JP2016048230A - ガスセンサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、ガスセンサ素子1000は排気ガス中に含まれるシリコンやリンなどの被毒物質に晒されたり、排気ガス中の水滴が付着することがあるため、ガスセンサ素子1000の外表面には、被毒物質を捕捉したり、水滴がガスセンサ素子に直接接触しないよう多孔質保護層1400が被覆されている。つまり、上記の積層体のうち測定対象ガス(排気ガス)に晒される先端部の全周を、多孔質保護層1400にて被覆している(特許文献1参照)。そして、従来、多孔質保護層1400は、ガスセンサ素子の先端部のうち、使用時に少なくとも200℃以上の温度状態となる全ての領域に形成されていた。
一方、ガスセンサ素子1000のさらに先端側の200℃を超える高温の部位にのみ多孔質保護層1400を形成することで、多孔質保護層1400の形成面積を低減し、上記熱容量を低減することができる。
ところが、一般的なガスセンサ素子1000においては、上述のように板状の固体電解質体1300cをアルミナ等の各種絶縁層1200a等と積層しており、固体電解質体1300cや絶縁層1200aの端面(図6の面E)がガスセンサ素子1000の外側に露出している。そして、固体電解質体1300cは絶縁層1200aよりも熱膨張率が高いため、ガスセンサ素子1000の端面のうち高温の部位に水滴が接触(被水)すると、固体電解質体1300cに熱応力が加わってクラックが生じるおそれがある。
従って、固体電解質体1300cが直接被水しても熱応力が過大とならないレベル、つまり使用時に200℃未満の部位には多孔質保護層1400を覆わなくてもよいが、使用時に200℃以上の領域には多孔質保護層1400を形成せざるを得ず、熱容量を低減するには至っていない。
このガスセンサ素子によれば、固体電解質体の端面のすべてが、緻密絶縁部材で覆われている。このため、この端面がガスセンサ素子の外側に露出することが無く、ガスセンサ素子のうち200℃を超え300℃以下の温度状態となる部位に水滴が直接接触(被水)しても固体電解質体に過大な熱応力は加わらず、クラックの発生が抑制される。
従って、500℃以上の温度状態となる、より高温の領域には少なくとも多孔質保護層を形成し、300℃以下の温度状態となる領域には多孔質保護層を形成しない態様とすることで、200℃以上の温度状態となる領域に多孔質保護層が形成されていた従来のガスセンサ素子に比べ、多孔質保護層の形成面積を低減することができ、多孔質保護層ひいてはガスセンサ素子の熱容量を低減することができる。その結果、ヒータでガスセンサ素子を加熱する際の消費電力や検出までの待機時間を低減させることができる。
このガスセンサ素子によれば、クラックを生じさせない範囲で、多孔質保護層の形成面積をより一層低減できるため、多孔質保護層ひいてはガスセンサ素子の熱容量を低減させ、消費電力や検出までの待機時間をさらに低減させることができる。
このガスセンサ素子によれば、多孔質保護層が300℃以下の温度状態となる領域には非形成であるため、200℃以上の温度状態となる領域に多孔質保護層が形成されていた従来のガスセンサ素子に比べ、多孔質保護層の形成面積を低減することができ、消費電力や検出までの待機時間を低減させることができると共に、多孔質保護層が300℃を超え500℃未満の温度状態となる領域に形成されているため、耐被水性が向上し、被水量が従来よりも大幅に増加する環境で使用したとしてもクラックが生じることを抑制できる。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線L方向)に沿う断面図、図2は検出素子300及びヒータ200の模式分解斜視図、図3は検出素子300の軸線L方向に直交する断面図である。
第1基体101及び第2基体102を積層したものが、特許請求の範囲の「絶縁体」に相当する。又、発熱部102aが特許請求の範囲の「ヒータ」に相当する。
ここで、第1固体電解質体105cは略矩形板状をなし、第1固体電解質体105cのうち、積層方向に平行な4つの端面105eを第1支持部105rが囲んでいる。第1支持部105rは自身の先端側に第1固体電解質体105cを内包している。そして、第1支持部105rと第1固体電解質体105cとが第1層105を構成し、第1層105は長手方向に延びて後述する保護層111等と同一寸法になっている。
基準電極104は、基準電極部104aと、基準電極部104aから第1層105の長手方向に沿って延びる第1リード部104bとから形成されている。検知電極106は、検知電極部106aと、検知電極部106aから第1層105の長手方向に沿って延びる第2リード部106bとから形成されている。
ここで、第2固体電解質体109cは略矩形板状をなし、第2固体電解質体109cのうち、積層方向に平行な4つの端面109eを第2支持部109rが囲んでいる。第2支持部109rは自身の先端側に第2固体電解質体109cを内包している。そして、第2支持部109rと第2固体電解質体109cとが第2層109を構成し、第2層109は長手方向に延びて後述する保護層111等と同一寸法になっている。なお、本実施形態では、第2固体電解質体109cの平面寸法が第1固体電解質体105cよりも小さくなっている。
内側第1ポンプ電極108は、内側第1ポンプ電極部108aと、この内側第1ポンプ電極部108aから第2層109の長手方向に沿って延びる第3リード部108bとから形成されている。外側第1ポンプ電極110は、外側第1ポンプ電極部110aと、この外側第1ポンプ電極部110aから第2層109の長手方向に沿って延びる第4リード部110bとから形成されている。
ガス検出室107cが特許請求の範囲の「間隙」に相当する。
なお、本実施形態では、電極保護部113aの平面寸法は第2固体電解質体109cの平面寸法より小さく、幅方向及び長手方向において、第2固体電解質体109cの内側に電極保護部113aが配置されている。
