JP2016085864A - 熱電対付きヒータ及びそれを備えたガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】筒状のセラミックヒータ部の内部に熱電対を配置した際に、セラミックヒータ部を短時間で昇温できると共に、セラミックヒータ部の温度を熱電対で正確に測定できる熱電対付きヒータ及びそれを備えたガスセンサを提供する。
【解決手段】セラミック基体１０２を有し発熱パターン１４２が設けられたセラミックヒータ部１００と、セラミック基体の筒孔１００ｈ内に配置され、測温部Ｓを有する熱電対素線１５１，１５２と絶縁被覆層１６０とを有する熱電対１５０と、を備えた熱電対付きヒータ２００であって、軸線Ｘ方向において、発熱パターンが形成される領域Ｒと重なるように測温部が配置され、領域における熱電対とセラミックヒータ部との間隔の少なくとも一部が、領域以外の部位における熱電対とセラミックヒータ部との間隔よりも小さくなるよう、熱電対またはセラミックヒータ部の少なくとも一方に接合した略環状の熱伝導部材１７０が配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、セラミック基体に発熱パターンが設けられたヒータ及びそれを備えたガスセンサに関する。

従来より、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質体を用い、自動車等の排気ガスなどの被検出ガスに含まれる特定ガス成分を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサの具体的な形態としては、例えば、上記固体電解質体等により有底筒状体に形成され、被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子と、検出素子を加熱して活性化するセラミックヒータとを備えたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
このセラミックヒータは、軸線方向に延びる筒状のセラミック基体を有し、該セラミック基体の内部に通電により発熱する発熱パターンが設けられている。そして、検出素子の内部空間にセラミックヒータを配置することにより、検出素子を加熱するようになっている。

特開２０００−１９３６３３号公報

ところで、一般にセラミックヒータの温度は、例えばセラミックヒータで加熱された検出素子の内部抵抗を測定して推定されているが、セラミックヒータ自身の正確な温度を測定したいという要望がある。そこで、セラミックヒータの筒孔内にシース熱電対を配置してセラミックヒータの温度を測定することが考えられる。
しかしながら、シース熱電対の外径がセラミックヒータの筒孔とほぼ同一である場合には、シース熱電対がセラミックヒータの内部に確実に保持されるものの、シースの外径が大きいためにシース内部の絶縁被覆材による熱引きが大きくなり、セラミックヒータの昇温に時間がかかるという問題がある。又、シース熱電対をセラミックヒータに挿入する際に引っ掛り等が生じて作業性が低下する。
一方、シース熱電対の外径がセラミックヒータの筒孔より顕著に小さい場合には、シース熱電対がセラミックヒータの内部で動いてしまい、測温精度が低下する。又、シース熱電対がセラミックヒータと大きく離間するので、セラミックヒータの熱がシース熱電対に伝わり難く、この点でも測温精度が低下する。
従って、本発明は、筒状のセラミックヒータ部の内部に熱電対を配置した際に、セラミックヒータ部を短時間で昇温できると共に、セラミックヒータ部の温度を熱電対で正確に測定できる熱電対付きヒータ及びそれを備えたガスセンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の熱電対付きヒータは、軸線方向に延びる筒状のセラミック基体を有し、該セラミック基体に通電により発熱する発熱パターンが設けられたセラミックヒータ部と、前記セラミック基体の筒孔の内部に配置される熱電対であって、被測定体の温度を検出する測温部を有する熱電対素線と、該熱電対素線を絶縁被覆する絶縁被覆層とを有する熱電対と、を備えた熱電対付きヒータであって、前記軸線方向において、前記発熱パターンが形成される領域と重なるように前記測温部が配置され、前記領域における前記熱電対と前記セラミックヒータ部との間隔の少なくとも一部が、前記領域以外の部位における前記熱電対と前記セラミックヒータ部との間隔よりも小さくなるように、前記熱電対または前記セラミックヒータ部の少なくとも一方に接合した略環状の熱伝導部材が配置されている。

