JPH11132984A - ガスセンサ用検知素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造のばらつきを抑制し、ひいてはセンサと
しての感度を向上させることができ、また製作上の歩留
りを向上させることができるガスセンサ用検知素子の製
造方法の提供。 【解決手段】 触媒が担持されたアルミナ等の金属酸化
物の焼結体（担体）と金属コイルから構成される、接触
燃焼式ガスセンサ用検知素子の製造方法において、ペー
スト状の担体を、金属コイルを中心部に固定している球
状凹面を有する容器中に注入して球状に形成する工程を
採用したガスセンサ用検知素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は可燃性ガスを検知
するための接触燃焼式ガスセンサ用検知素子の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に、ブリッジ回路を用いてガス検知
素子と温度補償素子のガス燃焼性を、金属コイルの抵抗
値変化で検知する、接触燃焼式ガスセンサ用検知素子の
一般的な製造法について述べる。

【０００３】ガス検知素子の製法としては、活性アルミ
ナ粉末に水性無機バインダと純水を混合してペースト状
にし、これを白金コイルの周囲に塗布したのち５００〜
８００℃に加熱して担体をコイルに固着する。

【０００４】次に、この担体素子を貴金属塩の水溶液に
浸漬し、乾燥、熱処理して担体上に貴金属触媒を分散担
持する。通常、メタンセンサ用には貴金属塩として塩化
パラジウムが用いられ、また、貴金属塩を分解するため
の熱処理は空気中で４００〜６５０℃に加熱される。上
記のような、熱処理を経た素子は絶縁性のベース上に埋
め込まれた２本の導電性のピンにボンディングされ、さ
らに素子の周囲に防爆用のネットを装着してセンサに組
み立てられる。

【０００５】一方、温度補償素子も上記ガス検知素子の
製法と類似の方法で製作される。ただし、温度補償素子
の場合は上記ガス検知素子のような貴金属触媒の担持工
程が無いか、または触媒を添加する場合は、貴金属塩の
代わりに例えば卑金属の可溶性塩が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の製
造方法による接触燃焼性ガスセンサ用検知素子には以下
のような課題があった。白金コイルへペーストを塗布す
る方法として、空中に保持したコイルにペーストを滴下
し、ペーストの表面張力を利用して球状のセンサ用検知
素子とする。または、ペーストへディップし球状の素子
とする方法がある。しかしながら、これらの方法ではセ
ンサ素子の大きさの精密な制御は困難である。センサ素
子の大きさのばらつきは、熱容量や表面積（熱放出の大
きさ）等に関わり、センサ温度（センサのブリッジ出力
のゼロ点）等の特性のばらつきに影響するため、製造歩
留りの低下を招いていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、以下のよう
な実施の態様を採用することにより、ペーストを容積一
定の球状凹面を有する容器中に充満しセンサ用検知素子
を形成することができるので、センサ用検知素子体積を
一定に保つことが容易になる。

【０００８】すなわち、本発明の第１の態様は、触媒が
担持されたアルミナ等の金属酸化物の焼結体と金属コイ
ルから構成される接触燃焼式ガスセンサ用検知素子の製
造方法において、ペースト状の担体を、金属コイルを中
心部に固定している球状凹面を有する容器中に注入して
球状に形成する工程を含むガスセンサ用検知素子の製造
方法である。

【０００９】本発明の第２の態様は、触媒が担持された
アルミナ等の金属酸化物の焼結体と金属コイルから構成
される接触燃焼式ガスセンサ用検知素子の製造方法にお
いて、ペースト状の担体を、金属コイルを中心部に固定
している球状凹面を有する容器中に注入した後、スキー
ジ等で表面を平滑にし平滑表面をもつ球状に形成する工
程を含むガスセンサ用検知素子の製造方法である。

【００１０】本発明の第３の態様は、前記に記載の製造
方法において、球状凹面を有する容器がシート上に多数
形成されていることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の第４の態様は、前記に記載の製造
方法において、球状凹面を有する容器が耐熱性を有する
材料であることを特徴とするものである。

【００１２】本発明の第５の態様は、前記に記載の製造
方法において、球状凹面を有する容器が該検知素子の焼
成温度において熱分解する材料で構成されていることを
特徴とするものである。

【００１３】本発明の第６の態様は、前記に記載の製造
方法において、金属コイルがあらかじめ球状凹面を有す
る容器中央に備え付けられていることを特徴とするガス
センサ用検知素子の製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下に実施例を中心として詳細に説明する。

