JP2024014733A - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

Gas sensor element and gas sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2024014733A
JP2024014733A JP2023094953A JP2023094953A JP2024014733A JP 2024014733 A JP2024014733 A JP 2024014733A JP 2023094953 A JP2023094953 A JP 2023094953A JP 2023094953 A JP2023094953 A JP 2023094953A JP 2024014733 A JP2024014733 A JP 2024014733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porosity
layer
measurement electrode
tip protection
protection layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023094953A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
悠介 渡邉
Yusuke Watanabe
大智 市川
Daichi Ichikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to DE102023117478.9A priority Critical patent/DE102023117478A1/en
Priority to CN202310830346.3A priority patent/CN117434130A/en
Priority to US18/353,938 priority patent/US20240027393A1/en
Publication of JP2024014733A publication Critical patent/JP2024014733A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor element which features a form of diffusion of Nox reaching a measurement electrode, which has been changed from molecular diffusion form to a form of diffusion involving repetitive collision with a wall surface of a sufficiently narrow flow channel.
SOLUTION: A gas sensor element according to an aspect of the present invention comprises a porous diffusion layer covering a measurement electrode, the porous diffusion layer having a porosity in a range of 5% to 25%, inclusive, which is lower than that of a tip protection layer covering at least a surface of an element substrate having an opening of a gas inlet port.
SELECTED DRAWING: Figure 3
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

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

従来、被測定ガス中に含まれる特定のガス成分の濃度を測定するために使用されるセンサ素子について、前記センサ素子の備える内部空間に導入された前記被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与するための種々の試みが知られている。例えば、下掲の特許文献1には、前記内部空間に導入された前記被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部を備えるセンサ素子が開示されている。 Conventionally, for a sensor element used to measure the concentration of a specific gas component contained in a gas to be measured, a predetermined diffusion resistance is imparted to the gas to be measured introduced into an internal space provided in the sensor element. Various attempts to do so are known. For example, Patent Document 1 listed below discloses a sensor element that includes a diffusion-limiting section that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced into the internal space.

特開2011-102793号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-102793

本件発明者らは、上述のような拡散律速部を備える従来のガスセンサ素子には、次のような問題点があることを見出した。すなわち、ガソリン車では、排気ガス中のH2O濃度がディーゼル車に比べて高い。また、水素エンジン車は、環境に配慮して高リーン下で使用されることが想定され、排気ガス中のH2O濃度も高いと予想される。そして、H2Oは、NOx及びO2に比べて分子量が小さい。本件発明者らは、係る高H2O濃度下の環境においては、以下に説明する問題が発生することを見出した。 The inventors of the present invention have discovered that the conventional gas sensor element including the above-mentioned diffusion-limiting section has the following problems. That is, in a gasoline vehicle, the concentration of H 2 O in the exhaust gas is higher than that in a diesel vehicle. Further, hydrogen engine vehicles are expected to be used under highly lean conditions in consideration of the environment, and the H 2 O concentration in the exhaust gas is also expected to be high. Furthermore, H 2 O has a smaller molecular weight than NO x and O 2 . The inventors of the present invention have found that the following problem occurs in such a high H 2 O concentration environment.

図11は、或る分子が他の分子と衝突することによって拡散する分子拡散の例を示す図である。本件発明者らは、図11に例示するような分子拡散が支配的となる領域では、以下の事象が発生すると考えた。すなわち、図11に例示するように、分子拡散では、或る分子と別の分子とが衝突することで或る分子の拡散が進むため、或る分子が衝突する別の分子によって拡散係数は変わり、つまり、被測定ガスのガス組成によって拡散係数は変化する。そのため、被測定ガス中に分子量が小さいH2Oが存在すると、NOx及びO2はH2Oの間を拡散しやすくなり、被測定ガス中に含まれる特定のガス成分の濃度を測定するための測定電極へ到達するNOx及びO2ガスが増えると考えられる。その結果、H2O濃度に応じて(例えば、H2O濃度が高くなると)、NOx出力が変動したり、測定電極が劣化しやすくなったりするのではないかと、本件発明者らは考えた。本件発明者らは、実験により、H2O濃度が高い場合は、低い場合と比べて、NOx出力が変動しやすくなり、また、測定電極の劣化が早まることを確認した。 FIG. 11 is a diagram showing an example of molecular diffusion in which a certain molecule diffuses due to collision with another molecule. The inventors of the present invention considered that the following phenomenon occurs in a region where molecular diffusion is dominant as illustrated in FIG. 11. In other words, as illustrated in Figure 11, in molecular diffusion, the diffusion of a certain molecule progresses when it collides with another molecule, so the diffusion coefficient changes depending on the molecule that a certain molecule collides with. In other words, the diffusion coefficient changes depending on the gas composition of the gas to be measured. Therefore, if H 2 O with a small molecular weight exists in the gas to be measured, NO x and O 2 will easily diffuse between the H 2 O, making it difficult to measure the concentration of a specific gas component contained in the gas to be measured. It is thought that the amount of NO x and O 2 gas reaching the measurement electrode increases. As a result, the inventors thought that the NO x output may fluctuate depending on the H 2 O concentration (for example, when the H 2 O concentration increases), and the measurement electrode may deteriorate more easily. Ta. The inventors of the present invention have confirmed through experiments that when the H 2 O concentration is high, the NO x output fluctuates more easily and the measurement electrode deteriorates more quickly than when the H 2 O concentration is low.

図12は、分子拡散とは異なる拡散形態であるクヌーセン拡散の例を示す図である。図12に例示するように、クヌーセン拡散においては、細孔壁(流路の壁面)に衝突することで或る分子の拡散が進み、壁面の細孔径は例えば焼成時に決まるため、被測定ガスのガス組成が変わっても、拡散係数は変わらない。そこで、本件発明者らは、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられる上述の問題を解決する方法として、以下の方法が有用であることを見出した。すなわち、測定電極へ到達するNOxの拡散形態を、分子拡散から、図12に例示するクヌーセン拡散のように、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更する方法が有用であることを見出した。 FIG. 12 is a diagram showing an example of Knudsen diffusion, which is a diffusion form different from molecular diffusion. As illustrated in Fig. 12, in Knudsen diffusion, the diffusion of a certain molecule progresses by colliding with the pore wall (wall surface of the flow path), and the pore diameter of the wall surface is determined, for example, during firing, so that the gas to be measured increases. Even if the gas composition changes, the diffusion coefficient remains the same. Therefore, the inventors of the present invention have found that the following method is useful as a method for solving the above-mentioned problem considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration. That is, a method of changing the diffusion form of NO x that reaches the measurement electrode from molecular diffusion to a form in which it diffuses while repeatedly colliding with the walls of a sufficiently narrow channel, such as the Knudsen diffusion illustrated in FIG. 12. was found to be useful.

本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、測定電極へ到達するNOxの拡散形態を、分子拡散から、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更したガスセンサ素子等を提供することである。 One aspect of the present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to change the diffusion form of NO x reaching the measurement electrode from molecular diffusion to a sufficiently narrow channel wall surface. It is an object of the present invention to provide a gas sensor element or the like that is changed to a form that diffuses while repeating collisions.

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration in order to solve the above-mentioned problems.

第1の観点に係るガスセンサ素子は、表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体と、少なくとも前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面を覆う先端保護層と、前記内部空間に設けられ、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む測定電極と、前記測定電極を覆い、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、前記先端保護層の気孔率よりも気孔率が低い多孔質拡散層と、を含む。前記多孔質拡散層が、気孔率の異なる複数の面(層)を含む場合、前記多孔質拡散層の平均気孔率が、5%以上かつ25%以下であってもよく、また、前記多孔質拡散層の平均気孔率が、前記先端保護層の気孔率よりも低くてもよい。 The gas sensor element according to the first aspect includes an element base, into which a gas to be measured is introduced into the internal space from a gas inlet opening on the surface, and at least a surface of the element base where the gas inlet is opened. a tip protection layer, a measurement electrode provided in the internal space and containing at least one of silica and alumina, covering the measurement electrode and having a porosity of 5% or more and 25% or less, and pores of the tip protection layer; a porous diffusion layer having a porosity lower than the porosity. When the porous diffusion layer includes a plurality of surfaces (layers) having different porosities, the average porosity of the porous diffusion layer may be 5% or more and 25% or less, and the porous The average porosity of the diffusion layer may be lower than the porosity of the tip protection layer.

