カバー付センサ及びその製造方法
【課題】 ベース部で保持される電極ピン同士の結露による短絡を有効に防止し、加えて結露対策に伴うコスト上昇及びセンサ自身の大型化を回避するとともに、耐久性及び信頼性を高める。
【解決手段】 少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサであって、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する。
【解決手段】 少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサであって、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子を接続した電極ピンを保持するベース部及びこのベース部に合体するセンサカバーを備えるカバー付センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス漏れ等を検知するガスセンサ（特開２００２−２４３６８４号公報等参照）は知られており、通常、この種のガスセンサは、ガスの存在に反応するセンサ素子と、このセンサ素子を機械的に保護するとともにガス以外の無用な異物侵入を阻止する脱塵機能を有するセンサ用カバーを備えている。この場合、センサ用カバーは、所定のガス透過率、例えば５０〔％〕以上のガス透過率の確保が要求されるとともに、所要の脱塵機能が要求される。したがって、通常、この種のセンサ用カバーには、ガス透過率及び脱塵機能の双方の要請に応えることができる多孔質セラミックスが使用されており、上記例示の公報にも、ガス検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造が安定でかつ電極を取付けることにより高温脱塵とガス検知を同時に機能させるようにしたバルク状の多孔質セラミックスが開示されている。
【０００３】
一方、この種のガスセンサは、所定のガス透過率を有するセンサ用カバーにより覆われるため、センサ用カバーの内部が結露しやすい問題がある。結露が生じた場合、センサ用カバーの内側に配されるセンサ素子やこのセンサ素子を接続する電極ピンなどの電気系回路が悪影響を受け、例えば、ゼロ点変動，センサ感度の一時的な低下，回路の短絡等を招く虞れがあり、特に、電極ピンはベース部の内外に貫通して設けられることから、ベース部に水滴が付着した場合には、電極ピン同士の短絡を招く虞れがある。このため、従来より結露対策を施したガスセンサも知られており、特開２００３−１６１７１２号公報には、一端にガス取入口が形成されたケースに、ガス取入口から撥水フィルタ，パッキン，焼結多孔質金属板，第１スペーサ，発熱体ユニット，第２スペーサ，ガス検知ユニット，さらに、ベース材を順に積層配置して収容し、ケースの他端を絞って固定して検知ユニットからの接続用電極ピンを引出すとともに、発熱体ユニットにより、ガス検知ユニット及び流入する被検ガスを加熱して結露を防止するようにした結露防止機能を備えたガスセンサも開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２４３６８４号
【特許文献２】特開２００３−１６１７１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来のカバー付センサ（結露防止機能を備えたガスセンサ等）は、次のような問題点があった。
【０００５】
第一に、結露防止のための追加対策が複雑になる傾向があるため、部品点数の増加に伴う部品コスト及び製造コストの上昇、更にはセンサ自身の大型化を招くとともに、特に、追加対策に発熱手段などの電力を利用する場合には、電力消費（ランニングコスト）を伴うことから省エネルギ性及び経済性の観点からも難がある。
【０００６】
第二に、結露防止のための追加対策が単純でないことから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるガスセンサにとって故障しやすいなどの無視できない問題を生じ、十分な耐久性及び信頼性を確保する観点からも難がある。
【０００７】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したカバー付センサ及びその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るカバー付センサ１は、上述した課題を解決するため、少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサであって、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成してなることを特徴とする。この場合、発明の好適な形態により、電極ピン２ａ，２ｂ及びこの電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３の一部３ｐを組付けたピンアッセンブリ７を備え、このピンアッセンブリ７の表面に撥水膜６を形成することができる。また、撥水膜６の膜厚Ｄｓは、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定できるとともに、撥水性材料には、主材料としてフッソ系樹脂を用いることができる。なお、カバー付センサ１は、センサ素子４に、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いるガスセンサに適用することができる。
【０００９】
一方、本発明に係るカバー付センサの製造方法は、上述した課題を解決するため、少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサ１を製造するに際し、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）を設けたことを特徴とする。この場合、発明の好適な態様により、電極ピン２ａ，２ｂをベース部３の一部３ｐに組付けることにより当該ベース部３の一部３ｐで電極ピン２ａ，２ｂを保持してなるピンアッセンブリ７を得るピンアッセンブリ組付工程を設けることができる。また、撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）では、ピンアッセンブリ７を、撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬することにより撥水膜６を形成することができる。さらに、撥水処理液Ｌｃには、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明に係るカバー付センサ１及びその製造方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１１】
（１） 少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成してなるため、結露が生じてもベース部３で保持される二以上の電極ピン２ａ，２ｂ同士の水分による短絡が有効に防止される。
【００１２】
（２） ベース部３の表面３ｆに撥水膜６を形成することにより容易に実現できるため、実質的な部品点数の増加は生じない。したがって、結露対策に伴うコスト上昇及びセンサ自身の大型化を回避できるとともに、電力消費（ランニングコスト）を伴わないため、省エネルギ性及び経済性に優れる。しかも、極めて単純な結露対策により実現できることから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるカバー付センサ１であっても故障の生じる虞れがなく、耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００１３】
（３） 好適な態様により、電極ピン２ａ，２ｂ及びこの電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３の一部３ｐを組付けたピンアッセンブリ７を備え、このピンアッセンブリ７の表面に撥水膜６を形成すれば、ベース部３に対する有効な撥水膜６を容易かつ確実に形成することができる。
【００１４】
