JP2004219232A

JP2004219232A - Gas sensor structure

Info

Publication number: JP2004219232A
Application number: JP2003006439A
Authority: JP
Inventors: Masanori Konishi; 政則小西; Kenji Higashiyama; 健二東山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP4203986B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-lifetime and highly reliable gas sensor structure for avoiding the escape of heat being generated by a heater substrate to a sensor mounting member or the like uselessly, and heating a sensor element efficiently with a small amount of power consumption. <P>SOLUTION: The gas sensor structure comprises a sensor block having a sensor section comprising a specific gas detection section and a sensor section including a heater substrate for heating the detection section; and a sensor mounting member for retaining the sensor block by one or a plurality of posts. A specific interval is provided between the sensor block and the sensor mounting member. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質基板を高温状態に保ってガス濃度を検知するガスセンサー構成体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガス濃度の測定方法として、固体電解質材料を用いたものが開発され実用化されている。代表的なものは、イットリアで安定化した酸化ジルコニウム固体電解質を用いた酸素ガスセンサーである。その他、固体電解質を用いたガスセンサーとして、水素、一酸化炭素、ハイドロカーボン、湿度などを検知するセンサーが公知の文献に開示されている。
【０００３】
特開昭６３−９４１４６号公報に従来例１のガスセンサー構成体（水素センサー）が開示されている。従来例１の水素センサーは、水素イオンと酸素イオンの両方の伝導性を併せ持つ固体電解質を用い、水素イオンの伝導性のみを選択的に利用するためにカソード電極側に気体拡散制御層を設けている。
図１７は、従来例１のセンサー部の断面図である。水素センサーのセンサー部は、固体電解質基板１７０１、アノード電極膜１７０２、カソード電極膜１７０３、キャップ１７０４、微少孔１７０５を有する。固体電解質基板１７０１は、ＢａＣｅＯ_３のペロブスカイト型酸化物で形成されており、水素イオンと酸素イオンの両方の伝導性を併せ持つ。アノード電極膜１７０２及びカソード電極膜１７０３は、多孔質の白金電極で形成されている。キャップ１７０４は、カソード電極膜１７０３を覆うように固体電解質基板１７０１に接合されている。キャップ１７０４は、酸素拡散制御層として微少孔１７０５を有する。
従来例１の水素センサーに直流電圧を印加すると、水素イオンをキャリアーとする電流と酸素イオンをキャリアーとする電流が流れる。キャップ１７０４の微少孔１７０５によって酸素の取り込みが制限され、酸素イオンをキャリアーとする電流は無視できるほど小さくなる。水素センサーは、ほとんど水素イオンのみをキャリアーとする電流を出力し、水素ガス濃度を正確に測定できる。
【０００４】
特開２０００−１９３６３７号公報に従来例２のガスセンサー構成体（炭化水素センサーを有する。）が開示されている。図１８は、従来例２のガスセンサー構成体のセンサー部の断面図である。炭化水素センサーであるセンサー部１８０１は、固体電解質基板１８１１、セラミックス基板１８１２（ヒータ基板）、補助基板１８１３を有する。固体電解質基板１８１１、セラミックス基板１８１２、補助基板１８１３は全て同一サイズである。
固体電解質基板１８１１は、Ｂａ、Ｃｅ、Ｇｄの酸化物で形成される。固体電解質基板１８１１は、アルミニウムのカソード電極膜１８２１と白金のアノード電極膜１８２２とを有する。
【０００５】
セラミックス基板１８１２及び補助基板１８１３は、部分安定化ジルコニア製セラミックスで形成される。固体電解質基板１８１１のアノード電極膜１８２２側に、セラミックス基板１８１２が無機系接着剤１８２３で接合されている。ガス拡散律速孔１８２４は、無機系接着剤１８２３の一部に形成された開孔である。
セラミックス基板１８１２（ヒータ基板）は、片面に発熱体１８２５を有する。発熱体１８２５は、白金ペーストを印刷及び焼成したものである。セラミックス基板１８１２の発熱体１８２５を有する面側に、補助基板１８１３が無機系接着剤１８２６で接合されている。
従来例２の炭化水素センサーは、固体電解質基板１８１１、セラミックス基板１８１２及び補助基板１８１３ともほぼ同じ熱膨張係数を有する材料を用いて、加熱時に各基板間の熱ストレスが発生しないように考慮されている。セラミックス基板１８１２の発熱体１８２５面に補助基板１８１３を接合して、昇温時にセラミックス基板１８１２が破損しないように配慮されている。
【０００６】
図１９は、従来例２のガスセンサー構成体の分解斜視図である。図１９において、１９０１はセラミックス製円柱（センサー取り付け部材）、１９０２はセラミックス製円柱１９０１に連通する平坦部、１９０３はリード線、１９０４は金属製のケース、１９０５は金属製のカン、１９０６は通気孔、１９０７は金属製のフタである。
センサー部１８０１は、平坦部１９０２に無機系接着剤で接合されている。セラミック製円柱１９０１の内部に、センサー出力用及びヒータ用のリード線１９０３が通され、リード線１９０３は、金属製のフタ１９０７の後方から引き出される複数のリード線に、それぞれ電気的に接続されている。セラミックス製円柱１９０１は、金属製のフタ１９０７にリード線１９０３を介して取り付けられている。セラミックス製円柱１９０１は、金属製のケース１９０４に収納され、金属製のフタ１９０７と金属製のケース１９０４とをネジ部で止めることにより、固定される。金属製のケース１９０４には他端部が封止された金属製カン１９０５が接合されている。金属製カン１９０５は、センサー部１８０１と対応する位置に、ガスを通すための通気孔１９０６を有する。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−９４１４６号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−１９３６３７号公報（第４−７頁、第１図及び第３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般にセラミック系の固体電解質を用いたセンサー（例えば従来例１及び従来例２のセンサー部）は、固体電解質基板の電気伝導率が常温では小さすぎて出力信号を取り出せない。そのため、固体電解質基板を高温度に加熱して、固体電解質の電気伝導率を大きくすることによって、測定可能な出力信号を得ている。
従来例２のガスセンサー構成体は、センサー部１８０１をセラミックス製円柱１９０１の平坦部１９０２に無機系接着剤で接合した構造で、セラミックス製円柱１９０１は金属製のケース１９０４に接続されている。セラミックス基板１８１２は固体電解質基板１８１１と密着して接合され、補助基板１８１３はセラミックス製円柱１９０１と密着して接合されている。この構成で固体電解質を加熱した場合、発熱体１８２５の熱は固体電解質基板側とセラミックス製円柱側と金属製のケース側とにそれぞれ伝導する。加熱したいのは固体電解質基板のみであるのに、この構造ではセンサー部の体積より数十から数百倍も大きいセラミックス製円柱及び金属製のケースに熱が逃げ、発熱体のパワーを大幅に上げないと必要とする温度まで固体電解質基板を加熱することができない。
【０００９】
また、外部に露出している金属製のケースが加熱され高温度になるため、ユーザが火傷する危険性を有している。センサー部のサイズは小さくそれに合わせたサイズでヒータ基板を設けるのが通常なので、従来の構成ではヒータ基板の単位面積当たりのワット数、即ちワット密度が非常に大きくなり、ヒータ基板に大きな負荷がかかる。最悪の場合、ヒータ基板が破損する。
また、センサー部が裸で実装されているので、センサー部からの放熱又は対流による熱放散が大きく、被せられている金属製のカン１９０５が高温となった。
それ故、ユーザが誤って金属製のカンに触れると火傷の危険性があった。ヒータ消費電力を更に大きくする必要があるという問題があった。
【００１０】
本発明は、ヒータ基板が発する熱が無駄にセラミックス製円柱（センサー取り付け部材）等に逃げることを抑制し、少ない消費電力で効率良くセンサー素子を加熱する、高寿命で信頼性の高いガスセンサー構成体を提供することを目的とする。
本発明は、外部に露出している部分（金属ベース部材等）が高温にならず、ユーザが火傷する危険性のないガスセンサー構成体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、所定のガスの検出部及び前記検出部を加熱するヒータ基板を含むセンサー部を有するセンサーブロックと、前記センサーブロックを１又は複数の支柱により保持するセンサー取り付け部材と、を有し、前記センサーブロックと前記センサー取り付け部材との間に所定の間隔が設けられていることを特徴とするガスセンサー構成体である。
請求項２に記載の発明は、所定のガスの検出部及び前記検出部を加熱するヒータ基板を含むセンサー部を有するセンサーブロックと、前記センサーブロックを１又は複数の支柱により保持する熱伝導率の小さいセンサー取り付け部材と、前記センサー取り付け部材の他端に接続された金属ベース部材と、を有し、前記センサーブロックと前記センサー取り付け部材との間に所定の間隔が設けられていることを特徴とするガスセンサー構成体である。
【００１２】
本発明によれば、センサー部のヒータ基板が発した熱は、支柱、並びにセンサーブロックとセンサー取り付け部材との間に介在する空気又は測定ガス雰囲気を通してセンサー取り付け部材に伝導する。空気又は測定ガスの熱伝導率は、セラミックス又は金属の熱伝導率の１０^−２〜１０^−３である故に、その断熱効果が大きい。言い換えれば保温性を有するセンサーブロックを実現できる。
その結果、ガスセンサー構成体の外郭（外部に露出している部分）に伝わる熱量が小さく、外郭の温度上昇が少ないので、ユーザが火傷等する恐れがなく、ガスセンサー構成体の取り付け個所の材料が熱的条件により制限されない。本発明は、ヒータ基板の熱がセンサー取り付け部材にわずかしか伝導せず、少ない消費電力で効率良くセンサー素子を加熱するガスセンサー構成体を実現できる。
【００１３】
加熱効率の向上によりヒータ基板の発熱量を小さくできるので、ヒータ基板が過熱して破損することがなくなり、高寿命で信頼性の高いガスセンサー構成体を実現できる。
本発明は、外部に露出している部分（金属ベース部材等）が高温にならず、ユーザが火傷する危険性のないガスセンサー構成体を実現する。
「所定の間隔が設けられていること」とは、ヒータ基板のヒータ形成面と平行な面であるセンサーブロックの底面のほとんどが、他の部材と接していない構造を意味する。少なくともセンサーブロックの底面の５０％以上が、他の部材と接していない（空気又は測定ガスと接する）構造を意味する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、所定のガスの検出部及び前記検出部を加熱するヒータ基板を有するセンサー部を有するセンサーブロックと、前記センサーブロックを１又は複数の支柱により保持する金属ベース部材と、を有し、前記センサーブロックと前記金属ベース部材との間に所定の間隔が設けられていることを特徴とするガスセンサー構成体である。
本発明においては、センサーブロックと金属ベース部材との間に空気又は測定ガスが介在し、センサー部からその取り付け部である金属ベース部材への熱伝導量は小さい。本発明は、少ない消費電力で効率良くセンサー素子を加熱する、高寿命で信頼性の高いガスセンサー構成体を実現できる。
本発明は、外部に露出している部分（金属ベース部材等）が高温にならず、ユーザが火傷する危険性のないガスセンサー構成体を実現する。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記検出部は、カソード電極膜とアノード電極膜とを有する固体電解質基板であって、前記固体電解質基板と前記ヒータ基板とを間隔を設けて積層することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。本発明は、ガスを検出する固体電解質基板を均一に加熱するガスセンサー構成体を実現する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記センサー部は、カソード電極膜とアノード電極膜とを有する固体電解質基板と、ガス拡散律速部形成基板と、前記固体電解質基板を加熱するためのヒータ基板と、を密接して積層したものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。本発明は、一定の検出感度を有し、且つガスを検出する固体電解質基板を均一に加熱するガスセンサー構成体を実現する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記ヒータ基板は、熱膨張係数が３×１０^−６／℃以下の耐熱性絶縁性基板、又は金属基板の表面に耐熱性絶縁層を形成した材料で形成された板状体の、一方又は両面に厚膜抵抗パターンを形成したものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
【００１８】
一般的にセンサー部は小さい方が使いやすく、小さいセンサー部は局所部のガス濃度をピンポイントで正確に計測できる。そのためセンサー部をできるだけ小さくするために、ヒータ基板のサイズを小さくせざるをえない。小さいサイズのヒータ基板で固体電解質基板を３００℃以上の温度に加熱するには、ワット密度が非常に高いヒータ基板が必要となる。ヒータ基板に電源を投入すると発熱体の有る面と無い面、発熱体の有る部分と無い部分とで温度差が生じるため、用いる基板の熱膨張係数がガスセンサー構成体の信頼性に大きな影響を持つ。特に熱膨張係数が大きい基板は基板内の温度差により歪み易い。ヒータ基板の温度差による歪みがヒータ基板の耐熱衝撃保証範囲を超えれば、ヒータ基板は破壊する。熱膨張係数が３×１０^−６／℃以下の材料をヒータ基板に用いることにより、内部の温度差による歪みに耐え、破壊しにくいヒータ基板を実現できる。
又、ホーロ基板のような金属板の上に無機系セラミックス又はガラス質材料をのせたものは耐熱衝撃性が良いので、ヒータ基板として適している。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記ヒータ基板は、耐熱性絶縁性基板と、複数のつめ部を有する金属箔からなる抵抗体と、を有し、折り曲げられた前記つめ部が前記耐熱性絶縁性基板の端部を挟むことによって、前記抵抗体が前記耐熱性絶縁性基板の少なくとも一方の面に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、ヒータ抵抗体に金属箔を用いたので、印刷方式による抵抗体（例えば請求項６）より丈夫であり、より高いワット密度まで対応できる。金属箔につながったつめ部で、金属箔を耐熱性絶縁性基板に固定しているので、金属箔が移動したり脱落したりすることがなくなり安定したヒータ基板を実現できる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記耐熱性絶縁性基板が、透明又は不透明石英ガラス材、結晶化ガラス材、その他のガラス材、セラミックス材、ホーロ基板又はマイカ基板よりなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のガスセンサー構成体である。これらの材料は耐熱衝撃性が良く、ヒータ基板として適している。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記センサーブロックは、前記検出部の空気又はガス接触面を除く前記センサー部の周囲を少なくとも１枚の耐熱性絶縁性材料でほぼ覆ったものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
請求項１０に記載の発明は、前記センサーブロックは、前記検出部の空気又はガス接触面を除く前記センサー部の周囲を少なくとも１枚の保温材料でほぼ覆ったものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
【００２２】
本発明は、センサー部の周囲を耐熱性絶縁性材料又は保温材料で覆うことにより、発熱体の熱が周囲の空気又は測定ガス雰囲気に逃げることを抑制できる。本発明は、物質を通しての熱伝導、並びに空気若しくは測定ガス雰囲気への熱放散を大幅に減少させることにより、ヒータ基板のエネルギー効率を改善するという効果を奏する。これにより、ヒータ基板の発熱体のワット密度を下げることが可能となり、ヒータ基板の発熱量を小さくすることにより、ヒータ基板が熱で破損することを防止できる。
耐熱性絶縁性材料又は保温材料は、一体の物であっても良く、実施の形態のように複数の板状体を積層した物であっても良い。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、前記センサーブロックは、前記検出部の空気又はガス接触面を含む又は除く前記センサー部の周囲を少なくとも１枚の多孔質材料でほぼ覆ったものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
請求項１２に記載の発明は、前記検出部は、カソード電極膜とアノード電極膜とを有する固体電解質基板であって、前記センサーブロックは、前記アノード電極膜或いは前記カソード電極膜とを連通するガス拡散律速部と、前記ガス拡散律速部から外部への開口部と、を有していることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のガスセンサー構成体である。
本発明のセンサーブロックは、ヒータ基板から空気若しくは測定ガス雰囲気への熱放散を大幅に減少させ、且つ多孔質材料又はガス拡散律速部及び開口部により正しくガス濃度を測定できる構成を有する。
多孔質材料は一体の物であっても良く、複数の板状体を積層した物であっても良い。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、前記センサーブロックの周囲を覆っている前記耐熱性絶縁性材料、前記保温材料又は前記多孔質材料は、無機質材料より成るセラミックス、無機質繊維の圧縮成形体、無機質材料と有機質結合材よりなる成形体、マイカ、無機質材料の多孔質焼結体、又は無機質繊維の不織布より成ることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
センサー部の周囲を覆っている上記の材料は熱伝導率が小さい故に、センサー部からの熱放散を抑制する効果が大きい。低い消費電力で固体電解質基板を高温度に加熱できると共に、一定温度に維持するのが容易である。センサーブロックからの熱の放散が押さえられるので、センサーブロックを覆っている金属製カンの温度上昇が抑えられ、ユーザが接触して火傷する危険性が少ない。熱効率が向上する。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、前記センサー取り付け部材は、セラミックス、切削加工用セラミックス、又はマイカ材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサー構成体である。
請求項１５に記載の発明は、前記センサー取り付け部材が、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・ｋより小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサー構成体である。
センサー取り付け部材の熱伝導率が低い故に、センサーブロックからセンサー取り付け部材への熱の伝導及び放散が押さえられ、熱効率の良いガスセンサー構成体を実現できる。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、間隔形成部材を更に有し、前記センサーブロック及び前記間隔形成部材は、前記支柱を挿入する開孔を有し、前記センサーブロックの下に前記間隔形成部材を設置した状態で、前記支柱を前記センサーブロック及び前記間隔形成部材に挿入して前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材に取り付け、前記間隔形成部材によって、前記間隔を形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。本発明は、簡単な構成で、所定の間隔を形成できる。
「開孔」は閉じた孔であっても良く、又は一部が閉じていない孔（切り欠き部又は凹部）でも良い。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、耐熱性バネを更に有し、前記センサーブロック及び前記耐熱性バネは、前記支柱を挿入する開孔を有し、前記センサーブロックの下に前記耐熱性バネを圧縮挿入した状態で、前記支柱を前記センサーブロック及び前記耐熱性バネに挿入して前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材に取り付け、前記耐熱性バネによって、前記間隔を形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、センサーブロックとセンサー取り付け部材（又は金属ベース部材）との間の間隔を再現性よく確実に設け、且つそれらの間の熱伝導の少ないガスセンサー構成体を実現できる。センサーブロックの締めつけに耐熱性バネの圧縮方式を用いた結果、センサーブロックに過度の荷重がかからない。サイズが微少で機械的強度の小さいセンサー部の破損を大幅に減少できる。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、耐熱性バネを更に有し、前記センサーブロック及び前記耐熱性バネは、前記支柱を挿入する開孔を有し、前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材に取り付けられた前記支柱に前記センサーブロックを挿入し、前記センサーブロックの開孔から突出した前記支柱に前記耐熱性バネを挿入して圧縮固定し、前記耐熱性バネが、前記センサーブロックと前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材との間に配置された、前記支柱に設けられた前記センサーブロックの開孔よりも径の大きな部分又は間隔形成部材に、前記センサーブロックを押し付ける、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
【００２９】
本発明においては、支柱の径の太い部分又は間隔形成部材をストッパーとして、センサーブロックとセンサー取り付け部材（又は金属ベース部材）との間の間隔を形成する。その間隔と反対側の面から耐熱性バネでセンサーブロックを加圧する構成なので、センサー部に異常な荷重がかかる恐れがない。抗折強度の小さい固体電解質基板であっても破損する恐れがない。
【００３０】
請求項１９に記載の発明は、前記センサーブロックの一部であって前記センサー部を保持する耐熱性絶縁性部材の一部、若しくは前記耐熱性絶縁性部材に固定された部材、又は前記センサー取り付け部材の一部、若しくは前記センサー取り付け部材に固定された部材が、前記センサーブロックと前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材との間の間隔を規定する間隔形成部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、支柱と独立して間隔を形成する（支柱によって固定する必要がない）間隔形成部材を有する故に、ガスセンサー構成体の構成に自由度が増し、組み立てやすいガスセンサー構成体を実現できる。
【００３１】
請求項２０に記載の発明は、前記検出部の空気又はガス接触面をほぼ覆うように取り付けられた、通気性を有する焼結金属体よりなるフィルターキャップを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、検出部の空気又はガス接触面からの熱放射又は対流による熱伝導を少なくし、且つ正しくガス濃度を測定するガスセンサー構成体を実現できる。
【００３２】
請求項２１に記載の発明は、前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材の前記センサーブロック又は前記センサー取り付け部材が接続されていない側の端部に、複数の電極ピンを密なる嵌合で取り付けた絶縁性耐熱性樹脂で形成された気密端子板を、更に有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
請求項２２に記載の発明は、前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材の前記センサーブロック又は前記センサー取り付け部材が接続されていない側の端部に、金属板と前記金属板の開孔に挿入された複数の電極ピンとを相互に絶縁状態になるようにガラス材で接合した気密端子板を、更に有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、ガスが漏れることを防止し、且つ組み立て易いガスセンサー構成体を実現できる。
【００３３】
請求項２３に記載の発明は、前記検出部及び前記ヒータ基板の各リード線が、前記検出部及び前記ヒータ基板を覆う前記センサーブロックの一部である部材を貫通し、更に前記センサー取り付け部材及び／又は前記金属ベース部材に形成された貫通開孔を貫通し、前記センサー取り付け部材又は前記金属ベース部材の他端より導出された各リード線が、前記気密端子板の前記電極ピンの各々に接続されていることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載のガスセンサー構成体である。
請求項２４に記載の発明は、前記センサー取り付け部材及び／又は前記金属ベース部材が概略的に円筒形の形状を有し、前記センサー取り付け部材及び／又は前記金属ベース部材の中心部に形成された貫通開孔に、貫通細孔を有する複数の耐熱絶縁管が配設固定され、前記検出部及び前記ヒータ基板の各リード線が各々の前記貫通細孔を貫通し、前記貫通細孔を貫通した各リード線が絶縁性耐熱チューブで覆われており、各リード線の端部が前記気密端子板の前記電極ピンの各々に接続されていることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載のガスセンサー構成体である。
本発明は、各リード線同士の接触を防止し、コンパクトなガスセンサー構成体を実現できる。本発明は、組み立て易いガスセンサー構成体を実現できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００３５】
《実施の形態１》
図１〜６を用いて、本発明の実施の形態１のガスセンサー構成体を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のガスセンサー構成体の全体の断面図である。図１は、図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図である。図２は、本発明の実施の形態１のガスセンサー構成体の平面図（防爆キャップ１１３を取り外した状態）である。図２では、マイカ基板の第１層目のみ示している。本発明のガスセンサー構成体は、水素ガス検出用ガスセンサー構成体である。
【００３６】
ガスセンサー構成体１００は、センサーブロック１０１、防爆キャップ１１３、ビス（支柱）１１４、間隔形成部材（スペーサ）１１５、センサー取り付け部材１１６、耐熱性絶縁性管１１７、耐熱性絶縁性フタ１１９、金属ベース部材１２０、リード線１２１、絶縁性チューブ１２２、ナット１２３、気密端子板１２４、キャップ１２５、電極ピン１２６、リード線保護キャップ１２７を有する。
センサーブロック１０１は、センサー部１１１を耐熱性絶縁性基板１１２で覆ったものである。
センサー取り付け部材１１６、金属ベース部材１２０等は、概略的に円筒形の形状を有する。実施の形態１のガスセンサー構成体は、従来例２（図１９）と取り付け上の互換性を有する。
センサー部１１１は、固体電解質基板、セラミックス基板及びヒータ基板を積層している（詳細は図３及び図４）。
耐熱性絶縁性基板１１２は、最低４００℃以上の耐熱性及び絶縁性を有し、熱伝導性の悪いもの（保温性のある材料）が適している。本実施の形態において、耐熱性絶縁性基板１１２は、４枚のマイカ基板で構成される（詳細は図５及び図６）。４枚のマイカ基板は、ビス１１４を挿入するための４つの連通した開孔を有する。
【００３７】
防爆キャップ１１３は、センサー部１１１及び耐熱性絶縁性基板１１２を保護するためと防爆性のために、センサー取り付け部材１１６にネジで締めつけ固定されている。防爆キャップ１１３は、通気性を有する材料、例えば金属粉末を焼結したもので形成される。
ビス１１４（支柱）は、耐熱性絶縁性基板１１２の開孔、及び間隔形成部材１１５の開孔に挿入され、センサーブロック１０１をセンサー取り付け部材１１６に取り付ける。ビス１１４は、熱伝導率の悪いステンレス鋼製が適している。センサー取り付け部材１１６に切削加工用セラミックスを用いた場合、ビス１１４の材料として、その熱膨張係数が切削加工用セラミックスの熱膨張係数に近いＳＵＳ４１０又はＳＵＳ４３０が好適である。センサーブロック１０１を保持する支柱は、ＳＵＳ金属のビスに限定されるものではなく、例えばセラミックス等の支柱を無機系接着剤で接合しても良い。
【００３８】
間隔形成部材１１５は、センサーブロック１０１とセンサー取り付け部材１１６との間に間隔を形成するために設置されたパイプである。センサーブロック１０１の底面部（ヒータ基板３０３のヒータ形成面と平行な面）とセンサー取り付け部材１１６の上面平坦部との間の空間は、ヒータ基板３０３が発する熱の断熱層として重要な意味を有している。間隔は、間隔形成部材１１５の寸法で任意に決定でき、最低１ｍｍ以上、熱輻射などを考慮して、好ましくは３ｍｍ以上にするのが良い。間隔形成部材１１５は、耐熱性絶縁性を有し、センサーブロック１０１の熱を下部のセンサー取り付け部材１１６に伝えにくい材料で構成される。
例えば、各種セラミックス又はマイカである。間隔形成部材１１５は、ビス１１４を挿入するための開孔を有する。
【００３９】
円筒形状のセンサー取り付け部材１１６は、センサー部１１１の位置調節機能を有する。ガスセンサー構成体１００の取り付け位置（金属ベース部材１２０のフランジ面）から測定ガス流路までの距離がある場合、センサー取り付け部材１１６の長さ方向を調節することで最適の測定部位にセンサー部１１１を設置することができる。センサー取り付け部材１１６は、中心部に空洞１１８を有する。
空洞１１８内に、耐熱性絶縁性管１１７が３本挿入固定されている。
耐熱性絶縁性管１１７は、複数のリード線１２１を外部に導出するための管である。耐熱性絶縁性管１１７は、それぞれ貫通した細孔２０１を２つ有し、細孔２０１を通してリード線１２１を導出する。耐熱性絶縁性管１１７は、各種セラミックス、例えば９６％アルミナ又はムライト等で形成した熱電対保護管等が最適である。耐熱性絶縁性管１１７の端部に、耐熱性絶縁性フタ１１９が接合されている。
【００４０】
センサー取り付け部材１１６及び耐熱性絶縁性フタ１１９の材料は、耐熱性があり、電気絶縁性で且つ熱伝導率の小さい材料が適している。耐熱性は、最低３００℃〜４００℃の温度に長時間耐えられるものである。各種金属の熱伝導率は、アルミニウム；２３７、炭素鋼；５０、ステンレス鋼；１５、ニクロム；１３（単位；Ｗ／ｍ・ｋ）であり、センサー取り付け部材１１６及び耐熱性絶縁性フタ１１９の材料は、ステンレス鋼又はニクロムより更に熱伝導率の小さい材料（５Ｗ／ｍ・ｋ未満）が望ましい。これに該当する材料としては、各種セラミックス材料（ＺｒＯ２、ムライト、ステアタイト等）、マイカ材料及び切削加工用セラミックス材料等である。例えば、米国コーニング社製のマコール（登録商標）（熱伝導率；１．６７Ｗ／ｍ・ｋ）等が適している。特に切削加工用セラミックスは、穴空け、ねじ切り等機械的加工が簡単にでき、上記条件を満たしているので最適な材料である。
【００４１】
金属ベース部材１２０は、金属材料で形成されている。金属ベース部材１２０は、センサー取り付け部材１１６の他端部にネジで締め付け固定されている。金属ベース部材１２０の材料は、本発明のガスセンサー構成体１００を他の測定部に取り付ける部分なので、機械的強度があり、各種雰囲気中で安定性を有し、且つ熱伝導性が小さいものが適している。具体的にはステンレス鋼が望ましい。センサー取り付け部材１１６に切削加工用セラミックスを用いた場合、金属ベース部材１２０の材料は、熱膨張係数が切削加工用セラミックスに近いものが望ましく、例えばＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０等が最適である。
【００４２】
リード線１２１は、センサー部１１１に取り付けられる。複数のリード線１２１は、耐熱性絶縁性基板１１２の開孔、耐熱性絶縁性管１１７の細孔２０１を通って、金属ベース部材１２０の他端より導出され、気密端子板１２４の電極ピン１２６の一端に電気的に接続される。複数のリード線同士が接触しない配線を実現している。その接続方法としては、例えば電極ピン１２６に形成したネジ部にナットで締めつける、又は半田付けで接続する等である。本実施の形態において、電極ピン１２６は、気密端子板１２４にナット１２３で締めつけ固定されている。電極ピン１２６と気密端子板１２４間は、ガスが漏れないように密接して取り付けてある。
【００４３】
絶縁性チューブ１２２は、リード線１２１を挿入し、複数のリード線が接触、短絡するのを防止している。絶縁性チューブ１２２は、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂等で形成されたパイプ又は熱収縮チューブが最適である。
気密端子板（電極ピン取り付け部材）１２４は、絶縁性耐熱性の樹脂で形成されている。例えばテフロン（登録商標）樹脂又はポリアセタール樹脂等が最適である。気密端子板１２４は、金属又はプラスチックのキャップ１２５で金属ベース部材１２０に取り付けられている。
リード線保護キャップ１２７は、金属又はプラスチック材料で形成される。
電極ピン１２６の他端部１２８は、外部リード線（図示していない。）を電気的に接合している。外部リード線は、リード線保護キャップ１２７の開口部から外部に引き出される。
センサー部１１１からの信号が微弱で外部からノイズを拾う場合、耐熱性絶縁性管１１７の外周及び絶縁性チューブ１２２の外周に導電体層を施して、外部からのノイズを遮断することができる。
【００４４】
ガスセンサー構成体の組立方法を説明する。図１において、気密端子板１２４に絶縁性チューブ１２２を被せたリード線１２１を接続する。金属ベース部材１２０をセンサー取り付け部材１１６にネジ止めした後、それらの中にリード線１２１を通した耐熱性絶縁性管１１７（耐熱性絶縁性フタ１１９が接合されている。）を挿入し、接着剤を用いて、耐熱性絶縁性フタ１１９をセンサー取り付け部材１１６に固着する。次に、キャップ１２５を締めて、気密端子板１２４を固定する。リード線保護キャップ１２７をネジ止めする。次に、センサーブロック１０１にリード線１２１を通した状態で、センサーブロック１０１をセンサー取り付け部材１１６に取り付ける。次に、リード線１２１をセンサーブロック１０１に接続する。最後に、防爆キャップ１１３をネジ止めする。
【００４５】
図３及び図４を用いてセンサーブロック１０１のセンサー部１１１を説明する。図３は、センサー部１１１の断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図４は、センサー部１１１の分解斜視図である。図３及び図４において、３０１は固体電解質基板、３０２はセラミックス基板、３０３はヒータ基板、３１１はカソード電極膜、３１２はアノード電極膜、３１３は無機系接着剤、３１４はガス拡散律速孔、４０１〜４０３はリード線取り付け用端子である。ヒータ基板３０３の下面には、発熱体３１５が設けられている。センサー部１１１は、固体電解質基板３０１、セラミックス基板３０２、ヒータ基板３０３を有する。実施の形態１において、各基板３０１〜３０３のサイズは、１０×１０×厚み０．５ｍｍである。本発明において、センサー部１１１は、公知の限界電流検出方式を用いてガス（水素）を検出する。