当該構成では、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、前記先端保護層の気孔率よりも気孔率が低い前記多孔質拡散層によって、前記測定電極は覆われている。前記測定電極を覆う前記多孔質拡散層によって、前記測定電極の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更することができる。そのため、前記ガスセンサ素子は、前記被測定ガス中にH2Oガスが存在していたとしても、前記測定電極を覆う前記多孔質拡散層によって、H2Oガスの、NOxガス(及びO2ガス)への影響を小さくすることができる。具体的には、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極を覆う前記多孔質拡散層によって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び前記測定電極の劣化を抑制できる。 In this configuration, the measurement electrode is covered by the porous diffusion layer, which has a porosity of 5% or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer. The porous diffusion layer covering the measurement electrode can change the diffusion form around the measurement electrode to a form such as Knudsen diffusion, in which the material diffuses while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel. can. Therefore, in the gas sensor element, even if H 2 O gas is present in the gas to be measured, the porous diffusion layer covering the measurement electrode separates H 2 O gas, NO x gas (and O 2 gas) can be reduced. Specifically, in the gas sensor element, the porous diffusion layer covering the measurement electrode suppresses fluctuations in NO x output, which are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration, and changes in the measurement electrode. Deterioration can be suppressed.

ここで、前記測定電極の周囲に拡散抵抗の大きな前記多孔質拡散層を設けると、被毒物質等により前記多孔質拡散層が目詰まりを起こす可能性がある。そこで、前記ガスセンサ素子は、少なくとも前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面を覆う前記先端保護層を備える。そのため、前記ガスセンサ素子は、前記先端保護層によって被毒物質等をトラップし、つまり、前記先端保護層によって被毒物質等を捉える(捕捉する)ことができる。 Here, if the porous diffusion layer having a large diffusion resistance is provided around the measurement electrode, the porous diffusion layer may become clogged with poisonous substances or the like. Therefore, the gas sensor element includes the tip protection layer that covers at least the surface of the element base where the gas inlet is open. Therefore, the gas sensor element can trap poisonous substances and the like with the tip protection layer, that is, can capture (capture) poisonous substances and the like with the tip protection layer.

特に、前記ガスセンサ素子において、前記先端保護層の気孔率は、前記測定電極の周囲を覆う前記多孔質拡散層の気孔率よりも高い(大きい)。前記ガスセンサ素子は、前記先端保護層の気孔率を前記多孔質拡散層の気孔率よりも高くすることで、「前記先端保護層が被毒物質等によって目詰まりしてしまい、NOx出力が低下する」といった事態を回避することができる。 Particularly, in the gas sensor element, the porosity of the tip protection layer is higher (larger) than the porosity of the porous diffusion layer surrounding the measurement electrode. In the gas sensor element, by making the porosity of the tip protection layer higher than the porosity of the porous diffusion layer, "the tip protection layer becomes clogged with poisonous substances, etc., and NO x output decreases." It is possible to avoid situations such as "doing".

また、前記ガスセンサ素子において、前記測定電極は、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む。ここで、高温(例えば、摂氏700度~800度)でNOxを測定する場合、前記測定電極には絶えず、膨張と収縮とが繰り返し発生することになる。そのような環境下においても、前記測定電極がシリカ及びアルミナの少なくとも一方を含むことにより、前記ガスセンサ素子は、以下の効果を実現することができる。すなわち、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極での膨張と収縮とを抑制することによって、前記測定電極を被覆する前記多孔質拡散層に亀裂、割れなどが入るのを防止し、また、前記測定電極が前記素子基体から剥離するのを防止することができる。 Moreover, in the gas sensor element, the measurement electrode includes at least one of silica and alumina. Here, when measuring NO x at high temperatures (eg, 700 to 800 degrees Celsius), the measurement electrode constantly undergoes repeated expansion and contraction. Even under such an environment, the gas sensor element can achieve the following effects because the measurement electrode contains at least one of silica and alumina. That is, the gas sensor element suppresses expansion and contraction at the measurement electrode, thereby preventing cracks, cracks, etc. from forming in the porous diffusion layer covering the measurement electrode, and also suppresses expansion and contraction at the measurement electrode. can be prevented from peeling off from the element substrate.

第2の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1の観点に係るガスセンサ素子の前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも高くてもよい。 In the gas sensor element according to the second aspect, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer of the gas sensor element according to the first aspect, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is higher than the porosity of the inner surface facing the measurement electrode. The porosity of the surface may be higher than that of the surface.

当該構成では、前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側(つまり、前記測定電極に近い側)の面の気孔率は、外側(つまり、前記測定電極に遠い側)の面の気孔率よりも高い。 In this configuration, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode (that is, the side closer to the measurement electrode) is higher than that of the outer surface (that is, the side closer to the measurement electrode). higher than the porosity of the surface (the far side).

ここで、センサ駆動直後、前記測定電極の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合、前記測定電極の周囲のH2が原因となって、ガスセンサが起動されてから定常動作状態となるまでに要するライトオフ時間が長くなってしまうことがある。 Here, if H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode is decomposed and H 2 is generated immediately after the sensor is activated, the H 2 around the measurement electrode causes a steady state after the gas sensor is activated. The light-off time required to enter the operating state may become longer.

そこで、前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることによって、前記測定電極の表面付近に発生したH2を素早く拡散させる。これによって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合であっても、係るH2の影響を抑えて、ライトオフ時間が長くなってしまうのを回避することができる。 Therefore, in the gas sensor element, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is made higher than the porosity of the outer surface. Quickly diffuses H 2 generated near the surface of the measurement electrode. As a result, even if H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode is decomposed and H 2 is generated, the gas sensor element can suppress the influence of H 2 and increase the light-off time. You can avoid putting it away.

第3の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1または上記第2の観点に係るガスセンサ素子の前記内部空間において前記被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部をさらに備え、前記測定電極は、前記被測定ガスの流れる方向における上流側が前記拡散律速部によって区画された内部空所に配置されてもよい。 The gas sensor element according to the third aspect further includes a diffusion-limiting part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the internal space of the gas sensor element according to the first or second aspect, and the measurement electrode may be arranged in an internal space whose upstream side in the flow direction of the gas to be measured is defined by the diffusion-limiting section.

当該構成では、前記ガスセンサ素子は、前記拡散律速部を備え、前記測定電極は、前記被測定ガスの流れる方向における上流側が前記拡散律速部によって区画された内部空所に配置される。係る構成によって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極へ到達するNOxの拡散形態を、前記拡散律速部を備えない場合に比べて、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと、より近付けることができる。 In this configuration, the gas sensor element includes the diffusion-limiting section, and the measurement electrode is arranged in an internal space defined by the diffusion-limiting section on the upstream side in the direction in which the gas to be measured flows. With such a configuration, the gas sensor element changes the diffusion mode of NO By repeating this, we can get closer to a form of diffusion.

第4の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1から第3の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記測定電極と前記多孔質拡散層とは接しておらず、前記測定電極と前記多孔質拡散層との間の距離は0.15mm以下であってもよい。 A gas sensor element according to a fourth aspect is a gas sensor element according to any one of the first to third aspects, wherein the measurement electrode and the porous diffusion layer are not in contact with each other, and the measurement electrode and the porous diffusion layer are not in contact with each other. The distance between the diffusion layer and the diffusion layer may be 0.15 mm or less.

