JP2008134258A - ガスセンサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】より正確な特定ガス濃度を測定可能なガスセンサ素子を提供すること。
【解決手段】熱遮断部１００は、ガンスセンサ素子１の長手方向における先端位置をＧ０、ポンプセル２の先端位置をＰ０、反対側の基端位置をＰ１、センサセルの先端位置をＳ０、反対側の基端位置をＳ１とする場合、Ｇ０をガスセンサ素子長手方向の原点として、Ｐ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）からＳ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）の範囲にある。またはガスセンサ素子表面１０１に導入路１１０が開口し、かつガスセンサ素子表面１０１は導入路１１０を覆う拡散抵抗層１７と、センサセルを覆う緻密層１６２とよりなり、拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間に熱遮断部１０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設置して燃焼制御等に利用する積層型のガスセンサ素子に関する。

自動車エンジンの燃焼制御等に用いるガスセンサに内蔵するガスセンサ素子として、多くの素子が知られている。
例えば、被測定ガス室と、被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路と、上記被測定ガス室に配置して被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセルと、上記被測定ガス室においてポンプセルよりも導入路から遠くに配置して被測定ガス室における特定ガス濃度を測定するセンサセルとを有するセンサ部に対し、上記センサセル及び上記ポンプセルを活性温度に保持可能なヒータ部を積層したガスセンサ素子が知られている。

このガスセンサ素子において、センサセルは固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなり、一つの電極は被測定ガス室に、もう一つの電極は基準ガスを導入した基準ガス室にさらされる。そして、センサセルは、被測定ガス室の電極上では濃度を測定したい特定ガスが分解され、この分解から発生した酸素イオンによる酸素イオン電流を測ることで特定ガス濃度を検出する。

また、ポンプセルはセンサセルよりも導入路に近い位置にあるため、導入路より導入された被測定ガス内に酸素が含まれていても、ポンプセルが酸素濃度を調整し、例えば酸素濃度を一定とする等して、センサセルで測る酸素イオン電流のうち、被測定ガス中の酸素に由来する電流を一定値としている。
また、ポンプセルに過剰な電圧を加えて、略全ての酸素を被測定ガス室から排出することもできる。この場合、センサセルで測る酸素イオン電流は略全てが特定ガスに由来する。

特開２００１−３４３３５７号公報

ところで被測定ガス中に水蒸気が含まれている場合、センサセルの電極上で水蒸気が分解され、水蒸気由来の酸素イオンが発生することがある。
水蒸気由来の酸素イオンが生じた場合、センサセルにおいて計測される酸素イオン電流は特定ガスに由来するものと、水蒸気に由来するものとを足し合わせた値となり、正確な測定ができなくなる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、より正確な特定ガス濃度を測定可能なガスセンサ素子を提供しようとするものである。

第１の発明は、被測定ガス室と該被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路と、上記被測定ガス室に配置し、該被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセルと、上記被測定ガス室において、上記ポンプセルよりも上記導入路から遠くに配置されるとともに上記ポンプセルに隣接して配置され上記被測定ガス室における特定ガス濃度を測定するセンサセルと、該センサセルと上記被測定ガス室における上記被測定ガスの流れ方向に直交する方向に並列配置され上記被測定ガス室の酸素濃度を監視するモニタセルとを有するセンサ部に対し、上記センサセル、上記ポンプセル及び上記モニタセルを活性温度に保持可能なヒータ部を積層したガスセンサ素子であって、
上記ヒータ部を積層した側と反対側のガスセンサ素子表面に熱遮断部を有し、該熱遮断部は、ガンスセンサ素子長手方向におけるガスセンサ素子の先端位置をＧ０、ポンプセルの先端位置をＰ０、該先端位置と反対側の基端位置をＰ１、センサセルの先端位置をＳ０、該先端位置Ｓ０と反対側の基端位置をＳ１とする場合、Ｇ０をガスセンサ素子長手方向の原点として、Ｐ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）からＳ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）の範囲にあることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。