この熱電対付きヒータによれば、熱電対の測温部とセラミックヒータ部との間に熱伝導部材が配置されるので、セラミックヒータ部の発熱部となる領域からの熱が熱伝導率の高い熱伝導部材を介して測温部に確実に伝わるので、測温精度が向上する。
又、熱伝導部材に比べて熱電対が小径であり、その分だけ熱電対の絶縁被覆層の厚みが薄いので、絶縁被覆層による熱引きが小さく、セラミックヒータ部を短時間で昇温できる。又、熱伝導部材が熱電対をセラミックヒータ部内に確実に保持するので、熱電対がセラミックヒータ部内で動いて測温精度が低下することを抑制できる。

本発明の熱電対付きヒータにおいて、前記熱伝導部材は、前記絶縁被覆層と同一又はそれ以上の熱伝導率を有してもよい。
この熱電対付きヒータによれば、上記領域からの熱が測温部により確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

本発明の熱電対付きヒータにおいて、前記熱伝導部材が前記軸線方向における前記領域の内側のみに配置されていてもよい。
この熱電対付きヒータによれば、熱伝導部材の一部が軸線方向に領域の外側にはみ出して上記領域からの熱を放熱することが抑制され、上記領域からの熱が測温部により確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

本発明の熱電対付きヒータにおいて、前記熱伝導部材が前記熱電対と前記セラミックヒータ部との両者に接していてもよい。
この熱電対付きヒータによれば、両者の接触面積が増えて上記領域からの熱が測温部により確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

本発明の熱電対付きヒータにおいて、前記熱伝導部材が前記領域において前記熱電対と前記セラミックヒータ部との両者に接していてもよい。
この熱電対付きヒータによれば、熱伝導部材と領域の接触面積が増え、上記領域からの熱が測温部により一層確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

本発明のガスセンサは、前記熱電対付きヒータを備えている。
このガスセンサによれば、熱電対の測温部とセラミックヒータ部との間に熱伝導部材が配置されるので、セラミックヒータ部の発熱部となる領域からの熱が熱伝導率の高い熱伝導部材を介して測温部に確実に伝わるので、測温精度が向上する。
又、熱伝導部材に比べて熱電対が小径であり、その分だけ熱電対の絶縁被覆層の厚みが薄いので、絶縁被覆層による熱引きが小さく、セラミックヒータ部を短時間で昇温できる。又、熱伝導部材が熱電対をセラミックヒータ部内に確実に保持するので、熱電対がセラミックヒータ部内で動いて測温精度が低下することを抑制できる。

この発明によれば、筒状のセラミックヒータ部の内部に熱電対を配置した際に、セラミックヒータ部を短時間で昇温できると共に、セラミックヒータ部の温度を熱電対で正確に測定できる

本発明の実施形態に係る熱電対付きヒータを備えたガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。 実施形態に係る熱電対付きヒータの斜視図である。 セラミックヒータ部の分解斜視図である。 セラミックヒータ部への熱電対の取付け位置を示す軸線方向に沿う部分断面図である。 熱電対付きヒータを内側端子部材に把持した状態を示す斜視図である。 熱電対付きヒータを把持した内側端子部材を、セパレータに保持した状態を示す斜視図である。 被覆熱電対を用いた熱電対付きヒータの部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱電対付きヒータ２００を備えたガスセンサ３００の軸線ＡＸ方向に沿う断面図、図２は熱電対付きヒータ２００の斜視図、図３はセラミックヒータ部１００の分解斜視図である。
ガスセンサ３００は、例えば排気管（図示せず）の側壁の開口部に挿通して取付けられ、自動車の排気ガス等の温度を検出する。

図１に示すように、ガスセンサ３００は、検出素子３と、この検出素子３を包囲する筒状の主体金具２０とを備える。さらに、ガスセンサ３００は、外側端子部材５０と、内側端子部材５２と、熱電対付きヒータ２００とを備える。

