(57)【要約】【課題】  ベースとキャップとの間の気密性を向上することができるガスセンサを提供する。【解決手段】  気体が導入される導入口１１ｂと導入口１１ｂとは別に設けられた取付穴１１ａとが開口したキャップ１１並びに絶縁材料からなり取付穴１１ａに圧入されて取付穴１１ａを閉塞するベース１２からなりセンサ素子２が収納されたケース１を備える。ケース１内に露出するベース１２の端面の周縁部に全周に亙って当接する突起１１ｃをキャップ１１の内面に突設した。突起１１ｃとベース１２との当接によってベース１２とキャップ１１との間の気密性が向上するから、センサ素子２の劣化が防止される。【選択図】図１
2006046933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が導入される導入口と導入口とは別に設けられた取付穴とが開口したキャップ並びに絶縁材料からなり取付穴に圧入されて取付穴を閉塞するベースからなるケースと、ケースに収納され導入口から導入された気体の中の検知対象のガスの濃度を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子に電気的に接続されるとともにベースを貫通した端子とを備え、
ケース内に露出するベースの端面の周縁部に全周に亙って当接する突起がキャップの内面に突設されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
導入口を覆い、センサ素子を劣化させる成分を阻止するフィルタを備えることを特徴とする請求項１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、検知対象のガスの濃度を電気信号に変換するセンサ素子を、気体を導入するための導入口を有するケースに収納したガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、検知対象のガスの濃度を電気信号に変換するセンサ素子を、気体を導入するための導入口を有するケースに収納したガスセンサが提供されている。センサ素子は、具体的には例えば酸化物半導体の表面でのガスの吸着・反応に伴う電気抵抗の変化を検出する金属酸化物半導体ガスセンサである。
【０００３】
この種のガスセンサとして、図８に示すように、導入口１１ｂ並びに取付穴１１ａが設けられたキャップ１１と、絶縁材料からなり取付穴１１ａを閉塞するベース１２とからケース１が構成され、センサ素子２の出力が、導電材料からなりベース１２を貫通した端子３を通じて取り出されるようになっているものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１９８６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に２個の部材を互いに結合させる方法としては、接着剤を用いる方法、溶着による方法、圧入による方法などが考えられる。このうち、ベース１２とキャップ１１とを結合させる方法としては、接着剤を用いる方法は作業性が悪く、溶着による方法は超音波を用いるものであっても熱を用いるものであってもセンサ素子２を傷める可能性が高いため、主に圧入による方法が採用される。すなわち、ベース１２の外周面の寸法をキャップ１１の取付穴１１ａの内周面の寸法と同程度に形成し、ベース１２をキャップ１１の取付穴１１ａに圧入する。
【０００５】
しかし、上記のように圧入による方法を採用すると、寸法のばらつきによってベース１２とキャップ１１との間の気密性が低くなりやすい。
【０００６】
ここで、センサ素子２を劣化させる例えばシリコン蒸気のような成分が導入口１１ｂから流入しないように、キャップ１１には上記成分を阻止する例えば活性炭のようなフィルタＦを保持したフィルタキャップＦＣが被着され、導入口１１ｂに流入する気体はフィルタＦを通過するように構成される。しかし、ベース１２とキャップ１１との間の隙間から流入した気体に対しては上記のフィルタＦは機能しないから、ベース１２とキャップ１１との間の気密性が低いとセンサ素子２の劣化が速まってしまう。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ベースとキャップとの間の気密性を向上することができるガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、気体が導入される導入口と導入口とは別に設けられた取付穴とが開口したキャップ並びに絶縁材料からなり取付穴に圧入されて取付穴を閉塞するベースからなるケースと、ケースに収納され導入口から導入された気体の中の検知対象のガスの濃度を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子に電気的に接続されるとともにベースを貫通した端子とを備え、ケース内に露出するベースの端面の周縁部に全周に亙って当接する突起がキャップの内面に突設されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、突起とベースとの当接によって気密性が向上するから、センサ素子の劣化が防止される。