本発明にかかるガスセンサ素子は、ヒータ部と反対側のガスセンサ素子表面の所定の場所に熱遮断部を有する。
これによりポンプセル近傍とセンサセル近傍との間における熱のやりとりが阻害され、ポンプセル近傍よりもセンサセル近傍の温度が低下し、センサセルが被測定ガス中の水蒸気を分解し難くなる。
従って、センサセルを流れる電流は、測定したい特定ガス濃度に対応した値となって、正確なガス濃度を測定することができる。

第２の発明は、被測定ガス室と該被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路と、上記被測定ガス室に配置し、該被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセルと、上記被測定ガス室において、上記ポンプセルよりも上記導入路から遠くに配置されるとともに上記ポンプセルに隣接して配置され上記被測定ガス室における特定ガス濃度を測定するセンサセルと、該センサセルと上記被測定ガス室における上記被測定ガスの流れ方向に直交する方向に並列配置され上記被測定ガス室の酸素濃度を監視するモニタセルとを有するセンサ部に対し、上記センサセル、上記ポンプセル及び上記モニタセルを活性温度に保持可能なヒータ部を積層したガスセンサ素子であって、
上記ヒータ部を積層した側と反対側のガスセンサ素子表面に上記導入路が開口し、かつガスセンサ素子表面は上記導入路を覆う拡散抵抗層と、上記センサセルを覆う緻密層とよりなり、
上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に熱遮断部を有することを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項４）。

本発明にかかるガスセンサ素子は、拡散抵抗層と緻密層との間に熱遮断部を有する。
拡散抵抗層も緻密層もガスセンサ素子表面に位置し、拡散抵抗層は被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路が素子表面において開口した部分を覆っている。ところで、ポンプセルは被測定ガス中の酸素濃度を調整するために、導入路の近傍に配置される。従って、拡散抵抗層はポンプセルを覆うような位置（図１参照）にある。
また、センサセルはポンプセルと比べると導入路からより遠い位置にある。従って、緻密層はセンサセルを覆うような位置にある（図１参照）。

そのため、拡散抵抗層と緻密層との間に熱遮断部があれば、両者の間における熱のやりとりが阻害され、ポンプセル近傍よりもセンサセル近傍の温度が低下し、センサセルが被測定ガス中の水蒸気を分解し難くなる。
従って、センサセルを流れる電流は、測定したい特定ガス濃度に対応した値となって、正確なガス濃度を測定することができる。

以上、本発明にかかるガスセンサ素子によれば、より正確な特定ガス濃度を測定可能なガスセンサ素子を提供することができる。

第１の発明にかかるガスセンサ素子において、ガスセンサ素子長手方向におけるポンプセル及びセンサセルの先端位置及び基端位置は、それぞれポンプセル及びセンサセルにおいて最も先端、最も基端となる位置をガスセンサ素子の表面に投影した位置である。後述する実施例１の図４に具体的な位置を記載した。
また、熱遮断部がＰ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）よりもガスセンサ素子の先端側にある場合、ポンプセルの温度が低くなって、酸素の排出能力が低下するおそれがある。Ｓ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）よりも基端側にある場合、センサセルの温度が高くなって、センサセルでの水蒸気分解が生じやすくなるおそれがある。
また、第１及び第２の発明において、センサセルにおいて例えばＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等を特定ガスとして検出することができる。実施例はＮＯｘについて説明した。

第１及び第２の発明は、自動車等の内燃機関の排気系に設置して、排気ガス中の特定ガス濃度を測定するガスセンサ素子に適用することができる。また、特定ガスと共に酸素等、他のガス濃度を共に測定する複合ガスセンサ素子に適用することができる。

