 m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배 이하이어도 10배를 넘으면 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성은 다소 낮아진다.
청구항 20의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 20의 발명에 의하면, 연소부가 무거워지지 않기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. n중 권회 코일의 권수가 30을 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는, 연소부가 무거워져 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 안정되게 지지할 수 없다.
청구항 21의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 1 이상의 정수(k)에 대하여, 상기 히터 코일의 n중 권회 코일에 있어서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 21의 발명에 의하면, 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 충분히 고속의 응답특성이 얻어진다. 또 검지소자를 제작할 때에, n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부가 단락하는 것을 방지할 수 있음 과 동시에, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충전시켜 촉매층을 형성할 수 있다. 그것에 대하여, k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극이 소선의 직경의 0.5배의 길이보다 짧은 히터 코일을 사용한 경우에는, 인접하는 권회부끼리가 접촉하여 단락되는 경우가 있다. 한편, 상기 간극이 소선의 직경의 10배를 넘는 경우에는, 권회부 사이의 간극이 지나치게 비어 있기 때문에, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충분히 충전시킬 수 없고, 따라서 촉매층을 형성할 수 없다.
청구항 22의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항 13 내지 청구항 21중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일은 백금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 청구항 23의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 청구항13 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일은 백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 24의 발명에 관한 가스센서용 검지소자는, 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 검지소자로서, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고, 상기 히터 코일의 리드부가 코일형상으로 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 24의 발명에 의하면, 히터 코일의 리드부가 코일스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 이 검지소자를 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링탄성에 의하여 흡수된다. 따라서 연소부에 전해 지는 충격이 작아지기 때문에, 촉매층의 결함 등이 발생하기 어렵게 되어 접촉 연소식 가스센서의 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
또, 상기한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위하여 청구항 25의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고, 2 이상의 정수(n)에 대하여 상기 비드부가 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성된 검지소자와, 상기 검지소자에 직렬로 접속된 상기 히터 코일과 동일구성의 히터 코일을 구비한 보상소자와, 제 1 저항소자와, 상기 제 1 저항소자에 직렬로 접속된 제 2 저항소자와, 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 직렬 접속체 및 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 직렬 접속체의 각각의 양쪽 끝에 직류전압을 인가하는 전원을 구비하고, 상기 검지소자, 상기 보상소자, 상기 제 1 저항소자 및 상기 제 2 저항소자는, 휘트스톤 브리지회로를 구성하고, 상기 휘트스톤 브리지회로에서 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 접속 노드와, 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 접속 노드와의 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 한다.
청구항 25의 발명에 의하면, 검지소자의 연소부의 크기가 종래와 거의 동일하여도 연소부 내에 매립되는 비드부의 유효길이가 비드부를 종래의 1중 권회 코일로 구성한 경우보다 길어진다. 따라서 히터 코일의 저항이 커지기 때문에 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일이 더 많은 연소열을 받아 효율좋게 저항변화를 일으키기 때문에 응답속도가 빨라진다. 또한 연소부의 크기는 종래와 대략 동일하여도 되기 때문에 연소부의 무게도 종래와 대략 같아진다. 따라서 리드부에서의 검지소자의 지지능력을 희생하지 않고 가스감도의 향상이나 응답속도의 고속화를 도모할 수 있다.
청구항 26의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25에 기재된 발명에서 상기 히터 코일의 리드부가, (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 26의 발명에 의하면 히터 코일의 리드부가 코일 스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링 탄성에 의하여 흡수된다. 따라서 검지소자의 연소부에 전해지는 충격이 작아지기 때문에, 촉매층의 결함 등이 발생하기 어렵게 되어 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
청구항 27의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 또는 26에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 27의 발명에 의하면, 히터 코일의 원선의 선지름이 1 ㎛ 이상이기 때문에, 비드부가 다중 권회 코일로 이루어지는 히터 코일을 용이하게 제작할 수 있다. 따라서 검지소자의 제작이 용이해지고, 접촉 연소식 가스센서의 제작이 용이해진다. 또 히터 코일의 원선의 선지름이 100 ㎛ 이하이기 때문에, 적당한 크기의 검지소자를 가지는 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다.
청구항 28의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 또는 26에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 28의 발명에 의하면 접촉 연소식 가스센서의 제어회로를 구동하는 전원회로로서, 적당한 전압 - 전류값을 가지는 전원회로를 사용할 수 있다. 적당한 전원회로를 사용하는 것은, 접촉 연소식 가스센서를 동작시킬 때에 촉매층을 적절한 동작온도로 할 수 있기 때문에 중요하다.
청구항 29의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 또는 청구항 26에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 29의 발명에 의하면, 검지소자의 연소부의 중량이 1 mg 정도가 되기 때문에, 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 또 이 히터 코일을 사용한 접촉 연소식 가스센서에서는 내충격 강도도 향상한다. 또한 연소부 내에 히터 코일의 비드부가 더욱 고밀도로 매립되기 때문에 히터 코일이 더 많은 연소열을 받을 수 있다. 그것에 의하여 히터 코일의 저항변화가 더 한층 효율좋게 일어난다. 따라서 응답속도가 더욱 빨라진다. 또 히터 코일의 저항이 더 한층 커지기 때문에 전원 전압을 더욱 높게 할 수 있다. 따라서 가스감도가 더욱 높아진다.
또, 히터 코일의 원선의 선지름이 20 ㎛보다 작아지면 히터 코일을 제작할 때의 수율이 저하하나, 히터 코일의 원선의 선지름이 20 ㎛ 이상이기 때문에, 히터 코일을 용이하게 제작할 수 있다. 따라서 수율 좋게 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다. 즉, 수율을 저하시키지 않고 접촉 연소식 가스센서를 제작할 수 있고, 또 가스감도 및 응답특성을 더욱 개선할 수 있다. 이상에 의하여 가스감도 및 응답특성과, 히터 코일의 제작의 용이함과의 균형을 고려하면, 히터 코일의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 가장 적합하다.
청구항 30의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 29중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 30의 발명에 의하면 검지소자의 연소부가 무거워지지 않기 때문에 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. 그것에 대하여 m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배를 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 충전되는 열전도층의 양이 증가하여 연소부가 무거워지기 때문에, 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 저하하여 내충격 성능이 실용상 허용되는 범위보다 저하하는 경우가 있다는 단점이 생긴다.
청구항 31의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 29중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 31의 발명에 의하면, 히터 코일을 제작할 때에 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성이 좋기 때문에, 수율좋게 히터 코일이 얻어진다. 따라서 수율좋게 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다. 또 리드부에 의한 검지소자의 지지성능이 안정되게 얻어진다. 또한 m중 권회 코일의 감김지름이 코어바의 지름의 20배이하이어도 10배를 넘으면, 권선 가공후의 m중 권회 코일의 형상 안정성은, 다소 낮아진다.
청구항 32의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 31중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 상기 히터 코일의 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 32의 발명에 의하면 검지소자의 연소부가 무거워지기 때문에 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 충분히 지지할 수 있다. n중 권회 코일의 권수가 30을 넘는 히터 코일을 사용한 경우에는, 연소부가 무거워져 히터 코일의 리드부에서 검지소자를 안정되게 지지할 수 없다.
청구항 33의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 32중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 1 이상의 정수(k)에 대하여 상기 히터 코일의 n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 33의 발명에 의하면, 충분히 고속의 응답특성이 얻어진다. 또 검지소자를 제작할 때에 n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부가 단락하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충전시켜 촉매층을 형성할 수 있다. 그것에 대하여 k 감김째의 권회부와 (k+1) 감김째의 권회부와의 사이의 간극이 소선의 직경의 0.5배의 길이보다 짧은 히터 코일을 사용한 경우에는, 인접하는 권회부끼리가 접촉하여 단락되는 경우가 있다. 한편, 상기 간극이 소선의 직경의 10배를 넘는 경우에는, 권회부 사이의 간극이 지나치게 비어 있기 때문에, 비드부의 코일의 안쪽 공간에 열전도층을 충분히 충전시킬 수 없고, 따라서 촉매층을 형성할 수 없다.
