JP2017223488A - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

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哲哉 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the temperature of a sensor cell effectively.SOLUTION: A gas sensor element 10 comprises: a heating layer 140 having a heating element 141; a first ceramic layer 120 that is in contact with the heating layer 140 and has a measurement chamber 121 into which gas to be measured is introduced; a sensor cell layer 110 that is in contact with the first ceramic layer 120 and has a solid electrolyte part 131 and a pair of electrodes 114 and 115, at least the electrode 114 being placed on a surface of the solid electrolyte part 131 facing the measurement chamber 121. The gas sensor element 10 also comprises a second ceramic layer 130 that is in contact with the sensor cell layer 110 and has a space 131a larger than the size of the measurement chamber 121.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はガスセンサ素子およびガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor element and a gas sensor.

内燃機関から排出される排気ガス中の特定成分の濃度、例えば、酸素の濃度を測定信号として出力するガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。ガスセンサ素子には、一般的に、濃度測定のために用いられる固体電解質を有するセンサセル、固体電解質の温度を活性化温度まで上昇させるためのヒータが備えられている(例えば、特許文献1および2)。   A gas sensor having a gas sensor element that outputs a concentration of a specific component in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, for example, a concentration of oxygen, as a measurement signal is known. The gas sensor element is generally provided with a sensor cell having a solid electrolyte used for concentration measurement, and a heater for raising the temperature of the solid electrolyte to an activation temperature (for example, Patent Documents 1 and 2). .

特許第4716286号公報Japanese Patent No. 4716286 特許第4007892号公報Japanese Patent No. 4007892

しかしながら、従来のガスセンサ素子では、センサセルとヒータとの間に大気導入のための空間が配置されていたり、センサセルとヒータとの距離が離れていた。この結果、ヒーターの熱エネルギーはセンサセルに効率よく伝達されず、固体電解質を活性化して特定成分の濃度を測定可能となるまでに時間を要するという問題があった。   However, in the conventional gas sensor element, a space for introducing air is arranged between the sensor cell and the heater, or the distance between the sensor cell and the heater is large. As a result, the heat energy of the heater is not efficiently transmitted to the sensor cell, and there is a problem that it takes time to activate the solid electrolyte and measure the concentration of the specific component.

したがって、センサセルの温度を効率良く上昇させる技術が望まれている。   Therefore, a technique for efficiently increasing the temperature of the sensor cell is desired.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following aspects.

第1の態様は、ガスセンサ素子を提供する。第1の態様に係るガスセンサ素子は、発熱体を含む発熱層と、前記発熱層と接して配置され、被測定ガスが導入される測定室を有する第1のセラミック層と、前記第1のセラミック層に接して配置され、固体電解質部と、前記固体電解質部における前記測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極とを有するセンサセル層と、前記センサセル層に接して配置され、前記測定室よりも容積の大きな空間部を有する第2のセラミック層と、を備える。   A first aspect provides a gas sensor element. A gas sensor element according to a first aspect includes a heat generating layer including a heat generating element, a first ceramic layer disposed in contact with the heat generating layer and having a measurement chamber into which a gas to be measured is introduced, and the first ceramic. A sensor cell layer disposed in contact with the layer and having a solid electrolyte portion, and a pair of electrodes in which at least one electrode is disposed on a surface of the solid electrolyte portion facing the measurement chamber, and in contact with the sensor cell layer And a second ceramic layer having a space part having a volume larger than that of the measurement chamber.

第1の態様に係るガスセンサ素子は、被測定ガスが導入される測定室を有する第1のセラミック層が発熱層と接して配置され、固体電解質部および固体電解質部における測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極を有するセンサセル層が第1のセラミック層と接して配置されている。一方、測定室よりも容積の大きな空間部を有する第2のセラミック層はセンサセル層における第1のセラミック層と接する面とは反対側の面に接して配置されている。したがって、発熱層と固体電解質部との間には、空間部よりも容積の小さな測定室が介在するに止まり、発熱層と固体電解質部との間に、容積の大きな空間部が介在する場合と比較して、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, the first ceramic layer having the measurement chamber into which the gas to be measured is introduced is disposed in contact with the heat generating layer, and the solid electrolyte portion and the surface facing the measurement chamber in the solid electrolyte portion are arranged. A sensor cell layer having a pair of electrodes on which at least one electrode is disposed is disposed in contact with the first ceramic layer. On the other hand, the 2nd ceramic layer which has a space part with a larger volume than a measurement chamber is arrange | positioned in contact with the surface on the opposite side to the surface which contact | connects the 1st ceramic layer in a sensor cell layer. Therefore, the measurement chamber having a smaller volume than the space portion is interposed between the heat generation layer and the solid electrolyte portion, and the space portion having a large volume is interposed between the heat generation layer and the solid electrolyte portion. In comparison, the temperature of the sensor cell can be increased efficiently.

第1の態様係るガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子は長尺板状であり、前記ガスセンサ素子を長手方向に対する直交断面における、前記空間部の断面積は前記測定室の断面積よりも大きくても良い。この場合には、断面積において測定室よりも大きな空間部が発熱層と固体電解質部との間に介在しないので、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, the gas sensor element has a long plate shape, and a cross-sectional area of the space portion in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the gas sensor element may be larger than a cross-sectional area of the measurement chamber. . In this case, since the space part larger than the measurement chamber in the cross-sectional area is not interposed between the heat generating layer and the solid electrolyte part, the temperature of the sensor cell can be increased efficiently.

第1の態様に係るガスセンサ素子において、前記空間部は、大気が導入される大気導入室であっても良い。この場合には、大気が導入される構成をガスセンサ素子が備える場合においても、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, the space portion may be an air introduction chamber into which air is introduced. In this case, even when the gas sensor element has a configuration in which the atmosphere is introduced, the temperature of the sensor cell can be increased efficiently.

第1の態様に係るガスセンサ素子において、前記固体電解質部は、前記測定室に面する第1の面と、前記空間部に面する第2の面とを有し、前記一対の電極は、前記固体電解質部の前記第1の面および前記第2の面にそれぞれ配置されている第1の電極および第2の電極を備えても良い。この場合には、簡易な構成によって被測定ガス成分の濃度を測定することができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, the solid electrolyte portion has a first surface facing the measurement chamber and a second surface facing the space portion, and the pair of electrodes includes the pair of electrodes, You may provide the 1st electrode and 2nd electrode which are each arrange | positioned at the said 1st surface and the said 2nd surface of a solid electrolyte part. In this case, the concentration of the gas component to be measured can be measured with a simple configuration.

第1の態様に係るガスセンサ素子において、前記第1のセラミック層は、前記第1のセラミック層に平行で多孔質部を有する導入路であって、前記測定室と連通する導入路を備えても良い。この場合には、多孔質部を、所定の律速条件で被測定ガスを測定室に導入する拡散律速層として用いることができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, the first ceramic layer may include an introduction path that is parallel to the first ceramic layer and has a porous portion, and that communicates with the measurement chamber. good. In this case, the porous portion can be used as a diffusion-controlling layer that introduces the gas to be measured into the measurement chamber under a predetermined rate-controlling condition.

