JP3480823B2 - ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents
ガスセンサ及びその製造方法Info
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Description
ル内に中心電極を挿通し、金属酸化物半導体ビードに埋
設したガスセンサとその製造に関する。
心電極を挿通し、これらを金属酸化物半導体のビードに
埋設し、中心電極の一端とコイルの両端をピンに取り付
けて3点支持したガスセンサを提案した(特開昭61−
264246,実開昭61−189256〜7)。しか
しながらこのようなセンサは、3点支持であるため機械
的強度が不十分で、コイルに対する中心電極の位置決め
が困難である。
置決めを容易にして、センサ抵抗などの特性のばらつき
を小さくし、かつリードとベースとの一体成型を可能に
し、さらに小さなベースを用い得るようにして、ベース
のコストを減少させることにある(請求項1〜3)。請
求項2の発明での追加の課題は、センサ本体を4点支持
することにより、機械的強度を増すことにある。請求項
3の発明での追加の課題は、センサ本体の機械的強度を
さらに改善することにある。この発明のガスセンサの製
造方法は、中心電極の位置決めを容易にすることにある
(請求項4)。
イルに中心電極を挿通し、コイルと中心電極とを金属酸
化物半導体のビード中に埋設したセンサ本体を有するガ
スセンサにおいて、少なくとも3本のリードと凹部とを
有するベースを設けて、リードに前記コイルの両端付近
と中心電極の一端付近とを取り付けて、凹部上に前記ビ
ードを保持し、かつ少なくとも3本のリードが板状で、
ベース内で見て、ほぼ同一面内で平行に配置し、ベース
上で中央のリードを凹部と反対側に折り曲げ、両側のリ
ードを中央のリードと逆方向へ折り曲げたことを特徴と
する。
または他のリードに取り付けたことを特徴とする。好ま
しくは消費電力を節減するため、中心電極の他端付近を
ベースの樹脂やガラスなどの非金属表面に取り付ける。
好ましくは、中心電極が、その両端付近に比べて、前記
コイル内で、ベース表面から見て、より高い位置にあ
る。
タ兼用電極のコイルに中心電極を挿通し、コイルと中心
電極とを金属酸化物半導体のビード中に埋設したセンサ
本体を有するガスセンサの製造方法において、少なくと
も3本のリードと凹部とを有するベースを設けて、中心
電極の両端がベースの外側まで延びた状態で、中心電極
の両端付近をベースの両外側でチャックする工程を有す
ることを特徴とする。
コイルのリードへの取り付け、中心電極のリードなどへ
の取り付け、ビードの形成が必要であるが、チャックは
これらの適宜の工程で中心電極を適切な位置に保持する
ために行う。コイルのリードへの取り付け、中心電極の
リードなどへの取り付け、ビードの形成の各工程には固
有の順序があるのではない。例えば、中心電極をチャッ
クした状態でコイルを取り付け、ビードを形成し、次い
で中心電極を取り付けても良い。あるいはコイルを取り
付け、中心電極をチャックして位置決めし、この状態で
取り付け、次いでビードを形成しても良い。
けた凹部上にビードを保持するので、中心電極をベース
の表面付近の高さに配置でき、ベースや他のリードに中
心電極の他端付近を取り付けられる。また中心電極をベ
ースの両外側まで引き出した状態でチャックできるの
で、コイルなどに対する中心電極の位置決めが容易にな
る。コイルに対する中心電極の位置が揃えば、センサ抵
抗のばらつきなどの特性の分散を小さくできる。そして
3本のリードが板状に、ベース内でほぼ同一平面内に平
行に配置されているので、リードを金型などにセットし
た状態でベースを成型でき、安価なベースを用いうる。
また凹部と中央のリードとが逆方向に配置されているの
で、ベースの表面(頂面)を直径方向に沿って広い範囲
で用いることができ、小さなベースを使うことができ
る。
ベースに支持するので、機械的強度が増す。特にここで
中心電極の他端付近をベースに取り付けると、ベースは
リードに比べて熱伝導率が小さいので、消費電力が小さ
くなる。
落下テストなどでコイルが断線することはほとんどない
が、中心電極はしばしば断線することを見出した。そこ
で請求項3の発明では、コイル内と取付部とで中心電極