청구항 34의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 33중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일은 백금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 청구항 35의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 25 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서 상기 히터 코일은, 백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 36의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고, 상기 리드부가 코일형상으로 감긴 검지소자와, 상기 검지소자에 직렬로 접속된 상기 히터 코일과 동일 구성의 히터 코일을 구비한 보상소자와, 제 1 저항소자와, 상기 제 1 저항소자에 직렬로 접속된 제 2 저항소자와, 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 직렬 접속체 및 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 직렬 접속체의 각각의 양쪽 끝에 직류전압을 인가하는 전원을 구비하고, 상기 검지소자, 상기 보상소자, 상기 제 1 저항소자 및 상기 제 2 저항소자는, 휘트스톤 브리지회로를 구성하고, 상기 휘트스톤 브리지회로에서 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 접속 노드와, 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 접속 노드와의 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 한다.
청구항 36의 발명에 의하면, 히터 코일의 리드부가 코일스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 외부로부터 가해진 충격이 리드부의 스프링 탄성에 의하여 흡수된다. 따라서 검지소자의 연소부에 전해지는 충격이 작아지기 때문에, 촉매층의 결함 등이 발생하기 어렵게 되고, 제로점이 충격에 의하여 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
청구항 37의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에서 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과, 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과, 상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소를, 상기 전극에서의 구성비율보다 높은 비율로 함유하는 합금층이 존재하는 것을 특징으로 한다.
청구항 38의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에 있어서, 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과, 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과, 상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소를, 상기 전극에서의 구성비율보다 높은 비율로 함유하는 합금층이 존재하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위에만 상기 히터 코일의 코일형상의 부분의 안쪽에, 상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소로 이루어지는 코어선이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 37 또는 38의 발명에 의하면, 히터 코일과 전극과의 접합계면에, 전극을 구성하는 금속원소를 전극 중의 구성비율보다 높은 비율로 함유하는 합금층(이하, 이와 같은 합금층의 것을 리치층이라 부른다)이 존재하기 때문에, 높은 접합강도가 얻어진다. 또 그 리치층은 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소로 이루어지는 코어선에 히터 코일의 끝부를 감은 상태에서 전극에 용접한 것에 의하여 그 코어선을 구성하는 금속재료가 전극의 금속재료와 합금화하였기 때문에 생긴 것이다. 따라서 용접시의 히터 코일의 끝부에는 권회부의 안쪽에 코어선이 있기 때문에, 용접시의 취급에 의하여 그 권회부가 부주의하게 찌그러지는 것을 방지할 수 있다. 또 용접시에 용접부위에서 히터 코일의 권회부가 불규칙하게 찌그러지거나, 코일형상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 히터 코일의 저항값의 불균일을 작게 할 수 있다.
청구항 39의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 37 또는 38에 기재한 발명에 있어서, 상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소는, 상기 히터 코일을 구성하는 금속보다 이온화열이 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 39의 발명에 의하면, 코어선에 히터 코일의 끝부를 감은 상태에서 전극에 용접한 후에, 에칭에 의하여 코어선을 용해시킬 수 있기 때문에 리치층을 제외하고 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다. 또 히터 코일이 뒤에서 설명하는 코일드 코일로 구성되어 있는 경우에도, 용접후에 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다.
청구항 40의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 37 또는 38에 기재한 발명에 있어서, 상기 히터 코일은 백금 또는 백금합금으로 이루어져 있고, 상기 전극은 니켈을 함유하는 합금으로 이루어져 있고, 상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소는 니켈인 것을 특징으로 한다.
청구항 40의 발명에 의하면, 니켈은 백금 또는 백금합금보다 비금속(卑金屬)이기 때문에 코어선이 니켈로 이루어져 있음으로써, 히터 코일을 남기고 용이하게 코어선을 녹일 수 있다.
청구항 41의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 37 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 상기 소결체에 덮혀 있는 부분의 적어도 일부는, 선재를 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감은 코일드 코일로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 41의 발명에 의하면, 히터 코일을 구성하는 선재가 길어지기 때문에, 히터 코일의 저항이 커져 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일을 구성하는 선재가 소결체 중에 더욱 길게 매립되게 되기 때문에 히터 코일의 저항변화가 효율좋게 일어나 응답속도가 빨라진다.
청구항 42의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에 있어서, 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과, 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과, 상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소와, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소와의 합금화에 의하여 생긴 합금층이 존재하는 것을 특징으로 한다.
청구항 43의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에 있어서, 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과, 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과, 상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소와, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소와의 합금화에 의하여 생긴 합금층이 존재하고, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위에만 상기 히터 코일의 코일형상의 부분의 안쪽에, 상기 합금층 중에는 함유되어 있으나, 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 상기 금속원소로 이루어지는 코어선이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 42 또는 43의 발명에 의하면, 히터 코일과 전극과의 접합계면에, 히터 코일 및 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소와, 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소와의 합금화에 의하여 생긴 합금층이 존재하기 때문에, 높은 접합강도가 얻어진다. 또 그 합금층은 히터 코일 및 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소로 이루어지는 코어선에 히터 코일의 끝부를 감은 상태에서 전극에 용접한 것에 의하여 그 코어선을 구성하는 금속재료가 전극의 금속재료와 합금화하였기 때문에 생긴 것이다. 따라서 용접시의 히터 코일의 끝부에는 권회부의 안쪽에 코어선이 있기 때문에, 용접시의 취급에 의하여 그 권회부가 부주의하게 찌그러지는 것을 방지할 수 있다. 또 용접시에 용접부위에서 히터 코일의 권회부가 불규칙하게 찌그러지거나, 코일형상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 히터 코일의 저항값의 불균일을 작게 할 수 있다.
청구항 44의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 42 또는 43에 기재된 발명에 있어서, 상기 합금층 중에는 함유되어 있으나 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 상기 금속원소는, 상기 히터 코일을 구성하는 금속보다 이온화열이 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 44의 발명에 의하면, 코어선에 히터 코일의 끝부를 감은 상태에서 전극에 용접한 후에, 에칭에 의하여 코어선을 용해시킬 수 있기 때문에, 합금층을 제외하고 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다. 또 히터 코일이 뒤에서 설명하는 코일드 코일로 구성되어 있는 경우에도 용접 후에 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다.
청구항 45의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서는, 청구항 42 내지 청구항 44중의 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 히터 코일의 상기 소결체에 덮혀 있는 부분의 적어도 일부는, 선재를 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감은 코일드 코일로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 45의 발명에 의하면, 히터 코일을 구성하는 선재가 길어지기 때문에, 히터 코일의 저항이 커져 가스감도가 높아진다. 또 히터 코일을 구성하는 선재가 소결체 중에 더욱 길게 매립되게 되기 때문에, 히터 코일의 저항변화가 효율좋게 일어나 응답속도가 빨라진다.
또, 상기한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 청구항 46의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서를 제조하는 데 있어서, 적어도 양쪽 끝이 코어선에 감겨져 코일형상을 이루는 히터 코일을 제작하는 코일 제작공정과, 상기 코어선에 감겨진 상태 그대로 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분을 각각 전극에 용접하는 용접 공정과, 상기 코어선을 소멸시키는 코어선 소멸공정과, 코어선이 없어진 상기 히터 코일의 일부를 소결체로 덮는 소결체 피복공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항 47의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서를 제조함에 있어서, 적어도 양쪽 끝이 코어선에 감겨져 코일형상을 이루는 히터 코일을 제작하는 코일 제작공정과, 상기 코어선에 감겨진 상태 그대로 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분을 각각 전극에 용접하는 용접 공정과, 상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위를 제외하고, 상기 코어선을 소멸시키는 코어선 소멸공정과, 상기 히터 코일의, 상기 코어선이 없는 부분의 적어도 일부를 소결체로 덮는 소결체피복공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항 46 또는 47의 발명에 의하면, 용접시의 히터 코일의 끝부에는 권회부의 안쪽에 코어선이 있기 때문에 용접시의 취급에 의하여 그 권회부가 부주의하게 찌그러지는 것을 방지할 수 있다. 또 용접시에 용접부위에서 히터 코일의 권회부가 불규칙하게 찌그러지거나, 코일형상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 히터 코일의 저항값의 불균일을 작게 할 수 있다. 또한 용접에 의하여 히터 코일과 전극과의 접합계면에 합금층이 생기기 때문에, 높은 접합강도가 얻어진다.
