JP2019101013A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】還元性ガスの存在下で機能するセンサ素子の感度を維持できるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、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触媒と、触媒が配置された第１ケーシング２Ａとを有する触媒ユニット２と、触媒ユニットを通過した被測定ガス中の第２ガス成分を検知するセンサ素子３Ａと、センサ素子を格納する第２ケーシング３Ｂとを有するセンサユニット３と、第１ケーシング内の被測定ガスを第２ケーシング内に供給する流通路４と、流通路とは別に設けられると共に、還元性を有し、かつ第１ガス成分及び第２ガス成分とは異なる補助ガスを第２ケーシング内に供給する還元ユニット５と、触媒ユニットとセンサユニットとを加熱する少なくとも１つのヒータ６とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ガスセンサに関する。

被測定ガス中の特定成分の濃度を測定するガスセンサとして、触媒を用いてガス中の成分を化学変化させた後に、センサ素子によってガス成分濃度を測定するものが公知である（特許文献１参照）。

特許文献１のガスセンサでは、触媒によって測定対象のガス成分を化学変化によってセンサ素子が検知可能な成分に変換すると共に、被測定対象に含まれる雑ガス成分を燃焼等の化学変化によって除去する。

特開平１０−３００７０２号公報

特許文献１のガスセンサでは、金属酸化物半導体からなるセンサ素子が適用されているが、ガスセンサの種別には固体電解質体に電極を設けたセンサ素子、いわゆる固体電解質型のセンサ素子が適用されるものもある。

この固体電解質型のセンサ素子は、還元性ガス共存下において、特に数ｐｐｂから数百ｐｐｂレベルの極低濃度のＮＯｘを含むガス成分の測定を可能とする感度が得られる。しかし、固体電解質型のセンサ素子は、還元性ガスが減少することで、感度が低下する。

本開示の一局面は、還元性ガスの存在下で機能するセンサ素子の感度を維持できるガスセンサを提供することを目的とする。

本開示の一態様は、被測定ガスに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。ガスセンサは、触媒ユニットと、センサユニットと、流通路と、還元ユニットと、少なくとも１つのヒータと、を備える。触媒ユニットは、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触媒と、触媒が配置された第１ケーシングとを有する。センサユニットは、触媒ユニットを通過した被測定ガス中の第２ガス成分を検知するセンサ素子と、センサ素子を格納する第２ケーシングとを有する。流通路は、第１ケーシング内の被測定ガスを第２ケーシング内に供給するように構成される。還元ユニットは、流通路とは別に設けられると共に、還元性を有し、かつ第１ガス成分及び第２ガス成分とは異なる補助ガスを第２ケーシング内に供給するように構成される。少なくとも１つのヒータは、触媒ユニットとセンサユニットとを加熱するように構成される。

このような構成によれば、センサ素子が配置された第２ケーシング内に補助ガスが供給されることで、センサ素子における電極反応が活性化される。その結果、センサ素子の感度を維持できる。

また、還元ユニットが被測定ガスの流通路とは別に設けられるので、補助ガスの供給量の調整がし易い。また、補助ガスの供給源の交換又は追加も比較的容易に行うことができる。

本開示の一態様では、第１ケーシングと第２ケーシングとは隣接して配置されてもよい。流通路は、第１ケーシングと第２ケーシングとを貫通する貫通孔によって構成されてもよい。このような構成によれば、第１ケーシングと第２ケーシングとを連通する配管が不要となるため、ガスセンサのサイズとコストとを低減することができる。

本開示の一態様では、還元ユニットは、加熱により補助ガスを発生させる供給成分と、供給成分を格納するタンクと、補助ガスをタンク内から第２ケーシング内に供給するように構成された補助ガス供給路と、を有してもよい。このような構成によれば、センサ素子を加熱するための熱を利用して、第２ケーシング内に補助ガスを安定して供給することができる。

本開示の一態様では、還元ユニットは、タンク内に配置されると共に、供給成分が含浸した多孔質体をさらに有してもよい。このような構成によれば、補助ガスを容易かつ確実に第２ケーシングに供給でき、かつ還元ユニットの製造及び取り扱いが容易になる。

