(57)【要約】【課題】センサ素子の位置変動を抑えつつ、センサ素子からの放熱を抑えられるガスセンサガスセンサを提供する。【解決手段】本開示は、センサ素子と、センサ素子が取り付けられたフレームとを有する素子支持部と、フレームを保持する基台とを備えるガスセンサである。フレームは、基台に取り付けられた複数の取付部を有する。素子支持部の重心位置が式（１）を満たす。  Ｈ≦Ｄ      ・・・（１）（式（１）中、Ｈは、全ての取付部それぞれにおける近接点に対する最小二乗法よって得られる仮想平面と素子支持部の重心との距離である。Ｄは、素子支持部の重心から仮想直線又は仮想平面に引いた垂線の足と、複数の取付部のうち、この垂線の足に最も近い取付部における近接点との距離である。）【選択図】図１
2020180951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定成分を検知するセンサ素子と、前記センサ素子が取り付けられたフレームとを有する素子支持部と、
前記フレームを保持する基台と、
を備えるガスセンサであって、
前記フレームは、前記基台に取り付けられた複数の取付部を有し、
前記素子支持部の重心位置が下記式（１）を満たす、ガスセンサ。
Ｈ≦Ｄ      ・・・（１）
（上記式（１）中、Ｈは、前記取付部の数が２つの場合、２つの前記取付部それぞれにおける前記素子支持部の重心に最も近接する近接点を通る仮想直線と前記素子支持部の重心との距離であり、前記取付部の数が３つ以上の場合、全ての前記取付部それぞれにおける前記近接点に対する最小二乗法よって得られる仮想平面と前記素子支持部の重心との距離である。Ｄは、前記素子支持部の重心から前記仮想直線又は前記仮想平面に引いた垂線の足と、前記複数の取付部のうち、この垂線の足に最も近い取付部における前記近接点との距離である。）
【請求項２】
前記素子支持部の重心は、前記複数の取付部によって画定される仮想多角形の内部に位置し、
前記仮想多角形は、前記取付部の数が２つの場合、２つの前記取付部それぞれにおける前記近接点を結ぶ線分を対角線とする正方形であり、前記取付部の数が３つ以上の場合、前記仮想平面上に投影した全ての前記取付部それぞれにおける前記近接点を頂点とする多角形である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記センサ素子は、弾性力、張力及び摩擦力の少なくとも１種によって前記フレームに保持され、
前記フレームは、弾性力、張力及び摩擦力の少なくとも１種によって前記基台に保持される、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記基台と共に前記素子支持部を収納する内部空間を構成する蓋部と、
前記内部空間にガスを供給するガス供給口と、
前記内部空間からガスを排出するガス排出口と、
をさらに備え、
前記センサ素子は、前記ガス供給口と前記ガス排出口とを結ぶガス流路からずれた位置に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定ガス中の特定成分を検知するガスセンサでは、一般にセンサ素子は通電によって駆動温度まで加熱される。そのため、センサ素子の消費電力を抑えるためには、センサ素子の断熱性を高める必要がある。
【０００３】
センサ素子への導通配線を確保しつつ、センサ素子の断熱性を高める構成として、基台（つまりステム）の上にセンサ素子を線材で保持し、センサ素子に導通用のワイヤを接続した構造が公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３７２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に開示された構造では、ガスセンサが落下等による衝撃を受けた際に、衝撃によってセンサ素子の位置が変動し得る。その結果、センサ素子の感度が変化するおそれや、センサ素子が破損するおそれがある。つまり、上記構造では、センサ素子と線材とから構成される部位の重心が基台の法線方向に大きく離間しているため、衝撃によってセンサ素子に大きなモーメントが発生し、センサ素子の基台に対する位置が変化し得る。
【０００６】
これに対し、センサ素子の位置変動を抑えるためにセンサ素子を保持する部材を補強する（例えば、線材の太さを大きくする）と、線材からの放熱量が増加するため、センサ素子の断熱が不十分となる。
【０００７】
本開示の一局面は、センサ素子の位置変動を抑えつつ、センサ素子からの放熱を抑えられるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様は、被測定ガス中の特定成分を検知するセンサ素子と、センサ素子が取り付けられたフレームとを有する素子支持部と、フレームを保持する基台と、を備えるガスセンサである。フレームは、基台に取り付けられた複数の取付部を有する。素子支持部の重心位置が下記式（１）を満たす。
