JP2004309384A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】周辺温度の変化に拘らず、残響の継続時間が短く、検出用素子の感度が良好なガスセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】ガスセンサ１０は、ガスＧＳが流入される測定室２８と、この測定室２８に臨む検出用素子本体４０を備える。検出用素子本体４０は、底面に保護フィルム４８が接着された素子ケース４２を備える。素子ケース４２内には、略円柱形状の音響整合板５０および圧電素子５１と、この音響整合板５０および圧電素子５１を取り囲む位置に筒体５２が収納されている。筒体５２は、圧電素子５１および音響整合板５０の外周に接触しないように、圧電素子５１および音響整合板５０の外周から離間した状態で設置されている。これらの収納後、素子ケース４２内に充填材を充填することにより、音響整合板５０や圧電素子５１，筒体５２は、充填層９９によって封止される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の気体の流路に臨んで設けられ、所定の信号を受けて振動する検出用素子を備えたガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から検出用素子を用いて、流路に存在する気体の性質として、例えば特定成分の濃度や温度、あるいは湿度などを検出するガスセンサが知られている。こうしたガスセンサでは、検出用素子からの信号を電気的に処理して、気体の性質に対応した電気信号として出力する。ガスセンサの一例として、自動車など内燃機関を搭載した輸送機器に設けられ、音の振動波の伝搬速度の変化を利用してガソリンや軽油などの濃度を検出するガス濃度センサを取り上げる。
【０００３】
こうしたガス濃度センサは、例えば、自動車に搭載されたキャニスタから内燃機関の吸気管にガソリンをパージする通路に配置される。ガス濃度センサは、上記の通路内のガソリン蒸気を含むガスを流入する所定体積の流路と、この流路に臨んで設けられ、ガス濃度を検出する検出用素子を備える。ガス濃度センサは、ガス濃度の検出に際して検出用素子を振動させ、この振動によって生じた振動波（例えば、超音波）を流路方向に送出する。このような、ガス濃度の検出用に検出用素子が振動することにより、検出用素子から気体の流路方向に送出される振動波のことを、以下、検出用振動波という。流路を通過する振動波の速度は、流路に存在するガソリン蒸気の濃度に応じて変化する。ガス濃度センサは、一定の流路長の流路を通過する検出用振動波の速度を検出用振動波を受信する受信器で検出し、この検出結果からガソリン蒸気の濃度を求め、これを出力するのである。
【０００４】
このような従来のガスセンサでは、検出用振動波を送出する検出用素子は、耐熱性の高い樹脂等で形成された筐体内に配置されていた（例えば、特許文献１を参照）。また、ガス流路を通過する検出用振動波の速度を正確に検出するためには、検出用素子自体を熱等から保護すると共に筐体内での検出用素子の位置を一定に保つ必要があることから、検出用素子が配置された筐体内にウレタン等の充填材を充填することにより検出用素子を埋設する充填層を保護部材ないし制振部材として設けていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０６０９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような検出用素子からの振動波を利用してガス濃度を検出するガスセンサでは、検出用素子の振動に伴って検出用素子が埋設された充填層内に残響が生じる場合があり、この残響の影響を検出用素子が受けてしまうことによりガス濃度等の気体の性質を正確に検出できないおそれがあった。
【０００７】
即ち、送信用の検出用素子と受信用の検出用素子を兼用している場合には、充填層内の残響が長びくと、この残響の影響を受けた検出用素子の振動によって生じた振動波（以下、ノイズ振動波という）が検出用振動波に干渉し、検出用振動波に基づいた正確なガス濃度の検出をなし得ないおそれがあった。また、送信用の検出用素子と受信用の検出用素子とを別々に設けた場合においても、充填層内の残響が長びくと、検出用振動波がガス流路に送出された後に、残響の影響を受けた検出用素子からノイズ振動波がガス流路に送出されてしまい、検出用振動波に基づいた正確なガス濃度の検出をなし得ないおそれがあった。
【０００８】
このような残響は、高温下ほど、長期に継続されるという特性が見られる。従って、ガソリンをパージする通路付近やガスセンサ内のガス流路のように高温になり易い環境下では、残響が増加し、ガス濃度の正確な検出が困難となることがあった。
【０００９】
加えて、ガスセンサの設置箇所の周辺の温度（以下、周辺温度という）はセンサ周辺の設置物やガスの状態等によって変化するものである。よって、採り得る周辺温度の全域に亘って、残響の継続時間が短くなり、検出用素子の性能が一定に保たれることが望ましい。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の課題を解決し、周辺温度の変化に拘らず、残響の継続時間が短く、検出用素子の感度が良好なガスセンサを提供することを目的として、以下の構成を採った。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のガスセンサは、
所定の気体の流路に臨んで設けられ、所定の信号を受けて振動する検出用素子を備えたガスセンサであって、
前記検出用素子と、該検出用素子に装着され、該検出用素子の振動を前記流路に伝達する整合板と、を収納する筐体と、
前記検出用素子および前記整合板と前記筐体との間の該検出用素子および該整合板を取り囲む位置に、該検出用素子および該整合板との間のクリアランスが確保された状態で設置された介在部材と、
前記筐体内に所定の充填材を、少なくとも前記検出用素子が埋設する位置まで充填することにより形成された充填層と
を備えたことを要旨とする。
【００１２】
上記構成のガスセンサによれば、筐体内の検出用素子および整合板を取り囲む位置に介在部材が設置され、この筐体内に所定の充填材を充填することにより充填層が形成される。上記の構成では、検出用素子の振動に伴って生じたノイズ振動波は、介在部材に当たって反射成分と透過成分とに分散され、ノイズ振動波のレベルは早期に低減される。これにより、充填層内に生じた残響が速やかに減衰し、残響の継続時間が短くなる。
【００１３】
加えて、介在部材は、検出用素子および整合板との間のクリアランスが確保された状態で設置される。こうすれば、検出用素子および整合板と介在部材との間に充填材が確実に充填され、充填材が充填されない部分（以下、未充填部分という）、具体的には気泡を含んだ充填層が形成されにくくなる。このため、周辺温度の変化によって充填層が膨張ないし収縮した場合に、充填層内の未充填部分（気泡）によって検出用素子や整合板が局所的な応力を受け、残響の継続時間や検出用素子の感度が大きく変化してしまうことがない。従って、周辺温度の変化に拘らず、残響の継続時間が短く、検出用素子の感度が良好なガスセンサを実現することができる。
【００１４】
検出用素子および整合板との間のクリアランスが略均一であることも好ましい。こうすれば、検出用素子および整合板と介在部材との間には、位置によらずほぼ等量の充填材が充填され、バランスの良い充填層が形成される。このため、周辺温度の変化によって充填層が膨張ないし収縮した場合、この膨張ないし収縮によって検出用素子や整合板が受ける応力は、検出用素子や整合板の全周に亘ってほぼ均一となる。従って、上記応力に起因する残響の継続時間や検出用素子の感度の変化をより小さくすることができる。
