JP2019203876A - Sensor element and gas sensor - Google Patents

Sensor element and gas sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2019203876A
JP2019203876A JP2019018400A JP2019018400A JP2019203876A JP 2019203876 A JP2019203876 A JP 2019203876A JP 2019018400 A JP2019018400 A JP 2019018400A JP 2019018400 A JP2019018400 A JP 2019018400A JP 2019203876 A JP2019203876 A JP 2019203876A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor element
pad
electrode
hole
single pad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019018400A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7206123B2 (en
Inventor
斉 古田
Sai Furuta
斉 古田
章敬 小島
Akiyoshi Kojima
章敬 小島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to US16/401,136 priority Critical patent/US11385198B2/en
Priority to DE102019113324.6A priority patent/DE102019113324A1/en
Publication of JP2019203876A publication Critical patent/JP2019203876A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7206123B2 publication Critical patent/JP7206123B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

To provide a sensor element and a gas sensor that, when the sensor element has three electrode pads at least on one side, makes the element compact.SOLUTION: A plate-like sensor element 100 has, at least on one side, three electrode pads 301 to 303 per one side. At least on one side, a group of two pads 301 and 302 are arranged side by side in a width direction, and one single pad 303 is arranged on a leading end side or a rear end side of the group of pads. The single pad has a body part 303b that is wider than a gap between the group of pads and electrically connected to a connection terminal 16, and connection parts 301c to 303c that are connected to a conductor formed in a through hole that extends in a thickness direction inside the sensor element, the connection parts adjacent to a side face of the body part.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるセンサ素子及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a sensor element and a gas sensor suitably used for detecting the gas concentration of a specific gas contained in combustion gas or exhaust gas of a combustor or an internal combustion engine, for example.

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分(酸素等)の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサとして、板状のセンサ素子を備えた構成が知られている(特許文献1)。そして、センサ素子が有する検知セルからの検出出力を取り出したり、ポンプセルのポンプ電流を制御するため、セルを構成する電極は、素子内のスルーホール導体を介して素子表面の電極パッドに接続されている。
ところで、全領域空燃比センサ素子や、NOxセンサ素子の場合、2つ以上のセルを有し、さらにヒータの通電用の電極パッドも加わる。このため、図7に示すように、センサ素子1000の表裏面に片面当たり3個の電極パッド1100、1110、1120が形成される場合がある。
Conventionally, a gas sensor for detecting the concentration of a specific component (oxygen or the like) in exhaust gas of an internal combustion engine has been used. As this gas sensor, a configuration including a plate-like sensor element is known (Patent Document 1). And in order to take out the detection output from the detection cell which a sensor element has, and to control the pump current of a pump cell, the electrode which constitutes a cell is connected to the electrode pad of the element surface via the through-hole conductor in the element. Yes.
By the way, in the case of the full-range air-fuel ratio sensor element or NOx sensor element, it has two or more cells, and an electrode pad for energizing the heater is also added. For this reason, as shown in FIG. 7, three electrode pads 1100, 1110, and 1120 may be formed on one side of the front and back surfaces of the sensor element 1000 in some cases.

この場合、センサ素子1000の片面1000aにおいて、3個の電極パッド1100、1110、1120を幅方向に並べると、各電極パッドの間隔を十分に開けることができず、電極パッドに接続される接続端子同士の短絡が生じるおそれがある。そこで、2個の電極パッド1100、1110を幅方向に離間して並べると共に、電極パッド1100、1110の後端側に1個の電極パッド1120を配置している。
また、素子1000内のスルーホール導体1200は、各電極パッド1100、1110、1120の接続部1100c、1110c、1120cに重なるように接続されている。
In this case, if the three electrode pads 1100, 1110, and 1120 are arranged in the width direction on one side 1000a of the sensor element 1000, the electrode pads cannot be sufficiently spaced apart from each other, and the connection terminals connected to the electrode pads There is a risk of short circuiting between them. Therefore, the two electrode pads 1100 and 1110 are arranged apart from each other in the width direction, and one electrode pad 1120 is disposed on the rear end side of the electrode pads 1100 and 1110.
Further, the through-hole conductor 1200 in the element 1000 is connected so as to overlap the connection portions 1100c, 1110c, and 1120c of the electrode pads 1100, 1110, and 1120.

特開2015−232551号公報(図2)Japanese Patent Laying-Open No. 2015-232551 (FIG. 2)

ところで、電極パッド1100、1120がセンサ素子1000の軸線O方向に縦に並ぶことから、電極パッド1100、1110、1120全体の長さLxも長くなり、素子の短小化やコンパクト化が図れないという問題がある。
具体的には、電極パッド1120の接続部1120cはスルーホール導体1200上に形成されるため電極パッド1120の表面と段差を生じ、軸線O方向に電極パッド1120に対して矢印Fのように摺動する接続端子(図示せず)が接続部1120cで確実に接触し難く、接続部1120cは電極として有効に機能しない。このため、軸線O方向に接続部1120cの分だけ無駄なスペースが生じる。この場合、電極パッド1120先端の接続部1120cを、電極パッド1100、1110の間に、軸線方向に重なるように前進させれば、全体の長さLxを短くすることができるように見える。
Incidentally, since the electrode pads 1100, 1120 are vertically arranged in the direction of the axis O of the sensor element 1000, the overall length Lx of the electrode pads 1100, 1110, 1120 is also increased, and the element cannot be shortened or made compact. There is.
Specifically, since the connection portion 1120c of the electrode pad 1120 is formed on the through-hole conductor 1200, a step is formed with the surface of the electrode pad 1120, and slides with respect to the electrode pad 1120 in the direction of the axis O as indicated by an arrow F. The connection terminal (not shown) to be reliably contacted with the connection portion 1120c is difficult, and the connection portion 1120c does not function effectively as an electrode. For this reason, useless space is generated in the direction of the axis O by the amount of the connecting portion 1120c. In this case, if the connecting portion 1120c at the tip of the electrode pad 1120 is advanced between the electrode pads 1100 and 1110 so as to overlap in the axial direction, the overall length Lx seems to be shortened.

しかしながら、この場合、スルーホール導体1200と電極パッド1100(1110)との距離Gが近接するため、両者が短絡するおそれがある。つまり、一般にスルーホール導体1200は、スルーホールに導体ペーストを真空引きして充填することで形成するが、その際に導体ペーストがスルーホールの周囲に飛散するので、距離Gが近過ぎると導体ペーストが電極パッド1100(1110)と短絡する。そこで、距離Gを確保するため、電極パッド1120の先端を、電極パッド1100、1110の後端と軸線方向に離間させる必要があり、長さLxを短くすることができなくなる。スルーホール導体1200の代わりにヴィアホールに充填されるヴィアホール導体の場合も同様である。即ち、ヴィアホールに導体ペーストを充填する際に、導体ペーストがヴィアホールの周囲にはみ出すことで、距離Gが近過ぎると導体ペーストが電極パッド1100(1110)と短絡する虞がある。   However, in this case, since the distance G between the through-hole conductor 1200 and the electrode pad 1100 (1110) is close, there is a possibility that both are short-circuited. That is, in general, the through-hole conductor 1200 is formed by evacuating and filling the through-hole with a conductive paste. At this time, the conductive paste is scattered around the through-hole, and therefore if the distance G is too short, the conductive paste Is short-circuited to the electrode pad 1100 (1110). Therefore, in order to secure the distance G, the tip of the electrode pad 1120 needs to be separated from the rear ends of the electrode pads 1100 and 1110 in the axial direction, and the length Lx cannot be shortened. The same applies to a via-hole conductor that fills a via hole instead of the through-hole conductor 1200. That is, when filling the via hole with the conductive paste, the conductive paste protrudes around the via hole, and if the distance G is too short, the conductive paste may short-circuit with the electrode pad 1100 (1110).

