(57)【要約】【課題】酸素センサ素子からの発熱が周囲に放熱されるを抑制して酸素濃度検出能力を維持する酸素センサ装置を提供する。【解決手段】酸素センサ装置１において、セラミック焼結体からなる自己発熱型の酸素センサ２５を使用し、酸素センサ２５の近傍に設けた空隙４１，４３等により酸素センサ２５からその周囲への放熱を抑制する。同時に、回路基板８の酸素センサ部１０と制御部１２間にスリット５１を形成することで、酸素センサ２５からその周囲への伝熱を抑制する。これらにより、酸素センサでの発熱量を酸素センサ近傍の空間内に留めてセンサ素子を保温し、酸素濃度検出能力を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板にセラミック焼結体からなる酸素センサと、前記酸素センサの出力に基づいて制御を行う制御手段が実装された酸素センサ装置であって、
前記酸素センサの発熱を所定空間内に留めるための放熱抑制手段と、
前記酸素センサの発熱が前記実装基板または前記制御手段に伝達することを抑制する伝熱抑制手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサ装置。
【請求項２】
前記放熱抑制手段は前記酸素センサを収容する収容ケースであることを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ装置。
【請求項３】
前記放熱抑制手段は、前記収容ケース内において前記酸素センサと該収容ケースの底板との間に形成された第１の空隙であることを特徴とする請求項２に記載の酸素センサ装置。
【請求項４】
前記伝熱抑制手段は、前記収容ケースの底板と前記実装基板との間に形成された第２の空隙であることを特徴とする請求項２または３に記載の酸素センサ装置。
【請求項５】
前記収容ケースは、前記酸素センサを保持するホルダー部と、前記所定空間を覆うカバー部材とからなるとともに該カバー部材の下部に通気用の開口部が設けられており、前記底板は前記ホルダー部の一部を成しながら前記所定空間と前記第２の空隙とを仕切る間仕切り板であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の酸素センサ装置。
【請求項６】
前記ホルダー部は、前記底板の対向する側面それぞれの両端部に固着しながら垂直上下方向に立設した脚状部を備え、前記第２の空隙は、前記底板と、前記脚状部のうち該底板より垂直下部方向に延出する部位とで囲まれた空間であることを特徴とする請求項５に記載の酸素センサ装置。
【請求項７】
前記実装基板の表面の一方端部に前記酸素センサを実装し、前記実装基板の裏面であって前記酸素センサと該実装基板の表裏方向において重ならない位置に前記制御手段を実装したことを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ装置。
【請求項８】
前記放熱抑制手段は、当該酸素センサ装置の筐体内部に設けた、前記酸素センサと前記制御手段間の放熱を遮断する隔壁であることを特徴とする請求項７に記載の酸素センサ装置。
【請求項９】
前記伝熱抑制手段は、前記実装基板に設けた、前記酸素センサと前記制御手段間の伝熱を遮断するスリットであることを特徴とする請求項７に記載の酸素センサ装置。
【請求項１０】
前記酸素センサでの酸素検知結果に対応して所定の警報を発する警報手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸素センサ装置。
【請求項１１】
前記警報手段は、可聴音、可視光、機械振動のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた警報を発生することを特徴とする請求項１０に記載の酸素センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定雰囲気中の酸素濃度を検知する酸素センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