の高さ位置を異なるようにし、この部分のゆとりを使っ
て落下などによる中心電極の断線を防止できる。
心電極をベースの両外側でチャックして位置決めできる
ので、コイルなどに対する中心電極の位置決めが容易に
なる。このため、センサ特性のばらつきを減らすことが
できる。
サの要部の平面図で、図2は側面図である。2はガスセ
ンサ、4はそのセンサ本体で、ヒータ兼用電極のコイル
6の中心部に中心電極8を挿通し、コイル6と中心電極
8とを、SnO2などのガスにより抵抗値が変化する金
属酸化物半導体のビード10に埋設したものである。金
属酸化物半導体にはSnO2に限らず、ZnOやIn2O
3,WO3などでも良い。またコイル6や中心電極8の材
質は、熱伝導率が高いため消費電力が大きくなるが溶接
などが容易なPtや、熱伝導率が小さく消費電力の小さ
な貴金属合金線が好ましく、例えばPt−W、Pt−A
u、Au−Pd−Mo、Pt−ZGS(ジルコニアでP
tの結晶粒界を安泰化した合金)とする。
を用いる例を示すが、ガラスベースでも良い。14,1
5,16は少なくとも3本の金属リードで、好ましくは
板状とし、ベース12内で見てほぼ同一平面内で平行に
配置され、これらの足の部分24,25,26がベース
12を貫通するように、ベース12の成型時に一体的に
設ける。図2に示すように、3つの足24〜26は同一
面内で揃って平行に設け、成型時に金型に平行にセット
してベース12を成型する。18は凹部で、ベース成型
時に設け、サイズは例えば1mm幅×2mm長×1mm
深さなどとする。
3本のリード14〜16の内、中央のリード15を凹部
18と反対側に折り曲げ、両側のリード14,16を中
央のリード15と、逆方向へ折り曲げ、その縁を凹部1
8と平行にする。このようにすると、ベース12の直径
方向の長さを有効に用いることができ、小さなベースを
用いることができる。
付け部で、このうち20〜22は通常のパラレルギャッ
プ溶接で、リード14〜16にコイル6の両端付近と中
心電極8の一端付近を取り付けたものである。23は、
パラレルギャップの溶接電流による熱を中心電極8の他
端付近に加えて周囲のベースを溶かし、中心電極8の他
端付近をベースに溶着したものである。これらにより凹
部18にビード10を保持させる。また中心電極8の他
端付近は、上記3本のリードに追加して設けた他のリー
ドに取り付けても良い。取付は必ずしも溶接でなくても
よく、例えば超音波熱圧着などでも良く、取り付け部2
3は接着剤による取り付けでも良い。図1ではキャップ
を省略しているが、実際に使用する際には、図2の鎖線
で示したキャップ30を用いる。32は開口で、この部
分に防爆用の金網などを設ける。
取り付け部20,21でリード14,16に取り付け
て、ビード10を凹部18上に保持する。ベースに凹部
18を設けたので、コイル6をベース表面上の低い位置
に保持できる。そしてコイル内に中心電極8を挿通する
と、中心電極をベースの表面付近の高さに配置でき、中
心電極のベースへの取り付けが可能となる。図4に示す
ように、ビード10内で、即ちコイル6内で、中心電極
8をベース12の表面からほぼ高さHだけ上側にリフト
させる。これによって中心電極8に遊びを持たせ。すな
わち中心電極8を、その両端付近に比べて、コイル6内
でベース表面から見てHだけ高い位置に保持する。
る。まず同一平面内で平行に配置した3枚のリード14
〜16の3つの足24〜26を、図示しないタイバーに
連結し、図5の左右からの金型と、凹部18を設けるた
めの金型との計3枚の金型を用いて、樹脂などでベース
12をリード14〜16と一体に成型する。そして中央
のリード15を凹部18と反対側に折り曲げ、両側のリ
ード14,16を中央のリード15と逆方向に折り曲
げ、各リードの底面がベース12の表面にほぼ接するよ
うにする。なおリード14〜16の折り曲げは、成型前
でも良く、成型後でもどちらでも良い。
取り付け部20と21でパラレルギャップ溶接により取
り付ける。次いで中心電極8をコイル6の中心部に挿通
し、ベース12の両外側からチャック34,35でチャ
ックして位置決めし、取り付け部22,23でパラレル
ギャップ溶接により取り付ける。その後ビード10を成
型し、焼結する。あるいは逆に、中心電極8をチャック
34,35でチャックしたままビード10を形成し、そ
の後に取り付け部22,23で取り付けても良い。
