(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを採り込む貫通孔が形成されたキャップと、凹部が形成され、成形樹脂で一体的に構成されたベースとを含み、前記凹部の周囲に空間ができるように前記ベースに前記キャップが被せられた状態で前記キャップの最上部から前記ベースの最下部までの高さが５ｍｍ以下であるパッケージと、
両端が露出するように前記ベースの成形樹脂に埋め込まれた状態で前記凹部の周囲に固定されている金属製の複数の電極と、
所定のガスを検出する際に発熱するコイル状のヒータ部を含むガス検出部及び前記ガス検出部から複数の前記電極まで延びている金属製の複数のリード線を有するガス検出エレメントと、
を備え、
前記電極の各々は、１部材で構成され、
前記ガス検出エレメントは、前記ヒータ部を含む前記ガス検出部が複数の前記リード線によって前記凹部の壁に接触しないように前記凹部内及び／又は前記凹部上の空間に宙吊り状態で固定されている、ガスセンサデバイス。
【請求項２】
前記キャップは、複数の前記貫通孔が前記ガス検出部の直上以外の場所に形成されている、
請求項１に記載のガスセンサデバイス。
【請求項３】
複数の前記電極は、それぞれ、上部と下部において互いに逆方向に曲がった第１クランク部と第２クランク部を有し、前記第１クランク部と前記第２クランク部の間が前記ベースに埋め込まれ、前記第１クランク部よりも一端に近い側が前記ベースの上方に露出し、前記第２クランク部よりも他端に近い側が前記ベースの下方に露出している、
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサデバイス。
【請求項４】
複数の前記リード線の少なくとも１つは、前記リード線の一部が前記ガス検出エレメントで５ターン以下のコイル状に巻かれて前記ヒータ部を形成している、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサデバイス。
【請求項５】
複数の前記リード線は、前記ガス検出部から延びる第１リード線とコイル状の前記ヒータ部から直接延びる第２リード線及び第３リード線を含み、
複数の前記電極は、第１電極、第２電極及び第３電極を含み、前記第２電極に前記第２リード線が溶着されているとともに前記第３電極に前記第３リード線が溶着されていて、前記第１電極が最も前方に配置され、前記第１電極の後端から前記第２電極の前端までの距離が前記第１電極の前記後端から前記第３電極の前端までの距離よりも長いことを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサデバイス。
【請求項６】
ガスを採り込む貫通孔が形成されたキャップを準備する工程と、
両端が露出するように、１部材からなる金属製の電極が複数埋め込まれ、複数の前記電極に囲まれた凹部を有する高さが５ｍｍ以下のベースを射出成形により一体的に形成する工程と、
コイル状のヒータ部を含むガス検出部から延びる金属製の複数のリード線を複数の前記電極の上に配置して前記ガス検出部を前記凹部の壁に接触しないように前記凹部内及び／又は前記凹部上の空間に宙吊りにした状態になるように、前記リード線と前記電極にそれぞれ前記ベースの上下から溶接機の電源ラインを前記ベースの縦横の範囲内で当接させて前記リード線を前記電極に電気溶接する工程と、
前記ベースに前記キャップを被せて、縦横高さがそれぞれ５ｍｍ以下であるパッケージを組み立てる工程と
を備える、ガスセンサデバイスの製造方法。
【請求項７】
前記ベースを形成する工程では、底部から複数の前記電極に繋がる開口部が前記電極を押える固定ピンで形成され、
電気溶接する工程では、前記開口部を通して前記電極に前記電源ラインを当接させる、
請求項６に記載のガスセンサデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定のガスを検出するガスセンサデバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定のガスを検出するガス検出エレメントを用いるガスセンサデバイスの中には、ガス検出エレメントがコイル状のヒータ部を含むガス検出部を持ち、検出対象のガスに作用するガス検出部を加熱するものがある。例えば、特許文献１（特開平７−１９８６４４号公報）には、ガス検出部を形成するため、ガス感応金属酸化物半導体の中にコイル状のヒータ部を内蔵しているガスセンサデバイスが開示されている。このコイル状のヒータ部は、ガス検出部から信号を取り出すための電極の役割も兼ねている。
特定のガスを検出するためにガス検出エレメントを加熱する場合には、コイル状のヒータ部に通電して加熱を行うために消費電力が大きくなる傾向がある。このヒータ部の消費電力が大きいと、携帯電話などの電池で動作する機器の中にガスセンサデバイスを組み込もうとする場合に、機器本来の機能を発揮する時間が短くなることが想定される。このようなガスセンサデバイスには、消費電力が大きくなるほどガスセンサデバイスの用途が狭くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスセンサデバイスの消費電力は、例えばガス検出エレメントを小さくすることで抑制できるが、小さくなったガス検出エレメントを収納するガスセンサデバイスのパッケージがガス検出エレメントの大きさに見合うものにしないと、依然として携帯電話などの比較的小さな機器に組み込むのが難しいという問題が解決されない。