居住環境・作業環境での酸素濃度を検知する酸素濃度計として、従来より、ガルバニ電池式、ジルコニア固体電解質方式、磁気式、波長可変半導体レーザ分光式等の酸素濃度検出方法を使用した酸素濃度計が知られている。ガルバニ電池式は、電解液中に鉛（Ｐｂ）等の卑金属からなる陽極と金（Ａｕ）等の貴金属からなる陰極を置き、これらをガス透過性の隔膜によって外部と遮断したときに、隔膜を通過した酸素が電解液に溶けることによる化学反応により酸素濃度に比例して流れる電流を測定して、酸素濃度を求めている。
【０００３】
また、ジルコニア式として、高温に加熱したジルコニア素子の両面間の酸素分圧差に応じて発生する起電力を利用した濃淡電池式と、加熱したジルコニア素子の陰極側の酸素流入を制限したとき、印加電圧を増加させても電流値が一定になる領域での限界電流が酸素濃度に比例することを利用した限界電流式が知られている。
【０００４】
一方、特許文献１には、上述した電解液、あるいは素子を稼動可能な温度に維持（高温加熱）するヒータを必要としないセラミック焼結体を用いた酸素センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７-８５８１６号（特許第４７１４８６７号）公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セラミック焼結体を用いた酸素センサは、セラミック焼結体に通電することにより、ホットスポットと呼ばれる発熱部を酸素濃度の検出部とするが、ホットスポットの発生により酸素センサが局所的に高温になる。このことが、セラミック焼結体を用いた酸素センサの取り扱いを困難にし、安全性の確保という観点からも可搬型の酸素センサ装置への適用を難しくする要因となっている。
【０００７】
すなわち、セラミック焼結体を用いた酸素センサは、その酸素検知性能を維持するために高温状態に保持することが必要である一方で、安全性確保等のために放熱や断熱が必要であるが、酸素センサで発生した熱を必要以上に外部に放出することは、酸素センサとしての検知性能の低下を招くという問題がある。このことは、酸素センサ装置が小型・軽量化されるに伴い顕著となる。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自己発熱型のセンサ素子を備える酸素センサ装置においてセンサ素子からの放熱を抑制するとともに取扱い上の安全性を確保できる酸素センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち本発明は、実装基板にセラミック焼結体からなる酸素センサと、前記酸素センサの出力に基づいて制御を行う制御手段が実装された酸素センサ装置であって、前記酸素センサの発熱を所定空間内に留めるための放熱抑制手段と、前記酸素センサの発熱が前記実装基板または前記制御手段に伝達することを抑制する伝熱抑制手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記放熱抑制手段は前記酸素センサを収容する収容ケースであることを特徴とする。例えば、前記放熱抑制手段は、前記収容ケース内において前記酸素センサと該収容ケースの底板との間に形成された第１の空隙であることを特徴とする。例えば、前記伝熱抑制手段は、前記収容ケースの底板と前記実装基板との間に形成された第２の空隙であることを特徴とする。例えば、前記収容ケースは、前記酸素センサを保持するホルダー部と、前記所定空間を覆うカバー部材とからなるとともに該カバー部材の下部に通気用の開口部が設けられており、前記底板は前記ホルダー部の一部を成しながら前記所定空間と前記第２の空隙とを仕切る間仕切り板であることを特徴とする。
【００１１】
