JP2016153782A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの温度に変動があっても、センサ電極の周辺の温度を適切な温度に維持することができるガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサ１は、固体電解質体２、ポンプ電極２１、センサ電極２２及びヒータを備えている。ガスセンサ１においては、ヒータ基板３１における、発熱部４１、４２、４３が設けられた先端側部分１１の全体の領域Ｒを、センサ電極２２の先端２２２と基端２２１との間に位置する中間領域Ｒ２、中間領域Ｒ２よりも先端側に位置する先端側領域Ｒ３、及び中間領域Ｒ２よりも基端側に位置する基端側領域Ｒ１との３つの領域に分けて考える。基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値、及び先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値は、中間領域Ｒ２に設けられた発熱部４２の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素を含むガスにおける特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに関する。

板状の固体電解質体に板状のヒータを積層して形成されるガスセンサにおいては、固体電解質体の一部と、固体電解質体の一部に設けられた一対の電極とによって、電流が流れる各種のセルが形成されている。各種のセルは、電極が触媒活性を有する適切な温度になるよう、ヒータによって加熱されている。
例えば、特許文献１のガスセンサにおいては、固体電解質層に対して電極を設けることにより、酸素分圧を制御するための第１ポンピングセルと、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する第２ポンピングセルとを形成し、固体電解質層に各ポンピングセルを加熱するヒータを積層することが記載されている。そして、第１ポンピングセルに対向する位置に配置される、ヒータの抵抗部の抵抗値を、第２ポンピングセルに対向する位置に配置される抵抗部の抵抗値よりも高くしている。これにより、第２ポンピングセルの温度を低くして、特定ガス成分の濃度がゼロであるにも拘らず、検出されてしまうオフセット電流に変動が生じないようにしている。

特開２００９−２６５０８５号公報

しかしながら、ガスセンサは、絶縁性の碍子（インシュレータ）によってハウジングに保持されており、ガスセンサから碍子への熱引け（熱の逃げ）の影響を無視することはできない。この熱引けの影響は、ガスの温度の変動に応じて変動する。そのため、ガスの温度の変動があっても、ガスセンサにおける各種のセル（電極）の温度が変動しにくい技術が望まれる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ガスの温度に変動があっても、センサ電極の周辺の温度を適切な温度に維持することができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体（２）と、
該固体電解質体における、酸素を含むガス（Ｇ）に晒される第１の表面（２０１）に設けられ、上記ガスにおける酸素濃度を調整するために用いられるポンプ電極（２１）と、
上記固体電解質体の上記第１の表面における、上記ポンプ電極よりも基端側の位置に設けられ、該ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後のガスにおける特定ガス成分の濃度を検出するために用いられるセンサ電極（２２）と、
上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱する板状のヒータ（３）と、を備えるガスセンサ（１）において、
該ガスセンサは、その長尺方向（Ｌ）の先端側が上記ガスに晒されるとともに、長尺方向の基端側が絶縁性の碍子（６）に保持されるものであり、
上記ヒータは、ヒータ基板（３１）と、該ヒータ基板に設けられた導電性の導体層（３２）とによって構成されており、
該導体層は、上記基端側に配置された一対のリード部（４０）と、該一対のリード部よりも先端側において、該一対のリード部に接続され、かつ該リード部の断面積よりも断面積が小さい発熱部（４）とを有しており、
上記ヒータ基板における、上記発熱部が設けられた先端側部分（１１）の全体の領域（Ｒ）を、上記長尺方向に並ぶ３つの領域に分けるとともに、該３つの領域を、上記センサ電極の先端（２２２）と基端（２２１）との間に位置する中間領域（Ｒ２）、該中間領域よりも先端側に位置する先端側領域（Ｒ３）、及び上記中間領域よりも基端側に位置する基端側領域（Ｒ１）としたとき、上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高いことを特徴とするガスセンサにある。