【００１５】
検出用素子の振動によって生じた振動波を流路方向に送出して気体の性質を検出する構成としてもよい。こうすれば、残響の継続時間や検出用素子の感度が周辺温度の変化に拘らず良好に保たれることで、検出用振動波に基づいた気体の性質の正確な検出を、周辺温度の変化に拘らず、実現することができる。
【００１６】
筐体の開口部に装着され、該筐体内部と気体の流路とを区切るフィルムを備え、該フィルムに整合板が装着される構成を採ることも好適である。上記したように、検出用素子および整合板と介在部材との間には充填材が確実に充填されるので、形成される充填層に気泡が含まれにくくなる。このため、周辺温度の変化に伴って充填層内の気泡が膨張することに起因するフィルムの飛び出しが防止される。この結果、フィルムに装着された整合板や整合板に装着された検出用素子の位置移動が防止され、検出用振動波が送出される気体の流路の流路長が一定に保たれる。従って、気体の性質についての検出の正確性をより一層向上することができる。
【００１７】
介在部材が設置される位置をクリアランスが確保される位置に決定する位置決定部材を備えることも、検出用素子および整合板と介在部材との間のクリアランスを容易かつ確実に確保することが可能となる点で望ましい。
【００１８】
上記の位置決定部材としては、介在部材に筐体側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に筐体と少なくとも３点において接触する第１突部、または、筐体に整合板側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に該介在部材と少なくとも３点において接触する突出部、あるいは、介在部材に整合板側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に整合板と少なくとも３点において接触する第２突部、もしくは、整合板に筐体側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に該介在部材と少なくとも３点において接触する凸部、などを考えることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサ１０の分解斜視図である。このガスセンサ１０は、超音波の伝搬速度が気体の濃度により変化することを利用してガソリン蒸気の濃度を検出するセンサである。このガスセンサは、例えば内燃機関を動力源とする車両に搭載されたキャニスタから吸気通路にガソリンをパージする通路に配置されて、パージされるガソリン濃度を検出する目的などに用いられる。
【００２０】
（Ａ）ガスセンサの全体構成：
図１に示したように、このガスセンサ１０は、大きくは、濃度検出対象としてのガソリン蒸気が通過する流路を形成する流路形成部材２０と、この流路形成部材２０に一体に作り込まれた収納部２２に収納される検出用素子本体４０、流路を通過するガスの温度を検出するサーミスタ６０、検出用素子本体４０の上部に配置される電子回路基板７０、収納部２２にはめ込まれる金属製のケース８０から構成されている。
【００２１】
流路形成部材２０は、ガラスフィラ入りの合成樹脂で成形されている。流路形成部材２０の弾性率は、ガスセンサとして適切な値に調整されている。また、検出用素子本体４０は、収納部２２に設けられた取り付け用の凹部２４に超音波溶着により固定されており、サーミスタ６０は、取り付け用の挿入孔２５に挿入・固定されている。
【００２２】
後述するように、検出用素子本体４０やサーミスタ６０は、電気的な信号をやり取りするための端子を有する。この端子は、電子回路基板７０の対応する取り付け穴に挿入され、はんだ付けにより固定される。
【００２３】
ガスセンサ１０は、これら検出用素子本体４０やサーミスタ６０を収納部２２に固定した後、電子回路基板７０を取り付け、更にケース８０を収納部２２にはめ込み、その上で、ウレタンなどの樹脂によりモールドして製造されている。
【００２４】
（Ｂ）流路形成部材２０の構成：
図１に示したように、ガスセンサ１０の流路形成部材２０は、上部に検出用素子本体４０等を収納する収納部２２を備え、この収納部２２の下部に、濃度検出用のガスが流通する流路を有する。この流路は、ガスセンサ１０にガソリン蒸気を含むガス（以下、ガスＧＳという）を導入する導入路２７，このガスＧＳにおけるガソリン蒸気の濃度を超音波により検出するための測定室２８，測定室２８に対してガスＧＳをバイパスするバイパス流路２９から構成されている。測定室２８は、検出用素子本体４０のほぼ直下に、バイパス流路２９は、サーミスタ６０のほぼ直下に、それぞれ設けられている。
【００２５】
こうした流路構造を詳しく説明するために、ガスセンサ１０の垂直断面を図２に示す。図２は、ガスセンサ１０を、導入路２７および検出用素子本体４０の軸線を含む平面で切断した断面図である。図示するように、流路形成部材２０の内部に形成されたガスＧＳの流路は、導入路２７、測定室２８、バイパス流路２９に分かれている。略水平方向に延出された導入路２７は、バイパス流路２９に直角に連通しており、更に導入孔３２を介して測定室２８にも連通している。
【００２６】
本実施例では、上記の測定室２８が、特許請求の範囲における「所定の気体の流路」に相当する。勿論、この測定室２８以外の形態により、特許請求の範囲における「所定の気体の流路」を実現することも可能である。
【００２７】
図２に示すように、バイパス流路２９の下方には出口３４が形成されている。この出口３４は、本実施例では、図示しないホースによって内燃機関の吸気通路に接続されている。導入路２７から導入されたガスＧＳは、上記の出口３４から吸気通路に排出される。
【００２８】
図１および図２に示すように、バイパス流路２９の出口３４と反対側の端部には挿入孔２５が形成されており、この挿入孔２５にサーミスタ６０が取り付けられている。サーミスタ６０は、導入路２７からバイパス流路２９に流入したガスＧＳの温度を挿入孔２５を介して検知する。
【００２９】
図１および図２に示すように、測定室２８の上部は、凹部２４の底面に形成された連通孔２４ａを介して凹部２４に連通されており、この凹部２４に検出用素子本体４０が取り付けられている。検出用素子本体４０は、測定室２８に流入したガスＧＳにおけるガソリン蒸気の濃度を連通孔２４ａを介して検出する。この場合において、ガソリン蒸気の濃度は、サーミスタ６０によって検知されたガスＧＳの温度に所定の関係を持って検出される。
【００３０】
図２に示すように、測定室２８の下方には、検出用素子本体４０から送出された超音波を反射するための反射部３３が形成されている。この反射部３３の働きについては後述する。
【００３１】
反射部３３は、測定室２８の底部の中央領域を所定距離（本実施例では数ミリ）持ち上げることによって形成されている。これにより、反射部３３の周囲には所定の空隙が形成される。この反射部３３の周囲の空隙は、そのまま測定室２８の底部に連通する排出流路３５を介してバイパス流路２９につながっている。このため、導入路２７から導入孔３２を通って流入したガスＧＳは、測定室２８の内部に充満し、所定の割合で、排出流路３５からバイパス流路２９に出ていく。なお、排出流路３５は、測定室２８の底部に設けられていることから、測定室２８内の水蒸気やガソリン蒸気などが結露して液化した場合、これらの水滴・油滴を排出するドレインとしても働く。
【００３２】
