JP2004085474A - ガスセンサ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスセンサ素子の製造時に，これを構成する各シートに亀裂が生じることを防止するガスセンサ素子を提供すること。
【解決手段】ガスセンサ素子１は，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９６，１９５及び各スペーサ１３３，１５，１７を積層して構成したものである。基準ガス室１２２内には，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間を支持する支持体５１が配設してある。被測定ガス室１２，１１内には，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間を支持する支持体５２，５３が配設してある。基準ガス室１２１内には，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体５４が配設してある。
【選択図】 図１
【解決手段】ガスセンサ素子１は，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９６，１９５及び各スペーサ１３３，１５，１７を積層して構成したものである。基準ガス室１２２内には，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間を支持する支持体５１が配設してある。被測定ガス室１２，１１内には，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間を支持する支持体５２，５３が配設してある。基準ガス室１２１内には，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体５４が配設してある。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等のガス濃度の検出を行うガスセンサ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
ガスセンサ素子は，固体電解質シートに一対の電極を設けて形成した複数の電気化学セルにより，排気ガス等の被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等のガス濃度を検出するよう構成してある。すなわち，上記固体電解質シートとこれに対向する対向シートとの間には，スペーサを配設することにより上記被測定ガスを導入する被測定ガス室又は測定の基準とする大気を導入する基準ガス室を形成している。そして，被測定ガス室に導入した被測定ガスの酸素濃度を調整した後，これに含まれるＮＯｘ等のガス濃度を求める。
【０００３】
【解決しようとする課題】
ところで，上記ガスセンサ素子としては，例えば，図１５に示すごとく，多孔質シート９３１，遮蔽シート９３２，スペーサ９３３，モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート９４，スペーサ９５，ポンプセル２を構成する固体電解質シート９６，スペーサ９７及びヒータシート９９を積層して構成したガスセンサ素子９がある。そして，この積層は，上記各シート９３１，９３２，９４，９６，９９及び各スペーサ９３３，９５，９７を重ねた状態で加圧し，その後，焼成を行うことにより行っている。
【０００４】
しかしながら，上記ガスセンサ素子９において，各スペーサ９３３，９５，９７の内側に形成されたガス室９１，９２，９２１，９２２の部分は中空状になっている。そのため，上記加圧を行う際には，特に，上記ガスセンサ素子９の最も外側に積層される上記遮蔽シート９３２は，ガス室９１２に向けてたわむ。そして，この際には，図１６，図１７に示すごとく，遮蔽シート９３２の幅方向の略中央部分に，ガスセンサ素子９の長手方向に沿って亀裂を生じることがある。
また，この亀裂の問題点は，他のシート９３１，９４，９６，９９においても同様に発生するおそれがある。さらに，亀裂の問題点は，例えば，特開平９−１１３４８４号公報に示されたガスセンサ素子においても同様に発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ガスセンサ素子の製造時に，これを構成する各シートに亀裂が生じることを防止するガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，一対の電極を設けて電気化学セルを構成する固体電解質シートと，該固体電解質シートに対向配設する対向シートとを有し，両者の間に上記電極にガスを接触させるためのガス室を形成するスペーサを配設してなるガスセンサ素子であって，
上記ガス室内には，上記固体電解質シートと上記対向シートの積層方向における押圧力を支持する支持体が配設してあることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。
【０００７】
本発明のガスセンサ素子は，上記固体電解質シートと対向シートとの間に上記ガス室を形成している。そして，このガス室内には，固体電解質シートと対向シートの積層方向における押圧力を支持する支持体が配設してある。そのため，本発明のガスセンサ素子は，固体電解質シートと対向シートとの間に押圧力が加わったときに，これらがガス室に向けてたわむことを抑制することができる。そのため，上記ガスセンサ素子は，強度が高い。
【０００８】
また，上記ガスセンサ素子を製造するに当たっては，固体電解質シート，スペーサ及び対向シートを重ね合わせた状態で加圧する。このとき，固体電解質シートと対向シートとの間には押圧力が加わる。
そこで，この際にも，上記ガス室に配設した支持体により，上記押圧力を支持することができ，固体電解質シート又は対向シートがガス室に向けてたわむことを抑制することができる。それ故，固体電解質シート又は対向シートに亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【０００９】
上記加圧を行った後には，焼成を行い上記ガスセンサ素子を製造する。そして，上記対向シート又はスペーサが固体電解質シートと異なる材料により形成してある場合には，上記焼成の際に，対向シート又はスペーサと固体電解質シートとの熱収縮率の差により，固体電解質シート又は対向シートがガス室に向けてたわむおそれがある。この場合でも，上記支持体によりたわみの発生を抑制して，固体電解質シート又は対向シートに亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
それ故，本発明によれば，ガスセンサ素子の製造時に，これを構成する各シートに亀裂が生じることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上述した本発明のガスセンサ素子における好ましい実施の形態につき説明する。
上記ガスセンサ素子は，自動車のエンジンからの排気ガスを被測定ガスとし，この被測定ガス中におけるＮＯｘ又は炭化水素の濃度を検出するものとすることができる。また，上記ガスセンサ素子は，エンジンの空燃比制御，触媒制御又は劣化検知等を行うために使用することができる。
【００１１】
上記支持体を配設するガス室としては，上記ガスセンサ素子の外部より被測定ガスを導入する被測定ガス室がある。また，上記支持体を配設するガス室としては，上記ガスセンサ素子の外部より基準ガスである大気を導入する基準ガス室もある。
また，上記対向シートとしては，上記ガスセンサ素子において最も外側に積層される最外層シートがある。そして，この最外層シートと上記固体電解質シートとの間に配設したスペーサにより形成したガス室に上記支持体を配設して，当該最外層シートに亀裂が発生することを効果的に防止することができる。
【００１２】
上記電気化学セルとしては，一対の電極の間に電圧を印加することにより，上記被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセル，あるいは一対の電極の間に流れる酸素イオン電流を測定することにより上記被測定ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルがある。また，上記電気化学セルとしては，一方の電極において被測定ガスを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を，一対の電極の間に流れる酸素イオン電流として測定して，被測定ガスの濃度を求めるセンサセルもある。また，上記ガスセンサ素子を自動車のエンジンの排気系に設置して用いる場合には，上記電気化学セルとしては，排気ガス中における酸素濃度よりエンジンにおける空燃比を検出する空燃比セルもある。
【００１３】
また，上記ガス室は，長尺形状を有しており，上記支持体は，上記ガス室の長手方向に直交する幅方向における中心部分を支えるよう形成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記固体電解質シート又は上記対向シートにおいて最もたわみが生じやすい上記中心部分を上記支持体により支持することができる。そのため，上記亀裂の発生を一層効果的に防止することができる。
なお，上記幅方向とは，上記長手方向に直交するガス室の平面方向のことをいう。
【００１４】
また，上記長手方向に直交する断面における上記支持体の断面積は，上記長手方向に直交する断面における上記ガス室の断面積の５〜９５％を占めることが好ましい（請求項３）。この場合には，上記支持体の配設により，上記たわみの発生を抑制すると共に，上記ガス室にガスを入出させる通路部分の断面積が小さくなってしまうことを防止することができる。そのため，ガスセンサ素子により測定を行う被測定ガス中におけるＮＯｘ等のガス濃度の検出の応答性が悪化することを抑制しつつ，上記亀裂の発生を防止することができる。
