JP2020003471A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a gas sensor with which it is possible to enhance heat transfer performance of a sensor element and achieve early activation of the sensor element .SOLUTION: A sensor element 2 of a gas sensor 1 comprises a solid electrolyte 31, a detection electrode 311, a reference electrode 312, a first insulator 33A, a second insulator 33B, a gas chamber 35, a reference gas duct 36, a heating element 34, and a heat transfer member 38, etc. A part of a heating part 341 of the heating element 34 is arranged at a position where the detection electrode 311 and the reference electrode 312 overlap with each other in a laminate direction D. The heat transfer member 38 is formed with a compact material of metal oxide that does not pass gas G to be detected. The heat transfer member 38 is held, in a part of the gas chamber 35, between the detection electrode 311 and the first insulator 33A where the heating element 34 is buried. The heat transfer member 38 promotes heat transfer from the heating part 341 to the solid electrolyte 31, the detection electrode 311 and the reference electrode 312.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、板形状のセンサ素子を備えるガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor including a plate-shaped sensor element.

ガスセンサは、例えば、内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度等の特定ガス成分の濃度を検出するために用いられる。ガスセンサのセンサ素子は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の両表面における対向位置に設けられた検出電極及び基準電極とを有する。また、固体電解質体に積層された絶縁体には、通電によって発熱する発熱体が埋設されている。発熱体における発熱部は、電極に対向する位置に配置されており、発熱部から発生する熱によって、検出電極、基準電極、及び各電極間に挟まれた固体電解質体の部分を活性温度に加熱している。   The gas sensor is disposed, for example, in an exhaust pipe of an internal combustion engine, and is used to detect a concentration of a specific gas component such as an oxygen concentration in the detection target gas, using exhaust gas flowing through the exhaust pipe as a detection target gas. The sensor element of the gas sensor has a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity, and a detection electrode and a reference electrode provided at opposing positions on both surfaces of the solid electrolyte body. In addition, a heating element that generates heat when energized is embedded in the insulator laminated on the solid electrolyte body. The heating part of the heating element is arranged at a position facing the electrode, and the heat generated from the heating part heats the detection electrode, the reference electrode, and the portion of the solid electrolyte body sandwiched between the electrodes to the active temperature. are doing.

例えば、特許文献1の酸素センサ素子においては、セラミック固体電解質からなる板状の基体における両面の対向位置に検出電極及び基準電極が設けられ、基体の内部には、基準電極を収容するとともに大気が導入される大気導入孔が形成されることが記載されている。そして、大気導入孔には、多孔質セラミックスが充填されることが記載されている。   For example, in the oxygen sensor element of Patent Document 1, a detection electrode and a reference electrode are provided at opposing positions on both sides of a plate-shaped base made of a ceramic solid electrolyte. It is described that an air introduction hole to be introduced is formed. It is described that the air introduction hole is filled with a porous ceramic.

特開2003−344350号公報JP 2003-344350 A

空燃比等を検出するガスセンサのセンサ素子には、固体電解質体に設けられた検出電極が収容され、検出電極へ排ガス等の検出対象ガスを供給するためのガス室が設けられる。また、センサ素子には、固体電解質体に設けられた基準電極が収容され、基準電極へ大気等の基準ガスを供給するための基準ガスダクトが設けられることがある。   A sensor element of a gas sensor for detecting an air-fuel ratio or the like contains a detection electrode provided on a solid electrolyte body, and is provided with a gas chamber for supplying a detection target gas such as exhaust gas to the detection electrode. In some cases, the sensor element accommodates a reference electrode provided on the solid electrolyte body, and is provided with a reference gas duct for supplying a reference gas such as air to the reference electrode.

ガス室、基準ガスダクト等のガス空間は、センサ素子における空洞部として形成される。そのため、このガス空間は、発熱体の発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱を抑制する部分となる。従って、センサ素子の早期活性化を図るためには、ガス空間における伝熱を促進する工夫が必要となる。   Gas spaces such as gas chambers and reference gas ducts are formed as cavities in the sensor element. Therefore, this gas space is a portion that suppresses heat transfer from the heat generating portion of the heat generating element to the solid electrolyte member and each electrode. Therefore, in order to activate the sensor element at an early stage, a device for promoting heat transfer in the gas space is required.

特許文献1の酸素センサ素子においては、大気導入孔に多孔質セラミックスが充填されていることによって、発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱性が改善されるとも考えられる。しかし、多孔質セラミックスは、大気導入孔の全体に充填されており、大気を透過させることを前提とするものである。そのため、大気導入孔における伝熱性を十分に促進することはできない。   In the oxygen sensor element of Patent Literature 1, it is considered that the heat transfer from the heat generating portion to the solid electrolyte member and each electrode is improved by filling the air introduction hole with the porous ceramic. However, the porous ceramic is filled in the entire air introduction hole, and is premised on allowing the air to pass through. Therefore, it is not possible to sufficiently promote the heat transfer in the air inlet.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、センサ素子の伝熱性を高めて、センサ素子の早期活性化を図ることができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and has been achieved in order to provide a gas sensor capable of improving the heat conductivity of a sensor element and quickly activating the sensor element.

本発明の一態様は、板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体(31)と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極(311,312)と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体(33A,33B)と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス(G)又は基準ガス(A)が導入されるガス空間(35,36)と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサにある。
One embodiment of the present invention relates to a gas sensor (1) including a plate-shaped sensor element (2),
The sensor element includes:
A solid electrolyte body (31) having oxygen ion conductivity;
A pair of electrodes (311, 312) provided on the surface of the solid electrolyte body;
An insulator (33A, 33B) laminated on the solid electrolyte body;
A gas space formed between the insulator at a position adjacent to the solid electrolyte body and accommodating one of the pair of electrodes and introducing a detection target gas (G) or a reference gas (A) ( 35, 36),
A heating section (341) that generates heat when energized and is disposed at a position where at least a part thereof overlaps the pair of electrodes in the stacking direction (D) of the solid electrolyte body and the insulator, and a pair of heating sections connected to the heating section. A heating element (34) having a lead portion (342) and embedded in the insulator forming the gas space;
The detection target gas is not permeated, and formed of a dense material of a metal oxide, and in a part of the gas space, between the insulator and the electrode in which the heating element is embedded, or the heating element is A heat transfer member sandwiched between the buried insulator, the electrode, and the solid electrolyte body, and for promoting heat transfer from the heat generating portion to the solid electrolyte body and the pair of electrodes; And a gas sensor comprising:

本発明の他の態様は、長尺板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体(31)と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス(G)に晒される第1主面(301)であって前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置に設けられた検出電極(311)と、
前記固体電解質体における、基準ガス(A)に晒される第2主面(302)であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極(312)と、
前記固体電解質体の前記第1主面に積層された第1絶縁体(33A)と、
前記固体電解質体と前記第1絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記第1絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記第1絶縁体における、前記固体電解質体の前記第1主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室(35)と、
前記ガス室に連通して前記第1絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部(32)と、
前記固体電解質体の前記第2主面に積層された第2絶縁体(33B)と、
前記第2絶縁体における、前記固体電解質体の前記第2主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部(360)から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト(36)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第1絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第1絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサにある。
Another embodiment of the present invention provides a gas sensor (1) including a long plate-shaped sensor element (2).
The sensor element includes:
A solid electrolyte body (31) having oxygen ion conductivity;
A detection electrode (311) provided on the first main surface (301) of the solid electrolyte body, which is exposed to the gas to be detected (G), at a position on the tip side in the longitudinal direction (L) of the sensor element;
A reference electrode (312), which is a second main surface (302) of the solid electrolyte body exposed to a reference gas (A) and is provided at a position on the distal end side in the long direction;
A first insulator (33A) laminated on the first main surface of the solid electrolyte body;
A heat-generating portion (341) which is arranged at a position where at least a part thereof overlaps the detection electrode and the reference electrode in the stacking direction (D) of the solid electrolyte body and the first insulator, and which generates heat by energization; A heating element (34) having a pair of leads (342) connected to a rear end side of the portion in the long direction and embedded in the first insulator;
A gas chamber (35) formed in a position of the first insulator adjacent to the first main surface of the solid electrolyte body and accommodating the detection electrode;
A diffusion resistance section (32) provided on the first insulator in communication with the gas chamber, for introducing the gas to be detected into the gas chamber at a predetermined diffusion rate;
A second insulator (33B) laminated on the second main surface of the solid electrolyte body;
A position adjacent to the second main surface of the solid electrolyte body in the second insulator, formed from a rear end opening (360) in the elongated direction to a position for accommodating the reference electrode; and A reference gas duct (36) through which the reference gas is introduced from the rear end opening;
The detection target gas is not permeated and is formed of a dense material of a metal oxide, and in a part of the gas chamber, between the first insulator and the detection electrode or between the first insulator and the detection. A heat transfer member (38) sandwiched between an electrode and the solid electrolyte body, and for promoting heat transfer from the heat generating portion to the solid electrolyte body, the detection electrode, and the reference electrode. In the gas sensor.

本発明のさらに他の態様は、長尺板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置における互い対向する位置に設けられた第1ポンプ電極(311A)及び第2ポンプ電極(311B)を有する第1固体電解質体(31A)と、
前記第1固体電解質体に対向して配置され、酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置における互い対向する位置に設けられた検出電極(312A)及び基準電極(312B)を有する第2固体電解質体(31B)と、
前記第1固体電解質体の前記第1ポンプ電極が設けられた主面に積層された第1絶縁体(33C)と、
前記第1固体電解質体の前記第2ポンプ電極が設けられた主面と前記第2固体電解質体の前記検出電極が設けられた主面との間に挟まれた第2絶縁体(33D)と、
前記第2固体電解質体の前記基準電極が設けられた主面に積層された第3絶縁体(33E)と、
前記各固体電解質体と前記各絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が前記各電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記第3絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記第1固体電解質体、前記第2固体電解質体及び前記第2絶縁体によって囲まれて形成され、前記第2ポンプ電極及び前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室(35)と、
前記ガス室に連通して前記第2絶縁体に設けられ、前記ガス室へ検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部(32)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第2ポンプ電極と前記検出電極との間、又は前記第2ポンプ電極及び前記第1固体電解質体と前記検出電極及び前記第2固体電解質体との間に挟持され、前記発熱部から前記第1固体電解質体、前記第1ポンプ電極及び前記第2ポンプ電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサにある。
Still another embodiment of the present invention relates to a gas sensor (1) including a long plate-shaped sensor element (2),
The sensor element includes:
It has oxygen ion conductivity and has a first pump electrode (311A) and a second pump electrode (311B) provided at positions facing each other at the tip side position in the longitudinal direction (L) of the sensor element. 1 solid electrolyte body (31A);
A detection electrode (312A) that is disposed to face the first solid electrolyte body, has oxygen ion conductivity, and is provided at a position facing each other at a position on the distal end side in the longitudinal direction (L) of the sensor element; And a second solid electrolyte body (31B) having a reference electrode (312B) and
A first insulator (33C) laminated on a main surface of the first solid electrolyte body on which the first pump electrode is provided;
A second insulator (33D) sandwiched between a main surface of the first solid electrolyte body on which the second pump electrode is provided and a main surface of the second solid electrolyte body on which the detection electrode is provided; ,
A third insulator (33E) laminated on a main surface of the second solid electrolyte body on which the reference electrode is provided;
A heat generating portion (341) that generates heat by energization and is disposed at a position where at least a part thereof overlaps with each of the electrodes in a stacking direction (D) of each of the solid electrolyte bodies and each of the insulators; A heating element (34) having a pair of leads (342) connected to the rear end side in the longitudinal direction and embedded in the third insulator;
A gas chamber (35) formed so as to be surrounded by the first solid electrolyte body, the second solid electrolyte body, and the second insulator, and formed at a position accommodating the second pump electrode and the detection electrode;
A diffusion resistance section (32) provided on the second insulator in communication with the gas chamber, for introducing a gas to be detected into the gas chamber at a predetermined diffusion rate;
The detection target gas is not permeated, and is formed of a dense material of metal oxide, and in a part of the gas chamber, between the second pump electrode and the detection electrode, or between the second pump electrode and the second pump electrode. 1 is sandwiched between the solid electrolyte body, the detection electrode, and the second solid electrolyte body, and promotes heat transfer from the heat generating portion to the first solid electrolyte body, the first pump electrode, and the second pump electrode. And a heat transfer member (38).

(一態様のガスセンサ)
前記一態様のガスセンサにおいては、ガス空間を形成する絶縁体内に発熱体が埋設されており、ガス空間の一部における、発熱体が埋設された絶縁体と電極との間、又は発熱体が埋設された絶縁体と電極及び固体電解質体との間には、伝熱部材が挟持されている。この伝熱部材は、検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されており、発熱体の発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱を促進する。
(One Embodiment of Gas Sensor)
In the gas sensor according to the one aspect, the heating element is embedded in the insulator forming the gas space, and a part of the gas space is between the insulator and the electrode in which the heating element is embedded or the heating element is embedded. A heat transfer member is sandwiched between the insulator and the electrode and the solid electrolyte body. The heat transfer member is formed of a dense metal oxide material that does not allow the gas to be detected to permeate, and promotes heat transfer from the heat generating portion of the heat generating element to the solid electrolyte member and each electrode.

そして、固体電解質体及び各電極が発熱部の発熱によって加熱されるときには、発熱部における熱は、絶縁体を介して固体電解質体及び各電極に伝わるとともに、伝熱部材を介しても固体電解質体及び各電極に伝わる。このとき、発熱部から絶縁体を介して固体電解質体及び各電極へは、ガス空間を迂回するように伝熱が行われる一方、発熱部から伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へは、直進的に伝熱が行われる。   When the solid electrolyte member and each electrode are heated by the heat generated by the heat generating portion, the heat in the heat generating portion is transmitted to the solid electrolyte member and each electrode via the insulator, and also through the heat transfer member. And transmitted to each electrode. At this time, heat is transferred from the heat generating portion to the solid electrolyte member and each electrode via the insulator so as to bypass the gas space, and from the heat generating portion to the solid electrolyte member and each electrode via the heat transfer member. The heat is transferred straight.

これにより、発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱性、換言すれば、センサ素子の伝熱性を高めることができる。また、ガスセンサの始動時等においては、発熱部の発熱によってセンサ素子を酸素イオンの伝導性を活性化させる温度に加熱するための時間を短縮することができる。   Thereby, the heat conductivity from the heat generating portion to the solid electrolyte body and each electrode, in other words, the heat conductivity of the sensor element can be increased. Further, at the time of starting the gas sensor or the like, the time for heating the sensor element to a temperature at which the conductivity of oxygen ions is activated by the heat generated by the heat generating portion can be reduced.

それ故、前記一態様のガスセンサによれば、センサ素子の伝熱性を高めて、センサ素子の早期活性化を図ることができる。   Therefore, according to the gas sensor of one aspect, the heat conductivity of the sensor element can be enhanced, and the sensor element can be activated early.

また、伝熱部材が、発熱体が埋設された絶縁体と電極及び固体電解質体との間に挟持されている場合には、伝熱部材によって電極を覆う面積が減少することにより、センサ素子によってガス検出を行う際の電気抵抗の増加を抑制することができる。また、この場合には、伝熱部材の一部が固体電解質体に接合され、センサ素子における接合強度を高めることができる。また、この場合にも、伝熱部材によって、センサ素子の伝熱性を高めることもできる。なお、他の態様のガスセンサ及びさらに他の態様のガスセンサにおいても、同様である。   Further, when the heat transfer member is sandwiched between the electrode in which the heating element is embedded and the electrode and the solid electrolyte member, the area covered with the electrode by the heat transfer member is reduced, so that the sensor element is used. It is possible to suppress an increase in electric resistance when performing gas detection. Further, in this case, a part of the heat transfer member is joined to the solid electrolyte body, and the joining strength in the sensor element can be increased. Also in this case, the heat transfer member can also enhance the heat transfer of the sensor element. The same applies to the gas sensor according to another aspect and the gas sensor according to still another aspect.

