CN113466306A - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体传感器，其能够以抑制气体传感器的大型化及零部件成本的提升的状态抑制索环的温度升高。气体传感器具备传感器元件、元件封闭体、导线、连接器、外筒以及索环。传感器元件中，在后端附近的表面形成有电极焊盘。元件封闭体对传感器元件的一部分进行保持。连接器对传感器元件中的形成有电极焊盘的部分进行保持，并将电极焊盘和所述导线电连接。外筒固定于元件封闭体，并将连接器的周围覆盖。索环安装于外筒的后端，导线将该索环贯穿。在连接器的后端的面形成有突起部。突起部和索环接触。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及气体传感器，特别是涉及构成为对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定的气体传感器。

背景技术

日本特开2015-200643号公报(专利文献1)公开了一种气体传感器。该气体传感器构成为：对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定。

该气体传感器中，传感器元件的后端的周围由外筒覆盖。在外筒的后端安装有索环，由此使得外筒内密闭。在传感器元件形成的电极焊盘借助连接器而与导线电连接。导线贯穿索环并向外筒的外部延伸(参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-200643号公报

专利文献2：日本特开平9-196885号公报

发明内容

关于上述专利文献1中公开的气体传感器，有时因制造气体传感器时的索环的定位等理由而导致索环被按压抵接于连接器。另一方面，在使用气体传感器时，传感器元件变为高温，因此，对传感器元件进行保持的连接器也变为高温。如果容易从连接器向索环导热，则索环有可能变为高温而导致索环迅速劣化。

为了解决上述问题，例如考虑了如下方法，即，增大气体传感器的长度而使得热源与索环之间的长度增大，由此使得索环远离热源。然而，这种方法会导致气体传感器的大型化，故此并非为优选方式。

另外，如日本特开平9-196885号公报(专利文献2)公开的那样，例如还考虑了通过采用具有高温耐久性的索环来解决上述问题的方法。然而，这种方法会导致零部件成本提升，故此并非为优选方式。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供能够以抑制气体传感器的大型化及零部件成本的增加的状态抑制索环的温度升高的气体传感器。

本发明所涉及的气体传感器构成为对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定。该气体传感器具备传感器元件、元件封闭体、导线、连接器、外筒以及索环。传感器元件中，在后端附近的表面形成有电极焊盘。元件封闭体对传感器元件的一部分进行保持。连接器对传感器元件中的形成有电极焊盘的部分进行保持，并将电极焊盘和所述导线电连接。外筒固定于元件封闭体，并将连接器的周围覆盖。索环安装于外筒的后端，导线将该索环贯穿。在连接器的后端的面形成有突起部。突起部和索环接触。

气体传感器中，传感器元件变为高温。因此，对传感器元件进行保持的连接器也变为高温。假设如果连接器的后端的面整体与索环接触，则容易从连接器向索环导热。其结果，索环变为高温。本发明所涉及的气体传感器中，在连接器的后端的面形成的突起部与索环接触，并非连接器的后端的面整体与索环接触。因此，根据该气体传感器，与连接器的后端的面整体与索环接触的情形相比，连接器与索环的接触面积较小，所以，能够抑制从连接器向索环导热。其结果，根据该气体传感器，索环的劣化得以抑制，因此，能够延长气体传感器的产品寿命。

另外，上述气体传感器可以形成为，还具备保护罩，该保护罩固定于元件封闭体、且将传感器元件的前端覆盖，元件封闭体将元件封闭体与保护罩之间形成的空间、和元件封闭体与外筒之间形成的空间之间封闭。

另外，上述气体传感器可以形成为，突起部与索环的接触面积相对于索环的前端的面的面积为5％以下。

另外，上述气体传感器可以形成为，连接器具备多个板状部件，传感器元件中的形成有电极焊盘的部分由多个板状部件夹持，在多个板状部件各自的后端的面形成有突起部。

另外，上述气体传感器可以形成为，在多个板状部件各自的后端的面形成有2个突起部，2个突起部中的一个形成于后端的面中的长度方向上的一个端部，2个突起部中的另一个形成于后端的面中的长度方向上的另一个端部。

本发明的发明人发现：关于索环，因来自传感器元件的辐射热的影响而使得与传感器元件对置的区域达到较高的温度。该气体传感器中，各突起部形成于板状部件的后端的面中的长度方向上的端部。因此，各突起部在索环的距上述高温区域(与传感器元件对置的区域)较远的位置与索环接触。其结果，根据该气体传感器，主要经由索环的较低温度的区域而进行从板状部件向索环的导热，因此，能够抑制在索环产生温度偏差。其结果，根据该气体传感器，索环的劣化得以抑制，因此，能够延长气体传感器的产品寿命。