第1の態様に係るガスセンサ素子において、前記固体電解質部は、前記センサセル層に設けられている貫通領域に配設されていても良い。この場合には、センサセル層の厚さ方向の寸法を一層の厚みとすること、すなわち、固体電解質部がセンサセル層に埋設されていない場合と比較して、ガスセンサ素子の厚みを薄くすることができる。   The gas sensor element which concerns on a 1st aspect WHEREIN: The said solid electrolyte part may be arrange | positioned in the penetration area | region provided in the said sensor cell layer. In this case, the thickness of the gas sensor element can be reduced as compared with the case where the dimension in the thickness direction of the sensor cell layer is set to one layer thickness, that is, the solid electrolyte portion is not embedded in the sensor cell layer. .

第1の態様に掛かるガスセンサ素子において、前記空間部の少なくとも一部に多孔材が配置されていても良い。この場合には、容積の大きな空間部に多孔材があることによりガスセンサ素子の強度を向上させることができる。   In the gas sensor element according to the first aspect, a porous material may be disposed in at least a part of the space portion. In this case, the strength of the gas sensor element can be improved by the presence of the porous material in the space having a large volume.

第2の態様は、ガスセンサを提供する。第2の態様に係るガスセンサは、第1の態様に係るガスセンサ素子を備える。この場合には、ガスセンサにおける、被測定ガスの濃度の測定が可能になるまでの立ち上がり時間を短縮することができる。   A second aspect provides a gas sensor. The gas sensor according to the second aspect includes the gas sensor element according to the first aspect. In this case, the rising time until the measurement of the concentration of the gas to be measured in the gas sensor becomes possible can be shortened.

本発明の第1の実施形態におけるガスセンサ1を軸線AXに沿う平面によって切断した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which cut | disconnected the gas sensor 1 in the 1st Embodiment of this invention by the plane in alignment with the axis line AX. ガスセンサ素子を構成する各部材を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows each member which comprises a gas sensor element. ガスセンサ素子の外観図である。It is an external view of a gas sensor element. 図3における4−4切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the lamination | stacking state of each member which comprises the gas sensor element cut | disconnected by the 4-4 cutting line in FIG. 図3における5−5切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows typically the lamination | stacking state of each member which comprises the gas sensor element cut | disconnected by the 5-5 cutting line in FIG. 比較例としてのガスセンサ素子の横断面を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross section of the gas sensor element as a comparative example. 解析対象1と解析対象2における昇温効率を検証するための説明図である。It is explanatory drawing for verifying the temperature rising efficiency in the analysis object 1 and the analysis object 2. FIG.

第1の実施形態:
図1は、本発明の第1の実施形態におけるガスセンサ1を軸線AXに沿う平面によって切断した縦断面図である。ガスセンサ1は、例えば、内燃機関の排気管に装着され、酸素センサとして使用される。以下では、ガスセンサ1の検出端側(センサセルが配置されている側)を先端側DL1、リード線78、79が延伸する側を基端側DL2として説明する。
First embodiment:
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the gas sensor 1 according to the first embodiment of the present invention cut along a plane along the axis AX. For example, the gas sensor 1 is mounted on an exhaust pipe of an internal combustion engine and used as an oxygen sensor. Hereinafter, the detection end side (side on which the sensor cell is disposed) of the gas sensor 1 will be described as the distal end side DL1, and the side on which the lead wires 78 and 79 extend will be described as the proximal end side DL2.

ガスセンサ1は、ガスセンサ素子10と主体金具20とを主に備える。ガスセンサ素子10は長尺板状の素子であり、被測定ガスである排ガス中の酸素濃度を測定するためのセンサセルを有している。ガスセンサ素子10は、センサセルが配置されている先端部10sとリード線78、79と電気的に接続されるセンサパッド部15、ヒータパッド部17が配置されている基端部10kとを有する。ガスセンサ素子10は、先端部10sが主体金具20の先端側よりも突出し、基端部10kが主体金具20の基端側よりも突出した状態で、主体金具20によって保持されている。ガスセンサ素子10は、また、長手方向DLに沿うガスセンサ素子10の中心線とガスセンサ1の軸線AXとが一致するようにガスセンサ1内に配置されている。   The gas sensor 1 mainly includes a gas sensor element 10 and a metal shell 20. The gas sensor element 10 is a long plate-like element, and has a sensor cell for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas that is the gas to be measured. The gas sensor element 10 has a distal end portion 10s where a sensor cell is disposed, a sensor pad portion 15 electrically connected to lead wires 78 and 79, and a proximal end portion 10k where a heater pad portion 17 is disposed. The gas sensor element 10 is held by the metal shell 20 with the distal end portion 10 s projecting from the distal end side of the metal shell 20 and the base end portion 10 k projecting from the proximal end side of the metal shell 20. The gas sensor element 10 is also disposed in the gas sensor 1 so that the center line of the gas sensor element 10 along the longitudinal direction DL coincides with the axis AX of the gas sensor 1.

主体金具20は、ガスセンサ素子10を内部に保持する筒状の金具である。主体金具20の先端側には、金属製の外部プロテクタ31及び内部プロテクタ32が配置され、ガスセンサ素子10の先端部10sを覆っている。外部プロテクタ31及び内部プロテクタ32は複数のガス導入孔31h、32hを有している。外部プロテクタ31の外部の被測定ガスは、ガス導入孔31h、32hを通じて内部プロテクタ32の内側に配置されているガスセンサ素子10の先端部10sの周囲に導入される。   The metal shell 20 is a cylindrical metal fitting that holds the gas sensor element 10 inside. A metallic external protector 31 and an internal protector 32 are disposed on the distal end side of the metal shell 20 and cover the distal end portion 10 s of the gas sensor element 10. The external protector 31 and the internal protector 32 have a plurality of gas introduction holes 31h and 32h. The gas to be measured outside the external protector 31 is introduced to the periphery of the tip portion 10s of the gas sensor element 10 disposed inside the internal protector 32 through the gas introduction holes 31h and 32h.