Ｈ≦Ｄ      ・・・（１）
【０００９】
上記式（１）中、Ｈは、取付部の数が２つの場合、２つの取付部それぞれにおける素子支持部の重心に最も近接する近接点を通る仮想直線と素子支持部の重心との距離であり、取付部の数が３つ以上の場合、全ての取付部それぞれにおける近接点に対する最小二乗法よって得られる仮想平面と素子支持部の重心との距離である。Ｄは、素子支持部の重心から仮想直線又は仮想平面に引いた垂線の足と、複数の取付部のうち、この垂線の足に最も近い取付部における近接点との距離である。
【００１０】
このような構成によれば、センサ素子を含む素子支持部の重心の位置が上記式（１）を満たすようにセンサ素子が配置されることによって、フレームに加わる曲げ応力を引張応力に変えることができる。つまり、ガスセンサに衝撃が加わった際に素子支持部に発生するモーメントを低減できる。これにより、センサ素子の位置変動が抑えられる。また、センサ素子の位置変動を抑えるためにフレームの強度を高める必要がないため、フレームの設計自由度が向上する。つまり、フレームを断熱性の高い任意の形状に設計できる。
【００１１】
その結果、センサ素子の位置変動を抑えつつ、センサ素子からの放熱を抑えられる。さらに、上述したフレームの設計自由度の向上によって、センサ素子の導通経路の縮小及びガスセンサの小型化を図ることができる。
【００１２】
本開示の一態様では、素子支持部の重心は、複数の取付部によって画定される仮想多角形の内部に位置してもよい。仮想多角形は、取付部の数が２つの場合、２つの取付部それぞれにおける近接点を結ぶ線分を対角線とする正方形であり、取付部の数が３つ以上の場合、仮想平面上に投影した全ての取付部それぞれにおける近接点を頂点とする多角形であってもよい。このような構成によれば、ガスセンサに衝撃が加わった際に素子支持部に発生するモーメントの低減効果を促進できる。その結果、センサ素子の位置変動がさらに小さくなる。
【００１３】
本開示の一態様では、センサ素子は、弾性力、張力及び摩擦力の少なくとも１種によってフレームに保持されてもよい。フレームは、弾性力、張力及び摩擦力の少なくとも１種によって基台に保持されてもよい。このような構成によれば、センサ素子、フレーム及び基台に対し、センサ素子の駆動温度に耐えられる高温での接着又はロウ付けを施す必要がない。そのため、これらの部材に対する駆動温度以上の熱履歴によるダメージが避けられる。また、センサ素子、フレーム及び基台の連結構造がセンサ素子駆動時の熱衝撃によって劣化することが抑制される。
【００１４】
本開示の一態様は、基台と共に素子支持部を収納する内部空間を構成する蓋部と、内部空間にガスを供給するガス供給口と、内部空間からガスを排出するガス排出口と、をさらに備えてもよい。センサ素子は、ガス供給口とガス排出口とを結ぶガス流路からずれた位置に配置されてもよい。このような構成によれば、センサ素子近傍で被測定ガスが滞留するので、センサ素子の検知精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態のガスセンサの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での模式的な断面図である。
【図３】図３は、図１のガスセンサにおける素子支持部の模式的な平面図である。
【図４】図４は、図１とは異なる実施形態のガスセンサの模式的な斜視図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線での模式的な断面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線での模式的な断面図である。
【図７】図７は、図１及び図４とは異なる実施形態のガスセンサの模式的な斜視図である。
【図８】図８は、図１、図４及び図７とは異なる実施形態のガスセンサにおける素子支持部の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、被測定ガスに含まれるガス成分を検知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）等が挙げられる。
【００１７】
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特定ガス成分の測定に好適に使用できる。ガスセンサ１は、図１に示すように、素子支持部２と、基台３とを備える。
【００１８】
＜素子支持部＞
素子支持部２は、センサ素子２１と、フレーム２２と、複数の素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄと、複数のリード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄとを有する。
【００１９】
（センサ素子）