また、第１の発明において、上記熱遮断部は、ガスセンサ素子表面に設けた凹部よりなり、該凹部内はガスセンサ素子外部の雰囲気ガスで満たされていることが好ましい（請求項２）。
また、第２の発明において、上記熱遮断部は上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に設けた間隙部よりなり、該間隙部内はガスセンサ素子外部の雰囲気ガスで満たされていることが好ましい（請求項５）。
凹部や間隙部を設け、該凹部や間隙部内がガスセンサ素子外部の雰囲気ガスで満たされることにより、この凹部や間隙部の熱伝導性が悪くなり、熱遮断部として機能させることができる。

また、第１の発明において、上記熱遮断部は、ガスセンサ素子表面に埋設した熱遮断材料よりなり、該熱遮断材料の熱伝導度はガスセンサ素子表面における熱遮断材料の周囲よりも低いことが好ましい（請求項３）。
また、第２の発明において、上記熱遮断部は上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に設けた熱遮断材料よりなり、該熱遮断材料の熱伝導度は上記拡散抵抗層及び上記緻密層よりも低いことが好ましい（請求項６）。
いずれの場合も、周囲よりも熱伝導性の低い熱遮断材料をガスセンサ素子表面に埋設したり、拡散抵抗層と緻密層との間に設けることで、熱伝導性を悪化させ、熱遮断部として機能させることができる。上記熱遮断材料としては、例えばジルコニア等を使用することができる。

また、第１及び第２の発明において、上記ガスセンサ素子の長手方向と直交する幅方向の寸法をｗ０、上記熱遮断部の長手方向に直交する幅方向の寸法をｗ１とすると、０．２ｗ０≦ｗ１であることが好ましい。
これにより、熱遮断の効果を得ることができる。
０．２ｗ０より小さい場合、充分熱を遮断できないおそれがある。また、ｗ１は最大でｗ０に等しくすることができる。

以下に、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本例にかかるガスセンサ素子１は、図１〜図３に示すごとく、第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２と該被測定ガス室１２１、１２２に被測定ガスを導入する導入路１１０と、上記第１被測定ガス室１２１に配置し、第１被測定ガス室１２１における酸素濃度を調整するポンプセル２と、上記第２被測定ガス室１２２において、上記ポンプセル２よりも上記導入路１１０から遠くに配置し、第２被測定ガス室１２２におけるＮＯｘ濃度を測定するセンサセル４とを有するセンサ部１０に対し、上記センサセル４及び上記ポンプセル２を活性温度に保持可能なヒータ部１９を積層して構成する。

上記ヒータ部１９を積層した側と反対側のガスセンサ素子表面１０１に上記導入路１１０が開口し、かつガスセンサ素子表面１０１は上記導入路１１０を覆う拡散抵抗層１７と、上記センサセル４を覆う緻密層１６２とよりなり、上記拡散抵抗層１７と上記緻密層１６２との間に熱遮断部１００を有する。

以下、詳細に説明する。
本例にかかるガスセンサ素子１は、自動車のエンジン排気系に設置して、排気ガス中のＮＯｘ濃度と共に、エンジンの空燃比を、排気ガス内の酸素濃度から検出する複合ガスセンサ素子である。

図１〜図３に示すごとく、センサ部１０は、積層された第２基準ガス室１４０用のスペーサ１４、第２固体電解質板１３、第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２用のスペーサ１２、第１固体電解質板１１よりなり、更に第１固体電解質板１１の一部に拡散抵抗層１７が積層され、残りの部分に第１基準ガス室１６０用のスペーサ１６１、緻密層１６２が積層される。
上記拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間は間隙部が形成され、この間隙部内は素子外部の雰囲気と同じである。上記間隙部において拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間の熱交換が阻害され、間隙部が熱遮断部１００として機能する。

上記センサ部１０は、第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２と第１及び第２基準ガス室１６０、１４０を備え、第１被測定ガス室１２１に対して酸素をポンピングするポンプセル２、第２被測定ガス室１２２の酸素濃度を監視するモニタセル３、第２被測定ガス室１２２のＮＯｘ濃度を検知するセンサセル４を有する。