【０００５】
本発明の課題は、消費電力が抑制されたコイル状のヒータ部を含むガス検出部を有する小型のガスセンサデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガスセンサデバイスは、ガスを採り込む貫通孔が形成されたキャップ及び凹部が形成されたベースを含み、凹部の周囲に空間ができるようにベースにキャップが被せられた状態でキャップの最上部からベースの最下部までの高さが５ｍｍ以下であるパッケージと、ベースに埋め込まれた状態で凹部の周囲に固定されている金属製の複数の電極と、所定のガスを検出する際に発熱するコイル状のヒータ部を含むガス検出部及びガス検出部から複数の電極まで延びている金属製の複数のリード線を有するガス検出エレメントと、を備え、ガス検出エレメントは、ヒータ部を含むガス検出部が複数のリード線によって凹部の壁に接触しないように凹部内及び／又は凹部上の空間に宙吊り状態で固定されている。
本発明の一見地に係るガスセンサデバイスでは、ベースの凹部の周囲に配置した金属製の複数の電極に金属製の複数のリード線を接続して、凹部内の空間にヒータ部を含むガス検出部を宙吊り状態に固定しているので、ガス検出部が小型化されるほど凹部及び凹部を囲むように精度良く配置されている電極を小さくしてそれらを密集させることができる。その結果、凹部及び電極の占有領域を小さくすることができ、ガスセンサデバイス全体の形状も小型化することができる。
【０００７】
上述のガスセンサデバイスにおいて、キャップは、複数の貫通孔がガス検出部の直上以外の場所に形成されていてもよい。このように構成されることにより、ガス検出部に塵埃や水滴が付着するのを抑制することができる。
上述のガスセンサデバイスにおいて、複数の電極は、それぞれ、上部と下部において互いに逆方向に曲がった第１クランク部と第２クランク部を有し、第１クランク部と第２クランク部の間がベースに埋め込まれ、第１クランク部よりも一端に近い側がベースの上方に露出し、第２クランク部よりも他端に近い側がベースの下方に露出していてもよい。このように構成されることにより、第１クランク部から一端までの露出した上部領域が２次元的に広がることでリード線の載置が容易になり、第２クランク部から他端までの露出した下部領域が２次元的に広がることでデバイス端子として接触させ易い形状が得られる。第１クランク部と第２クランク部の間が埋め込まれることにより電極がしっかり固定され、ガス検出エレメントもパッケージにしっかり固定される。
上述のガスセンサデバイスにおいて、複数のリード線の少なくとも１つは、リード線の一部がガス検出エレメントで５ターン以下のコイル状に巻かれてヒータ部を形成してもよい。コイル状に巻かれたヒータ部のターン数が５ターン以下になることにより、ヒータ部を小型化し易くなり、ひいてはガス検出エレメントを小さくして、ガスセンサデバイスの小型化を促すことができる。
上述のガスセンサデバイスにおいて複数のリード線は、ガス検出部から延びる第１リード線とコイル状のヒータ部から直接延びる第２リード線及び第３リード線を含み、複数の電極は、第１電極、第２電極及び第３電極を含み、第２電極に第２リード線が溶着されているとともに第３電極に第３リード線が溶着されていて、第１電極が最も前方に配置され、第１電極の後端から第２電極の前端までの距離が第１電極の後端から第３電極の前端までの距離よりも長くなるように構成されてもよい。このように構成されることにより、コイル状に巻かれたヒータ部から直接延びる第２リード線及び第３リード線がヒータ部の形状に起因してずれるが、第２リード線と第３リード線に適した位置に第２電極と第３電極が配置されることによって小型化が容易になる。
【０００８】
本発明の一見地に係るガスセンサデバイスの製造方法は、ガスを採り込む貫通孔が形成されたキャップを準備する工程と、金属製の複数の電極が埋め込まれ、複数の電極に囲まれた凹部を有する高さが５ｍｍ以下のベースを成形する工程と、ヒータ部を含むガス検出部から延びる金属製の複数のリード線を複数の電極の上に配置してガス検出部を凹部の壁に接触しないように凹部内及び／又は凹部上の空間に宙吊りにした状態になるように、リード線と電極にそれぞれベースの上下から溶接機の電源ラインをベースの縦横の範囲内で当接させてリード線を電極に電気溶接する工程と、ベースにキャップを被せて、縦横高さがそれぞれ５ｍｍ以下であるパッケージを組み立てる工程とを備える。