主体金具20の内部には、ガスセンサ素子10の外周を取り囲むように環状のセラミックホルダ21と、粉末充填層22、23(以下、滑石リング22、23ともいう。)と、セラミックスリーブ24とが、この順に先端側DL1から基端側DL2にかけて配置されている。セラミックホルダ21や滑石リング22の外周には金属ホルダ25が配置されている。また、セラミックスリーブ24の基端側には加締パッキン26が配置されている。主体金具20の基端部27は、加締パッキン26を介してセラミックスリーブ24を先端側に押し付けるようにして加締められている。   Inside the metal shell 20, an annular ceramic holder 21, powder filling layers 22 and 23 (hereinafter also referred to as talc rings 22 and 23), and a ceramic sleeve 24 so as to surround the outer periphery of the gas sensor element 10, They are arranged in this order from the distal end side DL1 to the proximal end side DL2. A metal holder 25 is disposed on the outer periphery of the ceramic holder 21 and the talc ring 22. A caulking packing 26 is disposed on the proximal end side of the ceramic sleeve 24. The base end portion 27 of the metal shell 20 is crimped so as to press the ceramic sleeve 24 toward the distal end side via the crimping packing 26.

主体金具20の基端側には、ガスセンサ素子10の基端部10kを取り囲むように筒状の外筒51が配置されている。さらに、外筒51の内側には、セパレータ60が配置されている。セパレータ60は、ガスセンサ素子10の基端部10kの周囲を取り囲むと共に、4本のリード線78、79(図1では2本のみ図示)の先端に取り付けられている4つの端子部材75、76(図1では2つのみ図示)を互いに離間して保持する。セパレータ60は、軸線AX方向に貫通する挿入孔62を有している。この挿入孔62には、ガスセンサ素子10の基端部10kが挿入される。挿入孔62内には、4個の端子部材75、76が互いに離間して配置されており、それぞれガスセンサ素子10のセンサパッド部14、15およびヒータパッド部16、17に弾性的に当接し電気的な接続を実現している。外筒51の基端側には、外筒51の基端開口部を閉塞するグロメット73がはめ込まれている。4本のリード線78、79は、このグロメット73を貫通している。なお、ガスセンサ素子10の基端部10kと大気とは図示しない連通路によって連通されている。   A cylindrical outer cylinder 51 is disposed on the base end side of the metal shell 20 so as to surround the base end portion 10 k of the gas sensor element 10. Further, a separator 60 is disposed inside the outer cylinder 51. The separator 60 surrounds the periphery of the base end portion 10k of the gas sensor element 10, and four terminal members 75 and 76 (only two are shown in FIG. 1) attached to the tips of four lead wires 78 and 79 (only two are shown in FIG. 1). In FIG. 1, only two are shown) and are held apart from each other. The separator 60 has an insertion hole 62 that penetrates in the axis AX direction. The base end portion 10k of the gas sensor element 10 is inserted into the insertion hole 62. In the insertion hole 62, four terminal members 75 and 76 are arranged so as to be separated from each other, and elastically abut against the sensor pad portions 14 and 15 and the heater pad portions 16 and 17 of the gas sensor element 10, respectively. Connection is realized. On the proximal end side of the outer cylinder 51, a grommet 73 that closes the proximal end opening of the outer cylinder 51 is fitted. The four lead wires 78 and 79 pass through the grommet 73. The base end portion 10k of the gas sensor element 10 and the atmosphere communicate with each other through a communication path (not shown).

図2は、ガスセンサ素子を構成する各部材を示す分解斜視図である。図3は、ガスセンサ素子の外観図である。図4は、図3における4−4切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す縦断面図である。図5は、図3における5−5切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す横断面図である。図2〜図4では、左側がガスセンサ1の先端側DL1となり、右側が基端側DL2になる。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing each member constituting the gas sensor element. FIG. 3 is an external view of the gas sensor element. FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a laminated state of each member constituting the gas sensor element, taken along a cutting line 4-4 in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a stacked state of each member constituting the gas sensor element, taken along the line 5-5 in FIG. 2 to 4, the left side is the distal end side DL1 of the gas sensor 1, and the right side is the proximal end side DL2.

ガスセンサ素子10は、厚さ方向(積層方向ともいう)DTに積層されている複数のセラミック層及び導体層を備えている。具体的には、ガスセンサ素子10は、センサセル層110、第1の絶縁性セラミック層120、第2の絶縁性セラミック層130および発熱層140を備えている。各層は、図2において、発熱層140の上側に第1の絶縁性セラミック層120、第1の絶縁性セラミック層120の上側にセンサセル層110、センサセル層110の上側に第2の絶縁性セラミック層130の順序で積層配置されている。また、各層110、120、130および140は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法(少なくとも幅および長さ)の等しい矩形板状を有している。   The gas sensor element 10 includes a plurality of ceramic layers and conductor layers stacked in a thickness direction (also referred to as a stacking direction) DT. Specifically, the gas sensor element 10 includes a sensor cell layer 110, a first insulating ceramic layer 120, a second insulating ceramic layer 130, and a heat generating layer 140. 2, the first insulating ceramic layer 120 above the heat generating layer 140, the sensor cell layer 110 above the first insulating ceramic layer 120, and the second insulating ceramic layer above the sensor cell layer 110 in FIG. 2. Laminated in the order of 130. Each of the layers 110, 120, 130 and 140 is made of an insulating ceramic such as alumina and has a rectangular plate shape having the same external dimensions (at least width and length).

センサセル層110は、被測定ガス中の酸素濃度の検出に用られるセンサセル111を有する。センサセル層110は、センサセル層110の基体112を厚さ方向DTに貫通する、平面視矩形状の貫通領域112hを先端側に、平面視円形状の貫通孔112xを基端側に備えている。貫通領域112hの開口面積は、貫通孔112xの開口面積よりも十分に大きい。センサセル層110はさらに、貫通領域112h内に配置されている固体電解質(ジルコニア)セラミックからなる板状の固体電解質部113とを備える。基体112は、第1の絶縁性セラミック層120に面する第1の基体面112aおよび第2の絶縁性セラミック層130に面する第2の基体面112bを有している。固体電解質部113は第1の基体面112aと同一面をなす第1の固体電解質面113aおよび第2の基体面112bと同一面をなす第2の固体電解質面113bを有している。第1の基体面112aおよび第2の基体面112bには、一対の薄膜状の第1の電極114および第2の電極115がそれぞれ配置されている。第1の電極114および第2の電極115は、それぞれ幅広の電極部114m、115mと線状(帯状)のリード部114n、115nとを有し、電極部114mは第1の固体電解質面112a上に配置され、電極部115mは第2の固体電解質面112b上に配置されている。本明細書においては、固体電解質部113、第1の電極114および第2の電極115によってセンサセル111が構成されている。第1の電極114および第2の電極115は、白金等の貴金属、遷移金属およびこれらのうち2種類以上を含む合金等によって形成され得る。第1の電極114は貫通孔112xを介して後述するセンサパッド部14と電気的に接続される。なお、第1および第2の固体電解質面113a、113bはそれぞれ、特許請求の範囲における固体電解質部の第1および第2の面に相当する。   The sensor cell layer 110 has a sensor cell 111 used for detecting the oxygen concentration in the gas to be measured. The sensor cell layer 110 includes a rectangular through-hole region 112h penetrating the substrate 112 of the sensor cell layer 110 in the thickness direction DT on the distal end side and a circular through hole 112x on the proximal end side in a planar view. The opening area of the through region 112h is sufficiently larger than the opening area of the through hole 112x. The sensor cell layer 110 further includes a plate-like solid electrolyte portion 113 made of a solid electrolyte (zirconia) ceramic disposed in the through region 112h. The substrate 112 has a first substrate surface 112 a facing the first insulating ceramic layer 120 and a second substrate surface 112 b facing the second insulating ceramic layer 130. The solid electrolyte portion 113 has a first solid electrolyte surface 113a that is flush with the first substrate surface 112a and a second solid electrolyte surface 113b that is flush with the second substrate surface 112b. A pair of thin film-like first electrode 114 and second electrode 115 are disposed on the first base surface 112a and the second base surface 112b, respectively. The first electrode 114 and the second electrode 115 have wide electrode portions 114m and 115m and linear (band-like) lead portions 114n and 115n, respectively, and the electrode portion 114m is on the first solid electrolyte surface 112a. The electrode portion 115m is disposed on the second solid electrolyte surface 112b. In the present specification, the sensor cell 111 is configured by the solid electrolyte portion 113, the first electrode 114, and the second electrode 115. The first electrode 114 and the second electrode 115 can be formed of a noble metal such as platinum, a transition metal, and an alloy containing two or more of these metals. The first electrode 114 is electrically connected to a sensor pad portion 14 to be described later through the through hole 112x. The first and second solid electrolyte surfaces 113a and 113b respectively correspond to the first and second surfaces of the solid electrolyte portion in the claims.

