JP2019203848A

JP2019203848A - ガスセンサ

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Publication number: JP2019203848A
Application number: JP2018100595A
Authority: JP
Inventors: 山田　哲生; Tetsuo Yamada; 哲生山田; 斉古田; Sai Furuta
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-05-25
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Abstract

【課題】参照電極リードにおける断線の発生を抑制する。【解決手段】ガスセンサは、電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、絶縁部材から近い順に、電気絶縁性を有する多孔質の材料で形成された絶縁多孔質層と、参照電極と、固体電解質体と、検知電極とが積層された構造を有し、被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出する。そしてガスセンサは、絶縁部材と絶縁多孔質層との間に配置される参照電極リードを備える。絶縁多孔質層には、参照電極リードと参照電極とにより挟まれる箇所に、絶縁多孔質層を貫通する貫通孔が形成される。また、貫通孔の内部には、貫通孔における一端側の開口部から他端側の開口部に至るようにして、導電性を有する材料で形成された導電性物質が配置される。【選択図】図６

Description

本開示は、被検出雰囲気中に存在するガスの濃度を検出するガスセンサに関する。

特許文献１には、電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、絶縁部材から近い順に、絶縁多孔質層、参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有し、被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサが記載されている。

特開２０１７−１４２２４３号公報

特許文献１に記載のガスセンサでは、絶縁部材の上に絶縁多孔質層が積層されているために、絶縁部材の表面と絶縁多孔質層の表面との間に段差が形成されている。そして、参照電極と電気的に接続される参照電極リードは、絶縁部材の表面に形成されている。このため、参照電極リードが上記の段差を乗り上げるように参照電極リードを形成することにより、絶縁多孔質層の上に積層されている参照電極と、絶縁部材の表面に形成されている参照電極リードとが接続される。しかし、このように参照電極リードを形成することにより、参照電極リードにも段差が形成され、この段差の部分で、参照電極リードの断線が発生し易くなる恐れがあった。

本開示は、参照電極リードにおける断線の発生を抑制することを目的とする。

本開示の一態様は、電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、絶縁部材から近い順に、電気絶縁性を有する多孔質の材料で形成された絶縁多孔質層と、参照電極と、固体電解質体と、検知電極とが積層された構造を有し、被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサである。

そして、本開示のガスセンサは、絶縁部材と絶縁多孔質層との間に配置される参照電極リードを備える。絶縁多孔質層には、参照電極リードと参照電極とにより挟まれる箇所に、絶縁多孔質層を貫通する貫通孔が形成される。また、貫通孔の内部には、貫通孔における一端側の開口部から他端側の開口部に至るようにして、導電性を有する材料で形成された導電性物質が配置され、導電性物質を介して参照電極リードと参照電極とが電気的に導通する。

このように構成された本開示のガスセンサでは、参照電極リードが絶縁部材と絶縁多孔質層との間に配置された状態で、参照電極リードと参照電極とが電気的に接続される。このため、本開示のガスセンサは、参照電極リードが、絶縁部材の表面と絶縁多孔質層の表面との間に形成される段差に乗り上げないようにすることができる。これにより、本開示のガスセンサは、参照電極リードにおける断線の発生を抑制することができる。

また、本開示の一態様では、貫通孔は、絶縁多孔質層と参照電極と固体電解質体と検知電極とが積層される積層方向に対して垂直な基準面への正射投影において検知電極と重なる部分が存在しないように配置されるようにしてもよい。

これにより、本開示のガスセンサは、検知電極が形成されている領域（以下、検知電極形成領域）の下に参照電極リードの端部が配置されないようにすることができる。すなわち、本開示のガスセンサは、検知電極形成領域の下に、絶縁部材の表面と参照電極リードの表面との間に形成される段差が配置されないようにすることができる。これにより、本開示のガスセンサは、絶縁多孔質層と参照電極と固体電解質体と検知電極とが積層されている箇所で、厚さが不均一となってしまう事態の発生を抑制することができる。

マルチガスセンサの内部構造を示す断面図である。センサ素子部と制御部の概略構成を示す図である。アンモニア検出部の分解斜視図である。積層体の断面を製造工程毎に示す図である。積層体の表面を製造工程毎に示す図である。アンモニア検出部の断面図である。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のマルチガス検出装置は、車両に搭載され、ディーゼルエンジンから排出される排気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。ＳＣＲは、Selective Catalytic Reductionの略である。より具体的には、マルチガス検出装置は、排気ガスに含まれるＮＯｘとアンモニア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_２）およびアンモニアの濃度を測定する。以下、マルチガス検出装置を搭載する車両を自車両という。

