(57)【要約】【課題】シロキサン化合物類の吸着性能を維持しつつ、ガス応答性・回復性が良好なガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１０は、ケース体２０と、ガス検知素子３０と、フィルタ４０とを備える。ケース体２０は、ケース体筒部２１と、第１金網２２と、封止部材２３とを含む。ガス検知素子３０は、感ガス体３１と、ヒータ電極３２と中心電極３３とを含む。フィルタ４０は、複数のシリカゲル４１を含む。シリカゲル４１にはシロキサン除去剤が添加されている。シリカゲル４１の粒径は、８５０μｍ〜１７００μｍであることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流入口を有するケース体と、
前記ケース体の内部に配置されたガス検知素子と、
前記ガス流入口の上、又は前記ガス流入口と前記ガス検知素子との間に配置された、検知対象ガスが通過するフィルタとを備え、
前記フィルタは、シロキサン除去剤が担持されたシリカゲルを含み、
前記シリカゲルの粒径は、８５０μｍ〜１７００μｍである、ガスセンサ。
【請求項２】
前記ガス流入口の上又は下に空間を形成する仕切り部材を更に備え、
前記フィルタは、前記シリカゲルが前記空間に充填された構成である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタは、シート体で前記シリカゲルを挟んだ板状体である、請求項１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、ガスセンサに関し、特に雑ガスを除去するためのフィルタを備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ケース内にガス検知素子を収容し、そのケース内に検知対象となるガスを流入させて、特定のガスを検知するガスセンサが知られている。これらのガスセンサでは、検知対象ガスに含まれるシロキサン化合物類によってガス検知素子の感ガス体が被毒されてしまい、誤報を発生させるおそれがある。そこで、活性炭やシリカゲルなどの多孔性物質を含むフィルタを設けることにより、ガス検知素子へのシロキサン化合物類の流入を防いでいる。
【０００３】
特に、家庭用ガス警報器等でＬＰガス成分を検知するガスセンサの場合は、ＬＰガスに含まれるイソブタンが活性炭に吸着してしまうため、フィルタの材料として活性炭を使うことができない。そこで、ＬＰガス成分を検知するガスセンサのフィルタには、シリカゲルが使われるが、シリカゲルは他の多孔性物質と比較してシロキサン化合物の吸着性能が劣るため、シリカゲルにシロキサン除去成分を添加して用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４１０３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリカゲルの表面積を増やしてシロキサン化合物類をより多く吸着するために、粒径の小さいシリカゲルを用いたフィルタを設置すると、ガスがフィルタを通り抜けにくくなり、ガス応答性・回復性が遅くなるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、シロキサン化合物類の吸着性能を維持しつつ、ガス応答性・回復性が良好な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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、ガス流入口を有するケース体と、ケース体の内部に配置されたガス検知素子と、ガス流入口の上、又はガス流入口とガス検知素子との間に配置された、検知対象ガスが通過するフィルタとを備え、フィルタは、シロキサン除去剤が添加されたシリカゲルを含み、シリカゲルの粒径は、８５０μｍ〜１７００μｍである、ガスセンサである。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、ガス流入口の上又は下に空間を形成する仕切り部材を更に備え、フィルタは、シリカゲルが空間に充填された構成である、ガスセンサである。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、フィルタは、シート体でシリカゲルを挟んだ板状体である、ガスセンサである。
【００１０】
このようにすると、充填されたシリカゲルの間に隙間ができて、ガスがフィルタを通り抜けやすくなるので、シロキサン化合物類の吸着性能を維持しながら、ガスの応答性・回復性を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シロキサン化合物類の吸着性能を維持しつつ、ガス応答性・回復性が良好なガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるガスセンサの断面図である。
