(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセラミック材料で覆われたコイル形状部分を有する検出素子又は比較素子の前記コイル形状部分から連続させて引き出し線の出ている接触燃焼式ＣＯセンサにおいて、前記コイル形状部分と同一材料の引き出し線は白金に１．０％以下のジルコニア又は白金に１．０％以下のとイットリアを含有させた合金線によって構成されていることを特徴とする接触燃焼式のＣＯセンサ。
【請求項２】
センサ基台に少なくとも一対の第１の端子ピンと一対の第２の端子ピンとが突設され、第１の端子ピン間には極細抵抗線の中央部に形成されたコイル形状部分を覆うセラミック材料に含有の触媒を用いた接触燃焼反応熱による内部極細抵抗線の抵抗変化によってＣＯ濃度を検出する検出素子がそのＣＯ濃度検知部の前記コイル形状部分に連続する極細抵抗線の引き出し線によって張設され、第２の端子ピン間には触媒が含有されていないセラミック材料によって覆われたコイル形状部分を有する比較素子が同様に該比較素子のコイル形状部分の内部極細抵抗線に連続させた引き出し線によって張設されている接触燃焼式ＣＯセンサにおいて、検出素子および比較素子のコイル形状部分と引き出し線との連続した同一材料の線からなる極細抵抗線は白金に１．０％以下の微量のジルコニア又は白金に１．０％以下の微量のイットリアを含有させた白金合金線によって構成されていることを特徴とする接触燃焼式のＣＯセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃焼装置の排気側に設けられて排気ガス中の一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の濃度を検出する接触燃焼式ＣＯセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスや石油を燃料とする給湯器、風呂釜、暖房機等の燃焼装置の排気トップ（燃焼室の排気側）には、燃焼室から出る排気ガス（燃焼排気ガス）中のＣＯ濃度（ＣＯガス濃度）を検出する接触燃焼式ＣＯセンサが設けられており、当該ＣＯセンサにより排気ガス中のＣＯ濃度を検出して、ＣＯ検出濃度が所定の基準濃度を越えたときに警報を発したり、燃料供給遮断等の安全動作が行われるようになっている。
【０００３】
この種の接触燃焼式ＣＯセンサの一例が図２および図３に示されている。これらの図において、センサ基台１の上面（表面側）には複数対の端子ピンが突設されており、一対の第１の端子ピン２ａ間に、例えば直径数１０μｍの極細抵抗線である白金線を介して、ＣＯガスに感応する検出素子５が張設されており、一対の第２の端子ピン２ｂ間には同様に同じ線径の極細抵抗線である白金線を介して、ＣＯガスに感応しない比較素子４が張設されており、さらに、一対の第３の端子、ピン２ｃ間には温度検出素子１２が設けられ（この温度検出素子１２は省略される場合もある）、比較素子４と検出素子５は仕切り板６によって仕切られている。なお、比較素子４と検出素子５は図５に示すように、抵抗ブリッジ回路に組み込まれている。
【０００４】
検出素子５は、図４に示すように、極細抵抗線である白金線の中央部にコイル形状部分１３を形成し、このコイル形状部分１３を、例えば白金、パラジウム、ロジウム等の適宜の触媒を含有させたセラミック材料で覆ってボール状（球状）に形成したものであり、ボール部分から外に導出された引き出し白金線を前記の如く一対の端子ピン２ａ間に張ってピンに接続装着されている。
【０００５】
比較素子４も、同様に、極細抵抗線である白金線の中央部に形成したコイル形状部分１３を触媒を含有しないセラミック材料により覆ってボール状に形成し、このボール部分から導出した白金の引き出し線を一対のピン２ｂ間に張ってピンに接続装着されている。
【０００６】
これら比較素子４と検出素子５の周りは、上下両端側が開口された筒状のグラスウール７に覆われ、さらに、その外側は、金属カバー２１により覆われている。この金属カバー２１の周壁内面には羽根状の板２０が切り起こしにより形成されており、切り起こし開口１１から排気ガスが内部に入り込むように形成されている。なお、センサ基台１の裏面側には各端子ピンをリード線に結線接続する基板が設けられるが、その基板の図示は省略してある。
【０００７】