上記ガスセンサにおいては、ヒータにおける導体層の発熱部の形成の仕方に工夫をしている。
具体的には、ヒータのヒータ基板における、発熱部が設けられた先端側部分の全体の領域を、中間領域、先端側領域及び基端側領域の３つの領域に分けて見たとき、基端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値を、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くしている。これにより、３つの領域のうち絶縁性の碍子に最も近い基端側領域に対向する固体電解質体の部分を、中間領域に対向する固体電解質体の部分及びセンサ電極の周辺よりも強く加熱することができる。
そして、絶縁性の碍子に近い固体電解質体の部分を強く加熱することにより、ガスの温度が低い場合あるいはガスの温度が低下する際に、センサ電極が、絶縁性の碍子が位置する基端側への熱引け（熱の逃げ）の影響を受けにくくすることができる。

また、先端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値を、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くしている。これにより、先端側領域に対向する固体電解質体の部分及びポンプ電極の周辺を、中間領域に対向する固体電解質体の部分及びセンサ電極の周辺よりも強く加熱することができる。そのため、ポンプ電極の周辺の温度を、触媒活性を有する適切な温度に容易に加熱することができる。
それ故、上記ガスセンサによれば、ガスの温度に変動があっても、センサ電極の周辺の温度を適切な温度に維持することができる。そして、センサ電極による特定ガス成分の濃度の検出精度を高く維持することができる。

実施例１にかかる、ガスセンサを示す断面説明図。 実施例１にかかる、ガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 実施例１にかかる、ガスセンサの先端からの位置と、ガスセンサの各位置における温度との関係を示すグラフ。 実施例３にかかる、ガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 実施例３にかかる、他のガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 実施例３にかかる、他のガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 実施例３にかかる、他のガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 実施例３にかかる、他のガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。 比較例にかかる、ガスセンサのヒータ基板における発熱部の形成状態を示す平面説明図。

上述したガスセンサにおける好ましい実施の形態について説明する。
上記ガスセンサにおいて、「単位領域面積当たりの抵抗値」とは、各領域に設けられた発熱部の抵抗値を、各領域の面積で割った値のことをいう。「抵抗値」とは、各領域に設けられた発熱部に所定の電圧を加えたときに、この発熱部に流れる電流を測定し、所定の電圧を測定された電流で割った値のことをいう。

また、「中間領域」とは、ヒータ基板における、センサ電極の先端と基端との間に挟まれた領域のことを示す。「先端側領域」とは、ヒータ基板における、センサ電極の先端よりも先端側に位置する領域の全体のことを示す。「基端側領域」とは、ヒータ基板の、発熱部が設けられた先端側部分における、センサ電極の基端よりも基端側に位置する領域の全体のことを示す。また、ヒータ基板の、発熱部が設けられた先端側部分とは、ヒータ基板において、発熱部がリード部に接続される端部よりも先端側に位置する領域の全体のことを示す。

また、上記発熱部の全体は、一定の断面積で形成されており、上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さ、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さは、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さよりも長くすることができる。
これにより、基端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、この発熱部を長く形成することによって、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くすることができる。また、先端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、この発熱部を長く形成することによって、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くすることができる。
なお、「単位領域面積当たりの長さ」とは、各領域に設けられた発熱部の全長を、各領域の面積で割った値のことをいう。

また、上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値は、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値よりも小さくすることができる。
これにより、基端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、この発熱部の断面積を小さくすることによって、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くすることができる。また、先端側領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、この発熱部の断面積を小さくすることによって、中間領域に設けられた発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くすることができる。
なお、「単位領域面積当たりの断面積の平均値」とは、各領域に設けられた発熱部の断面積の平均値を、各領域の面積で割った値のことをいう。また、「一定の断面積の発熱部」は、±１０％以内の断面積の変化を含んでいてもよい。

以下に、ガスセンサにかかる実施例について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のガスセンサ１は、図１、図２に示すように、固体電解質体２、ポンプ電極２１、センサ電極２２及びヒータ３を備えている。
固体電解質体２は、酸素イオン伝導性を有しており、板状に形成されている。ポンプ電極２１は、固体電解質体２における、酸素を含むガスＧに晒される第１の表面２０１に設けられており、ガスＧにおける酸素濃度を調整するために用いられる。センサ電極２２は、固体電解質体２の第１の表面２０１における、ポンプ電極２１よりも基端側の位置に設けられている。センサ電極２２は、ポンプ電極２１によって酸素濃度が調整された後のガスＧにおける特定ガス成分の濃度を検出するために用いられる。ヒータ３は、板状に形成されて、固体電解質体２に対向して配置されており、固体電解質体２及び各電極２１，２２を加熱するよう構成されている。