第1の絶縁性セラミック層120は、被測定ガスが導入される測定室121を有する。第1の絶縁性セラミック層120は、長手方向に並ぶ第1の基体122mおよび第1の基体よりも大きな第2の基体122nと、第1の基体122mおよび第2の基体122nとの間に配置されている2つの絶縁性セラミックからなる多孔部123とを備えている。測定室121は、第1および第2の基体122m、122nと、2つの多孔部123と、発熱層140と、第1の基体面112aとによって区画形成される。測定室121の容積は、第1および第2の基体122m、122nと、発熱層140と、第1の基体面112aと、2つの多孔部123の外側面により区画される空間の容積である。つまり、2つの多孔部123は存在しないと仮定した場合の容積を測定室121の容積と定める。測定室121には、多孔部123を介して被測定ガスが導入され、多孔部123は、ガスセンサ素子10の外部から測定室121内に、被測定ガスを所定の律速条件で導入する拡散律速層である。測定室121は、積層方向において、センサセル層110が備える固体電解質部113と対向する位置に形成されている。すなわち、固体電解質部113は測定室121を覆うように配置されている。なお、第1の絶縁性セラミック層120は、他の層よりも薄い厚みを有している。   The first insulating ceramic layer 120 has a measurement chamber 121 into which a gas to be measured is introduced. The first insulating ceramic layer 120 is disposed between the first base body 122m and the second base body 122n larger than the first base body, and the first base body 122m and the second base body 122n arranged in the longitudinal direction. And a porous portion 123 made of two insulating ceramics. The measurement chamber 121 is defined by the first and second substrates 122m and 122n, the two porous portions 123, the heat generating layer 140, and the first substrate surface 112a. The volume of the measurement chamber 121 is a volume of a space defined by the first and second substrates 122m and 122n, the heat generating layer 140, the first substrate surface 112a, and the outer surfaces of the two porous portions 123. That is, the volume when it is assumed that the two porous portions 123 do not exist is determined as the volume of the measurement chamber 121. A measurement gas is introduced into the measurement chamber 121 via the porous portion 123, and the porous portion 123 introduces the measurement gas into the measurement chamber 121 from the outside of the gas sensor element 10 under a predetermined rate-limiting condition. It is. The measurement chamber 121 is formed at a position facing the solid electrolyte portion 113 provided in the sensor cell layer 110 in the stacking direction. That is, the solid electrolyte part 113 is disposed so as to cover the measurement chamber 121. The first insulating ceramic layer 120 has a thinner thickness than the other layers.

第2の絶縁性セラミック層130は、一の面がセンサセル層110と対向して接する枠体層130aと、枠体層130aの他の面と対向して接する保護層130bとを備えている。保護層130bの外側面、すなわち、枠体層130aと対向しない面はガスセンサ素子10の一の外面を構成する。枠体層130aは、基準ガスとしての大気が導入される大気導入室131aおよび大気導入室131aに対してガスセンサ1の外部から大気を導く大気導入部131bに相当する空間領域を有している。大気導入室131aおよび大気導入部131bは、保護層130bおよび第2の基体面112bとによって空間領域が塞がれることによって区画形成される。大気導入室131aおよび大気導入部131bの少なくともいずれか一方は、第2の絶縁性セラミック層130が備える空間部に相当する。空間部の容積は、大気導入室131a並びに大気導入部131bの少なくともいずれか一方の容積である。なお、枠体層130aにおける大気導入部131bについては、保護層130bの基端側端面および基体112の基端側端面を結ぶ仮想面により大気導入部131bの開口部が塞がれることによって空間部が区画される。大気導入部131bは、既述のように図示しない連通路を介してガスセンサ1の外部(大気)と連通し、その内部に多孔材134が配置されている。ここで、測定室121の容積と同様、大気導入部131bも多孔材134が存在しないと仮定した容積を大気導入部131bの容積とする。なお、大気導入室131aの容積は測定室121の容積よりも大きい。枠体層130aの基端側および保護層130bの基端側にはそれぞれ、平面視円形状の貫通孔132x、132y、133x、133yが形成されている。貫通孔132x、133xは、センサセル層110に形成されている貫通孔112xに対応する位置に形成されている。貫通孔132y、133yは、第2の電極115と後述するセンサパッド部15と電気的に接続するために用いられる。   The second insulating ceramic layer 130 includes a frame body layer 130a whose one surface is in contact with the sensor cell layer 110 and a protective layer 130b which is in contact with the other surface of the frame layer 130a. The outer surface of the protective layer 130 b, that is, the surface that does not face the frame layer 130 a constitutes one outer surface of the gas sensor element 10. The frame layer 130a has a space region corresponding to the atmosphere introduction chamber 131a into which the atmosphere as the reference gas is introduced and the atmosphere introduction portion 131b that guides the atmosphere from the outside of the gas sensor 1 to the atmosphere introduction chamber 131a. The air introduction chamber 131a and the air introduction portion 131b are partitioned by the space region being blocked by the protective layer 130b and the second base surface 112b. At least one of the air introduction chamber 131a and the air introduction portion 131b corresponds to a space provided in the second insulating ceramic layer 130. The volume of the space is the volume of at least one of the atmosphere introduction chamber 131a and the atmosphere introduction portion 131b. As for the air introduction part 131b in the frame body layer 130a, the opening part of the air introduction part 131b is closed by a virtual surface connecting the base end side end face of the protective layer 130b and the base end side end face of the base 112. Is partitioned. As described above, the air introduction part 131b communicates with the outside (atmosphere) of the gas sensor 1 via a communication path (not shown), and the porous material 134 is disposed therein. Here, similarly to the volume of the measurement chamber 121, the volume of the air introduction part 131b that is assumed to be free of the porous material 134 is the volume of the air introduction part 131b. Note that the volume of the air introduction chamber 131 a is larger than the volume of the measurement chamber 121. Through holes 132x, 132y, 133x, and 133y having a circular shape in plan view are formed on the base end side of the frame body layer 130a and the base end side of the protective layer 130b, respectively. The through holes 132x and 133x are formed at positions corresponding to the through holes 112x formed in the sensor cell layer 110. The through holes 132y and 133y are used to electrically connect the second electrode 115 and a sensor pad portion 15 described later.