（４） 好適な態様により、撥水膜６の膜厚Ｄｓを、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定すれば、電気的特性や製造性などに影響を与えることなく、十分な撥水性を確保することができる。
【００１５】
（５） 好適な態様により、撥水性材料に、主材料としてフッソ系樹脂を用いれば、望ましい撥水性能及び製作容易性を実現することができる。
【００１６】
（６） 好適な態様により、センサ素子４に、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサに適用すれば、特に、ガスセンサにおける使用環境の拡大及び信頼性の向上に寄与できる。
【００１７】
（７） 好適な態様により、撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）において、ピンアッセンブリ７を撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬することにより撥水膜６を形成するようにすれば、撥水膜６として望ましい０．３〜１．０〔μｍ〕の膜厚Ｄｓを容易かつ確実に形成することができる。
【００１８】
（８） 好適な態様により、撥水処理液Ｌｃに、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いれば、撥水膜６を形成するための最適な粘度（付着性）を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
本発明に係るカバー付センサ１は、図２及び図８に示すように、大別して、四本の電極ピン２ａ，２ｂ…を保持するベース部３と、各電極ピン２ａと２ｂ…間にそれぞれ接続したセンサ素子４…と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４…を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５からなる。
【００２１】
この場合、四本の電極ピン２ａ，２ｂ…を保持するベース部３は、構成部品として、二つのピンアッセンブリ７…と、この二つのピンアッセンブリ７…を取付ける円形の底板部１１ｄ及びこの底板部１１ｄの外周から立上げた筒形の周側板部１１ｓを一体形成したシャーシ部材１１と、このシャーシ部材１１に対して二つのピンアッセンブリ７…を保持固定するブロック固定部材１２と、このブロック固定部材１２に起立して設けた衝立部材１３を備える。
【００２２】
また、ピンアッセンブリ７は、絶縁素材により形成したピンステイ１５と、導電材により棒状に形成した二本の電極ピン２ａ，２ｂと、円筒状に形成した二つのピンベース１６ａ，１６ｂとにより構成し、このピンアッセンブリ７は、ピンアッセンブリ組付工程により組付けられる。ピンアッセンブリ組付工程では、ピンステイ１５に形成した二つの孔部に二本の電極ピン２ａ，２ｂをそれぞれ圧入するとともに、さらに、電極ピン２ａ，２ｂにピンベース１６ａ，１６ｂを嵌め、このピンベース１６ａ，１６ｂをピンステイ１５に対してガラス接着等により固定することにより、ピンステイ１５からの電極ピン２ａ，２ｂの抜止めを行う。したがって、ピンステイ１５及びピンベース１６ａ，１６ｂは、ベース部３の一部３ｐを構成する。一方、このように組付けられたピンアッセンブリ７の表面に対して撥水膜形成工程により撥水性材料を用いた所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する。
【００２３】
次に、ピンアッセンブリ７に対する撥水膜６の形成方法について、図１及び図４を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００２４】
まず、組付けられた所定数量のピンアッセンブリ７…は、図４に示す処理バスケット２１に収容する（ステップＳ１）。そして、図４に示すように、ピンアッセンブリ７…を収容した処理バスケット２１を、撥水処理液Ｌｃの入った処理槽２２に設定時間Ｔｓ（例えば、３０〔秒〕程度）だけ浸漬する浸漬工程を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。この場合、撥水処理液Ｌｃには、所定の撥水性材料を用いる。具体的には、主材料としてフッソ系樹脂、即ち、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いる。撥水処理液Ｌｃとしては粘度が重要である。粘度が小さ過ぎたり大き過ぎるときは、撥水膜６の望ましい膜厚Ｄｓ、即ち、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲の膜厚Ｄｓが得られない。例示の撥水処理液Ｌｃは、撥水膜６を形成するための最適な粘度（付着性）を得ることができる。また、撥水性材料に、主材料としてフッソ系樹脂を用いれば、望ましい撥水性能及び製作容易性を実現できる利点がある。
【００２５】
そして、浸漬後、設定時間Ｔｓが経過したなら、処理バスケット２１を撥水処理液Ｌｃから取出す。この場合、設定時間Ｔｓの長さも撥水処理液Ｌｃと同様に重要となる。即ち、設定時間Ｔｓの長さは撥水膜６の膜厚Ｄｓに大きく影響するため、この設定時間Ｔｓの長さは、実験等により適宜設定し、特に、撥水膜６の望ましい膜厚Ｄｓ（０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲）を得ることができるように適宜設定する。撥水膜６の膜厚Ｄｓを、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定することにより、電気的特性や製造性などに影響を与えることなく、十分な撥水性を確保することができる。本実施形態に係る製造方法では、ピンアッセンブリ７を撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬する浸漬工程を含ませたため、撥水膜６として望ましい０．３〜１．０〔μｍ〕の膜厚Ｄｓを容易かつ確実に形成することができる。
【００２６】
他方、撥水処理液Ｌｃの付着したピンアッセンブリ７…は、処理バスケット２１に収容した状態で液切りを行い、この後、設定時間Ｔｘ（例えば、１０〔分〕間程度）にわたって常温乾燥を行う（ステップＳ４，Ｓ５）。そして、設定時間Ｔｘにわたって常温乾燥したなら、専用炉に収容し、設定時間Ｔｈ（例えば、２０〔分〕間程度）にわたって焼付処理を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。専用炉の温度は、３００〔℃〕前後に設定することが望ましい。設定時間Ｔｈにわたって焼付処理を行ったなら、専用炉から取出して常温冷却する（ステップＳ８）。これにより、図１に示すピンアッセンブリ７を得ることができる。なお、得られたピンアッセンブリ７…は、所定の検査工程により撥水性能等の必要な検査を行う。
【００２７】
よって、このように製造されるピンアッセンブリ７…は、表面に撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６が形成される。したがって、結露が生じてもピンアッセンブリ７におけるベース部材３の表面３ｆは撥水性を有することになり、ベース部３により保持される電極ピン２ａ，２ｂ同士の水分による短絡が有効に防止される。また、ベース部３の表面３ｆに撥水膜６を形成することにより容易に実現できるため、実質的な部品点数の増加は生じない。したがって、結露対策に伴うコスト上昇及びセンサ自身の大型化を回避できるとともに、電力消費（ランニングコスト）を伴わないため、省エネルギ性及び経済性に優れる。しかも、極めて単純な結露対策により実現できることから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるカバー付センサ１であっても故障の生じる虞れがなく、耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００２８】
そして、ピンアッセンブリ７…における電極ピン２ａと２ｂ間には、図２に示すようにセンサ素子４を接続する。この場合、センサ素子４は、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓであり、このガスセンサ素子４ｓから導出する一対のリード部４ａ，４ｂをそれぞれ電極ピン２ａと２ｂの上端付近に溶接により直接接合する。この場合、電極ピン２ａ，２ｂの表面にも撥水膜６が形成されているが、撥水膜６の厚さＤｓは、０．３〜１．０〔μｍ〕程度の薄さのため、接合強度が弱まったり、燃えカスが発生するなどの不具合は何ら発生することはない。