另外，上述气体传感器可以形成为，在俯视板状部件以及侧视板状部件时，在突起部均形成有越趋向后端则使得突起部越细的锥状部。

根据该气体传感器，突起部的末端部比突起部的根部更细，因此，能够进一步减小突起部与索环的接触面积。另外，根据该气体传感器，突起部的根部比突起部的末端部更粗，因此，能够以某种程度确保突起部的强度。即，根据该气体传感器，能够同时实现突起部与索环的接触面积的减小以及突起部的强度的确保。

发明效果

根据本发明，能够提供能以抑制了气体传感器的大型化及零部件成本的提升的状态而抑制索环的温度升高的气体传感器。

附图说明

图1是示意性地示出气体传感器的纵截面的图。

图2是示意性地示出传感器元件的上表面的后端附近的一部分的图。

图3是概要性地示出传感器元件的结构的一例的截面示意图。

图4是从上下方向的一侧示出板状部件的示意图。

图5是从左右方向的一侧示出板状部件的示意图。

图6是从后方示出板状部件的示意图。

图7是用于说明使用临时的连接器时产生的问题的图。

图8是示意性地示出实施方式所涉及的气体传感器的与图7对应的位置的图。

图9是示意性地示出索环的前端的面的图。

图10是概要性地示出变形例的3室结构的传感器元件的结构的一例的截面示意图。

图11是示出灼烧炉内的加热曲线的图。

图12是示出评价试验的结果的图。

附图标记说明

1…第一基板层，2…第二基板层，3…第三基板层，4…第一固体电解质层，5…隔离层，6…第二固体电解质层，10…气体导入口，11…第一扩散速度控制部，12…缓冲空间，13…第二扩散速度控制部，20…第一内部空腔，21…主泵单元，22…内侧泵电极，22a、51a、51aX…顶部电极部，22b、51b、51bX…底部电极部，23…外侧泵电极，30…第三扩散速度控制部，40、40X…第二内部空腔，41…测定用泵单元，42…基准电极，43…基准气体导入空间，44、44X…测定电极，45…第四扩散速度控制部，46、52…可变电源，48…大气导入层，50…辅助泵单元，51、51X…辅助泵电极，60…第五扩散速度控制部，61…第三内部空腔，70…加热器部，71…加热器电极，72…加热器，73…通孔，74…加热器绝缘层，75…压力释放孔，80…主泵控制用氧分压检测传感器单元，81…辅助泵控制用氧分压检测传感器单元，82…测定用泵控制用氧分压检测传感器单元，83…传感器单元，100…气体传感器，101…传感器元件，130…保护罩，131…内侧保护罩，132…外侧保护罩，133…传感器元件室，140…传感器组装体，141…元件封闭体，142…主体金属件，143…内筒，143a、143b…缩径部，144a-144c…陶瓷支承件，145a、145b…压粉体，146…金属环，147…螺母，148…外筒，149…空间，150、150A…连接器，155…导线，157…索环，161、161A…板状部件，162、162A…固定部件，163…板状部件主体部，164…突起部，165、166…间隔壁部，167、168…抵接部，169…面，170…电极焊盘，190…配管，191…固定用部件，A1、A2…区域，T1、T2…锥状部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中，对图中相同或相应的部分标注相同的附图标记且不反复进行说明。

[1.气体传感器的整体结构]

图1是示意性地示出本实施方式所涉及的气体传感器100的纵截面的图。应予说明，各附图中，后述的传感器元件101的长度方向为前后方向，传感器元件101的厚度方向为上下方向。另外，传感器元件101的宽度方向为左右方向。

如图1所示，气体传感器100例如安装于车辆的尾气管等配管190。气体传感器100构成为：对尾气等被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定。作为规定气体成分，例如能举出NOx以及O₂。此外，本实施方式所涉及的气体传感器100构成为：对被测定气体中的NOx浓度进行测定。

气体传感器100包括传感器元件101、保护罩130、传感器组装体140、导线155以及索环157。传感器元件101具有长条的长方体形状，用于对被测定气体中的规定气体成分进行检测。

图2是示意性地示出传感器元件101的上表面的后端附近的一部分的图。如图2所示，在传感器元件101的上表面、且在后端附近的位置形成有多个(4个)电极焊盘170。另外，在传感器元件101的下表面，也在后端附近的位置形成有多个(4个)电极焊盘170。各电极焊盘170用于各种信号的传输等。下文中，对传感器元件101进行详细说明。应予说明，“后端附近的位置”并非必须包含后端，而是指比前端更靠近后端的位置。

