JP2019078655A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減する。【解決手段】ガスセンサ１は、セラミックユニット（以下、ＣＵ）１１と変換部１２とＣＵ３１とガス流通管４とセンサ素子３２と単一のヒータ３３とを備える。ＣＵ１１は、自身の内部に被測定ガスを導入するためのチャンバＣ１が設けられている。変換部１２は、チャンバＣ１内に収容され、被測定ガスに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換する。ＣＵ３１は、変換部１２を通過した被測定ガスを導入するためのチャンバＣ２が設けられている。ガス流通管４は、ＣＵ１１とＣＵ３１との間で被測定ガスを流通させる。センサ素子３２は、チャンバＣ２内に収容され、第２ガス成分を検出する。ヒータ３３は変換部１２とセンサ素子３２を加熱する。ＣＵ１１、ＣＵ３１およびヒータ３３が一体化されている。【選択図】図１

Description

本開示は、第１ガス成分を第２ガス成分に変換する変換部を備えるガスセンサに関する。

特許文献１には、チャンバ内に被測定ガスとしての大気が常に一定量供給されるよう構成され、チャンバ内の触媒によりＣＯ等の可燃性ガスを燃焼除去する前処理を行った後に被測定ガスをセンサ素子に接触させてＮＯｘ濃度を検出するガスセンサが記載されている。

特開平１０−３００７０２号公報

特許文献１に記載のガスセンサは、触媒を加熱するための第１ヒータと、センサ素子を加熱するための第２ヒータとを備えているため、消費電力が比較的大きい。
本開示は、ガスセンサにおいて消費電力を低減することを目的とする。

本開示の一態様は、第１セラミックユニットと、変換部と、第２セラミックユニットと、流通部と、検出部と、単一のヒータとを備えるガスセンサである。
第１セラミックユニットは、複数の第１セラミック層を積層して形成され、自身の内部に被測定ガスを導入するための第１チャンバが設けられている。変換部は、第１チャンバ内に収容され、自身の内部を通過する被測定ガスに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換するように構成されている。第２セラミックユニットは、複数の第２セラミック層を積層して形成され、自身の内部に、変換部を通過した被測定ガスを導入するための第２チャンバが設けられている。

流通部は、第１セラミックユニットから排出された被測定ガスを、第２セラミックユニットの内部へ導入させるために、第１セラミックユニットと第２セラミックユニットとの間で被測定ガスを流通させるように構成されている。検出部は、第２チャンバ内に収容され、被測定ガスに含まれる第２ガス成分を検出するように構成されている。単一のヒータは、変換部および検出部を加熱する。

そして、本開示のガスセンサでは、ヒータにて生じる熱が第１セラミックユニットおよび第２セラミックユニットに伝導するように、第１セラミックユニット、第２セラミックユニットおよびヒータが一体化されている。

このように構成された本開示のガスセンサでは、内部に変換部を収容する第１セラミックユニットと、内部に検出部を収容する第２セラミックユニットとが、セラミック層を積層して形成されており、且つ、第１セラミックユニット、第２セラミックユニットおよびヒータが一体化されている。これにより、本開示のガスセンサは、ヒータにて生じる熱が第１セラミックユニットおよび第２セラミックユニットを伝導して変換部および検出部を加熱する場合に、第１セラミックユニットおよび第２セラミックユニットから放出される熱量を低減することができる。セラミックは金属よりも熱の放出が少ないためである。このため、本開示のガスセンサは、変換部および検出部をヒータで加熱するための消費電力を低減することができる。

また、本開示のガスセンサでは、具体的には、第１セラミック層および第２セラミック層は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミックで形成されているようにしてもよい。

また、本開示のガスセンサでは、流通部は、非金属材料で形成されているようにしてもよい。これにより、本開示のガスセンサは、流通部が金属材料で形成されている場合と比較して、流通部から放出される熱量を低減することができる。このため、本開示のガスセンサは、変換部および検出部をヒータで加熱するための消費電力を更に低減することができる。

また、本開示のガスセンサでは、流通部は、管状に形成され、第１セラミックユニットには、流通部の一端と嵌合される第１差し込み部材が結合され、第２セラミックユニットには、流通部の他端と嵌合される第２差し込み部材が結合されているようにしてもよい。そして、本開示のガスセンサでは、第１差し込み部材および第２差し込み部材は、非金属材料で形成されているようにしてもよい。これにより、本開示のガスセンサは、第１差し込み部材および第２差し込み部材が金属材料で形成されている場合と比較して、第１差し込み部材および第２差し込み部材から放出される熱量を低減することができる。このため、本開示のガスセンサは、変換部および検出部をヒータで加熱するための消費電力を更に低減することができる。