【００２９】
また、センサカバー５は、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いる。この多孔質カバー５ｓは、図２及び図８に示すように、円筒部５ｓｆとこの円筒部５ｓｆの上端を閉塞する天面部５ｓｕにより逆カップ状に形成する。
【００３０】
次に、多孔質カバー５ｓの製造方法について、図５〜図７及び図９を参照して具体的に説明する。
【００３１】
まず、第一材料製造工程により造粒体材料Ｐｏの造粒を行う。第一材料製造工程では、最初に、調合工程によりセラミックス粉末原料と所要の添加剤を調合する。この場合、セラミックス粉末原料には、粉末粒径が概ね０．３〔μｍ〕程度のアルミナ粉末を用いる。また、添加剤には、助剤，バインダ及び純水を適量用いる。なお、助剤には、ポリアクリル酸塩等を利用できるとともに、バインダには、アクリル，ＰＶＡ（ポリビニルアルコール），ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）等を利用することができる。
【００３２】
セラミックス粉末原料と所要の添加剤を調合したなら、混合工程により全体を均一に混合する。この場合、ボールミル装置等を使用し、所定時間にわたり機械的に撹拌することにより十分に混合する。混合工程が終了したなら造粒工程に移行する。造粒工程では、所定の粒度を有する造粒体材料Ｐｏを造粒する。具体的には、噴霧乾燥装置（スプレードドライヤ装置）等を使用し、造粒体材料Ｐｏにおける粒子（顆粒）の平均径が６０〜１２０〔μｍ〕の範囲、望ましくは８０〔μｍ〕程度となるように製造する。
【００３３】
次いで、第二材料製造工程に移行する。第二材料製造工程では、まず、一次成形工程により、第一材料製造工程で得た造粒体材料Ｐｏを所定の一次加圧力Ｆｆにより加圧して一次成形を行う。図５は、一次成形に用いる一次成形機３０を示す。一次成形では、一次成形機３０のシリンダ３１に、第一材料製造工程で得た造粒体材料Ｐｏを収容し、ラム３２を一次加圧力Ｆｆにより加圧して押出成形を行う。これにより、型盤３３から矢印Ｈｏ方向に一次成形体Ｍｆが押し出され、丸パイプ形状を有する一次成形体Ｍｆが成形される。この場合、一次加圧力Ｆｆは、７０〜１３０〔ＭＰａ〕の範囲、望ましくは１００〔ＭＰａ〕程度に選定する。一次成形体Ｍｆをこのような丸パイプ形状に成形すれば、一次成形体Ｍｆを平面形状に成形する場合に比べ、後述する二次成形時における粒子ｋ…同士の接触面の面積を小さくできるため、よりガス透過率を高めることができる。なお、一次成形として押出成形を例示したが、プレス成形により同様の形状を成形してもよい。
【００３４】
そして、一次成形体Ｍｆが得られたなら、一次焼成工程により、当該一次成形体Ｍｆを所定の一次加熱温度Ｔｆにより一次焼成（仮焼成）して成形圧粉体Ｃａを得る。この場合、一次加熱温度Ｔｆは、９００〜１２００〔℃〕の範囲、望ましくは１０００〜１１００〔℃〕程度に選定する。この成形圧粉体Ｃａを図６（ａ）に示す。同図（ａ）において、Ｄｏは成形圧粉体Ｃａの外径を示すとともに、Ｄｉは同内径を示し、本実施形態では、Ｄｏを１．９〔ｍｍ〕、Ｄｉを１．３〔ｍｍ〕になるように選定した。なお、一次焼成は、後述する二次成形時における圧粉体材料Ｐｐの潰れを防止するために行うものであり、一次焼成を行わない場合には、二次成形時の二次加圧力Ｆｓを十分に高くすることができなくなり、良好な二次成形を行うことができない。
【００３５】
一次焼成工程により成形圧粉体Ｃａが得られたなら、粉砕工程により成形圧粉体Ｃａを粉砕する。また、粉砕したなら分級工程により、得られた粒子ｋ…の大きさを０．１〜１．０〔ｍｍ〕の範囲、望ましくは０．３５〜０．７０〔ｍｍ〕の範囲に分級する。分級は、後述する金型キャビティＡへの充填を可能にするためであり、充填可能なサイズを取り出すとともに、微粉末は除去することにより、製造した多孔質セラミックスＣにおける気孔Ｒ…（図９）の閉塞を回避する。これにより、図６（ｂ）に示す圧粉体材料Ｐｐを得る。この圧粉体材料Ｐｐは、丸パイプ形状を有する成形圧粉体Ｃａを粉砕して得るため、圧粉体材料Ｐｐにおける粒子ｋ…同士の接触面積が小さくなり、実質的な気孔Ｒ…の開口面積を大きくすることができる。
【００３６】
他方、第二材料製造工程が終了したなら主成形工程に移行する。主成形工程では、二次成形工程により、第二材料製造工程で得た圧粉体材料Ｐｐを所定の二次加圧力Ｆｓにより加圧して二次成形を行う。図７は、二次成形に用いる二次成形機４０を示す。二次成形では、二次成形機４０の金型キャビティＡに圧粉体材料Ｐｐを充填するとともに、可動型４１を二次加圧力Ｆｓにより加圧してプレス成形を行う。これにより、所要の形状を有する二次成形体Ｍｓが得られる。なお、二次加圧力Ｆｓは、８〜３０〔ＭＰａ〕の範囲に選定する。このような主成形工程を用いれば、成形条件を設定した一般的なセラミックス成形法をそのまま利用できるため、製造コストの低減及び量産性の向上に寄与できる。
【００３７】
そして、二次成形体Ｍｓが得られたなら、二次焼成工程により、当該二次成形体Ｍｓを所定の二次加熱温度Ｔｓにより二次焼成（本焼成）する。この場合、二次加熱温度Ｔｓは、１２００〜１６００〔℃〕の範囲に選定する。二次加熱温度Ｔｓは、使用するセラミックス粉末原料に対応した温度を適宜設定することができる。これにより、多孔質セラミックスＣによる多孔質カバー５ｓを得ることができる。例示する多孔質カバー５ｓの寸法は、直径１２〔ｍｍ〕，高さ６〔ｍｍ〕，厚さＤｃが１〔ｍｍ〕である。
【００３８】
このように、多孔質セラミックスＣを、セラミックス粉末原料と一又は二以上の添加剤を調合し、所定の粒度を有する造粒体材料Ｐｏを造粒するとともに、この造粒体材料Ｐｏを所定の一次加圧力Ｆｆにより一次成形した後、所定の一次加熱温度Ｔｆにより一次焼成することにより粒子ｋ…の大きさが０．１〜１．０〔ｍｍ〕の範囲となる圧粉体材料Ｐｐを得、この圧粉体材料Ｐｐを所定の二次加圧力Ｆｓにより二次成形した後、所定の二次加熱温度Ｔｓにより二次焼成するようにすれば、ガスセンサに使用した際に、所要のガス透過率及び所要の機械的強度（曲げ強さ）の双方を十分に確保することができる。特に、造粒体材料Ｐｏにおける粒子の大きさを、６０〜１２０〔μｍ〕の範囲に選定すれば、これらの効果を十分に引出せる最適な多孔質セラミックスＣを得ることができる。
【００３９】
この多孔質セラミックスＣは、図９に示すように、圧粉体材料Ｐｐの粒子ｋ…同士の結合により成立しており、粒界となる接触面の周囲における空間により気孔Ｒ…が形成されているため、この気孔Ｒ…に沿ったガス通路により所定のガス透過率が確保される。この際、気孔Ｒ…の幅は、５００〔μｍ〕未満であり、気孔Ｒ…に対する水分の侵入、更にはガス以外の無用な異物侵入が阻止される。図９にガス通路を点線矢印Ｈｓ…で示す。
【００４０】
次に、カバー付センサ１の組立方法について、図２を参照して説明する。カバー付センサ１を組立てるに際しては、図２に示すように、シャーシ部材１１の底板部１１ｄに形成した孔部に上方から二つのピンアッセンブリ７…を挿入してセットする。これにより、ピンステイ１５は底板部１１ｄの上面に載置され、ピンベース１６ａ，１６ｂ及びこのピンベース１６ａ，１６ｂよりも下側の電極ピン２ａ，２ｂは、底板部１１ｄの下面から下方に突出する。また、ブロック固定部材１２をシャーシ部材１１の周側板部１１ｓの内側に収容する。これにより、ピンステイ１５は、ブロック固定部材１２により上から押え付けられ、各ピンアッセンブリ７…はシャーシ部材１１に固定される。さらに、ブロック固定部材１２の中央に形成したスリットに衝立部材１３を差し込んで取付けるとともに、この状態で多孔質カバー５ｓの下端縁部をブロック固定部材１２の上面に接着剤等により固定する。
【００４１】
これにより、図２（図８）に示すカバー付センサ１を得ることができる。例示のカバー付センサ１は、センサ素子４にガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサとなる。カバー付センサ１をこのようなガスセンサに適用することにより使用環境の拡大及び信頼性の向上に寄与できる利点がある。