センサ素子２１は、被測定ガス中の特定成分（つまり測定対象成分）を検知する。センサ素子２１は、後述するフレーム２２の格納部２２Ｉの内部に配置されている。
【００２０】
センサ素子２１は、基板と、ヒータと、測温部と、センサ部とを有する。基板は、アルミナ等の絶縁性セラミックを主成分（つまり８０質量％以上含まれる成分）とする。ヒータは、基板に配置された配線のうち、発熱抵抗体として機能する配線で構成されている。
【００２１】
測温部は、基板に配置された配線のうち、測温用抵抗体として機能する配線で構成されている。測温部の出力を用いてヒータの通電制御を行うことで、センサ素子２１の温度制御を精度の高いものにすることができる。
【００２２】
ヒータ及び測温部は、例えば、白金（Ｐｔ）で形成される。ヒータ及び測温部は、例えば、基板を形成するセラミックグリーンシートにＰｔペーストを印刷後、焼成することで形成できる。なお、ヒータ及び測温部は、センサ素子２１の構成及び被測定ガスの条件によっては省略することができる。
【００２３】
センサ部は、基板に配置されている。センサ部は、検知対象のガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知体で構成される。センサ部としては、公知の混成電位式の検知体が使用できる。
【００２４】
混成電位式の検知体は、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、センサ部として、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。
【００２５】
また、センサ素子２１は、被測定ガスが含む成分を化学変化させるための触媒部を有してもよい。触媒部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。
【００２６】
具体的には、触媒部は、ガスセンサ１が検知する第１成分（例えばＮＯ）をセンサ部が検知可能な第２成分（例えばＮＯ２）に変換する。また、触媒部は、ガスセンサ１による検知を必要としない成分を燃焼する。例えば、測定対象のガス成分がＮＯｘの場合、触媒部は、ＣＯ、Ｈ２、ＶＯＣ等の、被測定ガス中に含まれる可燃性ガス成分を燃焼させる。
【００２７】
触媒部の触媒は、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、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。
【００２８】
（フレーム）
フレーム２２は、センサ素子２１を基台３に対して支持する部材である。フレーム２２は、基台３よりも強度及び断熱性の高い材質であるとよい。例えば、フレーム２２は、ステンレス合金（例えばＳＵＳ３０４）等の金属材料で構成されるとよい。
【００２９】
フレーム２２は、第１取付部２２Ａと、第２取付部２２Ｂと、第３取付部２２Ｃと、第４取付部２２Ｄと、第１アーム２２Ｅと、第２アーム２２Ｆと、第３アーム２２Ｇと、第４アーム２２Ｈと、格納部２２Ｉとを有する。
【００３０】
取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、ぞれぞれ、後述する基台３の取付面３１に取り付けられている。取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、それぞれ、接着剤又はロウ材によって取付面３１に固定されている。
【００３１】
アーム２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ，２２Ｈは、それぞれ、一方の端部が格納部２２Ｉに連結され、他方の端部に取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのいずれかが連結されている。
【００３２】
格納部２２Ｉは、センサ素子２１が取り付けられた凹部２２Ｊを有する。本実施形態の格納部２２Ｉは、平面視で（つまり、基台３の取付面３１と垂直な方向から視て）、正方形状の外形を有する。
【００３３】
アーム２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ，２２Ｈは、格納部２２Ｉの４隅から格納部２２Ｉの外側に向かって延伸している。また、図２に示すように、アーム２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ，２２Ｈは、取付面３１と平行な方向に延伸している。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態では、取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの平面形状（つまり、平面視における形状）は、円形である。ただし、取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの平面形状は、円形に限定されず、多角形等であってもよい。
