JP2019168258A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】変換部から外部に伝達される熱を低減して、熱の有効利用を図ることができるガスセンサを提供すること。【解決手段】呼気センサ１は、第１チャンバＣ１内は、変換部２１を含む隔壁部２３により、被測定ガスが導入される第１室Ｒ１と、変換部２１を通過したガスが排出される第２室Ｒ２と、に区分されている。また、変換部２１と第１ケース１７の底面１７ａとの間には、Ｚ方向から見た平面視で、変換部２１より面積が小さく、且つ、気密性を有するスペーサ６７が配置されている。従って、変換部２１から第１ケース１７への熱の伝達を抑制することができる。つまり、スペーサ６７は、変換部２１よりも面積が小さいので、変換部２１自体が第１ケース１７に接触している場合に比べて、第１ケース１７に熱が伝達されにくい。【選択図】図３

Description

本開示は、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサに関する。

従来、例えば喘息の診断のために、呼気中の極低濃度（数ｐｐｂ〜数百ｐｐｂレベル）のＮＯｘを測定するセンサが知られている（特許文献１参照）。
このセンサは、呼気中のＮＯをＮＯ_２に変換するＰｔＹ（Ｐｔを担持したゼオライト）からなる触媒を有する変換部と、ＮＯ_２を検知する混成電位型のセンサ素子を有する検知部とを、セラミックの積層技術を用いて１つのユニットとしたものである。

このセンサでは、変換部を第１ヒータで加熱するとともに、検知部を第２ヒータで加熱するようになっている。また、変換部と第１ヒータとを第１ケースで覆って第１チャンバを形成するとともに、検知部と第２ヒータとを第２ケースで覆って第２チャンバを形成している。

そして、第１チャンバ内に導入した呼気の成分を第１ヒータで加熱した変換部で変換し、変換後の呼気を第２チャンバに供給し、第２ヒータで加熱した検知部の電気的変化に基づいて、呼気中のＮＯｘを検出するようにしている。

米国特許出願公開 第2015/0250408号明細書

しかしながら、上述した従来技術では、例えば変換部を第１ヒータで加熱する際に、その加熱した熱が、第１ケースを介して外部に放出されてしまうという問題があった。
つまり、例えばバッテリで第１ヒータに電力を供給する場合には、第１ヒータから変換部に伝達された熱は、変換部から第１ケースを介して外部に放出されるので、第１ヒータを加熱するために多くの電力が必要であるという問題があった。

このように、ヒータによる消費電力をできる限り少なくすることが望ましいので、その改善が望まれている。
本開示は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、変換部から外部に伝達される熱を低減して、熱の有効利用を図ることができるガスセンサを提供することである。

（１）本開示の第１局面は、基板と第１ケースとに囲まれ、内部に被測定ガスが導入される第１チャンバと、前記第１チャンバに導入された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、ガスの通過が可能な変換部と、を備える調整ユニットと、前記基板と第２ケースに囲まれ、内部に前記変換部を通過したガスを導入する第２チャンバと、前記第２チャンバ内の前記第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知部と、を備えるセンサユニットと、前記変換部及び前記検知部を加熱する１又は複数のヒータと、を備えたガスセンサに関するものである。

このガスセンサは、前記第１チャンバ内は、前記変換部を含む隔壁部により、前記被測定ガスが導入される第１室と、前記変換部を通過したガスが排出される第２室と、に区分されており、前記変換部は、前記基板と前記第１ケースのうち前記基板と対向する内側面との間に配置されている。さらに、前記変換部と前記内側面との間には、前記基板の厚み方向から見た平面視で、前記変換部より面積が小さく、且つ、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断するスペーサが配置されている。

このように第１局面のガスセンサでは、基本的に、第１室と第２室との間は、変換部以外はガスが通過しにくいように（好ましくは通過しないよう）に構成されているので、第１室に導入された被測定ガスは、変換部を通過して、第２室に排出される。

特に、本第１局面では、変換部と第１ケースの内側面との間には、平面視で、変換部より面積が小さく、且つ、第１室と第２室との間の通気を遮断するスペーサが配置されているので、変換部から第１ケースへの熱の伝達を抑制することができる。