【００４２】
ところで、多孔質カバー５ｓにも上述したピンアッセンブリ７と同様の撥水処理を施すことができる。即ち、多孔質カバー５ｓの少なくとも表面にも、図８に示すように、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｔを有する撥水膜５１を形成することができる。この場合、多孔質カバー５ｓ…を処理バスケット２１に所定数量収容し、撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに設定時間Ｔｓ（例えば、２０〔秒〕程度）だけ浸漬する浸漬工程を行う。一方、浸漬後、設定時間Ｔｓが経過したなら、処理バスケット２１を撥水処理液Ｌｃから取出す。この設定時間Ｔｓの長さは、実験等により適宜設定し、特に、撥水膜５１の望ましい膜厚Ｄｔ（０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲）を得るとともに、多孔質カバー５ｓの望ましいガス透過率（５０〜８０〔％〕の範囲）を得ることができるように適宜設定する。
【００４３】
他方、撥水処理液Ｌｃの付着した多孔質カバー５ｓ…は、処理バスケット２１に収容した状態で液切りを行い、この後、設定時間Ｔｘ（例えば、１０〔分〕間程度）にわたって常温乾燥を行う。設定時間Ｔｘにわたって常温乾燥したなら、専用炉に収容し、設定時間Ｔｈ（例えば、２５〔分〕間程度）にわたって焼付処理を行う。専用炉の温度は、３００〔℃〕前後に設定する。設定時間Ｔｈにわたって焼付処理を行ったなら、専用炉から取出して常温冷却する。
【００４４】
撥水処理を施した多孔質カバー５ｓは、図８に示す抽出拡大図のように、多孔質セラミックスＣにより形成された多孔質カバー５ｓの表面に、膜厚Ｄｔが、０．３〜１．０〔μｍ〕の撥水膜５１が形成（コーティング）される。この場合、粒界となる接触面の周囲における空間により気孔Ｒ…（図９）が形成されているため、撥水膜５１は、粒子ｋ…の表面における全部又は一部にコーティングされる。しかし、気孔Ｒ…が埋まることはなく、この気孔Ｒ…に沿ったガス通路により所定のガス透過率が確保される。この際、気孔Ｒ…の幅は、５００〔μｍ〕未満であり、水分が付着しても撥水膜５１による撥水性（非濡性）が確保される。
【００４５】
よって、多孔質カバー５ｓに、このような撥水処理を施すことにより、多孔質カバー５ｓに対する水分の浸透を有効に防止できる。したがって、水分の多い環境でも使用可能になるとともに、何らかの原因により水分が付着した場合であっても、内側に配した部位（ガスセンサ素子４ｓ…や接続部等）を保護することができる。また、塵等も侵入しにくくなり、目詰まり、更にはガス透過率の低下（劣化）を防止できるため、検出精度の維持及び信頼性の確保を実現できる。
【００４６】
しかも、本実施形態に係る製造方法により、ピンアッセンブリ７…に対する撥水処理を施しているため、双方の撥水処理に基づく相乗効果、即ち、多孔質カバー５ｓの外側に対しては無用な水分の侵入を防止する多孔質カバー５ｓの表面に施した撥水膜５１に基づく第一の撥水効果と、万が一多孔質カバー５ｓの内側に水分が侵入し、結露の発生要因になったとしても、ピンアッセンブリ７…の表面に施した撥水膜６に基づき電極ピン２ａ，２ｂ間の短絡等を防止する第二の撥水効果による相乗効果を享受できる。したがって、内的環境による水分及び外的環境による水分の双方に強いカバー付センサ１を得ることができ、ガスセンサ等に用いて最適となる。
【００４７】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、撥水性材料として、フッソ系樹脂を例示したが、シリコーン系樹脂など、各種撥水性材料を用いることが可能である。また、ベース部３の一部３ｐとなる主にピンステイ１５の表面に撥水膜６を形成した場合を示したが、他のベース部３、例えば、ブロック固定部材１２の表面などに同様の撥水膜６を形成してもよい。一方、セラミックス粉末原料としてアルミナ粉末を例示したが、ジルコニア粉末等の一般的なセラミックス材料を含む他の各種セラミックス材料（粉末原料）を用いることができる。さらに、一次成形及び二次成形も必要に応じて例示以外の各種成形法を用いることができるとともに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓ（Ｄｔ）を有する撥水膜６（５１）を形成する方法も例示以外の形成方法を排除するものではない。なお、カバー付センサ１としてガスセンサ素子４ｓ及び多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサを例示したが、同様のセンサ構造を有する煙センサ等の各種センサにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るカバー付センサに用いるピンアッセンブリの断面正面図、
【図２】同カバー付センサの断面正面図、
【図３】同カバー付センサの製造方法における撥水処理工程を順を追って示すフローチャート、
【図４】同製造方法に用いる撥水処理工程の説明図、
【図５】同カバー付センサにおけるセンサカバーの製造に用いる一次成形機の模式的構成図、
【図６】同センサカバーの製造に用いる成形圧粉体の一部を示す斜視図及び圧粉体材料の一部を示す拡大図、
【図７】同センサカバーの製造に用いる二次成形機の模式的構成図、
【図８】同カバー付センサの内部構造を示す斜視図、
【図９】同センサカバー（多孔質カバー）の内部構造図、
【符号の説明】
【００４９】
１：カバー付センサ，２ａ：電極ピン，２ｂ：電極ピン，３：ベース部，３ｆ：ベース部の表面，３ｐ：ベース部の一部，４：センサ素子，４ｓ：ガスセンサ素子，５：センサカバー，５ｓ：多孔質カバー，６：撥水膜，７：ピンアッセンブリ，Ｄｓ：膜厚，Ｓ１〜Ｓ８：撥水膜形成工程，Ｌｃ：撥水処理液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子を接続した電極ピンを保持するベース部及びこのベース部に合体するセンサカバーを備えるカバー付センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス漏れ等を検知するガスセンサ（特開２００２−２４３６８４号公報等参照）は知られており、通常、この種のガスセンサは、ガスの存在に反応するセンサ素子と、このセンサ素子を機械的に保護するとともにガス以外の無用な異物侵入を阻止する脱塵機能を有するセンサ用カバーを備えている。この場合、センサ用カバーは、所定のガス透過率、例えば５０〔％〕以上のガス透過率の確保が要求されるとともに、所要の脱塵機能が要求される。したがって、通常、この種のセンサ用カバーには、ガス透過率及び脱塵機能の双方の要請に応えることができる多孔質セラミックスが使用されており、上記例示の公報にも、ガス検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造が安定でかつ電極を取付けることにより高温脱塵とガス検知を同時に機能させるようにしたバルク状の多孔質セラミックスが開示されている。
【０００３】
一方、この種のガスセンサは、所定のガス透過率を有するセンサ用カバーにより覆われるため、センサ用カバーの内部が結露しやすい問題がある。結露が生じた場合、センサ用カバーの内側に配されるセンサ素子やこのセンサ素子を接続する電極ピンなどの電気系回路が悪影響を受け、例えば、ゼロ点変動，センサ感度の一時的な低下，回路の短絡等を招く虞れがあり、特に、電極ピンはベース部の内外に貫通して設けられることから、ベース部に水滴が付着した場合には、電極ピン同士の短絡を招く虞れがある。このため、従来より結露対策を施したガスセンサも知られており、特開２００３−１６１７１２号公報には、一端にガス取入口が形成されたケースに、ガス取入口から撥水フィルタ，パッキン，焼結多孔質金属板，第１スペーサ，発熱体ユニット，第２スペーサ，ガス検知ユニット，さらに、ベース材を順に積層配置して収容し、ケースの他端を絞って固定して検知ユニットからの接続用電極ピンを引出すとともに、発熱体ユニットにより、ガス検知ユニット及び流入する被検ガスを加熱して結露を防止するようにした結露防止機能を備えたガスセンサも開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２４３６８４号