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、導入口を覆い、センサ素子を劣化させる気体を阻止するフィルタを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ケース内に露出するベースの端面の周縁部に全周に亙って当接する突起がキャップの内面に突設されているので、突起とベースとの当接によって気密性が向上するから、センサ素子の劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態は、図１に示すように、例えばニッケルめっきが施された真鍮からなり一端に取付穴１１ａが開口した有底円筒形状に形成されたキャップ１１と、例えばポリブチレンテレフタラートのような絶縁材料からなり円盤形状に形成され取付穴１１ａに圧入されて取付穴１１ａを閉塞するベース１２とからなるケース１を備える。キャップ１１の底面の中央部には、気体が導入される導入口１１ｂを貫設してある。導入口１１ｂは、防爆性能のために、例えばＳＵＳ３１６からなる１００メッシュ以上の金網を２枚重ねてなる金網体１３で覆われている。以下、上下左右は図１（ａ）を基準とする。
【００１４】
ベース１２の側面の下端部には、ベースの外径を大きくする環状突部１２ａを全周に亙って設けてある。ベース１２をキャップ１１に圧入する際には、キャップ１１の開口端が環状突部１２ａに当接することにより、ベース１２のキャップ１１への進入量が規制されるようになっている。
【００１５】
ケース１には、導入口１１ｂから導入された気体の中の検知対象のガスの濃度（以下、「ガス濃度」という。）を電気信号に変換するセンサ素子２が収納されている。センサ素子２は、図２に示すように、例えば検知対象のガスを吸着して電気抵抗が変化する酸化スズのようなガス感応金属酸化物半導体中に、例えば白金からなるヒータ兼用の電極コイルＲＨを埋設し、この電極コイルＲＨの内部に例えば白金からなる検知電極ＰＯを設けてなるものである。上記センサ素子２によってガス濃度を測定するには、ガス感応金属酸化物半導体が最適なガス検知性能になるように電極コイルＲＨによって温度を上昇させた状態で、電極コイルＲＨの一端と検知電極ＰＯとの間の抵抗値ＲＳ（図３参照）を測定する。
【００１６】
また、図８に示した従来例と同様に、キャップ１１には、例えば合成樹脂成形品からなり内側にフィルタＦが保持された円筒形状であって内径がキャップ１１の外径と同程度に形成されたフィルタキャップＦＣが被着され、導入口１１ｂはフィルタＦで完全に覆われる。フィルタＦは例えば活性炭からなり、センサ素子２を劣化させる成分（例えばシリコン蒸気）を阻止するものである。
【００１７】
また、それぞれ例えば鉄クロム合金のような導電材料からなりセンサ素子２に電気的に接続された３本の端子３ａ〜３ｃが、左右に直線状に並んでベース１２を上下に貫通している。端子３ａ〜３ｃは例えばインサート成形によってベース１２に一体化されている。３本の端子３ａ〜３ｃのうち、両端の２本３ａ，３ｃはそれぞれセンサ素子２の電極コイルＲＨの両端Ｔａ，Ｔｃに接続され、中央の１本３ｂはセンサ素子２の検知電極ＰＯの一端Ｔｂに接続されている。
【００１８】
センサ素子２の製造方法の一例を説明する。まず、パラジウムや白金などの触媒を添加した酸化スズの粉末に溶媒を加えてペースト状にしたものに、電極コイルＲＨと検知電極ＰＯとを埋め込んで球形状又は楕円球形状に形成して約６００℃で燒結する。次に、センサ素子２が機械的強度をもつためにシリカ系バインダーを塗布し、再び約６００℃で焼成して、センサ素子２が完成する。
【００１９】
以下、本発明の要旨である、キャップ１１とベース１２との結合部の構造について説明する。図４に示すように、キャップ１１の取付穴１１ａの開口端の内径Ｒ１は、キャップ１１の他の部位の内径Ｒ２よりも大きくしてある。また、ベース１２の側面の上端部には、図５に示すように上端面の外径Ｒ３を環状突部１２ａの上側でのベース１２の外径Ｒ４よりも小さくする傾斜面１２ｂを全周に亙って設けてあり、ベース１２の上端面の外径Ｒ３は、キャップ１１の取付穴１１ａの開口端の内径Ｒ１に対して、寸法のばらつきによらず確実に小さくなる寸法に設定されている。例えば、キャップ１１において取付穴１１ａの開口端の内径が７．２０±０．０５ｍｍであるときには、ベース１２の上端面の外径は最大値であってもキャップ１１の上記内径の最小値７．１５ｍｍよりも小さくなるように７．０７±０．０７ｍｍとされる。
【００２０】