つまり、スペーサは、変換部よりも面積が小さいので、変換部自体が第１ケースに直接接触している場合に比べて、第１ケースに熱が伝達されにくい。従って、変換部がヒータによって加熱される場合でも、熱の有効利用を図ることができるので、ヒータの消費電力を抑制することができる。

また、変換部と第１ケースとの間に距離を確保する場合には、本第１局面では、変換部と第１ケースとの間にスペーサを配置すればよいので、作業性がよく、ガスセンサを製造する工程を簡易化できるという利点もある。

なお、スペーサの材料としては、第１ケースの材料よりも熱伝導率が低いものが好ましい。また、第１、第２ケースの材料としては、例えばステンレス等の金属を採用できる。
（２）本開示の第２局面では、前記基板と前記変換部との間に、前記基板と前記変換部とを接合するとともに、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断する第１接合層を備えていてもよい。

このように、通気性の無い第１接合層によって、基板と変換部とを接合することにより、基板と変換部とを強固に一体化することができる。
なお、第１接合層は、例えばアルミナ等のセラミック材料をベース成分としたセラミック接着剤を熱処理して固化（即ち硬化）させることによって形成することができる。

（３）本開示の第３局面では、前記変換部と前記スペーサとの間に、金属繊維を除く無機繊維からなるシール材を配置してもよい。
このような無機繊維は、柔軟性に富むので、基板と第１ケースとの間に変換部とスペーサとを配置して、両側から押圧して一体に固定する際に、変換部やスペーサが破損しにくいという効果がある。

なお、無機繊維には隙間があるが、両側から押圧して圧縮することにより、実質的に通気性の無い状態又は変換部より通気性の低い状態とすることができる。
なお、シール材の材料としては、例えば細径のアルミナ等のセラミック製の繊維等を採用できる。

（４）本開示の第４局面では、前記シール材は、前記変換部の前記被測定ガスの導入側と前記変換後のガスの排出側と前記第１接合層側を除いて、前記変換部の周囲に配置されて、前記変換部と該変換部の周囲とに密着していてもよい。

変換部の周囲にシール材を配置することにより、シール材が変換部と周囲の部材との間に密着するので、変換部をしっかりと固定することができる。また、変換部の周囲からガスが漏れることを抑制できる。

（５）本開示の第５局面では、前記スペーサと前記内側面との間に、前記スペーサと前記第１ケースとを接合するとともに、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断する第２接合層を備えていてもよい。

このように、通気性の無い第２接合層によって、スペーサと第１ケースとを接合することにより、スペーサと第１ケースとを強固に一体化することができる。
なお、第２接合層は、例えばアルミナ等のセラミック材料をベース成分としたセラミック接着剤を熱処理して固化（即ち硬化）させることによって形成することができる。

（６）本開示の第６局面では、前記スペーサは、中実の板材であってもよい。
ここでは、スペーサの好ましい形状を例示している。このような形状のスペーサは、丈夫で有り、しかも、容易に製造できるという利点がある。

（７）本開示の第７局面では、前記スペーサは、平行な一対の板材と、前記一対の板材間に配置されて該一対の板材を支持する支持部と、を備えていてもよい。
このような形状である場合には、中実である場合に比べて、断熱性に優れており、スペーサを軽量化できるという利点がある。

実施形態の呼気センサを分解し、センサユニット側から見た状態を示す分解斜視図である。 実施形態の呼気センサを分解し、調整ユニット側から見た状態を示す分解斜視図である。 センサ本体部をＺＸ平面に沿って破断して示す断面図（図４のＢ−Ｂ断面図）である。 センサ本体部をＺＹ平面に沿って破断して示す断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。 センサ本体部の平面を示すとともに、第１コネクタを軸方向に沿って破断して示す説明図である。 （ａ）は実施形態のスペーサを示す斜視図、（ｂ）は変形例１のスペーサを示す斜視図、（ｃ）は変形例２のスペーサを示す斜視図である。

以下、本開示が適用されたガスセンサの実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．実施形態］
本実施形態では、ガスセンサとして、呼気中の特定ガス成分の濃度を検知する呼気センサを例に挙げて説明する。