また、例えば、前記ホルダー部は、前記底板の対向する側面それぞれの両端部に固着しながら垂直上下方向に立設した脚状部を備え、前記第２の空隙は、前記底板と、前記脚状部のうち該底板より垂直下部方向に延出する部位とで囲まれた空間であることを特徴とする。例えば、前記実装基板の表面の一方端部に前記酸素センサを実装し、前記実装基板の裏面であって前記酸素センサと該実装基板の表裏方向において重ならない位置に前記制御手段を実装したことを特徴とする。
【００１２】
さらに例えば、前記放熱抑制手段は、当該酸素センサ装置の筐体内部に設けた、前記酸素センサと前記制御手段間の放熱を遮断する隔壁であることを特徴とする。例えば、前記伝熱抑制手段は、前記実装基板に設けた、前記酸素センサと前記制御手段間の伝熱を遮断するスリットであることを特徴とする。
【００１３】
さらには、例えば、前記酸素センサでの酸素検知結果に対応して所定の警報を発する警報手段をさらに備えることを特徴とする。例えば、前記警報手段は、可聴音、可視光、機械振動のいずれか、あるいはこれらを組み合わせた警報を発生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱体である酸素センサ素子での発熱を外部に放熱させにくい構成にすることで、酸素センサ装置における酸素検知性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸素センサ装置の分解組立図である。
【図２】図２（ａ）は、実施形態に係る酸素センサ装置の酸素センサ部の分解構成図、図２（ｂ）は、ホルダーに保護カバーを被せたときの酸素センサ部の外観図である。
【図３】酸素センサ部を構成する酸素センサの外観斜視図である。
【図４】ホルダーに酸素センサが固定された酸素センサ部を回路基板上に実装したときの様子を示す図である。
【図５】回路基板において酸素センサ部と制御部間にスリット（溝）を設けた例を示す図である。
【図６】酸素センサ装置の内部に放熱を抑制する隔壁を設けた様子を示す図である。
【図７】酸素センサ装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図８】酸素センサ装置の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る酸素センサ装置の分解組立図である。図１に示すように酸素センサ装置１は、例えば耐熱性の樹脂からなる上部ケース（上部筐体ともいう）３と底部ケース（下部筐体ともいう）７、これら上部ケース３と底部ケース７とで形成される空間内に収容される酸素センサユニット５を備える。
【００１７】
上部ケース３と底部ケース７は、双方の開放面同士を突き合わせて（側壁部どうしを密着させて）対向させたときに酸素センサユニット５全体を覆って収容可能な形状・容積を有し、外力への耐性を発揮する構造となっている。上部ケース３と底部ケース７には、耐熱性とともに熱伝導率の低い材質として、例えばアクリル樹脂等を使用する。
【００１８】
酸素センサユニット５は、ガラスエポキシ樹脂等からなる回路基板８の表面８ａに酸素濃度検出部としての酸素センサ部１０、各種スイッチ１５の他、ＬＥＤ（発光ダイオード）等が実装され、回路基板８の裏面８ｂには、例えばマイクロプロセッサ等からなる制御部１２、その他、トランジスタ（ＦＥＴ）等が実装されている。
【００１９】
制御部１２から外部への放熱性（熱伝導率）、および耐熱性を向上させる観点から、回路基板８として、例えば、アルミ基板等の金属基板、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）、窒化アルミ基板等のセラミック基板を使用してもよい。
【００２０】
図２（ａ）は、酸素センサ部１０の分解構成図である。図２（ａ）に示すように酸素センサ部１０は、ホルダー２２と、図２（ａ）の矢印方向にホルダー２２に嵌入され、収容される酸素センサ２５と、これらホルダー２２と酸素センサ２５を覆う、透明樹脂からなる保護カバー２１とを備える。ホルダー２２と保護カバー２１を酸素センサを収容する収容ケースと呼ぶ。
【００２１】