流路形成部材２０の収納部２２には、上述したように、測定室２８に連通する連通孔２４ａが設けられた凹部２４や、サーミスタ取り付け用の挿入孔２５などが形成されているが、この収納部２２に相当する場所には、図３に示した金属板３６がインサート成型されている。この金属板３６は、図示するように、収納部２２の底面形状にほぼ倣った形状をしており、その一隅に切り起こし部８３を備える。この切り起こし部８３は、インサート成型された後、図１に示したように、収納部２２の内側に立設された状態となり、電子回路基板７０を取り付ける際、基板上の取付孔７２に挿入される。取付孔７２には、接地ラインに接続されたランドが用意されており、切り起こし部８３は、このランドにはんだ付けされる。
【００３３】
収納部２２の内側の４つの隅部のうち、切り起こし部８３に隣接する１カ所には、電子回路基板７０を載置する支持台を兼ねて、端子用凸部２２ａが設けられている。この外側には、電気信号をやりとりするためのコネクタ３１が形成されており、コネクタ３１を形成する端子は、収納部２２の外壁をこの部分で貫通している。コネクタ３１には、入り口側で３本の端子が用意されており、３本の端子の両側の２本が、外部からこのガスセンサ１０に電源を供給する電源ライン（グランドと直流電圧Ｖｃｃ）、中心がガスセンサ１０からの信号出力線となっている。このコネクタ３１の端子は、収納部２２側では、図３に示すように、４本（３１ａないし３１ｄ）となっている。これは、図示するように、グランド（接地）ライン用の端子３１ｃが途中で二股に分かれた形状をしているからである。二股に分かれた端子のひとつ３１ｄは、上方に延出されており、ケース８０を組み付けるとき、このケース８０の対応する位置に用意された挿入孔８５に挿入される。挿入後、端子３１ｄは、ケース８０にはんだ付けまたはロウ付けされる。この結果、ケース８０全体が接地ラインに電気的に結合されていることになる。収納部２２の隅部のうち、残りの２カ所には、電子回路基板７０を載置する目的で、図示しない支持台が形成されている。
【００３４】
（Ｃ）検出用素子本体４０の構造：
検出用素子本体４０の構造を図４に示す。図４は検出用素子本体４０の縦断面形状を示している。図示するように、検出用素子本体４０は合成樹脂製の素子ケース４２を備える。この素子ケース４２の底面には開口部が設けられており、この開口部周囲の端面４５には、上記の開口部を覆うように、耐ガソリン性を有する材料を用いた円形の保護フィルム４８が接着されている。なお、端面４５の外側縁部には段差部４６が形成されている。
【００３５】
本実施例では、上記の素子ケース４２が、特許請求の範囲における「筐体」に相当する。勿論、この素子ケース４２以外の形態により、特許請求の範囲における「筐体」を実現することも可能である。
【００３６】
素子ケース４２は、その上部において外側に張り出した形状のフランジ部４１と、フランジ部４１の下部の収容部４３から構成されている。フランジ部４１は収納部２２に設けられた凹部２４より大径に形成されており、収容部４３は凹部２４より小径に形成されている。フランジ部４１の下面略中央には、超音波溶着用の突起５９が円周状に形成されている。
【００３７】
図４に示すように、素子ケース４２は、略逆「Ｌ」字形の断面形状を有する。素子ケース４２の内周面４４には、鉛直面に対して約１１度の傾きでテーパが付けられている。従って、収容部４３の外壁に相当する部分は、下部、即ち保護フィルム４８に近づくにつれて厚みを増す。この結果、素子ケース４２の収容部４３は、フランジ部４１との付け根の付近においては、外壁の厚みが薄くて可撓性に富み、下側の端面４５においては、保護フィルム４８を貼付する充分な面積を有する。
【００３８】
この素子ケース４２には、ケース内側に突出した形状の突出部５６ａ，５６ｂが設けられており、この突出部５６ａ，５６ｂ内には、端子５５ａ，５５ｂが埋設されている。図４に示すように、各端子５５ａ，５５ｂの一端はケース内側に僅かに突出されており、各端子５５ａ，５５ｂの他端はケース上方に突出されている。
【００３９】
図４に示すように、素子ケース４２には、略円柱形状の音響整合板５０，圧電素子５１，筒体５２が収納されている。音響整合板５０は、保護フィルム４８の略中心に接着・固定されており、この音響整合板５０の上面略中心に圧電素子５１が接着・固定されている。音響整合板５０は、圧電素子５１の振動を、保護フィルム４８を介して効率よく、空気中に（本実施例では測定室２８へ）送出するために設けられている。このように圧電素子５１を直接保護フィルム４８に接着するのではなく、音響整合板５０を介して接合することにより、圧電素子５１の振動を効率よく超音波として測定室２８内に送出することができる。超音波は、媒質の密度の差が存在する場所で反射し易い性質を有するからである。なお、本実施例では、音響整合板５０として、多数の小さなガラス玉をエポキシ系樹脂で固めたものを用いたが、勿論、これ以外の材料を用いることも可能である。
【００４０】
圧電素子５１は、ピエゾなどの電歪素子を円柱形に形成したものであり、軸方向上下面に形成された電極に電圧を印加した際、軸方向にのみ歪曲が生じるように、格子の方向を整えて切り出されている。こうした圧電素子５１としては、圧電セラミックスや水晶などの結晶体などを適宜用いることができる。なお、電極は、特に図示しないが、圧電素子５１の上下面に蒸着などの手法により形成しても良いし、金属の薄板を張り付けても良い。
【００４１】
圧電素子５１の電極には、２本のリード線５４ａ，５４ｂの片端がはんだ付けされている。この２本のリード線５４ａ，５４ｂの他端は、図５に示すように、素子ケース４２の突出部５６ａ，５６ｂから突出する各端子５５ａ，５５ｂの一端にはんだ付けされる。
【００４２】
圧電素子５１は、後述するように、超音波を測定室２８内に送出する送信器として働くが、同時に本実施例では、超音波振動を受信して電気信号を出力する受信器としても機能する。もとより、送信用の素子と受信用の素子とを別々に設けて、ガスセンサを作ることも可能である。
【００４３】
また、保護フィルム４８には、音響整合板５０および圧電素子５１を取り囲む位置に、円筒形状の筒体５２が装着されている。本実施例では、筒体５２の材料としてＣｕ（銅）を用いているが、勿論、他の材料を用いて筒体５２を形成しても差し支えない。筒体５２の材料としては、後述する充填材（本実施例ではウレタン樹脂）とは密度の異なる媒質がより好ましく、例えば、ＳＵＳ（ＳｔｅｅｌＵｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等を考えることができる。この筒体５２の詳細については後述する。
【００４４】
こうして保護フィルム４８が接着された素子ケース４２内に音響整合板５０や圧電素子５１，筒体５２を収納・装着した後、圧電素子５１のリード線５４ａ，５４ｂは端子５５ａ，５５ｂに接続される。この接続後に、素子ケース４２内に充填材として樹脂を充填することにより、図４に示すように、素子ケース４２内には充填層９９が形成される。この結果、音響整合板５０や圧電素子５１，筒体５２，リード線５４ａ，５４ｂは、充填層９９内に埋没した状態となる。これにより、検出用素子本体４０の組み立てが完了する。なお、本実施例では、充填材としてウレタンを用いている。
【００４５】
本実施例では、上記の筒体５２が、特許請求の範囲における「介在部材」に相当する。勿論、この筒体５２以外の形態により、特許請求の範囲における「介在部材」を実現することも可能である。また、本実施例では、上記の充填層９９が、特許請求の範囲における「充填層」に相当する。勿論、この充填層９９以外の形態により、特許請求の範囲における「充填層」を実現することも可能である。
【００４６】
このような組み立てによって、検出用素子本体４０は、図１に示したような円盤形状となる。組み立ての完了後、検出用素子本体４０のフランジ部４１は、その下面に形成された突起５９を超音波溶着によって溶融することにより、収納部２２の凹部２４にしっかりと固着される。これにより、素子ケース４２内部と測定室２８とは保護フィルム４８によって区切られる（図２を参照）。