【特許文献２】特開２００３−１６１７１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来のカバー付センサ（結露防止機能を備えたガスセンサ等）は、次のような問題点があった。
【０００５】
第一に、結露防止のための追加対策が複雑になる傾向があるため、部品点数の増加に伴う部品コスト及び製造コストの上昇、更にはセンサ自身の大型化を招くとともに、特に、追加対策に発熱手段などの電力を利用する場合には、電力消費（ランニングコスト）を伴うことから省エネルギ性及び経済性の観点からも難がある。
【０００６】
第二に、結露防止のための追加対策が単純でないことから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるガスセンサにとって故障しやすいなどの無視できない問題を生じ、十分な耐久性及び信頼性を確保する観点からも難がある。
【０００７】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したカバー付センサ及びその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るカバー付センサ１は、上述した課題を解決するため、少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサであって、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成してなることを特徴とする。この場合、発明の好適な形態により、電極ピン２ａ，２ｂ及びこの電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３の一部３ｐを組付けたピンアッセンブリ７を備え、このピンアッセンブリ７の表面に撥水膜６を形成することができる。また、撥水膜６の膜厚Ｄｓは、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定できるとともに、撥水性材料には、主材料としてフッソ系樹脂を用いることができる。なお、カバー付センサ１は、センサ素子４に、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いるガスセンサに適用することができる。
【０００９】
一方、本発明に係るカバー付センサの製造方法は、上述した課題を解決するため、少なくとも、二以上の電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３と、電極ピン２ａ，２ｂに接続したセンサ素子４と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５を備えるカバー付センサ１を製造するに際し、少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）を設けたことを特徴とする。この場合、発明の好適な態様により、電極ピン２ａ，２ｂをベース部３の一部３ｐに組付けることにより当該ベース部３の一部３ｐで電極ピン２ａ，２ｂを保持してなるピンアッセンブリ７を得るピンアッセンブリ組付工程を設けることができる。また、撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）では、ピンアッセンブリ７を、撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬することにより撥水膜６を形成することができる。さらに、撥水処理液Ｌｃには、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明に係るカバー付センサ１及びその製造方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１１】
（１） 少なくとも、ベース部３の一部又は全部の表面３ｆに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成してなるため、結露が生じてもベース部３で保持される二以上の電極ピン２ａ，２ｂ同士の水分による短絡が有効に防止される。
【００１２】
（２） ベース部３の表面３ｆに撥水膜６を形成することにより容易に実現できるため、実質的な部品点数の増加は生じない。したがって、結露対策に伴うコスト上昇及びセンサ自身の大型化を回避できるとともに、電力消費（ランニングコスト）を伴わないため、省エネルギ性及び経済性に優れる。しかも、極めて単純な結露対策により実現できることから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるカバー付センサ１であっても故障の生じる虞れがなく、耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００１３】
（３） 好適な態様により、電極ピン２ａ，２ｂ及びこの電極ピン２ａ，２ｂを保持するベース部３の一部３ｐを組付けたピンアッセンブリ７を備え、このピンアッセンブリ７の表面に撥水膜６を形成すれば、ベース部３に対する有効な撥水膜６を容易かつ確実に形成することができる。
【００１４】
（４） 好適な態様により、撥水膜６の膜厚Ｄｓを、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定すれば、電気的特性や製造性などに影響を与えることなく、十分な撥水性を確保することができる。
【００１５】
（５） 好適な態様により、撥水性材料に、主材料としてフッソ系樹脂を用いれば、望ましい撥水性能及び製作容易性を実現することができる。
【００１６】
（６） 好適な態様により、センサ素子４に、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサに適用すれば、特に、ガスセンサにおける使用環境の拡大及び信頼性の向上に寄与できる。
【００１７】
（７） 好適な態様により、撥水膜形成工程（Ｓ１〜Ｓ８）において、ピンアッセンブリ７を撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬することにより撥水膜６を形成するようにすれば、撥水膜６として望ましい０．３〜１．０〔μｍ〕の膜厚Ｄｓを容易かつ確実に形成することができる。
【００１８】
（８） 好適な態様により、撥水処理液Ｌｃに、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いれば、撥水膜６を形成するための最適な粘度（付着性）を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
本発明に係るカバー付センサ１は、図２及び図８に示すように、大別して、四本の電極ピン２ａ，２ｂ…を保持するベース部３と、各電極ピン２ａと２ｂ…間にそれぞれ接続したセンサ素子４…と、ベース部３に合体することによりセンサ素子４…を覆う所定の通気性を有するセンサカバー５からなる。
【００２１】
この場合、四本の電極ピン２ａ，２ｂ…を保持するベース部３は、構成部品として、二つのピンアッセンブリ７…と、この二つのピンアッセンブリ７…を取付ける円形の底板部１１ｄ及びこの底板部１１ｄの外周から立上げた筒形の周側板部１１ｓを一体形成したシャーシ部材１１と、このシャーシ部材１１に対して二つのピンアッセンブリ７…を保持固定するブロック固定部材１２と、このブロック固定部材１２に起立して設けた衝立部材１３を備える。
【００２２】
また、ピンアッセンブリ７は、絶縁素材により形成したピンステイ１５と、導電材により棒状に形成した二本の電極ピン２ａ，２ｂと、円筒状に形成した二つのピンベース１６ａ，１６ｂとにより構成し、このピンアッセンブリ７は、ピンアッセンブリ組付工程により組付けられる。ピンアッセンブリ組付工程では、ピンステイ１５に形成した二つの孔部に二本の電極ピン２ａ，２ｂをそれぞれ圧入するとともに、さらに、電極ピン２ａ，２ｂにピンベース１６ａ，１６ｂを嵌め、このピンベース１６ａ，１６ｂをピンステイ１５に対してガラス接着等により固定することにより、ピンステイ１５からの電極ピン２ａ，２ｂの抜止めを行う。したがって、ピンステイ１５及びピンベース１６ａ，１６ｂは、ベース部３の一部３ｐを構成する。一方、このように組付けられたピンアッセンブリ７の表面に対して撥水膜形成工程により撥水性材料を用いた所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６を形成する。