【００１５】
上記支持体の断面積が上記ガス室の断面積の５％未満の場合には，支持体の断面積が小さくてその強度が不足し，上記たわみを抑制する効果が得られないおそれがある。一方，上記支持体の断面積が上記ガス室の断面積の９５％を超える場合には，支持体の断面積が大きくて，上記通路部分の断面積が小さくなってしまう。
【００１６】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明のガスセンサ素子にかかる実施例につき説明する。
（実施例１）
本例のガスセンサ素子１は，自動車のエンジンからの排気ガスを被測定ガスとし，この被測定ガス中におけるＮＯｘの濃度を検出するものである。ガスセンサ素子１は，図１，図２に示すごとく，被測定ガス室１１，１２，ポンプセル２，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。また，被測定ガス室１１，１２は所定の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入されるよう構成されている。
【００１７】
上記ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１６とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は上記被測定ガス室１１内に配設されており，他方の電極２２は大気を導入する基準ガス室１２１内に配設されている。
上記被測定ガス室１１には，多孔質シート１３１及びガス導入穴１０１を介して上記排気ガスが導入される。そして，ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室１１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室１１より拡散抵抗通路１０２を介して被測定ガス室１２に導入される。
【００１８】
上記モニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１４とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，大気を導入する基準ガス室１２２内に配設されており，他方の電極３２は上記被測定ガス室１２内に配設されている。
モニタセル３は，被測定ガス室１２における酸素濃度と基準ガス室１２２における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に流れる酸素イオン電流を測定して，被測定ガス室１２内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った酸素イオン電流の値に応じて，上記ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００１９】
上記センサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１４とその表面に設けた一対の電極４１，４２とにより構成されている。一方の電極４１は，大気を導入する基準ガス室１２２内に配設されており，他方の電極４２は上記被測定ガス室１２内に配設されている。
そして，センサセル４は，電極４２において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，４２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
【００２０】
上記ヒータ１９は，上記ポンプセル２，モニタセル３及びセンサセル４を所定の活性温度に至るまで加熱するものである。このヒータ１９は，絶縁性のヒータシート１９５と絶縁性の被覆ヒータシート１９６との間に，通電により発熱する発熱体１９１を備えている。
【００２１】
そして，本例のガスセンサ素子１は，多孔質シート１３１，遮蔽シート１３２，基準ガス室１２２を形成するスペーサ１３３，モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４，被測定ガス室１１，１２を形成するスペーサ１５，ポンプセル２を構成する固体電解質シート１６，基準ガス室１２１を形成するスペーサ１７，被覆ヒータシート１９６，発熱体１９１を配設したヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００２２】
本例においては，図１，図２に示すごとく，上記モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４と，この固体電解質シート１４に対向配設する対向シートである上記遮蔽シート１３２との間には，上記電極３１，４１に大気を接触させるための基準ガス室１２２を形成するスペーサ１３３が配設されている。なお，遮蔽シート１３２及びスペーサ１３３は，固体電解質シート１４における電極３１，４１が形成された側に配設されている。
【００２３】
そして，図３に示すごとく，上記基準ガス室１２２内には，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との積層方向における押圧力を支持する支持体５１が配設してある。
上記支持体５１は，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間及び電極３１，４１と遮蔽シート１３２との間を支持しており，これらの間の間隙が縮小することを防止する。
【００２４】
図９に示すごとく，上記基準ガス室１２２は，長尺形状を有しており，上記支持体５１は，上記基準ガス室１２２の長手方向Ｌに直交する幅方向Ｗにおける中心部分を支えるよう形成してある。そのため，遮蔽シート１３２において最もたわみが生じやすい上記中心部分を上記支持体５１により支持することができる。なお，上記ガスセンサ素子１は，長尺状に形成されており，上記基準ガス室１２２の長手方向Ｌは，ガスセンサ素子１の長手方向Ｌと同じ方向である。
【００２５】
また，同図に示すごとく，本例では，上記長手方向Ｌに直交する断面における上記支持体５１の断面積Ａは，上記長手方向Ｌに直交する断面における上記基準ガス室１２２の断面積Ｂの約３５％を占めている。これにより，上記基準ガス室１２２における大気の導入路の断面積が小さくなってしまうことを防止し，ガスセンサ素子１により測定を行うＮＯｘ濃度の検出における応答性の悪化を抑制することができる。
なお，図９において，支持体５１の断面積Ａは太い破線で示し，基準ガス室１２２の断面積Ｂは太い実線で示す。
【００２６】
なお，この応答性の悪化は，検出の遅延及び検出濃度の誤差として現れる。図１０は，実際のＮＯｘ濃度と検出したＮＯｘ濃度とを示すグラフであり，横軸に時間，縦軸にＮＯｘ濃度をとったグラフである。上記検出の遅延は，同図に示すごとく，実際のＮＯｘ濃度の変化に対して，検出したＮＯｘ濃度の変化が遅れて現れることにより，応答性を悪化させるものである。また，上記検出濃度の誤差は，実際のＮＯｘ濃度が変化したときに，検出したＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも高い値を示してしまうオーバーシュートＸ１，又は検出したＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも低い値を示してしまうアンダーシュートＸ２として現れることにより，応答性を悪化させるものである。
【００２７】
また，図３に示すごとく，本例の支持体５１は，上記電極３１，４１に覆い被さるようにして，電極３１，４１と遮蔽シート１３２との間にも形成した。
これに対し，図４に示すごとく，支持体５１は，上記電極３１，４１に覆い被さらないようにして，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間に形成してもよい。また，支持体５１は，図５〜図７に示すごとく，複数に分割して配設してあってもよく，分割した各支持体５１は，四角，楕円，円形等の種々の形状とすることができる，この場合には，同図のように，分割した各支持体５１は，上記幅方向Ｗにおける中心部分を支持することが好ましい。
【００２８】
また，図８に示すごとく，分割した各支持体５１は，千鳥状に配設することもできる。この場合にも，同図のように，分割した各支持体５１は，上記幅方向Ｗにおける中心部分を含めて支持することが好ましい。
【００２９】
また，図１に示すごとく，上記モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４と，この固体電解質シート１４に対して上記遮蔽シート１３２とは反対側に対向配設する対向シートである上記固体電解質シート１６との間には，上記電極３２，４２に酸素濃度調整後の排気ガスを接触させるための被測定ガス室１２を形成するスペーサ１５が配設されている。そして，上記被測定ガス室１２内には，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との積層方向における押圧力を支持する支持体５２が配設してある。
【００３０】
この支持体５２は，上記固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間，及び電極３２，４２と固体電解質シート１６との間を支持している。そして，支持体５２は，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間における間隙が縮小することを防止する。