本発明の一見地に係るガスセンサデバイスの製造方法では、コイル状のヒータ部を含むガス検出部から延びる金属製の複数のリード線を、ベースに埋め込まれた複数の電極の上に配置してガス検出部を凹部の壁に接触しないように凹部内及び凹部上の空間に宙吊りにした状態で、リード線と電極にそれぞれベースの上下から溶接機の電源ラインをベースの縦横の範囲内で当接させてリード線を電極に電気溶接するので、電極を縦横５ｍｍの範囲内に収めることができる。また、溶接機の２本の電源ラインを上下から当接させているので、２本の電源ラインを両方とも上方から当接させる場合に比べて当て易くなり、製造が容易になる。
上述のガスセンサデバイスの製造方法では、ベースを形成する工程では、底部から複数の電極に繋がる開口部が電極を押える固定ピンで形成され、電気溶接する工程では、開口部を通して電極に電源ラインを当接させてもよい。このように構成された製造方法によれば、電極に繋がる開口部がベースの成形と同時に固定ピンで形成されるので、工数を増やすくこと無く開口部を形成できる。そして、これら開口部に電源ラインを差し込むだけで電極に電源ラインを当接させることができるので、電源ラインを電極に当接させるための位置決めが容易になって電気溶接が速く簡単にできるようになり、製造時間が短縮できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のガスセンサデバイス及びその製造方法によれば、従来に比べて消費電力が抑制されたコイル状のヒータ部を含むガス検出部を有する小型のガスセンサデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のガスセンサデバイスと従来のガスセンサデバイスの大きさを比較するための斜視図。
【図２】ガスセンサデバイスのキャップを示す平面図。
【図３】ガス検出エレメントが取り付けられたベースを示す平面図。
【図４】ガス検出エレメントの一部を拡大した部分拡大平面図。
【図５】ガスセンサデバイスのベースを示す平面図。
【図６】ベースの底面図。
【図７】ベースの右側面図。
【図８】ベースの正面図。
【図９】ベースの背面図。
【図１０】図５のＩ−Ｉ線で切断したベースの断面図。
【図１１】図５のＩＩ−ＩＩ線で切断したベースの断面図。
【図１２】図６のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したベースの断面図。
【図１３】キャップの底面図。
【図１４】キャップの右側面図。
【図１５】キャップの正面図。
【図１６】図２のＩＶ−ＩＶ線で切断したキャップの断面図。
【図１７】図２のＶ−Ｖ線で切断したキャップの断面図。
【図１８】パッケージの平面図。
【図１９】パッケージの底面図。
【図２０】パッケージの背面図。
【図２１】図１８のＶＩ−ＶＩ線で切断したパッケージの断面図。
【図２２】図１８のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断したパッケージの断面図。
【図２３】図１９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断したパッケージの断面図。
【図２４】ベースの射出成形の型開き工程を示す模式的な断面図。
【図２５】ベースの射出成形において型を閉じた状態を示す模式的な断面図。
【図２６】ベースの射出成形工程を示す模式的な断面図。
【図２７】射出成形でできたベースを説明するための模式的な断面図。
【図２８】電気溶接を説明するための模式的な断面図。
【図２９】ガスセンサデバイスを用いたガス検知装置の回路図。
【図３０】（ａ）ヒータ電圧の波形図、（ｂ）測定電圧の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１）ガスセンサデバイスの大きさ
図１には、本発明の一実施形態に係るガスセンサデバイスと従来のガスセンサデバイスが示されている。さらに詳細に説明すると、図１に描かれているものは、比較のために、水平な台の上に並べられた実施形態に係るガスセンサデバイス１０と従来のガスセンサデバイス１００と親指３００とを撮影した写真に基づくものである。
従来のガスセンサデバイス１００の大きさは、円筒状のパッケージ１０１の直径Ｄ１が例えば約７．５ｍｍである。従来のガスセンサデバイス１００においては、円筒状のパッケージ１０１から３本の端子１０２が突出しているが、パッケージ１０１の上面から端子１０２の先端までの長さＬ１が例えば約１３ｍｍである。
実施形態に係るガスセンサデバイス１０は、従来のガスセンサデバイス１００及び人の親指３００などと比べて、非常に小さいことが分かる。ガスセンサデバイス１０の外形は、実質的に直方体である。ここに描かれているガスセンサデバイス１０のパッケージ１５の縦の長さＬ２は約２．７ｍｍであり、横の長さＬ３は約３．４ｍｍである。また、ガスセンサデバイス１０のパッケージ１５の高さＨ１は、約１．２５ｍｍである（図２０参照）。
【００１２】
（２）ガスセンサデバイスの構成の概要
ガスセンサデバイス１０は、図２に示されているキャップ２０と、図３に示されているベース４０及びガス検出エレメント６０とを備えている。ベース４０にはキャップ２０が嵌合される。ガス検出エレメント６０は、キャップ２０とベース４０で囲まれた空間の中に収納される。
