JP4091902B2 - Explosion-proof gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、爆発性雰囲気の燃焼による熱や火災等が外部に漏れることを防止した防爆型ガスセンサに関するものである。 The present invention relates to an explosion-proof gas sensor that prevents heat, fire, and the like due to combustion in an explosive atmosphere from leaking to the outside.
可燃性のガスや蒸気を含む爆発性雰囲気が存在していて爆発の恐れがある危険場所にガスセンサを設置する場合、このガスセンサには、高い防爆性を有した防爆構造を具備していることが要求される。ここでの防爆構造は、内部での爆発性雰囲気の爆発による熱や火災等が外部に漏れることを防止する為の構造であり、このような防爆構造を備えた防爆型ガスセンサとして従来のものは、図9に示すように、ガス感応体20を有するガスセンサ本体2の周囲を両端が開口した筒状の防爆ケース1で覆うとともに、該防爆ケース1の一方の開口を樹脂4等で塞ぎ、他方の開口には金網状の防爆フィルタ3を配した構造となっている(特許文献1参照)。そして、上記構造を備えることで、防爆フィルタ3の通気部分を介して防爆ケース1内に導入した検査対象ガスをガス感応体20で検知するとともに、防爆ケース1内で爆発を生じた場合であっても該防爆ケース1が損傷を受けることなく耐え、外部に存在する爆発性雰囲気にまで引火をすることがないようにしている。
When installing a gas sensor in a hazardous location where there is an explosive atmosphere containing flammable gas or vapor and where there is a risk of explosion, the gas sensor must have an explosion-proof structure with high explosion-proof properties. Required. The explosion-proof structure here is a structure for preventing heat, fire, etc. due to explosion in the explosive atmosphere inside from leaking to the outside, and conventional ones as explosion-proof gas sensors equipped with such an explosion-proof structure are 9, the periphery of the
しかしながら、上記した従来の防爆型ガスセンサにあっては、防爆ケース1と樹脂4との接合部分や、防爆ケース1と防爆フィルタ3との接合部分の強度が十分ではなく、防爆ケース1内で大規模な爆発があれば破損を生じて外部の爆発性雰囲気に引火してしまう恐れがあった。また、防爆フィルタ3の通気部分における火災の伝播防止機能も十分ではなく、この点においてもやはり外部の爆発性雰囲気に引火してしまう恐れのある構造であった。これに対して、防爆ケース1の樹脂4による封止部分を大きく設けたり、また、図示のような金網状の防爆フィルタ3の代りに通気穴を有するカバーを二重構造で設けたりすることで(特許文献2参照)防爆性を向上させることは可能であるが、この場合には防爆型ガスセンサが全体に大型化するといった問題や、構造が複雑化して部品点数が増加するといった問題が生じてしまう。
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、コンパクトで部品点数の少ない構造であり、尚且つ高い防爆性を具備している防爆型ガスセンサを提供することを課題とするものである。 The present invention was invented in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an explosion-proof gas sensor having a compact structure with a small number of parts and having a high explosion-proof property. .
上記課題を解決するために本発明を、内部空間12と連通した通気穴10と端子導出穴11とを有する金属製の防爆ケース1の前記内部空間12内にセンサ本体2を収容し、通気穴10を防爆フィルタ3で塞ぐとともに、端子導出穴11を樹脂4注入により封止して成る防爆型ガスセンサであって、防爆フィルタ3として焼結金属フィルタを用い、焼結金属フィルタと防爆ケース1とを同時焼結により接合させるとともに、端子導出穴11の内周面には樹脂4を抜け止めする為の凹溝16を設けていることを特徴としたものとする。このようにすることで、防爆フィルタ3が防爆ケース1と同時焼結により強固に接合されるとともに、樹脂4も十分な強度で抜け止めされることから、防爆ケース1内部での爆発に対しても十分な強度を有することとなる。加えて、防爆フィルタ3として焼結金属フィルタを用いていることで、外部のガスを導入する通気部分においても十分な火災伝播防止機能が得られ、したがって外部の爆発性雰囲気への引火が確実に防止されることとなる。即ち、本発明の防爆型ガスセンサは、上記のようなコンパクトで部品点数の少ない構造でありながら高い防爆性を具備した防爆型ガスセンサとなるものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is configured such that the
本発明は、コンパクトで部品点数の少ない構造であっても高い防爆性を具備する防爆型ガスセンサを提供することができるという効果を奏するものである。 The present invention provides an effect that it is possible to provide an explosion-proof gas sensor having a high explosion-proof property even with a compact structure having a small number of parts.