【００４７】
（Ｄ）電子回路基板７０の構造およびガソリンの蒸気濃度を検出する手法：
次に、電子回路基板７０の構造と、その取り付けについて説明する。電子回路基板７０は、ガラスエポキシ基板に予めエッチング等により回路パターンを形成したものであり、各種部品（例えば、信号処理用の各種部品、例えば信号処理用の集積回路（ＩＣ）や、抵抗器，コンデンサ等）の取付位置にスルーホール等が設けられている。また、既に説明したように、電子回路基板７０には、検出用素子本体４０やサーミスタ６０、あるいは端子５５ａ，５５ｂ、コネクタ３１の端子３１ａ〜３１ｃ、切り起こし部８３に対応する位置に、それぞれの端子形状に合わせた大きさの取付孔が設けられており、この取付孔の周囲をランドパターンが取り巻いている。上記の各種部品が取り付けられた電子回路基板７０は、検出用素子本体４０やサーミスタ６０の取り付けが完了した後に、流路形成部材２０の収納部２２に装着される。この後、電子回路基板７０の各取付孔に挿入された端子を周囲のランドにはんだ付けすることにより、電子回路基板７０の電気的な回路構成が完了する。
【００４８】
こうして完成したガスセンサ１０の電気的な構成を、図５のブロック図に示す。図示するように、この電子回路基板７０は、マイクロプロセッサ９１を中心に構成されており、マイクロプロセッサ９１に接続された各回路素子、即ち、デジタル−アナログコンバータ（Ｄ／Ａコンバータ）９２、ドライバ９３、増幅器９６が接続されたコンパレータ９７等を備える。ドライバ９３と増幅器９６は、検出用素子本体４０に接続されている。また、サーミスタ６０は、直接マイクロプロセッサ９１のアナログ入力ポートに接続されている。
【００４９】
ドライバ９３はマイクロプロセッサ９１からの指令を受けて、所定時間、検出用素子本体４０の圧電素子５１を駆動する回路である。このドライバ９３は、マイクロプロセッサ９１からの指令を受けると、複数個の矩形波を出力する。ドライバ９３が出力する矩形波の信号を受けると、圧電素子５１は振動し、送信器として機能して、超音波を測定室２８内に送出する。このような、ドライバ９３からの出力信号を受けて圧電素子５１が振動することにより、圧電素子５１から測定室２８内に送出される超音波のことを、以下、検出用超音波ＤＷという。
【００５０】
本実施例では、このドライバ９３が出力する矩形波の信号が、特許請求の範囲における「所定の信号」に相当する。勿論、このドライバ９３が出力する矩形波の信号以外の形態により、特許請求の範囲における「所定の信号」を実現することも可能である。
【００５１】
測定室２８内に送出された超音波は、比較的高い指向性を保ったまま直進し、測定室２８底部の反射部３３に反射して戻ってくる。戻ってきた超音波が保護フィルム４８に到達すると、超音波の振動が、保護フィルム４８および音響整合板５０を介して圧電素子５１に伝わる。超音波の振動を受け取った圧電素子５１は、今度は受信器として機能し、振動に応じた電気信号を増幅器９６に出力する。この様子を、図６に示した。図６において、送出期間Ｐ１は、圧電素子５１がドライバ９３からの信号を受けて検出用超音波ＤＷを送出する期間（圧電素子５１が送信器として機能している期間）を示しており、入力期間Ｐ２は、超音波の振動を受け取った圧電素子５１の信号が増幅器９６に入力される期間（圧電素子５１が受信器として機能している期間）を示している。
【００５２】
受信器として機能した際の圧電素子５１の信号は、増幅器９６に入力されて増幅される。この増幅器９６の出力は、コンパレータ９７に入力されており、ここで予め用意された閾値Ｖｒｅｆと比較される。閾値Ｖｒｅｆは、ノイズなどの影響により増幅器９６が出力する誤信号を弁別できるレベルである。
【００５３】
上記の誤信号としては、ノイズなどによるものの他、検出用素子本体４０自身が持っている残響などの影響によるものがある。圧電素子５１は、音響整合板５０に接着され、かつ充填材で充填されているとはいえ、ある程度、自由端振動が可能なこともあり、ドライバ９３から出力される駆動信号が失われた後も、所定期間に亘って減衰振動することがある。また、圧電素子５１からその周辺に伝搬する超音波振動もわずかながらあり、これが素子ケース４２や充填層９９との境界面で反射して戻ってくる振動も存在する。これらが残響となる。このような、素子ケース４２内の残響の影響を受けて圧電素子５１が振動することにより圧電素子５１から送出される超音波のことを、以下、ノイズ超音波ＮＷという。
【００５４】
コンパレータ９７は、増幅器９６からの信号を閾値Ｖｒｅｆと比較することにより、圧電素子５１が受信した振動の大きさが所定以上になったときにその出力を反転する。このコンパレータ９７の出力をマイクロプロセッサ９１により監視し、圧電素子５１からの最初の超音波の出力タイミング（図６におけるタイミングｔ１）から、コンパレータ９７の出力が反転するまで（図６におけるタイミングｔ２）の時間Δｔを計測することにより、超音波が測定室２８内の反射部３３までの距離Ｌを往復するのに要した時間を知ることができる。超音波が、ある媒質中を伝搬する速度Ｃは、次式（１）に従うことが知られている。
【００５５】
【数１】

【００５６】
この式（１）は、複数の成分が混在しているガスについて成り立つ一般式であり、変数ｎは、第ｎ成分についてであることを示すサフィックスである。従って、Ｃｐｎは測定室２８内に存在するガスＧＳの第ｎ成分の定圧比熱、Ｃｖｎは測定室２８のガスＧＳの第ｎ成分の定積比熱、Ｍｎは第ｎ成分の分子量、Ｘｎは第ｎ成分の混合比を表している。また、Ｒは気体定数、Ｔは測定室２８内のガスＧＳの温度、である。
【００５７】
伝搬速度Ｃは、測定室２８内のガスＧＳの温度Ｔと濃度比Ｘｎにより定まることになる。超音波の伝搬速度Ｃは、圧電素子５１から反射部３３までの距離Ｌを用いて、
Ｃ＝２×Ｌ／Δｔ …（２）
と表せるから、Δｔを計測すれば、濃度比Ｘｎ、即ち、ガソリンの蒸気濃度を求めることができる。
【００５８】
マイクロプロセッサ９１は、上記の式に従う演算を高速に行ない、求めたガソリンの蒸気濃度に対応した信号をＤ／Ａコンバータ９２を介して出力する。この信号がコネクタ３１の端子３１ｂを介して外部に出力される。実施例では、この信号は、内燃機関の燃料噴射量を制御しているコンピュータに出力され、ここで、キャニスタからのガソリンのパージ量を勘案して、燃料噴射量を補正するといった処理に用いられる。
【００５９】
（Ｅ）筒体５２の特徴：
筒体５２の特徴につき、図４，図７および図８を参照しつつ説明する。図７は筒体５２と音響整合板５０および圧電素子５１との関係を示す分解斜視図であり、図８は図４の８−８線に沿って検出用素子本体４０を切断したときの矢視端面形状を示す説明図である。図８では充填材の充填によって充填層９９が形成されている範囲をハッチングを用いて表わしている。
【００６０】
図示するように、筒体５２は、音響整合板５０ないし圧電素子５１と素子ケース４２との間の領域に、音響整合板５０および圧電素子５１を取り囲むように設けられている。このように筒体５２を設けることにより、検出用超音波ＤＷの送出に伴う残響の影響により充填層９９内でノイズ超音波ＮＷが放射された場合に、ノイズ超音波ＮＷの音響レベルが速やかに低減され、残響の継続する時間が短くなる。従って、検出用超音波ＤＷに基づいたガソリン蒸気の濃度の正確な検出を確保することができる。
【００６１】
即ち、圧電素子５１やその圧電素子５１と共に振動する音響整合板５０から正規の方向（測定室２８側）以外に放射されるノイズ超音波ＮＷは、充填層９９内を伝搬して筒体５２に当たり、筒体５２に反射される成分ＮＷ１と筒体５２を透過する成分ＮＷ２とに分かれる。つまり、筒体５２の存在により、圧電素子５１へと戻ってくるノイズ超音波ＮＷは時間的、エネルギー的に分散されることになる。この結果、ノイズ超音波ＮＷの音響レベルは、筒体５２が無い場合と比較して低いものとなるのである。