そこで、本発明は、センサ素子が少なくとも片面に3つの電極パッドを有する場合に、素子の短小化を実現したセンサ素子及びガスセンサの提供を目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a sensor element and a gas sensor in which the element is shortened when the sensor element has three electrode pads on at least one surface.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点のセンサ素子は、軸線方向に延びる板状のセンサ素子であって、自身の主面の少なくとも片面に、該片面当たり3つの電極パッドを有し、各電極パッドが接続端子に電気的に接続するセンサ素子において、前記少なくとも片面には、幅方向に2個並ぶパッド群と、前記パッド群の先端側又は後端側に位置しつつ幅方向に見て前記パッド群と重ならない単独パッドと、が配置され、前記単独パッドは、前記センサ素子の内部に厚み方向に延びる貫通孔内に形成された導体と接続される接続部であって、前記本体部の側面に隣接する接続部と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the sensor element according to the first aspect of the present invention is a plate-like sensor element extending in the axial direction, and has three electrode pads per one side on at least one side of its main surface. In the sensor element in which each electrode pad is electrically connected to the connection terminal, the pad group arranged in the width direction on at least one surface, and the width direction while being positioned on the front end side or the rear end side of the pad group A single pad that does not overlap with the pad group as seen in FIG. 3, and the single pad is a connection portion connected to a conductor formed in a through hole extending in the thickness direction inside the sensor element, And a connecting portion adjacent to a side surface of the main body portion.

このセンサ素子によれば、電極パッドがセンサ素子の軸線O方向に縦に並んでも、単独パッドのうち、センサ素子の貫通孔内に形成された導体と接続される接続部が本体部の側面に隣接するので、電極として有効に機能しない接続部が本体部の先後にはみ出して軸線方向に無駄なスペースが生じることを抑制し、センサ素子の短小化やコンパクト化を図ることができる。   According to this sensor element, even if the electrode pads are arranged vertically in the direction of the axis O of the sensor element, the connection part connected to the conductor formed in the through hole of the sensor element is located on the side surface of the main body part. Since they are adjacent to each other, it is possible to prevent the connecting portion that does not function effectively as an electrode from protruding from the front of the main body portion and create a useless space in the axial direction, thereby making it possible to shorten or downsize the sensor element.

本発明のセンサ素子において、前記接続部は、前記本体部の側面のうち前記軸線方向の中間に位置してもよい、
接続部はセンサ素子の貫通孔内に形成された導体と接続されるため、接続部が本体部の側面のうち軸線方向の中間に位置していると、接続部が本体部の先端面又は後端面に位置する場合に比べ、多少接続部が位置ずれしても導体と接続し易い。
In the sensor element of the present invention, the connection portion may be located in the middle of the axial direction among the side surfaces of the main body portion.
Since the connection portion is connected to the conductor formed in the through hole of the sensor element, if the connection portion is located in the middle of the side surface of the main body portion in the axial direction, the connection portion may Compared to the case of being located on the end face, it is easy to connect to the conductor even if the connecting portion is slightly displaced.

本発明のセンサ素子において、前記単独パッドの前記接続部の前記幅方向の幅をWとし、前記単独パッドの前記幅方向の幅をWpとしたとき、Wp<3.1×Wであってもよい。
このセンサ素子によれば、Wp<3.1×Wとすることで、Wに比べてWpを相対的に小さくし、その分だけ単独パッドに使用するPt等の使用量を削減し、コストをさらに低減できる。
In the sensor element of the present invention, when the width in the width direction of the connecting portion of the single pad is W and the width in the width direction of the single pad is Wp, Wp <3.1 × W Good.
According to this sensor element, by setting Wp <3.1 × W, Wp is relatively smaller than W, and the amount of Pt used for a single pad is reduced by that amount, thereby reducing the cost. Further reduction can be achieved.

本発明のセンサ素子において、前記パッド群の電極パッドのうち前記軸線方向の長さが短い方の長さをL1とし、前記単独パッドの前記軸線方向の長さをL2としたとき、L1>L2であってもよい。
このセンサ素子によれば、L1>L2とすることで、電極パッドがセンサ素子の軸線O方向に縦に並んでも、電極パッド全体の長さがL1=L2の場合に比べて短くなり、センサ素子の短小化やコンパクト化をより一層図ることができる。
In the sensor element of the present invention, when the length of the electrode pad of the pad group having the shorter length in the axial direction is L1, and the length of the single pad in the axial direction is L2, L1> L2 It may be.
According to this sensor element, by setting L1> L2, even if the electrode pads are arranged vertically in the direction of the axis O of the sensor element, the entire length of the electrode pads is shorter than when L1 = L2, and the sensor element Can be further reduced in size and size.

又、本発明の第2の観点のセンサ素子は、軸線方向に延びる板状のセンサ素子であって、自身の主面の少なくとも片面に、該片面当たり3つの電極パッドを有し、各電極パッドが接続端子に電気的に接続するセンサ素子において、前記少なくとも片面には、幅方向に2個並ぶパッド群と、前記パッド群の先端側又は後端側に位置しつつ幅方向に見て前記パッド群と重ならない単独パッドと、が配置され、前記単独パッドは、前記パッド群間の隙間よりも広く、かつ、前記センサ素子の内部に厚み方向に延びる貫通孔内に形成された導体と接続され、前記パッド群の電極パッドのうち前記軸線方向の長さが短い方の長さをL1とし、前記単独パッドの前記軸線方向の長さをL2としたとき、L1>L2であり、前記貫通孔は、前記単独パッドの幅方向中心と重ならないことを特徴とする。   A sensor element according to a second aspect of the present invention is a plate-like sensor element extending in the axial direction, and has three electrode pads per one side of at least one of its main surfaces, and each electrode pad. In the sensor element that is electrically connected to the connection terminal, the pad group arranged in the width direction on at least one surface, and the pad as viewed in the width direction while being positioned at the front end side or the rear end side of the pad group A single pad that does not overlap the group, and the single pad is connected to a conductor that is wider than the gap between the pad groups and is formed in a through hole extending in the thickness direction inside the sensor element. L1> L2, where L1 is the length of the electrode pad of the pad group having the shorter length in the axial direction, and L2 is the length of the single pad in the axial direction, and the through hole Of the single pad Characterized in that it does not overlap with the direction center.

このセンサ素子によれば、電極パッドがセンサ素子の軸線O方向に縦に並んでも、単独パッドのうち、センサ素子の貫通孔内に形成された導体と接続される部位が単独パッドに内包されるので、電極として有効に機能しない導体との接続部位が単独パッドの先後にはみ出して軸線方向に無駄なスペースが生じることを抑制し、センサ素子の短小化やコンパクト化を図ることができる。
又、貫通孔が単独パッドの幅方向中心と重ならないようにすれば、幅方向中心付近の単独パッドの表面では導体との接続部位が介在せず、単独パッドのすべてを接続端子と確実に接触する有効長さとして利用でき、その分、L2を小さくできる。
According to this sensor element, even if the electrode pads are arranged vertically in the direction of the axis O of the sensor element, a portion of the single pad that is connected to the conductor formed in the through hole of the sensor element is included in the single pad. Therefore, it is possible to suppress the connection portion with the conductor that does not function effectively as an electrode from protruding beyond the tip of the single pad, thereby generating a useless space in the axial direction, and the sensor element can be shortened or made compact.
In addition, if the through hole does not overlap the center of the single pad in the width direction, the surface of the single pad near the center of the width direction will not have any connection part with the conductor, and all of the single pad will be in contact with the connection terminal without fail. L2 can be reduced by that amount.