又、本実施形態のガスセンサ素子100は、酸素濃度検出セル130の第1固体電解質体105cのインピーダンス(抵抗値)Rpvsを間欠的に測定し、このインピーダンスに基づいてヒータ(発熱部)102aによるガスセンサ素子100の加熱状態をフィードバックしている。
従って、ヒータ102aによる温度制御の対象となる酸素濃度検出セル130が、特許請求の範囲の「制御対象セル」に相当する。又、ヒータ102aによる酸素濃度検出セル130の目標制御温度は、第1固体電解質体105cのインピーダンスから換算される温度に相当し、この目標制御温度は600〜830℃に設定されている。
図3は、図1のガスセンサ素子100の先端側の部分拡大断面図である。多孔質保護層20は、検出素子部300とヒータ部200との積層体の表面直上であって、ガスセンサ素子100の先端面から軸線L方向に沿って後端側に向かい、ガスセンサ素子の使用時に500℃以上の温度状態となる領域Rに形成されると共に、300℃以下の温度状態となる領域には形成されていない。
従って、ガスセンサ素子100の先端部から500℃以上の温度状態となる、より高温の領域Rに多孔質保護層20を形成することで、各固体電解質体105c、109cにクラックを生じさせずに多孔質保護層20の形成面積を低減し、多孔質保護層20ひいてはガスセンサ素子100の熱容量を低減することができる。その結果、ヒータ102aでガスセンサ素子100を加熱する際の消費電力や検出までの待機時間を低減させることができる。
又、多孔質保護層20の厚みは、50〜800μmとすると好ましく、550〜650μmとするとより好ましい。
本実施形態においては、内側第1ポンプ電極部108aの幅方向の寸法108wは、電極保護部113aの幅方向の寸法113wより小さい。又、外側第1ポンプ電極部110aの幅方向の寸法110wは、内側第1ポンプ電極部108aの幅方向の寸法108wと等しくなっている。
さらに、外側第1ポンプ電極部110aの表面は、電極保護部113aで直接覆われている。
以上のように、寸法110w≦寸法113wとすることで、寸法110wを寸法113wより確実に小さくすることができる。
その結果、外側第1ポンプ電極部110aを電極保護部113aより幅方向の内側に確実に配置することができ、外側第1ポンプ電極部110aと電極保護部113aとが直接接した場合であっても、電極保護部113aと補強部112の境界112a(図2)の段差部分に外側第1ポンプ電極部110aが介在して同電極が断線する等の不具合を解消することができる。また、この段差を解消するために外側第1ポンプ電極部110aと電極保護部113aとの間に緩衝層を設ける必要がなく、緩衝層を設けた場合に比べて電極保護部113aを介した外部とのガスの透過率を向上させることができる。
まず、未焼成のヒータ部200としては、未焼成の第1基体101及び第2基体102を、アルミナ等の原料粉末、バインダ及び可塑剤等から調合されたペーストをドクターブレード法等により、シート状に成形した後乾燥させたグリーンシートを所定の大きさに切り出して形成する。そして、第1基体101上にPt等の原料粉末、バインダ及び可塑剤等から調合されたペーストをスクリーン印刷法等により塗布後、乾燥させて未焼成の発熱体102を形成する。そして、発熱体102を挟むようにして未焼成の第1基体101と第2基体102を積層する。
同様に、アルミナのグリーンシートからなる未焼成の第2支持部109rの先端側を矩形状にくり抜き、くり抜き部分に部分安定化ジルコニアのグリーンシートからなる未焼成の第2固体電解質体109cを埋め込む。そして、未焼成の第2固体電解質体109cの表裏にそれぞれ未焼成の内側第1ポンプ電極108及び外側第1ポンプ電極110をペースト印刷し、未焼成の酸素ポンプセル140を得る。
そして、未焼成のヒータ部200、酸素濃度検出セル130及び酸素ポンプセル140を積層し、全体を焼成してガスセンサ素子100を製造する。
また、上記実施形態では、多孔質保護層20をセラミック粒子にて形成したが、セラミック粒子にセラミックファイバーを含有させて多孔質保護層20を形成するようにしてもよい。
又、上記実施形態では、未焼成のシート状の第1支持部105rのくり抜き部分にシート状の未焼成の第1固体電解質体105cを埋め込んだ後、焼成して第1固体電解質体105cの端面を第1支持部105rで覆ったが(第2固体電解質体109cも同様)、未焼成の第1固体電解質体105c、109cの端面に緻密絶縁部材となるペーストを塗布して焼成してもよい。
図1〜図4に示す板状のガスセンサ素子(酸素センサ素子)100を、多孔質保護層20を設けた態様で準備し、これを「実施例」とした。また、図1〜図4に示す板状のガスセンサ素子(酸素センサ素子)100を、多孔質保護層1400を設けない態様で準備し、これを「参考例」とした。さらに図6に示す断面構造を有するガスセンサ素子(酸素センサ素子)1000を、多孔質保護層1400を設けない態様で準備し、これを「比較例」とした。比較例のガスセンサ素子1000は、各固体電解質体105c、109cが第1支持部105r及び第2支持部109rでそれぞれ覆われず、他の層107、111と同一寸法として積層され、各固体電解質体105c、109cの端面がガスセンサ素子1000の外側に露出していること以外は、ガスセンサ素子100と同一の構造を有する。
そして、各ガスセンサ素子100、1000の積層方向に平行な側面を上面にして各ガスセンサ素子を水平に保持し、この側面の軸線方向に沿った各位置の直上に水滴を滴下するマイクロシリンジを配置した。次に、酸素濃度検出セル130の目標制御温度が830℃となるようにヒータ102aに通電して各ガスセンサ素子を加熱し、加熱されている上記側面の各位置に水滴を滴下してクラック発生の有無を観察した。
なお、加熱されている上記側面の各位置の温度をサーモグラフィで測定し、100℃〜720℃までは表1に示す8つの温度となる位置と、さらに最高温度(830℃)となる位置で、かつ上記側面の厚み方向の中心を滴下点とし、100℃側の位置(後端側)から順に滴下した。滴下する水滴量を2.0μlまたは3.0μlとし、表1に示すように各水準で滴下を20回繰り返し、3個の各ガスセンサ素子について滴下を実施した。