また、本開示のガスセンサでは、第１差し込み部材および第２差し込み部材はそれぞれ、非金属接着剤を介して、第１セラミックユニットおよび第２セラミックユニットに結合されているようにしてもよい。これにより、本開示のガスセンサは、第１差し込み部材および第２差し込み部材が金属接着剤を介して結合されている場合と比較して、第１差し込み部材および第２差し込み部材を結合するための接着剤から放出される熱量を低減することができる。このため、本開示のガスセンサは、変換部および検出部をヒータで加熱するための消費電力を更に低減することができる。

第１実施形態のガスセンサ１の断面図である。 第２実施形態のガスセンサ１０１の断面図である。 別の実施形態のガスセンサ１の断面図である。

（第１実施形態）
以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のガスセンサ１は、図１に示すように、調整ユニット２と、センサユニット３と、ガス流通管４とを備える。

調整ユニット２は、セラミックユニット１１と、変換部１２とを備える。
セラミックユニット１１は、蓋体２１と、枠体２２と、差し込み部材２３，２４とを備える。

蓋体２１は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、平面視で矩形状に形成された板状の部材である。蓋体２１には、２つの貫通孔２１ａ，２１ｂが形成されている。
枠体２２は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、外周が蓋体２１の外周と一致するように枠状に形成された部材である。枠体２２は、蓋体２１の上面２１ｃの周縁に沿って、枠体２２の外周が蓋体２１の外周と一致するようにして、蓋体２１の上面２１ｃ上で、セラミック接着剤７１（アルミナなどのセラミックを材料として構成された、耐熱セラミック系接着剤）を介して接合される。これにより、蓋体２１の上面２１ｃと枠体２２の内周面２２ａとで包囲される空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１に変換部１２が収容される。

差し込み部材２３，２４は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、筒状に形成された部材である。差し込み部材２３は、上端部２３ａが蓋体２１の貫通孔２１ａに挿入された状態で、セラミック接着剤２６により蓋体２１に接着される。同様に、差し込み部材２４は、上端部２４ａが蓋体２１の貫通孔２１ｂに挿入された状態で、セラミック接着剤２６により蓋体２１に接着される。これにより、差し込み部材２３における下端部２３ｂの開口部から空間Ｓ１にガスを導入することができる。また、空間Ｓ１から差し込み部材２４における下端部２４ｂの開口部へガスを排出することができる。

なお、蓋体２１、枠体２２および差し込み部材２３，２４は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質で形成されている。室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質としては、アルミナに限定されず、ムライト、フォルステライトなどを挙げることができる。

変換部１２は、触媒を担持したゼオライトを材料として、直方体形状に形成された多孔質状の部材であり、自身の内部をガスが流通する。本実施形態では、ゼオライトに担持されている触媒はＰｔである。この触媒は、所定の活性化温度において、変換部１２の内部を流通する被測定ガスに含まれる第１ガス成分（本実施形態ではＮＯ）を第２ガス成分（本実施形態ではＮＯ_２）に変換する。変換部１２は、空間Ｓ１において、貫通孔２１ａと貫通孔２１ｂとの間に配置される。これにより、貫通孔２１ａを通って空間Ｓ１に導入された被測定ガスは、変換部１２の内部を通って、貫通孔２１ｂから排出される。なお、被測定ガスが変換部１２の内部を通過することにより、被測定ガスに含まれる第１ガス成分が第２ガス成分に変換される。なお、変換部１２の上面１２ａおよび下面１２ｂは、図示しないセラミック接着剤を介して、後述するセラミック配線基板３４、蓋体２１に対してそれぞれ接合され、変換部１２は空間Ｓ１の内部で固定される。

センサユニット３は、セラミックユニット３１と、センサ素子３２と、ヒータ３３と、セラミック配線基板３４とを備える。
セラミックユニット３１は、蓋体４１と、枠体４２と、差し込み部材４３，４４とを備える。

蓋体４１は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、平面視で矩形状に形成された板状の部材である。蓋体４１には、２つの貫通孔４１ａ，４１ｂが形成されている。
枠体４２は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、外周が蓋体４１の外周と一致するように枠状に形成された部材である。枠体４２は、蓋体４１の下面４１ｃの周縁に沿って、枠体４２の外周が蓋体４１の外周と一致するようにして、蓋体４１の下面４１ｃ上で、セラミック接着剤７４を介して接合される。これにより、蓋体４１の下面４１ｃと枠体４２の内周面４２ａとで包囲される空間Ｓ２が形成される。