ホルダー２２は、絶縁性の板状部材からなる底板２４と、底板２４の対向する両側面を挟持しながら、各側面の両端部に固着して垂直上下方向に立設する側面部２８ａ〜２８ｄとを備える。側面部のうち底板２４より垂直下方に延びる部位は、後述する第２の空隙を形成しながら回路基板８上にホルダー２２を載置するための４つの脚部を形成している。
【００２２】
側面部のうち底板２４より垂直上方に延びる部位には、酸素センサ２５を保持するため、中央部が湾曲した一対の金属片１３ａ，１３ｂが組み込まれている。具体的には、金属片１３ａ，１３ｂの湾曲部に酸素センサ２５の端部それぞれを差し込むことで、酸素センサ２５がホルダー２２に固定される。
【００２３】
なお、金属片１３ａ，１３ｂそれぞれには、底板２４より下方に延びて回路基板８に達する長さを有する端子２６ａ，２６ｂが設けられている。端子２６ａ，２６ｂの先端部が回路基板８にはんだ付けされることにより、回路基板８上の配線パターンと金属片１３ａ，１３ｂとが電気的に接続される。
【００２４】
図２（ｂ）は、ホルダー２２に保護カバー２１を被せたときの酸素センサ部１０の外観図である。ホルダー２２に保護カバー２１を被せることで、底板２４と保護カバー２１とで囲まれた空間（便宜上、上部空間ともいう）が形成される。さらに、底板２４と、側面部２８ａ〜２８ｄのうち底板２４より垂直下部方向に延出する部位とで囲まれた空間（便宜上、下部空間ともいう）が形成される。よって底板２４は、これら上部空間と下部空間とを仕切る間仕切り板として機能している。
【００２５】
上部空間があることで、酸素センサ２５からの発熱をその空間内に留めることができる。下部空間は、後述するように熱伝導を抑制する手段としての第２の空隙に相当する。
【００２６】
さらに酸素センサ部１０には、図２（ｂ）に示すように保護カバー２１の下部を回路基板８よりも離間させて形成した通気用の開口部４ａ，４ｂが設けられている。これにより、図２（ｂ）において白抜き矢印で示すように、開口部４ａ，４ｂから、酸素濃度の測定対象である空気が流入する。
【００２７】
図３は、酸素センサ２５の外観斜視図である。酸素センサ２５は、電源に接続して電流が流れることで、酸素センサ素子３０の中央部が約９００℃の高温で発熱し、その発熱箇所（ホットスポットとも呼ばれる。）を酸素濃度の検出部としている。そのため酸素センサ２５は、例えば耐熱ガラスからなる円筒形のガラス管３３の内部に酸素センサ素子３０を収容した構造を有する。
【００２８】
ガラス管３３の両端には、例えば銅（Ｃｕ）等からなる金属製の導電キャップ（口金ともいう）３１ａ，３１ｂが嵌着されており、上述したように酸素センサ２５がホルダー２２に固定される際、導電キャップ３１ａ，３１ｂがホルダー２２の金属片１３ａ，１３ｂの湾曲部分に収容されて、相互の機械的、電気的な接続が確保される。
【００２９】
図３には示していないが、酸素センサ素子３０の両端部には、例えば銀（Ａｇ）ペーストからなる電極が形成され、それらの電極と導電キャップ３１ａ，３１ｂとが電気的に接続される。同時に、酸素センサ素子３０がガラス管３３に接触しないように、酸素センサ素子３０の長手方向がガラス管３３の軸方向となるように配置されている。また、導電キャップ３１ａ，３１ｂの端面には通気孔３５ａ，３５ｂが設けられており、ガラス管３３内の酸素センサ素子３０が、酸素濃度の測定対象である、通気孔３５ａ，３５ｂから流入した気体に容易に晒される構造となっている。
【００３０】
なお、上述したように酸素センサ部１０において保護カバー２１と底板２４があることで、酸素センサ２５の通気孔３５ａ，３５ｂに直接、空気が流入するのを防止できる。その結果、酸素センサ部１０で発生した熱が直接的な空気の流入により奪われるのを回避できる。
【００３１】
酸素センサ２５の外形寸法（サイズ）は、例えばガラス管の直径が５ｍｍ、長さが２０ｍｍ、通気孔の径が２．５ｍｍである。また、酸素センサ素子３０は、例えば長さが５ｍｍである。このような寸法とすることで、例えばガラス管の通気孔を介して酸素センサ素子の交換が可能となる。
