(57)【要約】【課題】検出素子とヒータ素子との間隔を好適に調整し、ヒータ素子から検出部へ伝達する熱を調整可能なガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、軸線Ｇ方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部１１ａを有する板状の検出素子１１と、検出素子１１に接着層７０を介して積層され、検出部１１ａを加熱する板状のヒータ素子１２とを備える。  このガスセンサ１において、接着層７０には、検出素子１１とヒータ素子１２とで挟持される複数のスペーサ７５が埋設されている。【選択図】図３
2008164342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する板状の検出素子と、
該検出素子に接着層を介して積層され、該検出部を加熱する板状のヒータ素子とを備えたガスセンサにおいて、
前記接着層には、前記検出素子と前記ヒータ素子とで挟持される複数のスペーサが埋設されることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記検出部は、前記検出素子の前記軸線方向の先端側に配置され、
前記ヒータ素子は、前記軸線方向の後端側から先端側へ向かって、前記検出素子との間隔が狭くなるように、該検出素子に対して傾斜して積層される請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記検出素子と前記ヒータ素子との積層方向に沿って見た時、前記軸線方向の後端側に配置される前記スペーサは、前記軸線方向の先端側に配置される前記スペーサより大きい請求項２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記検出部は、固体電解質体および該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有するセルを少なくとも一つ以上有するとともに、該セルとして、該一対の電極のうち一方の電極が、多孔質部を介して前記被測定ガスに晒されるセルを備え、
前記ヒータ素子は、前記多孔質部と対向するように、前記検出素子に積層され、
前記接着層は、前記検出素子と前記ヒータ素子との間のうち、前記多孔質部より後端側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記検出部は、固体電解質体および該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有するセルを複数有するとともに、該セルとして、前記一対の電極のうち一方の電極が、多孔質部を介して前記被測定ガスに晒され、他方の電極が、拡散抵抗体を介して前記被測定ガス空間に連通する測定室に晒され、前記一対の電極間に通電される電流に応じて前記測定室の酸素をポンピングする酸素ポンプセルと、
前記一対の電極のうち一方の電極が、前記測定室に晒され、前記一対の電極間において前記測定室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルとを備え、
前記ヒータ素子は、前記多孔質部と対向するように、前記検出素子に積層され、
前記接着層は、前記検出素子と前記ヒータ素子との間のうち、前記多孔質部より後端側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項６】
軸線方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する板状の検出素子と、該検出素子に接着層を介して積層され、該検出部を加熱する板状のヒータ素子とを備えるガスセンサの製造方法において、
接着剤により前記接着層を形成して前記検出素子に前記ヒータ素子を積層する際に、前記接着剤に複数個のスペーサを埋設させ、該スペーサによって該検出素子と該ヒータ素子との間隔を調整することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスセンサ及びその製造方法に関する。詳細には、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するための酸素センサや全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサ等のガスセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来のガスセンサが開示されている。このガスセンサは、軸線方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する板状の検出素子と、検出素子に接着層を介して積層され、検出部を加熱する板状のヒータ素子とを備えている。
【０００３】
より詳しくは、検出素子は、ジルコニア等を主体とする固体電解質体により構成されるのが一般的であり、この固体電解質体は、自身の温度が低いと活性化せずに酸素イオン導電性を有しないという特性を有している。このため、このガスセンサでは、検出素子に積層され、検出部を加熱する板状のヒータ素子により、検出素子を構成する固体電解質体を所望の温度に加熱し、活性化させるようになっている。