検出素子３は、軸線ＡＸ方向（図１において上下方向）に延びる形態をなしている。この検出素子３は、有底筒状の基体１と、基体１の外表面に形成された貴金属（例えば、白金）からなる外側電極２３と、基体１の内表面に形成された貴金属（例えば、白金）からなる内側電極２１（貴金属メッキ層）を有する。この検出素子３は、被測定ガス（排気ガス）中の特定ガス成分（酸素成分）を検出する。
基体１は、ジルコニアを主成分とする固体電解質からなり、軸線ＡＸ方向に延びる形態で、軸線方向先端側が閉塞されると共に、軸線方向後端側（図１において上側）が開放された有底円筒状をなしている。基体１の軸線ＡＸ方向の略中間部には、径方向外側に突出する環状の鍔部１ａが形成されている。このような基体１は、例えば、公知のプレス成形法を用いて、ジルコニアを主成分とする固体電解質を有底筒状の成形体とした後、これを１５００℃程度の温度で２時間程度焼成して得ることができる。

主体金具２０は、その中空筒内部に、金属製パッキン１２，１４，３０、インシュレータ５，１０、及びタルク粉末６を介在させて、検出素子３（基体１）の鍔部１ａを係合保持している。これにより、検出素子３は、その先端部３ｂを主体金具２０の先端側開口部２０ｂから突出させた状態で、主体金具２０によって保持されている。
さらに、主体金具２０の先端側には、主体金具２０の先端側開口部２０ｂから突出する検出素子３の先端部３ｂを覆うように、プロテクタ７が取り付けられている。このプロテクタ７は、外側プロテクタ７ａと内側プロテクタ７ｂとを有する二重構造をなしている。外側プロテクタ７ａ及び内側プロテクタ７ｂには、排気ガスを通過させる複数の通気口が形成されている。このため、基体１の外表面に形成されている外側電極２３に、プロテクタ７の通気口から導入された排気ガスを接触させることができる。

主体金具２０の後端側に位置する接続部２０ｃに、筒状の金属外筒４０の先端部が、外側からの全周レーザ溶接により固着されている。また、この金属外筒４０の後端側開口部は、フッ素ゴムで構成されたグロメット４２を嵌入させて、加締封止されている。このグロメット４２の先端側には、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ４３が設けられている。そして、グロメット４２の貫通孔及びセパレータ４３の貫通孔（保持孔４３ｄ）内には、センサ出力リード線４４，４５及びヒータリード線４６，４７が挿入されている。ヒータリード線４６，４７は、熱電対付きヒータ２００のヒータ端子部材１３０に接続されている。
なお、グロメット４２の中央にも、軸線ＡＸに沿う貫通孔が形成されている。この貫通孔には、撥水性及び通気性を兼ね備えるシート状のフィルタ４８によって被覆された金属パイプ４９が嵌め込まれている。これにより、ガスセンサ３００の外部に存在する大気を、フィルタ４８を通じて金属外筒４０内に導入し、さらには、検出素子３の内部に導入して、内側電極２１に接触させることができる。

さらに、熱電対付きヒータ２００の内部に挿入された熱電対１５０（図２参照）から後端側に熱電対配線１５９が引き出されている。熱電対配線１５９は、１対の熱電対素線を柔軟性のあるシース内にまとめた１本のシース線からなる。この熱電対１５０は、セパレータ４３の中心孔を通り、グロメット４２内部の金属パイプ４９及びフィルタ４８の中心孔を通って外部に引き出され、その後端側に熱電対配線１５９が延びている。なお、グロメット４２の後端側において、熱電対配線１５９が他の配線（センサ出力リード線４４，４５及びヒータリード線４６，４７等）と共に固定され、熱電対配線１５９が振動で大きくぶれることを抑制している。