第１及び第２固体電解質板１１、１３、スペーサ１２との間に第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２がある。図１、図２に示すごとく、第１被測定ガス室１２１は、第１固体電解質板１１に設けた導入穴１１０で外部に連通し、第１被測定ガス室１２１と第２被測定ガス室１２２との間に設けた拡散通路１２０で両者が連通する。
また、本例のガスセンサ素子１は、上記第１固体電解質板１１の導入穴１１０を覆う多孔質拡散層１７を有し、該多孔質拡散層１７と隣接位置に基準ガス室１６０を形成するスペーサ１６１及び緻密層１６２を有する。

また、第２固体電解質板１３、スペーサ１４、ヒータ部１９との間に基準ガスとなる大気を導入する第２基準ガス室１４０がある。
上記ヒータ部１９は、ヒータ基板１９１と該ヒータ基板１９１上に設けた発熱体１９０、該発熱体１９０を覆う被覆板１９２とよりなる。
そして、上記第１及び第２の固体電解質板１１、１３はジルコニアセラミック、その他は絶縁性のアルミナセラミックよりなる。
図２に示すごとく、発熱体１９０に対する給電は、発熱体１９０に一体的に形成されたリード部１９５、スルーホール１９３、端子部１９４を介して行われる。

上記ポンプセル２は、図１〜図３に示すごとく、第２固体電解質板１３に設けた第１被測定ガス室１２１と対面する第１ポンプ電極２１、第２基準ガス室１４０と対面する第２ポンプ電極２２とよりなる。両電極２１、２２は電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続される。

上記モニタセル３は、図１〜図３に示すごとく、第１固体電解質板１１に設けた第２被測定ガス室１２２と対面する被測定ガス側ポンプ電極３２、第２基準ガス室１６０と対面する基準ガス側ポンプ電極３１とよりなる。両電極３１、３２は電源３５１及び電流計３５２を備えたモニタ回路３５に接続する。

上記センサセル４は、図１〜図３に示すごとく、第１固体電解質板１１に設けた第２被測定ガス室１２２と対面する被測定ガス側センサ電極４２、第２基準ガス室１６０と対面する基準センサ電極４１とよりなる。両電極４１、４２は電源４５１及び電流計４５２を備えたセンサ回路４５に接続する。
そして、モニタセル３を用いてポンプセル２の動作を制御するため、電流計３５２から電源２５１にむかうフィードバック回路２５５がある。

そして、被測定ガス側ポンプ電極２１、３２はＮＯｘに対して不活性なＰｔ−Ａｕ電極よりなる。Ａｕの含有率は３ｗｔ％である。上記センサセル４の被測定ガス側センサ電極４２はＮＯｘに対して活性なＰｔ−Ｒｈ電極よりなる。その他の電極２２、３１、４１はＰｔ−Ｒｈ電極である。Ｒｈの含有率は２０ｗｔ％である。また、被測定ガス側センサ電極４２はＡｕを０．２ｗｔ％添加する。

また、図２に示すごとく、上記センサセル４における両電極４１、４２は、導電性リード部４１１、４２１を介して、外部の端子４１２、４２２に電気的に接続されている。また、上記導電性リード部４１１、４２１は、上記第１固体電解質板１１、スペーサ１６１、緻密層１６２に形成したスルーホール１０１、１８２を通して、上記電極４１、４２と上記端子４１２、４２２とをそれぞれ接続している。

また、図２に示すごとく、上記モニタセル３における両電極３１、３２も同様に、導電性リード部３１１、３２１を介して、外部の端子３１２、３２２に電気的に接続されている。また、上記導電性リード部３１１、３２１は、上記第１固体電解質板１１、スペーサ１６１、緻密層１６２に形成したスルーホール１８３、１８４を通して、上記電極３１、３２と上記端子３１２、３２２とをそれぞれ接続している。