本開示の一態様では、タンクは、第２ケーシングに螺合された中空状のネジ部を有してもよい。ネジ部の内部空間は、補助ガス供給路を構成してもよい。このような構成によれば、タンクを容易かつ確実に第２ケーシングに取り付けられる。また、タンクの交換が容易に行えるので、メンテナンス性が向上する。さらに、補助ガス供給路がネジ部によって形成されるため、製造コストが低減される。

本開示の一態様では、還元ユニットは、加熱により補助ガスを発生させる固体の供給成分を有してもよい。供給成分は、第２ケーシング内に配置されてもよい。このような構成によっても、センサ素子を加熱するための熱を利用して、容易かつ確実に第２ケーシング内に補助ガスを供給することができる。また、還元ユニットの部品を低減できるので、ガスセンサのサイズとコストとを低減することができる。

本開示の一態様では、第２ケーシングは、還元ユニットに接続されると共に、第２ケーシング内における流通路の開口近傍に補助ガスを供給するように構成された内部供給路を有してもよい。このような構成によれば、補助ガスが第２ケーシング内に拡散する前に被測定ガスと補助ガスとを混合できるので、補助ガスを均質に、かつ安定して被測定ガスに混合できる。

本開示の一態様では、第２ケーシングは、還元ユニットに接続されると共に、流通路内に補助ガスを供給するように構成された内部供給路を有してもよい。このような構成によれば、より安定して補助ガスを被測定ガスに混合できる。

実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図１とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図１及び図２とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図３のガスセンサの第２ケーシングを構成するセラミックグリーンシートの展開図である。 図１、図２及び図３とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図５のガスセンサの第２ケーシングを構成するセラミックグリーンシートの展開図である。 図１、図２、図３及び図５とは異なる実施形態の還元ユニットを示す模式的な断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すガスセンサ１は、被測定ガスＧに含まれるガス成分の濃度を測定するためのガスセンサである。ガスセンサ１の測定対象のガス成分としては、窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素等が挙げられる。

ガスセンサ１は、環境管理、プロセス管理、医療等の分野に使用できる。ガスセンサ１は、特に数ｐｐｂから数百ｐｐｂレベルの極低濃度のＮＯｘを含むガスの測定、具体的には喘息診断に好適に使用できる。

ガスセンサ１は、図１に示すように、触媒ユニット２と、センサユニット３と、流通路４と、還元ユニット５と、１つのヒータ６と、導入路７と、排出路８と、を備える。

＜触媒ユニット＞
触媒ユニット２は、被測定ガスＧが含む第１ガス成分を化学変化させるための触媒（図示省略）と、触媒が配置された第１ケーシング２Ａとを有する。

上記触媒による化学変化には、ある成分を他の成分に変換することや、ある成分を燃焼させることが含まれる。具体的には、上記触媒は、被測定ガスＧに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換する。また、上記触媒は、ガスセンサ１が濃度を測定しない雑ガス成分を燃焼する。例えば、喘息診断の場合では、上記触媒は、測定対象であるＮＯをＮＯ_２に変換すると共に、ＣＯを燃焼させる。つまり、本実施形態では、第１ガス成分はＮＯであり、第２ガス成分はＮＯ_２である。

第１ケーシング２Ａには、第１ケーシング２Ａの内部空間と外部とをそれぞれ連通する導入口２Ｂ及び排出口２Ｃが設けられている。導入口２Ｂには、導入路７が接続されている。排出口２Ｃは、後述する流通路４を構成している。導入口２Ｂから第１ケーシング２Ａ内に導入された被測定ガスＧは、触媒に接触しながら、排出口２Ｃから第１ケーシング２Ａの外（具体的には第２ケーシング３Ｂ内）に排出される。

第１ケーシング２Ａの材質は特に限定されないが、第１ケーシング２Ａは例えばセラミックを主成分とする。ここで、「主成分」とは、８０質量％以上含有される成分を意味する。

触媒ユニット２の触媒は、例えば第１ケーシング２Ａの内面や、第１ケーシング２Ａ内に配置された基体部に配置されている。触媒ユニット２は、基体部によって形成されたガス流路を有してもよい。

例えば、触媒ユニット２のガス流路は、貫通孔又は切欠きをそれぞれ異なる位置に設けた複数のセラミック基板を積層することで形成されてもよい。各セラミック基板の平面パターンの設計により、立体的なジグザグ状のガス流路、複数の流路が並列に配置されたガス流路等が実現できる。