再次参照图1，保护罩130具备内侧保护罩131和外侧保护罩132。内侧保护罩131具有有底筒状的形状，并将传感器元件101的前端覆盖。外侧保护罩132具有有底筒状的形状，并将内侧保护罩131覆盖。在内侧保护罩131以及外侧保护罩132分别形成有用于使被测定气体在保护罩130内流通的多个孔。在由内侧保护罩131包围的空间形成有传感器元件室133，传感器元件101的前端配置于传感器元件室133内。

传感器组装体140具备元件封闭体141、螺母147、连接器150以及外筒148。

元件封闭体141对传感器元件101进行封入固定。元件封闭体141具备筒状的主体金属件142、筒状的内筒143、陶瓷支承件144a-144c、压粉体145a、145b、以及金属环146。内筒143以内筒143的中心轴的位置与主体金属件142的中心轴的位置相同的方式焊接固定于主体金属件142。陶瓷支承件144a-144c、压粉体145a、145b以及金属环146分别封入于主体金属件142以及内筒143的内侧的贯通孔内。传感器元件101位于元件封闭体141的中心轴上，并在前后方向上贯穿元件封闭体141。

在内筒143形成有缩径部143a、143b。缩径部143a向内筒143的中心轴方向对压粉体145b进行按压。缩径部143b借助金属环146而将陶瓷支承件144a～144c、压粉体145a、145b向前方按压。利用来自缩径部143a、143b的按压力而在主体金属件142及内筒143与传感器元件101之间对压粉体145a、145b进行压缩。由此，压粉体145a、145b将外筒148内的空间149与传感器元件室133之间封闭，并且将传感器元件101固定。

螺母147为所谓的螺纹螺母(screw nut)，其安装于元件封闭体141。螺母147的中心轴的位置与主体金属件142的中心轴的位置相同。在螺母147的外周面形成有外螺纹部。螺母147的外螺纹部插入于固定用部件191内，该固定用部件191焊接于配管190。在固定用部件191的内周面设置有内螺纹部。螺母147的外螺纹部和固定用部件191的内螺纹部卡合，由此使得气体传感器100以传感器元件101的前端及保护罩130突出到配管190内的状态而固定于配管190。

连接器150对传感器元件101中的形成有电极焊盘170的部分进行保持，并将各电极焊盘170和各导线155电连接。连接器150包括多个(2个)陶瓷制的板状部件161、以及固定部件162。传感器元件101中的形成有电极焊盘170的部分由多个板状部件161夹持。在各板状部件161上配置有多个(4个)金属端子，该金属端子和电极焊盘170接触。在各金属端子焊接有导线155。即，各电极焊盘170和各导线155借助各金属端子而电连接。固定部件162以维持板状部件161上配置的金属端子与电极焊盘170的接触状态的方式对多个板状部件161及传感器元件101等进行固定。下文中，对板状部件161进行详细说明。

外筒148固定于主体金属件142，并将内筒143、传感器元件101以及连接器150的周围覆盖。在外筒148的后端安装有索环157。索环157例如为橡胶塞。索环157的前端按压抵接于板状部件161的后端。即，索环157的前端与板状部件161的后端接触。导线155将索环157贯穿。即，外筒148与导线155的间隙由索环157封闭。外筒148内的空间149由基准气体(本实施方式中为大气)充满。传感器元件101的后端配置于空间149内。

[2.传感器元件的结构]

图3是概要性地示出气体传感器100具备的传感器元件101的结构的一例的截面示意图。传感器元件101是具有分别由氧化锆(ZrO₂)等氧离子传导性固体电解质层构成的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5以及第二固体电解质层6这6层在附图中自下侧开始按上述顺序层叠而成的结构的元件。另外，形成这6层的固体电解质是致密的气密性固体电解质。例如以如下方式制造这样的传感器元件101：对与各层对应的陶瓷生片进行规定的加工以及电路图案的印刷等，然后，对它们进行层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。

在传感器元件101的一末端部且在第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔20、第三扩散速度控制部30以及第二内部空腔40以按上述顺序连通的方式相邻地形成。

气体导入口10、缓冲空间12、第一内部空腔20以及第二内部空腔40是以将隔离层5挖穿的方式而设置的传感器元件101内部的空间，其中，该空间的上部由第二固体电解质层6的下表面区划形成，该空间的下部由第一固体电解质层4的上表面区划形成，该空间的侧部由隔离层5的侧面区划形成。