(他の態様のガスセンサ)
前記他の態様のガスセンサにおいては、センサ素子がガス室及び基準ガスダクトを有する場合に、ガス室を形成する第1絶縁体に発熱体を配置し、伝熱部材をガス室の一部に配置している。発熱体が第1絶縁体に配置されることにより、発熱体の発熱部を、固体電解質体及び各電極のより近くに配置することができる。また、伝熱部材がガス室の一部に配置されることにより、発熱部の熱をガス室内の伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へ伝えることができる。これにより、センサ素子がガス室及び基準ガスダクトを有する場合に、発熱体の発熱部の熱を、伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へ伝えやすくすることができる。
(Gas Sensor of Another Embodiment)
In the gas sensor according to the other aspect, when the sensor element has a gas chamber and a reference gas duct, the heating element is arranged on the first insulator forming the gas chamber, and the heat transfer member is arranged on a part of the gas chamber. ing. By disposing the heating element on the first insulator, the heating section of the heating element can be disposed closer to the solid electrolyte member and each electrode. Further, since the heat transfer member is disposed in a part of the gas chamber, the heat of the heat generating portion can be transferred to the solid electrolyte body and each electrode via the heat transfer member in the gas chamber. Thereby, when the sensor element has the gas chamber and the reference gas duct, the heat of the heat generating portion of the heat generating element can be easily transmitted to the solid electrolyte member and each electrode via the heat transfer member.

また、伝熱部材が、第1絶縁体と検出電極及び固体電解質体との間に挟持されている場合には、一態様のガスセンサと同様に、電気抵抗の増加の抑制及びセンサ素子の接合強度の向上の作用効果が得られる。   Further, when the heat transfer member is sandwiched between the first insulator, the detection electrode, and the solid electrolyte member, similarly to the gas sensor of one embodiment, the increase in electric resistance is suppressed and the bonding strength of the sensor element is reduced. The effect of improvement is obtained.

(さらに他の態様のガスセンサ)
前記さらに他の態様のガスセンサにおいては、センサ素子が複数の固体電解質体及びガス室を有する場合に、固体電解質体同士の間に位置するガス室の一部に伝熱部材を配置している。そして、発熱体から、2つの固体電解質体のうちの、発熱体が埋設された第3絶縁体から遠い方に位置する第1固体電解質体、第1ポンプ電極及び第2ポンプ電極への伝熱性を改善することができる。
(Gas Sensor of Still Another Embodiment)
In the gas sensor according to still another aspect, when the sensor element has a plurality of solid electrolyte bodies and gas chambers, the heat transfer member is disposed in a part of the gas chamber located between the solid electrolyte bodies. Then, heat transfer from the heating element to the first solid electrolyte element, the first pump electrode, and the second pump electrode of the two solid electrolyte elements that are located farther from the third insulator in which the heating element is embedded. Can be improved.

また、伝熱部材が、第2ポンプ電極及び第1固体電解質体と検出電極及び第2固体電解質体との間に挟持されている場合には、一態様のガスセンサと同様に、電気抵抗の増加の抑制及びセンサ素子の接合強度の向上の作用効果が得られる。   Further, when the heat transfer member is sandwiched between the second pump electrode and the first solid electrolyte member and the detection electrode and the second solid electrolyte member, the electric resistance increases similarly to the gas sensor of one embodiment. And the effect of improving the bonding strength of the sensor element can be obtained.

なお、本発明の各態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。   Note that the reference numerals in parentheses of the components shown in the respective aspects of the present invention indicate the correspondence with the reference numerals in the drawings in the embodiments, but the components are not limited only to the contents of the embodiments.

実施形態1にかかる、ガスセンサを示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the gas sensor according to the first embodiment. 実施形態1にかかる、積層前のセンサ素子を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the sensor element before stacking according to the first embodiment. 実施形態1にかかる、センサ素子を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the sensor element according to the first embodiment. 実施形態1にかかる、センサ素子を示す、図3のIV−IV断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensor element according to the first embodiment, taken along line IV-IV of FIG. 3. 実施形態1にかかる、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an arrangement relationship among a detection electrode, a heat generating portion, and a heat transfer member in the sensor element according to the first embodiment. 実施形態1にかかる、他のセンサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship among a detection electrode, a heat generating portion, and a heat transfer member in another sensor element according to the first embodiment. 実施形態1にかかる、他のセンサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship among a detection electrode, a heat generating portion, and a heat transfer member in another sensor element according to the first embodiment. 実施形態2にかかる、センサ素子を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a sensor element according to the second embodiment. 実施形態2にかかる、センサ素子を示す、図8のIX−IX断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view of the sensor element according to the second embodiment, taken along the line IX-IX in FIG. 8. 実施形態3にかかる、発熱部が長尺方向に蛇行して形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship of a detection electrode, a heat generating portion, and a heat transfer member in a sensor element when a heat generating portion is formed to meander in a longitudinal direction according to a third embodiment. 実施形態3にかかる、図10の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 10 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図10の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 10 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図10の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 10 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図10の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 10 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、発熱部が幅方向に蛇行して形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing the arrangement relationship of a detection electrode, a heat generating portion, and a heat transfer member in a sensor element when a heat generating portion is formed to meander in a width direction according to a third embodiment. 実施形態3にかかる、図15の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 15 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図15の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 15 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図15の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 15 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、発熱部が蛇行せずに形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram showing another arrangement relationship of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element when the heat generating portion is formed without meandering according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図19の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 19 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図19の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 19 according to the third embodiment. 実施形態3にかかる、図19の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram showing another arrangement relation of the detection electrode, the heat generating portion, and the heat transfer member in the sensor element in the case of FIG. 19 according to the third embodiment. 実施形態4にかかる、センサ素子を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a sensor element according to the fourth embodiment. 実施形態4にかかる、センサ素子を示す、図23のXXIV−XXIV断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view along XXIV-XXIV of FIG. 23 illustrating a sensor element according to the fourth embodiment. 実施形態5にかかる、センサ素子を示す、図3のIV−IV断面相当図。FIG. 4 is a view corresponding to a cross section taken along line IV-IV of FIG. 3, showing a sensor element according to a fifth embodiment. 実施形態5にかかる、検出電極と伝熱部材との配置関係を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an arrangement relationship between a detection electrode and a heat transfer member according to the fifth embodiment. 実施形態5にかかる、オーバーラップ率と電気抵抗比との関係を示すグラフ。13 is a graph showing a relationship between an overlap ratio and an electric resistance ratio according to the fifth embodiment. 実施形態6にかかる、センサ素子を示す、図3のIV−IV断面相当図。FIG. 4 is an IV-IV cross-sectional equivalent view of FIG. 3 showing a sensor element according to a sixth embodiment. 実施形態7にかかる、検出電極と伝熱部材との配置関係を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an arrangement relationship between a detection electrode and a heat transfer member according to a seventh embodiment. 実施形態7にかかる、検出電極の先端から基端側への距離と累積電流との関係を示すグラフ。14 is a graph showing a relationship between a distance from a distal end to a proximal end of a detection electrode and a cumulative current according to the seventh embodiment. 実施形態7にかかる、検出電極の先端から基端側への距離と応答時間との関係を示すグラフ。13 is a graph showing a relationship between a distance from a distal end to a proximal side of a detection electrode and a response time according to the seventh embodiment. 実施形態7にかかる、他のセンサ素子の一部を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a part of another sensor element according to the seventh embodiment.

前述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
<実施形態1>
本形態のガスセンサ1は、図1及び図3に示すように、ガス検出を行うための長尺板形状のセンサ素子2を備える。センサ素子2は、固体電解質体31、一対の電極としての検出電極311及び基準電極312、第1絶縁体33A、第2絶縁体33B、ガス空間としてのガス室35及び基準ガスダクト36、発熱体34、伝熱部材38を備える。
A preferred embodiment of the above-described gas sensor will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
As shown in FIGS. 1 and 3, the gas sensor 1 of the present embodiment includes a long plate-shaped sensor element 2 for detecting gas. The sensor element 2 includes a solid electrolyte body 31, a detection electrode 311 and a reference electrode 312 as a pair of electrodes, a first insulator 33A, a second insulator 33B, a gas chamber 35 and a reference gas duct 36 as a gas space, and a heating element 34. , A heat transfer member 38.

図2〜図4に示すように、固体電解質体31は、酸素イオン(O2-)の伝導性を有するものである。検出電極311及び基準電極312は、固体電解質体31の表面としての第1主面301及び第2主面302における互いに対向する位置に設けられている。第1絶縁体33Aは、固体電解質体31の第1主面301に積層されており、第2絶縁体33Bは、固体電解質体31の第2主面302に積層されている。 As shown in FIG. 2 to FIG. 4, the solid electrolyte member 31 has oxygen ion (O 2− ) conductivity. The detection electrode 311 and the reference electrode 312 are provided at positions opposed to each other on a first main surface 301 and a second main surface 302 as surfaces of the solid electrolyte body 31. The first insulator 33A is stacked on the first main surface 301 of the solid electrolyte body 31, and the second insulator 33B is stacked on the second main surface 302 of the solid electrolyte body 31.

ガス室35は、固体電解質体31の第1主面301に隣接する位置において第1絶縁体33Aに囲まれて形成されるとともに、検出電極311が収容されて検出対象ガスGが導入される部分である。基準ガスダクト36は、固体電解質体31の第2主面302に隣接する位置において第2絶縁体33Bに囲まれて形成されるとともに、基準電極312が収容されて基準ガスAが導入される部分である。   The gas chamber 35 is formed at a position adjacent to the first main surface 301 of the solid electrolyte body 31 so as to be surrounded by the first insulator 33 </ b> A, and also accommodates the detection electrode 311 and introduces the detection target gas G. It is. The reference gas duct 36 is formed at a position adjacent to the second main surface 302 of the solid electrolyte body 31 so as to be surrounded by the second insulator 33B, and is a portion where the reference electrode 312 is accommodated and the reference gas A is introduced. is there.

図2〜図5に示すように、発熱体34は、ガス室35を形成する第1絶縁体33A内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部341と、発熱部341に繋がる発熱体リード部(リード部)342とを有する。発熱部341は、固体電解質体31と各絶縁体33A,33Bとの積層方向Dにおいて、少なくとも一部が検出電極311及び基準電極312に重なる位置に配置されている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the heating element 34 is embedded in the first insulator 33 </ b> A forming the gas chamber 35, and generates a heating section 341 that generates heat when energized, and a heating element lead connected to the heating section 341. (Lead part) 342. The heat generating portion 341 is disposed at a position where at least a part thereof overlaps the detection electrode 311 and the reference electrode 312 in the stacking direction D of the solid electrolyte body 31 and the insulators 33A and 33B.

伝熱部材38は、検出対象ガスGを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されている。伝熱部材38は、ガス室35の一部において、検出電極311と、発熱体34が埋設された第1絶縁体33Aとの間に挟持されている。伝熱部材38は、発熱部341から固体電解質体31、検出電極311及び基準電極312への伝熱を促進するためのものである。   The heat transfer member 38 is formed of a dense material of a metal oxide that does not allow the detection target gas G to pass therethrough. The heat transfer member 38 is sandwiched in a part of the gas chamber 35 between the detection electrode 311 and the first insulator 33A in which the heating element 34 is embedded. The heat transfer member 38 is for promoting heat transfer from the heat generating portion 341 to the solid electrolyte member 31, the detection electrode 311 and the reference electrode 312.

以下に、本形態のガスセンサ1について詳説する。
(内燃機関)
ガスセンサ1は、車両の内燃機関(エンジン)の排気管等に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスGとして、検出対象ガスGにおける酸素濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ1は、排ガスにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、内燃機関における空燃比を求める空燃比センサとして用いることができる。また、ガスセンサ1は、空燃比センサ以外にも、酸素濃度を求める種々の用途として用いることができる。
Hereinafter, the gas sensor 1 of the present embodiment will be described in detail.
(Internal combustion engine)
The gas sensor 1 is disposed in an exhaust pipe or the like of an internal combustion engine (engine) of a vehicle, and is used to detect an oxygen concentration or the like in the detection target gas G using exhaust gas flowing through the exhaust pipe as a detection target gas G. The gas sensor 1 can be used as an air-fuel ratio sensor for obtaining an air-fuel ratio in an internal combustion engine based on an oxygen concentration in an exhaust gas, an unburned gas concentration, and the like. In addition, the gas sensor 1 can be used for various uses other than the air-fuel ratio sensor for obtaining the oxygen concentration.

排気管には、排ガス中の有害物質を浄化するための触媒が配置されており、ガスセンサ1は、排気管における排ガスの流れ方向において、触媒の上流側又は下流側のいずれに配置することもできる。また、ガスセンサ1は、排ガスを利用して内燃機関が吸入する空気の密度を高める過給機の吸入側の配管に配置することもできる。また、ガスセンサ1を配置する配管は、内燃機関から排気管に排気される排ガスの一部を、内燃機関の吸気管に再循環させる排気再循環機構における配管とすることもできる。   A catalyst for purifying harmful substances in the exhaust gas is disposed in the exhaust pipe, and the gas sensor 1 can be disposed either upstream or downstream of the catalyst in the flow direction of the exhaust gas in the exhaust pipe. . In addition, the gas sensor 1 can be arranged in a pipe on the suction side of a supercharger that increases the density of the air sucked by the internal combustion engine using the exhaust gas. Further, the pipe in which the gas sensor 1 is disposed may be a pipe in an exhaust gas recirculation mechanism that recirculates a part of exhaust gas exhausted from the internal combustion engine to an exhaust pipe to an intake pipe of the internal combustion engine.

空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。空燃比センサにおいては、拡散抵抗部(拡散律速部)32によってガス室35へ導かれる検出対象ガスGの拡散速度が絞られる際に、検出電極311と基準電極312との間に、酸素イオンの移動量に応じた電流が出力される限界電流特性を示すための所定の電圧が印加される。   The air-fuel ratio sensor quantitatively continuously monitors the air-fuel ratio from a fuel-rich state where the ratio of fuel to air is higher than the stoichiometric air-fuel ratio to a fuel-lean state where the ratio of fuel to air is lower than the stoichiometric air-fuel ratio. Can be detected. In the air-fuel ratio sensor, when the diffusion speed of the gas G to be detected guided to the gas chamber 35 by the diffusion resistance section (diffusion rate-controlling section) 32 is reduced, oxygen ions between the detection electrode 311 and the reference electrode 312 are generated. A predetermined voltage for exhibiting a limit current characteristic in which a current according to the movement amount is output is applied.

図3及び図4に示すように、空燃比センサにおいて、燃料リーン側の空燃比を検出する際には、検出対象ガスGに含まれる酸素が、イオンとなって検出電極311から固体電解質体31を介して基準電極312へ移動する際に生じる電流を検出する。また、空燃比センサにおいて、燃料リッチ側の空燃比を検出する際には、検出対象ガスGに含まれる未燃ガス(炭化水素、一酸化炭素、水素等)を反応させるために、基準電極312から固体電解質体31を介して検出電極311へイオンとなった酸素が移動し、未燃ガスと酸素とが反応する際に生じる電流を検出する。   As shown in FIGS. 3 and 4, when the air-fuel ratio sensor detects the air-fuel ratio on the fuel lean side, oxygen contained in the gas G to be detected becomes ions and the solid electrolyte 31 The current generated when moving to the reference electrode 312 via is detected. When the air-fuel ratio sensor detects the air-fuel ratio on the fuel-rich side, the reference electrode 312 is used to react unburned gas (hydrocarbon, carbon monoxide, hydrogen, etc.) contained in the detection target gas G. Then, the ionized oxygen moves to the detection electrode 311 via the solid electrolyte body 31, and the current generated when the unburned gas reacts with the oxygen is detected.

(センサ素子2)
図3及び図4に示すように、センサ素子2は、固体電解質体31に、絶縁体33A,33B及び発熱体34が積層された積層タイプのものである。固体電解質体31は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし(50質量%以上含有し)、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体31を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換することができる。
(Sensor element 2)
As shown in FIGS. 3 and 4, the sensor element 2 is of a stacked type in which insulators 33 </ b> A and 33 </ b> B and a heating element 34 are stacked on a solid electrolyte body 31. The solid electrolyte body 31 is made of a zirconia-based oxide, and contains zirconia as a main component (containing 50% by mass or more), and is a stabilized zirconia or a partial zirconia obtained by partially replacing zirconia with a rare earth metal element or an alkaline earth metal element. Consists of stabilized zirconia. Part of the zirconia constituting the solid electrolyte body 31 can be replaced by yttria, scandia or calcia.