［１−１．呼気センサの全体構成］
まず、呼気センサ１の全体構成について説明する。
図１及び図２に示すように、実施形態の呼気センサ１は、ハウジング３（図３参照）の内部に、調整ユニット５と、センサユニット７と、セラミック配線基板９と、第１コネクタ１１とが収容されている。また、この呼気センサ１には、調整ユニット５とセンサユニット７とを接続する第１ガス管１３と、第１コネクタ１１の後端側（図１の左側）に配置されるスリーブ１４及び第２コネクタ１５と、を備えている。

また、この呼気センサ１は、調整ユニット５とセンサユニット７とは、セラミック配線基板９を間に挟んで、四隅に配置されたボルト１６によって一体に固定されている。
なお、この呼気センサ１は、例えばバッテリ（図示せず）から供給される電力によって駆動されるものであるが、それに限定される訳ではない。

［１−２．呼気センサの各部の構成］
次に、呼気センサ１の各部の構成について、詳細に説明する。
＜調整ユニット＞
図３及び図４に示すように、調整ユニット５は、略矩形箱状で上面（図３の上方の面）が開口する金属製の第１ケース１７と、第１ケース１７のフランジ１８に当接する矩形枠状のマイカまたはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる第１シール材（パッキン）１９と、第１ケース１７内に収容される変換部２１を含む隔壁部２３と、セラミック配線基板９とを有している。なお、変換部２１を含む隔壁部２３については後に詳述する。

そして、第１シール材１９の下面（図３の下方の面）に第１ケース１７のフランジ１８が当接し、第１シール材１９の上面にセラミック配線基板９の下面の外周部分が当接することで、第１ケース１７の開口がセラミック配線基板９によって閉塞される。この閉塞された第１ケース１７の内部空間によって、第１チャンバＣ１が構成されている。

なお、後述するように、第１チャンバＣ１は隔壁部２３によって、図４の右側の第１室Ｒ１と図４の左側の第２室Ｒ２とに区分（即ち分離）されている。
図４に示すように、第１ケース１７の右側の側面には、インレットである第１パイプ２５が接続され、第１ケース１７の左側の側面には、アウトレットである第２パイプ２７が接続されている。この第１パイプ２５は、第１チャンバＣ１の第１室Ｒ１に連通し、第２パイプ２７は、第１チャンバＣ１の第２室Ｒ２に連通している。

なお、図１に示すように、第１パイプ２５の先端側には、第２ガス管２９が接続されており、第２ガス管２９の先端はハウジング３外に配置されている。また、第２パイプ２７の先端側は、ゴムチューブ３１を介して、第１ガス管１３の一端が接続されている。

図４に示すように、第１チャンバＣ１における第１パイプ２５と第２パイプ２７との間、即ち第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間には、隔壁部２３の構造の一部として、多孔質状でガスを透過可能な変換部２１が配置されている。なお、この変換部２１は、後述するように、呼気に含まれる第１ガス成分（例えばＮＯ）を第２ガス成分（例えばＮＯ_２）に変換するように機能する構造体である。

なお、変換部２１としては、その内部に、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とを連通する微小な流路、即ちガス流速を低減するように構成された流路を設けた構成を採用してもよい。
この調整ユニット５では、第１パイプ２５から第１チャンバＣ１の第１室Ｒ１に導入された呼気（Ｇ）は、図４の矢印に示すように、変換部２１に接触して（即ち通過して）ガス成分が変換された後、第２パイプ２７から第１ガス管１３に排出される。

＜センサユニット＞
図３及び図４に示すように、センサユニット７は、略矩形箱状で下面が開口する金属製の第２ケース３３と、第２ケース３３のフランジ３４に接着される矩形枠状のマイカまたはＰＴＦＥからなる第２シール材３５と、第２ケース３３内に収容されるセンサ素子部３７と、第３接合層３９と、セラミック配線基板９とを有している。

そして、第２シール材３５の上面に第２ケース３３のフランジ３４が当接し、第２シール材３５の下面にセラミック配線基板９の上面の外周部分が当接することで、第２ケース３３の開口がセラミック配線基板９によって閉塞される。この閉塞された第２ケース３３の内部空間によって、第２チャンバＣ２が構成されている。