次に、熱電対付きヒータ２００について説明する。
熱電対付きヒータ２００は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状（詳細には、円筒状）をなしている。図２に示すように、この熱電対付きヒータ２００は、セラミックヒータ部１００と、セラミックヒータ部１００の軸線ＡＸ方向に延びる筒孔１００ｈの内部に配置される熱電対１５０とを有する。

セラミックヒータ部１００は、中心に筒孔１００ｈを有する筒状のセラミック基体１０２と、電極パッド１２１と、ヒータ端子部材１３０とを有している。このうち、セラミック基体１０２は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状で、内部に発熱抵抗体１４１を有している。電極パッド１２１は、セラミック基体１０２のうち軸線ＡＸ方向後端側の表面１０２ｄに設けられ、ビア１４４（充填ビア導体）を通じて、発熱抵抗体１４１に導通している（図３参照）。
ヒータ端子部材１３０は、ヒータリード線４６，４７を通じて、図示しない外部回路と電気的に接続する。このヒータ端子部材１３０は、板状の端子接続部１３３と、加締部１３５と、両者を接続する接続部１３４とを有している。加締部１３５は、ヒータリード線４６，４７（図１参照）の芯線を、それぞれ加締によって把持し、ヒータリード線４６，４７と電気的に接続する。又、端子接続部１３３は電極パッド１２１上にロウ付けにより接合されている。

図３に示すように、セラミック基体１０２は、中心に筒孔１００ｈを有する円筒形状のアルミナセラミック製の碍管１０１の外周に、絶縁性の高いアルミナセラミック製のグリーンシート１４０，１４６が巻き付けられ、これらを焼成することにより製造される。
グリーンシート１４０上には、発熱抵抗体１４１が形成されている。発熱抵抗体１４１は、発熱パターン１４２と、発熱パターン１４２の両端にそれぞれ接続される一対のリード部１４３（陽極と陰極）とを備え、発熱パターン１４２が発熱してセラミックヒータ部１００が加熱するようになっている。
本実施形態では、発熱パターン１４２は先端側及び後端側で反対方向へ折り返す蛇行パターン状に形成されるがこれに限られない。又、軸線ＡＸ方向における発熱パターン１４２の先端側及び後端側の折り返し部の間の領域を、発熱パターン１４２の領域Ｒとする。

発熱抵抗体１４１の材料としては、タングステンやモリブデン等の種々の導電材料を採用可能である。グリーンシート１４０の後端側には、各リード部１４３に２個のビア１４４が形成されている。このビア１４４を介して、電極パッド１２１が、発熱抵抗体１４１のリード部１４３と電気的に接続されている。
グリーンシート１４６は、グリーンシート１４０（発熱抵抗体１４１が形成された面）に圧着されている。グリーンシート１４６のうち、グリーンシート１４０が圧着された面と反対側の面には、アルミナペーストが塗布されている。このペースト塗布面を内側にしてグリーンシート１４０，１４６が碍管１０１に巻き付けられ、外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミック基体１０２（セラミックヒータ部１００）が形成される。

次に、熱電対１５０について説明する。
熱電対１５０は、いわゆるシース熱電対であり、有底筒状の金属シース１５７の内部に１対の熱電対素線１５１、１５２が配置され、金属シース１５７と熱電対素線１５１、１５２の間に絶縁被覆層１６０が密封充填された構成となっている（図４参照）。熱電対素線１５１、１５２はそれぞれ異なる金属からなり、熱電対素線１５１、１５２の先端側が接合されて温度を検出する測温部（測温接点）Ｓを形成する。これにより、熱電対配線１５９側に引き出された熱電対素線１５１、１５２間の熱起電力を測定することで、測温部Ｓの周囲温度を検出することができる。
熱電対素線１５１、１５２の種類は、例えばＪＩＳ−Ｃ１６０２に規格する種類を用いることができる。金属シース１５７としては、例えばステンレス鋼を用いることができる。絶縁被覆層１６０としては、例えばマグネシアを用いることができる。
又、熱電対１５０の先端を取り囲むように略環状の金属部材１７０が溶接により取付けられている。さらに、熱電対１５０の後端側を取り囲むように環状金属製のカラー１９０がロウ付けにより取付けられ、カラー１９０より後端側に熱電対配線１５９が延びている。ここで、略環状とは、周方向において切れ目のない環状形状の他、軸線方向にスリットが入った断面Ｃ形状のものも含む。なお、本実施形態では、金属部材１７０（１７２）が特許請求の範囲の「熱伝導部材」に該当する。