最高温度(830℃)となる位置までの各温度で、側面の各滴下点を染色浸透法(レッドチェック)にてクラック発生の有無とクラックの進行状態とを、滴下終了後に観察して確認した。
表1の○はガスセンサ素子にクラックが発生せず、×はガスセンサ素子にクラックが発生したことを示す。
一方、固体電解質体の端面のすべてを緻密絶縁部材で覆った参考例においては、ガスセンサ素子の先端部から500℃以上の温度状態となる領域までは、ガスセンサ素子にクラックが発生しなかった。
また、参考例について滴下量を従来の滴下試験よりも厳しい条件である3.0μLにて滴下試験を行った所、ガスセンサ素子の先端部から400℃の温度領域ではガスセンサ素子にクラックが発生しなかったものの、500℃の温度領域ではガスセンサ素子にクラックが発生した。
なお、実施例について滴下量3.0μLにて滴下試験を行った所、全ての温度領域でガスセンサ素子にクラックが発生しなかった。
多孔質保護層20の軸線方向の長さを種々に変えて、図1〜図4に示す板状のガスセンサ素子(酸素センサ素子)100を準備した。具体的には、酸素濃度検出セル130の目標制御温度が830℃となるようにヒータ102aに通電してガスセンサ素子100を加熱したとき、ガスセンサ素子100の側面における多孔質保護層20の後端縁の位置の温度をサーモグラフィで測定し、その温度を、多孔質保護層20の軸線方向の長さの指標とした。
例えば、図5において「200℃」とは、ガスセンサ素子100の先端から、ガスセンサ素子100を加熱したときに200℃となる位置まで多孔質保護層20を形成したことを示す。従って、図5においては、温度が高いほど多孔質保護層20の長さが短いことを示す。又、多孔質保護層20を形成しなかった場合を、ガスセンサ素子100の最高到達温度である830℃で表した。
そして、多孔質保護層20の長さを変えた各ガスセンサ素子100につき、ヒータ102aに通電し、上記インピーダンス(抵抗値)Rpvsが安定してから3分経過後、ヒータ102aへの通電電圧及び電流から、ヒータの消費電力(W)を求めた。多孔質保護層20を形成しなかった場合(830℃)のヒータの消費電力を「1」とし、各条件でのヒータの消費電力を830℃での値との相対値として表示した。
以上の実験結果から、実施例のガスセンサ素子は、固体電解質体の端面のすべてが、緻密絶縁部材で覆われているため、この端面がガスセンサ素子の外側に露出することが無く、ガスセンサ素子のうち200℃を超え300℃以下の温度状態となる部位に水滴が直接接触(被水)しても固体電解質体に過大な熱応力は加わらず、クラックの発生が抑制されることが分かる。
そして、ガスセンサ素子の先端部から500℃以上の温度状態となる、より高温の領域には少なくとも多孔質保護層を形成し、300℃以下の温度状態となる領域には多孔質保護層を形成しない態様であるため、200℃以上の温度状態となる領域全てに多孔質保護層が形成されていた従来のガスセンサ素子に比べ、ヒータでガスセンサ素子を加熱する際の消費電力や検出までの待機時間を低減させることができることが分かる。
また、多孔質保護層は、ヒータによる温度制御時に積層体が500℃未満の温度状態となる領域には形成しない態様とすることで、クラックの発生を抑制しつつ、消費電力や検出までの待機時間をさらに低減させることができる。
また、多孔質保護層は、ヒータによる前記温度制御時に積層体が300℃を超え500℃未満の温度状態となる領域に形成され、多孔質保護層が300℃以下の温度状態となる領域には形成しない態様とすることで、200℃以上の温度状態となる領域全てに多孔質保護層が形成されていた従来のガスセンサ素子に比べ、多孔質保護層の形成面積を低減することができ、消費電力や検出までの待機時間を低減させることができる。さらに、多孔質保護層が300℃を超え500℃未満の温度状態となる領域に形成されているため、耐被水性が向上し、被水量が従来よりも大幅に増加する環境で使用したとしてもクラックが生じることを抑制できる。
20 多孔質保護層
30 ハウジング
104、105、108、110 一対の電極
105c 第1固体電解質体
107c 間隙
109c 第2固体電解質体
105e、109e 固体電解質体の端面
105r、109r 緻密絶縁部材
100 ガスセンサ素子
102a ヒータ
113a 電極保護部
130,140 セル
130 制御対象セル
200 ヒータ部
300 検出素子部
L 軸線
Claims (4)
- 固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とを有するセルを1つ以上設けた検出素子部、及び、絶縁体に通電により発熱するヒータを設けてなるヒータ部を積層してなると共に、長手方向に延びる積層体と、前記積層体のうち測定対象ガスに晒される先端部を被覆してなる多孔質保護層と、を備えるガスセンサ素子であって、
積層方向に平行な前記固体電解質体の端面のすべてが緻密絶縁部材で覆われており、
前記セルのうち、前記ヒータによる温度制御の対象となる制御対象セルの目標制御温度が600〜830℃であり、
前記多孔質保護層は、前記ガスセンサ素子の先端部から前記ヒータによる前記温度制御時に前記積層体が500℃以上の温度状態となる領域に形成されると共に、300℃以下の温度状態となる領域には非形成であるガスセンサ素子。 - 前記多孔質保護層は、前記ヒータによる前記温度制御時に前記積層体が500℃未満の温度状態となる領域には非形成である請求項1に記載のガスセンサ素子。
- 前記多孔質保護層は、前記ヒータによる前記温度制御時に前記積層体が300℃を超え500℃未満の温度状態となる領域に形成される請求項1に記載のガスセンサ素子。
- 被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を保持するハウジングとを備えるガスセンサにおいて、
