JP2019191148A - Gas sensor element, heater, and gas sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a gas sensor element for suppressing disconnection.SOLUTION: An ammonia electrode lead 21d (lead) is electrically connected to an ammonia electrode 21c (electrode), without direct contact, via a joint portion 70. The joint portion 70 (component region) contains Au at the percentage of a magnitude between the content percentage of Au (first metal) in the ammonia electrode 21c and the content percentage of Au in the ammonia electrode lead 21d.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明はガスセンサ素子、ヒータ、及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor element, a heater, and a gas sensor.

近年、種々のガスセンサが開発されている。例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
このガスセンサに用いるセンサ素子では、電極とリードとが接続された構造を有している。センサ素子を製造の際に、電極を形成するペーストと、リードを形成するペーストとを重ねた状態で焼成することにより、両者の接続部が形成される。
In recent years, various gas sensors have been developed. For example, a gas sensor including a sensor element that measures the concentration of ammonia contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine is known (see, for example, Patent Document 1).
The sensor element used for this gas sensor has a structure in which electrodes and leads are connected. When the sensor element is manufactured, the connection portion between the two is formed by baking the paste for forming the electrode and the paste for forming the lead in an overlapping state.

特開2013−221931号公報JP 2013-221931 A

ところが、電極の金属元素が、リードに移動してしまい、電極に部分的に空洞ができて断線するおそれがあった。
また、センサ素子の種類によっては、発熱部を備えており、発熱部とリードとが接続された構造を有している。このセンサ素子では、センサ素子を製造の際に、発熱部を形成するペーストと、リードを形成するペーストとを重ねた状態で焼成することにより、両者の接続部が形成される。このセンサ素子においても、上述の場合と同様に、焼成後に、発熱部の金属元素が、リードに移動してしまい、接続部において断線するおそれがあった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、断線を抑制することを目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
However, the metal element of the electrode moves to the lead, and there is a possibility that the electrode is partially hollowed and disconnected.
Further, depending on the type of sensor element, a heat generating part is provided, and the heat generating part and the lead are connected. In this sensor element, when the sensor element is manufactured, the paste for forming the heat generating portion and the paste for forming the lead are baked in an overlapped state, thereby forming a connection portion therebetween. In this sensor element as well, as described above, after firing, the metal element in the heat generating part may move to the lead and break at the connection part.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress disconnection. The present invention can be realized as the following forms.

(1)第1金属を主成分とする電極と、
前記電極に接続され、第2金属を主成分とするリードと、を備え、
前記電極と前記リードとが、直接的に又は継ぎ手部を介して間接的に接続されているガスセンサ素子であって、
前記電極と前記リードとが直接的に接続されている場合は、前記電極と前記リードとの接合部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記接合部を除いた前記電極における含有割合と、前記接合部を除いた前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在し、
前記電極と前記リードとが前記継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、前記継ぎ手部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記電極における含有割合と、前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在することを特徴とするガスセンサ素子。
(1) an electrode mainly composed of a first metal;
A lead connected to the electrode and comprising a second metal as a main component,
The electrode and the lead are gas sensor elements connected directly or indirectly through a joint portion,
In the case where the electrode and the lead are directly connected, the bonding portion between the electrode and the lead is the bonding of the metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. There is a component region that is a content ratio between the content ratio in the electrode excluding the part and the content ratio in the lead excluding the joint,
In the case where the electrode and the lead are indirectly connected through the joint portion, the electrode has the smaller specific gravity of the first metal and the second metal in the joint portion. A gas sensor element characterized in that a component region having a content ratio between the content ratio in the lead and the content ratio in the lead exists.

電極を形成するペーストと、リードを形成するペーストとが、直接接した状態で、熱処理が実施されると、局所的には密度差の異なる液体の接触となり、金属の濃度(密度)差を緩和するように金属元素の移動が行われ、比重の重い金属元素側に、比重の軽い金属元素が流れる傾向にある。よって、第1金属を主成分とする電極と、第2金属を主成分とするリードとが直接接触した構成では、異種金属の接合部に金属元素の急激な濃度勾配に起因した空洞が生じて断線しやすくなる。
本構成では、電極とリードとが直接的に接続されている場合は、電極とリードとの接合部には、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属について、接合部を除いた電極における含有割合と、接合部を除いたリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在している。また、電極とリードとが継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、継ぎ手部には、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属について、電極における含有割合と、リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在している。そのため、電極とリードとの間において、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属の濃度勾配が緩やかとなり、急激な金属元素の移動による空洞が発生しにくく、断線が抑制される。
When heat treatment is performed with the paste that forms the electrode and the paste that forms the lead in direct contact with each other, liquid locally differs in density difference, reducing the metal concentration (density) difference. Thus, the metal element is moved, and the metal element having a low specific gravity tends to flow to the metal element side having a high specific gravity. Therefore, in the configuration in which the electrode mainly composed of the first metal and the lead mainly composed of the second metal are in direct contact with each other, a cavity caused by a rapid concentration gradient of the metal element is generated at the junction of the different metal. It becomes easy to break.
In this configuration, when the electrode and the lead are directly connected, the junction between the electrode and the lead is excluded from the metal having the smaller specific gravity of the first metal and the second metal. In addition, there is a component region having a size content ratio between the content ratio in the electrode and the content ratio in the lead excluding the joint. In addition, when the electrode and the lead are indirectly connected via the joint portion, the joint portion has a smaller proportion of the first metal and the second metal, the content ratio in the electrode, There is a component region having a content ratio between the content ratio in the lead and the content ratio. Therefore, the concentration gradient of the metal having the smaller specific gravity of the first metal and the second metal becomes gentle between the electrode and the lead, and a cavity due to abrupt movement of the metal element hardly occurs and disconnection is suppressed. .

(2)前記電極と前記リードとが前記継ぎ手部を介して間接的に接続されており、
前記成分領域は、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が大きい方の金属について、前記電極における含有割合と、前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合であることを特徴とする(1)に記載のガスセンサ素子。
(2) The electrode and the lead are indirectly connected via the joint portion,
The component region is a content ratio of a size between a content ratio in the electrode and a content ratio in the lead with respect to a metal having a larger specific gravity of the first metal and the second metal. The gas sensor element according to (1), which is characterized.

電極と、リードの接合部の間に、両者の中間濃度の継ぎ手部を設けられているから、濃度勾配が緩やかとなり、急激な金属元素の移動による空洞が発生しにくく、断線が抑制される。   Since a joint portion having an intermediate concentration between the electrode and the lead is provided, the concentration gradient becomes gradual, a cavity due to abrupt movement of the metal element hardly occurs, and disconnection is suppressed.

(3)前記電極とは異なる第2電極と、
前記電極と前記第2電極との間に配される固体電解質体と、を備え、
前記第2電極は、前記第2金属を主成分とし、混成電位式であることを特徴とする(2)に記載のガスセンサ素子。
(3) a second electrode different from the electrode;
A solid electrolyte body disposed between the electrode and the second electrode,
The gas sensor element according to (2), wherein the second electrode is composed of the second metal as a main component and is a mixed potential type.

電極と第2電極で主成分となる金属種が異なり、被測定ガスに対する反応性が異なる混成電位式のガスセンサ素子が知られている。このものでは、少なくともどちらか一方の電極をリードと異種の金属で形成する必要がある。そのため、異種金属の接合部が形成され、金属元素の急激な濃度勾配に起因した空洞が生じて断線しやすくなる。
このガスセンサ素子において、電極をリードと異種の金属で形成されたものとして本発明を適用することで、断線が抑制されるという効果が有効に発揮される。
A mixed potential type gas sensor element is known in which the metal species as a main component is different between the electrode and the second electrode, and the reactivity to the gas to be measured is different. In this case, at least one of the electrodes must be formed of a metal different from the lead. For this reason, a junction of dissimilar metals is formed, and cavities are generated due to a rapid concentration gradient of the metal element, which easily breaks.
In this gas sensor element, by applying the present invention assuming that the electrode is formed of a metal different from the lead, the effect of suppressing disconnection is effectively exhibited.

(4)前記継ぎ手部における金属元素は、実質的に、前記第1金属、及び前記第2金属からなることを特徴とする(2)又は(3)に記載のガスセンサ素子。 (4) The gas sensor element according to (2) or (3), wherein the metal element in the joint portion is substantially composed of the first metal and the second metal.

継ぎ手部に、第1金属及び第2金属以外の他の金属元素が含有されていても、他の金属元素は、金属の濃度勾配の緩和に寄与しない。本構成によれば、継ぎ手部における金属元素は、実質的に、金属の濃度勾配を緩和する金属元素のみであるから、濃度勾配の緩和効果が高い。   Even if the joint portion contains a metal element other than the first metal and the second metal, the other metal element does not contribute to the relaxation of the concentration gradient of the metal. According to this configuration, since the metal element in the joint portion is substantially only the metal element that relieves the metal concentration gradient, the concentration gradient relieving effect is high.

(5)前記継ぎ手部の前記第1金属の濃度は、前記継ぎ手部における前記第1金属及び前記第2金属の全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であり、
前記継ぎ手部の前記第2金属の濃度は、前記継ぎ手部における前記第1金属及び前記第2金属の全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることを特徴とする(2)〜(4)のいずれかに記載のガスセンサ素子。
(5) The concentration of the first metal in the joint part is 30 to 70% by mass when the total amount of the first metal and the second metal in the joint part is 100% by mass,
The concentration of the second metal in the joint is 30 to 70% by mass when the total amount of the first metal and the second metal in the joint is 100% by mass (2 The gas sensor element according to any one of (4) to (4).

この構成のガスセンサ素子では、特定の金属濃度の継ぎ手部を用いることで、金属元素の急激な濃度勾配を緩和して、金属元素の移動を効果的に抑制できる。   In the gas sensor element having this configuration, by using a joint portion having a specific metal concentration, a steep concentration gradient of the metal element can be relaxed and the movement of the metal element can be effectively suppressed.

(6)前記電極の上に前記リードが被さることで、前記電極と前記リードとが直接的に接続されており
前記電極と前記リードとが重ならない電極単独部と、前記電極と前記リードとが重なる接続部と、前記電極と前記リードとが重ならないリード単独部と、を有し、
前記接続部の厚みは、前記電極単独部と前記リード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされているとともに、
前記接続部の断面を観察した際に、
前記接続部の表面側を前記リード単独部の厚み分だけ除外し、かつ、
前記接続部の裏面側を前記電極単独部の厚み分だけ除外して、残った部分が前記接合部であることを特徴とする(1)に記載のガスセンサ素子。
(6) The electrode and the lead are directly connected by covering the electrode with the lead, and the electrode and the lead are not directly overlapped with each other, and the electrode and the lead. An overlapping connecting portion, and a lead single portion where the electrode and the lead do not overlap,
The thickness of the connection part is thicker than the thickness of the electrode single part and the lead single part plus the thickness,
When observing the cross section of the connecting portion,
Exclude the surface side of the connection part by the thickness of the lead single part, and
(2) The gas sensor element according to (1), wherein the back surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the electrode single portion, and the remaining portion is the joint portion.

本形態のガスセンサ素子では、接続部の厚みは、電極単独部とリード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされている。そして、接続部の断面を観察した際に、接続部の表面側をリード単独部の厚み分だけ除外し、かつ接続部の裏面側を電極単独部の厚み分だけ除外して、残る部分(「残存部」ともいう)が接合部である。
従来は、残存部がないため、接続部において電極として機能する部分から、第1金属がリードに移動してしまい、断線するおそれがあった。
本形態の接続部では、電極として機能する部分(電極単独部の厚み分)と、リードとして機能する部分(リード単独部の厚み分)との間に残存部を配し、第1金属の移動の起きる部位を残存部に留めることができるから、電極として機能する部分からの第1金属の流出を抑制できる。その結果、接続部での断線が抑制される。
In the gas sensor element of this embodiment, the thickness of the connection portion is thicker than the thickness obtained by adding the thickness of the electrode single portion and the lead single portion. Then, when observing the cross section of the connection portion, the surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the single lead portion, and the back surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the single electrode portion, and the remaining portion (" The “remaining portion” is also a joint portion.
Conventionally, since there is no remaining portion, the first metal moves to a lead from a portion functioning as an electrode in the connection portion, and there is a fear of disconnection.
In the connection part of this embodiment, the remaining part is arranged between the part functioning as an electrode (the thickness of the single electrode part) and the part functioning as the lead (the thickness of the single lead part) to move the first metal. Therefore, the outflow of the first metal from the portion functioning as an electrode can be suppressed. As a result, disconnection at the connecting portion is suppressed.

(7)前記リードの上に前記電極が被さることで、前記電極と前記リードとが直接的に接続されており、
前記電極と前記リードとが重ならない電極単独部と、前記電極と前記リードとが重なる接続部と、前記電極と前記リードとが重ならないリード単独部と、を有し、
前記接続部の厚みは、前記電極単独部と前記リード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされているとともに、
前記接続部の断面を観察した際に、
前記接続部の表面側を前記電極単独部の厚み分だけ除外し、かつ、前記接続部の裏面側を前記リード単独部の厚み分だけ除外して、残った部分が前記接合部であることを特徴とする(1)に記載のガスセンサ素子。
(7) The electrode and the lead are directly connected by covering the electrode on the lead,
An electrode single part where the electrode and the lead do not overlap, a connection part where the electrode and the lead overlap, and a lead single part where the electrode and the lead do not overlap,
The thickness of the connection part is thicker than the thickness of the electrode single part and the lead single part plus the thickness,
When observing the cross section of the connecting portion,
Exclude the surface side of the connection part by the thickness of the electrode single part, and exclude the back side of the connection part by the thickness of the lead single part, and the remaining part is the joint part The gas sensor element according to (1), which is characterized.

本形態のガスセンサ素子では、接続部の厚みは、電極単独部とリード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされている。そして、接続部の断面を観察した際に、接続部の表面側を電極単独部の厚み分だけ除外し、かつ接続部の裏面側をリード単独部の厚み分だけ除外して、残る部分(「残存部」ともいう)が接合部である。
従来は、残存部がないため、接続部において電極として機能する部分から、第1金属がリードに移動してしまい、断線するおそれがあった。
本形態の接続部では、電極として機能する部分(電極単独部の厚み分)と、リードとして機能する部分(リード単独部の厚み分)との間に残存部を配し、第1金属の移動の起きる部位を残存部に留めることができるから、電極として機能する部分からの第1金属のリードへの移動を抑制できる。その結果、接続部での断線が抑制される。
In the gas sensor element of this embodiment, the thickness of the connection portion is thicker than the thickness obtained by adding the thickness of the electrode single portion and the lead single portion. Then, when observing the cross section of the connection portion, the surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the single electrode portion, and the back surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the single lead portion. The “remaining portion” is also a joint portion.
Conventionally, since there is no remaining portion, the first metal moves to a lead from a portion functioning as an electrode in the connection portion, and there is a fear of disconnection.
In the connection part of this embodiment, the remaining part is arranged between the part functioning as an electrode (the thickness of the single electrode part) and the part functioning as the lead (the thickness of the single lead part) to move the first metal. Therefore, the movement of the first metal from the portion functioning as an electrode to the lead can be suppressed. As a result, disconnection at the connecting portion is suppressed.

(8)前記第1金属の比重が前記第2金属の比重より低いことを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のガスセンサ素子。 (8) The gas sensor element according to any one of (1) to (7), wherein the specific gravity of the first metal is lower than the specific gravity of the second metal.

第1金属の比重が第2金属の比重より低い場合には、焼成による第1金属の移動を抑制することができ、電極とリードとの間における断線が抑制される。   When the specific gravity of the first metal is lower than the specific gravity of the second metal, movement of the first metal due to firing can be suppressed, and disconnection between the electrode and the lead is suppressed.

(9)前記第1金属が金であり、かつ前記第2金属が白金であることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のガスセンサ素子。 (9) The gas sensor element according to any one of (1) to (8), wherein the first metal is gold and the second metal is platinum.

第1金属が金であり、第2金属が白金である場合には、焼成により金属元素の移動が起こりやすい組合せである。この場合に、上記成分領域が存在することで、断線を抑制するという効果が顕著に表れる。   In the case where the first metal is gold and the second metal is platinum, the metal element is likely to move by firing. In this case, the presence of the component region makes a remarkable effect of suppressing disconnection.

(10)被測定ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定することを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載のガスセンサ素子。 (10) The gas sensor element according to any one of (1) to (9), wherein the concentration of ammonia contained in the gas to be measured is measured.

特定ガスとしてのアンモニアの濃度を測定するガスセンサ素子の場合に、上記成分領域が存在することで、濃度勾配が緩和し、熱処理時の金属元素の移動が抑制されて、断線の原因となる空洞が生成しにくくなる。   In the case of a gas sensor element that measures the concentration of ammonia as a specific gas, the presence of the component region relaxes the concentration gradient, suppresses the movement of metal elements during heat treatment, and causes a cavity that causes disconnection. It becomes difficult to generate.

(11)第1金属を主成分とする発熱部と、
前記発熱部に接続され、第2金属を主成分とするヒータリードと、を備え、
前記発熱部と前記ヒータリードとが、直接的に又はヒータ継ぎ手部を介して間接的に接続されているヒータであって、
前記発熱部と前記ヒータリードとが直接接続されている場合は、前記発熱部と前記ヒータリードとのヒータ接合部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記ヒータ接合部を除いた前記発熱部における含有割合と、前記ヒータ接合部を除いた前記ヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在し、
前記発熱部と前記ヒータリードとが前記ヒータ継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、前記ヒータ継ぎ手部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記発熱部における含有割合と、前記ヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在することを特徴とするヒータ。
(11) a heat generating part mainly composed of a first metal;
A heater lead connected to the heat generating part and mainly composed of a second metal;
The heater and the heater lead are connected directly or indirectly through a heater joint,
When the heat generating portion and the heater lead are directly connected, the heater junction between the heat generating portion and the heater lead is a metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. In addition, there is a component region that is a content ratio between the content ratio in the heat generating portion excluding the heater joint portion and the content ratio in the heater lead excluding the heater joint portion,
When the heat generating portion and the heater lead are indirectly connected via the heater joint portion, the heater joint portion has a metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. In the heater, there is a component region having a content ratio between the content ratio in the heat generating portion and the content ratio in the heater lead.