【００３２】
酸素センサ素子３０は、希土類元素を含む酸化物超伝導体、例えばＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δからなるセラミック焼結体である。ここで、Ｌｎは希土類元素（例えば、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）等）であり、δは酸素欠陥（０〜１）を表している。
【００３３】
本実施形態に係る酸素センサ装置１で使用する酸素センサ素子３０は、セラミック焼結体からなり、ヒーターを必要としない自己発熱型のセンサであることから、通電することで、局所的に高温となる部位（発熱部、あるいはホットスポット）が発生する。酸素センサ素子３０に流れる電流は、そのセンサ素子の雰囲気の酸素濃度に依存する。したがって、酸素センサとしての酸素の検出機能（センシング機能）が維持されるためには、酸素センサ素子３０に対して積極的な放熱を行わず、発熱部の温度が保持される構成が必要となる。
【００３４】
一方、本実施形態に係る酸素センサ装置１は、可搬型（携帯型）の小型酸素センサ装置であり、回路基板上の実装部品が高密度化するので、温度に敏感なマイクロプロセッサからなる制御部１２が、酸素センサ素子３０からの発熱に晒されないための放熱・防熱構造も同時に必要となる。また、酸素センサ装置１を人体に近接させて使用する態様も想定されることから、発熱部と人体とを離間させる構造も重要となる。
【００３５】
以下、上述した要件を満たすための本実施形態に係る酸素センサ装置１における熱対策について説明する。
【００３６】
＜回路基板上での部品配置による熱対策＞
本実施形態に係る酸素センサ装置１は、上述したようにホットスポットにより局所的に高温となる酸素センサ素子３０を搭載した酸素センサ部１０を備える。そこで、図１に示すように、回路基板８の表面８ａの一方端部を回路基板８上における酸素センサ部１０の実装位置とし、熱の影響を抑制する必要がある制御部１２を、回路基板８の裏面８ｂであって、酸素センサ部１０と基板の表裏方向において重ならない位置に配置する。
【００３７】
すなわち、図１において矢印で示すように基板上で制御部１２から最も離れた位置として、発熱体を内蔵する酸素センサ部１０を回路基板８の対角線上の一方端部に配置するとともに、制御部１２と酸素センサ部１０それぞれを回路基板８の表面８ａと裏面８ｂとに分けて配置することで、制御部１２と酸素センサ部１０間における熱の伝導経路長を最大化する。
【００３８】
一方、酸素センサ装置１の使用時における安全面の観点から、例えば酸素センサ装置１を使用者が装着あるいは保持して使用する場合、酸素センサ装置１に設けた電源スイッチ、モード切替スイッチ等の各種スイッチ１５を操作する際、発熱体を内蔵する酸素センサ部１０に誤って触れることも想定される。
【００３９】
そこで、本実施形態に係る酸素センサ装置１では、図１に示すように、回路基板８上において酸素センサ部１０が実装された位置に対向する基板端部に集中させて各種スイッチ１５を実装する。こうすることで、酸素センサ装置１の操作部とセンサ部とが基板上において離れた位置にあるため、操作者がスイッチ操作時に酸素センサ部１０に触れるのを回避できる。
【００４０】
＜酸素センサ部における熱対策＞
図４（ａ），（ｂ）は、本実施形態に係る酸素センサ装置１において、回路基板８上に酸素センサ部１０が実装され、ホルダー２２に酸素センサ２５が固定されたときの様子を示している。図４（ａ）は回路基板８に対してホルダー２２を横置きにした場合、図４（ｂ）は縦置きタイプのホルダー２３を実装した場合を示す。ここでは、ホルダーを覆う保護カバーの図示を省略する。
【００４１】
図４（ａ）に示すようにホルダー２２を横置きした場合、ホルダー２２の金属片１３ａ，１３ｂに酸素センサ２５が収容され、保持されている状態において、酸素センサ２５は、収容されたホルダー２２の底板２４から離間した状態にある。すなわち、不図示の保護カバー内において酸素センサ２５とホルダー２２の底板２４との間に隙間４１（第１の空隙とも呼ぶ）が形成される。
