JP2014209128A - Gas sensor and manufacturing method for sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定ガス成分中の所定ガス成分を測定するガスセンサおよびセンサ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a gas sensor for measuring a predetermined gas component in a gas component to be measured and a method for manufacturing the sensor element.
従来より、被測定ガス中の所望ガス成分の濃度を知るために、各種の測定装置が用いられている。例えば、燃焼ガス等の被測定ガス中のNOx濃度を測定する装置として、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質層上にPt電極およびRh電極を形成することにより構成した電気化学的ポンプセルを有するガスセンサが公知である。 Conventionally, various measuring devices have been used to know the concentration of a desired gas component in a gas to be measured. For example, as an apparatus for measuring the NOx concentration in a gas to be measured such as combustion gas, an electric device configured by forming a Pt electrode and an Rh electrode on a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity such as zirconia (ZrO 2 ) Gas sensors having chemical pump cells are known.
このようなガスセンサは、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。例えば、6枚のグリーンシートを積層し、焼成して一体化させたガスセンサが公知である(例えば、特許文献1を参照)。 Such a gas sensor is manufactured, for example, by performing predetermined processing and printing of a circuit pattern on ceramic green sheets corresponding to each layer, then laminating them, and firing and integrating them. For example, a gas sensor in which six green sheets are stacked and fired and integrated is known (see, for example, Patent Document 1).
上述のようなガスセンサにおいて高精度での測定を可能にするためには、応答性をより高めること、すなわち、被測定ガス中の所定ガス成分の濃度変化により迅速に追従した濃度測定を可能にすること、および、センサ素子が、組み立て時および使用時に生じる様々な応力により破損しないだけの強度を有することが必要である。 In order to enable measurement with high accuracy in the gas sensor as described above, it is possible to increase the responsiveness, that is, to perform concentration measurement that quickly follows the change in concentration of a predetermined gas component in the gas to be measured. It is necessary that the sensor element has a strength that does not break due to various stresses generated during assembly and use.
そのためには、ポンプセルによるポンプ能力が最大限に発揮されるように空室を形成することや、例えば、高温の被測定ガスなどによる加温や外乱(水の付着)などによる部分的冷却により生じる急峻な温度勾配がもたらす熱応力を要因とするクラックが、センサ素子に生じないようにすることなどが求められる。 For this purpose, a vacant space is formed so that the pumping capacity of the pump cell is maximized, or it is caused by, for example, partial cooling due to heating or disturbance (water adhesion) due to high-temperature gas to be measured. It is required to prevent cracks caused by thermal stress caused by a steep temperature gradient from occurring in the sensor element.
しかしながら、従来のガスセンサの場合、低コスト化や製造の簡易化などから、特許文献1に開示されているように厚みの同じグリーンシートを複数枚積層することによって製造することを前提として開発がなされていたので、上述のような応答特性の向上や高強度化には限度があった。 However, in the case of a conventional gas sensor, it has been developed on the premise that it is manufactured by laminating a plurality of green sheets having the same thickness as disclosed in Patent Document 1 in order to reduce costs and simplify manufacturing. Therefore, there is a limit to the improvement in response characteristics and the increase in strength as described above.
そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、高応答性と高強度を有することで、高精度での測定を可能にしたガスセンサおよびセンサ素子の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a gas sensor and a method for manufacturing the sensor element, which can measure with high accuracy by having high response and high strength. And
請求項1の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質を主成分として構成されるセンサ素子を有し、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサであって、前記センサ素子は、外部空間から被測定ガスを導入する第1の内部空所と、前記第1の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第2の内部空所と、前記第1の内部空所の表面に形成された内側ポンプ電極と、前記第1の内部空所とは異なる空間に形成された外側ポンプ電極とを有し、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第1の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた主ポンプセルと、前記第2の内部空所の表面に形成された補助ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極とを有し、前記補助ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた補助ポンプセルと、を備え、前記第1と前記第2の内部空所は前記センサ素子の長手方向に沿って連通しており、前記第1と前記第2の内部空所の厚みが50μm以上180μm以下であり、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間の固体電解質層の厚みが220μm以上600μm以下である。 The invention of claim 1 is a gas sensor having a sensor element composed mainly of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and detecting a predetermined gas component in a gas to be measured, wherein the sensor element is an external space. A first internal space for introducing a gas to be measured from a second internal space communicating with the first internal space under a predetermined diffusion resistance, and a first internal space An inner pump electrode formed on the surface and an outer pump electrode formed in a space different from the first inner space, and a predetermined voltage is applied between the inner pump electrode and the outer pump electrode A main pump cell provided so as to be able to pump out oxygen in the first internal space, an auxiliary pump electrode formed on the surface of the second internal space, and the outer pump electrode, Between the auxiliary pump electrode and the outer pump electrode. And an auxiliary pump cell provided so that oxygen in the second internal space can be pumped out by applying a predetermined voltage to the first internal space, and the first and second internal spaces are in the longitudinal direction of the sensor element. And the thickness of the first and second internal spaces is 50 μm or more and 180 μm or less, and the thickness of the solid electrolyte layer between the inner pump electrode and the outer pump electrode is 220 μm or more and 600 μm. It is as follows.