청구항 48의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 청구항 46 또는 47에 기재된 발명에 있어서, 상기 용접 공정에서는, 상기 히터 코일의 코어선에 감겨진 끝부를 상기 전극에 가압하고, 저항 용접법, 레이저 용접법 또는 열압착에 의한 용접법 중 어느 하나를 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 48의 발명에 의하면, 용접부위에서 히터 코일의 권회부가 불규칙하게 찌그러지는 것을 용이하게 방지할 수 있기 때문에, 히터 코일의 저항값의 불균일을 작게 할 수 있다.
청구항 49의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 청구항 46 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 코어선은 상기 히터 코일의 구성재료보다 낮은 금속재료로 구성되어 있고, 상기 코어선 소멸공정에서는, 상기코어선만을 에칭에 의하여 소멸시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 49의 발명에 의하면, 코어선에 히터 코일의 끝부를 감겨진 상태에서 전극에 용접한 후에, 에칭에 의하여 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다. 또 히터 코일이 뒤에서 설명하는 코일드 코일로 구성되어 있는 경우에도, 용접 후에 코어선을 용이하게 소멸시킬 수 있다.
청구항 50의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 청구항 46 내지 청구항 48 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 코어선은 니켈로 이루어져 있고, 상기 히터 코일은 백금 또는 백금합금으로 이루어져 있으며, 상기 코어선 소멸공정에서는 니켈용 에칭액을 사용하여 상기 코어선을 소멸시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 50의 발명에 의하면, 니켈은 백금 또는 백금합금보다 낮은 금속이기 때문에 에칭에 의하여 히터 코일을 남기고 용이하게 코어선을 녹일 수 있다.
청구항 51의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 청구항 46 내지 청구항 50 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 코일 제작공정에서는 상기 히터 코일의 상기 소결체에 의하여 피복되는 부분의 적어도 일부를, 상기 코어선에 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감아 코일드 코일로 하는 것을 특징으로 하는 한다.
청구항 51의 발명에 의하면, 히터 코일을 구성하는 선재가 길어져 히터 코일의 저항이 커지기 때문에, 가스감도가 높은 센서가 얻어진다. 또 히터 코일을 구성하는 선재가 소결체 중에 더욱 길게 매립됨으로써 히터 코일의 저항변화가 효율좋게 일어나기 때문에, 응답속도가 빠른 센서가 얻어진다.
청구항 52의 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 청구항 46 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 코어선이 상기 히터 코일과 상기 전극을 접합하기 위한 납재를 겸하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 52의 발명에 의하면, 납재를 새롭게 준비하여 용접을 행하지 않아도 충분히 높은 접합강도가 얻어진다.
본 발명에 관한 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자 및 접촉 연소식 가스센서는, 가스감도가 높은 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다는 효과를 가진다. 또 응답속도가 빠른 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다는 효과를 가진다. 또한 내충격 강도가 높아, 충격에 의한 제로점 변동이 작은 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다는 효과를 가진다.
또, 본 발명에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일을 가지고, 또 그 히터 코일의 저항값의 불균일이 작은 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다는 효과를 가진다. 또 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일을 가지고, 또한 그 히터 코일과 전극핀과의 접합강도가 높은 접촉 연소식 가스센서가 얻어진다는 효과를 가진다. 또한 접촉 연소식 가스센서를 제조할 때에 적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일의 취급이 용이해진다는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 히터 코일의 구성을 나타내는 정면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 검지소자의 구성을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 센서 본체의 구성을 나타내는 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제어회로의 구성을 나타내는 회로도,
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조방법을 나타내는 플로우차트,
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조 도중의 상태를 나타내는 부분 확대도,
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제조 도중의 상태를 나타내는 부분 확대도,
도 8은 실시예의 용접부위의 표면상태를 나타내는 SEM 상을 나타내는 설명도,
도 9는 실시예의 용접부위의 단면상태를 나타내는 SEM 상을 나타내는 설명도,
도 10은 도 9의 A점에서의 XMA의 분석결과를 나타내는 차트,
도 11은 도 9의 B점에서의 XMA 스펙트럼을 나타내는 차트,
도 12는 도 9의 C점에서의 XMA 스펙트럼을 나타내는 차트,
도 13은 도 9의 D점에서의 XMA의 분석결과를 나타내는 차트,
도 14는 실시예의 히터 코일의 전체 형상을 나타내는 사진,
도 15는 비교예의 용접부위의 표면을 나타내는 SEM 상을 나타내는 설명도,
도 16은 비교예의 용접부위의 단면을 나타내는 SEM 상을 나타내는 설명도,
도 17은 비교예의 히터 코일의 전체형상을 나타내는 사진,
도 18은 종래의 검지소자의 구성을 나타내는 단면도,
도 19는 종래의 히터 코일의 구성을 나타내는 정면도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 검지소자 4 : 보상소자
5 : 접촉 연소식 가스센서 21 : 열전도층
22 : 히터 코일 23 : 촉매층
24 : 비드부 25 : 리드부
26, 27 : 권회부 32, 33 : 전극핀
51 : 제 1 저항소자 52 : 제 2 저항소자
53 : 전원 6 : 1 차 코어선
이하에, 본 발명에 관한 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식 가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 또한 이 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 히터 코일의 구성을 나타내는 정면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에서는 히터 코일(22)의 비드부(24)는 예를 들면 2중 권회 코일에 의하여 구성되어 있다. 히터 코일(22)의 리드부(25) 는, 예를 들면 1중 권회 코일에 의하여 구성되어 있다. 이 히터 코일(22)의 제작에서는 먼저 통상의 비코일 형상의 선재로 이루어지는 저항선(원선)을 1차 코어선에 감아 1중 권회 코일을 제작한다. 그리고 이 1중 권회 코일을 새로운 소선으로 하고, 이 소선의 일부를 2차 코어선에 감아 비드부(24)가 되는 부분을 2중 권회 코일로 한다. 2차 코어선은 1차 코어선과 동일한 지름의 선이어도 좋고, 다른 지름의 선이어도 좋다.
또한 리드부(25)를 2중 이상의 권회 코일에 의하여 구성하고, 비드부(24)를 3중 이상의 권회 코일에 의하여 구성하여도 좋다. 예를 들면 리드부(25) 및 비드부(24)를 각각 2중 권회 코일 및 3중 권회 코일로 하는 경우에는, 먼저 원선을 1차 코어선에 감아 1중 권회 코일을 제작하고, 이 1중 권회 코일을 소선(1차 소선)으로 하여 2차 코어선에의 감김에 의하여 2중 권회 코일을 제작하고, 또한 이 2중 권회 코일을 새로운 소선(2차 소선)으로 하여, 그 일부를 3차 코어선에 감아 비드부(24)가 되는 부분을 3중 권회 코일로 하면 좋다. 리드부(25) 및 비드부(24)의 코일의 다중수를 더욱 늘리는 경우에는 소선을 코어선에 감는 권선가공의 반복횟수를 늘리면 좋다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 검지소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이 검지소자(2)는, 히터 코일(22)의 비드부(24)를 소결체로 이루는 열전도층(21)에 의하여 덮이고, 열전도층(21)의 표면에 촉매층(23)을 부착시킨 구성으로 되어 있다. 열전도층(21)은 예를 들면 알루미나(산화 알루미늄)에 의하여 구성되어 있다. 촉매층(23)은 검지대상의 가연성 가스에 따른 산화금속 으로 이루어지는 연소촉매에 의하여 구성되어 있다. 촉매층(23)은 히터 코일(22)의 양쪽 끝에 전압이 인가됨으로써 검지대상의 가연성 가스에 따른 온도로 가열된다.