【００６２】
図７に示すように、音響整合板５０は圧電素子５１よりも大きな外径Ｒ´を有し、筒体５２は音響整合板５０の外径Ｒ´よりも大きな内径Ｒを有する。こうした筒体５２は、音響整合板５０の外周に接触しないように、音響整合板５０の外周から離間した状態で設置されている（図４ないし図８を参照）。これにより、筒体５２の内周面と圧電素子５１ないし音響整合板５０の外周面との間にはクリアランス（間隙）が形成される。
【００６３】
図８に示すように、圧電素子５１，音響整合板５０，筒体５２は、それぞれの水平方向断面の中心（軸線）が一致するように配置されている。このような配置によって、筒体５２の内周面と音響整合板５０の外周面との間には、距離ｒ１（内径Ｒと外径Ｒ´との差の半分に相当する値）分のクリアランスが、位置によらず均一に形成される。
【００６４】
こうしたクリアランスの形成は、筒体５２の下端に形成された突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの作用によって実現される。本実施例では、上記の突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇが、特許請求の範囲における「位置決定部材」ないし「第１突部」に相当する。
【００６５】
図７および図８に示すように、突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇは、筒体５２の外周面から外側方向（素子ケース４２の内周面４４方向）に突出され、筒体５２の下端の３箇所にほぼ等間隔で形成されている。各突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの突出長は、筒体５２と音響整合板５０との水平方向断面の中心を一致させて（筒体５２を音響整合板５０から距離ｒ１分離間させて）筒体５２を保護フィルム４８上に配置したときに筒体５２の外周面と素子ケース４２の内周面４４との間に形成される距離（以下、形成距離という）とほぼ等しくされている。本実施例では、上記の形成距離は位置によらずほぼ一致するため、各突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの突出長を同じ値（長さｐ１）としている（図８を参照）。
【００６６】
こうした筒体５２が、保護フィルム４８上に音響整合板５０および圧電素子５１が装着された素子ケース４２内に突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇを下にして挿入され、筒体５２の下端が保護フィルム４８上に載置されると、各突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの先端が内周面４４に当接するため、筒体５２は水平方向（軸線方向と直交する方向）への移動ができない状態となる。これにより、素子ケース４２内での筒体５２の水平位置が一通りに確定される。こうして水平位置が確定された筒体５２と音響整合板５０との間には距離ｒ１分のクリアランスが確保される。
【００６７】
また、筒体５２には８個の開口５３が設けられている。この開口５３は、圧電素子５１の軸方向に沿って上方に偏位した位置（換言すれば、測定室２８とは反対側に偏位した位置）に、ほぼ均等な間隔で設けられている。従って、組立後には、筒体５２の開口５３は、音響整合板５０の外周ではなく、圧電素子５１の外周に対応した位置に存在することになる。
【００６８】
（Ｆ）実施例の作用・効果：
以上説明した本実施例のガスセンサ１０は、素子ケース４２内の音響整合板５０および圧電素子５１を取り囲むように筒体５２を、音響整合板５０および圧電素子５１との間のクリアランスが確保された状態で設置し、設置後の素子ケース４２内に充填材を充填して充填層９９を形成する。これにより、音響整合板５０および圧電素子５１と筒体５２との間に充填材が確実に充填され、充填材が充填されない部分（以下、未充填部分という）、具体的には気泡を含んだ充填層が形成されにくくなる。このため、ガスセンサ１０の周辺温度の変化によって充填層９９が膨張ないし収縮した場合に、充填層内の未充填部分により検出用素子や整合板が局所的な応力を受け、残響の継続時間や検出用素子の感度が大きく変化してしまうことがない。この結果、ガソリン蒸気の濃度の正確な検出を、周辺温度の変化に拘らず、実現することができる。
【００６９】
また、本実施例のガスセンサ１０では、音響整合板５０および圧電素子５１と筒体５２との間に、距離ｒ１分のクリアランスが、位置によらず均一に形成される。これにより、音響整合板５０および圧電素子５１と筒体５２との間には、位置によらずほぼ等量の充填材が充填され、バランスの良い充填層９９が形成される。このため、ガスセンサ１０の周辺温度の変化によって充填層が膨張ないし収縮した場合に、充填層内の圧電素子５１や音響整合板５０が受ける応力は圧電素子５１や音響整合板５０の全周に亘って均一となり、圧電素子５１や音響整合板５０がアンバランスな応力を受けることがない。従って、上記応力に起因する残響の継続時間や圧電素子５１の感度の変化をより小さくすることができる。
【００７０】
本実施例のガスセンサ１０では、素子ケース４２の底面に素子ケース４２内部と測定室２８とを区切る保護フィルム４８を備え、この保護フィルム４８に、圧電素子５１が接着された音響整合板５０を装着する。上記したように、音響整合板５０および圧電素子５１と筒体５２との間には充填材が確実に充填されるので、形成される充填層９９内に気泡が含まれにくくなる。このため、ガスセンサ１０の周辺温度の変化に伴って充填層内の気泡が膨張することに起因する保護フィルム４８の測定室２８側への飛び出しが防止される。これにより、保護フィルム４８に装着された音響整合板５０や音響整合板５０に装着された圧電素子５１が測定室２８に向かう方向に移動してしまうこと（図９において二点鎖線で示す状態）が防止される。この図９では、本実施例のガスセンサ１０によって防止される音響整合板５０および圧電素子５１の移動を模式的に表わしている。これにより、検出用超音波ＤＷが送出される測定室２８の流路長が一定に保たれるので、ガソリン蒸気の濃度の検出の正確性をより一層向上することができる。併せて、圧電素子５１が測定室２８に向かう方向に移動することに伴うリード線５４ａ，５４ｂの断線が防止されるので、センサの耐久性を確保することができる。
【００７１】
また、本実施例のガスセンサ１０では、素子ケース４２内における筒体５２の設置位置が筒体５２の下端に形成された突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇによって決定され、設置位置が決定された筒体５２と音響整合板５０との間に距離ｒ１分のクリアランスが確保される。従って、音響整合板５０と筒体５２との間のクリアランスを容易かつ確実に確保することができる。なお、音響整合板５０に接着された圧電素子５１の外側面が音響整合板５０の外側面よりも外側に位置する場合には、突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの突出長を変更して、筒体５２と圧電素子５１との間に距離ｒ１分のクリアランスが確保されるようにすればよい。
【００７２】
（Ｇ）実験結果：
本実施例のガスセンサ１０が上記の作用効果を奏することは、以下のような実験データによっても明らかとされている。
【００７３】
