説明

ガスセンサ

【課題】放熱特性がよく、組み立て精度に優れ、低コスト化したガスセンサを提供しようとすること。
【解決手段】マウントベース2には一対の電極ピン5と、一対の電極ピン6がピンステイ3、4を介して植立固定されている。電極ピン5には、例えば、検知素子(感ガス素子)7が固定され、電極ピン6には例えば、補償素子8が固定されている。キャップ1には、検知素子7と補償素子8の間に配置され、相互の断熱をするための熱遮蔽板1aが設けられている。そして、この熱遮蔽板1aが設けられたキャップ1をマウントベース2の上方より被せて固定してガスセンサが構成される。熱遮蔽板1aはキャップ1に設けられているため、キャップ1と接触状態にある。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、各種ガス漏れや毒性ガスの検知、排気ガスや大気汚染等の監視、各種工程の監視等、広範な用途に使用されるガスセンサ、特に燃焼装置において不完全燃焼時に発生する一酸化炭素(CO)ガス、あるいは燃料電池自動車(FCV)における水素ガスの漏れなどを、精度よく検出するガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、水素ガスやメタンガスあるいは一酸化炭素ガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサ等がある。これらのガスセンサはいずれも、可燃性ガスを検知するのに利用される熱源を内蔵している。
【0003】
接触燃焼式ガスセンサは、例えば特許文献1に記載されているいように、熱源として燃焼触媒を備えたヒーターコイルからなる検知素子(感ガス素子)と補償素子(比較素子)を有している。検知素子は燃焼触媒上で生成される可燃性ガスの接触燃焼熱によるヒーターコイルの抵抗値変化を電圧変化として出力することにより、可燃性ガスの存在を検知するものである。
【0004】
また、半導体式ガスセンサは、熱源として半導体層を備えたヒーターコイルからなる感ガス素子を有しており、この半導体層における可燃性ガスの吸着現象により発生する半導体層の電気伝導度変化を電圧変化として出力することにより、可燃性ガスの存在を検知するものである。
【0005】
これらの既存のガスセンサにおいては、上述したように可燃性ガスを検知するための熱源があり、その熱平衡性能の安定化を図り、また可燃性ガスに対する防爆性能を確保するために、金網、金属焼結体または多孔質セラミックス等で構成されたガス透過性キャップが装備されている。
【0006】
さらに、周囲温度の変化による影響を補償するために、上述の検知素子と直列に補償素子を接続し、2個の抵抗を直列に接続した直列回路と並列に接続してホイートストンブリッジ回路を構成し、その並列回路の両端間に直流電圧を印加し、検知素子と補償素子の接続点と2個の抵抗の接続点との間の電圧を検出するようにしたガス検知装置も、特許文献1に記載されている。この場合の補償素子としては、検知素子と同じ電気的特性をもつヒーターコイルを酸化触媒の被覆も担持もしない熱伝導層中に埋設したものを使用する。
【0007】
一方、これらの既存のガスセンサには、ガス透過性を有さない合成樹脂製のマウントベースが設けられている。このマウントベースは、上述した検知素子及び補償素子の両端子と電気的に接続してそれらを支持する一対ずつの電極ピンを貫通させた状態で支持し、検知素子及び補償素子をガス透過性キャップ内に対向させて保持する。
このように、検知素子と補償素子が同一筐体内に設置される場合、両素子の熱干渉を防止するために、金属製または合成樹脂製の熱遮蔽板が両素子の間に装備されている。
【0008】
しかしこのようなガスセンサにおけるガス透過性キャップは、環境要因に対する検知素子の防御の機能を有するが、その一方で、ガス透過性に制限を生じるため、センサの応答性能を損なう原因にもなる。また、既存のマウントベースは、検知対象ガスがセンサ内部へ透過するにあたっては何ら貢献していないため、センサの応答性能に寄与しない。さらに、接触燃焼式ガスセンサにおける熱遮蔽板は、検知素子と補償素子の相互の断熱を目的として設けられているが、その一方で、センサ内部における両素子の雰囲気環境を遮断してしまうため、ガスセンサの温湿度特性に対する出力電圧の安定性に対しては必ずしも好ましいとはいえない。
【0009】
そこで、例えば特許文献2に記載されているように、上述したキャップ・マウントベース・熱遮蔽板を備えたガスセンサにおいて、それらを全てセラミックス、好ましくは透過性のある多孔質セラミックスで構成することにより検知対象ガスがセンサ内部に全方向から流入可能にし、ガスセンサ内部のガス濃度を周囲環境のそれに高速で一致させ、それによってガスセンサ出力の応答性能を向上させるようにしたものも考案されている。
【0010】