【０００４】
このような構成である従来のガスセンサは、例えば、自動車等に搭載され、内燃機関から排出される被測定ガスとしての排気ガス中に、検出部を晒した状態で装着される。そして、このガスセンサは、検出部に接触する被測定ガス中の特定ガス成分を検出することが可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８０９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来のガスセンサにおいて、検出素子及びヒータ素子は、接着層を介して積層されて接合されている。そして、検出素子及びヒータ素子は、下記のようにして、接合されるのが一般的である。
【０００７】
まず、検出素子と、ヒータ素子と、加熱により硬化する無機セメント等の接着剤とを用意する。次に、検出素子及びヒータ素子の間に所定量の接着剤を塗布、印刷等の一般的方法により配置する。そして、検出素子及びヒータ素子の双方を所定の加圧力で接近する方向に押圧しつつ、加熱して接着剤を硬化させる。
【０００８】
こうして、接着層を介して接合される検出素子及びヒータ素子の間隔は、接着剤の粘度変化、加圧力及び加熱条件等の要因により影響を大きく受けるため、所望の値に制御することが難しく、ばらつきが大きくなり易い。この場合には、ガスセンサは、上記間隔のばらつきにより、ヒータ素子から検出部へ伝達する熱を好適に調整できず、所望の検出性能が得られないという不具合が生じるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、検出素子とヒータ素子との間隔を好適に調整し、ヒータ素子から検出部へ伝達する熱を調整可能なガスセンサを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガスセンサは、軸線方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する板状の検出素子と、該検出素子に接着層を介して積層され、該検出部を加熱する板状のヒータ素子とを備えたガスセンサにおいて、前記接着層には、前記検出素子と前記ヒータ素子とで挟持される複数のスペーサが埋設されることを特徴とする。
【００１１】
このような構成である本発明のガスセンサは、スペーサによって、検出素子とヒータ素子との間隔を所望する値に容易に調整できる。このため、このガスセンサでは、検出素子及びヒータ素子の間隔のばらつきが小さくなり、ヒータ素子から検出部へ伝達する熱を好適に調整することが容易になる。
【００１２】
したがって、本発明のガスセンサは、検出素子とヒータ素子との間隔を好適に調整し、ヒータ素子から検出部へ伝達する熱を調整可能である。
【００１３】
なお、スペーサは、ヒータ素子及び検出素子に直接当接することが好ましいが、本発明の作用効果を奏するのであれば、スペーサとヒータ素子及び検出素子との間に接着層がある程度介在していてもよい。
【００１４】
スペーサを構成する材料としては、本発明の作用効果を奏するものであればどのようなものでもかまわないが、接着剤を硬化させるための加熱、及びヒータ素子自身の発熱のため、耐熱性が高い材料を採用することが好ましい。さらに、ヒータ素子と検出素子との絶縁性の確保のため、絶縁性が高い材料を採用することが好ましい。そのような材料として、セラミック（具体的には、アルミナ、ジルコニア等。）を採用することが好ましい。
【００１５】
スペーサの形状としては、本発明の作用効果を奏するものであればどのようなものでもかまわないが、例えば、角柱、円柱、球、多面体等とすることができる。
【００１６】
検出素子とヒータ素子との間隔は、スペーサの大きさを均一にして、接着層中に均一に分散させることにより、検出素子とヒータ素子が平行となるように設定されていてもよい。このガスセンサでは、設定された間隔に適合する大きさのスペーサを配置することにより、所望の間隔を実現できる。
【００１７】
本発明のガスセンサにおいて、前記検出部は、前記検出素子の前記軸線方向の先端側に配置され、前記ヒータ素子は、前記軸線方向の後端側から先端側へ向かって、前記検出素子との間隔が狭くなるように、該検出素子に対して傾斜して積層されるものであり得る。
【００１８】
この場合、このガスセンサは、検出素子とヒータ素子とが平行に積層される場合と比較して、検出素子の検出部がヒータ素子により一層近接して配置されるため、ヒータ素子の熱を効率良く検出部に伝達できる。つまり、ヒータ素子によって、検出素子の検出部を早期に活性化できる。
【００１９】
本発明のガスセンサにおいて、前記検出素子と前記ヒータ素子との積層方向に沿って見た時、前記軸線方向の後端側に配置される前記スペーサは、前記軸線方向の先端側に配置される前記スペーサより大きいものであり得る。
【００２０】
この場合、このガスセンサでは、ヒータ素子が検出素子に対して傾斜して積層される場合であっても、軸線方向の後端側に配置されるスペーサが軸線方向の先端側に配置されるスペーサより大きいため、ヒータ素子を検出素子に対して確実に傾斜させることができる。また、軸線方向後端側のスペーサの大きさと、軸線方向先端側のスペーサの大きさとを適宜変更することで、検出素子に対するヒータ素子の傾斜角を適宜設定できる。なお、スペーサの大きさは、軸線方向の先端側から後端側に向かって、徐々に大きくなるように設定されてもよい。