差し込み部材４３，４４は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として、筒状に形成された部材である。差し込み部材４３は、下端部４３ａが蓋体４１の貫通孔４１ａに挿入された状態で、セラミック接着剤４６により蓋体４１に接着される。同様に、差し込み部材４４は、下端部４４ａが蓋体４１の貫通孔４１ｂに挿入された状態で、セラミック接着剤４６により蓋体４１に接着される。これにより、差し込み部材４３における上端部４３ｂの開口部から空間Ｓ２にガスを導入することができる。また、空間Ｓ２から差し込み部材４４における上端部４４ｂの開口部へガスを排出することができる。

なお、蓋体４１、枠体４２および差し込み部材４３，４４は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質で形成されている。室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質としては、上記したように、アルミナに限定されず、ムライト、フォルステライトなどを挙げることができる。

センサ素子３２は、公知の構成を採用することができ、固体電解質体と一対の電極とからなる混成電位式のセンサ素子を用いたり、金属酸化物半導体と一対の電極とからなる抵抗変化式のセンサ素子を用いることができる。センサ素子３２は、被測定ガスに含まれるＮＯｘ（すなわちＮＯ_２）の濃度に応じて変化する電気的特性に基づいて、ＮＯｘ濃度を示す電気信号を出力する。

ヒータ３３は、例えば白金を主体とする材料にて形成された発熱抵抗体を備え、図示しない電源から供給される電力により、センサ素子３２を加熱する。ヒータ３３は、センサ素子３２の下面３２ａに設置され、センサ素子３２と一体化されている。

セラミック配線基板３４は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミック材料で形成され、本体部６１と狭幅部６２とを備える。本体部６１は、その外周の形状が蓋体４１および枠体４２の外周の形状と略一致するように矩形板状に形成されている。本体部６１の上面６１ａには、センサ素子３２を設置するための凹部６１ｂが部分的に形成されている。

狭幅部６２は、本体部６１を構成する４つの辺のうちの１つの辺から外側へ向かって延びて、矩形板状に形成されている。狭幅部６２は、狭幅部６２が外側へ向かって延びる方向に対して垂直な方向に沿った長さ（すなわち、幅）が、本体部６１の辺の長さより短くなるように形成されている。狭幅部６２上には、センサ素子３２およびヒータ３３に電気的に接続される配線が形成される。

そして、センサ素子３２およびヒータ３３は、ヒータ３３を図示しないセラミック接着剤で凹部６１ｂの底面に接着することにより凹部６１ｂ内に設置される。凹部６１ｂ内に設置されたセンサ素子３２およびヒータ３３は、図示しない複数の信号伝達部材（例えば、ワイヤーや端子片）を介して、セラミック配線基板３４に形成された複数の配線と接続され、センサ素子３２およびヒータ３３は、外部回路とセラミック配線基板３４の配線および信号伝達部材を介して電気的に接続される。

枠体２２の上面２２ｂとセラミック配線基板３４の本体部６１における下面６１ｃの外周部分とが、セラミック接着剤７２を介して接合される。これにより、枠体２２における上面２２ｂ側の開口部がセラミック配線基板３４の本体部６１により閉塞される。このように、蓋体２１と枠体２２とセラミック配線基板３４とにより閉塞された内部空間がチャンバＣ１を形成する。なお、セラミック配線基板３４の本体部６１における下面６１ｃと、直方体形状に形成された変換部１２の上面１２ａとは、図示しないセラミック接着剤を介して接合される。

また、枠体４２の下面４２ｂとセラミック配線基板３４の本体部６１における上面６１ａの外周部分とが、セラミック接着剤７３を介して接合される。これにより、枠体４２における下面４２ｂ側の開口部がセラミック配線基板３４の本体部６１により閉塞される。このように、蓋体４１と枠体４２とセラミック配線基板３４とにより閉塞された内部空間がチャンバＣ２を形成する。

これにより、変換部１２、セラミック配線基板３４、ヒータ３３およびセンサ素子３２が順次積層された状態となる。このため、矢印Ｈ１で示すように、ヒータ３３で発生した熱はセンサ素子３２に伝わる。また、矢印Ｈ２で示すように、ヒータ３３で発生した熱は、セラミック配線基板３４を介して変換部１２に伝わる。