여기서 검지대상 가스로서, 예를 들면 메탄가스, 수소가스, LP 가스(액화석유가스), 프로판가스, 부탄가스, 에틸렌가스, 일산화탄소가스, 또는 에탄올이나 아세톤 등의 유기성분 가스를 들 수 있다. 그리고 예를 들면 검지대상 가스가 메탄가스인 경우에는 촉매층(23)은 약 450℃로 가열된다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 센서 본체의 구성을 나타내는 부분 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 센서 본체(3)는 세라믹스나 수지로 이루어진 판형상의 마운트 베이스(31)를 관통하는 외부 접속용 전극핀(32, 33)을 가지고, 이 전극핀(32, 33)에 검지소자(2)의 양쪽 끝의 리드부(25)를 고정한 구성으로 되어 있다. 또 도 3에는 나타나 있지 않으나, 검지소자(2)와 나란히 검지소자(2)의 히터 코일(22)과 동일 구성의 히터 코일을 구비한 보상소자가 설치되어 있다. 이 보상소자 및 검지소자(2)는, 마운트 베이스(31)와 가스 투과성을 가지는 철망 또는 금속 또는 세라믹스의 소결체로 이루어지는 방폭구조체(34)에 의하여 둘러 싸여 있다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 접촉 연소식 가스센서의 제어회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이 접촉 연소식 가스센서(5)의 제어회로는 검지소자(2), 검지소자(2)에 직렬로 접속된 보상소자(4), 제 1 저항소자(51), 제 1 저항소자(51)에 직렬로 접속된 제 2 저항소자(52) 및 전원(전원회로 )(53)을 가진다. 이들 검지소자(2), 보상소자(4), 제 1 및 제 2 저항소자(51, 52)는 휘트스톤 브리지회로를 구성하고 있다.
전원(53)은, 검지소자(2)와 보상소자(4)와의 직렬 접속체 및 제 1 저항소자(51)와 제 2 저항소자(52)와의 직렬 접속체의 각각의 양쪽 끝에, 직류전압을 인가한다. 그리고 이 휘트스톤 브리지회로에서는 검지소자(2)와 보상소자(4)와의 접속 노드(도 4에 A로 나타낸다)와, 제 1 저항소자(51)와 상기 제 2 저항소자(52)와의 접속 노드(도 4에 B로 나타낸다)와의 사이의 전압이 출력된다. 검지소자(2), 보상소자(4), 제 1 저항소자(51) 및 제 2 저항소자(52)의 각각의 통전 저항값을 RD, RC, R1 및 R2라 하면 [RC × R1 = RD × R2]일 때에 휘트스톤 브리지회로의 출력전압(Vout)은 제로 볼트가 된다.
전원(53)에 의하여 검지소자(2) 및 보상소자(4)의 각 히터 코일(22)에 정격전압을 인가하면, 각각의 히터 코일(22)이 발열하여 검지소자(2) 및 보상소자(4)가 검지대상 가스에 따른 동작온도가 되고, 환경과의 평형온도에 의하여 얻어진 통전저항값에 의존한 출력전압(Vout)이 가스센서(5)로부터 얻어진다. 그리고 검지대상 가스를 검지한 경우에는 검지대상 가스의 접촉 연소에 의하여 검지소자(2)의 통전 저항값(RD)만이 상승하기 때문에, 출력전압(Vout)은 가스감도에 따른 분만큼 +(플러스)측으로 상승한다.
여기서, 검지대상 가스를 고효율로 접촉 연소시키기 위한 촉매 동작온도는, 그 가스종에 의거하여 선택된다. 더욱 높은 저항값을 가지는 히터 코일을 사용한 경우, 원하는 촉매동작 온도를 얻기 위해서는 더욱 높은 전원 전압이 필요하게 된다. 브릿지회로의 성질상, 전원 전압과 출력전압(Vout)은 비례관계에 있기 때문에, 더욱 높은 저항값을 가지는 히터 코일을 사용한 경우의 가스감도는, 더욱 높은 값이 된다. 즉, 상기한 구성의 히터 코일(22)은, 뒤에서 설명하는 바와 같이 종래의 것보다 저항값이 높기 때문에, 이 히터 코일(22)을 사용함으로써 높은 가스감도가 얻어지게 된다.
다음에 히터 코일(22)의 구체적인 특징에 대하여 설명한다. 히터 코일(22)을 구성하는 원선으로서는 예를 들면 백금 또는 백금 합금선이나, 백금 또는 백금합금 - 로듐합금 등의 백금 또는 백금합금을 베이스로 한 합금선이나, 철 - 팔라듐합금선을 사용할 수 있다. 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하이다. 그 이유는 원선의 선지름이 1㎛ 미만에서는 너무 가늘기 때문에 비드부(24)를 구성하는 2중 권회 코일의 제작이 곤란하고, 한편 원선의 선지름이 100 ㎛를 넘으면 검지소자(2)의 연소부가 너무 커지기 때문이다.
또, 원선의 선지름은 바람직하게는 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이면 좋다. 그 이유는 적당한 전압 - 전류값을 가지는 전원(53)을 사용할 수 있고, 그것에 의하여 접촉 연소식 가스센서(5)의 동작시에 촉매층(23)을 적절한 동작온도로 할 수 있기 때문이다. 예를 들면 원선의 선지름이 50 ㎛ 인 경우에는 전압 - 전류값이 0.75 V - 400 mA의 전원을 사용할 수 있다. 또 원선의 선지름이 10 ㎛ 인 경우에는 전압 - 전류값이 12 V - 25 mA의 전원을 사용할 수 있다.
또한 원선의 선지름은, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하이면 좋다. 그 이유는 제 1로, 비드부(24)의 점유 체적이 작아져 검지소자(2)의 연소부의 중량이 1 mg 정도가 되기 때문에, 히터 코일(22)의 리드부(25)에서 검지소자(2)를 충분히 지지할 수 있기 때문이다. 제 2로, 접촉 연소식 가스센서(5)의 내충격 강도가 향상하기 때문이다. 제 3으로, 검지소자(2)의 연소부 내에 히터 코일(22)의 비드부(24)를더욱 고밀도로 매립할 수 있기 때문에 히터 코일(22)의, 연소열을 받는 능력이 높아져 연소시의 히터 코일(22)의 저항변화가 더 한층 효율좋게 일어나, 접촉 연소식 가스센서(5)의 응답속도가 빨라지기 때문이다. 제 4로, 세선화에 의하여 히터 코일(22)의 저항이 커지고, 그것에 의하여 상기한 바와 같이 전원전압을 더욱 높게 할 수있기 때문에, 접촉 연소식 가스센서(5)의 가스감도가 높아지기 때문이다. 제 5로, 원선의 선지름이 20 ㎛보다 작아지면 히터 코일(22)을 제작할 때의 수율이 저하하기때문이다.
표 1에, 히터 코일(22)의 원선의 선지름과, 검지소자(2)의 연소부의 중량, 접촉 연소식 가스센서(5)의 가스감도 및 접촉 연소식 가스센서(5)의 응답시간과의 관계를 정리하여 나타낸다. 표 1에서는 각 선 지름 범위의 상대 중량(a. u.), 상대 가스감도(a. u.) 및 상대 응답시간(a. u.)은 모두 선 지름이 30 ㎛ 인 백금선을 원선으로 한 히터 코일을 사용한 경우의 연소부의 중량(1 mg), 가스감도(40 mV) 및 응답시간(5초)에 대한 상대값이다. 비드부(24) 및 리드부(25)는, 각각 2중 권회 코일 및 1중 권회 코일로 한다. 또한 가스감도는, 수소가스 4000 ppm에 대한 감도이고, 응답시간은, 수소가스 4000 ppm일 때의 출력 안정값의 90% 이상에 도달하는 소요시간이다.
