JP2004177346A

JP2004177346A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2004177346A
Application number: JP2002346192A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Osawa; 敬正大澤; Yuji Kimoto; 祐治木元
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】外気温の変化を迅速に検知可能にするとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】熱源であるヒータを含むガス検知素子５と温度検知素子６とを実装した基板４と、基板４を収納するケース１とを備えたガスセンサである。ケース１は、グラスファイバを３０％含むＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなるケース本体２及びカバー３からなる。また、基板４の一面のカバー３側にガス検知素子５が実装され、基板４の他面のケース本体２側に温度検知素子６が実装されている。基板４はケース本体２に固定され、温度検知素子６はケース本体２の内面に当接している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを備えたガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、この基板を収納するケースとを備えたガスセンサが開示されている（特許文献１）。このガスセンサでは、ケース内において、温度検知素子の周囲が基板ごと樹脂でモールドされている。
【０００３】
このガスセンサは、ガス検知素子により汚染ガスの濃度変化を検知できるとともに、温度検知素子により外気の温度を検知できる。そのため、このガスセンサは、検知した汚染ガスの濃度変化に応じて内気と外気とを切換えたり、検知した温度に基づいて車内の温度を自動調節したりする車両用空調制御装置に用いられ得る。そして、このガスセンサは、ガス検知素子と温度検知素子との一体化により、部品点数の削減と小型化とを実現する。
【０００４】
また、このガスセンサでは、温度検知素子の周囲が基板ごと空気よりも熱伝導率が低い樹脂でモールドされているため、ガス検知素子の熱源からの熱が温度検知素子に伝わり難くなっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４２０９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のガスセンサは、温度検知素子の周囲にモールドした樹脂によりガス検知素子の熱源からの熱が温度検知素子に伝熱し難いという長所を有するものの、その樹脂によって外気温の変化が温度検知素子に伝達され難く、温度検知素子が迅速に外気温の変化を検知し難いという短所も有してしまっている。そのため、このガスセンサでは、車両用空調制御装置に用いられた場合、外気温の変化に応じて車内の温度を迅速に自動調節することが難しい。
【０００７】
また、このガスセンサでは、温度検知素子が実装された基板全体を樹脂でモールドするため、材料コストが嵩むとともに作業性が低下し、ひいては製造コストの高騰化を招来してしまう。
【０００８】
さらに、このガスセンサでは、基板全体をモールドする樹脂が小型化の阻害要因になってしまっている。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、外気温の変化を迅速に検知可能にするとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現可能なガスセンサを提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明のガスセンサは、熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、該基板を収納するケースとを備えたガスセンサにおいて、
前記温度検知素子は前記ケースの内面に当接していることを特徴とする。
【００１１】
第１発明のガスセンサでは、温度検知素子がケースの内面に当接しているため、温度検知素子とケースとの間で熱が伝達され易い。また、ケースは外気との接触面積が大きいため、ケースと外気との間においても熱が伝達され易い。そのため、温度検知素子と外気との間で熱が伝達され易くなる。また、このガスセンサでは、温度検知素子を樹脂でモールドする必要がない。
【００１２】
第２発明のガスセンサは、熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、該基板を収納するケースとを備えたガスセンサにおいて、
前記温度検知素子は空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱部材に当接し、該伝熱部材は前記ケースの内面に当接していることを特徴とする。
【００１３】