この種のＣＯセンサの使用時においては、比較素子４および検出素子５はリード線（図示せず）から端子ピンを介しての通電により約２００  ℃に加熱されており、この状態で検出素子５にＣＯガスが接触すると、触媒による接触燃焼反応が生じ、この反応により検出素子５の温度が上昇して電気抵抗が大きくなり、この抵抗変化により抵抗ブリッジ回路上で比較素子４との抵抗バランスが崩れ、この抵抗バランスの崩れに応じＣＯセンサから取り出される電圧の変化が生じ、その変化に基づいてＣＯガス濃度が検出される。このとき、温度検出素子１２により検出される温度情報に基づいて、ＣＯセンサ出力の温度補正が行われる。
【０００８】
図６は燃焼装置として一般的に知られている給湯器の排気側にＣＯセンサ９を設置したセンサ使用例を示したものである。この種の給湯器には燃焼制御装置３３が設けられており、この燃焼制御装置３３の制御により、燃焼室２９内のノズルホルダ２４にガス管２５から燃料ガスが供給され、一方、燃焼ファン２３の回転により、空気が図の矢印Ｂに示すように吸気部３０から装置内に入って図示されていないバーナ側に空気が送り込まれ、この空気と前記燃料ガスとによりバーナの燃焼が行われ、給水管２６から熱交換器２２に供給される水が熱交換器２２を通ってバーナ燃焼により加熱され、湯となって、給湯管２８から台所等の所望の場所に供給されるようになっている。そして、このような燃焼動作により発生した燃焼排気ガスが排気トップ８に流れ、排気ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサ９によって検出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
比較素子４および検出素子５に使用される極細抵抗線は、図７に示すような温度と抵抗（電気抵抗）の特性直線の傾き（ＴＣＲ）の大きい材料で形成することがＣＯ検出の感度を高める上で必要となる。このような傾きの大きい特性を持った材料として、白金線が使用されている。
【００１０】
前記の如く、ＣＯ検出感度を高めるには、白金線の如くＴＣＲの大きな材料の抵抗線を使用する他に、微小なＣＯ濃度の変化に伴う燃焼反応の微小な発熱変化を大きい変化としてとらえる必要があり、そのためには細く長い白金線が検出素子又は比較素子の中になければならず、強度を上げるために線を太くすれば抵抗値変化が小さすぎてＣＯ濃度を検出できなくなるという問題があり、線を太くしても長い白金線が入るほど素子の大きさを大きくすればさらに太い白金線が必要となってしまう。そのために、比較素子４および検出素子５の白金線は線径数１０μｍの極細線が用いられている。
【００１１】
ちなみに検出（比較）素子のボールの直径１．８  ｍｍに対し、白金線の線径２５μｍのものを直径１ｍｍのコイル状にして、１８回巻いたものを入れて、ＣＯ１００  ｐｐｍ  当たり約０．３  ｍＶを得ることができるが、コイル間ピッチは僅か６０μｍである。
【００１２】
ところが、白金線は前記の如く、温度変化に対する抵抗変化量が大きく、ＴＣＲの特性は優れているが、引っ張り等の機械的強度が弱く、極細線の白金線でボール状の比較素子４や検出素子５を端子ピン間に吊っている構成であるために、機械的振動を受けて白金線が切断してしまったり、あるいは、ＣＯセンサ９を給湯器等に取り付ける際に、過って落としてしまったときには、落下の高さが低いにもかかわらず、白金線が切れてしまうという問題があり、センサ寿命の信頼性の上で問題があった。
【００１３】
従来のセンサでは、このような振動等による白金線の断線を防止するために、必ず比較素子４や検出素子５の回りをグラスウール７で覆って比較素子４および検出素子５を支えて保持する構成としており、グラスウール７は省略できない必須の部品として必要となり、グラスウール７を使用する分、センサの生産工程が増え、コスト高になるという問題があった。さらに、このような排気中におかれるＣＯセンサは排気中に含まれる水分が結露してＣＯセンサに滴下してグラスウールを湿らせ出力がくるってしまう。これを防止するためにＣＯセンサを付ける器具にはさらに結露対策まで必要とする問題点があった。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、比較素子および検出素子の極細抵抗線の機械的強度を高め、かつ、ＴＣＲの特性にも優れた接触燃焼式ＣＯセンサを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、第１の発明は、少なくともセラミック材料で覆われたコイル形状部分を有する検出素子又は比較素子の前記コイル形状部分から連続させて引き出し線の出ている接触燃焼式ＣＯセンサにおいて、前記コイル形状部分と同一材料の引き出し線は白金に１．０％以下のジルコニア又は白金に１．０％以下のとイットリアを含有させた合金線によって構成されていることを特徴として構成されている。