当該構成では、前記測定電極と前記多孔質拡散層とは接しておらず、かつ、前記測定電極と前記多孔質拡散層との間の距離は0.15mm以下である。前述の通り、センサ駆動直後、前記測定電極の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合、前記測定電極の周囲のH2が原因となって、ガスセンサが起動されてから定常動作状態となるまでに要するライトオフ時間が長くなってしまうことがある。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極と前記多孔質拡散層との間に空間(隙間)を設けることによって、前記測定電極の表面付近に発生したH2を素早く拡散させる。これによって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合であっても、係るH2の影響を抑えて、ライトオフ時間が長くなってしまうのを回避することができる。 In this configuration, the measurement electrode and the porous diffusion layer are not in contact with each other, and the distance between the measurement electrode and the porous diffusion layer is 0.15 mm or less. As mentioned above, if H 2 O attached to the surface of the measurement electrode is decomposed and H 2 is generated immediately after the sensor is activated, the H 2 around the measurement electrode will cause The light-off time required to reach a steady operating state may become longer. Therefore, in the gas sensor element, by providing a space (gap) between the measurement electrode and the porous diffusion layer, H 2 generated near the surface of the measurement electrode is quickly diffused. As a result, even if H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode is decomposed and H 2 is generated, the gas sensor element can suppress the influence of H 2 and increase the light-off time. You can avoid putting it away.

ただし、前記測定電極と前記多孔質拡散層との間隔を広くし過ぎると、前記測定電極の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更するという前記多孔質拡散層の効果が低下する。そこで、前記ガスセンサ素子において、前記測定電極と前記多孔質拡散層との間の距離は、0.15mm以下とする。本件発明者らは、両者の間の距離を0.15mm以下とすることで、両者が接している場合と同様に、前記多孔質拡散層によって前記測定電極の周囲の拡散形態を好適なものとすることができるのを確認した。すなわち、前記測定電極までの距離が0.15mm以下である前記多孔質拡散層によって、前記測定電極の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とすることができることを確認した。そのため、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極までの距離が0.15mm以下である前記多孔質拡散層によって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び前記測定電極の劣化を抑制することができる。 However, if the distance between the measurement electrode and the porous diffusion layer is made too wide, the diffusion form around the measurement electrode will change due to repeated collisions with the walls of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. The effectiveness of the porous diffusion layer in changing the shape into a shape that decreases. Therefore, in the gas sensor element, the distance between the measurement electrode and the porous diffusion layer is set to 0.15 mm or less. By setting the distance between the two to 0.15 mm or less, the inventors of the present invention have made the diffusion form around the measurement electrode preferable by the porous diffusion layer, as in the case where the two are in contact with each other. I confirmed that it can be done. That is, by using the porous diffusion layer whose distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less, the diffusion form around the measurement electrode is caused to repeatedly collide with the wall surface of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. It was confirmed that it is possible to create a form that diffuses while Therefore, in the gas sensor element, due to the porous diffusion layer whose distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less, fluctuations in NO x output that are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration can be prevented. And deterioration of the measurement electrode can be suppressed.

第5の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1から第4の何れかの観点に係るガスセンサ素子の前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも、10%以上高くてもよい。 In the gas sensor element according to the fifth aspect, the inner surface facing the measurement electrode is selected from among the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer of the gas sensor element according to any one of the first to fourth aspects. The porosity of the outer surface may be 10% or more higher than the porosity of the outer surface.

当該構成では、前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも10%以上高い。前述の通り、前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることで、以下の効果を実現することができる。すなわち、前記内側の面の気孔率を、前記外側の面の気孔率よりも高くすることで、前記測定電極の表面付近に発生したH2を素早く拡散させることができ、ライトオフ時間の増大を抑制することができる。そして、本件発明者らは、前記多孔質拡散層の、前記内側の面の気孔率が、前記外側の面の気孔率よりも10%以上高い場合、10%未満の場合よりも、ライトオフ時間が短くなることを確認した。それゆえ、前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも10%以上高くすることで、10%未満の場合よりもライトオフ時間を短くすることができる。 In this configuration, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is 10% or more higher than the porosity of the outer surface. As mentioned above, by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode higher than the porosity of the outer surface among the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the following effects can be achieved. It can be realized. That is, by making the porosity of the inner surface higher than the porosity of the outer surface, the H 2 generated near the surface of the measurement electrode can be quickly diffused, and the increase in light-off time can be prevented. Can be suppressed. The inventors of the present invention have found that when the porosity of the inner surface of the porous diffusion layer is 10% or more higher than the porosity of the outer surface, the light-off time is longer than when the porosity is less than 10%. was confirmed to be shorter. Therefore, in the gas sensor element, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is 10% or more higher than the porosity of the outer surface. By doing so, the light-off time can be made shorter than when it is less than 10%.

第6の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1から第5の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記先端保護層の最外面から前記ガス導入口までの距離は0.2mm以上であってもよい。 The gas sensor element according to a sixth aspect is the gas sensor element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the distance from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet is 0.2 mm or more. Good too.

当該構成では、前記ガスセンサ素子において、前記先端保護層の最外面から前記ガス導入口までの距離は0.2mm以上である。前記先端保護層の最外面から前記ガス導入口までの距離を十分に長くする(具体的には、0.2mm以上とする)ことで、つまり、前記先端保護層の厚みを十分に厚くすることで、前記ガスセンサ素子は、以下の効果を実現することができる。すなわち、前記ガスセンサ素子は、被毒物質等が多い厳しい環境下においても、係る被毒物質等を前記先端保護層において確実に捕捉し、かつ、前記ガス導入口付近での被毒物質等による目詰まりを抑制して、NOx感度の低下を回避することができる。 In this configuration, in the gas sensor element, the distance from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet is 0.2 mm or more. By making the distance from the outermost surface of the tip protection layer to the gas inlet port sufficiently long (specifically, 0.2 mm or more), that is, by making the thickness of the tip protection layer sufficiently thick. The gas sensor element can achieve the following effects. In other words, the gas sensor element can reliably capture poisonous substances in the tip protective layer even in a harsh environment where there are many poisonous substances, and prevent the poisonous substances from entering the vicinity of the gas inlet. By suppressing clogging, it is possible to avoid a decrease in NO x sensitivity.

第7の観点に係るガスセンサ素子は、上記第1から第6の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記先端保護層は、少なくとも、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接する内側先端保護層と、前記先端保護層の最外面を構成する外側先端保護層と、を含み、前記内側先端保護層の気孔率は、前記外側先端保護層の気孔率よりも大きく、前記内側先端保護層の厚みは、前記先端保護層の厚みの30%以上、90%以下であってもよい。 A gas sensor element according to a seventh aspect is a gas sensor element according to any one of the first to sixth aspects, wherein the tip protective layer is arranged at least on a surface of the element base where the gas inlet is opened. an inner tip protection layer in contact with the outer tip protection layer, and an outer tip protection layer constituting the outermost surface of the tip protection layer, the inner tip protection layer has a porosity greater than the outer tip protection layer, and the inner tip protection layer has a porosity larger than that of the outer tip protection layer; The thickness of the tip protection layer may be 30% or more and 90% or less of the thickness of the tip protection layer.

当該構成では、前記先端保護層は、少なくとも、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接する前記内側先端保護層と、前記先端保護層の最外面を構成する前記外側先端保護層とを含む、そして、前記内側先端保護層の気孔率は、前記外側先端保護層の気孔率よりも大きく、また、前記内側先端保護層の厚みは、前記先端保護層の厚みの30%以上、90%以下である。 In this configuration, the tip protection layer includes at least the inner tip protection layer that is in contact with the surface of the element substrate where the gas inlet is open, and the outer tip protection layer that constitutes the outermost surface of the tip protection layer. and the porosity of the inner tip protection layer is greater than the porosity of the outer tip protection layer, and the thickness of the inner tip protection layer is 30% or more of the thickness of the tip protection layer, It is 90% or less.