また、検出電極311及び基準電極312は、センサ素子2の長尺方向Lの先端側L1の部位に設けられている。検出電極311は、固体電解質体31における、検出対象ガスGに晒される第1主面301に設けられており、基準電極312は、固体電解質体31における、基準ガスAに晒される第2主面302に設けられている。   Further, the detection electrode 311 and the reference electrode 312 are provided at a position on the distal end side L1 of the sensor element 2 in the longitudinal direction L. The detection electrode 311 is provided on the first main surface 301 of the solid electrolyte body 31 that is exposed to the detection target gas G, and the reference electrode 312 is provided on the second main surface of the solid electrolyte body 31 that is exposed to the reference gas A. 302.

検出電極311及び基準電極312は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金、及び固体電解質体31との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。共材は、固体電解質体31にペースト状の電極材料を印刷(塗布)して両者を焼結する際に、電極材料によって形成される検出電極311及び基準電極312と固体電解質体31との結合強度を維持するためのものである。   The detection electrode 311 and the reference electrode 312 contain platinum as a noble metal exhibiting catalytic activity against oxygen, and zirconia-based oxide as a co-material with the solid electrolyte member 31. When the paste is printed (applied) on the solid electrolyte body 31 by sintering the solid electrode body 31 and the paste material, the detection electrode 311 and the reference electrode 312 formed by the electrode material are combined with the solid electrolyte body 31. It is for maintaining strength.

固体電解質体31の第1主面301には、第1絶縁体33Aと固体電解質体31とに囲まれたガス室35が隣接して形成されている。ガス室35は、第1絶縁体33Aにおける、検出電極311を収容する位置に形成されている。固体電解質体31の第2主面302には、第2絶縁体33Bと固体電解質体31とに囲まれた基準ガスダクト36が隣接して形成されている。基準ガスダクト36は、第2絶縁体33Bにおける、基準電極312を収容する位置からセンサ素子2の後端位置まで形成されている。センサ素子2の後端位置には、基準ガスダクト36の後端開口部360が形成されている。また、第1絶縁体33Aには、ガス室35へ検出対象ガスGを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部32が、ガス室35に連通する状態で設けられている。   A gas chamber 35 surrounded by the first insulator 33A and the solid electrolyte body 31 is formed adjacent to the first main surface 301 of the solid electrolyte body 31. The gas chamber 35 is formed at a position in the first insulator 33A where the detection electrode 311 is accommodated. On the second main surface 302 of the solid electrolyte body 31, a reference gas duct 36 surrounded by the second insulator 33B and the solid electrolyte body 31 is formed adjacently. The reference gas duct 36 is formed from the position where the reference electrode 312 is accommodated to the rear end position of the sensor element 2 in the second insulator 33B. At the rear end position of the sensor element 2, a rear end opening 360 of the reference gas duct 36 is formed. Further, the first insulator 33 </ b> A is provided with a diffusion resistance part 32 for introducing the detection target gas G into the gas chamber 35 at a predetermined diffusion rate, in a state communicating with the gas chamber 35.

図1及び図3示すように、センサ素子2は、長尺形状に形成されており、検出電極311、基準電極312、ガス室35、拡散抵抗部32及び発熱体34の発熱部341は、長尺方向Lの先端側L1の部位に配置されている。センサ素子2の長尺方向Lの先端側L1の部位には、検出電極311及び基準電極312と、これらの電極311,312の間に挟まれた固体電解質体31の部分とによる検知部21が形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the sensor element 2 is formed in a long shape, and the detection electrode 311, the reference electrode 312, the gas chamber 35, the diffusion resistance part 32, and the heating part 341 of the heating element 34 are long. It is arranged at a site on the tip side L1 in the scale direction L. A detection unit 21 formed by a detection electrode 311 and a reference electrode 312 and a portion of the solid electrolyte body 31 interposed between these electrodes 311 and 312 is provided at a position on the distal end side L1 of the sensor element 2 in the longitudinal direction L. Is formed.

センサ素子2の長尺方向Lとは、センサ素子2が長尺形状に形成された方向のことをいう。また、長尺方向Lに直交し、固体電解質体31と絶縁体33A,33Bとが積層された方向、換言すれば、固体電解質体31、絶縁体33A,33B及び発熱体34が積層された方向を、積層方向Dという。また、長尺方向Lと積層方向Dとに直交する方向を、幅方向Wという。また、センサ素子2の長尺方向Lにおいて、検知部21が形成された側を先端側L1といい、先端側L1の反対側を後端側L2という。   The long direction L of the sensor element 2 refers to a direction in which the sensor element 2 is formed in a long shape. Also, a direction orthogonal to the longitudinal direction L and in which the solid electrolyte member 31 and the insulators 33A and 33B are stacked, in other words, a direction in which the solid electrolyte member 31, the insulators 33A and 33B and the heating element 34 are stacked. Is referred to as a stacking direction D. The direction orthogonal to the long direction L and the laminating direction D is referred to as the width direction W. Further, in the longitudinal direction L of the sensor element 2, the side on which the detecting portion 21 is formed is referred to as a front end side L1, and the side opposite to the front end side L1 is referred to as a rear end side L2.

図2に示すように、検出電極311及び基準電極312には、これらの電極311,312をガスセンサ1の外部と電気接続するための電極リード部313,314が接続されており、この電極リード部313,314は、長尺方向Lの後端側L2の部位まで引き出されている。なお、図2、図3等においては、分かりやすくするために、センサ素子2の長尺方向Lの長さを短くして示す。   As shown in FIG. 2, electrode leads 313 and 314 for electrically connecting these electrodes 311 and 312 to the outside of the gas sensor 1 are connected to the detection electrode 311 and the reference electrode 312. 313 and 314 are drawn out to the site on the rear end side L2 of the long direction L. 2 and 3, the length of the sensor element 2 in the longitudinal direction L is shortened for easy understanding.

また、図2及び図5に示すように、発熱体34は、通電によって発熱する発熱部341と、発熱部341の、長尺方向Lの後端側L1に繋がる一対の発熱体リード部342とを有する。
発熱部341は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部341の直線部分は、長尺方向Lに平行に形成されている。発熱体リード部342は、直線状の導体部によって形成されている。発熱部341の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部342の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部342は、長尺方向Lの後端側L2の部位まで引き出されている。発熱体34は、導電性を有する金属材料を含有している。
As shown in FIGS. 2 and 5, the heating element 34 includes a heating section 341 that generates heat when energized, and a pair of heating element lead sections 342 connected to the rear end side L1 of the heating section 341 in the longitudinal direction L. Having.
The heat generating portion 341 is formed by a linear conductor portion meandering by a straight line portion and a curved portion. The linear portion of the heat generating portion 341 of the present embodiment is formed in parallel with the long direction L. The heating element lead 342 is formed by a linear conductor. The resistance value of the heating unit 341 per unit length is larger than the resistance value of the heating element lead unit 342 per unit length. The heating element lead portion 342 is drawn out to a position on the rear end side L2 in the longitudinal direction L. The heating element 34 contains a metal material having conductivity.

本形態の発熱部341は、発熱体34における長尺方向Lの先端側L1の位置において、長尺方向Lに蛇行する形状に形成されている。なお、発熱部341は、幅方向Wに蛇行して形成されていてもよい。発熱部341は、長尺方向Lに直交する積層方向Dにおいて、検出電極311及び基準電極312に対向する位置に配置されている。発熱体リード部342からの通電によって発熱部341が発熱することにより、検出電極311、基準電極312、及び固体電解質体31における、各電極311,312の間に挟まれた部分が目標とする温度に加熱される。   The heat generating portion 341 of this embodiment is formed in a shape meandering in the long direction L at a position on the distal end side L1 of the heat generating body 34 in the long direction L. Note that the heat generating portion 341 may be formed to meander in the width direction W. The heat generating portion 341 is disposed at a position facing the detection electrode 311 and the reference electrode 312 in the stacking direction D orthogonal to the long direction L. When the heating section 341 generates heat by energization from the heating element lead section 342, a portion of the detection electrode 311, the reference electrode 312, and the solid electrolyte body 31 sandwiched between the electrodes 311 and 312 has a target temperature. Heated.

発熱部341の断面積は、発熱体リード部342の断面積よりも小さく、発熱部341の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部342の単位長さ当たりの抵抗値よりも高い。この断面積とは、発熱部341及び発熱体リード部342が延びる方向に直交する面の断面積のことをいう。そして、一対の発熱体リード部342に電圧が印加されると、発熱部341がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、検知部21の周辺が加熱される。   The cross-sectional area of the heating part 341 is smaller than the cross-sectional area of the heating element lead 342, and the resistance value of the heating element 341 per unit length is higher than the resistance value of the heating element lead 342 per unit length. The cross-sectional area refers to a cross-sectional area of a surface orthogonal to a direction in which the heat generating portion 341 and the heat generating element lead portion 342 extend. Then, when a voltage is applied to the pair of heating element lead portions 342, the heating portion 341 generates heat by Joule heat, and the periphery of the detection portion 21 is heated by this heat generation.

第1絶縁体33Aは、ガス室35を形成するとともに発熱体34を埋設するものであり、第2絶縁体33Bは、基準ガスダクト36を形成するものである。第1絶縁体33A及び第2絶縁体33Bは、アルミナ(酸化アルミニウム)等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体33A,33Bは、検出対象ガスG又は基準ガスAが透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体33A,33Bには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。   The first insulator 33A forms the gas chamber 35 and embeds the heating element 34, and the second insulator 33B forms the reference gas duct 36. The first insulator 33A and the second insulator 33B are formed of a metal oxide such as alumina (aluminum oxide). Each of the insulators 33A and 33B is formed as a dense body through which the detection target gas G or the reference gas A cannot pass, and each of the insulators 33A and 33B has almost all pores through which the gas can pass. It has not been.

図2及び図3に示すように、第1絶縁体33Aは、ガス室35を形成するために積層方向Dに貫通された貫通穴332を有する絶縁スペーサ331と、絶縁スペーサ331に積層されて、発熱体34を埋設するための埋設プレート334A,334Bとによって形成されている。発熱体34は、埋設プレート334A,334Bの間に埋設されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the first insulator 33A is laminated on the insulating spacer 331 having a through hole 332 penetrated in the laminating direction D to form the gas chamber 35, and on the insulating spacer 331. It is formed by buried plates 334A and 334B for burying the heating element 34. The heating element 34 is buried between the burying plates 334A and 334B.

ガス室35は、第1絶縁体33Aと拡散抵抗部32と固体電解質体31とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管内を流れる排ガスである検出対象ガスGは、拡散抵抗部32を通過してガス室35内に導入される。   The gas chamber 35 is formed as a space closed by the first insulator 33A, the diffusion resistance part 32, and the solid electrolyte body 31. The detection target gas G, which is the exhaust gas flowing in the exhaust pipe, passes through the diffusion resistance part 32 and is introduced into the gas chamber 35.

本形態の拡散抵抗部32は、ガス室35の長尺方向Lの先端側L1に隣接して形成されている。拡散抵抗部32は、第1絶縁体33Aの絶縁スペーサ331において、ガス室35の長尺方向Lの先端側L1に隣接して開口された導入口333内に配置されている。拡散抵抗部32は、アルミナ等の多孔質の金属酸化物によって形成されている。ガス室35に導入される検出対象ガスGの拡散速度(流量)は、検出対象ガスGが拡散抵抗部32における気孔を透過する速度が制限されることによって決定される。   The diffusion resistance portion 32 of the present embodiment is formed adjacent to the distal end side L1 in the longitudinal direction L of the gas chamber 35. The diffusion resistance portion 32 is disposed in the inlet 333 opened in the insulating spacer 331 of the first insulator 33A adjacent to the distal end side L1 of the gas chamber 35 in the longitudinal direction L. The diffusion resistance section 32 is formed of a porous metal oxide such as alumina. The diffusion speed (flow rate) of the detection target gas G introduced into the gas chamber 35 is determined by limiting the speed at which the detection target gas G permeates the pores in the diffusion resistance portion 32.

拡散抵抗部32は、ガス室35の幅方向Wの両側に隣接して形成してもよい。この場合には、拡散抵抗部32は、第1絶縁体33Aの絶縁スペーサ331において、ガス室35の幅方向Wの両側に隣接して開口された導入口333内に配置される。なお、拡散抵抗部32は、多孔質体を用いて形成する以外にも、ガス室35に連通された小さな貫通穴であるピンホールを用いて形成することもできる。   The diffusion resistance portion 32 may be formed adjacent to both sides of the gas chamber 35 in the width direction W. In this case, the diffusion resistance portion 32 is arranged in the inlet 333 opened adjacent to both sides of the gas chamber 35 in the width direction W in the insulating spacer 331 of the first insulator 33A. The diffusion resistance portion 32 can be formed using a pinhole, which is a small through-hole that is communicated with the gas chamber 35, instead of using a porous body.

図2及び図3に示すように、第2絶縁体33Bは、基準ガスダクト36を構成する切欠き部336が形成された絶縁スペーサ335と、絶縁スペーサ335に積層された絶縁プレート337とによって形成されている。第1絶縁体33Aの絶縁スペーサ331及び第2絶縁体33Bの絶縁スペーサ335においては、成形、切削、ペーストの塗布等の種々の方法によって、貫通穴332又は切欠き部336を形成することができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second insulator 33 </ b> B is formed by an insulating spacer 335 having a cutout 336 constituting the reference gas duct 36 and an insulating plate 337 laminated on the insulating spacer 335. ing. In the insulating spacer 331 of the first insulator 33A and the insulating spacer 335 of the second insulator 33B, the through-hole 332 or the notch 336 can be formed by various methods such as molding, cutting, and applying paste. .

基準ガスダクト36は、長尺方向Lの後端側L2が開口された、基準ガスAのダクトとして形成されている。基準ガスダクト36は、センサ素子2の長尺方向Lの後端位置から、固体電解質体31を介してガス室35と対向する位置まで形成されている。基準電極312は、基準ガスダクト36内における先端側L1の部位に収容されている。基準ガスダクト36には、基準ガスAとしての大気が、センサ素子2の後端に位置する後端開口部360から導入される。   The reference gas duct 36 is formed as a duct for the reference gas A having an open rear end L2 in the long direction L. The reference gas duct 36 is formed from the rear end position of the sensor element 2 in the longitudinal direction L to a position facing the gas chamber 35 via the solid electrolyte body 31. The reference electrode 312 is accommodated in the reference gas duct 36 at a position on the distal end side L1. Atmosphere as the reference gas A is introduced into the reference gas duct 36 from a rear end opening 360 located at the rear end of the sensor element 2.

基準ガスダクト36における、長尺方向Lに直交する断面の断面積は、ガス室35における、長尺方向Lに直交する断面の断面積よりも大きい。また、基準ガスダクト36の積層方向Dの厚み(幅)は、ガス室35の積層方向Dの厚み(幅)よりも大きい。基準ガスダクト36の断面積、厚み、体積等が、ガス室35の断面積、厚み、体積等よりも大きいことにより、検出電極311における未燃ガスを反応させるための、基準ガスA中の酸素を、基準ガスダクト36から検出電極311へ十分に供給することができる。   The cross-sectional area of the cross section of the reference gas duct 36 perpendicular to the long direction L is larger than the cross sectional area of the gas chamber 35 perpendicular to the long direction L. The thickness (width) of the reference gas duct 36 in the stacking direction D is larger than the thickness (width) of the gas chamber 35 in the stacking direction D. Since the cross-sectional area, thickness, volume, and the like of the reference gas duct 36 are larger than the cross-sectional area, thickness, volume, and the like of the gas chamber 35, oxygen in the reference gas A for reacting unburned gas in the detection electrode 311 is reduced. , From the reference gas duct 36 to the detection electrode 311.