（２−１）ガス検出エレメント
図４に示されているように、ガス検出エレメント６０は、特定のガスを検出するガス検出部６１を有している。このガス検出部６１からは、ガス検出部６１で発生する電気的現象を外部に伝えるための３本の第１リード線６２、第２リード線６３及び第３リード線６４がガス検出部６１から外に向かって延びている。これら第１リード線６２乃至第３リード線６４として、例えば直径１５μｍの白金線を用いることができる。これら第１リード線６２乃至第３リード線６４の直径は、少ないターン数でコイル状のヒータ部６１ｂの適切な抵抗値を得るために１５μｍ以下が好ましい。第１リード線６２は、ガス検出部６１から２方向に向かって延びているが、２方向のうちの一方に延びている部分は、製造上できてしまう付帯的な部分であってどこにも繋がらずリード線としての役割を果たさない。従って、第１リード線６２は、ガス検出部６１から２方向に延びているが一本と数える。
ガス検出部６１の形状は、例えば球体状、ラクビーボール状又は回転楕円体状である。言い換えると、ガス検出部６１はビーズ形状を有しているということである。ガス検出部６１は、内部にコイル状のヒータ部６１ｂを含み、コイル状のヒータ部６１ｂの周囲を金属酸化物半導体からなる感ガス体６１ａが包み込むように構造を持っている。この感ガス体６１ａ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用いて形成できる。ガス検出部６１は、例えば金属酸化物の粉末を焼成して成形することができる。ガス検出部６１の体積は、例えば、０．０００１ｍｍ3以上０．０１ｍｍ3以下であるが、好ましくは０．０００１ｍｍ3以上０．００３ｍｍ3以下であり、より好ましくは、０．０００１ｍｍ3以上０．００２ｍｍ3以下である。例えば、直径１５μｍの白金線で形成された外径１１０μｍ及び中心軸方向の長さ１３０μｍのコイル状のヒータ部６１ｂを用いた場合、例えば体積が０．０００８ｍｍ3のガス検出部６１を得ることができる。
ガス検出部６１の内部に在るコイル状のヒータ部６１ｂは、一本の白金線の中央部をコイル状に巻くことにより形成される。そしてコイル状のヒータ部６１ｂから延びる２本の白金線が第２リード線６３及び第３リード線６４になる。図４に示されているコイル状のヒータ部６１ｂの巻き数は実質的に３ターンである。ここでヒータ部６１ｂの巻き数は、コイルの長手方向から見て、第２リード線６３が曲がり始める点Ｐ１から第３リード線６４が曲がり始める点Ｐ２の間で、例えば一方の点Ｐ１と重なる巻線の本数で数える。ガス検出エレメント６０を小型化するためには、ターン数は５ターン以下が好ましい。
【００１３】
（２−２）ベース
図５はベース４０の平面図であり、図６はベース４０の底面図であり、図７はベース４０の右側面図であり、図８はベース４０の正面図であり、図９はベース４０の背面図である。また、図１０は、図５のＩ‐Ｉ線で切断したベース４０の断面図であり、図１１は、図５のＩＩ‐ＩＩ線で切断したベース４０の断面図であり、図１２は、図６のＩＩＩ‐ＩＩＩ線で切断したベース４０の断面図である。
ベース４０は、熱可塑性樹脂からなり、射出成形により成形される。ベース４０に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば液晶ポリマーがある。ベース４０は、板状の部材である。ベース４０の前方右側の角が面取りされ、面取り面４０ａが形成されている。ベース４０は、縦の長さＬ２が例えば２．７ｍｍ、横の長さＬ３が例えば３．４ｍｍ、高さＨ２が例えば０．７ｍｍである。ベース４０の中央から後方にかけて凹部４１が形成されている。凹部４１は、平面視において長方形の形状を呈する。凹部４１の左右方向の長さＬ４は例えば０．８ｍｍであり、前後方向の長さＬ５は例えば１．２ｍｍである。凹部４１の左右方向の長さＬ４及び前後方向の長さＬ５は、凹部４１の中にガスを導き易くするために、それぞれガス検出部６１の左右方向長さ及び前後方向の長さの２倍以上であることが好ましく、５倍以上であることがさらに好ましい。
【００１４】
ベース４０には、金属製の第１電極８１、第２電極８２及び第３電極８３が埋め込まれている。第１電極８１、第２電極８２及び第３電極８３は、例えばステンレスにニッケルメッキを施して形成されている。ステンレスにニッケルメッキを施したものは、白金線からなる第１リード線６２乃至第３リード線６４（図３参照）の電気溶接に適している。なお、第１電極８１乃至第３電極８３に用いられる材料は、ステンレスにニッケルメッキを施したものに限られず、例えばステンレス以外の銅、金若しくは鉄又はそれらの合金を用いることができる。また、電極表面のメッキ処理も、ニッケルメッキに限られず、例えばスズメッキなど他の金属を用いて行うことができる。第１電極８１乃至第３電極８３が凹部４１の周囲を囲んでおり、第１電極８１は、ベース４０の前方に配置され、第２電極８２はベース４０の右側に配置され、第３電極８３がベース４０の左側に配置されている。