【００３５】
また、取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、格納部２２Ｉからの距離が互いに等しい。したがって、アーム２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ，２２Ｈの長さ（つまり、格納部２２Ｉと取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄまでの距離）は、全て等しい。また、フレーム２２の平面形状は、格納部２２Ｉの重心を中心とした４回対称である（つまり、９０°回転させたときに自らと重なる形状である）。
【００３６】
（素子側接続パッド及びリード線）
素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、センサ素子２１に取り付けられている。
【００３７】
リード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄは、ぞれぞれ、素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄのいずれかを、後述する基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに電気的に接続している。
【００３８】
センサ素子２１は、リード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを介して、基台３に設けられた回路に信号を出力すると共に、基台３から電力の供給を受ける。
【００３９】
＜基台＞
基台３は、フレーム２２を保持する部材である。図１に示すように、基台３は、取付面３１と、凹部３２と、複数の基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄとを有する。基台３は、アルミナ等の絶縁性セラミックを主成分とする。
【００４０】
取付面３１は、フレーム２２の取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄがそれぞれ取り付けられた平坦面である。凹部３２は、取付面３１の中央に設けられている。凹部３２には、図２に示すように、素子支持部２のうち、センサ素子２１の一部と、フレーム２２の格納部２２Ｉの一部とが配置されている。
【００４１】
なお、フレーム２２は、凹部３２内にその一部が配置されているが、凹部３２とは離間している。つまり、素子支持部２は、４つの取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのみで基台３と接触している。
【００４２】
基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、取付面３１に配置されている。基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、ぞれぞれ、リード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄによって、素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄに電気的に接続されている。
【００４３】
＜素子支持部の重心位置＞
素子支持部２の重心位置は、下記式（１）を満たす。なお、素子支持部２の重心Ｇは、センサ素子２１、フレーム２２、複数の素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ、及び複数のリード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄで構成される素子支持部２全体の幾何学的重心を意味する。
Ｈ≦Ｄ      ・・・（１）
【００４４】
上記式（１）のＨは、図２に示すように、全ての取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄそれぞれにおける素子支持部２の重心Ｇに最も近接する近接点Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４に対する最小二乗法よって得られる仮想平面Ｐ（図３参照）と素子支持部２の重心Ｇとの距離である。
【００４５】
本実施形態では、近接点Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４は、ぞれぞれ、取付面３１から等距離の位置にあるため、仮想平面Ｐは、４つの近接点Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を含む平面である。
【００４６】
