(57)【要約】【課題】実装する際の外部との配線の自由度を高めるとともに、外部との接続端子（アウトリードや電極ピン）に加わる力による破損を防止し得るガスセンサを提供する。【解決手段】スペーサ４は、電極ピン７ａ、８ａをスペーサ４に設けられた貫通孔４ａに挿通するようにして配置されている。そしてこの電極ピン７ａ、８ａの先端部は、スペーサ４に設けられた溝４ｂの底面に突出した状態で配置されている。この電極ピン７ａ、８ａの先端部には、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃが溶接等の手段によって接続されている。このアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃは、スペーサ４の面に平行な方向に延出されると共にこの面と平行な方向に曲げ加工された折り曲げ部を少なくとも一ヶ所設けた構成である。そして、このアウトリードはスペーサ４の表面に形成された溝部４ｂ内に配置された構成である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、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であって、前記電極ピンが前記マウントベースの他方の面に突出する側に各電極ピンを貫通させるようにしてスペーサを配置し、前記複数本の電極ピンの先端部に、前記スペーサの面に平行な方向に延出し、この面と平行な方向に曲げ加工された折り曲げ部を有するアウトリードが接続されると共に、前記アウトリードは前記スペーサ表面に形成された溝部内に配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記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を設け、前記スペーサと前記押さえ部材により、前記アウトリードの折り曲げ部を挟み込むようにして保持したことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記スペーサ表面に形成された前記各アウトリードを支えるための溝部が格子状に設けられており、前記アウトリードの折り曲げ部は前記格子状の溝に沿うようにして任意の位置で曲げ加工可能であり、アウトリードの延出方向を任意に設定できることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ガス漏れや毒性ガスの検知、排気ガスや大気汚染等の監視、各種工程の監視等、広範な用途に使用されるガスセンサ、特に燃焼装置において不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）ガス、あるいは燃料電池自動車（ＦＣＶ）における水素ガスの漏れなどを、精度よく検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ガスやメタンガスあるいは一酸化炭素ガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、接触燃焼式ガスセンサや半導体式ガスセンサ等がある。これらのガスセンサはいずれも、可燃性ガスを検知するのに利用される熱源を内蔵している。
【０００３】
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。
【０００４】
また、半導体式ガスセンサは、熱源として半導体層を備えたヒーターコイルからなる感ガス素子を有しており、この半導体層における可燃性ガスの吸着現象により発生する半導体層の電気伝導度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。
【０００５】
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。
【０００６】
さらに、周囲温度の変化による影響を補償するために、上記検知素子と直列に補償素子を接続し、２個の抵抗を直列に接続した直列回路と並列に接続してホイートストンブリッジ回路を構成し、その並列回路の両端間に直流電圧を印加し、検知素子と補償素子の接続点と２個の抵抗の接続点との間の電圧を検出するようにしたガス検知装置も、特許文献１に記載されている。この場合の補償素子としては、検知素子と同じ電気的特性をもつヒーターコイルを酸化触媒の被覆も担持もしない熱伝導層中に埋設したものを使用する。
【０００７】
一方、これらの既存のガスセンサには、ガス透過性を有さない合成樹脂製のマウントベースが設けられている。このマウントベースは、上述した検知素子及び補償素子の両端子と電気的に接続してそれらを支持する一対ずつの電極ピンを貫通させた状態で支持し、検知素子及び補償素子をガス透過性キャップ内に対向させて保持する。
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。
【０００８】
しかし、このようなガスセンサにおけるガス透過性キャップは、環境要因に対する検知素子の防護の機能を有するが、その一方で、ガス透過性に制限を生じるため、センサの応答性能を損なう原因にもなる。また、既存のマウントベースは、検知対象ガスがセンサ内部へ透過するにあたっては何ら貢献していないため、センサの応答性能に寄与しない。さらに、接触燃焼式ガスセンサにおける熱遮蔽板は、検知素子と補償素子の相互の断熱を目的として設けられているが、その一方で、センサ内部における両素子の雰囲気環境を遮断してしまうため、ガスセンサの温湿度特性に対する出力電圧の安定性に対しては必ずしも好ましいとはいえない。
【０００９】