【図２】本発明の実施形態の変形例によるガスセンサの断面図である。
【図３】本発明の実施形態の別の変形例によるガスセンサの断面図である。
【図４】本発明の実施形態の別の変形例によるガスセンサの断面図である。
【図５】本発明の実施例において、イソブタンを含有するガスを注入した時の時間とガスセンサ抵抗値との関係を表したグラフである。
【図６】図５のグラフのうち、ガス注入開始と排気開始付近を拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００１４】
図１を参照して、本発明の実施形態に係るガスセンサ１０は、ケース体２０と、ガス検知素子３０と、フィルタ４０とを備える。ケース体２０は、ケース体筒部２０ａと、ケース体上板部２０ｂと、ガス流入口２１と、第１金網２２と、封止部材２３とを含む。ガス検知素子３０は、感ガス体３１と、ヒータ電極３２と中心電極３３とを含む。フィルタ４０は、複数のシリカゲル粒子４１を含む。シリカゲル粒子４１にはシロキサン除去剤が添加されている。
【００１５】
図１を参照して、ケース体２０は、円筒状のケース体筒部２０ａと、ケース体筒部２０ａの上端部から内側に貼り出すように一体的に形成されたケース体上板部２０ｂとからなる。ケース体上板部２０ｂの中央には、検知対象ガスを取り込むためのガス流入口２１が形成されている。ガス流入口２１を覆うように、ケース体上板部２０ｂの内側に第１金網２２が取り付けられている。封止部材２３は円盤状の部材であり、ケース体筒部２０ａの下端部にはめ込まれている。封止部材２３からは後述するリード端子が突出している。
【００１６】
ケース体２０はガス検知素子を保護できる材料であれば特に制限されないが、例えば合成樹脂や金属で形成される。第１金網２２はステンレス製が好ましい。封止部材２３は絶縁性の材料であればよく、ウレタン樹脂などが好ましい。
【００１７】
ガス検知素子３０は、検知対象ガスに曝露されると対象ガスの濃度に応じて電気抵抗値を変化させる。ガス検知素子３０は、感ガス体３１とヒータ電極３２と中心電極３３とリード端子３４ａ、３４ｂ、３４ｃとを備える。ヒータ電極３２と中心電極３３は感ガス体３１の内部に埋設される。
【００１８】
感ガス体３１は、ヒータ電極３２と中心電極３３との間の隙間に充填され、更にヒータ電極３２を覆うようにして形成されている。感ガス体３１は、金属酸化物半導体を含み、例えば球体状、ラクビーボール状、回転楕円体状又はビーズ形状である。この金属酸化物半導体は、例えば、酸化スズ、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、及びスズ酸バリウムから選択される金属酸化物を含有する。感ガス体４は、例えば、金属酸化物半導体の粉末を含有する成形材料が焼成されることで形成される。この金属酸化物半導体には、雑ガスに対する感度を低減させる触媒を担持していることが好ましい。このような触媒としては、パラジウム、タングステン、白金、ロジウム、セリウム、モリブデン、バナジウム等がある。これらの触媒は１種類が単独で用いられてもよいし、２種類以上が併用されてもよい。
【００１９】
ヒータ電極３２は、貴金属線をコイル状に巻きまわして形成されている。ヒータ電極３２は、通電されて発熱することにより、感ガス体３１を所定の温度まで加熱する。ヒータ電極３２は、例えば、線径が１０〜２５μｍ（好ましくは１５〜２０μｍ、より好ましくは１５μｍ）の白金や白金合金等の貴金属線からなる線材により構成される。ヒータ電極３２の両端には、それぞれ、リード線が設けられている。リード線は、感ガス体３１の内部から感ガス体３１の外部に引き出されるようにして設けられている。リード線は、リード端子３４ａ、３４ｂに電気的に接続される。これにより、ガスセンサ１は、リード端子３４ａ、３４ｂに固定される。なお、リード端子３４ａ、３４ｂとヒータ電極３２とは、別体であってもよいが、本実施形態では、１本の線材により構成されており、一体に形成されている。
【００２０】
中心電極３３は、ヒータ電極３２の中心軸に沿うようにして、ヒータ電極３２の内部に通されている。中心電極３３は、ヒータ電極３２に接触しないように、ヒータ電極３２から離れて配置されている。中心電極３３は、直線状に形成されており、感ガス体３１に埋め込まれている。中心電極３は、例えば、線径が１０〜２５μｍ（好ましくは１５〜２０μｍ、より好ましくは１５μｍ）の白金や白金合金等の貴金属線からなる線材により構成される。なお、本実施形態の中心電極３３は、ヒータ電極３２に対し、同じ線径でかつ同じ材質で構成されているが、互いに異なっていてもよい。中心電極３３の少なくとも一端には、リード線が設けられている。このリード線は、感ガス体４の内部から感ガス体４の外部に引き出されるようにして設けられている。中心電極３３において、リード端子３４ｃに接続された側とは反対側の端部の、感ガス体３１から引き出された部分は、設けられていなくてもよい。