請求項2の発明は、請求項1に記載のガスセンサにおいて、前記第2の内部空所に、前記第2の内部空所に存在する酸素の量に応じた電圧値を検知する第3の電極、をさらに備え、前記電圧値に応じて前記所定ガス成分の濃度を求める。 According to a second aspect of the present invention, in the gas sensor according to the first aspect, a third electrode that detects a voltage value corresponding to the amount of oxygen present in the second internal space in the second internal space. And determining the concentration of the predetermined gas component according to the voltage value.
請求項3の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質を主成分として構成されるセンサ素子を有し、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサであって、前記センサ素子は、外部空間から被測定ガスを導入する第1の内部空所と、前記第1の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第2の内部空所と、前記第2の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第3の内部空所と、前記第1の内部空所の表面に形成された内側ポンプ電極と、前記第1の内部空所とは異なる空間に形成された外側ポンプ電極とを有し、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第1の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた主ポンプセルと、前記第2の内部空所の表面に形成された補助ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極とを有し、前記補助ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた補助ポンプセルと、を備え、前記第1ないし前記第3の内部空所は前記センサ素子の長手方向に沿って連通しており、前記第1ないし前記第3の内部空所の厚みが50μm以上180μm以下であり、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間の固体電解質層の厚みが220μm以上600μm以下である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a gas sensor having a sensor element composed mainly of an oxygen ion conductive solid electrolyte and detecting a predetermined gas component in a gas to be measured, wherein the sensor element is an external space. A first internal space that introduces a gas to be measured from a second internal space that communicates with the first internal space under a predetermined diffusion resistance, and a second internal space A third internal space that communicates under a predetermined diffusion resistance, an inner pump electrode formed on the surface of the first internal space, and a space different from the first internal space A main pump cell provided so as to be able to pump out oxygen in the first internal space by applying a predetermined voltage between the inner pump electrode and the outer pump electrode, An auxiliary pump electrode formed on the surface of the second internal cavity; An external pump electrode, and an auxiliary pump cell provided so as to pump out oxygen in the second internal space by applying a predetermined voltage between the auxiliary pump electrode and the outer pump electrode. The first to third internal cavities communicate with each other along the longitudinal direction of the sensor element, and the thickness of the first to third internal cavities is not less than 50 μm and not more than 180 μm, The thickness of the solid electrolyte layer between the inner pump electrode and the outer pump electrode is 220 μm or more and 600 μm or less.
請求項4の発明は、請求項3に記載のガスセンサにおいて、前記第3の内部空所に、前記第3の内部空所に存在する酸素の量に応じた電圧値を検知する第3の電極、を備え、前記電圧値に応じて前記所定ガス成分の濃度を求める。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas sensor according to the third aspect, the third electrode that detects a voltage value corresponding to the amount of oxygen present in the third internal space in the third internal space. And determining the concentration of the predetermined gas component according to the voltage value.
請求項5の発明は、請求項4に記載のガスセンサにおいて、前記第3の電極が前記第3の内部空所において露出している。 According to a fifth aspect of the present invention, in the gas sensor according to the fourth aspect, the third electrode is exposed in the third internal space.