【００４２】
なお、酸素センサ２５のガラス管３３の中央部が底板２４から浮いた状態にあり、発熱体である酸素センサ素子３０も、上記のようにその両端の端子部が酸素センサ２５の導電キャップ３１ａ，３１ｂに接続された状態で、ガラス管ケース内部で浮いた状態にある。このことから、上記第１の空隙４１に、ガラス管ケース内部でガラス管と酸素センサ素子３０間に形成される空隙を含めてもよい。
【００４３】
さらに、上述したように酸素センサ部１０において、ホルダー２２の側面部２８ａ〜２８ｄを底板２４の下部において垂直下方に延出させたことで、不図示の保護カバー内においてホルダー２２の底板２４と回路基板８との間に隙間４３（第２の空隙とも呼ぶ）が形成される。
【００４４】
このように酸素センサ部１０では、保護カバーと底板２４によって形成される空間内に、セラミック焼結体からなるセンサ素子からの発熱を保持（保温）して、酸素センサとしての酸素検出機能を維持する。同時に第１の空隙４１と第２の空隙４３を形成することで、酸素センサ２５を回路基板８の表面から距離を確保した位置に載置でき、酸素センサ２５からの熱が直接、回路基板８に伝導することを回避して、その発熱が制御部１２に影響を与えない構成となる。
【００４５】
また、通気用の開口部４ａ，４ｂがあることにより、酸素濃度の測定対象（被測定ガス等の気体）が酸素濃度検出センサである酸素センサ２５の内部に容易に流入し、その雰囲気の酸素濃度をより正確に測定できる。さらには、保護カバーによる保温を確保しつつ、第１、第２の空隙４１，４３によって保護カバー内の空気が部分的に外部に逃げることにより、過熱防止等のための放熱作用も奏される。
【００４６】
加えて、第１の空隙４１と第２の空隙４３があることで、酸素センサ装置１を人体に近接させて使用する場合、発熱部と人体とを離間させることができ、酸素センサ装置１の装着者を安全面において保護できる。
【００４７】
一方、図４（ｂ）に示す酸素センサ部１１は、ホルダー２３を縦置きにしたことで、ホルダー２３と回路基板８との接触面積を最小化できる。その結果、酸素センサ２５から発せられた熱が回路基板８に伝導する割合を減らして、制御部１２への熱的な影響を回避できる。
【００４８】
＜回路基板構造による熱対策＞
上述した回路基板上での部品配置による熱対策に加えて、以下のように回路基板における制御部１２と酸素センサ部１０間の熱伝導経路を遮断する対策も有効である。
【００４９】
例えば図５（ａ）は、回路基板８において、発熱源である酸素センサ部１０と、制御部１２との間であって酸素センサ部１０の近傍にスリット（溝）５１を設け、酸素センサ部１０から制御部１２へ至る熱伝導経路において、断面積（熱伝導面積）が小さくなる箇所を設けた例である。このような回路基板形状とした場合、スリット５１の長手方向両端部にある基板端部の狭小な領域５３ａ，５３ｂのみが酸素センサ部１０で発生した熱の伝導経路となり、図５（ａ）において矢印で示す経路で熱が伝導する。
【００５０】
その結果、スリット５１が酸素センサ部１０と制御部１２間の熱伝導経路を遮断する効果を有する。すなわち、制御部１２を含むその周囲に対して酸素センサ部１０からの伝熱を抑制できる。
【００５１】
図５（ｂ）は、回路基板８において酸素センサ部１０と制御部１２との間の熱伝導経路を狭小化した他の例である。ここでは、酸素センサ部１０が実装された基板領域と、制御部１２が実装された基板領域とを単一の狭小な熱伝導経路５５で結合している。
【００５２】
図５（ｂ）の例においても、矢印で示すように、上記２つの基板領域間の経路５５のみが酸素センサ部１０で発生した熱の伝導経路となる。すなわち、回路基板８の両端方向から中心へ延びるスリット（溝）５７ａ，５７ｂを設け、それらが合流する部位に幅の狭い基板領域を残す回路基板形状とすることで、酸素センサ部１０から制御部１２に至る熱伝導経路を狭小化できる。