図4は特許文献2に示される従来技術によるガスセンサの断面図であり、キャップ接合前の状態を示す図である。図5は従来技術によるガスセンサの斜視断面図であり、ガスセンサの内部構造を示している。12はマウントベースであり、当該マウントベース12には一対の電極ピン15と、一対の電極ピン16がピンステイ13、14を介して植立固定されいる。電極ピン15には例えば、検知素子18が固定され、電極ピン16には例えば、補償素子19が固定されている。検知素子18が接続固定された電極ピン15と補償素子19が接続固定された電極ピン16の間には、各々を遮るようにして熱遮蔽板17が固定されている。熱遮蔽板17はマウントベース12に埋め込み固定されたものである。そして、その上方より、円形のキャップ11を被せるように配置して接合し、ガスセンサを構成している。
【0011】
上述の特許文献1、特許文献2のいずれの事例においても、接触燃焼式ガスセンサの検知素子と補償素子の相互の断熱を目的として設けられている熱遮蔽板はマウントベースに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2001−349862号公報
【特許文献2】特開2006−121610号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、従来のガスセンサは、上述したように検知素子の電極ピン、あるいは補償素子の各電極ピンはマウントベースを貫通して支持され、検知素子と補償素子の相互の断熱を目的として設けられている熱遮蔽板もマウントベースに埋設されて保持されている。特許文献1に開示された従来のガスセンサにおいては、ヒーターコイルで発生した熱が伝導されて、センサ出力が低下するという問題があった。これは、マウントベース及び熱遮蔽板またはセンサキャップからの放熱性が悪いことに起因しているとも考えられる。
【0014】
また、特許文献2に開示された従来のガスセンサにおいては、マウントベースに設けられた固定溝に熱遮蔽板は挿入され、ガラス接着剤を介して結合されている。マウントベースの固定溝と熱遮蔽板は挿入するための隙間があり、精度よく、直角に固定するのが難しいという問題があった。
【0015】
また、特許文献2に開示された従来のガスセンサにおいては、マウントベースと熱遮蔽板は別々の工程で製造され、ガラス接着剤にて結合される工程が必要となるために、部品点数も多く、工程が長くなり、コスト的にも高くなるという問題があった。
【0016】
更には、特許文献2に開示された従来構成のガスセンサにおいては、マウントベースと熱遮蔽板は別々の工程で製造され、ガラス接着剤にて結合される工程が必要となるために、それぞれの部材の製造上の歩留低下が完成品の歩留低下に影響し、コスト的にも高くなるという問題があった。
【0017】
また、熱遮蔽板はマウントベースに固定されているため、感ガス素子で発生した熱の熱遮蔽板からの熱伝導効率が悪く、放熱性能を低下させている。
【0018】
本発明は、組み立て精度を向上すると共に低コスト化したガスセンサ、さらには放熱性に優れたガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記課題を解決するために、本発明のガスセンサは、感ガス素子と補償素子を支持する電極ピンと、当該電極ピンを支持固定するマウントベースと、前記感ガス素子と前記補償素子を断熱するための熱遮蔽板と、前記感ガス素子と補償素子を覆って前記マウントベースに固定されるキャップとを有するガスセンサにおいて、前記熱遮蔽板は、キャップに固定されていることを特徴とする。
【0020】
また、前記熱遮蔽板の側面部の何れかが前記キャップ内壁面に接している構成とすることができる。
【0021】
また、前記熱遮蔽板は、マウントベースとは接触していない構成とすることができる。
【0022】
また、前記熱遮蔽板は、キャップに一体的に形成することが可能である。
【0023】
また、前記キャップは、ガスを透過する多孔質体で形成することができる。
【0024】
また、前記熱遮蔽板は、ガスを透過する多孔質体で形成することができる。
【発明の効果】
【0025】
本発明のガスセンサによれば、熱遮蔽板はキャップに固定されており、マウントベースとは接していない構成と成るので、ヒーターコイル及び感ガス素子で発生した熱は、熱遮蔽板からキャップ側へと放熱されるので、放熱特性に優れ、センサ出力の低下を抑えることができる。また、前記熱遮蔽板は一体的に形成することが可能なので、精度よく直角に形成することができ、部品点数も少なく、歩留が低下する要因が少ないので、製造コストを抑えることができ、安価なガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本実施例によるガスセンサの正面断面図
【図2】本実施例によるガスセンサの側面断面図
【図3】他の実施例によるガスセンサの側面断面図
【図4】従来技術によるガスセンサを示す正面断面図
【図5】従来技術によるガスセンサの斜視断面図
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
まず、この発明によるガスセンサの好ましい実施例を図1及び図2を参照して説明する。
【0028】
図1は本実施例によるガスセンサの正面断面図(ガスセンサの感ガス素子と補償素子を並行に見たときの断面図)であり、図2は本実施例によるガスセンサの側面断面図(感ガス素子と補償素子の何れかの素子側から見たときの断面図)である。
【0029】