センサ素子部３７は、厚み方向（即ちＺ方向）から見た平面視が略矩形板状であり、ベース部４１の上面（図３の上方）に検知部４３が配置され、ベース部４１の下面にヒータ４５が配置されている。つまり、センサ素子部３７は、検知部４３とベース部４１とヒータ４５とが一体に積層された積層構造を有している。

このうち、検知部４３は、後述するように、混成電位式のセンサ構造を有しており、第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するものである。ベース部４１は、電気絶縁性を有する例えばアルミナからなるセラミック基板である。ヒータ４５は、バッテリ（図示せず）からの通電による加熱によって、検知部４３を動作温度に加熱するものであり、例えばセラミック基板の表面に形成された例えば白金等の発熱抵抗体からなる。

なお、セラミック配線基板９の上面の中央に凹部４７が形成されており、この凹部４７に、第３接合層３９にヒータ４５側が接するようにしてセンサ素子部３７が配置されている。なお、第３接合層３９は、例えばセラミック接着剤（例えば、アルミナをベース成分とした接着剤）が固化した耐熱性を有する層（いわゆる耐熱性を有する接着剤層）である。

また、第２ケース３３の上面には、インレットである第３パイプ５１及びアウトレットである第４パイプ５３がそれぞれ離間して突出しており、第３パイプ５１及び第４パイプ５３は第２チャンバＣ２に連通している。

なお、センサ素子部３７は、第２チャンバＣ２における第３パイプ５１と第４パイプ５３との間にて、凹部４７の上に配置されている。
第１ガス管１３は、樹脂製（例えばフッ素樹脂製）又は金属製のパイプである。前記図１及び図４に示すように、第１ガス管１３の一端は、第１チャンバＣ１の第２パイプ２７にゴムチューブ３１を介して接続され、第１ガス管１３の他端は、第２チャンバＣ２の第３パイプ５１に他のゴムチューブ３１を介して接続されている。つまり、第１ガス管１３により、呼気の流通が可能なように、第１チャンバＣ１の第２室Ｒ２と第２チャンバＣ２とが連通している。

この第１ガス管１３の一端側及び他端側は、ハウジング３内に配置されているが、その他の部分は、ハウジング３外に配置されている（図１参照）。なお、第４パイプ５３には、第３ガス管５４（図１参照）が接続されており、第３ガス管５４の先端側はハウジング３外に配置されている。

また、図５に示すように、セラミック配線基板９は、Ｘ方向に長く、厚み方向（Ｚ方向）が薄い長尺の板材であり、先端側（図５の右側）は略正方形で、後端側は先端側より幅（Ｙ方向の寸法）が狭くなっている。

このセラミック配線基板９の後端側の表裏面には、検知部４３に接続された配線パターン５５やヒータ４５に接続された配線パターン５５が設けられている。なお、図５では、一部の配線パターン５５を示している。

なお、これらの配線パターン５５は、第１コネクタ１１に設けられた図示しない端子金具に接続され、端子金具は、第２コネクタ１５等に配置された図示しないリード線に接続される。

また、図３及び図４に示すように、センサユニット７とヒータ４５とは、ヒータ４５がセンサユニット７内の検知部４３とベース部４１とを介して積層されていることにより、熱結合している。なお、ここで、熱結合とは、空気を介さずに部材が直接に接触して熱を伝達することを示している。

同様に、調整ユニット５とヒータ４５とは、ヒータ４５が、第３接合層３９とセラミック配線基板９の一部と調整ユニット５内の隔壁部２３とを介して積層されていることにより、熱結合している。

つまり、上述のように熱結合していることにより、単一のヒータ４５で、調整ユニット５の変換部２１とセンサユニット７の検知部４３とを加熱できるようになっている。
そして、調整ユニット５とセンサユニット７とがセラミック配線基板９を挟むようにして一体化されて、センサ本体部５７が構成されている。

なお、このセンサ本体部５７は、図１に示すように、セラミック配線基板９の後端側が、第１コネクタ１１の貫通孔５９に嵌め込まれることによって固定されている。また、第１コネクタ１１や第２コネクタ１５はハウジング３に固定されているので、センサ本体部５７の先端側、即ち調整ユニット５とセンサユニット７が設けられたセンサ先端部６１は、ハウジング３内にて空中に突出した状態となっている。