【００１５】実施例１ 以下に本発明のガスンサ用検知素子の製造方法を記す。

【００１６】活性アルミナ粉末をコロイダルアルミナと
混合してペースト状とする。これを、図１（ａ）のよう
な半径１ｍｍの凹面（半球面）を持つ石英ガラス容器に
白金コイルを容器の中央に位置させながら、精密ピペッ
トを用いて２．３立方ｍｍの量のペーストを充填する
と、ペーストの表面張力によって図１（ｂ）のような球
形になる。次に脱気を行いコイル内部に空洞が生じない
ようにする。次に、大気中８００℃で１０時間加熱して
担体をコイルに固着させた。石英ガラス容器から取り出
した後（図１（ｃ））、この担体素子を貴金属塩の水溶
液に浸漬し、乾燥、熱処理して担体上に貴金属触媒を分
散担持する。上記のような、熱処理を経た素子は絶縁性
のベース上に埋め込まれた２本の導電性のピンにボンデ
ィングされ、さらに素子の周囲に防爆用のネットを装着
してセンサに組み立てられる。

【００１７】ペ−ストを充填する容器としては耐熱性が
求められるが、そのような材料としては前記石英ガラス
の他に、アルミナ、白金等がある。

【００１８】なお、温度補償素子は上記ガス検知素子の
製法で、パラジウム触媒を担持する工程の前段階の素子
をそのまま用いた。また、石英ガラス容器の凹面は複数
個あってもよく、一度に複数のセンサ素子を同一バッチ
の熱処理で行う場合にも好都合である。

【００１９】次に本発明の比較例として、従来技術での
センサ用検知素子の製造方法を示す。

【００２０】本発明の実施例１と同様な製法によって作
製したアルミナペーストを白金コイルへ塗布する方法と
して、空中に保持したコイルにガラス棒に付着させたペ
ーストを滴下し、ペーストの表面張力を利用して球状の
センサ用検知素子とする（図４）。次に、本発明の実施
例１と同様の熱処理を経た素子は絶縁性のベース上に埋
め込まれた２本の導電性のピンにボンディングされ、さ
らに素子の周囲に防爆用のネットを装着してセンサに組
み立てられる。

【００２１】表１に実施例１の方法で作製したセンサ用
検知素子１００個と、従来の方法で作製した比較例のセ
ンサ用検知素子１００個の重量および表面積の比較を示
す。本発明によれば、センサ用検知素子の重量および表
面積のばらつきを±１０％以内（従来の技術では±２０
％以内である）に制御することが可能である。表２に実
施例１の方法で作製したガス検知素子５０台のブリッジ
ゼロ点出力の比較を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】実施例２ 以下に本発明のセンサのガス検知素子の別の実施例を記
す。

【００２５】活性アルミナ粉末をコロイダルアルミナと
混合してペースト状とする。これを、図２（ａ）のよう
な半径１ｍｍの円柱と球を組み合わせた形状の凹面（半
球面）を持つ石英ガラス容器に白金コイルを容器の中央
に位置させながら、ペーストを充填し次に脱気を行いコ
イル内部に空洞が生じないようにした後、スキージ等で
表面を平滑にする（図２（ｂ））。この場合は、ペース
ト量が穴の体積に等しくなるため正確に体積を制御する
ことが可能である。次に、大気中８００℃で１０時間加
熱して担体をコイルに固着させた。石英ガラス容器から
取り出した後（図２（ｃ））、この担体素子を貴金属塩
の水溶液に浸漬し、乾燥、熱処理して担体上に貴金属触
媒を分散担持する。上記のような、熱処理を経た素子は
絶縁性のベース上に埋め込まれた２本の導電性のピンに
ボンディングされ、さらに素子の周囲に防爆用のネット
を装着してセンサに組み立てられる。

【００２６】なお、温度補償素子は上記ガス検知素子の
製法で、パラジウム触媒を担持する工程の前段階の素子
をそのまま用いた。

【００２７】本実施例の比較例として、実施例１で示し
た従来製法のセンサ用検知素子を比較例とする。

【００２８】表３に実施例１の方法で作製したセンサ用
検知素子１００個と、従来の方法で作製した比較例のセ
ンサ用検知素子１００個の重量および表面積の比較を示
す。本発明によれば、センサの重量および表面積のばら
つきを±５％以内（従来の技術では±２０％以内であ
る）に制御することが可能である。表４に実施例１の方
法で作製したガス検知素子５０台のブリッジゼロ点出力
の比較を示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】実施例３ 以下に本発明のセンサのガス検知素子の別の実施例を記
す。