発熱層140は、第1の発熱層140a、第2の発熱層140bおよび第1の発熱層140aと第2の発熱層140bとの間に配置される発熱体141を備えている。第1の発熱層140aの一の面は第1の絶縁性セラミック層120と対向して接しており、他の面は発熱体141および第2の発熱層140bの一の面と対向して接している。第2の発熱層140bの一の面、すなわち、内側面は第1の発熱層140aの他の面および発熱体141と対向して接しており、他の面、すなわち、外側面はガスセンサ素子10の他の外面を構成する。第2の発熱層140bの基端側には、平面視円形状の貫通孔142x、142yが形成されている。第2の発熱層140bの外側面における貫通孔142x、142yにはヒータパッド部16、17が配置されている。   The heat generating layer 140 includes a first heat generating layer 140a, a second heat generating layer 140b, and a heat generating element 141 disposed between the first heat generating layer 140a and the second heat generating layer 140b. One surface of the first heat generation layer 140a is in contact with and faces the first insulating ceramic layer 120, and the other surface is in contact with and faces one surface of the heat generating element 141 and the second heat generation layer 140b. ing. One surface, that is, the inner surface of the second heat generation layer 140b is in contact with the other surface of the first heat generation layer 140a and the heating element 141, and the other surface, that is, the outer surface, is in contact with the gas sensor element 10. Constituting the other outer surface. On the base end side of the second heat generating layer 140b, through holes 142x and 142y having a circular shape in plan view are formed. Heater pad portions 16 and 17 are disposed in the through holes 142x and 142y on the outer surface of the second heat generating layer 140b.

発熱体141は、蛇行状のパターンを有する発熱部141m、発熱部141mの両端にそれぞれ接続され、直線状に延びる2つのリード部141nを備えている。発熱体141の発熱部141mは、リード部141n、貫通孔142x、142yを介してヒータパッド部16、17と電気的に接続されている。発熱体141は、酸素濃度測定時に、ヒータパッド部16、17と電気的に接続されている2本のリード線79を通じて発熱部141mに電流を供給し発熱させることで、固体電解質部113を加熱し活性化させる。   The heating element 141 includes a heating part 141m having a meandering pattern and two lead parts 141n connected to both ends of the heating part 141m and extending linearly. The heat generating portion 141m of the heat generating body 141 is electrically connected to the heater pad portions 16 and 17 through the lead portion 141n and the through holes 142x and 142y. The heating element 141 heats the solid electrolyte part 113 by supplying current to the heating part 141m through the two lead wires 79 electrically connected to the heater pad parts 16 and 17 to generate heat when measuring the oxygen concentration. And activate.

本実施形態に係るガスセンサ素子10は、その構成上、大気導入室131aと測定室121との間にセンサセル111が配置される。したがって、発熱層140は、センサセル層110に対して、測定室121を介して、あるいは、大気導入室131aを介して配置されることとなる。すなわち、発熱層140は、第1の絶縁性セラミック層120におけるセンサセル層110と面していない外側、あるいは、第2の絶縁性セラミック層130におけるセンサセル層110に面していない外側に配置されることとなる。本実施形態においては、発熱体141による固体電解質部113の加熱効率を向上させるために、発熱層140は、より容積の小さな空間、すなわち、大気導入室131aよりも容積の小さな測定室121を間に挟んで配置されている。この結果、本実施形態に係るガスセンサ素子10は、発熱層140、第1の絶縁性セラミック層120、センサセル層110、第2の絶縁性セラミック層130の順に積層されている積層体を構成する。   In the gas sensor element 10 according to the present embodiment, the sensor cell 111 is disposed between the atmosphere introduction chamber 131a and the measurement chamber 121 due to its configuration. Therefore, the heat generation layer 140 is disposed with respect to the sensor cell layer 110 via the measurement chamber 121 or the atmosphere introduction chamber 131a. That is, the heat generating layer 140 is disposed outside the first insulating ceramic layer 120 not facing the sensor cell layer 110 or outside the second insulating ceramic layer 130 not facing the sensor cell layer 110. It will be. In the present embodiment, in order to improve the heating efficiency of the solid electrolyte part 113 by the heat generating element 141, the heat generating layer 140 has a space with a smaller volume, that is, a measurement chamber 121 with a smaller volume than the atmosphere introduction chamber 131a. It is arranged between. As a result, the gas sensor element 10 according to the present embodiment forms a stacked body in which the heat generating layer 140, the first insulating ceramic layer 120, the sensor cell layer 110, and the second insulating ceramic layer 130 are stacked in this order.

各貫通孔112x、132xおよび133x、132yおよび133y、並びに142xおよび142yの内部には導体が埋め込まれている。したがって、センサパッド部14は貫通孔112x、132xおよび133x内に埋め込まれている導体を介して第1の電極114のリード部114nと導通し、センサパッド部15は貫通孔132yおよび133y内に埋め込まれている導体を介して第2の電極115のリード部115nと導通している。ヒータパッド部16および17は、それぞれ、貫通孔142xおよび142yの内部に埋め込まれている導体を介して発熱体141のリード部141nと導通している。   A conductor is embedded in each of the through holes 112x, 132x and 133x, 132y and 133y, and 142x and 142y. Therefore, the sensor pad portion 14 is electrically connected to the lead portion 114n of the first electrode 114 through the conductor embedded in the through holes 112x, 132x, and 133x, and the sensor pad portion 15 is embedded in the through holes 132y and 133y. It is electrically connected to the lead portion 115n of the second electrode 115 through the connected conductor. The heater pad portions 16 and 17 are electrically connected to the lead portion 141n of the heating element 141 through conductors embedded in the through holes 142x and 142y, respectively.