触媒ユニット２は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを重ね合わせて焼成することで基体部を形成し、この基体部に触媒スラリーを注入し、触媒スラリーを乾燥及び焼成することで得られる。また、各セラミック基板に触媒スラリーを塗布又は印刷し、触媒スラリーを乾燥及び焼成した後、ガラス等で複数のセラミック基板を接着してもよい。さらに、ペレット状の多孔質体に触媒を担持させたものを基体部の内部に挿入してもよいし、基体部の内部にテンプレート法によって網目状の多孔質部を形成し、触媒スラリーを注入、乾燥及び焼成してもよい。

触媒ユニット２の触媒は、用途や温度に応じて適宜選択される。触媒としては、例えば白金、ロジウム、金等の貴金属、又は、例えば酸化マンガン、酸化コバルト、酸化錫等の金属酸化物が使用される。

触媒によって、被測定ガスＧに含まれる還元性のガスは燃焼し、失われる。そのため、例えば喘息の測定では、触媒ユニット２を通過後の被測定ガスＧの成分は、実質的にＮ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、及びＮＯｘのみとなる。

＜センサユニット＞
センサユニット３は、触媒ユニット２を通過した被測定ガスＧ中の第２ガス成分を検知するための固体電解質型のセンサ素子３Ａと、センサ素子３Ａを格納する第２ケーシング３Ｂとを有する。

センサ素子３Ａは、第２ガス成分と内部の酸素イオンとによる電極反応が生じる混成電位式の素子である。混成電位式のセンサ素子３Ａは、公知であるため詳述はしないが、例えば、セラミック基板に積層された酸素イオン伝導性の固体電解質体上に異なる材料からなる２つの電極を設け、これら２つの電極間の電位差をセンサ信号として出力する構成を有する。なお、セラミック基板と固体電解質体との間の熱膨張差に起因する応力を緩和するために、セラミック基板又は固体電解質体に添加物を添加するとよい。

第２ケーシング３Ｂは、基材部３Ｃと、蓋部３Ｄとを有する。
基材部３Ｃは、センサ素子３Ａが配置される底面を有する。また、基材部３Ｃには、第２ケーシング３Ｂの内部空間と外部とを連通する導入口３Ｅが底面に設けられている。センサ素子３Ａは、基材部３Ｃの底面に、例えばガラスや無機系接着剤によって固定されている。基材部３Ｃの材質は特に限定されないが、基材部３Ｃは例えばセラミックを主成分とする。

基材部３Ｃは、その表面又は内部に配置された配線を有する。この配線は、センサ素子３Ａ及びヒータ６と外部回路とを接続するためのものであり、電極パッドを有する。この電極パッドには、センサ素子３Ａ及びヒータ６が、抵抗溶接、ボンディング等によって電気的に接続されている。また、基材部３Ｃは、外面の一部が第１ケーシング２Ａと接合されている。

蓋部３Ｄは、基材部３Ｃの底面を覆うように配置されている。換言すれば、蓋部３Ｄと基材部３Ｃとによって、センサ素子３Ａが配置される内部空間が画定されている。この内部空間を被測定ガスＧが通過する。蓋部３Ｄは、例えばアルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属で形成される。基材部３Ｃと蓋部３Ｄとは、例えば、無機系接着剤又はガラスによって接着される。

蓋部３Ｄには、第２ケーシング３Ｂの内部空間と外部とを連通する排出口３Ｆ及びネジ穴３Ｇが設けられている。排出口３Ｆには、排出路８が接続されている。ネジ穴３Ｇの内部にはネジ溝が設けられている。ネジ穴３Ｇには、後述する還元ユニット５のネジ部５Ｄが螺合されている。

導入口３Ｅ（つまり流通路４）から第２ケーシング３Ｂ内に導入された被測定ガスＧは、センサ素子３Ａに接触しながら、排出口３Ｆから第２ケーシング３Ｂの外（具体的にはガスセンサ１の系外）に排出される。

第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂとは、隣接して配置されている。具体的には、第１ケーシング２Ａの排出口２Ｃが設けられた壁と、第２ケーシング３Ｂの基材部３Ｃの導入口３Ｅが設けられた壁（つまりセンサ素子３Ａが配置された壁）とが、ガラスや無機系接着剤等によって接合されている。