ガスセンサ１は、先端側がガスＧに晒されるとともに、基端側が絶縁性の碍子６に保持されるものである。ガスセンサ１は、長尺形状に形成されており、「先端側」とは、長尺形状のガスセンサ１の長尺方向Ｌの先端側であって、ガスセンサ１における自由端の側をいう。一方、「基端側」とは、長尺形状のガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端側であって、ガスセンサ１における、碍子６に保持される側をいう。

図１、図２に示すように、ヒータ３は、絶縁性のヒータ基板３１と、ヒータ基板３１に設けられた導電性の導体層３２とによって構成されている。導体層３２は、基端側に配置された一対のリード部４０と、一対のリード部４０よりも先端側において、一対のリード部４０同士を接続し、リード部４０の断面積よりも小さな断面積の発熱部４とを有している。
図２に示すように、ガスセンサ１においては、ヒータ基板３１における、発熱部４が設けられた先端側部分１１の全体の領域Ｒを、長尺方向Ｌに並ぶ３つの領域に分けて考える。３つの領域を、センサ電極２２の先端２２２と基端２２１との間に位置する中間領域Ｒ２、中間領域Ｒ２よりも先端側に位置する先端側領域Ｒ３、及び中間領域Ｒ２よりも基端側に位置する基端側領域Ｒ１とする。発熱部４の形成パターンを変化させることにより、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値、及び先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値を、中間領域Ｒ２に設けられた発熱部４２の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くしている。「単位領域面積当たりの抵抗値」は、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に設けられた発熱部４１，４２，４３の抵抗値を、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の面積で割った値で表される。
ここで、ヒータ基板３１の、発熱部４が設けられた先端側部分１１とは、ヒータ基板３１において、発熱部４がリード部４０に接続される端部４０１よりも先端側に位置する領域Ｒの全体のことを示す。

以下に、本例のガスセンサ１について、図１〜図３を参照して詳説する。
ガスセンサ１は、内燃機関の排気管等に配置されて使用される。酸素を含むガスＧは、排気管等を通過する排ガスであり、特定ガス成分は排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）である。ガスセンサ１は、碍子６によってハウジングに保持され、ハウジングは、排気管等に固定される。また、ガスセンサ１の先端側の部分は碍子６から突出しており、この先端側の部分は、ガスＧを通過させる貫通孔が設けられた保護カバーによって覆われている。

図１に示すように、固体電解質体２における、基準ガスＡとしての大気に晒される第２の表面２０２には、基準電極２４が設けられている。基準電極２４は、第２の表面２０２において、固体電解質体２の第１の表面２０１にポンプ電極２１及びセンサ電極２２が設けられた位置に対応する位置に設けられている。基準電極２４は、ポンプ電極２１及びセンサ電極２２が設けられた位置の全体に対して１つだけ設けることができる。また、基準電極２４は、ポンプ電極２１及びセンサ電極２２のそれぞれに対して別々に設けることもできる。

ポンプ電極２１、センサ電極２２及び基準電極２４は、１枚の固体電解質体２に対して設けられている。固体電解質体２の第１の表面２０１には、スペーサ５１を介して板状の絶縁体５２が積層されている。固体電解質体２の第１の表面２０１の側には、固体電解質体２、スペーサ５１及び絶縁体５２によって、ガスＧが導入されるガス室５０１が形成されている。スペーサ５１に設けられた穴には、所定の拡散抵抗下においてガス室５０１にガスＧを導入するための拡散抵抗層５１１が設けられている。固体電解質体２の第２の表面２０２には、スペーサ５３を介してヒータ３が積層されている。固体電解質体２の第２の表面２０２の側には、固体電解質体２、スペーサ５３及びヒータ３によって、基準ガスＡが導入される基準ガス室５０２が形成されている。