［１−３．第１チャンバ内の構成］
次に、本実施形態の要部である第１チャンバＣ１内の構成について、図３及び図４に基づいて、詳細に説明する。

図４に示すように、第１チャンバＣ１内には、第１チャンバＣ１を図４の左右に区分するように、即ち、第１チャンバＣ１を第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とに区分するように、隔壁部２３が設けられている。

この隔壁部２３は、第１ケース１７の底面（即ち内側面）１７ａからセラミック配線基板９の下面９ａに到るように、変換部２１以外は第１室Ｒ１から第２室Ｒ２に、ガス（呼気）ができる限り通過しないように形成されている。

前記隔壁部２３は、図３の上方より、第１接合層６３、変換部２１、内部シール材６５、スペーサ６７、第２接合層６９の順に配置された構成となっている。
以下、詳細に説明する。

まず、セラミック配線基板９と変換部２１との間には、前記第３接合層３９と同様な材料からなる第１接合層６３が形成されている。この第１接合層６３は、セラミック配線基板９と変換部２１とを接合するとともに、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間の通気を遮断する緻密な層である。

この第１接合層６３は、図３に示すように、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間の通気を遮断するように、第１チャンバＣ１の左右の端部に到るまで形成されている。なお、第１シール材１９がある部分では、第１接合層６３は、第１シール材１９に接する位置まで設けられている。

次に、変換部２１の下方（図３の下方）と左右（図３の左右）の側方には、金属繊維を除く無機繊維からなる層状の内部シール材６５が配置されている。この内部シール材６５により、変換部２１とスペーサ６７との間や、変換部２１の左右の側面２１ｂ、２１ｃと第１ケース１７の左右の側面１７ｂ、１７ｃとの間の通気が遮断ないしは制限されている。この内部シール材６５は、例えばアルミナ繊維からなる不織布（即ちアルミナフェルト）であり、柔軟性があり、耐熱性にも優れている。

なお、内部シール材６５に対して上流側から下流側に向けて一定流量の空気を流したときの当該内部シール材６５単体の上下流における差圧は、変換部２１に対して上流側から下流側に向けて一定流量の空気を流したときの当該変換部２１単体の上下流における差圧よりも大きい。

次に、内部シール材６５の下方には、板状のスペーサ６７が配置されている。このスペーサ６７は、図６（ａ）に示すように、中実な直方体形状の部材であり、例えばアルミナからなり、気密性を有している。

このスペーサ６７は、図１及び図４及び図５に示すように、セラミック配線基板９の厚み方向（Ｚ方向）から見た平面視で、変換部２１（詳しくはその下面２１ａ）より面積が小さい部材である。このスペーサ６７は、高さ（セラミック配線基板９の厚み方向に沿った寸法）は、変換部２１の高さよりも小さくされている。

なお、スペーサ６７において、平面視で変換部２１より面積が小さい場所は、Ｚ方向と垂直な断面（即ちＸＹ平面）を考えた場合、Ｚ方向において全ての位置であれば望ましいが、少なくとも１箇所、変換部２１より面積が小さい箇所があればよい。

次に、図３に示すように、スペーサ６７の下方と左右の側方には、第１接合層６３と同様な材料からなる第２接合層６９が設けられている。
この第２接合層６９は、スペーサ６７の下面６７ａ及び左右の側面６７ｂ、６７ｃと第１ケース１７の底面１７ａ及び左右の側面１７ａ、１７ｃとを接合する緻密な層である。この第２接合層６９により、スペーサ６７の下面６７ａと第１ケース１７の底面１７ａとの間、スペーサ６７の左右の側面６７ｂ、６７ｃと第１ケース１７の左右の側面１７ａ、１７ｃとの間の通気が遮断されている。

＜隔壁部の形成方法＞
ここで、隔壁部２３の形成方法について、図３に基づいて簡単に説明する。
まず、第１ケース１７の内面のうち、スペーサ６７に対向する底面１７ａや側面１７ｂ、１７ｃに、第２接合層６９となるアルミナをベース成分とした接着剤（以下、単に「アルミナ接着剤」という）を塗布する。或いは、スペーサ６７の下面６７ａや側面６７ａ、６７ｂに、第２接合層６９となるアルミナ接着剤を塗布する。