前記内側先端保護層の気孔率を、前記外側先端保護層の気孔率よりも大きくすることによって、前記ガスセンサ素子は、前記ガス導入口付近での被毒物質等による目詰まりを抑制して、NOx感度の低下を回避することができる。 By making the porosity of the inner tip protection layer larger than the porosity of the outer tip protection layer, the gas sensor element can suppress clogging caused by poisonous substances in the vicinity of the gas inlet and reduce NO. x Decrease in sensitivity can be avoided.

特に、前記外側先端保護層よりも気孔率の大きな前記内側先端保護層の厚みを厚くすることによって、つまり、前記先端保護層の厚みに対する前記内側先端保護層の厚みの割合を高くすることによって、前記ガスセンサ素子は、以下の効果を実現することができる。すなわち、気孔率の大きな前記内側先端保護層の厚みを十分に確保することで、前記ガス導入口付近での被毒物質等による目詰まりを抑制し、特に、前記ガス導入口に近い層(つまり、前記内側先端保護層)が目詰まりを起こす可能性を抑制することができる。具体的には、前記先端保護層の厚みに対する、気孔率の大きな前記内側先端保護層の厚みの割合を、30%から90%とすることによって、前記ガス導入口に接する前記内側先端保護層が被毒物質等によって目詰まりを起こすのを回避することができる。 In particular, by increasing the thickness of the inner tip protection layer having a higher porosity than the outer tip protection layer, that is, by increasing the ratio of the thickness of the inner tip protection layer to the thickness of the tip protection layer, The gas sensor element can achieve the following effects. That is, by ensuring a sufficient thickness of the inner tip protective layer having a large porosity, clogging caused by poisonous substances etc. near the gas inlet can be suppressed, and in particular, the layer near the gas inlet (i.e. , the inner tip protection layer) can be prevented from clogging. Specifically, by setting the ratio of the thickness of the inner tip protection layer having a large porosity to the thickness of the tip protection layer from 30% to 90%, the inner tip protection layer in contact with the gas inlet is It is possible to avoid clogging caused by poisonous substances, etc.

また、本発明の一観点に係るガスセンサは、上記各観点に係るガスセンサ素子を用いて、前記被測定ガス中の特定のガス成分の量を測定するように構成されてもよい。係るガスセンサは、前記測定電極へ到達するNOxの拡散形態を、分子拡散から、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更する。そのため、係るガスセンサは、前記測定電極を覆う前記多孔質拡散層によって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び前記測定電極の劣化を抑制することができる。 Moreover, the gas sensor according to one aspect of the present invention may be configured to measure the amount of a specific gas component in the gas to be measured using the gas sensor element according to each of the above aspects. Such a gas sensor changes the diffusion mode of NO x that reaches the measurement electrode from molecular diffusion to a mode in which it diffuses while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel. Therefore, in this gas sensor, the porous diffusion layer covering the measurement electrode suppresses fluctuations in NO x output and deterioration of the measurement electrode, which are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration. be able to.

本発明によれば、測定電極へ到達するNOxの拡散形態を、分子拡散から、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更したガスセンサ素子等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gas sensor element, etc., in which the diffusion form of NO x reaching a measurement electrode is changed from molecular diffusion to a form in which NO x diffuses while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel. can.

図1は、実施の形態に係るセンサ素子の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a sensor element according to an embodiment. 図2は、図1のセンサ素子が備える素子基体の構成の一例を示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an element substrate included in the sensor element of FIG. 1. FIG. 図3は、図2の素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view for explaining essential parts of the element substrate of FIG. 2. FIG. 図4は、図2の素子基体における測定電極と多孔質拡散層との関係の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the measurement electrode and the porous diffusion layer in the element substrate of FIG. 2. 図5は、変形例に係る多孔質拡散層の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer according to a modification. 図6は、変形例に係る測定電極と多孔質拡散層との関係の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between a measurement electrode and a porous diffusion layer according to a modification. 図7は、変形例に係る素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view for explaining the main parts of the element base according to the modification. 図8は、変形例に係る先端保護層を備えるセンサ素子の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a sensor element including a tip protection layer according to a modification. 図9は、測定電極を覆う多孔質拡散層の有無によるNOx出力の経時変化の違いを示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the difference in the change in NO x output over time depending on the presence or absence of a porous diffusion layer covering the measurement electrode. 図10は、測定電極を覆う多孔質拡散層の有無によるNOx出力のH2O依存性の違いを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the difference in H 2 O dependence of NO x output depending on the presence or absence of a porous diffusion layer covering the measurement electrode. 図11は、分子拡散の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of molecular diffusion. 図12は、クヌーセン拡散の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of Knudsen diffusion.

以下、本発明の一側面に係る実施の形態(以下、「本実施形態」とも表記する)を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment (hereinafter also referred to as "this embodiment") according to one aspect of the present invention will be described below based on the drawings. However, this embodiment described below is merely an illustration of the present invention in all respects. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. That is, in implementing the present invention, specific configurations depending on the embodiments may be adopted as appropriate.

本件発明者らは、被測定ガス中のH2O濃度が高いと、NOx出力が変動しやすくなり、また、測定電極の劣化が早まることを確認した。例えば、被測定ガス中のH2O濃度が20%以上(具体的には、25%程度)であるような、H2O濃度が高い環境下(高H2O濃度下)では、NOx出力が変動しやすくなり、また、測定電極の劣化が早まることを確認した。このような高H2O濃度下でのNOx出力の変動及び測定電極の劣化といった問題の要因の1つとして、測定電極44の周囲の拡散形態が分子拡散であることが考えられる。そして、本件発明者らは、測定電極44の周囲の拡散形態を、分子拡散から、クヌーセン拡散のような、「十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態」へと変更することによって、上述の問題を解決することができることを確認した。 The present inventors have confirmed that when the H 2 O concentration in the gas to be measured is high, the NO x output tends to fluctuate and the measurement electrode deteriorates more quickly. For example, in an environment with a high H 2 O concentration (under high H 2 O concentration), where the H 2 O concentration in the gas to be measured is 20% or more (specifically, about 25%), NO x It was confirmed that the output fluctuated more easily and the measurement electrode deteriorated more quickly. One of the causes of such problems such as fluctuations in NO x output and deterioration of the measurement electrode under such high H 2 O concentration is considered to be that the diffusion form around the measurement electrode 44 is molecular diffusion. The present inventors then changed the diffusion mode around the measurement electrode 44 from molecular diffusion to "a mode in which the diffusion occurs while repeatedly colliding with the walls of a sufficiently narrow channel" such as Knudsen diffusion. It was confirmed that the above-mentioned problem could be solved by doing so.