第２発明のガスセンサでは、温度検知素子は空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱部材に当接し、この伝熱部材がケースの内面に当接しているため、温度検知素子とケースとの間で伝熱部材を介し熱が伝達され易い。また、ケースは外気との接触面積が大きいため、ケースと外気との間においても熱が伝達され易い。そのため、温度検知素子と外気との間で熱が伝達され易くなる。また、このガスセンサにおいても、温度検知素子を樹脂でモールドする必要がない。
【００１４】
熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、この基板を収納するケースとを備えたガスセンサにおいては、熱源からの熱により、ケース内部の温度が外気温よりも高くなる。このため、ケースに収納された温度検知素子の温度も外気温よりも高くなってしまい、外気温の変化を迅速に検知することができない。これに対し、第１発明及び第２発明のガスセンサでは、外気温の変化が迅速に温度検知素子に伝達され、温度検知素子が迅速に外気温の変化を検知することができる。そのため、このガスセンサでは、車両用空調制御装置に用いられた場合、外気温の変化に応じて車内の温度を迅速に自動調節することが容易になる。
【００１５】
また、第１発明及び第２発明のガスセンサでは、温度検知素子を樹脂でモールドする必要がない。このため、材料コストを低く抑えることができる上、作業性も向上する。また、第１発明及び第２発明のガスセンサは小型化を実現可能である。
【００１６】
したがって、第１発明及び第２発明のガスセンサによれば、外気温の変化を迅速に検知できるとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現できる。
【００１７】
第１発明及び第２発明のガスセンサは、ガス検知素子により汚染ガスの濃度変化を検知できるとともに、温度検知素子により外気の温度を検知できる。そのため、これらのガスセンサは、検知した汚染ガスの濃度変化に応じて内気と外気とを切換えたり、検知した外気の温度に基づいて車内の温度を自動調節したりする車両用空調制御装置に用いられ得る。こうして、これらのガスセンサを車両用空調制御装置に用いれば、外気温の変化に応じて車内の温度を迅速に自動調節することができ、車内空間を快適に保つことが可能である。
【００１８】
なお、他のガスセンサとしては、ガス検知素子を実装する基板と温度検知素子を実装する基板とが異なるものと、ガス検知素子を実装する基板と温度検知素子を実装する基板とが同一のものとがある。ガス検知素子及び温度検知素子が異なる基板に実装されたガスセンサとしても、各基板が異なるケースに収納されたものと、各基板が同一のケースに収納されたものとがある。ガス検知素子及び温度検知素子が同一の基板に実装されたガスセンサでは、その基板が同一のケースに収納される。
【００１９】
各ガスセンサのうち、ガス検知素子及び温度検知素子が異なる基板に実装され、かつ各基板が異なるケースに収納されたガスセンサにおいては、部品点数が多いとともに配線の引き回しが面倒であり、製造コスト上の不具合がある。この一方、これらのガスセンサでは、ガス検知素子の熱源による熱が温度検知素子に影響を与えず、温度検知素子が正確に外気温を検知し易くなっている。
【００２０】
他方、上記各ガスセンサのうち、ガス検知素子と温度検知素子とが同一のケース内に位置するものは、製造コスト上は有利である一方、温度検知素子が正確に外気温を検知し難くなっている。特に、ガス検知素子と温度検知素子とが同一の基板に実装されたガスセンサではこの傾向が大きい。このためにガス検知素子と温度検知素子との間に隔壁を設ける技術も存在する程である（特開昭６２−７０７４４号公報）。
【００２１】
第１発明及び第２発明のガスセンサは、上記各ガスセンサのうち、ガス検知素子と温度検知素子とが同一の基板に実装され、その基板をケースに収納した後者のものである。そして、第１発明及び第２発明のガスセンサは、製造コスト上の有利さを残しつつ、上述のように、温度検知素子が正確に外気温を検知できるようにしたものである。また、第１発明及び第２発明のガスセンサは、特開昭６２−７０７４４号公報記載のもののように、熱源からの熱が直接的に温度検知素子に受熱されることを防止するための複雑な形状の隔壁を設ける必要がないため、この意味でも製造コストの低廉化を実現することができる。
【００２２】
第２発明のガスセンサでは、伝熱部材は温度検知素子とケースの内面とで挟持されていることが好ましい。こうであれば、構造が簡単である。こうして温度検知素子とケースの内面とで挟持される伝熱部材は弾性体からなることが好ましい。伝熱部材が弾性体であれば、ケースの寸法管理を緩くすることができ、これにより製造コストの低廉化を実現できる。さらに、ケースに振動等が加わる場合でも、温度検知素子に伝わる力を低減することができる。また、これらの伝熱部材は絶縁体からなることが好ましい。伝熱部材が絶縁体であれば、温度検知素子とケースとを確実に電気的に絶縁できるからである。なお、温度検知素子が面実装型であると、温度検知素子とケースの内面とで、伝熱部材を挟持し易いため好ましい。
【００２３】
