(57)【要約】【課題】環境の変化に影響されず、精度よくＣＯを検出することができるＣＯセンサを得る。【解決手段】検出部としての電極１６に被覆された触媒層２４でＣＯが酸化すると、その反応熱によって電気抵抗値が変化し、補償部としての電極１８の電気抵抗値とに差が生じる。この電気抵抗値の差からＣＯの濃度を測定する。ここで、共通のヒータ２２が電極１６を適温に加熱し、また、電極１６との温度抵抗値を等しくするために電極１８も加熱するため、周囲温度・湿度の環境変化によって影響を受けない。また、従来のように、それぞれが独立して自己加熱する検査部、補償部と比較すると、両者の温度を精度良く同一にすることができ、同時に、環境変化の影響も受けにくくなる。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ電気抵抗の検出部と補償部を備え、前記検出部に被覆された触媒上で酸化したＣＯの反応熱による該検出部と前記補償部の電気抵抗値の差からＣＯの濃度を測定するＣＯセンサにおいて、
前記検出部と前記補償部を同一のヒータで加熱することを特徴とするＣＯセンサ。
【請求項２】
前記検出部と前記補償部が絶縁板で構成し、この絶縁板に合金薄膜をスパッタリングした後、トリミングにより同一電気抵抗の電極を形成したことを特徴とする請求項１に記載のＣＯセンサ。
【請求項３】
前記ヒータが、合金薄膜の反対面に配置され、重ね合わせた前記絶縁板に挟まれたＰｔ線であることを特徴とする請求項２に記載のＣＯセンサ。
【請求項４】
前記絶縁板がＡｌ２Ｏ３板であり、前記合金薄膜がＦｅ−Ｐｄ合金をターゲットとして前記Ａｌ２Ｏ３板にスパッタリングしたものであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＣＯセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ（一酸化炭素）を検出するＣＯセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、ＣＯ（一酸化炭素）を検出する接触燃焼式のＣＯセンサ５０は、温度係数の大きいφ２０〜５０μｍ程度の細いＰｔ線で形成された、同一形状・同一寸法・同一電気抵抗の空芯コイル５２、５４を備えている。検出部としての空芯コイル５２には、ＣＯを酸化する触媒層５６が被覆され、補償部としての空芯コイル５４には、ガスを感じない触媒層５８が被覆されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの空芯コイル５２、５４はブリッジ回路に組み込まれており、ＣＯが金属触媒層５６に触れると、ＣＯの濃度に比例した反応熱が発生する。この反応熱によって、空芯コイル５２の電気抵抗値が温度上昇分だけ変化するため、ブリッジ回路のバランスが崩れて、ＣＯの濃度（ｐｐｍ）に比例した電流が検出回路６０に流れる。検出回路６０は、この電流値を測定してＣＯの濃度を算出する。
【０００４】
ところで、ＣＯの検出精度を高めるには、空芯コイル５２と空芯コイル５４に同一の特性を持たせる必要がある。また、ＣＯを検出するためには、空芯コイルの加熱温度を低くする必要があるので、高感度にするためには、コイルの巻数を多くしなければならない。しかし、コイルの巻数を多くすると、スプリングバック（コイル間隔が変化する）やその他の原因で、自動工作機を使用しても、同一特性の空芯コイルを製作することは困難である。
【０００５】
また、空芯コイルにコイル固定剤や触媒等を付着させると、熱容量や放熱係数がバラつくため、周囲温度・湿度等の環境変化によってドリフトが生じる。
【０００６】