ポンプ電極２１及び基準電極２４は、白金、金等の酸素に対する触媒活性を有する材料によって構成されている。センサ電極２２は、白金に対して、ＮＯｘに対する触媒活性を有するロジウム等を加えた材料によって構成されている。
ガスセンサ１においては、ポンプ電極２１及び基準電極２４（本例では基準電極２４の一部）と、これらの間に挟まれた固体電解質体２の一部とによって、ポンプセルが形成されている。ポンプセルは、ポンプ電極２１と基準電極２４との間に電圧を印加して、ポンプ電極２１と基準電極２４との間に酸素イオン電流を流すことによって、ガスＧ中の酸素を除去するよう構成されている。

また、ガスセンサ１においては、センサ電極２２及び基準電極２４（本例では基準電極２４の一部）と、これらの間に挟まれた固体電解質体２の一部とによって、センサセルが形成されている。センサセルは、センサ電極２２と基準電極２４との間に電圧を印加した状態において、センサ電極２２と基準電極２４との間に流れる酸素イオン電流を検出するよう構成されている。そして、この酸素イオン電流に基づいて、ガスＧ中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

ヒータ基板３１、絶縁体５２及びスペーサ５１，５３は、アルミナ等のセラミックスによって構成されている。導体層３２は、ヒータ基板３１に一定の厚みで設けられた導電性材料によって構成されている。導体層３２は、一対のヒータ基板３１の間に挟まれる状態で形成されている。導体層３２における一対のリード部４０は、ヒータ基板３１における基端側部分において、互いに平行に形成されている。導体層３２における発熱部４は、リード部４０に比べて断面積が縮小していることにより、一対のリード部４０の間に通電を行う際に、リード部４０に比べて大きなジュール熱を発生させる部分である。

図２に示すように、本例の発熱部４は、全長に亘って一定の幅で形成されている。そして、発熱部４は、全長に亘って一定の断面積で形成されている。本例の発熱部４の形成パターンは、基端側領域Ｒ１と中間領域Ｒ２と先端側領域Ｒ３とにおいて変化している。発熱部４の形成パターンの変化によって、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に設けられた発熱部４１，４２，４３の単位領域面積当たりの長さは互いに異なっている。ここで、「単位領域面積当たりの長さ」とは、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に設けられた発熱部４１，４２，４３の全長を、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の面積で割った値で表される。
すなわち、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの長さ、及び先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの長さは、中間領域Ｒ２に設けられた発熱部４２の単位領域面積当たりの長さよりも長い。また、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの長さは、先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの長さよりも長い。

基端側領域Ｒ１における発熱部４１は、ヒータ３の長尺方向Ｌに平行な部分と、長尺方向Ｌに直交する幅方向Ｗに平行な部分とによって、幅方向Ｗに蛇行している。基端側領域Ｒ１における発熱部４は、幅方向Ｗに対称な位置において一対に設けられている。中間領域Ｒ２における発熱部４２は、長尺方向Ｌに平行に、幅方向Ｗに対称な位置において一対に設けられている。中間領域Ｒ２における発熱部４２は、センサ電極２２に対向する位置の両側に設けられている。先端側領域Ｒ３における発熱部４３は、長尺方向Ｌに平行な部分と幅方向Ｗに平行な部分とによって、長尺方向Ｌに蛇行している。先端側領域Ｒ３における発熱部４３は、幅方向Ｗに対称な位置において一対に設けられている。先端側領域Ｒ３における発熱部４３は、一対に設けられた長尺方向Ｌに平行な外側部分４３１と内側部分４３２とがそれぞれ先端側においてつながり、内側部分４３２同士が基端側においてつながる形状に形成されている。

本例のガスセンサ１においては、ヒータ基板３１における、発熱部４が設けられた先端側部分１１の全体の領域Ｒを、ガスセンサ１の長尺方向Ｌに並ぶ３つの領域に分け、この３つの領域における、発熱部４の発熱特性（発熱量）を異ならせている。３つの領域は、ポンプ電極２１と対向する先端側領域Ｒ３、センサ電極２２の先端２２２と基端２２１との間に位置する中間領域Ｒ２、センサ電極２２よりも基端側に位置する基端側領域Ｒ１とする。
そして、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値、及び先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値を、中間領域Ｒ２に設けられた発熱部４２の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くすることにより、基端側領域Ｒ１及び先端側領域Ｒ３における加熱量を、中間領域Ｒ２における加熱量よりも多くしている。

