JP2010038575A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【構成】感ガス素子と電気的に接続してその感ガス素子を支持する複数本の電極ピン71,72を含む電極ピンを、それぞれマウントベース(図ではバネ性ホルダ12の下側にある)の一方の面から他方の面(背面)に貫通させて支持し、その各電極ピンの端部をスペーサ4の透孔4aを通して溝4b内に突出させ、その突出した部分に、それぞれマウントベースの背面に平行(ホルダ基板11にも平行)な方向に延びる複数本のアウトリード51〜53を、各接続部51a,51b,52a,53aで接続し、押え部材6を被せてバネ性ホルダ12でホルダ基板11に固定・保持する。
【選択図】 図4
Description
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感ガス素子(検知素子)を有しており、この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。
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。
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。
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、感ガス素子の各電極ピンへの配線作業、あるいはさらに補償素子の各電極ピンへの配線作業も容易にし、機器に実装する際の自由度を高め、省スペース化も図ることを第1の目的とする。
この発明はこのような問題も解決し、感ガス素子や補償素子の各電極ピンをマウントベースに固定させる作業を簡単に破損の恐れなくでき、且つ十分な耐熱性も得られるようにすることも第2の目的とする。
上記複数本の電極ピンにおける上記マウントベースの上記他方の面側に突出した部分に、それぞれ該マウントベースの上記他方の面に平行な方向に延びるアウトリードを接続して設けたことを特徴とする。
上記マウントベースの他方の面側に突出する上記感ガス素子ユニットの電極ピン、あるいはさらに上記補償素子ユニットの電極ピンに、それぞれ上記マウントベースの他方の面に平行な方向に延びるアウトリードを接続して設けるとよい。
あるいは、上記電極ピンとアウトリードとは、上記電極ピンのマウントベースからの突出部の外周面と、アウトリードの一端部が折り曲げられて電極ピンと平行になった部分の外周面とが互いの中心軸線に沿って当接し、その当接部がレーザ溶接によって接続されていてもよい。
上記ホルダには、上記スペーサの外周面を保持する複数のスペーサ保持片と、上記押さえ部材を上記スペーサ側に押圧して係止する複数の押さえ部材係止片とがバネ性を有する金属板によって一体に形成されているとなおよい。
さらに、上記押さえ部材のスペーサに当接しない側の面に表面積を増加するための複数の溝又は凹凸を形成してもよい。
上記スペーサと押さえ部材の少なくとも一方がセラミックス又は多孔質セラミックスでできているとなおよい。
上記カバー部材が多孔質セラミックスでできているとよく、上記マウントベースはセラミックス又は多孔質セラミックスでできているとよい。
前記感ガス素子と補償素子を備えたガスセンサにおいては、上記ベースに、上記キャップ内における上記感ガス素子と補償素子とを断熱するための熱遮蔽板を設けるのが望ましい。その熱遮蔽板がセラミックス又は多孔質セラミックスでできているとよい。
まず、この発明によるガスセンサの好ましい実施形態の外観を図1及び図2によって説明する。これは、接触燃焼方式のガスセンサの例であり、図1はそのガスセンサのガス検知部側を上向きにして見た斜視図、図2はそのガスセンサを上下反転して示す斜視図である。
そのホルダ基板11は、中央部に円形の開口11aを有する環状の突出部11bが形成され、その長手方向の両側にそれぞれ取付孔11cが設けられている。
そのキャップ3内には、その詳細は後述するが、感ガス素子である検知素子と補償素子がそれぞれピンステイを貫通する一対ずつの電極ピンに両端子が接続されて支持され、その各電極ピンとピンステイを介して上記マウントベースに固定保持され、対向して配設されている。
図3は、そのガスセンサのホルダとそれに固定保持される検出部側の各部を図2と同様な方向から見た分解斜視図であり、ホルダ1を構成するホルダ基板11とバネ性ホルダ12、マウントベース2とキャップ3、検知素子ユニット7と補償素子ユニット8、熱遮蔽板9、および押さえバネ10を示している。
図3でマウントベース2の下面側にはガス透過性を有するドーム状のキャップ3が、ガラス接着剤等による接着で固着されている。
マウントベース2の直径に沿って細長く形成された熱遮蔽板嵌合用のスロット21は、マウントベース2の背面側の入口部21aが図3に示した熱遮蔽板9の厚さ及び長さより広い幅と長い長さを有し、その奥が熱遮蔽板9を挿入し得る形状なっている。この入口部21aにはスロット21に熱遮蔽板9を挿入した後接着剤を充填するか、熱遮蔽板9の基端部をこの入口部と嵌合する形状にしてもよい。