Figure 112006071754970-PCT00001
1중 권회 코일의 감김지름은, 원선을 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바(1차 코어선)의 지름의 0.5배 이상 20배 이하이다. 마찬가지로 2중 권회 코일의 감김지름은, 1중 권회 코일(소선)을 다시 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하이다. 3중 이상의 권회 코일의 경우도 마찬가지이다. 그 이유는 검지소자(2)의 연소부가 무거워지지 않기 때문에, 히터 코일(22)의 리드부(25)에서 검지소자(2)를 충분히 지지할 수 있기 때문이다. 감김지름이 20배를 넘으면 비드부(24)의 코일의 안쪽 공간에 충전되는 열전도층(21)의 양이 증가하여 연소부가 무거워지기 때문에 리드부(25)에 의한 검지소자(2)의 지지성능이 저하하여 접촉 연소식 가스센서(5)의 내충격 성능이 실용상 허용되는 범위보다 낮아지는 경우가 있다.
또, 1중 권회 코일의 감김지름은 바람직하게는 원선을 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하이면 좋다. 마찬가지로 2중 권회 코일의 감김지름은, 바람직하게는 1중 권회 코일(소선)을 다시 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하이면 좋다. 3중 이상의 권회 코일의 경우도 마찬가지이다. 그 이유는 권선 가공후의 코일의 형상 안정성이 좋기 때문에 히터 코일(22)이 수율 좋게 얻어지는 것과, 리드부(25)에 의한 검지소자(2)의 지지성능이 안정되게 얻어지기 때문이다. 또한 감김지름이 20배 이하이어도, 10배를 넘으면 권선 가공후의 코일의 형상 안정성은 다소 낮아진다.
최종 나선체인 2중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하이다. 최종 나선체가 3중 이상의 권회 코일인 경우도 마찬가지이다. 그 이유는 검지소자(2)의 연소부가 무거워지지 않기 때문에 히터 코일(22)의 리드부(25)에서 검지소자(2)를 충분히 지지할 수 있기 때문이다. 권수가 30을 넘으면 연소부가 무거워져 히터 코일(22)의 리드부(25)에서 검지소자(2)를 안정되게 지지할 수 없다. 특히, 2중 권회 코일의 권수는 4 ~ 10권인 것이 적당하다.
최종 나선체인 2중 권회 코일에 있어서, 소정의 권회부(26)와, 이 권회부(26) 근처의 권회부(27)(도 1 참조) 사이의 간극의 길이, 즉 소선인 1중 권회 코일의 소선간 간극 거리는, 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하이다. 최종 나선체가 3중 이상의 권회 코일인 경우도 마찬가지이다. 그 이유는 제 1로, 충분히 고속의 응답특성이 얻어지기 때문이다. 제 2로, 검지소자(2)를 제작할 때에 인접하는 권회부(26, 27)가 단락하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 제 3으로, 비드부(24)의 코일의 안쪽 공간에 열전도층(21)을 충전시켜 촉매층(23)을 형성할 수 있기 때문이다. 여기서 권회부(26)와 그 근처의 권회부(27)와의 사이의 간극의 길이(소선간 간극 거리)는 일반적으로 나선체에서 피치라 불리우는 선간 거리로부터 권회부(26) 및 권회부(27)의 각각의 굵기의 절반을 제거한 거리이다.
표 2에, 히터 코일(22)의 소선간 간극 거리와 접촉 연소식 가스센서(5)의 응답시간과의 관계를 나타낸다. 표 2에서는 소선간 간극 거리를 소선의 지름에 대한 배율로 나타내고 있다. 또 각 소선간 간극 거리 범위의 상대 응답시간(a. u.)은 소선간 간극 거리가 소선의 지름과 같은 히터 코일을 사용한 경우의 응답시간에 대한 상대값이다. 비드부(24) 및 리드부(25)는, 각각 2중 권회 코일 및 1중 권회 코일로 한다.
Figure 112006071754970-PCT00002
다음에 도 1에 나타내는 구성의 히터 코일(22)을 사용한 접촉 연소식 가스센서(5)(실시예라 한다)와, 도 19에 나타내는 구성의 히터 코일(12)을 사용한 접촉 연소식 가스센서(종래예라 한다)에서, 가스센서로서의 성능을 비교한 결과에 대하여 설명한다. 이 성능 비교에 있어서는 실시예 및 종래예에서 동일 조성의 연소촉매 등을 사용하였다. 또 연소촉매의 동작온도도 동일하게 하였다. 실시예의 5개의 샘플에 대하여 검지소자(2)의 연소부 내에 매립되는 비드부(24)의 유효길이(도 2 참조)의 평균값은 75 mm 이었다. 또 종래예의 5개의 샘플에 대하여, 검지소자(1)의 연소부 내에 매립되는 비드부(14)의 유효길이(도 18 참조)의 평균값은 15 mm 이었다. 그 밖의 조건 등은 모두 동일하였다.
표 3에, 가스감도의 비교결과를 나타낸다. 여기서는 가스 중에서의 출력전압값으로부터 공기 중에서의 출력 전압값을 감산한 값을 가스감도로 하고, 수소가스4000 ppm에 대한 감도의 비교와, 메탄가스 4000 ppm에 대한 감도의 비교의 2개를 행하였다. 실시예의 샘플의 가스감도는, 종래예의 샘플의 가스감도의 대략 3배이었다.
Figure 112006071754970-PCT00003
표 4에, 응답속도의 비교결과를 나타낸다. 여기서는 수소가스 1800 ppm일때의 출력 안정값의 90% 이상에 도달하는 소요시간을 응답시간으로 하여 표 4에 나타내었다. 실시예의 샘플의 응답시간은, 종래예의 샘플의 응답시간의 대략 절반이었다. 즉, 실시예의 샘플의 응답속도는 종래예의 샘플의 응답속도의 대략 2배이었다.
Figure 112006071754970-PCT00004
표 5에, 낙하 충격 후에 발생하는 제로점 변동(수소농도 환산값)의 비교결과를 나타낸다. 여기서는 실시예 및 종래예의 각 접촉 연소식 가스센서를, 1 m의 높이에서, 30 mm 두께의 삼목판 위에 자유 낙하시켰다. 낙하 충격후의 제로점 변동은 수소농도 환산값으로, 실시예에서는 2000 ppm 이하이었던 것에 대하여 종래예에서는 2000 ppm을 넘어 있었다.
Figure 112006071754970-PCT00005
다음에 접촉 연소식 가스센서(5)의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 5는 제조순서를 나타내는 플로우차트이다. 또 도 6 및 도 7은 접촉 연소식 가스센서(5)의 제조 도중의 상태를 나타내는 부분 확대도이다. 먼저 통상의 비코일형상의 저항선을 준비하여 이것을 1차 코어선에 감아 1중 권회 코일을 제작한다(단계 S1).
1차 코어선은, 사용하는 저항선보다 낮은 금속으로 할 수 있었던 선재이면 좋다. 이것은 나중의 습식 에칭공정에서 저항선을 남기고 1차 코어선을 녹일 필요가 있기 때문이다. 예를 들면 1차 코어선은 니켈, 알루미늄, 구리 또는 스테인리스합금 등으로 이루어져 있다. 1차 코어선의 지름은, 20 ~ 60 ㎛ 인 것이 적당하다. 또 1중 권회 코일에서 소정의 권회부(28)와, 이 권회부(28) 근처의 권회부(29)(도 7참조)와의 사이의 간극의 길이, 즉 소선의 소선간 간극 거리는, 소선의 직경의 0.5배 이상10배 이하인 것이 적당하다.
이어서, 1중 권회 코일의 일부, 즉 비드부(24)가 되는 부분을 2차 코어선에 감아 2중 권회 코일을 제작하여 히터 코일(22)로 한다(단계 S2). 2차 코어선의 재료는 특히 묻지 않으나, 예를 들면 초경(超硬)이나 퀀칭강 등이다. 2차 코어선의 지름은 100 ~ 300 ㎛ 인 것이 적당하다.
