JP2019120641A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒ユニットの強度及び伝熱性を高め、かつガスのリークを抑制しながら、被測定ガスを効率よく変換することができるガスセンサを提供する。【解決手段】本開示は、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、被測定ガスに含まれる成分を化学変化させる触媒ユニットと、触媒ユニットを通過した被測定ガス中の特定成分を検知するセンサ素子と、少なくとも触媒ユニットを加熱するように構成された伝熱面を有するヒータとを備える。触媒ユニットは、被測定ガスの流路を構成する内壁を有する基体部と、基体部の内壁に配置された触媒層とを有する。基体部は、セラミックを主成分とする一体品である。基体部における被測定ガスの流路の少なくとも一部は、ヒータの伝熱面に沿って延伸する。流路を構成する内壁は、流路のガス導入位置からガス排出位置に流れる被測定ガスを迂回させて流路を長くするための迂回壁を含む。【選択図】図2
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。
このようなガスセンサでは、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。触媒は、ヒータによって加熱されることで機能する。
上記ガスセンサにおいては、積層多孔構造体に触媒を担持させることで(特許文献1参照)、被測定ガスを触媒に効率よく接触させることができる。
上述の積層多孔構造体では、複数のプレートを接着剤で積層する必要がある。そのため、プレート間の強度が不十分である。また、接着剤によってヒータの伝熱性が低下する。さらに、接着剤の塗布のバラツキによって、ガスのリークが発生するおそれがある。
本開示の一局面は、触媒ユニットの強度及び伝熱性を高め、かつガスのリークを抑制しながら、被測定ガスを効率よく変換することが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、センサ素子と、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成分を化学変化させるように構成される。センサ素子は、触媒ユニットを通過した被測定ガス中の特定成分を検知するように構成される。ヒータは、少なくとも触媒ユニットを加熱するように構成された伝熱面を有する。また、触媒ユニットは、被測定ガスの流路を構成する内壁を有する基体部と、基体部の内壁に配置された触媒層と、を有する。基体部は、セラミックを主成分とする一体品である。基体部における被測定ガスの流路の少なくとも一部は、ヒータの伝熱面に沿って延伸する。また、流路を構成する内壁は、流路のガス導入位置からガス排出位置に流れる被測定ガスを迂回させて当該流路を長くするための迂回壁を含む。
このような構成によれば、ヒータの伝熱面に沿って延伸する流路により、触媒層を効率よく加熱することができる。そして、本構成では、流路を構成する内壁が、流路のガス導入位置からガス排出位置に流れる被測定ガスを迂回させて当該流路を長くするための迂回壁を含んでいる。これにより、ガス導入位置からガス排出位置に向かって流れてゆく被測定ガスが、迂回壁の存在によってガス導入位置からガス排出位置までの最短距離で流れずに迂回し、被測定ガスが触媒層と接する機会が増大する。そのため、触媒層が効率よく加熱される効果と相俟って、被測定ガスを効率よく変換することができる。また、基体部が接着剤を使用しないセラミック製の一体品であるため、強度に優れ、かつヒータからの伝熱効率が高い。さらに、被測定ガスのリークも抑制することができる。
本開示の一態様では、基体部は、セラミックを主成分とする3以上のシートが重ね合わされた焼成体であってもよい。このような構成によれば、複雑な流路を含む基体部を、容易かつ確実に得ることができる。また、被測定ガスの流路の設計を容易に行うことができる。
本開示の一態様では、触媒ユニットは、少なくとも1つの配管が接続された少なくとも1つのシート体をさらに有してもよい。シート体は、基体部に接着されてもよい。このような構成によれば、基体部と配管との接続が容易に行える。また、任意の向きに被測定ガスの導入口及び排出口を設けることができる。
本開示の一態様では、ヒータは、基体部を挟んで少なくとも1つのシート体とは反対側に配置されてもよい。このような構成によれば、触媒ユニットの触媒層を効率よく加熱することができる。
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。
[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、1つのヒータ5と、3つの配管6,7,8とを備える。
<触媒ユニット>
触媒ユニット2は、図2Aに示すように、基体部2Aと、触媒層2Cと、1つのシート体2Dとを有する。