そこで、本実施形態に係るガスセンサ素子101において、測定電極44は、気孔率が5%以上かつ25%以下である多孔質拡散層91によって覆われている。具体的には、気孔率が5%以上かつ25%以下であり、測定電極44までの距離d2が0.15mm以内の位置に配置される多孔質拡散層91によって、測定電極44は覆われている。ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲の拡散形態を変更する。具体的には、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲の拡散形態を、分子拡散から、クヌーセン拡散のような、「十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態」へと変更する。これにより、ガスセンサ素子101は、被測定ガス中にH2Oガスが存在していたとしても、係るH2Oガスの、NOxガス(及びO2ガス)への影響を、多孔質拡散層91によって小さくし、NOx出力の変動及び測定電極44の劣化を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子101は、高H2O濃度下での測定電極44の劣化を抑制し、例えば、高H2O濃度下で長期間駆動した場合の測定電極44の劣化を抑制する。また、ガスセンサ素子101は、高H2O濃度下でのNOx出力の変動を抑制し、例えば、NOxガスが流れている時のNOx出力のH2O依存性を抑制し、NOx濃度測定の精度を向上する。詳細は後述するが、本実施形態において、気孔率は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察して得られた画像(SEM画像)に対して公知の画像処理手法(二値化処理など)を適用することで導出した値である。例えば、或る層の断面を観察面とするようにガスセンサ素子101を切断し、切断面の樹脂埋め及び研磨を行って観察用試料とする。続いて、SEM写真(2次電子像、加速電圧15kV、倍率1000倍、ただし倍率1000倍で不適切な場合は1000倍より大きく5000倍以下の倍率を用いる)にて観察用試料の観察面を撮影することで、係る或る層のSEM画像を得る。次に、得た画像を画像解析することにより、画像中の画素の輝度データの輝度分布から判別分析法(大津の2値化)で閾値を決定する。その後、決定した閾値に基づいて画像中の各画素を物体部分と気孔部分とに2値化して、物体部分の面積と気孔部分の面積とを算出する。そして、全面積(物体部分と気孔部分の合計面積)に対する気孔部分の面積の割合を、係る或る層の気孔率[%]として導出する。 Therefore, in the gas sensor element 101 according to the present embodiment, the measurement electrode 44 is covered with a porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less. Specifically, the measurement electrode 44 is covered by the porous diffusion layer 91, which has a porosity of 5% or more and 25% or less, and is disposed within a distance d2 of 0.15 mm to the measurement electrode 44. There is. The gas sensor element 101 changes the diffusion form around the measurement electrode 44 by the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 . Specifically, the gas sensor element 101 uses the porous diffusion layer 91 to change the diffusion form around the measurement electrode 44 from molecular diffusion to Knudsen diffusion, such as ``repeated collisions with the walls of a sufficiently narrow channel.'' change to a form that spreads while As a result, even if H 2 O gas is present in the gas to be measured, the gas sensor element 101 can suppress the influence of H 2 O gas on NO x gas (and O 2 gas) by using the porous diffusion layer. 91, it is possible to suppress fluctuations in the NO x output and deterioration of the measurement electrode 44. That is, the gas sensor element 101 suppresses deterioration of the measurement electrode 44 under high H 2 O concentration, and suppresses deterioration of the measurement electrode 44 when driven for a long period of time under high H 2 O concentration, for example. Further, the gas sensor element 101 suppresses fluctuations in NO x output under high H 2 O concentration, for example, suppresses the H 2 O dependence of NO x output when NO x gas is flowing, and suppresses NO x Improve accuracy of concentration measurements. Although the details will be described later, in this embodiment, the porosity is calculated using a known image processing method (binarization) on an image (SEM image) obtained by observation using a scanning electron microscope (SEM). This is a value derived by applying processing (such as processing). For example, the gas sensor element 101 is cut so that the cross section of a certain layer serves as an observation surface, and the cut surface is filled with resin and polished to obtain an observation sample. Next, the observation surface of the observation sample was taken using a SEM photograph (secondary electron image, acceleration voltage 15 kV, magnification 1000 times; however, if 1000 times magnification is inappropriate, use a magnification greater than 1000 times and less than 5000 times). By photographing, a SEM image of the certain layer is obtained. Next, by analyzing the obtained image, a threshold value is determined from the brightness distribution of brightness data of pixels in the image using a discriminant analysis method (Otsu's binarization). Thereafter, each pixel in the image is binarized into an object part and a pore part based on the determined threshold value, and the area of the object part and the area of the pore part are calculated. Then, the ratio of the area of the pores to the total area (the total area of the object part and the pores) is derived as the porosity [%] of the certain layer.

本実施形態に係るガスセンサ素子101はさらに、少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面を、先端保護層200によって覆っている。係る先端保護層200によって、測定電極44を覆う多孔質拡散層91の目詰まりの原因となる被毒物質等をトラップする(捕捉する)。具体的には、ガスセンサ素子101は、気孔率が多孔質拡散層91の気孔率よりも大きい先端保護層200により、被毒物質等をトラップし、測定電極44の周囲での目詰まりを、例えば、多孔質拡散層91の目詰まりを抑制する。それゆえ、ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層91が被毒物質等によって目詰まりを起こし、NOx出力が低下したり、測定精度が低下したりすることを防ぐことができる。以下、本実施形態に係るガスセンサ素子101について、図1等を用いて、その詳細を説明していく。 The gas sensor element 101 according to the present embodiment further includes a tip protection layer 200 covering at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open. The tip protection layer 200 traps (captures) poisonous substances and the like that cause clogging of the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 . Specifically, the gas sensor element 101 uses the tip protection layer 200 whose porosity is larger than that of the porous diffusion layer 91 to trap poisonous substances and prevent clogging around the measurement electrode 44, for example. , the clogging of the porous diffusion layer 91 is suppressed. Therefore, the gas sensor element 101 can prevent the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 from being clogged with poisonous substances, resulting in a decrease in NO x output and a decrease in measurement accuracy. . The details of the gas sensor element 101 according to this embodiment will be explained below with reference to FIG. 1 and the like.

[構成例]
図1は、本実施形態に係るガスセンサ素子101の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図1に例示するように、ガスセンサ素子101は、素子基体100と、先端保護層200とを備える。素子基体100は、表面にガス導入口10が開口しており、ガス導入口10から被測定ガスが素子基体100の内部空間である被測定ガス流通部7へと導入される。図1に示す例では、素子基体100の前側(先端側)の表面にガス導入口10が開口している。以下の説明においては、素子基体100の前側(先端側)の表面を、素子基体100の「先端面」と称することがある。図1において、素子基体100の前側(先端側)は、紙面左側である。
[Configuration example]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a gas sensor element 101 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the gas sensor element 101 includes an element base 100 and a tip protection layer 200. The element substrate 100 has a gas inlet 10 opened on its surface, and the gas to be measured is introduced from the gas inlet 10 into the gas to be measured flow section 7 which is an internal space of the element substrate 100 . In the example shown in FIG. 1, a gas introduction port 10 is opened on the front side (tip side) surface of the element substrate 100. In the following description, the front side (tip side) surface of the element substrate 100 may be referred to as the "tip surface" of the element substrate 100. In FIG. 1, the front side (tip side) of the element base 100 is on the left side of the paper.

<先端保護層>
先端保護層200は、少なくとも、素子基体100のガス導入口10が開口している面(素子基体100の先端面)を覆う。図1に示す例では、先端保護層200は、素子基体100の先端面と、係る先端面と連続する素子基体100の4つの側面とを覆うように設けられている。
<Tip protective layer>
The tip protection layer 200 covers at least the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is open (the tip surface of the element substrate 100). In the example shown in FIG. 1, the tip protection layer 200 is provided to cover the tip surface of the element substrate 100 and four side surfaces of the element substrate 100 that are continuous with the tip surface.

詳細は後述するが、先端保護層200を設けることによって、測定電極44の周囲に設けられる多孔質拡散層91の目詰まりの原因となる被毒物質等を、先端保護層200においてトラップする(捕捉する)ことができる。すなわち、ガスセンサ素子101は、先端保護層200において被毒物質等を捕捉する(捉える)ことによって、多孔質拡散層91が目詰まりを起こすのを回避することができる。また、先端保護層200の気孔率は、測定電極44の周囲に設けられる多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。そのため、ガスセンサ素子101は、先端保護層200自体が被毒物質等により目詰まりを起こして、ガスセンサ素子101のNOx出力が低下するといった事態を防ぐことができる。 Although the details will be described later, by providing the tip protection layer 200, poisonous substances that cause clogging of the porous diffusion layer 91 provided around the measurement electrode 44 are trapped (captured) in the tip protection layer 200. can do. That is, the gas sensor element 101 can avoid clogging of the porous diffusion layer 91 by trapping (capturing) poisonous substances and the like in the tip protection layer 200. Further, the porosity of the tip protection layer 200 is higher than that of the porous diffusion layer 91 provided around the measurement electrode 44. Therefore, the gas sensor element 101 can prevent a situation in which the tip protection layer 200 itself becomes clogged with poisonous substances or the like and the NO x output of the gas sensor element 101 decreases.