まず、「音響整合板５０および圧電素子５１を取り囲む筒体５２を設けることにより、圧電素子５１から送出されるノイズ超音波ＮＷの音響レベルを速やかに低減する」という作用効果について説明する。図１０は本実施例のガスセンサ１０においてノイズ超音波ＮＷの音響レベルが低減される様子を示す説明図である。この図１０では、ドライバ９３からの出力信号を受けて圧電素子５１が検出用超音波ＤＷを測定室２８に送出した後（図６における送出期間Ｐ１の経過後）における圧電素子５１の振動状態の時間的推移をグラフで表わしている。このグラフでは、横軸を経過時間とし、縦軸を圧電素子５１の振幅としている。この圧電素子５１の振幅は、圧電素子５１に接続された振動検出器において検出された振幅を示している。このグラフにおいて、圧電素子５１の振幅の「Ｖｒｅｆ」という値は、圧電素子５１が閾値Ｖｒｅｆに相当する振動状態である場合に検出される振幅を示している。なお、入力期間Ｐ２は、圧電素子５１が受信器として機能している期間を示している。
【００７４】
図１０に示すように、圧電素子５１の振幅は、圧電素子５１がドライバ９３により加振されることにより生じた後、速やかに減衰する。即ち、圧電素子５１の振幅は、検出用超音波ＤＷの送出後に「Ｖｒｅｆ」よりも小さくなり、入力期間Ｐ２の始期に至る前に微弱なものとなる。これは、検出用超音波ＤＷの送出後に素子ケース４２内における残響が速やかに低減されていることを意味する。このため、入力期間Ｐ２においては、圧電素子５１から送信されるノイズ超音波ＮＷは極めて微弱な状態となり、この状態で、圧電素子５１は反射部３３に反射された検出用超音波ＤＷを受け取る。このような微弱なノイズ超音波ＮＷであれば、たとえ反射波としての検出用超音波ＤＷに干渉した場合であっても、干渉度合いが弱いため、検出用超音波ＤＷの波形や位相を大きく乱してしまうことがない。従って、最初の検出用超音波ＤＷが送信されてから圧電素子５１に戻ってくるまでの経過時間を正確に得ることが可能となり、また、戻ってきた検出用超音波ＤＷを圧電素子５１が受信することにより、閾値Ｖｒｅｆ以上のレベルの信号を確実にコンパレータ９７に入力することができる。
【００７５】
なお、上記実施例では、測定室２８に反射部３３を設けることにより圧電素子５１を検出用超音波ＤＷの送信器および受信器として機能させる構成としたが、上記のような反射部３３を設けず、送信器としての圧電素子（以下、送信用素子という）と受信器としての圧電素子（以下、受信用素子という）を別々に設けた場合であっても、図１０に示したような残響の速やかな低減は重要な意義を有する。即ち、送信用素子から受信用素子に検出用超音波ＤＷが送出された後、送信用素子を収納する素子ケース内における残響が上記の図１０に示すように速やかに低減されれば、検出用超音波ＤＷの送出後に送信用素子から強度のノイズ超音波ＮＷが送信されてしまうことが防止される。例えば、再度の濃度検出を行なうために、送信用素子から検出用超音波ＤＷが再び送信される前や検出用超音波ＤＷが再び送信される際に、強度のノイズ超音波ＮＷが受信用素子に送出されることがない。従って、受信用素子に接続されたコンパレータ９７が、ノイズ超音波ＮＷを受けた受信用素子からの信号を、検出用超音波ＤＷに基づく信号と間違えてマイクロプロセッサ９１に出力してしまうことがない。
【００７６】
次に、「筒体５２を、音響整合板５０および圧電素子５１との間のクリアランスが確保された状態で設置することにより、残響の継続時間や圧電素子５１の感度の変化が小さくなる」という作用効果について説明する。上記実施例のガスセンサ１０を用いて、以下のような実験を行なった。まず、ガスセンサ１０と、筒体５２と音響整合板および圧電素子との間にクリアランスが確保されていないガスセンサ（筒体５２以外の構成はガスセンサ１０と同じであるもの 以下、ガスセンサＴＳ１という）とを準備し、ガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１を所定の箇所に設置した。次に、設置箇所の周辺温度を「−１５℃」，「２５℃」，「９０℃」という３通りの値に変化させ、各値の場合において、検出用超音波ＤＷが送出された後に残響が継続した時間と、圧電素子５１の超音波の受信感度とを、ガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１のそれぞれについて計測した。次に、横軸を周辺温度とし、縦軸を残響の継続時間ないし圧電素子５１の受信感度としたグラフを準備し、このグラフ上にガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１についての計測値をプロットした。各プロット点を線で結ぶことにより、図１１に示すグラフを実験結果として得た。この図１１では、ガスセンサ１０についての実験結果を表わすグラフを実線で、ガスセンサＴＳ１についての実験結果を表わすグラフを破線で示している。図１１に示すグラフから、ガスセンサ１０は、ガスセンサＴＳ１と比較して温度全域に亘って残響の継続時間が短く、ガスセンサＴＳ１よりも温度変化に伴う受信感度の変化が少ないことがわかった。
【００７７】
次に、「圧電素子５１が接着された音響整合板５０が保護フィルム４８に装着されている場合には、音響整合板５０および圧電素子５１との間のクリアランスが確保された状態で筒体５２を設置することにより、周辺温度の変化に伴う保護フィルム４８の測定室２８側への飛び出しが防止される」という作用効果について説明する。上記実施例のガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１のそれぞれについて、以下のような熱衝撃試験を行なった。まず、ガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１が設置された箇所の周辺温度を「−４０℃から１２５℃に上げ、再び−４０℃に戻す」というサイクルを、１００サイクル，５００サイクル，１０００サイクルに亘って繰り返した。周辺温度の各値（−４０℃，１２５℃）は、３０分間維持された後、５分以内に次の値に変更されることとした。次に、上記サイクルを１００サイクル，５００サイクル，１０００サイクル繰り返した時点での、ガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１における保護フィルム４８の測定室２８側への飛び出し寸法ｄ１（図９を参照）を計測すると共に、ガスセンサ１０，ガスセンサＴＳ１におけるリード線５４ａ，５４ｂが断線しているか否か確認した。こうした計測値や確認結果を記入した表を実験結果として図１２に示した。図１２に示す表から、ガスセンサ１０は、ガスセンサＴＳ１と比較して、温度変化に伴う保護フィルム４８の測定室２８側への飛び出し量が少ないことがわかった。
【００７８】
（Ｈ）変形例：
上記実施例のガスセンサ１０では、素子ケース４２内における筒体５２の位置決め用部材として、筒体５２の外周面から外側方向（素子ケース４２の内周面４４方向）に突出された突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇを設けたが、この突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ以外の形態で筒体５２の位置決め用部材を設けることも可能である。このような他の形態の位置決め用部材を、図１３，図１４，図１５に、第１変形例，第２変形例第３変形例として示した。図１３，図１４，図１５では、上記実施例と共通する各部につき、符号の十の位以下を上記実施例と同じ数字ないし英字を用いて表わしている。
【００７９】