소선(저항선), 1차 코어선, 1중 권회 코일, 2차 코어선 및 2중 권회 코일의 가장 바람직한 조합은, 이하와 같다. 즉 소선은 20 ㎛ 지름의 백금 또는 백금합금선 이고, 1차 코어선은 40 ㎛ 지름의 니켈선이다. 이 조합에서는 소선의 소선간 간극 거리는 20 ㎛ 인 것이 좋다. 또 가장 바람직한 조합일 때에는, 1중 권회 코일로 이루어지는 1차 소선의 지름은 80 ㎛[20 ㎛(소선의 지름) + 40 ㎛(1차 코어선의 지름) + 20 ㎛(소선의 지름)]이 된다. 이 조합에 의한 2중 권회 코일에 있어서, 1중 권회 코일을 소선으로 하는 소선간 간극 거리는, 80㎛ 인 것이 좋다.
이어서 2차 코어선을 빼낸 후, 마운트 베이스(31)로부터 돌출하는 전극핀(32, 33)에 히터 코일(22)의 양쪽 끝의 리드부(25)를 저항 용접법, 레이저 용접법 또는 열압착법 등에 의하여 용접한다(단계 S3). 이 시점에서는 도 6에 나타내는 바와 같이 1차 코어선(6)은 남아 있다.
전극핀(32, 33)은 예를 들면 니켈 또는 니켈 - 구리합금(모넬)으로 이루어져 있다. 또는 전극핀(32, 33)을 인코넬이나 하스텔로이(상품명) 등의 니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금, SUS316L 등의 스테인리스합금, 티탄 또는 티탄합금 또는 그것들의 조합으로 구성하여 내식성의 향상을 도모할 수도 있다. 전극핀(32, 33)의 재료로서 가장 바람직한 것은 하스텔로이(상품명)이다. 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 전극핀(32, 33)의 지름은 600 ㎛ 정도이다.
용접법으로서는 어느 것의 방법이어도 좋으나, 저항 용접법이 바람직하다. 그 이유는 저항 용접법은, 용접장치의 전압의 상승이 아주 빨라 밀리초 오더의 통전시간을 안정되게 제어할 수 있기 때문에 본 실시형태와 같이 다른 재료끼리를 용접하거나, 아주 가는 금속선을 용접하는 데 적합하기 때문이다.
저항 용접법을 실시하는 경우에는, 주지의 트랜지스터식 저항 용접기를 사용할 수 있다. 그 경우의 용접조건으로서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 전압이 2.0 ~ 3.0 V 이고, 통전시간이 3 밀리초이며, 헤드 가중이 0.5 ~ 5 kgf 인 것이 적당하다. 상기한 소선(저항선), 1차 코어선, 1중 권회 코일, 2차 코어선 및 2중 권회 코일의 가장 바람직한 조합의 경우에는 전압값은 2.3 V 인 것이 바람직하다.
이어서 전극핀(32, 33)에 히터 코일(22)을 용접한 것을 에칭액 중에 침지하여 1차 코어선(6)을 녹여 소멸시킨다(단계 S4). 그때 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 용접부위를 피복하여 에칭을 행함으로써 그 용접부위에만 1차 코어선(6)을 남기 도록 하여도 좋다.
에칭액은 예를 들면 질산(30%)과 황산(3%)과 과산화수소(2%)의 혼합수용액, 또는 염화제2철용액(40% 수용액)이다. 질산과 황산과 과산화수소의 혼합수용액을 사용하는 경우, 예를 들면 욕온은 실온(예를 들면, 25℃)이고, 침지시간은 60분인 것이 적당하다. 한편, 염화제2철용액을 사용하는 경우는, 예를 들면 욕온을 40℃로 하고, 침지시간을 3분으로 하는 것이 적당하다.
에칭이 종료하면 에칭액 중에서 전극핀(32, 33)에 히터 코일(22)을 용접한 것을 끌어 올려 수세하고(단계 S5), 이소프로필알콜(IPA) 등의 유기용매로 세정하여(단계 S6), 건조한다(단계 S7). 도 7은 에칭에 의하여 1차 코어선이 소멸된 상태를 나타내고 있다.
이어서 히터 코일(22)의 비드부(24)에, 열전도재나 연소촉매 등의 슬러리를 도포하여 그것을 가열 소성한다(단계 S8). 그리고 방폭구조체(34) 등의 설치를 행하여 센서 본체(3)를 조립한다(단계 S9). 제일 마지막으로 센서 본체(3)를 제어회로에 설치하고(단계 S10), 센서의 제로점 조정 등을 행하여 접촉 연소식 가스센서(5)가 완성된다.
여기까지에서 설명한 소선(저항선), 1차 코어선, 1중 권회 코일, 2차 코어선및 2중 권회 코일의 가장 바람직한 조합, 용접조건, 또는 에칭조건 등의 구체적인 수치나 재료 등은, 본 발명자들이 행한 실험에 의하여 분명하게 된 것이다.
다음에 상기한 제조방법에 따라 제조함으로써, 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 접합계면에 나타나는 특징점에 대하여 설명한다. 일례로서 20 ㎛ 지름의 비코일형상의 백금 또는 백금합금선을 소선으로 하고, 이것을 40 ㎛ 지름의 니켈선으로 이루어지는 1차 코어선(6)에, 20 ㎛의 소선간 간극 거리로 감아 1중 권회 코일을 제작하였다. 그리고 이 1중 권회 코일을 150 ㎛ 지름의 초경선으로 이루어지는 2차 코어선에 80 ㎛의 소선간 간극 거리로 6권하여 비드부(24)에 2중 권회 코일을 제작하였다. 비드부(24)의 양쪽 끝의 리드부(25)의 길이는, 각각 1 mm로 하였다.
또 전극핀(32, 33)을 600 ㎛ 지름의 하스텔로이로 구성하여 저항용접법을 채용하였다. 용접조건은 헤드가중을 1.5 kgf로 하고, 전압값을 2.3 V로 한 이외는 상기한 바와 같았다. 그리고 질산과 황산과 과산화수소의 혼합수용액을 사용하여 욕온을 실온으로 하여 60분간의 에칭처리를 행하였다.
이하, 1차 코어선(6)을 남겨 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)을 용접한 경우를 실시예로 하고, 1차 코어선(6)을 소멸시킨 후에 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)을 용접한 경우를 비교예로 한다. 도 8 및 도 9는 각각 실시예의 용접부위의 표면 및 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 또 도 15 및 도 16은 각각 비교예의 용접부위의 표면 및 단면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 8과 도 15를 비교하면, 실시예는 비교예보다 히터 코일(22)의 리드부(25)의 각 권회부가 규칙 바르고, 또한 충분히 찌그러져 전극핀(32, 33)에 접합하고 있는 것을 알 수 있다. 또 도 9와 도 16을 비교하면 실시예는 비교예보다 접합면적이 넓고, 접합계면에서 일부가 합금화하고 있는 것을 알 수 있다. 합금화하고 있는 것은 도 10 ~ 도 13에 나타내는 분석결과에서도 분명하다. 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13은 각각 도 9에 나타내는 실시예의 단면사진의「A」,「B」, 「C」및「D」로 나타내는 부분에서의 X선 마이크로 애널라이저(XMA)에 의한 분석결과를 나타내는 차트이다.
전극핀(32, 33)의 벌크에 대응하는 「A」점에서는 니켈과 크롬과 몰리브덴의 피크가 관찰되고, 백금 또는 백금합금의 피크는 관찰되지 않는다(도 10). 히터 코일(22)의 전극핀(32, 33)과 접합하고 있지 않은 부분인 「B」점에서는 백금 또는 백금합금의 피크가 관찰되고, 니켈과 크롬과 몰리브덴의 피크는 관찰되지 않는다(도 11).
히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 접합계면의 히터 코일(22) 근처의 부분인 「C」점 및 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 접합계면의 전극핀(32, 33) 근처의 부분인 「D」점에서는 모두 백금 또는 백금합금, 니켈, 크롬의 피크가 관찰된다. 이것은 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 접합계면에 있어서, 1차 코어선(6)의 니켈이 납재로서 기능하고, 히터 코일(22)과 1차 코어선(6)과 전극핀(32, 33)이 합금화한 것을 나타내고 있다. 「D」점 부근은, 용접시에 니켈의 1차 코어선(6)이 있기 때문에 전극핀(32, 33)의 벌크보다 니켈의 함유비율이 높은 리치층이다.