本発明のセンサ素子において、前記貫通孔はスルーホールであり、当該スルーホール内に導体が形成されていてもよい。   In the sensor element of the present invention, the through hole is a through hole, and a conductor may be formed in the through hole.

本発明のセンサ素子において、前記貫通孔はヴィアホールであり、当該ヴィアホール内に導体が充填されていてもよい。   In the sensor element of the present invention, the through hole is a via hole, and the via hole may be filled with a conductor.

本発明のガスセンサは、センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、前記センサ素子は、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセンサ素子を用いることを特徴とする。   The gas sensor of the present invention comprises a sensor element and a metal shell that holds the sensor element, wherein the sensor element uses the sensor element according to any one of claims 1 to 7. To do.

この発明によれば、センサ素子が少なくとも片面に3つの電極パッドを有する場合に、素子の短小化を実現すると共に、電極パッドと接続端子との電気的接続の信頼性を確保し、電極パッド同士の短絡を抑制することができる。   According to the present invention, when the sensor element has at least three electrode pads on one side, the element is shortened, and the reliability of the electrical connection between the electrode pad and the connection terminal is ensured. Can be suppressed.

本発明の第1の観点の実施形態に係るセンサ素子を備えたガスセンサ(酸素センサ)の軸線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the axial direction of the gas sensor (oxygen sensor) provided with the sensor element which concerns on embodiment of the 1st viewpoint of this invention. センサ素子の軸線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the axial direction of a sensor element. 電極パッドにスルーホール導体が接続される形態を示す模式斜視図である。It is a model perspective view which shows the form by which a through-hole conductor is connected to an electrode pad. センサ素子の主面の両面の電極パッドを示す平面図である。It is a top view which shows the electrode pad of both surfaces of the main surface of a sensor element. センサ素子の片面の3つの電極パッドを示す平面図である。It is a top view which shows three electrode pads of the single side | surface of a sensor element. 本発明の第2の観点の実施形態に係るセンサ素子における電極パッドの形態を示す平面図である。It is a top view which shows the form of the electrode pad in the sensor element which concerns on embodiment of the 2nd viewpoint of this invention. 従来のセンサ素子の片面の3つの電極パッドを示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows three electrode pads of the single side | surface of the conventional sensor element.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(NOxセンサ)1の長手方向(軸線O方向)に沿う断面図、図2はセンサ素子100の軸線O方向に沿う断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction (axis O direction) of a gas sensor (NOx sensor) 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view along the axis O direction of the sensor element 100.

図1に示すように、ガスセンサ1は、センサ素子(NOxセンサ素子)100、センサ素子100等を内部に保持する主体金具30、主体金具30の先端部に装着されるプロテクタ24等を有している。センサ素子100は軸線O方向に延びるように配置されている。   As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 includes a sensor element (NOx sensor element) 100, a metal shell 30 that holds the sensor element 100 and the like, a protector 24 that is attached to the tip of the metal shell 30, and the like. Yes. The sensor element 100 is disposed so as to extend in the direction of the axis O.

主体金具30は、SUS430製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部31と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部32とを有している。また、主体金具30には、径方向内側に向かって突出する金具側段部33が設けられており、この金具側段部33はセンサ素子100を保持するための金属ホルダ34を支持している。
そしてこの金属ホルダ34の内側にはセラミックホルダ35、滑石36が先端側から順に配置されている。この滑石36は金属ホルダ34内に配置される第1滑石37と金属ホルダ34の後端に渡って配置される第2滑石38とからなる。
金属ホルダ34内で第1滑石37が圧縮充填されることによって、センサ素子100は金属ホルダ34に対して固定される。また、主体金具30内で第2滑石38が圧縮充填されることによって、センサ素子100の外面と主体金具30の内面との間のシール性が確保される。
The metal shell 30 is made of SUS430, and has a male screw portion 31 for attaching the gas sensor to the exhaust pipe, and a hexagonal portion 32 to which an attachment tool is applied at the time of attachment. Further, the metal shell 30 is provided with a metal side step portion 33 protruding radially inward, and this metal side step portion 33 supports a metal holder 34 for holding the sensor element 100. .
Inside the metal holder 34, a ceramic holder 35 and a talc 36 are arranged in this order from the tip side. The talc 36 includes a first talc 37 disposed in the metal holder 34 and a second talc 38 disposed over the rear end of the metal holder 34.
The sensor element 100 is fixed to the metal holder 34 by compressing and filling the first talc 37 in the metal holder 34. In addition, the second talc 38 is compressed and filled in the metal shell 30, thereby ensuring a sealing property between the outer surface of the sensor element 100 and the inner surface of the metal shell 30.

そして第2滑石38の後端側には、アルミナ製のスリーブ39が配置されている。このスリーブ39は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔39aが設けられ、内部にセンサ素子100を挿通している。そして、主体金具30の後端側の加締め部30aが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材40を介してスリーブ39が主体金具30の先端側に押圧されている。   An alumina sleeve 39 is disposed on the rear end side of the second talc 38. The sleeve 39 is formed in a multi-stage cylindrical shape, is provided with a shaft hole 39a along the axis, and the sensor element 100 is inserted therein. The caulking portion 30 a on the rear end side of the metal shell 30 is bent inward, and the sleeve 39 is pressed to the front end side of the metal shell 30 through the stainless steel ring member 40.

また、主体金具30の先端側外周には、主体金具30の先端から突出するセンサ素子100の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔24aを有する金属製のプロテクタ24が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ24は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ41、内側には後端部42aの外径が先端部42bの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ42が配置されている。   Further, a metal protector 24 having a plurality of gas intake holes 24a is attached to the outer periphery on the front end side of the metallic shell 30 by covering the distal end portion of the sensor element 100 protruding from the distal end of the metallic shell 30 by welding. . This protector 24 has a double structure, a cylindrical outer protector 41 having a uniform outer diameter on the outer side, and an outer diameter of the rear end part 42a on the inner side from the outer diameter of the front end part 42b. An inner protector 42 having a bottomed cylindrical shape that is formed to be larger is also arranged.

一方、主体金具30の後端側には、SUS430製の外筒25の先端側が挿入されている。この外筒25は先端側の拡径した先端部25aを主体金具30にレーザ溶接等により固定している。外筒25の後端側内部には、セパレータ50が配置され、セパレータ50と外筒25の隙間に保持部材51が介在している。この保持部材51は、後述するセパレータ50の突出部50aに係合し、外筒25を加締めることにより外筒25とセパレータ50とにより固定されている。   On the other hand, on the rear end side of the metal shell 30, the front end side of the outer tube 25 made of SUS430 is inserted. The outer cylinder 25 has a distal end portion 25a whose diameter is enlarged on the distal end side fixed to the metal shell 30 by laser welding or the like. A separator 50 is disposed inside the rear end side of the outer cylinder 25, and a holding member 51 is interposed in a gap between the separator 50 and the outer cylinder 25. The holding member 51 is fixed by the outer cylinder 25 and the separator 50 by engaging a protrusion 50 a of the separator 50 described later and caulking the outer cylinder 25.