これにより、３つの領域のうち碍子６に最も近い基端側領域Ｒ１に対向する固体電解質体２の部分を、中間領域Ｒ２に対向する固体電解質体２の部分及びセンサ電極２２の周辺よりも強く加熱することができる。また、３つの領域のうち長尺方向Ｌの先端側に位置する先端側領域Ｒ３に対向する固体電解質体２の部分及びポンプ電極２１の周辺を、中間領域Ｒ２に対向する固体電解質体２の部分及びセンサ電極２２の周辺よりも強く加熱することができる。

なお、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値と、先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値とは、いずれを高くすることも可能である。
先端側領域Ｒ３においては、碍子６が位置する基端側への熱引け（熱の逃げ）の影響が小さく、先端側領域Ｒ３に対応するポンプ電極２１の周辺はガスセンサ１の長尺方向Ｌにおいて最も高温になる。また、基端側領域Ｒ１においては、碍子６が位置する基端側への熱引けの影響が大きい。そのため、本例のガスセンサ１においては、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値を、先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くして、基端側領域Ｒ１に対向する固体電解質体２の部分を、より強く加熱するようにする。こうして、中間領域Ｒ２に対応するセンサ電極２２の周辺、及びセンサ電極２２よりも基端側の部分は、ポンプ電極２１の周辺の温度よりも低い適切な温度に維持される。また、ポンプ電極２１の周辺の温度は、触媒活性を有する適切な温度に維持される。

ところで、ヒータ３によって固体電解質体２を加熱する狙いの温度に比べて、内燃機関から排気されるガス（排ガス）Ｇの温度は低いことが多い。ガス（排ガス）Ｇの温度は、希薄燃焼時等の場合には、固体電解質体２を加熱する狙いの温度に比べて、大幅に低くなることがある。このとき、ガスセンサ１から、碍子６が位置する基端側への熱引け（熱の逃げ）が問題となる。
また、ガスセンサ１が配置される内燃機関の排気管等を流れるガス（排ガス）Ｇの温度は、内燃機関の燃焼サイクルの影響を受けて上昇と低下を繰り返す。そして、ガスＧの温度が低下する際には、ガスセンサ１から、碍子６が位置する基端側への熱引け（熱の逃げ）が問題となる。

そこで、本例のガスセンサ１においては、碍子６に近い固体電解質体２の部分を強く加熱することにより、ガスＧの温度が低下する場合でも、センサ電極２２が、碍子６が位置する基端側への熱引け（熱の逃げ）の影響を受けにくくすることができる。
それ故、本例のガスセンサ１によれば、ガスＧの温度に変動があっても、センサ電極２２の周辺の温度を適切な温度に維持することができる。そして、センサ電極２２による特定ガス成分の濃度の検出精度を高く維持することができる。

図３には、ガスセンサ１の先端からの位置（ｍｍ）と、ガスセンサ１の各位置における温度（℃）との関係を、本例のガスセンサ１（図２）と、比較のための従来のガスセンサ９（図９）とについて示す。図９に示すように、従来のガスセンサ９のヒータ９３の発熱部９４においては、ヒータ基板３１の基端側領域Ｒ１における発熱部４１が設けられていない。図３のグラフは、ガスセンサ１，９の温度について、シミュレーションを行った結果を示す。
ここで、図３において、本例のガスセンサ１について、ガスＧの温度が５００℃の場合のグラフを符号Ｅ１で示し、ガスＧの温度が２００℃の場合のグラフを符号Ｅ２で示す。また、同図において、従来のガスセンサ９について、ガスＧの温度が５００℃の場合のグラフを符号Ｆ１で示し、ガスＧの温度が２００℃の場合のグラフを符号Ｆ２で示す。