そこで、例えば特許文献２に記載されているように、上述したようにキャップ、マウントベースおよび熱遮蔽板を備えたガスセンサにおいて、それらを全てセラミックス、好ましくは多孔質セラミックスで構成することにより検知対象ガスがセンサ内部に全方向から流入可能にし、ガスセンサ内部のガス濃度を周囲環境のそれに高速で一致させ、それによってガスセンサ出力の応答性能を向上させるようにしたものも提案されている。
【００１０】
また、特許文献３には、落下等による衝撃に対する強度を向上させた接触燃焼式ガスセンサが開示されている。この接触燃焼式ガスセンサは、検知素子及び比較素子を熱遮蔽板をはさんでベースに一体に取り付け、検知素子用ピン及び比較素子用ピンは、可撓性を有すると共に、該熱遮蔽板に対向するそれぞれの位置が、前記熱遮蔽板の平面に直交する方向において互いに重ならないように配置されており、前記各ピンの中間部分が前記熱遮蔽板の平面に直交する同一方向に折り曲げられ、前記各ピンの先端が一列に基板に接合されている。このような構成にすることで、落下等の衝撃を受けた際にピン部分が撓むことにより、衝撃を緩和させて検知素子の劣化やリード部の断線等によるセンサの故障を軽減するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平３−１６２６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６１６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１７７９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された従来のガスセンサは、上述したように感ガス素子の電極ピン、あるいはさらに補償素子の各電極ピンもマウントベースを貫通して支持され、その各基端部がマウントベースの背面から垂直に一定の長さだけ突出している。そのため、各電極ピンが近接しており、しかもその材質が一般にステンレス鋼の一種であるハステロイ等の半田付けが困難なものであるため、各電極ピンと検出回路との配線の作業性が悪いという問題があった。また、機器に実装する際の自由度も低く、余分なスペースを要する場合もあった。
【００１３】
特許文献３に開示された従来のガスセンサは、外部基板と接続されるピンを長めに設けておき、一部を折り曲げ加工することによって緩衝作用を得るようにして耐衝撃性を向上させているが、センサそのものへの影響は軽減されたとしても、ピンに対して引っ張り応力や捩れ応力が加わった場合には、ピン先端部に保持された検出素子等へ衝撃が伝わってしまう可能性があり、検出素子等の破損が懸念される。さらに、ガスセンサを外部基板に接続（取付）した場合に効果を発揮するもので、ガスセンサ接続前の品物、たとえば接続作業時などでは何ら効果が期待できない。また、ピンの弾性力を利用して緩衝作用を得るようにしているが、このガスセンサに対して効果が期待できるのは一方向（例えばＺ軸方向）のみであり、残りの二方向（例えばＸ、Ｙ軸方向）に対しては効果が期待できず、ピンと外部との接続部にもその衝撃が直接加わってしまうので、接続部の破損等の問題が生じる可能性が高いものである。
【００１４】
そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、実装する際の外部との配線の自由度を高めるとともに、外部との接続端子（アウトリードや電極ピン）に加わる力による破損を防止し得るガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のガスセンサは、前記目的を達成すべく成されたもので、少なくとも、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であって、前記電極ピンが前記マウントベースの他方の面に突出する側に各電極ピンを貫通させるようにしてスペーサを配置し、前記複数本の電極ピンの先端部に、前記スペーサの面に平行な方向に延出し、この面と平行な方向に曲げ加工された折り曲げ部を有するアウトリードが接続されると共に、前記アウトリードは前記スペーサ表面に形成された溝部内に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成にすることによって、アウトリードに加わる外部応力、特にアウトリードの延出方向と同方向の引っ張り応力に対しては折り曲げ部の配置された溝部壁面がストッパーとなり、接続部への応力負荷を軽減でき、破損の心配がなくなる。
【００１７】
また、前記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を設け、前記スペーサと前記押さえ部材により、前記アウトリードの折り曲げ部を挟み込むようにして保持することができる。
【００１８】
このような構成にすることによって、アウトリードが強固に保持されるので、加わる捩れ応力にも強くなり、アウトリードの破損や接続部の破損はなくなる。
【００１９】
前記スペーサ表面に形成された前記各アウトリードを支えるための溝部が格子状に設けられており、前記アウトリードの折り曲げ部は前記格子状の溝に沿うようにして任意の位置で曲げ加工可能であり、アウトリードの延出方向を任意に設定することができる。
【００２０】
このような構成にすることによって、アウトリードに加わる応力に対してもアウトリードや接続部の破損の心配がなくなると共に、アウトリードの曲げ方向を任意位置にでき、アウトリードの外部への延出方向を任意に設定できるので実装する際の自由度が向上できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外部応力に起因するアウトリードや、アウトリードと電極ピンの接続部の破損を抑えることができ、高信頼性のガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る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】図１のガスセンサを上下反転して示す斜視図。