マルチガス検出装置は、図１に示すマルチガスセンサ２と、図２に示す制御部３とを備える。
マルチガスセンサ２は、図１に示すように、センサ素子部５と、主体金具１０と、セパレータ３４と、接続端子３８とを備える。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５が配置されている側（すなわち、図１の下側）を先端側ＦＥ、接続端子３８が配置されている側（すなわち、図１の上側）を後端側ＢＥという。

センサ素子部５は、軸線Ｏの方向（以下、軸線方向ＤＡ）に延びる板形状を有する。センサ素子部５の後端には電極端子部５Ａ，５Ｂ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５に形成された電極端子部を、電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂのみとしているが、実際には、後述するＮＯｘ検出部１０１およびアンモニア検出部１０２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。

主体金具１０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１１が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具１０は、軸線方向ＤＡに貫通する貫通孔１２と、貫通孔１２の径方向内側に突出する棚部１３とを備える。棚部１３は、貫通孔１２の径方向外側から中心に向かって先端側ＦＥ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。

主体金具１０は、センサ素子部５の先端側ＦＥを、貫通孔１２から先端側ＦＥに突出させ、センサ素子部５の後端側ＢＥを貫通孔１２の後端側ＢＥに突出させた状態で保持する。

主体金具１０の貫通孔１２の内部には、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順に、センサ素子部５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１４と、粉末充
填層である滑石リング１５，１６と、セラミックスリーブ１７とが積層されている。

セラミックスリーブ１７と主体金具１０の後端側ＢＥの端部との間には、加締めパッキン１８が配置されている。セラミックホルダ１４と主体金具１０の棚部１３との間には、金属ホルダ１９が配置されている。金属ホルダ１９は、滑石リング１５とセラミックホルダ１４を保持する。主体金具１０の後端側ＢＥの端部は、加締めパッキン１８を介してセラミックスリーブ１７を先端側ＦＥに向かって押し付けるように加締められる部分である。

主体金具１０の先端側ＦＥの端部には、外部プロテクタ２１および内部プロテクタ２２が設けられている。外部プロテクタ２１および内部プロテクタ２２は、先端側ＦＥ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２２は、センサ素子部５の先端側ＦＥの端部を覆った状態で主体金具１０に溶接され、外部プロテクタ２１は、内部プロテクタ２２を覆った状態で主体金具１０に溶接されている。

主体金具１０の後端側ＢＥの端部には、筒状に形成された外筒３１の先端側ＦＥの端部が固定されている。さらに、外筒３１の後端側ＢＥの端部である開口には、この開口を閉塞するグロメット３２が配置されている。

グロメット３２には、リード線４１が挿入されるリード線挿入孔３３が形成されている。リード線４１は、センサ素子部５の電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂに電気的に接続される。

セパレータ３４は、センサ素子部５の後端側ＢＥに配置された筒状に形成された部材である。セパレータ３４の内部に形成された空間は、軸線方向ＤＡに貫通する挿入孔３５である。セパレータ３４の外表面には、径方向外側に突出する鍔部３６が形成されている。

セパレータ３４の挿入孔３５には、センサ素子部５の後端部が挿入され、電極端子部５Ａ，５Ｂがセパレータ３４の内部に配置される。
セパレータ３４と外筒３１との間には、筒状に形成された保持部材３７が配置されている。保持部材３７は、セパレータ３４の鍔部３６と接触するとともに、外筒３１の内面と接触することにより、セパレータ３４を外筒３１に対して固定した状態で保持する。

接続端子３８は、セパレータ３４の挿入孔３５内に配置される部材であり、センサ素子部５の電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂと、リード線４１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３８のみが図示されている。

マルチガス検出装置の制御部３は、図２に示すように、自車両に搭載された電子制御装置２００と電気的に接続されている。電子制御装置２００は、制御部３で算出された排気ガス中のＮＯ濃度、ＮＯ_２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。

センサ素子部５は、ＮＯｘ検出部１０１と、アンモニア検出部１０２とを備える。
ＮＯｘ検出部１０１は、絶縁層１１３、セラミック層１１４、絶縁層１１５、セラミック層１１６、絶縁層１１７、セラミック層１１８、絶縁層１１９および絶縁層１２０が順次積層されて構成されている。絶縁層１１３，１１５，１１７，１１９，１２０は、アルミナを主体として形成されている。