第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13以及第三扩散速度控制部30均设置成2条横长的(开口所具有的长度方向处于与附图垂直的方向上)狭缝。此外，也将从气体导入口10至第二内部空腔40的部位称为气体流通部。

另外，在比气体流通部更远离末端侧的位置，在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间且在由第一固体电解质层4的侧面区划形成侧部的位置设置有基准气体导入空间43。例如，大气作为进行NOx浓度测定时的基准气体而向基准气体导入空间43导入。

大气导入层48是由多孔质氧化铝构成的层，基准气体通过基准气体导入空间43而向大气导入层48导入。另外，大气导入层48形成为将基准电极42覆盖。

基准电极42是以由第三基板层3的上表面和第一固体电解质层4夹持的方式而形成的电极，如上所述，在其周围设置有与基准气体导入空间43连通的大气导入层48。另外，如后所述，可以利用基准电极42测定第一内部空腔20内、第二内部空腔40内的氧浓度(氧分压)。

在气体流通部中，气体导入口10是相对于外部空间而开口的部位，被测定气体通过该气体导入口10而从外部空间进入传感器元件101内。

第一扩散速度控制部11是对从气体导入口10进入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。

缓冲空间12是为了将从第一扩散速度控制部11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部13引导而设置的空间。

第二扩散速度控制部13是对从缓冲空间12向第一内部空腔20导入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。

当被测定气体从传感器元件101外部导入至第一内部空腔20内时，因外部空间中的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的尾气的情况下，是排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧地进入传感器元件101内部的被测定气体，未被直接向第一内部空腔20导入，而是在通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13将被测定气体的浓度变动消除之后向第一内部空腔20导入。由此，向第一内部空间导入的被测定气体的浓度变动达到几乎可以忽视的程度。

第一内部空腔20设置成用于对通过第二扩散速度控制部13而导入的被测定气体中的氧分压进行调整的空间。主泵单元21工作而对这样的氧分压进行调整。

主泵单元21是构成为包括内侧泵电极22、外侧泵电极23以及由上述电极夹持的第二固体电解质层6的电化学泵单元，其中，所述内侧泵电极22具有在第二固体电解质层6下表面的面对第一内部空腔20的大致整个区域设置的顶部电极部22a，所述外侧泵电极23以在外部空间露出的方式而设置于第二固体电解质层6上表面的与顶部电极部22a对应的区域。

内侧泵电极22跨设形成于区划出第一内部空腔20的上下的固体电解质层(第二固体电解质层6以及第一固体电解质层4)、以及构成侧壁的隔离层5。具体而言，在构成第一内部空腔20的顶面的第二固体电解质层6的下表面形成有顶部电极部22a，另外，在构成底面的第一固体电解质层4的上表面形成有底部电极部22b，并且，侧部电极部(省略图示)以将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接的方式形成于构成第一内部空腔20的两个侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)，从而，在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的构造。

内侧泵电极22和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如含有1％的Au的Pt与ZrO₂的金属陶瓷电极)。此外，采用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成与被测定气体接触的内侧泵电极22。

在主泵单元21中，对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加期望的泵电压Vp0，使得泵电流Ip0沿着正向或负向而在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，从而能够将第一内部空腔20内的氧吸出到外部空间或者将外部空间的氧吸入至第一内部空腔20。

另外，为了对第一内部空腔20的气氛中的氧浓度(氧分压)进行检测，电化学传感器单元、即主泵控制用氧分压检测传感器单元80构成为包括内侧泵电极22、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42。

通过对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势V0进行测定而能够获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。此外，以使得电动势V0恒定的方式对Vp0进行反馈控制，由此控制泵电流Ip0。由此，第一内部空腔20内的氧浓度能够保持为规定的恒定值。

第三扩散速度控制部30是对在第一内部空腔20通过主泵单元21的动作而对氧浓度(氧分压)进行了控制的被测定气体施加规定的扩散阻力、并将该被测定气体向第二内部空腔40引导的部位。

第二内部空腔40设置成用于进行与对通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的测定相关的处理的空间。关于NOx浓度的测定，主要在利用辅助泵单元50调整了氧浓度之后的第二内部空腔40进一步通过测定用泵单元41的动作而测定NOx浓度。

在第二内部空腔40，针对预先在第一内部空腔20对氧浓度(氧分压)进行调整之后通过第三扩散速度控制部而导入的被测定气体，进一步利用辅助泵单元50进行氧分压的调整。由此，能够以高精度将第二内部空腔40内的氧浓度保持为恒定，因此，能够在这样的气体传感器100中进行高精度的NOx浓度的测定。