ガス流通管４は、樹脂で形成されている。そして、ガス流通管４の一端の開口部内に差し込み部材２４が差し込まれ、ガス流通管４の他端の開口部内に差し込み部材４３が差し込まれる。これにより、チャンバＣ１から排出された被測定ガスは、ガス流通管４を通ってチャンバＣ２に流入する。そして、チャンバＣ２内に設置されているセンサ素子３２が、チャンバＣ２内に流入した被測定ガスに含まれる第２ガス成分の濃度を検出する。チャンバＣ２内に流入した被測定ガスは、差し込み部材４４からガスセンサ１の外部へ排出される。

このように構成されたガスセンサ１は、セラミックユニット１１と、変換部１２と、セラミックユニット３１と、ガス流通管４と、センサ素子３２と、単一のヒータ３３とを備える。

セラミックユニット１１は、セラミックで形成された蓋体２１と枠体２２とを積層して形成され、自身の内部に被測定ガスを導入するためのチャンバＣ１が設けられている。変換部１２は、チャンバＣ１内に収容され、自身の内部を通過する被測定ガスに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換するように構成されている。セラミックユニット３１は、セラミックで形成された蓋体４１と枠体４２とを積層して形成され、自身の内部に、変換部１２を通過した被測定ガスを導入するためのチャンバＣ２が設けられている。

ガス流通管４は、セラミックユニット１１から排出された被測定ガスを、セラミックユニット３１の内部へ導入させるために、セラミックユニット１１とセラミックユニット３１との間で被測定ガスを流通させるように構成されている。センサ素子３２は、チャンバＣ２内に収容され、被測定ガスに含まれる第２ガス成分を検出するように構成されている。単一のヒータ３３は、変換部１２およびセンサ素子３２を加熱する。

そしてガスセンサ１では、ヒータ３３にて生じる熱がセラミックユニット１１およびセラミックユニット３１に伝導するように、セラミックユニット１１、セラミックユニット３１およびヒータ３３が一体化されている。

このようにガスセンサ１では、内部に変換部１２を収容するセラミックユニット１１と、内部にセンサ素子３２を収容するセラミックユニット３１とが、セラミック層を積層して形成されており、且つ、セラミックユニット１１、セラミックユニット３１およびヒータ３３が一体化されている。これにより、ガスセンサ１は、ヒータ３３にて生じる熱がセラミックユニット１１およびセラミックユニット３１を伝導して変換部１２およびセンサ素子３２を加熱する場合に、セラミックユニット１１およびセラミックユニット３１から放出される熱量を低減することができる。セラミックは金属よりも熱の放出が少ないためである。このため、ガスセンサ１は、変換部１２およびセンサ素子３２をヒータ３３で加熱するための消費電力を低減することができる。

またガスセンサ１では、ガス流通管４は、非金属材料で形成されている。これにより、ガスセンサ１は、ガス流通管４が金属材料で形成されている場合と比較して、ガス流通管４から放出される熱量を低減することができる。このため、ガスセンサ１は、変換部１２およびセンサ素子３２をヒータ３３で加熱するための消費電力を更に低減することができる。

またガスセンサ１では、ガス流通管４は、管状に形成され、セラミックユニット１１には、ガス流通管４の一端と嵌合される差し込み部材２４が結合され、セラミックユニット３１には、ガス流通管４の他端と嵌合される差し込み部材４３が結合されている。そしてガスセンサ１では、差し込み部材２４および差し込み部材４３は、非金属材料で形成されている。これにより、ガスセンサ１は、差し込み部材２４および差し込み部材４３が金属材料で形成されている場合と比較して、差し込み部材２４および差し込み部材４３から放出される熱量を低減することができる。このため、ガスセンサ１は、変換部１２およびセンサ素子３２をヒータ３３で加熱するための消費電力を更に低減することができる。

またガスセンサ１では、差し込み部材２４および差し込み部材４３はそれぞれ、セラミック接着剤２６およびセラミック接着剤４６を介して、セラミックユニット１１およびセラミックユニット３１に結合されている。これにより、ガスセンサ１は、差し込み部材２４および差し込み部材４３が金属接合体（例えば、ロー材）を介して結合されている場合と比較して、差し込み部材２４および差し込み部材４３を結合するための接着剤から放出される熱量を低減することができる。このため、ガスセンサ１は、変換部１２およびセンサ素子３２をヒータ３３で加熱するための消費電力を更に低減することができる。