【００２１】
本実施形態では、ガス検知素子３０は内側ケース体５０に収納されている。内側ケース体５０は、内側ケース体筒部５０ａと、内側ケース体筒部５０ａの上端部から内側に貼り出すように一体的に形成された内側ケース体上板部５０ｂと、ベース５１と、第２金網５２とを含む。内側ケース体５０はケース体２０と似た形をしているが、内側ケース体筒部５０ａの高さは、ケース体筒部２０ａよりも低く、ケース体筒部２０ａの２／３〜１／２程度の高さである。内側ケース体筒部５０ａの外径はケース体筒部２０ａの内径よりも若干小さめに形成されている。
【００２２】
フィルタ４０は、第１金網２２と第２金網５２との間に設けられている。フィルタ４０はガス流入口２１とガス検知素子３０との間に、ガス流入口２１を覆うように設けられている。検知対象ガスはガス流入口２１から入ってフィルタ４０を通過して、ガス検知素子３０に到達する。フィルタ４０はシリカゲル４１を複数含んでおり、第１金網２２と第２金網５２との間にシリカゲル４１を充填することで形成することができる。複数のシリカゲル４１は第１金網２２と第２金網５２とで挟まれている。シリカゲル４１にはシロキサン除去剤が担持されている。シリカゲル４１の粒径は、８５０μｍ〜１７００μｍであることが好ましい。粒径を８５０μｍ以下にすると、シリカゲルの粒子同士の隙間が少なくなり検知対象ガスが通過しにくくなるので、ガスの応答時間・回復時間が長くなってしまう。一方、粒径を１７００μｍ以上にすると、シリカゲルを充填する際の取り扱いが難しくなる。また、粒径が１７００μｍ以上の場合は、第１金網２２と第２金網５２との間にシリカゲルが２段程度しか入らなくなり、シロキサンを除去しにくくなる。第１金網２２と第２金網５２との間をＨ１、ガス流入口２１の直径をＤ１とすると、シリカゲルの粒径は、Ｈ１／３以下、又はＤ１／３以下であることが好ましい。
【００２３】
シロキサン除去剤としては、酸解離指数（ｐＫａ）−１０以上２．２以下であり、分子量が１０００以下である酸性化合物を用いるのが好ましい。酸性化合物の分子量は１０００以下であり、５００以下であることが好ましく、４００以下であることがより好ましい。酸性化合物としては、例えば、シュウ酸、マレイン酸、ベンゼンヘキサカルボン酸、ベンゼンペンタカルボン酸、ピロメリット酸等のカルボン酸類、亜硫酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸等の無機酸類、リン酸メチル、リン酸ジメチル、イノシン酸等のリン酸エステル類、システイン、ヒスチジン等のアミノ酸類、ｐ−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等のスルホン酸類等、及びこれらを含む混合物が好ましい。シリカゲルに担持される酸性化合物の担持量は０．１〜２０重量％であることが好ましく、０．５〜１５重量％であることがより好ましく、１〜１０重量％であることがさらに好ましい。
【００２４】
第１実施形態に係るガスセンサ１０では、フィルタに含まれるシリカゲルの粒径が８５０μｍ〜１７００μｍであるため、シリカゲルの粒子同士に隙間が形成されガスが通過しやすい。更に、シリカゲルにはシロキサン除去剤が担持されているため、シロキサンを効率的に除去することができる。よって、シロキサンを除去しながら、ガスの応答時間・回復時間が短いガスセンサを提供することができる。
＜変形例Ａ＞
【００２５】
上記実施形態では、ケース体に取り付けられた第１金網と内ケース体に取り付けられた第２金網との間にフィルタを設けていたが、内ケース体を設けずにケース体に第２金網を取り付けてもよい。図２を参照して、ガスセンサ１０Ａは、ケース体２０Ａと、ガス検知素子３０Ａと、フィルタ４０Ａとを備える。ケース体２０Ａは、ケース体筒部２０Ａａとケース体上板部２０Ａｂと、第１金網２２Ａと、封止部材２３Ａとを含む。ケース体は更に、第２金網２４Ａと固定部材２５Ａとを含む。
【００２６】
第２金網２４Ａは、固定部材２５Ａに取り付けられている。固定部材２５Ａは、ケース体筒部２０Ａａの上端から１／３〜１／２程度の高さの箇所に設けられている。固定部材２５Ａはあらかじめケース体２０Ａに形成しておいてもよいし、後からはめ込むようにしてもよい。フィルタ４０Ａは、第１金網２２Ａと第２金網２４Ａとの間に設けられている。フィルタ４０Ａはガス流入口２１Ａとガス検知素子３０Ａとの間に設けられている。
＜変形例Ｂ＞
【００２７】