第１発明及び第２発明のガスセンサでは、ケースの外面は温度検知素子を外気温に近づける放熱手段を備えることが好ましい。これにより、外気温の変化がより迅速に温度検知素子に伝達される。
【００２４】
放熱手段は、ケースの外面に形成され、放熱面積を大きくする凹凸部であることが好ましい。放熱面積の大きい凹凸部を設けることにより、ケースと外気との間でより熱が伝達され易くなる。そのため、外気温の変化がより迅速に温度検知素子に伝達される。この場合、凹凸部は温度検知素子の近傍に形成すると良い。さらに、温度検知素子又は伝熱部材とケースの内面との当接面の少なくとも一部が凹凸部と重複すること、換言すれば、温度検知素子又は伝熱部材を基板に対して基板の厚さ方向に投影した温度検知素子投影部又は伝熱部材投影部に、凹凸部を基板に対して基板の厚さ方向に投影した凹凸投影部の少なくとも一部が重なり合うことがより好ましい。これにより温度検知素子と凹凸部との間で熱が直接伝達されるからである。
【００２５】
第１発明及び第２発明のガスセンサでは、（１）平面を基板の長手方向に二等分して２つの領域に分割したとき、ガス検知素子と温度検知素子とは、それぞれ別々の領域に実装されることが好ましい。これにより、ガス検知素子の熱が直接又は基板を通して温度検知素子へ伝達されることを少なくすることができる。また、（２）ガス検知素子と温度検知素子とを最短距離で結ぶ仮想直線を横切るように、基板にスリットを設けることが好ましい。これにより、熱源からの熱が基板を通して直線的に温度検知素子に伝達されることを防止することができる。さらに、上記（１）及び上記（２）を同時に満足することがより好ましい。なお、本明細書において、熱源を含むガス検知素子とは、感ガス体とヒータとが一体の素子、感ガス体とそれとは別体のヒータとが組み合わさった素子、感ガス体自身が熱源である素子を意味している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスセンサを具体化した実施形態１〜３及び試験を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（実施形態１）
実施形態１のガスセンサは、図１及び図２に示すように、ガス検知素子５と温度検知素子６とを実装した基板４と、基板４を収納するケース１とを備えている。ここで、図１と図２とはケース１を互いに反対側から見た断面図である。ケース１は、グラスファイバを３０％含むＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなるケース本体２及びカバー３からなる。ケース本体２には基板４等を収納する収納空間２ａが設けられ、収納空間２ａの外側にはコネクタ部２ｂが設けられている。また、ケース本体２には、一端９０ａが収納空間２ａに突出し、他端９０ｂがコネクタ部２ｂに突出する複数の端子９０が貫設されている。カバー３は収納空間２ａを覆って、ケース本体２に固定されている。このカバー３には収納空間２ａの内と外との空気を交換する空気孔３ａが開けられ、カバー３の収納空間２ａ側には空気孔３ａを塞いでフィルタ９が設けられている。基板４の一面のカバー３側にはガス検知素子５が実装され、基板４の他面のケース本体２側には温度検知素子６が実装されている。この基板４は、６個の基板ガイド９１の各台部９１ａに載置され、スルーホールメッキが施された端子孔４ａに挿入された端子９０の一端９０ａにハンダ付けされている。そして、基板４の温度検知素子６はケース本体２の内面に当接している。ガス検知素子５は、ガスを検知する感ガス体５ｂ及び熱源であるヒータ５ｃが搭載された基板５ａと基板５ａを保護する外筒５ｄとを有している。外筒５ｄの上部には、カバー３の空気孔３ａに合わせて、空気孔５ｅが開けられている。
【００２８】
以上の構成をしたガスセンサは、以下のようにして、組付けられる。まず、図２に示すように、カバー３を外した状態のケース本体２を用意する。このケース本体２には複数の端子９０が貫設され、６個の基板ガイド９１及び基板固定具９２が設けられている。そして、ケース本体２の収納空間２ａに基板４を収納する。この際、基板４を基板ガイド９１によりガイドさせ、端子９０の一端９０ａを基板４の端子孔４ａに合わせて挿入する。これにより、基板４が台部９１ａに載置されるとともに、基板固定具９２の爪９２ａにより基板４の揺動が規制される。そして、端子孔４ａに挿入された端子９０の一端９０ａを基板４にハンダ付けすることにより、基板４がケース本体２に固定される。最後に、ケース本体２をカバー３で覆い、カバー３の係合部３ｂを係合突起２ｃに係合させる。これにより、カバー３がケース本体２に固定されて、ガスセンサが組付けられる。
【００２９】
このガスセンサは、検知した汚染ガスの濃度変化に応じて内気と外気とを切換えたり、検知した温度に基づいて車内の温度を自動調節したりする車両用空調制御装置に用いるため、車両のフロント部分又は外気を導入するダクト内に取り付けられる。ケース１のカバー３には空気孔３ａが開けられ、この空気孔３ａを通して収納空間２ａの内と外との空気が交換される。また、ガス検知素子５の外筒５ｄの上部には、空気孔３ａに合わせて、空気孔５ｅが開けられている。これにより、感ガス体５ａが外気と接触し、汚染ガスの濃度変化を検知することができる。