＜流通路＞
流通路４は、第１ケーシング２Ａ内の被測定ガスＧを、第２ケーシング３Ｂ内に供給する。

流通路４は、第１ケーシング２Ａの排出口２Ｃと、第２ケーシング３Ｂの導入口３Ｅとが連結されることで構成されている。つまり、流通路４は、第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂとを貫通する貫通孔である。

流通路４の上流側の内面は第１ケーシング２Ａで構成され、流通路４の下流側の内面は第２ケーシング３Ｂによって構成されている。このように、触媒ユニット２とセンサユニット３とは、配管を介さず、直接接続されている。

＜還元ユニット＞
還元ユニット５は、第２ケーシング３Ｂ内に、還元性を有し、かつ第１ガス成分及び第２ガス成分とは異なる補助ガスを供給する。還元ユニット５は、流通路４とは別に設けられている。

還元ユニット５は、加熱により補助ガスを発生させる供給成分としての化合物と、この化合物を格納するタンク５Ａと、上記化合物が含浸した多孔質体５Ｂと、補助ガスをタンク５Ａ内から第２ケーシング３Ｂ内に供給する補助ガス供給路５Ｃとを有する。

本実施形態では、供給成分としての上記化合物は、ガスセンサ１の非使用時、つまり非加熱状態において液体であり、ヒータ６からの伝熱によって気化し、補助ガスとなる。この化合物としては、例えば、γーブチロラクトン、アセトフェノン等が好適である。

タンク５Ａは、上記化合物を格納するための容器である。タンク５Ａは、ネジ部５Ｄを有する。ネジ部５Ｄは、タンク５Ａの内部と外部とに連通する内部空間を有する。ネジ部５Ｄは、外周にネジ山を有し、第２ケーシング３Ｂのネジ穴３Ｇに螺合されている。タンク５Ａは、例えばアルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属で形成される。

多孔質体５Ｂは、上記化合物を保持するための部材であり、上記化合物が含浸している。多孔質体５Ｂは、タンク５Ａの内部に配置されている。多孔質体５Ｂは、例えばセラミックを主成分とする。

補助ガス供給路５Ｃは、上記化合物から発生した補助ガスをタンク５Ａ内から第２ケーシング３Ｂ内に供給する。これにより、ガスセンサ１の使用時における第２ケーシング３Ｂ内には、被測定ガスＧと補助ガスとが共存する。本実施形態では、ネジ部５Ｄの内部空間が、補助ガス供給路５Ｃの一部を構成している。なお、補助ガス供給路５Ｃは、第２ケーシング３Ｂ内のガスの流れにおける上流側、つまり導入口３Ｅに近づけて配置することが好ましい。

＜ヒータ＞
ヒータ６は、触媒ユニット２とセンサユニット３とを同時に加熱する。本実施形態では、ヒータ６は、センサ素子３Ａ内に配置されている。つまり、センサ素子３Ａとヒータ６とは一体化されている。ヒータ６をセンサ素子３Ａ内に配置することで、触媒ユニット２よりも高温かつ高精度で温度制御を行う必要のあるセンサ素子３Ａの温度制御が可能となる。

本実施形態では、１つのヒータ６で触媒ユニット２とセンサユニット３とを同時に加熱できるため、ガスセンサ１の消費電力を低減できる。また、ガスセンサ１の構造を簡素化することができる。また、ヒータ６による加熱によって、還元ユニット５において補助ガスを安定して発生させることができる。

ヒータ６は、例えば白金等の金属配線（つまり抵抗）によって構成される。ヒータ６は、第２ケーシング３Ｂの基材部３Ｃに形成された配線に電気的に接続され、外部から電力が供給されることで発熱する。

＜導入路及び排出路＞
導入路７は、触媒ユニット２に被測定ガスＧを導入及び供給する。排出路８は、センサユニット３を通過した被測定ガスＧを排出する。導入路７及び排出路８は、それぞれ、配管等によって構成される。

導入路７及び排出路８は、例えばステンレス等の金属で構成される。導入路７と第１ケーシング２Ａとの接続、及び排出路８と第２ケーシング３Ｂとの接続には、例えばロウ付けを用いることができる。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）センサ素子３Ａが配置された第２ケーシング３Ｂ内に補助ガスが供給されることで、センサ素子３Ａにおける電極反応が活性化される。その結果、センサ素子３Ａの感度を維持できる。