ＮＯｘ検出部１０１は、セラミック層１１４とセラミック層１１６との間に形成される第１測定室１２１を備える。ＮＯｘ検出部１０１は、第１測定室１２１に隣接するようにしてセラミック層１１４とセラミック層１１６との間に配置された拡散抵抗体１２２を介して、外部から第１測定室１２１の内部に排気ガスを導入する。拡散抵抗体１２２は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。

ＮＯｘ検出部１０１は、第１ポンピングセル１３０を備える。第１ポンピングセル１３０は、固体電解質層１３１と、ポンピング電極１３２，１３３を備える。
固体電解質層１３１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。第１測定室１２１と接触する領域における一部分のセラミック層１１４が除去され、セラミック層１１４の代わりに固体電解質層１３１が充填されている。

ポンピング電極１３２，１３３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１３２は、固体電解質層１３１において第１測定室１２１と接触する面上に配置される。ポンピング電極１３３は、固体電解質層１３１を挟んでポンピング電極１３２とは反対側で固体電解質層１３１の面上に配置される。ポンピング電極１３３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１３は除去され、絶縁層１１３の代わりに多孔質体１３４が充填される。多孔質体１３４は、ポンピング電極１３３と外部との間で酸素の出入りを可能とする。

ＮＯｘ検出部１０１は、酸素濃度検出セル１４０を備える。酸素濃度検出セル１４０は、固体電解質層１４１と、検知電極１４２と、基準電極１４３とを備える。
固体電解質層１４１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層１３１よりも後端側ＢＥの領域における一部分のセラミック層１１６が除去され、セラミック層１１６の代わりに固体電解質層１４１が充填されている。

検知電極１４２と基準電極１４３は、白金を主体として形成されている。検知電極１４２は、固体電解質層１４１における第１測定室１２１と接触する面上に配置される。基準電極１４３は、固体電解質層１４１を挟んで検知電極１４２とは反対側で固体電解質層１４１の面上に配置される。

ＮＯｘ検出部１０１は、基準酸素室１４６を備える。基準酸素室１４６は、基準電極１４３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１７が除去されることにより形成された貫通孔である。

ＮＯｘ検出部１０１は、第２測定室１４８を備える。第２測定室１４８は、検知電極１４２および基準電極１４３よりも後端側ＢＥで固体電解質層１４１および絶縁層１１７を貫通して形成される。ＮＯｘ検出部１０１は、第１測定室１２１から排出された排気ガスを第２測定室１４８の内部に導入する。

ＮＯｘ検出部１０１は、第２ポンピングセル１５０を備える。第２ポンピングセル１５０は、固体電解質層１５１と、ポンピング電極１５２，１５３とを備える。
固体電解質層１５１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。基準酸素室１４６および第２測定室１４８と接触する領域とその周辺の領域のセラミック層１１８が除去され、セラミック層１１８の代わりに固体電解質層１５１が充填されている。

ポンピング電極１５２，１５３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１５２は、固体電解質層１５１において第２測定室１４８と接触する面上に配置される。
ポンピング電極１５３は、基準酸素室１４６を挟んで基準電極１４３とは反対側で固体電解質層１５１の面上に配置される。基準酸素室１４６の内部において、ポンピング電極１５３を覆うように多孔質体１４７が配置されている。

ＮＯｘ検出部１０１は、ヒータ１６０を備える。ヒータ１６０は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層１１９と絶縁層１２０との間に配置される。

アンモニア検出部１０２は、ＮＯｘ検出部１０１の外表面、より具体的には、絶縁層１２０の上に形成されている。アンモニア検出部１０２は、ＮＯｘ検出部１０１における基準電極１４３と軸線方向ＤＡ（すなわち、図２の左右方向）に略同位置に配置されている。

アンモニア検出部１０２は、多孔質層２１１、参照電極２１２、アンモニア用固体電解質体２１３および検知電極２１４が、この順に積層された構造となっている。
多孔質層２１１は、多孔質体１３４と同じ材料で構成されており、絶縁層１２０の表面に接触した状態で配置される。