そして、第１ケース１７の内部に、間にアルミナ接着剤からなる層を挟むようにして、スペーサ６７を配置する。
その後、このスペーサ６７を配置した第１ケース１７を、所定の温度（例えば１５０℃）で熱処理することにより、アルミナ接着剤を固化（即ち硬化）させ、スペーサ６７と第１ケース１７とを第２接着剤層６９にて接合する。即ち、第２接合層６９により、スペーサ６７と第１ケース１７とを接合して一体化する。

次に、変換部２１の下面２１ａ及び側面２１ｂ、２１ｃに、例えばアルミナフェルトの内部シール材６５を配置する。そして、この内部シール材６５を配置した変換部２１を、第１ケース１７内に入れて、スペーサ６７側に押し込む。

次に、第１ケース１７のフランジ１８に、第１シール材１９を配置し、第１シール材１９の内側、即ち、変換部２１の上側や側方の内部シール材６５の上側に、第１接着剤層６３となるアルミナ接着剤を充填する。

その後、第１ケース１７と第２ケース３３とを、セラミック配線基板９を挟むように配置して、ボルト１６で第１ケース１７と第２ケース３３とを締め付けて固定する。この状態で、所定の温度（例えば１５０℃）で熱処理することにより、アルミナ接着剤を固化（硬化）させ、変換部２１とセラミック配線基板９とを第１接合層６３にて接合する。即ち、第１接合層６３により、変換部２１とセラミック配線基板９とを接合して一体化する。

なお、この熱処理による一体化の前に、予め従来と同様にして、セラミック配線基板９上に検知部４３や第３接合層３９を形成しておく。
これにより、センサ先端部６１を形成するとともに、第１チャンバＣ１内に、隔壁部２３を形成することができる。

なお、第１〜第３接合層６３、６９、３９の材料としては、ガラスやアルミナ接着剤以外の無機系接着剤等を採用できる。
［１−４．呼気の流路］
次に、呼気センサ１における呼気の流路について説明する。

図４の矢印に示すように、人から排出された呼気（Ｇ）は、第１パイプ２５から第１チャンバＣ１の第１室Ｒ１内に導入され、変換部２１を通ってから、第１チャンバＣ１の第２室Ｒ２から、第２パイプ２７を介して第１ガス管１３に排出される。

次に、呼気は、第１ガス管１３から第３パイプ５１を介して第２チャンバＣ２内に導入される。第２チャンバＣ２内では、検知部４３に沿って移動して、第４パイプ５３を介して第２チャンバＣ２外に排出される（即ちハウジング３外に排出される）。

［１−５．呼気センサの動作原理］
次に、呼気センサ１の動作原理について説明するが、上述したように、公知の技術であるので、簡単に説明する。

前記変換部２１は、例えばＰｔを担持したゼオライトからなる触媒によって構成されており、呼気が通過可能なように、多孔質状となっている。この触媒は、動作温度である所定の活性化温度にて、呼気に含まれる第１ガス成分（例えばＮＯ）を、第２ガス成分（例えばＮＯ_２）に変換するものである。

また、前記検知部４３は、固体電解質体と、固体電解質体の表面に配置された一対の電極を用いた混成電位型のセンサ素子として構成されている。
例えば、検知部４３としては、ＹＳＺからなる固体電解質体上に、Ｐｔからなる電極とＷＯ_３からなる電極を配置したセンサ素子などを採用できる。

この検知部４３は、前記触媒の活性化温度とは異なる動作温度である活性化温度において、ＮＯ_２の濃度に応じて、電気的特性（起電力）が変化するものである。
また、前記ヒータ４５は、検知部４３に近接して配置されているので、検知部４３の温度を上述した高温に加熱することができる。一方、ヒータ４５は、第３接合層３９及びセラミック配線基板９等を介して変換部２１に熱結合されているので、変換部２１の温度を検知部４３とは異なる温度とすることができる。

従って、この呼気センサ１では、下記のようにして、呼気中の特定ガス成分であるＮＯｘの濃度を検出することができる。
図４に示すように、呼気は、まず、第１パイプ２５から第１チャンバＣ１の第１室Ｒ１内に導入される。変換部２１は、ヒータ４５によって、所定の活性化温度に加熱されているので、呼気中のＮＯはＮＯ_２に変換される。