触媒ユニット2は、図2Aに示すように、基体部2Aと、触媒層2Cと、1つのシート体2Dとを有する。
(基体部)
基体部2Aは、被測定ガスGの流路を構成する内壁2Bを有する箱状の部材である。基体部2Aは、セラミックを主成分とする一体品である。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。本実施形態では、基体部2Aを構成するセラミックとして、アルミナ(Al2O3)を使用している。なお、基体部2Aを構成するセラミックは、アルミナに限られることなく、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等を使用してもよい。
基体部2Aは、被測定ガスGの流路を構成する内壁2Bを有する箱状の部材である。基体部2Aは、セラミックを主成分とする一体品である。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。本実施形態では、基体部2Aを構成するセラミックとして、アルミナ(Al2O3)を使用している。なお、基体部2Aを構成するセラミックは、アルミナに限られることなく、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等を使用してもよい。
具体的には、基体部2Aは、セラミックを主成分とする3以上の未焼結のシート(いわゆるセラミックグリーンシート)が重ね合わされた状態で一体焼成された焼成体である。換言すれば、基体部2Aは、3以上の未焼結のシート(セラミックグリーンシート)が重ね合わされた状態で同時に焼成された構成を有する。基体部2Aを構成する複数のシートの幾つかには、それぞれ開口が設けられている。この複数の開口の内面が連続することで、基体部2Aの内壁2Bを構成している。
基体部2Aは、接着部2Eによって、後述するセンサユニット3のベース3Bの外面に固定されている。基体部2Aは、後述するヒータ5に対し、ベース3Bを挟んで対向する位置に配置されている。なお、接着部2Eとしては、無機系接着剤又はガラスが使用できる。
基体部2Aは、第1配管6から導入されたガスが第2配管7から排出されるように構成された被測定ガスの流路10を有する。被測定ガスGの流路10を構成する内壁2Bは、流路10のガス導入位置10Aからガス排出位置10Bに流れる被測定ガスGを迂回させて当該流路10を長くするための複数の迂回壁12A,12Bを含んでいる。これにより、ガス導入位置10Aからガス排出位置10Bに向かって流れてゆく被測定ガスGは、迂回壁12A,12Bの存在によってガス導入位置10Aからガス排出位置10Bまでの最短距離で流れずに迂回することになる。つまり、迂回壁12A,12Bは、基体部2A内の被測定ガスGが衝突する位置に配置されている。
このような迂回壁12A,12Bを含む内壁2Bによって構成される流路10は、シートの積層方向(つまり、ベース3Bの外面と垂直な方向)に沿って第1配管6からヒータ5に向かって延伸した後、ヒータ5の延伸方向に折れ曲がり、シートの積層方向に沿ってヒータ5から離間するように第2配管7に向かって延伸するように構成される。
なお、基体部2A内の流路10の構成は、例えば図2B,2Cに示すように、ジグザグ状に構成されてもよい。また、図2Dに示すように、基体部2A内の流路10は、並列接続された複数の支流に分岐していてもよい。図2Bの流路10では、流路10を構成するための内壁2Bが、流路10のガス導入位置10Aからガス排出位置10Bに流れる被測定ガスGを迂回させて当該流路10を長くするための複数の迂回壁12A,12B,12C,12D,12Eを含んでいる。図2Cの流路10では、内壁2Bが、同様の複数の迂回壁12A,12B,12C,12D,12E,12F,12G,12H,12I,12Jを含んでいる。図2Dの流路10では、内壁2Bが、同様の複数の迂回壁12A,12B,12C,12D,12E,12F,12G,12H,12Iを含んでいる。これらの迂回壁の存在によって、流路10がジグザグ状を呈したり、複数の支流に分岐される構成を有したりしている。
(触媒層)
触媒層2Cは、被測定ガスGが含む成分を化学変化させる。触媒層2C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、触媒層2Cは、ガスセンサ1が濃度を測定する成分をセンサ素子3Aが検知可能な成分に変換する。また、触媒層2Cは、ガスセンサ1が濃度を測定しない成分を燃焼する。
触媒層2Cは、被測定ガスGが含む成分を化学変化させる。触媒層2C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、触媒層2Cは、ガスセンサ1が濃度を測定する成分をセンサ素子3Aが検知可能な成分に変換する。また、触媒層2Cは、ガスセンサ1が濃度を測定しない成分を燃焼する。