また、還元ユニット５が流通路４とは別に設けられるので、補助ガスの供給量の調整がし易い。また、補助ガスの供給源である化合物の交換又は追加も比較的容易に行うことができる。

（１ｂ）流通路４が第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂとを貫通する貫通孔によって構成されるため、第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂとを連通する配管が不要となる。その結果、ガスセンサ１のサイズとコストとを低減することができる。

（１ｃ）加熱により補助ガスを発生させる化合物を格納するタンク５Ａを用いることで、センサ素子３Ａを加熱するための熱を利用して、第２ケーシング３Ｂ内に補助ガスを安定して供給することができる。

（１ｄ）タンク５Ａ内に液体状の化合物が含浸した多孔質体５Ｂを配置することで、補助ガスを容易かつ確実に第２ケーシング３Ｂに供給でき、かつ還元ユニット５の製造及び取り扱いが容易になる。

（１ｅ）タンク５Ａが第２ケーシング３Ｂにネジ部５Ｄによって固定されるので、タンク５Ａを容易かつ確実に第２ケーシング３Ｂに取り付けられる。また、タンク５Ａの交換が容易に行えるので、メンテナンス性が向上する。さらに、補助ガス供給路５Ｃがネジ部５Ｄによって形成されるため、製造コストが低減される。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図２に示すガスセンサ１１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。

ガスセンサ１１は、触媒ユニット２と、センサユニット１３と、流通路４と、還元ユニット１５と、１つのヒータ６と、導入路７と、排出路８と、を備える。
触媒ユニット２、流通路４、ヒータ６、導入路７、及び排出路８は、図１のガスセンサ１と同じものであるため、同一符号を付して説明を省略する。また、センサユニット１３は、蓋部３Ｄがネジ穴３Ｇを有していない点を除いて、図１のセンサユニット３と同じものである。

還元ユニット１５は、加熱により補助ガスを発生させる固体の化合物１５Ａ（固体の供給成分である化合物１５Ａ）と、化合物１５Ａを保持する少なくとも１つの保持部１５Ｂとを有する。

化合物１５Ａは、ヒータ６によってセンサ素子３Ａを加熱した際にセンサ素子３Ａと共に加熱され、徐々に揮発して補助ガスとなる有機物である。化合物１５Ａは、ガスセンサ１１の非使用時、つまり非加熱状態において揮発しないような蒸気圧を有する。化合物１５Ａとしては、例えば、受熱することにより補助ガスを発生可能な、フッ素を含有する高分子材料が使用できる。

保持部１５Ｂは、化合物１５Ａを第２ケーシング３Ｂ内に保持している。保持部１５Ｂとしては、例えば板バネ、ネジ等が使用できる。本実施形態では、化合物１５Ａは、２つの板バネによって、蓋部３Ｄの内面（つまりセンサ素子３Ａと対向する面）に固定されている。

［２−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）センサ素子３Ａを加熱するための熱を利用して、容易かつ確実に第２ケーシング３Ｂ内に補助ガスを供給することができる。また、図１に示す第１実施形態の還元ユニット５に比して、図２に示す第２実施形態の還元ユニット１５は単純な構成であるため、ガスセンサ１１のサイズとコストとを第１実施形態のガスセンサ１よりも低減することができる。

［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図３に示すガスセンサ２１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。

ガスセンサ２１は、触媒ユニット２と、センサユニット２３と、流通路４と、還元ユニット２５と、１つのヒータ６と、導入路７と、排出路８と、を備える。触媒ユニット２、流通路４、ヒータ６、導入路７、及び排出路８は、図１のガスセンサ１と同じものであるため、同一符号を付して説明を省略する。

＜センサユニット＞
センサユニット２３は、センサ素子３Ａと、センサ素子３Ａを格納する第２ケーシング２３Ｂとを有する。センサ素子３Ａは、図１のガスセンサ１と同じものである。第２ケーシング２３Ｂは、基材部２３Ｃと、蓋部２３Ｄと、内部供給路２３Ｈとを有する。

基材部２３Ｃは、第２ケーシング２３Ｂの内部空間を形成する凹部２３Ｉを有する。また、基材部２３Ｃには、内部供給路２３Ｈの一部を構成する第１通路２３１が設けられている。