前記センサ素子は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子を用いるガスセンサ。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019088026A1 (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP2020020742A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP2020020739A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP2020020738A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP2020064005A (ja) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020201207A (ja) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
US11879865B2 (en) | 2018-10-03 | 2024-01-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101724499B1 (ko) * | 2015-12-11 | 2017-04-07 | 현대자동차 주식회사 | 입자상 물질 센서 및 이를 이용한 측정방법 |
DE102016212349A1 (de) * | 2016-07-06 | 2017-08-24 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors und Sauerstoffsensor zur Ermittlung einer Sauerstoffkonzentration in einem Ansaugtrakt |
WO2018143439A1 (ja) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 富士電機株式会社 | ガス警報器およびガス検出方法 |
JP6785185B2 (ja) * | 2017-05-09 | 2020-11-18 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子の製造方法 |
US10996193B2 (en) * | 2017-08-30 | 2021-05-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor element and gas sensor |
JP6840873B2 (ja) * | 2018-02-06 | 2021-03-10 | 日本碍子株式会社 | センサ素子及びガスセンサ |
WO2019155866A1 (ja) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
CN111656177B (zh) | 2018-02-06 | 2022-12-30 | 日本碍子株式会社 | 气体传感器 |
CN108732224B (zh) * | 2018-06-06 | 2020-07-28 | 成都科锐传感技术有限公司 | 一种双电池型片式宽域氧传感器的制备方法 |
CN117233233B (zh) * | 2023-11-14 | 2024-01-30 | 苏州工业园区福特斯汽车电子有限公司 | 一种智能宽域五线氧传感器芯片及其制作方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003294698A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ |
US20070235332A1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-11 | Denso Corporation | Structure of gas sensor ensuring adhesion of electric lead |
JP2011214853A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ素子の製造方法 |
JP2012093330A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-05-17 | Denso Corp | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
JP2013221783A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-10-28 | Toyota Motor Corp | ガスセンサ制御装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001289814A (ja) * | 2000-02-01 | 2001-10-19 | Denso Corp | ガスセンサ |
JP4723444B2 (ja) * | 2006-09-13 | 2011-07-13 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置およびセンサ制御方法 |
JP5638984B2 (ja) * | 2010-03-11 | 2014-12-10 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
JP5373835B2 (ja) | 2011-02-22 | 2013-12-18 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