以上説明した実施形態において、蓋体２１および枠体２２は第１セラミック層に相当し、チャンバＣ１は第１チャンバに相当し、セラミックユニット１１は第１セラミックユニットに相当し、センサ素子３２は検出部に相当する。

また、蓋体４１および枠体４２は第２セラミック層に相当し、チャンバＣ２は第２チャンバに相当し、セラミックユニット３１は第２セラミックユニットに相当する。
また、ガス流通管４は流通部に相当し、差し込み部材２４は第１差し込み部材に相当し、差し込み部材４３は第２差し込み部材に相当し、セラミック接着剤２６，４６は非金属接着剤に相当する。

（第２実施形態）
以下に本開示の第２実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のガスセンサ１０１は、図２に示すように、セラミックユニット１０２と、ガス流通管１０３と、変換部１０４と、センサ素子１０５と、ヒータ１０６とを備える。

セラミックユニット１０２は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として形成されたセラミック層１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９が順次積層された構造を有している。またセラミックユニット１０２は、例えばアルミナなどのセラミックを材料として筒状に形成された差し込み部材１２１，１２２，１２３，１２４を備える。なお、セラミック層１１１〜１１９および差し込み部材１２１〜１２４は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質で形成されている。

セラミック層１１１は、平面視で矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１１には、１つの貫通孔１１１ａが形成されている。
セラミック層１１２は、外周がセラミック層１１１の外周と一致するように枠状に形成された部材である。セラミック層１１２は、セラミック層１１１の下面１１１ｂの周縁に沿って、セラミック層１１１の外周がセラミック層１１１の外周と一致するようにして、セラミック層１１１の下面１１１ｂ上で、セラミック接着剤１７５を介して接合される。これにより、セラミック層１１１の下面１１１ｂとセラミック層１１２の内周面１１２ａとで包囲される空間Ｓ１１が形成される。この空間Ｓ１１に変換部１０４が収容される。

セラミック層１１３は、外周がセラミック層１１１の外周と一致するように枠状に形成された部材である。セラミック層１１３は、その枠の幅がセラミック層１１２の枠の幅よりも長くなるように形成されている。このため、セラミック層１１３は、セラミック層１１２よりも内側に突出している。なお、セラミック層１１２とセラミック層１１３とは、同時焼成されて予め一体化された構成となっている。

セラミック層１１４は、平面視でセラミック層１１１よりも広い面積を有する矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１４は、セラミック層１１４の矩形を構成する四辺のうちの一辺が、セラミック層１１３の矩形を構成する四辺のうちの一辺と一致するようにして、セラミック層１１３の下面１１３ｃ上で、セラミック接着剤１７４を介して接合される。セラミック層１１４には、２つの貫通孔１１４ａ，１１４ｂが形成されている。貫通孔１１４ａは、開口部１１３ａと対向する位置に形成される。貫通孔１１４ｂは、セラミック層１１３が設置されていない位置に形成される。

セラミック層１１１，１１２，１１３，１１４により閉塞された内部空間がチャンバＣ１１を形成する。以下、セラミックユニット１０２を構成するセラミック層１１１〜１１９のうち、チャンバＣ１１を形成する部分をセラミックユニット１０２ａという。具体的には、セラミック層１１１，１１２，１１３と、セラミック層１１４，１１５の一部分とによりセラミックユニット１０２ａが形成されている。

セラミック層１１５は、外周がセラミック層１１４の外周と一致するように矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１５は、セラミック層１１４の外周がセラミック層１１５の外周と一致するようにして、セラミック層１１４の下面１１４ｃ上で、セラミック接着剤１７３を介して接合される。セラミック層１１５には、２つの貫通孔１１５ａ，１１５ｂが形成されている。貫通孔１１５ａは、貫通孔１１４ａと対向する位置に形成される。貫通孔１１５ｂは、貫通孔１１４ｂと対向する位置に形成される。

セラミック層１１６は、平面視で矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１６には、１つの貫通孔１１６ａが形成されている。セラミック層１１６は、貫通孔１１５ａを閉塞しないように、且つ、貫通孔１１６ａが貫通孔１１５ｂと対向するようにして、セラミック層１１５の下面１１５ｃ上で、セラミック接着剤１７２を介して接合される。これにより、セラミック層１１６は、セラミック層１１６の一部がセラミック層１１５の外周から突出するように設置される。

セラミック層１１７は、外周がセラミック層１１６の外周と一致するように矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１７には、１つの貫通孔１１７ａが形成されている。セラミック層１１７は、貫通孔１１７ａが貫通孔１１６ａと対向するようにして、セラミック層１１６の下面１１６ｂに配置される。