また、セパレータ50には、センサ素子100の6本のリード線11を挿入するための挿通孔50bが先端側から後端側にかけて貫設されている(なお、図1では4本のリード線11のみ表示)。挿通孔50b内には、リード線11と、センサ素子100の電極パッド301〜306(図4参照)とを接続する接続端子16が収容されている。各リード線11は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線11とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線11は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有しており、絶縁皮膜を剥いたリード線の先端が接続端子16の後端に圧着されている。   Further, the separator 50 is provided with through holes 50b for inserting the six lead wires 11 of the sensor element 100 from the front end side to the rear end side (in FIG. 1, four lead wires 11 are provided). Only display). The connection hole 16 that connects the lead wire 11 and the electrode pads 301 to 306 (see FIG. 4) of the sensor element 100 is accommodated in the insertion hole 50 b. Each lead wire 11 is connected to a connector (not shown) outside. An electrical signal is input / output between the external device such as the ECU and each lead wire 11 through this connector. Although not shown in detail, each lead wire 11 has a structure in which the conductive wire is covered with an insulating film made of resin, and the leading end of the lead wire from which the insulating film is peeled is crimped to the rear end of the connection terminal 16. Has been.

さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部25bを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の後端内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒25に固着されている。ゴムキャップ52にも、リード線11をそれぞれ挿入するための挿通孔52aが先端側から後端側にかけて貫設されている。   Further, a substantially cylindrical rubber cap 52 for closing the opening 25 b on the rear end side of the outer cylinder 25 is disposed on the rear end side of the separator 50. The rubber cap 52 is fixed to the outer cylinder 25 by caulking the outer periphery of the outer cylinder 25 toward the radially inner side in a state where the rubber cap 52 is mounted in the rear end of the outer cylinder 25. The rubber cap 52 is also provided with insertion holes 52a for inserting the lead wires 11 from the front end side to the rear end side.

図2に示すように、NOxセンサ素子)100は細長で長尺な板状をなし、3層の板状の固体電解質体109,105,151を、これらの間にアルミナ等からなる絶縁体180,185をそれぞれ挟んで層状に形成した構造を有し、これらの積層構造が検出素子部300を構成する。また、固体電解質体151側の外層(図2における下方側)には、アルミナを主体とするシート状の絶縁層103,101を積層し、その間にPtを主体とするヒータパターンからなる発熱部102を埋設したヒータ部200が設けられている。   As shown in FIG. 2, the NOx sensor element 100 has an elongated and long plate shape, and three layers of plate-like solid electrolyte bodies 109, 105, 151 are interposed between them and an insulator 180 made of alumina or the like. , 185 are sandwiched between layers, and the laminated structure forms the detection element unit 300. Further, sheet-like insulating layers 103 and 101 mainly composed of alumina are laminated on the outer layer (the lower side in FIG. 2) on the solid electrolyte body 151 side, and a heat generating portion 102 composed of a heater pattern mainly composed of Pt therebetween. A heater unit 200 in which is embedded is provided.

検出素子部300は、以下の酸素ポンプセル(Ip1セル)140、酸素濃度検出セル(Vsセル)130、第2ポンプセル(Ip2セル)150を備える。
酸素ポンプセル140は、第2固体電解質体109とその両面に形成された第3電極108と第4電極110から形成されている。酸素濃度検出セル130は、第1固体電解質体105とその両面に形成された第1電極104と第2電極106から形成されている。また、固体電解質体109と固体電解質体105との間には小空間としての中空の測定室107が形成されており、第2電極106及び第3電極108が測定室107内に配置されている。測定室107は先端側で外部と連通しており、該連通部分には、拡散律速部115が配置されている。
The detection element unit 300 includes the following oxygen pump cell (Ip1 cell) 140, oxygen concentration detection cell (Vs cell) 130, and second pump cell (Ip2 cell) 150.
The oxygen pump cell 140 is formed of the second solid electrolyte body 109 and the third electrode 108 and the fourth electrode 110 formed on both surfaces thereof. The oxygen concentration detection cell 130 is formed of the first solid electrolyte body 105 and the first electrode 104 and the second electrode 106 formed on both surfaces thereof. A hollow measurement chamber 107 as a small space is formed between the solid electrolyte body 109 and the solid electrolyte body 105, and the second electrode 106 and the third electrode 108 are disposed in the measurement chamber 107. . The measurement chamber 107 communicates with the outside on the distal end side, and a diffusion rate controlling portion 115 is disposed at the communicating portion.

また、第2固体電解質体109の表面には、第4電極110を挟み込むようにして、保護層111が形成されている。又、保護層111のうち第4電極110を覆う部分がくり抜かれて多孔質の電極保護部113が埋め込まれている。
酸素濃度検出セル130は、測定室107と後述する基準酸素室170との間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。酸素ポンプセル140は、測定室107内に酸素を汲み出し又は汲み入れる。
A protective layer 111 is formed on the surface of the second solid electrolyte body 109 so as to sandwich the fourth electrode 110. Further, a portion of the protective layer 111 that covers the fourth electrode 110 is cut out to embed a porous electrode protective portion 113.
The oxygen concentration detection cell 130 generates an electromotive force in accordance with an oxygen partial pressure difference between the measurement chamber 107 and a reference oxygen chamber 170 described later. The oxygen pump cell 140 pumps or pumps oxygen into the measurement chamber 107.

さらに、測定室107のセンサ素子100における後端側には、第2測定室(NOx測定室)160と測定室107との仕切りとして、ガスの拡散を調整する第2拡散抵抗部117が設けられている。そして、第3固体電解質体151、第5電極152、第6電極153から第2ポンプセル150が形成されている。
ここで、第3固体電解質体151は、絶縁体185を挟んで固体電解質体105と対向するように配置されている。又、第5電極152が形成された位置には絶縁体185が配置されておらず、独立した空間としての基準酸素室170が形成されている。この基準酸素室170内には、酸素濃度検出セル130の第1電極104も配置されている。尚、基準酸素室170内には、セラミック製の多孔質体が充填されている。
Further, on the rear end side of the sensor element 100 in the measurement chamber 107, a second diffusion resistance unit 117 that adjusts gas diffusion is provided as a partition between the second measurement chamber (NOx measurement chamber) 160 and the measurement chamber 107. ing. A second pump cell 150 is formed from the third solid electrolyte body 151, the fifth electrode 152, and the sixth electrode 153.
Here, the third solid electrolyte body 151 is disposed so as to face the solid electrolyte body 105 with the insulator 185 interposed therebetween. Further, the insulator 185 is not disposed at the position where the fifth electrode 152 is formed, and a reference oxygen chamber 170 is formed as an independent space. In the reference oxygen chamber 170, the first electrode 104 of the oxygen concentration detection cell 130 is also disposed. The reference oxygen chamber 170 is filled with a ceramic porous body.

また、第6電極153が形成された位置にも絶縁体185が配置されておらず、基準酸素室170との間に絶縁体185を隔て、独立した小空間としての中空の第2測定室160が形成されている。そして、この第2測定室160に連通するように、固体電解質体105および絶縁体180のそれぞれに開口部125,181が設けられており、前述したように、測定室107と開口部181とが、これらの間に第2拡散抵抗部117を挟んで接続されている。
第2ポンプセル150は、絶縁体185により隔てられた基準酸素室170と第2測定室160との間で酸素のポンピング(汲み出し)を行うことができる。
Also, the insulator 185 is not disposed at the position where the sixth electrode 153 is formed, and the insulator 185 is separated from the reference oxygen chamber 170, and the hollow second measurement chamber 160 as an independent small space is provided. Is formed. The solid electrolyte body 105 and the insulator 180 are provided with openings 125 and 181 so as to communicate with the second measurement chamber 160. As described above, the measurement chamber 107 and the opening 181 are connected to each other. The second diffused resistor 117 is interposed between them.
The second pump cell 150 can pump oxygen between the reference oxygen chamber 170 and the second measurement chamber 160 separated by the insulator 185.