図３に示されているように、第１電極８１に対して、第２電極８２及び第３電極８３が後方にずれているが、第２電極８２及び第３電極８３のズレ量が互いに異なっている。第２電極８２の方が第３電極８３よりも第１電極８１に対して後方に大きくずれるように配置されている。つまり、第２電極８２の前端８２ａの第１電極８１の後端８１ｂに対するズレＬ６（後端８１ｂから前端８２ａまでの距離）の方が第３電極８３の前端８３ａの第１電極８１の後端８１ｂに対するズレＬ７（後端８１ｂから前端８３ａまでの距離）よりも大きくなるように第１電極８１、第２電極８２及び第３電極８３が配置されている。このように配置されることにより、コイル状のヒータ部６１ｂの巻き始めと巻き終わりから延びる第２リード線６３と第３リード線６４に適した位置に第２電極８２と第３電極８３を設けることができる。
第１電極８１乃至第３電極８３は、幅Ｗ１が例えば０．７ｍｍである。なお、ここでは、第１電極８１乃至第３電極８３の電極幅が３つとも同じであるが、必ずしも同じである必要はなく、異なっていてもよい。ただし、第１電極８１乃至第３電極８３に、互いに形状が同じものを用いれば、部品を共用することができるので、部品点数を減らすことができる。第１電極８１乃至第３電極８３は、それぞれ、上部と下部において互いに逆方向に曲がった第１クランク部８４と第２クランク部８５（図１０及び図１１参照）を有している。第１電極８１乃至第３電極８３は、いずれも第１クランク部８４と第２クランク部８５の間が樹脂中に埋め込まれている。第１クランク部８４から一端８４ａまでの露出する上部領域８６が２次元的に広がることで、第１電極８１乃至第３電極８３への第１リード線６２乃至第３リード線６４の載置がそれぞれ容易になる。第２クランク部８５から他端８５ａまでの露出する下部領域８７が２次元的に広がることで、第１電極８１乃至第３電極８３の高さＨ３を低くしながらデバイスの端子として接触させ易い形状が得られる。
【００１５】
第１電極８１乃至第３電極８３は、それぞれの上部から下部までの高さＨ３がパッケージ１５の高さよりも０．３ｍｍ以上低くなるように設定されるが、ここでは例えば第１電極８１の上部から下部までの高さＨ３は例えば０．６５ｍｍであり、第２電極８２及び第３電極８３の上部から下部までの高さＨ３は例えば０．７ｍｍである。パッケージ１５の高さＨ１が例えば１．２５ｍｍであるから、第２電極８２及び第３電極８３の上部から下部までの高さＨ３の方が０．５５ｍｍだけ低くなっている。これらの高さＨ１と高さＨ３の差を使って、ガス検出部６１の上方に、ガスを採り込むための空間が形成される。
ベース４０の底部４０ｂには、第１電極８１乃至第３電極８３に繋がる第１開口部４２、第２開口部４３及び第３開口部４４が形成されている。第１開口部４２、第２開口部４３及び第３開口部４４には、第１電極８１乃至第３電極８３に近くなるほど開口径が小さくなるようにテーパがついている。第１開口部４２乃至第３開口部４４の最も狭い部分の開口径Ｄ２は例えば０．４ｍｍであり、最も広い部分の開口径Ｄ３は例えば０．６ｍｍである。
【００１６】
（２−３）キャップ
図２はキャップ２０の平面図であり、図１３はキャップ２０の底面図であり、図１４はキャップ２０の右側面図であり、図１５はキャップ２０の正面図である。また、図１６は、図２のＩＶ‐ＩＶ線で切断したキャップ２０の断面図であり、図１７は、図２のＶ‐Ｖ線で切断したキャップ２０の断面図である。
キャップ２０は、平板状の天部２１と、天部２１の周囲を取り囲む側部２２とを備えている。キャップ２０にも、ベース４０の面取り面４０ａに対応する面取り面２０ａが形成されている。天部２１の高さ方向の厚みＨ４は例えば０．２ｍｍである。また、天部２１の底面までの側部２２の高さＨ５は例えば０．８ｍｍである。
天部２１には、２２個の貫通孔２３が形成されている。これらの貫通孔２３は、ガス検出部６１が配置される領域の直上の検出部配置領域Ａｒ１以外の領域に配置されている。これらの中の２つの貫通孔２３ａは、ベース４０の凹部４１の直上に配置されている。貫通孔２３は、ベース４０の方に向かって貫通孔径が広がるようにテーパが付けられている。貫通孔２３の最も狭い部分の貫通孔径Ｄ４は例えば０．１５ｍｍであり、最も広い部分の貫通孔径Ｄ５は例えば０．２５ｍｍである。このようにパッケージ１５の内部に向けて貫通孔２３が広がることにより、塵埃や水滴を入り難くするとともにガスを内部に導き易くなる。
【００１７】
（２−４）パッケージ
図１８はパッケージ１５の平面図であり、図１９はパッケージ１５の底面図であり、図２０はパッケージ１５の背面図である。また、図２１は、図１８のＶＩ‐ＶＩ線で切断したパッケージ１５の断面図であり、図２２は、図１８のＶＩＩ‐ＶＩＩ線で切断したパッケージ１５の断面図であり、図２３は、図１９のＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線で切断したパッケージ１５の断面図である。