【００２３】
次に、ピンアッセンブリ７に対する撥水膜６の形成方法について、図１及び図４を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００２４】
まず、組付けられた所定数量のピンアッセンブリ７…は、図４に示す処理バスケット２１に収容する（ステップＳ１）。そして、図４に示すように、ピンアッセンブリ７…を収容した処理バスケット２１を、撥水処理液Ｌｃの入った処理槽２２に設定時間Ｔｓ（例えば、３０〔秒〕程度）だけ浸漬する浸漬工程を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。この場合、撥水処理液Ｌｃには、所定の撥水性材料を用いる。具体的には、主材料としてフッソ系樹脂、即ち、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液Ｌｃを用いる。撥水処理液Ｌｃとしては粘度が重要である。粘度が小さ過ぎたり大き過ぎるときは、撥水膜６の望ましい膜厚Ｄｓ、即ち、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲の膜厚Ｄｓが得られない。例示の撥水処理液Ｌｃは、撥水膜６を形成するための最適な粘度（付着性）を得ることができる。また、撥水性材料に、主材料としてフッソ系樹脂を用いれば、望ましい撥水性能及び製作容易性を実現できる利点がある。
【００２５】
そして、浸漬後、設定時間Ｔｓが経過したなら、処理バスケット２１を撥水処理液Ｌｃから取出す。この場合、設定時間Ｔｓの長さも撥水処理液Ｌｃと同様に重要となる。即ち、設定時間Ｔｓの長さは撥水膜６の膜厚Ｄｓに大きく影響するため、この設定時間Ｔｓの長さは、実験等により適宜設定し、特に、撥水膜６の望ましい膜厚Ｄｓ（０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲）を得ることができるように適宜設定する。撥水膜６の膜厚Ｄｓを、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定することにより、電気的特性や製造性などに影響を与えることなく、十分な撥水性を確保することができる。本実施形態に係る製造方法では、ピンアッセンブリ７を撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに所定の設定時間Ｔｓだけ浸漬する浸漬工程を含ませたため、撥水膜６として望ましい０．３〜１．０〔μｍ〕の膜厚Ｄｓを容易かつ確実に形成することができる。
【００２６】
他方、撥水処理液Ｌｃの付着したピンアッセンブリ７…は、処理バスケット２１に収容した状態で液切りを行い、この後、設定時間Ｔｘ（例えば、１０〔分〕間程度）にわたって常温乾燥を行う（ステップＳ４，Ｓ５）。そして、設定時間Ｔｘにわたって常温乾燥したなら、専用炉に収容し、設定時間Ｔｈ（例えば、２０〔分〕間程度）にわたって焼付処理を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。専用炉の温度は、３００〔℃〕前後に設定することが望ましい。設定時間Ｔｈにわたって焼付処理を行ったなら、専用炉から取出して常温冷却する（ステップＳ８）。これにより、図１に示すピンアッセンブリ７を得ることができる。なお、得られたピンアッセンブリ７…は、所定の検査工程により撥水性能等の必要な検査を行う。
【００２７】
よって、このように製造されるピンアッセンブリ７…は、表面に撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓを有する撥水膜６が形成される。したがって、結露が生じてもピンアッセンブリ７におけるベース部材３の表面３ｆは撥水性を有することになり、ベース部３により保持される電極ピン２ａ，２ｂ同士の水分による短絡が有効に防止される。また、ベース部３の表面３ｆに撥水膜６を形成することにより容易に実現できるため、実質的な部品点数の増加は生じない。したがって、結露対策に伴うコスト上昇及びセンサ自身の大型化を回避できるとともに、電力消費（ランニングコスト）を伴わないため、省エネルギ性及び経済性に優れる。しかも、極めて単純な結露対策により実現できることから、苛酷な設置環境や長期にわたって設置されるカバー付センサ１であっても故障の生じる虞れがなく、耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００２８】
そして、ピンアッセンブリ７…における電極ピン２ａと２ｂ間には、図２に示すようにセンサ素子４を接続する。この場合、センサ素子４は、ガスを感知するガスセンサ素子４ｓであり、このガスセンサ素子４ｓから導出する一対のリード部４ａ，４ｂをそれぞれ電極ピン２ａと２ｂの上端付近に溶接により直接接合する。この場合、電極ピン２ａ，２ｂの表面にも撥水膜６が形成されているが、撥水膜６の厚さＤｓは、０．３〜１．０〔μｍ〕程度の薄さのため、接合強度が弱まったり、燃えカスが発生するなどの不具合は何ら発生することはない。
【００２９】
また、センサカバー５は、所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いる。この多孔質カバー５ｓは、図２及び図８に示すように、円筒部５ｓｆとこの円筒部５ｓｆの上端を閉塞する天面部５ｓｕにより逆カップ状に形成する。
【００３０】
次に、多孔質カバー５ｓの製造方法について、図５〜図７及び図９を参照して具体的に説明する。
【００３１】
まず、第一材料製造工程により造粒体材料Ｐｏの造粒を行う。第一材料製造工程では、最初に、調合工程によりセラミックス粉末原料と所要の添加剤を調合する。この場合、セラミックス粉末原料には、粉末粒径が概ね０．３〔μｍ〕程度のアルミナ粉末を用いる。また、添加剤には、助剤，バインダ及び純水を適量用いる。なお、助剤には、ポリアクリル酸塩等を利用できるとともに、バインダには、アクリル，ＰＶＡ（ポリビニルアルコール），ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）等を利用することができる。
【００３２】
セラミックス粉末原料と所要の添加剤を調合したなら、混合工程により全体を均一に混合する。この場合、ボールミル装置等を使用し、所定時間にわたり機械的に撹拌することにより十分に混合する。混合工程が終了したなら造粒工程に移行する。造粒工程では、所定の粒度を有する造粒体材料Ｐｏを造粒する。具体的には、噴霧乾燥装置（スプレードドライヤ装置）等を使用し、造粒体材料Ｐｏにおける粒子（顆粒）の平均径が６０〜１２０〔μｍ〕の範囲、望ましくは８０〔μｍ〕程度となるように製造する。
【００３３】
次いで、第二材料製造工程に移行する。第二材料製造工程では、まず、一次成形工程により、第一材料製造工程で得た造粒体材料Ｐｏを所定の一次加圧力Ｆｆにより加圧して一次成形を行う。図５は、一次成形に用いる一次成形機３０を示す。一次成形では、一次成形機３０のシリンダ３１に、第一材料製造工程で得た造粒体材料Ｐｏを収容し、ラム３２を一次加圧力Ｆｆにより加圧して押出成形を行う。これにより、型盤３３から矢印Ｈｏ方向に一次成形体Ｍｆが押し出され、丸パイプ形状を有する一次成形体Ｍｆが成形される。この場合、一次加圧力Ｆｆは、７０〜１３０〔ＭＰａ〕の範囲、望ましくは１００〔ＭＰａ〕程度に選定する。一次成形体Ｍｆをこのような丸パイプ形状に成形すれば、一次成形体Ｍｆを平面形状に成形する場合に比べ、後述する二次成形時における粒子ｋ…同士の接触面の面積を小さくできるため、よりガス透過率を高めることができる。なお、一次成形として押出成形を例示したが、プレス成形により同様の形状を成形してもよい。
【００３４】