発熱部を形成するペーストと、ヒータリードを形成するペーストとが、直接接した状態で、熱処理が実施されると、局所的には密度差の異なる液体の接触となり、金属の濃度(密度)差を緩和するように金属元素の移動が行われ、比重の重い金属元素側に、比重の軽い金属元素が流れる傾向にある。よって、第1金属を主成分とする発熱部と、第2金属を主成分とするヒータリードとが直接接触した構成では、異種金属の接合部に金属元素の急激な濃度勾配に起因した空洞が生じて断線しやすくなる。
本構成では、発熱部とヒータリードとが直接接続されている場合は、発熱部とヒータリードとのヒータ接合部には、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属について、ヒータ接合部を除いた発熱部における含有割合と、ヒータ接合部を除いたヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在している。また、発熱部とヒータリードとがヒータ継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、ヒータ継ぎ手部には、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属について、発熱部における含有割合と、ヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在している。そのため、発熱部とヒータリードとの間において、第1金属及び第2金属のうち比重が小さい方の金属の濃度勾配が緩やかとなり、急激な金属元素の移動による空洞が発生しにくく、断線が抑制される。
When heat treatment is performed in a state where the paste that forms the heat generating portion and the paste that forms the heater lead are in direct contact with each other, liquid locally differs in density difference, resulting in a difference in metal concentration (density). The metal element is moved so as to relax, and the metal element having a low specific gravity tends to flow on the metal element side having a high specific gravity. Therefore, in the configuration in which the heat generating portion mainly composed of the first metal and the heater lead mainly composed of the second metal are in direct contact, a cavity caused by a rapid concentration gradient of the metal element is formed at the joint portion of the different metal. It occurs and it becomes easy to break.
In this configuration, when the heat generating part and the heater lead are directly connected, the heater joining part between the heat generating part and the heater lead is made of a heater having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. There is a component region having a size content ratio between the content ratio in the heat generating portion excluding the joint portion and the content ratio in the heater lead excluding the heater joint portion. Further, when the heat generating portion and the heater lead are indirectly connected via the heater joint portion, the heater joint portion includes a heat generating portion for a metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. There is a component region having a content ratio between the content ratio in and the content ratio in the heater lead. For this reason, the concentration gradient of the metal having the smaller specific gravity of the first metal and the second metal becomes gentle between the heat generating portion and the heater lead, so that a cavity due to a sudden movement of the metal element hardly occurs and disconnection is suppressed. Is done.

(12)(1)〜(10)のいずれかに記載のガスセンサ素子又は(11)に記載のヒータを備えたことを特徴とするガスセンサ。 (12) A gas sensor comprising the gas sensor element according to any one of (1) to (10) or the heater according to (11).

この構成のガスセンサは、電極とリードとの間や、発熱部とヒータリードとの間で、金属元素の急激な濃度勾配が緩和され、熱処理時の金属元素の移動が抑制されて、断線の原因となる空洞が生成しにくくなる。   In the gas sensor of this configuration, the steep concentration gradient of the metal element is relaxed between the electrode and the lead or between the heat generating part and the heater lead, and the movement of the metal element during the heat treatment is suppressed, causing the disconnection. It becomes difficult to generate a cavity.

第1実施形態に係るマルチガスセンサの構成を説明する長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction explaining the structure of the multi gas sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るマルチガスセンサ装置の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the multi-gas sensor apparatus which concerns on 1st Embodiment. アンモニアセンサ部の構成を説明する展開図である。It is an expanded view explaining the structure of an ammonia sensor part. アンモニア電極の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of an ammonia electrode. 第2実施形態に係るガスセンサの構成を説明する長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction explaining the structure of the gas sensor which concerns on 2nd Embodiment. セラミックヒータの構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of a ceramic heater. セラミックヒータの内部構成を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining the internal structure of a ceramic heater. 発熱抵抗体の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a heating resistor. 第3実施形態に係るアンモニアセンサ部の構成を説明する展開図である。It is an expanded view explaining the structure of the ammonia sensor part which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態における、アンモニア電極とアンモニア電極リードの接続構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the connection structure of the ammonia electrode and ammonia electrode lead in 3rd Embodiment. 第4実施形態における、アンモニア電極とアンモニア電極リードの接続構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the connection structure of the ammonia electrode and ammonia electrode lead in 4th Embodiment.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るガスセンサ素子(アンモニアセンサ部21)を備えたマルチガスセンサ装置1について、図1〜4を参照しながら説明する。本実施形態のマルチガスセンサ装置1は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス(被測定ガス)に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する尿素SCRシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるNOxと、アンモニア(尿素)とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO)およびアンモニアの濃度を測定するものである。
<First Embodiment>
A multi-gas sensor device 1 including a gas sensor element (ammonia sensor unit 21) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The multi-gas sensor device 1 of this embodiment is used for a urea SCR system that purifies nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas (gas to be measured) discharged from a diesel engine. More specifically, the concentration of nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), and ammonia contained in the exhaust gas after reacting NOx contained in the exhaust gas with ammonia (urea) is measured. Is.

なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置1が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。   Note that the engine to which the multi-gas sensor device 1 of the present embodiment is applied may be the above-described diesel engine or can be applied to a gasoline engine, and the type of the engine is not particularly limited.

マルチガスセンサ装置1には、図1および図2に示すように、センサ本体であるマルチガスセンサ2(本発明のガスセンサに相当)と、マルチガスセンサ2を制御すると共にセンサ出力を演算処理することにより、NO、NOおよびアンモニアの濃度を算出する制御部3と、が主に設けられている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the multi-gas sensor device 1 controls the multi-gas sensor 2 (corresponding to the gas sensor of the present invention) which is a sensor main body and the multi-gas sensor 2 and calculates the sensor output. A control unit 3 for calculating concentrations of NO, NO 2 and ammonia is mainly provided.

マルチガスセンサ2には、図1に示すように、センサ素子部10と、主体金具110と、セパレータ134と、接続端子138と、が主に設けられている。なお、以下の説明では、マルチガスセンサ2のセンサ素子部10が配置されている側(図1の下側)を先端側、接続端子138が配置されている側(図1の上側)を後端側と表記する。   As shown in FIG. 1, the multi-gas sensor 2 is mainly provided with a sensor element unit 10, a metal shell 110, a separator 134, and a connection terminal 138. In the following description, the side (lower side in FIG. 1) where the sensor element unit 10 of the multi-gas sensor 2 is arranged is the front end side, and the side where the connection terminal 138 is arranged (upper side in FIG. 1) is the rear end. Indicated as side.

センサ素子部10は、軸線O方向に延びる板形状を有する。センサ素子部10の後端には電極端子部10A、10Bが配置されている。図1においては、図示を容易にするために、センサ素子部10に形成された電極端子部を、電極端子部10Aおよび電極端子部10Bのみとしているが、実際には、後述するNOxセンサ部11やアンモニアセンサ部21が有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。なお、センサ素子部10のより詳細な説明は後述する。   The sensor element unit 10 has a plate shape extending in the axis O direction. Electrode terminal portions 10 </ b> A and 10 </ b> B are disposed at the rear end of the sensor element portion 10. In FIG. 1, for ease of illustration, the electrode terminal portions formed on the sensor element portion 10 are only the electrode terminal portion 10A and the electrode terminal portion 10B. A plurality of electrode terminal portions are formed according to the number of electrodes and the like that the ammonia sensor portion 21 has. A more detailed description of the sensor element unit 10 will be described later.

主体金具110は、マルチガスセンサ2をディーゼルエンジンの排気管に固定するネジ部111が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具110には、軸線方向に貫通する貫通孔112と、貫通孔112の径方向内側に突出する棚部113と、が主に設けられている。棚部113は、貫通孔112の径方向外側から中心に向かって先端側へ近づく傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。   The metal shell 110 is a cylindrical member in which a screw portion 111 that fixes the multi-gas sensor 2 to an exhaust pipe of a diesel engine is formed on the outer surface. The metal shell 110 is mainly provided with a through hole 112 penetrating in the axial direction and a shelf 113 projecting radially inward of the through hole 112. The shelf 113 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination that approaches the front end side from the radially outer side of the through hole 112 toward the center.

また、主体金具110は、センサ素子部10の先端側を、貫通孔112から先端側に突出させ、センサ素子部10の後端側を貫通孔112の後端側に突出させた状態で保持するものである。   The metal shell 110 holds the sensor element unit 10 in a state where the front end side of the sensor element unit 10 protrudes from the through hole 112 to the front end side and the rear end side of the sensor element unit 10 protrudes to the rear end side of the through hole 112. Is.

主体金具110の貫通孔112の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部10の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ114、粉末充填層である滑石リング115,116、セラミックスリーブ117が積層されている。   Inside the through-hole 112 of the metal shell 110, in order from the front end side to the rear end side, a ceramic holder 114 that is a cylindrical member surrounding the radial periphery of the sensor element unit 10, and a talc ring that is a powder-filled layer 115 and 116 and a ceramic sleeve 117 are laminated.

セラミックスリーブ117と主体金具110の後端側の端部との間には、加締めパッキン118が配置されている。セラミックホルダ114と主体金具110の棚部113との間には、金属ホルダ119が配置されている。金属ホルダ119は、滑石リング115やセラミックホルダ114を保持するものである。主体金具110の後端側の端部は、加締めパッキン118を介してセラミックスリーブ117を先端側に向かって押し付けるように加締められる部分である。   A caulking packing 118 is disposed between the ceramic sleeve 117 and the end portion on the rear end side of the metal shell 110. A metal holder 119 is disposed between the ceramic holder 114 and the shelf 113 of the metal shell 110. The metal holder 119 holds the talc ring 115 and the ceramic holder 114. The end portion on the rear end side of the metal shell 110 is a portion that is crimped so as to press the ceramic sleeve 117 toward the distal end side via the crimping packing 118.

主体金具110の先端側の端部には、外部プロテクタ121および内部プロテクタ122が設けられている。外部プロテクタ121および内部プロテクタ122は、先端側の端部が閉塞されたステンレス鋼などの金属材料から形成された筒状の部材である。内部プロテクタ122は、センサ素子部10の先端側の端部を覆った状態で主体金具110に溶接され、外部プロテクタ121は、内部プロテクタ122を覆った状態で主体金具110に溶接されている。   An external protector 121 and an internal protector 122 are provided at the end of the metal shell 110 on the front end side. The external protector 121 and the internal protector 122 are cylindrical members formed of a metal material such as stainless steel whose end on the distal end side is closed. The internal protector 122 is welded to the metal shell 110 in a state where the end of the sensor element unit 10 on the front end side is covered, and the external protector 121 is welded to the metal shell 110 in a state where the internal protector 122 is covered.

主体金具110の後端側の端部には、筒状に形成された外筒131の先端側の端部が固定されている。さらに、外筒131の後端側の端部である開口には、当該開口を閉塞するグロメット132が配置されている。   At the end on the rear end side of the metal shell 110, the end portion on the front end side of the outer cylinder 131 formed in a cylindrical shape is fixed. Furthermore, a grommet 132 that closes the opening is disposed in an opening that is an end portion on the rear end side of the outer cylinder 131.

グロメット132には、リード線141が挿通されるリード線挿通孔133が形成されている。リード線141は、センサ素子部10の電極端子部10Aや、電極端子部10Bに電気的に接続されるものである。   The grommet 132 is formed with a lead wire insertion hole 133 through which the lead wire 141 is inserted. The lead wire 141 is electrically connected to the electrode terminal portion 10A of the sensor element portion 10 and the electrode terminal portion 10B.

セパレータ134は、センサ素子部10の後端側に配置された筒状に形成された部材である。セパレータ134の内部に形成された空間は、軸線方向に貫通する挿通孔135である。セパレータ134の外表面には、径方向外側に突出する鍔部136が形成されている。   The separator 134 is a cylindrical member disposed on the rear end side of the sensor element unit 10. A space formed inside the separator 134 is an insertion hole 135 penetrating in the axial direction. On the outer surface of the separator 134, a flange 136 that protrudes radially outward is formed.

セパレータ134の挿通孔135には、センサ素子部10の後端部が挿入され、電極端子部10A、10Bがセパレータ134の内部に配置される。   The rear end portion of the sensor element portion 10 is inserted into the insertion hole 135 of the separator 134, and the electrode terminal portions 10 </ b> A and 10 </ b> B are disposed inside the separator 134.

セパレータ134と外筒131との間には、筒状に形成された保持部材137が配置されている。保持部材137は、セパレータ134の鍔部136と当接すると共に、外筒131の内面とも当接することにより、セパレータ134を外筒131に対して固定保持するものである。   Between the separator 134 and the outer cylinder 131, a holding member 137 formed in a cylindrical shape is disposed. The holding member 137 contacts the flange 136 of the separator 134 and also contacts the inner surface of the outer cylinder 131, thereby fixing and holding the separator 134 with respect to the outer cylinder 131.

接続端子138は、セパレータ134の挿通孔135内に配置される部材であり、センサ素子部10の電極端子部10Aや電極端子部10Bと、リード線141と、をそれぞれ独立に電気的に接続する導電部材である。なお、図1では、図示を容易にするために、2つの接続端子138のみが図示されている。   The connection terminal 138 is a member disposed in the insertion hole 135 of the separator 134, and electrically connects the electrode terminal portion 10A and the electrode terminal portion 10B of the sensor element portion 10 and the lead wire 141 independently of each other. It is a conductive member. In FIG. 1, only two connection terminals 138 are shown for ease of illustration.

マルチガスセンサ装置1の制御部3は、図2に示すように、マルチガスセンサ装置1が搭載された車両の車両側制御装置であるECU200と電気的に接続されている。ECU200は、制御部3で算出された排気ガス中のNO濃度、NO濃度およびアンモニア濃度を示すデータを受信し、受信データに基づいてディーゼルエンジンの運転状態の制御処理を実行したり、触媒に蓄積されたNOxの浄化処理を実行したりするものである。 As shown in FIG. 2, the control unit 3 of the multigas sensor device 1 is electrically connected to an ECU 200 that is a vehicle-side control device of a vehicle on which the multigas sensor device 1 is mounted. The ECU 200 receives data indicating the NO concentration, NO 2 concentration, and ammonia concentration in the exhaust gas calculated by the control unit 3, and executes control processing of the operation state of the diesel engine based on the received data, or the catalyst The accumulated NOx purification process is executed.

ここで、センサ素子部10の構成の詳細について、図2を参照しながら説明する。なお、図2では説明の便宜のために、センサ素子部10の長手方向に沿う断面図のみを表示している。   Here, the detail of a structure of the sensor element part 10 is demonstrated, referring FIG. For convenience of explanation, FIG. 2 shows only a cross-sectional view along the longitudinal direction of the sensor element unit 10.

センサ素子部10には、NOxセンサ部(NOx検出素子)11と、アンモニアセンサ部(本発明のガスセンサ素子に相当)21と、が主に設けられている。本実施形態におけるNOxセンサ部11は、公知のNOxセンサと同様な構成を有している。   The sensor element unit 10 is mainly provided with a NOx sensor unit (NOx detection element) 11 and an ammonia sensor unit (corresponding to the gas sensor element of the present invention) 21. The NOx sensor unit 11 in the present embodiment has the same configuration as a known NOx sensor.

NOxセンサ部11は、主に、絶縁層10e、第1固体電解質体12a、絶縁層10d、第3固体電解質体16a、絶縁層10c、第2固体電解質体18a、及び絶縁層10b、10aが、この順に積層された構造となっている。上述の各絶縁層10a、10b、10c、10d、10eはアルミナを主体として形成されている。   The NOx sensor unit 11 mainly includes an insulating layer 10e, a first solid electrolyte body 12a, an insulating layer 10d, a third solid electrolyte body 16a, an insulating layer 10c, a second solid electrolyte body 18a, and insulating layers 10b and 10a. The structure is laminated in this order. Each of the insulating layers 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e described above is formed mainly of alumina.

さらにNOxセンサ部11には、第1測定室S1が第1固体電解質体12aと第3固体電解質体16aとの層間に設けられ、NOx測定室に相当する第2測定室S2が、第1固体電解質体12aと第2固体電解質体18aとの層間に、第3固体電解質体16aを貫通して設けられている。   Further, in the NOx sensor unit 11, the first measurement chamber S1 is provided between the first solid electrolyte body 12a and the third solid electrolyte body 16a, and the second measurement chamber S2 corresponding to the NOx measurement chamber is provided in the first solid state. A third solid electrolyte body 16a is provided between the electrolyte body 12a and the second solid electrolyte body 18a.

被測定ガスが導入される第1測定室S1の入口端(図2の左側の端)には、第1拡散抵抗体14が配置されている。第1測定室S1における入口端と反対側の端(図2の右側の端)には、第1測定室S1と第2測定室S2とを区画する第2拡散抵抗体15が配置されている。上述の第1拡散抵抗体14および第2拡散抵抗体15はアルミナ等の多孔質物質から形成され、被測定ガスの透過性を有している。   A first diffusion resistor 14 is disposed at the inlet end (left end in FIG. 2) of the first measurement chamber S1 into which the gas to be measured is introduced. A second diffusion resistor 15 that partitions the first measurement chamber S1 and the second measurement chamber S2 is disposed at the end opposite to the inlet end in the first measurement chamber S1 (the right end in FIG. 2). . The first diffusion resistor 14 and the second diffusion resistor 15 described above are made of a porous material such as alumina, and have permeability to the gas to be measured.