【００４６】
固体電解質基板３０１は、プロトン及び酸素イオン伝導性の基板であり、具体的にはＢａ、Ｃｅ、Ｇｄ系酸化物の焼結体である。固体電解質基板３０１の両面に厚膜印刷法で電極膜３１１及び３１２が印刷及び焼成されている。カソード電極膜３１１及びアノード電極膜３１２は、白金微粉末よりなるペーストをスクリーン印刷し、乾燥後空気雰囲気中１０００℃で３０分キープして焼成した。カソード電極膜３１１は、リード線取り付け用端子４０１を有する。アノード電極膜３１２は、リード線取り付け用端子４０２を有する。
【００４７】
セラミックス基板（ガス拡散律速部形成基板）３０２は、無機系接着剤３１３で固体電解質基板３０１のアノード電極膜３１２側に融着接合されている。ガス拡散律速部形成基板は、この基板又は他の部材に設けられたガス拡散律速孔を通じて、一定速度でガスを拡散させる役割を果たす。本実施の形態において、セラミックス基板３０２は、固体電解質基板３０１の熱膨張係数に近いフォルステライト材料を用いる。セラミックス基板３０２は、無機系接着剤３１３の一部にガス拡散律速孔３１４を有する。ガス拡散律速孔３１４は、固体電解質基板３０１とセラミックス基板３０２との間の無機系接着剤３１３の一部に形成されたわずかな隙間である。ガス拡散律速孔３１４は、水素ガスを通過しやすく、それより大きい分子サイズの物は通過しにくいサイズである。
【００４８】
ヒータ基板３０３は、片側をセラミックス基板３０２と密な状態で合わせられ、もう一方に発熱体３１５を有する。発熱体３１５は、ヒータ基板３０３の裏面に形成されたジグザグ形状のヒータ用パターンである。本実施の形態では白金ペーストをスクリーン印刷し、乾燥後空気雰囲気中１０００℃で焼成したものである。発熱体３１５は、２つのリード線取り付け用端子４０３を有する。
ヒータ基板３０３は、１０×１０ｍｍという小さいサイズで固体電解質基板３０１を３００〜４００℃に加熱しなければならない。そのため、急激にヒータ温度を上昇させると、ヒータ基板３０３の発熱体３１５の有る面と無い面、及び発熱体３１５の有る部分と無い部分とでは、基板に温度差が生じる。熱膨張係数の大きい基板（例えばアルミナ基板又はフォルステライト基板）は、破損することがある。従って、徐々に昇温する温度コントローラが必要になる。
【００４９】
本発明のガスセンサー構成体１００に適したヒータ基板３０３は、急激に温度が上昇しても基板が破壊しない材料（耐熱衝撃性の良い基板材料）である。熱膨張係数の小さい（３×１０^−６／℃以下）材料が好適である。具体的には透明又は不透明の石英ガラス基板（熱膨張係数；５．５×１０^−７／℃）、又は結晶化ガラス、その他のガラス材、セラミックス材等である。例えば、ネオセラムＮ−１１（日本電気硝子社製）（熱膨張係数；８×１０^−７／℃）が好適であり、熱衝撃温度ΔＴは８００℃で瞬時に昇温しても、基板は破壊しない。その他、鉄等の金属板の両面にホーロー材料を形成した無ピンホールのホーロ基板が使用できる。これらの基板表面に白金等の厚膜ペーストを印刷し、発熱体として適用する。
【００５０】
図５及び図６を用いて、センサーブロック１０１の耐熱性絶縁性基板１１２を説明する。図５は、固体電解質基板３０１のカソード電極膜３１１側の面（空気又はガス接触面）を除くセンサー部１１１の周囲を、４枚のマイカ基板で覆ったセンサーブロック１０１の斜視図である。図６は、４枚のマイカ基板の分解斜視図である。図５及び図６において、５０１〜５０４はマイカ基板、５１１〜５１３は開孔、５２１〜５２３は開口、６０１及び６０２は開口、６０３は開孔である。
実施の形態１において、耐熱性絶縁性基板１１２は、４枚の円形のマイカ基板５０１〜５０４で構成される。マイカ基板５０１〜５０４は、４つの開孔５１１、２つの開孔５１２、２つの開孔５１３、２つの開孔６０３をそれぞれ有する。
【００５１】
開孔５１１は、センサーブロック１０１をセンサー取り付け部材１１６に固定するためのビス１１４（又は支柱）を挿入する部分である。
開孔５１２は、固体電解質の温度を測定する熱電対のリード線１２１が挿入される部分である。熱電対のリード線がセンサーブロック１０１の下側に導出されるように構成されている。熱電対は固体電解質基板３０１の一部に無機系接着剤で接合されている。
開孔５１３は、固体電解質基板３０１のカソード電極膜３１１及びアノード電極膜３１２から導出したリード線１２１をセンサーブロック１０１の下側に導くための開孔である。
【００５２】
最上部のマイカ基板５０１は、開口５２１及び５２２を有する。中央部の開口５２１は、センサー部１１１のカソード電極膜３１１が測定雰囲気に露出するように作られている。開口５２１は、カソード電極膜３１１とほぼ同一のサイズであり、固体電解質基板３０１の外径サイズより小さい。開口５２２は、センサー部１１１のガス拡散律速孔３１４が測定雰囲気に露出するように形成されている。
上から２枚目のマイカ基板５０２の一部にも開口５２３を有する。開口５２３は、ガス拡散律速孔３１４に（固体電解質基板３０１のアノード電極膜３１２側に）測定ガスがスムーズに流通することを目的に形成されたものである。測定ガスの流れは、開口５２２から開口５２３ヘ、又は開口５２３から開口５２２へと流れるように設計されている。マイカ基板５０２は、中央部に開口６０１を有する。
【００５３】
上から３枚目のマイカ基板５０３は、中央部に開口６０２を有する。開口６０１及び６０２のサイズは、センサー部１１１の外径サイズよりわずかに大きい。
マイカ基板５０２及び５０３の合計の厚みは、センサー部１１１の厚みにほぼ等しい。
最下部のマイカ基板５０４は、開口部を有しない基板である。センサー部１１１を受け止める底板の役目をしている。マイカ基板５０４は、２つの開孔６０３を更に有する。開孔６０３は、ヒータ基板３０３の発熱体３１５の両端部に接合したリード線１２１が導出される部分である。
４枚のマイカ基板５０１〜５０４を積層して、中央にセンサー部１１１を収納し、最上部のマイカ基板５０１でセンサー部１１１を押しつけて固定するように作られている。
【００５４】
実施の形態１の構成によれば、固体電解質基板３０１のカソード電極膜３１１側の面（空気又はガス接触面）を除くセンサー部１１１の周囲を熱伝導率の悪い（保温性の良い）マイカ基板５０１〜５０４で密接して覆っている。これにより、センサー部１１１の熱が逃げにくく、発熱体３１５の必要とするワット数が小さくてすむ。マイカの熱伝導率は０．２８２Ｗ／ｍ・ｋであり、保温性の良いセンサーブロック１０１を形成できる。マイカの熱伝導率は、アルミニウム（２３７Ｗ／ｍ・ｋ）の１／８４０、ステンレス鋼（１５Ｗ／ｍ・ｋ）の１／５３である。
更に、センサーブロック１０１（センサー部１１１をマイカ基板５０１〜５０４で覆ったもの）は、間隔を置いて、熱伝導性の悪い材料で形成したセンサー取り付け部材１１６に取り付けられている。間隔形成部材１１５によって、空気又はガスで形成された断熱層が設けられるため、センサー部１１１からセンサー取り付け部材１１６への熱の伝導を抑制できる。空気の熱伝導率は０．０２６Ｗ／ｍ・ｋであり、ステンレス鋼の約１／１０００である。
【００５５】
実施の形態１において、耐熱性絶縁性基板１１２は、マイカ基板５０１〜５０４で構成した。例えば、電熱用マイカ基板（Ｄ５８１（岡部マイカ工作所社製）；熱伝導率：０．２８２Ｗ／ｍ・ｋ）である。
センサー部１１１を覆う耐熱性絶縁性材料は、マイカ材料に限らず、熱伝導率の小さい材料であれば良い。具体的には、無機セラミックス材料、無機鉱物繊維と少量の有機結合材で固めたもの、無機質繊維の圧縮成形材料、セラミックス粉末とガラス繊維を成形した材料である。
無機セラミックス材料は、例えば切削加工用セラミックス（例えばマコール（登録商標）（コーニング社製；熱伝導率：１．６７Ｗ／ｍ・ｋ））である。
無機鉱物繊維と少量の有機結合材で固めたものは、例えばミルボード（ニチアス社製；熱伝導率：０．０７Ｗ／ｍ・ｋ）である。
無機質繊維の圧縮成形材料は、例えばシリカ・アルミナ繊維と少量の有機バインダーを加え成形したもの（例えばファインフレックス（ニチアス社製；熱伝導率：０．０８Ｗ／ｍ・ｋ））である。
セラミックス粉末とガラス繊維を成形した材料（多孔質材料）は、例えばハードパネルモールド成形品（ユタカ産業社製；熱伝導率：０．０３Ｗ／ｍ・ｋ）である。
【００５６】
なお、実施の形態１において、耐熱性絶縁性基板１１２は４枚のマイカ基板で構成した。これに代えて、３枚又は４枚以上のマイカ基板で構成しても良い。１枚の耐熱性絶縁性基板であっても良い。一般的には、１枚の耐熱性絶縁性基板は加工が複雑で高価になるので、好ましくは、複数の耐熱性絶縁性基板を積層する。
なお、マイカ基板５０１の開口部５２１に、シリカ又はアルミナ等の繊維状体で作られた綿状体を配設すれば、更に保温効果の大きいセンサーブロック１０１を実現できる。
なお、実施の形態１のガスセンサー構成体１００は４本のビス１１４を用いて、センサーブロック１０１をセンサー取り付け部材１１６に固定した。これに代えて、２本のビスで固定しても良い。
【００５７】
なお、実施の形態１において、センサー部１１１は、固体電解質基板とセラミックス基板（ガス拡散律速部形成基板）とヒータ基板とで構成した。これに代えて、ガス拡散律速孔の不要なガスセンサーの場合、センサー部は、固体電解質基板とヒータ基板との２枚で構成しても良い。
なお、実施の形態１のガスセンサー構成体は、水素ガスセンサーであった。本発明は、これに限らず、固体電解質で検知できるその他のガス（例えば、酸素ガス、炭化水素ガス）、又は湿度等のセンサーにも適用できる。
【００５８】
《実施の形態２》
図７を用いて、本発明の実施の形態２のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態２のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、ヒータ基板のみである。実施の形態１のヒータ基板３０３は、石英ガラス基板又は結晶化ガラス基板等に厚膜印刷法で発熱体３１５を印刷及び焼成したものであった。この方法は、発熱体３１５を印刷及び焼成すること、両端子４０３にリード線を金ペースト等で焼き付ける必要があり、工数がかかる。
実施の形態２のヒータ基板は、発熱体の形成が簡単でリード線の取り付けも簡単である。図７は、実施の形態２のヒータ基板の斜視図である。図７において、７０１はマイカ基板、７０２は発熱体、７０３はリード線、７１１は端子、７１２はつめ部である。
【００５９】
発熱体７０２は、電熱用の鉄−クロムからなる金属箔（実施の形態２において、Ｎｏ．４Ｌ；日本金属工業社製板厚；０．０５ｍｍを使用）をエッチング加工により、ジグザグ形状に加工する。発熱体７０２は、２つの端子７１１、３つのつめ部７１２を有する。折れ曲がった部分が円弧状でも問題なく使用できる。
端子７１１は、発熱体７０２の両端部につながる部分である。つめ部７１２は、発熱体７０２の端部に連結した部分である。つめ部７１２は、マイカ基板７０１を挟み込むように折り曲げられており、発熱体７０２をマイカ基板７０１に固定する機能を有する。
【００６０】
リード線７０３は、電熱用のマイカ基板７０１を挟み込むように折り曲げ、或いは折り曲げず挟み込まない状態で、その端部にスポット溶接する。実施の形態２において、リード線７０３は、φ０．２ｍｍの白金線である。
実施の形態２のヒータ基板をセンサー部１１１に用いると、瞬時に固体電解質が３００〜４００℃に安定的に達する電力を発熱体の金属箔に印加しても、発熱体及びマイカ基板に何等問題は生ぜず、簡単な温度コントローラで目的を達成できる。長期間使用しても発熱体の抵抗値変化が少なく安定したヒータ基板を実現できる。発熱体は、鉄−クロム系薄板を化学エッチングして形成するので、専門メーカーに依頼すれば低コストで供給される。また、リード線の取り付けはスポット溶接でよいので簡単に且つ確実に接合できる。
【００６１】
《実施の形態３》
図８を用いて、本発明の実施の形態３のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態３のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、耐熱性絶縁性基板１１２の構成のみである。実施の形態１の耐熱性絶縁性基板１１２は、４枚のマイカ基板５０１〜５０４で構成した。実施の形態３の耐熱性絶縁性基板１１２は、２枚のマイカ基板８０１及び８０２で構成する。図８は、実施の形態３の耐熱性絶縁性基板の分解斜視図である。図８において、図６と同一部には同一番号を付している。
【００６２】
実施の形態３の耐熱性絶縁性基板１１２は、円形のマイカ基板８０１（フタ状体）とマイカ基板８０２（受容状体）とで構成される。マイカ基板８０１及び８０２は、成形体又は切削加工体である。マイカ基板８０１（フタ状体）は、マイカ基板５０１及び５０２を合わせた板である。マイカ基板８０２（受容状体）は、マイカ基板５０３及び５０４を合わせた板である。図８の開口８１１、開口８１２、開口８１３、溝状部８１４、凹部開口８１５は、それぞれ図６の開口５２１、開口６０１、開口５２２、開口５２３、開口６０２に該当する。開孔５１１〜５１３は、２枚のマイカ基板８０１及び８０２に連通している。各マイカ基板は、それぞれ２つずつの開孔５１１〜５１３を有する。
【００６３】
マイカ基板８０１（フタ状体）は、開口８１１〜８１４を有する。開口８１１（＝開口５２１）は、固体電解質基板３０１の表面に形成されたカソード電極膜３１１とぼぼ同一サイズである。開口８１２（＝開口６０１）は、開口８１１の下にある一段大きい開口（センサー部１１１の外径よりわずかに大きいサイズ）である。開口８１３（＝開口５２２）及びそれに連通した溝状部８１４（＝開口５２３）は、センサー部１１１のガス拡散律速孔３１４付近に形成される。
マイカ基板８０２（受容状体）は、凹部開口８１５（＝開口６０２）及び開孔６０３を有する。凹部開口８１５は、センサー部１１１の外径よりわずかに大きいサイズである。凹部開口８１５は、貫通していない。
【００６４】
実施の形態３のセンサーブロック１０１は、センサー部１１１をマイカ基板８０１及び８０２で覆ったものである。マイカ基板８０２の凹部開口８１５にセンサー部１１１を挿入し、マイカ基板８０１を上からかぶせる。開口８１２と凹部開口８１５の合計の高さは、センサー部１１１の厚みとほぼ同じである。マイカ基板８０１及び８０２を積層したときに、センサー部１１１が固定されるように設計されている。開孔５１１にビス１１４を挿入し、センサーブロック１０１をセンサー取り付け部材１１６に間隔を設けて取り付ける。
【００６５】
実施の形態３において、センサーブロック１０１を取り付けるための開孔５１１は２個である。実施の形態１と比較して、固定用ビスを４本から２本に減らしたので、ビスからセンサー取り付け部材１１６に逃げる熱を軽減することができる。
実施の形態３に適用できる耐熱性絶縁性材料としては、実施の形態１と同様の材料が適用できる。特に無機質多孔体の成型品が良い。
実施の形態３の耐熱性絶縁性基板１１２は、金型成型体又は切削加工体を用いるので、正確な寸法の保温部材が作成でき、より密封性の良いセンサーブロック１０１を実現できる。
開口部８１１に、シリカ又はアルミナ等の繊維状体で作られた綿状体を配設すれば、更に保温効果の大きいセンサーブロック１０１を実現できる。
【００６６】
《実施の形態４》
図９を用いて、本発明の実施の形態４のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態４のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロックの構成のみである。図９は、実施の形態４のセンサーブロックの断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。実施の形態４において、実施の形態１と同一部には同一番号を付している。
図９において、センサーブロック９０１は、センサー部１１１、保温材９１１、耐熱性絶縁性基板９１２を有する。保温材９１１は、例えばガラス繊維、無機質鉱物繊維、無機質繊維の不織布、アルミナ繊維等の綿状多孔質体（無機質材料の多孔質焼結体）である。耐熱性絶縁性基板９１２は、例えばマイカ基板である。センサー部１１１は、耐熱性絶縁性基板９１２に固定され、上部を保温材９１１で覆われている。
実施の形態４のセンサーブロック９０１においては、保温材９１１の孔（繊維の隙間又は多孔質体の孔）を通じてガスを通すことにより、ガスが拡散する。実施の形態４のセンサーブロック９０１においては、実施の形態１において設けていたカソード電極膜３１１又はガス拡散律速孔３１４付近の開口部が必要無く、構造上簡素化が図れる。
【００６７】
なお、実施の形態４のセンサー部１１１は、固体電解質基板、セラミックス基板（ガス拡散律速部形成基板）及びヒータ基板の３枚構成であった。これに限定されず、本発明は、固体電解質基板とヒータ基板の２枚構成のセンサー部にも何らの問題なく適用できる。
なお、実施の形態４のセンサー部１１１は、固体電解質基板３０１を用いるガスセンサーを使用した。実施の形態４のセンサーブロック９０１の構造は、固体電解質材料に限定するのものではなく、センサー部を加熱する必要があるその他のセンサーにも適用できる。
なお、センサー部１１１を包み込む材料に、実施の形態１で耐熱性絶縁性材料を用い、実施の形態４で保温性材料を用いた。これに限定されず、センサー部の保温機能を実現できれば、他の構造でも良い。
【００６８】
《実施の形態５》
図１０を用いて、本発明の実施の形態５のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態５のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロック１０１の取り付け構造のみである。図１０は、実施の形態５のガスセンサー構成体のセンサーブロックの取り付け部分の拡大断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図１０において、図１と同一部には同一番号を付している。図１０において、１００１はビス、１００２は耐熱性バネ（つるまきバネ）である。実施の形態１と違うところは、間隔形成部材１１５（パイプ）の代わりに耐熱性バネ１００２を用いることである。
センサーブロック１０１は、センサー取り付け部材１１６の上部平坦部にビス１００１で取り付けられている。耐熱性バネ１００２は、センサーブロック１０１の下面とセンサー取り付け部材１１６の上面平坦部との間に設置されている。
耐熱性バネ１００２は、非荷重時の約半分まで圧縮した状態で固定されているため、耐熱性絶縁性基板１１２（マイカ基板５０１〜５０４）には上部方向の圧力が常時かかっている。センサーブロック１０１はビス１００１で固定され、耐熱性バネ１００２によって下部から上部方向に圧力がかかっているため、センサー部１１１が密に積層している状態が常に保たれる。
【００６９】
実施の形態５の構成によれば、間隔は耐熱性バネ１００２の巻き数、線径、バネ定数で容易に決めることができる。耐熱性バネ１００２で耐熱性絶縁性基板１１２に荷重を加えているので、センサー部１１１に無理な力、又は偏った荷重が加わりにくい。従って、破損しやすいセンサー部１１１も安定して長期間使用することができる。耐熱性バネ１００２のバネ定数は３０〜１００ｇ／ｍｍが最適である。バネ材としては、最低４００℃でバネ定数が劣化しない材料が良い。例えば、ステンレス鋼；ＳＵＳ６３１、ニッケル合金；ＭＡ７５０（三菱マテリアル社製）、コバルト合金；ＭＡ８００（三菱マテリアル社製）の線材、及びこれらの材料を各材料に適した温度で熱処理したものである。
なお、実施の形態５のガスセンサー構成体は、センサーブロック１０１の下側にのみ耐熱性バネを有した。これに代えて、耐熱性バネをセンサーブロック１０１の上側にも取り付けて（ビス１００１の全長を長くして、その部分にバネを挿入する）、両面からバネで加圧する構造としても良い。
【００７０】
《実施の形態６》
図１１を用いて、本発明の実施の形態６のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態６のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロック１０１の取り付け構造のみである。図１１は、実施の形態６のガスセンサー構成体のセンサーブロックの取り付け部分の拡大断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図１１において、図１と同一部には同一番号を付している。
図１１において、１１０１はＥ−リング、１１０２は耐熱性バネ（つるまきバネ）、１１０３はビス、１１１１は間隔形成部材（ビス１１０３の一部）である。実施の形態６において、ビス１１０３の数は４本である。間隔形成部材１１１１は、ビス１１０３の一部分である。間隔形成部材１１１１の径は、耐熱性絶縁性基板１１２の開孔５１１径より大きい。
【００７１】
耐熱性絶縁性基板１１２の最上部から突出したビス１１０３の部分に、耐熱性バネ１１０２を設置する。ビス１１０３の上部にＥ−リング１１０１を設置して、耐熱性バネ１１０２の長さを非荷重の時より約１／２程度に圧縮した状態で固定する。
センサーブロック１０１は、間隔形成部材１１１１の上部で固定される。センサーブロック１０１とセンサー取り付け部材１１６との間隔は、間隔形成部材１１１１の全長で確定できる。
耐熱性絶縁性基板１１２の上面（マイカ基板５０１）は、耐熱性バネ１１０２によって常に下方向の力がかかっている。そのため、センサーブロック１０１は常に密接する状態が保たれ、マイカ基板５０１〜５０４の隙間を最小にし、熱の飛散を最小にするように機能している。
耐熱性バネ１１０２の力でセンサーブロック１０１を固定しているので、耐熱性バネ１１０２の全長、線径、圧縮長さ、バネ定数を決定しておけば、組み立て時にセンサー部１１１に過度の荷重がかかることが無く、抗折強度の弱い固体電解質基板３０１の破損を最小限に抑える効果を有している。
【００７２】
《実施の形態７》
図１２を用いて、本発明の実施の形態７のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態７のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロック１０１の取り付け構造のみである。図１２は、実施の形態７のガスセンサー構成体のセンサーブロックの取り付け部分の拡大断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図１２において、図１と同一部には同一番号を付している。図１２において、１２０１は間隔形成用のビスである。実施の形態７において、ビス１１４及び１２０１の数は、それぞれ２本である。
【００７３】
間隔形成用のビス１２０１は、センサー取り付け部材１１６の上部に取り付けられている。センサー取り付け部材１１６の上面から突出しているビス１２０１の高さによって、センサーブロック１０１の底面とセンサー取り付け部材１１６の上面との間隔を簡単に制御できる。
なお、ビス１２０１は、センサー取り付け部材１１６に固定するのではなく、耐熱性絶縁性基板１１２の底面（マイカ基板５０４又は８０２）に取り付けても同じ効果を実現できる。
なお、ビス１２０１をセンサー取り付け部材１１６の中央部に取り付ければ、１つのビス１２０１で間隔を形成できる。
ビスに代えて、センサー取り付け部材１１６又はセンサーブロック１０１の耐熱性絶縁性基板１１２に、間隔形成用の突起を設けても良い。
【００７４】
《実施の形態８》
図１３を用いて、本発明の実施の形態８のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態８のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロック１０１の取り付け構造のみである。図１３は、実施の形態８のガスセンサー構成体のセンサーブロックの取り付け部分の拡大断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図１３において、図１と同一部には同一番号を付している。
図１３において、１３０１は耐熱性絶縁性管である。耐熱性絶縁性管１３０１は、複数本のリード線導出用である。耐熱性絶縁性管１３０１の上面は斜めにカットされている。センサーブロック１０１から導出されたリード線を耐熱性絶縁性管１３０１に形成されている細孔に入れやすくするためであり、且つセンサーブロック１０１とその上に載置した耐熱性絶縁性管１３０１とによってリード線が挟まれないようにするためである。
【００７５】
実施の形態８の耐熱性絶縁性管１３０１は、センサー取り付け部材１１６の上面から突出している。耐熱性絶縁性管１３０１の上端部がセンサーブロック１０１の底面に当たっており、間隔を形成する部材を兼ねた構成となっている。
実施の形態８の構成によれば、間隔形成用の部材が不要となるので、コストを削減することができる。実施の形態８において、ビス１１４の数は２本である。実施の形態８において、３本の耐熱性絶縁性管１３０１を１２０°間隔で設置し、安定して間隔を保持している。
【００７６】
《実施の形態９》
図１４を用いて、本発明の実施の形態９のガスセンサー構成体を説明する。実施の形態９のガスセンサー構成体が実施の形態１と違うところは、センサーブロック１０１の取り付け構造のみである。図１４は、実施の形態９のガスセンサー構成体のセンサーブロックの取り付け部分の拡大断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。図１４において、図１と同一部には同一番号を付している。
【００７７】
図１４において、１４０１はビス、１４０２はナット、１４０３はマイカ基板、１４０４は間隔形成用のビスである。実施の形態９のガスセンサー構成体は、耐熱性絶縁性基板１１２（マイカ基板５０１〜５０４）の下に、マイカ基板１４０３を有する。計５枚のマイカ基板は、外周部に２個又は４個の開孔を有し、ビス１４０１及びナット１４０２によって締めつけ積層されている。なお、５枚のマイカ基板の積層固定は、リベット、又は図１１で説明した耐熱性バネ１１０２で圧縮固定しても良い。マイカ基板１４０３の中央部に開孔を設け、ビス１４０４を挿入してセンサー取り付け部材１１６の上面に取り付ける。
実施の形態９の構造によれば、センサー取り付け部材１１６と連結するのは１本のビス１４０４のみなので、複数本のビス又は支柱で固定する方式に較べセンサーブロック１０１からの熱伝導が少なくてすみ、より熱効率の良いガスセンサー構成体を実現できる。
【００７８】
《実施の形態１０》
図１５を用いて、本発明の実施の形態１０のガスセンサー構成体を説明する。図１５は、実施の形態１０のガスセンサー構成体の全体の断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。実施の形態１０のガスセンサー構成体は、構造を簡素化したものである。実施の形態１と大きく違うところは、センサー取り付け部材１１６を省略したことである。センサーブロックの取り付け方は、実施の形態６（図１１）と同一である。図１５において、図１及び図１１と同一部には同一番号を付している。
図１５において、１５０１は断熱板、１５０２は金属ベース部材、１５０３は絶縁性チューブ、１５０４は気密端子板、１５０５は電極ピン、１５０６はキャップ、１５０７はリング、１５０８は開孔である。
【００７９】
実施の形態１０のガスセンサー構成体は、耐熱性絶縁性基板１１２（マイカ基板５０１〜５０４）の下に、断熱板１５０１を有する。断熱板１５０１は、１枚のマイカ基板、又はより熱伝導率の悪い基板である。断熱板１５０１は、センサーブロック１０１の熱伝導及び熱放散を少なくするためにセンサーブロック１０１の下層部に積層されている。耐熱性絶縁性基板１１２（マイカ基板５０１〜５０４）及び断熱板１５０１は、外周部に２〜４個の開孔を有する。その開孔にビス１１０３を通し、金属ベース部材１５０２に固定する。
間隔形成部材１１１１は、耐熱性絶縁性基板１１２（マイカ基板５０１〜５０４）及び断熱板１５０１の開孔より大きな外径を有している。間隔形成部材１１１１は、断熱板１５０１の下面部と金属ベース部材１５０２の上面部との間の間隔形成部として機能している。
【００８０】
金属ベース部材１５０２に形成された開孔１５０８は、ガスセンサー構成体を測定部位に固定するためのビス穴である。気密端子板１５０４は、テフロン（登録商標）樹脂等の耐熱性絶縁性樹脂で形成されている。複数の電極ピン１５０５は、気密端子板１５０４に密なる嵌合で取り付けられている。キャップ１５０６は、気密端子板１５０４を金属ベース部材１５０２に取り付けるためものであり、金属又は合成樹脂で形成されている。リング１５０７は、防爆キャップ１１３を金属ベース部材１５０２に締めつける。
【００８１】
実施の形態１のガスセンサー構成体は、センサーブロック１０１を熱伝導性の悪い（例えばマシーナブルセラミックス製）センサー取り付け部材１１６に取り付け、センサー取り付け部材１１６を金属ベース部材１２０に取り付ける構造であった。
実施の形態１０のガスセンサー構成体は、センサー取り付け部材１１６を省くため、実施の形態１のガスセンサー構成体よりもセンサーブロック１０１からの熱伝導が増し加熱効率の悪い構成となる。しかし、金属ベース部材１５０２の上面とセンサーブロック１０１との間に間隔及び断熱板１５０１を設けることによって、金属ベース部材１５０２への熱伝導は許容される範囲（気密端子板１５０４の樹脂の温度上昇がその耐熱温度以下であって、且つ測定場所取り付け部材の温度上昇が許容限度以下（ユーザが誤って触っても火傷するおそれがない温度以下））となる。十分に実用化できる構成である。
実施の形態１０のガスセンサー構成体は、セラミックス製センサー取り付け部材を省略できるので、コストダウンが可能であり、且つ接続部が減るので気密性の信頼性が増す。
なお、センサーブロック１０１の固定方法は、他の実施の形態（例えば実施の形態１又は実施の形態５）の方法でも良い。
【００８２】
《実施の形態１１》
図１６を用いて、本発明の実施の形態１１のガスセンサー構成体を説明する。
図１６は、実施の形態１１のガスセンサー構成体の全体の断面図（図２のＩ−Ｉに示す紙面に垂直な切断面で切断した断面図）である。実施の形態１１のガスセンサー構成体は、電極ピンを有する気密端子板が実施の形態１と異なる。センサーブロックの取り付け方は、実施の形態６（図１１）と同一である。図１６において、図１及び図１１と同一部には同一番号を付している。
図１６において、１６０１は気密端子板、１６０２は封着ガラス、１６０３は電極ピン、１６０４はパッキンである。気密端子板１６０１は、ｋｏｖａｒ、鉄、又はステンレス等の金属板で形成されている。封着ガラス１６０２は、ホウケイ酸ガラス、又はソーダガラスである。電極ピン１６０３は、ｋｏｖａｒ、鉄−ニッケル、ステンレス（半田メッキ、スズメッキ、金メッキを施す）である。パッキン１６０４は、テフロン（登録商標）樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱、又はバイトン製の耐熱樹脂製パッキン又はＯリングである。
【００８３】
実施の形態１１のガスセンサー構成体は、金属ベース部材１２０の端部にパッキン１６０４を有し、気密端子板１６０１を取り付けてキャップ１２５で締めつける。気密端子板１６０１は開孔を有し、その開孔に電極ピン１６０３を挿入する。開孔と電極ピン１６０３との間は封着ガラス１６０２で封着されている。封着ガラス１６０２は、気密端子板１６０１と電極ピン１６０３とを絶縁状態且つ気密状態にする。電極ピン１６０３の一端部にセンサーブロック１０１から導出されたリード線１２１を半田付け方法、スポット溶接法又はネジ止め等で接合する。
【００８４】
実施の形態１１の金属製の気密端子板１６０１は、実施の形態１のテフロン（登録商標）樹脂製の気密端子板１２４より薄い板でよい。従って実施の形態１１のガスセンサー構成体の全長は、実施の形態１のガスセンサー構成体よりも小さくできる。
テフロン（登録商標）樹脂は長時間締めつけていると変形し、気密性能が劣化する可能性があった。そのため、引火性又は爆発性を有するようなガスを測定するガスセンサーとして、従来のガスセンサー構成体においては、事故を防ぐために短期間の使用でガスセンサーを交換する必要があった。実施の形態１１の金属製の気密端子板１６０１はこのような問題が生じにくいので安全性が高まり、長期間の使用が可能となる（使用耐用年数が長い。）。また、気密端子板１６０１と電極ピン１６０３との間をガラス付着することにより、より確実に気密性を保つことができる。
【００８５】
なお、実施の形態１１のガスセンサー構成体は、固体電解質基板とセラミックス基板（ガス拡散律速部形成基板）とヒータ基板とで構成されるセンサー部、又は固体電解質基板とヒータ基板とで構成されるセンサー部のどちらを用いても良い。更に、センサー素子を加熱する必要がある任意のセンサーに本発明を適用できる。
実施の形態１及び実施の形態１１において、センサー取り付け部材１１６は、センサーブロック１０１を保持する機能を有していた。これに代えて、耐熱性絶縁性管１１７がセンサーブロック１０１と金属ベース部材１２０との連結及び保持の両機能を有しても良い。センサー取り付け部材１１６と金属ベース部材１２０とが接触しない構造を実現することにより、センサーブロック１０１からの熱伝導が抑えられ、熱効率の良いガスセンサー構成体を実現できる。
【００８６】
なお、実施の形態において、センサーブロック１０１の下面とセンサー取り付け部材１１６との上面との間隔は平行であった。しかしこれに限定されるものではなく、平行でなくても良く、例えば直角に交わった構成でも良い。
なお、本発明において、間隔によって形成される断熱層は空間であった。これに代えて、空間にガラス繊維などの耐熱性絶縁性の綿状部材を配設すれば、更に保温効果の大きいガスセンサー構成体を実現できる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトで効率良くセンサー素子を加熱する安価なガスセンサー構成体を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、ヒータ基板が発した熱が効率良くセンサー素子に伝えられ、熱がセンサー取り付け部材に逃げにくくするガスセンサー構成体を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、少ない消費電力で効率良くセンサー素子を加熱するガスセンサー構成体を実現できるという有利な効果が得られる。
【００８８】
本発明によれば、金属ベース部材が高温度にならないガスセンサー構成体を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、抗折強度の小さいセンサー素子に過度な又はアンバランスな荷重がかかることを防止し、センサー素子の破損が生じにくいガスセンサー構成体を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のガスセンサー構成体全体の断面図
【図２】本発明の実施の形態１のガスセンサー構成体の平面図
【図３】センサー部の断面図
【図４】センサー部の分解斜視図
【図５】センサーブロック１０１の斜視図
【図６】４枚のマイカ基板の分解斜視図
【図７】本発明の実施の形態２のヒータ基板の斜視図
【図８】本発明の実施の形態３の耐熱性絶縁性基板の分解斜視図
【図９】本発明の実施の形態４のセンサーブロックの断面図
【図１０】本発明の実施の形態５のセンサーブロックの取り付け部分の断面図
【図１１】本発明の実施の形態６のセンサーブロックの取り付け部分の断面図
【図１２】本発明の実施の形態７のセンサーブロックの取り付け部分の断面図
【図１３】本発明の実施の形態８のセンサーブロックの取り付け部分の断面図
【図１４】本発明の実施の形態９のセンサーブロックの取り付け部分の断面図
【図１５】本発明の実施の形態１０のガスセンサー構成体の全体の断面図
【図１６】本発明の実施の形態１１のガスセンサー構成体の全体の断面図
【図１７】従来例１のセンサー部の断面図
【図１８】従来例２のセンサー部の断面図
【図１９】従来例２のセンサー部を取り付けたガスセンサー構成体の分解斜視図
【符号の説明】
１００ガスセンサー構成体
１０１、９０１センサーブロック
１１１、１８０１センサー部
１１２、９１２耐熱性絶縁性基板
１１３防爆キャップ
１１４、１００１、１１０３、１２０１、１４０１、１４０４ビス
１１５間隔形成部材
１１６センサー取り付け部材
１１７、１３０１耐熱性絶縁性管
１１９耐熱性絶縁性フタ
１２０、１５０２金属ベース部材
１２１、７０３、１９０３リード線
１２２、１５０３絶縁性チューブ
１２３、１４０２ナット
１２４、１５０４、１６０１気密端子板
１２５、１５０６、１７０４キャップ
１２６、１５０５、１６０３電極ピン
１２７リード線保護キャップ
３０１、１７０１、１８１１固体電解質基板
３０２、１８１２セラミックス基板