また、上記ポンプセル２における両電極２１、２２も同様に、導電性リード部２１１、２２１を介して、外部の端子２１５、２２５に電気的に接続されている。また、上記導電性リード部２１１、２２１は、上記第２固体電解質板１３、スペーサ１４、ヒータ基板１９１、被覆板１９２に形成したスルーホール１８５、１８６を通して、上記電極２１、２２と上記端子２１５、２２５とをそれぞれ接続している。

第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２において、導入路１１０から入った被測定ガスは第１被測定ガス室１２１に入り、拡散通路１２０を経て第２被測定ガス室１２２へと流入する。すなわち、図３に示すごとく、上記センサセル４とモニタセル３とは、上記被測定ガスの流れ方向に関して、上記ポンプセル２よりも下流側の位置において並列配置されている。

次に、本例の熱遮断部１００の位置関係について説明する。
図４に示すごとく、ガンスセンサ素子１の長手方向におけるガスセンサ素子１の先端位置をＧ０、ポンプセル２の先端位置をＰ０、該先端位置Ｐ０と反対側の基端位置をＰ１、センサセル４の先端位置をＳ０、該先端位置Ｓ０と反対側の基端位置をＳ１とする。
本例にかかるガスセンサ素子１における熱遮断部１００は、同図におけるＰ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）からＳ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）の範囲に位置する。

センサセル４やポンプセル２の先端位置、基端位置は、長方形型の電極２１、２２、４１、４２を有するポンプセル２やセンサセル４の場合については図４に示した通りである。後述する図６に示すような長円の電極２１、２２、４１、４２を有するポンプセル２やセンサセル４であれば、長円で最もガスセンサ素子１の先端側や基端側に最も近い電極の端部をＰ０、Ｐ１、Ｓ０、Ｓ１とする。
なお、先端側とはガスセンサ素子１の導入路１１０がある方向で、基端側はその反対側であり、図１、図４はガスセンサ素子１の先端側の要部説明図となる。

本例にかかる作用効果について説明する。
被測定ガスである排気ガス中に酸素とＮＯｘ、水蒸気が含まれている場合、センサセル４における電圧電流特性は図５に示すような形となる。
図５において、破線はセンサセル４の温度が高温である場合、実線は低温である場合の電圧電流特性である。

いずれの電圧電流特性も２箇所のフラット域を有し、より低電圧でのフラット域（１）、（１）’はセンサセル４の電極４２における酸素の分解によるもので、より高電圧でのフラット域（２）、（２）’は電極４２でＮＯｘが分解されることによる。また、（２）、（２）’のフラット域よりもさらに高い電圧を付与することで、電極４２において水蒸気の分解が生じる。水蒸気の分解が生じている領域が（３）、（３）’である。
そして、図５より、高温ではより低電圧で水蒸気の分解が発生することが分かる。

本例にかかるガスセンサ素子１は、図１より明らかであるが、ポンプセル２の図面上方に位置する拡散抵抗層１７と、センサセル４の図面上方に位置する緻密層１６２との間に熱遮断部１００を有する。
そのため、拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間における熱のやりとりが阻害され、ポンプセル２近傍よりもセンサセル４近傍の温度が低下し（後述する実施例２参照）、センサセル４が被測定ガス中の水蒸気を分解し難くなる。
従って、センサセル４を流れる電流は、測定したいＮＯｘ濃度に対応した値となって、正確なＮＯｘを測定することができる。

以上、本例にかかるガスセンサ素子によれば、より正確な特定ガス濃度を測定可能なガスセンサ素子を提供することができる。

また、本例にかかるガスセンサ素子１は、図４に示すごとく、ガスセンサ素子１の長手方向と直交する幅方向の寸法ｗ０と熱遮断部１００の幅方向の寸法ｗ１とが等しい。またｗ１は少なくとも０．２ｗ０であれば充分な熱遮断効果を得ることができる。