図１３（Ａ）は検出用素子本体１４０の図８に対応する端面を示し、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ線に沿って検出用素子本体１４０を切断したときの矢視断面形状を示している。図１３（Ｂ）では、説明の便宜のため、筒体１５２の断面のみをハッチングを用いて表わすと共に、充填層９９の記載を省略している。
【００８０】
図示するように、第１変形例では、筒体１５２の下端に、筒体１５２の内周面から内側方向（音響整合板５０方向）に突出した突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇが周方向において略等間隔に形成されている。各突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇの突出長は長さｒ１とされている。上記の突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇが特許請求の範囲における「位置決定部材」ないし「第２突部」に相当する。
【００８１】
こうした筒体１５２が、保護フィルム４８上に音響整合板５０および圧電素子５１が装着された素子ケース４２内に突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇを下にして挿入され、筒体１５２の下端が保護フィルム４８上に載置されると、各突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇの先端が音響整合板５０の外周面に当接するため、筒体１５２は水平方向への移動ができない状態となる。これにより、素子ケース４２内での筒体１５２の水平位置が一通りに確定され、筒体１５２と音響整合板５０との間に距離ｒ１分のクリアランスが確保される。
【００８２】
図１４に示す第２変形例は、筒体２５２の位置決め用部材を素子ケース２４２に設けたものである。図１４（Ａ）は検出用素子本体２４０の図８に対応する端面を示し、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線に沿って検出用素子本体２４０を切断したときの矢視断面形状を示している。図１４（Ｂ）では、説明の便宜のため、筒体２５２および素子ケース２４２の断面のみをハッチングを用いて表わすと共に、充填層９９の記載を省略している。
【００８３】
図示するように、第２変形例では、筒体２５２は突部を有しない中空の略円筒形状とされている。一方、素子ケース２４２の下端には、内周面２４４から内側方向（音響整合板５０方向）に突出した突出部２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇが周方向において略等間隔に形成されている。各突出部２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇの突出長は、筒体２５２と音響整合板５０との水平方向断面の中心を一致させ、筒体２５２を音響整合板５０から距離ｒ１分離間させて保護フィルム４８上に配置したときに筒体２５２の外周面と内周面２４４との間に形成される距離である長さｐ１とされている。上記の突出部２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇが特許請求の範囲における「位置決定部材」ないし「突出部」に相当する。
【００８４】
こうした筒体２５２が、保護フィルム４８上に音響整合板５０および圧電素子５１が装着された素子ケース２４２内に挿入され、筒体２５２の下端が保護フィルム４８上に載置されると、筒体２５２の外周面が各突出部２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇの先端に当接するため、筒体２５２は水平方向への移動ができない状態となる。これにより、素子ケース２４２内での筒体２５２の水平位置が一通りに確定され、筒体２５２と音響整合板５０との間に距離ｒ１分のクリアランスが確保される。
【００８５】
図１５に示す第３変形例は、筒体３５２の位置決め用部材を音響整合板３５０に設けたものである。図１５（Ａ）は音響整合板３５０の外形を示しており、図１５（Ｂ）は図１３（Ｂ）に対応する断面を示している。図１５（Ｂ）では、説明の便宜のため、筒体３５２および音響整合板３５０の断面のみをハッチングを用いて表わすと共に、充填層９９の記載を省略している。
【００８６】
図示するように、第３変形例では、音響整合板３５０は、頂部から裾部に向かうにつれて水平方向の断面積が漸増された略円錐台形状とされている。こうした断面積の漸増により形成され、上記実施例における音響整合板５０よりも水平方向に体積が増した部分のことを凸部３５０ｅという。凸部３５０ｅの下端３５０ｔは、上記実施例における音響整合板５０の下端よりも長さｒ１分だけ水平外側方向（筒体３５２方向）に延出されている。上記の凸部３５０ｅが特許請求の範囲における「位置決定部材」ないし「凸部」に相当する。一方、筒体３５２は突部を有しない中空の略円筒形状とされており、筒体３５２の内径は下端３５０ｔにおける音響整合板３５０の外径と略同一とされている。
【００８７】
こうした筒体３５２が、保護フィルム４８上に音響整合板３５０および圧電素子５１が装着された素子ケース内に挿入され、筒体３５２の下端が保護フィルム４８上に載置されると、筒体３５２の内周面が凸部３５０ｅの下端３５０ｔに当接するため、筒体３５２は水平方向への移動ができない状態となる。これにより、素子ケース内での筒体３５２の水平位置が一通りに確定され、筒体３５２と音響整合板３５０との間に、最大で距離ｒ１分のクリアランスを有する充填空間ＦＭが確保される。
【００８８】
なお、第３変形例では、音響整合板３５０を略円錐台形状とすることによって筒体３５２の位置決め用の凸部３５０ｅを形成したが、音響整合板３５０を他の形状とすることにより筒体３５２の位置決め用の部材を形成しても差し支えない。こうした一例を音響整合板４５０として図１５（Ｃ）および図１５（Ｄ）に示した。図１５（Ｃ）は音響整合板４５０の外形を示しており、図１５（Ｄ）は図１３（Ｂ）に対応する断面を示している。
【００８９】
以上、本発明の実施例ないし変形例について説明したが、本発明はこうした実施例ないし変形例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内において、例えば超音波を用いた温度センサや比熱センサ、あるいは超音波以外の手法により、ガスの種々の性質を検出するセンサなどに適用することができることは勿論である。
【００９０】
上記実施例において、突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの先端を素子ケース４２の内周面４４に沿った形状とし、筒体５２を保護フィルム４８に装着したときに突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇの先端の端面が内周面４４に接するように構成してもよい。このような構成は、上記変形例における突部１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇや突出部２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇについても採用することができる。
【００９１】
上記実施例ないし変形例では、筒体５２，１５２，２５２，３５２，４５２の位置決め用部材を、筒体５２，１５２の内周面若しくは外周面、素子ケース２４２の内周面４４、音響整合板３５０，４５０の外周面の下端に設けたが、下端以外の高さ位置に設けることも可能である。この場合において、筒体５２，１５２の周面に突部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇの外形に習った切り込み部を形成し、この切り込み部を外側若しくは内側に周面に対して略直角に折り曲げ、折り曲げ部分を上記位置決め用部材として利用し、折り曲げによって筒体５２，１５２の周面に表われた孔を開口５３，１５３として利用してもよい。