凹部２３Ｉの底面には、センサ素子３Ａが配置されると共に、第２ケーシング２３Ｂの内部空間と外部とを連通する導入口２３Ｅが設けられている。また、凹部２３Ｉの側面には、第１通路２３１（つまり、内部供給路２３Ｈ）の出口が設けられている。第１通路２３１の入口は、基材部２３Ｃの表面に設けられ、後述する第２通路２３２と接続されている。

蓋部２３Ｄは、基材部２３Ｃの凹部２３Ｉを覆うように配置されている。換言すれば、蓋部２３Ｄと基材部２３Ｃとによって、センサ素子３Ａが配置される内部空間が画定されている。この内部空間を被測定ガスＧが通過する。

蓋部２３Ｄには、第２ケーシング２３Ｂの内部空間と外部とを連通する排出口２３Ｆと、内部供給路２３Ｈの一部を構成する第２通路２３２とが設けられている。排出口２３Ｆは、凹部２３Ｉが構成する内部空間と連通する位置に設けられている。排出口２３Ｆには、排出路８が接続されている。

第２通路２３２は、凹部２３Ｉが構成する内部空間と連通しない位置に設けられている。第２通路２３２は、蓋部２３Ｄを貫通しており、後述する還元ユニット２５の補助ガス供給路２５Ｃと、基材部２３Ｃの第１通路２３１とに連結されている。

内部供給路２３Ｈは、基材部２３Ｃの第１通路２３１と蓋部２３Ｄの第２通路２３２とから構成されている。内部供給路２３Ｈは、還元ユニット２５に接続されると共に、第２ケーシング２３Ｂ内における流通路４の開口（つまり、導入口２３Ｅ）近傍に補助ガスを供給する。

具体的には、内部供給路２３Ｈは、被測定ガスＧの流れ方向において、触媒ユニット２より下流側かつセンサ素子３Ａよりも上流側の位置に補助ガスを供給する。つまり、内部供給路２３Ｈの出口は、凹部２３Ｉ内において、センサ素子３Ａに対して流通路４よりも離れた位置に設けられている。

したがって、内部供給路２３Ｈによって還元ユニット２５から供給される補助ガスは、流通路４から凹部２３Ｉ内に供給された被測定ガスＧがセンサ素子３Ａに到達する前に、被測定ガスＧと混合される。

基材部２３Ｃは、センサ素子３Ａがガラスや無機系接着剤によって固定される底面を有する形態をなしており、材質は特に限定されないが、例えばセラミックを主成分として構成される。また、蓋部２３Ｄは、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属で構成されている。

特に、基材部２３Ｃは、形状の異なる開口を設けた複数のセラミック基板を積層することで形成できる。例えば、基材部２３Ｃは、図４に示す開口Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がそれぞれ設けられた４枚のセラミックグリーンシート１０１〜１０４を重ね合わせて焼成することで形成できる。

セラミックグリーンシート１０１〜１０４における第１開口Ｓ１は、凹部２３Ｉに対応する。第２開口Ｓ２は、第１通路２３１に対応する。第３開口Ｓ３は、流通路４に対応する。

基材部２３Ｃと蓋部２３Ｄとは、例えば、無機系接着剤又はガラスによって接着される。また、排出路８と第２ケーシング２３Ｂとの接続には、例えばロウ付けを用いることができる。

＜還元ユニット＞
還元ユニット２５は、加熱により補助ガスを発生させる供給成分としての化合物と、この化合物を格納するタンク２５Ａと、上記化合物が含浸した多孔質体２５Ｂと、補助ガスをタンク２５Ａ内から第２ケーシング３Ｂの内部供給路２３Ｈに供給する補助ガス供給路２５Ｃとを有する。

タンク２５Ａは、ネジ部５Ｄを有しない点を除いて、図１のガスセンサ１における還元ユニット５のタンク５Ａと同様のものである。多孔質体２５Ｂは、図１の還元ユニット５の多孔質体５Ｂと同様のものである。補助ガス供給路２５Ｃは、例えば、金属又は樹脂製の管により構成される。

なお、タンク２５Ａは、第２ケーシング２３Ｂに直接取り付けられていてもよい。例えば、タンク２５Ａは、図１のタンク５Ａと同様のネジ部５Ｄによって第２ケーシング２３Ｂに螺合されてもよい。

［３−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）内部供給路２３Ｈによって補助ガスが第２ケーシング２３Ｂ内に拡散する前に被測定ガスＧと補助ガスとを混合できるので、補助ガスを均質に、かつ安定して被測定ガスＧに混合できる。