さらに、図７に示すように、従来の接触燃焼式のＣＯセンサ５０では、空芯コイル５２が、触媒層５６を加熱するヒータとＣＯを検出する検出部の両方の役割を兼任している。つまり、空芯コイル５２が自己加熱するため、温度変化し易く、周囲温度・湿度との環境変化の影響を受け易い。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１０５８５４号公報（図９、図１０）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、環境の変化に影響されず、精度よくＣＯを検出することができ、また、製作が容易なＣＯセンサを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、同じ電気抵抗の検出部と補償部を備え、前記検出部に被覆された触媒上で酸化したＣＯの反応熱による該検出部と前記補償部の電気抵抗値の差からＣＯの濃度を測定するＣＯセンサにおいて、前記検出部と前記補償部を同一のヒータで加熱することを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、検出部に被覆された触媒上でＣＯが酸化すると、その反応熱によって、検出部の電気抵抗値が変化し、補償部の電気抵抗値とに差が生じる。この電気抵抗値の差からＣＯの濃度を測定する構成である。
【００１１】
ここで、ＣＯを酸化させるために検出部を適温に加熱し、また、検出部との抵抗値を等しくするために補償部も加熱し、周囲温度・湿度の環境変化によって影響を受けないようにする必要がある。本発明では、検出部と補償部が同一のヒータで加熱されている。
【００１２】
これにより、従来のように、それぞれが独立して自己加熱する検査部、補償部と比較すると、両者の温度を精度良く同一にすることができ、同時に、環境変化の影響も受けにくくなる。
【００１３】
また、検出部に印可する電圧を自己加熱しない範囲であれば、自由に調節することができる。このため、目的に適したガス感度を実現することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記検出部と前記補償部が絶縁板で構成し、この絶縁板に合金薄膜をスパッタリングした後、トリミングにより同一電気抵抗の電極を形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、検出部と補償部が、空芯コイルではなく、絶縁板で構成されている。この絶縁板には、合金薄膜がスパッタリングされ、合金薄膜をトリミングにより同一電気抵抗の電極を形成する。これにより、空芯コイルより、同一形状、同一寸法、同一電気抵抗の検出部と補償部を容易に製作することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記ヒータが、合金薄膜の反対面に配置され、重ね合わせた前記絶縁板に挟まれたＰｔ線であることを特徴としている。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、合金薄膜をスパッタリングした絶縁板の反対面、すなわち、絶縁面に、例えば櫛形状に配置したＰｔ線でヒータを構成して、２枚の絶縁板で挟み込むことで、共通のヒータで検出部と補償部を加熱することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記絶縁板がＡｌ２Ｏ３板であり、前記合金薄膜がＦｅ−Ｐｄ合金をターゲットとして前記Ａｌ２Ｏ３板にスパッタリングしたものであることを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、絶縁板として熱伝導性が良好なＡｌ２Ｏ３板が使用され、ヒータの熱を効率良く表面に伝える。また、Ａｌ２Ｏ３板の表面には、Ｆｅ−Ｐｄ合金をターゲットとしてスパッタリングされたＦｅ−Ｐｄ合金薄膜が形成されている。
【００２０】
このように、Ｆｅ−Ｐｄ合金薄膜を形成することで、例えば、８００〜１０００Åの膜厚とすることで、電気抵抗が大きくなる。また、Ｆｅ−Ｐｄ合金のインゴットを伸線加工して空芯コイルを作製する場合、インゴット中に多少でも鬆（気泡）があると、断線することがあるが、スパッタリングでは、インゴット中に鬆があっても問題がないため、安価に製作することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に示すように、本形態に係るＣＯセンサは、絶縁性を持つ２枚の薄型のＡｌ２Ｏ３板１０、１２を備えている。Ａｌ２Ｏ３板１０、１２の表面には、８００〜１０００Åの膜厚のＦｅ−Ｐｄ合金薄膜１４がスパッタリングされている。