一方、ヒータ部200は、アルミナを主体とする第1基体101及び第2基体103と、第1基体101と第2基体103とに挟まれ、白金を主体とする発熱体102を有している。発熱体102は、先端側に位置する発熱部と、発熱部から第1基体の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部とを有している(図示せず)。そして、ヒータリード部の端末は、第1基体に設けられるスルーホール導体を介して電極パッド304,305(図4参照)と電気的に接続している。   On the other hand, the heater unit 200 includes a first base 101 and a second base 103 mainly composed of alumina, and a heating element 102 mainly composed of platinum sandwiched between the first base 101 and the second base 103. . The heating element 102 has a heating part located on the distal end side and a pair of heater lead parts extending from the heating part along the longitudinal direction of the first base (not shown). And the terminal of a heater lead part is electrically connected with electrode pad 304,305 (refer FIG. 4) via the through-hole conductor provided in a 1st base | substrate.

NOxセンサ素子100では、酸素濃度検出セル130の出力電圧が一定値となるように酸素ポンプセル140に流す電流を制御してポンピングを行う。このように酸素濃度が調整された排気ガスは、第2拡散抵抗部117を介し、第2測定室160内に導入され、第2ポンプセル150に一定の電圧を印加しときに第2ポンプセルを流れる電流を測定することにより、NOx濃度を検出している。   In the NOx sensor element 100, pumping is performed by controlling the current flowing through the oxygen pump cell 140 so that the output voltage of the oxygen concentration detection cell 130 becomes a constant value. The exhaust gas whose oxygen concentration is adjusted in this way is introduced into the second measurement chamber 160 via the second diffusion resistance unit 117 and flows through the second pump cell when a constant voltage is applied to the second pump cell 150. The NOx concentration is detected by measuring the current.

具体的には、第2測定室160内の排気ガスは、第2ポンプセル150の第6電極153を触媒としてNとOに分解(還元)される。そして分解された酸素は、第6電極153から電子を受け取り、酸素イオンとなって第3固体電解質体151内を流れ、第5電極152に移動する。このとき、測定室107で汲み残された残留酸素も同様に、Ip2セル150によって基準酸素室170内に移動する。このため、Ip2セル150を流れる電流は、NOx由来の電流および残留酸素由来の電流となる。
ここで、測定室107で汲み残された残留酸素の濃度は上記のように所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、NOx由来の電流の変動に対し影響は小さく、Ip2セル150を流れる電流はNOx濃度に比例することとなる。
Specifically, the exhaust gas in the second measurement chamber 160 is decomposed (reduced) into N 2 and O 2 using the sixth electrode 153 of the second pump cell 150 as a catalyst. The decomposed oxygen receives electrons from the sixth electrode 153, flows as oxygen ions in the third solid electrolyte body 151, and moves to the fifth electrode 152. At this time, the residual oxygen remaining in the measurement chamber 107 is also moved into the reference oxygen chamber 170 by the Ip2 cell 150. For this reason, the current flowing through the Ip2 cell 150 is a current derived from NOx and a current derived from residual oxygen.
Here, since the concentration of residual oxygen remaining in the measurement chamber 107 is adjusted to a predetermined value as described above, the current derived from the residual oxygen can be regarded as substantially constant, and the fluctuation of the current derived from NOx. The current flowing through the Ip2 cell 150 is proportional to the NOx concentration.

次に、図3〜図5を参照し、本発明の特徴部分である、センサ素子100の電極パッド301〜306について説明する。
図3は、電極パッド301にスルーホール導体401が接続される形態を示す模式斜視図、図4はセンサ素子100の主面100a、100bの両面の電極パッド301〜306を示す平面図、図5はセンサ素子100の片面100aの3つの電極パッド301〜303を示す平面図である。
なお、スルーホール導体は、センサ素子100の内部に厚み方向に延びる貫通孔内に形成されている。
Next, the electrode pads 301 to 306 of the sensor element 100, which is a characteristic part of the present invention, will be described with reference to FIGS.
3 is a schematic perspective view showing a form in which the through-hole conductor 401 is connected to the electrode pad 301, FIG. 4 is a plan view showing electrode pads 301 to 306 on both surfaces of the main surfaces 100a and 100b of the sensor element 100, and FIG. FIG. 3 is a plan view showing three electrode pads 301 to 303 on one side 100a of the sensor element 100.
The through-hole conductor is formed inside the sensor element 100 in a through hole extending in the thickness direction.

図3に示すように、第4電極110から後端側に沿ってリード部110Lが延びている。リード部110Lの端末は、保護層111の内部に厚み方向(積層方向)に延びるスルーホール導体401に接続され、スルーホール導体401は保護層111の表面まで延びている。そして、スルーホール導体401に重なるようにして保護層111の表面に電極パッド301が形成されている。
電極パッド301のうち、スルーホール導体401と重なる部位が接続部301cとなっている。
なお、電極パッド301は、例えばPtを含む導電ペーストを保護層111の所定位置に印刷した後、焼成して形成することができる。
As shown in FIG. 3, the lead portion 110 </ b> L extends from the fourth electrode 110 along the rear end side. The end of the lead portion 110L is connected to a through-hole conductor 401 extending in the thickness direction (stacking direction) inside the protective layer 111, and the through-hole conductor 401 extends to the surface of the protective layer 111. An electrode pad 301 is formed on the surface of the protective layer 111 so as to overlap the through-hole conductor 401.
A portion of the electrode pad 301 that overlaps the through-hole conductor 401 is a connection portion 301c.
The electrode pad 301 can be formed by, for example, printing a conductive paste containing Pt on a predetermined position of the protective layer 111 and then baking it.

他の各電極104、106、108、152、153、及び一対のヒータリード部についても、同様にそれぞれのリード部にスルーホール導体を介して対応する電極パッド302〜306が接続される。
なお、図4に示すように、本実施形態では、センサ素子100の片面100aにおいては、各電極110、104がそれぞれスルーホール導体401,403を介して対応する電極パッド301、303に接続される。
又、各電極108、106がそれぞれスルーホール導体402を介して共通の電極パッド(アース電極パッド)302に接続される。
Similarly, for each of the other electrodes 104, 106, 108, 152, 153 and the pair of heater lead portions, corresponding electrode pads 302 to 306 are connected to the respective lead portions via through-hole conductors.
As shown in FIG. 4, in this embodiment, on one surface 100 a of the sensor element 100, the electrodes 110 and 104 are connected to the corresponding electrode pads 301 and 303 via the through-hole conductors 401 and 403, respectively. .
The electrodes 108 and 106 are connected to a common electrode pad (ground electrode pad) 302 through the through-hole conductors 402, respectively.

又、センサ素子100の反対面100bにおいては、電極152がスルーホール導体406を介して対応する電極パッド306に接続される。
又、電極153がスルーホール導体402を介して共通の電極パッド(アース電極パッド)302に接続される。
一方、発熱体10からの一対のヒータリード部がそれぞれスルーホール導体404、405を介して対応する電極パッド304,305に接続される。
各電極パッド301〜306の接続部301c〜306cは、対応するスルーホール導体401〜406との重なり部分である。
On the opposite surface 100 b of the sensor element 100, the electrode 152 is connected to the corresponding electrode pad 306 through the through-hole conductor 406.
The electrode 153 is connected to a common electrode pad (ground electrode pad) 302 through the through-hole conductor 402.
On the other hand, a pair of heater lead portions from the heating element 10 are connected to corresponding electrode pads 304 and 305 via through-hole conductors 404 and 405, respectively.
The connection portions 301c to 306c of the electrode pads 301 to 306 are overlapping portions with the corresponding through-hole conductors 401 to 406.