NOxセンサ部11には、さらに、NOxセンサ部11や、アンモニアセンサ部21を活性温度にまで昇温し、それぞれのセンサを構成する固体電解質体における酸素イオンの導電性を高めるヒータ19が設けられている。ヒータ19は、白金または白金を含む合金を、センサ素子部10の長手方向に沿って延びる長尺板状に形成したものであり、絶縁層10bおよび絶縁層10aの間に埋設されるものである。   The NOx sensor unit 11 is further provided with a heater 19 that raises the temperature of the NOx sensor unit 11 and the ammonia sensor unit 21 to the activation temperature and increases the conductivity of oxygen ions in the solid electrolyte body constituting each sensor. ing. The heater 19 is formed of platinum or an alloy containing platinum in the shape of a long plate extending along the longitudinal direction of the sensor element unit 10, and is embedded between the insulating layer 10b and the insulating layer 10a. .

その他にNOxセンサ部11には、第1ポンピングセル12と、酸素濃度検出セル16と、第2ポンピングセル18と、が設けられている。   In addition, the NOx sensor unit 11 is provided with a first pumping cell 12, an oxygen concentration detection cell 16, and a second pumping cell 18.

第1ポンピングセル12は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体とする第1固体電解質体12aと、白金を主体とする内側第1ポンピング電極12bおよび外側第1ポンピング電極12cと、から主に構成されている。   The first pumping cell 12 is mainly composed of a first solid electrolyte body 12a mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity, and an inner first pumping electrode 12b and outer first pumping electrode 12c mainly composed of platinum. Has been.

内側第1ポンピング電極12bは、第1固体電解質体12aにおける第1測定室S1に露出する面に設けられている。さらに内側第1ポンピング電極12bは、多孔質体からなる保護層12dによって第1測定室S1側の表面が覆われている。   The inner first pumping electrode 12b is provided on the surface of the first solid electrolyte body 12a exposed to the first measurement chamber S1. Further, the inner first pumping electrode 12b has a surface on the first measurement chamber S1 side covered with a protective layer 12d made of a porous body.

外側第1ポンピング電極12cは、内側第1ポンピング電極12bの対極となる電極であり、内側第1ポンピング電極12bとの間に第1固体電解質体12aを挟んで配置されるものである。絶縁層10eにおける外側第1ポンピング電極12cが配置された領域に相当する部分は、くり抜かれて多孔質体12eが充填されている。多孔質体12eは、外側第1ポンピング電極12cと外部との間でガス(酸素)の出入りを可能とするものである。   The outer first pumping electrode 12c is an electrode serving as a counter electrode for the inner first pumping electrode 12b, and is disposed with the first solid electrolyte body 12a sandwiched between the inner first pumping electrode 12b. A portion corresponding to a region where the outer first pumping electrode 12c is disposed in the insulating layer 10e is hollowed out and filled with the porous body 12e. The porous body 12e allows gas (oxygen) to enter and exit between the outer first pumping electrode 12c and the outside.

酸素濃度検出セル16は、ジルコニアを主体とする第3固体電解質体16aと、白金を主体とし、第3固体電解質体16aを間に挟んで配置された検知電極16bおよび基準電極16cと、から主に構成されている。   The oxygen concentration detection cell 16 is mainly composed of a third solid electrolyte body 16a mainly composed of zirconia, and a detection electrode 16b and a reference electrode 16c mainly composed of platinum and arranged with the third solid electrolyte body 16a interposed therebetween. It is configured.

検知電極16bは、第3固体電解質体16aにおける第1測定室S1に露出する面であって、内側第1ポンピング電極12bよりも下流側、言い換えると、第2拡散抵抗体15側の領域に設けられている。   The detection electrode 16b is a surface exposed to the first measurement chamber S1 of the third solid electrolyte body 16a, and is provided downstream of the inner first pumping electrode 12b, in other words, in a region on the second diffusion resistor 15 side. It has been.

検知電極16bの対極である基準電極16cは、絶縁層10cを切り抜いて形成した基準酸素室17の内部に配置されている。この基準酸素室17の内部には、多孔質体が充填されている。基準酸素室17には、第1測定室S1から送りこまれた酸素が存在し、基準酸素室17内の酸素が酸素基準とされている。   A reference electrode 16c, which is a counter electrode of the detection electrode 16b, is disposed inside a reference oxygen chamber 17 formed by cutting out the insulating layer 10c. The reference oxygen chamber 17 is filled with a porous body. In the reference oxygen chamber 17, there is oxygen sent from the first measurement chamber S1, and oxygen in the reference oxygen chamber 17 is used as an oxygen reference.

第2ポンピングセル18は、ジルコニアを主体とする第2固体電解質体18aと、白金を主体とする内側第2ポンピング電極(電極)18bおよび第2ポンピング対電極(電極)18cと、から主に構成されている。   The second pumping cell 18 mainly includes a second solid electrolyte body 18a mainly composed of zirconia, an inner second pumping electrode (electrode) 18b mainly composed of platinum, and a second pumping counter electrode (electrode) 18c. Has been.

内側第2ポンピング電極18bは、第2固体電解質体18aにおける第2測定室S2に露出する領域に設けられている。第2ポンピング対電極18cは、第2固体電解質体18aにおける基準酸素室17に露出する領域であって、基準電極16cと対向する部分に設けられている。   The inner second pumping electrode 18b is provided in a region exposed to the second measurement chamber S2 in the second solid electrolyte body 18a. The second pumping counter electrode 18c is a region exposed to the reference oxygen chamber 17 in the second solid electrolyte body 18a, and is provided in a portion facing the reference electrode 16c.

さらに、上述の内側第1ポンピング電極12b、検知電極16b、および、内側第2ポンピング電極18bは、それぞれ基準電位に接続されている。   Further, the inner first pumping electrode 12b, the detection electrode 16b, and the inner second pumping electrode 18b are each connected to a reference potential.

その一方で、アンモニアセンサ部21は、NOxセンサ部11の外表面、より具体的には、絶縁層10eの上に形成されている。アンモニアセンサ部21は、NOxセンサ部11における基準電極16cと軸線O方向に略同位置(例えば図2の上側)に配置されている。   On the other hand, the ammonia sensor unit 21 is formed on the outer surface of the NOx sensor unit 11, more specifically, on the insulating layer 10e. The ammonia sensor unit 21 is disposed at substantially the same position (for example, the upper side in FIG. 2) in the direction of the axis O with the reference electrode 16c in the NOx sensor unit 11.

本実施形態では、NOxセンサ部11の第2固体電解質体18aの制御温度を600℃としたときに、NOxセンサ部11の外表面の温度が650℃となる位置に、アンモニアセンサ部21が配置されている。   In the present embodiment, when the control temperature of the second solid electrolyte body 18a of the NOx sensor unit 11 is 600 ° C., the ammonia sensor unit 21 is disposed at a position where the temperature of the outer surface of the NOx sensor unit 11 is 650 ° C. Has been.

アンモニアセンサ部21は、図2および図3に示すように、白金を主体とする基準電極21a(本発明の第2電極に相当)と、ジルコニアを主体とするアンモニア用固体電解質体23(本発明の固体電解質体に相当)と、酸化コバルトおよびジルコニアを主体とする中間層(電極)21bと、金を主体とするアンモニア電極(本発明の電極に相当)21cと、から主に構成されている。さらに、アンモニアセンサ部21は、多孔質からなる保護層24によって一体に覆われている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the ammonia sensor unit 21 includes a reference electrode 21a mainly composed of platinum (corresponding to the second electrode of the present invention) and an ammonia solid electrolyte body 23 mainly composed of zirconia (the present invention). ), An intermediate layer (electrode) 21b mainly composed of cobalt oxide and zirconia, and an ammonia electrode (corresponding to the electrode of the present invention) 21c mainly composed of gold. . Furthermore, the ammonia sensor unit 21 is integrally covered with a porous protective layer 24.

基準電極21aは、その電極表面で可燃性ガスが燃焼する電極であり、例えばPt単体であるか、またはPtを主成分とする材料で構成されている。さらに、基準電極21aは、絶縁層10eの外側面(図3の上側の面)に配置された矩形状の電極であり、絶縁層10eの長手方向(図3の左右方向)に延びる、白金を主体とする基準電極リード25が設けられている。基準電極リード25の後端側(図3の右側)の端部は、電極端子部を形成している。   The reference electrode 21a is an electrode in which a combustible gas burns on the electrode surface, and is made of, for example, Pt alone or a material containing Pt as a main component. Furthermore, the reference electrode 21a is a rectangular electrode disposed on the outer surface (the upper surface in FIG. 3) of the insulating layer 10e, and platinum that extends in the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 3) of the insulating layer 10e. A main reference electrode lead 25 is provided. The end portion on the rear end side (right side in FIG. 3) of the reference electrode lead 25 forms an electrode terminal portion.

アンモニア用固体電解質体23は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等の酸素イオン伝導性材料で構成されたものであり、絶縁層10eとの間に基準電極21aを挟んで配置されるものである。   The ammonia solid electrolyte body 23 is made of an oxygen ion conductive material such as yttria-stabilized zirconia (YSZ), and is disposed with the reference electrode 21a sandwiched between the insulating layer 10e.

中間層21bは、アンモニア用固体電解質体23の外側面であって、基準電極21aと対向する位置に配置されたものである。
なお、本実施形態では、中間層21bは、酸化コバルトとジルコニアとを主体としていたが、酸素イオン導電性の固体電解質成分(つまりはジルコニア)を50質量%以上含有するとともに、Mn,Cu,NiおよびCeの群から選ばれる1種以上の金属の酸化物である第1の金属酸化物を含む層であっても良い。また、例えば、第1の金属酸化物が、酸化コバルト(Co)である場合には、被検出ガスに含まれるHOによって、アンモニアセンサ部21におけるアンモニア濃度の感度の変動が抑制される。上述の第1の金属酸化物は、金属酸化物または複合酸化物の形態をとるものである。なお、中間層21bに含まれる固体電解質成分は、本発明のガスセンサを構成する固体電解質体と同一の組成であってもよいし、異なる成分であってもよい。
The intermediate layer 21b is an outer surface of the ammonia solid electrolyte body 23 and is disposed at a position facing the reference electrode 21a.
In the present embodiment, the intermediate layer 21b is mainly composed of cobalt oxide and zirconia. However, the intermediate layer 21b contains 50 mass% or more of an oxygen ion conductive solid electrolyte component (that is, zirconia), and Mn, Cu, Ni And a layer containing a first metal oxide which is an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Ce and Ce. Further, for example, when the first metal oxide is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the fluctuation of the sensitivity of the ammonia concentration in the ammonia sensor unit 21 is suppressed by H 2 O contained in the gas to be detected. Is done. The first metal oxide described above takes the form of a metal oxide or a composite oxide. The solid electrolyte component contained in the intermediate layer 21b may have the same composition as the solid electrolyte body constituting the gas sensor of the present invention, or may be a different component.

中間層21bに含有される第1の金属酸化物の割合は、1質量%から50質量%までであることが好ましい。第1の金属酸化物の含有割合が1質量%未満であると、中間層21bのアンモニアガスに対する選択性が十分に確保できないおそれがある。また、第1の金属酸化物の含有割合が50質量%を超えると、中間層21bの固体電解質成分の割合が少なくなり、中間層21bの酸素イオン伝導性が低下するおそれがある。   The ratio of the first metal oxide contained in the intermediate layer 21b is preferably 1% by mass to 50% by mass. When the content ratio of the first metal oxide is less than 1% by mass, there is a possibility that the selectivity of the intermediate layer 21b with respect to the ammonia gas cannot be ensured sufficiently. Moreover, when the content rate of a 1st metal oxide exceeds 50 mass%, there exists a possibility that the ratio of the solid electrolyte component of the intermediate | middle layer 21b may decrease, and the oxygen ion conductivity of the intermediate | middle layer 21b may fall.

さらに、中間層21bが多孔質であることが好ましい。中間層21bを多孔質体から形成することにより、中間層21bのアンモニアガスに対する選択性が向上し、アンモニアセンサ部21におけるアンモニアガスの検出感度が向上する。   Furthermore, the intermediate layer 21b is preferably porous. By forming the intermediate layer 21b from a porous body, the selectivity of the intermediate layer 21b with respect to ammonia gas is improved, and the ammonia gas detection sensitivity in the ammonia sensor unit 21 is improved.

なお、中間層21bに第1の金属酸化物が含まれるか否かは、アンモニアセンサ部21の断面をEPMA(電子線マイクロアナライザ)で分析することにより確認できる。一般的には、切断面の3ヶ所をEPMAで分析し、分析結果の平均値によって確認できる。   Whether or not the first metal oxide is contained in the intermediate layer 21b can be confirmed by analyzing the cross section of the ammonia sensor unit 21 with an EPMA (electron beam microanalyzer). In general, three portions of the cut surface are analyzed by EPMA, and the average value of the analysis results can be confirmed.

アンモニア電極21cは、中間層21bの外側面に配置されたものである。言い換えると、アンモニア電極21cは、基準電極21aとの間にアンモニア用固体電解質体23および中間層21bを挟んで配置されたものである。   The ammonia electrode 21c is disposed on the outer surface of the intermediate layer 21b. In other words, the ammonia electrode 21c is disposed with the solid electrolyte for ammonia 23 and the intermediate layer 21b sandwiched between the reference electrode 21a.

アンモニア電極21cには、アンモニア電極リード(本発明のリードに相当)21dがアンモニア電極21cから後端側に向かって延びて形成されている。詳細には、図4に示すように、アンモニア電極21cには、アンモニア電極リード21dが、継ぎ手部(本発明の成分領域に相当)70を介して電気的に接続されている。継ぎ手部70の詳細については、後述する。アンモニア電極リード21dは、白金を主成分とする材料で形成されている。すなわち、アンモニア電極リード21dは、白金を50質量%以上含有している。白金は、本発明の第2金属に相当する。また、アンモニア電極リード21dの後端側の端部は、電極端子部を形成している。   An ammonia electrode lead (corresponding to a lead of the present invention) 21d is formed on the ammonia electrode 21c so as to extend from the ammonia electrode 21c toward the rear end side. Specifically, as shown in FIG. 4, an ammonia electrode lead 21d is electrically connected to the ammonia electrode 21c via a joint portion (corresponding to a component region of the present invention) 70. Details of the joint portion 70 will be described later. The ammonia electrode lead 21d is formed of a material whose main component is platinum. That is, the ammonia electrode lead 21d contains 50% by mass or more of platinum. Platinum corresponds to the second metal of the present invention. Further, the end portion on the rear end side of the ammonia electrode lead 21d forms an electrode terminal portion.

また、アンモニア電極21cは、Au(金)を主成分としている。すなわち、アンモニア電極21cは、Auを70質量%以上含有する材料から形成された電極であり、検知電極として働くものである。金は、本発明の第1金属に相当する。なお、アンモニア電極21cには、上述の第1の金属酸化物が含まれていても、含まれていなくても良いが、含まれない形態とすれば、アンモニア電極21cにおけるアンモニアガスの燃焼が抑制され、アンモニア電極21cと中間層21bとの界面に到達するアンモニアガスが減少しにくい。言い換えると、アンモニアセンサ部21の検知精度が向上し、特に、10ppm付近の低濃度のアンモニアを高い精度で検出することが可能となる。   The ammonia electrode 21c is mainly composed of Au (gold). That is, the ammonia electrode 21c is an electrode formed from a material containing 70% by mass or more of Au and serves as a detection electrode. Gold corresponds to the first metal of the present invention. The ammonia electrode 21c may or may not contain the first metal oxide described above, but if it is not included, combustion of ammonia gas at the ammonia electrode 21c is suppressed. Thus, the ammonia gas that reaches the interface between the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b is unlikely to decrease. In other words, the detection accuracy of the ammonia sensor unit 21 is improved, and in particular, low concentration ammonia near 10 ppm can be detected with high accuracy.

また、Auを70質量%以上含有する材料からアンモニア電極21cを形成することにより、アンモニア電極21cにおける集電体としての能力が確保される。なお、Auの含有量が70質量%未満の材料を用いてアンモニア電極21cを形成すると、アンモニア電極21cにおける集電体としての能力確保が難しくなる。つまり、アンモニアセンサ部21によるアンモニアガスの検知が困難になる。   Moreover, the capability as a collector in the ammonia electrode 21c is ensured by forming the ammonia electrode 21c from a material containing 70% by mass or more of Au. Note that when the ammonia electrode 21c is formed using a material having an Au content of less than 70% by mass, it is difficult to secure the capability of the ammonia electrode 21c as a current collector. That is, it becomes difficult to detect ammonia gas by the ammonia sensor unit 21.

アンモニア電極21cを、Zr(ジルコニウム),Y(イットリウム),Al(アルミニウム)およびSi(ケイ素)の群から選ばれる1種以上の金属の酸化物である第2の金属酸化物を含む多孔質電極として形成することで、アンモニア電極21cにガス透過性を付与することができる。そのため、アンモニアガスがアンモニア電極21cを透過することができ、アンモニア電極21cと中間層21bとの界面まで容易に到達することができる。なお、アンモニア電極21cは、第2の金属酸化物を5質量%から30質量%までの割合で含有していることが好ましい。   The ammonia electrode 21c is a porous electrode including a second metal oxide that is an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Zr (zirconium), Y (yttrium), Al (aluminum), and Si (silicon). As a result, gas permeability can be imparted to the ammonia electrode 21c. Therefore, ammonia gas can permeate the ammonia electrode 21c and can easily reach the interface between the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b. In addition, it is preferable that the ammonia electrode 21c contains the 2nd metal oxide in the ratio from 5 mass% to 30 mass%.