この変換後の呼気は、第１チャンバＣ１の第２室Ｒ２から第２パイプ２７を介して第１ガス管１３に排出され、第３パイプ５１を介して第２チャンバＣ２内に導入される。
次に、上記変換後の呼気は、第２チャンバＣ２内にて検知部４３に接触することによって、ＮＯ_２の濃度に応じて、一対の電極間に電位差（起電力）が発生し、ＮＯ_２の濃度に対応したセンサ信号が呼気センサ１より外部装置に出力される。そして、呼気センサ１から出力されたセンサ信号に基づき、外部装置にて呼気中の特定ガス成分であるＮＯｘの濃度を検出することができる。

［１−６．効果］
（１）本実施形態の呼気センサ１では、第１チャンバＣ１内は、変換部２１を含む隔壁部２３により、被測定ガスが導入される第１室Ｒ１と、変換部２１を通過したガスが排出される第２室Ｒ２と、に区分されている。つまり、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間の通気が遮断または制限されている。従って、第１室Ｒ１に導入された呼気は、変換部２１を通過して、第２室Ｒ２に排出される。

また、変換部２１と第１ケース１７の底面１７ａとの間には、Ｚ方向から見た平面視で、変換部２１より面積が小さく、且つ、気密性を有するスペーサ６７が配置されている。
従って、変換部２１から第１ケース１７への熱の伝達を抑制することができる。

つまり、スペーサ６７は、変換部２１よりも面積が小さいので、変換部２１自体が第１ケース１７に接触している場合に比べて、第１ケース１７に熱が伝達されにくい。従って、変換部２１がヒータ４５によって加熱される場合でも、熱の有効利用を図ることができるので、ヒータ４５の消費電力を抑制することができる。

また、変換部２１と第１ケース１７との間に距離を確保する場合には、変換部２１と第１ケース１７との間に硬質の（即ち変形しない）成形体であるスペーサ６７を配置すればよいので、呼気センサ１を製造する工程を簡易化できるという利点もある。

（２）本実施形態では、変換部２１とスペーサ６７との間に、金属繊維を除く無機繊維からなる内部シール材６５を配置している。このような無機繊維は、柔軟性に富むので、セラミック配線基板９と第１ケース１７との間に変換部２１とスペーサ６７とを配置して、Ｚ方向の両側から押圧して一体に固定する際に、変換部２１やスペーサ６７が破損しにくいという効果がある。

（３）本実施形態では、セラミック配線基板９と変換部２１との間に、緻密な第１接合層６３を設けるので、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間の通気を好適に遮断することができる。

（４）本実施形態では、変換部２１の下面２１ａ側と両側面側２１ｂ、２１ｂ側とに配置する。この内部シール材６５は柔軟であるので、内部シール材６５が変換部２１と周囲の部材との間に密着する。よって、変換部２１をしっかりと固定することができる。また、内部シール材６５は押圧されて圧縮されることによって気密性が高くなるので、変換部２１の周囲からガスが漏れることを抑制できる。

（５）本実施形態では、スペーサ６７と第１ケース１７の内側面との間に、緻密な第２接合層６９を設けるので、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間の通気を好適に遮断することができる。

（６）本実施形態では、中実のスペーサ６７を用いるので、スペーサ６７が破損し難く、製造が容易であるという利点がある。
［１−７．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。

本実施形態の、セラミック配線基板９、第１ケース１７、第１チャンバＣ１、変換部２１、調整ユニット５、第２ケース３３、第２チャンバＣ２、検知部４３、センサユニット７、ヒータ４５、呼気センサ１、隔壁部２３、第１室Ｒ１、第２室Ｒ２、スペーサ６７、内部シール材６５、第１接合層６３、第２接合層６９が、それぞれ、本開示の、基板、第１ケース、第１チャンバ、変換部、調整ユニット、第２ケース、第２チャンバ、検知部、センサユニット、ヒータ、ガスセンサ、隔壁部、第１室、第２室、スペーサ、内部シール材、第１接合層、第２接合層の一例に該当する。

［１−８．変形例］
前記中実の直方体形状のスペーサ６７に代えて、図６（ｂ）に示す変形例１のスペーサ７１や、図６（ｃ）に示す変形例２のスペーサ８１を用いることができる。