【００２１】
本発明のガスセンサにおいて、前記検出部は、固体電解質体および該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有するセルを少なくとも一つ以上有するとともに、該セルとして、該一対の電極のうち一方の電極が、多孔質部を介して前記被測定ガスに晒されるセルを備え、前記ヒータ素子は、前記多孔質部と対向するように、前記検出素子に積層され、前記接着層は、前記検出素子と前記ヒータ素子との間のうち、前記多孔質部より後端側に配置されるものであり得る。
【００２２】
この場合、このガスセンサでは、検出素子の検出部の多孔質部に接着層が形成されないので、多孔質部の空隙を接着層が塞ぐことなく、検出部を確実に加熱できる。つまり、検出素子の検出性能を維持したままで、検出部を早期に活性化できる。
【００２３】
なお、このガスセンサでは、検出部が検出素子の軸線方向の先端側に配置されるとともに、ヒータ素子が、軸線方向の後端側から先端側へ向かって、検出素子との間隔が狭くなるように、該検出素子に対して傾斜して積層されることが好ましい。検出素子とヒータ素子とが平行に積層されると、検出素子に形成される多孔質部とヒータ素子との間に空間が形成されるため、ヒータ素子から検出部へ熱が伝達し難くなる。そこで、ヒータ素子を、上記のように検出素子に対して傾斜して積層することにより、多孔質部とヒータ素子との間隔を確実に狭くできるか、もしくは多孔質部とヒータ素子とを当接させることができる。これにより、ヒータ素子の熱を効率良く検出部に伝達できる。
【００２４】
本発明のガスセンサにおいて、前記検出部は、固体電解質体および該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有するセルを複数有するとともに、該セルとして、前記一対の電極のうち一方の電極が、多孔質部を介して前記被測定ガスに晒され、他方の電極が、拡散抵抗体を介して前記被測定ガスの空間に連通する測定室に晒され、前記一対の電極間に通電される電流に応じて前記測定室の酸素をポンピングする酸素ポンプセルと、前記一対の電極のうち一方の電極が、前記測定室に晒され、前記一対の電極間において前記測定室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルとを備え、前記ヒータ素子は、前記多孔質部と対向するように、前記検出素子に積層され、前記接着層は、前記検出素子と前記ヒータ素子との間のうち、前記多孔質部より後端側に配置されるものであり得る。
【００２５】
この場合、このガスセンサでは、酸素ポンプセルに配置される多孔質部に接着層が形成されないので、多孔質部の空隙を接着層が塞ぐことなく、酸素ポンセルを確実に加熱できる。つまり、酸素ポンプセルによる測定室への酸素のポンピングを阻害することなく、酸素ポンプセルを早期に活性化できる。
【００２６】
また、このガスセンサでは、酸素ポンプセルにて、酸素をポンピングするためには、酸素濃度検知セルの活性化温度と比較して、より高温に加熱する必要がある。このため、上記の通り、酸素ポンプセル（多孔質部）と対向してヒータ素子を配置することにより、酸素濃度検知セルと対向する場合と比較して、酸素ポンプセルとヒータ素子との距離が短くなるので、酸素ポンプセルを早期に活性化できる。
【００２７】
なお、このガスセンサでは、検出部が検出素子の軸線方向の先端側に配置されるとともに、ヒータ素子が、軸線方向の後端側から先端側へ向かって、検出素子との間隔が狭くなるように、該検出素子に対して傾斜して積層されることが好ましい。検出素子とヒータ素子とが平行に積層されると、検出素子に形成される多孔質部とヒータ素子との間に空間が形成されるため、ヒータ素子から検出部へ熱が伝達し難くなる。そこで、ヒータ素子を、上記のように検出素子に対して傾斜して積層することにより、多孔質部と酸素ポンプセルとの間隔を確実に狭くできるか、もしくは多孔質部とヒータ素子とを当接させることができる。これにより、ヒータ素子の熱を効率良く酸素ポンプセルに伝達できる。
【００２８】
本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びるとともに、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する板状の検出素子と、該検出素子に接着層を介して積層され、該検出部を加熱する板状のヒータ素子とを備えるガスセンサの製造方法において、接着剤により前記接着層を形成して前記検出素子に前記ヒータ素子を積層する際に、前記接着剤に複数個のスペーサを埋設させ、該スペーサによって該検出素子と該ヒータ素子との間隔を調整することを特徴とする。
【００２９】
このような製造方法により、本発明の作用効果を奏するガスセンサを実現することができる。
【００３０】
接着剤としては、耐熱性、絶縁性の高いものが好ましく、例えば、リン酸セメント等を使用することができる。
【００３１】
