JPH095270A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 金属ベース４にステム６をガラス８で固着
し、ステム６でガスセンサ本体１０を支持する。ベース
４に突起２６を設け、ここでキャップ２０を溶接する。 【効果】 ベースとキャップが何れも金属となるので安
価で耐熱／耐食性に優れ、突起２６を用いて溶接するの
で小さな溶接電流でキャップをきれいに溶接できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は可燃性ガスや毒性ガス，
臭い，水蒸気，ＣＯ2等を検出するためのガスセンサに
関し、特にキャップとベースとの溶接や，ベースの構造
に関する。

【０００２】

【従来技術】ガスセンサの構造としては、センサ本体を
ベースに植設したステムにリード線やダイボンドで取り
付け、ベースにキャップを固定してセンサ本体を覆った
ものが一般的である。ベースには主としてプラスチック
ベースが用いられ、キャップには金網等が用いられる。
金網をプラスチックベースに溶接することはできないの
で、かしめリングでキャップをベースにかしめ止めする
場合が多い。

【０００３】プラスチックベースは安価であるが、高温
の苛酷な環境に耐えることができず、特殊な用途ではセ
ラミックベースが用いられる。例えば電子レンジ等の調
理機の制御用のガスセンサでは、アルミナ等のセラミッ
クベースが用いられる。湯沸器やストーブ等の燃焼器具
の不完全燃焼を検出するためのセンサでも、セラミック
ベースが用いられる。また自動車の車室への外気導入の
制御に用いるセンサでも、センサをエンジンルームに取
り付けるため、セラミックベースが用いられる。セラミ
ックベースを用いるのは、ガスセンサが高温の苛酷な環
境に曝されるためプラスチックベースでは耐久性がない
からで、センサは例えば１００〜４００℃程度の雰囲気
に曝される。しかしながらセラミックベースは極端に高
価で、これらの用途へのガスセンサの利用を妨げてい
る。

【０００４】

【発明の課題】この発明の課題は、 1) プラスチックベースを不要にすることにより、ガス
センサの耐熱／耐食性を向上させ， 2) ベースとキャップを小さな溶接電流できれいに溶接
できるようにし、同時にかしめリングを不要にし、 3) ガスセンサへの電磁シールを向上させ、外来ノイズ
を受け難くする、ことにある（請求項１〜３）。請求項
２の課題は、 4) ベースの耐熱性をさらに向上させることにある。

【０００５】

【発明の構成】この発明は、ベースに植設した複数のス
テムにガスセンサ本体を取り付け、該本体を囲むように
配置したキャップを前記ベースに取り付けたガスセンサ
において、前記キャップを通気部を設けた金属キャップ
とし、前記ベースの少なくとも外周部を金属として、前
記ステムを絶縁材料でベースに固着し、前記ベースまた
はキャップの何れかに突起を設けて、該突起部でベース
とキャップとを溶接したことを特徴とする。絶縁材料に
はガラスやポリイミド樹脂等の耐熱絶縁樹脂が好まし
く、特に安価で耐熱／耐食性が高いガラスが好ましい。
またこの発明のガスセンサでは、ベースが主として金属
からなり熱伝導率が高いため、消費電力の大きなセンサ
ではベースの温度上昇が著しくなる。そこでガスセンサ
本体には消費電力を小さくすることが容易な、耐熱絶縁
基板上にヒータ膜とガスにより抵抗値が変化する金属酸
化物半導体膜と該ヒータ膜及び金属酸化物半導体膜に接
続した電極とを設けたものが好ましい。

【０００６】

【発明の作用】この発明では、外周部を金属としたベー
スに金属キャップを突起部で溶接する。このため小さな
溶接電流で溶接でき、溶接の作業性が高く、また溶接部
の金属の飛散等による汚染や溶接部の荒れがすくなく、
きれいに溶接できる。ベースは金属等からなり、プラス
チックベースに比べ耐熱性や耐食性が高く、苛酷な環境
でも用いることができ、しかもセラミックベースに比べ
安価である。キャップをベースに溶接するため、かしめ
リングは不要になり、ベースとキャップの結合強度は高
く、またガスセンサ本体は、金属のキャップやベースで
囲まれるため、周囲から電磁シールされて電子レンジや
自動車のエンジンルーム等のノイズの多い環境でも用い
ることができる。ステムは絶縁材料でベースに固着さ
れ、絶縁材料を用いるのでベースと絶縁される。