パッケージ１５の高さＨ１は、例えば１．２５ｍｍである。キャップ２０とベース４０との間にあるパッケージ１５内の空間の高さＨ７は例えば０．３５ｍｍである。ただし、第１電極８１からキャップ２０の天部２１の下面までの高さＨ８は例えば０．４ｍｍである。既に説明したが、このパッケージ１５の縦方向の長さＬ２はベース４０の縦方向の長さと同じであり、パッケージ１５の横方向の長さＬ３はベース４０の横方向の長さと同じである。
【００１８】
（３）ガスセンサデバイスの製造方法
ガスセンサデバイス１０を製造するために、キャップ２０とベース４０とガス検出エレメント６０とを準備する。ここでは、キャップ２０とベース４０とガス検出エレメント６０とが並列に独立して準備される場合を例に挙げて説明する。キャップ２０は、金型を用いた射出成形法により熱可塑性樹脂から成形される。ベース４０は、金型を用いたインサート成形法により第１電極８１、第２電極８２及び第３電極８３を埋め込んだ状態で熱可塑性樹脂から成形される。ベース４０は、例えば、図２４乃至図２７に示されている工程を経て形成される。
まず、図２４に示されているように、第１型９１と第２型９２が型開きされた状態で、第１電極８１が第１型９１にセットされる。図２４では、第２電極８２及び第３電極８３の記載が省略されているが、これらも第１電極８１と同様に第１型９１にセットされる。第２型９２には固定ピン９３が取り付けられている。図２４には示されていないが、第２電極８２及び第３電極８３を固定するための他の２本の固定ピンも第２型９２に取り付けられている。第１電極８１乃至第３電極８３がセットされた状態で動かないように留めておくには、例えば第１型９１に小さな貫通孔を開けておいて第１電極８１乃至第３電極８３を吸引すればよい。
【００１９】
次に、図２５に示されているように、第１型９１と第２型９２が閉じられる。第１型９１と第２型９２が閉じられた状態では固定ピン９３が第１電極８１に当たっており、この固定ピン９３によって第１電極８１が動かないように固定される。第２電極８２及び第３電極８３も、図示されていない他の２本の固定ピンによって固定される。
次に、図２６に示されているように、溶融した熱可塑性樹脂９４が第１型９１と第２型９２に囲まれたキャビティ内に射出される。
図２７には、射出成形後に、第１型９１と第２型９２を型開きして取り出されたベース４０が示されている。固定ピン９３が存在した部分が第１開口部４２になり、図示されていない他の固定ピンが存在した部分が第２開口部４３及び第３開口部４４（図１１参照）になる。
【００２０】
図２８には、ガス検出エレメント６０の電気溶接の方法が示されている。第１電極８１の上部領域８６の上に、第１リード線６２が載置されている。ベース４０の下から第１開口部４２を通して、溶接機の第１電源ライン２０１が第１電極８１に押し当てられている。ベース４０の上からは、溶接機の第２電源ライン２０２が第１リード線６２に押し当てられている。図２８に示されている状態で、第１電源ライン２０１から第１電極８１と第１リード線６２を経由して第２電源ライン２０２に電流を流すと、第１電極８１と第１リード線６２の間で発熱して、溶けた第１電極８１と第１リード線６２が接合される。
第２電極８２と第２リード線６３及び第３電極８３と第３リード線６４との間でも同様の電気溶接を繰り返すことにより、図３に示されているように、ベース４０の上にガス検出エレメント６０がマウントされる。
上記の例では、感ガス体６１ａが形成された状態のガス検出エレメント６０の第１リード線６２乃至第３リード線６４を、第１電極８１乃至第３電極に電気溶接する場合について説明したが、先に第１リード線６２乃至第３リード線６４を、第１電極８１乃至第３電極８３に電気溶接した後に、第１リード線６２乃至第３リード線６４及びヒータ部６１ｂに感ガス体６１ａを形成するようにしてもよい。
【００２１】
（４）ガスセンサデバイスを用いたガス検知装置
上述のガスセンサデバイス１０を用いて構成されるガス検知装置１は、図２９に示されているように、ガスセンサデバイス１０と、ガスセンサデバイス１０に駆動電圧を出力する駆動部２と、ガスセンサデバイス１０の所定箇所の電圧を検出する検出部３と、駆動部２及び検出部３に接続されてガス検知装置１を制御する制御部４と、負荷抵抗ＲＬとを備えている。ここでは、検出部３は、ヒータ兼用電極である第２電極８２及び第３電極８３と第１電極８１との間に発生する電圧ＶＳを検出している。そして、制御部４は、第３電極８３と第１電極８１との間の抵抗値に基づいて対象ガスの検知を行っている。
ガスセンサデバイス１０は、ヒータ部６１ｂの加熱のために、例えば０．１秒以下の非常に短い時間だけヒータ部６１ｂに電圧が印加されている。つまり、ガス検知装置１は、測定前の所定時間だけヒータ部６１ｂに電圧を印加してヒータ部６１ｂを加熱し、それ以外の時間ではヒータ部６１ｂに電圧を印加しないようにして測定を行っている。それにより、ガスセンサデバイス１０の温度、特にガス検出エレメント６０の周囲の温度が上昇するのを防いでいる。ここでは、短時間に多くの熱を発生させるためにヒータ部６１ｂに印加される電圧が方形波になっているが、方形波に限られず、例えば印加される電圧はサイン波であってもよい。