また、上記式（１）のＤは、素子支持部２の重心Ｇから仮想平面Ｐに引いた垂線の足Ｆと、複数の取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのうち、この垂線の足Ｆに最も近い取付部における近接点との距離である。
【００４７】
本実施形態では、４つの取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの素子支持部２の重心Ｇまでの距離は全て等しい。そのため、「垂線の足Ｆに最も近い取付部における近接点」は、第１取付部２２Ａ、第２取付部２２Ｂ、第３取付部２２Ｃ及び第４取付部２２Ｄのうち任意の一つの取付部における近接点である。
【００４８】
なお、仮想平面Ｐ内に素子支持部２の重心Ｇが位置している（つまり、仮想平面Ｐに重心Ｇが含まれている）場合は、仮想平面Ｐと素子支持部２の重心Ｇとの距離Ｈは、ゼロである。
【００４９】
本実施形態では、図３に示すように、素子支持部２の重心Ｇは、複数の取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄによって画定される仮想多角形Ｑの内部に位置している。仮想多角形Ｑは、仮想平面Ｐ上に投影した全ての取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄそれぞれにおける近接点Ｎ１、Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を頂点とする多角形（本実施形態では正方形）である。
【００５０】
また、素子支持部２の重心Ｇは、上記式（１）を満たし、かつ仮想多角形Ｑの内部に位置する範囲で、素子支持部２の重心Ｇにおける熱抵抗が最大となる位置に配置されるとよい。
【００５１】
［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２１を含む素子支持部２の重心Ｇの位置が上記式（１）を満たすようにセンサ素子２１が配置されることによって、フレーム２２に加わる曲げ応力を引張応力に変えることができる。つまり、ガスセンサ１に衝撃が加わった際に素子支持部２に発生するモーメントを低減できる。これにより、センサ素子２１の位置変動が抑えられる。また、センサ素子２１の位置変動を抑えるためにフレーム２２の強度を高める必要がないため、フレーム２２の設計自由度が向上する。つまり、フレーム２２を断熱性の高い任意の形状に設計できる。
【００５２】
その結果、センサ素子２１の位置変動を抑えつつ、センサ素子２１からの放熱を抑えられる。さらに、上述したフレーム２２の設計自由度の向上によって、センサ素子２１の導通経路の縮小及びガスセンサ１の小型化を図ることができる。
【００５３】
（１ｂ）素子支持部２の重心Ｇが複数の取付部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄによって画定される仮想多角形Ｑの内部に位置しているため、ガスセンサ１に衝撃が加わった際に素子支持部２に発生するモーメントの低減効果を促進できる。その結果、センサ素子２１の位置変動がさらに小さくなる。
【００５４】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図４、図５及び図６に示すガスセンサ１０１は、被測定ガスに含まれるガス成分を検知するためのガスセンサである。
【００５５】
ガスセンサ１０１は、素子支持部２と、基台１０３と、蓋部１０４と、ガス供給口１０５と、ガス排出口１０６とを備える。素子支持部２は、図１のガスセンサ１の素子支持部２と同じものであるため、詳細な説明を省略する。
【００５６】
＜基台＞
基台１０３は、後述するガス供給口１０５が設けられている点を除いて、図１のガスセンサ１の基台３と同じものである。つまり、基台１０３は、取付面３１と、凹部３２と、複数の基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄとを有する。
【００５７】
＜蓋部＞
蓋部１０４は、基台１０３と共に素子支持部２を収納する内部空間Ｓを構成している。蓋部１０４の材質としては、基台１０３と同じものが使用できる。蓋部１０４は、上壁１４１と、側壁１４２とを有する。
【００５８】
上壁１４１は、基台１０３の取付面３１と対向するように配置されている。側壁１４２は、上壁１４１の端部から基台１０３に向かって延伸している。上壁１４１は、基台１０３の側面のうち取付面３１近傍の領域を囲っている。
【００５９】
側壁１４２の内面は、基台１０３の側面に接着剤、ロウ材等によって固定されている。また、側壁１４２の一部には、後述するガス排出口１０６を構成するための凹部（つまり溝）が設けられている。
【００６０】
内部空間Ｓは、基台１０３の取付面３１と、蓋部１０４の上壁１４１の内面と、蓋部１０４の側壁１４２の内面とによって画定されている。内部空間Ｓは、センサ素子２１によって検知される被測定ガスが拡散する空間である。