例えば、喘息診断の場合では、触媒層2Cは、測定対象であるNOをNO2に変換すると共に、CO、H2、VOC等、被測定ガスG(呼気)中に含まれる微量の還元ガスを燃焼させる。
触媒層2Cは、用途や温度に応じて適宜選択される。触媒層2Cとしては、例えば白金、ロジウム、金等の貴金属、それら貴金属の粒子を例えばγアルミナやゼオライトに担持させた担持体、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。
触媒層2Cは、図2Aに示すように、基体部2Aの内壁2Bに配置されている。本実施形態では、基体部2Aの内壁2Bは、表面全体が触媒層2Cで被覆されている。つまり、触媒層2Cは、基体部2A内の流路10の内面を被覆する層状をなしている。なお、基体部2A内の流路10において、触媒層2Cで被覆されていない箇所があってもよい。
(シート体)
シート体2Dは、セラミックを主成分とするシートである。シート体2Dには、第1開口2F及び第2開口2Gが設けられている。第1開口2Fには第1配管6が接続され、第2開口2Gには第2配管7が接続されている。
シート体2Dは、セラミックを主成分とするシートである。シート体2Dには、第1開口2F及び第2開口2Gが設けられている。第1開口2Fには第1配管6が接続され、第2開口2Gには第2配管7が接続されている。
シート体2Dは、接着部2Hによって、基体部2Aの外面に接着されている。シート体2Dは、第1開口2F及び第2開口2Gが、基体部2Aの流路10と連通するように配置されている。
本実施形態では、シート体2Dを構成するセラミックとして、アルミナ(Al2O3)を使用している。なお、シート体2Dを構成するセラミックは、アルミナに限られることなく、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等を使用してもよい。ただし、シート体2Dを構成するセラミックの材質は、基体部2Aを構成するセラミックの材質と同一であることが好ましい。基体部2A及びシート体2Dの材質が同じであると、基体部2Aとシート体2Dとの熱膨張率が同じとなるため、基体部2A及びシート体2Dに加熱及び冷却が繰り返し及んだ場合にも、シート体2Dが基体部2Aから接着離れし難くなるからである。接着部2Hは、接着部2Eと同様のものが使用できる。
第1配管6からシート体2Dの第1開口2Fを通ってガス導入位置10Aから基体部2A内に導入された被測定ガスGは、触媒層2Cに接触しながら流路10を通過し、ガス排出位置10B及びシート体2Dの第2開口2Gから第2配管7に排出される。
<センサユニット>
センサユニット3は、図1に示すように、触媒ユニット2を通過した被測定ガスG中の特定成分(つまり測定対象成分)を検知するように構成されたセンサ素子3Aと、センサ素子3Aを格納するベース3Bと、キャップ3Cとを有する。
センサユニット3は、図1に示すように、触媒ユニット2を通過した被測定ガスG中の特定成分(つまり測定対象成分)を検知するように構成されたセンサ素子3Aと、センサ素子3Aを格納するベース3Bと、キャップ3Cとを有する。
センサ素子3Aは、混成電位式の検知体を有し、検知体はセラミックからなるベース基板に搭載されている。センサ素子3Aは、さらに測温用抵抗体を有してもよい。混成電位式の検知体は、公知であるため詳述はしないが、例えば、ジルコニアからなる固体電解質体と、それぞれ異なる材料からなる電極とを有し、これら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、センサ素子3Aの検知体としては、これに限定されず、検知対象のガス成分の存在により自身の抵抗が変化する金属酸化物半導体からなる検知体や、容量変化型の検知体を使用してもよい。
検知体及び測温用抵抗体は、ベース3B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。
ベース3Bは、キャップ3Cと共に、センサ素子3Aを格納するケーシングを構成する。センサ素子3Aは、ベース3Bの側壁に囲まれた底面に接着部3Dによって接着されている。
また、ベース3Bのセンサ素子3Aが配置された底面と反対側の外面には、上述の通り、触媒ユニット2が固定されている。
本実施形態では、ヒータ5がセンサ素子3Aと一体化されており、ヒータ5がベース3Bに接着されている。
本実施形態では、ヒータ5がセンサ素子3Aと一体化されており、ヒータ5がベース3Bに接着されている。
キャップ3Cは、センサ素子3Aと対向するように配置され、ベース3Bの側壁に接着部3Eによって接着されている。キャップ3Cとベース3Bとによって、センサ素子3Aを格納する空間が画定されている。
キャップ3Cには、2つの開口が設けられ、これらの開口に第2配管7と第3配管8とが接続されている。第2配管7からセンサユニット3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、第3配管8からセンサユニット3の外(具体的にはガスセンサ1の系外)に排出される。