駆動部２のＧＮＤ端子２ａには、検出部３のＧＮＤ端子３ａ及びガスセンサデバイス１０の第３電極８３が接続されている。駆動部２のヒータ端子２ｂには、ガスセンサデバイス１０の第２電極８２が接続されている。駆動部２のＧＮＤ端子２ａとヒータ端子２ｂとの間に印加されるヒータ電圧ＶＨは、図３０（ａ）に示されているようなパルス電圧である。ここでは、１回のガス検知のためにガスセンサデバイス１０のヒータ部６１ｂを加熱するのは、例えば図３０（ａ）の１パルスである。この１パルスの印加時間Ｔ１は、例えば０．０６ｓｅｃである。この１パルスでヒータ部６１ｂが消費する電力は、例えば１００ｍＷ程度である。ガスセンサデバイス１０が過度に加熱されるのを防ぐために、パルス間の間隔Ｔ２は、例えば数秒以上で、ガス検知のインターバルに合わせて設定されている。なお、複数のパルス電圧を用いて複数回のガス検知を行うことを１セットとして、１度のガス検知の結果とすることも可能である。
ガスセンサデバイス１０の第１電極８１は、検出部３の検出端子３ｂに接続されている。この検出部３は、第１電極８１と第３電極８３の間に生じる電圧ＶＳを検出する。制御部４は、検出部３が検出して電圧ＶＳから第１電極８１と第３電極８３の間の抵抗値を測定して対象ガスの検知を行う。
駆動部２は、検出部３が測定する電圧ＶＳを発生させるために、負荷抵抗ＲＬを介して測定電圧ＶＣを第１電極８１に印加する。そのために、駆動部２の測定電圧端子２ｃは、負荷抵抗ＲＬの一端に接続され、負荷抵抗ＲＬの他端は、第１電極８１及び検出端子３ｂに接続されている。負荷抵抗ＲＬの抵抗値は、例えば１０ｋΩであり、測定電圧ＶＣは例えば１Ｖから数Ｖの範囲で設定される。測定電圧ＶＣは、図３０（ｂ）に示されているように、ヒータ電圧ＶＨの印加終了時点ｔｅから±０．１ｍｓｅｃ以内に印加される。
ガス検知装置１では、ガス検出エレメント６０の熱容量、特にガス検出部６１の熱容量が小さいために、ヒータ部６１ｂで消費される消費電力が小さくなる。また、ガス検知装置１は、熱容量が小さいために、熱応答特性が良くなり、短時間で対象ガスの検知が行える。
【００２２】
（５）特徴
（５−１）
上述のガスセンサデバイス１０では、ベース４０の凹部４１の周囲に配置された３つの金属製の第１電極８１乃至第３電極８３に金属製の第１リード線６２乃至第３リード線６４を接続して凹部４１内及び凹部４１上の空間にヒータ部６１ｂを含むガス検出部６１を宙吊り状態に固定しているので、ガス検出部６１が小型化されるほど凹部４１を小さくして凹部４１を囲むように精度良く配置されている第１電極８１乃至第３電極８３も小さくしてそれらを密集させることができる。その結果、凹部４１及びその周囲の第１電極８１乃至第３電極８３の占有領域を小さくすることができ、ガスセンサデバイス１０の全体の形状も小型化することができる。
（５−２）
キャップ２０は、複数の貫通孔２３がガス検出部６１の直上以外の場所に形成されていることにより、検出部配置領域Ａｒ１のキャップ２０の部分によって塵埃や水滴が防がれ、ガス検出部６１に塵埃が付着し難くなっている。
【００２３】
（５−３）
３つの第１電極８１乃至第３電極８３は、それぞれ、上部と下部において互いに逆方向に曲がった第１クランク部８４と第２クランク部８５を有している。第１クランク部８４と第２クランク部８５の間がベース４０に埋め込まれ、第１クランク部８４よりも一端８４ａに近い側がベース４０の上方に露出し、第２クランク部８５よりも他端８５ａに近い側がベース４０の下方に露出している。第１クランク部８４から一端８４ａまでの露出した上部領域８６が２次元的に広がることで第１リード線６２乃至第３リード線６４の載置が容易になっている。また、第２クランク部８５から他端８５ａまでの露出した下部領域８７が２次元的に広がることでデバイス端子として接触させ易い形状が得られている。第１クランク部８４と第２クランク部８５の間が埋め込まれることにより第１電極８１乃至第３電極８３がベース４０にしっかり固定され、ガス検出エレメント６０もパッケージ１５にしっかり固定することができている。
【００２４】
（５−４）
２つの第２リード線６３及び第３リード線６４は、リード線の一部である第２リード線６３と第３リード線６４の接続部分がガス検出エレメント６０で３ターンのコイル状に巻かれてヒータ部６１ｂを形成している。コイル状に巻かれたヒータ部６１ｂのターン数が３ターンになることにより、ヒータ部６１ｂが小型化され、ひいてはガス検出エレメント６０が小さくなり、ガスセンサデバイス１０の小型化が達成できている。
（５−５）
図３及び図４を用いて説明したように、コイル状に巻かれたヒータ部６１ｂから直接延びる第２リード線６３及び第３リード線６４がヒータ部６１ｂの形状に起因してずれている。しかし、第２リード線６３と第３リード線６４のズレに合わせて、これら第２リード線６３と第３リード線６４に適した位置に第２電極と第３電極が配置されることによって、ガスセンサデバイス１０の小型化が容易になる。
【００２５】
（５−６）