接着剤に複数個のスペーサを含有させる方法としては、本発明の作用効果を奏するものであればどのような方法でもかまわないが、例えば、あらかじめスペーサを接着剤に混合した状態で塗布、印刷する方法や、接着剤を塗布、印刷した後に、接着剤上にスペーサを散布したり、配置したりする方法等を採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明を適用した実施例１〜３を図面を参照して説明する。なお、図１においては、下方に向かう側を先端側とし、上方に向かう側を後端側とする。また、図２〜図７においては、左方に向かう側を先端側とし、右方に向かう側を後端側とする。
【実施例１】
【００３３】
図１に示すように、実施例１のガスセンサ１は、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、被測定ガスである排気ガス中の特定ガス成分である酸素ガスの濃度を検出する全領域空燃比センサである。このガスセンサ１は、酸素濃度を検出可能な検出素子１１を備えたものであり、空燃比センサ１を自動車の排気管に取り付けることにより、検出素子１１の先端側を排気ガスが流れる排気管内に配置させて使用するものである。
【００３４】
まず、ガスセンサ１の概略構成について説明する。図１に示すように、ガスセンサ１は、板状のセンサ素子１４、当該センサ素子１４の先端側（図１に示す下側）以外を内挿して保持し、センサ素子１４の軸線方向に沿って伸びる略円筒状のセラミックホルダ１３、当該セラミックホルダ１３の先端側を内挿して保持する主体金具３、当該主体金具３の先端側に接合された有底筒状のプロテクタ１９、主体金具３の後端側（図１に示す上側）に接合され、セラミックホルダ１３の後端側を囲繞して保護する外筒５、当該外筒５の後方の開口部を閉塞するように配設された略円柱状のセパレータ１６、当該セパレータ１６の外周面を囲繞し、外筒５の後端側に取り付けられた保護外筒７などから構成されている。
【００３５】
さらに、ガスセンサ１は上記構成に加え、センサ素子１４に装着された支持碍管１８および絶縁碍管２７、保護外筒７の後方の開口部を閉塞するために配設されたゴムキャップ２０などを各々備えている。また、セラミックホルダ１３の内部には、センサ素子１４の中間部からセンサ素子１４の後端部近傍までを保持する第一充填層３０２が形成され、当該第一充填層３０２の後方に形成され、センサ素子１４の後端部とその後端部に接続される電極線１１２、１２２を取り囲むようにして封着する第二充填層３１２が形成されている。なお、以下の説明において、センサ素子１４の先端部を「センサ先端部１４１」、後端部を「センサ後端部１４２」と呼ぶことにする。
【００３６】
次に、センサ素子１４について、図１および図２を参照して説明する。図１および図２に示すように、センサ素子１４は、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出部１１ａを先端側に有する板状の検出素子１１と、この検出部１１ａを加熱する板状のヒータ素子１２とが詳細を後述する接着層７０（図１には図示しない。）を介して互いに接着されることにより、一本の積層体として構成される。なお、ガスセンサ１に用いられるセンサ素子１４の構成は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細は省略するが、概略構成は以下の通りである。
【００３７】
まず、検出素子１１は、軸線Ｇ方向に沿って延びる板状の固体電解質体の両側にＰｔを主体とする一対の多孔質電極を形成した酸素濃度検知セルと、軸線Ｇ方向に沿って延びる板状の固体電解質体の両側にＰｔを主体とする一対の多孔質電極を形成した酸素ポンプセルとから構成される。また、酸素濃度検知セル及び酸素ポンプセルの間に積層され、中空の測定室を形成するための絶縁スペーサを有する。この固体電解質体は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアを主体に形成される。また、測定室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定室の内側には、酸素濃度検知セルの一方の多孔質電極と、酸素ポンプセルの一方の多孔質電極が露出する形態で配置されている。また、酸素ポンプセルの他方の多孔質電極は、多孔質状の保護層１１ｂ（図１には図示しない。本発明でいう多孔質部に相当する。）で覆われ、保護層を介して被測定ガスに晒される。なお、測定室は、検出素子１１のセンサ先端部１４１側に位置するように形成されており、スペーサ上に別途形成した多孔質状の拡散抵抗部を介して排気ガス空間に連通している。なお、検出部１１ａとは、測定室及び測定室を取り囲む拡散抵抗部と、酸素ポンプセル（一対の多孔質電極と保護層１１ｂとを含む。）と、酸素濃度検知セル（一対の多孔質電極）とを示す。また、このような検出素子１１の後端側には、検出素子１１に形成される各電極との電気信号の入出力を行うための電極線１１２が３本設けられている。３本の電極線１１２のうち１本は、測定ガス室の内側に露出する酸素濃度検知セルの一方の電極および酸素ポンプセルの一方の電極と共用化される形で電気的に接続されている。また、残り２本は、酸素濃淡電池素子の他方の電極、酸素ポンプ素子の他方の電極と各々電気的に接続されている。なお、酸素ポンプセルは、一対の多孔質電極間に通電される電流に応じて測定室の酸素をポンピングする。また、酸素濃度検知セルは、一対の多孔質電極間において測定室の酸素濃度に応じた電圧を発生する。そして、検出部１１ａは、拡散抵抗部を介して測定室に導入された排気ガス中の酸素濃度に応じて酸素濃度検知セルに発生する電圧が所定の電圧となるように、酸素ポンプセルにより測定室の酸素をポンピングする。そして、検出部１１ａは、酸素ポンプセルに流れる電流に応じて排気ガスの酸素濃度を測定する。