本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図1には、本発明の実施の形態における一例の防爆型ガスセンサを示している。図示のように、本例の防爆型ガスセンサは、両端の開口した円筒型の防爆ケース1内に、ガス感応体20を有し端子ピン21を突設してあるセンサ本体2を収容し、センサ本体2のガス感応体20を防爆ケース1の一端側の開口穴である通気穴10と対向させ、センサ本体2の端子ピン21を防爆ケース1の他端側の開口穴である端子導出穴11から外部に導出した構造のものである。そして、防爆ケース1の通気穴10を円盤状の防爆フィルタ3で塞ぎ、端子導出穴11を樹脂4の注入により封止することで、防爆ケース1内で爆発が生じた場合であっても、外部の爆発性雰囲気にまで引火をすることがないようにしている。
The present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 shows an example of an explosion-proof gas sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the explosion-proof gas sensor of the present example accommodates a
以下、更に詳細な構成について説明する。図2には、本例のセンサ本体2を示している。本例のセンサ本体2は半導体ガスセンサであって、例えばSnO2のような金属酸化物半導体22内にヒータ兼用電極コイル23を埋設し、このヒータ兼用電極コイル23の内部に検知電極24を設けることでガス感応体20を形成したものである。ヒータ兼用電極コイル23の両端と検知電極24とは、樹脂ベース25に植設させてある三本の端子ピン21の先端部21aにそれぞれ接続させてあり、この樹脂ベース25やガス感応体20を筒状の金属製パッケージ26により覆っている。金属製パッケージ26にはガス導入用の開口部27を設けており、この開口部27からメッシュ28を介して金属パッケージ26内に侵入したガスがガス感応体20と接触するようになっている。また、樹脂ベース25からは端子ピン21の他方の先端部21bが外部に突出している。
Hereinafter, a more detailed configuration will be described. FIG. 2 shows the
図3には、本例の防爆ケース1を示している。本例の防爆ケース1は、通気穴10と端子導出穴11とを有する金属製(例えばSUS304)の筒状部材であって、防爆ケース1内部の通気穴10と端子導出穴11とを連通させる部分が、センサ本体2を収容する内部空間12となっている。防爆ケース1の内周壁の内部空間12と通気穴10との境界部分には、防爆フィルタ3の周縁部と当りこれと接合される突部13を、全周に亘り形成している。なお、本例の防爆フィルタ3としては図4に示すような円盤状を成す焼結金属フィルタを用いている。焼結金属フィルタは例えばSUS316から形成されるものであり、60〜70μm程度の孔を有するものが好ましい。また、端子導出穴11の内周壁の内部側端部には、後述のセンサ基板5の周縁部と当りこれを位置決めする段部14を形成しており、端子導出穴11の内周壁の外部側端部には、後述の端子ピン支持基板6の周縁部と当りこれを位置決めする段部15を形成している。そして、端子導出穴11の内周壁の、両段部14,15に挟まれる部分には、樹脂4を抜け止めする為の凹溝16を形成している。凹溝16は、リング状を成すように全周に亘り凹設したものであり、軸方向に所定間隔を隔てた二箇所にこれを形成している。
FIG. 3 shows an explosion-
図5に示すように、円盤状を成すセンサ基板5には延長用の端子ピン50を三本突設しており、センサ本体2から突出した三本の端子ピン21の先端部21bを、センサ基板5に三箇所設けてある端子穴51にそれぞれ挿通して半田付けすることで、センサ本体2の端子ピン21と延長用の端子ピン50とがセンサ基板5に形成された導電パターン(図示せず)を介して一対一で電気的に接続されるようになっている。また、図6に示すように円盤状を成す端子ピン支持基板6には、センサ基板5から突出した延長用の端子ピン50を挿通させてこれを支持する為の挿通穴60と、樹脂注入穴61と、この樹脂注入穴61よりも小径の空気抜き穴62とを貫設している。