【００６１】
＜ガス供給口＞
ガス供給口１０５は、内部空間Ｓに被測定ガスを供給する。ガス供給口１０５は、基台１０３を取付面３１と垂直な方向に貫通した孔によって構成されている。ガス供給口１０５は、センサ素子２１と平面視で重ならない位置に設けられている。
【００６２】
＜ガス排出口＞
ガス排出口１０６は、内部空間Ｓから被測定ガスを排出する。ガス排出口１０６は、蓋部１０４の側壁１４２における上壁１４１とは反対側の端部（つまり下端）から、上壁１４１の内面まで延伸した溝によって構成されている。
【００６３】
図６に示すように、内部空間Ｓには、ガス供給口１０５とガス排出口１０６とを結ぶガス流路Ｃが構成されている。内部空間Ｓにおいて、センサ素子２１は、ガス流路Ｃからずれた位置に配置されている。ガス供給口１０５から内部空間Ｓに供給された被測定ガスは、内部空間Ｓ内で拡散しつつガス排出口１０６から排出される。
【００６４】
［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２１がガス流路Ｃからずれた位置に配置されることで、センサ素子２１近傍で被測定ガスが滞留する。その結果、センサ素子２１の検知精度を高めることができる。
【００６５】
［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図７に示すガスセンサ２０１は、被測定ガスに含まれるガス成分を検知するためのガスセンサである。ガスセンサ２０１は、素子支持部２０２と基台２０３とを備える。
【００６６】
＜素子支持部＞
素子支持部２０２は、センサ素子２１と、フレーム２２２と、複数の素子側接続パッド２２３と、複数のリード線２２４とを有する。センサ素子２１は、図１のガスセンサ１のセンサ素子２１と同じものであるため、詳細な説明を省略する。
【００６７】
フレーム２２２は、センサ素子２１を基台２０３に対して支持する部材である。フレーム２２２は、第１取付部２２２Ａと、第２取付部２２２Ｂと、第３取付部２２２Ｃと、第４取付部２２２Ｄと、第５取付部２２２Ｅと、第６取付部２２２Ｆと、第１アーム２２２Ｇと、第２アーム２２２Ｈと、第３アーム２２２Ｉと、第４アーム２２２Ｊと、格納部２２２Ｋとを有する。なお、後述するように、取付部２２２Ａ−２２２Ｆにて弾性変形が可能なように、フレーム２２２は、ＳＵＳ３０４等の金属材料にて構成されている。
【００６８】
取付部２２２Ａ−２２２Ｆは、ぞれぞれ、後述する基台２０３の取付面２３１と凹部２３２とに跨って取り付けられている。アーム２２２Ｇ−２２２Ｊは、取付部２２２Ａ−２２２Ｆと格納部２２２Ｋとを連結している。
【００６９】
取付部２２２Ａ−２２２Ｆは、それぞれ、取付面２３１と平行な方向に弾性変形する。具体的には、取付部２２２Ａ−２２２Ｆは、帯状の板がＵ字状に曲げられた変形部を有する。
【００７０】
変形部は、アーム２２２Ｇ−２２２Ｊと基台２０３の凹部２３２の内面との間で圧縮されている。また、取付部２２２Ａ−２２２Ｆの先端は、取付面２３１に重ね合わされている。取付部２２２Ａ−２２２Ｆは、それぞれの変形部の圧縮に対する弾性力（つまり復元力）によって、基台２０３に対して位置が固定されている。
【００７１】
このように、フレーム２２２は、複数の取付部２２２Ａ−２２２Ｆの変形部が圧縮された状態で凹部２３２に嵌入されている。フレーム２２２は、複数の変形部の弾性力（つまり突っ張り力）によって基台２０３に保持されている。したがって、フレーム２２２は、接着、ロウ付け等の手段によっては基台２０３に固定されていない。
【００７２】
第１取付部２２２Ａと、第２取付部２２２Ｂと、第３取付部２２２Ｃと、第４取付部２２２Ｄとは、変形部の圧縮方向が平行であり、かつ、センサ素子２１からの距離が互いに等しい。また、第１取付部２２２Ａと第４取付部２２２Ｄとは、変形部の圧縮方向と平行な方向に並ぶように配置されている。第２取付部２２２Ｂと第３取付部２２２Ｃとは、変形部の圧縮方向と平行な方向に並ぶように配置されている。
【００７３】
第５取付部２２２Ｅ及び第６取付部２２２Ｆの変形部の圧縮方向は、第１取付部２２２Ａ、第２取付部２２２Ｂ、第３取付部２２２Ｃ、及び第４取付部２２２Ｄの変形部の圧縮方向と直交する。第５取付部２２２Ｅと第６取付部２２２Ｆとは、平面視で、センサ素子２１を挟んだ位置に配置されている。また、第５取付部２２２Ｅと第６取付部２２２Ｆとは、センサ素子２１からの距離が互いに等しい。
【００７４】
格納部２２２Ｋは、開口２２２Ｌと、センサ素子２１を保持する複数の爪２２２Ｍとを有する。複数の爪２２２Ｍは、開口２２２Ｌの内面から内側に向かって突出するように配置されている。
【００７５】
複数の爪２２２Ｍは、基台２０３の取付面２３１に対し垂直な方向から押圧された際に、開口２２２Ｌの中心から離間する方向に弾性変形する。センサ素子２１は、弾性変形した複数の爪２２２Ｍによって、開口２２２Ｌ内に保持されている。
【００７６】