【００１６】
また、第２の発明は、センサ基台に少なくとも一対の第１の端子ピンと一対の第２の端子ピンとが突設され、第１の端子ピン間には極細抵抗線の中央部に形成されたコイル形状部分を覆うセラミック材料に含有の触媒を用いた接触燃焼反応熱による内部極細抵抗線の抵抗変化によってＣＯ濃度を検出する検出素子がそのＣＯ濃度検知部の前記コイル形状部分に連続する極細抵抗線の引き出し線によって張設され、第２の端子ピン間には触媒が含有されていないセラミック材料によって覆われたコイル形状部分を有する比較素子が同様に該比較素子のコイル形状部分の内部極細抵抗線に連続させた引き出し線によって張設されている接触燃焼式ＣＯセンサにおいて、検出素子および比較素子のコイル形状部分と引き出し線との連続した同一材料の線からなる極細抵抗線は白金に１．０％以下の微量のジルコニア又は白金に１．０％以下の微量のイットリアを含有させた白金合金線によって構成されていることを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明では、比較素子および検出素子の極細抵抗線や引き出し線をジルコニア含有白金線やイットリア含有白金線によって構成したことで、従来の白金線と同じ線径の場合にあって、機械的引っ張り強度は２倍となり、振動等の外力を受けても、その極細抵抗線が断線するということはなくなり、長期に亙り信頼性の高いＣＯ検出が可能となる。
【００１８】
また、白金に含有するジルコニアやイットリアは１．０  ％以下の微量とすることで、白金線と比較して遜色のないＴＣＲ特性が得られる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係る接触燃焼式ＣＯセンサの実施例を図面に基づいて説明する。なお、この実施例の説明において、従来例と同一の名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図１には本発明の一実施例が示されている。この実施例も、前記図２および図３に示す従来例と同様に、センサ基台１の表面側に複数のピン２ａ，２ｂ，２ｃが突設されて、一対の端子ピン２ｂ間に比較素子４が、他の一対の端子ピン２ａ間に検出素子５が、さらに必要に応じ、他の一対の端子ピン２ｃ間に温度検出素子１２が配設され、比較素子４と検出素子５は仕切り板６により仕切られた構造となっている。この実施例では、従来例のグラスウール７は省略されている（もちろん、必要に応じグラスウール７を設けたものでもよい）。
【００２０】
本実施例ではセンサ基台１の表面側の端縁部に段部３４が形成され、この段部に１枚以上の微細網目のメッシュを重ねて作成したカバー３５を被せ、カバー３５の基端側を前記センサ基台１の段部３４に嵌合している。そして、カバー３５の外側にリング３６が嵌め込まれ、さらにそのリング３６の外側にセンサ取り付け板３７の筒部３８が嵌合され、センサ取り付け板３７はセンサ基台１に圧入等の適宜の手段により固定され、また、カバー３５はリング３６のかしめによってセンサ基台１に固定されている。
【００２１】
本実施例において特徴的なことは、比較素子４および検出素子５の極細抵抗線を白金に１．０  ％以下の範囲内の微量のジルコニアを含有させたジルコニア含有白金線によって構成したことである。このジルコニア含有白金線は従来例と同様に線径が数１０μｍの、具体的には２０〜６０μｍの極細線径としており、このジルコニア含有白金線を用いて、従来例と同様に、図４に示すような比較素子４および検出素子５を構成している。
【００２２】
本発明者はこれら比較素子４および検出素子５に用いたジルコニア含有白金線の特性を調べたところ、従来例の白金線と同一線径の場合にあって、従来の白金線に比べ、最大で、引っ張り強度が２倍に強化されていることを実証している。
【００２３】
また、ジルコニア含有白金線のＴＣＲの特性を測定したところ、ジルコニアの含有率が例えば数％という如く大きくなると、白金に対して不純物となるジルコニアの含有量が大きすぎ、本来の白金線のＴＣＲの特性が低下することが分かった。ところが、本実施例の如く、ジルコニアの含有割合が白金に対し１．０  ％以下という微量の含有量の場合には、ＴＣＲの特性は殆ど白金線と遜色なく良好なＴＣＲ特性が得られることを実験により確認することができた。なお、引っ張り強度の強化とＴＣＲの特性を共に考慮した場合、ジルコニアの含有量は１．０  ％以下とすることにより引っ張り強度の改善が図れ、ＴＣＲに関してはその低下が殆どないという結果が得られ、白金線に比べ引っ張り強度とＴＣＲの総合的な特性改善が図れる。