【００２２】
スパッタリングされたＦｅ−Ｐｄ合金薄膜１４は、レーザによりトリミングされ（ジグザグに削り取られ）、残りの部分が電極１６、１８とされている。また、電極１６、１８の端部から外方へは配線２０が延びている。Ｆｅ−Ｐｄ合金薄膜１４の裏面には、櫛形状に配置したＰｔ線でヒータ２２が構成されている。このヒータ２２は、Ａｌ２Ｏ３板１０、１２で挟まれており、Ｐｔ線の端部をＡＣ電源へ接続することで、同一のヒータ２２によって、Ａｌ２Ｏ３板１０、１２が同一温度に加熱される構成である。
【００２３】
また、検出部としての電極１６には、触媒層２４が形成されており、補償部としての電極１８には触媒層２６が形成されている。
【００２４】
以上のように構成されたＣＯセンサ２８は、図２示す取付板３０に難燃性樹脂で固定される。この取付板３０には、図４に示すブリッジ回路がプリントされている。取付板３０に固定されたＣＯセンサ２８は、図３に示すボックス状のメタルフィルター３２に収納されている。これにより、風、ゴミ、油煙等の影響を無くしている。
【００２５】
ここで、図４に示すブリッジ回路を簡単に説明する。
【００２６】
検出部としての電極１６と補償部としての電極１８を、固定抵抗ｒ１、ｒ２、可変抵抗ｒＶ、検出回路３４とでブリッジに組み、直流電流Ｖｉに接続する。ここで、ＣＯが存在しないときに、検出回路３４に電流が流れないように、可変抵抗ｒＶが調整されている。
【００２７】
このような構成において、ヒータ２２で加熱された触媒層２４にＣＯが触れると、ＣＯの濃度に比例した反応熱が発生する。この反応熱によって、電極１６の電気抵抗値が温度上昇分だけ変化するため、ブリッジ回路のバランスが崩れて、ＣＯの濃度（ｐｐｍ）に比例した電流が検出回路３４に流れる。検出回路３４は、変化電圧値を測定してＣＯの濃度を算出する。
【００２８】
すなわち、ΔＶ（電圧変化）＝Ｖｉ（ブリッジ電圧）×ΔＲ（反応熱で変化した抵抗値）／４Ｒ（反応熱がないときの抵抗値）により算出される。ここで、ΔＲ＝ｋ・α・ｍ・Ｑ／Ｃ→ｋ：定数、α：電極の温度係数、ｍ：ＣＯ濃度、Ｑ：反応熱、Ｃ：ＣＯセンサの熱容量となっている。
【００２９】
このＣＯセンサでは、電極１６，１８が形成されたＡｌ２Ｏ３板１０、１２が同一のヒータ２２で加熱されているので、従来のように、それぞれが独立して自己加熱する空芯コイルと比較すると、両者の温度を精度良く同一にすることができ、同時に、環境変化の影響も受けにくくなる。
【００３０】
また、触媒層を加熱する電圧を電極１６，１８に印可する必要がなくなるため、自己加熱しない範囲であれば、電圧を自由に調節することができる。このため、目的に適したガス感度を実現することができる。さらに、熱伝導性が良好なＡｌ２Ｏ３板１０、１２が使用されているので、ヒータ２２の熱を効率良く電極１６、１８に伝えることができる。
【００３１】
また、検出部と補償部が、空芯コイルではなく、Ａｌ２Ｏ３板１０、１２にＦｅ−Ｐｄ合金をスパッタリングした後、トリミングにより電極が同一電気抵抗となるように構成されているので、空芯コイルのように、スプリングバック等の影響を考慮する必要がなく、同一電気抵抗の検出部と補償部を容易に製作することができる。
【００３２】
次に、本形態に係るＣＯセンサの製造方法を説明する。なお、製造過程で使用される数値は、一実施例であり、この数値に限定されるものではない。
【００３３】
先ず、厚さ１ｍｍ（これより薄くてもよい）、幅３ｍｍ×長さ２０ｍｍのＡｌ２Ｏ３板を清浄した後、乾燥させる。なお、Ａｌ２Ｏ３板には、信号線取出用及び吊り用等として、φ０．２〜０．３ｍｍの孔３６（図１参照）を４隅に穿設する。
【００３４】
次に、Ｆｅ（１９．５％重量）、Ｐｄ（８０．５％重量）の組成からなるＦｅ−Ｐｄ合金のインゴットをスパッタリングのターゲットとして製作する。スパッタリングでは、インゴット中に鬆があっても問題がないため、インゴットを安価に製作することができる。
【００３５】