この押さえバネ10は1枚の円板状の板バネ材を図13に示す形状を得るような平面形状に打ち抜いて、直径線(C−C線)に沿って中心Oに近く対称な位置に、前述した一対ずつ4片の板バネ10aを打抜孔10cによって形成すると共に、その直径線に対して±45°ずつずれた直径線に沿って、それぞれ外周部に4片の板バネ10bを中心Oに対して点対称な位置に形成している。その各板バネ10bは、周方向の両側にそれぞれ外周から平行に切り欠き10dが打ち抜かれることによって形成される。
そして、バネ性ホルダ12の各扇形部12cをホルダ基板11にスポット溶接、又はレーザー溶接して固着する。
スペーサ4には、各電極ピン71,72,81,82を貫通させる4個の透孔4aが設けられ、図4で上側の面には互いに直交する複数本の溝4bが形成されている。そのため、このスペーサ4は各アウトリード51〜53を支持するとともに、その複数本の溝4bによって各アウトリード51〜53をガイドするガイド部材の役目も果たす。
アウトリード51は図17の(b)に示すように、矢示Pで示す部分から一端側が略直角に曲げられてその曲げられた部分の中間部と端部にそれぞれ(a)に示すように扁平な接続部51aと51bが形成されている。
これらの扁平な接続部51a,51b,52a,53aは、その部分を径方向に押し潰し加工するか、あるいは切削加工などによって容易に形成することができる。
また、接続方法も、レーザ溶接に限らず、電気抵抗溶接や、導電性接着剤による接着、カシメ等の手段を採用してもよい。
この実施形態ではこのように、バネ性ホルダ12とスペーサ4と押さえ部材6とによって、各電極ピン71,72,81,82とアウトリード51〜53との接続部近傍をマウントベース及びホルダ基板11に保持・固定することができる。
さらに、押さえ部材6のスペーサ4に当接する側の面には図6に示すように一本の突条6bが形成されており、スペーサ4の溝4bの一本に嵌合して、スペーサ4と押さえ部材6との相対位置決めが容易になる。
また、押さえバネ10の外周部に形成された4片の板バネ10bがマウントベース2の背面に当接し、バネ性ホルダ12の平面部によって幾分押圧されているため、その弾性によってマウントベース2をべース基板11の環状の突出部11bに押し付け、マウントベース2を確実に保持することができる。その際マウントベース2の背面とバネ性ホルダ12の平面部との間に僅かな隙間ができるので、熱伝導をかなり低下させることもできる。
押さえ部材の異なる例を図18から図20によって説明する。図18はその押さえ部材のスペーサに当接しない側の面の平面図、図19はスペーサに当接する側の面の平面図、図20は図18のD−D線に沿う断面図である。
この発明によるガスセンサの他の好ましい実施形態の要部を図21から図23によって説明する。図21はそのガスセンサのバネ性ホルダ及び各電極ピンとアウトリードとの接続部側の外観を示し、図22はそれに二分割したスペーサを取り付けた状態を示し、図23はさらに押さえ部材を取り付けた状態を示す、それぞれ斜視図である。
この実施形態では、4本の電極ピン71,72,81,82にそれぞれアウトリード55〜58を個別に接続する。
そして、バネ性ホルダ12の一対の押さえ部材係止片12b,12bの各係止片部12b1を内側に略90°折り曲げることによって、押さえ部材6を径方向に位置決めすると共にスペーサ一半部41と他半部42に押圧する。押さえ部材60の溝60bにもセラミック接着剤やガラス接着剤等を充填して固着する。
ここで、多孔質セラミックスによるキャップ3やスペーサ4、押さえ部材6等の製造方法について、簡単に説明する。
まず、セラミックス粉末原料と所要の添加剤を調合し、全体を均一に混合する。この場合、セラミックス粉末原料には、粉末粒径が概ね0.3〔μm〕程度のアルミナ粉末又はジルコニア粉末等の一般的なセラミックス材料の粉末を用いる。また、添加剤には、助剤,バインダ及び純水を適量用いる。なお、助剤には、ポリアクリル酸塩等を利用できるとともに、バインダには、アクリル,PVA(ポリビニルアルコール),PEO(ポリエチレンオキサイド)等を利用することができる。
この発明によるガスセンサは、これらの実施形態について説明したように、マウントベース2の背面側に突出する検知素子ユニット7の電極ピン71,72と補償素子ユニット8の電極ピン81,82に、それぞれ該マウントベースの背面及びホルダ1に背面に平行な方向に延びるアウトリード51〜53あるいは55〜58を接続して設けたので、検出回路基板との配線作業が容易になり、センサの後方にスペースを取らないので、機器に実装する際の自由度が高くなり、省スペース化も図ることができる。
電極ピンの数も4本に限らず、2本、3本、5本、6本など複数本の電極ピンを有するガスセンサに適用でき、ピンベースやピンステイは必須ではなくそのいずれかを省略したり、各電極ピンをマウントベースに直接貫通して保持させるようにしてもよい。
さらに、バネ性ホルダ、スペーサ、および押さえ部材を一部あるいは全部省略して、各電極ピンとアウトリードとの接続部部近傍を耐熱性接着剤で固めたり、カバーで覆ってその内部に耐熱性充填剤を充填して固めるようにしてもよい。