辅助泵单元50是构成为包括辅助泵电极51、外侧泵电极23(并不局限于外侧泵电极23，只要是传感器元件101的外侧的适当的电极即可)以及第二固体电解质层6的辅助性的电化学泵单元，所述辅助泵电极51具有顶部电极部51a，该顶部电极部51a设置于第二固体电解质层6下表面的面对第二内部空腔40的大致整个区域。

这样的辅助泵电极51以与此前的设置于第一内部空腔20内的内侧泵电极22同样的隧道形态的构造而配置于第二内部空腔40内。即，相对于构成第二内部空腔40的顶面的第二固体电解质层6而形成有顶部电极部51a，另外，在构成第二内部空腔40的底面的第一固体电解质层4形成有底部电极部51b，并且，将上述顶部电极部51a和底部电极部51b连结的侧部电极部(省略图示)形成为在构成第二内部空腔40的侧壁的隔离层5的两个壁面分别形成的隧道形态的构造。

此外，关于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22同样地采用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。

关于辅助泵单元50，对辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加期望的电压Vp1，由此，能够将第二内部空腔40内的气氛中的氧吸出到外部空间、或者从外部空间将氧吸入至第二内部空腔40内。

另外，为了控制第二内部空腔40内的气氛中的氧分压，电化学传感器单元、即辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81构成为包括辅助泵电极51、基准电极42、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4以及第三基板层3。

此外，辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，基于由该辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电动势V1而对可变电源52的电压进行控制。由此，第二内部空腔40内的气氛中的氧分压被控制至实质上对NOx的测定没有影响的较低的分压。

另外，与此同时，其泵电流Ip1用于控制主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势。具体而言，泵电流Ip1作为控制信号而输入至主泵控制用氧分压检测传感器单元80，通过控制其电动势V0而将从第三扩散速度控制部30导入至第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度控制为始终恒定。在用作NOx传感器时，第二内部空腔40内的氧浓度因主泵单元21和辅助泵单元50的作用而保持为约0.001ppm左右的恒定值。

测定用泵单元41在第二内部空腔40内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定用泵单元41是构成为包括测定电极44、外侧泵电极23、第二固体电解质层6、隔离层5以及第一固体电解质层4的电化学泵单元，所述测定电极44设置于第一固体电解质层4的上表面的面对第二内部空腔40、且与第三扩散速度控制部30分离的位置。

测定电极44是多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为对第二内部空腔40内的气氛中存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥功能。此外，测定电极44由第四扩散速度控制部45覆盖。

第四扩散速度控制部45是由以氧化铝(Al₂O₃)为主成分的多孔体构成的膜。第四扩散速度控制部45承担限制向测定电极44流入的NOx的量的作用，并且，还作为测定电极44的保护膜而发挥作用。

关于测定用泵单元41，能够将因测定电极44周围的气氛中的氮氧化物分解而产生的氧吸出，从而能够将其产生量作为泵电流Ip2而进行检测。

另外，为了对测定电极44周围的氧分压进行检测，电化学传感器单元、即测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82构成为包括第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44以及基准电极42。基于由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势V2而对可变电源46进行控制。

引导至第二内部空腔40内的被测定气体在氧分压被控制的状况下通过第四扩散速度控制部45而到达测定电极44。测定电极44周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N₂+O₂)而产生氧。并且，该产生的氧由测定用泵单元41进行泵送，此时，将可变电源的电压Vp2控制为：使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的控制电压V2恒定。在测定电极44周围产生的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比例，因此，利用测定用泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算。

另外，如果对测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42进行组合而构成作为电化学传感器单元的氧分压检测机构，则能够检测出与如下差值相应的电动势，由此也能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度，该差值为：测定电极44周围的气氛中的NOx成分还原而产生的氧的量与基准大气中含有的氧的量的差值。

另外，电化学传感器单元83构成为包括第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、外侧泵电极23以及基准电极42，能够利用通过该传感器单元83而获得的电动势Vref对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。

关于具有这样的结构的气体传感器100，使主泵单元21和辅助泵单元50工作而将氧分压始终保持为恒定的低值(实质上对NOx的测定没有影响的值)的被测定气体向测定用泵单元41供给。因此，基于与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比例、且将因NOx的还原而产生的氧从测定用泵单元41吸出而流通的泵电流Ip2，能够获知被测定气体中的NOx浓度。