As shown in FIG. 5, the
本例の防爆型ガスセンサを組立てるにあたっては、防爆ケース1の通気穴10に外部側から防爆フィルタ3を嵌入させて、この防爆フィルタ3の外周面が通気穴10の内周面と当接し、且つ、防爆フィルタ3の内部側を向く円盤面の周縁部分が突部13の外向き面13aと当接する状態とし、同時焼結によってこの防爆フィルタ3と防爆ケース1とを接合させておく。なお、ここで行う同時焼結とは、圧粉体である防爆フィルタ3を防爆ケース1に当てた状態で焼結させると同時に防爆ケース1に接合させる技術のことである。そして、センサ本体2の端子ピン21をセンサ基板5の端子穴51に嵌め込むことでセンサ本体2とセンサ基板5とを一体化させ、これを、センサ本体2部分が内部空間12内に収納されるように端子導出穴11側から防爆ケース1内に挿入すると、センサ基板5の周縁部が段部14に当ることで、防爆ケース1内でのセンサ基板5及びセンサ本体2の位置決めがなされる。次に、端子ピン支持基板6を、センサ基板5の端子ピン50に挿通穴60を嵌め込みながら段差15と当るまで端子導出穴11内に挿入していくことで、センサ本体2とセンサ基板5と端子ピン支持基板6とが一体化された状態で防爆ケース1内に収容されるものである。このとき、端子導出穴11内のセンサ基板5と端子ピン支持基板6とで挟まれる空間が、樹脂4が注入される樹脂注入空間7となる。この樹脂注入空間7は、端子ピン支持基板6の樹脂注入穴61と空気抜き穴62とを介して外部と連通する以外は密閉された空間である。端子ピン支持基板6からは挿通穴60を通して延長用の端子ピン50が外部に向けて突出しており、本例においてはこの端子ピン50を介してセンサ本体2の端子ピン21が端子導出穴11から外部に導出された状態となっている。この状態で、端子ピン支持基板6の樹脂注入穴61に例えば熱硬化性エポキシ樹脂である樹脂4を注入すると、空気抜き穴62から内部の空気を抜きながら樹脂封入空間7内に樹脂4が充填されてゆく。そして、樹脂注入空間7内に隙間なく樹脂4が注入された後に該樹脂4を硬化させることで、端子導出穴11が確実に封止されるものである。
In assembling the explosion-proof gas sensor of this example, the explosion-
上記構成を備えた本例の防爆型ガスセンサにあっては、焼結金属フィルタである防爆フィルタ3を介して外部のガスを防爆ケース1内に導入し、これをセンサ本体2のガス感応体20と接触させて、金属酸化物半導体22に埋設してある電極23,24間の抵抗値の変化を基に検知対象ガスを検知するものである。更に、本例のガスセンサ本体2においては、ヒータ兼用電極23への印加電圧の制御により金属酸化物半導体22の温度をガス検知時よりも高く設定して金属酸化物半導体22に付着した吸着ガスを一旦取り除くクリーニング期間を設けており、このような高温のクリーニング期間と低温のガス検知期間とを交互に繰返して検知対象ガスの濃度変化を精度良く検知するようになっている。このようにヒータ兼用電極23による加熱を行い、特にクリーニング期間に高温に維持されるものである場合には、爆発性雰囲気が存在する危険場所に設置するにあたって高い防爆性が求められるが、本例においては上記したように、防爆フィルタ3として焼結金属フィルタを用い、これを同時焼結により防爆ケース1と接合させるとともに、端子導出穴11の内周面に樹脂4を抜け止めする為の凹溝16を設けた構造としていることで、コンパクトで部品点数の少ない構造でありながら高い防爆性を具備した防爆型ガスセンサとなっている。即ち、本例の防爆型ガスセンサは、凹溝16を設けた端子導出穴11内に注入された樹脂4が、凹溝16と嵌合する凸部41を有した形状で硬化し、この凹溝16と凸部41との嵌合によって内部での爆発に対しても十分な強度で樹脂4が抜け止めされることとなり、内部の爆発に対する十分な強度を有することとなる。ここで、凹溝16を形成せずに同程度の強度を備えようとする場合と比べると、樹脂4の注入部分ひいては防爆ケース1全体の軸方向の寸法を小さく形成することができる。また、防爆フィルタ3も同時焼結により防爆ケース1と強固に接合されることから内部の爆発に対する十分な強度を有することとなる。そして、このように防爆ケース1自体の破損が十分に防止されていることに加えて、防爆フィルタ3として焼結金属フィルタを用いたことで防爆フィルタ3の通気部分においても十分な火災伝播防止機能が得られ、したがって外部の爆発性雰囲気への引火が確実に防止されるものである。しかも、凹溝16を設ける等の簡単な構造で済むことから防爆ケース1自体もコンパクトに形成され、部品点数も少なくて済むものである。