JP5438053B2 (ja) * | 2011-03-14 | 2014-03-12 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置、センサ制御システムおよびセンサ制御方法 |
JP5736344B2 (ja) * | 2011-08-02 | 2015-06-17 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
-
2015
- 2015-07-10 JP JP2015138653A patent/JP6533426B2/ja active Active
- 2015-08-24 US US14/833,634 patent/US9829462B2/en active Active
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003294698A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ |
US20070235332A1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-11 | Denso Corporation | Structure of gas sensor ensuring adhesion of electric lead |
JP2011214853A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ素子の製造方法 |
JP2012093330A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-05-17 | Denso Corp | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
JP2013221783A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-10-28 | Toyota Motor Corp | ガスセンサ制御装置 |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112018005261T5 (de) | 2017-10-31 | 2020-06-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gassensor |
JP2019082418A (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-30 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
WO2019088026A1 (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
US11249044B2 (en) | 2018-08-03 | 2022-02-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
JP7184561B2 (ja) | 2018-08-03 | 2022-12-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
US11913900B2 (en) | 2018-08-03 | 2024-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
JP2020020739A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP2020020738A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP2020020742A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP7082922B2 (ja) | 2018-08-03 | 2022-06-09 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
JP7082921B2 (ja) | 2018-08-03 | 2022-06-09 | 日本碍子株式会社 | センサ素子 |
US11360043B2 (en) | 2018-08-03 | 2022-06-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
US11415544B2 (en) | 2018-08-03 | 2022-08-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
US11879865B2 (en) | 2018-10-03 | 2024-01-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
US11885765B2 (en) | 2018-10-03 | 2024-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor element |
JP2020064005A (ja) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020201207A (ja) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
JP7391547B2 (ja) | 2019-06-13 | 2023-12-05 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
Also Published As
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