先端保護層200は、所定の厚みを有し、具体的には、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、0.2mm以上である。先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1を十分に長くする(具体的には、0.2mm以上とする)ことで、つまり、先端保護層200の厚みを十分に厚くすることで、ガスセンサ素子101は、以下の効果を実現することができる。すなわち、被毒物質等が多い厳しい環境下においても、係る被毒物質等を先端保護層200において確実にトラップして(捕捉して)、ガス導入口10付近での被毒物質等による目詰まりを抑制して、NOx感度の低下を回避することができる。 The tip protection layer 200 has a predetermined thickness, and specifically, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 0.2 mm or more. By making the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 sufficiently long (specifically, 0.2 mm or more), that is, the thickness of the tip protection layer 200 is made sufficiently thick. Thus, the gas sensor element 101 can achieve the following effects. That is, even in a harsh environment where there are many poisonous substances, etc., such poisonous substances can be reliably trapped (captured) in the tip protective layer 200, thereby preventing clogging caused by poisonous substances, etc. near the gas inlet 10. can be suppressed to avoid a decrease in NO x sensitivity.

<素子基体>
図2は、ガスセンサ素子101の備える素子基体100の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。素子基体100は、例えば、長手方向(軸方向)に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図2に例示する素子基体100は、長手方向それぞれの端部として先端部及び後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図2の左側の端部(つまり、前側の端部)とし、後端部を図2の右側の端部(つまり、後側の端部)とする。しかしながら、素子基体100の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図2の紙面奥側を素子基体100の右側とし、紙面手前側を素子基体100の左側とする。
<Element base>
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the element base 100 included in the gas sensor element 101. The element substrate 100 has, for example, an elongated plate-like shape extending along the longitudinal direction (axial direction), and is also formed, for example, in the shape of a rectangular parallelepiped. The element base 100 illustrated in FIG. 2 has a front end and a rear end as ends in the longitudinal direction, and in the following description, the front end will be referred to as the left end in FIG. The rear end is the right end in FIG. 2 (that is, the rear end). However, the shape of the element substrate 100 does not need to be limited to such an example, and may be appropriately selected depending on the embodiment. In the following description, the back side of the page in FIG. 2 is the right side of the element base 100, and the front side of the page is the left side of the element base 100.

図2に例示するように、素子基体100は、第1基板層1、第2基板層2、第3基板層3、第1固体電解質層4、スペーサ層5、及び第2固体電解質層6を下側から順に積層することで構成される積層体を備える。各層1-6は、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質層により構成される。各層1-6を形成する固体電解質は、緻密質なものであってよい。緻密質は、気孔率が5%以下であることを指す。 As illustrated in FIG. 2, the element substrate 100 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, a first solid electrolyte layer 4, a spacer layer 5, and a second solid electrolyte layer 6. The device includes a laminate formed by stacking layers in order from the bottom. Each layer 1-6 is composed of a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity such as zirconia (ZrO 2 ). The solid electrolyte forming each layer 1-6 may be dense. Dense refers to a porosity of 5% or less.

素子基体100は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに、所定の加工、配線パターンの印刷等の工程を実行した後にそれらを積層し、更に、焼成して一体化させることで製造される。一例として、素子基体100は、複数のセラミックス層の積層体である。本実施形態では、第2固体電解質層6の上面が、素子基体100の上面を構成し、第1基板層1の下面が、素子基体100の下面を構成し、各層1~6の各側面が、素子基体100の各側面を構成する。 The element substrate 100 is manufactured by, for example, performing steps such as predetermined processing and printing a wiring pattern on ceramic green sheets corresponding to each layer, then laminating them, and then firing them to integrate them. As an example, the element substrate 100 is a laminate of a plurality of ceramic layers. In this embodiment, the upper surface of the second solid electrolyte layer 6 constitutes the upper surface of the element substrate 100, the lower surface of the first substrate layer 1 constitutes the lower surface of the element substrate 100, and each side surface of each layer 1 to 6 constitutes the upper surface of the element substrate 100. , constitute each side of the element substrate 100.

本実施形態では、素子基体100の一先端部であって、第2固体電解質層6の下面及び第1固体電解質層4の上面の間には、被測定ガスを外部の空間から受け入れる(被測定ガスが導入される)ように構成される内部空間が設けられる。本実施形態に係る内部空間は、ガス導入口10、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13、第1内部空所15、第3拡散律速部16、及び第2内部空所17が、この順に連通する態様にて隣接形成されるように構成される。すなわち、本実施形態に係る内部空間は、2室構造(第1内部空所15及び第2内部空所17)を有する。 In this embodiment, at one end of the element substrate 100, between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, a gas to be measured is received from an external space. An internal space is provided which is configured to allow gas to be introduced. The internal space according to this embodiment includes a gas inlet 10, a first diffusion-limiting section 11, a buffer space 12, a second diffusion-limiting section 13, a first internal space 15, a third diffusion-limiting section 16, and a second internal space. The voids 17 are formed adjacent to each other in this order so as to communicate with each other. That is, the internal space according to this embodiment has a two-chamber structure (first internal space 15 and second internal space 17).

一例では、この内部空間は、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられる。内部空間の上部は、第2固体電解質層6の下面で区画される。内部空間の下部は、第1固体電解質層4の上面で区画される。内部空間の側部は、スペーサ層5の側面で区画される。 In one example, this internal space is provided by hollowing out the spacer layer 5. The upper part of the internal space is defined by the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. The lower part of the internal space is defined by the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 . The sides of the internal space are defined by the sides of the spacer layer 5.

第1拡散律速部11は、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する部材(部位)であり、図2に示す例では、第1拡散律速部11は、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する)スリット(被測定ガスの流れる流路)を形成している。例えば、第1拡散律速部11は、スペーサ層5のくり抜かれたスペースを架橋する架橋部(第1架橋部)であり、係る第1拡散律速部11と層6との間、および、第1拡散律速部11と層4との間が、スリットとなり、つまり、被測定ガスの流れる流路となる。同様に、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部16は、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する部材であり、図2に示す例では、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部16のそれぞれは、図面に垂直な方向に延びる長さが、第1内部空所15及び第2内部空所17のそれぞれよりも短い孔(被測定ガスの流れる流路)を形成している。 The first diffusion-limiting section 11 is a member (part) that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured. In the example shown in FIG. A slit (a flow path through which the gas to be measured flows) is formed (the opening has a long side direction). For example, the first diffusion-controlling part 11 is a bridging part (first bridging part) that bridges the space hollowed out in the spacer layer 5, and between the first diffusion-controlling part 11 and the layer 6 and the first The space between the diffusion rate controlling part 11 and the layer 4 becomes a slit, that is, a flow path through which the gas to be measured flows. Similarly, the second diffusion-limiting section 13 and the third diffusion-limiting section 16 are members that impart a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured, and in the example shown in FIG. Each of the rate-limiting parts 16 forms a hole (a flow path through which the gas to be measured flows) whose length extending in the direction perpendicular to the drawing is shorter than each of the first internal space 15 and the second internal space 17. There is.