ここで、熱電対１５０の外径は筒孔１００ｈの内径より顕著に小さく、一方で金属部材１７０の外径は筒孔１００ｈの内径よりわずかに小さい。また、カラー１９０の外径は筒孔１００ｈの内径よりも大きい。従って、金属部材１７０を固定した熱電対１５０の先端側を、例えばセラミックヒータ部１００の後端側から筒孔１００ｈ内に挿入し、筒孔１００ｈの外部に位置するカラー１９０を、セパレータ４３とセラミックヒータ部１００の後端部とで挟んで固定することで、熱電対１５０を筒孔１００ｈ内に保持することができる。このとき、熱電対１５０がセラミックヒータ部１００と離間しつつ、金属部材１７０及びカラー１９０が熱電対１５０の先端側及び後端側で筒孔１００ｈの内部に接触又は近接する。なお、金属部材１７０が熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との両者に接している場合は、熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との間隔が０であるとみなす。

次に、図４を参照し、本発明の特徴である、セラミックヒータ部１００への熱電対１５０の取付け位置について説明する。
まず、軸線ＡＸ方向に金属部材１７０が測温部Ｓと重なるように、金属部材１７０内に熱電対１５０の先端を挿入して両者を固定する。そして、熱電対１５０をセラミックヒータ部１００の筒孔１００ｈ内に挿入し、軸線ＡＸ方向に発熱パターンの領域Ｒの内側に測温部Ｓを配置し、熱電対１５０を固定する。
これにより、領域Ｒにおける熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との間隔の少なくとも一部が、領域Ｒ以外の部位における熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との間隔よりも小さくなり、領域Ｒにおける測温部Ｓとセラミックヒータ部１００の内面との間に、絶縁被覆層１６０を介して金属部材１７０が配置されることになる。このため、セラミックヒータ部１００の発熱部となる領域Ｒと測温部Ｓとが軸線ＡＸ方向に重なりつつ、領域Ｒからの熱が熱伝導率の高い金属部材１７０を介して測温部Ｓに確実に伝わるので、測温精度が向上する。
又、熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との間の間隔Ｇは、金属部材１７０とセラミックヒータ部１００との間の間隔よりも大きく、金属部材１７０に比べて熱電対１５０が小径であり、その分だけ熱電対１５０の絶縁被覆層１６０の厚みが薄いので、絶縁被覆層１６０による熱引きが小さく、セラミックヒータ部１００を短時間で昇温できる。又、熱電対が小径なため、熱電対１５０をセラミックヒータ部１００に挿入し易く、作業性が向上する。又、金属部材１７０が上記間隔Ｇを埋めて熱電対１５０をセラミックヒータ部１００内に確実に保持するので、熱電対１５０がセラミックヒータ部１００内で動いて測温精度が低下することを抑制できる。
また、軸線Ｘ方向において、側温部Ｓが配置される領域を第２領域としたとき、領域Ｒ以外の部位における熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との間の間隔よりも小さい間隔を有する部位が領域Ｒのうち第２領域の範囲内にあると、領域Ｒからの熱が測温部Ｓにより確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