【図３】本発明に係るガスセンサの側面断面図。
【図４】本発明のガスセンサのアウトリード側から見た平面図。
【図５】本発明のガスセンサのアウトリード側を上向きにして見た分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
まず、本発明に係わるガスセンサの外観を図１及び図２を参照して説明する。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。
【００２４】
このガスセンサは、取付板となるホルダ基板１１とその背面側に一体に固着されたバネ性ホルダ１２とからなるホルダ１によって各部材が保持されている。
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。
【００２５】
そのホルダ基板１１の環状の突出部１１ｂ内に、後述する円板状のマウントベースが嵌入して固定保持されており、そのマウントベースの一方の面に固着されたキャップ３が、図１に示すように円形の開口１１ａから突出している。そのキャップ３はガス透過性を有し、この例では多孔質セラミックスでドーム状に形成されている。
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。
【００２６】
一方、ホルダ１の背面側には、上記各電極ピン（４本）が突出し、スペーサ４を挿通して、図２の上面側でホルダ１の背面に平行（マウントベースの他方の面にも平行）な方向に延びるステンレス製のアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃと接続している。この例では、４本の電極ピンのうち検知素子と補償素子のそれぞれ一方の端子に接続した２本の電極ピンは１本のアウトリード５ａに共通に接続され、残りの２本の電極ピンは２本のアウトリード５ｂ、５ｃ個別に接続されている。（後述する図４参照。）
【００２７】
ホルダ１の各電極ピンが突出する側に設けられたバネ性ホルダ１２の背面側には、各電極ピンを貫通させると共に各アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃをガイドして支える円板状のスペーサ４と、そのスペーサ４の各アウトリードを支える側の略全面を覆う円板状の押さえ部材６とが設けられ、バネ性ホルダ１２によって位置決め保持されている。
【００２８】
そのため、バネ性ホルダ１２には、スペーサ４の外周面を対向する位置で保持する一対のスペーサ保持片（図２には片方だけが示されている）１２ａと、押さえ部材６を互いに対向する位置でスペーサ側に押圧して係止する一対の押さえ部材係止片１２ｂ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。このバネ性ホルダ１２はその周辺の扇形部１２ｃがホルダ基板１１に溶接されて一体化されている。
【００２９】
スペーサ４上に押さえ部材６を重ねて配置した後、バネ性ホルダ１２の各押さえ部材係止片１２ｂの先端部の両側に形成された係止片部１２ｂ１を、それぞれ図２に矢印で示す方向に略直角に折り曲げると、押さえ部材６の背面にそれが当接し、各押さえ部材係止片１２ｂの立上がり部の湾曲によって強化されたバネ力によって、押さえ部材６をスペーサ４に押圧して保持する。このバネ性ホルダ１２のスペーサ保持片１２ａと押さえ部材係止片１２ｂは、一対ずつに限らず複数ずつ設ければよく、等角度間隔で３箇所以上ずつ設けてもよい。スペーサ４と押さえ部材６はいずれもセラミックスで形成するとよい。
【００３０】
このガスセンサの内部構造について図３を参照して説明する。
図３は、図１、図２に示すガスセンサの側面断面図である。ホルダ基板１１は、ステンレス鋼板をプレス加工して成形した幾分細長い野球のベース形をした部材であり、前述したように中央部に円形の開口１１ａを有する環状の突出部１１ｂが絞り加工によって形成されている。
【００３１】
マウントベース２は円板状であり、その直径線上に沿って細い熱遮蔽板嵌合用のスロット２１が形成され、熱遮蔽板９が立設されている。このスロット２１と熱遮蔽板９を挟んで両側にそれぞれ一対のピンステイ嵌合用のスロット２２、２３が形成されている。そして、このスロット２２、２３にはピンステイ７、８が嵌合配置されている。
【００３２】
前記ピンステイ７には、一対の電極ピン７ａ（図３は断面図であるため、もう一方の電極ピン７aは図示されない。）が挿通されている。この電極ピン７ａには、図示されない感ガス素子である検知素子が電気的に接続され検知素子ユニットを構成している。
【００３３】
前記感ガス素子である検知素子は、検知対象ガスを接触により燃焼させる酸化触媒を表面に被覆するか担持する熱伝導層中に白金系合金線からなるヒーターコイルを埋設しており、そのヒーターコイルの両端を電極ピン７ａに接続している。
【００３４】
前記ピンステイ８には、一対の電極ピン８ａ（図３は断面図であるため、もう一方の電極ピン８aは図示されない。）が挿通されている。この電極ピン８ａには、図示されない補償素子が電気的に接続され補償素子ユニットを構成している。
【００３５】
前記補償素子は周囲温度の変化による影響を補償するために設けた素子であり、酸化触媒を有しない熱伝導層中に、検知素子のヒーターコイルと電気的特性が同じヒーターコイルを埋設しており、そのヒーターコイルの両端を電極ピン８ａに接続している。
【００３６】
前述のマウントベース２、検知素子ユニットのピンステイ７と、補償素子ユニットのピンステイ８、および熱遮蔽板９は、いずれも耐熱絶縁材で、好ましくはセラミックスで作られる。用途によってはマウントベース２と熱遮蔽板９を多孔質セラミックスで形成してもよい。電極ピン７ａ、８ａは耐熱及び耐蝕性の高い導電材、例えばステンレス鋼の一種であるハステロイで作られる。