ガスセンサデバイス１０の製造方法においては、図２８を用いて説明したように、ヒータ部６１ｂを含むガス検出部６１から延びる第１リード線６２と第１電極８１にそれぞれベース４０の上下から溶接機の第１電源ライン２０１及び第２電源ライン２０２を当接させて第１リード線６２を第１電極８１に電気溶接している。この電気溶接は、ベース４０に埋め込まれた第１電極８１の上に、第１リード線６２を配置してガス検出部６１を凹部４１の壁に接触しないように、ガス検出部６１を凹部４１内及び凹部４１上の空間に宙吊りにした状態で行われる。さらに、溶接箇所は、ベース４０の縦横の範囲内にある。このような電気溶接は、第２リード線６３と第２電極８２及び第３リード線６４と第３電極８３についても同様に行われる。その結果、第１電極８１乃至第３電極８３を縦２．７ｍｍ、横３．４ｍｍの範囲内に収めることができる。また、溶接機の２本の第１電源ライン２０１と第２電源ライン２０２を上下から当接させているので、両方とも上方から当てる場合に比べて当て易くなり、非常に小型化されたパッケージ１５においても製造が容易になっている。なお、上記実施形態では、ガス検出部６１が凹部４１内及び凹部４１上の空間に宙吊りにされていたが、ガス検出部６１を凹部４１内の空間に宙吊りにしてもよく、又はガス検出部６１を凹部４１上の空間に宙吊りにしてもよい。
（５−７）
ガスセンサデバイス１０の製造方法において、ベース４０を形成する工程では、底部から３つの第１電極８１乃至第３電極８３に繋がる第１開口部４２乃至第３開口部４４が第１電極８１乃至第３電極８３を押える固定ピン９３で形成されている。このように第１開口部４２乃至第３開口部４４がベース４０の成形と同時に固定ピン９３で形成されるので、工数を増やすくこと無く、第１開口部４２乃至第３開口部４４を形成できる。そして、これら第１開口部４２乃至第３開口部４４に第１電源ライン２０１を差し込めば第１電極８１乃至第３電極８３に当接させて簡単に位置決めできるので、非常に小さなガスセンサデバイス１０にたいしても電気溶接が速く簡単にできるようになり、製造時間が短縮できる。
【００２６】
（６）変形例
（６−１）変形例１Ａ
上記実施形態では、コイル状のヒータ部６１ｂが感ガス体６１ａの中に配置されている場合について説明したが、接触燃焼式のガスセンサのように、白金線などの触媒をコイル状に巻いて、コイル状のヒータ部を露出した状態で用いる場合についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０      ガスセンサデバイス
１５      パッケージ
２０      キャップ
２３      貫通孔
４０      ベース
４１      凹部
４２      第１開口部
４３      第２開口部
４４      第３開口部
６０      ガス検出エレメント
６１      ガス検出部
６１ａ      感ガス体
６１ｂ      ヒータ部
６２      第１リード線
６３      第２リード線
６４      第３リード線
８１      第１電極
８２      第２電極
８３      第３電極
８４      第１クランク部
８５      第２クランク部
９３      固定ピン
２０１      第１電源ライン
２０２      第２電源ライン
【図１】
0006359049.tif 000002
【図２】
0006359049.tif 000003
【図３】
0006359049.tif 000004
【図４】
0006359049.tif 000005
【図５】
0006359049.tif 000006
【図６】
0006359049.tif 000007
【図７】
0006359049.tif 000008
【図８】
0006359049.tif 000009
【図９】
0006359049.tif 000010
【図１０】
0006359049.tif 000011
【図１１】
0006359049.tif 000012
【図１２】
0006359049.tif 000013
【図１３】
0006359049.tif 000014
【図１４】
0006359049.tif 000015
【図１５】
0006359049.tif 000016
【図１６】
0006359049.tif 000017
【図１７】
0006359049.tif 000018
【図１８】
0006359049.tif 000019
【図１９】
0006359049.tif 000020
【図２０】
0006359049.tif 000021
【図２１】
0006359049.tif 000022
【図２２】
0006359049.tif 000023
【図２３】
0006359049.tif 000024
【図２４】
0006359049.tif 000025
【図２５】
0006359049.tif 000026
【図２６】
0006359049.tif 000027
【図２７】
0006359049.tif 000028
【図２８】
0006359049.tif 000029
【図２９】
0006359049.tif 000030
【図３０】
0006359049.tif 000031