金属部材１７０は、絶縁被覆層１６０と同一又はそれ以上の熱伝導率を有すると、領域Ｒからの熱が測温部Ｓにより確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。このような金属部材１７０としては、例えばステンレス鋼を用いることができる。
金属部材１７０が軸線Ｘ方向に領域Ｒの内側のみに配置されていると、金属部材１７０の一部が軸線Ｘ方向に領域Ｒの外側にはみ出して領域Ｒからの熱を放熱することが抑制され、領域Ｒからの熱が測温部Ｓにより確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。
金属部材１７０が熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との両者に接していると、両者の接触面積が増えて領域Ｒからの熱が測温部Ｓにより確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。さらに、金属部材１７０が領域Ｒにおいて熱電対１５０とセラミックヒータ部１００との両者に接していると、金属部材１７０と領域Ｒの接触面積が増え、領域Ｒからの熱が測温部Ｓにより一層確実に伝わり、測温精度がさらに向上する。

次に、図５、図６を参照し、熱電対付きヒータ２００のガスセンサ３００への組み付け方法について説明する。
まず、図５に示すように、熱電対付きヒータ２００を内側端子部材５２によって把持する。ここで、内側端子部材５２は、ニッケルベースのステンレス合金からなり、軸線ＡＸの直交方向断面が略馬蹄形状の素子挿入部５２ｋと、素子挿入部５２ｋの後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部５２ｓと、さらにこの後端側に位置するコネクタ部５２ｃとを有する。このうち、コネクタ部５２ｃは、センサ出力リード線４４の芯線を加締めにより把持して、内側端子部材５２とセンサ出力リード線４４とを電気的に接続する。
そして、熱電対付きヒータ２００を素子挿入部５２ｋによって把持し、素子挿入部５２ｋの先端側から熱電対付きヒータ２００の先端部を突出させる。

次に、図６に示すように、熱電対付きヒータ２００を把持した内側端子部材５２のセパレータ挿入部５２ｓを、セパレータ４３の先端側からセパレータ４３の保持孔４３ｄに挿入する。このとき、セパレータ挿入部５２ｓから径方向に突出するセパレータ当接部５２ｄが保持孔４３ｄに弾性的に当接し、内側端子部材５２自身をセパレータ４３内に保持する。
その後、熱電対付きヒータ２００及び内側端子部材５２を組み付けたセパレータ４３を、公知の組立方法（例えば、特開２００４−０５３４２５参照）により、検出素子３、主体金具２０、外側端子部材５０等とさらに組み付け、図１に示すガスセンサ３００が完成する。

なお、内側端子部材５２の素子挿入部５２ｋは、検出素子３の内部に挿入されて、内側電極２１と接触する。これにより、内側電極２１と内側端子部材５２とが電気的に接続する。又、熱電対付きヒータ２００は、検出素子３の内部（基体１の筒内）に配置される。これにより、熱電対付きヒータ２００によって、検出素子３（基体１）を適切に加熱することができる。
一方、外側端子部材５０は、軸線ＡＸの直交方向断面が略Ｃ字状をなす外嵌部５０ｐと、この外嵌部５０ｐの後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部５０ｓと、さらにこの後端側に位置するコネクタ部５０ｃとを含む（図１参照）。このうちコネクタ部５０ｃは、センサ出力リード線４５の芯線を加締めにより把持して、外側端子部材５０とセンサ出力リード線４５とを電気的に接続する。そして、セパレータ挿入部５０ｓがセパレータ４３内に挿入されると共に、このセパレータ挿入部５０ｓから径方向に突出するセパレータ当接部５０ｄがセパレータ４３の保持孔４３ｄに弾性的に当接し、外側端子部材５０自身をセパレータ４３内に保持する。また、外嵌部５０ｐは、検出素子３の外側電極２３と接触している。これにより、外側電極２３と外側端子部材５０とが電気的に接続する。

このようにして、ガスセンサ３００では、外側電極２３と内側電極２１との間に所定の電圧を印加すると、外側電極２３に接触する排気ガス（被測定ガス）中の酸素濃度と、内側電極２１に接触する大気の酸素濃度との濃度差に応じた電流が流れる。この電流値を検知することで、排気ガス中の酸素濃度を把握することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、熱電対は上記したシース熱電対に限られず、例えば、保護管を有さず、熱電対素線を絶縁層で被覆した被覆熱電対を用いることもできる。また、上記実施形態では、略環状の熱伝導部材を熱電対に接合していたがこれに限られず、セラミックヒータ部に略環状の熱伝導部材が接合されていてもよい。