図1に示すように、センサ素子2の長尺方向Lの先端側L1の部位の全周には、検出電極311に対する被毒物質、排気管内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層37が設けられている。多孔質層37は、アルミナ等の多孔質のセラミックス(金属酸化物)によって形成されている。多孔質層37の気孔率は、拡散抵抗部32の気孔率よりも大きく、多孔質層37を透過することができる検出対象ガスGの流量は、拡散抵抗部32を透過することができる検出対象ガスGの流量よりも多い。   As shown in FIG. 1, a porous layer for capturing the poisoning substance for the detection electrode 311, condensed water generated in the exhaust pipe, and the like is provided around the entire front end portion L <b> 1 of the sensor element 2 in the longitudinal direction L. 37 are provided. The porous layer 37 is formed of a porous ceramic (metal oxide) such as alumina. The porosity of the porous layer 37 is larger than the porosity of the diffusion resistance part 32, and the flow rate of the detection target gas G that can pass through the porous layer 37 is the detection target that can pass through the diffusion resistance part 32. It is larger than the flow rate of the gas G.

(伝熱部材38)
図3及び図4に示すように、伝熱部材38は、検出電極311の一部に接触する状態で、検出電極311と第1絶縁体33Aとの間に掛け渡されている。センサ素子2の積層方向Dに直交する断面において、伝熱部材38の断面積は、検出電極311の断面積よりも小さい。本形態の伝熱部材38は、検出電極311の平面内(積層方向Dに直交する断面内)の中心部付近において、検出電極311の表面と第1絶縁体33Aの内壁面との間に柱状に配置されている。本形態の伝熱部材38は、丸形状の断面に形成されている。これ以外にも、伝熱部材38は、種々の断面形状に形成することができる。
(Heat transfer member 38)
As shown in FIGS. 3 and 4, the heat transfer member 38 is bridged between the detection electrode 311 and the first insulator 33A in a state of being in contact with a part of the detection electrode 311. In the cross section orthogonal to the stacking direction D of the sensor element 2, the cross sectional area of the heat transfer member 38 is smaller than the cross sectional area of the detection electrode 311. The heat transfer member 38 of this embodiment has a columnar shape between the surface of the detection electrode 311 and the inner wall surface of the first insulator 33A near the center of the plane of the detection electrode 311 (in the cross section orthogonal to the stacking direction D). Are located in The heat transfer member 38 of the present embodiment is formed in a round cross section. In addition, the heat transfer member 38 can be formed in various cross-sectional shapes.

伝熱部材38は、例えば、図6に示すように、検出電極311の中心部付近に矩形状に形成することができる。また、伝熱部材38は、図7に示すように、検出電極311と対向する位置だけでなく、検出電極311からはみ出して固体電解質体31の第1主面301と対向する位置にも配置することができる。また、伝熱部材38は、検出電極311の一方側端面から他方側端面まで連続して形成することもできる。矩形状の伝熱部材38は、長尺方向Lに長い形状にしてもよく、幅方向Wに長い形状にしてもよい。また、伝熱部材38は、長尺方向Lの延びる部分と幅方向Wに延びる部分とによって形成することもできる。また、伝熱部材38は、検出電極311と第1絶縁体33Aとの間の複数個所に配置することもできる。   The heat transfer member 38 can be formed in a rectangular shape near the center of the detection electrode 311 as shown in FIG. 6, for example. Further, as shown in FIG. 7, the heat transfer member 38 is arranged not only at a position facing the detection electrode 311 but also at a position protruding from the detection electrode 311 and facing the first main surface 301 of the solid electrolyte body 31. be able to. Further, the heat transfer member 38 can be formed continuously from one end face of the detection electrode 311 to the other end face. The rectangular heat transfer member 38 may have a long shape in the long direction L or a long shape in the width direction W. Further, the heat transfer member 38 can be formed by a portion extending in the long direction L and a portion extending in the width direction W. Further, the heat transfer members 38 may be arranged at a plurality of positions between the detection electrode 311 and the first insulator 33A.

伝熱部材38の積層方向Dに直交する断面積を大きくすることにより、伝熱部材38を介する伝熱性を高めることができる。ただし、伝熱部材38が検出電極311に接触している場合には、伝熱部材38が検出電極311に接触する面積が大きくなると検出電極311の表面積が小さくなる。そのため、発熱部341から固体電解質体31等への伝熱と、検出電極311における電気化学反応とのバランスを考慮して、伝熱部材38の断面積を決定することができる。   By increasing the cross-sectional area of the heat transfer member 38 perpendicular to the stacking direction D, the heat transfer through the heat transfer member 38 can be enhanced. However, when the heat transfer member 38 is in contact with the detection electrode 311, the surface area of the detection electrode 311 decreases as the area of the heat transfer member 38 in contact with the detection electrode 311 increases. Therefore, the cross-sectional area of the heat transfer member 38 can be determined in consideration of the balance between the heat transfer from the heat generating portion 341 to the solid electrolyte body 31 and the like and the electrochemical reaction at the detection electrode 311.

伝熱部材38は、ペースト状の金属酸化物を、第1絶縁体33A又は検出電極311に塗布し、その後、センサ素子2の全体を焼結することによって形成することができる。また、伝熱部材38を形成するための固形状のスペーサを第1絶縁体33Aと検出電極311との間に配置し、その後、センサ素子2の全体を焼結することによって伝熱部材38を形成することもできる。   The heat transfer member 38 can be formed by applying a paste-like metal oxide to the first insulator 33A or the detection electrode 311 and then sintering the entire sensor element 2. Further, a solid spacer for forming the heat transfer member 38 is disposed between the first insulator 33A and the detection electrode 311. Thereafter, the entire heat transfer member 38 is sintered by sintering the entire sensor element 2. It can also be formed.

伝熱部材38と検出電極311との界面においては、検出電極311を構成する貴金属の熱伝導率が、金属酸化物の熱伝導率よりも高いことにより、伝熱部材38の熱伝導性がよくなる。一方、伝熱部材38と第1絶縁体33Aとの界面においては、伝熱部材38の熱伝導性は下がるが、金属酸化物同士が強固に結合される。   At the interface between the heat transfer member 38 and the detection electrode 311, the heat conductivity of the heat transfer member 38 is improved because the heat conductivity of the noble metal forming the detection electrode 311 is higher than the heat conductivity of the metal oxide. . On the other hand, at the interface between the heat transfer member 38 and the first insulator 33A, the heat conductivity of the heat transfer member 38 decreases, but the metal oxides are firmly bonded to each other.

伝熱部材38は、絶縁性のある金属酸化物であればよく、アルミナの他、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等から構成することができる。伝熱部材38は、緻密材として、気体をほとんど透過させない性質を有する。伝熱部材38においては、金属酸化物の粒子同士が互いに焼結されていることにより、粒子間にほとんど間隙が形成されておらず、検出対象ガスGとしての排ガスが透過することができなくなっている。そして、伝熱部材38にほとんど間隙が形成されていないことにより、伝熱部材38の伝熱性を高くすることができる。   The heat transfer member 38 may be made of an insulating metal oxide, and may be made of zirconia, aluminum nitride, silicon carbide, or the like, in addition to alumina. The heat transfer member 38 has a property of hardly allowing gas to pass therethrough as a dense material. In the heat transfer member 38, since the metal oxide particles are sintered to each other, almost no gap is formed between the particles, and the exhaust gas as the detection target gas G cannot pass therethrough. I have. Further, since almost no gap is formed in the heat transfer member 38, the heat transfer property of the heat transfer member 38 can be enhanced.

(ガスセンサ1の他の構成)
図1に示すように、ガスセンサ1は、センサ素子2等の他に、センサ素子2を保持する第1インシュレータ42、第1インシュレータ42を保持するハウジング41、第1インシュレータ42に連結された第2インシュレータ43、第2インシュレータ43に保持されてセンサ素子2に接触する接点端子44を備える。また、ガスセンサ1は、ハウジング41の先端側L1の部分に装着された先端側カバー45、ハウジング41の後端側L2の部分に装着されて第2インシュレータ43、接点端子44等を覆う後端側カバー46、接点端子44に繋がるリード線48を後端側カバー46に保持するためのブッシュ47等を備える。
(Other Configuration of Gas Sensor 1)
As shown in FIG. 1, in addition to the sensor element 2 and the like, the gas sensor 1 includes a first insulator 42 holding the sensor element 2, a housing 41 holding the first insulator 42, and a second insulator 42 connected to the first insulator 42. The insulator 43 includes a contact terminal 44 held by the second insulator 43 and in contact with the sensor element 2. Further, the gas sensor 1 has a front end cover 45 mounted on the front end side L1 of the housing 41, and a rear end side mounted on the rear end L2 of the housing 41 to cover the second insulator 43, the contact terminals 44, and the like. A cover 46 and a bush 47 for holding a lead wire 48 connected to the contact terminal 44 to the rear end cover 46 are provided.

先端側カバー45は、内燃機関の排気管内に配置される。先端側カバー45には、検出対象ガスGとしての排ガスを通過させるためのガス通過孔451が形成されている。先端側カバー45は、二重構造のものとすることができ、一重構造のものとすることもできる。先端側カバー45のガス通過孔451から先端側カバー45内に流入する検出対象ガスGとしての排ガスは、センサ素子2の多孔質層37及び拡散抵抗部32を通過して検出電極311へと導かれる。   The tip side cover 45 is arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine. A gas passage hole 451 for allowing exhaust gas as the detection target gas G to pass therethrough is formed in the distal end side cover 45. The distal end cover 45 may have a double structure or a single structure. Exhaust gas as the gas to be detected G flowing into the front cover 45 from the gas passage hole 451 of the front cover 45 passes through the porous layer 37 and the diffusion resistance portion 32 of the sensor element 2 and is guided to the detection electrode 311. I will be.

図1に示すように、後端側カバー46は、内燃機関の排気管の外部に配置される。後端側カバー46には、後端側カバー46内へ基準ガスAとしての大気を導入するための大気導入孔461が形成されている。大気導入孔461には、液体を通過させない一方、気体を通過させるフィルタ462が配置されている。大気導入孔461から後端側カバー46内に導入される基準ガスAは、後端側カバー46内の隙間及び基準ガスダクト36を通過して基準電極312へと導かれる。   As shown in FIG. 1, the rear end side cover 46 is arranged outside the exhaust pipe of the internal combustion engine. An air introduction hole 461 for introducing the atmosphere as the reference gas A into the rear end cover 46 is formed in the rear end cover 46. The air introduction hole 461 is provided with a filter 462 which does not allow liquid to pass therethrough but allows gas to pass therethrough. The reference gas A introduced from the air introduction hole 461 into the rear end side cover 46 is guided to the reference electrode 312 through the gap in the rear end side cover 46 and the reference gas duct 36.

図1及び図2に示すように、接点端子44は、検出電極311の電極リード部313、基準電極312の電極リード部314、発熱体34の発熱体リード部342のそれぞれに接続されるよう、第2インシュレータ43に複数配置されている。また、リード線48は、接点端子44のそれぞれに接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the contact terminal 44 is connected to each of the electrode lead 313 of the detection electrode 311, the electrode lead 314 of the reference electrode 312, and the heating element lead 342 of the heating element 34. The plurality of second insulators 43 are arranged. The lead wires 48 are connected to the respective contact terminals 44.

図1及び図3に示すように、ガスセンサ1におけるリード線48は、ガスセンサ1におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置6に電気接続される。センサ制御装置6は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置と連携してガスセンサ1における電気制御を行うものである。センサ制御装置6には、検出電極311と基準電極312との間に流れる電流を測定する測定回路61、検出電極311と基準電極312との間に電圧を印加する印加回路62、発熱体34に通電を行うための通電回路等が形成されている。なお、センサ制御装置6は、エンジン制御装置内に構築してもよい。   As shown in FIGS. 1 and 3, the lead wire 48 of the gas sensor 1 is electrically connected to a sensor control device 6 that controls gas detection in the gas sensor 1. The sensor control device 6 performs electric control in the gas sensor 1 in cooperation with an engine control device that controls combustion operation in the engine. The sensor control device 6 includes a measurement circuit 61 for measuring a current flowing between the detection electrode 311 and the reference electrode 312, an application circuit 62 for applying a voltage between the detection electrode 311 and the reference electrode 312, and a heating element 34. An energizing circuit and the like for energizing are formed. Note that the sensor control device 6 may be constructed in the engine control device.

(製造方法)
センサ素子2の製造においては、固体電解質体31、各絶縁体33A,33B、拡散抵抗部32、発熱体34等を積層して積層体とし、この積層体を加熱して焼結する。検出電極311及び基準電極312は、白金、固体電解質、溶媒等を含有するペースト材料を固体電解質体31に印刷(塗布)し、センサ素子2の積層体を焼結する際に、白金及び固体電解質が焼結されて形成される。
(Production method)
In manufacturing the sensor element 2, the solid electrolyte body 31, the insulators 33A and 33B, the diffusion resistance part 32, the heating element 34, and the like are stacked to form a laminate, and the laminate is heated and sintered. The detection electrode 311 and the reference electrode 312 are formed by printing (applying) a paste material containing platinum, a solid electrolyte, a solvent, and the like on the solid electrolyte body 31 and sintering the stacked body of the sensor element 2. Are formed by sintering.

(作用効果)
本形態のガスセンサ1においては、ガス室35を形成する第1絶縁体33A内に発熱体34が埋設されており、ガス室35の一部における、検出電極311と、第1絶縁体33Aとの間には、伝熱部材38が挟持されている。この伝熱部材38は、検出対象ガスGとしての排ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されており、発熱体34の発熱部341から固体電解質体31及び各電極311,312への伝熱を促進する。
(Effect)
In the gas sensor 1 of the present embodiment, the heating element 34 is buried in the first insulator 33A forming the gas chamber 35, and a part of the gas chamber 35 is connected to the detection electrode 311 and the first insulator 33A. A heat transfer member 38 is sandwiched between them. The heat transfer member 38 is formed of a dense material of a metal oxide that does not allow the exhaust gas as the detection target gas G to pass therethrough, and extends from the heat generating portion 341 of the heat generating member 34 to the solid electrolyte member 31 and the electrodes 311 and 312. Promotes heat transfer.

そして、ガスセンサ1の使用時において、固体電解質体31及び各電極311,312が発熱部341の発熱によって加熱されるときには、発熱部341における熱は、第1絶縁体33Aを介して固体電解質体31及び各電極311,312に伝わるとともに、伝熱部材38を介しても固体電解質体31及び各電極311,312に伝わる。このとき、発熱部341から第1絶縁体33Aを介して固体電解質体31及び各電極311,312へは、ガス室35を迂回するように伝熱が行われる一方、発熱部341から伝熱部材38を介して固体電解質体31及び各電極311,312へは、直進的に伝熱が行われる。   When the gas sensor 1 is used, when the solid electrolyte body 31 and each of the electrodes 311 and 312 are heated by the heat generated by the heat generation unit 341, the heat in the heat generation unit 341 is transferred to the solid electrolyte body 31 via the first insulator 33 </ b> A. In addition, the heat is transmitted to the electrodes 311 and 312 and also to the solid electrolyte body 31 and the electrodes 311 and 312 via the heat transfer member 38. At this time, heat is transferred from the heating section 341 to the solid electrolyte body 31 and the electrodes 311 and 312 via the first insulator 33A so as to bypass the gas chamber 35, while the heat transfer section 341 transfers heat from the heating section 341 to the heat transfer member. Heat is directly transferred to the solid electrolyte member 31 and the electrodes 311 and 312 via the connection member 38.

これにより、発熱部341から固体電解質体31及び各電極311,312への伝熱性、換言すれば、センサ素子2の伝熱性を高めることができる。また、ガスセンサ1の始動時等においては、発熱部341の発熱によってセンサ素子2を酸素イオンの伝導性を活性化させる温度に加熱するための時間を短縮することができる。   Thereby, the heat conductivity from the heat generating portion 341 to the solid electrolyte member 31 and the electrodes 311 and 312, in other words, the heat conductivity of the sensor element 2 can be increased. Further, at the time of starting the gas sensor 1 or the like, the time for heating the sensor element 2 to a temperature at which the conductivity of oxygen ions is activated by the heat generated by the heat generating portion 341 can be reduced.