【００５３】
なお、ここでは図示を省略するが、酸素センサ部１０と、制御部１２を含む他の部品等とをそれぞれ独立した基板上に実装し、それらの基板どうしをコネクタ、リード線等で電気的に接続する構成としてもよい。これにより、酸素センサ部１０で発生した熱が制御部１２に至る伝導経路を遮断できる。
【００５４】
また、回路基板８の表面と裏面とにおいて、酸素センサ部１０の実装領域およびその周囲領域に銅箔パターンを形成せず、酸素センサ部１０を基板上で孤立させることで、酸素センサ部１０と制御部１２間の熱伝導経路を遮断してもよい。
【００５５】
＜筐体構造による熱対策＞
図６（ａ）は、酸素センサ装置の上部ケース（上部筐体）を斜め下方向から見たときの図であり、図６（ｂ）は酸素センサ装置の平面透視図である。図６（ａ），（ｂ）に示すように上部ケース３には、底部ケース（不図示）の側壁部と突き合わせる側壁部６１に加えて、対向する側壁部６１間に延びる隔壁６５が設けられている。
【００５６】
上部ケース３を不図示の底部ケースと突き合わせたとき、隔壁６５の底面部６５ａが回路基板８の表面に接する構造とすることで、隔壁６５および側壁部６１と、上部ケース３の突出部６３とで形成された空間６０内に酸素センサ部１０が収容される。その結果、酸素センサ部１０が必要分の通気性を確保できる状態で包囲された空間内に置かれるので、酸素センサ装置１において酸素センサ部１０が空間的に隔離され、酸素センサ部１０で発生した熱が制御部１２に放熱されるのを抑制できる。
【００５７】
＜酸素センサ装置の構成および動作＞
次に、本実施形態に係る酸素センサ装置の電気的な構成と動作を説明する。図７は、本実施形態に係る酸素センサ装置１の電気的な構成を示すブロック図である。制御部１２は、例えばマイクロプロセッサであり、酸素センサ装置１の全体の動作を制御する。酸素センサ装置１の外部には、その動作電源としてバッテリー（ＢＴＴ）７１（例えば、ＵＳＢバッテリー、モバイルバッテリー等）が接続される。
【００５８】
バッテリー（ＢＴＴ）７１は、制御部１２等の動作電源であるとともに、酸素センサ部１０内の酸素センサ素子に対する電流供給源でもある。酸素センサ素子には、センサ周囲の酸素濃度に応じた電流が流れる。そして、センサ素子を流れた電流値は、そのセンサ素子に接続された電流検出用抵抗Ｒ１の端子電圧として検出され、それが電流アンプ７５で増幅される。増幅された検出信号は制御部１２に入力され、制御部１２は、その検出信号をもとに酸素濃度値を算出する。
【００５９】
制御部１２は、例えば、電源スイッチが投入されると所定の初期化処理（イニシャライズ）として、複数回、雰囲気中の酸素濃度の検出処理を行う。このとき得られた酸素濃度の平均値を、大気中の酸素濃度である２０．９％に置き換え、以降における酸素濃度の相対値変化を測定する。こうすることで、センサ素子に劣化等があっても、測定状況に合わせた酸素検知が可能となる。
【００６０】
また、酸素センサ装置１では、制御部１２からの制御を受けた無線部７７によって、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）機能が実現され、酸素センサ部１０による酸素濃度の検出値等を、酸素センサ装置１から離れた場所に設置したモバイル機器、パソコン等に無線通信により送信する。
【００６１】
警報部７３は、例えば複数色を発光可能なＬＥＤ（発光ダイオード）、可聴音を発するブザー、振動（バイブレーション）を発するバイブレータ等からなり、酸素センサ装置１の使用者に対して所定のアラームを発する機能を有する。警報部７３は、ケーブルを介して酸素センサ装置１の外部に引き出し、警報部７３ａとして酸素センサ装置１とは異なる場所に設置できる。
【００６２】
なお、警報部７３において、検出された酸素濃度（酸素不足等）の段階に応じた複数の警報を発したり、あるいは、酸素センサ装置１そのものが正常に動作している旨を音、光（ＬＥＤ）等で知らせるようにしてもよい。
【００６３】