次に、図5に示すセンサ素子100の片面100aを例にして、3つの電極パッド301〜303について説明する。
3つの電極パッド301〜303は、幅方向に2個並ぶパッド群301,302と、パッド群301,302の後端301eと隙間Dを介して配置される1個の単独パッド303からなる。単独パッド303は、パッド群301,302の後端側に配置され、パッド群301,302と軸線O方向に隙間Dを有する。
パッド群301,302において、各電極パッド301、302は軸線O方向に長い略矩形をなし、スルーホール導体401、402は各電極パッド301、302の先端側に配置されている。従って、接続部301c、302cも各電極パッド301、302の先端側に形成されている。
一方、単独パッド303は軸線O方向にやや長い略矩形をなす本体部303bと、スルーホール導体403と接続され、本体部303bの右側面に隣接する接続部303cとを有する。
本体部303bの幅は、パッド群301,302間の隙間よりも広い。
接続部303cは、スルーホール導体403を内包するようにして、本体部303bの側面のうち軸線O方向に見て中央近傍(中間)に本体部303bと一体に形成されている。ここで、本体部303bと接続部303cの境界は、軸線O方向に平行な線分が単独パッド303の幅方向の最も内側でスルーホール導体403と接する位置(図5の線分AX)とする。なお、本実施形態では、パッド群301,302の本体部と単独パッド303の本体部303bは略同面積となるように形成されている。
又、本実施形態では、単独パッド303の幅方向に見て、スルーホール導体403及び接続部303cは、センサ素子100の幅方向中心Ceと重ならない、つまり、接続部303cは幅方向中心Ceよりも幅方向端部側に位置する。
Next, the three electrode pads 301 to 303 will be described by taking one side 100a of the sensor element 100 shown in FIG. 5 as an example.
The three electrode pads 301 to 303 include two pad groups 301 and 302 arranged in the width direction, and one single pad 303 arranged with a gap D between the rear ends 301e of the pad groups 301 and 302. The single pad 303 is disposed on the rear end side of the pad groups 301 and 302, and has a gap D in the direction of the axis O with the pad groups 301 and 302.
In the pad groups 301, 302, the electrode pads 301, 302 have a substantially rectangular shape that is long in the direction of the axis O, and the through-hole conductors 401, 402 are disposed on the tip side of the electrode pads 301, 302. Accordingly, the connection portions 301 c and 302 c are also formed on the tip side of the electrode pads 301 and 302.
On the other hand, the single pad 303 has a main body part 303b having a substantially long rectangular shape in the direction of the axis O, and a connection part 303c connected to the through-hole conductor 403 and adjacent to the right side surface of the main body part 303b.
The width of the main body portion 303 b is wider than the gap between the pad groups 301 and 302.
The connection portion 303c is formed integrally with the main body portion 303b in the vicinity of the center (middle) of the side surface of the main body portion 303b as viewed in the direction of the axis O so as to enclose the through-hole conductor 403. Here, the boundary between the main body portion 303b and the connection portion 303c is a position where a line segment parallel to the axis O direction is in contact with the through-hole conductor 403 on the innermost side in the width direction of the single pad 303 (line segment AX in FIG. 5). . In the present embodiment, the main body portions of the pad groups 301 and 302 and the main body portion 303b of the single pad 303 are formed to have substantially the same area.
Further, in the present embodiment, when viewed in the width direction of the single pad 303, the through-hole conductor 403 and the connection portion 303c do not overlap the width direction center Ce of the sensor element 100, that is, the connection portion 303c is closer to the width direction center Ce. Is also located at the end in the width direction.

さらに、本実施形態では、、パッド群301,302のうち、軸線O方向の長さが短い方の長さをL1とし、単独パッド303の軸線O方向の長さをL2としたとき、L1>L2である。長さL1、L2は接続部を含む電極パッドの全長である。
又、図5の例では、電極パッド301、302の軸線O方向の長さは同一である。
Further, in the present embodiment, when the length of the pad group 301, 302 having the shorter length in the axis O direction is L1, and the length of the single pad 303 in the axis O direction is L2, L1> L2. The lengths L1 and L2 are the entire lengths of the electrode pads including the connection portions.
In the example of FIG. 5, the lengths of the electrode pads 301 and 302 in the axis O direction are the same.

このように、電極パッド301、303がセンサ素子の軸線O方向に縦に並んでも、単独パッド303のうち、センサ素子100の貫通孔内に形成されたスルーホール導体403と接続される接続部303cが本体部303bの側面に隣接するので、電極として有効に機能しない接続部303cが本体部303bの先後にはみ出して軸線O方向に無駄なスペースが生じることを抑制し、センサ素子100の短小化やコンパクト化を図ることができる。   Thus, even if the electrode pads 301 and 303 are vertically aligned in the direction of the axis O of the sensor element, the connection portion 303c connected to the through-hole conductor 403 formed in the through hole of the sensor element 100 in the single pad 303. Is adjacent to the side surface of the main body portion 303b, so that the connection portion 303c that does not effectively function as an electrode is prevented from protruding beyond the front portion of the main body portion 303b and a useless space is generated in the direction of the axis O. Compactness can be achieved.

又、図5に示すように、本実施形態では、単独パッド303のうち、接続部303cは、本体部303bの側面のうち軸線O方向の中間に位置している。
接続部303cはスルーホール導体403と接続されるため、接続部303cが本体部303bの側面のうち軸線O方向の中間に位置していると、接続部303cが本体部303bの先端面又は後端面に位置する場合に比べ、多少接続部303cが位置ずれしてもスルーホール導体403と接続し易い。又、上述のように接続部303cは電極として有効に機能しないので、接続部303cと軸線O方向に重なる部分が切り欠き303nとなって単独パッド303の面積を低減することで、単独パッド303に使用するPt等の使用量を削減し、コストを低減できる。
なお、切り欠き303nは、少なくとも接続部303cと軸線O方向に重なる先後のいずれかに設けられてもよい。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, of the single pad 303, the connection portion 303 c is located in the middle of the axis O direction on the side surface of the main body portion 303 b.
Since the connection portion 303c is connected to the through-hole conductor 403, when the connection portion 303c is located in the middle of the axis O direction on the side surface of the main body portion 303b, the connection portion 303c is the front end surface or the rear end surface of the main body portion 303b. Compared with the case where the connection portion 303c is located, it is easy to connect to the through-hole conductor 403 even if the connection portion 303c is slightly displaced. Further, as described above, since the connection portion 303c does not function effectively as an electrode, the portion overlapping the connection portion 303c in the direction of the axis O becomes a notch 303n to reduce the area of the single pad 303. The amount of Pt used can be reduced, and the cost can be reduced.
Note that the notch 303n may be provided at least one of the front and rear overlapping the connecting portion 303c in the axis O direction.