합금화에 의한 접합강도의 향상을 확인하기 위하여 상기한 실시예 및 비교예를 각각 10개씩 준비하여, 파단강도의 측정을 행하였다. 실시예에 대해서는 도 5의 단계 S1 내지 단계 S7까지의 공정을 거친 것에 대하여, 또 비교예에 대해서는 도 5의 단계 S1 및 단계 S2를 행하고, 단계 S4를 먼저 행하여 1차 코어선(6)을 소멸시키고 나서 단계 S3의 용접을 행하고, 또한 단계 5 내지 단계 S7까지의 공정을 거친 것에 대하여 각각 히터 코일(22)을 전극핀(32, 33) 사이에서 수직으로 끌어 당겨 히터 코일(22) 또는 용접부위가 파단할 때의 강도를 측정하였다. 또 백금 또는 백금합금선의 파단 강도를 알기 위하여 20 ㎛ 지름으로 50 mm의 길이의 백금 또는 백금합금선의 양쪽 끝을 잡아 당겨, 백금 또는 백금합금선이 파단할 때의 강도도 측정하였다. 측정결과를 표 6에 나타낸다.
Figure 112006071754970-PCT00006
10개의 실시예는, 어느 것이나 히터 코일(22)의 도중에서 파단되었다. 그 파단 강도는, 20 ㎛ 지름의 백금 또는 백금합금선의 인장강도와 대략 동일하였다. 그것에 대하여 10개의 비교예의 파단 강도는, 어느 것이나 20 ㎛ 지름의 백금 또는 백금합금선의 인장강도보다 낮고, 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 용접부위에서 파단하였다. 이것에 의하여 1차 코어선(6)을 남긴 채로 용접하면, 백금 또는 백금합금선의 인장강도 이상의 충분히 높은 접합강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
또, 도 14 및 도 17에 각각 실시예 및 비교예에서의 히터 코일(22)의 전체 형상을 나타낸다. 도 14로부터 실시예에서는 히터 코일(22)의 비드부(24)에 왜곡이 전혀 없는 것을 알 수 있다. 그것에 대하여 비교예에서는 히터 코일(22)의 비드부(24)가 왜곡되어 있고, 비드부(24)의 인접하는 권회부끼리가 접촉할 듯이 되어 있는 것 을 알 수 있다. 이와 같이 왜곡되는 원인은, 1차 코어선이 없는 상태에서 용접을 행할 때에 히터 코일(22)의 권회부를 부주의하게 찌그러뜨리거나, 코일형상을 손상하는 것이다.
비드부(24)의 인접하는 권회부끼리가 접촉하거나, 코일이 찌그러지면 그 부분이 단락되기 때문에, 히터 코일(22)의 저항에 기여하는 유효길이가 줄어들어 저항값이 작아진다. 따라서 전극핀(32, 33) 사이의 저항값을 측정함으로써, 히터 코일(22)의 국소적인 단락의 유무를 알 수 있다. 이 단락의 유무를 확인하기 위하여 상기한 실시예 및 비교예를 각각 10개씩 준비하여 저항값을 측정하였다. 실시예 및 비교예는 각각 상기한 접합 강도의 측정의 경우와 동일한 공정을 거친 것이다. 측정결과를 표 7에 나타낸다.
Figure 112006071754970-PCT00007
10개의 실시예의 저항값의 최소값은 11.0Ω 이고, 최대값은 11.6Ω 이었다. 그리고 그 표준편차는 0.2이었다. 그것에 대하여 10개의 비교예의 저항값의 최소값은 9.1Ω 이고, 최대값은 11.5Ω 이었다. 비교예에서는 표준편차는 0.7이고, 저항값이 작은 쪽으로 흩어져 있었다. 이것에 의하여 1차 코어선(6)을 남긴 채로 용접하면 비드부(24)의 인접하는 권회부끼리가 접촉하거나, 코일이 찌그러지는 것을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 의하면 검지소자(2)의 연소부의 크기가 종래와 대략 동일하여도, 히터 코일(22)의 연소부 내에 매립되는 비드부(24)의 유효길이가 비드부(24)를 종래의 1중 권회 코일로 구성한 경우보다 길어진다. 따라서 히터 코일(22)의 저항이 커지기 때문에 접촉 연소식 가스센서(5)의 가스감도가 높아져 S/N 비가 개선된다.
또, 히터 코일(22)이 더욱 많은 연소열을 받아 효율좋게 저항변화를 일으키기때문에 접촉 연소식 가스센서(5)의 응답속도가 빨라진다. 또한 연소부의 크기는 종래와 대략 동일하여도 되기 때문에, 연소부의 무게도 종래와 대략 동일해진다. 따라서 히터 코일(22)의 리드부(25)에서의 검지소자(2)의 지지능력을 희생하지 않고 접촉 연소식 가스센서(5)의 가스감도의 향상이나 응답속도의 고속화를 도모할 수 있다.
또, 히터 코일(22)의 원선의 세선화에 의하여 히터 코일(22)의 저항이 커지기때문에, 소비전류의 저감화를 도모할 수 있다. 또 리드부(25)가 코일스프링과 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 외부에서 가해진 충격이 리드부(25)의 스프링 탄성에 의해 흡수된다. 따라서 검지소자(2)의 연소부에 전해지는 충격이 작아지기 때문에 촉매층(23)의 결함 등이 발생하기 어렵게 되어 제로점이 충격에 의해 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.
또, 코일드 코일로 구성된 히터 코일(22)을 가지고, 또한 그 히터 코일(22)의 저항값의 불균일이 작고, 또한 그 히터 코일(22)과 전극핀(32, 33)과의 접합강도가 높은 접촉 연소식 가스센서(5)가 얻어진다. 또 접촉 연소식 가스센서(5)를 제조할 때에, 코일드 코일로 구성된 히터 코일(22)의 취급이 용이하다.
이상에 있어서, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정하지 않고, 여러가지 변경가능하다. 예를 들면 용접방법이나 그 조건, 또는 에칭방법이나 그 조건은, 적절하게 변경 가능하다. 또 상기한 여러가지의 수치나 재료 등은 일례이며, 이것에 한정되는 것이 아니다.
이상과 같이 본 발명에 관한 가스센서용 히터 코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식 가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법은, 가정용 또는 산업용 가스의 누출 검지장치에 유용하고, 특히 연료전지에 사용되는 가연성 가스를 검지하는 장치에 적합하다.

Claims (52)

  1. 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 히터 코일에 있어서,
    가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부와, 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지고, 2 이상의 정수(n)에 대하여, 상기 비드부가 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선(素線)을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리드부가, (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10 배 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    1 이상의 정수(k)에 대하여, 상기 n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    백금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  12. 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 히터 코일에 있어서,
    가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부와, 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지고, 상기 리드부가 코일형상으로 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 히터 코일.
  13. 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 검지소자에 있어서,
    가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과,
    상기 비드부를 덮는 열전도층과,
    상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고,
    2 이상의 정수(n)에 대하여 상기 비드부가 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 히터 코일의 리드부가, (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  16. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  17. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은 20 ㎛ 이 상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  18. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  19. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기 위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  20. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일의 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  21. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    1 이상의 정수(k)에 대하여, 상기 히터 코일의 n중 권회 코일에 있어서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하 는 가스센서용 검지소자.
  22. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일은, 백금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  23. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 히터 코일은, 백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  24. 접촉 연소식 가스센서에 사용되는 검지소자에 있어서,
    가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과,
    상기 비드부를 덮는 열전도층과,
    상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고,
    상기 히터 코일의 리드부가 코일형상으로 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 가스센서용 검지소자.