アンモニア電極21cと中間層21bとの界面まで到達したアンモニアガスは、当該界面において酸素イオンと反応(電極反応)する。そのため、アンモニア電極21cと中間層21bとがアンモニアガスの検知部として機能することができる。ここで、第1の金属酸化物を、アンモニア電極21cと中間層21bとの界面に存在させることにより、アンモニア電極21cおよび中間層21bにおける例えばHCガス等のアンモニアガス以外のガスに対する感度を低下させ、アンモニアガスの選択性を向上させることができる。   The ammonia gas that reaches the interface between the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b reacts with oxygen ions (electrode reaction) at the interface. Therefore, the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b can function as an ammonia gas detector. Here, the presence of the first metal oxide at the interface between the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b reduces the sensitivity of the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b to gases other than ammonia gas such as HC gas. The selectivity of ammonia gas can be improved.

アンモニアガスの選択性が向上する理由は明らかではないが、上述の界面に介在する第1の金属酸化物が、電極反応場を修飾するためと考えられている。さらに、第1の金属酸化物は、酸性の性質を有するため、塩基性分子であるNHと強く相互作用し、他のガスよりもNHに対する電極反応が有利に進むと考えられている。これらのことから、アンモニア電極21cおよび中間層21bにおけるアンモニアガスの選択性が向上していると考えられている。 The reason why the selectivity of ammonia gas is improved is not clear, but it is considered that the first metal oxide interposed in the above-described interface modifies the electrode reaction field. Furthermore, since the first metal oxide has an acidic property, it is considered that the first metal oxide interacts strongly with NH 3 that is a basic molecule, and the electrode reaction with respect to NH 3 proceeds more favorably than other gases. From these facts, it is considered that the selectivity of ammonia gas in the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b is improved.

なお、本実施形態では、アンモニア電極21cと中間層21bとを分けて設けているが、アンモニア電極21cに、中間層21bに含まれる酸化コバルトを含有させて、中間層21bを省略してもよい。   In the present embodiment, the ammonia electrode 21c and the intermediate layer 21b are provided separately. However, the intermediate layer 21b may be omitted by making the ammonia electrode 21c contain cobalt oxide contained in the intermediate layer 21b. .

保護層24は、アンモニア電極21cへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部からアンモニアセンサ部21に流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層24を形成する材料としては、アルミナ(酸化アルミニウム)、スピネル(MgAl)、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも1種の材料を例示できる。保護層24による被測定ガスの拡散速度は、保護層24の厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。 The protective layer 24 adjusts the diffusion rate of the gas to be measured flowing from the outside into the ammonia sensor unit 21 while preventing the poisonous substance from adhering to the ammonia electrode 21c. Examples of the material for forming the protective layer 24 include at least one material selected from the group consisting of alumina (aluminum oxide), spinel (MgAl 2 O 4 ), silica alumina, and mullite. The diffusion rate of the gas to be measured by the protective layer 24 is adjusted by adjusting the thickness, particle size, particle size distribution, porosity, blending ratio, etc. of the protective layer 24.

なお、上述の実施形態のように保護層24を設けてもよいし、保護層24を設けることなくアンモニア電極21cなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。   The protective layer 24 may be provided as in the above-described embodiment, or the ammonia electrode 21c and the like may be exposed without providing the protective layer 24, and is not particularly limited.

制御部3には、図2に示すように、回路基板上に配置されたアナログ回路である制御回路50と、マイクロコンピュータ60と、が設けられている。   As shown in FIG. 2, the control unit 3 includes a control circuit 50 that is an analog circuit disposed on a circuit board, and a microcomputer 60.

マイクロコンピュータ60は、制御部3の全体を制御するものである。マイクロコンピュータ60には、中央演算処理装置であるCPU61と、記憶手段であるRAM62およびROM63と、信号入出力部64と、A/Dコンバータ65と、クロック(図示せず。)と、が主に設けられている。マイクロコンピュータ60は、ROM63などに予め格納されたプログラムをCPU61が実行することにより、各種の処理を行うものである。   The microcomputer 60 controls the entire control unit 3. The microcomputer 60 mainly includes a CPU 61 as a central processing unit, a RAM 62 and a ROM 63 as storage means, a signal input / output unit 64, an A / D converter 65, and a clock (not shown). Is provided. The microcomputer 60 performs various processes when the CPU 61 executes a program stored in advance in the ROM 63 or the like.

制御回路50は、基準電圧比較回路51と、Ip1ドライブ回路52と、Vs検出回路53と、Icp供給回路54と、Ip2検出回路55と、Vp2印加回路56と、ヒータ駆動回路57と、起電力検出回路58と、から主に構成されている。   The control circuit 50 includes a reference voltage comparison circuit 51, an Ip1 drive circuit 52, a Vs detection circuit 53, an Icp supply circuit 54, an Ip2 detection circuit 55, a Vp2 application circuit 56, a heater drive circuit 57, and an electromotive force. The detection circuit 58 is mainly configured.

Ip1ドライブ回路52は、NOxセンサ部11の外側第1ポンピング電極12cに電気的に接続され、Vs検出回路53およびIcp供給回路54は、基準電極16cに並列に電気的に接続されている。Ip2検出回路55およびVp2印加回路56は、第2ポンピング対電極18cに並列に電気的に接続され、ヒータ駆動回路57は、ヒータ19に電気的に接続されている。   The Ip1 drive circuit 52 is electrically connected to the first outer pumping electrode 12c of the NOx sensor unit 11, and the Vs detection circuit 53 and the Icp supply circuit 54 are electrically connected in parallel to the reference electrode 16c. The Ip2 detection circuit 55 and the Vp2 application circuit 56 are electrically connected in parallel to the second pumping counter electrode 18 c, and the heater drive circuit 57 is electrically connected to the heater 19.

起電力検出回路58は、アンモニアセンサ部21における基準電極21aおよびアンモニア電極21cに電気的に接続されている。さらに、起電力検出回路58は、基準電極21aおよびアンモニア電極21cの間の起電力である、アンモニア起電力EMFを検出してマイクロコンピュータ60に出力している。   The electromotive force detection circuit 58 is electrically connected to the reference electrode 21a and the ammonia electrode 21c in the ammonia sensor unit 21. Further, the electromotive force detection circuit 58 detects an ammonia electromotive force EMF, which is an electromotive force between the reference electrode 21a and the ammonia electrode 21c, and outputs it to the microcomputer 60.

Ip1ドライブ回路52は、内側第1ポンピング電極12bと外側第1ポンピング電極12cとの間に第1ポンピング電流Ip1を供給するとともに、供給した第1ポンピング電流Ip1を検出するものである。   The Ip1 drive circuit 52 supplies the first pumping current Ip1 between the inner first pumping electrode 12b and the outer first pumping electrode 12c, and detects the supplied first pumping current Ip1.

Vs検出回路53は、検知電極16bと基準電極16cとの間の電圧Vsを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路51に出力するものである。基準電圧比較回路51は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路53の出力(電圧Vs)とを比較し、比較した結果をIp1ドライブ回路52に出力するものである。   The Vs detection circuit 53 detects the voltage Vs between the detection electrode 16b and the reference electrode 16c, and outputs the detected result to the reference voltage comparison circuit 51. The reference voltage comparison circuit 51 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the output (voltage Vs) of the Vs detection circuit 53, and outputs the comparison result to the Ip1 drive circuit 52.

Ip1ドライブ回路52は、電圧Vsが上述の基準電圧と等しくなるようにIp1電流の流れる向きと、大きさとを制御するとともに、第1測定室S1内の酸素濃度をNOxが分解しない程度の所定値に調整するものである。   The Ip1 drive circuit 52 controls the flow direction and magnitude of the Ip1 current so that the voltage Vs becomes equal to the above-described reference voltage, and has a predetermined value that does not decompose the oxygen concentration in the first measurement chamber S1. To adjust.

Icp供給回路54は、検知電極16bと基準電極16cとの間に微弱な電流Icpを流すものであり、電流Icpを供給することで、酸素を第1測定室S1から基準酸素室17内に送り込み、基準電極16cを基準となる所定の酸素濃度に晒させるものである。   The Icp supply circuit 54 allows a weak current Icp to flow between the detection electrode 16b and the reference electrode 16c. By supplying the current Icp, oxygen is sent into the reference oxygen chamber 17 from the first measurement chamber S1. The reference electrode 16c is exposed to a predetermined oxygen concentration as a reference.

Vp2印加回路56は、内側第2ポンピング電極18bと第2ポンピング対電極18cとの間に、一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加し、NOxを窒素と酸素に分解させるものである。一定電圧Vp2は、被測定ガス中のNOxガスが酸素とNガスに分解する程度の電圧である。 The Vp2 application circuit 56 applies a constant voltage Vp2 (for example, 450 mV) between the inner second pumping electrode 18b and the second pumping counter electrode 18c, and decomposes NOx into nitrogen and oxygen. The constant voltage Vp2 is such a voltage that the NOx gas in the gas to be measured is decomposed into oxygen and N 2 gas.

Ip2検出回路55は、第2ポンピングセル18に流れる第2ポンピング電流Ip2を検出するものである。第2ポンピング電流Ip2は、NOxの分解により生じた酸素が第2測定室S2から第2固体電解質体18aを介して第2ポンピング対電極18c側に汲み出される際に流れる電流である。   The Ip2 detection circuit 55 detects the second pumping current Ip2 flowing through the second pumping cell 18. The second pumping current Ip2 is a current that flows when oxygen generated by the decomposition of NOx is pumped from the second measurement chamber S2 to the second pumping counter electrode 18c side through the second solid electrolyte body 18a.

Ip1ドライブ回路52は、検出した第1ポンピング電流Ip1の値をA/Dコンバータ65に出力するものであり、Ip2検出回路55は、検出した第2ポンピング電流Ip2の値をA/Dコンバータ65に出力するものである。A/Dコンバータ65は、第1ポンピング電流Ip1および第2ポンピング電流Ip2の値をデジタル変換し、信号入出力部64を介してCPU61に出力するものである。   The Ip1 drive circuit 52 outputs the detected value of the first pumping current Ip1 to the A / D converter 65, and the Ip2 detection circuit 55 supplies the detected value of the second pumping current Ip2 to the A / D converter 65. Output. The A / D converter 65 digitally converts the values of the first pumping current Ip1 and the second pumping current Ip2 and outputs them to the CPU 61 via the signal input / output unit 64.

次に、NOxセンサ部11およびアンモニアセンサ部21が形成されたセンサ素子部10の製造方法について説明する。ここでは、アンモニアセンサ部21の製造方法について説明する。なお、NOxセンサ部11の製造方法は公知の製造方法であるため、本実施形態ではその詳細な説明を省略する。   Next, a manufacturing method of the sensor element unit 10 in which the NOx sensor unit 11 and the ammonia sensor unit 21 are formed will be described. Here, a manufacturing method of the ammonia sensor unit 21 will be described. In addition, since the manufacturing method of the NOx sensor part 11 is a well-known manufacturing method, the detailed description is abbreviate | omitted in this embodiment.

アンモニアセンサ部21の製造方法について、図3,4を参照して以下に説明する。
最初に、絶縁層10eの上に基準電極21aを形成するPt、アルミナ(共素地として用いる無機酸化物)、バインダおよび有機溶剤を含む電極ペースト(以下、「Pt系ペースト」と表記する。)をスクリーン印刷により配置し、所定温度(約1400℃以上)で焼成する。
A method for manufacturing the ammonia sensor unit 21 will be described below with reference to FIGS.
First, an electrode paste (hereinafter referred to as “Pt-based paste”) containing Pt, alumina (an inorganic oxide used as a common substrate), a binder and an organic solvent for forming the reference electrode 21a on the insulating layer 10e. It arrange | positions by screen printing and bakes at predetermined temperature (about 1400 degreeC or more).

焼成された基準電極21aの上に、アンモニア用固体電解質体23を形成する固体電解質体の成分となる酸化物粉末、バインダおよび有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1500℃)で焼成する。以上により、基準電極21a、および、アンモニア用固体電解質体23が形成される。   On the baked reference electrode 21a, a paste containing oxide powder, binder, and organic solvent, which are components of the solid electrolyte body forming the solid electrolyte body 23 for ammonia, is disposed by screen printing, and a predetermined temperature (for example, 1500). ℃). Thus, the reference electrode 21a and the ammonia solid electrolyte body 23 are formed.

次いで、アンモニア用固体電解質体23の上に、中間層21bを形成する上記第1の金属酸化物および固体電解質成分を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、中間層21bが形成される。   Next, a paste containing the first metal oxide forming the intermediate layer 21b and the solid electrolyte component is disposed on the solid electrolyte body 23 for ammonia by screen printing and fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). Thereby, the intermediate layer 21b is formed.

さらに、中間層21bの上に、アンモニア電極リード21dを形成するPt系ペーストをスクリーン印刷により配置する。そして、このPt系ペーストの端部に重ねるようにして、継ぎ手部70を形成するペーストをスクリーン印刷により配置する。次に、この継ぎ手部70を形成するペーストに重ねるようにして、アンモニア電極21cを形成するAu系ペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、アンモニア電極21cが形成される。最後に、基準電極21a、アンモニア用固体電解質体23、中間層21bおよびアンモニア電極21cを覆うように、アルミナ等を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、保護層24が形成される。以上によりアンモニアセンサ部21が形成される。   Further, a Pt-based paste for forming the ammonia electrode lead 21d is disposed on the intermediate layer 21b by screen printing. And the paste which forms the joint part 70 is arrange | positioned by screen printing so that it may overlap with the edge part of this Pt-type paste. Next, an Au-based paste for forming the ammonia electrode 21c is arranged by screen printing so as to overlap the paste for forming the joint portion 70, and is baked at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.), whereby the ammonia electrode 21c. Is formed. Finally, a paste containing alumina or the like is disposed by screen printing so as to cover the reference electrode 21a, the solid electrolyte for ammonia 23, the intermediate layer 21b, and the ammonia electrode 21c, and fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). Thus, the protective layer 24 is formed. Thus, the ammonia sensor unit 21 is formed.

次に、本実施形態の特徴であるアンモニア電極21cと、アンモニア電極リード21dとの間の継ぎ手部70について説明する。
継ぎ手部70には、Au(第1金属)及びPt(第2金属)が合計50質量%以上含有されている。継ぎ手部70は、アンモニア電極21cにおけるAuの含有割合と、アンモニア電極リード21dにおけるAuの含有割合と、の間の大きさのAuの含有割合となっている。すなわち、継ぎ手部70のAuの濃度は、アンモニア電極21cよりも低く、かつアンモニア電極リード21dよりも高い。また、継ぎ手部70のPtの含有割合は、アンモニア電極21cにおけるPtの含有割合と、アンモニア電極リード21dにおけるPtの含有割合と、の間の大きさである。すなわち、継ぎ手部70のPtの濃度は、アンモニア電極リード21dよりも低く、かつアンモニア電極21cよりも高い。すなわち、Au濃度について、継ぎ手部70は、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dの間の濃度とされている。また、Pt濃度についても、継ぎ手部70は、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dの間の濃度とされている。
継ぎ手部70のAuの濃度は、継ぎ手部70におけるAu及びPtの全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましく、45〜55質量%であることが更に好ましい。
継ぎ手部70のPtの濃度は、継ぎ手部70におけるAu及びPtの全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましく、45〜55質量%であることが更に好ましい。
継ぎ手部70における金属成分は、実質的に、Au及びPtからなることが好ましい。ここで、「実質的に、Au及びPtからなる」とは、Au及びPt以外の他の金属成分が実質的に0%(具体的には、5.0質量%未満)であることを意味する。
Next, the joint portion 70 between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d, which is a feature of this embodiment, will be described.
The joint portion 70 contains a total of 50 mass% or more of Au (first metal) and Pt (second metal). The joint portion 70 has an Au content ratio that is between the Au content ratio in the ammonia electrode 21c and the Au content ratio in the ammonia electrode lead 21d. That is, the concentration of Au in the joint portion 70 is lower than that of the ammonia electrode 21c and higher than that of the ammonia electrode lead 21d. Further, the Pt content in the joint portion 70 is a size between the Pt content in the ammonia electrode 21c and the Pt content in the ammonia electrode lead 21d. That is, the Pt concentration in the joint portion 70 is lower than the ammonia electrode lead 21d and higher than the ammonia electrode 21c. That is, regarding the Au concentration, the joint portion 70 has a concentration between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d. Further, regarding the Pt concentration, the joint portion 70 has a concentration between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d.
The concentration of Au in the joint part 70 is preferably 30 to 70% by mass, more preferably 40 to 60% by mass, when the total amount of Au and Pt in the joint part 70 is 100% by mass. More preferably, it is 45-55 mass%.
The Pt concentration in the joint part 70 is preferably 30 to 70% by mass, more preferably 40 to 60% by mass, when the total amount of Au and Pt in the joint part 70 is 100% by mass. More preferably, it is 45-55 mass%.
The metal component in the joint portion 70 is preferably substantially made of Au and Pt. Here, “substantially consists of Au and Pt” means that the metal components other than Au and Pt are substantially 0% (specifically, less than 5.0% by mass). To do.

本実施形態のガスセンサ素子(アンモニアセンサ部21)では、継ぎ手部70の存在により、金属元素の急激な濃度勾配が緩やかとなり、焼成時(熱処理時)でもアンモニア電極21cのAuがアンモニア電極リード21dへ移動しにくい。よって、Auの移動に起因する空洞が発生しにくく、断線が抑制される。
第1金属がAuであり、第2金属がPtの場合は、焼成時に金属元素の移動が起こりやすい組合せであるが、継ぎ手部70を介在させることによって、金属元素の移動を効果的に抑制できる。
In the gas sensor element (ammonia sensor portion 21) of the present embodiment, due to the presence of the joint portion 70, the abrupt concentration gradient of the metal element becomes gentle, and Au of the ammonia electrode 21c to the ammonia electrode lead 21d even during firing (during heat treatment). Difficult to move. Therefore, cavities due to the movement of Au hardly occur, and disconnection is suppressed.
When the first metal is Au and the second metal is Pt, the metal element is likely to move during firing, but the metal element movement can be effectively suppressed by interposing the joint portion 70. .