【００３８】
ついで、ヒータ素子１２は、アルミナ主体とする板状の絶縁体の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体が挟み込まれるようにして形成されている。このヒータ素子１２の後端側には、発熱抵抗体の両端に電気的に接続される電極線１２２が２本設けられている。
【００３９】
検出素子１１およびヒータ素子１２の後端側から引き出される電極線１１２、１２２は、各々図１に示すようにリード端子２５に対してスポット溶接にて接続されている。
【００４０】
次に、支持碍管１８について説明する。この支持碍管１８は、検出素子１１の軸線方向と平行に延設され、その延設された軸線方向と直交する方向の断面が略コ字形状を有する部材である。そして、支持碍管１８は、その凹面側を検出素子１１の電極線１１２近傍の側面側に向け、耐熱性セメント（例えば、リン酸セメント）を介して検出素子１１に接着されている。この支持碍管１８の材質には、第二充填層３１２を構成するガラス成分の熱膨張率に近い材質、具体的にはアルミナが使用されている。これは、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなる検出素子１１と、ガラス成分からなる第二充填層３１２との熱膨張差が大きく、互いが直接接すると検出素子１１にクラックが発生してしまうため、支持碍管１８によって上記熱膨張差を緩衝させるためである。
【００４１】
次に、絶縁碍管２７について説明する。この絶縁碍管２７は、有底円筒形状をなすセラミック部材からなり、円筒の開口する端面側を、センサ素子１４のセンサ後端部１４２側に向けた状態で、センサ素子１４の中間部よりもやや先端側に装着されている。また、絶縁碍管２７の底部の略中央には、センサ素子１４が挿通する挿通孔（図示せず）が設けられており、この挿通孔にセンサ素子１４が挿入された状態で、絶縁碍管２７の凹部の内側に接着体２８が充填されることにより、センサ素子１４が絶縁碍管２７に保持される。そして、センサ素子１４を保持した絶縁碍管２７は、セラミックホルダ１３の内周面に立設されたフランジ１３１に係合するようになっている。
【００４２】
次に、セラミックホルダ１３について、図１を参照して説明する。図１に示すように、セラミックホルダ１３はセンサ素子１４を内挿して保持し、主体金具３に収容され、保持される略円筒状のセラミック体である。このセラミックホルダ１３は、アルミナを主体にして形成されている。
【００４３】
セラミックホルダ１３の先端側の内周面には、フランジ１３１が自身の内径方向に向かって立設している。そして、センサ素子１４に装着された絶縁碍管２７は、セラミックホルダ１３内のフランジ１３１に係合している。このとき、セラミックホルダ１３の先端側から、センサ素子１４のセンサ先端部１４１が所定の長さだけ突出し、このセンサ先端部１４１が排気ガス中に晒されるようになっている。こうして、センサ素子１４は、セラミックホルダ１３に同軸上に保持される。なお、セラミックホルダ１３内に内挿されて収容されるのは、センサ素子１４のセンサ先端部１４１以外の部分である。
【００４４】
セラミックホルダ１３とセンサ素子１４との間に充填される第一充填層３０２は、滑石、マグネシア、アルミナなどの粉末のうちで一種以上の粉末と、ガラス粉末とからなる混合物粉末を溶融・固化することで形成されている。また、センサ素子１４のセンサ後端部１４２を取り囲むように、セラミックホルダ１３とセンサ素子１４との間に充填される第二充填層３１２は、結晶化ガラス粉末（例えば、シリカホウ酸亜鉛マグネシウム系ガラス）を溶融・固化することで形成されている。
【００４５】
次に、主体金具３について説明する。図１に示すように、主体金具３は、ＳＵＳ４３０製の略円筒状の取り付け部材である。この主体金具３には、センサ素子１４を備えたセラミックホルダ１３が取り付けられ、排気ガスが流通する排気管に取り付けられる。主体金具３の先端側の開口部には、突出するセンサ素子１４のセンサ先端部１４１を覆うように、二重の有定筒状のプロテクタ１９が設けられている。そして、プロテクタ１９の外周には、複数のガス導入口１９１ａ、１９１ｂが設けられている。こうして、排気ガスはこのガス導入口１９１ａ、１９１ｂを通過してプロテクタ１９の内部に導入される。また、主体金具３とセラミックホルダ１３との隙間には、滑石粉末を圧縮充填した滑石層２４が設けられている。さらに、滑石層２４の後方には、略リング状の留め具２３が嵌め込まれている。そして、主体金具３と留め具２３との間に、外筒５の先端側が嵌め込まれ、主体金具３の後端部が内側に向かって加締められている。こうして、セラミックホルダ１３および外筒５は、主体金具３に取り付けられている。
【００４６】