セラミック層１１８は、外周がセラミック層１１７の外周と一致するように矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１８には、１つの貫通孔１１８ａが形成されている。セラミック層１１８は、貫通孔１１８ａが貫通孔１１７ａと対向するようにして、セラミック層１１７の下面１１７ｂに配置される。なお、セラミック層１１８の貫通孔１１８ａは、セラミック層１１８の一部がセラミック層１１７よりも内側に突出するように形成されている。なお、セラミック層１１６、１１７、１１８の３つの層は、同時焼成されて予め一体化された構成となっている。

セラミック層１１９は、平面視で矩形状に形成された板状の部材である。セラミック層１１９には、１つの貫通孔１１９ａが形成されている。セラミック層１１９は、貫通孔１１９ａが貫通孔１１８ａと対向するようにして、セラミック層１１８の下面１１８ｂ上で、セラミック接着剤１７１を介して接合される。

セラミック層１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９により閉塞された内部空間がチャンバＣ１２を形成する。以下、セラミックユニット１０２を構成するセラミック層１１１〜１１９のうち、チャンバＣ１２を形成する部分をセラミックユニット１０２ｂという。具体的には、セラミック層１１６，１１７，１１８，１１９と、セラミック層１１４，１１５の一部分とによりセラミックユニット１０２ｂが形成されている。

差し込み部材１２１は、下端部１２１ａがセラミック層１１１の貫通孔１１１ａに挿入された状態で、セラミック接着剤１２６によりセラミック層１１１に接着される。同様に、差し込み部材１２２は、上端部１２２ａがセラミック層１１５の貫通孔１１５ａに挿入された状態で、セラミック接着剤１２６によりセラミック層１１５に接着される。これにより、差し込み部材１２１における上端部１２１ｂの開口部からチャンバＣ１１にガスを導入することができる。また、チャンバＣ１１から差し込み部材１２２における下端部１２２ｂの開口部へガスを排出することができる。

差し込み部材１２３は、上端部１２３ａがセラミック層１１９の貫通孔１１９ａに挿入された状態で、セラミック接着剤１２６によりセラミック層１１９に接着される。同様に、差し込み部材１２４は、下端部１２４ａがセラミック層１１４の貫通孔１１４ｂに挿入された状態で、セラミック接着剤１２６によりセラミック層１１４に接着される。これにより、差し込み部材１２３における下端部１２３ｂの開口部からチャンバＣ１２にガスを導入することができる。また、チャンバＣ１２から差し込み部材１２４における上端部１２４ｂの開口部へガスを排出することができる。

ガス流通管１０３は、樹脂で形成されている。そして、ガス流通管１０３の一端の開口部内に差し込み部材１２２が差し込まれ、ガス流通管１０３の他端の開口部内に差し込み部材１２３が差し込まれる。これにより、チャンバＣ１１から排出された被測定ガスは、ガス流通管１０３を通ってチャンバＣ１２に流入する。

変換部１０４は、変換部１２と同様に、触媒を担持したゼオライトを材料として、直方体形状に形成された部材である。変換部１０４は、セラミック層１１３の開口部１１３ａを跨ぐようにして、セラミック層１１３の上面１１３ｂ上に設置される。変換部１０４は、変換部１０４とセラミック層１１２との間に配置されるセラミック接着剤１０７によりセラミック層１１２に接着される。これにより、貫通孔１１１ａを通ってチャンバＣ１１に導入された被測定ガスは、変換部１０４の内部を通って、貫通孔１１４ａから排出される。なお、被測定ガスが変換部１０４の内部を通過することにより、被測定ガスに含まれる第１ガス成分（本実施形態ではＮＯ）が第２ガス成分（本実施形態ではＮＯ_２）に変換される。

センサ素子１０５は、センサ素子３２と同様に、被測定ガスに含まれるＮＯｘ（すなわちＮＯ_２）の濃度に応じて変化する電気的特性に基づいて、ＮＯｘ濃度を示す電気信号を出力する構成を有するものである。

ヒータ１０６は、例えば白金を主体とする材料にて形成された発熱抵抗体を備え、図示しない電源から供給される電力により、センサ素子１０５を加熱する。ヒータ１０６は、センサ素子１０５の下面１０５ａに設置され、センサ素子１０５と一体化されている。