【００３１】
また，図１に示すごとく，上記固体電解質シート１４と上記固体電解質シート１６との間には，上記スペーサ１５によって，上記電極２１に排気ガスを接触させるための被測定ガス室１１が形成されている。そして，この被測定ガス室１１内には支持体５３が配設されており，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間及び電極２１と固体電解質シート１４との間は，支持体５３によっても支持されている。
このように，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間は，支持体５３によっても，間隙が縮小することを防止してある。
【００３２】
また，同図に示すごとく，上記ポンプセル２を構成する固体電解質シート１６と，この固体電解質シート１６に対して上記固体電解質シート１４とは反対側に対向配設する対向シートである上記被覆ヒータシート１９６との間には，上記電極２２に大気を接触させるための基準ガス室１２１を形成するスペーサ１７が配設されている。そして，基準ガス室１２１内には，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との積層方向における押圧力を支持する支持体５４が配設してある。
【００３３】
この支持体５４は，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との間及び電極２２と被覆ヒータシート１９６との間を支持しており，これらの間の間隙が縮小することを防止する。
なお，上記支持体５２，５３，５４の形状，断面積及び配設位置については，上記支持体５１と同様にすることができる。
【００３４】
また，上記ポンプセル２における一対の電極２１，２２，上記モニタセル３における一対の電極３１，３２及び上記センサセル４における電極４１は，いずれもＮＯｘに対する分解活性をほとんど有しないものである。具体的には，これらの電極２１，２２，３１，３２，４１は，主成分としてＰｔとＡｕを含有する多孔質サーメット電極により構成してある。
また，センサセル４における電極４２は，ＮＯｘに対する分解活性を有するものである。具体的には，電極４２は，主成分としてＰｔとＲｈを含有する多孔質サーメット電極により構成してある。
【００３５】
上記各固体電解質シート１４，１６は，ジルコニアやセリア等の酸素イオン導電性を有する固体電解質体よりなる。また，上記遮蔽シート１３２，上記各スペーサ１３３，１５，１７，ヒータシート１９５及び被覆ヒータシート１９６は，は，アルミナ等の絶縁材料よりなる。
また，本例では，上記各支持体５１〜５４は，アルミナ等の絶縁材料より形成した。
【００３６】
上記のごとく，本例のガスセンサ素子１においては，上記各ガス室１２２，１２，１１，１２１には，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７の積層方向における押圧力を支持する支持体５１〜５４が配設してある。そのため，ガスセンサ素子１は，上記積層方向に押圧力が加わったときでも，各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむことを抑制することができる。そのため，上記ガスセンサ素子１は，強度が高い。
【００３７】
また，上記ガスセンサ素子１を製造するに当たっては，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７を重ね合わせた状態で加圧する。このとき，各シート１３２，１４，１６，１９６の間には押圧力が加わる。
そこで，この際にも，上記各ガス室１２２，１２，１１，１２１に配設した支持体５１〜５４により，上記押圧力を支持することができ，各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむことを抑制することができる。それ故，各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００３８】
また，上記加圧を行った後には，焼成を行い上記ガスセンサ素子１を製造する。そして，本例のように，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７に使用した材料が異なっている場合には，上記焼成の際に，熱収縮率の差により各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむおそれがある。
【００３９】
この場合でも，上記支持体５１〜５４によりたわみの発生を抑制して，各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
それ故，本例によれば，ガスセンサ素子１の製造時に，これを構成する各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂が生じることを防止することができる。
【００４０】
なお，上記各スペーサ１３３，１５，１７は，各シート１９６，１６，１４の表面にスペーサ形成用の接着剤を塗布することにより形成することができる。また，各支持体５１〜５４も同様に，各シート１９６，１６，１４の表面に支持体形成用の接着剤を塗布することにより形成することができる。そして，この場合のスペーサ形成用又は支持体形成用の接着剤には，アルミナ微粉末と，バインダを溶解させた溶剤とを混錬して得たアルミナペーストを用いることができる。また，上記バインダとしては，例えばポリビニルアルコールがあり，上記溶剤としては，例えばテルピネオールがある。
【００４１】
また，上記各スペーサ１３３，１５，１７には，予め，カッティングにより各ガス室１２２，１２，１１，１２１の形状を形成したものを用いることもできる。また，各支持体５１〜５４も同様に，予め，それらの形状に形成したものを用いることもできる。そして，この場合には，接着剤を用いて各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７を接着することができる。
【００４２】
この場合の接着剤には，アルミナ微粉末と，バインダを溶解させた溶剤とを混錬して得たアルミナペーストを用いることができる。また，上記バインダとしては，例えばポリビニルアルコールがあり，上記溶剤としては，例えばテルピネオールがある。
また，上記の場合，接着剤は用いずに，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７は，焼成により接着してもよい。
【００４３】
（実施例２）
本例は，上記実施例１に記載したガスセンサ素子１とは構成が若干異なるガスセンサ素子１０において，支持体７１〜７４を設けた例である。
本例のガスセンサ素子１０は，図１１，図１２に示すごとく，被測定ガス室６１，６１０，６２，第１ポンプセル２，第２ポンプセル２０，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。
そして，本例のガスセンサ素子１０は，第１ポンプセル２を構成する固体電解質シート６４，被測定ガス室６１，６１０，６２を形成するスペーサ６５，第２ポンプセル２０とモニタセル３とセンサセル４とを構成する固体電解質シート６６，基準ガス室６３を形成するスペーサ６７，被覆ヒータシート１９６及びヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００４４】
本例の第１ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６４とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は大気に曝されており，他方の電極２２は被測定ガス室６１内に配設されている。被測定ガス室６１には，ガス導入通路６１１を介して上記排気ガスが導入される。そして，本例の第１ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室６１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室６１より拡散抵抗通路６１２を介して被測定ガス室６１０に導入される。
【００４５】
本例のモニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，被測定ガス室６１内に配設されており，他方の電極３２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
本例のモニタセル３は，被測定ガス室６１における酸素濃度と基準ガス室６３における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に発生する起電力を測定して，被測定ガス室６１内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った起電力の値に応じて，上記ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００４６】
本例の第２ポンプセル２０は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極２０１，２０２とにより構成されている。一方の電極２０１は，被測定ガス室６１０内に配設されており，他方の電極２０２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
本例の第２ポンプセル２０は，一対の電極２０１，２０２に電圧を印加することにより，被測定ガス室６１０に導入した排気ガス中の酸素濃度をさらに調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室６１０より拡散抵抗通路６１３を介して被測定ガス室６２に導入される。