（実施例２）
本例は、ガスセンサ素子表面１０１の温度分布について測定した結果を説明する。
図６（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は実施例１と略同様の構成で、ガスセンサ素子表面１０１は導入穴（図示略）を覆う拡散抵抗層１７とセンサセル４を覆う緻密層１６２とよりなり、両者の間に間隙部よりなる熱遮断部１００がある。
このガスセンサ素子１をヒータ部１９に２５Ｗの電力を投入して加熱した後に、ガスセンサ素子表面１０１の温度分布をサーモビューアーを用いて測定したところ、図６（ａ）に示すような温度分布（ｍ）を得た。

また、比較例として、拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間に間隙を設けない、図６（ｄ）にかかるガスセンサ素子９を準備して、上述した条件で同様にガスセンサ素子表面１０１の温度分布を測定したところ、図６（ａ）に示すような温度分布（ｎ）が得られた。
（ｍ）と（ｎ）とを比較すると、明らかに熱遮断部１００を有するガスセンサ素子１における緻密層１６２近傍の温度が低い。

そして、図６（ｂ）、（ｃ）にかかるガスセンサ素子１のセンサセル４の出力を測定したところ、図７に示すごとく、温度の高低にかかわらずＮＯ濃度が一定であれば、略一定の出力を得た。
しかしながら、図６（ｄ）にかかるガスセンサ素子９は、図７に示すごとく、温度が高くなるにつれて、ＮＯ濃度が等しいにもかかわらず、出力が上昇した。これは水蒸気の分解による酸素イオン電流が生じたためと考えられる。このように熱遮断部１００を設けることでより正確にＮＯｘ濃度を測定できる。

（実施例３）
本例にかかるガスセンサ素子１は、図８に示すごとく実施例１と同様の構成であり、拡散抵抗層１７と緻密層１６２との間に熱遮断部１００を有する。
この熱遮断部１００は、アルミナセラミック製の拡散抵抗層１７、緻密層１６２よりも熱伝導性の低いジルコニアセラミック材料よりなる。
その他詳細は実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例にかかるガスセンサ素子１は、図９に示すごとく、積層された第２基準ガス室用のスペーサ１４、第２固体電解質板１３、第１及び第２被測定ガス室１２１、１２２用のスペーサ１２、第１固体電解質板１１よりなるセンサ部１０を有し、更に第１固体電解質板１１の一部は第１基準ガス室用のスペーサ１６１、緻密層１６２が積層される。
また導入路１１０はスペーサ１２の側面にあり、本例において被測定ガスはガスセンサ素子１の図面横側の側面１２９から導入される。

そして、固体電解質板１１の表面で緻密層１６２と隣接する部分に凹部が形成され、この凹部内は素子外部の雰囲気と同じである。この凹部がポンプセル１１の形成位置をガスセンサ素子表面１０１に投影した部分２１９と緻密層１６２との間の熱交換を阻害して、熱遮断部１００として機能する。

そして、このガスセンサ素子１における熱遮断部１００を設ける位置は、実施例１で示した図４と同様に、ポンプセル２の先端位置をＰ０、反対側の基端位置をＰ１、センサセル４の先端位置をＳ０、反対側の基端位置をＳ１として、Ｐ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）からＳ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）の範囲にある。
その他詳細は実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。

実施例１における、ガスセンサ素子の長手方向断面説明図。 実施例１における、ガスセンサ素子の斜視展開図。 図１における、Ａ−Ａ矢視断面図。 実施例１における、熱遮断部とポンプセル、センサセルとの位置関係を示す説明図。 実施例１における、センサセルの電圧電流特性を示す線図。 実施例２における、熱遮断部の有無とガスセンサ素子表面の温度分布との関係、及びガスセンサ素子の平面図及び側面説明図。 実施例２における、熱遮断部の有無と温度及びセンサセル出力との関係を示す線図。 実施例３における、ガスセンサ素子表面に埋設した熱遮断材料よりなる熱遮断部を有するガスセンサ素子の長手方向断面説明図。 実施例４における、側面に導入路を持ったガスセンサ素子の長手方向の断面説明図。