上記実施形態では、ガス流入口の下にフィルタを設けていたが、フィルタをガス流入口の上に設けてもよい。図３を参照して、ガスセンサ１０Ｂは、ケース体２０Ｂと、ガス検知素子３０Ｂと、フィルタ４０Ｂとを備える。ケース体２０Ｂは、ケース体筒部２０Ｂａとケース体上板部２０Ｂｂと、第１金網２２Ｂと、封止部材２３Ｂとを含む。フィルタ４０Ｂは、仕切り部材６０Ｂと第１金網２２Ｂとの間にシロキサン除去剤を担持したシリカゲルが充填されている。
【００２８】
仕切り部材６０Ｂは、検知対象ガスが取り込めるものであれば特に限定されない。仕切り部材６０Ｂはステンレス製の金網であってもよいし、側面が金属製または樹脂製であり、上面に開口を設けて金網を取り付けたものであってもよい。
＜変形例Ｃ＞
【００２９】
上記実施形態では、金網で挟まれた空間にシリカゲルを充填することでフィルタを構成していたが、シート体でシリカゲルを挟んだ板状体を取り付けるものであってもよい。図４を参照して、ガスセンサ１０Ｃは、ケース体２０Ｃと、ガス検知素子３０Ｃと、フィルタ４０Ｃとを備える。フィルタ４０Ｃは、シート体７１Ｃ、７２Ｃの間にシリカゲルが充填された板状体である。固定部材７３Ｃは、フィルタ４０Ｃをケース体２０Ｃのガス流入口側に固定するための部材である。
【００３０】
シート体７１Ｃ、７２Ｃは、検知対象ガスを通過させるものであれば特に制限されないが、金網や多孔質膜等が挙げられる。防水性の多孔質膜であれば、雰囲気中の水分がガス検知素子に到達しないようにすることができるため、特に好ましい。
【００３１】
尚、上記実施形態では、ケース体は円筒状であったが、その他の形状でも構わない。例えば、ケース体は直方体であってもよい。ガス流入口も、平面視円形状だけに限られず、矩形状であってもよい。
【００３２】
更に、上記実施形態では、ガス検知素子は半導体式のガス検知素子として説明したが、接触燃焼式や電気化学式のガス検知素子であってもよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を説明する。
シロキサン除去剤を担持したシリカゲルをフィルタに使用した時の、イソブタンに対する応答時間と回復時間を、シリカゲルの粒径ごとに検証した。
【００３４】
ガスセンサは図１と同様の構造とし、フィルタの高さ（第２金網から第１金網までの距離）は７．７ｍｍとし、フィルタの直径（ケース体の内径）は５．１ｍｍとした。シリカゲル（富士シリシア株式会社製キャリアクトＱ−１５）にシロキサン除去剤を担持させて、第１金網と第２金網の間に充填した。このガスセンサに、イソブタン３０００ｐｐｍを含有する温度２０℃、湿度６５％ＲＩＩのガスを注入した。ガスを注入した時間を０秒とし、３００秒後にこのガスを排気した。シリカゲルの粒径は、１８０〜５００μｍ、５００〜１０００μｍ、８５０〜１０００μｍ、１１８０〜１７００μｍの４種類である。尚、粒径が１７００μｍ以上であるシリカゲルについては、シリカゲル粒子を数個しか充填できず、充填する際の取り扱いが困難であるので、用いることができなかった。
【００３５】
図５と図６を参照して、上記の検証結果を説明する。図５は、イソブタンを含有するガスを注入した時の時間とガスセンサ抵抗値の関係を表したグラフである。図６は、図５のグラフのうち、ガス注入開始と排気開始付近を拡大したものである。ガス注入開始と同時に、抵抗値は下がり、一定時間経過すると抵抗値が安定する。ガスの排気を開始すると抵抗値は徐々に上がっていき、一定時間経過すると再び抵抗値が安定する。
【００３６】
更に、ガス注入開始後１８０秒時点の抵抗値をＲ１００とし、ガスを注入してからＲ１００の９０％の抵抗値に到達する時間を応答時間ｔ９０とし、ガスを排気してからＲ１００の１０％の抵抗値に到達する時間を回復時間ｔ１０として、各粒径について応答時間と回復時間を算出した結果を、表１に表わす。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
粒径が大きくなると、応答時間・回復時間ともに短くなることがわかる。応答時間・回復時間は短いほどよいが、具体的には応答時間が５５秒以下、回復時間が９５秒以下となるのが望ましいので、粒径は８５０μｍ以上が好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  ガスセンサ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  ケース体
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ  ガス検知素子
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018197700.tif 000008
【図６】
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