図７は、被覆熱電対を用いた熱電対付きヒータ２００Ｂの断面図を示す。なお、ここでは図４の熱電対付きヒータ２００から変更された点のみを説明し、熱電対付きヒータ２００と同一である構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図７において、被覆熱電対１５０Ｂは、１対の熱電対素線１５１、１５２と、各熱電対素線１５１、１５２を被覆する絶縁被覆層１６２とからなる。絶縁被覆層１６２としては、薄いセラミック層、ガラス、セラミックファイバー等が挙げられる。
又、金属部材１７２は有底筒状に形成されている。
そして、軸線ＡＸ方向に金属部材１７２が測温部Ｓと重なるように、金属部材１７２内に熱電対１５０Ｂの先端を挿入し、金属部材１７２と熱電対１５０Ｂとの間に絶縁被覆層１６４を密封充填して両者を固定する。次に、熱電対１５０Ｂをセラミックヒータ部１００の筒孔１００ｈ内に挿入し、軸線ＡＸ方向に領域Ｒの内側に測温部Ｓを配置する。そして、例えばセラミックヒータ部１００の先端側から金属部材１７２をセラミックヒータ部１００にロウ付け部１８０を形成するようにしてロウ付け固定する。

図７の熱電対付きヒータ２００Ｂにおいても、領域Ｒからの熱が熱伝導率の高い金属部材１７２を介して測温部Ｓに確実に伝わるので、測温精度が向上する。又、被覆熱電対１５０Ｂは撓み易く、そのままでは筒孔１００ｈ内に挿入し難いが、被覆熱電対１５０Ｂの先端に固定した金属部材１７２がウェイトとなって筒孔１００ｈ内に容易に挿入されるので、作業性が向上する。
なお、熱電対付きヒータ２００Ｂにおいては、熱電対素線１５１、１５２を被覆する絶縁被覆層１６２と、絶縁被覆層１６２の外側に充填された絶縁被覆層１６４の２つの絶縁被覆層を有する。この場合、両絶縁被覆層１６２、１６４の熱伝導率の平均値を、「絶縁被覆層の熱伝導率」とする。又、熱電対付きヒータ２００Ｂにおいては、熱電対素線１５１、１５２の後端側をセラミックヒータ部１００の後端側からそのまま引き出せばよく、カラー１９０を不要としてもよい。

なお、本発明は、熱電対素線の断線等による故障のバックアップのために２対以上の熱電対素線を備えた、いわゆるダブルエレメントの熱電対等にも適用可能である。この場合、２対以上の各熱電対素線対の測温部が、いずれも軸線方向に領域Ｒの内側に配置され、かつ、いずれの測温部とセラミックヒータ部１００面との間にも上記熱伝導部材が配置されていることが必要である。

図２〜図４に示すセラミックヒータ部１００を用意した。筒孔１００ｈの内径を１．４２ｍｍとした。
実施例として、金属シース１５７の外径が０．５ｍｍのシース熱電対（図２〜図４参照）１５０を用意し、シース熱電対１５０の測温部Ｓと軸線方向に重なるように、外径１．２０ｍｍの金属リング１７０をシース熱電対１５０の外側に取り付けた。そして、熱電対１５０を金属リング１７０側からセラミックヒータ部１００の筒孔１００ｈ内に挿入し、軸線ＡＸ方向に発熱パターンの領域Ｒの内側に測温部Ｓを配置した。このとき、領域Ｒにおける測温部Ｓと筒孔１００ｈの内面との間に金属リング１７０が配置され、金属リング１７０の一部が筒孔１００ｈの内面に接した状態とした。
比較例１として、金属リング１７０を取り付けずに、実施例と同一のシース熱電対１５０をセラミックヒータ部１００の筒孔１００ｈ内に挿入し、軸線ＡＸ方向に発熱パターンの領域Ｒの内側に測温部Ｓを配置した。このとき、シース熱電対１５０は筒孔１００ｈの内面と離間した状態とした。
比較例２として、金属リング１７０を取り付けずに、金属シースの外径が１．０ｍｍのシース熱電対をセラミックヒータ部１００の筒孔１００ｈ内に挿入し、軸線ＡＸ方向に発熱パターンの領域Ｒの内側に測温部Ｓを配置した。このとき、シース熱電対は筒孔１００ｈの内面と近接した状態とした。