【０００７】

【実施例】図１〜図６に、実施例とその変形とを示す。
図１，図２において、２はガスセンサ、４は金属ベース
で、周辺をフランジ状にしたディスク状で、６は例えば
４本のステムで、ガラス８でベース４に設けた貫通穴に
固着してある。ベース４には鋼やコバール合金等を用
い、ステム６には例えば鉄／ニッケル合金やコバール合
金等を用い、ガラス８には軟化点が５００〜１０００℃
程度のものを用いる。ガラス８に替えてポリイミド樹脂
等の耐熱／耐食性の絶縁樹脂を用いても良いが、ガラス
８は安価でしかも耐熱／耐食性が高いので好ましい。１
０はガスセンサ本体で、図２に示すように、耐熱絶縁用
のアルミナ基板１２に金属酸化物半導体膜１４と４つの
電極パッド１６を設け、基板１２の裏面に図示しないヒ
ータ膜を設けたものである。裏面のヒータ膜と表面に配
置した電極パッド１６との接続には例えばスルーホール
を用い、１８はリード線で、電極パッド１６とステム６
とを接続する。電極パッド１６の基板１２の付着力が不
足する場合、パッド１６を白金の厚膜からなる下地層
と、金の厚膜からなる上地層の２層にし、金膜でリード
線１８との接続を容易にし、白金層で基板１２との付着
力を増すようにする。またヒータ膜を金属酸化物半導体
膜１４と基板１２上の同じ面に配置しても良い。

【０００８】ここではガスセンサ本体１０をリード線１
８で保持したが、ガスセンサ本体１０をステム６にダイ
ボンドしても良い。またガスセンサ本体１０にガスによ
り抵抗値が変化する金属酸化物半導体を用いたが、これ
以外にプロトン導電体やナトリウムイオン導電体等を用
いても良い。そしてガスセンサ本体１０での検出対象に
は、可燃性ガスや毒性ガスあるいは臭いに限らず、例え
ば水蒸気やＣＯ2等が含まれる。ガスセンサ本体１０の
形状や構造は任意であるが、図２のガスセンサ本体１０
では、金属酸化物半導体膜１４やヒータ膜のサイズを小
さくすれば消費電力を小さくできる。このため金属ベー
ス４の熱伝導率が高くてもその昇温は小さく、ベース４
を小型化しても、プリント基板等にガスセンサ２を実装
した際に、プリント基板等が過熱することを防止でき
る。

【０００９】２０は金属キャップで、２２は開口、２４
は開口２２に設けた金網である。金網２４を設けず、金
属キャップ２０に小穴を多数設けて通気部としても良
い。金属キャップ２０の下端を金属ベース４の周囲のフ
ランジ部に溶接し、溶接はキャップ２０またはベース４
に設けた突起２６の部分で行う。実施例ではベース４に
突起２６を設けたが、キャップ２０に設けても同じであ
る。突起２６は例えば図２に示すようにリング状とした
が、図３に示すような点状の突起３０でも良い。

【００１０】図４，図５に変形例のガスセンサ３２を示
す。４０は新たなベースで、ほぼディスク状をし、ステ
ム６を通すための穴と突起２６とを設けると共に、ベー
ス４０の中心にセラミック板４２を配置してある。これ
以外の点は図１，図２のガスセンサ２と同様で、突起２
６でベース４０とキャップ２０とを溶接してある。

【００１１】図６を用いてガスセンサ２の製造工程を示
す。５０はガラス８との馴染みの悪い材料からなる治具
で例えば炭素を用い、治具５０にベース４をセットし、
例えばビーズ状にしたガラス８を通したステム６をセッ
トする。次いで中性や還元性等の雰囲気で焼成すると、
ガラス８が溶融してステム６がベース４に固着され、ス
テム６はガラス８でベース４から絶縁される。ガラス８
と治具５０の馴染みが悪いので、ガラス８はベース４の
穴の中に留まり、流れ出さない。