３０３ヒータ基板
３１１、１７０３、１８２１カソード電極膜
３１２、１７０２、１８２２アノード電極膜
３１３、１８２３、１８２６無機系接着剤
３１４、１８２４ガス拡散律速孔
３１５、７０２、１８２５発熱体
５０１、５０２、５０３、５０４、７０１、８０１、８０２、１４０３マイカ基板
９１１保温材
１００２、１１０２耐熱性バネ
１１０１Ｅ−リング
１５０１断熱板
１５０７リング
１６０２封着ガラス
１６０４パッキン
１８１３補助基板
１９０１セラミックス製円柱
１９０２平坦部
１９０４金属製のケース
１９０５金属製のカン
１９０６通気孔
１９０７金属製のフタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor structure for detecting a gas concentration while keeping a solid electrolyte substrate at a high temperature.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a method using a solid electrolyte material has been developed and put into practical use as a method for measuring gas concentration. A typical example is an oxygen gas sensor using a zirconium oxide solid electrolyte stabilized with yttria. In addition, as a gas sensor using a solid electrolyte, a sensor that detects hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbon, humidity, and the like is disclosed in known literature.
[0003]
JP-A-63-94146 discloses a gas sensor component (hydrogen sensor) of Conventional Example 1. The hydrogen sensor of Conventional Example 1 uses a solid electrolyte having both hydrogen ion and oxygen ion conductivities, and is provided with a gas diffusion control layer on the cathode electrode side in order to selectively use only hydrogen ion conductivities. I have.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the sensor unit of the first conventional example. The sensor portion of the hydrogen sensor has a solid electrolyte substrate 1701, an anode electrode film 1702, a cathode electrode film 1703, a cap 1704, and micro holes 1705. The solid electrolyte substrate 1701 is made of BaCeO ₃ And has both conductivity of hydrogen ions and oxygen ions. The anode electrode film 1702 and the cathode electrode film 1703 are formed of a porous platinum electrode. The cap 1704 is joined to the solid electrolyte substrate 1701 so as to cover the cathode electrode film 1703. The cap 1704 has micro holes 1705 as an oxygen diffusion control layer.
When a DC voltage is applied to the hydrogen sensor of Conventional Example 1, a current using hydrogen ions as carriers and a current using oxygen ions as carriers flow. Oxygen uptake is restricted by the minute holes 1705 of the cap 1704, and the current using oxygen ions as a carrier is negligibly small. The hydrogen sensor outputs a current using almost only hydrogen ions as a carrier, and can accurately measure the hydrogen gas concentration.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-193637 discloses a gas sensor structure (having a hydrocarbon sensor) of Conventional Example 2. FIG. 18 is a cross-sectional view of a sensor portion of a gas sensor structure according to Conventional Example 2. The sensor portion 1801 which is a hydrocarbon sensor includes a solid electrolyte substrate 1811, a ceramic substrate 1812 (heater substrate), and an auxiliary substrate 1813. The solid electrolyte substrate 1811, the ceramic substrate 1812, and the auxiliary substrate 1813 are all the same size.
The solid electrolyte substrate 1811 is formed of an oxide of Ba, Ce, and Gd. The solid electrolyte substrate 1811 has a cathode electrode film 1821 of aluminum and an anode electrode film 1822 of platinum.
[0005]
The ceramic substrate 1812 and the auxiliary substrate 1813 are formed of partially stabilized zirconia ceramics. A ceramic substrate 1812 is joined to the solid electrolyte substrate 1811 on the side of the anode electrode film 1822 with an inorganic adhesive 1823. The gas diffusion controlling hole 1824 is an opening formed in a part of the inorganic adhesive 1823.
The ceramic substrate 1812 (heater substrate) has a heating element 1825 on one surface. The heating element 1825 is obtained by printing and firing a platinum paste. An auxiliary substrate 1813 is joined to the surface of the ceramic substrate 1812 having the heating element 1825 with an inorganic adhesive 1826.
The hydrocarbon sensor of Conventional Example 2 uses a material having substantially the same thermal expansion coefficient as the solid electrolyte substrate 1811, the ceramic substrate 1812, and the auxiliary substrate 1813, and is designed so that thermal stress between the substrates does not occur during heating. I have. An auxiliary substrate 1813 is bonded to the surface of the heating element 1825 of the ceramic substrate 1812 so that the ceramic substrate 1812 is not damaged when the temperature is raised.
[0006]
FIG. 19 is an exploded perspective view of a gas sensor structure of Conventional Example 2. 19, reference numeral 1901 denotes a ceramic column (sensor mounting member), 1902 denotes a flat portion communicating with the ceramic column 1901, 1903 denotes a lead wire, 1904 denotes a metal case, 1905 denotes a metal can, and 1906 denotes a ventilation hole. , 1907 are metal lids.
The sensor section 1801 is joined to the flat section 1902 with an inorganic adhesive. Sensor output and heater lead wires 1903 are passed through the inside of the ceramic cylinder 1901, and the lead wires 1903 are electrically connected to a plurality of lead wires drawn from the rear of the metal lid 1907, respectively. I have. The ceramic cylinder 1901 is attached to a metal lid 1907 via a lead wire 1903. The ceramic column 1901 is housed in a metal case 1904, and is fixed by fixing the metal lid 1907 and the metal case 1904 with a screw portion. A metal can 1905 whose other end is sealed is joined to a metal case 1904. The metal can 1905 has a ventilation hole 1906 at a position corresponding to the sensor section 1801 for passing gas.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-63-94146 (page 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-193637 (pages 4 to 7, FIGS. 1 and 3)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a sensor using a ceramic-based solid electrolyte (for example, the sensor units of Conventional Examples 1 and 2) cannot output an output signal because the electric conductivity of the solid electrolyte substrate is too small at normal temperature. Therefore, a measurable output signal is obtained by heating the solid electrolyte substrate to a high temperature to increase the electric conductivity of the solid electrolyte.
The gas sensor structure of Conventional Example 2 has a structure in which a sensor portion 1801 is joined to a flat portion 1902 of a ceramic column 1901 with an inorganic adhesive, and the ceramic column 1901 is connected to a metal case 1904. The ceramic substrate 1812 is tightly joined to the solid electrolyte substrate 1811, and the auxiliary substrate 1813 is tightly joined to the ceramic column 1901. When the solid electrolyte is heated in this configuration, the heat of the heating element 1825 is conducted to the solid electrolyte substrate side, the ceramic cylinder side, and the metal case side. Although only the solid electrolyte substrate is desired to be heated, this structure allows the heat to escape to the ceramic cylinder and metal case, which are several tens to hundreds of times larger than the volume of the sensor part, greatly increasing the power of the heating element. Otherwise, the solid electrolyte substrate cannot be heated to the required temperature.
[0009]
Further, since the metal case exposed to the outside is heated to a high temperature, there is a risk that the user may be burned. Since the size of the sensor portion is small and the heater substrate is usually provided in a size corresponding to the size, the wattage per unit area of the heater substrate, that is, the watt density becomes very large in the conventional configuration, and a large load is applied to the heater substrate. . In the worst case, the heater substrate is damaged.
In addition, since the sensor portion was mounted bare, heat dissipation or heat dissipation from the sensor portion due to convection was large, and the temperature of the metal can 1905 covered became high.
Therefore, there is a danger of burns if the user accidentally touches the metal can. There is a problem that it is necessary to further increase the heater power consumption.
[0010]
The present invention suppresses the heat generated by a heater substrate from wasting to a ceramic cylinder (sensor mounting member) or the like, and heats the sensor element efficiently with low power consumption. The purpose is to provide the body.
An object of the present invention is to provide a gas sensor structure in which a portion (metal base member or the like) exposed to the outside does not become hot and there is no risk of a user being burned.
[0011]
[Means to solve the problem]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations. The invention according to claim 1 is a sensor block having a sensor unit including a predetermined gas detection unit and a heater substrate for heating the detection unit, a sensor mounting member holding the sensor block by one or more columns. , And a predetermined distance is provided between the sensor block and the sensor mounting member.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor block having a sensor unit including a predetermined gas detecting unit and a heater substrate for heating the detecting unit, and a thermal conductivity for holding the sensor block by one or more columns. A small sensor mounting member, and a metal base member connected to the other end of the sensor mounting member, wherein a predetermined distance is provided between the sensor block and the sensor mounting member. It is a gas sensor structure.
[0012]
According to the present invention, the heat generated by the heater substrate of the sensor unit is transmitted to the sensor mounting member through the support pillar and the air or measurement gas atmosphere interposed between the sensor block and the sensor mounting member. The thermal conductivity of air or measurement gas is 10 times that of ceramics or metal. ^-2 -10 ^-3 Therefore, the heat insulation effect is large. In other words, a sensor block having heat retention can be realized.
As a result, the amount of heat transmitted to the outer periphery of the gas sensor component (the portion exposed to the outside) is small, and the temperature rise of the outer component is small. Are not limited by thermal conditions. ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention can implement | achieve the gas sensor structure which heats a sensor element efficiently with little electric power, with little heat conduction of a heater board | substrate to a sensor mounting member.
[0013]
Since the amount of heat generated by the heater substrate can be reduced by improving the heating efficiency, the heater substrate is prevented from being overheated and damaged, and a long-life and highly reliable gas sensor structure can be realized.
The present invention realizes a gas sensor structure in which a portion (metal base member or the like) exposed to the outside does not become hot and there is no danger of a user being burned.
The phrase “provided with a predetermined interval” means a structure in which most of the bottom surface of the sensor block, which is a surface parallel to the heater formation surface of the heater substrate, does not contact other members. At least 50% or more of the bottom surface of the sensor block is not in contact with other members (contact with air or measurement gas).
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor block having a sensor for detecting a predetermined gas and a heater substrate for heating the sensor, a metal base member for holding the sensor block by one or more columns. , And a predetermined interval is provided between the sensor block and the metal base member.
In the present invention, air or measurement gas is interposed between the sensor block and the metal base member, and the amount of heat conduction from the sensor portion to the metal base member, which is the mounting portion, is small. ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention can implement | achieve a long life and highly reliable gas sensor structure which heats a sensor element efficiently with little power consumption.
The present invention realizes a gas sensor structure in which a portion (metal base member or the like) exposed to the outside does not become hot and there is no danger of a user being burned.
[0015]
The invention according to claim 4 is characterized in that the detection unit is a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film, wherein the solid electrolyte substrate and the heater substrate are stacked at intervals. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3. The present invention realizes a gas sensor structure for uniformly heating a solid electrolyte substrate for detecting a gas.
[0016]
The sensor according to claim 5, wherein the sensor unit includes a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film, a gas diffusion-controlling unit forming substrate, and a heater substrate for heating the solid electrolyte substrate. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas sensor structure is formed by closely laminating. The present invention realizes a gas sensor structure that has a certain detection sensitivity and uniformly heats a solid electrolyte substrate that detects a gas.
[0017]
In the invention according to claim 6, the heater substrate has a thermal expansion coefficient of 3 × 10 ^-6 A heat-resistant insulating substrate at a temperature of / ° C or lower, or a plate-shaped body made of a material having a heat-resistant insulating layer formed on the surface of a metal substrate, having a thick-film resistance pattern formed on one or both surfaces thereof. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 5, wherein
[0018]
In general, the smaller the sensor unit is, the easier it is to use, and the smaller sensor unit can accurately measure the gas concentration at the local portion pinpointly. Therefore, in order to make the sensor section as small as possible, the size of the heater substrate must be reduced. In order to heat the solid electrolyte substrate to a temperature of 300 ° C. or higher with a small-sized heater substrate, a heater substrate having a very high watt density is required. When power is applied to the heater substrate, a temperature difference occurs between the surface with and without the heating element, and the part with and without the heating element.Therefore, the thermal expansion coefficient of the substrate used greatly affects the reliability of the gas sensor component. Have. In particular, a substrate having a large thermal expansion coefficient is easily distorted due to a temperature difference within the substrate. If the distortion due to the temperature difference of the heater substrate exceeds the guaranteed thermal shock resistance of the heater substrate, the heater substrate is broken. Thermal expansion coefficient is 3 × 10 ^-6 By using a material having a temperature of / ° C. or less for the heater substrate, it is possible to realize a heater substrate that resists distortion due to an internal temperature difference and is not easily broken.
A metal plate such as an enamel substrate on which an inorganic ceramic or vitreous material is placed is suitable for a heater substrate because of its good thermal shock resistance.
[0019]
The invention according to claim 7, wherein the heater substrate has a heat-resistant insulating substrate and a resistor made of metal foil having a plurality of claws, and the bent claws are formed of the heat-resistant insulating material. The said resistor is attached to at least one surface of the said heat resistant insulating substrate by pinching the edge part of a heat-resistant board | substrate, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Of the gas sensor.
In the present invention, since the metal foil is used for the heater resistor, it is more durable than a resistor by a printing method (for example, claim 6) and can cope with a higher watt density. Since the metal foil is fixed to the heat-resistant insulating substrate at the claws connected to the metal foil, a stable heater substrate can be realized without the metal foil moving or falling off.
[0020]