センサ素子１０５およびヒータ１０６は、センサ素子１０５の下面１０５ａが図示しない接着剤でセラミック層１１９に接着されることで、チャンバＣ１２内に設置される。これにより、ヒータ１０６は、セラミック層１１９と対向するように設置される。

センサ素子１０５およびヒータ１０６に電気的に接続される複数の配線１０８（図２では１つのみが記載）は、セラミック層１１６の上面１１６ｃ上において、チャンバＣ１２の内部から、セラミック層１１５とセラミック層１１６との間を貫通してセラミック層１１５の外部へ延びるように設置される。なお、センサ素子３２およびヒータ３３は、図示しない複数の信号伝達部材（例えば、ワイヤーや端子片）を介して、複数の配線１０８と接続され、センサ素子３２およびヒータ３３は、外部回路と配線１０８および信号伝達部材を介して電気的に接続される。

このように構成されたガスセンサ１０１は、セラミックユニット１０２ａと、変換部１０４と、セラミックユニット１０２ｂと、ガス流通管１０３と、センサ素子１０５と、単一のヒータ１０６とを備える。

セラミックユニット１０２ａは、セラミック層１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６を積層して形成され、自身の内部に被測定ガスを導入するためのチャンバＣ１１が設けられている。変換部１０４は、チャンバＣ１１内に収容され、自身の内部を通過する被測定ガスに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換するように構成されている。セラミックユニット１０２ｂは、セラミック層１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９を積層して形成され、自身の内部に、変換部１０４を通過した被測定ガスを導入するためのチャンバＣ１２が設けられている。

ガス流通管１０３は、セラミックユニット１０２ａから排出された被測定ガスを、セラミックユニット１０２ｂの内部へ導入させるために、セラミックユニット１０２ａとセラミックユニット１０２ｂとの間で被測定ガスを流通させるように構成されている。センサ素子１０５は、チャンバＣ１２内に収容され、被測定ガスに含まれる第２ガス成分を検出するように構成されている。単一のヒータ１０６は、変換部１０４およびセンサ素子１０５を加熱する。

そしてガスセンサ１０１では、ヒータ１０６にて生じる熱がセラミックユニット１０２ａおよびセラミックユニット１０２ｂに伝導するように、セラミックユニット１０２ａ、セラミックユニット１０２ｂおよびヒータ１０６が一体化されている。

このようにガスセンサ１０１では、内部に変換部１０４を収容するセラミックユニット１０２ａと、内部にセンサ素子１０５を収容するセラミックユニット１０２ｂとが、セラミック層を積層して形成されており、且つ、セラミックユニット１０２ａ、セラミックユニット１０２ｂおよびヒータ１０６が一体化されている。これにより、ガスセンサ１０１は、ヒータ１０６にて生じる熱がセラミックユニット１０２ａおよびセラミックユニット１０２ｂを伝導して変換部１０４およびセンサ素子１０５を加熱する場合に、セラミックユニット１０２ａおよびセラミックユニット１０２ｂから放出される熱量を低減することができる。セラミックは金属よりも熱の放出が少ないためである。このため、ガスセンサ１０１は、変換部１０４およびセンサ素子１０５をヒータ１０６で加熱するための消費電力を低減することができる。

以上説明した実施形態において、セラミック層１１１〜１１６は第１セラミック層に相当し、チャンバＣ１１は第１チャンバに相当し、セラミックユニット１０２ａは第１セラミックユニットに相当し、センサ素子１０５は検出部に相当する。

また、セラミック層１１４〜１１９は第２セラミック層に相当し、チャンバＣ１２は第２チャンバに相当し、セラミックユニット１０２ｂは第２セラミックユニットに相当する。

また、ガス流通管１０３は流通部に相当し、差し込み部材１２２は第１差し込み部材に相当し、差し込み部材１２３は第２差し込み部材に相当し、セラミック接着剤１２６は非金属接着剤に相当する。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば上記第１実施形態では、ヒータ３３が凹部６１ｂの底面に接着される形態を示した。しかし、図３に示すように、ヒータ３３が凹部６１ｂの底面から離れた状態となるようにして、ヒータ３３と一体化されたセンサ素子３２がチャンバＣ２の内部に設置されるようにしてもよい。なお、この場合、センサ素子３２およびヒータ３３は、複数の信号伝達部材９１（例えば、ワイヤーや端子片）を介してセラミック配線基板６２の複数の配線に接続されることで、セラミック配線基板６２に対してセンサ素子３２およびヒータ３３は宙吊り固定される。