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るガスセンサ310について、図5〜8を参照しながら説明する。
図5は、ガスセンサ310の構成を示した説明図である。ガスセンサ310は、酸素検出素子320(本発明のガスセンサ素子に相当)と、主体金具311と、内側端子部材330と、外側端子部材340と、セラミックヒータ300(本発明のヒータに相当)と、を備える。
Second Embodiment
A gas sensor 310 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas sensor 310. The gas sensor 310 includes an oxygen detection element 320 (corresponding to the gas sensor element of the present invention), a metal shell 311, an inner terminal member 330, an outer terminal member 340, and a ceramic heater 300 (corresponding to the heater of the present invention). Prepare.

酸素検出素子320は、先端320s(図5下側)が閉じ、後端320k(図5上側)が開口し、軸線AXに沿った軸線方向(図5上下方向)に延びる断面略U字状の有底筒状である。酸素検出素子320は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体321と、固体電解質体321の外周面の一部に、メッキ等によって形成された図示しない外側電極層と、固体電解質体321の内周面の一部に、メッキ等によって形成された図示しない内側電極層を備える。また、酸素検出素子320の外周面において、軸線AX方向の中間部には、径方向外側に突出する係合フランジ部320fが設けられ、後述する主体金具311に係合される。   The oxygen detection element 320 has a front end 320s (lower side in FIG. 5) closed, a rear end 320k (upper side in FIG. 5) opened, and a substantially U-shaped cross section extending in the axial direction (vertical direction in FIG. 5) along the axis AX. It has a bottomed cylindrical shape. The oxygen detection element 320 includes a solid electrolyte body 321 having oxygen ion conductivity, an outer electrode layer (not shown) formed by plating or the like on a part of the outer circumferential surface of the solid electrolyte body 321, and an inner circumference of the solid electrolyte body 321. An inner electrode layer (not shown) formed by plating or the like is provided on a part of the surface. In addition, on the outer peripheral surface of the oxygen detection element 320, an engagement flange portion 320f protruding outward in the radial direction is provided at an intermediate portion in the axis AX direction, and is engaged with a metal shell 311 described later.

主体金具311は、酸素検出素子320の外周の一部を包囲する筒状に形成され、内部に金属製パッキン381、382、383と、インシュレータ313、313bおよびセラミック粉末314を介在させて、係合フランジ部320fと係合し、酸素検出素子320を保持している。これにより、酸素検出素子320は、主体金具311の内側において気密に保持されている。また、主体金具311は、主体金具311の先端側開口部から突出する酸素検出素子320の先端部を覆うように、プロテクタ315が取り付けられている。このプロテクタ315は、外側プロテクタ315aと内側プロテクタ315bの二重構造を備え、外側プロテクタ315aおよび内側プロテクタ315bには、排気ガスを透過させる複数のガス透過口が形成されている。酸素検出素子320の図示しない外側電極層は、プロテクタ315のガス透過口を通して、排気ガスと接触することができる。   The metal shell 311 is formed in a cylindrical shape surrounding a part of the outer periphery of the oxygen detection element 320, and is engaged with metal packings 381, 382, 383, insulators 313, 313b, and ceramic powder 314 interposed therebetween. The oxygen detecting element 320 is held by engaging with the flange portion 320f. Thereby, the oxygen detection element 320 is kept airtight inside the metal shell 311. A protector 315 is attached to the metallic shell 311 so as to cover the distal end portion of the oxygen detecting element 320 protruding from the opening on the distal end side of the metallic shell 311. The protector 315 has a double structure of an outer protector 315a and an inner protector 315b, and the outer protector 315a and the inner protector 315b are formed with a plurality of gas permeation ports through which exhaust gas permeates. An outer electrode layer (not shown) of the oxygen detection element 320 can come into contact with the exhaust gas through the gas permeation port of the protector 315.

主体金具311は、外周面に形成された六角部311cの後端側に接続部311dを備える。接続部311dは、筒状の金属外筒316の先端側が外側から全周レーザ溶接により固着されている。金属外筒316の後端側開口部は、フッ素ゴムで構成されたグロメット317を嵌入させて加締封止されている。グロメット317の先端側には、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ318が配置されている。そして、グロメット317およびセパレータ318を貫通してセンサ出力リード線319、319bおよびヒータリード線312b、312cが配置されている。なお、グロメット317の中央には、軸線AXに沿って貫通口が形成されており、この貫通口に撥水性および通気性を兼ね備えるシート状のフィルタ385を被せた状態の金属パイプ386が嵌め込まれている。これにより、ガスセンサ310の外部の大気はフィルタ385を介して金属外筒316内に導入され、ひいては酸素検出素子320の内部空間G内に導入される。   The metal shell 311 includes a connecting portion 311d on the rear end side of the hexagonal portion 311c formed on the outer peripheral surface. In the connection portion 311d, the distal end side of the cylindrical metal outer cylinder 316 is fixed from the outside by full-circle laser welding. The rear end side opening of the metal outer cylinder 316 is caulked and sealed by inserting a grommet 317 made of fluoro rubber. A separator 318 made of an insulating alumina ceramic is disposed on the tip side of the grommet 317. Sensor output lead wires 319 and 319b and heater lead wires 312b and 312c are disposed through the grommet 317 and the separator 318. A through-hole is formed in the center of the grommet 317 along the axis AX, and a metal pipe 386 in a state where a sheet-like filter 385 having both water repellency and air permeability is covered is fitted into the through-hole. Yes. As a result, the atmosphere outside the gas sensor 310 is introduced into the metal outer cylinder 316 via the filter 385 and then into the internal space G of the oxygen detection element 320.

外側端子部材340は、ステンレス鋼板からなり、軸線AXの直交方向断面が略C字状の外嵌部341と、外嵌部341の後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部342と、さらにこの後端側に位置し、センサ出力リード線319bの芯線を加締により把持し、外側端子部材340とセンサ出力リード線319bとを電気的に接続するコネクタ部343とを備える。セパレータ挿入部342は、セパレータ318内に挿入されると共に、このセパレータ挿入部342から分岐して突出するセパレータ当接部342dが、保持孔318dに弾性的に当接することにより外側端子部材340自身をセパレータ318内に保持している。また、外嵌部341は、径方向断面の内接円の径が、酸素検出素子320の後端側における外周面の径より小さく形成されている。このため、外側端子部材340が酸素検出素子320に組み付けられた状態では、外嵌部341は、自身の弾性力により、酸素検出素子320の外周面に形成された外側電極層に押圧力を伴い接触するため、外側電極層との電気的導通を保持している。従って、外側電極層に発生した起電力は、外嵌部341およびセンサ出力リード線319bを介して外部に取り出される。   The outer terminal member 340 is made of a stainless steel plate, and an outer fitting part 341 having a substantially C-shaped cross section in the direction perpendicular to the axis AX, and a separator insertion part 342 extending from the vicinity of the center of the rear end side of the outer fitting part 341 to the rear end side. Further, a connector portion 343 is provided which is located on the rear end side, grips the core wire of the sensor output lead wire 319b by caulking, and electrically connects the outer terminal member 340 and the sensor output lead wire 319b. The separator insertion portion 342 is inserted into the separator 318, and the separator contact portion 342d that branches and protrudes from the separator insertion portion 342 elastically contacts the holding hole 318d, so that the outer terminal member 340 itself is attached. It is held in the separator 318. Further, the outer fitting portion 341 is formed such that the diameter of the inscribed circle in the radial cross section is smaller than the diameter of the outer peripheral surface on the rear end side of the oxygen detection element 320. Therefore, in a state where the outer terminal member 340 is assembled to the oxygen detection element 320, the outer fitting portion 341 causes a pressing force to be applied to the outer electrode layer formed on the outer peripheral surface of the oxygen detection element 320 by its own elastic force. In order to make contact, electrical conduction with the outer electrode layer is maintained. Therefore, the electromotive force generated in the outer electrode layer is extracted to the outside through the outer fitting portion 341 and the sensor output lead wire 319b.

内側端子部材330は、ステンレス鋼板からなり、軸線AXの直交方向断面が馬蹄形状の挿入部333と、挿入部333の後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部332と、さらにこの後端側に位置し、センサ出力リード線319の芯線を加締により把持し、内側端子部材330とセンサ出力リード線319とを電気的に接続するコネクタ部331とを備える。セパレータ挿入部332は、セパレータ318内に挿入されると共に、このセパレータ挿入部332から分岐して突出するセパレータ当接部332dが、保持孔318dに弾性的に当接して、内側端子部材330自身をセパレータ318内に保持している。また、挿入部333は、先端側に突出するヒータ押圧部336を備える。ヒータ押圧部336は、軸線AX方向から見たとき、概ね1/4円弧状に形成されており、挿入部333が酸素検出素子320内に組み付けられたとき、セラミックヒータ300の側面が酸素検出素子320の内周面に当接するようにセラミックヒータ300を押圧する。   The inner terminal member 330 is made of a stainless steel plate and has an insertion portion 333 whose cross section in the direction perpendicular to the axis AX is a horseshoe shape, a separator insertion portion 332 extending from the vicinity of the center of the rear end side of the insertion portion 333 to the rear end side, and The connector part 331 is located on the end side, grips the core wire of the sensor output lead wire 319 by caulking, and electrically connects the inner terminal member 330 and the sensor output lead wire 319. The separator insertion portion 332 is inserted into the separator 318, and a separator contact portion 332d that branches off and protrudes from the separator insertion portion 332 elastically contacts the holding hole 318d, and the inner terminal member 330 itself is It is held in the separator 318. The insertion portion 333 includes a heater pressing portion 336 that protrudes toward the distal end side. When viewed from the direction of the axis AX, the heater pressing portion 336 is formed in a substantially arc shape, and when the insertion portion 333 is assembled in the oxygen detection element 320, the side surface of the ceramic heater 300 is the oxygen detection element. The ceramic heater 300 is pressed so as to contact the inner peripheral surface of 320.

挿入部333は、径方向断面の外接円の径が、酸素検出素子320の後端側における内周面の径よりも大きく形成されている。このため、内側端子部材330が酸素検出素子320に組み付けられた状態では、挿入部333は、自身の弾性力により、酸素検出素子320の内周面に形成された内側電極層に押圧力を伴い接触するため、内側電極層との電気的導通を保持している。従って内側電極層に発生した起電力は、挿入部333およびセンサ出力リード線319を介して外部に取り出される。   The insertion portion 333 is formed such that the diameter of the circumscribed circle in the radial cross section is larger than the diameter of the inner peripheral surface on the rear end side of the oxygen detection element 320. Therefore, in a state where the inner terminal member 330 is assembled to the oxygen detection element 320, the insertion portion 333 causes a pressing force to be applied to the inner electrode layer formed on the inner peripheral surface of the oxygen detection element 320 by its own elastic force. Because of the contact, electrical continuity with the inner electrode layer is maintained. Therefore, the electromotive force generated in the inner electrode layer is extracted to the outside through the insertion portion 333 and the sensor output lead wire 319.

セラミックヒータ300は、内部空間G内に配置され、内側端子部材330によって保持されることにより姿勢を維持している。セラミックヒータ300は、後述する端子部材430がヒータリード線312b、312cと接続され、ヒータリード線312b、312cからの電力の供給により、固体電解質体321の内周面を加熱する。セラミックヒータ300の構成については後に詳述する。   The ceramic heater 300 is disposed in the internal space G and is maintained by the inner terminal member 330 to maintain the posture. In the ceramic heater 300, a terminal member 430 described later is connected to the heater lead wires 312b and 312c, and the inner peripheral surface of the solid electrolyte body 321 is heated by the supply of electric power from the heater lead wires 312b and 312c. The configuration of the ceramic heater 300 will be described in detail later.

図6はセラミックヒータの構成を示した説明図である。図7はセラミックヒータの内部構成を示した分解斜視図である。図6に示すように、セラミックヒータ300は、丸棒状(略円柱形状)に形成されている。そして、図5に示すように、酸素検出素子320に内挿されて酸素検出素子320を加熱する。なお、セラミックヒータ300の長手方向の両端部の内、発熱部分を備える側(図6左側)を「先端側」とし、これと反対側の端部を「後端側」として説明する。   FIG. 6 is an explanatory view showing the configuration of the ceramic heater. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the internal structure of the ceramic heater. As shown in FIG. 6, the ceramic heater 300 is formed in a round bar shape (substantially cylindrical shape). Then, as shown in FIG. 5, the oxygen detection element 320 is heated by being inserted into the oxygen detection element 320. Of the both ends of the ceramic heater 300 in the longitudinal direction, the side (left side in FIG. 6) provided with the heat generating portion will be referred to as “front end side”, and the opposite end will be described as “rear end side”.

セラミックヒータ300は、セラミック基体402と、電極パッド421と、端子部材430とを備える。図7に示すように、セラミック基体402は、丸棒状のアルミナセラミック製の碍管401の外周に絶縁性の高いアルミナセラミック製のグリーンシート440,446が巻き付けられ、これらを焼成することにより製造される。   The ceramic heater 300 includes a ceramic base body 402, an electrode pad 421, and a terminal member 430. As shown in FIG. 7, the ceramic base 402 is manufactured by winding green sheets 440 and 446 made of alumina ceramic having high insulating properties around the outer periphery of a round bar-shaped alumina ceramic tube 401 and firing them. .

グリーンシート440上には、ヒータパターンとしてのPt系の材料を主体とする発熱抵抗体441が形成されている。発熱抵抗体441は、さらに発熱部442と、発熱部442の両端にそれぞれ継ぎ手部(本発明のヒータ継ぎ手部、成分領域に相当)450を介して接続される一対のリード部443(本発明のヒータリードに相当)とを備える。グリーンシート440の後端側には、2個のスルーホール444を介して、セラミックヒータ300の外表面上に形成される電極パッド421と電気的に接続される。   On the green sheet 440, a heating resistor 441 mainly composed of a Pt-based material as a heater pattern is formed. The heat generating resistor 441 further includes a heat generating portion 442 and a pair of lead portions 443 (in the present invention) connected to both ends of the heat generating portion 442 through joint portions (corresponding to the heater joint portion and the component region of the present invention) 450, respectively. Equivalent to a heater lead). The rear end side of the green sheet 440 is electrically connected to an electrode pad 421 formed on the outer surface of the ceramic heater 300 through two through holes 444.

グリーンシート440上には、リード部443を形成するPd系ペーストをスクリーン印刷により配置する。そして、このPt系ペーストの端部に重ねるようにして、継ぎ手部450を形成するペーストをスクリーン印刷により配置する。次に、この継ぎ手部450を形成するペーストに重ねるようにして、発熱部442を形成するPt系ペーストをスクリーン印刷により配置する。
グリーンシート446は、グリーンシート440のうち発熱抵抗体441が形成される側の面に圧着されている。グリーンシート446のうち、この圧着面と反対側の面にはアルミナペーストが塗布され、この塗布面を内側にしてグリーンシート440,446が碍管401に巻き付けられて外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミック基体402が形成される。
On the green sheet 440, a Pd-based paste for forming the lead portion 443 is disposed by screen printing. And the paste which forms the joint part 450 is arrange | positioned by screen printing so that it may overlap with the edge part of this Pt-type paste. Next, a Pt-based paste for forming the heat generating portion 442 is arranged by screen printing so as to overlap the paste for forming the joint portion 450.
The green sheet 446 is pressure-bonded to the surface of the green sheet 440 where the heating resistor 441 is formed. Alumina paste is applied to the surface of the green sheet 446 opposite to the pressure-bonding surface, and the green sheets 440 and 446 are wound around the tub tube 401 and pressed inward from the outer periphery with the coating surface facing inward. Thus, a ceramic heater molded body is formed. Thereafter, the ceramic base body 402 is formed by firing the ceramic heater molded body.

次に、本実施形態の特徴である発熱部442と、リード部443との間の継ぎ手部450について説明する。
継ぎ手部450には、Pt(第1金属)及びPd(第2金属)が合計50質量%以上含有されている。継ぎ手部450は、発熱部442におけるPtの含有割合と、リード部443におけるPtの含有割合と、の間の大きさのPtの含有割合となっている。すなわち、継ぎ手部450のPtの濃度は、発熱部442よりも低く、かつリード部443よりも高い。また、継ぎ手部450のPdの含有割合は、発熱部442におけるPdの含有割合と、リード部443におけるPdの含有割合と、の間の大きさである。すなわち、継ぎ手部450のPdの濃度は、リード部443よりも低く、かつ発熱部442よりも高い。すなわち、Pt濃度について、継ぎ手部450は、発熱部442とリード部443の間の濃度とされている。また、Pd濃度についても、継ぎ手部450は、発熱部442とリード部443の間の濃度とされている。
継ぎ手部450のPtの濃度は、継ぎ手部450におけるPt及びPdの全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましく、45〜55質量%であることが更に好ましい。
継ぎ手部450のPdの濃度は、継ぎ手部450におけるPt及びPdの全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましく、45〜55質量%であることが更に好ましい。
継ぎ手部450における金属成分は、実質的に、Pt及びPdからなることが好ましい。ここで、「実質的に、Pt及びPdからなる」とは、Pt及びPd以外の他の金属成分が実質的に0%(具体的には、5.0質量%未満)であることを意味する。
Next, the joint portion 450 between the heat generating portion 442 and the lead portion 443, which is a feature of the present embodiment, will be described.
The joint portion 450 contains 50 mass% or more in total of Pt (first metal) and Pd (second metal). The joint portion 450 has a Pt content ratio that is between the Pt content ratio in the heat generating portion 442 and the Pt content ratio in the lead portion 443. That is, the Pt concentration in the joint portion 450 is lower than that of the heat generating portion 442 and higher than that of the lead portion 443. Further, the Pd content in the joint portion 450 is a size between the Pd content in the heat generating portion 442 and the Pd content in the lead portion 443. That is, the Pd concentration in the joint portion 450 is lower than that of the lead portion 443 and higher than that of the heat generating portion 442. That is, regarding the Pt concentration, the joint portion 450 has a concentration between the heat generating portion 442 and the lead portion 443. Further, regarding the Pd concentration, the joint portion 450 has a concentration between the heat generating portion 442 and the lead portion 443.
The Pt concentration in the joint portion 450 is preferably 30 to 70 mass%, more preferably 40 to 60 mass%, when the total amount of Pt and Pd in the joint portion 450 is 100 mass%. More preferably, it is 45-55 mass%.
The concentration of Pd in the joint portion 450 is preferably 30 to 70 mass%, more preferably 40 to 60 mass%, when the total amount of Pt and Pd in the joint portion 450 is 100 mass%. More preferably, it is 45-55 mass%.
The metal component in the joint portion 450 is preferably substantially composed of Pt and Pd. Here, “substantially consists of Pt and Pd” means that the other metal components other than Pt and Pd are substantially 0% (specifically, less than 5.0% by mass). To do.