ベース3Bは、セラミックを主成分とする材料で構成されている。本実施形態では、ベース3Bを構成するセラミックとして、アルミナ(Al2O3)を使用している。なお、ベース3Bを構成するセラミックは、アルミナに限られることなく、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等を使用してもよい。ただし、ベース3Bを構成するセラミックの材質は、基体部2Aを構成するセラミックの材質と同一であることが好ましい。基体部2A及びベース3Bの材質が同じであると、基体部2Aとベース3Bとの熱膨張率が同じとなるため、基体部2A及びベース3Bに加熱及び冷却が繰り返し及んだ場合にも、ベース3Bが基体部2Aから接着離れし難くなるからである。キャップ3Cは、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)等の金属材料で構成されてもよいし、アルミナ等のセラミックを主成分とする材料で構成されてもよい。また、接着部3D,3Eは、接着部2Eと同様のものが使用できる。
<ヒータ>
ヒータ5は、単体のヒータであり、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5は、センサ素子3A内に配置されている。ヒータ5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。なお、測温用抵抗体からの出力を用いてヒータ5の通電制御を行うことで、センサ素子3Aの温度制御を精度の高いものにすることも可能である。
ヒータ5は、単体のヒータであり、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5は、センサ素子3A内に配置されている。ヒータ5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。なお、測温用抵抗体からの出力を用いてヒータ5の通電制御を行うことで、センサ素子3Aの温度制御を精度の高いものにすることも可能である。
ヒータ5は、例えば白金等の金属配線(つまり負荷抵抗)によって構成される。ヒータ5は、ベース3B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。
ヒータ5は、触媒ユニット2とセンサユニット3とを加熱するように構成された伝熱面5Aを有する。「伝熱面」とは、例えばヒータ5を構成する金属配線が配置された基材の表面である。また、ヒータ5は、図2Aに示すように、基体部2Aを挟んでシート体2Dとは反対側に配置されている。
したがって、基体部2Aにおける流路10の最もヒータ5に近い部分(図2A,2B,2C,2D中の最も上側の部分)は、ヒータ5の伝熱面5Aに沿って(つまり伝熱面5Aと平行な方向に)延伸している。
また、基体部2Aにおける流路10は、ヒータ5の伝熱面5Aと垂直な方向(つまり基体部2Aに対する伝熱方向)から視て、ヒータ5と重なる位置に設けられている。したがって、効率よく触媒層2Cを加熱することができる。
本実施形態では、1つのヒータ5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。
<配管>
第1配管6は、触媒ユニット2に被測定ガスGを供給する。第2配管7は、触媒ユニット2を通過した被測定ガスGを、センサユニット3内に供給する。第3配管8は、センサユニット3内の被測定ガスGを排出する。なお、本実施形態での被測定ガスGは呼気である。
第1配管6は、触媒ユニット2に被測定ガスGを供給する。第2配管7は、触媒ユニット2を通過した被測定ガスGを、センサユニット3内に供給する。第3配管8は、センサユニット3内の被測定ガスGを排出する。なお、本実施形態での被測定ガスGは呼気である。
[1−2.製造方法]
以下、図1のガスセンサ1の製造方法について説明する。ガスセンサ1の製造方法は、図3に示すように、重ね合わせ工程S10と、焼成工程S20と、触媒層形成工程S30と、シート体接着工程S40と、組立工程S50とを備える。
以下、図1のガスセンサ1の製造方法について説明する。ガスセンサ1の製造方法は、図3に示すように、重ね合わせ工程S10と、焼成工程S20と、触媒層形成工程S30と、シート体接着工程S40と、組立工程S50とを備える。
<重ね合わせ工程>
本工程では、触媒ユニット2を形成する工程として、それぞれ開口が形成された複数のセラミックグリーンシートと、開口が形成されていない1枚のセラミックグリーンシートとを重ね合わせる。
本工程では、触媒ユニット2を形成する工程として、それぞれ開口が形成された複数のセラミックグリーンシートと、開口が形成されていない1枚のセラミックグリーンシートとを重ね合わせる。