請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載のガスセンサに備わるセンサ素子の製造方法であって、所定の加工が施され、所定の回路パターンが形成された厚みの異なる複数枚のセラミックスグリーンシートを準備する準備工程と、前記複数枚のセラミックスグリーンシートを積層して積層体を形成する積層工程と、前記積層体を切り出す切り出し工程と、前記切り出し工程で切り出された積層体を焼成する焼成工程と、を備える。 A sixth aspect of the present invention is a method of manufacturing a sensor element provided in the gas sensor according to any one of the first to fifth aspects, wherein a predetermined processing is performed and a predetermined circuit pattern is formed, and the thicknesses are different. A preparation step of preparing a plurality of ceramic green sheets, a lamination step of laminating the plurality of ceramic green sheets to form a laminate, a cutout step of cutting out the laminate, and a laminate cut out in the cutout step A firing step for firing the body.
請求項1ないし請求項6の発明によれば、高い応答性を有するとともに、高精度での測定が可能なガスセンサを実現することができる。 According to the first to sixth aspects of the invention, it is possible to realize a gas sensor having high responsiveness and capable of measuring with high accuracy.
また、請求項1ないし請求項6の発明によれば、組み立て時および使用時に生じる応力によりセンサ素子が破損しない強度を有することで、高精度での測定が可能なガスセンサを実現することができる。 In addition, according to the first to sixth aspects of the present invention, it is possible to realize a gas sensor capable of measuring with high accuracy by having a strength that does not damage the sensor element due to stress generated during assembly and use.
<実施の形態>
<ガスセンサの概略構成>
はじめに、ガスセンサ100の概略構成について説明する。
<Embodiment>
<Schematic configuration of gas sensor>
First, a schematic configuration of the
図1は、ガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層(キャビティー層)5と、第2固体電解質層(ポンプ層)6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する細長な長尺の板状体形状の素子である。また、これら6つの層を形成する固体電界質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the
センサ素子101の一先端部であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
One end of the
ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。
The
第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位をガス流通部とも称する。
Each of the first diffusion
また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
Further, at a position farther from the front end side than the gas circulation part, the side part is partitioned by the side surface of the first
大気導入層48は、多孔質アルミナからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。
The
基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内や第2内部空所40内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。
The
ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。
In the gas circulation part, the
第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
The first
緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。
The
第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
The second diffusion
被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。
When the gas to be measured is introduced from the outside of the
第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。
The first
主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
The
内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
The
内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとジルコニアとのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。
The
主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。
In the
また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質6と、スペーサ層5と、第1固体電解質4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。
In order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が一定となるようにVp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
By measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure
第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。
The third
第2内部空所40は、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、補助ポンプセル50により酸素濃度が調整された第2内部空所40において、さらに、測定用ポンプセル41の動作によりNOx濃度が測定される。
The second
第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。
In the second
補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101と外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
The
係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第1固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。
The
なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。
Note that the
補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。
In the
また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。
Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
The
また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。
At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure
測定用ポンプセル41は、第2内部空所40内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第2内部空所40に面する第1固体電解質層4の上面であって第3拡散律速部30から離間した位置に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
The
測定電極44は、多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第2内部空所40内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。さらに、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。
The
第4拡散律速部45は、アルミナ(Al2O3)を主成分とする多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うとともに、測定電極44の保護膜としても機能する。
The fourth diffusion rate-determining
測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。
In the
また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第2固体電界質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。
In order to detect the partial pressure of oxygen around the
第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部45を通じて測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された制御電圧V2が一定となるように可変電源の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
The gas to be measured introduced into the second
また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。
If the
また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
The second
このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。
In the
さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74、圧力放散孔75とを備えている。
Furthermore, the
ヒータ電極71は、第1基板層1の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。
The
ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72は、スルーホール73を介してヒータ電極71と接続されており、該ヒータ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
The
また、ヒータ72は、第1内部空所20から第2内部空所40の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
The
ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
The
圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
The
<内部空所の大きさおよび形成位置>
次に、センサ素子101における第1内部空所20および第2内部空所40の大きさおよび形成位置について説明する。
<Internal void size and location>
Next, the size and formation position of the first
図2は、基準ガス導入空間43側から見た、図1に示すセンサ素子101のA−A′断面(第1内部空所20を通る、センサ素子101の長手方向に垂直な断面)を、概略的に示した図である。
2 shows an AA ′ cross section (cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
図2においては、センサ素子101のA−A′断面(図1)の短手方向(センサ素子101の厚み方向)における第1内部空所20の長さ(第1内部空所20の厚み)をx1と表している。なお、センサ素子101の厚み方向は、第1内部空所20のA−A′断面における短手方向でもある。ただし、センサ素子101のように、ポンプセルを備える複数の内部空所を有する場合、いずれの内部空所についても、厚み(センサ素子101の厚み方向における長さ)はx1であるので、以降の説明においては、x1を単に内部空所の厚みと称する。また、図2においては、センサ素子101の厚み方向における、センサ素子101の上面から第1内部空所20までの距離をx2と表しているが、距離x2はポンプ層6の厚みに相当するので、以降、x2をポンプ層の厚みとも称する。以下に、内部空所の好適な大きさおよび位置を規定するx1,x2の範囲について説明する。
In FIG. 2, the length of the first internal space 20 (the thickness of the first internal space 20) in the short direction (the thickness direction of the sensor element 101) of the cross section AA ′ of the sensor element 101 (FIG. 1). Is represented as x1. The thickness direction of the
(センサ素子における内部空所の厚みについて)
はじめに、センサ素子101における内部空所の大きさを規定する値である、内部空所の厚みの好適な範囲について説明する。
(About the thickness of the internal space in the sensor element)
First, a preferable range of the thickness of the internal space, which is a value that defines the size of the internal space in the
図3は、内部空所の厚みx1と応答時間との関係および拡散抵抗との関係を示した図である。具体的には、図3は、内部空所の厚みを違えた複数種のガスセンサ100を10個ずつ用意し、それぞれについて応答時間および拡散抵抗を測定した結果を示している。図3中の丸印および三角印はそれぞれ、応答時間と拡散抵抗についての同一条件での測定値の平均値を示しており、丸印および三角印の上下のラインは各測定条件での最大値および最小値を示している。なお、厳密にいえば、応答時間や拡散抵抗はそれぞれの内部空所に備わるポンプ電極(第1内部空所20においては内側ポンプ電極22)以外の領域のサイズに応じて変化する。ただし、例えば内側ポンプ電極22や補助ポンプ電極51の厚み(センサ素子101の厚み方向の長さ)は10μm〜15μm程度で内部空所の厚みx1に比べて小さいことから、以下においては、議論の単純化のため、一部の例外的な場合を除き、内部空所に備わるポンプ電極の厚みは無視できるものとする。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness x1 of the internal space and the response time and the relationship with the diffusion resistance. Specifically, FIG. 3 shows the results of measuring 10 response sensors and diffusion resistances for each of a plurality of types of
応答時間は、被測定ガス中のNOx濃度を瞬間的に変化させた場合において、変化後のNOx濃度に相当するセンサ出力(Ip2)に対して10%に相当するセンサ出力(Ip2)を検出した時点から90%に相当するセンサ出力(Ip2)を検出した時点までの時間を測定することで求めた。 As for the response time, when the NOx concentration in the gas to be measured was changed instantaneously, the sensor output (Ip2) corresponding to 10% of the sensor output (Ip2) corresponding to the changed NOx concentration was detected. It was determined by measuring the time from when the sensor output (Ip2) corresponding to 90% was detected.
一方、拡散抵抗は、各電極の電流−電圧曲線から得られた限界電流値を用いてネルンストの式から算出することで求めた。 On the other hand, the diffusion resistance was obtained by calculating from the Nernst equation using the limiting current value obtained from the current-voltage curve of each electrode.