此外，传感器元件101具备加热器部70，该加热器部70承担对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高固体电解质的氧离子传导性。加热器部70具备加热器电极71、加热器72、通孔73、加热器绝缘层74以及压力释放孔75。

加热器电极71是以与第一基板层1的下表面接触的方式而形成的电极。将加热器电极71与外部电源连接，由此能够从外部向加热器部70供电。

加热器72是以由第二基板层2和第三基板层3从上下侧夹持的方式而形成的电阻体。加热器72借助通孔73而与加热器电极71连接，通过该加热器电极71从外部供电而发热，由此对形成传感器元件101的固体电解质进行加热和保温。

另外，加热器72埋设于第一内部空腔20至第二内部空腔40的整个区域，能够将传感器元件101整体调整为使得上述固体电解质活化的温度。

加热器绝缘层74是在加热器72的上下表面由氧化铝等绝缘体形成的绝缘层。出于获得第二基板层2与加热器72之间的电绝缘性、以及第三基板层3与加热器72之间的电绝缘性的目的而形成加热器绝缘层74。

压力释放孔75是设置成贯穿第三基板层3、且与基准气体导入空间43连通的部位，以缓和与加热器绝缘层74内的温度的升高相伴的内压的升高为目的而形成压力释放孔75。

[3.连接器中包含的各板状部件的结构]

图4是从上下方向的一侧示出板状部件161的示意图。图5是从左右方向的一侧示出板状部件161的示意图。图6是从后方示出板状部件161的示意图。

如图4、图5以及图6所示，板状部件161为俯视时呈近似矩形的板状的部件。板状部件161的左右方向上的宽度大于传感器元件101的宽度。板状部件161具备近似平面状的板状部件主体部163、多个(3个)间隔壁部165、多个(3个)间隔壁部166、抵接部167、168、以及多个(2个)突起部164。

各间隔壁部165、166为俯视时在前后方向上延伸的矩形，从板状部件主体部163朝向例如图4中的近前方向而隆起。间隔壁部165、166位于板状部件主体部163上配置的上述多个金属端子之间。因此，多个金属端子彼此不接触。

抵接部167、168从板状部件主体部163朝向例如图4中的近前方向而隆起。如上所述，由2个板状部件161对传感器元件101中的形成有电极焊盘170的部分进行夹持。抵接部167、168分别以使得2个板状部件161夹持传感器元件101的状态而与对置的板状部件161的板状部件主体部163抵接。

多个突起部164分别从板状部件161的后端的面169(图6)向后方延伸。一个突起部164形成于面169的长度方向(左右方向)上的一个端部，另一个突起部164形成于面169的长度方向上的另一个端部。在俯视板状部件161时(参照图4)，在突起部164形成有越趋向后端则突起部164越细的锥状部T1。另外，在侧视板状部件161时(参照图5)，在突起部164形成有越趋向后端则突起部164越细的锥状部T2。

[4.索环的劣化抑制]

如上所述，气体传感器100中，索环157的前端按压抵接于连接器150中包含的板状部件161的后端。通过将索环157的前端按压抵接于板状部件161的后端而使得制造气体传感器100时的索环157的定位变得容易。另外，通过将索环157的前端按压抵接于板状部件161的后端而能够抑制使用气体传感器100时在传感器元件101等产生的振动。

另一方面，在使用气体传感器100时，传感器元件101变为高温，因此，对传感器元件101进行保持的连接器150也变为高温。假设如果容易从连接器150向索环157导热，则索环157有可能变为高温而导致索环157迅速劣化。

图7是用于说明采用临时的连接器150A代替连接器150时产生的问题的图。此外，图7中为了容易理解而省略了导线155等。

如图7所示，连接器150A包括2个板状部件161A、以及固定部件162A。各板状部件161A与本实施方式中的板状部件161不同，未形成突起部164。因此，这种情况下，板状部材161A的后端的面整体与索环157接触。其结果，容易从连接器150A向索环157导热而使得索环157变为高温。

图8是示意性地示出本实施方式所涉及的气体传感器100的与图7对应的位置的图。如图8所示，气体传感器100中，仅有板状部件161的突起部164与索环157接触。更具体而言，仅有突起部164的后端的面与索环157接触。即，气体传感器100中，并非板状部件161的后端的面整体与索环157接触。因此，根据气体传感器100，与板状部件161的后端的面整体与索环157接触的情形相比，板状部件161与索环157的接触面积较小，因此，能够抑制从板状部件161向索环157导热。其结果，根据气体传感器100，索环157的劣化得以抑制，因此，能够延长气体传感器100的产品寿命。