符号の説明

１ ガスセンサ素子
１０ センサ部
１１０ 導入路
１０１ ガスセンサ素子表面
１００ 熱遮断部
１２１ 第１被測定ガス室
１２２ 第２被測定ガス室
１６２ 緻密層
１７ 拡散抵抗層
１９ ヒータ部
２ ポンプセル
４ センサセル

Claims (7)

1. 被測定ガス室と該被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路と、上記被測定ガス室に配置し、該被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセルと、上記被測定ガス室において、上記ポンプセルよりも上記導入路から遠くに配置されるとともに上記ポンプセルに隣接して配置され上記被測定ガス室における特定ガス濃度を測定するセンサセルと、該センサセルと上記被測定ガス室における上記被測定ガスの流れ方向に直交する方向に並列配置され上記被測定ガス室の酸素濃度を監視するモニタセルとを有するセンサ部に対し、上記センサセル、上記ポンプセル及び上記モニタセルを活性温度に保持可能なヒータ部を積層したガスセンサ素子であって、
   上記ヒータ部を積層した側と反対側のガスセンサ素子表面に熱遮断部を有し、該熱遮断部は、ガンスセンサ素子長手方向におけるガスセンサ素子の先端位置をＧ０、ポンプセルの先端位置をＰ０、該先端位置と反対側の基端位置をＰ１、センサセルの先端位置をＳ０、該先端位置Ｓ０と反対側の基端位置をＳ１とする場合、Ｇ０をガスセンサ素子長手方向の原点として、Ｐ０＋０．６５（Ｐ１−Ｐ０）からＳ０＋０．３５（Ｓ１−Ｓ０）の範囲にあることを特徴とするガスセンサ素子。
2. 請求項１において、上記熱遮断部は、ガスセンサ素子表面に設けた凹部よりなり、該凹部内はガスセンサ素子外部の雰囲気ガスで満たされていることを特徴とするガスセンサ素子。
3. 請求項１において、上記熱遮断部は、ガスセンサ素子表面に埋設した熱遮断材料よりなり、該熱遮断材料の熱伝導度はガスセンサ素子表面における熱遮断材料の周囲よりも低いことを特徴とするガスセンサ素子。
4. 被測定ガス室と該被測定ガス室に被測定ガスを導入する導入路と、上記被測定ガス室に配置し、該被測定ガス室における酸素濃度を調整するポンプセルと、上記被測定ガス室において、上記ポンプセルよりも上記導入路から遠くに配置されるとともに上記ポンプセルに隣接して配置され上記被測定ガス室における特定ガス濃度を測定するセンサセルと、該センサセルと上記被測定ガス室における上記被測定ガスの流れ方向に直交する方向に並列配置され上記被測定ガス室の酸素濃度を監視するモニタセルとを有するセンサ部に対し、上記センサセル、上記ポンプセル及び上記モニタセルを活性温度に保持可能なヒータ部を積層したガスセンサ素子であって、
   上記ヒータ部を積層した側と反対側のガスセンサ素子表面に上記導入路が開口し、かつガスセンサ素子表面は上記導入路を覆う拡散抵抗層と、上記センサセルを覆う緻密層とよりなり、
   上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に熱遮断部を有することを特徴とするガスセンサ素子。
5. 請求項４において、上記熱遮断部は上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に設けた間隙部よりなり、該間隙部内はガスセンサ素子外部の雰囲気ガスで満たされていることを特徴とするガスセンサ素子。
6. 請求項４において、上記熱遮断部は上記拡散抵抗層と上記緻密層との間に設けた熱遮断材料よりなり、該熱遮断材料の熱伝導度は上記拡散抵抗層及び上記緻密層よりも低いことを特徴とするガスセンサ素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記ガスセンサ素子の長手方向と直交する幅方向の寸法をｗ０、上記熱遮断部の長手方向に直交する幅方向の寸法をｗ１とすると、０．２ｗ０≦ｗ１であることを特徴とするガスセンサ素子。

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