次に、外筒５および保護外筒７について説明する。図１に示すように、略円筒状の外筒５は、ＳＵＳ３０４製であり、主体金具３の後端側に取り付けられている。そして、外筒５は、セラミックホルダ１３の中間から後端側を保護している。また、外筒５の後端側の周縁部には、外筒５の内側に略直角に折れ曲がって立設された絶縁部材支持部５１が設けられている。この絶縁部材支持部５１は、外筒５の後端側に配設されるセパレータ１６を、先端側（図１に示す下側）から支持している。一方、略円筒状の保護外筒７も、ＳＵＳ３０４製であり、外筒５の後端側から、略円筒状の保護外筒７を嵌着することにより取り付けられている。そして、外筒５と保護外筒７との嵌着部（重なり部）を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒５と保護外筒７とが強固に接続されている。
【００４７】
また、保護外筒７の内側には、上述したリード端子２５とリード線５０との接続部を収容して保護するセパレータ１６が配設されている。そして、保護外筒７の後端側の開口部には、その開口部を閉塞するための略円柱状のゴムキャップ２０が配設されている。このゴムキャップ２０は、保護外筒７の後端側の内側に装着された状態で、保護外筒７の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、保護外筒７に対して固定されている。そして、ゴムキャップ２０には、挿通孔が複数設けられ、その挿通孔にはセパレータ１６から引き出されるリード５０がそれぞれ内挿されている。
【００４８】
次に、接着層７０について、詳しく説明する。図３に示すように、ヒータ素子１２は、検出素子１１の保護層１１ｂと対向するように、接着層７０を介して検出素子１１に積層される。また、接着層７０は、検出素子１１とヒータ素子１２との間のうち、保護層１１ｂより後端側に配置されている。このようにして、検出素子１１とヒータ素子１２とは、接着層７０を介して接合されている。
【００４９】
接着層７０中には、粒径Ｄ１である複数個のスペーサ７５がセンサ後端部１４２側の所定の位置に配置され、粒径Ｄ１より小さい粒径Ｄ２である複数個のスペーサ７５ａがスペーサ７５よりもセンサ先端部１４１側の所定の位置に配置されている。そして、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層２７０中に配置される複数個のスペーサ７５、７５ａを挟持した状態となっている。このため、検出素子１１に対してヒータ素子１２が所定の傾斜角αで傾斜し、ヒータ素子１２の先端側が検出素子１１の先端側（保護層１１ｂ）に当接した状態となっている。
【００５０】
接着層７０を構成する接着剤は、耐熱性、絶縁性の高いリン酸セメント等である。また、スペーサ７５、７５ａは、耐熱性及び絶縁性が高いセラミック（具体的には、アルミナ、ジルコニア等。）製の球である。なお、スペーサ７５、７５ａとしてアルミナ製球又はジルコニア製球を使用する場合、一般的な市場製品として粒径２００μｍ〜５００μｍのものを容易に入手可能であるので、そのような粒径の中から適当なものを選択して、傾斜角αを容易に調整できる。
【００５１】
このような接着層７０は、例えば、以下のようにして形成される。
【００５２】
まず、検出素子１１と、ヒータ素子１２と、ペースト状である未硬化のリン酸セメントとを用意する。
【００５３】
次に、検出素子１１に、保護層１１ｂより後端側に所定量のリン酸セメントを塗布または印刷する。そして、リン酸セメント中に、粒径Ｄ１である複数個のスペーサ７５をセンサ後端部１４２側の所定の位置に配置し、粒径Ｄ１より小さい粒径Ｄ２である複数個のスペーサ７５ａをスペーサ７５よりもセンサ先端部１４１側の所定の位置に配置する。その後、ヒータ素子１２と検出素子１１とを重ねる。そして、検出素子１１及びヒータ素子１２の双方を所定の加圧力で接近する方向（積層方向）に押圧しつつ、検出素子１１及びヒータ素子１２を加熱することにより、リン酸セメントを加熱硬化させて、接着層７０を形成させる。その結果、検出素子１１とヒータ素子１２とは、接着層７０を介して接合される。そして、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層７０中に配置された複数個のスペーサ７５、７５ａを挟持した状態となる。このため、検出素子１１に対してヒータ素子１２が所定の角度αで傾斜し、ヒータ素子１２の先端側が検出素子１１の先端側（保護層１１ｂ）に当接した状態となる。
【００５４】
こうして、実施例１のガスセンサ１は、各スペーサ７５、７５ａによって、検出素子１１とヒータ素子１２との間隔、及び検出素子１１に対するヒータ素子１２の傾斜角αを所望する範囲に収まるように容易に調整可能となっている。このため、このガスセンサ１では、検出素子１１の保護層１１ｂ及びヒータ素子１２の間隔のばらつきが小さくなり、ヒータ素子１２から検出部１１ａへ伝達する熱を好適に調整することが容易になっている。
【００５５】
なお、本実施例では、スペーサとして球状のものを使用したが、角柱、円柱、多面体、円錐、角錐等のものも使用できる。その場合、検出素子１１とヒータ素子１２の間隔及び、検出素子１１に対するヒータ素子１２の傾斜角αは、スペーサの大きさのうち、検出素子１１とヒータ素子１２との積層方向に沿って見た時の大きさに依存する。
【００５６】