特别地，在气体传感器100中，突起部164的末端部(后端附近的端部)比突起部164的根部更细，因此，能够进一步减小突起部164与索环157的接触面积。另外，根据气体传感器100，突起部164的根部比突起部164的末端部更粗，因此，能够以某种程度确保突起部164的强度。即，根据气体传感器100，能够同时实现突起部164与索环157的接触面积的减小以及突起部164的强度的确保。例如，突起部164与索环157的接触面积相对于索环157的前端的面的面积为5％以下。

图9是示意性地示出索环157的前端的面的图。参照图9，区域A1是：在索环157按压抵接于连接器150的状态下与传感器元件101对置的区域。各区域A2是与2个板状部件161的任一突起部164接触的区域。

各板状部件161中，在后端的面169的长度方向上的两个端部形成有突起部164，因此，在由2个板状部件161夹持传感器元件101的状态下，在区域A1的四角的位置形成有区域A2。

本发明的发明人发现：关于索环按压抵接于连接器的气体传感器，通常因来自传感器元件的辐射热的影响而导致索环中的与传感器元件对置的区域变为较高的温度。

本实施方式所涉及的气体传感器100中，各突起部164在索环157的距区域A1(与传感器元件101对置的区域)较远的位置与索环157接触。其结果，根据气体传感器100，主要经由索环157的较低温度的区域(区域A2)而进行从板状部件161向索环157的导热，因此，能够抑制在索环157产生温度偏差。其结果，根据气体传感器100，索环157的劣化得以抑制，因此，能够延长气体传感器100的产品寿命。

[5.特征]

综上所述，本实施方式所涉及的气体传感器100中，在板状部件161(连接器150)的后端的面169形成的突起部164与索环157接触，并非板状部件161的后端的面整体与索环157接触。因此，根据气体传感器100，与板状部件161的后端的面整体与索环接触的情形相比，板状部件161与索环157的接触面积较小，因此，能够抑制从板状部件161向索环157导热。其结果，根据气体传感器100，索环157的劣化得以抑制，因此，能够延长气体传感器100的产品寿命。

此外，气体传感器100为本发明的“气体传感器”的一例，传感器元件101为本发明的“传感器元件”的一例。元件封闭体141为本发明的“元件封闭体”的一例，导线155为本发明的“导线”的一例。连接器150为本发明的“连接器”的一例，外筒148为本发明的“外筒”的一例。索环157为本发明的“索环”的一例，板状部件161为本发明的“板状部件”的一例。突起部164为本发明的“突起部”的一例，保护罩130为本发明的“保护罩”的一例。

[6.变形例]

以上对实施方式进行了说明，不过，本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，就可以进行各种变更。以下，对变形例进行说明。

(6-1)

关于上述实施方式所涉及的气体传感器100，在传感器元件101形成有第一内部空腔20和第二内部空腔40。即，传感器元件101为2室结构。然而，传感器元件101并非必须为2室结构。例如，传感器元件101可以为3室结构。

图10是概要性地示出3室结构的传感器元件101X的结构的一例的截面示意图。如图10所示，可以由第五扩散速度控制部60将第二内部空腔40(图3)进一步划分为2室，由此形成第二内部空腔40X和第三内部空腔61。这种情况下，可以在第二内部空腔40X配置辅助泵电极51X、且在第三内部空腔61配置测定电极44X。另外，设为3室结构的情况下，可以省略第四扩散速度控制部45。

(6-2)

另外，关于上述实施方式所涉及的气体传感器100，在各板状部件161形成有2个突起部164。然而，在板状部件161形成的突起部164的数量并不限定于2个。例如，可以在板状部件161形成1个突起部164，也可以在板状部件161形成3个以上的突起部164。

(6-3)

另外，关于上述实施方式所涉及的气体传感器100，在各板状部件161的后端的面169的长度方向上的两个端部形成有突起部164。然而，突起部164的形成位置并不限定于此。例如，突起部164可以形成于板状部件161的后端的面169中的中央附近的位置。

(6-4)

另外，关于上述实施方式所涉及的气体传感器100中包含的元件封闭体141，由陶瓷支承件144a、144b夹持压粉体145a，由陶瓷支承件144b、144c夹持压粉体145b。然而，陶瓷支承件及压粉体的数量及配置并不限定于此。例如可以为如下结构：作为陶瓷支承件而仅使用2个，将压粉体夹持于2个陶瓷支承件之间。

(6-5)