The invention according to claim 8 is characterized in that the heat-resistant insulating substrate is made of a transparent or opaque quartz glass material, a crystallized glass material, another glass material, a ceramic material, a hollow substrate or a mica substrate. A gas sensor structure according to claim 6 or 7. These materials have good thermal shock resistance and are suitable for a heater substrate.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, the sensor block substantially covers at least one heat-resistant insulating material around the sensor unit except for the air or gas contact surface of the detection unit. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 8, wherein
The invention according to claim 10 is characterized in that the sensor block substantially covers at least one heat insulating material around the sensor unit except for the air or gas contact surface of the detection unit. A gas sensor structure according to any one of claims 1 to 8.
[0022]
According to the present invention, the heat of the heating element can be prevented from escaping to the surrounding air or measurement gas atmosphere by covering the periphery of the sensor unit with a heat-resistant insulating material or a heat retaining material. The present invention has the effect of improving the energy efficiency of the heater substrate by significantly reducing heat conduction through the material and heat dissipation into the air or measurement gas atmosphere. This makes it possible to reduce the watt density of the heating element of the heater substrate, and to prevent the heater substrate from being damaged by heat by reducing the amount of heat generated by the heater substrate.
The heat-resistant insulating material or the heat-retaining material may be an integrated material, or may be a material obtained by laminating a plurality of plate-like bodies as in the embodiment.
[0023]
According to an eleventh aspect of the present invention, the sensor block substantially covers at least one porous material around the sensor unit including or excluding an air or gas contact surface of the detection unit. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 8, wherein
The invention according to claim 12, wherein the detection unit is a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film, wherein the sensor block communicates with the anode electrode film or the cathode electrode film. The gas sensor structure according to claim 9, further comprising: a diffusion control part, and an opening from the gas diffusion control part to the outside.
The sensor block of the present invention has a configuration in which heat dissipation from the heater substrate to the air or measurement gas atmosphere is greatly reduced, and the gas concentration can be accurately measured by the porous material or the gas diffusion rate-controlling portion and the opening.
The porous material may be an integrated material, or may be a laminated material of a plurality of plate-like materials.
[0024]
The invention according to claim 13, wherein the heat-resistant insulating material, the heat-retaining material, or the porous material covering the periphery of the sensor block is made of a ceramic made of an inorganic material, a compression-molded article of an inorganic fiber, and an inorganic material. The gas sensor according to any one of claims 9 to 11, wherein the gas sensor is made of a molded body, mica, a porous sintered body of an inorganic material, or a nonwoven fabric of an inorganic fiber. It is a structure.
Since the above-mentioned material covering the periphery of the sensor unit has a low thermal conductivity, it has a large effect of suppressing heat dissipation from the sensor unit. The solid electrolyte substrate can be heated to a high temperature with low power consumption, and can be easily maintained at a constant temperature. Since the dissipation of heat from the sensor block is suppressed, the temperature rise of the metal can covering the sensor block is suppressed, and there is little risk of burns due to contact with the user. Thermal efficiency is improved.
[0025]
The invention according to claim 14 is the gas sensor structure according to claim 1 or 2, wherein the sensor attachment member is formed of ceramics, ceramics for cutting, or mica material. is there.
The invention according to claim 15 is the gas sensor configuration according to claim 1 or 2, wherein the sensor mounting member is formed of a material having a thermal conductivity of less than 5 W / mk. Body.
Since the thermal conductivity of the sensor mounting member is low, conduction and dissipation of heat from the sensor block to the sensor mounting member are suppressed, and a gas sensor structure with high thermal efficiency can be realized.
[0026]
The invention according to claim 16 further includes an interval forming member, wherein the sensor block and the interval forming member have openings for inserting the columns, and the interval forming member is provided below the sensor block. The said support | pillar is inserted in the said sensor block and the said space formation member in the state which carried out, and attached to the said sensor attachment member or the said metal base member, and the said space | gap is formed with the said space formation member, The said 1st aspect A gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3. According to the present invention, a predetermined interval can be formed with a simple configuration.
The “open hole” may be a closed hole or a partially unclosed hole (a cutout or a concave portion).
[0027]
The invention according to claim 17 further comprises a heat-resistant spring, wherein the sensor block and the heat-resistant spring have openings for inserting the columns, and the heat-resistant spring is compressed under the sensor block. The said support | pillar is inserted in the said sensor block and the said heat resistant spring in the inserted state, it is attached to the said sensor attachment member or the said metal base member, The said space | interval is formed with the said heat resistant spring, The claim characterized by the above-mentioned. A gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3.
ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention can provide the space | gap between a sensor block and a sensor mounting member (or metal base member) reliably with good reproducibility, and can realize the gas sensor structure with little heat conduction between them. As a result of using a heat-resistant spring compression method for tightening the sensor block, an excessive load is not applied to the sensor block. The size of the sensor is small and the mechanical strength is small.
[0028]
The invention according to claim 18 further comprises a heat-resistant spring, wherein the sensor block and the heat-resistant spring have openings for inserting the columns, and are attached to the sensor attachment member or the metal base member. The sensor block is inserted into the support, and the heat-resistant spring is inserted and compressed and fixed in the support protruding from the opening of the sensor block, and the heat-resistant spring is used as the sensor block and the sensor mounting member or The sensor block is pressed against a portion having a larger diameter than an opening of the sensor block provided on the support and disposed between the metal base member and the space forming member. A gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3.
[0029]
In the present invention, the gap between the sensor block and the sensor mounting member (or the metal base member) is formed by using the large diameter portion of the column or the space forming member as a stopper. Since the sensor block is pressurized by the heat-resistant spring from the surface opposite to the space, there is no possibility that an abnormal load is applied to the sensor unit. There is no risk of breakage even with a solid electrolyte substrate having low bending strength.
[0030]
The invention according to claim 19, wherein a part of the heat-resistant insulating member that is a part of the sensor block and holds the sensor unit, a member fixed to the heat-resistant insulating member, or the sensor mounting. A part of a member or a member fixed to the sensor mounting member is a space forming member that defines a space between the sensor block and the sensor mounting member or the metal base member. A gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3.
ADVANTAGE OF THE INVENTION Since this invention has the space | interval formation member which forms a space | gap independently from a support | pillar (it is not necessary to fix by a support | pillar), the degree of freedom in the structure of a gas sensor structure increases and the gas sensor structure which can be easily assembled can be implement | achieved. .
[0031]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a filter cap made of a sintered metal body having air permeability attached so as to substantially cover an air or gas contact surface of the detection part. A gas sensor structure according to claim 3.
ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention can implement | achieve the gas sensor structure which reduces the heat conduction by the heat radiation or convection from the air or gas contact surface of a detection part, and measures a gas concentration correctly.
[0032]
According to a twenty-first aspect of the present invention, a plurality of electrode pins are tightly fitted to an end of the sensor mounting member or the metal base member on a side where the sensor block or the sensor mounting member is not connected. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising an airtight terminal plate formed of an insulating heat-resistant resin.
The invention according to claim 22 is characterized in that a metal plate and an opening of the metal plate are inserted into an end of the sensor mounting member or the metal base member on a side where the sensor block or the sensor mounting member is not connected. 4. The gas sensor configuration according to claim 1, further comprising an airtight terminal plate in which the plurality of electrode pins are bonded to each other with a glass material so as to be insulated from each other. Body.
The present invention can realize a gas sensor structure that prevents gas from leaking and is easy to assemble.
[0033]
The invention according to claim 23, wherein each lead wire of the detection unit and the heater substrate passes through a member that is a part of the sensor block that covers the detection unit and the heater substrate, and further includes the sensor mounting member and And / or each lead wire extending from the sensor mounting member or the other end of the metal base member is connected to each of the electrode pins of the hermetic terminal plate through a through hole formed in the metal base member. The gas sensor structure according to claim 21 or claim 22, wherein
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, the sensor mounting member and / or the metal base member has a substantially cylindrical shape, and is formed at a central portion of the sensor mounting member and / or the metal base member. A plurality of heat-resistant insulating tubes each having a through-hole are fixed to the through-hole, and the lead wires of the detection unit and the heater substrate have passed through each of the through-holes, and have penetrated the through-holes. 23. The terminal according to claim 21, wherein each lead wire is covered with an insulating heat-resistant tube, and an end of each lead wire is connected to each of the electrode pins of the hermetic terminal plate. Of the gas sensor.
ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention prevents contact between each lead wire, and can implement | achieve a compact gas sensor structure. The present invention can realize a gas sensor structure that is easy to assemble.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments that specifically show the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0035]
<< Embodiment 1 >>
First Embodiment A gas sensor structure according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall sectional view of a gas sensor structure according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the paper plane shown by II in FIG. 2. FIG. 2 is a plan view (with the explosion-proof cap 113 removed) of the gas sensor structure according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows only the first layer of the mica substrate. The gas sensor structure of the present invention is a gas sensor structure for detecting hydrogen gas.
[0036]
The gas sensor structure 100 includes a sensor block 101, an explosion-proof cap 113, a screw (support) 114, a spacing member (spacer) 115, a sensor mounting member 116, a heat-resistant insulating tube 117, a heat-resistant insulating lid 119, and a metal base. It has a member 120, a lead wire 121, an insulating tube 122, a nut 123, an airtight terminal plate 124, a cap 125, an electrode pin 126, and a lead wire protection cap 127.
The sensor block 101 is obtained by covering a sensor unit 111 with a heat-resistant insulating substrate 112.
The sensor mounting member 116, the metal base member 120, and the like have a substantially cylindrical shape. The gas sensor structure according to the first embodiment has mounting compatibility with Conventional Example 2 (FIG. 19).
The sensor unit 111 has a solid electrolyte substrate, a ceramic substrate, and a heater substrate stacked on each other (see FIGS. 3 and 4 for details).
As the heat-resistant insulating substrate 112, a substrate having a heat resistance of at least 400 ° C. or higher and an insulating property and a poor heat conductivity (a material having a heat insulating property) is suitable. In the present embodiment, the heat-resistant insulating substrate 112 is composed of four mica substrates (for details, see FIGS. 5 and 6). The four mica substrates have four communicating openings for inserting screws 114.
[0037]
The explosion-proof cap 113 is fixed to the sensor mounting member 116 with a screw for protecting the sensor unit 111 and the heat-resistant insulating substrate 112 and for explosion-proof property. The explosion-proof cap 113 is formed of a material having air permeability, for example, a sintered metal powder.
The screw 114 (post) is inserted into the opening of the heat-resistant insulating substrate 112 and the opening of the space forming member 115, and attaches the sensor block 101 to the sensor attaching member 116. The screw 114 is preferably made of stainless steel having poor thermal conductivity. When a ceramic for cutting is used for the sensor mounting member 116, SUS410 or SUS430 having a thermal expansion coefficient close to that of the ceramic for cutting is suitable as a material of the screw 114. The support for holding the sensor block 101 is not limited to the SUS metal screw. For example, a support such as a ceramic support may be bonded with an inorganic adhesive.
[0038]
The space forming member 115 is a pipe installed to form a space between the sensor block 101 and the sensor mounting member 116. The space between the bottom surface of the sensor block 101 (the surface parallel to the heater formation surface of the heater substrate 303) and the flat upper surface of the sensor mounting member 116 is important as a heat insulating layer for the heat generated by the heater substrate 303. are doing. The interval can be arbitrarily determined by the size of the interval forming member 115, and is preferably at least 1 mm, and preferably at least 3 mm in consideration of heat radiation and the like. The space forming member 115 has a heat-resistant insulating property and is made of a material that does not easily transmit heat of the sensor block 101 to the lower sensor mounting member 116.
For example, various ceramics or mica. The space forming member 115 has an opening for inserting the screw 114.
[0039]
The cylindrical sensor mounting member 116 has a function of adjusting the position of the sensor unit 111. If there is a distance from the mounting position of the gas sensor assembly 100 (the flange surface of the metal base member 120) to the measurement gas flow path, the sensor section 111 is adjusted to the optimal measurement site by adjusting the length direction of the sensor mounting member 116. Can be installed. The sensor mounting member 116 has a cavity 118 at the center.
Three heat-resistant insulating tubes 117 are inserted and fixed in the cavity 118.