参照電極２１２は、電極材として白金（Ｐｔ）を主体に構成されており、具体的には、Ｐｔおよび酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含む材料から構成されている。アンモニア用固体電解質体２１３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ている。また、参照電極２１２は、多孔質層２１１よりも気孔率の小さい緻密な層になっている。検知電極２１４は、電極材として金（Ａｕ）を主体に構成されており、具体的には、Ａｕおよび酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含む材料から構成されている。

これにより、参照電極２１２とアンモニア用固体電解質体２１３との界面には、アンモニアと参照電極２１２とアンモニア用固体電解質体２１３とが接する三相界面が形成される。同様に、検知電極２１４とアンモニア用固体電解質体２１３との界面には、アンモニアと検知電極２１４とアンモニア用固体電解質体２１３とが接する三相界面が形成される。

制御部３は、制御回路１８０と、マイクロコンピュータ１９０（以下、マイコン１９０）とを備える。
制御回路１８０は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路１８０は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、基準電圧比較回路１８３、Ｉｃｐ供給回路１８４、Ｖｐ２印加回路１８５、Ｉｐ２検出回路１８６、ヒータ駆動回路１８７および起電力検出回路１８８を備える。

そして、ポンピング電極１３２、検知電極１４２およびポンピング電極１５２は、基準電位に接続される。ポンピング電極１３３は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１に接続される。基準電極１４３は、Ｖｓ検出回路１８２とＩｃｐ供給回路１８４に接続される。ポンピング電極１５３は、Ｖｐ２印加回路１８５とＩｐ２検出回路１８６に接続される。ヒータ１６０は、ヒータ駆動回路１８７に接続される。

Ｉｐ１ドライブ回路１８１は、ポンピング電極１３２とポンピング電極１３３との間に電圧Ｖｐ１を印加して第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。

Ｖｓ検出回路１８２は、検知電極１４２と基準電極１４３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１８３へ出力する。
基準電圧比較回路１８３は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路１８２の出力（すなわち、電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路１８１へ出力する。そしてＩｐ１ドライブ回路１８１は、電圧Ｖｓが基準電圧と等しくなるように、第１ポンピング電流Ｉｐ１の流れる向きと第１ポンピング電流Ｉｐ１の大きさとを制御するとともに、第１測定室１２１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。

Ｉｃｐ供給回路１８４は、検知電極１４２と基準電極１４３との間に微弱な電流Ｉｃｐを流す。これにより、酸素が第１測定室１２１から固体電解質層１４１を介して基準酸素室１４６に送り込まれるため、基準酸素室１４６は、基準となる所定の酸素濃度に設定される。

Ｖｐ２印加回路１８５は、ポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間に、一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加する。これにより、第２測定室１４８では、第２ポンピングセル１５０を構成するポンピング電極１５２，１５３の触媒作用によって、ＮＯｘが解離（還元）される。この解離により得られた酸素イオンがポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間の固体電解質層１５１を移動することにより第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。Ｉｐ２検出回路１８６は、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。

ヒータ駆動回路１８７は、発熱抵抗体であるヒータ１６０の一端にヒータ通電用の正電圧を印加するともに、ヒータ１６０の他端にヒータ通電用の負電圧を印加することにより、ヒータ１６０を駆動する。

起電力検出回路１８８は、参照電極２１２と検知電極２１４との間の起電力（以下、アンモニア起電力ＥＭＦ）を検出し、検出結果を示す信号をマイコン１９０へ出力する。
マイコン１９０は、ＣＰＵ１９１、ＲＯＭ１９２、ＲＡＭ１９３および信号入出力部１９４を備える。

ＣＰＵ１９１は、ＲＯＭ１９２に記憶されたプログラムに基づいて、センサ素子部５を制御するための処理を実行する。信号入出力部１９４は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、Ｉｐ２検出回路１８６、ヒータ駆動回路１８７および起電力検出回路１８８に接続される。ＣＰＵ１９１は、信号入出力部１９４を介してヒータ駆動回路１８７へ駆動信号を出力することによりヒータ１６０を制御する。

またＣＰＵ１９１は、ＲＯＭ１９２に記憶されている各種のデータに基づいて、第２ポンピング電流Ｉｐ２の電流値、アンモニア起電力ＥＭＦから酸素濃度の影響を取り除く処理を行い、さらに、ＮＯ濃度およびＮＯ_２濃度等のＮＯｘ濃度と、アンモニア濃度とを算出する処理を行う。なお、これらの処理としては、特開２０１１−０７５５４６号公報などに記載された処理を用いることができ、特に限定するものではない。