In the explosion-proof gas sensor of the present example having the above-described configuration, an external gas is introduced into the explosion-
次に、本発明の実施の形態における他例の防爆型ガスセンサについて説明するが、一例と同様の構成については説明を省略して、一例と異なる特徴的な構成についてのみ以下に述べる。図7に示すように、本例の防爆型ガスセンサの防爆ケース1には、その外周面の軸方向中央部分に、Oリング8が嵌合される断面略半円状の凹溝17を全周に亘り形成している。図中の90は、端子ピン50が接続される基板9を収納する所定機器のハウジングであり、このハウジング90に貫設してある取付け穴91に本例の防爆ガスセンサを装着した状態において、凹溝17に嵌合してあるOリング8が取付け穴90の内周面と弾接して、防爆ケース1を防爆フィルタ3側が外部に突出した状態で確実に保持するものである。
Next, another example of the explosion-proof gas sensor according to the embodiment of the present invention will be described, but the description of the same configuration as the example will be omitted, and only the characteristic configuration different from the example will be described below. As shown in FIG. 7, the explosion-
次に、本発明の実施の形態における更に他例の防爆型ガスセンサについて説明するが、他例と同様の構成については説明を省略して、他例と異なる特徴的な構成についてのみ以下に述べる。図8に示すように、本例の防爆型ガスセンサの防爆ケース1には、その外周面の軸方向中央部分に、貫通穴19を有するフランジ状の固定片18を突設している。本例のハウジング90には、取付け穴91の近傍に貫通穴92を設けており、ハウジング90の取付け穴91に本例の防爆ガスセンサを装着した状態において、固定片18の貫通穴19とハウジング90の貫通穴92とが連通するようになっている。そして、この連通する貫通穴19,92内に固定具93を挿入固定することで、防爆ケース1を防爆フィルタ3側が外部に突出した状態で確実に保持するものである。
Next, a further example of the explosion-proof gas sensor according to the embodiment of the present invention will be described, but the description of the same configuration as the other example will be omitted, and only the characteristic configuration different from the other example will be described below. As shown in FIG. 8, in the explosion-
1 防爆ケース
2 センサ本体
3 防爆フィルタ
4 樹脂
10 通気穴
11 端子導出穴
12 内部空間
16 凹溝
20 ガス感応体
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