【００３７】
図３においてマウントベース２の上面側には、電極ピン７ａ、８ａにそれぞれ接続された検知素子や補償素子を覆うようにしてドーム状のキャップ３が被せられている。このキャップ３はガス透過性を有する構成で、ガラス接着剤等による接着によって固着されている。
【００３８】
図４は本発明のガスセンサのアウトリード側から見た平面図である。図５は本発明のガスセンサのアウトリード側を上向きにして見た分解斜視図である。
スペーサ４は、電極ピン７ａ、８ａをスペーサ４に設けられた貫通孔４ａに挿通するようにして配置されている。そしてこの電極ピン７ａ、８ａの先端部は、スペーサ４に設けられた溝部４ｂの底面に突出した状態で配置されている。この電極ピン７ａ、８ａの先端部には、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃが溶接等の手段によって接続されている。このアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの各々は、スペーサ４の面に平行な方向に延出されると共にこの面と平行な方向に曲げ加工された折り曲げ部を少なくとも一ヶ所に設けた構成である（図４と図５に示す例において、アウトリード５ａとアウトリード５ｃには９０°の折り曲げ部が１ヶ所に、アウトリード５ｂには９０°の折り曲げ部が２ヶ所に設けられている）。そして、このアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃはスペーサ４の表面に形成された溝部４ｂ内に配置された構成である。そして、図示していないが、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃが配置された溝部４ｂ内に接着材等を充填して固着している。
【００３９】
このような構成とすれば、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃに加わる外部応力に対し強固な構造が得られる。特にアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの延出方向と同方向の引っ張り応力に対しては、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃがストレートな状態ではなく折り曲げ部を有した構成であるので、この折り曲げ部の配置された溝部４ｂの壁面がストッパーの作用を成し、電極ピン７ａ、８ａとの接続部への直接的な応力負荷を軽減できるので、特にこの電極ピン７ａ、８ａとの溶接部の破損等の心配がなくなる。また、この応力は電極ピン７ａ、８ａには伝わらなくなるので、各電極ピン先端部に保持される検出素子等への影響はない。
【００４０】
また、図５に示すように、スペーサ４の各アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃを支える側の略全面を覆うように押さえ部材６を設け、スペーサ４と押さえ部材６により、前記アウトリードの折り曲げ部を挟み込むようにして保持することができる。
【００４１】
このような構成によれば、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの折り曲げ部が、スペーサと押さえ部材によってサンドイッチされた状態となるので、さらに強固な構造を得ることができる。よって、外部から加わる引っ張り・捩れ等のあらゆる応力に対して強固な構造となり、各アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの破損や電極ピン７ａ、８ａとの接続部の破損はなくなる。
【００４２】
さらに、スペーサ４の表面に形成する各アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃを支持する溝部４ｂを図４、５に示すように格子状に形成しておけば、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの折り曲げ部を前記格子状の溝部４ｂに沿うようにして任意の位置に設定することできる。
【００４３】
このような構成によれば、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃに加わる捩れ応力に対してもアウトリード５ａ、５ｂ、５ｃや電極ピン７ａ、８ａとの接続部の破損の心配がなくなることに加え、アウトリード５ａ、５ｂ、５ｃの延出方向を一方向に限定せず、前記アウトリードの一つは、他のアウトリードの延出方向とは逆方向に延出することも可能で、その方向は任意に設定することができる。よって、外部基板や装置等への実装形態に合わせたアウトリードの配置が可能となり、実装の際の自由度が増す。
【符号の説明】
【００４４】
１    ホルダ
２    マウントベース
３    キャップ
４    スペーサ
４ａ  貫通孔
４ｂ  溝部
５ａ  アウトリード
５ｂ  アウトリード
５ｃ  アウトリード
６    押さえ部材
７    ピンステイ
７ａ  電極ピン
８    ピンステイ
８ａ  電極ピン
９    熱遮蔽板
１１    ホルダ基板
１１ａ  開口
１１ｂ  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
２１    スロット
２２    スロット
２３    スロット
【図１】
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【図２】
2010236864.tif 000004
【図３】
2010236864.tif 000005
【図４】
2010236864.tif 000006
【図５】
2010236864.tif 000007