【００３２】活性アルミナ粉末をコロイダルアルミナと
混合してペースト状とする。これを、図３（ａ）のよう
な半径１ｍｍの凹面（ほぼ球面）を持つ複数個持つシー
ト状のポリエチレン容器に白金コイルを容器の中央に位
置させながら、ペーストを充填し、次に脱気を行いコイ
ル内部に空洞が生じないようにした後、スキージ等で表
面を平滑にする（図３（ｂ））。白金コイルはポリエチ
レン容器の製造時にインサート成形することによってペ
ースト中の位置を決定することができる。この場合は、
ペースト量が穴の体積に等しくなるため正確に体積を制
御することが可能である。次に、大気中８００℃で１０
時間加熱して担体をコイルに固着させると同時に、ポリ
エチレン樹脂の容器は８００℃の熱処理で完全に分解さ
せる。容器の材料としては、は８００℃にて分解される
物質で注型加工できれば何を用いてよいが、例えば前記
ポリエチレンの他に、ポリプロピレン、ポリスチレン等
が使用される。センサ用検知素子の形状は図３（ｃ）の
ようになる。次に、この担体素子を貴金属塩の水溶液に
浸漬し、乾燥、熱処理して担体上に貴金属触媒を分散担
持する。上記のような、熱処理を経た素子は絶縁性のベ
ース上に埋め込まれた２本の導電性のピンにボンディン
グされ、さらに素子の周囲に防爆用のネットを装着して
センサに組み立てられる。

【００３３】なお、温度補償素子は上記ガス検知素子の
製法で、パラジウム触媒を担持する工程の前段階の素子
をそのまま用いた。

【００３４】本実施例の比較例として、実施例１で示し
た従来製法のセンサ用検知素子を比較例とする。

【００３５】表５に実施例３の方法で作製したセンサ用
検知素子１００個と、従来の方法で作製したセンサ用検
知素子１００個の重量および表面積の比較を示す。本発
明によれば、センサ用検知素子の重量および表面積のば
らつきを±５％以内（従来の技術では±２０％以内であ
る）に制御することが可能である。表６に実施例３の方
法で作製したガス検知素子５０台のブリッジゼロ点出力
の比較を示す。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】

【発明の効果】従来のセンサ用検知素子では、センサ用
検知素子の製造時の大きさのばらつきが±２０％だっ
た。これに対し、本発明の場合は、センサ用検知素子の
大きさの制御を±５〜１０％以下にすることが可能であ
る。従って、本発明によって製造のばらつきを抑制し、
ひいてはセンサとしての感度を向上させることができ、
また製作上の歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１によるガスセンサ用検知素子の製造方
法を示す図である。

【図２】実施例２によるガスセンサ用検知素子の製造方
法を示す図である。

【図３】実施例３によるガスセンサ用検知素子の製造方
法を示す図である。

【図４】従来例によるガスセンサ用検知素子の製造方法
を示す図である。

【符号の説明】

１ 球状凹面を有する容器 ２ ガスセンサ用検知素子（担体） ３ 金属コイル ４ スキージ ５ ガラス棒

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒が担持されたアルミナ等の金属酸化
   物の焼結体と金属コイルから構成される接触燃焼式ガス
   センサ用検知素子の製造方法において、ペースト状の担
   体を、金属コイルを中心部に固定している球状凹面を有
   する容器中に注入して球状に形成する工程を含むことを
   特徴とするガスセンサ用検知素子の製造方法。
2. 【請求項２】 触媒が担持されたアルミナ等の金属酸化
   物の焼結体と金属コイルから構成される接触燃焼式ガス
   センサ用検知素子の製造方法において、ペースト状の担
   体を、金属コイルを中心部に固定している球状凹面を有
   する容器中に注入した後、スキージ等で表面を平滑にし
   平滑表面をもつ球状に形成する工程を含むことを特徴と
   するガスセンサ用検知素子の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の製造方法にお
   いて、球状凹面を有する容器がシート上に多数形成され
   ていることを特徴とするガスセンサ用検知素子の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の製造方法において、球
   状凹面を有する容器が耐熱性を有する材料であることを
   特徴とするガスセンサ用検知素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の製造方法において、球
   状凹面を有する容器が該検知素子の焼成温度において熱
   分解する材料で構成されていることを特徴とするガスセ
   ンサ用検知素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の製造方法において、金
   属コイルがあらかじめ球状凹面を有する容器中央に備え
   付けられていることを特徴とするガスセンサ用検知素子
   の製造方法。