ところで、ベース１２の外径Ｒ４の最小値がキャップ１１の内径Ｒ２の最大値よりも小さい場合において、ベース１２の外径Ｒ４が最小値であってキャップ１１の内径Ｒ２が最大値であるときには、ベース１２の外周面とキャップ１１の内周面との間に隙間が生じることになる。具体的には例えばベース１２の外径Ｒ４が７．１７±０．０７ｍｍであってキャップ１１の内径Ｒ２が７．１３±０．０５ｍｍである場合において、ベース１２の外径Ｒ４が最小値７．１０ｍｍであってキャップ１１の内径が最大値７．１８ｍｍであるときには、ベース１２の外周面とキャップ１１の内周面との間には０．０８ｍｍの隙間が生じてしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、キャップ１１の外周面を全周に亙って内側へ押し込むことにより、キャップ１１の内周面に環状の突起１１ｃを突設している。突起１１ｃを設けるに当たっては、環状突起１２ａがキャップ１１に当接するときのベース１２の上端部の位置での突起１１ｃの突出寸法が、キャップ１１の内径Ｒ２の最大値とベース１２の外径Ｒ４の最小値との差の半分（上記の例では０．０４ｍｍ）よりも大きくなる程度まで、キャップ１１の外周面に形成される溝の深さ寸法Ｄを大きくしてある。上記の例では例えばＤ＝０．０８ｍｍとする。また、突起１１ｃを設けたことにより、キャップ１１の内周面において突起１１ｃの下側には、突起１１ｃに近付くほどキャップ１１の内径を小さくする傾斜面１１ｄが形成されている。そして、ベース１２をキャップ１１の取付穴１１ａに圧入すると、ベース１２の上端の傾斜面１２ｂがキャップ１１内面の上記傾斜面１１ｄにガイドされ、ベース１２の上端部の外周が全周に亙って突起１１ｃに当接することになる。
【００２２】
ここで、ベース１２をキャップ１１に圧入した後には、キャップ１１においてベース１２に重なる部分を複数箇所、内側へ押し込んで変形させることにより、結合の強度を向上することが望ましい。
【００２３】
上記構成によれば、キャップ１１やベース１２の寸法のばらつきによらず、突起１１ｃがベース１２とキャップ１１との間の隙間を閉塞することになるから、ベース１２とキャップ１１との結合部の気密性が向上する。また、センサ素子２を劣化させるガスが、ベース１２とキャップ１１との間の隙間を通じて進入することが防止されるから、センサ素子２の劣化が防止される。さらに、可燃性ガスの進入も防止されているから、防爆性能が向上している。また、気密性の向上に伴い、防水性も当然向上している。
【００２４】
因みに、本発明者は、突起１１ｃを設けたガスセンサＧＳと突起１１ｃを設けないガスセンサＧＳとのそれぞれについて、ベース１２とキャップ１１との間の隙間のコンダクタンスを測定した。具体的には、図７に示すようにベース１２とキャップ１１との接合部を開放した状態で、導入口１１ｂをダクトＤＵ内に向けて接続チューブＴを介してガスセンサＧＳをダクトＤＵに連結した。そして、ボンベＢからマスフローコントローラＭＣを通じてダクトＤＵ内に所定の流量Ｑの気体を供給し、ダクトＤＵ内外の差圧ΔＰをマノメータＭＭにより測定し、次式によってコンダクタンスＣを算出した。
【数１】
2006046933.tif 000003
【００２５】
上記測定の結果、突起１１ｃを設けない場合のコンダクタンス値が１．５×１０−３ｍｌ／（ｍｉｎ・Ｐａ）〜３．４×１０−２ｍｌ／（ｍｉｎ・Ｐａ）であったのに対し、突起１１ｃを設けた場合のコンダクタンス値は１．０×１０−４ｍｌ／（ｍｉｎ・Ｐａ）〜３．１×１０−３ｍｌ／（ｍｉｎ・Ｐａ）となり、気密性の向上が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態を示す図であり、（ａ）は一部破断した正面図、（ｂ）は一部破断した平面図、（ｃ）は下面図である。
【図２】同上のセンサ素子の機械的な構造の一例を示す説明図である。
【図３】同上のセンサ素子の回路的な構造の一例を示す回路図である。
【図４】同上のキャップとベースとを分離した状態を示す一部破断した正面図である。
【図５】同上のベースの要部を示す正面図である。
【図６】同上のキャップの要部を示す断面図である。
【図７】本発明の効果を確認する実験に用いた装置を示す概略構成図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ケース
２  センサ素子
３ａ〜３ｃ  端子
１１  キャップ
１１ａ  取付穴
１１ｂ  導入口
１１ｃ  突起
１２  ベース
【図１】
2006046933.tif 000004
【図２】
2006046933.tif 000005
【図３】
2006046933.tif 000006
【図４】
2006046933.tif 000007
【図５】
2006046933.tif 000008
【図６】
2006046933.tif 000009
【図７】
2006046933.tif 000010
【図８】
2006046933.tif 000011