図3に示すように、内部空所の厚みx1が50μm未満になると、拡散抵抗(平均値)および拡散抵抗のバラツキが急激に増加した。このように拡散抵抗が増加するのは、内部空所を薄くすると上部電極(第1内部空所20においては天井電極部22a)と下部電極(第1内部空所20においては底部電極部22b)との間の距離が短くなり、その上部電極と下部電極との間の領域により付与される拡散抵抗が増加することによるものと考えられる。また、拡散抵抗のバラツキが増加するのは、内部空所が薄くなることで内部空所内に備わるポンプ電極の影響が無視できなくなり、ポンプ電極に起因したバラツキが重畳することによるものと考えられる。具体的には、多孔質サーメット電極である内側ポンプ電極22や補助ポンプ電極51などの断面形状が正確な矩形ではないために、電極の間の空間の断面積や拡散路長がばらつくことによるものと考えられる。
As shown in FIG. 3, when the thickness x1 of the internal space was less than 50 μm, the diffusion resistance (average value) and the variation in diffusion resistance increased rapidly. The diffusion resistance increases in this manner because the upper electrode (
このように、内部空所内において被測定ガスが受ける拡散抵抗にバラツキが生じると、被測定ガスがガス導入口10から取り込まれてから測定電極44に到達するまでに付与される全体の拡散抵抗にバラツキが生じ、これにより高精度な測定が困難になる。よって、内部空所の厚みx1は50μm以上であることが好ましい。
In this way, when the diffusion resistance received by the gas under measurement in the internal space varies, the total diffusion resistance applied from when the gas under measurement is taken in from the
一方で、図3に示すように、内部空所の厚みx1が薄くなるほど、応答時間が速くなる。これは、内部空所の厚みx1が薄くなって内部空所の体積が小さくなることで、主ポンプセル21や補助ポンプセル50などによる制御が行われる空間の体積(被ポンピング体積)が小さくなり、主ポンプセルのポンピング能力(酸素濃度制御性)が向上したことによるものと考えられる。応答時間は、一般的に、同様の条件で応答時間を求めたときに1500ms以下であれば実用上問題ないが、より精密なエンジン制御のためには1200msであることが好ましい。図3において応答時間が1200ms以下となるのはx1の値が180μm以下のときであるから、内部空所の厚みx1は180μm以下であることが好ましいといえる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the response time increases as the thickness x1 of the internal space decreases. This is because the thickness x1 of the internal space is reduced and the volume of the internal space is reduced, so that the volume of the space controlled by the
以上を鑑み、本実施の形態に係るガスセンサ100においては、センサ素子101の内部空所の厚みが50μm〜180μmであることが好適である。係る要件をみたすことで、本実施の形態に係るガスセンサ100は、高応答性を有し、かつ、高精度での測定が可能となる。
In view of the above, in the
(内部空所の位置)
次に、内部空所の位置を規定する値である、センサ素子101の上面から内部空所までの距離x2の好適な範囲について説明する。
(Internal void location)
Next, a preferable range of the distance x2 from the upper surface of the
図4は、ポンプ層6の厚みx2とセンサ素子101の破壊強度の指標となる破壊水滴量との関係およびインピーダンスとの関係を示した図である。具体的には、図4は、ポンプ層6の厚みを違えた複数種のガスセンサ100を10個ずつ用意し、それぞれの破壊水滴量およびインピーダンスを測定した結果を示している。ただし、破壊水滴量については、ポンプ層6の厚みが200μmのときの値に対する比で示している。図4中の丸印および三角印はそれぞれ、破壊水滴量比とインピーダンスについての同一条件での測定値の平均値を示しており、丸印および三角印の上下のラインは各測定条件での最大値および最小値を示している。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness x2 of the
破壊水滴量は、水滴滴下試験を行うことで求めた。具体的には、センサ素子101を所定の温度で加熱しつつ駆動させ、センサ素子101の所定の場所(例えば、素子先端、素子側面または外側電極上)に水滴を落下させて、センサ素子101にクラックが発生するかどうかを確認した。そして、センサ素子101にクラックが発生するまで、落下させる水滴の量を多くして同様の試験を実施し、センサ素子101にクラックが発生した時点でセンサ素子101の駆動を停止して、このときの水滴の量を破壊水滴量とした。
The amount of breaking water droplets was determined by performing a water droplet dropping test. Specifically, the
一方、インピーダンスは、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間についての電流−電圧曲線を測定し、直線部の傾きを計算することで求めた。
On the other hand, the impedance was obtained by measuring a current-voltage curve between the
図4に示すように、ポンプ層6の厚みx2が400μmより大きくなると、インピーダンスの値が急激に増加した。これは、ポンプ層6の厚みが大きくなることにより、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に存在するポンプ層6のインピーダンスが大きくなることによるものと考えられる。
As shown in FIG. 4, when the thickness x2 of the
このように、ポンプセルにおけるインピーダンスが大きくなると、ポンプセルによる酸素のポンピング処理を高精度で制御することが困難になり、これにより高精度な測定も困難になるため好ましくない。なお、インピーダンスは、一般的に、同様の条件でインピーダンスを求めたときに90Ω以下であれば測定精度に影響を与えない。図4においてインピーダンスが90Ω以下となるのはx2の値が600μm以下のときであるから、ポンプ層の厚みx2は、600μm以下であるのが好適である。より好ましくは400μm以下である。 Thus, when the impedance in the pump cell becomes large, it becomes difficult to control the pumping of oxygen by the pump cell with high accuracy, which makes it difficult to perform high-precision measurement, which is not preferable. In general, when the impedance is 90Ω or less when the impedance is obtained under the same conditions, the measurement accuracy is not affected. In FIG. 4, the impedance is 90Ω or less when the value of x2 is 600 μm or less. Therefore, the thickness x2 of the pump layer is preferably 600 μm or less. More preferably, it is 400 μm or less.