4a:透孔 4b:溝 4c:凹陥部
6:押さえ部材 6a:切り欠き 6b:突条 7:検知素子ユニット
8:補償素子ユニット 9:熱遮蔽板 10:押さえバネ
10a:ピンステイ押圧用の板バネ 10b:マウントベース押圧用の板バネ
10c:打抜孔 10d:切り欠き 11:ホルダ基板
11a:円形の開口 11b:環状の突出部 11c:取付孔
12:バネ性ホルダ 12a:スペーサ保持片 12b:押さえ部材係止片
12b1:係止片部 12c:扇形部 12d:透孔
16:押さえ部材 16a:切り欠き 16b:突条
16c:表面積を増加するための溝
22,23:ピンステイ嵌合用のスロット
22a,23a:嵌合部 22b,23b透孔部 22c,23c:段差部
22d,23d:切欠部
30:機器の筐体パネル 30a:装着孔 30b:取付孔 31:取付ねじ
41:スペーサの一半部 42:スペーサの他半部
41a,42a:逃がし孔の半部
51〜53:アウトリード 51a,51b,52a,53a:接続部
55〜58:アウトリード 55a,56b,57a,58a:接続部
60:押さえ部材 60b:溝
70:検知素子 71,72:電極ピン 73:第1のピンステイ
74,75:ピンベース,
80:補償素子 81,82:電極ピン 83:第2のピンステイ
84,85:ピンベース
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- 感ガス素子と、該感ガス素子と一端部で電気的に接続して該感ガス素子を支持する複数本の電極ピンと、該複数本の電極ピンをそれぞれ一方の面から他方の面に貫通させて支持する絶縁材からなるマウントベースと、該マウントベースの前記感ガス素子を含む前記一方の面側の領域を覆うように該マウントベースに固着されたガス透過性を有するカバー部材とを備えたガスセンサにおいて、
前記複数本の電極ピンにおける前記マウントベースの前記他方の面側に突出した部分に、それぞれ該マウントベースの前記他方の面に平行な方向に延びるアウトリードを接続して設けたことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1に記載のガスセンサにおいて、
前記マウントベースの前記各電極ピンが突出する側に、該各電極ピンを貫通させると共に前記各アウトリードを支えるスペーサと、該スペーサの前記各アウトリードを支える側の略全面を覆う押さえ部材とを設け、該押さえ部材と前記スペーサとがいずれも絶縁材でできていることを特徴とするガスセンサ。 - 感ガス素子と電気的に接続して該感ガス素子を支持する複数の電極ピンを絶縁材からなるピンステイを貫通させて平行に保持した感ガス素子ユニットと、
前記ピンステイを嵌合させて保持するマウントベースと、
該マウントベースの一方の面側に固着され、前記感ガス素子ユニットの前記感ガス素子側を覆うガス透過性を有するカバー部材と、
該カバー部材を突出させる開口を有し、前記マウントベースを固定して保持するホルダとを備えたガスセンサにおいて、
前記マウントベースの他方の面側に突出する前記感ガス素子ユニットの前記電極ピンに、それぞれ該マウントベースの他方の面に平行な方向に延びるアウトリードを接続して設けたことを特徴とするガスセンサ。 - 感ガス素子の両端子と電気的に接続して該検知素子を支持する一対の電極ピンを耐熱絶縁材からなる第1のピンステイを貫通させて平行に保持した感ガス素子ユニットと、
補償素子の両端子と電気的に接続して該補償素子を支持する一対の電極ピンを耐熱絶縁材からなる第2のピンステイを貫通させて平行に保持した補償素子ユニットと、
前記第1のピンステイと前記第2のピンステイをそれぞれ嵌合させて、前記感ガス素子子ユニットと前記補償素子ユニットとを対向させて保持するマウントベースと、
該マウントベースの一方の面側に固着され、前記感ガス素子ユニットの前記感ガス素子側と前記補償素子ユニットの前記補償素子側とを覆うガス透過性を有するカバー部材と、
該カバー部材を突出させる開口を有し、前記マウントベースを固定して保持するホルダとを備えたガスセンサにおいて、
前記マウントベースの他方の面側に突出する前記感ガス素子ユニットの前記電極ピンと前記補償素子ユニットの前記電極ピンに、それぞれ該マウントベースの他方の面に平行な方向に延びるアウトリードを接続して設けたことを特徴とするガスセンサ。 - 前記電極ピンと前記アウトリードとは、前記電極ピンの先端面と前記アウトリードの一部を扁平にした部分とが当接し、その当接部がレーザ溶接によって接続されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記電極ピンと前記アウトリードとは、前記電極ピンの前記マウントベースからの突出部の外周面と、前記アウトリードの一端部が折り曲げられて前記電極ピンと平行になった部分の外周面とが互いの中心軸線に沿って当接し、その当接部がレーザ溶接によって接続されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 請求項3又は4に記載のガスセンサにおいて、