【００９２】
上記実施例ないし変形例では、筒体５２，１５２，２５２，３５２，４５２の位置決め用部材を、筒体５２，１５２、素子ケース２４２、音響整合板３５０，４５０の一部として設けたが、このような位置決め用部材を、筒体５２，１５２、素子ケース２４２および音響整合板３５０，４５０とは別の部材として設けても差し支えない。例えば、このような別部材としての位置決め用部材を保護フィルム４８に装着して、音響整合版，圧電素子と筒体とのクリアランスを確保することもできる。
【００９３】
上記実施例ないし変形例では、筒体５２，１５２，２５２の位置決め用部材を、筒体５２，１５２や素子ケース２４２の３箇所にほぼ等間隔で形成したが、勿論、等間隔でなくても差し支えない。また、位置決め用部材の形成箇所は４箇所以上であってもよく、２箇所以下であってもよい。２箇所の場合であっても、位置決め用部材を対角線上に配置することで、素子ケース４２内での筒体５２の水平位置を概ね決定することができる。また、筒体５２，１５２，２５２の位置決め用部材を、例えば、筒体５２の１箇所以上に形成すると共に、素子ケース４２の１箇所以上に形成した場合にも、素子ケース４２内での筒体５２の水平位置を決定することが可能である。
【００９４】
また、上記実施例ないし変形例では、筒体５２，１５２，２５２，３５２，４５２の位置決め用部材を設けたが、このような位置決め用部材を設けない構成としても差し支えない。この場合には、音響整合板５０および圧電素子５１と筒体５２との間に充填材が入り込むのに十分なクリアランスが確保されるように、筒体５２を素子ケース４２内に装着すればよい。
【００９５】
上記実施例ないし変形例では、筒体５２，１５２，２５２，３５２，４５２に開口５３，１５３，２５３，３５３，４５３を設けたが、このような開口５３，１５３，２５３，３５３，４５３を設けない構成としても差し支えない。
【００９６】
上記実施例において、素子ケース４２内の充填層９９は、圧電素子５１が埋設される高さに形成されていればよい。例えば、充填層９９を筒体５２の先端が埋設されない高さに設け、圧電素子５１のリード線５４ａ，５４ｂを、銅製の筒体５２の先端を介して端子５５ａ，５５ｂに接続する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのガスセンサ１０の分解斜視形状を示す説明図である。
【図２】ガスセンサ１０の垂直断面を示す説明図である。
【図３】コネクタ３１に設けられた端子３１ａないし３１ｄの形状を示す斜視図である。
【図４】検出用素子本体４０の構造を示す説明図である。
【図５】ガスセンサ１０の内部の電気的な構成を示す説明図である。
【図６】超音波を用いたガソリン蒸気の濃度検出の原理を説明する説明図である。
【図７】音響整合板５０，圧電素子５１と筒体５２の構造を斜視形状で示す説明図である。
【図８】図４の８−８線に沿って検出用素子本体４０を切断したときの矢視端面形状を示す説明図である。
【図９】本実施例のガスセンサ１０によって防止される音響整合板５０および圧電素子５１の移動を模式的に表わす説明図である。
【図１０】ガスセンサ１０において、ノイズ超音波ＮＷの音響レベルが低減される様子を示す説明図である。
【図１１】ガスセンサ１０の周辺温度と、残響長さ，受信感度との関係を表わすグラフである。
【図１２】本実施例のガスセンサ１０に対する熱衝撃試験の結果を示す説明図である。
【図１３】第１変形例を示す説明図である。
【図１４】第２変形例を示す説明図である。
【図１５】第３変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…ガスセンサ
２０…流路形成部材
２２…収納部
２２ａ…端子用凸部
２４…凹部
２４ａ…連通孔
２５…挿入孔
２７…導入路
２８…測定室
２９…バイパス流路
３１…コネクタ
３１ａ〜３１ｄ…端子
３２…導入孔
３３…反射部
３４…出口
３５…排出流路
３６…金属板
４０，１４０，２４０…検出用素子本体
４１…フランジ部
４２，２４２…素子ケース
４３…収容部
４４，２４４…内周面
４５…端面
４６…段差部
４８…保護フィルム
５０，３５０，４５０…音響整合板
５１…圧電素子
５２，１５２，２５２，３５２，４５２…筒体
５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，１５２ｅ，１５２ｆ，１５２ｇ…突部
５３，１５３，２５３，３５３，４５３…開口
５４ａ，５４ｂ…リード線
５５ａ，５５ｂ…端子
５６ａ，５６ｂ…突出部
５９…突起
６０…サーミスタ
７０…電子回路基板
７２…取付孔
８０…ケース
８３…切り起こし部
８５…挿入孔
９１…マイクロプロセッサ
９２…デジタル−アナログコンバータ
９３…ドライバ
９６…増幅器
９７…コンパレータ
９９…充填層
２４４ｅ，２４４ｆ，２４４ｇ…突出部
３５０ｅ，４５０ｅ…凸部
３５０ｔ，４５０ｔ…下端

Claims (7)

1. 所定の気体の流路に臨んで設けられ、所定の信号を受けて振動する検出用素子を備えたガスセンサであって、
   前記検出用素子と、該検出用素子に装着され、該検出用素子の振動を前記流路に伝達する整合板と、を収納する筐体と、
   前記検出用素子および前記整合板と前記筐体との間の該検出用素子および該整合板を取り囲む位置に、該検出用素子および該整合板との間のクリアランスが確保された状態で設置された介在部材と、
   前記筐体内に所定の充填材を、少なくとも前記検出用素子が埋設する位置まで充填することにより形成された充填層と
   を備えたガスセンサ。
2. 前記クリアランスが略均一である請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記検出用素子の振動によって生じた振動波を前記流路方向に送出して前記気体の性質を検出する請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 請求項３に記載のガスセンサであって、
   前記筐体の開口部に装着され、該筐体内部と前記流路とを区切るフィルムを備え、
   該フィルムに前記整合板が装着された
   ガスセンサ。
5. 前記介在部材が設置される位置を前記クリアランスが確保される位置に決定する位置決定部材を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセンサ。
6. 前記位置決定部材は、前記介在部材に前記筐体側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に前記筐体と少なくとも３点において接触する第１突部、または、前記筐体に前記整合板側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に該介在部材と少なくとも３点において接触する突出部のうちのいずれかである請求項５に記載のガスセンサ。
7. 前記位置決定部材は、前記介在部材に前記整合板側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に前記整合板と少なくとも３点において接触する第２突部、または、前記整合板に前記筐体側に突出する態様で設けられ、該介在部材が設置される際に該介在部材と少なくとも３点において接触する凸部のうちのいずれかである請求項５に記載のガスセンサ。

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