本実施形態の場合では、継ぎ手部450の存在により、金属元素の急激な濃度勾配が緩やかとなり、焼成時(熱処理時)でも、リード部443のPdが発熱部442へ移動しにくい。よって、Pdの移動に起因する空洞が発生しにくく、断線が抑制される。
第1金属がPtであり、第2金属がPdの場合は、焼成後に金属元素の移動が起こりやすい組合せであるが、継ぎ手部450を介在させることによって、金属元素の移動を効果的に抑制できる。
In the present embodiment, due to the presence of the joint portion 450, the steep concentration gradient of the metal element becomes gentle, and Pd of the lead portion 443 hardly moves to the heat generating portion 442 even during firing (during heat treatment). Therefore, a cavity due to the movement of Pd hardly occurs, and disconnection is suppressed.
When the first metal is Pt and the second metal is Pd, the metal element is likely to move after firing, but the metal element movement can be effectively suppressed by interposing the joint portion 450. .

<第3実施形態>
第3実施形態に係るガスセンサ素子(アンモニアセンサ部21)を備えたマルチガスセンサ装置(本発明のガスセンサに相当)1について、図1,2,9〜10を参照しながら説明する。なお、第3実施形態のマルチガスセンサ装置1は、一部を除き第1実施形態のマルチガスセンサ装置1と同様の構成であるため、図1,2を用いて説明をする。また、以下の説明では、第1実施形態のマルチガスセンサ装置1と同様の構成については、第1実施形態と同様の符号を用いて、詳しい説明を省略する。
<Third Embodiment>
A multi-gas sensor device (corresponding to a gas sensor of the present invention) 1 including a gas sensor element (ammonia sensor unit 21) according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the multi-gas sensor device 1 of the third embodiment has the same configuration as the multi-gas sensor device 1 of the first embodiment except for a part thereof, and will be described with reference to FIGS. Moreover, in the following description, about the structure similar to the multi-gas sensor apparatus 1 of 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted using the code | symbol similar to 1st Embodiment.

第3実施形態のマルチガスセンサ装置1には、第1実施形態のマルチガスセンサ装置1(図1,2参照)と同様に、マルチガスセンサ2と、制御部3と、が主に設けられている。制御部3は、第1実施形態のマルチガスセンサ装置1の制御部3と同様の構成であるため、説明を省略する。マルチガスセンサ2は、図1に示すように、センサ素子部10と、主体金具110と、セパレータ134と、接続端子138と、が主に設けられている。センサ素子部10には、NOセンサ部(NO検出素子)11と、アンモニアセンサ部(本発明のガスセンサ素子に相当)21と、が主に設けられている。NOセンサ部(NO検出素子)11は、第1実施形態のNOセンサ部(NO検出素子)11と同様の構成であり、説明を省略する。 The multi-gas sensor device 1 of the third embodiment is mainly provided with a multi-gas sensor 2 and a control unit 3 as in the multi-gas sensor device 1 (see FIGS. 1 and 2) of the first embodiment. Since the control part 3 is the structure similar to the control part 3 of the multi-gas sensor apparatus 1 of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 1, the multigas sensor 2 is mainly provided with a sensor element unit 10, a metal shell 110, a separator 134, and a connection terminal 138. The sensor element section 10 is mainly provided with a NO x sensor section (NO x detection element) 11 and an ammonia sensor section (corresponding to the gas sensor element of the present invention) 21. The NO x sensor unit (NO x detection element) 11 has the same configuration as the NO x sensor unit (NO x detection element) 11 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

アンモニアセンサ部21は、図2,9に示すように、白金を主体とする基準電極21aと、ジルコニアを主体とするアンモニア用固体電解質体23と、酸化コバルトおよびジルコニアを主体とする中間層(電極)21bと、金を主体とするアンモニア電極(本発明の電極に相当)21cと、から主に構成されている。さらに、アンモニアセンサ部21は、多孔質からなる保護層24によって一体に覆われている。アンモニア電極21cには、アンモニア電極リード(本発明のリードに相当)21dがアンモニア電極21cから後端側に向かって延びて形成されている。アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが、直接的に接続されている。アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dの接続構造については、後で詳細に説明する。   As shown in FIGS. 2 and 9, the ammonia sensor unit 21 includes a reference electrode 21a mainly composed of platinum, a solid electrolyte body 23 for ammonia mainly composed of zirconia, and an intermediate layer (electrodes composed mainly of cobalt oxide and zirconia). ) 21b and an ammonia electrode mainly composed of gold (corresponding to the electrode of the present invention) 21c. Furthermore, the ammonia sensor unit 21 is integrally covered with a porous protective layer 24. An ammonia electrode lead (corresponding to a lead of the present invention) 21d is formed on the ammonia electrode 21c so as to extend from the ammonia electrode 21c toward the rear end side. The ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d are directly connected. The connection structure between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d will be described in detail later.

次に、NOセンサ部11およびアンモニアセンサ部21が形成されたセンサ素子部10の製造方法について説明する。ここでは、アンモニアセンサ部21の製造方法について説明する。なお、NOセンサ部11の製造方法は公知の製造方法であるため、本実施形態ではその詳細な説明を省略する。 Next, a manufacturing method of the sensor element unit 10 in which the NO x sensor unit 11 and the ammonia sensor unit 21 are formed will be described. Here, a manufacturing method of the ammonia sensor unit 21 will be described. Since the production method of the NO x sensor 11 is a known manufacturing method, a detailed description thereof will be omitted in this embodiment.

アンモニアセンサ部21の製造方法について、図10,11を参照して以下に説明する。
最初に、絶縁層10eの上に基準電極21aを形成するPt、アルミナ(共素地として用いる無機酸化物)バインダおよび有機溶剤を含む電極ペースト(以下、「Pt系ペースト」と表記する。)をスクリーン印刷により配置し、所定温度(約1400℃以上)で焼成する。
A method for manufacturing the ammonia sensor unit 21 will be described below with reference to FIGS.
First, an electrode paste (hereinafter referred to as “Pt-based paste”) containing Pt, an alumina (inorganic oxide used as a common substrate) binder, and an organic solvent for forming the reference electrode 21a on the insulating layer 10e is screened. It arrange | positions by printing and it bakes at predetermined temperature (about 1400 degreeC or more).

焼成された基準電極21aの上に、アンモニア用固体電解質体23を形成する固体電解質体の成分となる酸化物粉末、バインダおよび有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1500℃)で焼成する。以上により、基準電極21a、および、アンモニア用固体電解質体23が形成される。   On the baked reference electrode 21a, a paste containing oxide powder, binder, and organic solvent, which are components of the solid electrolyte body forming the solid electrolyte body 23 for ammonia, is disposed by screen printing, and a predetermined temperature (for example, 1500). ℃). Thus, the reference electrode 21a and the ammonia solid electrolyte body 23 are formed.

次いで、アンモニア用固体電解質体23の上に、中間層21bを形成する上記第1の金属酸化物および固体電解質成分を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、中間層21bが形成される。   Next, a paste containing the first metal oxide forming the intermediate layer 21b and the solid electrolyte component is disposed on the solid electrolyte body 23 for ammonia by screen printing and fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). Thereby, the intermediate layer 21b is formed.

さらに、中間層21bの上に、アンモニア電極21cを形成するAu系ペーストをスクリーン印刷により配置する。そして、このAu系ペーストの端部に重ねるようにして、アンモニア電極リード21dを形成するPt系ペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、アンモニア電極21cが形成される。
最後に、基準電極21a、アンモニア用固体電解質体23、中間層21bおよびアンモニア電極21cを覆うように、アルミナ等を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、保護層24が形成される。以上によりアンモニアセンサ部21が形成される。
Further, an Au-based paste for forming the ammonia electrode 21c is disposed on the intermediate layer 21b by screen printing. Then, a Pt paste for forming the ammonia electrode lead 21d is placed by screen printing so as to overlap the end of the Au paste, and the ammonia electrode 21c is fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). It is formed.
Finally, a paste containing alumina or the like is disposed by screen printing so as to cover the reference electrode 21a, the solid electrolyte for ammonia 23, the intermediate layer 21b, and the ammonia electrode 21c, and fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). Thus, the protective layer 24 is formed. Thus, the ammonia sensor unit 21 is formed.

ここで、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとの詳細な接続構造について説明する。
図10に示すように、この接続構造では、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重ならない電極単独部73と、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重なる接続部71と、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重ならないリード単独部75と、が存在している。接続部71は、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが、厚み方向で重なる領域である。
そして、接続部71は、アンモニア電極21cの上に、アンモニア電極リード21dが被さるようにして形成されている。
Here, a detailed connection structure between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d will be described.
As shown in FIG. 10, in this connection structure, the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d do not overlap with each other, the electrode single portion 73, the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d overlap, and the ammonia electrode 21c. There is a single lead portion 75 that does not overlap with the ammonia electrode lead 21d. The connecting portion 71 is a region where the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d overlap in the thickness direction.
The connecting portion 71 is formed on the ammonia electrode 21c so as to cover the ammonia electrode lead 21d.

電極単独部73の主たる金属成分(貴金属成分)である第1金属の比重は、リード単独部75の主たる金属成分(貴金属成分)である第2金属の比重より低くされている。本実施形態では、第1金属はAuとされ、第2金属はPtとされている。
図10に示されるように、接続部71の厚み(T3)は、電極単独部73の厚み(T1)とリード単独部75との厚み(T2)を足した厚み(T1+T2)に比べて、厚くされている。
また、図10に示すように、接続部71の断面を観察した際、接続部71の表面側をリード単独部75の厚み(T2)分だけ除外し、かつ接続部71の裏面側を電極単独部73の厚み(T1)分だけ除外して、残った部分である残存部77(本発明の接合部、成分領域に相当し、図10におけるクロスハッチング部分)が存在している。
この残存部77におけるAuの含有割合は、電極単独部73におけるAuの含有割合と、リード単独部75におけるAuの含有割合と、の間の大きさになっている。すなわち、この残存部77に含まれる金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合が、電極単独部73における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも低く、リード単独部75における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも多い構成とされている。
なお、「接続部71の断面を観察した際」とは、「アンモニアセンサ部21を軸線方向に沿って、アンモニア電極21cで切断して、厚み方向から観察した際」と同義である。
The specific gravity of the first metal that is the main metal component (noble metal component) of the electrode single portion 73 is set lower than the specific gravity of the second metal that is the main metal component (noble metal component) of the lead single portion 75. In the present embodiment, the first metal is Au, and the second metal is Pt.
As shown in FIG. 10, the thickness (T3) of the connecting portion 71 is thicker than the thickness (T1 + T2) obtained by adding the thickness (T1) of the electrode single portion 73 and the thickness (T2) of the lead single portion 75. Has been.
Further, as shown in FIG. 10, when the cross section of the connecting portion 71 is observed, the surface side of the connecting portion 71 is excluded by the thickness (T2) of the lead single portion 75, and the back surface side of the connecting portion 71 is the electrode alone. Excluding the thickness (T1) of the portion 73, there is a remaining portion 77 (corresponding to the joint portion and component region of the present invention, which is a cross-hatched portion in FIG. 10).
The Au content ratio in the remaining portion 77 is between the Au content ratio in the electrode single portion 73 and the Au content ratio in the lead single portion 75. That is, the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) contained in the remaining portion 77 is lower than the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the electrode single portion 73, and the metal component ( The composition is higher than the content ratio of Au with respect to the noble metal component).
“When the cross section of the connecting portion 71 is observed” is synonymous with “when the ammonia sensor portion 21 is cut along the axial direction with the ammonia electrode 21c and observed from the thickness direction”.

電極単独部73の厚み(T1)は、特に限定されないが、アンモニアガスの検知精度を担保するという観点から、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜30μmがより好ましく、15μm〜25μmが更に好ましい。
リード単独部75の厚み(T2)は、特に限定されないが、高い導電性を確保するという観点と高価な貴金属の使用量を抑えるという観点から、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜30μmがより好ましく、15μm〜25μmが更に好ましい。
残存部77の厚みは、特に限定されないが、断線を効果的に抑制するという観点と高価な貴金属の使用量を抑えるという観点から、1μm〜40μmが好ましく、5μm〜30μmがより好ましく、10μm〜20μmが更に好ましい。
なお、図10に示すように、リード単独部75の厚み(T2)は、接続部71近傍の部分的に厚くなる箇所(図10におけるリード単独部75の左端部分)を除いた厚さとする。また、各厚みは、接続部近傍断面を例えば300倍でSEM観察した場合のそれぞれ3箇所の平均値とする。
Although the thickness (T1) of the electrode single part 73 is not specifically limited, From a viewpoint of ensuring the detection precision of ammonia gas, 5 micrometers-40 micrometers are preferable, 10 micrometers-30 micrometers are more preferable, and 15 micrometers-25 micrometers are still more preferable.
The thickness (T2) of the lead single part 75 is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 40 μm, more preferably 10 μm to 30 μm, from the viewpoint of ensuring high conductivity and the amount of expensive noble metal used. 15 micrometers-25 micrometers are still more preferable.
The thickness of the remaining portion 77 is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 30 μm, and more preferably 10 μm to 20 μm from the viewpoint of effectively suppressing disconnection and the amount of expensive noble metal used. Is more preferable.
As shown in FIG. 10, the thickness (T2) of the lead single portion 75 is a thickness excluding a portion (the left end portion of the lead single portion 75 in FIG. 10) that is partially thick in the vicinity of the connection portion 71. Moreover, each thickness is taken as the average value of three places each, when a cross section near a connection part is observed by SEM at 300 times, for example.

この接続構造を形成する方法について説明する。前述のアンモニア電極21cを形成するAu系ペーストをスクリーン印刷により配置する際に、接続部71となる部位については、電極単独部73となる部位よりも、Au系ペーストを厚く塗布する。厚く塗布されたAu系ペーストが、上述の残存部77を形成することになる。但し、残存部77では、電極単独部73よりも、Auの含有割合が少なくなっている。これは、焼成の際に、残存部77を形成するAu系ペーストから、Auがアンモニア電極リード21dを形成するPt系ペーストに移動するからである。   A method for forming this connection structure will be described. When the Au-based paste for forming the ammonia electrode 21c is arranged by screen printing, the Au-based paste is applied thicker at the portion to be the connection portion 71 than the portion to be the electrode-only portion 73. The Au-based paste applied thickly forms the remaining portion 77 described above. However, the remaining portion 77 has a smaller Au content ratio than the electrode single portion 73. This is because, during firing, Au moves from the Au paste forming the remaining portion 77 to the Pt paste forming the ammonia electrode lead 21d.

電極単独部73、リード単独部75、残存部77における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、電子線マイクロアナライザ(EPMA)による元素分析をすることによって測定される。各部位におけるAuの含有割合としては、各部位断面の複数箇所を測定した測定値の平均値を採用する。   The content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 73, the lead single part 75, and the remaining part 77 is measured by elemental analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). As the content ratio of Au in each part, an average value of measured values obtained by measuring a plurality of parts in each part cross section is adopted.

電極単独部73における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、80重量%以上が好ましく、80重量%以上がより好ましく、86重量%以上が更に好ましい。電極単独部73における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合の上限値は、100重量%であってもよい。
このように、電極単独部73は、Auを主たる金属成分(貴金属成分)としている。よって、電極単独部73における集電体としての能力が確保される。
なお、電極単独部73には、上述の第1の金属酸化物が含まれていても、含まれていなくても良いが、含まれない形態とすれば、電極単独部73におけるアンモニアガスの燃焼が抑制され、電極単独部73と中間層21bとの界面に到達するアンモニアガスが減少しにくい。言い換えると、アンモニアセンサ部21の検知精度が向上し、特に、10ppm付近の低濃度のアンモニアを高い精度で検出することが可能となる。
電極単独部73を、Zr(ジルコニウム),Y(イットリウム),Al(アルミニウム)およびSi(ケイ素)の群から選ばれる1種以上の金属の酸化物である第2の金属酸化物を含む多孔質電極として形成することで、電極単独部73にガス透過性を付与することができる。そのため、アンモニアガスが電極単独部73を透過することができ、電極単独部73と中間層21bとの界面まで容易に到達することができる。なお、電極単独部73は、電極単独部73全体を100重量%とした場合に、第2の金属酸化物を5重量%から30重量%までの割合で含有していることが好ましい。
The content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 73 is preferably 80% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and still more preferably 86% by weight or more. The upper limit of the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 73 may be 100% by weight.
Thus, the electrode single part 73 uses Au as the main metal component (noble metal component). Therefore, the capability as a collector in the electrode single part 73 is ensured.
Note that the electrode single part 73 may or may not contain the first metal oxide described above, but if it is not included, the combustion of ammonia gas in the electrode single part 73 Is suppressed, and the ammonia gas reaching the interface between the electrode single part 73 and the intermediate layer 21b is difficult to decrease. In other words, the detection accuracy of the ammonia sensor unit 21 is improved, and in particular, low concentration ammonia near 10 ppm can be detected with high accuracy.
The electrode single part 73 includes a second metal oxide that is an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Zr (zirconium), Y (yttrium), Al (aluminum), and Si (silicon). By forming it as an electrode, gas permeability can be imparted to the electrode single part 73. Therefore, ammonia gas can permeate the electrode single part 73 and can easily reach the interface between the electrode single part 73 and the intermediate layer 21b. In addition, it is preferable that the electrode single part 73 contains the 2nd metal oxide in the ratio from 5 weight% to 30 weight%, when the electrode single part 73 whole is 100 weight%.