又、図5に示すように、単独パッド303の接続部303cの幅方向の幅をWとし、単独パッド303の幅方向の全幅をWpとしたとき、Wp<3.1×Wであってもよい。
Wp<3.1×Wとすると、Wに比べてWpを相対的に小さくし、その分だけ単独パッド303に使用するPt等の使用量を削減し、コストをさらに低減できる。
さらに、本実施形態では、L1>L2とすることで、電極パッド301,303がセンサ素子100の軸線O方向に縦に並んでも、電極パッド301,303全体の長さがL1=L2の場合に比べて短くなり、センサ素子100の短小化やコンパクト化をより一層図ることができる。
Further, as shown in FIG. 5, when the width in the width direction of the connection portion 303c of the single pad 303 is W and the total width in the width direction of the single pad 303 is Wp, even if Wp <3.1 × W. Good.
If Wp <3.1 × W, Wp can be made relatively smaller than W, and the amount of Pt used for the single pad 303 can be reduced by that amount, thereby further reducing the cost.
Furthermore, in this embodiment, when L1> L2, even when the electrode pads 301 and 303 are vertically aligned in the direction of the axis O of the sensor element 100, the total length of the electrode pads 301 and 303 is L1 = L2. As a result, the sensor element 100 can be made shorter and more compact.

又、軸線O方向のパッド群301,302と単独パッド303との距離、つまり、図5に示すパッド群301,302の後端301eと単独パッド303の先端との隙間Dが、単独パッド303のスルーホール導体403の円相当径×0.2より大きいとよい。
このようにすると、製造時にスルーホール導体403がスルーホールの周囲に飛散しても、スルーホール導体403がパッド群301,302と短絡することをより一層抑制できる。
なお、円相当径は、単独パッド303が形成される素子表面のスルーホール導体403の円相当径であり、素子内部のスルーホール導体403は対象としない。
Further, the distance between the pad groups 301 and 302 in the axis O direction and the single pad 303, that is, the gap D between the rear end 301e of the pad groups 301 and 302 and the tip of the single pad 303 shown in FIG. It is preferable that the equivalent circle diameter of the through-hole conductor 403 is larger than 0.2.
In this way, even if the through-hole conductor 403 is scattered around the through-hole at the time of manufacture, it is possible to further suppress the through-hole conductor 403 from being short-circuited with the pad groups 301 and 302.
Note that the equivalent circle diameter is the equivalent circle diameter of the through-hole conductor 403 on the surface of the element where the single pad 303 is formed, and does not include the through-hole conductor 403 inside the element.

次に、図6を参照し、本発明の第2の観点の実施形態に係るセンサ素子について説明する。但し、本発明の第2の観点の実施形態に係るセンサ素子は、単独パッド313の形状が異なること以外は、第2の観点の実施形態に係るセンサ素子と同一であるので、単独パッド313以外の説明を省略する。
図6に示すように、単独パッド313は軸線O方向に長い略矩形をなし、その右側の軸線O方向中央付近でスルーホール導体413を内包するようにして、スルーホール導体413と接続されている。
そして、パッド群301,302の電極パッドのうち軸線O方向の長さが短い方の長さをL1とし、単独パッド313の軸線O方向の長さをL2としたとき、L1>L2であり、貫通孔(スルーホール導体413)は、単独パッド313の幅方向中心と重ならない。
Next, a sensor element according to an embodiment of the second aspect of the present invention will be described with reference to FIG. However, the sensor element according to the embodiment of the second aspect of the present invention is the same as the sensor element according to the embodiment of the second aspect except that the shape of the single pad 313 is different. The description of is omitted.
As shown in FIG. 6, the single pad 313 has a substantially rectangular shape that is long in the direction of the axis O, and is connected to the through-hole conductor 413 so as to enclose the through-hole conductor 413 near the center of the right side of the axis O. .
When the length of the electrode pads of the pad groups 301 and 302 that have a shorter length in the direction of the axis O is L1, and the length of the single pad 313 in the direction of the axis O is L2, L1> L2. The through-hole (through-hole conductor 413) does not overlap with the center in the width direction of the single pad 313.

本発明の第2の観点の実施形態に係るセンサ素子においても、電極パッド301,303がセンサ素子100の軸線O方向に縦に並んでも、単独パッド313のうち、センサ素子100の貫通孔内に形成されたスルーホール導体413と接続される部位が単独パッド313に内包されるので、電極として有効に機能しないスルーホール導体413との接続部位が単独パッド313の先後にはみ出して軸線O方向に無駄なスペースが生じることを抑制し、センサ素子100の短小化やコンパクト化を図ることができる。
又、貫通孔(スルーホール導体413)が単独パッド313の幅方向中心と重ならないようにすれば、幅方向中心付近の単独パッド313の表面ではスルーホール導体413との接続部位が介在せず、単独パッド313のすべてを接続端子16と確実に接触する有効長さとして利用でき、その分、L2を小さくできる。
Even in the sensor element according to the embodiment of the second aspect of the present invention, even if the electrode pads 301 and 303 are arranged vertically in the direction of the axis O of the sensor element 100, the single pad 313 has a through hole in the sensor element 100. Since the portion connected to the formed through-hole conductor 413 is included in the single pad 313, the connection portion to the through-hole conductor 413 that does not function effectively as an electrode protrudes from the front of the single pad 313 and is wasted in the direction of the axis O. It is possible to suppress the generation of a large space and to reduce the size and size of the sensor element 100.
Further, if the through hole (through-hole conductor 413) does not overlap with the center in the width direction of the single pad 313, the connection portion with the through-hole conductor 413 does not intervene on the surface of the single pad 313 near the center in the width direction. All of the single pads 313 can be used as an effective length for reliably contacting the connection terminal 16, and L2 can be reduced accordingly.

本発明は上記実施形態に限定されず、少なくとも片面に3つの電極パッドを有するセンサ素子を有するあらゆるガスセンサ(センサ素子)に適用可能であり、例えば酸素ポンプセルと酸素濃度検出セルとヒータとを本実施の形態の酸素センサ(酸素センサ素子)に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサ(NOxセンサ素子)等に本発明を適用してもよい。
単独パッドは、パッド群と、前記パッド群の先端側に該パッド群と離間して配置されてもよい。単独パッド及びパッド群の形状、単独パッドにおける接続部(スルーホール導体等)の位置も限定されない。スルーホール導体等の断面形状も限定されない。
スルーホール導体1200の代わりにヴィアホールに充填されるヴィアホール導体の場合も同様である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to any gas sensor (sensor element) having a sensor element having three electrode pads on at least one side. For example, an oxygen pump cell, an oxygen concentration detection cell, and a heater are used in the present embodiment. The present invention can be applied to the oxygen sensor (oxygen sensor element) of the present invention, but is not limited to these uses, and it goes without saying that the present invention covers various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention. For example, the present invention may be applied to a NOx sensor (NOx sensor element) that detects the NOx concentration in the gas to be measured.
The single pad may be disposed apart from the pad group on the front end side of the pad group and the pad group. The shape of the single pad and the pad group, and the position of the connection part (through hole conductor or the like) in the single pad are not limited. The cross-sectional shape of the through-hole conductor is not limited.
The same applies to a via-hole conductor that fills a via hole instead of the through-hole conductor 1200.