そして、一次成形体Ｍｆが得られたなら、一次焼成工程により、当該一次成形体Ｍｆを所定の一次加熱温度Ｔｆにより一次焼成（仮焼成）して成形圧粉体Ｃａを得る。この場合、一次加熱温度Ｔｆは、９００〜１２００〔℃〕の範囲、望ましくは１０００〜１１００〔℃〕程度に選定する。この成形圧粉体Ｃａを図６（ａ）に示す。同図（ａ）において、Ｄｏは成形圧粉体Ｃａの外径を示すとともに、Ｄｉは同内径を示し、本実施形態では、Ｄｏを１．９〔ｍｍ〕、Ｄｉを１．３〔ｍｍ〕になるように選定した。なお、一次焼成は、後述する二次成形時における圧粉体材料Ｐｐの潰れを防止するために行うものであり、一次焼成を行わない場合には、二次成形時の二次加圧力Ｆｓを十分に高くすることができなくなり、良好な二次成形を行うことができない。
【００３５】
一次焼成工程により成形圧粉体Ｃａが得られたなら、粉砕工程により成形圧粉体Ｃａを粉砕する。また、粉砕したなら分級工程により、得られた粒子ｋ…の大きさを０．１〜１．０〔ｍｍ〕の範囲、望ましくは０．３５〜０．７０〔ｍｍ〕の範囲に分級する。分級は、後述する金型キャビティＡへの充填を可能にするためであり、充填可能なサイズを取り出すとともに、微粉末は除去することにより、製造した多孔質セラミックスＣにおける気孔Ｒ…（図９）の閉塞を回避する。これにより、図６（ｂ）に示す圧粉体材料Ｐｐを得る。この圧粉体材料Ｐｐは、丸パイプ形状を有する成形圧粉体Ｃａを粉砕して得るため、圧粉体材料Ｐｐにおける粒子ｋ…同士の接触面積が小さくなり、実質的な気孔Ｒ…の開口面積を大きくすることができる。
【００３６】
他方、第二材料製造工程が終了したなら主成形工程に移行する。主成形工程では、二次成形工程により、第二材料製造工程で得た圧粉体材料Ｐｐを所定の二次加圧力Ｆｓにより加圧して二次成形を行う。図７は、二次成形に用いる二次成形機４０を示す。二次成形では、二次成形機４０の金型キャビティＡに圧粉体材料Ｐｐを充填するとともに、可動型４１を二次加圧力Ｆｓにより加圧してプレス成形を行う。これにより、所要の形状を有する二次成形体Ｍｓが得られる。なお、二次加圧力Ｆｓは、８〜３０〔ＭＰａ〕の範囲に選定する。このような主成形工程を用いれば、成形条件を設定した一般的なセラミックス成形法をそのまま利用できるため、製造コストの低減及び量産性の向上に寄与できる。
【００３７】
そして、二次成形体Ｍｓが得られたなら、二次焼成工程により、当該二次成形体Ｍｓを所定の二次加熱温度Ｔｓにより二次焼成（本焼成）する。この場合、二次加熱温度Ｔｓは、１２００〜１６００〔℃〕の範囲に選定する。二次加熱温度Ｔｓは、使用するセラミックス粉末原料に対応した温度を適宜設定することができる。これにより、多孔質セラミックスＣによる多孔質カバー５ｓを得ることができる。例示する多孔質カバー５ｓの寸法は、直径１２〔ｍｍ〕，高さ６〔ｍｍ〕，厚さＤｃが１〔ｍｍ〕である。
【００３８】
このように、多孔質セラミックスＣを、セラミックス粉末原料と一又は二以上の添加剤を調合し、所定の粒度を有する造粒体材料Ｐｏを造粒するとともに、この造粒体材料Ｐｏを所定の一次加圧力Ｆｆにより一次成形した後、所定の一次加熱温度Ｔｆにより一次焼成することにより粒子ｋ…の大きさが０．１〜１．０〔ｍｍ〕の範囲となる圧粉体材料Ｐｐを得、この圧粉体材料Ｐｐを所定の二次加圧力Ｆｓにより二次成形した後、所定の二次加熱温度Ｔｓにより二次焼成するようにすれば、ガスセンサに使用した際に、所要のガス透過率及び所要の機械的強度（曲げ強さ）の双方を十分に確保することができる。特に、造粒体材料Ｐｏにおける粒子の大きさを、６０〜１２０〔μｍ〕の範囲に選定すれば、これらの効果を十分に引出せる最適な多孔質セラミックスＣを得ることができる。
【００３９】
この多孔質セラミックスＣは、図９に示すように、圧粉体材料Ｐｐの粒子ｋ…同士の結合により成立しており、粒界となる接触面の周囲における空間により気孔Ｒ…が形成されているため、この気孔Ｒ…に沿ったガス通路により所定のガス透過率が確保される。この際、気孔Ｒ…の幅は、５００〔μｍ〕未満であり、気孔Ｒ…に対する水分の侵入、更にはガス以外の無用な異物侵入が阻止される。図９にガス通路を点線矢印Ｈｓ…で示す。
【００４０】
次に、カバー付センサ１の組立方法について、図２を参照して説明する。カバー付センサ１を組立てるに際しては、図２に示すように、シャーシ部材１１の底板部１１ｄに形成した孔部に上方から二つのピンアッセンブリ７…を挿入してセットする。これにより、ピンステイ１５は底板部１１ｄの上面に載置され、ピンベース１６ａ，１６ｂ及びこのピンベース１６ａ，１６ｂよりも下側の電極ピン２ａ，２ｂは、底板部１１ｄの下面から下方に突出する。また、ブロック固定部材１２をシャーシ部材１１の周側板部１１ｓの内側に収容する。これにより、ピンステイ１５は、ブロック固定部材１２により上から押え付けられ、各ピンアッセンブリ７…はシャーシ部材１１に固定される。さらに、ブロック固定部材１２の中央に形成したスリットに衝立部材１３を差し込んで取付けるとともに、この状態で多孔質カバー５ｓの下端縁部をブロック固定部材１２の上面に接着剤等により固定する。
【００４１】
これにより、図２（図８）に示すカバー付センサ１を得ることができる。例示のカバー付センサ１は、センサ素子４にガスセンサ素子４ｓを用いるとともに、センサカバー５に所定のガス透過率を有する多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサとなる。カバー付センサ１をこのようなガスセンサに適用することにより使用環境の拡大及び信頼性の向上に寄与できる利点がある。
【００４２】
ところで、多孔質カバー５ｓにも上述したピンアッセンブリ７と同様の撥水処理を施すことができる。即ち、多孔質カバー５ｓの少なくとも表面にも、図８に示すように、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｔを有する撥水膜５１を形成することができる。この場合、多孔質カバー５ｓ…を処理バスケット２１に所定数量収容し、撥水性材料を用いた撥水処理液Ｌｃに設定時間Ｔｓ（例えば、２０〔秒〕程度）だけ浸漬する浸漬工程を行う。一方、浸漬後、設定時間Ｔｓが経過したなら、処理バスケット２１を撥水処理液Ｌｃから取出す。この設定時間Ｔｓの長さは、実験等により適宜設定し、特に、撥水膜５１の望ましい膜厚Ｄｔ（０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲）を得るとともに、多孔質カバー５ｓの望ましいガス透過率（５０〜８０〔％〕の範囲）を得ることができるように適宜設定する。
【００４３】
他方、撥水処理液Ｌｃの付着した多孔質カバー５ｓ…は、処理バスケット２１に収容した状態で液切りを行い、この後、設定時間Ｔｘ（例えば、１０〔分〕間程度）にわたって常温乾燥を行う。設定時間Ｔｘにわたって常温乾燥したなら、専用炉に収容し、設定時間Ｔｈ（例えば、２５〔分〕間程度）にわたって焼付処理を行う。専用炉の温度は、３００〔℃〕前後に設定する。設定時間Ｔｈにわたって焼付処理を行ったなら、専用炉から取出して常温冷却する。
【００４４】
撥水処理を施した多孔質カバー５ｓは、図８に示す抽出拡大図のように、多孔質セラミックスＣにより形成された多孔質カバー５ｓの表面に、膜厚Ｄｔが、０．３〜１．０〔μｍ〕の撥水膜５１が形成（コーティング）される。この場合、粒界となる接触面の周囲における空間により気孔Ｒ…（図９）が形成されているため、撥水膜５１は、粒子ｋ…の表面における全部又は一部にコーティングされる。しかし、気孔Ｒ…が埋まることはなく、この気孔Ｒ…に沿ったガス通路により所定のガス透過率が確保される。この際、気孔Ｒ…の幅は、５００〔μｍ〕未満であり、水分が付着しても撥水膜５１による撥水性（非濡性）が確保される。
【００４５】
よって、多孔質カバー５ｓに、このような撥水処理を施すことにより、多孔質カバー５ｓに対する水分の浸透を有効に防止できる。したがって、水分の多い環境でも使用可能になるとともに、何らかの原因により水分が付着した場合であっても、内側に配した部位（ガスセンサ素子４ｓ…や接続部等）を保護することができる。また、塵等も侵入しにくくなり、目詰まり、更にはガス透過率の低下（劣化）を防止できるため、検出精度の維持及び信頼性の確保を実現できる。
【００４６】
しかも、本実施形態に係る製造方法により、ピンアッセンブリ７…に対する撥水処理を施しているため、双方の撥水処理に基づく相乗効果、即ち、多孔質カバー５ｓの外側に対しては無用な水分の侵入を防止する多孔質カバー５ｓの表面に施した撥水膜５１に基づく第一の撥水効果と、万が一多孔質カバー５ｓの内側に水分が侵入し、結露の発生要因になったとしても、ピンアッセンブリ７…の表面に施した撥水膜６に基づき電極ピン２ａ，２ｂ間の短絡等を防止する第二の撥水効果による相乗効果を享受できる。したがって、内的環境による水分及び外的環境による水分の双方に強いカバー付センサ１を得ることができ、ガスセンサ等に用いて最適となる。