本例のガスセンサ１及び従来のガスセンサ９のいずれにおいても、ポンプ電極２１（ポンプセル）の長尺方向Ｌの中心付近に温度のピークがある。そして、センサ電極２２（センサセル）の付近の温度は、ポンプ電極２１の付近の温度よりも低い温度となる。
従来のガスセンサ９においては、ガスＧの温度が５００℃から２００℃に低下すると、センサ電極２２の付近の温度が大幅に低下することがわかる。このセンサ電極２２の付近の温度の低下は、ガスセンサ９の基端側への熱引けによる影響を受けるために生じる。

一方、本例のガスセンサ１においては、ガスＧの温度が５００℃から２００℃に低下しても、センサ電極２２の付近の温度はほとんど変化しないことがわかる。このセンサ電極２２の付近の温度変化を抑える効果は、碍子６に最も近い基端側領域Ｒ１に対向する固体電解質体２の部分を、中間領域Ｒ２に対向する固体電解質体２の部分及びセンサ電極２２の周辺よりも強く加熱することによって得られる。このように、本例のガスセンサ１によれば、ガスＧの温度に変動があっても、センサ電極２２の周辺の温度を適切な温度に維持できることがわかる。
また、ガスセンサ１において、後述するモニタ電極２３（モニタセル）が形成されている場合（実施例２）には、モニタ電極２３の温度は、センサ電極２２の温度と同等になる。

（実施例２）
本例は、固体電解質体２の第１の表面２０１における、ポンプ電極２１よりも基端側の位置に、センサ電極２２と幅方向Ｗに並ぶモニタ電極２３を設けた例である（図１参照）。
モニタ電極２３は、ポンプ電極２１によって酸素濃度が調整された後のガスＧにおける酸素濃度を検出するために用いられる。ポンプ電極２１の中心からセンサ電極２２の中心までの距離と、ポンプ電極２１の中心からモニタ電極２３の中心までの距離とは、ほぼ等しくなっている。

モニタ電極２３は、白金、金等の酸素に対する触媒活性を有する材料によって構成されている。基準電極２４は、固体電解質体２の第２の表面２０２においてモニタ電極２３に対向する位置にも設けられている。ガスセンサ１においては、モニタ電極２３及び基準電極２４（本例では基準電極２４の一部）と、これらの間に挟まれた固体電解質体２の一部とによって、モニタセルが形成されている。モニタセルは、モニタ電極２３と基準電極２４との間に電圧を印加した状態において、モニタ電極２３と基準電極２４との間に流れる酸素イオン電流を検出するよう構成されている。

センサセルにおいては、ＮＯｘ及び残留酸素による酸素イオン電流が検出される一方、モニタセルにおいては、残留酸素による酸素イオン電流が検出される。そして、センサセルにおける酸素イオン電流の値からモニタセルにおける酸素イオン電流の値を差し引くことにより、ガスＧ中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
また、ポンプ電極２１、センサ電極２２、モニタ電極２３及び基準電極２４は、１枚の固体電解質体２に対して設けられている。
本例のガスセンサ１においても、その他の構成及び図中の符号は実施例１の場合と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例３）
本例は、ヒータ基板３１における発熱部４の形成パターンが、実施例１の場合と異なる種々のバリエーションについて示す。
図４に示すように、基端側領域Ｒ１における発熱部４１の中心部分４１１は、中間領域Ｒ２における発熱部４２における内側部分４２２からつながる状態で形成することもできる。この場合、中間領域Ｒ２における発熱部４２が、実施例１（図）の場合と比べて多くなり、実施例１の場合に比べてセンサ電極２２の周辺を強く加熱することができる。

また、図５に示すように、先端側領域Ｒ３における発熱部４３は、基端側領域Ｒ１における発熱部４１と同様に、長尺方向Ｌに平行な部分と、幅方向Ｗに平行な部分とによって、幅方向Ｗに蛇行して形成することもできる。この場合、中間領域Ｒ２における発熱部４２は、センサ電極２２に対向する位置の両側に設けられる。また、この場合、図６に示すように、基端側領域Ｒ１における発熱部４１は、長尺方向Ｌに平行な部分と、幅方向Ｗに平行な部分とによって、長尺方向Ｌに蛇行して形成することもできる。