【００１２】次いでガスセンサ本体１０をリード線１８
等でステム６に取り付け、キャップ２０をかぶせる。こ
の時キャップ２０とベース４とは突起２６で接触し、こ
の部分に溶接電流を加えると、突起２６の部分で溶接さ
れる。このため小さな溶接電流で溶接でき、溶接の作業
性が高く、また溶接電極の消耗も少ない。さらに溶接部
でのキャップ２０やベース４の材料の飛散によるガスセ
ンサ本体１０の汚染が少なく、溶接部の荒れが小さく、
均一にきれいに溶接できる。

【００１３】製造したガスセンサ２，３２について特徴
を示すと、プラスチックベースを用いないので、耐熱性
や耐食性に優れ、例えば５００℃等の高温の排ガス中等
でも用いることができる。次にキャップ２０とベース
４，４０は溶接で結合してあるので、かしめリングが不
要でまた結合強度も高い。ベース４，４０は従来のセラ
ミックベースに比べ製造が極めて簡単である。図４，図
５のベースでも中心のセラミック板４２は単純な円板状
等の形状でよく、ベース全体をセラミックにする場合に
比べれば極めて安価なベースとなる。ステム６はガラス
８でベース４，４０から絶縁され、ガスセンサ本体１０
は金属キャップ２０やベース４，４０で電磁シールされ
るので、周囲のノイズを受け難い。このため金属酸化物
半導体膜１４の材料に高抵抗なものを用いることがで
き、またプロトン導電体やナトリウムイオン導電体等の
起電力型のガスセンサを用いても周囲からのノイズが小
さい。

【００１４】

【発明の効果】この発明のガスセンサでは、 1) 金属キャップと主として金属からなるベースを用い
るので、耐熱／耐食性が高く、苛酷な環境でも用いるこ
とができ、 2) セラミックベースに比べ極めて安価で、 3) ベースとキャップの溶接を突起部を利用して小さな
溶接面積で行うので、小さな溶接電流で溶接でき、この
ため溶接の作業性が高く、溶接部の金属の飛散や溶接部
の荒れ等が少なく、きれいに溶接できる。 4) キャップをベースに固定するためのかしめリングが
不要で、しかもベースとキャップの結合強度が高く、 5) ガスセンサ本体は主として金属のベースと金属キャ
ップで電磁シールされて、周囲のノイズを受け難く 6) ステムはベースから絶縁材料で絶縁される（請求項
１〜３）。請求項２のガスセンサでは、 7) 絶縁材料にガラスを用いるので、ベースの耐熱性が
さらに向上し、しかもガラスは安価である。請求項３の
ガスセンサでは、 8) ガスセンサ本体として消費電力を小さくし易い金属
酸化物半導体やヒータを膜状にしたものを用いるので、
金属ベースの昇温が少なく、プリント基板等のガスセン
サの取付部への影響を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のガスセンサの断面図

【図２】 実施例のガスセンサのキャップ取付前の状
態を示す平面図

【図３】 変形例の突起を示す平面図

【図４】 第２の変形例のガスセンサの断面図

【図５】 第２の変形例のガスセンサのベースの平面
図

【図６】 実施例のガスセンサのステムの植設工程を
示す断面図

【符号の説明】

２ ガスセンサ ２０ 金属キ
ャップ ４ 金属ベース ２２ 開口 ６ ステム ２４ 金網 ８ ガラス ２６ 突起 １０ ガスセンサ本体 ３０ 突起 １２ アルミナ基板 ３２ ガス
センサ １４ 金属酸化物半導体膜 ４０ ベー
ス １６ 電極パッド ４２ セラ
ミック板 １８ リード線 ５０ 治具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースに植設した複数のステムにガスセ
   ンサ本体を取り付け、該本体を囲むように配置したキャ
   ップを前記ベースに取り付けたガスセンサにおいて、 前記キャップを通気部を設けた金属キャップとし、 前記ベースの少なくとも外周部を金属として、前記ステ
   ムを絶縁材料でベースに固着し、 前記ベースまたはキャップの何れかに突起を設けて、該
   突起部でベースとキャップとを溶接したことを特徴とす
   る、ガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記絶縁材料をガラスとしたことを特徴
   とする、請求項１のガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記ガスセンサ本体を、耐熱絶縁基板上
   に、ヒータ膜と、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化
   物半導体膜と、該ヒータ膜及び金属酸化物半導体膜に接
   続した電極とを設けたものとしたことを特徴とする、請
   求項１のガスセンサ。