JPS6011489Y2 - gas sensing element - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は金属酸化物を含む、惑ガス材料を使用する惑ガ
ス素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gaseous element using a gaseous material containing a metal oxide.

一般に金属酸化物を含んでなる惑ガス材料としては、２
：ｎｏ、 ５ｒＣ）２． Ｆｅ２Ｏ３などの還元型の金
属酸化物半導体と、Ｎｉｏ、 Ｃｒ２Ｏ３などの酸化型
半導体とがあり、いずれも煙や水素あるいは炭化水素系
ガスなどの可燃性ガスを吸着したときにその材料の導電
性が変化するものである。In general, the gaseous materials containing metal oxides include 2
:no, 5rC)2. There are reduced type metal oxide semiconductors such as Fe2O3 and oxidized type semiconductors such as Nio and Cr2O3, and in both cases, the conductivity of the material changes when it adsorbs flammable gases such as smoke, hydrogen, or hydrocarbon gases. It changes.

この種の感ガス材料を用いて構成した惑ガス素子として
は、第１図および第２図に示すような構造のものが知ら
れている。As gas-sensitive elements constructed using this type of gas-sensitive material, those having structures as shown in FIGS. 1 and 2 are known.

第１図に示す惑ガス素子１は、電極２，３のコイル部４
，５に惑ガス体６が設けられており、この惑ガス体をペ
ースト状としてコイル部に付着し焼結して一体化されて
いる。The gas element 1 shown in FIG.
, 5 are provided with a gas body 6, and this gas body is made into a paste and is adhered to the coil portion and sintered to integrate it.

電極２，３のどちらか一方は、惑ガス体６を加熱して温
度補償する必要があるためにコイル部をニクロム線など
の発熱体で構成されている。Either one of the electrodes 2 and 3 has a coil portion made of a heating element such as a nichrome wire, since it is necessary to heat the gaseous body 6 to compensate for the temperature.

このような構造の惑ガス素子はコンパクトでありかつ熱
効率が良いという、点でＣキ好ましいが、たとえば家庭
用のガ不漏朴警報器などに組込み、歌手以上も連続して
使用する場合には、この感ガス素子は発熱体４の熱によ
る発熱体近傍の感ガス体組戒が変化すること１．さらに
は結晶粒の成長により、ガス警報濃度に関係する惑ガス
体自身の抵抗値が変化してしまい信頼性に欠けるもので
あった。A gas element with such a structure is compact and has good thermal efficiency, which is why it is preferable to grade C. However, if it is incorporated into a household gas alarm, for example, and used continuously by a singer or more, 1. This gas-sensitive element changes the gas-sensing body structure near the heating element due to the heat of the heating element 4.1. Furthermore, due to the growth of crystal grains, the resistance value of the gas body itself, which is related to the gas alarm concentration, changes, resulting in a lack of reliability.

一方第２図に示した感ガス素子７は、セラミックなどか
らなる円筒状の基体８の筒内にコイル状の発熱体９を挿
入し、−１，筒外周面には一対の電極１０．１１から線
状に固設されており・、その電極１０．１１の一端番；
はそ、れぞ゛れリード端子１２，１３が設けられ、その
電極を設けた基体８の周面には惑ガス体１４が固設され
ている。On the other hand, the gas-sensitive element 7 shown in FIG. The electrodes 10 and 11 are fixed in a linear manner from one end;
Lead terminals 12 and 13 are provided on each side, and a gaseous gas body 14 is fixed on the circumferential surface of the base 8 on which the electrodes are provided.

第２図に示すような構造の惑ガス素子であれば、惑ガス
体１４は直接発熱体９に触れることが無いので、惑ガス
体１４の組成変化、結晶粒の成長などによる問題点は解
決できる。If the gas element has the structure shown in FIG. 2, the gas element 14 will not come into direct contact with the heating element 9, so problems caused by changes in the composition of the gas element 14, growth of crystal grains, etc. will be solved. can.

しかし、他の点で欠点を生じる場合があった。However, there were cases in which drawbacks occurred in other respects.

すなわち、従来の惑ガス素子は、第２図に示すような一
対の電極を設けた基体面に、金属酸化物を含む惑ガス材
料とＰＶＡなどを含む粘結材料との混合物を塗布して、
焼結して行なっていた。That is, in the conventional gas element, a mixture of a metal oxide-containing gas material and a caking material containing PVA or the like is applied to a base surface provided with a pair of electrodes as shown in FIG.
It was done by sintering.