【００４７】
本例のセンサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極４１，４２とにより構成されている。一方の電極４１は，被測定ガス室６２内に配設されており，他方の電極４２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
そして，本例のセンサセル４は，電極４１において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，４２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
また，本例のヒータ１９は，上記実施例１のものと同様である。
【００４８】
上記被測定ガス室６１，６１０，６２には，それぞれ上記固体電解質シート６４と上記固体電解質シート６６との間を支持する支持体７１〜７３が配設してある。これにより，各固体電解質シート６４，６６が各被測定ガス室６１，６１０，６２に向けてたわむことを抑制し，各固体電解質シート６４，６６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００４９】
また，上記基準ガス室６３には，上記固体電解質シート６６と上記被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体７４が配設してある。これにより，各シート６６，１９６が基準ガス室６３に向けてたわむことを抑制し，各シート６６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
その他は上記実施例１と同様であり，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
（実施例３）
本例は，上記実施例１に記載したガスセンサ素子１とは構成が若干異なるガスセンサ素子１００において，支持体７５〜７７を設けた例である。
本例のガスセンサ素子１００は，図１３，図１４に示すごとく，被測定ガス室８１，８２，第１ポンプセル２，第２ポンプセル２０，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。
そして，本例のガスセンサ素子１００は，第１ポンプセル２を構成する固体電解質シート８４，被測定ガス室８１，８２を形成するスペーサ８５，第２ポンプセル２０とモニタセル３とセンサセル４とを構成する固体電解質シート８６，基準ガス室８３を形成するスペーサ８７，被覆ヒータシート１９６及びヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００５１】
本例の第１ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８４とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は大気に曝されており，他方の電極２２は被測定ガス室８１内に配設されている。
被測定ガス室８１には，ガス導入通路８１１を介して上記排気ガスが導入される。そして，本例の第１ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室８１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室８１より拡散抵抗通路８１２を介して被測定ガス室８２に導入される。
【００５２】
本例のモニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８６とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，被測定ガス室８１内に配設されており，他方の電極３２は，大気を導入する基準ガス室８３内に配設されている。また，他方の電極３２は，後述する第２ポンプセル２０及びセンサセル４の電極としても用いる。
本例のモニタセル３は，被測定ガス室８１における酸素濃度と基準ガス室８３における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に発生する起電力を測定して，被測定ガス室８１内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った起電力の値に応じて，上記第１ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００５３】
本例の第２ポンプセル２０は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８４の表面に設けた電極２０１，酸素イオン導電性を有するスペーサ８５，固体電解質シート８６，固体電解質シート８６に設けた電極２０３及び上記電極３２により構成されている。電極２０１及び電極２０３は，被測定ガス室８１内に配設されている。
本例の第２ポンプセル２０は，一対の電極２０１，３２に電圧を印加することにより，被測定ガス室８２に導入した排気ガス中の酸素濃度をさらに調整する。
【００５４】
本例のセンサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８６，その表面に設けた電極４１及び上記電極３２により構成されている。一方の電極４１は，被測定ガス室８２内に配設されている。
そして，本例のセンサセル４は，電極４１において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，３２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
また，本例のヒータ１９は，上記実施例１のものと同様である。
【００５５】
上記被測定ガス室８１，８２には，それぞれ上記固体電解質シート８４と上記固体電解質シート８６との間を支持する支持体７５，７６が配設してある。これにより，各固体電解質シート８４，８６が各被測定ガス室８１，８２に向けてたわむことを抑制し，各固体電解質シート８４，８６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００５６】
また，上記基準ガス室８３には，上記固体電解質シート８６と上記被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体７７が配設してある。これにより，各シート８６，１９６が基準ガス室８３に向けてたわむことを抑制し，各シート８６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
その他は上記実施例１と同様であり，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図２】実施例１における，ガスセンサ素子の斜視展開図。
【図３】実施例１における，電極に覆い被さった状態の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図４】実施例１における，電極に覆い被さっていない状態の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線相当の断面説明図。
【図５】実施例１における，四角形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図６】実施例１における，楕円形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図７】実施例１における，円形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図８】実施例１における，千鳥状に配設した支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図９】実施例１における，支持体と被測定ガス室との断面積の比を示す図で，図１におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１０】実施例１における，実際のＮＯｘ濃度と検出したＮＯｘ濃度とを示すグラフで，横軸に時間，縦軸にＮＯｘ濃度をとったグラフ。
【図１１】実施例２における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１２】実施例２における，支持体の形成状態を示す図で，図１１におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１３】実施例３における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１４】実施例３における，支持体の形成状態を示す図で，図１３におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１５】従来例における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１６】従来例における，ガスセンサ素子の平面説明図。
【図１７】従来例における，ガスセンサ素子を示す図で，図１５におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【符号の説明】
１．．．ガスセンサ素子，
１４，１６．．．固体電解質シート，
１３２．．．遮蔽シート，
１３３，１５，１７．．．スペーサ，
１９．．．ヒータ，
２．．．ポンプセル，
２１，２２．．．電極，
３．．．モニタセル，
３１，３２．．．電極，
４．．．センサセル，
４１，４２．．．電極，