The heat-resistant insulating tube 117 is a tube for leading out the plurality of lead wires 121 to the outside. The heat-resistant insulating tube 117 has two penetrating pores 201, and leads out the lead wire 121 through the pores 201. As the heat-resistant insulating tube 117, a thermocouple protection tube made of various ceramics, for example, 96% alumina or mullite is optimal. A heat-resistant insulating lid 119 is joined to an end of the heat-resistant insulating tube 117.
[0040]
As the material of the sensor mounting member 116 and the heat-resistant insulating lid 119, a material having heat resistance, electrical insulation, and low thermal conductivity is suitable. The heat resistance is such that it can withstand a temperature of at least 300 ° C. to 400 ° C. for a long time. The thermal conductivity of various metals is aluminum; 237, carbon steel; 50, stainless steel; 15, nichrome; 13 (unit: W / mk), and the materials of the sensor mounting member 116 and the heat-resistant insulating lid 119. Is preferably a material having a lower thermal conductivity than stainless steel or nichrome (less than 5 W / m · k). Materials corresponding to this include various ceramic materials (ZrO2, mullite, steatite, etc.), mica materials, and ceramic materials for cutting. For example, Macor (registered trademark) (thermal conductivity; 1.67 W / mk) manufactured by Corning Incorporated in the United States is suitable. In particular, cutting ceramics are the most suitable material because mechanical processing such as drilling and thread cutting can be easily performed and the above conditions are satisfied.
[0041]
The metal base member 120 is formed of a metal material. The metal base member 120 is fixed to the other end of the sensor mounting member 116 by a screw. Since the material of the metal base member 120 is a portion for attaching the gas sensor assembly 100 of the present invention to another measuring unit, it is preferable that the material has mechanical strength, stability in various atmospheres, and low thermal conductivity. Are suitable. Specifically, stainless steel is desirable. When a ceramic for cutting is used for the sensor mounting member 116, the material of the metal base member 120 preferably has a coefficient of thermal expansion close to that of the ceramic for cutting. For example, SUS410, SUS430, or the like is optimal.
[0042]
The lead wire 121 is attached to the sensor unit 111. The plurality of lead wires 121 are led out from the other end of the metal base member 120 through the opening of the heat-resistant insulating substrate 112 and the fine hole 201 of the heat-resistant insulating tube 117, and are connected to the electrode pins 126 of the hermetic terminal plate 124. Is electrically connected to one end. Wiring in which a plurality of lead wires do not contact each other is realized. As a connection method, for example, a screw portion formed on the electrode pin 126 is tightened with a nut or connected by soldering. In the present embodiment, the electrode pins 126 are fixedly fastened to the airtight terminal plate 124 with nuts 123. The electrode pins 126 and the hermetic terminal plate 124 are attached closely so that gas does not leak.
[0043]
The lead tube 121 is inserted into the insulating tube 122 to prevent a plurality of lead wires from contacting and short-circuiting. As the insulating tube 122, a pipe or a heat-shrinkable tube formed of a silicone resin, Teflon (registered trademark) resin, or the like is optimal.
The hermetic terminal plate (electrode pin attachment member) 124 is formed of an insulating and heat-resistant resin. For example, Teflon (registered trademark) resin or polyacetal resin is most suitable. The hermetic terminal plate 124 is attached to the metal base member 120 with a metal or plastic cap 125.
The lead protection cap 127 is formed of a metal or plastic material.
The other end 128 of the electrode pin 126 is electrically connected to an external lead wire (not shown). The external lead wire is drawn out from the opening of the lead protection cap 127 to the outside.
When a signal from the sensor unit 111 is weak and noise is picked up from outside, a conductor layer can be provided on the outer circumference of the heat-resistant insulating tube 117 and the outer circumference of the insulating tube 122 to block external noise.
[0044]
A method for assembling the gas sensor structure will be described. In FIG. 1, a lead wire 121 covered with an insulating tube 122 is connected to an airtight terminal plate 124. After screwing the metal base member 120 to the sensor mounting member 116, a heat-resistant insulating tube 117 (to which the heat-resistant insulating lid 119 is bonded) through which the lead wire 121 is inserted is inserted into them, and adhered. The heat-resistant insulating lid 119 is fixed to the sensor mounting member 116 using an agent. Next, the cap 125 is tightened to fix the airtight terminal plate 124. The lead protection cap 127 is screwed. Next, the sensor block 101 is mounted on the sensor mounting member 116 with the lead wire 121 passing through the sensor block 101. Next, the lead wire 121 is connected to the sensor block 101. Finally, the explosion-proof cap 113 is screwed.
[0045]
The sensor unit 111 of the sensor block 101 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the sensor unit 111 (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2). FIG. 4 is an exploded perspective view of the sensor unit 111. 3 and 4, reference numeral 301 denotes a solid electrolyte substrate, 302 denotes a ceramic substrate, 303 denotes a heater substrate, 311 denotes a cathode electrode film, 312 denotes an anode electrode film, 313 denotes an inorganic adhesive, 314 denotes a gas diffusion control hole, 401 Reference numerals 403 indicate terminals for attaching lead wires. On the lower surface of the heater substrate 303, a heating element 315 is provided. The sensor unit 111 has a solid electrolyte substrate 301, a ceramic substrate 302, and a heater substrate 303. In the first embodiment, the size of each of the substrates 301 to 303 is 10 × 10 × 0.5 mm in thickness. In the present invention, the sensor unit 111 detects gas (hydrogen) using a known limiting current detection method.
[0046]
The solid electrolyte substrate 301 is a substrate having proton and oxygen ion conductivity, and is specifically a sintered body of Ba, Ce, or Gd-based oxide. Electrode films 311 and 312 are printed and fired on both surfaces of the solid electrolyte substrate 301 by a thick film printing method. The cathode electrode film 311 and the anode electrode film 312 were screen-printed with a paste made of platinum fine powder, dried, and baked at 1000 ° C. for 30 minutes in an air atmosphere. The cathode electrode film 311 has a lead wire attaching terminal 401. The anode electrode film 312 has a terminal 402 for attaching a lead wire.
[0047]
The ceramic substrate (gas diffusion rate controlling portion forming substrate) 302 is fusion bonded to the anode electrode film 312 side of the solid electrolyte substrate 301 with an inorganic adhesive 313. The gas diffusion controlling portion forming substrate plays a role of diffusing gas at a constant speed through gas diffusion controlling holes provided in this substrate or other members. In this embodiment, for the ceramic substrate 302, a forsterite material having a thermal expansion coefficient close to that of the solid electrolyte substrate 301 is used. The ceramic substrate 302 has gas diffusion controlling holes 314 in a part of the inorganic adhesive 313. The gas diffusion control holes 314 are small gaps formed in a part of the inorganic adhesive 313 between the solid electrolyte substrate 301 and the ceramic substrate 302. The gas diffusion-controlling holes 314 have a size that allows hydrogen gas to easily pass therethrough, and that has a molecular size larger than that.
[0048]
One side of the heater substrate 303 is closely fitted to the ceramic substrate 302, and the other side has a heating element 315. The heating element 315 is a zigzag heater pattern formed on the back surface of the heater substrate 303. In the present embodiment, a platinum paste is screen-printed, dried, and baked at 1000 ° C. in an air atmosphere. The heating element 315 has two lead wire attachment terminals 403.
The heater substrate 303 needs to heat the solid electrolyte substrate 301 at a small size of 10 × 10 mm to 300 to 400 ° C. Therefore, when the heater temperature is rapidly increased, a temperature difference occurs between the surface of the heater substrate 303 with and without the heating element 315 and the portion with and without the heating element 315. A substrate having a large thermal expansion coefficient (for example, an alumina substrate or a forsterite substrate) may be damaged. Therefore, a temperature controller that gradually increases the temperature is required.
[0049]
The heater substrate 303 suitable for the gas sensor structure 100 of the present invention is a material (substrate material having good thermal shock resistance) that does not break the substrate even when the temperature rises rapidly. Small thermal expansion coefficient (3 × 10 ^-6 / ° C or lower) materials are preferred. Specifically, a transparent or opaque quartz glass substrate (thermal expansion coefficient: 5.5 × 10 ^-7 / ° C) or crystallized glass, other glass materials, ceramic materials and the like. For example, Neoceram N-11 (manufactured by NEC Corporation) (thermal expansion coefficient: 8 × 10 ^-7 / ° C.), and the substrate does not break even if the thermal shock temperature ΔT is instantaneously increased to 800 ° C. In addition, a pinhole-free enamel substrate in which an enamel material is formed on both surfaces of a metal plate such as iron can be used. A thick film paste such as platinum is printed on the surface of these substrates and applied as a heating element.
[0050]
The heat-resistant insulating substrate 112 of the sensor block 101 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view of the sensor block 101 in which the periphery of the sensor unit 111 except for the surface (air or gas contact surface) on the cathode electrode film 311 side of the solid electrolyte substrate 301 is covered with four mica substrates. FIG. 6 is an exploded perspective view of four mica substrates. 5 and 6, 501 to 504 are mica substrates, 511 to 513 are openings, 521 to 523 are openings, 601 and 602 are openings, and 603 is an opening.
In the first embodiment, the heat-resistant insulating substrate 112 includes four circular mica substrates 501 to 504. The mica substrates 501 to 504 have four openings 511, two openings 512, two openings 513, and two openings 603, respectively.
[0051]
The opening 511 is a portion into which a screw 114 (or a support) for fixing the sensor block 101 to the sensor mounting member 116 is inserted.
The opening 512 is a portion where the lead wire 121 of the thermocouple for measuring the temperature of the solid electrolyte is inserted. It is configured such that the lead wire of the thermocouple is led out below the sensor block 101. The thermocouple is joined to a part of the solid electrolyte substrate 301 with an inorganic adhesive.
The opening 513 is an opening for guiding the lead wire 121 derived from the cathode electrode film 311 and the anode electrode film 312 of the solid electrolyte substrate 301 to the lower side of the sensor block 101.
[0052]
The uppermost mica substrate 501 has openings 521 and 522. The opening 521 at the center is formed so that the cathode electrode film 311 of the sensor unit 111 is exposed to the measurement atmosphere. The opening 521 has substantially the same size as the cathode electrode film 311, and is smaller than the outer diameter of the solid electrolyte substrate 301. The opening 522 is formed so that the gas diffusion control hole 314 of the sensor unit 111 is exposed to the measurement atmosphere.
An opening 523 is also provided in a part of the second mica substrate 502 from the top. The opening 523 is formed for the purpose of smoothly flowing the measurement gas through the gas diffusion control hole 314 (to the anode electrode film 312 side of the solid electrolyte substrate 301). The flow of the measurement gas is designed to flow from the opening 522 to the opening 523 or from the opening 523 to the opening 522. The mica substrate 502 has an opening 601 at the center.
[0053]
The third mica substrate 503 from the top has an opening 602 at the center. The sizes of the openings 601 and 602 are slightly larger than the outer diameter of the sensor unit 111.
The total thickness of the mica substrates 502 and 503 is substantially equal to the thickness of the sensor unit 111.
The lowermost mica substrate 504 is a substrate having no opening. It serves as a bottom plate for receiving the sensor unit 111. The mica substrate 504 further has two openings 603. The opening 603 is a portion from which the lead wires 121 joined to both ends of the heating element 315 of the heater substrate 303 are led out.
Four mica substrates 501 to 504 are stacked, the sensor unit 111 is housed in the center, and the sensor unit 111 is pressed and fixed by the uppermost mica substrate 501.
[0054]
According to the configuration of the first embodiment, the mica substrate having poor heat conductivity (good heat insulation) around the sensor unit 111 except for the surface (air or gas contact surface) on the cathode electrode film 311 side of the solid electrolyte substrate 301. 501-504 cover closely. This makes it difficult for the heat of the sensor unit 111 to escape, so that the required wattage of the heating element 315 is small. The heat conductivity of mica is 0.282 W / m · k, and the sensor block 101 having good heat insulation can be formed. The thermal conductivity of mica is 1/840 of aluminum (237 W / mk) and 1/53 of stainless steel (15 W / mk).
Further, the sensor block 101 (the sensor section 111 covered with the mica substrates 501 to 504) is attached at intervals to a sensor attachment member 116 formed of a material having poor heat conductivity. Since the heat-insulating layer made of air or gas is provided by the space forming member 115, the conduction of heat from the sensor unit 111 to the sensor mounting member 116 can be suppressed. The thermal conductivity of air is 0.026 W / m · k, about 1/1000 that of stainless steel.
[0055]
In the first embodiment, the heat-resistant insulating substrate 112 is constituted by mica substrates 501 to 504. For example, a mica substrate for electric heating (D581 (manufactured by Okabe Mica Corporation); thermal conductivity: 0.282 W / m · k).
The heat-resistant insulating material that covers the sensor section 111 is not limited to the mica material, but may be any material having a low thermal conductivity. Specific examples include inorganic ceramic materials, materials hardened with inorganic mineral fibers and a small amount of an organic binder, compression molding materials of inorganic fibers, and materials obtained by molding ceramic powder and glass fibers.
The inorganic ceramic material is, for example, a ceramic for cutting (for example, Macor (registered trademark) (manufactured by Corning Incorporated; thermal conductivity: 1.67 W / m · k)).
The one hardened with inorganic mineral fibers and a small amount of an organic binder is, for example, a mill board (manufactured by Nichias; thermal conductivity: 0.07 W / m · k).
The compression molding material of the inorganic fiber is, for example, a material obtained by adding silica-alumina fiber and a small amount of an organic binder (for example, Fineflex (manufactured by Nichias; thermal conductivity: 0.08 W / m · k)).
A material (porous material) formed by molding ceramic powder and glass fiber is, for example, a hard panel molded product (manufactured by Yutaka Sangyo; thermal conductivity: 0.03 W / m · k).
[0056]
In the first embodiment, the heat-resistant insulating substrate 112 was composed of four mica substrates. Instead, three or four or more mica substrates may be used. One heat-resistant insulating substrate may be used. In general, a single heat-resistant insulating substrate is complex and expensive to process, so that a plurality of heat-resistant insulating substrates are preferably stacked.