実施例及び各比較例につき、セラミックヒータ部１００に８．４Ｖの電圧を印加して１８０秒間発熱させ、その間にシース熱電対で温度を３回測定した。３回の測定のうち最大値と最小値との差を求め、「測定バラツキ」を評価した。
又、セラミックヒータ部１００に８．４Ｖの電圧を印加し、領域Ｒに実施例のシース熱電対１５０を直接接しさせ、セラミックヒータ部１００の発熱温度（これを基準温度とする）を測定した。そして、基準温度と、実施例及び各比較例の３回の測定の平均値との差を求め、「セラミックヒータ部の短時間昇温特性」を評価した。
得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、測温部とセラミックヒータ部との間に金属リングを介してシース熱電対を取り付けた実施例の場合、測定バラツキが小さく、かつセラミックヒータ部の短時間昇温特性にも優れ、セラミックヒータ部の温度を熱電対で正確に測定できることがわかる。
一方、金属リングを用いずにセラミックヒータ部の筒孔の内面と離間した状態でシース熱電対を取り付けた比較例１の場合、測定バラツキが大きく、測温精度が低下した。
金属リングを用いず、筒孔の内径に近い外径のシース熱電対を直接取り付けた比較例２の場合、シース内部の絶縁被覆材による熱引きが大きくなってセラミックヒータが所定温度まで上昇せず、短時間昇温特性が劣った。

１００ セラミックヒータ部
１００ｈ 筒孔
１０２ セラミック基体
１４２ 発熱パターン
１５０、１５０Ｂ 熱電対
１５１、１５２ 熱電対素線
１６０、１６２、１６４ 絶縁被覆層
１７０、１７２ 熱伝導部材
２００、２００Ｂ 熱電対付きヒータ
３００ ガスセンサ
ＡＸ 軸線
Ｓ 測温部
Ｒ 領域

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる筒状のセラミック基体を有し、該セラミック基体に通電により発熱する発熱パターンが設けられたセラミックヒータ部と、
   前記セラミック基体の筒孔の内部に配置される熱電対であって、被測定体の温度を検出する測温部を有する熱電対素線と、該熱電対素線を絶縁被覆する絶縁被覆層とを有する熱電対と、
   を備えた熱電対付きヒータであって、
   前記軸線方向において、前記発熱パターンが形成される領域と重なるように前記測温部が配置され、
   前記領域における前記熱電対と前記セラミックヒータ部との間隔の少なくとも一部が、前記領域以外の部位における前記熱電対と前記セラミックヒータ部との間隔よりも小さくなるように、前記熱電対または前記セラミックヒータ部の少なくとも一方に接合した略環状の熱伝導部材が配置されている熱電対付きヒータ。
2. 前記熱伝導部材は、前記絶縁被覆層と同一又はそれ以上の熱伝導率を有する請求項１に記載の熱電対付きヒータ。
3. 前記熱伝導部材が前記軸線方向における前記領域の内側のみに配置されている請求項１又は２に記載の熱電対付きヒータ。
4. 前記熱伝導部材が前記熱電対と前記セラミックヒータ部との両者に接している請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱電対付きヒータ。
5. 前記熱伝導部材が前記領域において、前記熱電対と前記セラミックヒータ部との両者に接している請求項４に記載の熱電対付きヒータ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電対付きヒータを備えたガスセンサ。

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