［４．第４実施形態］
［４−１．構成］
図５に示すガスセンサ３１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。

ガスセンサ３１は、触媒ユニット２と、センサユニット３３と、流通路４と、還元ユニット２５と、１つのヒータ６と、導入路７と、排出路８と、を備える。触媒ユニット２、流通路４、ヒータ６、導入路７、及び排出路８は、図１のガスセンサ１と同じものであり、還元ユニット２５は、図３のガスセンサ２１と同じものであるため、それぞれ同一符号を付して説明を省略する。

センサユニット３３は、センサ素子３Ａと、センサ素子３Ａを格納する第２ケーシング３３Ｂとを有する。センサ素子３Ａは、図１のガスセンサ１と同じものである。第２ケーシング３３Ｂは、基材部３３Ｃと、蓋部２３Ｄと、内部供給路３３Ｈとを有する。蓋部２３Ｄは、図３のガスセンサ２１と同じものである。

基材部３３Ｃは、第２ケーシング３３Ｂの内部空間を形成する凹部３３Ｉを有する。また、基材部３３Ｃには、内部供給路３３Ｈの一部を構成する第１通路３３１が設けられている。第１通路３３１は、流通路４の中間点と、蓋部２３Ｄの第２通路２３２とに接続されている。

凹部３３Ｉの底面には、センサ素子３Ａが配置されている。さらに、凹部３３Ｉの側面には、第２ケーシング３３Ｂの内部空間と外部とを連通する導入口３３Ｅが設けられている。

内部供給路３３Ｈは、基材部３３Ｃの第１通路３３１と蓋部２３Ｄの第２通路２３２とから構成されている。内部供給路３３Ｈは、還元ユニット２５に接続されると共に、流通路４内に補助ガスを供給する。

内部供給路３３Ｈによって還元ユニット２５から供給される補助ガスは、流通路４において被測定ガスＧと混合され、その後、導入口３３Ｅから第２ケーシング３３Ｂ内に被測定ガスＧと共に供給される。

基材部３３Ｃは、センサ素子３Ａがガラスや無機系接着剤によって固定される底面を有する形態をなしており、材質は特に限定されないが、例えばセラミックを主成分として構成される。特に、基材部３３Ｃは、形状の異なる開口を設けた複数のセラミック基板を積層することで形成できる。例えば、基材部３３Ｃは、図６に示す開口Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がそれぞれ設けられた４枚のセラミックグリーンシート２０１〜２０４を重ね合わせて焼成することで形成できる。

セラミックグリーンシート２０１〜２０４における第１開口Ｓ１は、凹部３３Ｉに対応する。第２開口Ｓ２は、第１通路３３１に対応する。第３開口Ｓ３は、流通路４に対応する。

［４−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（４ａ）流通路４が内部供給路３３Ｈに接続されることで、より安定して補助ガスを被測定ガスに混合できる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の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ことなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（５ａ）上記実施形態のガスセンサ１，１１，２１において、第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂ，２３Ｂとは、必ずしも隣接して配置されなくてもよい。また、第１ケーシング２Ａと第２ケーシング３Ｂ，２３Ｂとを配管で接続してもよい。つまり、流通路４を第１ケーシング２Ａ及び第２ケーシング３Ｂ，２３Ｂの外部に設けられた配管で構成してもよい。

（５ｂ）上記実施形態のガスセンサ１，２１，３１において、還元ユニット５，２５のタンク５Ａ，２５Ａ内に、加熱により補助ガスを発生させる固体の供給成分である化合物１５Ａを配置してもよい。

また、上記実施形態のガスセンサ１において、タンク５Ａは、ネジ部５Ｄを必ずしも有する必要はなく、ネジ以外の方法で第２ケーシング３Ｂに固定されてもよい。補助ガス供給路５Ｃは、ネジ部５Ｄとは別に設けられた配管で構成されてもよい。

さらに、上記実施形態のガスセンサ１，２１，３１において、図７に示すように、加熱により補助ガスを発生させる固体の化合物（例えば、フッ素ゴム、フルオロエラストマー等のフッ素を含有する高分子材料）３５Ａと、センサユニット３に接続された配管３５Ｃとを有する還元ユニット３５を用いてもよい。還元ユニット３５では、化合物３５Ａは、配管３５Ｃ内に栓として挿入されている。