５１〜５４．．．支持体，
【技術分野】
本発明は，被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等のガス濃度の検出を行うガスセンサ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
ガスセンサ素子は，固体電解質シートに一対の電極を設けて形成した複数の電気化学セルにより，排気ガス等の被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等のガス濃度を検出するよう構成してある。すなわち，上記固体電解質シートとこれに対向する対向シートとの間には，スペーサを配設することにより上記被測定ガスを導入する被測定ガス室又は測定の基準とする大気を導入する基準ガス室を形成している。そして，被測定ガス室に導入した被測定ガスの酸素濃度を調整した後，これに含まれるＮＯｘ等のガス濃度を求める。
【０００３】
【解決しようとする課題】
ところで，上記ガスセンサ素子としては，例えば，図１５に示すごとく，多孔質シート９３１，遮蔽シート９３２，スペーサ９３３，モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート９４，スペーサ９５，ポンプセル２を構成する固体電解質シート９６，スペーサ９７及びヒータシート９９を積層して構成したガスセンサ素子９がある。そして，この積層は，上記各シート９３１，９３２，９４，９６，９９及び各スペーサ９３３，９５，９７を重ねた状態で加圧し，その後，焼成を行うことにより行っている。
【０００４】
しかしながら，上記ガスセンサ素子９において，各スペーサ９３３，９５，９７の内側に形成されたガス室９１，９２，９２１，９２２の部分は中空状になっている。そのため，上記加圧を行う際には，特に，上記ガスセンサ素子９の最も外側に積層される上記遮蔽シート９３２は，ガス室９１２に向けてたわむ。そして，この際には，図１６，図１７に示すごとく，遮蔽シート９３２の幅方向の略中央部分に，ガスセンサ素子９の長手方向に沿って亀裂を生じることがある。
また，この亀裂の問題点は，他のシート９３１，９４，９６，９９においても同様に発生するおそれがある。さらに，亀裂の問題点は，例えば，特開平９−１１３４８４号公報に示されたガスセンサ素子においても同様に発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ガスセンサ素子の製造時に，これを構成する各シートに亀裂が生じることを防止するガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，一対の電極を設けて電気化学セルを構成する固体電解質シートと，該固体電解質シートに対向配設する対向シートとを有し，両者の間に上記電極にガスを接触させるためのガス室を形成するスペーサを配設してなるガスセンサ素子であって，
上記ガス室内には，上記固体電解質シートと上記対向シートの積層方向における押圧力を支持する支持体が配設してあることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。
【０００７】
本発明のガスセンサ素子は，上記固体電解質シートと対向シートとの間に上記ガス室を形成している。そして，このガス室内には，固体電解質シートと対向シートの積層方向における押圧力を支持する支持体が配設してある。そのため，本発明のガスセンサ素子は，固体電解質シートと対向シートとの間に押圧力が加わったときに，これらがガス室に向けてたわむことを抑制することができる。そのため，上記ガスセンサ素子は，強度が高い。
【０００８】
また，上記ガスセンサ素子を製造するに当たっては，固体電解質シート，スペーサ及び対向シートを重ね合わせた状態で加圧する。このとき，固体電解質シートと対向シートとの間には押圧力が加わる。
そこで，この際にも，上記ガス室に配設した支持体により，上記押圧力を支持することができ，固体電解質シート又は対向シートがガス室に向けてたわむことを抑制することができる。それ故，固体電解質シート又は対向シートに亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【０００９】
上記加圧を行った後には，焼成を行い上記ガスセンサ素子を製造する。そして，上記対向シート又はスペーサが固体電解質シートと異なる材料により形成してある場合には，上記焼成の際に，対向シート又はスペーサと固体電解質シートとの熱収縮率の差により，固体電解質シート又は対向シートがガス室に向けてたわむおそれがある。この場合でも，上記支持体によりたわみの発生を抑制して，固体電解質シート又は対向シートに亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
それ故，本発明によれば，ガスセンサ素子の製造時に，これを構成する各シートに亀裂が生じることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上述した本発明のガスセンサ素子における好ましい実施の形態につき説明する。
上記ガスセンサ素子は，自動車のエンジンからの排気ガスを被測定ガスとし，この被測定ガス中におけるＮＯｘ又は炭化水素の濃度を検出するものとすることができる。また，上記ガスセンサ素子は，エンジンの空燃比制御，触媒制御又は劣化検知等を行うために使用することができる。
【００１１】
上記支持体を配設するガス室としては，上記ガスセンサ素子の外部より被測定ガスを導入する被測定ガス室がある。また，上記支持体を配設するガス室としては，上記ガスセンサ素子の外部より基準ガスである大気を導入する基準ガス室もある。
また，上記対向シートとしては，上記ガスセンサ素子において最も外側に積層される最外層シートがある。そして，この最外層シートと上記固体電解質シートとの間に配設したスペーサにより形成したガス室に上記支持体を配設して，当該最外層シートに亀裂が発生することを効果的に防止することができる。
【００１２】
上記電気化学セルとしては，一対の電極の間に電圧を印加することにより，上記被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセル，あるいは一対の電極の間に流れる酸素イオン電流を測定することにより上記被測定ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルがある。また，上記電気化学セルとしては，一方の電極において被測定ガスを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を，一対の電極の間に流れる酸素イオン電流として測定して，被測定ガスの濃度を求めるセンサセルもある。また，上記ガスセンサ素子を自動車のエンジンの排気系に設置して用いる場合には，上記電気化学セルとしては，排気ガス中における酸素濃度よりエンジンにおける空燃比を検出する空燃比セルもある。
【００１３】
また，上記ガス室は，長尺形状を有しており，上記支持体は，上記ガス室の長手方向に直交する幅方向における中心部分を支えるよう形成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記固体電解質シート又は上記対向シートにおいて最もたわみが生じやすい上記中心部分を上記支持体により支持することができる。そのため，上記亀裂の発生を一層効果的に防止することができる。
なお，上記幅方向とは，上記長手方向に直交するガス室の平面方向のことをいう。
【００１４】
また，上記長手方向に直交する断面における上記支持体の断面積は，上記長手方向に直交する断面における上記ガス室の断面積の５〜９５％を占めることが好ましい（請求項３）。この場合には，上記支持体の配設により，上記たわみの発生を抑制すると共に，上記ガス室にガスを入出させる通路部分の断面積が小さくなってしまうことを防止することができる。そのため，ガスセンサ素子により測定を行う被測定ガス中におけるＮＯｘ等のガス濃度の検出の応答性が悪化することを抑制しつつ，上記亀裂の発生を防止することができる。
【００１５】
上記支持体の断面積が上記ガス室の断面積の５％未満の場合には，支持体の断面積が小さくてその強度が不足し，上記たわみを抑制する効果が得られないおそれがある。一方，上記支持体の断面積が上記ガス室の断面積の９５％を超える場合には，支持体の断面積が大きくて，上記通路部分の断面積が小さくなってしまう。
【００１６】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明のガスセンサ素子にかかる実施例につき説明する。
（実施例１）
本例のガスセンサ素子１は，自動車のエンジンからの排気ガスを被測定ガスとし，この被測定ガス中におけるＮＯｘの濃度を検出するものである。ガスセンサ素子１は，図１，図２に示すごとく，被測定ガス室１１，１２，ポンプセル２，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。また，被測定ガス室１１，１２は所定の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入されるよう構成されている。
【００１７】
上記ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１６とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は上記被測定ガス室１１内に配設されており，他方の電極２２は大気を導入する基準ガス室１２１内に配設されている。