さらに、図７、図８に示すように、中間領域Ｒ２における発熱部４２の少なくとも一部の幅を、基端側領域Ｒ１における発熱部４の幅及び先端側領域Ｒ３における発熱部４の幅よりも大きくすることができる。この場合、発熱部４は、基端側領域Ｒ１、中間領域Ｒ２及び先端側領域Ｒ３の全体において、長尺方向Ｌに平行に一対に設けられた外側部分４１１と内側部分４１２とを有して、長尺方向Ｌに蛇行して形成することができる。そして、図７に示すように、中間領域Ｒ２における一対の外側部分４１１の幅を、他の部分の幅に比べて大きくすることができる。また、図８に示すように、中間領域Ｒ２における一対の内側部分４１２の幅を、他の部分の幅に比べて大きくすることもできる。

図７、図８の場合には、基端側領域Ｒ１に設けられた発熱部４１の単位長さ当たりの断面積の平均値、及び先端側領域Ｒ３に設けられた発熱部４３の単位長さ当たりの断面積の平均値は、中間領域Ｒ２に設けられた発熱部４２の単位長さ当たりの断面積の平均値よりも小さい。ここで、「単位領域面積当たりの断面積の平均値」とは、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に設けられた発熱部４１，４２，４３の断面積の平均値を、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の面積で割った値で表される。

これにより、基端側領域Ｒ１における発熱部４１の単位領域面積当たりの抵抗値、及び先端側領域Ｒ３における発熱部４３の単位領域面積当たりの抵抗値は、中間領域Ｒ２における発熱部４２の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高くなる。そして、基端側領域Ｒ１及び先端側領域Ｒ３における加熱量を、中間領域Ｒ２における加熱量よりも多くすることができる。
本例のガスセンサ１においても、その他の構成及び図中の符号は実施例１の場合と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ ガスセンサ
２ 固体電解質体
２０１ 第１の表面
２０２ 第２の表面
２１ ポンプ電極
２２ センサ電極
３ ヒータ
３１ ヒータ基板
３２ 導体層
４，４１，４２，４３ 発熱部
４０ リード部
Ｒ１ 基端側領域
Ｒ２ 中間領域
Ｒ３ 先端側領域

Claims (3)

1. 酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体（２）と、
   該固体電解質体における、酸素を含むガス（Ｇ）に晒される第１の表面（２０１）に設けられ、上記ガスにおける酸素濃度を調整するために用いられるポンプ電極（２１）と、
   上記固体電解質体の上記第１の表面における、上記ポンプ電極よりも基端側の位置に設けられ、該ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後のガスにおける特定ガス成分の濃度を検出するために用いられるセンサ電極（２２）と、
   上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱する板状のヒータ（３）と、を備えるガスセンサ（１）において、
   該ガスセンサは、その長尺方向（Ｌ）の先端側が上記ガスに晒されるとともに、長尺方向の基端側が絶縁性の碍子（６）に保持されるものであり、
   上記ヒータは、ヒータ基板（３１）と、該ヒータ基板に設けられた導電性の導体層（３２）とによって構成されており、
   該導体層は、上記基端側に配置された一対のリード部（４０）と、該一対のリード部よりも先端側において、該一対のリード部に接続され、かつ該リード部の断面積よりも断面積が小さい発熱部（４）とを有しており、
   上記ヒータ基板における、上記発熱部が設けられた先端側部分（１１）の全体の領域（Ｒ）を、上記長尺方向に並ぶ３つの領域に分けるとともに、該３つの領域を、上記センサ電極の先端（２２２）と基端（２２１）との間に位置する中間領域（Ｒ２）、該中間領域よりも先端側に位置する先端側領域（Ｒ３）、及び上記中間領域よりも基端側に位置する基端側領域（Ｒ１）としたとき、上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値は、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの抵抗値よりも高いことを特徴とするガスセンサ。
2. 上記発熱部の全体は、一定の断面積で形成されており、
   上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さ、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さは、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位領域面積当たりの長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 上記基端側領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値、及び上記先端側領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値は、上記中間領域に設けられた上記発熱部の単位長さ当たりの断面積の平均値よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。

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