2はマウントベースであり、当該マウントベース2には一対の電極ピン5と、一対の電極ピン6がピンステイ3、4を介して植立固定されている。電極ピン5には例えば、検知素子(感ガス素子)7が固定され、電極ピン6には例えば、補償素子8が固定されている。
【0030】
1はガス透過性を有するキャップであり、セラミックス、好ましくは多孔質セラミックスによって形成されている。このキャップ1には、検知素子7と補償素子8の間に配置され、相互の断熱をするための熱遮蔽板1aが設けられている。そして、この熱遮蔽板1aが設けられたキャップ1をマウントベース2の上方より被せて固定して本実施例のガスセンサが構成される。
【0031】
上述のように、本実施例のガスセンサに係る熱遮蔽板1aはキャップ1に設けられているため、キャップ1と接触した状態である。そして、図2に示すように、熱遮蔽板1aの側面部3辺がキャップ1の内側上部及び内側側部の内壁面部に接した構成としている。このような構成によれば、熱遮蔽板1aの熱をキャップを介して外部へ放出できるので、放熱性能を向上できる。
【0032】
また、熱遮蔽板1aは、キャップ1をマウントベース2に接合した状態において、マウントベース2とは接触しないよう隙間dを有して構成している。このため、熱遮蔽板の熱をマウントベース側に蓄えることなく、キャップ側に熱伝導し、放熱性能を向上できる。
【0033】
また、前記熱遮蔽板1aは、プレス成形等でキャップ1と一体的に形成することが可能である。このような構成によれば、熱遮蔽板を精度よく直角に形成することができるため、部品点数も少なくなる。また、歩留が低下する要因が少ないので、製造コストも抑えられ、安価なガスセンサを提供することができる。
【0034】
また、前記キャップ1は、ガスを透過する多孔質体で形成することができる。さらにまた、前記熱遮蔽板もガスを透過する多孔質体で形成することができる。このような構成によれば、検知素子側と補償素子側の対象検知ガスの濃度を均一にすることができる。
【0035】
図3は他の実施例によるガスセンサの側面断面図(感ガス素子と補償素子の何れかの素子側から見たときの断面図)である。この実施例では、キャップ1に設けられる熱遮蔽板1bがキャップ1の内側上面部にのみ接している構成である。このような構成によれば検知素子側と補償素子側の対象検知ガスの濃度をより均一にすることができる。
【0036】
また、熱遮蔽板1bは、キャップ1をマウントベース2に接合した状態において、マウントベース2とは接触しないよう隙間を有して構成している。このため熱遮蔽板の熱をマウントベース側に蓄えることなく、キャップ側に熱伝導し、放熱性能を向上できる。
【0037】
また、前記熱遮蔽板は、キャップに一体的に形成する点、キャップや熱遮蔽板を、ガスを透過する多孔質体で形成することができる点は、先の実施例と同様である。
【符号の説明】
【0038】
1 キャップ
1a 熱遮蔽板
1b 熱遮蔽板
2 マウントベース
3 ピンステイ
4 ピンステイ
5 電極ピン
6 電極ピン
7 検知素子
8 補償素子
11 キャップ
12 マウントベース
13 ピンステイ
14 ピンステイ
15 電極ピン15
16 電極ピン15
17 熱遮蔽板
18 検知素子
19 補償素子



【特許請求の範囲】
【請求項1】
感ガス素子と補償素子を支持する電極ピンと、当該電極ピンを支持固定するマウントベースと、前記感ガス素子と前記補償素子を断熱するための熱遮蔽板と、前記感ガス素子と補償素子を覆って前記マウントベースに固定されるキャップとを有するガスセンサにおいて、
前記熱遮蔽板は、キャップに固定されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項2】
前記熱遮蔽板の側面部の何れかが前記キャップ内壁面に接していることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記熱遮蔽板は、マウントベースとは接触していないことを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記熱遮蔽板は、キャップに一体的に形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記キャップは、ガスを透過する多孔質体であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一つに記載のガスセンサ。
【請求項6】
前記熱遮蔽板がガスを透過する多孔質体であることを特徴とする請求項1〜5の何れか一つに記載のガスセンサ。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−47476(P2012−47476A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−187209(P2010−187209)
【出願日】平成22年8月24日(2010.8.24)
【出願人】(000166948)シチズンファインテックミヨタ株式会社 (438)
【出願人】(000001960)シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Fターム(参考)】