一方で、図4に示すように、ポンプ層6の厚みx2が大きくなるほど、破壊水滴量が多くなる。すなわち、ポンプ層6が厚いほどセンサ素子101の破壊強度が大きくなる。破壊強度は、一般的に、同様の条件で水滴滴下試験を行った場合の破壊水滴量が現行センサの破壊水滴量と同等であれば実用上問題ない。しかしながら、より高温の、もしくはより温度変化の大きい環境下での信頼性を確保し、高精度なセンサを実現するためには、破壊水滴量を現行センサの破壊水滴量よりも1.3倍以上大きくすることが好ましい。したがって、ポンプ層の厚みx2は、図4において破壊水滴量比が1.3以上となる220μm以上であることが好ましい。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the larger the thickness x2 of the
以上を鑑み、本実施の形態に係るガスセンサ100においては、センサ素子101のポンプ層6の厚みが220μm〜600μmであることが好適である。係る要件をみたすことで、本実施の形態に係るガスセンサ100は、高強度のセンサ素子101を有するものとなり、その結果、高精度での測定が可能となる。
In view of the above, in the
<センサ素子の製造プロセス>
次に、上述のような形状を有するセンサ素子101を製造するプロセスについて説明する。本実施の形態においては、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含むグリーンシートからなる積層体を形成し、該積層体を切断・焼成することによってセンサ素子101を作成する。
<Manufacturing process of sensor element>
Next, a process for manufacturing the
図1に示した6つの層からなるセンサ素子101を作成する場合であれば、第1基板層1と第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6とに対応する6枚のグリーンシートが用意される。
In the case of producing the
まず、各層に対応したブランクシートを用意する。ここで、完成したセンサ素子101において上述した内部空所の厚みx1およびポンプ層6の厚みx2の用件を満たすべく、スペーサ層5には、55μm〜200μmの厚みを有するブランクシートを用い、第2固体電解質層6には、240μm〜720μmの厚みを有するブランクシートを用いる。
First, a blank sheet corresponding to each layer is prepared. Here, in the completed
次に、それぞれのブランクシートに対して加工処理、パターン印刷および乾燥処理を行う。パターンや接着剤の印刷には、公知のスクリーン印刷技術を利用可能である。また、印刷後の乾燥処理についても、公知の乾燥手段を利用可能である。パターン印刷が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷および乾燥処理を行う。 Next, processing, pattern printing, and drying are performed on each blank sheet. A known screen printing technique can be used for printing a pattern or an adhesive. Also, a known drying means can be used for the drying process after printing. When the pattern printing is finished, printing and drying processing of an adhesive paste for laminating and bonding the green sheets corresponding to the respective layers are performed.
続いて、接着剤が塗布されたグリーンシートを所定の順序に積み重ねて、所定の温度・圧力条件を与えることで圧着させ、一の積層体とする圧着処理を行う。積層体が得られると、係る積層体の複数箇所を切断してセンサ素子101個々の単位(素子体と称する)に切り出す。そして、切り出された素子体を、所定の条件下で焼成することにより、上述の第1内部空所20の厚みx1およびポンプ層6の厚みx2の範囲を満たすセンサ素子101が生成される。
Subsequently, the green sheets to which the adhesive has been applied are stacked in a predetermined order, and subjected to pressure bonding by applying predetermined temperature and pressure conditions, thereby performing a pressure bonding process to form a single laminate. When the laminated body is obtained, a plurality of portions of the laminated body are cut and cut into individual units (referred to as element bodies) of the
以上、説明したように、本実施の形態によれば、高応答性とセンサ素子の高強度化とが実現されることで、高精度での測定が可能となったガスセンサを得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a gas sensor capable of measuring with high accuracy by realizing high responsiveness and high strength of the sensor element.