If a cotton-like body made of a fibrous body such as silica or alumina is provided in the opening 521 of the mica substrate 501, the sensor block 101 having a greater heat retaining effect can be realized.
In the gas sensor structure 100 according to the first embodiment, the sensor block 101 is fixed to the sensor mounting member 116 using four screws 114. Instead, it may be fixed with two screws.
[0057]
In the first embodiment, the sensor unit 111 includes a solid electrolyte substrate, a ceramics substrate (a substrate on which a gas diffusion-controlling unit is formed), and a heater substrate. Alternatively, in the case of a gas sensor that does not require a gas diffusion-controlling hole, the sensor section may be composed of a solid electrolyte substrate and a heater substrate.
Note that the gas sensor component of the first embodiment was a hydrogen gas sensor. The present invention is not limited to this, and can also be applied to other gases (for example, oxygen gas, hydrocarbon gas) that can be detected by the solid electrolyte, or sensors for humidity and the like.
[0058]
<< Embodiment 2 >>
Second Embodiment A gas sensor structure according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The gas sensor component of the second embodiment is different from that of the first embodiment only in the heater substrate. The heater substrate 303 according to the first embodiment has a heating element 315 printed and fired on a quartz glass substrate, a crystallized glass substrate, or the like by a thick film printing method. This method requires printing and baking the heating element 315 and baking lead wires on both terminals 403 with gold paste or the like, which requires a lot of man-hours.
In the heater substrate according to the second embodiment, the heating element is easily formed, and the lead wires are easily attached. FIG. 7 is a perspective view of a heater substrate according to the second embodiment. 7, 701 is a mica substrate, 702 is a heating element, 703 is a lead wire, 711 is a terminal, and 712 is a pawl.
[0059]
Heating element 702 is processed into a zigzag shape by etching a metal foil made of iron-chromium for electric heating (in the second embodiment, No. 4L; Nippon Metal Industry Co., Ltd .; thickness: 0.05 mm). . The heating element 702 has two terminals 711 and three claws 712. It can be used without problems even if the bent part is arc-shaped.
The terminals 711 are portions connected to both ends of the heating element 702. The pawl portion 712 is a portion connected to an end of the heating element 702. The pawl portion 712 is bent so as to sandwich the mica substrate 701, and has a function of fixing the heating element 702 to the mica substrate 701.
[0060]
The lead wire 703 is bent so as to sandwich the mica substrate 701 for electric heating, or spot-welded to the end thereof without being bent and sandwiched. In Embodiment 2, the lead wire 703 is a platinum wire having a diameter of 0.2 mm.
When the heater substrate according to the second embodiment is used for the sensor unit 111, even if instantaneous power in which the solid electrolyte stably reaches 300 to 400 ° C. is applied to the metal foil of the heating element, there is no problem with the heating element and the mica substrate. Does not occur, and a simple temperature controller can achieve the purpose. It is possible to realize a stable heater substrate with little change in the resistance value of the heating element even when used for a long time. Since the heating element is formed by chemically etching an iron-chromium-based thin plate, it can be supplied at a low cost if requested by a specialized manufacturer. Also, since the lead wires can be attached by spot welding, they can be easily and reliably joined.
[0061]
<< Embodiment 3 >>
Third Embodiment A gas sensor structure according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The only difference between the gas sensor structure according to the third embodiment and the first embodiment is the structure of the heat-resistant insulating substrate 112. The heat-resistant insulating substrate 112 according to the first embodiment includes four mica substrates 501 to 504. The heat-resistant insulating substrate 112 according to the third embodiment includes two mica substrates 801 and 802. FIG. 8 is an exploded perspective view of the heat-resistant insulating substrate according to the third embodiment. 8, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0062]
The heat-resistant insulating substrate 112 according to the third embodiment includes a circular mica substrate 801 (lid-like body) and a mica substrate 802 (receptor-like body). The mica substrates 801 and 802 are formed bodies or cut bodies. The mica substrate 801 (lid-like body) is a plate in which the mica substrates 501 and 502 are combined. The mica substrate 802 (receptor) is a plate in which the mica substrates 503 and 504 are combined. An opening 811, an opening 812, an opening 813, a groove portion 814, and a concave opening 815 in FIG. 8 correspond to the opening 521, the opening 601, the opening 522, the opening 523, and the opening 602 in FIG. 6, respectively. The openings 511 to 513 communicate with the two mica substrates 801 and 802. Each mica substrate has two openings 511 to 513, respectively.
[0063]
The mica substrate 801 (lid-like body) has openings 811 to 814. The opening 811 (= opening 521) is almost the same size as the cathode electrode film 311 formed on the surface of the solid electrolyte substrate 301. The opening 812 (= opening 601) is a one-step larger opening (a size slightly larger than the outer diameter of the sensor unit 111) below the opening 811. The opening 813 (= opening 522) and the groove portion 814 (= opening 523) communicating therewith are formed near the gas diffusion-controlling hole 314 of the sensor unit 111.
The mica substrate 802 (receptor) has a concave opening 815 (= opening 602) and an opening 603. The recess opening 815 has a size slightly larger than the outer diameter of the sensor unit 111. The recess opening 815 does not penetrate.
[0064]
The sensor block 101 according to the third embodiment is obtained by covering the sensor unit 111 with mica substrates 801 and 802. The sensor unit 111 is inserted into the concave opening 815 of the mica substrate 802, and the mica substrate 801 is covered from above. The total height of the opening 812 and the concave opening 815 is substantially the same as the thickness of the sensor unit 111. The sensor unit 111 is designed to be fixed when the mica substrates 801 and 802 are stacked. The screw 114 is inserted into the opening 511, and the sensor block 101 is mounted on the sensor mounting member 116 at intervals.
[0065]
In the third embodiment, the number of openings 511 for attaching the sensor block 101 is two. Since the number of fixing screws is reduced from four to two as compared with the first embodiment, heat escaping from the screws to the sensor mounting member 116 can be reduced.
As the heat-resistant insulating material applicable to the third embodiment, the same material as that of the first embodiment can be used. Particularly, a molded article of an inorganic porous body is preferable.
Since the heat-resistant insulating substrate 112 according to the third embodiment uses a mold or a cut body, a heat-insulating member having accurate dimensions can be formed, and the sensor block 101 with better sealing can be realized.
If a cotton-like body made of a fibrous body such as silica or alumina is provided in the opening 811, the sensor block 101 having a greater heat retaining effect can be realized.
[0066]
<< Embodiment 4 >>
Fourth Embodiment A gas sensor structure according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The gas sensor structure of the fourth embodiment is different from that of the first embodiment only in the structure of the sensor block. FIG. 9 is a cross-sectional view of the sensor block according to the fourth embodiment (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of paper shown in II in FIG. 2). In the fourth embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
9, a sensor block 901 includes a sensor unit 111, a heat insulating material 911, and a heat-resistant insulating substrate 912. The heat insulating material 911 is, for example, a cotton-like porous body (a porous sintered body of an inorganic material) such as a glass fiber, an inorganic mineral fiber, a nonwoven fabric of an inorganic fiber, and an alumina fiber. The heat-resistant insulating substrate 912 is, for example, a mica substrate. The sensor unit 111 is fixed to a heat-resistant insulating substrate 912, and the upper part is covered with a heat insulating material 911.
In the sensor block 901 of the fourth embodiment, the gas is diffused by passing the gas through the holes (the gaps between the fibers or the holes of the porous body) of the heat insulating material 911. In the sensor block 901 according to the fourth embodiment, the opening near the cathode electrode film 311 or the gas diffusion control hole 314 provided in the first embodiment is not required, and the structure can be simplified.
[0067]
The sensor unit 111 according to the fourth embodiment has a three-layer structure including a solid electrolyte substrate, a ceramic substrate (a substrate on which a gas diffusion-controlling unit is formed), and a heater substrate. The present invention is not limited to this, and the present invention can be applied without any problem to a sensor unit having a two-layer structure including a solid electrolyte substrate and a heater substrate.
Note that a gas sensor using the solid electrolyte substrate 301 was used as the sensor unit 111 of the fourth embodiment. The structure of the sensor block 901 according to the fourth embodiment is not limited to the solid electrolyte material, but can be applied to other sensors that need to heat the sensor unit.
Note that a heat-resistant insulating material is used in the first embodiment and a heat insulating material is used in the fourth embodiment as a material surrounding the sensor unit 111. The present invention is not limited to this, and other structures may be used as long as the heat retaining function of the sensor unit can be realized.
[0068]
<< Embodiment 5 >>
Embodiment 5 A gas sensor structure according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. The gas sensor component of the fifth embodiment is different from that of the first embodiment only in the mounting structure of the sensor block 101. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2) of a mounting portion of the sensor block of the gas sensor structure according to the fifth embodiment. 10, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 10, 1001 is a screw, and 1002 is a heat-resistant spring (helix spring). The difference from the first embodiment is that a heat-resistant spring 1002 is used instead of the space forming member 115 (pipe).
The sensor block 101 is mounted on the upper flat portion of the sensor mounting member 116 with screws 1001. The heat-resistant spring 1002 is provided between the lower surface of the sensor block 101 and a flat upper surface of the sensor mounting member 116.
Since the heat resistant spring 1002 is fixed in a state where it is compressed to about half of the state when no load is applied, an upward pressure is constantly applied to the heat resistant insulating substrate 112 (mica substrates 501 to 504). Since the sensor block 101 is fixed with screws 1001 and pressure is applied from the lower part to the upper part by the heat-resistant spring 1002, the state in which the sensor parts 111 are densely stacked is always maintained.
[0069]
According to the configuration of the fifth embodiment, the interval can be easily determined by the number of turns, wire diameter, and spring constant of heat-resistant spring 1002. Since a load is applied to the heat-resistant insulating substrate 112 by the heat-resistant spring 1002, an excessive force or a biased load is hardly applied to the sensor unit 111. Therefore, the sensor unit 111 which is easily damaged can be stably used for a long period of time. The optimal spring constant of the heat resistant spring 1002 is 30 to 100 g / mm. As the spring material, a material that does not deteriorate the spring constant at least at 400 ° C. is preferable. For example, stainless steel; SUS631, nickel alloy; MA750 (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation), cobalt alloy;
The gas sensor structure according to the fifth embodiment has a heat-resistant spring only below the sensor block 101. Alternatively, a heat-resistant spring may be attached to the upper side of the sensor block 101 (the overall length of the screw 1001 is lengthened, and the spring is inserted into that portion), and pressure is applied from both sides by the spring.
[0070]
<< Embodiment 6 >>
Embodiment 6 A gas sensor structure according to Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. The only difference between the gas sensor structure of the sixth embodiment and the first embodiment is the mounting structure of the sensor block 101. FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cross-section perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2) of a mounting portion of a sensor block of the gas sensor structure according to the sixth embodiment. 11, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers.
In FIG. 11, 1101 is an E-ring, 1102 is a heat-resistant spring (helical spring), 1103 is a screw, and 1111 is a space forming member (part of the screw 1103). In the sixth embodiment, the number of screws 1103 is four. The space forming member 1111 is a part of the screw 1103. The diameter of the space forming member 1111 is larger than the diameter of the opening 511 of the heat-resistant insulating substrate 112.
[0071]
A heat-resistant spring 1102 is provided on a portion of the screw 1103 protruding from the top of the heat-resistant insulating substrate 112. An E-ring 1101 is installed on the screw 1103, and the heat-resistant spring 1102 is fixed in a state where the length of the heat-resistant spring 1102 is compressed to about より of that when no load is applied.
The sensor block 101 is fixed above the space forming member 1111. The distance between the sensor block 101 and the sensor mounting member 116 can be determined by the entire length of the distance forming member 1111.
A downward force is always applied to the upper surface (mica substrate 501) of the heat-resistant insulating substrate 112 by the heat-resistant spring 1102. Therefore, the sensor block 101 is always kept in close contact with each other, and functions to minimize the gap between the mica substrates 501 to 504 and minimize the scattering of heat.
Since the sensor block 101 is fixed by the force of the heat-resistant spring 1102, if the total length, the wire diameter, the compression length, and the spring constant of the heat-resistant spring 1102 are determined, an excessive load is applied to the sensor unit 111 during assembly. This has the effect of minimizing breakage of the solid electrolyte substrate 301 having low bending strength.
[0072]
<< Embodiment 7 >>
Embodiment 7 A gas sensor structure according to Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. The only difference between the gas sensor structure of the seventh embodiment and the first embodiment is the mounting structure of the sensor block 101. FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cross-section perpendicular to the plane of paper shown in II in FIG. 2) of a mounting portion of the sensor block of the gas sensor structure according to the seventh embodiment. 12, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 12, reference numeral 1201 denotes a screw for forming an interval. In the seventh embodiment, the number of screws 114 and 1201 is two each.
[0073]
The interval forming screw 1201 is mounted on the upper part of the sensor mounting member 116. The distance between the bottom surface of the sensor block 101 and the upper surface of the sensor mounting member 116 can be easily controlled by the height of the screw 1201 projecting from the upper surface of the sensor mounting member 116.
The same effect can be achieved by attaching the screw 1201 to the bottom surface (mica substrate 504 or 802) of the heat-resistant insulating substrate 112 instead of fixing it to the sensor mounting member 116.