図2に例示するように、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部16は、いずれも、第1拡散律速部11と同様に、2本の横長(図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する)のスリットを形成してもよい。例えば、第2拡散律速部13は、スペーサ層5のくり抜かれたスペースを架橋する架橋部(第2架橋部)であり、係る第2拡散律速部13と層6との間、および、第2拡散律速部13と層4との間が、スリットとなり、つまり、被測定ガスの流れる流路となる。例えば、第3拡散律速部16は、スペーサ層5のくり抜かれたスペースを架橋する架橋部(第3架橋部)であり、係る第3拡散律速部16と層6との間、および、第3拡散律速部16と層4との間が、スリットとなり、つまり、被測定ガスの流れる流路となる。第2拡散律速部13及び第3拡散律速部16のそれぞれについては、後ほど詳細に説明する。ガス導入口10から第2内部空所17に至る部位(内部空間)を被測定ガス流通部7と称する。 As illustrated in FIG. 2, the second diffusion-limiting section 13 and the third diffusion-limiting section 16 both have two horizontally long openings (the openings are long in the direction perpendicular to the drawing), similarly to the first diffusion-limiting section 11. A slit having a side direction) may be formed. For example, the second diffusion-limiting section 13 is a bridge section (second bridge section) that bridges the space hollowed out in the spacer layer 5, and between the second diffusion-limiting section 13 and the layer 6 and the second The space between the diffusion rate controlling portion 13 and the layer 4 becomes a slit, that is, a flow path through which the gas to be measured flows. For example, the third diffusion-controlling part 16 is a bridging part (third bridging part) that bridges the hollow space of the spacer layer 5, and between the third diffusion-controlling part 16 and the layer 6 and the third The space between the diffusion rate controlling portion 16 and the layer 4 becomes a slit, that is, a flow path through which the gas to be measured flows. Each of the second diffusion controlling section 13 and the third diffusion controlling section 16 will be explained in detail later. A region (internal space) extending from the gas inlet 10 to the second internal space 17 is referred to as a gas distribution section 7 to be measured.

被測定ガス流通部7よりも先端側(素子基体100の前側)から遠い位置には、第3基板層3の上面及びスペーサ層5の下面の間であって、第1固体電解質層4の側面で側部を区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられる。基準ガス導入空間43には、例えば、大気等の基準ガスが導入される。ただし、素子基体100の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例として、第1固体電解質層4は、素子基体100の後端まで延びるように構成されてよく、基準ガス導入空間43は省略されてよい。この場合、大気導入層48が、素子基体100の後端まで延びるように構成されてよい。 A side surface of the first solid electrolyte layer 4 is located between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5 at a position farther from the tip side (the front side of the element substrate 100) than the gas flow section 7 to be measured. A reference gas introduction space 43 is provided at a position partitioned on the side by . For example, a reference gas such as the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 . However, the configuration of the element substrate 100 does not need to be limited to this example. As another example, the first solid electrolyte layer 4 may be configured to extend to the rear end of the element substrate 100, and the reference gas introduction space 43 may be omitted. In this case, the air introduction layer 48 may be configured to extend to the rear end of the element substrate 100.

基準ガス導入空間43に隣接する第3基板層3の上面の一部には、大気導入層48が設けられる。大気導入層48は、多孔質アルミナから成り、基準ガス導入空間43を介して基準ガスが導入されるように構成される。加えて、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。 An atmosphere introduction layer 48 is provided on a part of the upper surface of the third substrate layer 3 adjacent to the reference gas introduction space 43 . The atmosphere introduction layer 48 is made of porous alumina and is configured so that the reference gas is introduced through the reference gas introduction space 43. In addition, the atmosphere introduction layer 48 is formed to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面及び第1固体電解質層4の間に挟まれるように形成され、その周囲には、上記基準ガス導入空間43に接続する大気導入層48が設けられている。基準電極42は、第1内部空所15内及び第2内部空所17内の酸素濃度(酸素分圧)の測定に使用される。詳細は後述する。 The reference electrode 42 is formed to be sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4, and an atmosphere introduction layer 48 connected to the reference gas introduction space 43 is provided around the reference electrode 42. ing. The reference electrode 42 is used to measure the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 15 and the second internal space 17. Details will be described later.

ガス導入口10は、被測定ガス流通部7において、外部空間に対して開口してなる部位である。素子基体100は、当該ガス導入口10を通じて外部空間から内部に被測定ガスを取り込む(被測定ガスが導入される)ように構成される。本実施形態では、図2に例示されるとおり、ガス導入口10は、素子基体100の先端面(前面)に配置される。つまり、被測定ガス流通部7は、素子基体100の先端面において開口を有するように構成される。ただし、被測定ガス流通部7が、素子基体100の先端面において開口を有するように構成されること、つまり、ガス導入口10を素子基体100の先端面に配置することは、必須ではない。素子基体100は、外部空間から被測定ガス流通部7の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、ガス導入口10を、例えば、素子基体100の右側面に配置したり、左側面に配置したりしてもよい。 The gas introduction port 10 is a part of the gas distribution section 7 to be measured that is open to the external space. The element base 100 is configured to take in a gas to be measured (introduce the gas to be measured) from an external space into the interior through the gas inlet 10 . In this embodiment, as illustrated in FIG. 2, the gas introduction port 10 is arranged on the tip surface (front surface) of the element base 100. In other words, the gas flow section 7 to be measured is configured to have an opening at the distal end surface of the element base 100. However, it is not essential that the gas flow section 7 to be measured be configured to have an opening on the front end surface of the element base 100, that is, that the gas inlet 10 be arranged on the front end surface of the element base 100. The element substrate 100 only needs to be able to take in the gas to be measured from the external space into the gas to be measured flow section 7, and the gas inlet 10 may be arranged, for example, on the right side of the element substrate 100 or on the left side. You may also do so.

第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。 The first diffusion rate controlling part 11 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken in from the gas introduction port 10.

緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。 The buffer space 12 is a space provided to guide the gas to be measured introduced from the first diffusion rate-limiting unit 11 to the second diffusion rate-limiting unit 13 .

第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所15に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。 The second diffusion rate controlling section 13 is a section that provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 15 .

被測定ガスは、素子基体100の外部空間から第1内部空所15内まで導入されるにあたり、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によって、ガス導入口10から素子基体100内部に急激に取り込まれる場合がある。この場合であっても、当該構成では、取り込まれる被測定ガスは、直接第1内部空所15へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所15へ導入される。これにより、第1内部空所15へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。 When the gas to be measured is introduced from the external space of the element substrate 100 into the first internal cavity 15, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (if the gas to be measured is automobile exhaust gas, the exhaust pressure) pulsation), the gas may be rapidly taken into the element substrate 100 from the gas inlet 10. Even in this case, in this configuration, the sample gas to be taken in is not directly introduced into the first internal space 15, but is introduced into the first diffusion-limiting section 11, the buffer space 12, and the second diffusion-limiting section 13. After the concentration fluctuations of the gas to be measured are canceled out, the measured gas is introduced into the first internal space 15. Thereby, the concentration fluctuation of the gas to be measured introduced into the first internal space 15 becomes almost negligible.

第1内部空所15は、第2拡散律速部13を通じて(つまり、第2拡散律速部13によって形成される流路を通って)導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。 The first internal space 15 is used for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion-limiting section 13 (that is, through the flow path formed by the second diffusion-limiting section 13). It is set up as a space. The oxygen partial pressure is adjusted by operating the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、内側ポンプ電極22、外側ポンプ電極23、及びこれらの電極に挟まれた第2固体電解質層6によって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。内側ポンプ電極22は、第1内部空所15に隣接する(面する)第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられる天井電極部22aを有する。外側ポンプ電極23は、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aに対応する領域に外部空間に隣接する態様にて設けられる。 The main pump cell 21 is an electrochemical pump cell composed of an inner pump electrode 22, an outer pump electrode 23, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. The inner pump electrode 22 has a ceiling electrode portion 22 a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 adjacent to (facing) the first inner space 15 . The outer pump electrode 23 is provided on the upper surface of the second solid electrolyte layer 6 in a region corresponding to the ceiling electrode section 22a so as to be adjacent to the external space.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所15を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6及び第1固体電解質層4)、及び側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所15の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成される。そして、それら天井電極部22a及び底部電極部22bに接続するように、側部電極部(図示省略)が、第1内部空所15の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されている。つまり、内側ポンプ電極22は、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態の構造で配設されている。 The inner pump electrode 22 is formed across the upper and lower solid electrolyte layers (the second solid electrolyte layer 6 and the first solid electrolyte layer 4) that partition the first internal cavity 15, and the spacer layer 5 that provides a side wall. . Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal cavity 15, and a bottom electrode portion 22a is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. Electrode portion 22b is formed. Then, side electrode portions (not shown) are connected to the ceiling electrode portion 22a and the bottom electrode portion 22b on the side wall surface (inner surface) of the spacer layer 5 that constitutes both side wall portions of the first internal space 15. is formed. In other words, the inner pump electrode 22 is disposed in a tunnel-like structure at the location where the side electrode portion is disposed.