前記ホルダの前記各電極ピンが突出する側に、該各電極ピンを貫通させると共に前記各アウトリードを支えるスペーサと、該スペーサの前記各アウトリードを支える側の略全面を覆う押さえ部材とを設け、該押さえ部材と前記スペーサとがいずれも絶縁材でできていることを特徴とするガスセンサ。 - 前記ホルダには、前記スペーサの外周面を保持する複数のスペーサ保持片と、前記押さえ部材を前記スペーサ側に押圧して係止する複数の押さえ部材係止片とがバネ性を有する金属板によって一体に形成されていることを特徴とする請求項7に記載のガスセンサ。
- 前記スペーサの前記各アウトリードを支える側の面に、前記各アウトリードをガイドする溝を形成したことを特徴とする請求項2、7、8のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記押さえ部材の前記スペーサに当接する側の面に、前記各アウトリードをガイドする溝を形成したことを特徴とする請求項2、7、8のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記押さえ部材の前記スペーサに当接しない側の面に表面積を増加するための複数の溝又は凹凸を形成したことを特徴とする請求項2及び7から10のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記スペーサと前記押さえ部材の少なくとも一方がセラミックス又は多孔質セラミックスでできていることを特徴とする請求項2及び7から11のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記カバー部材が多孔質セラミックスでできていることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記マウントベースがセラミックス又は多孔質セラミックスでできていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記マウントベースは、前記ピンステイを嵌合させる嵌合用スロットを有し、その嵌合用スロットは、前記マウントベースの前記他方の面側から厚さ方向の途中までは前記ステイの外周形状と同等か若干大きい開口形状であり、該途中から前記一方の面側は開口形状が縮小して段差部を形成しており、
該嵌合用スロットに前記ピンステイを嵌合させる際に前記感ガス素子が通過するための逃げとなる切欠部を前記段差部に形成したことを特徴とする請求項3に記載のガスセンサ。 - 前記マウントベースは、前記ピンステイを嵌合させる嵌合用スロットを有し、その嵌合用スロットは、前記マウントベースの前記他方の面側から厚さ方向の途中までは前記ステイの外周形状と同等か若干大きいい開口形状であり、該途中から前記一方の面側は開口形状が縮小して段差部を形成しており、
前記ホルダと前記マウントベースとの間に、前記嵌合用スロットに嵌合した前記ピンステイを背面から押圧して前記段差部に押し付ける押さえバネを介装したことを特徴とする請求項3に記載のガスセンサ。 - 前記マウントベースは、前記第1のピンステイと前記第2のピンステイをそれぞれ嵌合させる一対の嵌合用スロットを有し、その各嵌合用スロットは、それぞれ前記マウントベースの前記他方の面側から厚さ方向の途中までは前記第1又は第2のステイの外周形状と同等か若干大きい開口形状であり、該途中から前記一方の面側は開口形状が縮小して段差部を形成し、該一対の嵌合用スロットに前記第1のピンステイ及び前記第2のピンステイをそれぞれ嵌合させる際に前記感ガス素子及び補償素子が通過するための逃げとなる切欠部を前記各段差部に形成したことを特徴とする請求項4に記載のガスセンサ。
- 前記マウントベースは、前記第1のピンステイと前記第2のピンステイをそれぞれ嵌合させる一対の嵌合用スロットを有し、その各嵌合用スロットは、それぞれ前記マウントベースの前記他方の面側から厚さ方向の途中までは前記第1又は第2のステイの外周形状と同等か若干大きいい開口形状であり、該途中から前記一方の面側は開口形状が縮小して段差部を形成しており、
前記ホルダと前記マウントベースとの間に、前記一対の嵌合用スロットにそれぞれ嵌合した前記第1のピンステイと前記第2のピンステイを、それぞれ背面から押圧して前記段差部に押し付ける押さえバネを介装したことを特徴とする請求項4に記載のガスセンサ。 - 前記ベースには、前記キャップ内における前記感ガス素子と前記補償素子とを断熱するための熱遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項4、15,16のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記熱遮蔽板がセラミック又は多孔質セラミックスでできていることを特徴とする請求項19に記載のガスセンサ。
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