If the screw 1201 is attached to the center of the sensor attachment member 116, a single screw 1201 can form an interval.
Instead of the screw, a protrusion for forming an interval may be provided on the heat-resistant insulating substrate 112 of the sensor mounting member 116 or the sensor block 101.
[0074]
<< Embodiment 8 >>
Embodiment 8 A gas sensor structure according to Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIG. The gas sensor component of the eighth embodiment is different from that of the first embodiment only in the mounting structure of the sensor block 101. FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of the paper II shown in FIG. 2) of a mounting portion of the sensor block of the gas sensor structure according to the eighth embodiment. 13, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 13, reference numeral 1301 denotes a heat-resistant insulating tube. The heat-resistant insulating tube 1301 is for leading out a plurality of lead wires. The upper surface of the heat-resistant insulating tube 1301 is cut diagonally. This is to make it easier for the lead wire led out of the sensor block 101 to enter the pores formed in the heat-resistant insulating tube 1301, and that the sensor block 101 and the heat-resistant insulating tube 1301 placed on the sensor block 101 mount the lead wire. This is to prevent the lead wire from being pinched.
[0075]
The heat-resistant insulating tube 1301 according to the eighth embodiment protrudes from the upper surface of the sensor mounting member 116. The upper end of the heat-resistant insulating tube 1301 is in contact with the bottom surface of the sensor block 101, and serves as a member for forming a gap.
According to the configuration of the eighth embodiment, since a member for forming the gap is not required, the cost can be reduced. In the eighth embodiment, the number of screws 114 is two. In the eighth embodiment, three heat-resistant insulating tubes 1301 are installed at 120 ° intervals, and the intervals are stably maintained.
[0076]
<< Embodiment 9 >>
Embodiment 9 A gas sensor structure according to Embodiment 9 of the present invention will be described with reference to FIG. The gas sensor component of the ninth embodiment is different from that of the first embodiment only in the mounting structure of the sensor block 101. FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cross-section perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2) of a mounting portion of a sensor block of the gas sensor structure according to the ninth embodiment. 14, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0077]
In FIG. 14, 1401 is a screw, 1402 is a nut, 1403 is a mica substrate, and 1404 is a screw for forming an interval. The gas sensor structure according to the ninth embodiment includes a mica substrate 1403 under the heat-resistant insulating substrate 112 (mica substrates 501 to 504). A total of five mica substrates have two or four openings in the outer peripheral portion, and are stacked by being tightened with screws 1401 and nuts 1402. The five mica substrates may be stacked and fixed by compression using rivets or the heat-resistant spring 1102 described with reference to FIG. An opening is provided in the center of the mica substrate 1403, and a screw 1404 is inserted and attached to the upper surface of the sensor attachment member 116.
According to the structure of the ninth embodiment, since only one screw 1404 is connected to the sensor mounting member 116, less heat conduction from the sensor block 101 is required as compared with the method of fixing with a plurality of screws or columns. Thus, a gas sensor structure having higher thermal efficiency can be realized.
[0078]
<< Embodiment 10 >>
Embodiment 10 A gas sensor structure according to Embodiment 10 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2) of the gas sensor structure according to the tenth embodiment. The gas sensor structure according to the tenth embodiment has a simplified structure. A major difference from the first embodiment is that the sensor mounting member 116 is omitted. The method of mounting the sensor block is the same as that of the sixth embodiment (FIG. 11). 15, the same parts as those in FIGS. 1 and 11 are denoted by the same reference numerals.
15, 1501 is a heat insulating plate, 1502 is a metal base member, 1503 is an insulating tube, 1504 is an airtight terminal plate, 1505 is an electrode pin, 1506 is a cap, 1507 is a ring, and 1508 is an opening.
[0079]
The gas sensor structure according to the tenth embodiment includes a heat insulating plate 1501 under the heat-resistant insulating substrate 112 (mica substrates 501 to 504). The heat insulating plate 1501 is a single mica substrate or a substrate having lower thermal conductivity. The heat insulating plate 1501 is laminated on a lower layer of the sensor block 101 in order to reduce heat conduction and heat dissipation of the sensor block 101. The heat-resistant insulating substrate 112 (mica substrates 501 to 504) and the heat insulating plate 1501 have 2 to 4 holes in the outer peripheral portion. A screw 1103 is passed through the opening and fixed to the metal base member 1502.
The space forming member 1111 has an outer diameter larger than the opening of the heat-resistant insulating substrate 112 (mica substrates 501 to 504) and the heat insulating plate 1501. The space forming member 1111 functions as a space forming portion between the lower surface of the heat insulating plate 1501 and the upper surface of the metal base member 1502.
[0080]
An opening 1508 formed in the metal base member 1502 is a screw hole for fixing the gas sensor structure to a measurement site. The hermetic terminal plate 1504 is formed of a heat-resistant insulating resin such as Teflon (registered trademark) resin. The plurality of electrode pins 1505 are attached to the hermetic terminal plate 1504 by tight fitting. The cap 1506 is for attaching the airtight terminal plate 1504 to the metal base member 1502, and is made of metal or synthetic resin. Ring 1507 fastens explosion-proof cap 113 to metal base member 1502.
[0081]
The gas sensor structure according to the first embodiment has a structure in which the sensor block 101 is mounted on the sensor mounting member 116 having poor thermal conductivity (for example, made of machineable ceramics), and the sensor mounting member 116 is mounted on the metal base member 120.
In the gas sensor structure according to the tenth embodiment, the sensor mounting member 116 is omitted, so that the heat conduction from the sensor block 101 is increased and the heating efficiency is lower than the gas sensor structure according to the first embodiment. However, by providing the gap and the heat insulating plate 1501 between the upper surface of the metal base member 1502 and the sensor block 101, the heat conduction to the metal base member 1502 is within an allowable range (the temperature rise of the resin of the hermetic terminal plate 1504 may be reduced). The temperature is not higher than the heat-resistant temperature, and the temperature rise of the mounting member at the measurement location is lower than the allowable limit (lower than the temperature at which there is no danger of burns even if the user touches by mistake). This is a configuration that can be sufficiently used.
In the gas sensor structure according to the tenth embodiment, since a ceramic sensor mounting member can be omitted, cost can be reduced, and the reliability of airtightness increases because the number of connection portions is reduced.
Note that the method of fixing the sensor block 101 may be the method of another embodiment (for example, the first embodiment or the fifth embodiment).
[0082]
<< Embodiment 11 >>
Embodiment 11 A gas sensor structure according to Embodiment 11 of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along a cutting plane perpendicular to the plane of paper shown in II of FIG. 2) of the gas sensor structure according to the eleventh embodiment. The gas sensor structure according to the eleventh embodiment is different from the first embodiment in an airtight terminal plate having electrode pins. The method of mounting the sensor block is the same as that of the sixth embodiment (FIG. 11). 16, the same parts as those in FIGS. 1 and 11 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 16, reference numeral 1601 denotes an airtight terminal plate, 1602 denotes sealing glass, 1603 denotes electrode pins, and 1604 denotes packing. The hermetic terminal plate 1601 is formed of a metal plate such as kovar, iron, or stainless steel. The sealing glass 1602 is borosilicate glass or soda glass. The electrode pins 1603 are made of kovar, iron-nickel, and stainless steel (with solder plating, tin plating, and gold plating). The packing 1604 is a heat-resistant resin packing such as Teflon (registered trademark) resin or silicone resin, or a heat-resistant resin packing made of Viton or an O-ring.
[0083]
The gas sensor structure according to the eleventh embodiment has a packing 1604 at an end of a metal base member 120, and attaches an airtight terminal plate 1601 and fastens with a cap 125. The hermetic terminal plate 1601 has an opening, and the electrode pin 1603 is inserted into the opening. The gap between the opening and the electrode pin 1603 is sealed with a sealing glass 1602. The sealing glass 1602 makes the airtight terminal plate 1601 and the electrode pins 1603 insulated and airtight. The lead wire 121 led out of the sensor block 101 is joined to one end of the electrode pin 1603 by a soldering method, a spot welding method, a screwing, or the like.
[0084]
The metal airtight terminal plate 1601 of the eleventh embodiment may be a thinner plate than the airtight terminal plate 124 made of Teflon (registered trademark) resin of the first embodiment. Therefore, the total length of the gas sensor structure according to the eleventh embodiment can be smaller than that of the gas sensor structure according to the first embodiment.
Teflon (registered trademark) resin may be deformed when tightened for a long time, and the airtightness may be deteriorated. Therefore, as a gas sensor for measuring flammable or explosive gas, in the conventional gas sensor structure, it was necessary to replace the gas sensor after a short-term use in order to prevent an accident. Since the metal airtight terminal plate 1601 of the eleventh embodiment hardly causes such a problem, safety is improved, and long-term use is possible (useful life is long). Further, by attaching glass between the hermetic terminal plate 1601 and the electrode pins 1603, hermeticity can be more reliably maintained.
[0085]
The gas sensor structure according to the eleventh embodiment includes a sensor portion including a solid electrolyte substrate, a ceramic substrate (a substrate for forming a gas diffusion-controlling portion) and a heater substrate, or a solid electrolyte substrate and a heater substrate. Either of the sensor units may be used. Further, the present invention can be applied to any sensor that needs to heat the sensor element.
In Embodiments 1 and 11, the sensor mounting member 116 has a function of holding the sensor block 101. Instead, the heat-resistant insulating tube 117 may have both functions of connecting and holding the sensor block 101 and the metal base member 120. By realizing a structure in which the sensor mounting member 116 does not come into contact with the metal base member 120, heat conduction from the sensor block 101 is suppressed, and a gas sensor structure with high thermal efficiency can be realized.
[0086]
In the embodiment, the distance between the lower surface of the sensor block 101 and the upper surface of the sensor mounting member 116 is parallel. However, the present invention is not limited to this, and may not be parallel, and may be, for example, a configuration that intersects at right angles.
In the present invention, the heat insulating layer formed by the space is a space. Alternatively, if a heat-resistant insulating cotton-like member such as glass fiber is disposed in the space, a gas sensor structure having a greater heat-retaining effect can be realized.
[0087]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the advantageous effect of being able to implement | achieve a compact and inexpensive gas sensor structure which heats a sensor element efficiently is acquired.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the advantageous effect that the heat | fever generate | occur | produced by the heater board | substrate is efficiently transmitted to a sensor element, and the gas sensor structure which makes it difficult for heat to escape to a sensor mounting member can be implement | achieved is acquired.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the advantageous effect of being able to implement | achieve the gas sensor structure which heats a sensor element efficiently with little electric power consumption is acquired.
[0088]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the advantageous effect that a metal base member can implement | achieve a gas sensor structure which does not become high temperature is acquired.
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, an advantageous effect is obtained that an excessive or unbalanced load is prevented from being applied to a sensor element having a low bending strength, and a gas sensor structure that does not easily damage the sensor element can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an entire gas sensor structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the gas sensor structure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a sensor unit.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a sensor unit.
FIG. 5 is a perspective view of a sensor block 101.
FIG. 6 is an exploded perspective view of four mica substrates.
FIG. 7 is a perspective view of a heater substrate according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exploded perspective view of a heat-resistant insulating substrate according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a sensor block according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a mounting portion of a sensor block according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a mounting portion of a sensor block according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a mounting portion of a sensor block according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a mounting portion of a sensor block according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a mounting portion of a sensor block according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an overall sectional view of a gas sensor structure according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an overall sectional view of a gas sensor structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a sensor unit of Conventional Example 1.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a sensor unit of Conventional Example 2.
FIG. 19 is an exploded perspective view of a gas sensor structure to which the sensor unit of the second conventional example is attached.
[Explanation of symbols]
100 Gas sensor structure
101, 901 Sensor block
111, 1801 Sensor unit
112, 912 Heat resistant insulating substrate
113 Explosion-proof cap
114, 1001, 1103, 1201, 1401, 1404 screws
115 Spacing member
116 Sensor mounting member
117, 1301 Heat resistant insulating tube
119 Heat Resistant Insulating Lid
120, 1502 Metal base member
121, 703, 1903 Lead wire
122, 1503 Insulating tube
123, 1402 nut
124, 1504, 1601 airtight terminal board
125, 1506, 1704 Cap
126, 1505, 1603 electrode pin
127 Lead wire protection cap
301, 1701, 1811 solid electrolyte substrate
302, 1812 Ceramic substrate
303 heater board
311, 1703, 1821 Cathode electrode film
312, 1702, 1822 Anode electrode film
313, 1823, 1826 Inorganic adhesive
314, 1824 Gas diffusion controlled hole
315, 702, 1825 Heating element
501, 502, 503, 504, 701, 801, 802, 1403 Mica substrate
911 Insulation material
1002, 1102 heat resistant spring
1101 E-ring
1501 Insulation board
1507 ring
1602 Sealing glass
1604 Packing
1813 Auxiliary board
1901 Ceramic column
1902 Flat part
1904 Metal case
1905 Metal can
1906 Vent
1907 Metal lid