【００３０】
また、このガスセンサはフロント部分又はダクト内に取り付けられているため、ケース１の温度は外気温に近くなる。そして、温度検知素子６がケース本体２の内面に当接しているため、温度検知素子６とケース本体２との間で熱が伝達され易い。また、ケース本体２は外気との接触面積が大きいため、ケース本体２と外気との間においても熱が伝達され易い。そのため、温度検知素子６と外気との間で熱が伝達され易くなり、外気温の変化が迅速に温度検知素子６に伝達される。
【００３１】
さらに、ガス検知素子５と温度検知素子６とが２つの領域に分割された基板４の別々の領域に実装されているため、ガス検知素子５の熱が直接又は基板４を通して温度検知素子６へ伝達されることを少なくすることができる。また、ガス検知素子５と温度検知素子６とを最短距離で結ぶ仮想直線を横切るように、基板４にスリットを設けているため、熱源からの熱が基板４を通して直線的に温度検知素子５に伝達されることを防止することができる。
【００３２】
また、このガスセンサでは、温度検知素子６を樹脂でモールドしていない。このため、材料コストを低く抑えることができる上、作業性も向上する。また、このガスセンサは小型化を実現可能である。
【００３３】
したがって、実施形態１のガスセンサによれば、外気温の変化を迅速に検知できるとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現することができる。このため、このガスセンサを用いた車両用空調制御装置では、外気温の変化に応じて車内の温度を迅速に自動調節することができ、車内空間を快適に保つことが可能である。
【００３４】
なお、本実施形態では、熱源を含むガス検知素子５として、基板５ａ上において感ガス体５ｂとヒータ５ｃとが一体になったものを採用したが、この他、感ガス体とそれとは別体のヒータとが組み合わさったもの、感ガス体自身が熱源であるものを採用することもできる。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態２のガスセンサは、図３に示すように、ガス検知素子５と温度検知素子６とを実装した基板４と、基板４を収納するケース１１とを備えている。ケース１１は、グラスファイバを３０％含むＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなるケース本体１２及びカバー３からなる。ケース本体１２には基板４等を収納する収納空間１２ａが設けられ、収納空間１２ａの外側にはコネクタ部１２ｂが設けられている。また、基板４に実装された温度検知素子６とケース本体１２の内面との間に伝熱部材７が挟持されている。この伝熱部材７は弾性体であり、かつ絶縁体であるＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）からなり、熱伝導率は空気より大きい。その他の構成及び組付け方法は実施形態１と同様である。
【００３６】
このガスセンサは、実施形態１のガスセンサと同様、車両用空調制御装置に用いられる。このガスセンサでは、温度検知素子６は空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱部材７に当接し、この伝熱部材７はケース本体１２の内面に当接しているため、温度検知素子６とケース本体１２との間で伝熱部材７を介し熱が伝達され易い。また、ケース本体１２は外気との接触面積が大きいため、ケース本体１２と外気との間においても熱が伝達され易い。そのため、温度検知素子６と外気との間で熱が伝達され易くなり、外気温の変化が迅速に温度検知素子６に伝達される。その他の作用、効果は実施形態１と同様である。
【００３７】
したがって、実施形態２のガスセンサによれば、実施形態１のガスセンサと同様、外気温の変化を迅速に検知するとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現することができる。また、このガスセンサを用いた車両用空調制御装置においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、伝熱部材７が弾性体からなるため、ケース本体１２の寸法管理を緩くすることができ、これにより製造コストの低廉化を実現できる。さらに、伝熱部材７が弾性体からなるため、ケース１１に振動等が加わる場合でも、温度検知素子６に伝わる力を低減することができる。また、伝熱部材７が絶縁体からなるため、温度検知素子６とケース本体１２とを確実に電気的に絶縁できる。また、温度検知素子６が面実装型であるため、温度検知素子６とケース本体１２の内面とで、伝熱部材７を挟持し易い。
【００３９】
（実施形態３）
実施形態３のガスセンサは、図４に示すように、ガス検知素子５と温度検知素子６とを実装した基板４と、基板４を収納するケース２１とを備えている。ケース２１は、グラスファイバを３０％含むＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなるケース本体２２及びカバー３からなる。ケース本体２２には基板４等を収納する収納空間２２ａが設けられ、収納空間２２ａの外側にはコネクタ部２２ｂが設けられている。また、ケース本体２２の外面には放熱手段である凹凸部としてのフィン２２ｃが形成されている。その他の構成及び組付け方法は実施形態１と同様である。