例えば、図2Dに示す触媒ユニット2の場合は、図4Aに示す11枚のセラミックグリーンシート21〜31を用意し、厚み方向に重ね合わせる。各シートの開口(図4A中の白抜き部分)は、それぞれ、流路10の一部となる。
<焼成工程>
本工程では、重ね合わせた複数のセラミックグリーンシートを焼成する。これにより、接着剤を介さずに複数のセラミックシートが互いに接合し、一体化された基体部2Aが得られる。
本工程では、重ね合わせた複数のセラミックグリーンシートを焼成する。これにより、接着剤を介さずに複数のセラミックシートが互いに接合し、一体化された基体部2Aが得られる。
<触媒層形成工程>
本工程では、基体部2Aの内壁2Bに触媒層2Cを配置する。まず、触媒を含む液体中への基体部2Aのディップ等によって、内壁2Bに触媒層2Cを塗布する。その後、加熱により、触媒層2Cを内壁2Bに固定する。
本工程では、基体部2Aの内壁2Bに触媒層2Cを配置する。まず、触媒を含む液体中への基体部2Aのディップ等によって、内壁2Bに触媒層2Cを塗布する。その後、加熱により、触媒層2Cを内壁2Bに固定する。
<シート体接着工程>
本工程では、予め第1配管6及び第2配管7を接続したシート体2Dを、無機系接着剤又はガラスによって基体部2Aに接着する。これにより、触媒ユニット2が得られる。
本工程では、予め第1配管6及び第2配管7を接続したシート体2Dを、無機系接着剤又はガラスによって基体部2Aに接着する。これにより、触媒ユニット2が得られる。
<組立工程>
本工程では、触媒ユニット2、センサユニット3、及びヒータ5を接着し、ガスセンサ1を組み立てる。
本工程では、触媒ユニット2、センサユニット3、及びヒータ5を接着し、ガスセンサ1を組み立てる。
[1−3.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)ヒータ5の伝熱面5Aに沿って延伸する流路を含む基体部2Aにより、触媒層2Cを効率よく加熱することができる。また、ガスセンサ1では、ガス導入位置10Aからガス排出位置10Bに向かって流れてゆく被測定ガスGが、迂回壁12A,12Bの存在によってガス導入位置10Aからガス排出位置10Bまでの最短距離で流れずに迂回することで、被測定ガスGが触媒層2Cと接する機会が増大する。そのため、触媒層2Cが効率よく加熱される効果と相俟って、被測定ガスGを効率よく変換することができる。
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)ヒータ5の伝熱面5Aに沿って延伸する流路を含む基体部2Aにより、触媒層2Cを効率よく加熱することができる。また、ガスセンサ1では、ガス導入位置10Aからガス排出位置10Bに向かって流れてゆく被測定ガスGが、迂回壁12A,12Bの存在によってガス導入位置10Aからガス排出位置10Bまでの最短距離で流れずに迂回することで、被測定ガスGが触媒層2Cと接する機会が増大する。そのため、触媒層2Cが効率よく加熱される効果と相俟って、被測定ガスGを効率よく変換することができる。
(1b)基体部2Aが接着剤を使用しないセラミック製の一体品であるため、強度に優れ、かつヒータ5からの伝熱効率が高い。さらに、被測定ガスGのリークも抑制することができる。
(1c)セラミックを主成分とする3以上のシートが重ね合わされた焼成体によって、複雑な流路10を含む基体部2Aを容易かつ確実に得ることができる。また、被測定ガスGの流路10の設計を容易に行うことができる。
(1d)シート体2Dを基体部2Aに接着することで、基体部2Aと配管6,7との接続が容易に行える。また、任意の向きに被測定ガスGの導入口及び排出口を設けることができる。
(1e)ヒータ5が、基体部2Aを挟んでシート体2Dとは反対側に配置されるので、触媒ユニット2の触媒層2Cを効率よく加熱することができる。
[2.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。
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。
(2a)上記実施形態のガスセンサ1において、基体部2Aは、第1開口2F及び第2開口2G以外の開口を有してもよい。この場合、基体部2Aの第1開口2F及び第2開口2G以外の開口は、他の部材によって閉塞される。つまり、基体部2Aは、触媒ユニット2の被測定ガスGの流路10を部分的に構成してもよい。
例えば、図5Aに示すように、基体部2Aの外面のうち、ヒータ5の伝熱面5Aと交差する方向に延伸する外面(つまり、基体部2Aの側面)に連通する複数の開口が設けられていてもよい。
図5Aの触媒ユニット2では、2つの補助シート2I,2Jが接着部2Kによって基体部2Aの側面に接着され、被測定ガスGの流路10を構成している。接着部2Kは、ヒータ5の伝熱面5Aに対して垂直な方向に延伸し、かつ流路10よりも外側に配置されているため、ヒータ5の伝熱を阻害しない。