また、本実施例では、粒径Ｄ１のスペーサ７５より先端側に、粒径Ｄ１より小さい粒径Ｄ２のスペーサ７５ａを配置したが、スペーサ７５ａを配置せずに、検出素子１１に対してヒータ素子１２を傾斜させることもできる。
【００５７】
また、このガスセンサ１において、検出素子１１とヒータ素子１２との間のうち検出素子１１に配置される保護層１１ｂ上には、接着層７０が形成されないので、多孔質状の保護層１１ｂの空隙を接着層７０が塞ぐことなく、ヒータ素子１２により検出部１１ａを加熱できる。このため、このガスセンサ１は、検出素子１１の検出性能を維持したままで、検出部１１ａを加熱できる。
【００５８】
さらに、このガスセンサ１において、検出素子１１の先端側（保護層１１ｂ）がヒータ素子１２の先端側に当接しているので、検出部１１ａにヒータ素子１２が接近しており、検出部１１ａがヒータ素子１２により一層加熱され易くなっている。なお、ヒータ素子１２が検出素子１１の保護層１１ｂと対向するように配置されることにより、酸素ポンプセルが酸素濃度検知セルよりもヒータ素子１１に近接して配置されるので、酸素ポンプセルをより早期に活性化できる。
【実施例２】
【００５９】
実施例１のガスセンサ１では、検出素子１１に対してヒータ素子１２が傾斜し、ヒータ素子１２の先端側が検出素子１１の先端側に当接し、接着層７０内にスペーサ７５、７５ａが後端側に偏って配置されているのに対して、実施例２のガスセンサでは、ヒータ素子１２が検出素子１１に対して平行に積層される点と、ヒータ素子１２と対向する検出素子１１の面に、保護層１１ｂが形成されていない点が異なり、その他の構成は、実施例１のガスセンサ１と同様である。よって、実施例２では、接着層２７０を主に説明し、その他の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００６０】
ヒータ素子１２は、検出素子１１のうち保護層１１ｂが形成されていない面と対向するように、接着層２７０を介して、検出素子１１に積層して接合される。尚、ヒータ素子１２と対向する検出素子１１の面には、接着層２７０が全面にわたって形成されている。
【００６１】
接着層２７０中には、同一の粒径を有する複数個のスペーサ２７５が均一に散在しており、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層２７０中に散在する複数個のスペーサ２７５を挟持した状態となっている。そして、ヒータ素子１２は、検出素子１１に対して平行に積層されている。
【００６２】
そして、図４に示すように、任意の粒径Ｄ３のスペーサ２７５を選択することにより、検出素子１１とヒータ素子１２とは、スペーサ２７５の粒径Ｄ３とほぼ同じ距離だけ離れた状態で対面する。また、図５に示すように、粒径Ｄ３より大きい粒径Ｄ４のスペーサ２７５ａを選択すれば、検出素子側接着面２７１とヒータ素子側接着面２７２との間隔Ｗ２は、粒径Ｄ４とほぼ同じになる。
【００６３】
なお、スペーサ２７５としてアルミナ製球又はジルコニア製球を使用する場合、一般的な市場製品として粒径２００μｍ〜５００μｍのものを容易に入手可能であるので、検出素子側接着面２７１とヒータ素子側接着面２７２との間隔Ｗを２００μｍ〜５００μｍの範囲で容易に調整可能である。
【００６４】
このような接着層２７０は、例えば、以下のようにして形成される。
【００６５】
まず、検出素子１１と、ヒータ素子１２と、ペースト状である未硬化のリン酸セメントとを用意する。そして、未硬化のリン酸セメントにアルミナ製の球である複数個のスペーサ２７５を加えて均一に散在するように混ぜ合わせる。
【００６６】
次に、検出素子１１にスペーサ２７５を含有した所定量のリン酸セメントを塗布または印刷し、ヒータ素子１２を重ねる。そして、検出素子１１及びヒータ素子１２の双方を所定の加圧力で接近する方向（積層方向）に押圧しつつ、検出素子１１及びヒータ素子１２を加熱することにより、リン酸セメントを加熱硬化させて、接着層２７０を形成させる。その結果、検出素子１１とヒータ素子１２とは、接着層２７０を介して接合される。そして、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層２７０中に散在する複数個のスペーサ２７５を挟持した状態となる。
【００６７】
こうして、このガスセンサは、各スペーサ２７５によって、検出素子１１とヒータ素子１２との間隔Ｗ１を所望する範囲に収まるように容易に調整可能となっている。このため、このガスセンサでは、検出素子１１及びヒータ素子１２の間隔Ｗ１のばらつきが小さくなり、ヒータ素子から検出部１１ａへ伝達する熱を好適に調整することが容易になっている。
【００６８】
したがって、実施例２のガスセンサは、検出素子とヒータ素子との間隔を好適に調整し、ヒータ素子から検出部１１ａへ伝達する熱を調整可能である。
【実施例３】
【００６９】
実施例２のガスセンサでは、ヒータ素子１２と対向する検出素子１１側の面に、接着層２７０が全面にわたって形成されているのに対して、実施例３のガスセンサでは、図６に示すように、ヒータ素子１２が、保護層１１ｂに対向するように、検出素子１１に積層される点と、接着層３７０が、検出素子１１とヒータ素子１２との間のうち、保護層１１ｂより後端側に配置されている点が異なり、その他の構成は、実施例２のガスセンサと同様である。よって、実施例３では、接着層３７０を主に説明し、その他の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００７０】