<変形例>
上述の実施の形態においては、センサ素子が2つの内部空所を有するガスセンサを対象に、センサ素子における内部空所の厚みx1およびセンサ素子101の上面から内部空所までの距離x2の好適な範囲を示していたが、これらx1、x2の好適な範囲が適用されるセンサ素子の構成は、これに限られるものではない。
<Modification>
In the above-described embodiment, for a gas sensor in which the sensor element has two internal spaces, a preferred range of the thickness x1 of the internal space in the sensor element and the distance x2 from the upper surface of the
図5、図6、および図7は、それぞれ、3つの内部空所を有するセンサ素子201,301、および401の構成例を概略的に示した断面模式図である。なお、センサ素子201,301、および401に備わる構成要素のうち、上述の実施の形態に係るセンサ素子101が備える構成要素と同様のものについては、センサ素子101と同じ符号を付してその説明を省略する。また、センサ素子201,301、および401は、センサ素子101と同様のヒータ部70を有するが、図5ないし図7においては、ヒータ部70は簡略化されている。
FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are schematic cross-sectional views schematically showing configuration examples of the
図5に示すセンサ素子201には、ガス導入口10から第2内部空所40までがセンサ素子101と同様に設けられており、さらに、第2内部空所40には第4拡散律速部60と第3内部空所61とがこの順に連通してなる。第4拡散律速部60は、第1拡散律速部11、第2拡散律速部13、および第3拡散律速部30と同様に、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。
In the
ただし、第2内部空所40には補助ポンプ電極51のみが設けられており、センサ素子101では第2内部空所40に設けられていた測定電極44と第4拡散律速部45とは、センサ素子201では第2内部空所40には設けられていない。センサ素子201では、測定電極44は、第3内部空所61に面する第1固体電解質層4の上面に、第3内部空所61に露出する態様にて設けられてなる。すなわち、センサ素子201は、センサ素子101において採用されていた、第4拡散律速部45にて測定電極44を被覆する構成に代えて、スリット状の第4拡散律速部60を設ける構成を採用したものといえる。
However, only the
加えて、センサ素子201においては、第2固体電解質層(ポンプ層)6の上に多孔質体からなる保護層90が設けられている。なお、係る保護層90は、上述の実施の形態に係るセンサ素子101にも設けられてよい。
In addition, in the
また、図6に示すセンサ素子301は、緩衝空間12が省略されて第1拡散律速部11と第2拡散律速部13とが一の拡散律速部14となっている他は、センサ素子201と同様の構成を有する。
In addition, the
また、図7に示すセンサ素子401は、導入部10が省略されて第1拡散律速部11が直接に外部空間に対する開口部となっており、かつ、センサ素子401の長手方向における第2内部空所40のサイズが大きい他は、センサ素子201と同様の構成を有する。
In the
以上のような構成を有するセンサ素子201、301、および401についても、センサ素子101の場合と同様に、x1の値を50μm以上180μm以下、x2の値を220μm以上600μm以下とすることで、センサ素子の高強度化とそれぞれの素子を備えたガスセンサにおける高応答性が実現され、ひいては、ガスセンサの測定の高精度化が実現される。例えば、図8、図9、および図10に示した、センサ素子201、301、および401についての内部空所の厚みx1と応答時間との関係は、図3に示したセンサ素子101についての関係と概ね同様となっており、x1が150μm以下のときに、応答時間が1200ms以下となっている。
Similarly to the
20 第1内部空所
21 主ポンプセル
22 内側ポンプ電極
22a 天井電極部
22b 底部電極部
23 外側ポンプ電極
40 第2内部空所
41 測定用ポンプセル
44 測定電極
50 補助ポンプセル
51 補助ポンプ電極
100 ガスセンサ
101、201、301、401 センサ素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記センサ素子は、
外部空間から被測定ガスを導入する第1の内部空所と、
前記第1の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第2の内部空所と、
前記第1の内部空所の表面に形成された内側ポンプ電極と、前記第1の内部空所とは異なる空間に形成された外側ポンプ電極とを有し、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第1の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた主ポンプセルと、
前記第2の内部空所の表面に形成された補助ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極とを有し、前記補助ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた補助ポンプセルと、
を備え、
前記第1と前記第2の内部空所は前記センサ素子の長手方向に沿って連通しており、
前記第1と前記第2の内部空所の厚みが50μm以上180μm以下であり、
前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間の固体電解質層の厚みが220μm以上600μm以下である、
ことを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor having a sensor element composed mainly of an oxygen ion conductive solid electrolyte and detecting a predetermined gas component in a gas to be measured,
The sensor element is
A first internal space for introducing the gas to be measured from the external space;
A second internal space communicating with the first internal space under a predetermined diffusion resistance;
An inner pump electrode formed on a surface of the first inner space; and an outer pump electrode formed in a space different from the first inner space; the inner pump electrode and the outer pump electrode A main pump cell provided so as to be able to pump out oxygen in the first internal space by applying a predetermined voltage between
The auxiliary pump electrode formed on the surface of the second inner space and the outer pump electrode, and the second pump electrode by applying a predetermined voltage between the auxiliary pump electrode and the outer pump electrode. An auxiliary pump cell provided so as to be able to pump oxygen in the internal space of
With
The first and second internal spaces communicate with each other along the longitudinal direction of the sensor element;
The thickness of the first and second internal spaces is 50 μm or more and 180 μm or less,
The thickness of the solid electrolyte layer between the inner pump electrode and the outer pump electrode is 220 μm or more and 600 μm or less,
A gas sensor characterized by that.