図5Aの基体部2Aの形成方法は以下の通りである。まず、図4Bに示す11枚のセラミックグリーンシート21〜31を用意し、厚み方向に重ね合わせて焼成する。その後、触媒層2Cを形成した上で、側面に別途焼成した2つの補助シート2I,2Jを接着する。2つの補助シート2I,2Jの材料は、基体部2Aと同様のものが使用できる。接着部2Kは、接着部2Eと同様のものが使用できる。
(2b)上記実施形態のガスセンサ1において、シート体2Dは、基体部2Aの側面に配置されてもよい。また、複数のシート体2Dを基体部2Aに接着してもよい。
例えば、図5Bに示すように、第1配管6が接続された第1シート体2Lを基体部2Aにおけるヒータ5と対向する位置に接着し、第2配管7が接続された第2シート体2Mを基体部2Aの側面に接着してもよい。これにより、被測定ガスGの導入方向と排出方向とを異ならせることができる。
例えば、図5Bに示すように、第1配管6が接続された第1シート体2Lを基体部2Aにおけるヒータ5と対向する位置に接着し、第2配管7が接続された第2シート体2Mを基体部2Aの側面に接着してもよい。これにより、被測定ガスGの導入方向と排出方向とを異ならせることができる。
なお、シート体2Dは本開示に必須の構成要素ではなく、省略することもできる。つまり、第1配管6及び第2配管7を基体部2Aのガス導入位置10Aを構成する開口及びガス排出位置10Bを構成する開口に直接接続してもよい。
(2c)上記実施形態のガスセンサ1において、ヒータ5は、必ずしもセンサ素子3Aと一体化されなくてもよい。例えば、図6Aに示すように、ヒータ5はベース3Bの内部に配置されてもよい。また、図6Bに示すように、ヒータ5は、基体部2Aにおけるベース3Bと対向する外面に配置されてもよい。さらに、ヒータ5は、ベース3Bにおけるセンサ素子3Aと対向する外面、ベース3Bにおける基体部2Aと対向する外面、基体部2Aの内部等に配置されてもよい。
また、ガスセンサ1は、触媒層2Cを加熱するための複数のヒータ5を備えてもよいし、触媒層2Cを加熱するための第1ヒータと、センサ素子3Aを加熱するための第2ヒータとを備えてもよい。
(2d)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…ガスセンサ、2…触媒ユニット、2A…基体部、2B…内壁、2C…触媒層、
2D…シート体、2E…接着部、2F…第1開口、2G…第2開口、2H…接着部、
2I,2J…補助シート、2K…接着部、2L…第1シート体、2M…第2シート体、
3…センサユニット、3A…センサ素子、3B…ベース、3C…キャップ、
3D,3E…接着部、5…ヒータ、5A…伝熱面、6…第1配管、7…第2配管、
8…第3配管、10…流路、10A…ガス導入位置、10B…ガス排出位置、
12A〜12J…迂回壁、21〜31…セラミックグリーンシート。
2D…シート体、2E…接着部、2F…第1開口、2G…第2開口、2H…接着部、
2I,2J…補助シート、2K…接着部、2L…第1シート体、2M…第2シート体、
3…センサユニット、3A…センサ素子、3B…ベース、3C…キャップ、
3D,3E…接着部、5…ヒータ、5A…伝熱面、6…第1配管、7…第2配管、
8…第3配管、10…流路、10A…ガス導入位置、10B…ガス排出位置、
12A〜12J…迂回壁、21〜31…セラミックグリーンシート。
Claims (4)
- 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成分を化学変化させるように構成された触媒ユニットと、
前記触媒ユニットを通過した前記被測定ガス中の特定成分を検知するように構成されたセンサ素子と、
少なくとも前記触媒ユニットを加熱するように構成された伝熱面を有するヒータと、
を備え、
前記触媒ユニットは、
前記被測定ガスの流路を構成する内壁を有する基体部と、
前記基体部の前記内壁に配置された触媒層と、
を有し、
前記基体部は、セラミックを主成分とする一体品であり、
前記基体部における前記被測定ガスの流路の少なくとも一部は、前記ヒータの前記伝熱面に沿って延伸し、
前記流路を構成する前記内壁は、前記流路のガス導入位置からガス排出位置に流れる前記被測定ガスを迂回させて当該流路を長くするための迂回壁を含む、ガスセンサ。 - 前記基体部は、セラミックを主成分とする3以上のシートが重ね合わされた焼成体である、請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記触媒ユニットは、少なくとも1つの配管が接続された少なくとも1つのシート体をさらに有し、
前記シート体は、前記基体部に接着される、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ。 - 前記ヒータは、前記基体部を挟んで前記少なくとも1つのシート体とは反対側に配置される、請求項3に記載のガスセンサ。
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