つまり、センサ素子２１は、センサ素子２１を開口２２２Ｌの中心に向かって押圧する複数の爪２２２Ｍの弾性力によってフレーム２２２に保持されている。したがって、センサ素子２１は、接着、ロウ付け等の手段によってはフレーム２２２に固定されていない。
【００７７】
複数の素子側接続パッド２２３及び複数のリード線２２４は、図１のガスセンサ１の素子側接続パッド２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ及びリード線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄと同じものである。
【００７８】
＜基台＞
基台２０３は、フレーム２２２を保持する部材である。基台２０３は、取付面２３１と、凹部２３２と、複数の基台側接続パッド２３３とを有する。基台２０３は、アルミナ等の絶縁性セラミックを主成分とする。
【００７９】
取付面２３１は、フレーム２２２の取付部２２２Ａ−２２２Ｆがそれぞれ取り付けられた平坦面である。凹部２３２は、取付面２３１の内部領域に設けられている。凹部２３２には、素子支持部２０２のうち、センサ素子２１の一部と、フレーム２２２の格納部２２２Ｋの一部と、取付部２２２Ａ−２２２Ｆそれぞれの変形部とが配置されている。
【００８０】
基台側接続パッド２３３は、図１のガスセンサ１の基台側接続パッド３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄと同じものである。
また、本実施形態において、素子支持部２０２の重心位置は、第１実施形態と同様に、上記式（１）を満たしている。
【００８１】
［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）センサ素子２１及びフレーム２２２が、それぞれ弾性力によって保持されることで、センサ素子２１、フレーム２２２及び基台２０３に対し、センサ素子２１の駆動温度に耐えられる高温での接着又はロウ付けを施す必要がない。そのため、これらの部材に対する駆動温度以上の熱履歴によるダメージが避けられる。また、センサ素子２１、フレーム２２２及び基台２０３の連結構造がセンサ素子２１駆動時の熱衝撃によって劣化することが抑制される。
【００８２】
［４．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。
【００８３】
（４ａ）上記実施形態のガスセンサ１，１０１，２０１において、取付部の数は２つ以上であれば特に限定されない。つまり、フレームは、２つの取付部を有してもよい。
【００８４】
例えば図８に示すように、フレーム３２２が２つの取付部３２２Ａ，３２２Ｂを有する場合は、上記式（１）におけるＨは、２つの取付部３２２Ａ，３２２Ｂそれぞれにおける近接点Ｎ１，Ｎ２を通る仮想直線Ｌと素子支持部３０２の重心との距離とされる。
【００８５】
また、２つの取付部３２２Ａ，３２２Ｂによって画定される仮想多角形Ｑは、２つの取付部３２２Ａ，３２２Ｂそれぞれにおける近接点Ｎ１，Ｎ２を結ぶ線分を対角線とする正方形とされる。
【００８６】
（４ｂ）上記実施形態のガスセンサ１，１０１，２０１において、上記式（１）が少なくとも満たされれば、素子支持部の重心は、必ずしも複数の取付部によって画定される仮想多角形の内部に位置しなくてもよい。
【００８７】
（４ｃ）上記実施形態のガスセンサ２０１において、センサ素子は、弾性力に代えて、又は弾性力と共に、張力及び摩擦力の少なくとも１種によってフレームに保持されてもよい。同様に、フレームは、弾性力に代えて、又は弾性力と共に、張力及び摩擦力の少なくとも１種によって基台に保持されてもよい。
【００８８】
（４ｄ）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。
【符号の説明】
【００８９】
１…ガスセンサ、２…素子支持部、３…基台、２１…センサ素子、２２…フレーム、
２２Ａ−２２Ｄ…取付部、２２Ｅ−２２Ｈ…アーム、２２Ｉ…格納部、２２Ｊ…凹部、
２３Ａ−２３Ｄ…素子側接続パッド、２４Ａ−２４Ｄ…リード線、３１…取付面、
３２…凹部、３３Ａ−３３Ｄ…基台側接続パッド、１０１…ガスセンサ、
１０３…基台、１０４…蓋部、１０５…ガス供給口、１０６…ガス排出口、
２０１…ガスセンサ、２０２…素子支持部、２０３…基台、２２２…フレーム、
２２２Ａ−２２２Ｆ…取付部、２２２Ｇ−２２２Ｊ…アーム、２２２Ｋ…格納部、
２２２Ｌ…開口、２２２Ｍ…爪、２２３…素子側接続パッド、２２４…リード線、
２３１…取付面、２３２…凹部、２３３…基台側接続パッド、３０２…素子支持部、
３２２…フレーム、３２２Ａ，３２２Ｂ…取付部。
【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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