上記被測定ガス室１１には，多孔質シート１３１及びガス導入穴１０１を介して上記排気ガスが導入される。そして，ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室１１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室１１より拡散抵抗通路１０２を介して被測定ガス室１２に導入される。
【００１８】
上記モニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１４とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，大気を導入する基準ガス室１２２内に配設されており，他方の電極３２は上記被測定ガス室１２内に配設されている。
モニタセル３は，被測定ガス室１２における酸素濃度と基準ガス室１２２における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に流れる酸素イオン電流を測定して，被測定ガス室１２内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った酸素イオン電流の値に応じて，上記ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００１９】
上記センサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート１４とその表面に設けた一対の電極４１，４２とにより構成されている。一方の電極４１は，大気を導入する基準ガス室１２２内に配設されており，他方の電極４２は上記被測定ガス室１２内に配設されている。
そして，センサセル４は，電極４２において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，４２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
【００２０】
上記ヒータ１９は，上記ポンプセル２，モニタセル３及びセンサセル４を所定の活性温度に至るまで加熱するものである。このヒータ１９は，絶縁性のヒータシート１９５と絶縁性の被覆ヒータシート１９６との間に，通電により発熱する発熱体１９１を備えている。
【００２１】
そして，本例のガスセンサ素子１は，多孔質シート１３１，遮蔽シート１３２，基準ガス室１２２を形成するスペーサ１３３，モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４，被測定ガス室１１，１２を形成するスペーサ１５，ポンプセル２を構成する固体電解質シート１６，基準ガス室１２１を形成するスペーサ１７，被覆ヒータシート１９６，発熱体１９１を配設したヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００２２】
本例においては，図１，図２に示すごとく，上記モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４と，この固体電解質シート１４に対向配設する対向シートである上記遮蔽シート１３２との間には，上記電極３１，４１に大気を接触させるための基準ガス室１２２を形成するスペーサ１３３が配設されている。なお，遮蔽シート１３２及びスペーサ１３３は，固体電解質シート１４における電極３１，４１が形成された側に配設されている。
【００２３】
そして，図３に示すごとく，上記基準ガス室１２２内には，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との積層方向における押圧力を支持する支持体５１が配設してある。
上記支持体５１は，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間及び電極３１，４１と遮蔽シート１３２との間を支持しており，これらの間の間隙が縮小することを防止する。
【００２４】
図９に示すごとく，上記基準ガス室１２２は，長尺形状を有しており，上記支持体５１は，上記基準ガス室１２２の長手方向Ｌに直交する幅方向Ｗにおける中心部分を支えるよう形成してある。そのため，遮蔽シート１３２において最もたわみが生じやすい上記中心部分を上記支持体５１により支持することができる。なお，上記ガスセンサ素子１は，長尺状に形成されており，上記基準ガス室１２２の長手方向Ｌは，ガスセンサ素子１の長手方向Ｌと同じ方向である。
【００２５】
また，同図に示すごとく，本例では，上記長手方向Ｌに直交する断面における上記支持体５１の断面積Ａは，上記長手方向Ｌに直交する断面における上記基準ガス室１２２の断面積Ｂの約３５％を占めている。これにより，上記基準ガス室１２２における大気の導入路の断面積が小さくなってしまうことを防止し，ガスセンサ素子１により測定を行うＮＯｘ濃度の検出における応答性の悪化を抑制することができる。
なお，図９において，支持体５１の断面積Ａは太い破線で示し，基準ガス室１２２の断面積Ｂは太い実線で示す。
【００２６】
なお，この応答性の悪化は，検出の遅延及び検出濃度の誤差として現れる。図１０は，実際のＮＯｘ濃度と検出したＮＯｘ濃度とを示すグラフであり，横軸に時間，縦軸にＮＯｘ濃度をとったグラフである。上記検出の遅延は，同図に示すごとく，実際のＮＯｘ濃度の変化に対して，検出したＮＯｘ濃度の変化が遅れて現れることにより，応答性を悪化させるものである。また，上記検出濃度の誤差は，実際のＮＯｘ濃度が変化したときに，検出したＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも高い値を示してしまうオーバーシュートＸ１，又は検出したＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも低い値を示してしまうアンダーシュートＸ２として現れることにより，応答性を悪化させるものである。
【００２７】
また，図３に示すごとく，本例の支持体５１は，上記電極３１，４１に覆い被さるようにして，電極３１，４１と遮蔽シート１３２との間にも形成した。
これに対し，図４に示すごとく，支持体５１は，上記電極３１，４１に覆い被さらないようにして，固体電解質シート１４と遮蔽シート１３２との間に形成してもよい。また，支持体５１は，図５〜図７に示すごとく，複数に分割して配設してあってもよく，分割した各支持体５１は，四角，楕円，円形等の種々の形状とすることができる，この場合には，同図のように，分割した各支持体５１は，上記幅方向Ｗにおける中心部分を支持することが好ましい。
【００２８】
また，図８に示すごとく，分割した各支持体５１は，千鳥状に配設することもできる。この場合にも，同図のように，分割した各支持体５１は，上記幅方向Ｗにおける中心部分を含めて支持することが好ましい。
【００２９】
また，図１に示すごとく，上記モニタセル３及びセンサセル４を構成する固体電解質シート１４と，この固体電解質シート１４に対して上記遮蔽シート１３２とは反対側に対向配設する対向シートである上記固体電解質シート１６との間には，上記電極３２，４２に酸素濃度調整後の排気ガスを接触させるための被測定ガス室１２を形成するスペーサ１５が配設されている。そして，上記被測定ガス室１２内には，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との積層方向における押圧力を支持する支持体５２が配設してある。
【００３０】
この支持体５２は，上記固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間，及び電極３２，４２と固体電解質シート１６との間を支持している。そして，支持体５２は，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間における間隙が縮小することを防止する。
【００３１】
また，図１に示すごとく，上記固体電解質シート１４と上記固体電解質シート１６との間には，上記スペーサ１５によって，上記電極２１に排気ガスを接触させるための被測定ガス室１１が形成されている。そして，この被測定ガス室１１内には支持体５３が配設されており，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間及び電極２１と固体電解質シート１４との間は，支持体５３によっても支持されている。
このように，固体電解質シート１４と固体電解質シート１６との間は，支持体５３によっても，間隙が縮小することを防止してある。
【００３２】
また，同図に示すごとく，上記ポンプセル２を構成する固体電解質シート１６と，この固体電解質シート１６に対して上記固体電解質シート１４とは反対側に対向配設する対向シートである上記被覆ヒータシート１９６との間には，上記電極２２に大気を接触させるための基準ガス室１２１を形成するスペーサ１７が配設されている。そして，基準ガス室１２１内には，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との積層方向における押圧力を支持する支持体５４が配設してある。
【００３３】
この支持体５４は，固体電解質シート１６と被覆ヒータシート１９６との間及び電極２２と被覆ヒータシート１９６との間を支持しており，これらの間の間隙が縮小することを防止する。
なお，上記支持体５２，５３，５４の形状，断面積及び配設位置については，上記支持体５１と同様にすることができる。
【００３４】
また，上記ポンプセル２における一対の電極２１，２２，上記モニタセル３における一対の電極３１，３２及び上記センサセル４における電極４１は，いずれもＮＯｘに対する分解活性をほとんど有しないものである。具体的には，これらの電極２１，２２，３１，３２，４１は，主成分としてＰｔとＡｕを含有する多孔質サーメット電極により構成してある。