以上説明した第1の実施形態に係るガスセンサ素子10は、第1の絶縁性セラミック層120におけるセンサセル層110と面していない外側に発熱層140を備えている。すなわち、発熱層140と固体電解質部113との間には、大気導入室131aよりも容積の小さな測定室121が配置されている。図6は比較例としてのガスセンサ素子の横断面を模式的に示す説明図である。この結果、図6に示す、測定室44よりも容積の大きな大気導入室41が発熱体421を含む発熱層42と固体電解質部43との間に配置されているガスセンサ素子40と比較して、固体電解質部113の昇温効率を向上させることができる。すなわち、空気の熱伝導率は0.0241(W/m・K)であり、熱伝導率が72(W/m・K)である白金、3(W/m・K)であるジルコニアと比較して極めて熱伝導率が低い。したがって、昇温対象である固体電解質部と発熱体との間に容積の大きな空気室が存在する場合には、昇温効率が低下、昇温対象の温度の上昇に時間、電力(エネルギ)を要することとなる。   The gas sensor element 10 according to the first embodiment described above includes the heat generating layer 140 on the outer side of the first insulating ceramic layer 120 that does not face the sensor cell layer 110. That is, the measurement chamber 121 having a smaller volume than the air introduction chamber 131a is disposed between the heat generating layer 140 and the solid electrolyte portion 113. FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a cross section of a gas sensor element as a comparative example. As a result, as compared with the gas sensor element 40 shown in FIG. 6, the atmosphere introduction chamber 41 having a larger volume than the measurement chamber 44 is disposed between the heating layer 42 including the heating element 421 and the solid electrolyte part 43. The temperature raising efficiency of the solid electrolyte part 113 can be improved. That is, the thermal conductivity of air is 0.0241 (W / m · K), compared with platinum with a thermal conductivity of 72 (W / m · K) and 3 (W / m · K) with zirconia. Therefore, the thermal conductivity is very low. Therefore, when a large volume air chamber exists between the solid electrolyte part to be heated and the heating element, the temperature raising efficiency is reduced, and the time and power (energy) are increased for the temperature to be raised. It will be necessary.

第1の実施形態に係るガスセンサ素子10における昇温効率の向上について図7を参照して更に詳細に説明する。図7は解析対象1と解析対象2における昇温効率を検証するための説明図である。昇温効率の検討は、解析シミュレーションにより行った。図7において、横軸は発熱体に対する供給電力(W)を示し、縦軸は固体電解質部の両面に配置されている一対の電極のうち発熱体から遠い位置に位置する電極の平均温度(℃)を示す。図7において特性線L1は解析対象1の解析結果を示し、特性線L2は解析対象2の解析結果を示す。なお、解析対象1は本実施例に係るガスセンサ素子10に対応し、解析対象2は比較例に係るガスセンサ素子40に対応する。   With reference to FIG. 7, it demonstrates still in detail about the improvement of the temperature increase efficiency in the gas sensor element 10 which concerns on 1st Embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for verifying the temperature increase efficiency in the analysis object 1 and the analysis object 2. The temperature elevating efficiency was examined by analytical simulation. In FIG. 7, the horizontal axis represents the supply power (W) to the heating element, and the vertical axis represents the average temperature (° C.) of the electrodes located far from the heating element among the pair of electrodes arranged on both surfaces of the solid electrolyte part. ). In FIG. 7, the characteristic line L1 indicates the analysis result of the analysis target 1, and the characteristic line L2 indicates the analysis result of the analysis target 2. The analysis target 1 corresponds to the gas sensor element 10 according to this embodiment, and the analysis target 2 corresponds to the gas sensor element 40 according to the comparative example.

解析対象1は、発熱体(発熱体141)、一の電極(第1の電極114)、固体電解質部(固体電解質部113)、他の電極(第2の電極115)、および大容量室(大気導入室131a)の積層順序をシミュレートし、解析対象2は、発熱体(421)、大容量室(41)、一の電極(431)、固体電解質部(43)、および他の電極(432)の積層順序をシミュレートする。なお、()内はそれぞれ、第1の実施形態に係るガスセンサ素子10、比較例に係るガスセンサ素子40における対応構成を示す。具体的には、各解析対象の積層順序に、電極を形成する白金の熱伝導率、固体電解質部を形成するジルコニアの熱伝導率、および大容量室に相当する空気の熱伝導率を当てはめ、発熱体により与えられる熱量(電力)に対する、一対の電極のうち発熱体から遠い位置に位置する他の電極の平均温度をシミュレートした。他の電極は、発熱体から遠い固体電解質部の面に配置され、固体電解質部を介して熱が伝導されるので、他の電極の温度によって固体電解質部の温度を見積もることができる。図7から明らかなように、同じ発熱量(電力(W))に対して、発熱体と固体電解質部との間に大容量室が存在しない解析対象1(特性線L1)は、発熱体と固体電解質部との間に大容量室が存在する解析対象2(特性線L2)よりも高い温度を示しており、固体電解質部の昇温効率の向上を確認することができた。この結果、より低い電力にて同等の温度上昇を実現することができ、昇温効率を向上させることができる。また、より短い時間にてより低い電力にて同等の温度上昇を実現することができ、昇温効率を向上させることができる。   The analysis object 1 includes a heating element (heating element 141), one electrode (first electrode 114), a solid electrolyte part (solid electrolyte part 113), another electrode (second electrode 115), and a large capacity chamber ( The stacking order of the atmosphere introduction chamber 131a) is simulated, and the analysis object 2 includes a heating element (421), a large capacity chamber (41), one electrode (431), a solid electrolyte part (43), and another electrode ( 432) is simulated. In addition, the inside of () shows the corresponding structure in the gas sensor element 10 which concerns on 1st Embodiment, and the gas sensor element 40 which concerns on a comparative example, respectively. Specifically, the thermal conductivity of platinum forming the electrode, the thermal conductivity of zirconia forming the solid electrolyte part, and the thermal conductivity of air corresponding to the large capacity chamber are applied to the stacking order of each analysis target, The average temperature of the other electrode located far from the heating element in the pair of electrodes was simulated with respect to the amount of heat (electric power) given by the heating element. Since the other electrode is disposed on the surface of the solid electrolyte part far from the heating element and heat is conducted through the solid electrolyte part, the temperature of the solid electrolyte part can be estimated by the temperature of the other electrode. As is clear from FIG. 7, for the same calorific value (power (W)), the analysis object 1 (characteristic line L1) in which no large capacity chamber exists between the heating element and the solid electrolyte part is The temperature was higher than that of the analysis object 2 (characteristic line L2) in which a large-capacity chamber exists between the solid electrolyte part, and it was confirmed that the temperature rise efficiency of the solid electrolyte part was improved. As a result, the same temperature increase can be realized with lower power, and the temperature raising efficiency can be improved. Further, the same temperature increase can be realized with lower power in a shorter time, and the temperature raising efficiency can be improved.