（５ｃ）上記実施形態のガスセンサ１１において、第２ケーシング３Ｂ内に液体の化合物を配置してもよい。この場合、図１のガスセンサ１の多孔質体５Ｂを第２ケーシング３Ｂ内に配置してもよい。

（５ｄ）上記実施形態のガスセンサにおいて、ヒータ６は、センサ素子３Ａと基材部３Ｃ，２３Ｃ，３３Ｃとの間、第２ケーシング３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂの壁の内部、第１ケーシング２Ａの壁の内部、又は第１ケーシング２Ａの内側に配置されてもよい。また、ガスセンサは、触媒ユニット２を加熱する第１ヒータと、センサユニット３，１３，２３，３３を加熱する第２ヒータとを備えてもよい。

（５ｅ）上記実施形態のガスセンサ１，１１において、第１ケーシング２Ａ及び第２ケーシング３Ｂは、それぞれ配管によって構成されてもよい。つまり、触媒及びセンサ素子３Ａは、それぞれ配管の内部に配置されてもよい。

（５ｆ）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として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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。

１，１１，２１，３１…ガスセンサ、２…触媒ユニット、２Ａ…第１ケーシング、
２Ｂ…導入口、２Ｃ…排出口、３，１３，２３，３３…センサユニット、
３Ａ…センサ素子、３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ…第２ケーシング、
３Ｃ，２３Ｃ，３３Ｃ…基材部、３Ｄ，２３Ｄ…蓋部、
３Ｅ，２３Ｅ，３３Ｅ…導入口、３Ｆ，２３Ｆ…排出口、３Ｇ…ネジ穴、４…流通路、
５，１５，２５，３５…還元ユニット、５Ａ，２５Ａ…タンク、
５Ｂ，２５Ｂ…多孔質体、５Ｃ，２５Ｃ，３５Ｃ…補助ガス供給路、５Ｄ…ネジ部、
６…ヒータ、７…導入路、８…排出路、１５Ａ，３５Ａ…化合物、１５Ｂ…保持部、
２３Ｈ，３３Ｈ…内部供給路、２３Ｉ，３３Ｉ…凹部、２３１，３３１…第１通路、
２３２…第２通路。

Claims (8)

1. 被測定ガスに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサであって、
   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触媒と、前記触媒が配置された第１ケーシングとを有する触媒ユニットと、
   前記触媒ユニットを通過した前記被測定ガス中の前記第２ガス成分を検知するセンサ素子と、前記センサ素子を格納する第２ケーシングとを有するセンサユニットと、
   前記第１ケーシング内の前記被測定ガスを前記第２ケーシング内に供給するように構成された流通路と、
   前記流通路とは別に設けられると共に、還元性を有し、かつ前記第１ガス成分及び前記第２ガス成分とは異なる補助ガスを前記第２ケーシング内に供給するように構成された還元ユニットと、
   前記触媒ユニットと前記センサユニットとを加熱するように構成された少なくとも１つのヒータと、
   を備える、ガスセンサ。
2. 前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは隣接して配置され、
   前記流通路は、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを貫通する貫通孔によって構成される、請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記還元ユニットは、
   加熱により前記補助ガスを発生させる供給成分と、
   前記供給成分を格納するタンクと、
   前記補助ガスを前記タンク内から前記第２ケーシング内に供給するように構成された補助ガス供給路と、
   を有する、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記還元ユニットは、前記タンク内に配置されると共に、前記供給成分が含浸した多孔質体をさらに有する、請求項３記載のガスセンサ。
5. 前記タンクは、前記第２ケーシングに螺合された中空状のネジ部を有し、
   前記ネジ部の内部空間は、前記補助ガス供給路を構成する、請求項３又は請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記還元ユニットは、加熱により前記補助ガスを発生させる固体の供給成分を有し、
   前記供給成分は、前記第２ケーシング内に配置される、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
7. 前記第２ケーシングは、前記還元ユニットに接続されると共に、前記第２ケーシング内における前記流通路の開口近傍に前記補助ガスを供給するように構成された内部供給路を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
8. 前記第２ケーシングは、前記還元ユニットに接続されると共に、前記流通路内に前記補助ガスを供給するように構成された内部供給路を有する、請求項２に記載のガスセンサ。

Images