また，センサセル４における電極４２は，ＮＯｘに対する分解活性を有するものである。具体的には，電極４２は，主成分としてＰｔとＲｈを含有する多孔質サーメット電極により構成してある。
【００３５】
上記各固体電解質シート１４，１６は，ジルコニアやセリア等の酸素イオン導電性を有する固体電解質体よりなる。また，上記遮蔽シート１３２，上記各スペーサ１３３，１５，１７，ヒータシート１９５及び被覆ヒータシート１９６は，は，アルミナ等の絶縁材料よりなる。
また，本例では，上記各支持体５１〜５４は，アルミナ等の絶縁材料より形成した。
【００３６】
上記のごとく，本例のガスセンサ素子１においては，上記各ガス室１２２，１２，１１，１２１には，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７の積層方向における押圧力を支持する支持体５１〜５４が配設してある。そのため，ガスセンサ素子１は，上記積層方向に押圧力が加わったときでも，各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむことを抑制することができる。そのため，上記ガスセンサ素子１は，強度が高い。
【００３７】
また，上記ガスセンサ素子１を製造するに当たっては，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７を重ね合わせた状態で加圧する。このとき，各シート１３２，１４，１６，１９６の間には押圧力が加わる。
そこで，この際にも，上記各ガス室１２２，１２，１１，１２１に配設した支持体５１〜５４により，上記押圧力を支持することができ，各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむことを抑制することができる。それ故，各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００３８】
また，上記加圧を行った後には，焼成を行い上記ガスセンサ素子１を製造する。そして，本例のように，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７に使用した材料が異なっている場合には，上記焼成の際に，熱収縮率の差により各シート１３２，１４，１６，１９６が各ガス室１２２，１２，１１，１２１に向けてたわむおそれがある。
【００３９】
この場合でも，上記支持体５１〜５４によりたわみの発生を抑制して，各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
それ故，本例によれば，ガスセンサ素子１の製造時に，これを構成する各シート１３２，１４，１６，１９６に亀裂が生じることを防止することができる。
【００４０】
なお，上記各スペーサ１３３，１５，１７は，各シート１９６，１６，１４の表面にスペーサ形成用の接着剤を塗布することにより形成することができる。また，各支持体５１〜５４も同様に，各シート１９６，１６，１４の表面に支持体形成用の接着剤を塗布することにより形成することができる。そして，この場合のスペーサ形成用又は支持体形成用の接着剤には，アルミナ微粉末と，バインダを溶解させた溶剤とを混錬して得たアルミナペーストを用いることができる。また，上記バインダとしては，例えばポリビニルアルコールがあり，上記溶剤としては，例えばテルピネオールがある。
【００４１】
また，上記各スペーサ１３３，１５，１７には，予め，カッティングにより各ガス室１２２，１２，１１，１２１の形状を形成したものを用いることもできる。また，各支持体５１〜５４も同様に，予め，それらの形状に形成したものを用いることもできる。そして，この場合には，接着剤を用いて各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７を接着することができる。
【００４２】
この場合の接着剤には，アルミナ微粉末と，バインダを溶解させた溶剤とを混錬して得たアルミナペーストを用いることができる。また，上記バインダとしては，例えばポリビニルアルコールがあり，上記溶剤としては，例えばテルピネオールがある。
また，上記の場合，接着剤は用いずに，各シート１３１，１３２，１４，１６，１９５，１９６及び各スペーサ１３３，１５，１７は，焼成により接着してもよい。
【００４３】
（実施例２）
本例は，上記実施例１に記載したガスセンサ素子１とは構成が若干異なるガスセンサ素子１０において，支持体７１〜７４を設けた例である。
本例のガスセンサ素子１０は，図１１，図１２に示すごとく，被測定ガス室６１，６１０，６２，第１ポンプセル２，第２ポンプセル２０，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。
そして，本例のガスセンサ素子１０は，第１ポンプセル２を構成する固体電解質シート６４，被測定ガス室６１，６１０，６２を形成するスペーサ６５，第２ポンプセル２０とモニタセル３とセンサセル４とを構成する固体電解質シート６６，基準ガス室６３を形成するスペーサ６７，被覆ヒータシート１９６及びヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００４４】
本例の第１ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６４とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は大気に曝されており，他方の電極２２は被測定ガス室６１内に配設されている。被測定ガス室６１には，ガス導入通路６１１を介して上記排気ガスが導入される。そして，本例の第１ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室６１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室６１より拡散抵抗通路６１２を介して被測定ガス室６１０に導入される。
【００４５】
本例のモニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，被測定ガス室６１内に配設されており，他方の電極３２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
本例のモニタセル３は，被測定ガス室６１における酸素濃度と基準ガス室６３における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に発生する起電力を測定して，被測定ガス室６１内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った起電力の値に応じて，上記ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００４６】
本例の第２ポンプセル２０は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極２０１，２０２とにより構成されている。一方の電極２０１は，被測定ガス室６１０内に配設されており，他方の電極２０２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
本例の第２ポンプセル２０は，一対の電極２０１，２０２に電圧を印加することにより，被測定ガス室６１０に導入した排気ガス中の酸素濃度をさらに調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室６１０より拡散抵抗通路６１３を介して被測定ガス室６２に導入される。
【００４７】
本例のセンサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート６６とその表面に設けた一対の電極４１，４２とにより構成されている。一方の電極４１は，被測定ガス室６２内に配設されており，他方の電極４２は，大気を導入する基準ガス室６３内に配設されている。
そして，本例のセンサセル４は，電極４１において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，４２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
また，本例のヒータ１９は，上記実施例１のものと同様である。
【００４８】
上記被測定ガス室６１，６１０，６２には，それぞれ上記固体電解質シート６４と上記固体電解質シート６６との間を支持する支持体７１〜７３が配設してある。これにより，各固体電解質シート６４，６６が各被測定ガス室６１，６１０，６２に向けてたわむことを抑制し，各固体電解質シート６４，６６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００４９】
また，上記基準ガス室６３には，上記固体電解質シート６６と上記被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体７４が配設してある。これにより，各シート６６，１９６が基準ガス室６３に向けてたわむことを抑制し，各シート６６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
その他は上記実施例１と同様であり，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
（実施例３）
本例は，上記実施例１に記載したガスセンサ素子１とは構成が若干異なるガスセンサ素子１００において，支持体７５〜７７を設けた例である。
本例のガスセンサ素子１００は，図１３，図１４に示すごとく，被測定ガス室８１，８２，第１ポンプセル２，第２ポンプセル２０，モニタセル３，センサセル４及びヒータ１９を備えている。