【００４０】
このガスセンサは、実施形態１のガスセンサと同様、車両用空調制御装置に用いられる。このガスセンサでは、ケース本体２２に外気との接触面積が大きいフィン２２ｃが形成されているため、フィン２２ｃが形成されていない場合に比べ、ケース本体２２と外気との間において熱がより伝達され易い。また、温度検知素子６とケース本体２２の内面との当接面がフィン２２ｃと重なっているため、温度検知素子６とフィン２２ｃとの間で熱が直接伝達される。そのため、温度検知素子６と外気との間で熱がさらに伝達され易くなり、外気温の変化がより迅速に温度検知素子６に伝達される。その他の作用、効果は実施形態１と同様である。
【００４１】
したがって、実施形態３のガスセンサによれば、実施形態１のガスセンサと同様、外気温の変化を迅速に検知するとともに、製造コストの低廉化及び小型化を実現することができる。また、このガスセンサを用いた車両用空調制御装置においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（試験）
実施形態１〜３のガスセンサについての効果を確認する試験を行った。まず、実施形態１〜３及び比較例のガスセンサを用意した。ここで、比較例のガスセンサは、実施形態１のガスセンサにおいて、温度検知素子とケース本体の内面とが当接していないものとした。これらのガスセンサを２５°Ｃに保った恒温槽に入れ、時間Ｔ１（４５０秒）経過後、ガス検知素子のヒータをＯＮし、各々の温度検知素子の出力を調べた。その結果を図５に示す。
【００４３】
図５において、Ａは実施形態１の温度検知素子の出力（°Ｃ）、Ｂは実施形態２の温度検知素子の出力（°Ｃ）、Ｃは実施形態３の温度検知素子の出力（°Ｃ）、Ｄは比較例の温度検知素子の出力（°Ｃ）である。また、Ｅはケースのコネクタ部の温度（°Ｃ）である。このコネクタ部はガス検知素子から最も離れた位置にあり、ガス検知素子の影響がほとんどないため、コネクタ部の温度Ｅを外気温と考えることができる。なお、このコネクタ部の温度Ｅは、実施形態１〜３及び比較例のガスセンサの温度検知素子と同じ温度検知素子を使用して検知した。
【００４４】
図５より、Ａ、Ｂ及びＣは約１０００秒経過後（ガス検知素子のヒータをＯＮしてから約５５０秒後）、一定温度に達し、Ｄは約１２５０秒経過後（ガス検知素子のヒータをＯＮしてから約８００秒後）、一定温度に達している。これにより、Ａ、Ｂ及びＣは、Ｄよりも約２５０秒早く安定するため、温度の変化を迅速に検知することがわかる。また、Ａ、Ｂ及びＣは、ＤよりＥに近い。これにより、Ａ、Ｂ及びＣは、Ｄよりもガス検知素子のヒータの影響を受け難く、外気温に近いことがわかる。
【００４５】
したがって、実施形態１〜３のガスセンサによれば、外気温の変化を迅速に検知できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のガスセンサの断面図である。
【図２】実施形態１のガスセンサの組付け断面図である。
【図３】実施形態２のガスセンサの断面図である。
【図４】実施形態３のガスセンサの断面図である。
【図５】実施形態１〜３及び比較例のガスセンサに係り、時間と温度検知素子の出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
５…ガス検知素子
５ｃ…熱源（ヒータ）
６…温度検知素子
４…基板
１、１１、２１…ケース
７…伝熱部材
２２ｃ…放熱手段（凹凸部、フィン）

Claims

熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、該基板を収納するケースとを備えたガスセンサにおいて、
前記温度検知素子は前記ケースの内面に当接していることを特徴とするガスセンサ。
熱源を含むガス検知素子と温度検知素子とを実装した基板と、該基板を収納するケースとを備えたガスセンサにおいて、
前記温度検知素子は空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する伝熱部材に当接し、該伝熱部材は前記ケースの内面に当接していることを特徴とするガスセンサ。
上記伝熱部材は上記温度検知素子と上記ケースの内面とで挟持されていることを特徴とする請求項２記載のガスセンサ。
上記伝熱部材は弾性体からなることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
上記伝熱部材は絶縁体からなることを特徴とする請求項３又は４記載のガスセンサ。
上記ケースの外面は上記温度検知素子を外気温に近づける放熱手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のガスセンサ。
上記放熱手段は、上記ケースの外面に形成され、放熱面積を大きくする凹凸部であることを特徴とする請求項６記載のガスセンサ。
上記温度検知素子又は上記伝熱部材と上記ケースの内面との当接面の少なくとも一部が上記凹凸部と重複することを特徴とする請求項７記載のガスセンサ。