また、ガスセンサ1の使用時において、発熱部341による熱を効果的に固体電解質体31及び各電極311,312へ伝えることができる。そのため、発熱体34によってセンサ素子2を加熱する際の発熱体34の消費電力を低減させることができる。   In addition, when the gas sensor 1 is used, heat generated by the heat generating portion 341 can be effectively transmitted to the solid electrolyte body 31 and the electrodes 311 and 312. Therefore, power consumption of the heating element 34 when the sensor element 2 is heated by the heating element 34 can be reduced.

また、本形態においては、発熱体34が、ガス室35を形成する第1絶縁体33Aの内部に埋設されていることにより、発熱体34と固体電解質体31との距離を近づけることができる。そして、発熱体34の発熱部341によって固体電解質体31及び各電極311,312を加熱する時間をより短縮することができる。   Further, in the present embodiment, since the heating element 34 is embedded in the first insulator 33A forming the gas chamber 35, the distance between the heating element 34 and the solid electrolyte body 31 can be reduced. The time for heating the solid electrolyte body 31 and the electrodes 311 and 312 by the heating section 341 of the heating element 34 can be further reduced.

それ故、本形態のガスセンサ1によれば、センサ素子2の伝熱性を高めて、センサ素子2の早期活性化を図ることができる。   Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, the heat conductivity of the sensor element 2 can be enhanced, and the sensor element 2 can be activated early.

<実施形態2>
本形態においては、発熱体34を第2絶縁体33Bの内部に埋設したセンサ素子2について示す。
図8及び図9に示すように、第2絶縁体33Bには、基準ガスAが導入される基準ガスダクト36が形成されている。発熱体34は、第2絶縁体33Bにおいて、基準電極312に対向して配置されている。本形態の伝熱部材38は、基準ガスダクト36の一部において、基準電極312と、発熱体34が埋設された第2絶縁体33Bとの間に挟持されている。
<Embodiment 2>
In the present embodiment, the sensor element 2 in which the heating element 34 is embedded inside the second insulator 33B will be described.
As shown in FIGS. 8 and 9, a reference gas duct 36 into which the reference gas A is introduced is formed in the second insulator 33B. The heating element 34 is disposed on the second insulator 33B so as to face the reference electrode 312. The heat transfer member 38 of this embodiment is sandwiched between a reference electrode 312 and a second insulator 33B in which the heating element 34 is embedded, in a part of the reference gas duct 36.

第2絶縁体33Bは、基準ガスダクト36を形成するとともに、発熱体34を埋設する絶縁スペーサ335及び絶縁プレート337A,337Bを積層して形成することができる。第1絶縁体33Aは、ガス室35を形成するよう絶縁スペーサ331及び絶縁プレート334を積層して形成することができる。   The second insulator 33B can be formed by forming the reference gas duct 36 and laminating the insulating spacer 335 and the insulating plates 337A and 337B in which the heating element 34 is embedded. The first insulator 33A can be formed by stacking the insulating spacer 331 and the insulating plate 334 so as to form the gas chamber 35.

本形態のセンサ素子2においても、発熱体34の発熱部341から発生する熱を、第2絶縁体33B及び伝熱部材38を介して固体電解質体31及び各電極311,312へ効果的に伝えることができる。そのため、本形態のガスセンサ1によれば、実施形態1の場合と同様に、センサ素子2の伝熱性を高めて、センサ素子2の早期活性化を図ることができる。   Also in the sensor element 2 of the present embodiment, the heat generated from the heat generating portion 341 of the heat generating element 34 is effectively transmitted to the solid electrolyte member 31 and the respective electrodes 311 and 312 via the second insulator 33B and the heat transfer member 38. be able to. Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the heat conductivity of the sensor element 2 can be enhanced, and the sensor element 2 can be activated early.

本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<実施形態3>
本形態においては、発熱体34の発熱部341と伝熱部材38との種々の配置関係について示す。
本形態においては、図10に示すように、発熱部341の一部と伝熱部材38の一部とは、積層方向Dにおいて互いに重なる位置に配置されている。また、本形態においては、第1絶縁体33Aに発熱体34が埋設された場合について示す。発熱部341においては、発熱部341が設けられた、積層方向Dに直交する平面内(長尺方向L及び幅方向Wに平行な平面内)において最も高温になる発熱中心が形成される。
<Embodiment 3>
In the present embodiment, various arrangement relationships between the heat generating portion 341 of the heat generating element 34 and the heat transfer member 38 will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 10, a part of the heat generating part 341 and a part of the heat transfer member 38 are arranged at positions overlapping each other in the stacking direction D. In this embodiment, the case where the heating element 34 is buried in the first insulator 33A will be described. In the heat generating section 341, a heat generating center at which the temperature is the highest is formed in a plane where the heat generating section 341 is provided and which is orthogonal to the lamination direction D (in a plane parallel to the long direction L and the width direction W).

発熱中心は、第1絶縁体33Aにおける発熱部341の配置位置の長尺方向L及び幅方向Wの中心付近に形成される。発熱中心は、発熱体34への通電を開始して1秒が経過した後、集中的に発熱する領域としてのヒートスポットを形成する。ヒートスポットが形成される位置は、発熱部341の形成状態、伝熱部材38と発熱部341との積層方向Dにおける重なり具合等に応じて変化する。本形態においては、ヒートスポットが検出電極311の平面内の中心位置の近くに形成されるようにしている。   The heat generation center is formed near the center in the long direction L and the width direction W of the arrangement position of the heat generation portion 341 on the first insulator 33A. The heat generation center forms a heat spot as an area where heat is intensively generated after a lapse of one second from the start of energization of the heat generator 34. The position where the heat spot is formed changes according to the formation state of the heat generating portion 341, the degree of overlap of the heat transfer member 38 and the heat generating portion 341 in the stacking direction D, and the like. In the present embodiment, the heat spot is formed near the center position in the plane of the detection electrode 311.

図10に示すように、本形態の発熱部341は、長尺方向Lに蛇行して形成されており、長尺方向Lに平行な複数の平行部分343A,343Bと、平行部分343A,343B同士を曲線状に連結する連結部分344とを有する。平行部分343A,343Bは、幅方向Wの内側位置に一対に形成された内側平行部分343Aと、内側平行部分343Aに対して幅方向Wの外側位置に一対に形成された一対の外側平行部分343Bとを有する。   As shown in FIG. 10, the heat generating portion 341 of the present embodiment is formed to meander in the longitudinal direction L, and includes a plurality of parallel portions 343A and 343B parallel to the longitudinal direction L and the parallel portions 343A and 343B. And a connecting portion 344 that connects the two in a curve. The parallel portions 343A and 343B include a pair of inner parallel portions 343A formed at a position inside the width direction W and a pair of outer parallel portions 343B formed at a position outside the width direction W with respect to the inside parallel portion 343A. And

一対の内側平行部分343A同士の幅方向Wの間隔は、互いに隣接する内側平行部分343Aと外側平行部分343Bとの間隔よりも狭い。伝熱部材38の一部は、一対の内側平行部分343Aの一部に対して積層方向Dに重なる位置に配置されている。一対の内側平行部分343A同士の間隔が、互いに隣接する内側平行部分343Aと外側平行部分343Bとの間隔よりも狭いことにより、伝熱部材38の一部が一対の内側平行部分343Aに積層方向Dにおいて対向しやすくすることができる。   The interval in the width direction W between the pair of inner parallel portions 343A is smaller than the interval between the adjacent inner parallel portion 343A and the outer parallel portion 343B. A part of the heat transfer member 38 is disposed at a position overlapping a part of the pair of inner parallel portions 343A in the stacking direction D. Since the interval between the pair of inner parallel portions 343A is smaller than the interval between the inner parallel portion 343A and the outer parallel portion 343B adjacent to each other, a part of the heat transfer member 38 is stacked on the pair of inner parallel portions 343A in the stacking direction D. Can easily face each other.

伝熱部材38は、長尺方向L及び幅方向Wに平行な平面内において、長尺方向Lに平行に形成して、伝熱部材38の一部を、一対の内側平行部分343Aの一部に積層方向Dにおいて重なる位置に配置することができる。この場合、図11に示すように、伝熱部材38は、一方の内側平行部分343Aに対して積層方向Dに対向する位置に設けることができる。   The heat transfer member 38 is formed in parallel with the long direction L in a plane parallel to the long direction L and the width direction W, and a part of the heat transfer member 38 is formed as a part of the pair of inner parallel portions 343A. In the stacking direction D. In this case, as shown in FIG. 11, the heat transfer member 38 can be provided at a position facing the one inner parallel portion 343A in the stacking direction D.

また、図12に示すように、伝熱部材38は、長尺方向L及び幅方向Wに平行な平面内において、長尺方向Lに対して傾斜して形成し、伝熱部材38の一部を、一対の内側平行部分343Aの一部に積層方向Dにおいて対向させることができる。この場合、伝熱部材38は、一対の内側平行部分343Aに対して積層方向Dに部分的に対向する状態で形成することができる。   As shown in FIG. 12, the heat transfer member 38 is formed to be inclined with respect to the long direction L in a plane parallel to the long direction L and the width direction W, and a part of the heat transfer member 38. Can be opposed to a part of the pair of inner parallel portions 343A in the stacking direction D. In this case, the heat transfer member 38 can be formed so as to partially face the pair of inner parallel portions 343A in the stacking direction D.

また、図13に示すように、伝熱部材38は、一対の内側平行部分343Aのそれぞれに対して積層方向Dにおいて対向するよう一対に形成することもできる。この場合、伝熱部材38は、内側平行部分343Aと平行に形成することができる。また、この場合、図14に示すように、伝熱部材38は、各内側平行部分343Aの長尺方向Lの複数個所に対して積層方向Dに対向する状態で形成することができる。   Further, as shown in FIG. 13, the heat transfer members 38 may be formed in a pair so as to face each of the pair of inner parallel portions 343A in the stacking direction D. In this case, the heat transfer member 38 can be formed parallel to the inner parallel portion 343A. Further, in this case, as shown in FIG. 14, the heat transfer member 38 can be formed in a state facing the laminating direction D with respect to a plurality of portions in the longitudinal direction L of each inner parallel portion 343A.

また、図15に示すように、発熱体34の発熱部341は、幅方向Wに蛇行する状態で形成することもできる。発熱部341は、一対の発熱体リード部342の長尺方向Lに繋がる一対の蛇行部分345によって形成することができる。蛇行部分345は、幅方向Wの内側位置において曲線状に形成された内側曲線部分346Aと、幅方向Wの外側位置において曲線状に形成された外側曲線部分346Bとが交互に連なって形成されている。   In addition, as shown in FIG. 15, the heat generating portion 341 of the heat generating element 34 can be formed so as to meander in the width direction W. The heat generating portion 341 can be formed by a pair of meandering portions 345 connected to the pair of heat generating element lead portions 342 in the longitudinal direction L. The meandering portion 345 is formed by alternately forming an inner curved portion 346A formed in a curved shape at an inner position in the width direction W and an outer curved portion 346B formed in a curved shape at an outer position in the width direction W. I have.

伝熱部材38は、一対の蛇行部分345における複数の内側曲線部分346Aに積層方向Dにおいて重なる位置に配置することができる。また、図16に示すように、伝熱部材38は、一方の蛇行部分345における内側曲線部分346Aに積層方向Dにおいて重なる位置に配置することもできる。これらの場合に、伝熱部材38は、センサ素子2の長尺方向Lに平行に形成することができる。   The heat transfer member 38 can be disposed at a position overlapping the plurality of inner curved portions 346A of the pair of meandering portions 345 in the stacking direction D. In addition, as shown in FIG. 16, the heat transfer member 38 can be disposed at a position that overlaps the inner curved portion 346A of the one meandering portion 345 in the stacking direction D. In these cases, the heat transfer member 38 can be formed parallel to the longitudinal direction L of the sensor element 2.

また、図17に示すように、伝熱部材38は、長尺方向L及び幅方向Wに平行な平面内において、長尺方向Lに対して傾斜して形成し、伝熱部材38の一部を、一対の蛇行部分345の一部に積層方向Dにおいて重なる位置に配置することができる。また、図18に示すように、伝熱部材38は、一対の蛇行部分345のそれぞれに対して積層方向Dにおいて対向するよう一対に形成することもできる。この場合、伝熱部材38は、一対の蛇行部分345の内側曲線部分346Aに積層方向Dにおいて重なる位置に形成することができ、一対の蛇行部分345の内側曲線部分346A及び外側曲線部分346Bに積層方向Dにおいて重なる位置に形成することもできる。   As shown in FIG. 17, the heat transfer member 38 is formed to be inclined with respect to the long direction L in a plane parallel to the long direction L and the width direction W, and a part of the heat transfer member 38. Can be arranged at a position overlapping a part of the pair of meandering portions 345 in the stacking direction D. Further, as shown in FIG. 18, the heat transfer members 38 may be formed in a pair so as to face each of the pair of meandering portions 345 in the stacking direction D. In this case, the heat transfer member 38 can be formed at a position that overlaps the inner curved portion 346A of the pair of meandering portions 345 in the stacking direction D, and is stacked on the inner curved portion 346A and the outer curved portion 346B of the pair of meandering portions 345. It can also be formed at a position overlapping in the direction D.

また、発熱体34の発熱部341は、発熱体リード部342に比べて比抵抗が大きい状態にあれば、必ずしも蛇行して形成する必要はない。図19に示すように、発熱部341は、一対の発熱体リード部342に繋がる、センサ素子2の長尺方向Lに平行な一対の平行部分と、一対の平行部分を連結する連結部分として形成することもできる。この場合、伝熱部材38は、一対の平行部分に積層方向Dに重なる位置に形成することができる。また、図20に示すように、伝熱部材38は、一方の平行部分に積層方向Dにおいて重なる位置に形成することもできる。   The heating portion 341 of the heating element 34 does not necessarily have to meander if the specific resistance is higher than that of the heating element lead portion 342. As shown in FIG. 19, the heat generating portion 341 is formed as a pair of parallel portions connected to the pair of heating element lead portions 342 and parallel to the longitudinal direction L of the sensor element 2 and a connecting portion connecting the pair of parallel portions. You can also. In this case, the heat transfer member 38 can be formed at a position overlapping the pair of parallel portions in the stacking direction D. In addition, as shown in FIG. 20, the heat transfer member 38 can be formed at a position overlapping one of the parallel portions in the stacking direction D.

また、この場合には、図21に示すように、伝熱部材38は、一対の平行部分に積層方向Dにおいて重なるように、長尺方向Lに傾斜して形成することもできる。また、図22に示すように、伝熱部材38は、一対の平行部分のそれぞれに対して積層方向Dにおいて対向するよう一対に形成することもできる。   In this case, as shown in FIG. 21, the heat transfer member 38 may be formed to be inclined in the long direction L so as to overlap the pair of parallel portions in the stacking direction D. Further, as shown in FIG. 22, the heat transfer members 38 may be formed in a pair so as to face each of the pair of parallel portions in the stacking direction D.

本形態においても、発熱体34は、第1絶縁体33Aに埋設する代わりに、第2絶縁体33Bに埋設することもできる。この場合にも、発熱部341と伝熱部材38とは、積層方向Dにおいて重なる種々の位置関係で配置することができる。   Also in the present embodiment, the heating element 34 can be embedded in the second insulator 33B instead of being embedded in the first insulator 33A. Also in this case, the heat generating portion 341 and the heat transfer member 38 can be arranged in various positional relationships overlapping in the stacking direction D.

本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<実施形態4>
本形態においては、センサ素子2が複数の固体電解質体31A,31Bを有する場合について示す。
図23及び図24に示すように、本形態のセンサ素子2は、2枚の固体電解質体31A,31Bを有し、固体電解質体31A,31B同士の間に位置するガス室35の一部に伝熱部材38を有する。2枚の固体電解質体31A,31Bは、第1ポンプ電極311A及び第2ポンプ電極311Bを有する第1固体電解質体31Aと、検出電極312A及び基準電極312Bを有する第2固体電解質体31Bとからなる。
<Embodiment 4>
In the present embodiment, a case where the sensor element 2 has a plurality of solid electrolyte bodies 31A and 31B will be described.
As shown in FIGS. 23 and 24, the sensor element 2 of the present embodiment has two solid electrolyte bodies 31A and 31B, and is provided in a part of a gas chamber 35 located between the solid electrolyte bodies 31A and 31B. It has a heat transfer member 38. The two solid electrolyte members 31A and 31B include a first solid electrolyte member 31A having a first pump electrode 311A and a second pump electrode 311B, and a second solid electrolyte member 31B having a detection electrode 312A and a reference electrode 312B. .