リード単独部75における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、電極単独部73のAuの含有割合よりも低い。リード単独部75における金属成分(貴金属成分)に対するPtの含有割合は、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、90重量%以上が更に好ましい。   The content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the lead single part 75 is lower than the content ratio of Au in the electrode single part 73. The content ratio of Pt with respect to the metal component (noble metal component) in the lead single part 75 is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more.

また、残存部77における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、リード単独部75における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも多い。
なお、上述のように残存部77における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、通常、電極単独部73のAuの含有割合よりも低い。
Further, the content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the remaining portion 77 is larger than the content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the lead single portion 75.
As described above, the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the remaining portion 77 is usually lower than the content ratio of Au in the electrode single portion 73.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態のアンモニアセンサ部21では、接続部71において、電極として機能する部分(電極単独部73の厚み分)と、リードとして機能する部分(リード単独部75の厚み分)との間に残存部77を設けている。よって、Auの移動の起きる部位を残存部77に留めることができるから、電極として機能する部分からのAuの流出を抑制できる。その結果、接続部71での断線が抑制される。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the ammonia sensor portion 21 of the present embodiment, the connection portion 71 remains between a portion functioning as an electrode (a thickness of the electrode single portion 73) and a portion functioning as a lead (a thickness of the lead single portion 75). A portion 77 is provided. Therefore, since the site where Au moves can be retained at the remaining portion 77, the outflow of Au from the portion functioning as an electrode can be suppressed. As a result, disconnection at the connecting portion 71 is suppressed.

<第4実施形態>
第4実施形態は、第3実施形態と、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとの接続構造が異なる。この点について、図11を参照しつつ説明する。なお、その他の構成は、第3実施形態と同様であるので説明を省略する。
図11に示すように、この接続構造では、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重ならない電極単独部83と、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重なる接続部81と、アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが重ならないリード単独部85と、が存在している。アンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとが、直接的に接続されている。
そして、接続部81は、アンモニア電極リード21dの上に、アンモニア電極21cが被さるようにして形成されている。
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment differs from the third embodiment in the connection structure between the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d. This point will be described with reference to FIG. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, description thereof is omitted.
As shown in FIG. 11, in this connection structure, the electrode electrode part 83 where the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d do not overlap, the connection part 81 where the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d overlap, and the ammonia electrode 21c There is a single lead portion 85 that does not overlap the ammonia electrode lead 21d. The ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d are directly connected.
The connecting portion 81 is formed on the ammonia electrode lead 21d so as to cover the ammonia electrode 21c.

電極単独部83の主たる金属成分(貴金属成分)である第1金属の比重は、リード単独部85の主たる金属成分(貴金属成分)である第2金属の比重より低くされている。本実施形態では、第1金属はAuとされ、第2金属はPtとされている。
図11に示されるように、接続部81の厚み(T6)は、電極単独部83の厚み(T4)とリード単独部85との厚み(T5)を足した厚み(T4+T5)に比べて、厚くされている。
また、図11に示すように、接続部81の断面を観察した際、接続部81の表面側を電極単独部83の厚み(T4)分だけ除外し、かつ接続部81の裏面側をリード単独部85の厚み(T5)分だけ除外して、残った部分である残存部87(本発明の接合部、成分領域に相当し、図11におけるクロスハッチング部分)が存在している。
この残存部87に含まれる金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合が、リード単独部85における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも多い構成とされている。
なお、「接続部81の断面を観察した際」とは、「アンモニアセンサ部21を軸線方向に沿って、アンモニア電極21cで切断して、厚み方向から観察した際」と同義である。
The specific gravity of the first metal which is the main metal component (noble metal component) of the electrode single part 83 is set lower than the specific gravity of the second metal which is the main metal component (noble metal component) of the lead single part 85. In the present embodiment, the first metal is Au, and the second metal is Pt.
As shown in FIG. 11, the thickness (T6) of the connecting portion 81 is thicker than the thickness (T4 + T5) obtained by adding the thickness (T4) of the electrode single portion 83 and the thickness (T5) of the lead single portion 85. Has been.
In addition, as shown in FIG. 11, when the cross section of the connection portion 81 is observed, the surface side of the connection portion 81 is excluded by the thickness (T4) of the electrode single portion 83, and the back surface side of the connection portion 81 is the lead alone. Excluding only the thickness (T5) of the portion 85, there is a remaining portion 87 (corresponding to the joint portion and component region of the present invention, which is a cross-hatched portion in FIG. 11).
The Au content ratio relative to the metal component (noble metal component) contained in the remaining portion 87 is larger than the Au content ratio relative to the metal component (noble metal component) in the lead single portion 85.
“When the cross section of the connecting portion 81 is observed” is synonymous with “when the ammonia sensor portion 21 is cut along the axial direction with the ammonia electrode 21c and observed from the thickness direction”.

電極単独部83の厚み(T4)は、特に限定されないが、アンモニアガスの検知精度を担保するという観点から、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜30μmがより好ましく、15μm〜25μmが更に好ましい。
リード単独部85の厚み(T5)は、特に限定されないが、高い導電性を確保するという観点と高価な貴金属の使用量を抑えるという観点から、5μm〜40μmが好ましく、10μm〜30μmがより好ましく、15μm〜25μmが更に好ましい。
残存部87の厚みは、特に限定されないが、断線を効果的に抑制するという観点と高価な貴金属の使用量を抑えるという観点から、1μm〜40μmが好ましく、5μm〜30μmがより好ましく、10μm〜20μmが更に好ましい。
Although the thickness (T4) of the electrode single part 83 is not specifically limited, From a viewpoint of ensuring the detection precision of ammonia gas, 5 micrometers-40 micrometers are preferable, 10 micrometers-30 micrometers are more preferable, and 15 micrometers-25 micrometers are still more preferable.
The thickness (T5) of the lead single part 85 is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 40 μm, more preferably 10 μm to 30 μm, from the viewpoint of ensuring high conductivity and the amount of expensive noble metal used. 15 micrometers-25 micrometers are still more preferable.
The thickness of the remaining portion 87 is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 30 μm, and more preferably 10 μm to 20 μm from the viewpoint of effectively suppressing disconnection and the amount of expensive noble metal used. Is more preferable.

この接続構造を形成する方法について説明する。アンモニア電極21cを形成するAu系ペーストをスクリーン印刷により配置する際に、接続部81となる部位については、電極単独部83となる部位よりも、Au系ペーストを厚く塗布する。厚く塗布されたAu系ペーストが、上述の残存部87を形成することになる。但し、残存部87では、電極単独部83よりも、Auの含有割合が少なくなっている。これは、焼成の際に、残存部87を形成するAu系ペーストから、Auがアンモニア電極リード21dを形成するPt系ペーストに移動するからである。   A method for forming this connection structure will be described. When the Au-based paste for forming the ammonia electrode 21c is arranged by screen printing, the Au-based paste is applied thicker at the site to be the connection part 81 than at the site to be the electrode-only part 83. The Au-based paste applied thickly forms the remaining portion 87 described above. However, the remaining portion 87 has a smaller Au content ratio than the electrode single portion 83. This is because, during firing, Au moves from the Au-based paste that forms the remaining portion 87 to the Pt-based paste that forms the ammonia electrode lead 21d.

電極単独部83、リード単独部85、残存部87における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、電子線マイクロアナライザ(EPMA)による元素分析をすることによって測定される。各部位におけるAuの含有割合としては、各部位断面の複数箇所を測定した測定値の平均値を採用する。   The content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 83, the lead single part 85, and the remaining part 87 is measured by elemental analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). As the content ratio of Au in each part, an average value of measured values obtained by measuring a plurality of parts in each part cross section is adopted.

電極単独部83における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、70重量%以上が好ましく、80重量%以上がより好ましく、90重量%以上が更に好ましい。電極単独部83における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合の上限値は、100重量%であってもよい。
このように、電極単独部83は、Auを主たる金属成分(貴金属成分)としている。よって、電極単独部83における集電体としての能力が確保される。
なお、電極単独部83には、上述の第1の金属酸化物が含まれていても、含まれていなくても良いが、含まれない形態とすれば、電極単独部83におけるアンモニアガスの燃焼が抑制され、電極単独部83と中間層21bとの界面に到達するアンモニアガスが減少しにくい。言い換えると、アンモニアセンサ部21の検知精度が向上し、特に、10ppm付近の低濃度のアンモニアを高い精度で検出することが可能となる。
電極単独部83を、Zr(ジルコニウム),Y(イットリウム),Al(アルミニウム)およびSi(ケイ素)の群から選ばれる1種以上の金属の酸化物である第2の金属酸化物を含む多孔質電極として形成することで、電極単独部83にガス透過性を付与することができる。そのため、アンモニアガスが電極単独部83を透過することができ、電極単独部83と中間層21bとの界面まで容易に到達することができる。なお、電極単独部83は、電極単独部83全体を100重量%とした場合に、第2の金属酸化物を5重量%から30重量%までの割合で含有していることが好ましい。
The content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 83 is preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more. The upper limit of the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the electrode single part 83 may be 100% by weight.
Thus, the electrode single part 83 uses Au as the main metal component (noble metal component). Therefore, the capability as a current collector in the electrode single part 83 is ensured.
The electrode single part 83 may or may not contain the first metal oxide described above, but if it is not included, the combustion of ammonia gas in the electrode single part 83 Is suppressed, and the ammonia gas reaching the interface between the electrode single part 83 and the intermediate layer 21b is difficult to decrease. In other words, the detection accuracy of the ammonia sensor unit 21 is improved, and in particular, low concentration ammonia near 10 ppm can be detected with high accuracy.
The electrode single part 83 includes a porous material including a second metal oxide that is an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Zr (zirconium), Y (yttrium), Al (aluminum), and Si (silicon). By forming it as an electrode, gas permeability can be imparted to the electrode single part 83. Therefore, ammonia gas can permeate through the electrode single part 83 and can easily reach the interface between the electrode single part 83 and the intermediate layer 21b. In addition, it is preferable that the electrode single part 83 contains the 2nd metal oxide in the ratio from 5 weight% to 30 weight%, when the electrode single part 83 whole is 100 weight%.

リード単独部85における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、電極単独部83のAuの含有割合よりも低い。リード単独部85における金属成分(貴金属成分)に対するPtの含有割合は、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、90重量%以上が更に好ましい。   The content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the lead single part 85 is lower than the content ratio of Au in the electrode single part 83. The content ratio of Pt with respect to the metal component (noble metal component) in the lead single part 85 is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more.

また、残存部87における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、リード単独部85における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも多い。
なお、上述のように残存部87における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合は、電極単独部83のAuの含有割合よりも低い。
Further, the content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the remaining portion 87 is larger than the content ratio of Au to the metal component (noble metal component) in the lead single portion 85.
As described above, the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the remaining portion 87 is lower than the content ratio of Au in the electrode single portion 83.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態のアンモニアセンサ部21では、接続部81において、電極として機能する部分(電極単独部83の厚み分)と、リードとして機能する部分(リード単独部85の厚み分)との間に残存部87を設けている。よって、Auの移動の起きる部位を残存部87に留めることができるから、電極として機能する部分からのAuの流出を抑制できる。その結果、接続部81での断線が抑制される。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the ammonia sensor portion 21 of the present embodiment, the connection portion 81 remains between a portion functioning as an electrode (for the thickness of the single electrode portion 83) and a portion functioning as a lead (for the thickness of the single lead portion 85). A portion 87 is provided. Therefore, since the site where Au moves can be retained in the remaining portion 87, the outflow of Au from the portion functioning as an electrode can be suppressed. As a result, disconnection at the connecting portion 81 is suppressed.

実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
1.試料の作製
第1実施形態の図4に示される構成と同様の電極を作製した。
Pt系電極用のペーストは、Pt、Au、エチルセルロース、ブチルカルビトール、ジルコニアを含有している。Pt系電極用のペーストの組成は、焼成後にPt/Au比が下記の値となるように調製した。
Pt/Au比=14/86(mass%)
Pd系電極用のペーストは、Pd、Au、エチルセルロース、ブチルカルビトール、ジルコニアを含有している。Pd系電極用のペーストの組成は、焼成後にPd/Au比が下記の値となるように調製した。
Pd/Au比=7/93(mass%)
リード用のペーストは、Pt、エチルセルロース、ブチルカルビトール、ジルコニアを含有している。リード用のペーストの組成は、焼成後にPtが下記の値となるように調製した。
リード:Pt100mass%
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
1. Preparation of Sample An electrode having the same configuration as that shown in FIG. 4 of the first embodiment was prepared.
The paste for the Pt-based electrode contains Pt, Au, ethyl cellulose, butyl carbitol, and zirconia. The composition of the paste for the Pt-based electrode was prepared so that the Pt / Au ratio was the following value after firing.
Pt / Au ratio = 14/86 (mass%)
The paste for Pd-based electrodes contains Pd, Au, ethyl cellulose, butyl carbitol, and zirconia. The composition of the paste for the Pd-based electrode was prepared so that the Pd / Au ratio would be the following value after firing.
Pd / Au ratio = 7/93 (mass%)
The lead paste contains Pt, ethyl cellulose, butyl carbitol, and zirconia. The composition of the lead paste was prepared so that Pt had the following value after firing.
Lead: Pt100 mass%

継ぎ手部用のペーストは、Pt、Au、エチルセルロース、ブチルカルビトール、ジルコニアを含有している。継ぎ手部用のペーストは、焼成後にPt/Au比が下記の値となるように調製した。
(1)Pt/Au比=70/30(mass%)
(2)Pt/Au比=43/57(mass%)
(3)Pt/Au比=30/70(mass%)
The paste for the joint portion contains Pt, Au, ethyl cellulose, butyl carbitol, and zirconia. The paste for the joint portion was prepared so that the Pt / Au ratio was the following value after firing.
(1) Pt / Au ratio = 70/30 (mass%)
(2) Pt / Au ratio = 43/57 (mass%)
(3) Pt / Au ratio = 30/70 (mass%)

アルミナ基板の上に、リード用のペーストをスクリーン印刷により配置した。そして、このリード用のペーストの端部に重ねるようにして、継ぎ手部用のペーストをスクリーン印刷により配置した。次に、継ぎ手部用のペーストに重ねるようにして、電極用のペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(1100℃)で焼成した。
このようにして、電極が2種、継ぎ手部が3種の組み合わせの合計6種の試料を実施例として用意した。
また、比較のために、継ぎ手部を用いずに、電極とリードが直接接触した試料を比較例として用意した。比較例では、上述のPt系電極用のペーストを用いて電極を形成し、上述のリード用のペーストを用いてリードを形成した。アルミナ基板の上に、リード用のペーストをスクリーン印刷により配置した。そして、このリード用のペーストの端部に重ねるようにして、Pt系電極用のペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(1100℃)で焼成した。
A lead paste was placed on the alumina substrate by screen printing. Then, the paste for the joint portion was disposed by screen printing so as to overlap the end portion of the lead paste. Next, the electrode paste was placed by screen printing so as to overlap the joint paste, and fired at a predetermined temperature (1100 ° C.).
In this way, a total of six types of samples including two types of electrodes and three types of joints were prepared as examples.
For comparison, a sample in which the electrode and the lead were in direct contact without using a joint portion was prepared as a comparative example. In the comparative example, an electrode was formed using the above-described Pt-based electrode paste, and a lead was formed using the above-described lead paste. A lead paste was placed on the alumina substrate by screen printing. Then, the Pt-based electrode paste was placed by screen printing so as to overlap the end portion of the lead paste, and fired at a predetermined temperature (1100 ° C.).

2.評価
比較例において、電極のうちリードが直接接触している部分の色を観察した。この色を基準色とした。比較例では、電極のAuがリードへ移動したため、電極のうちリードが直接接触している部分では、ジルコニアの白色が目立つようになっており、基準色は白系の色であった。
実施例において、電極のうち継ぎ手部が接触している部分の色を観察した。この色を上記基準色と比較した。実施例において、電極のAuのリードへ移動が比較例よりも少なくなれば、ジルコニアの白色が目立たなくなり、基準色よりも暗い色が観察される。よって、基準色よりも暗い色が観察された場合を良好(○)とした。一方、実施例において、電極のAuのリードへ移動が比較例と同等又は比較例よりも多くなれば、ジルコニアの白色がより目立つようになり、基準色と同等、又は基準色よりも明るい色が観察される。よって、基準色と同等、又は基準色よりも明るい色が観察された場合を不良(×)とした。
<評価>
○:基準色よりも暗い色である。
×:基準色と同等、又は基準色よりも明るい色である。
2. Evaluation In the comparative example, the color of the portion of the electrode where the lead was in direct contact was observed. This color was used as a reference color. In the comparative example, since Au of the electrode moved to the lead, the zirconia white color was conspicuous in the portion of the electrode where the lead was in direct contact, and the reference color was a white color.
In the example, the color of the portion of the electrode where the joint portion is in contact was observed. This color was compared with the reference color. In the example, if the movement of the electrode to the Au lead is less than that of the comparative example, the white color of zirconia becomes inconspicuous and a darker color than the reference color is observed. Therefore, the case where a darker color than the reference color was observed was judged as good (◯). On the other hand, in the example, when the movement of the electrode to the Au lead is equal to or more than that of the comparative example, the white color of zirconia becomes more conspicuous, and the color that is equal to or brighter than the reference color is obtained. Observed. Therefore, a case where a color equivalent to the reference color or brighter than the reference color is observed is defined as defective (x).
<Evaluation>
○: Darker than the reference color.
X: A color equivalent to or brighter than the reference color.