とベースとを一体成型できるので、ベース作製のコスト
を下げられる。またベースの表面を有効に利用できるの
で、小さなベースを使用できる。さらに中心電極8を両
側からチャックして、位置を微調整できるので、中心電
極の位置決めが容易になり、コイル6の中心に中心電極
8を配置できる。
コイル6と取り付け部20,21との間に自然に屈曲し
た部分が生じるので、ここで振動や衝撃が吸収され、コ
イル6が断線することはほとんどなかった。これに対し
て断線は中心電極8に集中した。従って図6のように、
コイル6から取り付け部20,21への引き出し部3
6,37がほぼ直線に近いものも用いうる。
変形例では、樹脂製のベース40に3本の金属ピン42
〜44を打ち込み、同様に凹部18を設け、他は実施例
と同様にする。ただし図1〜図5のベース12に比べる
と、ピン42〜44の打ち込みを要する分だけ、コスト
が増加する。
を行った。ここで用いたセンサは、コイル6の内径が1
50μmで、コイル6の長さも150μm、ビーズ10
はほぼ球状で直径が約250μmとした。そして図5に
示すように、コイル6の中心に挿通した中心電極8をチ
ャックした後、取り付け部22〜23で取り付けた。中
心電極8は上記のようにベースより高さHだけリフトさ
せ、遊びを持たせた。中心電極8の取り付け後に、ビー
ド10として、SnO2の粉体をペースト化し、塗布乾
燥し、600〜750℃で焼結した。中心電極8やコイ
ル6は、いずれも直径15μmのPt−W線である。
500℃の定常温度に加熱する際の消費電力が約60m
Wであった。ここで取り付け部23をベース上ではな
く、金属上に取り付けると、消費電力が3mW増加し
た。ただしこれは、中心電極8に熱伝導率の小さなPt
−W線を用いたからで、同径のPt線を中心電極とした
場合、取り付け部23を金属上とすると、消費電力は約
10mW増加した。このように取り付け部23を樹脂製
のベースに取り付け、ヒーターの熱の逃げを小さくする
ことで、センサの消費電力を小さくできた。
キャップを被せ、高さ1mからコンクリートの床に30
回落下させて行った。そして落下後のセンサを検査し、
中心電極8に断線が生じているもの、コイル6が変形し
ているもの、ビード10に欠けが生じているものを集計
した。
例1は、取り付け部23を取り付けずに浮かして3点支
持としたものである。比較例2は、同じく取り付け部2
3を浮かし、さらにコイル6内の中心電極の位置とリー
ド15上での中心電極の高さとを揃えたものである。
ル変形及びビード欠けが多く生じ、比較例2では中心電
極の切断も生じた。これに対しこの発明の実施例では、
コイル変形並びにビード欠けは共に僅かであり、中心電
極の切断は起こらなかった。
図
Claims (4)
- 【請求項1】 ヒータ兼用電極のコイルに中心電極を挿
通し、前記コイルと前記中心電極とを金属酸化物半導体
のビード中に埋設したセンサ本体を有するガスセンサに
おいて、 少なくとも3本のリードと凹部とを有するベースを設け
て、前記リードに前記コイルの両端付近と前記中心電極
の一端付近とを取り付けて、前記凹部上に前記ビードを
保持し、かつ前記少なくとも3本のリードが板状で、ベ
ース内で見て、ほぼ同一面内で平行に配置され、ベース
上で中央のリードが前記凹部と反対側に折り曲げられ、
両側のリードが中央のリードと逆方向へ折り曲げられて
いることを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項2】 前記中心電極の他端付近をベースまたは
他のリードに取り付けたことを特徴とする、請求項1の
ガスセンサ。 - 【請求項3】 前記中心電極が、その両端付近に比べ
て、前記コイル内で、ベース表面から見て、より高い位
置にあることを特徴とする、請求項1または2のガスセ
ンサ。 - 【請求項4】 ヒータ兼用電極のコイルに中心電極を挿
通し、前記コイルと前記中心電極とを金属酸化物半導体
のビード中に埋設したセンサ本体を有するガスセンサの
製造方法において、 少なくとも3本のリードと凹部とを有するベースを設け
て、前記中心電極の両端がベースの外側まで延びた状態
で、中心電極の両端付近をベースの両外側でチャックす
る工程を有することを特徴とする、ガスセンサの製造方
法。
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