第1固体電解質体31Aは、酸素イオンの伝導性を有するものである。第1固体電解質体31Aは、2つの固体電解質体31A,31Bのうちの、発熱体34が埋設された第3絶縁体33Eから遠い方に位置するものである。第1ポンプ電極311A及び第2ポンプ電極311Bは、第1固体電解質体31Aの長尺方向Lの先端側L1の位置における互い対向する位置に設けられている。第2固体電解質体31Bは、第1固体電解質体31Aに対向して配置されており、酸素イオンの伝導性を有するものである。検出電極312A及び基準電極312Bは、第2固体電解質体31Bの長尺方向Lの先端側L1の位置における互い対向する位置に設けられている。   The first solid electrolyte body 31A has oxygen ion conductivity. The first solid electrolyte body 31A is located farther from the third insulator 33E in which the heating element 34 is embedded, of the two solid electrolyte bodies 31A and 31B. The first pump electrode 311A and the second pump electrode 311B are provided at positions facing each other at a position on the distal end side L1 in the longitudinal direction L of the first solid electrolyte body 31A. The second solid electrolyte member 31B is disposed to face the first solid electrolyte member 31A, and has oxygen ion conductivity. The detection electrode 312A and the reference electrode 312B are provided at positions facing each other at a position on the distal end side L1 in the longitudinal direction L of the second solid electrolyte body 31B.

本形態のセンサ素子2は、第1絶縁体33Cと、ガス室35を形成するための第2絶縁体33Dと、発熱体34を埋設するための第3絶縁体33Eとを有する。第1絶縁体33Cは、第1固体電解質体31Aの第1ポンプ電極311Aが設けられた主面に積層されている。第1絶縁体33Cには、第1ポンプ電極311Aを保護するとともに、第1ポンプ電極311Aへ検出対象ガスGを導入するための多孔質体39が配置されている。   The sensor element 2 of the present embodiment includes a first insulator 33C, a second insulator 33D for forming the gas chamber 35, and a third insulator 33E for burying the heating element 34. The first insulator 33C is stacked on the main surface of the first solid electrolyte body 31A on which the first pump electrode 311A is provided. The first insulator 33C is provided with a porous body 39 for protecting the first pump electrode 311A and introducing the detection target gas G to the first pump electrode 311A.

図23及び図24に示すように、第2絶縁体33Dは、第1固体電解質体31Aの第2ポンプ電極311Bが設けられた主面と第2固体電解質体31Bの検出電極312Aが設けられた主面との間に挟まれている。第2絶縁体33Dにおける幅方向Wの両側には、検出対象ガスGを透過させる拡散抵抗部32が配置されている。拡散抵抗部32は、第2絶縁体33Dにおける長尺方向Lの先端側L1の位置に配置することもできる。なお、第1固体電解質体31Aの第2ポンプ電極311Bが設けられた主面と、第2固体電解質体31Bの検出電極312Aが設けられた主面とは互いに向き合っている。   As shown in FIGS. 23 and 24, the second insulator 33D is provided with the main surface of the first solid electrolyte body 31A on which the second pump electrode 311B is provided and the detection electrode 312A of the second solid electrolyte body 31B. It is sandwiched between the main surface. On both sides of the second insulator 33D in the width direction W, diffusion resistance portions 32 that allow the detection target gas G to pass therethrough are arranged. The diffusion resistance section 32 may be arranged at a position on the distal end side L1 in the long direction L of the second insulator 33D. The main surface of the first solid electrolyte body 31A on which the second pump electrode 311B is provided and the main surface of the second solid electrolyte body 31B on which the detection electrode 312A is provided face each other.

第3絶縁体33Eは、第2固体電解質体31Bの基準電極312Bが設けられた主面に積層されている。第3絶縁体33Eは、発熱体34を挟み込んで埋設する一対の絶縁プレート339によって形成されている。基準電極312は、第2固体電解質体31Bと第3絶縁体33Eとに挟まれて、第3絶縁体33E内に埋設されている。   The third insulator 33E is stacked on the main surface of the second solid electrolyte body 31B on which the reference electrode 312B is provided. The third insulator 33E is formed by a pair of insulating plates 339 that bury the heating element 34 therebetween. The reference electrode 312 is embedded between the second solid electrolyte body 31B and the third insulator 33E and is embedded in the third insulator 33E.

第1ポンプ電極311Aと第2ポンプ電極311Bとは、第1固体電解質体31Aにおける互いに対向する位置に配置されている。検出電極312Aと基準電極312Bとは、第2固体電解質体31Bにおける互いに対向する位置に配置されている。また、第2ポンプ電極311Bと検出電極312Aとは、ガス室35内において互いに対向している。   The first pump electrode 311A and the second pump electrode 311B are arranged at positions facing each other in the first solid electrolyte body 31A. The detection electrode 312A and the reference electrode 312B are arranged at positions facing each other in the second solid electrolyte body 31B. The second pump electrode 311B and the detection electrode 312A face each other in the gas chamber 35.

発熱体34は、第3絶縁体33E内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部341と、発熱部341の、長尺方向Lの後端側L2に繋がる発熱体リード部342とを有する。発熱部341の少なくとも一部は、各固体電解質体31A,31Bと各絶縁体33C,33D,33Eとの積層方向Dにおいて、各電極311A,311B,312A,312Bに重なる位置に配置されている。   The heating element 34 is embedded in the third insulator 33 </ b> E, and includes a heating section 341 that generates heat when energized, and a heating element lead section 342 that is connected to the rear end side L <b> 2 of the heating section 341 in the longitudinal direction L. . At least a part of the heat generating portion 341 is disposed at a position overlapping each of the electrodes 311A, 311B, 312A, 312B in the stacking direction D of the solid electrolyte members 31A, 31B and the insulators 33C, 33D, 33E.

ガス室35は、第1固体電解質体31A、第2固体電解質体31B及び第2絶縁体33Dによって囲まれて形成されるとともに、第2ポンプ電極311B及び検出電極312Aを収容する位置に形成されている。拡散抵抗部32は、ガス室35に連通して第2絶縁体33Dに設けられており、ガス室35へ検出対象ガスGを所定の拡散速度で導入するためのものである。   The gas chamber 35 is formed so as to be surrounded by the first solid electrolyte body 31A, the second solid electrolyte body 31B, and the second insulator 33D, and is formed at a position that houses the second pump electrode 311B and the detection electrode 312A. I have. The diffusion resistance part 32 is provided in the second insulator 33D in communication with the gas chamber 35, and is for introducing the detection target gas G into the gas chamber 35 at a predetermined diffusion rate.

図23及び図24に示すように、伝熱部材38は、ガス室35の一部において、第2ポンプ電極311Bと検出電極312Aとの間に挟持されており、発熱部341から第1固体電解質体31A、第1ポンプ電極311A及び第2ポンプ電極311Bへの伝熱を促進するためのものである。伝熱部材38は、ガス室35における1個所に配置するだけでなく、ガス室35における複数個所に配置することもできる。本形態の伝熱部材38も、実施形態3において示したように、発熱部341に積層方向Dにおいて重なる位置に配置することができる。   As shown in FIGS. 23 and 24, the heat transfer member 38 is sandwiched between the second pump electrode 311B and the detection electrode 312A in a part of the gas chamber 35, This is for promoting heat transfer to the body 31A, the first pump electrode 311A, and the second pump electrode 311B. The heat transfer member 38 can be arranged not only at one place in the gas chamber 35 but also at a plurality of places in the gas chamber 35. As described in the third embodiment, the heat transfer member 38 of this embodiment can also be arranged at a position overlapping the heat generating portion 341 in the stacking direction D.

本形態のセンサ素子2を用いたガスセンサ1においては、第1ポンプ電極311Aと第2ポンプ電極311Bとの間に電圧が印加され、ガス室35内に導入される検出対象ガスGの酸素濃度が調整される。また、検出電極312Aと基準電極312Bとの間にも、拡散抵抗部32を利用して限界電流特性が生じるための電圧が印加され、ガス室35内の酸素濃度に応じて、検出電極312Aと基準電極312Bとの間に流れるセンサ電流が検出される。ガスセンサ1のセンサ制御装置6は、このセンサ電流によって、検出対象ガスGから特定される、内燃機関の空燃比等を求めることができる。   In the gas sensor 1 using the sensor element 2 of this embodiment, a voltage is applied between the first pump electrode 311A and the second pump electrode 311B, and the oxygen concentration of the gas G to be detected introduced into the gas chamber 35 is reduced. Adjusted. Further, a voltage for generating a limiting current characteristic is applied between the detection electrode 312A and the reference electrode 312B by utilizing the diffusion resistance portion 32, and the voltage is applied to the detection electrode 312A according to the oxygen concentration in the gas chamber 35. A sensor current flowing between the reference electrode 312B and the reference electrode 312B is detected. The sensor control device 6 of the gas sensor 1 can obtain the air-fuel ratio or the like of the internal combustion engine specified from the detection target gas G based on the sensor current.

本形態においては、発熱部341の熱は、第3絶縁体33E及び第2固体電解質体31Bを経由するとともに、ガス室35の周囲に位置する第2絶縁体33Dを経由して、第1固体電解質体31A及び第1、第2ポンプ電極311Bへ伝達される。また、伝熱部材38の存在により、発熱部341の熱は、第2固体電解質体31Bの検出電極312Aから伝熱部材38を経由して第1固体電解質体31Aの第2ポンプ電極311Bへと伝達される。そして、発熱部341の熱は、各電極311A,311B,312A,312Bの周囲において第2絶縁体33Dを経由して第1固体電解質体31Aに伝達されるだけでなく、各電極311A,311B,312A,312B及び伝熱部材38を経由して第1固体電解質体31Aに伝達される。   In the present embodiment, the heat of the heat generating portion 341 passes through the third insulator 33E and the second solid electrolyte body 31B, and also passes through the second insulator 33D located around the gas chamber 35, thereby causing the first solid to flow. It is transmitted to the electrolyte body 31A and the first and second pump electrodes 311B. Further, due to the presence of the heat transfer member 38, the heat of the heat generating portion 341 is transferred from the detection electrode 312A of the second solid electrolyte body 31B to the second pump electrode 311B of the first solid electrolyte body 31A via the heat transfer member 38. Is transmitted. Then, the heat of the heat generating portion 341 is not only transmitted to the first solid electrolyte body 31A via the second insulator 33D around each of the electrodes 311A, 311B, 312A, 312B, but also to each of the electrodes 311A, 311B, The heat is transmitted to the first solid electrolyte body 31A via the heat transfer members 38 and 312A and 312B.

これにより、本形態においては、発熱部341から、第1固体電解質体31A、第1ポンプ電極311A及び第2ポンプ電極311Bへの伝熱性を改善することができる。そして、本形態のガスセンサ1によれば、実施形態1の場合と同様に、センサ素子2の伝熱性を高めて、センサ素子2の早期活性化を図ることができる。   Thereby, in the present embodiment, the heat transfer from the heat generating portion 341 to the first solid electrolyte body 31A, the first pump electrode 311A, and the second pump electrode 311B can be improved. According to the gas sensor 1 of the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the heat conductivity of the sensor element 2 can be increased, and the sensor element 2 can be activated early.

本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<実施形態5>
本形態は、実施形態1に示すセンサ素子2において、伝熱部材38が、第1絶縁体33Aと検出電極311及び固体電解質体31との間に挟持された場合について示す。
図25及び図26に示すように、伝熱部材38は、検出電極311と固体電解質体31とに跨る位置に設けられている。検出電極311には、検出電極311を積層方向Dに貫通する貫通孔315が形成されている。本形態の貫通孔315は、検出電極311の中心部分に形成されており、検出電極311の長尺方向Lに長い長方形状として形成されている。伝熱部材38は、検出電極311の一部と固体電解質体31の一部とに接触する状態で設けられている。
<Embodiment 5>
This embodiment shows a case where the heat transfer member 38 is sandwiched between the first insulator 33A, the detection electrode 311 and the solid electrolyte body 31 in the sensor element 2 shown in the first embodiment.
As shown in FIGS. 25 and 26, the heat transfer member 38 is provided at a position straddling the detection electrode 311 and the solid electrolyte member 31. The detection electrode 311 is formed with a through hole 315 penetrating the detection electrode 311 in the stacking direction D. The through-hole 315 of this embodiment is formed at the center of the detection electrode 311, and is formed in a rectangular shape that is long in the longitudinal direction L of the detection electrode 311. The heat transfer member 38 is provided in contact with a part of the detection electrode 311 and a part of the solid electrolyte body 31.

伝熱部材38は、貫通孔315を介して固体電解質体31に接触しているとともに、検出電極311における、貫通孔315の縁部に接触している。換言すれば、伝熱部材38は、固体電解質体31の表面から検出電極311の表面にオーバーラップして形成されている。本形態の伝熱部材38は、貫通孔315の長方形状に倣った形状に形成されている。   The heat transfer member 38 is in contact with the solid electrolyte body 31 via the through hole 315 and is in contact with the edge of the through hole 315 in the detection electrode 311. In other words, the heat transfer member 38 is formed so as to overlap from the surface of the solid electrolyte member 31 to the surface of the detection electrode 311. The heat transfer member 38 of this embodiment is formed in a shape following the rectangular shape of the through hole 315.

図27には、センサ素子2の長尺方向Lに直交する断面において、伝熱部材38と固体電解質体31及び検出電極311とが接触する幅方向Wの長さの範囲における、伝熱部材38と検出電極311とのオーバーラップ率αを示す。オーバーラップ率αは、伝熱部材38の幅方向Wの幅をd、伝熱部材38と検出電極311とが重なる両側の範囲をd1、d2としたとき、α=(d1+d2)/dの式によって表される。   FIG. 27 shows a cross section orthogonal to the longitudinal direction L of the sensor element 2, in the range of the length in the width direction W where the heat transfer member 38 contacts the solid electrolyte body 31 and the detection electrode 311. And an overlap ratio α between the detection electrode 311 and the detection electrode 311. When the width of the heat transfer member 38 in the width direction W is d and the ranges on both sides where the heat transfer member 38 and the detection electrode 311 overlap are d1 and d2, the overlap ratio α is α = (d1 + d2) / d. Represented by

同図においては、オーバーラップ率αが0〜1の間で変化するときに、検出電極311の電気抵抗比がどれだけ変化するかを示す。検出電極311の電気抵抗比は、センサ素子2に伝熱部材38が設けられていない場合を基準としての1とする。オーバーラップ率αが1である場合は、伝熱部材38の全体が検出電極311に接触している場合を示す。オーバーラップ率αは、伝熱部材38の配置箇所に対応して、検出電極311に形成する貫通孔315の大きさを大きくすることによって小さくする。オーバーラップ率αが0である場合は、伝熱部材38の全体が、貫通孔315内に配置された状態で固体電解質体31に接触している場合を示す。オーバーラップ率αが小さくなると、検出電極311の面積が小さくなり、検出電極311の電気抵抗比は大きくなる。   The figure shows how the electric resistance ratio of the detection electrode 311 changes when the overlap ratio α changes between 0 and 1. The electric resistance ratio of the detection electrode 311 is set to 1 based on the case where the heat transfer member 38 is not provided in the sensor element 2. The case where the overlap ratio α is 1 indicates that the entire heat transfer member 38 is in contact with the detection electrode 311. The overlap ratio α is reduced by increasing the size of the through hole 315 formed in the detection electrode 311 in accordance with the location of the heat transfer member 38. A case where the overlap ratio α is 0 indicates a case where the entirety of the heat transfer member 38 is in contact with the solid electrolyte member 31 in a state of being disposed in the through hole 315. When the overlap ratio α decreases, the area of the detection electrode 311 decreases, and the electrical resistance ratio of the detection electrode 311 increases.