Ａｌ２Ｏ３板の片面にＦｅ−Ｐｄ合金薄膜をスパッタで形成する。このＦｅ−Ｐｄ合金薄膜の膜厚は、８００〜１０００Åの膜厚とすることで、電気抵抗を大きく、温度係数を小さくすることができる。
【００３６】
次に、図５に示すように、Ｆｅ−Ｐｄ合金薄膜１４をレーザトリミング装置でトリミングし、５００Ω〜１０００Ω程度の電気抵抗値の電極１６，１８を精度良く形成する。
【００３７】
トリミングが完了したＡｌ２Ｏ３板を２枚１組として、Ｆｅ−Ｐｄ合金薄膜が形成されていない面を合わせ、その間に電気抵抗値が４０〜５０Ωとなるφ２５μｍのＰｔ線を櫛形状に配置してヒータ２２を構成する。このヒータ２２は、一例としてアルミナセメント系の硬化剤３８を塗ってＡｌ２Ｏ３板の間隔を一定とし、Ｎ２＋Ｈ２（Ｈ２は３％）の混合ガス中で３５０℃の温度で１０〜１５分焼成して、硬化接着する。
【００３８】
次に、０．０１μｍ以下のγＡｌ２Ｏ３の微粒子をクリアーラッカーで塗料化したものを調製し、Ｆｅ−Ｐｄ合金薄膜にデッピング（どぶ付け）又は吹き付けにより平滑に塗布する。
【００３９】
次に、触媒をクリアラッカーで溶かして吹き付け用の塗料を造る。そして、γＡｌ２Ｏ３の微粒子が塗布された検出部側の電極１６に膜厚２０μｍで吹き付ける。さらに、この上に［Ｐｔ（ＮＨ３）２］（ＮＯ３）２　（１：６０）の溶液を約０．１ｃｃ〜０．２ｃｃを噴霧状にして吹き付ける。また、γＡｌ２Ｏ３の微粒子が塗布された補償部側の電極１８にも塗料を膜厚２０μｍで吹き付ける。
【００４０】
なお、触媒としては、Ｒｈ粉末とアルミナ粉末とアルミナ系バインダをクリアラッカーで混合したものが考えられる。
【００４１】
次に、Ａｌ２Ｏ３板の孔３６を引っ掛けで吊下し、Ｎ２＋Ｈ２（Ｈ２は３％）の混合ガス中で８００〜８５０℃の温度で１０〜２０分焼成して、混合ガスを流しながら徐冷する。
【００４２】
焼成したＣＯセンサは、純水で洗浄して乾燥した後、取付板３０に固定して仮検査に移す。ＣＯセンサ２８をガスボックスに入れ、ＣＯ、Ｈ２、Ｃ２Ｈ５ＯＨの規定濃度によるガス感度試験を行い、規格に合格したものをメタルフィルター３２に収納して通電エージングする。
【００４３】
以上のように製作されたＣＯセンサは、図６に示すように、ＣＯの警報濃度が２００ｐｐｍのとき出力が１０ｍＶとなる。また、ＣＯの濃度と出力に直線性があるので、メータの制御用に使用することができる。
【００４４】
さらに、周囲温度、湿度等の環境変化があっても、警報濃度に変化がない。また、本実施例のＣＯセンサでは、Ｈ２，Ｃ２Ｈ５ＯＨに対してほとんど反応しないので、誤報が少ない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、環境の変化に影響されず、精度よくＣＯを検出することができる。また、ＣＯセンサの製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るＣＯセンサの要部を示す分解斜視図である。
【図２】本実施形態に係るＣＯセンサの要部を示す一部分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係るＣＯセンサを組み付けた状態を示す斜視図である。
【図４】ブリッジ回路を説明する説明図である。
【図５】レーザで電極をトリミングしている状態を示す説明図である。
【図６】ＣＯ濃度と出力の関係を示すグラフである。
【図７】従来のＣＯセンサを示す構成図である。
【符号の説明】
１０　　Ａｌ２Ｏ３板（絶縁板）
１２　　Ａｌ２Ｏ３板（絶縁板）
１６　　電極（検出部）
１８　　電極（補償部）
２２　　ヒータ
２４　　触媒層（検出部）
２６　　触媒層（補償部）
【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】
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【図６】
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【図７】
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