＜酸素センサ装置の使用例＞
本実施形態に係る酸素センサ装置１は、酸素濃度を測定する雰囲気・環境内に載置して使用するが、装置そのものが小型かつ軽量であるため、これらの環境で作業する作業者に装着して使用する態様も想定できる。例えば図８は、酸素センサ装置を作業者のヘルメットに装着して使用する例を示している。
【００６４】
上述したように、図７に示す酸素センサ装置１の警報部７３は、基板上への実装のみならず、ケーブル、リード線等を介して酸素センサ装置１に接続可能な構成となっている。図８は、ヘルメット８１の本体部（帽体）８３の内部において、ヘルメット装着者の頭部８５をヘルメットに固定するためのヘッドバンド８４と、本体部８３の内側周縁部との間にできる隙間のうち、装着者のこめかみが当接する部位に、振動発生機能を有するバイブレータ８７を固定した例である。これにより、警報時においてバイブレータ８７より発生した振動がヘルメットの装着者に確実に伝わる。
【００６５】
酸素センサ装置１の本体は、図８に示す例ではヘルメット８１の外側周縁部に固定しているが、顎紐８８の上端部近傍にクリップ等で固定してもよい。こうすることでヘルメットの装着者は、酸素センサ装置１の本体に配置した各種スイッチに容易に触れ、所望の操作をすることができる。なお、酸素センサ装置１の電源（バッテリー）をヘルメット８１の外側周縁部に固定してもよい。
【００６６】
酸素センサ装置１のその他の使用態様として、例えば、酸素センサ装置１を名札のように使用者（作業者）の胸部等に装着してもよい。また、酸素センサ装置１に紐を付け、それを使用者（作業者）が首から下げて使用してもよい。さらには、照明器具、エアコン、ヒータ等に固定して、その周囲の酸素濃度を検知してもよい。
【００６７】
以上説明したように、セラミック焼結体からなる自己発熱型の酸素センサを使用した酸素センサ装置において、酸素センサからその周囲への放熱を抑制する構成と、酸素センサからその周囲への伝熱を抑制する構成とを備えることで、酸素センサでの発熱を酸素センサ近傍の空間内に留めてセンサ素子を保温できる。
【００６８】
その結果、センサ素子の発熱部を酸素濃度の検出部とする酸素センサにおいて、センサ素子から熱が奪われることで、そのセンサ素子における酸素濃度測定の基準となる電流値が変化し、酸素検知性能が低下するのを防止して、測定対象とする雰囲気の酸素濃度を正確に測定できる。
【００６９】
また、酸素センサ装置において、酸素センサ部とそれが搭載された基板との間に隙間を設けることで、酸素センサ部と基板との距離を確保して酸素センサからの熱が直接、基板に伝導するのを回避できるとともに、酸素センサ装置を人体の近くで使用する場合等において、人体を酸素センサ部の発熱部から離間させて、酸素センサから人体への放熱等を抑制できる。これにより、酸素センサ装置の外表面に高温部が生じないため、酸素センサ装置の使用上の安全性が確保される。
【符号の説明】
【００７０】
１  酸素センサ装置
３  上部ケース（上部筐体）
４ａ，４ｂ  開口部
５  酸素センサユニット
７  底部ケース（下部筐体）
８  回路基板
１０，１１  酸素センサ部
１２  制御部
１３ａ，１３ｂ  金属片
１５  各種スイッチ
２２，２３  ホルダー
２４  底面部
２５  酸素センサ
２６ａ，２６ｂ  端子
２８ａ〜２８ｄ  側面部
３０  酸素センサ素子
３１ａ，３１ｂ  導電キャップ
３３  ガラス管
３５ａ，３５ｂ  通気孔
４１  第１の空隙
４３  第２の空隙
５１，５７ａ，５７ｂスリット（溝）
６０  空間
６１  側壁部
６５  隔壁
７１  バッテリー（ＢＴＴ）
７３，７３ａ  警報部
７５  電流アンプ
７７  無線部
８１  ヘルメット
８７  バイブレータ
Ｒ１  電流検出用抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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