このような方法で得られた惑ガス素子は、粘結材料とし
てＰＶＡを用いて製造されるために基体あるいは電極と
の又は惑ガス体同志の接着強度が弱く、特に円筒状の基
体を用いた場合には、惑ガス体の剥離、クラックが生じ
やすく、電極間の見かけの抵抗値が変化し、信頼性のあ
る惑ガス素子を得ることが困難であった。Since the gas element obtained by this method is manufactured using PVA as the caking material, the adhesive strength between the gas element and the substrate or electrode or between the gas elements is weak, especially when a cylindrical substrate is used. In this case, the gaseous element easily peels off and cracks occur, and the apparent resistance value between the electrodes changes, making it difficult to obtain a reliable gaseous element.

本考案は、感ガス体とセラミック基体及び電極との接着
強度を大きくして、クラックの発生を抑え信頼性の向上
を図るとともに素子の感度をも向上させることができる
惑ガス素子を提供することを目的とする。The present invention provides a gas-sensitive element that can increase the adhesive strength between a gas-sensitive body, a ceramic substrate, and an electrode, suppress the occurrence of cracks, improve reliability, and improve the sensitivity of the element. With the goal.

本考案は、アルミナ、ムライト等のセラミック基体上に
設けられた少なくとも一対の電極と、前記電極間に設け
られ、ＺｎＯ系金属酸化物に粘結剤として該酸化物より
小さい粒径の酸化アルミニウム０．５〜２唾量％含む感
ガス体と、前記セラミック基体を介して惑ガス体を加熱
する発熱体とを具備したことを特徴とする惑ガス素子で
ある。The present invention includes at least one pair of electrodes provided on a ceramic substrate such as alumina or mullite, and a ZnO-based metal oxide, which is provided between the electrodes, and an aluminum oxide having a particle size smaller than that of the oxide as a binder. This is a gas-sensitive element characterized by comprising a gas-sensitive body containing .5 to 2% saliva, and a heating element that heats the gas-sensitive body through the ceramic substrate.

以下本考案の実施例について説明する。Examples of the present invention will be described below.

本考案による感ガス素子は、まず、可焼性ガスなどにガ
ス感応性を有する還元型あるいは酸化型の金属酸化物を
用いて惑ガス体を製造する。In the gas-sensitive element according to the present invention, a gas-sensitive element is first manufactured using a reduced or oxidized metal oxide that is sensitive to combustible gases.

たとえば、酸化亜鉛に酸化カリウム５重量％および白金
を０．１重量％添加してボールミルにより１μｍ程度に
粉砕して粉末状の惑ガス体を作り、この惑ガス体に、水
および上記感ガス体の全量に対して０．５〜２唾量％の
範囲の量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）粉末を粘結
材料として混合し、混練して塗着しやすいようにペース
ト状どする。For example, 5% by weight of potassium oxide and 0.1% by weight of platinum are added to zinc oxide and ground to about 1 μm in a ball mill to make a powdery gaseous body, and this gaseous body is mixed with water and the above-mentioned gas-sensitive material. Aluminum oxide (Al2O2) powder is mixed as a caking material in an amount ranging from 0.5 to 2% based on the total amount, and kneaded to form a paste for easy application.

このペースト状の惑ガス体を第２図で示したような一対
の電極を附設しであるセラミック基体上に塗布し、７０
０〜８５０℃で焼結し前記基体内に発熱体を設ける事に
より惑ガス素子が得られる。This paste-like gaseous substance was applied onto a ceramic substrate attached with a pair of electrodes as shown in FIG.
By sintering at 0 to 850°C and providing a heating element within the base, a gas element can be obtained.

なお上記酸化アルミニウム粉末は、その粒径が惑ガス材
料の金属酸化物粉末の粒径より細い方が好ましく、微粉
末であった方が良い。The above aluminum oxide powder preferably has a particle size smaller than that of the metal oxide powder of the gaseous material, and is preferably a fine powder.

酸化アルミニウムの添加範囲は、惑ガス材料の全重量に
対して０．５重量％未満であっては基体などとの接着強
度力寸分でなく、接着部で剥離を生じ、長時間の使用で
抵抗値の変化を来たす。If the amount of aluminum oxide added is less than 0.5% by weight based on the total weight of the gaseous material, the adhesive strength with the substrate etc. will not be sufficient, and peeling will occur at the bonded part, resulting in resistance after long-term use. Causes a change in value.

酸化アルミニウムを加えないこと以外は前記実施例と同
様な方法で作成した惑ガス素子では、粘着テープ（住友
スリーエ、ＪＩ３Ｎｏ、８１０−１−１８） ｌ’ニー
エル１８００方向はく離テストで簡単にはく離してし
まった。A gaseous element prepared in the same manner as in the previous example except that aluminum oxide was not added was easily peeled off using an adhesive tape (Sumitomo 3E, JI3No. 810-1-18) in a 1800 direction peel test. It happened.