次に、アンモニア検出部１０２の製造方法を説明する。
まず、図４における積層体ＳＢ１の断面と、図５における積層体ＳＢ１の表面とで示すように、ＮＯｘ検出部１０１の絶縁層１２０となる未焼成絶縁層シートの表面に、参照電極リード２１５となる参照電極リードパターンと、第１検知電極リード２１８となる第１検知電極リードパターンとを形成する。参照電極リードパターンおよび第１検知電極リードパターンは、白金（Ｐｔ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、バインダおよび有機溶剤を含む白金ペーストを印刷（例えば、スクリーン印刷）することにより形成される。

参照電極リード２１５は、図３に示すように、線状部２１５ａと、分岐部２１５ｂ，２１５ｃとを備える。線状部２１５ａは、センサ素子部５における後端側ＢＥの端部から先端側ＦＥへ向かうようにして線状に形成される。分岐部２１５ｂ，２１５ｃは、線状部２１５ａにおける先端側ＦＥの端部から先端側ＦＥへ向かうようにして線状に形成される。分岐部２１５ｂ，２１５ｃはそれぞれ、線状部２１５ａにおける先端側ＦＥの端部を通って軸線方向ＤＡに対して平行な中心線ＣＬを挟んで一方側と他方側とに配置される。

２本の第１検知電極リード２１８は、センサ素子部５における後端側ＢＥの端部から先端側ＦＥへ向かうようにして線状に形成される。第１検知電極リード２１８における先端側ＦＥの端部は、線状部２１５ａにおける先端側ＦＥの端部よりも後端側ＢＥに配置される。２本の第１検知電極リード２１８はそれぞれ、中心線ＣＬを挟んで一方側と他方側とに配置される。

次に、図４における積層体ＳＢ２の断面と、図５における積層体ＳＢ２の表面とで示すように、絶縁層１２０となる未焼成絶縁層シートの表面の一部分と、参照電極リードパターンの表面の一部分との上に、多孔質層２１１となる多孔質層パターンを形成する。多孔質層パターンは、アルミナ、カーボン、バインダおよび有機溶剤を含むペーストを印刷することにより形成される。

多孔質層２１１は、図３に示すように、矩形状に形成されている。多孔質層２１１における先端側ＦＥの端部は、参照電極リード２１５における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。多孔質層２１１における後端側ＢＥの端部は、第１検知電極リード２１８における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。

多孔質層２１１には、貫通孔２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃが形成されている。貫通孔２１１ａは、参照電極リード２１５の分岐部２１５ｂと分岐部２１５ｃとにより挟まれる領域と対向するように配置される。貫通孔２１１ｂは、分岐部２１５ｂにおける先端側ＦＥの端部と対向するように配置される。貫通孔２１１ｃは、分岐部２１５ｃにおける先端側ＦＥの端部と対向するように配置される。

次に、図４における積層体ＳＢ３の断面と、図５における積層体ＳＢ３の表面とで示すように、多孔質層パターンの表面の一部分の上に、参照電極２１２となる参照電極パターンを形成する。参照電極パターンは、白金（Ｐｔ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、バインダおよび有機溶剤を含む参照電極用白金ペーストを印刷することにより形成される。ここで、参照電極用白金ペーストは、前述のリードパターン用の白金ペーストと、例えば白金の粒径や白金と酸化ジルコニウムの比率が異なる。参照電極２１２は、図３に示すように、連結部２１２ａと、被覆部２１２ｂ，２１２ｃとを備える。連結部２１２ａは、被覆部２１２ｂと被覆部２１２ｃとを連結する。被覆部２１２ｂ，２１２ｃはそれぞれ、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃを覆う。

次に、図４における積層体ＳＢ４の断面と、図５における積層体ＳＢ４の表面とで示すように、多孔質層パターンと参照電極パターンとの上に、第１絶縁層２１６となる第１絶縁層パターンを形成する。第１絶縁層パターンは、アルミナ、バインダおよび有機溶剤を含むペーストを印刷することにより形成される。

第１絶縁層２１６は、図３に示すように、矩形状に形成されている。第１絶縁層２１６における先端側ＦＥの端部は、参照電極リード２１５における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。第１絶縁層２１６における後端側ＢＥの端部は、第１検知電極リード２１８における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。