そして，本例のガスセンサ素子１００は，第１ポンプセル２を構成する固体電解質シート８４，被測定ガス室８１，８２を形成するスペーサ８５，第２ポンプセル２０とモニタセル３とセンサセル４とを構成する固体電解質シート８６，基準ガス室８３を形成するスペーサ８７，被覆ヒータシート１９６及びヒータシート１９５を積層して構成したものである。
【００５１】
本例の第１ポンプセル２は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８４とその表面に設けた一対の電極２１，２２とにより構成されている。一方の電極２１は大気に曝されており，他方の電極２２は被測定ガス室８１内に配設されている。
被測定ガス室８１には，ガス導入通路８１１を介して上記排気ガスが導入される。そして，本例の第１ポンプセル２は，一対の電極２１，２２に電圧を印加することにより，被測定ガス室８１に導入した排気ガス中の酸素濃度を調整する。その後，この酸素濃度の調整を行った排気ガスは，被測定ガス室８１より拡散抵抗通路８１２を介して被測定ガス室８２に導入される。
【００５２】
本例のモニタセル３は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８６とその表面に設けた一対の電極３１，３２とにより構成されている。一方の電極３１は，被測定ガス室８１内に配設されており，他方の電極３２は，大気を導入する基準ガス室８３内に配設されている。また，他方の電極３２は，後述する第２ポンプセル２０及びセンサセル４の電極としても用いる。
本例のモニタセル３は，被測定ガス室８１における酸素濃度と基準ガス室８３における酸素濃度との差により，一対の電極３１，３２の間に発生する起電力を測定して，被測定ガス室８１内の酸素濃度を検出する。そして，この検出を行った起電力の値に応じて，上記第１ポンプセル２に印加する電圧を制御する。
【００５３】
本例の第２ポンプセル２０は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８４の表面に設けた電極２０１，酸素イオン導電性を有するスペーサ８５，固体電解質シート８６，固体電解質シート８６に設けた電極２０３及び上記電極３２により構成されている。電極２０１及び電極２０３は，被測定ガス室８１内に配設されている。
本例の第２ポンプセル２０は，一対の電極２０１，３２に電圧を印加することにより，被測定ガス室８２に導入した排気ガス中の酸素濃度をさらに調整する。
【００５４】
本例のセンサセル４は，酸素イオン導電性の固体電解質シート８６，その表面に設けた電極４１及び上記電極３２により構成されている。一方の電極４１は，被測定ガス室８２内に配設されている。
そして，本例のセンサセル４は，電極４１において排気ガス中のＮＯｘを分解させ，この分解量に応じて発生する酸素濃度の変化を一対の電極４１，３２の間に流れる酸素イオン電流として測定し，ＮＯｘの濃度を求める。
また，本例のヒータ１９は，上記実施例１のものと同様である。
【００５５】
上記被測定ガス室８１，８２には，それぞれ上記固体電解質シート８４と上記固体電解質シート８６との間を支持する支持体７５，７６が配設してある。これにより，各固体電解質シート８４，８６が各被測定ガス室８１，８２に向けてたわむことを抑制し，各固体電解質シート８４，８６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
【００５６】
また，上記基準ガス室８３には，上記固体電解質シート８６と上記被覆ヒータシート１９６との間を支持する支持体７７が配設してある。これにより，各シート８６，１９６が基準ガス室８３に向けてたわむことを抑制し，各シート８６，１９６に亀裂を生じてしまうことを防止することができる。
その他は上記実施例１と同様であり，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図２】実施例１における，ガスセンサ素子の斜視展開図。
【図３】実施例１における，電極に覆い被さった状態の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図４】実施例１における，電極に覆い被さっていない状態の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線相当の断面説明図。
【図５】実施例１における，四角形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図６】実施例１における，楕円形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図７】実施例１における，円形状の複数の支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図８】実施例１における，千鳥状に配設した支持体を示す図で，図１におけるＢ−Ｂ矢視線断面説明図。
【図９】実施例１における，支持体と被測定ガス室との断面積の比を示す図で，図１におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１０】実施例１における，実際のＮＯｘ濃度と検出したＮＯｘ濃度とを示すグラフで，横軸に時間，縦軸にＮＯｘ濃度をとったグラフ。
【図１１】実施例２における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１２】実施例２における，支持体の形成状態を示す図で，図１１におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１３】実施例３における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１４】実施例３における，支持体の形成状態を示す図で，図１３におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【図１５】従来例における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１６】従来例における，ガスセンサ素子の平面説明図。
【図１７】従来例における，ガスセンサ素子を示す図で，図１５におけるＡ−Ａ矢視線断面説明図。
【符号の説明】
１．．．ガスセンサ素子，
１４，１６．．．固体電解質シート，
１３２．．．遮蔽シート，
１３３，１５，１７．．．スペーサ，
１９．．．ヒータ，
２．．．ポンプセル，
２１，２２．．．電極，
３．．．モニタセル，
３１，３２．．．電極，
４．．．センサセル，
４１，４２．．．電極，
５１〜５４．．．支持体，
Claims (3)
- 一対の電極を設けて電気化学セルを構成する固体電解質シートと，該固体電解質シートに対向配設する対向シートとを有し，両者の間に上記電極にガスを接触させるためのガス室を形成するスペーサを配設してなるガスセンサ素子であって，
上記ガス室内には，上記固体電解質シートと上記対向シートの積層方向における押圧力を支持する支持体が配設してあることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項１において，上記ガス室は，長尺形状を有しており，上記支持体は，上記ガス室の長手方向に直交する幅方向における中心部分を支えるよう形成してあることを特徴とするガスセンサ素子。
- 請求項１又は２において，上記長手方向に直交する断面における上記支持体の断面積は，上記長手方向に直交する断面における上記ガス室の断面積の５〜９５％を占めることを特徴とするガスセンサ素子。
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| JP2020003471A (ja) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
| JP2020064005A (ja) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
-
2002
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040987A (ja) * | 2005-07-01 | 2007-02-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP4716286B2 (ja) * | 2005-07-01 | 2011-07-06 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| US8012325B2 (en) | 2005-07-01 | 2011-09-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Plural-cell gas sensor with heater |
| JP2012211863A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ |
| JP2020003471A (ja) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
| JP7138055B2 (ja) | 2018-06-26 | 2022-09-15 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
| JP2020064005A (ja) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
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