3.結果
結果を表1に示す。
継ぎ手部を用いた実施例では、いずれの場合も、継ぎ手部の存在により、金属元素の急激な濃度勾配が緩やかとなり、電極のAuが、リードに流れ込むことが抑制されたため、電極のジルコニアが目立ちにくくなっていた。そのため、基準色よりも暗い色が観察された。
3. Results The results are shown in Table 1.
In each of the examples using the joint portion, the presence of the joint portion makes the steep concentration gradient of the metal element gentle, and the Au of the electrode is suppressed from flowing into the lead. Therefore, the zirconia of the electrode is conspicuous. It was difficult. Therefore, a darker color than the reference color was observed.

Figure 2019191148
Figure 2019191148

<他の実施形態(変形例)>
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
<Other Embodiment (Modification)>
In addition, this invention is not restricted to said Example and embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to implement in various aspects.

(1)上記実施形態では、特定ガスがアンモニアである場合を例として説明したが、特定ガスはアンモニアに限定されない。
(2)上記実施形態では第1金属がAu、第2金属がPtである場合、第1金属がPt、第2金属がPdである場合を例として説明したが、第1金属及び第2金属はそれぞれ比重が異なる組み合わせであれば良く、上記実施例に限定されない。
電極、発熱部、リードに採用される金属種としては、例えば、電極としてはAu,Pt等が用いられ、発熱部としてはPt,Pd,W等が用いられ、リードとしてはPd,Pt等が用いられる。この場合において、第1金属がAu、第2金属がPdである組み合わせ、第1金属がRh、第2金属がPtである組み合わせが好適に例示される。
(3)上記実施形態では、図5に記載のような、有底筒状の酸素検出素子を加熱するセラミックヒータをヒータの例として説明したが、ヒータの形態としてはこれに限らず、例えば、第1実施形態にて開示されているヒータ19に対しても適用可能である。
(4)上記第2実施形態では、発熱部442とリード部443とが継ぎ手部450を介して間接的に接続されている構成を例示したが、第4実施形態のアンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとの接続構造(図11参照)のように、発熱部442とリード部443とが直接接続されている構成であってもよい。具体的には、リード部443の上に発熱部442が被さる構成であってもよい。この接続構造では、発熱部442とリード部443とが重ならない発熱部単独部(図示略)と、発熱部442とリード部443とが重なる接続部(図示略)と、発熱部442とリード部443とが重ならないリード単独部(図示略)と、が存在している。接続部は、発熱部442とリード部443とが、厚み方向で重なる領域である。接続部の断面を観察した際、接続部の表面側を発熱部単独部の厚み分だけ除外し、かつ接続部の裏面側をリード単独部の厚み分だけ除外して、残った部分である残存部(本発明のヒータ接合部、成分領域に相当)が存在している。
この残存部におけるAuの含有割合は、発熱部単独部におけるAuの含有割合と、リード単独部におけるAuの含有割合と、の間の大きさになっている。すなわち、この残存部に含まれる金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合が、発熱部単独部における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも低く、リード単独部における金属成分(貴金属成分)に対するAuの含有割合よりも多い構成とされている。
また、第3実施形態のアンモニア電極21cとアンモニア電極リード21dとの接続構造(図10参照)のように、発熱部442の上にリード部443が被さる構成であってもよい。この接続構造でも、接続部の表面側をリード単独部の厚み分だけ除外し、かつ接続部の裏面側を発熱部単独部の厚み分だけ除外して、残った部分である残存部(本発明のヒータ接合部、成分領域に相当)が存在する。
(1) In the above embodiment, the case where the specific gas is ammonia has been described as an example, but the specific gas is not limited to ammonia.
(2) In the above embodiment, when the first metal is Au and the second metal is Pt, the case where the first metal is Pt and the second metal is Pd has been described as an example. However, the first metal and the second metal are described. Any combination having different specific gravities may be used, and the present invention is not limited to the above embodiments.
Examples of the metal species adopted for the electrode, the heat generating portion, and the lead include Au, Pt, etc. for the electrode, Pt, Pd, W, etc. for the heat generating portion, and Pd, Pt, etc. for the lead. Used. In this case, a combination in which the first metal is Au and the second metal is Pd, and a combination in which the first metal is Rh and the second metal is Pt are preferably exemplified.
(3) In the above embodiment, the ceramic heater that heats the bottomed cylindrical oxygen detection element as illustrated in FIG. 5 has been described as an example of the heater, but the form of the heater is not limited to this, for example, The present invention can also be applied to the heater 19 disclosed in the first embodiment.
(4) In the second embodiment, the configuration in which the heat generating portion 442 and the lead portion 443 are indirectly connected via the joint portion 450 is exemplified. However, the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead in the fourth embodiment are exemplified. The structure may be such that the heat generating portion 442 and the lead portion 443 are directly connected as in the connection structure with 21d (see FIG. 11). Specifically, a configuration in which the heat generating portion 442 covers the lead portion 443 may be employed. In this connection structure, the heat generating unit alone part (not shown) where the heat generating part 442 and the lead part 443 do not overlap, the connection part (not shown) where the heat generating part 442 and the lead part 443 overlap, the heat generating part 442 and the lead part. There is a single lead portion (not shown) that does not overlap with 443. The connection portion is a region where the heat generating portion 442 and the lead portion 443 overlap in the thickness direction. When observing the cross section of the connection part, the surface side of the connection part is excluded by the thickness of the heating part single part, and the back side of the connection part is excluded by the thickness of the lead single part, which is the remaining part Part (corresponding to the heater joint of the present invention, the component region) exists.
The Au content ratio in the remaining portion is between the Au content ratio in the single heat generating portion and the Au content ratio in the single lead portion. That is, the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) contained in the remaining part is lower than the content ratio of Au with respect to the metal component (noble metal component) in the heating part single part, and the metal component (noble metal component) in the lead single part ) With respect to the Au content.
Moreover, the structure which the lead | read | reed part 443 covers on the heat generating part 442 may be sufficient like the connection structure (refer FIG. 10) of the ammonia electrode 21c and the ammonia electrode lead 21d of 3rd Embodiment. Even in this connection structure, the surface portion of the connection portion is excluded by the thickness of the lead single portion, and the back surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the heat generation portion single portion. Corresponding to the heater joint and component region).

1 …マルチガスセンサ装置
2 …マルチガスセンサ(ガスセンサ)
21 …アンモニアセンサ部(ガスセンサ素子)
21a …基準電極(第2電極)
21c …アンモニア電極(電極)
21d …アンモニア電極リード(リード)
23 …アンモニア用固体電解質体(固体電解質体)
70 …継ぎ手部(成分領域)
71 …接続部
73 …電極単独部
75 …リード単独部
77 …残存部(残った部分、接合部、成分領域)
81 …接続部
83 …電極単独部
85 …リード単独部
87 …残存部(残った部分、接合部、成分領域)
300 …セラミックヒータ(ヒータ)
402 …セラミック基体
442 …発熱部
443 …リード部(ヒータリード)
450 …ヒータ継ぎ手部(成分領域)
1 ... Multi gas sensor device 2 ... Multi gas sensor (gas sensor)
21 ... Ammonia sensor (gas sensor element)
21a: reference electrode (second electrode)
21c Ammonia electrode (electrode)
21d: Ammonia electrode lead (lead)
23 ... Solid electrolyte body for ammonia (solid electrolyte body)
70 ... Joint part (component region)
71 ... Connection part 73 ... Electrode single part 75 ... Lead single part 77 ... Remaining part (remaining part, joint part, component region)
81 ... Connection part 83 ... Electrode single part 85 ... Lead single part 87 ... Remaining part (remaining part, joint part, component region)
300 ... Ceramic heater (heater)
402 ... Ceramic substrate 442 ... Heat generating part 443 ... Lead part (heater lead)
450 ... Heater joint (component region)

Claims (12)

第1金属を主成分とする電極と、
前記電極に接続され、第2金属を主成分とするリードと、を備え、
前記電極と前記リードとが、直接的に又は継ぎ手部を介して間接的に接続されているガスセンサ素子であって、
前記電極と前記リードとが直接的に接続されている場合は、前記電極と前記リードとの接合部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記接合部を除いた前記電極における含有割合と、前記接合部を除いた前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在し、
前記電極と前記リードとが前記継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、前記継ぎ手部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記電極における含有割合と、前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在することを特徴とするガスセンサ素子。
An electrode mainly composed of a first metal;
A lead connected to the electrode and comprising a second metal as a main component,
The electrode and the lead are gas sensor elements connected directly or indirectly through a joint portion,
In the case where the electrode and the lead are directly connected, the bonding portion between the electrode and the lead is the bonding of the metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. There is a component region that is a content ratio between the content ratio in the electrode excluding the part and the content ratio in the lead excluding the joint,
In the case where the electrode and the lead are indirectly connected through the joint portion, the electrode has the smaller specific gravity of the first metal and the second metal in the joint portion. A gas sensor element characterized in that a component region having a content ratio between the content ratio in the lead and the content ratio in the lead exists.
前記電極と前記リードとが前記継ぎ手部を介して間接的に接続されており、
前記成分領域は、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が大きい方の金属について、前記電極における含有割合と、前記リードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ素子。
The electrode and the lead are indirectly connected via the joint portion;
The component region is a content ratio of a size between a content ratio in the electrode and a content ratio in the lead with respect to a metal having a larger specific gravity of the first metal and the second metal. The gas sensor element according to claim 1.
前記電極とは異なる第2電極と、
前記電極と前記第2電極との間に配される固体電解質体と、を備え、
前記第2電極は、前記第2金属を主成分とし、混成電位式であることを特徴とする請求項2に記載のガスセンサ素子。
A second electrode different from the electrode;
A solid electrolyte body disposed between the electrode and the second electrode,
3. The gas sensor element according to claim 2, wherein the second electrode is composed of the second metal as a main component and is of a mixed potential type.
前記継ぎ手部における金属元素は、実質的に、前記第1金属、及び前記第2金属からなることを特徴とする請求項2又は3に記載のガスセンサ素子。   The gas sensor element according to claim 2 or 3, wherein the metal element in the joint portion is substantially composed of the first metal and the second metal. 前記継ぎ手部の前記第1金属の濃度は、前記継ぎ手部における前記第1金属及び前記第2金属の全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であり、
前記継ぎ手部の前記第2金属の濃度は、前記継ぎ手部における前記第1金属及び前記第2金属の全体を100質量%とした場合に、30〜70質量%であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
The concentration of the first metal in the joint part is 30 to 70% by mass when the total amount of the first metal and the second metal in the joint part is 100% by mass,
The concentration of the second metal in the joint part is 30 to 70% by mass when the total amount of the first metal and the second metal in the joint part is 100% by mass. The gas sensor element of any one of 2-4.
前記電極の上に前記リードが被さることで、前記電極と前記リードとが直接的に接続されており、
前記電極と前記リードとが重ならない電極単独部と、前記電極と前記リードとが重なる接続部と、前記電極と前記リードとが重ならないリード単独部と、を有し、
前記接続部の厚みは、前記電極単独部と前記リード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされているとともに、
前記接続部の断面を観察した際に、
前記接続部の表面側を前記リード単独部の厚み分だけ除外し、かつ、
前記接続部の裏面側を前記電極単独部の厚み分だけ除外して、残った部分が前記接合部であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ素子。
By covering the lead on the electrode, the electrode and the lead are directly connected,
An electrode single part where the electrode and the lead do not overlap, a connection part where the electrode and the lead overlap, and a lead single part where the electrode and the lead do not overlap,
The thickness of the connection part is thicker than the thickness of the electrode single part and the lead single part plus the thickness,
When observing the cross section of the connecting portion,
Exclude the surface side of the connection part by the thickness of the lead single part, and
2. The gas sensor element according to claim 1, wherein the back surface side of the connection portion is excluded by the thickness of the electrode single portion, and the remaining portion is the joint portion.
前記リードの上に前記電極が被さることで、前記電極と前記リードとが直接的に接続されており
前記電極と前記リードとが重ならない電極単独部と、前記電極と前記リードとが重なる接続部と、前記電極と前記リードとが重ならないリード単独部と、を有し、
前記接続部の厚みは、前記電極単独部と前記リード単独部との厚みを足した厚みに比べて、厚くされているとともに、
前記接続部の断面を観察した際に、
前記接続部の表面側を前記電極単独部の厚み分だけ除外し、かつ、前記接続部の裏面側を前記リード単独部の厚み分だけ除外して、残った部分が前記接合部であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ素子。
The electrode is covered on the lead so that the electrode and the lead are directly connected to each other, and the electrode alone portion where the electrode and the lead do not overlap, and the connection portion where the electrode and the lead overlap And a lead single part where the electrode and the lead do not overlap,
The thickness of the connection part is thicker than the thickness of the electrode single part and the lead single part plus the thickness,
When observing the cross section of the connecting portion,
Exclude the surface side of the connection part by the thickness of the electrode single part, and exclude the back side of the connection part by the thickness of the lead single part, and the remaining part is the joint part The gas sensor element according to claim 1.
前記第1金属の比重が前記第2金属の比重より低いことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The gas sensor element according to claim 1, wherein a specific gravity of the first metal is lower than a specific gravity of the second metal. 前記第1金属が金であり、かつ前記第2金属が白金であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The gas sensor element according to any one of claims 1 to 8, wherein the first metal is gold and the second metal is platinum. 被測定ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The gas sensor element according to any one of claims 1 to 9, wherein the concentration of ammonia contained in the gas to be measured is measured. 第1金属を主成分とする発熱部と、
前記発熱部に接続され、第2金属を主成分とするヒータリードと、を備え、
前記発熱部と前記ヒータリードとが、直接的に又はヒータ継ぎ手部を介して間接的に接続されているヒータであって、
前記発熱部と前記ヒータリードとが直接接続されている場合は、前記発熱部と前記ヒータリードとのヒータ接合部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記ヒータ接合部を除いた前記発熱部における含有割合と、前記ヒータ接合部を除いた前記ヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在し、
前記発熱部と前記ヒータリードとが前記ヒータ継ぎ手部を介して間接的に接続されている場合は、前記ヒータ継ぎ手部には、前記第1金属及び前記第2金属のうち比重が小さい方の金属について、前記発熱部における含有割合と、前記ヒータリードにおける含有割合と、の間の大きさの含有割合である成分領域が存在することを特徴とするヒータ。
A heat generating part mainly composed of a first metal;
A heater lead connected to the heat generating part and mainly composed of a second metal;
The heater and the heater lead are connected directly or indirectly through a heater joint,
When the heat generating portion and the heater lead are directly connected, the heater junction between the heat generating portion and the heater lead is a metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. In addition, there is a component region that is a content ratio between the content ratio in the heat generating portion excluding the heater joint portion and the content ratio in the heater lead excluding the heater joint portion,
When the heat generating portion and the heater lead are indirectly connected via the heater joint portion, the heater joint portion has a metal having a smaller specific gravity of the first metal and the second metal. In the heater, there is a component region having a content ratio between the content ratio in the heat generating portion and the content ratio in the heater lead.
請求項1〜10のいずれか1項に記載のガスセンサ素子又は請求項11に記載のヒータを備えたことを特徴とするガスセンサ。   A gas sensor comprising the gas sensor element according to claim 1 or the heater according to claim 11.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019203834A (en) * 2018-05-25 2019-11-28 株式会社Soken Gas sensor
WO2021166312A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05340909A (en) * 1992-06-11 1993-12-24 Chichibu Cement Co Ltd Bonding pad
JP2002195976A (en) * 2000-10-16 2002-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrocarbon sensor and its manufacturing method
JP2002195978A (en) * 2000-12-26 2002-07-10 Riken Corp Gas detector element and gas sensing device using it
JP2009115776A (en) * 2007-07-11 2009-05-28 Ngk Spark Plug Co Ltd Ammonia gas sensor
JP2016085141A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 京セラ株式会社 Sensor substrate, sensor device, and method for manufacturing the sensor substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05340909A (en) * 1992-06-11 1993-12-24 Chichibu Cement Co Ltd Bonding pad
JP2002195976A (en) * 2000-10-16 2002-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrocarbon sensor and its manufacturing method
JP2002195978A (en) * 2000-12-26 2002-07-10 Riken Corp Gas detector element and gas sensing device using it
JP2009115776A (en) * 2007-07-11 2009-05-28 Ngk Spark Plug Co Ltd Ammonia gas sensor
JP2016085141A (en) * 2014-10-27 2016-05-19 京セラ株式会社 Sensor substrate, sensor device, and method for manufacturing the sensor substrate

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019203834A (en) * 2018-05-25 2019-11-28 株式会社Soken Gas sensor
JP7075817B2 (en) 2018-05-25 2022-05-26 株式会社Soken Gas sensor
WO2021166312A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor
JP2021128105A (en) * 2020-02-17 2021-09-02 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor
JP7270565B2 (en) 2020-02-17 2023-05-10 日本特殊陶業株式会社 Sensor element and gas sensor

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