另外，关于上述实施方式所涉及的气体传感器100，连接器150包含2个板状部件161。然而，连接器150并非必须包含2个板状部件161。例如，对传感器元件101中的形成有电极焊盘170的部分进行保持的部件可以为2个板状部件161一体地形成的部件，也可以为将传感器元件101中的形成有电极焊盘170的部分的周围覆盖的筒状部件。

[7.实施例等]

(7-1.实施例1、2以及比较例1)

制作了实施例1、2的2个气体传感器100，并且，制作了比较例1的气体传感器。实施例1、2以及比较例1的不同仅在于板状部件161的形状。实施例1、2中，板状部件161的形状为图8所示的具有突起部164的形状。比较例1中，板状部件161的形状为图7所示的不具有突起部164的形状。此外，实施例1、2以及比较例1中，索环157的前端的面的面积均为75.8mm²。

实施例1的气体传感器100中，2个板状部件161包含的合计4个突起部164的后端的面的面积合计为3.4mm²。即，突起部164与索环157的接触面积相对于索环157的前端的面的面积为4.5％。

实施例2的气体传感器100中，2个板状部件161包含的合计4个突起部164的后端的面的面积合计为2.6mm²。即，突起部164与索环157的接触面积相对于索环157的前端的面的面积为3.4％。

比较例1的气体传感器中，2个板状部件161A的后端的面的面积合计为15.1mm²。即，板状部件161A与索环157的接触面积相对于索环157的前端的面的面积为19.9％。

(7-2.评价试验)

仅将实施例1、2以及比较例1的气体传感器中的保护罩130部分插入于灼烧炉内。使气体传感器在该状态下工作。然后，使灼烧炉内升温。

图11是示出灼烧炉内的加热曲线的图。如图11所示，灼烧炉内逐渐升温至800℃以上。

本评价试验中，对索环157的温度和螺母147的温度进行测定。将热电偶插入于距突起部164接触的位置约为1mm的后端侧的位置而测定索环157的温度。在螺母147的表面配置热电偶而测定螺母147的温度。本评价试验中，对螺母147的温度达到650℃的时刻的索环157的温度进行比较而实施评价。

图12是示出评价试验的结果的图。如图12所示，比较例1中，索环157的温度为268℃。另一方面，实施例1中，索环157的温度为258℃，实施例2中，索环157的温度为253℃。即，实施例1中，索环157的温度降低10℃，实施例2中，索环157的温度降低15℃。

例如，将气体传感器100安装于车辆的尾气管等配管190(图1)而使用的情况下，配管190内并非始终为高温。即，在通常的使用环境下，气体传感器100反复升温和降温。因此，如果索环157的温度升高速度平缓，则索环157的温度升高至导致索环157急剧劣化的程度的可能性降低。上述实施例1、2与比较例1相比，索环157的温度升高速度变得平缓。即，根据实施例1、2的气体传感器100，与比较例1的气体传感器相比，能够抑制索环157劣化。

Claims (6)

1.一种气体传感器，其构成为对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定，

所述气体传感器的特征在于，具备：

传感器元件，该传感器元件在后端附近的表面形成有电极焊盘；

元件封闭体，该元件封闭体对所述传感器元件的一部分进行保持；

导线；

连接器，该连接器对所述传感器元件中的形成有所述电极焊盘的部分进行保持，并将所述电极焊盘和所述导线电连接；

外筒，该外筒固定于所述元件封闭体，并将所述连接器的周围覆盖；以及

索环，该索环安装于所述外筒的后端，所述导线将该索环贯穿，

在所述连接器的后端的面形成有突起部，

所述突起部和所述索环接触。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

还具备保护罩，该保护罩固定于所述元件封闭体、且将所述传感器元件的前端覆盖，

所述元件封闭体将所述元件封闭体与所述保护罩之间形成的空间、和所述元件封闭体与所述外筒之间形成的空间之间封闭。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述突起部与所述索环的接触面积相对于所述索环的前端的面的面积为5％以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，

所述连接器具备多个板状部件，

所述传感器元件中的形成有所述电极焊盘的部分由所述多个板状部件夹持，

在所述多个板状部件各自的后端的面形成有所述突起部。

5.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，

在所述多个板状部件各自的后端的面形成有2个突起部，

所述2个突起部中的一个形成于所述后端的面中的长度方向上的一个端部，

所述2个突起部中的另一个形成于所述后端的面中的长度方向上的另一个端部。

6.根据权利要求4或5所述的气体传感器，其特征在于，

在俯视所述板状部件以及侧视所述板状部件时，在所述突起部均形成有越趋向后端则使得所述突起部越细的锥状部。

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