【００４７】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、撥水性材料として、フッソ系樹脂を例示したが、シリコーン系樹脂など、各種撥水性材料を用いることが可能である。また、ベース部３の一部３ｐとなる主にピンステイ１５の表面に撥水膜６を形成した場合を示したが、他のベース部３、例えば、ブロック固定部材１２の表面などに同様の撥水膜６を形成してもよい。一方、セラミックス粉末原料としてアルミナ粉末を例示したが、ジルコニア粉末等の一般的なセラミックス材料を含む他の各種セラミックス材料（粉末原料）を用いることができる。さらに、一次成形及び二次成形も必要に応じて例示以外の各種成形法を用いることができるとともに、撥水性材料による所定の膜厚Ｄｓ（Ｄｔ）を有する撥水膜６（５１）を形成する方法も例示以外の形成方法を排除するものではない。なお、カバー付センサ１としてガスセンサ素子４ｓ及び多孔質カバー５ｓを用いたガスセンサを例示したが、同様のセンサ構造を有する煙センサ等の各種センサにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るカバー付センサに用いるピンアッセンブリの断面正面図、
【図２】同カバー付センサの断面正面図、
【図３】同カバー付センサの製造方法における撥水処理工程を順を追って示すフローチャート、
【図４】同製造方法に用いる撥水処理工程の説明図、
【図５】同カバー付センサにおけるセンサカバーの製造に用いる一次成形機の模式的構成図、
【図６】同センサカバーの製造に用いる成形圧粉体の一部を示す斜視図及び圧粉体材料の一部を示す拡大図、
【図７】同センサカバーの製造に用いる二次成形機の模式的構成図、
【図８】同カバー付センサの内部構造を示す斜視図、
【図９】同センサカバー（多孔質カバー）の内部構造図、
【符号の説明】
【００４９】
１：カバー付センサ，２ａ：電極ピン，２ｂ：電極ピン，３：ベース部，３ｆ：ベース部の表面，３ｐ：ベース部の一部，４：センサ素子，４ｓ：ガスセンサ素子，５：センサカバー，５ｓ：多孔質カバー，６：撥水膜，７：ピンアッセンブリ，Ｄｓ：膜厚，Ｓ１〜Ｓ８：撥水膜形成工程，Ｌｃ：撥水処理液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、二以上の電極ピンを保持するベース部と、電極ピンに接続したセンサ素子と、前記ベース部に合体することにより前記センサ素子を覆う所定の通気性を有するセンサカバーを備えるカバー付センサにおいて、少なくとも、前記ベース部の一部又は全部の表面に、撥水性材料による所定の膜厚を有する撥水膜を形成してなることを特徴とするカバー付センサ。
【請求項２】
前記電極ピン及びこの電極ピンを保持する前記ベース部の一部を組付けたピンアッセンブリを備え、このピンアッセンブリの表面に前記撥水膜を形成することを特徴とする請求項１記載のカバー付センサ。
【請求項３】
前記撥水膜の膜厚は、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定することを特徴とする請求項１又は２記載のカバー付センサ。
【請求項４】
前記撥水性材料は、主材料としてフッソ系樹脂を用いることを特徴とする請求項１，２又は３記載のカバー付センサ。
【請求項５】
前記センサ素子に、ガスを感知するガスセンサ素子を用いるとともに、前記センサカバーに、所定のガス透過率を有する多孔質カバーを用いたガスセンサに適用することを特徴とする請求項１記載のカバー付センサ。
【請求項６】
少なくとも、二以上の電極ピンを保持するベース部と、電極ピンに接続したセンサ素子と、前記ベース部に合体することにより前記センサ素子を覆う所定の通気性を有するセンサカバーを備えるカバー付センサを製造するカバー付センサの製造方法において、少なくとも、前記ベース部の一部又は全部の表面に、撥水性材料による所定の膜厚を有する撥水膜を形成する撥水膜形成工程を含むことを特徴とするカバー付センサの製造方法。
【請求項７】
前記電極ピンを前記ベース部の一部に組付けることにより当該ベース部の一部で前記電極ピンを保持してなるピンアッセンブリを得るピンアッセンブリ組付工程を含むことを特徴とする請求項６記載のカバー付センサの製造方法。
【請求項８】
前記撥水膜形成工程は、前記ピンアッセンブリを、前記撥水性材料を用いた撥水処理液に所定の設定時間だけ浸漬することにより前記撥水膜を形成することを特徴とする請求項７記載のカバー付センサの製造方法。
【請求項９】
前記撥水処理液は、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液を用いることを特徴とする請求項８記載のカバー付センサの製造方法。
【請求項１】
少なくとも、二以上の電極ピンを保持するベース部と、電極ピンに接続したセンサ素子と、前記ベース部に合体することにより前記センサ素子を覆う所定の通気性を有するセンサカバーを備えるカバー付センサにおいて、少なくとも、前記ベース部の一部又は全部の表面に、撥水性材料による所定の膜厚を有する撥水膜を形成してなることを特徴とするカバー付センサ。
【請求項２】
前記電極ピン及びこの電極ピンを保持する前記ベース部の一部を組付けたピンアッセンブリを備え、このピンアッセンブリの表面に前記撥水膜を形成することを特徴とする請求項１記載のカバー付センサ。
【請求項３】
前記撥水膜の膜厚は、０．３〜１．０〔μｍ〕の範囲に選定することを特徴とする請求項１又は２記載のカバー付センサ。
【請求項４】
前記撥水性材料は、主材料としてフッソ系樹脂を用いることを特徴とする請求項１，２又は３記載のカバー付センサ。
【請求項５】
前記センサ素子に、ガスを感知するガスセンサ素子を用いるとともに、前記センサカバーに、所定のガス透過率を有する多孔質カバーを用いたガスセンサに適用することを特徴とする請求項１記載のカバー付センサ。
【請求項６】
少なくとも、二以上の電極ピンを保持するベース部と、電極ピンに接続したセンサ素子と、前記ベース部に合体することにより前記センサ素子を覆う所定の通気性を有するセンサカバーを備えるカバー付センサを製造するカバー付センサの製造方法において、少なくとも、前記ベース部の一部又は全部の表面に、撥水性材料による所定の膜厚を有する撥水膜を形成する撥水膜形成工程を含むことを特徴とするカバー付センサの製造方法。
【請求項７】
前記電極ピンを前記ベース部の一部に組付けることにより当該ベース部の一部で前記電極ピンを保持してなるピンアッセンブリを得るピンアッセンブリ組付工程を含むことを特徴とする請求項６記載のカバー付センサの製造方法。
【請求項８】
前記撥水膜形成工程は、前記ピンアッセンブリを、前記撥水性材料を用いた撥水処理液に所定の設定時間だけ浸漬することにより前記撥水膜を形成することを特徴とする請求項７記載のカバー付センサの製造方法。
【請求項９】
前記撥水処理液は、フッソ系樹脂：水：希釈リン酸系液の容積比を、（０．７〜１．３）：（７〜１３）：（０．０７〜０．１３）に配合した撥水処理液を用いることを特徴とする請求項８記載のカバー付センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−８３００８（Ｐ２００８−８３００８Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６６６２３（Ｐ２００６−２６６６２３）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（５９１０３７５８０）シチズンファインテック株式会社 (24)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（５９１０３７５８０）シチズンファインテック株式会社 (24)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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