・変形例:
(1)上記第1の実施形態においては、各層110、120、130および140は、アルミナ等の絶縁性セラミックから形成されているが、ジルコニア等の導電性セラミックから形成されていても良い。この場合には、各層110、120、130および140間には絶縁層が配置される。
・ Modification:
(1) In the first embodiment, each of the layers 110, 120, 130, and 140 is formed of an insulating ceramic such as alumina, but may be formed of a conductive ceramic such as zirconia. In this case, an insulating layer is disposed between the layers 110, 120, 130 and 140.

(2)上記第1の実施形態においては、ガスセンサ素子10の長手方向(水平方向)に延伸する大気導入部131bによって大気導入室131aには大気が導入されているが、大気導入部131bの途中から長手方向と交差する方向(例えば、垂直方向)に延伸する大気導入部が用いられても良い。すなわち、積層方向において固体電解質部113と重複する大気導入室131aが配置されていれば上記第1の実施形態による昇温効率の向上の利益を享受することが可能であり、大気導入室131aに大気を導く導入経路については種々の態様を取り得る。 (2) In the first embodiment, the atmosphere is introduced into the atmosphere introduction chamber 131a by the atmosphere introduction portion 131b extending in the longitudinal direction (horizontal direction) of the gas sensor element 10, but in the middle of the atmosphere introduction portion 131b. An air introduction part that extends in a direction (for example, a vertical direction) intersecting with the longitudinal direction from may be used. That is, if the air introduction chamber 131a that overlaps the solid electrolyte portion 113 is arranged in the stacking direction, it is possible to enjoy the benefits of improving the temperature rise efficiency according to the first embodiment. Various modes can be taken for the introduction path for guiding the atmosphere.

(3)上記第1の実施形態においては、測定室121は、第1の基体122mおよび第2の基体122nと、2つの多孔部123とによって区画形成されているが、多孔部123を備えることなく、一の基体に貫通領域を設け、測定室121としても良い。この場合、被測定ガスは、例えば、別途形成されている積層方向に貫通しガスセンサ素子10の外部と連通する連通路を介して測定室121に導入され得る。 (3) In the first embodiment, the measurement chamber 121 is defined by the first base body 122m, the second base body 122n, and the two porous portions 123, but includes the porous portion 123. Alternatively, a through region may be provided on one substrate to form the measurement chamber 121. In this case, the gas to be measured can be introduced into the measurement chamber 121 through a communication path that penetrates in the separately formed stacking direction and communicates with the outside of the gas sensor element 10, for example.

(4)上記第1の実施形態においては、ガスセンサ素子10が測定する測定ガス成分として酸素の濃度を測定する例について説明したが、酸素以外の他のガス成分が検出されても良い。 (4) In the first embodiment, the example in which the concentration of oxygen is measured as the measurement gas component measured by the gas sensor element 10 has been described, but other gas components other than oxygen may be detected.

(5)上記第1の実施形態においては、大気導入室131aと大気導入部131bとを分けて説明したが、全長にわたり幅が等しい大気導入路のみが備えられていても良い。この場合であっても、大気導入部131bの容積は測定室121の容積よりも大きく、第1の実施形態に係るガスセンサ素子10による効果をえることができる。 (5) In the first embodiment, the atmosphere introduction chamber 131a and the atmosphere introduction portion 131b have been described separately. However, only the atmosphere introduction path having the same width over the entire length may be provided. Even in this case, the volume of the air introduction part 131b is larger than the volume of the measurement chamber 121, and the effect of the gas sensor element 10 according to the first embodiment can be obtained.

(6)上記第1の実施形態においては、大気導入部131bに多孔材134が配置されているが、多孔材134は配置されていなくても良い。また、多孔材134は、大気導入部131bではなく大気導入室131aに配置されていても良いし、大気導入室131aおよび大気導入部131bの双方に配置されていても良い。 (6) In the first embodiment, the porous material 134 is disposed in the air introduction part 131b. However, the porous material 134 may not be disposed. Further, the porous material 134 may be disposed in the air introduction chamber 131a instead of the air introduction portion 131b, or may be disposed in both the air introduction chamber 131a and the air introduction portion 131b.

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents thereof are included in the present invention. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

1…ガスセンサ
10…ガスセンサ素子
10k…基端部
10s…先端部
14、15…センサパッド部
16、17…ヒータパッド部
20…主体金具
21…セラミックホルダ
22…粉末充填層
22…滑石リング
24…セラミックスリーブ
25…金属ホルダ
26…加締パッキン
27…基端部
31…外部プロテクタ
31h…ガス導入孔
32…内部プロテクタ
40…ガスセンサ素子
41…大気導入室
42…発熱層
421…発熱体
43…固体電解質部
44…測定室
51…外筒
60…セパレータ
62…挿入孔
73…グロメット
75…端子部材
78、79…リード線
110…センサセル層
111…センサセル
112…基体
112a…第1の基体面
112b…第2の基体面
112h…貫通領域
112x…貫通孔
113…固体電解質部
113a…第1の固体電解質面
113b…第2の固体電解質面
114…第1の電極
114m…電極部
114n…リード部
115…第2の電極
115m…電極部
115n…リード部
120…第1の絶縁性セラミック層
121…測定室
122m…第1の基体
122n…第2の基体
123…多孔部
130…第2の絶縁性セラミック層
130a…枠体層
130b…保護層
131a…大気導入室
131b…大気導入部
131x、131y、132x、132y…貫通孔
134…多孔材
140…発熱層
140a…第1の発熱層
140b…第2の発熱層
141…発熱体
141m…発熱部
141n…リード部
142x…貫通孔
AX…軸線
DL…長手方向
DL1…先端側
DL2…基端側
DT…厚さ(積層)方向
L1…特性線
L2…特性線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor 10 ... Gas sensor element 10k ... Base end part 10s ... Tip part 14, 15 ... Sensor pad part 16, 17 ... Heater pad part 20 ... Main metal fitting 21 ... Ceramic holder 22 ... Powder-packed layer 22 ... Tarnish ring 24 ... Ceramic Sleeve 25 ... Metal holder 26 ... Casting packing 27 ... Base end 31 ... External protector 31h ... Gas introduction hole 32 ... Internal protector 40 ... Gas sensor element 41 ... Air introduction chamber 42 ... Heat generation layer 421 ... Heating element 43 ... Solid electrolyte part 44 ... Measuring chamber 51 ... Outer cylinder 60 ... Separator 62 ... Insertion hole 73 ... Grommet 75 ... Terminal member 78, 79 ... Lead wire 110 ... Sensor cell layer 111 ... Sensor cell 112 ... Base 112a ... First base surface 112b ... Second Substrate surface 112h ... through region 112x ... through hole 113 ... solid electrolyte part 11 3a ... 1st solid electrolyte surface 113b ... 2nd solid electrolyte surface 114 ... 1st electrode 114m ... Electrode part 114n ... Lead part 115 ... 2nd electrode 115m ... Electrode part 115n ... Lead part 120 ... 1st insulation Ceramic layer 121 ... Measurement chamber 122m ... First substrate 122n ... Second substrate 123 ... Porous part 130 ... Second insulating ceramic layer 130a ... Frame body layer 130b ... Protective layer 131a ... Air introduction chamber 131b ... Air introduction Part 131x, 131y, 132x, 132y ... Through hole 134 ... Porous material 140 ... Heat generating layer 140a ... First heat generating layer 140b ... Second heat generating layer 141 ... Heat generating element 141m ... Heat generating part 141n ... Lead part 142x ... Through hole AX ... axis DL ... longitudinal direction DL1 ... distal end side DL2 ... proximal end DT ... thickness (lamination) direction L1 ... characteristic line L2 ... characteristic line