  25. 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고, 2 이상의 정수(n)에 대하여 상기 비드부가, 코일형상으로 감긴 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선을 다시 코일형상으로 감은 n중 권회 코일에 의하여 구성된 검지소자와,
    상기 검지소자에 직렬로 접속된 상기 히터 코일과 동일구성의 히터 코일을 구비한 보상소자와,
    제 1 저항소자와,
    상기 제 1 저항소자에 직렬로 접속된 제 2 저항소자와,
    상기 검지소자와 상기 보상소자와의 직렬 접속체 및 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 직렬 접속체의 각각의 양쪽 끝에 직류전압을 인가하는 전원을 구비하고,
    상기 검지소자, 상기 보상소자, 상기 제 1 저항소자 및 상기 제 2 저항소자는, 휘트스톤 브리지회로를 구성하고, 상기 휘트스톤 브리지회로에서 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 접속 노드와, 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 접속 노드와의 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 히터 코일의 리드부가, (n-1)중 권회 코일에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  27. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  28. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  29. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일의 출발재료가 되는 비코일형상의 원선의 선지름은, 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  30. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기위하여 사용되는 코어바의 지름의 0.5배 이상 20배 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  31. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    1 이상 n 이하의 정수(m)에 대하여, 상기 히터 코일의 m중 권회 코일의 감김 지름은, m중 권회 코일을 제작할 때에 코일형상으로 감기위하여 사용되는 코어바의 지름의 1배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  32. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일의 n중 권회 코일의 권수는, 1 이상 30 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  33. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    1 이상의 정수(k)에 대하여 상기 히터 코일의 n중 권회 코일에서의 k 감김째의 권회부와 (k+1)감김째의 권회부와의 사이의 간극의 길이는, 상기 (n-1)중 권회 코일로 이루어지는 소선의 직경의 0.5배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  34. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일은, 백금의 선재로 이루어져 있는 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  35. 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
    상기 히터 코일은, 백금을 베이스로 하는 합금의 선재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  36. 가스의 연소시에 발생하는 연소열에 의하여 전기적인 특성값이 변화하는 비드부 및 상기 비드부의 양쪽 끝으로부터 신장하는 리드부를 가지는 히터 코일과, 상기 비드부를 덮는 열전도층과, 상기 열전도층의 표면에 부착된 촉매층을 구비하고, 상기 리드부가 코일형상으로 감긴 검지소자와,
    상기 검지소자에 직렬로 접속된 상기 히터 코일과 동일 구성의 히터 코일을 구비한 보상소자와,
    제 1 저항소자와,
    상기 제 1 저항소자에 직렬로 접속된 제 2 저항소자와,
    상기 검지소자와 상기 보상소자와의 직렬 접속체 및 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 직렬 접속체의 각각의 양쪽 끝에 직류전압을 인가하는 전원을 구비하고,
    상기 검지소자, 상기 보상소자, 상기 제 1 저항소자 및 상기 제 2 저항소자는, 휘트스톤 브리지회로를 구성하고, 상기 휘트스톤 브리지회로에서 상기 검지소자와 상기 보상소자와의 접속 노드와, 상기 제 1 저항소자와 상기 제 2 저항소자와의 접속 노드와의 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  37. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화하고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하 는 접촉 연소식 가스센서에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과,
    상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과,
    상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소를, 상기 전극에서의 구성비율보다 높은 비율로 함유하는 합금층이 존재하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  38. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화되고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과,
    상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과,
    상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소를, 상기 전극에서의 구성비율보다 높은 비율로 함유하는 합금층이 존재하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위에만 상기 히터 코일의 코일형상의 부분의 안쪽에, 상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소로 이루어지는 코어선이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소 식 가스센서.
  39. 제 37항 또는 제 38항에 있어서,
    상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소는, 상기 히터 코일을 구성하는 금속보다 이온화열이 큰 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  40. 제 37항 또는 제 38항에 있어서,
    상기 히터 코일은 백금 또는 백금합금으로 이루어져 있고, 상기 전극은 니켈을 함유하는 합금으로 이루어져 있고, 상기 합금층 중에 상기 전극 중보다 높은 비율로 함유되어 있는 상기 금속원소는 니켈인 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  41. 제 37항 또는 제 38항에 있어서,
    상기 히터 코일의 상기 소결체에 덮혀 있는 부분의 적어도 일부는, 선재를 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감은 코일드 코일로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  42. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화하고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하 는 접촉 연소식 가스센서에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과,
    상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과,
    상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소와, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소와의 합금화에 의하여 생긴 합금층이 존재하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  43. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화하고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코일형상으로 감긴 히터 코일과,
    상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분에 각각 용접된 전극과,
    상기 히터 코일의 일부를 덮는 소결체를 구비하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 접합계면에, 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 금속원소와, 상기 전극을 구성하는 적어도 하나의 금속원소와의 합금화에 의하여 생긴 합금층이 존재하고,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위에만 상기 히터 코일의 코일형상의 부분의 안쪽에, 상기 합금층 중에는 함유되어 있으나, 상기 히터 코일 및 상기 전 극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 상기 금속원소로 이루어지는 코어선이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  44. 제 42항 또는 제 43항에 있어서,
    상기 합금층 중에는 함유되어 있으나 상기 히터 코일 및 상기 전극 중 어디에도 함유되어 있지 않은 상기 금속원소는, 상기 히터 코일을 구성하는 금속보다 이온화열이 큰 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  45. 제 42항 또는 제 43항에 있어서,
    상기 히터 코일의 상기 소결체에 덮혀져 있는 부분의 적어도 일부는, 선재를 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감은 코일드 코일로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서.
  46. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화하고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서를 제조함에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코어선에 감겨져 코일형상을 이루는 히터 코일을 제작하는 코일 제작공정과,
    상기 코어선에 감겨진 상태 그대로 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분을 각각 전극에 용접하는 용접 공정과,
    상기 코어선을 소멸시키는 코어선 소멸공정과,
    코어선이 없어진 상기 히터 코일의 일부를 소결체로 덮는 소결체 피복공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  47. 접촉한 가스의 연소에 의하여 발생한 연소열에 의하여 히터 코일의 전기적인 특성값이 변화하고, 상기 특성값의 변화에 의거하여 가연성 가스의 존재를 검지하는 접촉 연소식 가스센서를 제조함에 있어서,
    적어도 양쪽 끝이 코어선에 감겨져 코일형상을 이루는 히터 코일을 제작하는 코일 제작공정과,
    상기 코어선에 감겨진 상태 그대로 상기 히터 코일의 양쪽 끝의 코일형상의 부분을 각각 전극에 용접하는 용접 공정과,
    상기 히터 코일과 상기 전극과의 용접부위를 제외하고, 상기 코어선을 소멸시키는 코어선 소멸공정과,
    상기 히터 코일의, 상기 코어선이 없는 부분의 적어도 일부를 소결체로 덮는 소결체 피복공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  48. 제 46항 또는 제 47항에 있어서,
    상기 용접 공정에서는, 상기 히터 코일의 코어선에 감겨진 끝부를 상기 전극에 가압하고, 저항 용접법, 레이저 용접법 또는 열압착에 의한 용접법 중 어느 하 나를 행하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  49. 제 46항 또는 제 47항에 있어서,
    상기 코어선은 상기 히터 코일의 구성재료보다 낮은 금속재료로 구성되어 있고, 상기 코어선 소멸공정에서는, 상기 코어선만을 에칭에 의하여 소멸시키는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  50. 제 46항 또는 제 47항에 있어서,
    상기 코어선은 니켈로 이루어져 있고, 상기 히터 코일은 백금 또는 백금합금으로 이루어져 있으며, 상기 코어선 소멸공정에서는 니켈용 에칭액을 사용하여 상기 코어선을 소멸시키는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  51. 제 46항 또는 제 47항에 있어서,
    상기 코일 제작공정에서는 상기 히터 코일의 상기 소결체에 의하여 피복되는 부분의 적어도 일부를, 상기 코어선에 코일형상으로 감은 코일선을 다시 코일형상으로 감아 코일드 코일로 하는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
  52. 제 46항 또는 제 47항에 있어서,
    상기 코어선이, 상기 히터 코일과 상기 전극을 접합하기 위한 납재를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 접촉 연소식 가스센서의 제조방법.
KR1020067020512A 2004-03-30 2005-03-24 가스센서용 히터코일, 가스센서용 검지소자, 접촉 연소식가스센서 및 접촉 연소식 가스센서의 제조방법 KR101099070B1 (ko)

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