第１絶縁層２１６には、貫通孔２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃが形成されている。貫通孔２１６ａは、参照電極リード２１５の分岐部２１５ｂと分岐部２１５ｃとにより挟まれる領域と対向するように配置される。貫通孔２１６ｂ，２１６ｃは、参照電極２１２の連結部２１２ａと対向するように配置される。貫通孔２１６ｂ，２１６ｃはそれぞれ、中心線ＣＬを含み且つ積層方向ＳＤに平行な平面を挟んで一方側と他方側とに配置される。積層方向ＳＤは、多孔質層２１１、参照電極２１２、アンモニア用固体電解質体２１３および検知電極２１４が積層される方向である。

次に、図４における積層体ＳＢ５の断面と、図５における積層体ＳＢ５の表面とで示すように、第１絶縁層パターンの表面の一部分の上に、アンモニア用固体電解質体２１３となる固体電解質体パターンを形成する。固体電解質体パターンは、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印刷することにより形成される。アンモニア用固体電解質体２１３は、図３に示すように、矩形状に形成されている。そしてアンモニア用固体電解質体２１３は、貫通孔２１６ｂ，２１６ｃを覆うように配置される。

次に、図４における積層体ＳＢ６の断面と、図５における積層体ＳＢ６の表面とで示すように、第１絶縁層パターンの表面と固体電解質体パターンの表面との上に、第２絶縁層２１７となる第２絶縁層パターンを形成する。第２絶縁層パターンは、アルミナ、バインダおよび有機溶剤を含むペーストを印刷することにより形成される。

第２絶縁層２１７は、図３に示すように、矩形状に形成されている。第２絶縁層２１７における先端側ＦＥの端部は、参照電極リード２１５における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。第２絶縁層２１７における後端側ＢＥの端部は、第１検知電極リード２１８における先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。

第２絶縁層２１７には、貫通孔２１７ａ，２１７ｂ，２１７ｃが形成されている。貫通孔２１７ａは、参照電極リード２１５の分岐部２１５ｂと分岐部２１５ｃとにより挟まれる領域と対向するように配置される。貫通孔２１７ｂ，２１７ｃはそれぞれ、アンモニア用固体電解質体２１３を挟んで第１絶縁層２１６の貫通孔２１６ｂ，２１６ｃと対向するように配置される。貫通孔２１７ｂ，２１７ｃはそれぞれ、中心線ＣＬを含み且つ積層方向ＳＤに平行な平面を挟んで一方側と他方側とに配置される。

次に、図４における積層体ＳＢ７の断面と、図５における積層体ＳＢ７の表面とで示すように、第２絶縁層パターンの表面の一部分と、第１検知電極リードパターンの表面の一部分との上に、第２検知電極リード２１９となる第２検知電極リードパターンを形成する。第２検知電極リードパターンは、前述のリードパターン用の白金ペーストを印刷することにより形成される。

２本の第２検知電極リード２１９は、図３に示すように、貫通孔２１７ｂ，２１７ｃよりも後端側ＢＥとならない位置を先端側ＦＥの端部として、後端側ＢＥへ向かうようにして線状に形成される。第２検知電極リード２１９における後端側ＢＥの端部は、矢印ＡＬ１，ＡＬ２で示すように、第１検知電極リード２１８における先端側ＦＥの端部よりも後端側ＢＥに配置される。２本の第２検知電極リード２１９はそれぞれ、中心線ＣＬを含み且つ積層方向ＳＤに平行な平面を挟んで一方側と他方側とに配置される。

次に、図４における積層体ＳＢ８の断面と、図５における積層体ＳＢ８の表面とで示すように、第２検知電極リードパターンの表面における先端側ＦＥの端部以外の部分と、参照電極リードパターンおよび第１検知電極リードパターンの表面における後端側ＢＥの端部以外の部分との上に、第３絶縁層２２０となる第３絶縁層パターンを形成する。第３絶
縁層パターンは、アルミナ、バインダおよび有機溶剤を含むペーストを印刷することにより形成される。

第３絶縁層２２０は、図３に示すように、先端側ＦＥの端部における一部を切り欠いた矩形状に形成されている。第３絶縁層２２０における先端側ＦＥの端部は、矢印ＡＬ３，ＡＬ４で示すように、第２検知電極リード２１９における先端側ＦＥの端部よりも後端側ＢＥに配置される。第３絶縁層２２０における後端側ＢＥの端部は、矢印ＡＬ５，ＡＬ６で示すように、参照電極リード２１５および第１検知電極リード２１８における後端側ＢＥの端部よりも先端側ＦＥに配置される。第３絶縁層２２０に形成された切欠部２２０ａは、第２絶縁層２１７の貫通孔２１７ａと対向するように配置される。