変形例１のスペーサ７１は、所定の厚みを有し、内部に空間７３を有する略板状の部材であり、平行に配置され、ＸＹ方面に沿って広がる一対の板材７５、７７と、一対の板材７５、７７間にて、一対の板材７５、７７と垂直に配置された板状の支持部７９と、を備えている。

変形例２のスペーサ８１は、所定の厚みを有し、内部に複数の空間８３を有する略板状の部材であり、平行に配置され、ＸＹ方面に沿って広がる一対の板材８５、８７と、一対の板材８５、８７間にて、一対の板材８５、８７と垂直に配置された支持部８９と、を備えている。

この支持部８９は、Ｚ方向から見た平面視で、１枚の板材８９ａに対して複数（例えば３枚）の板材８９ｂを垂直に交差させるようにして配置したものである。
このような変形例１、２のような形状のスペーサ７１、８１の場合には、中実である場合に比べて、断熱性に優れており、スペーサ７１、８１を軽量化できるという利点がある。

［２．他の実施形態］
本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本開示を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば、素子部としては、チャンバ内の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性（例えば抵抗値や起電力など）が変化する検知部と、検知部を作動温度、即ち前記電気的特性の変化を検知可能な温度に加熱するヒータとを備えたものであれば、特に限定はない。例えば複数のヒータを用いてもよい。

（２）また、変換部や検知部については、前記実施形態の構成以外に、本開示の機能を発揮するものであれば、特に限定はない。
（３）隔壁部の構成（例えばスペーサ等の形状）についても、前記実施形態の構成以外に、本開示の機能を発揮するものであれば、特に限定はない。

（４）シール材は、金属繊維を除く無機繊維の集合体（成形体）であれば、不織布や織物である必要はない。また、無機繊維として、アルミナ繊維やシリカ繊維に代表されるセラミック繊維以外に、ガラス繊維を用いることもできる。

（５）なお、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…呼気センサ
５…調整ユニット
７…センサユニット
９…セラミック配線基板
１７…第１ケース
２１…変換部
２３…隔壁部
３３…第２ケース
４３…検知部
４５…ヒータ
６３…第１接合層
６５…内部シール材
６７、７１、８１…スペーサ
６９…第２接合層
Ｃ１…第１チャンバ
Ｃ２…第２チャンバ
Ｒ１…第１室
Ｒ２…第２室

Claims (7)

1. 基板と第１ケースとに囲まれ、内部に被測定ガスが導入される第１チャンバと、前記第１チャンバに導入された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、ガスの通過が可能な変換部と、を備える調整ユニットと、
   前記基板と第２ケースに囲まれ、内部に前記変換部を通過したガスを導入する第２チャンバと、前記第２チャンバ内の前記第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知部と、を備えるセンサユニットと、
   前記変換部及び前記検知部を加熱する１又は複数のヒータと、
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記第１チャンバ内は、前記変換部を含む隔壁部により、前記被測定ガスが導入される第１室と、前記変換部を通過したガスが排出される第２室と、に区分されており、
   前記変換部は、前記基板と前記第１ケースのうち前記基板と対向する内側面との間に配置されており、
   さらに、前記変換部と前記内側面との間には、前記基板の厚み方向から見た平面視で、前記変換部より面積が小さく、且つ、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断するスペーサが配置されている、
   ガスセンサ。
2. 前記基板と前記変換部との間に、前記基板と前記変換部とを接合するとともに、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断する第１接合層を備えた、
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記変換部と前記スペーサとの間に、金属繊維を除く無機繊維からなるシール材が配置されている、
   請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記シール材は、前記変換部の前記被測定ガスの導入側と前記変換後のガスの排出側と前記第１接合層側を除いて、前記変換部の周囲に配置されて、前記変換部と該変換部の周囲とに密着した、
   請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記スペーサと前記内側面との間に、前記スペーサと前記第１ケースとを接合するとともに、前記第１室と前記第２室との間の通気を遮断する第２接合層を備えた、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 前記スペーサは、中実の板材である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
7. 前記スペーサは、平行な一対の板材と、前記一対の板材間に配置されて該一対の板材を支持する支持部と、を備えた、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。