1 ガスセンサ
16 接続端子
30 主体金具
100 センサ素子
100a、100b センサ素子の主面
301〜306 電極パッド
301と302、304と305 パッド群
303、306,313 単独パッド
303b、306b 本体部
301c〜306c、313c 接続部
401〜406、413 (スルーホール)導体
O 軸線
Ce センサ素子の幅方向中心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 16 Connection terminal 30 Main metal fitting 100 Sensor element 100a, 100b Main surface of sensor element 301-306 Electrode pad 301 and 302, 304 and 305 Pad group 303, 306, 313 Single pad 303b, 306b Body part 301c-306c, 313c Connection part 401-406, 413 (Through hole) conductor O Axis line Ce Sensor element width direction center

Claims (8)

軸線方向に延びる板状のセンサ素子であって、自身の主面の少なくとも片面に、該片面当たり3つの電極パッドを有し、各電極パッドが接続端子に電気的に接続するセンサ素子において、
前記少なくとも片面には、幅方向に2個並ぶパッド群と、前記パッド群の先端側又は後端側に位置しつつ幅方向に見て前記パッド群と重ならない単独パッドと、が配置され、
前記単独パッドは、前記パッド群間の隙間よりも広く、前記接続端子に電気的に接続する本体部と、前記センサ素子の内部に厚み方向に延びる貫通孔内に形成された導体と接続される接続部であって、前記本体部の側面に隣接する接続部と、を有することを特徴とするセンサ素子。
A plate-like sensor element extending in the axial direction, having three electrode pads on at least one side of the main surface of the sensor element and each electrode pad being electrically connected to a connection terminal.
On at least one side, a pad group arranged in two in the width direction, and a single pad that is positioned on the front end side or the rear end side of the pad group but does not overlap the pad group when viewed in the width direction, are arranged,
The single pad is wider than a gap between the pad groups, and is connected to a main body portion electrically connected to the connection terminal and a conductor formed in a through hole extending in the thickness direction inside the sensor element. It is a connection part, Comprising: The connection part adjacent to the side surface of the said main-body part, The sensor element characterized by the above-mentioned.
前記接続部は、前記本体部の側面のうち前記軸線方向の中間に位置することを特徴とする請求項1に記載のセンサ素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the connection portion is located in the middle of the axial direction on the side surface of the main body portion. 前記単独パッドの前記接続部の前記幅方向の幅をWとし、前記単独パッドの前記幅方向の幅をWpとしたとき、Wp<3.1×Wであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセンサ素子。   2. The width of the connecting portion of the single pad is W, and the width of the single pad in the width direction is Wp, Wp <3.1 × W. The sensor element according to claim 2. 前記パッド群の電極パッドのうち前記軸線方向の長さが短い方の長さをL1とし、前記単独パッドの前記軸線方向の長さをL2としたとき、L1>L2であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のセンサ素子。   L1> L2 when the length of the electrode pad of the pad group having the shorter length in the axial direction is L1, and the length of the single pad in the axial direction is L2. The sensor element as described in any one of Claims 1-3. 軸線方向に延びる板状のセンサ素子であって、自身の主面の少なくとも片面に、該片面当たり3つの電極パッドを有し、各電極パッドが接続端子に電気的に接続するセンサ素子において、
前記少なくとも片面には、幅方向に2個並ぶパッド群と、前記パッド群の先端側又は後端側に位置しつつ幅方向に見て前記パッド群と重ならない単独パッドと、が配置され、
前記単独パッドは、前記パッド群間の隙間よりも広く、かつ、前記センサ素子の内部に厚み方向に延びる貫通孔内に形成された導体と接続され、
前記パッド群の電極パッドのうち前記軸線方向の長さが短い方の長さをL1とし、前記単独パッドの前記軸線方向の長さをL2としたとき、L1>L2であり、
前記貫通孔は、前記単独パッドの幅方向中心と重ならないことを特徴とするセンサ素子。
A plate-like sensor element extending in the axial direction, having three electrode pads on at least one side of the main surface of the sensor element and each electrode pad being electrically connected to a connection terminal.
On at least one side, a pad group arranged in two in the width direction, and a single pad that is positioned on the front end side or the rear end side of the pad group but does not overlap the pad group when viewed in the width direction, are arranged,
The single pad is connected to a conductor that is wider than the gap between the pad groups and is formed in a through hole extending in the thickness direction inside the sensor element,
L1> L2 where L1 is the length of the electrode pad of the pad group having the shorter length in the axial direction and L2 is the length of the single pad in the axial direction;
The sensor element according to claim 1, wherein the through hole does not overlap a center in a width direction of the single pad.
前記貫通孔はスルーホールであり、当該スルーホール内に導体が形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のセンサ素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the through hole is a through hole, and a conductor is formed in the through hole. 前記貫通孔はヴィアホールであり、当該ヴィアホール内に導体が充填されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のセンサ素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the through hole is a via hole, and a conductor is filled in the via hole. センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、
前記センサ素子は、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセンサ素子を用いることを特徴とするガスセンサ。
In a gas sensor comprising a sensor element and a metal shell that holds the sensor element,
A gas sensor using the sensor element according to claim 1 as the sensor element.
JP2019018400A 2018-05-21 2019-02-05 Sensor element and gas sensor Active JP7206123B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/401,136 US11385198B2 (en) 2018-05-21 2019-05-02 Sensor element and gas sensor
DE102019113324.6A DE102019113324A1 (en) 2018-05-21 2019-05-20 SENSOR ELEMENT AND GAS SENSOR

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018096780 2018-05-21
JP2018096780 2018-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019203876A true JP2019203876A (en) 2019-11-28
JP7206123B2 JP7206123B2 (en) 2023-01-17

Family

ID=68726779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019018400A Active JP7206123B2 (en) 2018-05-21 2019-02-05 Sensor element and gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7206123B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007040820A (en) * 2005-08-03 2007-02-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element and gas sensor
US20100264027A1 (en) * 2009-04-17 2010-10-21 Ngk Spark Co., Ltd. Gas sensor
JP2015232551A (en) * 2014-05-12 2015-12-24 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor
JP2017116273A (en) * 2015-12-21 2017-06-29 株式会社デンソー Sensor
JP2018013475A (en) * 2016-07-07 2018-01-25 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor and manufacturing method of gas sensor
JP2018013476A (en) * 2016-07-07 2018-01-25 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor metal terminal, gas sensor, and manufacturing method of gas sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007040820A (en) * 2005-08-03 2007-02-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element and gas sensor
US20100264027A1 (en) * 2009-04-17 2010-10-21 Ngk Spark Co., Ltd. Gas sensor
JP2010266429A (en) * 2009-04-17 2010-11-25 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JP2015232551A (en) * 2014-05-12 2015-12-24 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor
JP2017116273A (en) * 2015-12-21 2017-06-29 株式会社デンソー Sensor
JP2018013475A (en) * 2016-07-07 2018-01-25 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor and manufacturing method of gas sensor
JP2018013476A (en) * 2016-07-07 2018-01-25 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor metal terminal, gas sensor, and manufacturing method of gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP7206123B2 (en) 2023-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4430591B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
JP4659889B2 (en) Gas sensor
JP5736344B2 (en) Gas sensor
US8377273B2 (en) Gas sensor
US20100264027A1 (en) Gas sensor
JP6859227B2 (en) Gas sensor
JP4527626B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
JP6814086B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
JP6622643B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
JP4304963B2 (en) Gas sensor element and manufacturing method thereof
JP7206123B2 (en) Sensor element and gas sensor
US10481122B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
JP6517613B2 (en) Gas sensor
JP4758325B2 (en) Gas sensor element, gas sensor and NOx sensor
US11867659B2 (en) Sensor element and gas sensor
JP2006300750A (en) Gas sensor, and method of manufacturing gas sensor
US11385198B2 (en) Sensor element and gas sensor
JP6438851B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
US20190162693A1 (en) Sensor element and gas sensor including the same
JP6313075B2 (en) Gas sensor
JP5166354B2 (en) Gas sensor element and gas sensor
US12031937B2 (en) Sensor element, gas sensor, and method for manufacturing sensor element
JP2019191071A (en) Sensor element and gas sensor
JP7500384B2 (en) Gas Sensors
US20240241076A1 (en) Sensor element and gas sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220623

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220704

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7206123

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150