また上記第１実施形態では、セラミック配線基板３４の本体部６１における下面６１ｃと変換部１２の上面１２ａとが図示しないセラミック接着剤を介して接触する形態を示した。しかし、図３に示すように、変換部１２の上面１２ａが本体部６１における下面６１ｃから離れた状態となるとともに、変換部１２が貫通孔２１ａ，２１ｂを塞ぐようにして、変換部１２がチャンバＣ１の内部に設置されるようにしてもよい。なお、この場合、変換部１２は、下面１２ｂが図示しないセラミック接触剤を介してセラミック層１２に接合される以外に、変換部１２の側周面１２ｃとセラミック層２２との間にセラミック接着剤８１を充填することで、チャンバＣ１に導入された被測定ガスを効率よく変換部１２に接しられるようにしつつ、変換部１２を空間Ｓ１の内部に固定するようにしている。

上記実施形態では、ガス流通管４およびガス流通管１０３が樹脂で形成されている形態を示したが、樹脂に限定されるものではなく、非金属材料であればよい。
上記実施形態では、差し込み部材２３，２４，４３，４４および差し込み部材１２１，１２２，１２３，１２４がセラミックで形成されている形態を示したが、差し込み部材は非金属材料で形成されていればよく、セラミックの他に例えば樹脂が挙げられる。しかし、ガスセンサ１，１０１における消費電力の増加が許容できる範囲内であれば、差し込み部材が金属材料で形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、蓋体２１、枠体２２、セラミック配線基板３４、枠体４２、蓋体４１を接合するにあたってセラミック接着剤を用いる形態や、セラミック層１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１８，１１９を接合するにあたってセラミック接着剤を用いる形態を示したが、セラミック接着剤と同等以下の熱伝導率を有する非金属接着材（例えば、ガラス接着剤）を用いるようにしても良い。さらに、上記実施形態では、差し込み部材２３，２４，４３，４４および差し込み部材１２１，１２２，１２３，１２４がセラミック接着剤によりに接着される形態を示したが、接着剤は非金属接着剤であればよく、セラミック接着剤の他に例えばガラス接着剤が挙げられる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…ガスセンサ、４…ガス流通管、１１…セラミックユニット、１２…変換部、２１…蓋体、２２…枠体、３１…セラミックユニット、３２…センサ素子、３３…ヒータ、４１…蓋体、４２…枠体、１０１…ガスセンサ、１０２，１０２ａ，１０２ｂ…セラミックユニット、１０３…ガス流通管、１０４…変換部、１０５…センサ素子、１０６…ヒータ、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９…セラミック層、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２…チャンバ

Claims (5)

1. 複数の第１セラミック層を積層して形成され、自身の内部に被測定ガスを導入するための第１チャンバが設けられた第１セラミックユニットと、
   前記第１チャンバ内に収容され、自身の内部を通過する前記被測定ガスに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換するように構成された変換部と、
   複数の第２セラミック層を積層して形成され、自身の内部に、前記変換部を通過した前記被測定ガスを導入するための第２チャンバが設けられた第２セラミックユニットと、
   前記第１セラミックユニットから排出された前記被測定ガスを、前記第２セラミックユニットの内部へ導入させるために、前記第１セラミックユニットと前記第２セラミックユニットとの間で前記被測定ガスを流通させるように構成された流通部と、
   前記第２チャンバ内に収容され、前記被測定ガスに含まれる前記第２ガス成分を検出するように構成された検出部と、
   前記変換部および前記検出部を加熱する単一のヒータとを備え、
   前記ヒータにて生じる熱が前記第１セラミックユニットおよび前記第２セラミックユニットに伝導するように、前記第１セラミックユニット、前記第２セラミックユニットおよび前記ヒータが一体化されているガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサであって、
   前記第１セラミック層および前記第２セラミック層は、室温における熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミックで形成されているガスセンサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
   前記流通部は、非金属材料で形成されているガスセンサ。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のガスセンサであって、
   前記流通部は、管状に形成され、
   前記第１セラミックユニットには、前記流通部の一端と嵌合される第１差し込み部材が結合され、前記第２セラミックユニットには、前記流通部の他端と嵌合される第２差し込み部材が結合されており、
   前記第１差し込み部材および前記第２差し込み部材は、非金属材料で形成されているガスセンサ。
5. 請求項４に記載のガスセンサであって、
   前記第１差し込み部材および前記第２差し込み部材はそれぞれ、非金属接着剤を介して、前記第１セラミックユニットおよび前記第２セラミックユニットに結合されているガスセンサ。