検出電極311の電気抵抗とは、固体電解質体31を介して検出電極311と基準電極312との間に酸素イオンによる電流が流れる際の検出電極311の電気抵抗のことをいう。同図のグラフは、検出電極311が750℃である場合についての電気抵抗を求めたものである。オーバーラップ率が0.4よりも小さくなると、検出電極311の電気抵抗比の増加割合が大きくなることが分かる。そのため、オーバーラップ率は、0.4以上となるようにすることが好ましい。   The electric resistance of the detection electrode 311 refers to the electric resistance of the detection electrode 311 when a current due to oxygen ions flows between the detection electrode 311 and the reference electrode 312 via the solid electrolyte body 31. The graph in the figure shows the electric resistance when the detection electrode 311 is at 750 ° C. It can be seen that when the overlap ratio is smaller than 0.4, the rate of increase in the electric resistance ratio of the detection electrode 311 increases. Therefore, it is preferable that the overlap ratio is 0.4 or more.

本形態の伝熱部材38は、検出電極311及び固体電解質体31に跨って接触していることにより、検出電極311の有効表面積の減少を抑え、伝熱部材38の接合強度を高めることができる。より具体的には、伝熱部材38が固体電解質体31にも接触していることにより、伝熱部材38によって検出電極311を覆う面積が減少し、検出電極311の有効表面積が大きく保たれる。これにより、ガスセンサ1によってガス検出を行う際の電気抵抗の増加を抑制することができる。   Since the heat transfer member 38 of the present embodiment is in contact with the detection electrode 311 and the solid electrolyte member 31, the decrease in the effective surface area of the detection electrode 311 can be suppressed, and the bonding strength of the heat transfer member 38 can be increased. . More specifically, since the heat transfer member 38 is also in contact with the solid electrolyte body 31, the area of the heat transfer member 38 covering the detection electrode 311 is reduced, and the effective surface area of the detection electrode 311 is kept large. . Thus, an increase in electric resistance when gas detection is performed by the gas sensor 1 can be suppressed.

また、伝熱部材38が、検出電極311だけではなく固体電解質体31に接合されていることにより、伝熱部材38と固体電解質体31とは金属酸化物同士の結合によって強固に結合される。これにより、センサ素子2における伝熱部材38の接合強度を高めることができる。また、本形態においても、伝熱部材38によって、センサ素子2の伝熱性を高めることができる。   In addition, since the heat transfer member 38 is joined not only to the detection electrode 311 but also to the solid electrolyte member 31, the heat transfer member 38 and the solid electrolyte member 31 are firmly bonded by bonding between metal oxides. Thereby, the joining strength of the heat transfer member 38 in the sensor element 2 can be increased. Also in this embodiment, the heat transfer member 38 can enhance the heat transfer of the sensor element 2.

なお、検出電極311には、貫通孔315を形成する代わりに、検出電極311の一部を切り欠く切欠きを形成してもよい。貫通孔315及び切欠きは、固体電解質体31の表面が露出するように、検出電極311の略四角形状の外形内において、検出電極311が形成されていない部分によって形成される。   Note that, instead of forming the through hole 315, a cutout for partially cutting out the detection electrode 311 may be formed in the detection electrode 311. The through hole 315 and the notch are formed by a portion where the detection electrode 311 is not formed within the substantially rectangular outer shape of the detection electrode 311 so that the surface of the solid electrolyte body 31 is exposed.

本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<実施形態6>
本形態は、図28に示すように、実施形態2に示すセンサ素子2において、伝熱部材38が、第2絶縁体33Bと基準電極312及び固体電解質体31との間に挟持された場合について示す。
本形態の発熱体34は、基準ガスダクト36が形成された第2絶縁体33Bの内部に埋設されている。伝熱部材38は、基準電極312と固体電解質体31とに跨る位置に設けられている。基準電極312には、基準電極312を積層方向Dに貫通する貫通孔315が形成されている。本形態の貫通孔315は、基準電極312の中心部分に形成されている。伝熱部材38は、基準電極312の一部と固体電解質体31の一部とに接触する状態で設けられている。
<Embodiment 6>
In the present embodiment, as shown in FIG. 28, in the sensor element 2 according to the second embodiment, the heat transfer member 38 is sandwiched between the second insulator 33B, the reference electrode 312, and the solid electrolyte body 31. Show.
The heating element 34 of the present embodiment is embedded inside the second insulator 33B in which the reference gas duct 36 is formed. The heat transfer member 38 is provided at a position straddling the reference electrode 312 and the solid electrolyte member 31. In the reference electrode 312, a through hole 315 penetrating the reference electrode 312 in the stacking direction D is formed. The through hole 315 of this embodiment is formed at the center of the reference electrode 312. Heat transfer member 38 is provided in contact with a part of reference electrode 312 and a part of solid electrolyte body 31.

伝熱部材38は、貫通孔315を介して固体電解質体31に接触しているとともに、基準電極312における、貫通孔315の縁部に接触している。換言すれば、伝熱部材38は、固体電解質体31の表面から基準電極312の表面にオーバーラップして形成されている。   The heat transfer member 38 is in contact with the solid electrolyte body 31 through the through hole 315 and is in contact with the edge of the through hole 315 in the reference electrode 312. In other words, the heat transfer member 38 is formed so as to overlap from the surface of the solid electrolyte member 31 to the surface of the reference electrode 312.

本形態においても、基準電極312と固体電解質体31とに接触する伝熱部材38によって、実施形態5のセンサ素子2と同様の作用効果を得ることができる。本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Also in the present embodiment, the same function and effect as the sensor element 2 of the fifth embodiment can be obtained by the heat transfer member 38 that comes into contact with the reference electrode 312 and the solid electrolyte body 31. Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<実施形態7>
本形態においては、実施形態1に示したセンサ素子2について、検出電極311の表面に伝熱部材38を設ける位置を検討した。
発明者の研究の結果、伝熱部材38が検出電極311の表面に設けられる場合、伝熱部材38は、検出電極311における、拡散抵抗部32を通過した検出対象ガスGが始めに接触する部位には設けない方がよいことが分かった。
<Embodiment 7>
In the present embodiment, for the sensor element 2 shown in the first embodiment, the position where the heat transfer member 38 is provided on the surface of the detection electrode 311 was examined.
As a result of the inventor's research, when the heat transfer member 38 is provided on the surface of the detection electrode 311, the heat transfer member 38 is a portion of the detection electrode 311 where the detection target gas G that has passed through the diffusion resistance part 32 first contacts. It was found that it was better not to provide them.

図29に示すように、センサ素子2において、拡散抵抗部32は、第1絶縁体33Aにおける長尺方向Lの先端側L1の部位に設けられており、ガス室35内には、拡散抵抗部32を介してセンサ素子2の長尺方向Lの先端側L1から検出対象ガスGが導入される。伝熱部材38は、検出電極311の表面の一部に接触して設けられる。伝熱部材38の積層方向Dに直交する断面の断面積は、検出電極311の積層方向Dに直交する断面の断面積よりも小さい。   As shown in FIG. 29, in the sensor element 2, the diffusion resistance portion 32 is provided at a position on the distal end side L <b> 1 in the long direction L of the first insulator 33 </ b> A. The detection target gas G is introduced from the distal end side L1 of the sensor element 2 in the long direction L via the sensor element 32. The heat transfer member 38 is provided in contact with a part of the surface of the detection electrode 311. The cross-sectional area of the heat transfer member 38 in a cross section orthogonal to the stacking direction D is smaller than the cross-sectional area of the detection electrode 311 in a cross section orthogonal to the stack direction D.

伝熱部材38は、検出電極311における、拡散抵抗部32に近い長尺方向Lの先端側L1の部位を除く、検出電極311の一部に接触して設けられている。検出電極311の長尺方向Lの先端側L1の部分は、伝熱部材38が接触していないことによって、検出対象ガスGに晒されている。   The heat transfer member 38 is provided in contact with a part of the detection electrode 311 except for a part of the detection electrode 311 on the distal end side L1 in the longitudinal direction L close to the diffusion resistance part 32. The portion on the distal end side L1 in the longitudinal direction L of the detection electrode 311 is exposed to the detection target gas G because the heat transfer member 38 is not in contact.

図30には、検出電極311の長尺方向Lの先端316から基端側L2への位置と、検出電極311と基準電極312とにガス検出を行う際の電流が流れるときの検出電極311の累積電流との関係を示す。検出電極311においては、検出対象ガスGが始めに接触する長尺方向Lの先端側L1から順に電気化学反応が開始される。そして、検出電極311の長尺方向Lの基端側L2に行くに連れて、電気化学反応は弱くなる。   FIG. 30 shows the position of the detection electrode 311 from the distal end 316 in the longitudinal direction L to the proximal side L2, and the position of the detection electrode 311 when a current flows when gas detection is performed between the detection electrode 311 and the reference electrode 312. The relationship with the accumulated current is shown. In the detection electrode 311, the electrochemical reaction is started in order from the front end side L <b> 1 in the long direction L in which the detection target gas G first contacts. Then, the electrochemical reaction becomes weaker toward the base end side L2 in the longitudinal direction L of the detection electrode 311.

検出電極311における長尺方向Lの先端側部分の表面を伝熱部材38によって塞いでしまうと、この先端側部分において分解されて電流として検出されるべき酸素が拡散されてしまう。そのため、検出電極311における長尺方向Lの先端側部分の表面には、伝熱部材38が接触していないことが好ましい。   If the surface of the detection electrode 311 at the front end portion in the longitudinal direction L is closed by the heat transfer member 38, oxygen to be decomposed at the front end portion and detected as current is diffused. Therefore, it is preferable that the heat transfer member 38 does not contact the surface of the detection electrode 311 at the front end portion in the long direction L.

累積電流は、検出電極311の全体に流れる電流を100%とした場合に、検出電極311の長尺方向Lの先端316から基端側L2へ行くに連れて累積されて増加する電流を表す。累積電流は、検出電極311の長尺方向Lの先端316においては0%であるものの、検出電極311の先端316から基端側L2へ4mm移動した位置においては、ほぼ100%となる。   The cumulative current represents a current that is accumulated and increases from the distal end 316 in the longitudinal direction L of the detection electrode 311 toward the base end L2, assuming that the current flowing through the entire detection electrode 311 is 100%. The accumulated current is 0% at the distal end 316 of the detection electrode 311 in the longitudinal direction L, but becomes approximately 100% at a position moved 4 mm from the distal end 316 of the detection electrode 311 to the proximal side L2.

つまり、検出電極311の先端316から基端側L2へ4mm以上移動した位置においては、検出電極311に流れる電流は最大になる。最低限50%程度の累積電流が得られれば、検出電極311における電気化学反応が得られることより、伝熱部材38は、検出電極311の長尺方向Lの先端316から0.2mm以上離れた位置から基端側L2に向けて設けることができる。また、最低限70%程度の累積電流を得るためには、伝熱部材38は、検出電極311の長尺方向Lの先端316から0.5mm以上離れた位置から基端側L2に向けて設けることが好ましい。   In other words, the current flowing through the detection electrode 311 becomes the maximum at a position moved by 4 mm or more from the distal end 316 of the detection electrode 311 to the proximal side L2. When a cumulative current of at least about 50% is obtained, an electrochemical reaction at the detection electrode 311 is obtained, so that the heat transfer member 38 is separated from the end 316 of the detection electrode 311 in the longitudinal direction L by 0.2 mm or more. It can be provided from the position toward the base end side L2. Further, in order to obtain a cumulative current of at least about 70%, the heat transfer member 38 is provided from a position separated from the distal end 316 in the longitudinal direction L of the detection electrode 311 by 0.5 mm or more toward the base end side L2. Is preferred.

また、図31には、検出電極311に対して伝熱部材38を設ける長尺方向Lの位置を変化させた種々の場合において、センサ素子2によって、検出対象ガスGの空燃比(A/F)が、A/F=15からA/F=14に変化したことを検出するための応答時間がどれだけになるかを求めたシミュレーション結果を示す。伝熱部材38の長尺方向Lの長さは4mmとし、伝熱部材38の幅方向Wの幅は1mmとし、検出電極311の幅方向Wの幅は2mmとした。そして、検出電極311の長尺方向Lの先端316から、伝熱部材38の長尺方向Lの先端381までの距離をLx[mm]とし、この距離Lxを0〜4mmの範囲で変化させた。   Further, in FIG. 31, in various cases in which the position of the heat transfer member 38 in the longitudinal direction L with respect to the detection electrode 311 is changed, the air-fuel ratio (A / F ) Shows a simulation result of how long a response time for detecting a change from A / F = 15 to A / F = 14 is obtained. The length of the heat transfer member 38 in the longitudinal direction L was 4 mm, the width of the heat transfer member 38 in the width direction W was 1 mm, and the width of the detection electrode 311 in the width direction W was 2 mm. The distance from the tip 316 in the long direction L of the detection electrode 311 to the tip 381 in the long direction L of the heat transfer member 38 was Lx [mm], and this distance Lx was changed in the range of 0 to 4 mm. .

同図において、応答時間は、距離Lxが4mmである場合を基準としての1とし、距離Lxが変化するに連れて応答時間が相対的にどれだけ変化するかを求めた。距離Lxが0mmの場合には、応答時間が1.8程度になり、距離Lxが0.2mmの場合には、応答時間が1.3程度になることが分かった。このことより、伝熱部材38における、検出電極311に接触する部位の長尺方向Lの先端381は、検出電極311の長尺方向Lの先端316から、0.2mm以上長尺方向Lの基端側L2へ離れていることが好ましい。また、伝熱部材38における、検出電極311に接触する位置の長尺方向Lの先端381は、検出電極311の長尺方向Lの先端316から、0.5mm以上長尺方向Lの基端側L2へ離れていることがさらに好ましい。   In the figure, the response time is set to 1 based on the case where the distance Lx is 4 mm, and it is determined how much the response time relatively changes as the distance Lx changes. It was found that when the distance Lx was 0 mm, the response time was about 1.8, and when the distance Lx was 0.2 mm, the response time was about 1.3. Accordingly, the distal end 381 in the long direction L of the heat transfer member 38 in contact with the detection electrode 311 is separated from the distal end 316 in the long direction L of the detection electrode 311 by 0.2 mm or more in the longitudinal direction L. It is preferable to be away to the end side L2. Further, the distal end 381 in the long direction L of the heat transfer member 38 at the position in contact with the detection electrode 311 is closer to the base end in the long direction L by 0.5 mm or more from the front end 316 in the long direction L of the detection electrode 311. More preferably, it is away from L2.

また、伝熱部材38は、固体電解質体31の積層方向Dに直交する平面方向における断面積が一定の直線状の柱形状に形成する以外にも、図32に示すように、固体電解質体31の平面方向における断面積が検出電極311に近づくに連れて小さくなる台形の柱形状に形成することもできる。特に、伝熱部材38の先端側L1の側面は、検出電極311に近づくに連れて基端側L2に位置するよう傾斜させることができる。この場合にも、伝熱部材38における、検出電極311に接触する位置の長尺方向Lの先端381は、検出電極311の長尺方向Lの先端316から、0.2mm以上長尺方向Lの基端側L2へ離れていることが好ましい。   Further, in addition to forming the heat transfer member 38 into a linear columnar shape having a constant cross-sectional area in a plane direction orthogonal to the laminating direction D of the solid electrolyte body 31, as shown in FIG. Can be formed in a trapezoidal column shape in which the cross-sectional area in the planar direction becomes smaller as approaching the detection electrode 311. In particular, the side surface of the distal end side L1 of the heat transfer member 38 can be inclined so as to be located on the proximal end side L2 as approaching the detection electrode 311. Also in this case, the tip 381 in the long direction L of the heat transfer member 38 at the position in contact with the detection electrode 311 is at least 0.2 mm from the tip 316 in the long direction L of the detection electrode 311. It is preferable to be away from the base side L2.