Claims

A sensor block having a sensor unit including a predetermined gas detection unit and a heater substrate for heating the detection unit, and a sensor mounting member holding the sensor block by one or more columns,
A gas sensor structure, wherein a predetermined interval is provided between the sensor block and the sensor mounting member.

A sensor block having a sensor for detecting a predetermined gas and a heater substrate for heating the sensor, a sensor mounting member having a low thermal conductivity for holding the sensor block by one or more columns, and the sensor mounting A metal base member connected to the other end of the member,
A gas sensor structure, wherein a predetermined interval is provided between the sensor block and the sensor mounting member.

A sensor block having a sensor unit having a detection unit for heating a predetermined gas and a heater substrate for heating the detection unit, and a metal base member holding the sensor block by one or more columns,
A gas sensor structure, wherein a predetermined interval is provided between the sensor block and the metal base member.

The detection unit is a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film,
The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte substrate and the heater substrate are laminated with an interval therebetween.

The sensor section is formed by closely stacking a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film, a gas diffusion-controlling portion forming substrate, and a heater substrate for heating the solid electrolyte substrate. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:

The heater substrate has one or both surfaces of a heat-resistant insulating substrate having a coefficient of thermal expansion of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, or a plate-shaped body formed of a material having a heat-resistant insulating layer formed on a surface of a metal substrate. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a thick film resistance pattern is formed on the gas sensor structure.

The heater substrate has a heat-resistant insulating substrate and a resistor made of a metal foil having a plurality of claws,
2. The resistor according to claim 1, wherein the resistor is attached to at least one surface of the heat-resistant insulating substrate by the bent claws sandwiching an end of the heat-resistant insulating substrate. 3. The gas sensor structure according to claim 5.

The said heat resistant insulating substrate consists of a transparent or opaque quartz glass material, a crystallized glass material, another glass material, a ceramic material, a hollow substrate or a mica substrate, The Claims 6 or 7 characterized by the above-mentioned. Gas sensor structure.

9. The sensor block according to claim 1, wherein the sensor block is substantially covered with at least one heat-resistant insulating material around the sensor unit except for the air or gas contact surface of the detection unit. The gas sensor structure according to claim 1.

9. The sensor block according to claim 1, wherein the sensor block is substantially covered with at least one heat insulating material around the sensor unit except for the air or gas contact surface of the detection unit. A gas sensor structure according to claim 1.

9. The sensor block according to claim 1, wherein the sensor block substantially covers at least one porous material around the sensor unit including or excluding an air or gas contact surface of the detection unit. The gas sensor structure according to claim 1.

The detection unit is a solid electrolyte substrate having a cathode electrode film and an anode electrode film,
10. The sensor block according to claim 9, wherein the sensor block has a gas diffusion controlling portion communicating with the anode electrode film or the cathode electrode film, and an opening from the gas diffusion controlling portion to the outside. Alternatively, the gas sensor structure according to claim 10.

The heat-resistant insulating material covering the periphery of the sensor block, the heat-retaining material or the porous material is a ceramic made of an inorganic material, a compression-molded article of an inorganic fiber, a molded article made of an inorganic material and an organic binder, The gas sensor structure according to any one of claims 9 to 11, comprising mica, a porous sintered body of an inorganic material, or a nonwoven fabric of an inorganic fiber.

The gas sensor structure according to claim 1, wherein the sensor mounting member is formed of ceramics, cutting ceramics, or mica material.

The gas sensor structure according to claim 1, wherein the sensor attachment member is formed of a material having a thermal conductivity of less than 5 W / m · k.

Further comprising an interval forming member,
The sensor block and the space forming member have an opening for inserting the support,
In a state where the interval forming member is installed under the sensor block, the support is inserted into the sensor block and the interval forming member and attached to the sensor attaching member or the metal base member,
The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the space is formed by the space forming member.

It further has a heat-resistant spring,
The sensor block and the heat-resistant spring have an opening for inserting the support,
In a state where the heat-resistant spring is compression-inserted under the sensor block, the support is inserted into the sensor block and the heat-resistant spring and attached to the sensor mounting member or the metal base member,
The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap is formed by the heat-resistant spring.

It further has a heat-resistant spring,
The sensor block and the heat-resistant spring have an opening for inserting the support,
Inserting the sensor block into the support attached to the sensor mounting member or the metal base member,
The heat-resistant spring was inserted and compressed and fixed to the column protruding from the opening of the sensor block, and the heat-resistant spring was disposed between the sensor block and the sensor mounting member or the metal base member. The sensor block according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor block is pressed against a portion or a gap forming member having a diameter larger than an opening of the sensor block provided on the column. A gas sensor assembly as described.

A part of the heat-resistant insulating member that is a part of the sensor block and holds the sensor unit or a member fixed to the heat-resistant insulating member, or a part of the sensor mounting member or the sensor mounting member. 4. The fixed member is a gap forming member that defines a gap between the sensor block and the sensor mounting member or the metal base member. The gas sensor structure according to any one of the above.

4. The filter cap according to claim 1, further comprising a filter cap made of a sintered metal body having air permeability attached to substantially cover an air or gas contact surface of the detection unit. 5. The gas sensor structure according to any one of the above.

The sensor mounting member or the metal base member was formed of an insulating heat-resistant resin in which a plurality of electrode pins were tightly fitted to an end of the side where the sensor block or the sensor mounting member was not connected. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising an airtight terminal plate.

At the end of the sensor mounting member or the metal base member on the side where the sensor block or the sensor mounting member is not connected, a metal plate and a plurality of electrode pins inserted into openings of the metal plate are mutually insulated. The gas sensor structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising an airtight terminal plate joined by a glass material so as to be in a state.

Each lead wire of the detection unit and the heater substrate passes through a member that is a part of the sensor block that covers the detection unit and the heater substrate, and is further formed on the sensor mounting member and / or the metal base member. Through the through hole
23. The lead according to claim 21, wherein each lead wire led out from the other end of the sensor mounting member or the metal base member is connected to each of the electrode pins of the hermetic terminal plate. Gas sensor structure.

The sensor mounting member and / or the metal base member has a generally cylindrical shape;
A plurality of heat-resistant insulating tubes having through-holes are disposed and fixed in through-holes formed in a central portion of the sensor mounting member and / or the metal base member,
Each lead wire of the detection unit and the heater substrate penetrates each through hole, each lead wire penetrating the through hole is covered with an insulating heat-resistant tube, and an end of each lead wire is 23. The gas sensor structure according to claim 21, wherein the gas sensor structure is connected to each of the electrode pins of the hermetic terminal plate.