これに対し前述の実施例では同様のテストではく離はお
こらなかった。On the other hand, in the above-mentioned Examples, no peeling occurred in similar tests.

また、さらにＰＶＡを加えたものは焼結後クラックが発
生してしまい、接着強度が弱いばかりか、このクラック
により惑ガス体の抵抗値が増大してしまい、またこのク
ラックの存在から惑ガス素子の抵抗値の経時変化が生じ
信頼性に乏しい。In addition, when PVA is added, cracks occur after sintering, which not only weakens the adhesive strength, but also increases the resistance of the gas element due to the presence of these cracks. The resistance value changes over time, resulting in poor reliability.

前述の実施例素子ではクラックの発生がなく、信頼性が
良好であった。In the above-mentioned example elements, no cracks were generated and the reliability was good.

また２重量％を超えて添加すると、惑ガス体を焼結した
時にクラックが発生し抵抗値を高くする。Moreover, if it is added in an amount exceeding 2% by weight, cracks will occur when the gaseous material is sintered, increasing the resistance value.

さらに湿度などの雰囲気によっても抵抗値が変動するこ
ととなり、信頼性のある素子が得られない。Furthermore, the resistance value varies depending on the atmosphere such as humidity, making it impossible to obtain a reliable element.

本考案の惑ガス素子は、酸化アルミニウムの添加量によ
って、製造された惑ガス素子のガスに対する感度をも改
善される。The gas sensitivity of the manufactured gaseous device of the present invention can also be improved by changing the amount of aluminum oxide added.

これは酸化アルミニウムが焼結する際に、惑ガス材料の
表面積を広くする役割を果し、ガスの吸着面積を広くし
、また、惑ガス体のＺｎＯとＡ１゜０３とによりＺｎ０
−ＡＩ。This plays the role of widening the surface area of the gaseous material when aluminum oxide is sintered, widening the gas adsorption area, and the ZnO and A1゜03 of the gaseous material
-A.I.

０３固体酸触媒を構成する為と考えられる。This is thought to be due to the formation of the 03 solid acid catalyst.

第３図に示す曲線は、惑ガス体の粘結材料に用いた酸化
アルミニウム粉末の感ガス材料に対する添加量（重量％
）を横軸に取り、惑ガス体を焼結して得た感ガス素子の
抵抗値を測定し、ガスの無接触の場合の抵抗値とイソブ
タン０．１％のガスを接触させた時の抵抗値との比を感
度してたて軸に取って画いたものである。The curve shown in FIG.
) on the horizontal axis, the resistance value of the gas-sensitive element obtained by sintering the gaseous body was measured, and the resistance value in the case of no gas contact and the resistance value in the case of contact with 0.1% isobutane gas were measured. It is plotted with the sensitivity ratio to the resistance value plotted on the vertical axis.

第３図からも明らかなように、酸化アルミニウムが６乃
至１６重量％の範囲であれば、より感度の高い感ガス素
子が得られる。As is clear from FIG. 3, if the aluminum oxide content is in the range of 6 to 16% by weight, a gas-sensitive element with higher sensitivity can be obtained.

以上詳述したように本考案によれば、信頼性の高い、か
つ高感度な感ガス素子を製造することができる。As detailed above, according to the present invention, a highly reliable and highly sensitive gas-sensitive element can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図および第２図は惑ガス素子を示す構造図、第３図
は本考案の惑ガス素子の感度を示す特性図である。 ８・・・・・・基体、１０，１１・・・・・・電極、１
４・・・・・・惑ガス体。FIGS. 1 and 2 are structural diagrams showing the gas-perturbation element, and FIG. 3 is a characteristic diagram showing the sensitivity of the gas-permeation element of the present invention. 8...Base, 10, 11... Electrode, 1
4......A mysterious gas body.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] セラミック基体上に設けられた少なくとも一対の電極と
、前記電極間に設けられ、Ｚｎｏ系金属酸化物に粘結剤
として該酸化物より小さい粒径の酸化アルミニウムを０
．５〜２．唾量％含む惑ガス体と、前記基体を介して惑
ガス体を加熱する発熱体とを具備したことを特徴とする
惑ガス素子。At least one pair of electrodes provided on a ceramic substrate and a Zno-based metal oxide provided between the electrodes are coated with aluminum oxide having a particle size smaller than that of the oxide as a binder.
．． 5-2. 1. A gaseous element comprising: a gaseous body containing % saliva; and a heating element that heats the gaseous body through the substrate.