本形態のガスセンサ1におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態1の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態1に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態1の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like of the gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

<確認試験>
本確認試験においては、発熱体34が第1絶縁体33C内に埋設されるとともに伝熱部材38が配置された実施形態1のセンサ素子2を、目標とする作動温度(活性温度)に加熱する際に要する時間を測定した。また、比較のために、発熱体34が第2絶縁体33B内に埋設されるとともに伝熱部材38が配置されていない従来のセンサ素子を、作動温度に加熱する際に要する時間を測定した。測定を行った結果、実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1においては、加熱を開始してから作動温度に到達するまでの活性時間が、従来のガスセンサの活性時間を100%としたときに、従来のガスセンサの活性時間に比べて約30%程度に短縮されることが確認された。そして、実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1においては、センサ素子2を常温(25℃)から作動温度(例えば650℃)にするまでの発熱体34への通電時間を1秒以下にできることが分かった。
<Confirmation test>
In this confirmation test, the sensor element 2 of the first embodiment, in which the heating element 34 is embedded in the first insulator 33C and the heat transfer member 38 is disposed, is heated to a target operating temperature (active temperature). The time required for the measurement was measured. For comparison, the time required to heat a conventional sensor element, in which the heating element 34 is embedded in the second insulator 33B and the heat transfer member 38 is not disposed, to the operating temperature was measured. As a result of the measurement, in the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the first embodiment, when the activation time from the start of heating to reaching the operating temperature is 100% of the activation time of the conventional gas sensor. In addition, it was confirmed that the activation time of the conventional gas sensor was reduced to about 30%. In the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the first embodiment, the energizing time to the heating element 34 from the normal temperature (25 ° C.) to the operating temperature (for example, 650 ° C.) is set to 1 second or less. I knew I could do it.

また、本確認試験においては、実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1において、センサ素子2を作動温度に維持するための定常時の消費電力を測定した。また、比較のために、従来のセンサ素子を用いたガスセンサにおいても、センサ素子を作動温度に維持するための定常時の消費電力を測定した。測定を行った結果、実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1においては、従来のガスセンサの定常時の消費電力を100%としたときに、従来のガスセンサの消費電力に比べて、約50%程度に小さくなることが確認された。   In this confirmation test, in the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the first embodiment, the steady-state power consumption for maintaining the sensor element 2 at the operating temperature was measured. Also, for comparison, in a gas sensor using a conventional sensor element, steady-state power consumption for maintaining the sensor element at an operating temperature was measured. As a result of the measurement, in the gas sensor 1 using the sensor element 2 according to the first embodiment, when the power consumption of the conventional gas sensor in the steady state is 100%, the power consumption of the conventional gas sensor is about 50%. %.

また、本確認試験においては、伝熱部材38が発熱部341に積層方向Dにおいて重なる実施形態3のセンサ素子2を用いたガスセンサ1と、伝熱部材38が発熱部341に積層方向Dにおいて重ならない実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1とについて、発熱体34に通電を開始してから目標とする作動温度になるまでの活性時間について測定した。測定を行った結果、実施形態3のセンサ素子2を用いたガスセンサ1の活性時間は、実施形態1のセンサ素子2を用いたガスセンサ1の活性時間に比べて、約30%程度に短縮されることが確認された。   In this confirmation test, in the gas sensor 1 using the sensor element 2 of Embodiment 3 in which the heat transfer member 38 overlaps the heat generating portion 341 in the stacking direction D, the heat transfer member 38 overlaps the heat generating portion 341 in the stack direction D. With respect to the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the first embodiment, the activation time from the start of energization of the heating element 34 to the target operating temperature was measured. As a result of the measurement, the activation time of the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the third embodiment is reduced to about 30% as compared with the activation time of the gas sensor 1 using the sensor element 2 of the first embodiment. It was confirmed that.

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。   The present invention is not limited to each embodiment, and it is possible to configure further different embodiments without departing from the gist thereof. Further, the present invention includes various modified examples, modified examples within an equivalent range, and the like.

1 ガスセンサ
2 センサ素子
31,31A,31B 固体電解質体
311,312,311A,311B,312A,312B 電極
33A,33B,33C,33D,33E 絶縁体
34 発熱体
35 ガス室(ガス空間)
38 伝熱部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 2 Sensor element 31, 31A, 31B Solid electrolyte body 311, 312, 311A, 311B, 312A, 312B Electrode 33A, 33B, 33C, 33D, 33E Insulator 34 Heating element 35 Gas chamber (gas space)
38 Heat transfer member

Claims (11)

板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体(31)と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極(311,312)と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体(33A,33B)と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス(G)又は基準ガス(A)が導入されるガス空間(35,36)と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサ。
In a gas sensor (1) including a plate-shaped sensor element (2),
The sensor element includes:
A solid electrolyte body (31) having oxygen ion conductivity;
A pair of electrodes (311, 312) provided on the surface of the solid electrolyte body;
An insulator (33A, 33B) laminated on the solid electrolyte body;
A gas space formed between the insulator at a position adjacent to the solid electrolyte body and accommodating one of the pair of electrodes and introducing a detection target gas (G) or a reference gas (A) ( 35, 36),
A heating section (341) that generates heat when energized and is disposed at a position where at least a part thereof overlaps the pair of electrodes in the stacking direction (D) of the solid electrolyte body and the insulator, and a pair of heating sections connected to the heating section. A heating element (34) having a lead portion (342) and embedded in the insulator forming the gas space;
The detection target gas is not permeated, and formed of a dense material of a metal oxide, and in a part of the gas space, between the insulator and the electrode in which the heating element is embedded, or the heating element is A heat transfer member sandwiched between the buried insulator, the electrode, and the solid electrolyte body, and for promoting heat transfer from the heat generating portion to the solid electrolyte body and the pair of electrodes; And a gas sensor comprising:
前記ガス空間は、前記検出対象ガスが拡散抵抗部(32)を介して所定の拡散速度で導入され、一対の前記電極のうちの前記検出対象ガスに晒される検出電極(311)が配置されたガス室(35)として形成されており、
前記発熱体は、前記検出電極に対向して、前記ガス室を形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記ガス室の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持されている、請求項1に記載のガスセンサ。
In the gas space, the detection electrode (311), into which the detection target gas is introduced at a predetermined diffusion rate via the diffusion resistance part (32) and which is exposed to the detection target gas of the pair of electrodes, is disposed. Formed as a gas chamber (35);
The heating element is embedded in the insulator forming the gas chamber, facing the detection electrode,
The heat transfer member may be a part of the gas chamber, between the insulator in which the heating element is embedded and the detection electrode, or the insulator in which the heating element is embedded, the detection electrode, and the solid. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is sandwiched between the electrolyte sensor and the electrolyte body.
前記ガス空間は、前記基準ガスが導入され、一対の前記電極のうちの前記基準ガスに晒される基準電極(312)が配置された基準ガスダクト(36)として形成されており、
前記発熱体は、前記基準電極に対向して、前記基準ガスダクトを形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記基準ガスダクトの一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極及び前記固体電解質体との間に挟持されている、請求項1に記載のガスセンサ。
The gas space is formed as a reference gas duct (36) in which the reference gas is introduced and a reference electrode (312) of the pair of electrodes is exposed to the reference gas,
The heating element is buried in the insulator forming the reference gas duct, facing the reference electrode,
The heat transfer member may be a part of the reference gas duct, between the insulator embedded with the heating element and the reference electrode, or the insulator embedded with the heating element and the reference electrode and the solid. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is sandwiched between the electrolyte sensor and the electrolyte body.
長尺板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体(31)と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス(G)に晒される第1主面(301)であって前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置に設けられた検出電極(311)と、
前記固体電解質体における、基準ガス(A)に晒される第2主面(302)であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極(312)と、
前記固体電解質体の前記第1主面に積層された第1絶縁体(33A)と、
前記固体電解質体と前記第1絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記第1絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記第1絶縁体における、前記固体電解質体の前記第1主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室(35)と、
前記ガス室に連通して前記第1絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部(32)と、
前記固体電解質体の前記第2主面に積層された第2絶縁体(33B)と、
前記第2絶縁体における、前記固体電解質体の前記第2主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部(360)から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト(36)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第1絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第1絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサ。
In a gas sensor (1) including a long plate-shaped sensor element (2),
The sensor element includes:
A solid electrolyte body (31) having oxygen ion conductivity;
A detection electrode (311) provided on the first main surface (301) of the solid electrolyte body, which is exposed to the gas to be detected (G), at a position on the tip side in the longitudinal direction (L) of the sensor element;
A reference electrode (312), which is a second main surface (302) of the solid electrolyte body exposed to a reference gas (A) and is provided at a position on the distal end side in the long direction;
A first insulator (33A) laminated on the first main surface of the solid electrolyte body;
A heat-generating portion (341) which is arranged at a position where at least a part thereof overlaps the detection electrode and the reference electrode in the stacking direction (D) of the solid electrolyte body and the first insulator, and which generates heat by energization; A heating element (34) having a pair of leads (342) connected to a rear end side of the portion in the long direction and embedded in the first insulator;
A gas chamber (35) formed in a position of the first insulator adjacent to the first main surface of the solid electrolyte body and accommodating the detection electrode;
A diffusion resistance section (32) provided on the first insulator in communication with the gas chamber, for introducing the gas to be detected into the gas chamber at a predetermined diffusion rate;
A second insulator (33B) laminated on the second main surface of the solid electrolyte body;
A position adjacent to the second main surface of the solid electrolyte body in the second insulator, formed from a rear end opening (360) in the elongated direction to a position for accommodating the reference electrode; and A reference gas duct (36) through which the reference gas is introduced from the rear end opening;
The detection target gas is not permeated and is formed of a dense material of a metal oxide, and in a part of the gas chamber, between the first insulator and the detection electrode or between the first insulator and the detection. A heat transfer member (38) sandwiched between an electrode and the solid electrolyte body, and for promoting heat transfer from the heat generating portion to the solid electrolyte body, the detection electrode, and the reference electrode. Gas sensor.
長尺板形状のセンサ素子(2)を備えるガスセンサ(1)において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置における互い対向する位置に設けられた第1ポンプ電極(311A)及び第2ポンプ電極(311B)を有する第1固体電解質体(31A)と、
前記第1固体電解質体に対向して配置され、酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向(L)の先端側位置における互い対向する位置に設けられた検出電極(312A)及び基準電極(312B)を有する第2固体電解質体(31B)と、
前記第1固体電解質体の前記第1ポンプ電極が設けられた主面に積層された第1絶縁体(33C)と、
前記第1固体電解質体の前記第2ポンプ電極が設けられた主面と前記第2固体電解質体の前記検出電極が設けられた主面との間に挟まれた第2絶縁体(33D)と、
前記第2固体電解質体の前記基準電極が設けられた主面に積層された第3絶縁体(33E)と、
前記各固体電解質体と前記各絶縁体との積層方向(D)において少なくとも一部が前記各電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部(341)、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部(342)を有し、かつ前記第3絶縁体内に埋設された発熱体(34)と、
前記第1固体電解質体、前記第2固体電解質体及び前記第2絶縁体によって囲まれて形成され、前記第2ポンプ電極及び前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室(35)と、
前記ガス室に連通して前記第2絶縁体に設けられ、前記ガス室へ検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部(32)と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第2ポンプ電極と前記検出電極との間、又は前記第2ポンプ電極及び前記第1固体電解質体と前記検出電極及び前記第2固体電解質体との間に挟持され、前記発熱部から前記第1固体電解質体、前記第1ポンプ電極及び前記第2ポンプ電極への伝熱を促進するための伝熱部材(38)と、を備える、ガスセンサ。
In a gas sensor (1) including a long plate-shaped sensor element (2),
The sensor element includes:
It has oxygen ion conductivity and has a first pump electrode (311A) and a second pump electrode (311B) provided at positions facing each other at the tip side position in the longitudinal direction (L) of the sensor element. 1 solid electrolyte body (31A);
A detection electrode (312A) that is disposed to face the first solid electrolyte body, has oxygen ion conductivity, and is provided at a position facing each other at a position on the distal end side in the longitudinal direction (L) of the sensor element; And a second solid electrolyte body (31B) having a reference electrode (312B) and
A first insulator (33C) laminated on a main surface of the first solid electrolyte body on which the first pump electrode is provided;
A second insulator (33D) sandwiched between a main surface of the first solid electrolyte body on which the second pump electrode is provided and a main surface of the second solid electrolyte body on which the detection electrode is provided; ,
A third insulator (33E) laminated on a main surface of the second solid electrolyte body on which the reference electrode is provided;
A heat generating portion (341) that generates heat by energization and is disposed at a position where at least a part thereof overlaps with each of the electrodes in a stacking direction (D) of each of the solid electrolyte bodies and each of the insulators; A heating element (34) having a pair of leads (342) connected to the rear end side in the longitudinal direction and embedded in the third insulator;
A gas chamber (35) formed so as to be surrounded by the first solid electrolyte body, the second solid electrolyte body, and the second insulator, and formed at a position accommodating the second pump electrode and the detection electrode;
A diffusion resistance section (32) provided on the second insulator in communication with the gas chamber, for introducing a gas to be detected into the gas chamber at a predetermined diffusion rate;
The detection target gas is not permeated, and is formed of a dense material of metal oxide, and in a part of the gas chamber, between the second pump electrode and the detection electrode, or between the second pump electrode and the second pump electrode. 1 is sandwiched between the solid electrolyte body, the detection electrode, and the second solid electrolyte body, and promotes heat transfer from the heat generating portion to the first solid electrolyte body, the first pump electrode, and the second pump electrode. A heat transfer member (38).
前記発熱部は、蛇行する線状の導体部によって形成されており、
前記伝熱部材は、前記積層方向において前記発熱部の一部と重なる位置に配置されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
The heat generating portion is formed by a meandering linear conductor portion,
The gas sensor according to claim 1, wherein the heat transfer member is arranged at a position overlapping a part of the heat generating portion in the stacking direction.
前記電極には、前記電極を前記積層方向に貫通する貫通孔(315)又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、請求項1に記載のガスセンサ。
A through hole (315) or a notch is formed in the electrode to penetrate the electrode in the stacking direction,
The heat transfer member is in contact with the solid electrolyte body through the through hole or the notch, and is in contact with an edge of the through hole or the notch in the electrode. A gas sensor according to claim 1.
前記検出電極には、前記検出電極を前記積層方向に貫通する貫通孔(315)又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記検出電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、請求項2又は4に記載のガスセンサ。
A through hole (315) or a notch is formed in the detection electrode to penetrate the detection electrode in the stacking direction,
The heat transfer member is in contact with the solid electrolyte body through the through hole or the notch, and is in contact with an edge of the through hole or the notch in the detection electrode. The gas sensor according to 2 or 4.
前記基準電極には、前記基準電極を前記積層方向に貫通する貫通孔(315)又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記基準電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、請求項3に記載のガスセンサ。
The reference electrode is formed with a through hole (315) or a notch that penetrates the reference electrode in the stacking direction,
The heat transfer member is in contact with the solid electrolyte body through the through hole or the notch, and is in contact with an edge of the through hole or the notch in the reference electrode. 4. The gas sensor according to 3.
前記拡散抵抗部は、前記第1絶縁体における前記長尺方向の先端側部位に設けられており、
前記伝熱部材の前記積層方向に直交する断面の断面積は、前記検出電極の前記積層方向に直交する断面の断面積よりも小さく、
前記検出電極の前記長尺方向の先端側部分は、前記伝熱部材が接触していないことによって、前記検出対象ガスに晒されている、請求項4に記載のガスセンサ。
The diffusion resistance section is provided at a distal end side portion of the first insulator in the elongated direction,
A cross-sectional area of a cross section of the heat transfer member orthogonal to the stacking direction is smaller than a cross-sectional area of a cross section of the detection electrode orthogonal to the stack direction.
5. The gas sensor according to claim 4, wherein the distal end portion of the detection electrode in the long direction is exposed to the detection target gas when the heat transfer member is not in contact.
前記伝熱部材における、前記検出電極に接触する位置の前記長尺方向の先端は、前記検出電極の前記長尺方向の先端から、0.2mm以上前記長尺方向の基端側へ離れている、請求項10に記載のガスセンサ。   In the heat transfer member, the distal end in the elongated direction at a position in contact with the detection electrode is separated from the distal end in the elongated direction of the detection electrode by 0.2 mm or more toward the base end in the elongated direction. The gas sensor according to claim 10.
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