Claims (8)

ガスセンサ素子であって、
発熱体を含む発熱層と、
前記発熱層と接して配置され、被測定ガスが導入される測定室を有する第1のセラミック層と、
前記第1のセラミック層に接して配置され、固体電解質部と、前記固体電解質部における前記測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極とを有するセンサセル層と
前記センサセル層に接して配置され、前記測定室よりも容積の大きな空間部を有する第2のセラミック層と、を備えるガスセンサ素子。
A gas sensor element,
A heating layer including a heating element;
A first ceramic layer disposed in contact with the heat generating layer and having a measurement chamber into which a gas to be measured is introduced;
A sensor cell layer disposed in contact with the first ceramic layer and having a solid electrolyte portion and a pair of electrodes in which at least one electrode is disposed on a surface of the solid electrolyte portion facing the measurement chamber; and the sensor cell A gas sensor element comprising: a second ceramic layer disposed in contact with the layer and having a space portion having a volume larger than that of the measurement chamber.
請求項1に記載のガスセンサ素子において、
前記ガスセンサ素子は長尺板状であり、
前記ガスセンサ素子を長手方向に対する直交断面における、前記空間部の断面積は前記測定室の断面積よりも大きい、ガスセンサ素子。
The gas sensor element according to claim 1, wherein
The gas sensor element has a long plate shape,
The gas sensor element, wherein a cross-sectional area of the space portion in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the gas sensor element is larger than a cross-sectional area of the measurement chamber.
請求項1または2に記載のガスセンサ素子において、
前記空間部は、大気が導入される大気導入室である、ガスセンサ素子。
The gas sensor element according to claim 1 or 2,
The space part is a gas sensor element which is an atmosphere introduction chamber into which the atmosphere is introduced.
請求項1から3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記固体電解質部は、前記測定室に面する第1の面と、前記空間部に面する第2の面とを有し、
前記一対の電極は、前記固体電解質部の前記第1の面および前記第2の面にそれぞれ配置されている第1の電極および第2の電極を備える、ガスセンサ素子。
In the gas sensor element according to any one of claims 1 to 3,
The solid electrolyte portion has a first surface facing the measurement chamber and a second surface facing the space portion,
The pair of electrodes includes a first electrode and a second electrode disposed on the first surface and the second surface of the solid electrolyte portion, respectively.
請求項1から4のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記第1のセラミック層は、前記第1のセラミック層に平行で多孔質部を有する導入路であって、前記測定室と連通する導入路を備える、ガス素子センサ。
In the gas sensor element according to any one of claims 1 to 4,
The gas element sensor, wherein the first ceramic layer includes an introduction path that is parallel to the first ceramic layer and has a porous portion and communicates with the measurement chamber.
請求項1から5のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記固体電解質部は、前記センサセル層に設けられている貫通領域に配設されている、ガスセンサ素子。
In the gas sensor element according to any one of claims 1 to 5,
The said solid electrolyte part is a gas sensor element arrange | positioned in the penetration area | region provided in the said sensor cell layer.
請求項1から6のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記空間部の少なくとも一部に多孔材が配置されている、ガスセンサ素子。
In the gas sensor element according to any one of claims 1 to 6,
A gas sensor element, wherein a porous material is disposed in at least a part of the space.
請求項1から7のいずれか一項に記載のガスセンサ素子を備える、ガスセンサ。   A gas sensor comprising the gas sensor element according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019191071A (en) * 2018-04-27 2019-10-31 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor
JP2020030123A (en) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社Soken Gas sensor element
JP2020034505A (en) * 2018-08-31 2020-03-05 株式会社Soken Gas sensor and gas detection system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174059U (en) * 1986-10-28 1988-11-11
JPS63290952A (en) * 1987-05-25 1988-11-28 Hitachi Ltd Oxygen concentration detector
JPH0348760A (en) * 1989-07-17 1991-03-01 Toyota Motor Corp Oxygen concentration sensor with heater
JPH04151550A (en) * 1990-10-15 1992-05-25 Kyocera Corp Oxygen sensor having heater
JPH04329352A (en) * 1991-04-30 1992-11-18 Ngk Spark Plug Co Ltd Oxygen sensor
JP2002139472A (en) * 2000-11-02 2002-05-17 Nissan Motor Co Ltd Lamination-type air/fuel ratio sensor element
JP2006337384A (en) * 2001-08-30 2006-12-14 Kyocera Corp Oxygen sensor
JP2008501941A (en) * 2004-06-05 2008-01-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor element for measuring the physical properties of the measuring gas
JP2009265002A (en) * 2008-04-28 2009-11-12 Denso Corp Gas sensor element
JP2013238408A (en) * 2012-05-11 2013-11-28 Denso Corp Gas sensor element

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174059U (en) * 1986-10-28 1988-11-11
JPS63290952A (en) * 1987-05-25 1988-11-28 Hitachi Ltd Oxygen concentration detector
JPH0348760A (en) * 1989-07-17 1991-03-01 Toyota Motor Corp Oxygen concentration sensor with heater
JPH04151550A (en) * 1990-10-15 1992-05-25 Kyocera Corp Oxygen sensor having heater
JPH04329352A (en) * 1991-04-30 1992-11-18 Ngk Spark Plug Co Ltd Oxygen sensor
JP2002139472A (en) * 2000-11-02 2002-05-17 Nissan Motor Co Ltd Lamination-type air/fuel ratio sensor element
JP2006337384A (en) * 2001-08-30 2006-12-14 Kyocera Corp Oxygen sensor
JP2008501941A (en) * 2004-06-05 2008-01-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor element for measuring the physical properties of the measuring gas
JP2009265002A (en) * 2008-04-28 2009-11-12 Denso Corp Gas sensor element
JP2013238408A (en) * 2012-05-11 2013-11-28 Denso Corp Gas sensor element

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019191071A (en) * 2018-04-27 2019-10-31 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor
JP2020030123A (en) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社Soken Gas sensor element
WO2020039942A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 株式会社デンソー Gas sensor element
JP2020034505A (en) * 2018-08-31 2020-03-05 株式会社Soken Gas sensor and gas detection system
JP7055079B2 (en) 2018-08-31 2022-04-15 株式会社Soken Gas sensor and gas detection system

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