【００２４】
したがって、本実施例によれば、比較素子４および検出素子５の極細抵抗線の強度が非常に強くなり、振動等の外力を受けてもジルコニア含有白金線が断線するということはなくなり、振動等の外力による劣化や断線に対して信頼性の高いＣＯセンサを提供することが可能となった。
【００２５】
また、前記の如く、引っ張り強度が極めて高いので、従来例では必須の部材であったグラスウール７を省略することも可能となり、このグラスウール７を省略することにより、水分付着による問題もなくなり、センサや機器の大幅なコスト低減が可能となる。
【００２６】
次に本発明の第２の実施例について説明する。この第２の実施例は、比較素子４および検出素子５の極細抵抗線をイットリア含有白金線により構成したことであり、それ以外の構成は前記第１の実施例と同様である。この第２の実施例の極細抵抗線は白金に１．０  ％以下の範囲内の微量のイットリアを含有させて形成されている。
【００２７】
本発明者は前記ジルコニア含有白金線の場合と同様に、イットリア含有白金線の引っ張り強度とＴＣＲ特性の測定を行ったところ、引っ張り強度に関しては、１．０  ％以下という微量のイットリアを含有させたにもかかわらず、引っ張り強度は同一線径の白金線に比べ最高で２倍の引っ張り強度が得られることを実証できた。
【００２８】
また、ＴＣＲ特性に関しては、イットリアの含有割合が１．０  ％以下と微量であるため、ＴＣＲ特性に劣化が殆ど見られず白金線と遜色のない特性を得ることができた。
【００２９】
また、イットリアの含有量を１．０  ％以下とすることで、白金線に比べ引っ張り強度とＴＣＲ特性の総合評価の改善が図れる。
【００３０】
したがって、比較素子４および検出素子５の極細抵抗線としてこの実施例のイットリア含有白金線を用いることで、前記第１の実施例と同様に、引っ張り強度およびＴＣＲ特性が共に優れたものとなり、前記第１の実施例と同様な優れた効果を奏することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では比較素子４や検出素子５を覆うカバーとしてメッシュのカバーを用いたが、従来例と同様に、金属カバー２１を用いたものでもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、ＣＯセンサを構成する比較素子および検出素子の極細抵抗線を、白金にジルコニア又はイットリアを含有させたジルコニア含有白金線やイットリア含有白金線により構成したものであるから、極細抵抗線の引っ張り強度を従来の純粋白金線に比べ最高で２倍に強化することができた。
【００３３】
このように、極細抵抗線の引っ張り強度が強化されたことで、振動等の外力によって極細抵抗線が断線したりすることがなくなり、ＣＯセンサの長期使用の信頼性を高め、センサの長寿命化を達成することができた。
【００３４】
さらに、極細抵抗線の引っ張り強度が強化されたことで、従来においては必須の構成部材であったグラスウールの省略が可能となり、これにより、接触燃焼式ＣＯセンサの製造の容易化と大幅なコスト低減を達成することが可能となる。
【００３５】
しかも、白金にジルコニアやイットリアを含有させるにもかかわらず、その含有割合は１．０  ％以下という如く極めて微量にすることで、ＴＣＲ特性の低下が殆ど見られず、ＴＣＲ特性に優れている純粋白金線と同等の（遜色のない）ＴＣＲ特性を得ることができ、今までにない画期的な接触燃焼式ＣＯセンサの提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の機械的構成の説明図である。
【図２】従来のＣＯセンサの構成説明図である。
【図３】図２に示したＣＯセンサの分解斜視図である。
【図４】比較素子および検出素子の構成説明図である。
【図５】ＣＯセンサの一般的な回路図である。
【図６】ＣＯセンサの給湯器における使用例を示す説明図である。
【図７】極細抵抗線のＴＣＲ特性の説明図である。
【符号の説明】
１  センサ基台
２  端子ピン
４  比較素子
５  検出素子
９  ＣＯセンサ
【図１】
0003559619.tif 000002
【図２】
0003559619.tif 000003
【図３】
0003559619.tif 000004
【図４】
0003559619.tif 000005
【図５】
0003559619.tif 000006
【図６】
0003559619.tif 000007
【図７】
0003559619.tif 000008