そして、積層体ＳＢ８を所定温度（例えば、１５００℃）で焼成する。
次に、図４における積層体ＳＢ９の断面と、図５における積層体ＳＢ９の表面とで示すように、第２絶縁層２１７の表面の一部分と、第２検知電極リード２１９の表面における先端側ＦＥの端部の部分との上に、検知電極２１４となる検知電極パターンを形成する。検知電極パターンは、金（Ａｕ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、バインダおよび有機溶剤を含む金ペーストを印刷することにより形成される。

２つの検知電極２１４は、図３に示すように、矩形状に形成されている。２つの検知電極２１４のうちの一方は、貫通孔２１７ｂと、２本の第２検知電極リード２１９のうちの一方における先端側ＦＥの端部とを覆うように配置される。２つの検知電極２１４のうちの他方は、貫通孔２１７ｃと、２本の第２検知電極リード２１９のうちの他方における先端側ＦＥの端部とを覆うように配置される。

そして、積層体ＳＢ９を所定温度（例えば、１０００℃）で焼成する。これにより、アンモニア検出部１０２が得られる。
次に、アンモニア検出部１０２の詳細な構造を説明する。

アンモニア検出部１０２は、図６に示すように、上記の多孔質層２１１、参照電極２１２、アンモニア用固体電解質体２１３および検知電極２１４に加えて、参照電極リード２１５、第１絶縁層２１６、第２絶縁層２１７、第１検知電極リード２１８、第２検知電極リード２１９および第３絶縁層２２０を備える。

参照電極リード２１５は、絶縁層１２０の表面上に配置される。多孔質層２１１は、絶縁層１２０の表面上と、参照電極リード２１５の表面上とに配置される。多孔質層２１１には、参照電極リード２１５における先端側ＦＥの端部と対向する箇所に、貫通孔２１１ｃが形成されている。

そして参照電極２１２は、貫通孔２１１ｃを塞ぐようにして、多孔質層２１１の表面上に配置される。これにより、貫通孔２１１ｃ内に参照電極２１２が充填され、参照電極２１２と参照電極リード２１５とが電気的に接続される。

また第１絶縁層２１６は、多孔質層２１１の表面上と、参照電極２１２の表面上とに配置される。第１絶縁層２１６には、参照電極２１２と対向する箇所に、貫通孔２１６ｃが形成されている。

そしてアンモニア用固体電解質体２１３は、貫通孔２１６ｃを塞ぐようにして、第１絶縁層２１６の表面上に配置される。これにより、貫通孔２１６ｃ内にアンモニア用固体電解質体２１３が充填され、アンモニア用固体電解質体２１３と参照電極２１２とが接触する。

また第２絶縁層２１７は、第１絶縁層２１６の表面上と、アンモニア用固体電解質体２１３の表面上とに配置される。第２絶縁層２１７には、アンモニア用固体電解質体２１３と対向する箇所に、貫通孔２１７ｃが形成されている。

また、第２検知電極リード２１９が、第２絶縁層２１７の表面上に配置される。そして検知電極２１４は、貫通孔２１７ｃを塞ぐとともに第２検知電極リード２１９と接触するようにして、第２絶縁層２１７の表面上に配置される。これにより、貫通孔２１７ｃ内に検知電極２１４が充填され、検知電極２１４とアンモニア用固体電解質体２１３とが接触する。なお、例えば直線ＳＬで示すように、貫通孔２１１ｃは、積層方向ＳＤに対して平行であり且つ検知電極２１４を通過する直線上に位置しないように配置される。

このように構成されたアンモニア検出部１０２は、電気絶縁性を有する絶縁層１２０の上に設置され、絶縁層１２０から近い順に、電気絶縁性を有する多孔質の材料で形成された多孔質層２１１と、参照電極２１２と、アンモニア用固体電解質体２１３と、検知電極２１４とが積層された構造を有し、排気ガス内におけるアンモニアの濃度を検出する。