前記電圧値に応じて前記所定ガス成分の濃度を求める、請求項1に記載のガスセンサ。 The second internal space further comprises a third electrode that detects a voltage value corresponding to the amount of oxygen present in the second internal space;
The gas sensor according to claim 1, wherein the concentration of the predetermined gas component is obtained according to the voltage value.
前記センサ素子は、
外部空間から被測定ガスを導入する第1の内部空所と、
前記第1の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第2の内部空所と、
前記第2の内部空所に所定の拡散抵抗の下で連通してなる第3の内部空所と、
前記第1の内部空所の表面に形成された内側ポンプ電極と、前記第1の内部空所とは異なる空間に形成された外側ポンプ電極とを有し、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第1の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた主ポンプセルと、
前記第2の内部空所の表面に形成された補助ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極とを有し、前記補助ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間に所定電圧を印加することで前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられた補助ポンプセルと、
を備え、
前記第1ないし前記第3の内部空所は前記センサ素子の長手方向に沿って連通しており、
前記第1ないし前記第3の内部空所の厚みが50μm以上180μm以下であり、
前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との間の固体電解質層の厚みが220μm以上600μm以下である、
ことを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor having a sensor element composed mainly of an oxygen ion conductive solid electrolyte and detecting a predetermined gas component in a gas to be measured,
The sensor element is
A first internal space for introducing the gas to be measured from the external space;
A second internal space communicating with the first internal space under a predetermined diffusion resistance;
A third internal space communicating with the second internal space under a predetermined diffusion resistance;
An inner pump electrode formed on a surface of the first inner space; and an outer pump electrode formed in a space different from the first inner space; the inner pump electrode and the outer pump electrode A main pump cell provided so as to be able to pump out oxygen in the first internal space by applying a predetermined voltage between
The auxiliary pump electrode formed on the surface of the second inner space and the outer pump electrode, and the second pump electrode by applying a predetermined voltage between the auxiliary pump electrode and the outer pump electrode. An auxiliary pump cell provided so as to be able to pump oxygen in the internal space of
With
The first to third internal spaces communicate with each other along the longitudinal direction of the sensor element;
A thickness of the first to third internal spaces is not less than 50 μm and not more than 180 μm;
The thickness of the solid electrolyte layer between the inner pump electrode and the outer pump electrode is 220 μm or more and 600 μm or less,
A gas sensor characterized by that.
前記電圧値に応じて前記所定ガス成分の濃度を求める、請求項3に記載のガスセンサ。 A third electrode for detecting a voltage value corresponding to the amount of oxygen present in the third internal space in the third internal space;
The gas sensor according to claim 3, wherein the concentration of the predetermined gas component is obtained according to the voltage value.
所定の加工が施され、所定の回路パターンが形成された厚みの異なる複数枚のセラミックスグリーンシートを準備する準備工程と、
前記複数枚のセラミックスグリーンシートを積層して積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を切り出す切り出し工程と、
前記切り出し工程で切り出された積層体を焼成する焼成工程と、を備える、センサ素子の製造方法。 A method for manufacturing a sensor element provided in the gas sensor according to any one of claims 1 to 5,
A preparatory step of preparing a plurality of ceramic green sheets having different thicknesses, wherein predetermined processing is performed and a predetermined circuit pattern is formed;
A laminating step of laminating the plurality of ceramic green sheets to form a laminate;
A cutting step of cutting out the laminate;
And a firing step of firing the laminate cut out in the cut-out step.
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