ヒータ素子１２は、検出素子１１の保護層１１ｂと対向するように、接着層３７０を介して、検出素子１１に積層して接合される。なお、接着層３７０は、検出素子１１とヒータ素子１２との間のうち、保護層１１ｂより後端側に配置されている。
【００７１】
接着層３７０中には、同一の粒径を有する複数個のスペーサ３７５が散在しており、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層３７０中に散在する複数個のスペーサ３７５を挟持した状態となっている。そして、ヒータ素子は、検出素子に対して平行に積層されている。
【００７２】
そして、図６に示すように、任意の粒径Ｄ５のスペーサ３７５を選択することにより、検出素子１１とヒータ素子１２とは、スペーサ３７５の粒径Ｄ５とほぼ同じ距離だけ離れた状態で対面する。また、図７に示すように、粒径Ｄ５より大きい粒径Ｄ６のスペーサ３７５ａを選択すれば、検出素子１１とヒータ素子１２との間隔Ｗ４は粒径Ｄ６とほぼ同じになる。
【００７３】
このような接着層３７０は、例えば、以下のようにして形成される。
【００７４】
まず、検出素子１１と、ヒータ素子１２と、ペースト状である未硬化のリン酸セメントとを用意する。そして、未硬化のリン酸セメントにアルミナ製の球である複数個のスペーサ３７５を加えて均一に散在するように混ぜ合わせる。
【００７５】
次に、検出素子１１に、保護層１１ｂより後端側にスペーサ３７５を含有した所定量のリン酸セメントを塗布し、ヒータ素子１２を重ねる。そして、検出素子１１及びヒータ素子１２の双方のうちリン酸セメントを塗布した部分のみを所定の加圧力で接近する方向（積層方向）に押圧しつつ、検出素子１１及びヒータ素子１２を加熱することにより、リン酸セメントを加熱硬化させて、接着層３７０を形成する。その結果、検出素子１１とヒータ素子１２とは、保護層１１ｂとヒータ素子１２との間に所定空間を形成したまま、接着層３７０を介して接合される。そして、検出素子１１とヒータ素子１２とが接着層３７０中に散在する複数個のスペーサ３７５を挟持した状態となる。
【００７６】
こうして、このガスセンサは、スペーサ３７５によって、検出素子１１とヒータ素子１２との間隔Ｗ３を所望する範囲に収まるように容易に調整可能となっている。このため、このガスセンサでは、検出素子１１及びヒータ素子１２の間隔Ｗ３のばらつきが小さくなり、ヒータ素子から検出部１１ａへ伝達する熱を好適に調整することが容易になっている。
【００７７】
また、このガスセンサにおいて、検出素子１１とヒータ素子１２との間のうち検出素子１１に配置される保護層１１ｂ上には、接着層３７０が形成されないので、多孔質状の保護層１１ｂの空隙を接着層３７０が塞ぐことなく、ヒータ素子１２により検出部１１ａを加熱できる。このため、このガスセンサは、検出素子１１の検出性能を維持したままで、検出部１１ａを加熱できる。
【００７８】
以上において、本発明を実施例１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜３に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
また、本実施例では、ガスセンサは２セルタイプについてのみ説明したが、１セルタイプもしくは、３セルタイプ以上であっても、本発明は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明はガスセンサに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施例１のガスセンサの縦断面図である。
【図２】実施例１のガスセンサに係り、センサ素子の概略斜視図である。
【図３】実施例１のガスセンサに係り、接着層を介して接合された検出素子及びヒータ素子を示す概略断面図である。
【図４】実施例２のガスセンサに係り、接着層を介して接合された検出素子及びヒータ素子を示す概略断面図である。
【図５】実施例２のガスセンサに係り、接着層を介して接合された検出素子及びヒータ素子を示す概略断面図である。
【図６】実施例３のガスセンサに係り、接着層を介して接合された検出素子及びヒータ素子を示す概略断面図である。
【図７】実施例３のガスセンサに係り、接着層を介して接合された検出素子及びヒータ素子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…ガスセンサ
１１…検出素子
１１ａ…検出部
１２…ヒータ素子
７０、２７０、３７０…接着層
７５、７５ａ、２７５、２７５ａ、３７５、３７５ａ…スペーサ
【図１】
2008164342.tif 000003
【図２】
2008164342.tif 000004
【図３】
2008164342.tif 000005
【図４】
2008164342.tif 000006
【図５】
2008164342.tif 000007
【図６】
2008164342.tif 000008
【図７】
2008164342.tif 000009