そしてアンモニア検出部１０２は、絶縁層１２０と多孔質層２１１との間に配置される参照電極リード２１５を備える。多孔質層２１１には、参照電極リード２１５と参照電極２１２とにより挟まれる箇所に、多孔質層２１１を貫通する貫通孔２１１ｂ，２１１ｃが形成される。また、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃの内部には、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃにおける一端側の開口部から他端側の開口部に至るようにして、参照電極２１２が配置され、参照電極リード２１５と参照電極２１２とが電気的に導通する。

このようにアンモニア検出部１０２では、参照電極リード２１５が絶縁層１２０と多孔質層２１１との間に配置された状態で、参照電極リード２１５と参照電極２１２とが電気的に接続される。このため、アンモニア検出部１０２は、参照電極リード２１５が、絶縁層１２０の表面と多孔質層２１１の表面との間に形成される段差に乗り上げないようにすることができる。これにより、アンモニア検出部１０２は、参照電極リード２１５における断線の発生を抑制することができる。

また貫通孔２１１ｂ，２１１ｃは、多孔質層２１１と参照電極２１２とアンモニア用固体電解質体２１３と検知電極２１４とが積層される積層方向ＳＤに対して垂直な基準面への正射投影において検知電極２１４と重なる部分が存在しないように配置される。

これにより、アンモニア検出部１０２は、検知電極２１４が形成されている領域（以下、検知電極形成領域）の下に参照電極リード２１５の端部が配置されないようにすることができる。すなわち、アンモニア検出部１０２は、検知電極形成領域の下に、絶縁層１２０の表面と参照電極リード２１５の表面との間に形成される段差が配置されないようにすることができる。これにより、アンモニア検出部１０２は、多孔質層２１１と参照電極２１２とアンモニア用固体電解質体２１３と検知電極２１４とが積層されている箇所で、厚さが不均一となってしまう事態の発生を抑制することができる。

以上説明した実施形態において、アンモニア検出部１０２はガスセンサに相当し、絶縁層１２０は絶縁部材に相当し、多孔質層２１１は絶縁多孔質層に相当し、アンモニア用固体電解質体２１３は固体電解質体に相当する。

また、排気ガスは被検出雰囲気に相当し、アンモニアは検出対象ガスに相当し、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃは貫通孔に相当し、参照電極２１２は導電性物質に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるも
のではなく、種々変形して実施することができる。

例えば上記実施形態では、参照電極２１２、アンモニア用固体電解質体２１３および検知電極２１４が積層された構造を有するアンモニア検出部１０２がアンモニアの濃度を検出する形態を示した。しかし、本開示は、アンモニアの濃度を検出するガスセンサに限定されるものではない。すなわち、本開示は、参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有するガスセンサであれば、アンモニア以外のガスの濃度を検出するガスセンサにも適用可能である。

また上記実施形態では、アンモニア検出部１０２がＮＯｘ検出部１０１の外表面の上に形成されている形態を示したが、本開示は、ガスセンサの上に形成されるものに限定されるものでなく、電気絶縁性を有する部材の上にアンモニア検出部１０２が形成されるようにしてもよい。

また上記実施形態では、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃ内に参照電極２１２が配置される形態を示したが、貫通孔２１１ｂ，２１１ｃ内には、導電性を有する材料で形成された導電性物質が配置されるようにすればよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１０２…アンモニア検出部、１２０…絶縁層、２１１…多孔質層、２１１ｂ，２１１ｃ…貫通孔、２１２…参照電極、２１３…アンモニア用固体電解質体、２１４…検知電極、２１５…参照電極リード

Claims

電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、前記絶縁部材から近い順に、電気絶縁性を有する多孔質の材料で形成された絶縁多孔質層と、参照電極と、固体電解質体と、検知電極とが積層された構造を有し、被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記絶縁部材と前記絶縁多孔質層との間に配置される参照電極リードを備え、
前記絶縁多孔質層には、前記参照電極リードと前記参照電極とにより挟まれる箇所に、前記絶縁多孔質層を貫通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔の内部には、前記貫通孔における一端側の開口部から他端側の開口部に至るようにして、導電性を有する材料で形成された導電性物質が配置され、前記導電性物質を介して前記参照電極リードと前記参照電極とが電気的に導通するガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記貫通孔は、前記絶縁多孔質層と前記参照電極と前記固体電解質体と前記検知電極とが積層される積層方向に対して垂直な基準面への正射投影において前記検知電極と重なる部分が存在しないように配置されるガスセンサ。