内側ポンプ電極22及び外側ポンプ電極23は、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPt及びZrO2により構成されるサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as porous cermet electrodes (for example, cermet electrodes made of Pt and ZrO 2 containing 1% Au). Note that the inner pump electrode 22 that comes into contact with the gas to be measured is formed using a material that has a weakened ability to reduce nitrogen oxide (NO x ) components in the gas to be measured.

素子基体100は、主ポンプセル21において、内側ポンプ電極22及び外側ポンプ電極23の間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22及び外側ポンプ電極23の間に正方向又は負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所15内の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間の酸素を第1内部空所15に汲み入れ可能に構成される。 The element substrate 100 applies a desired pump voltage Vp0 between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 in the main pump cell 21, and applies a desired pump voltage Vp0 between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 in a positive direction or a negative direction. By flowing the pump current Ip0, oxygen in the first internal space 15 can be pumped out to the external space, or oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 15.

また、第1内部空所15における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22、第2固体電解質層6、スペーサ層5、第1固体電解質層4、第3基板層3、及び基準電極42により、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80(すなわち、電気化学的なセンサセル)が構成されている。 Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal cavity 15, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third The substrate layer 3 and the reference electrode 42 constitute an oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump (ie, an electrochemical sensor cell).

素子基体100は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所15内の酸素濃度(酸素分圧)を特定可能に構成される。更に、起電力V0が一定となるようにVp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これにより、第1内部空所15内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。 The element substrate 100 is configured to be able to specify the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 15 by measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback controlling Vp0 so that the electromotive force V0 is constant. Thereby, the oxygen concentration within the first internal cavity 15 can be maintained at a predetermined constant value.

第3拡散律速部16は、第1内部空所15で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所17に導く部位である。 The third diffusion rate controlling section 16 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 15, and controls the gas to be measured. This is the part that leads to the second internal space 17.

第2内部空所17は、第3拡散律速部16を通じて(つまり、第3拡散律速部16によって形成される流路を通って)導入された被測定ガス中の酸素分圧を更に調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、補助ポンプセル50が作動することによって調整される。 The second internal space 17 is for further adjusting the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced through the third diffusion-limiting section 16 (that is, through the flow path formed by the third diffusion-limiting section 16). It is set up as a space for The oxygen partial pressure is adjusted by operating the auxiliary pump cell 50.

補助ポンプセル50は、補助ポンプ電極51、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、素子基体100の外側の適当な電極であれば足りる)、及び第2固体電解質層6により構成される補助的な電気化学的ポンプセルである。補助ポンプ電極51は、第2内部空所17に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する。 The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51, an outer pump electrode 23 (not limited to the outer pump electrode 23, any suitable electrode outside the element substrate 100 is sufficient), and a second solid electrolyte layer 6. This is an auxiliary electrochemical pump cell. The auxiliary pump electrode 51 has a ceiling electrode portion 51 a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal cavity 17 .

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所15内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態の構造で、第2内部空所17内に配設されている。つまり、第2内部空所17の天井面を与える第2固体電解質層6の下面に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所17の底面を与える第1固体電解質層4の上面には、底部電極部51bが形成される。そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所17の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成される。これにより、補助ポンプ電極51は、トンネル形態の構造を有している。 The auxiliary pump electrode 51 has a tunnel-like structure similar to the inner pump electrode 22 provided in the first inner space 15 and is disposed in the second inner space 17 . That is, the ceiling electrode portion 51a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 17, and the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 17 A bottom electrode portion 51b is formed on the upper surface of the substrate. Side electrode portions (not shown) connecting the ceiling electrode portion 51a and the bottom electrode portion 51b are formed on both wall surfaces of the spacer layer 5 that provide the side walls of the second internal cavity 17, respectively. Thereby, the auxiliary pump electrode 51 has a tunnel-shaped structure.

なお、補助ポンプ電極51も、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中の窒素酸化物成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 Note that, like the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51 is also formed using a material that has a weakened ability to reduce nitrogen oxide components in the gas to be measured.

素子基体100は、補助ポンプセル50において、補助ポンプ電極51及び外側ポンプ電極23の間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所17内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間から第2内部空所17内に汲み入れ可能に構成される。 The element substrate 100 pumps oxygen in the atmosphere in the second internal space 17 to the external space by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23 in the auxiliary pump cell 50, Alternatively, it is configured to be able to be pumped into the second internal cavity 17 from the external space.

また、第2内部空所17内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51、基準電極42、第2固体電解質層6、スペーサ層5、第1固体電解質層4、及び第3基板層3により、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81(すなわち、電気化学的なセンサセル)が構成されている。 Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 17, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, and The third substrate layer 3 constitutes an oxygen partial pressure detection sensor cell 81 (that is, an electrochemical sensor cell) for controlling the auxiliary pump.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより、第2内部空所17内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。 The auxiliary pump cell 50 performs pumping using a variable power source 52 whose voltage is controlled based on the electromotive force V1 detected by the oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling the auxiliary pump. Thereby, the oxygen partial pressure in the atmosphere within the second internal space 17 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NO x .

また、これと共に、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部16から第2内部空所17内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所17内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。 In addition, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump. Specifically, the pump current Ip1 is input as a control signal to the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump, and the electromotive force V0 is controlled, so that the pump current Ip1 is inputted as a control signal to the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump. The gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced into the measuring gas 17 is controlled to be always constant. When used as a NO x sensor, the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50 work together to maintain the oxygen concentration within the second internal space 17 at a constant value of about 0.001 ppm.

すなわち、ガスセンサ素子101においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれる。 That is, in the gas sensor element 101, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always maintained at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx ).

NOx濃度は、測定用ポンプセル41の動作により測定される。本実施形態では、第1内部空所15において酸素濃度(酸素分圧)が予め調整された後、第2内部空所17において、第3拡散律速部を通じて導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が更に行われる。これにより、第2内部空所17における被測定ガスの酸素濃度を高精度に一定に保つことができる。そのため、本実施形態に係る素子基体100は、精度の高いNOx濃度の測定が可能となる。 The NO x concentration is measured by the operation of the measurement pump cell 41 . In this embodiment, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in advance in the first internal space 15, in the second internal space 17, for the gas to be measured introduced through the third diffusion rate controlling part, The oxygen partial pressure is further adjusted by the auxiliary pump cell 50. Thereby, the oxygen concentration of the gas to be measured in the second internal space 17 can be kept constant with high accuracy. Therefore, the element substrate 100 according to this embodiment enables highly accurate measurement of NO x concentration.

測定用ポンプセル41は、第2内部空所17内において、被測定ガス中の窒素酸化物濃度の測定を行う。すなわち、第2内部空所17内において補助ポンプセル50により酸素濃度が調整された被測定ガスは、測定用ポンプセル41が作動することによってそのNOx濃度を測定される。測定用ポンプセル41は、測定電極44、外側ポンプ電極23、第2固体電解質層6、スペーサ層5、及び第1固体電解質層4により構成される電気化学的ポンプセルである。図2の一例では、測定電極44は、第2内部空所17に隣接する(面する)第1固体電解質層4の上面に設けられる。また、測定電極44は、その周囲を、多孔質拡散層91によって覆われる。 The measurement pump cell 41 measures the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured within the second internal space 17 . That is, the NO x concentration of the gas to be measured whose oxygen concentration has been adjusted by the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 17 is measured by the operation of the measuring pump cell 41 . The measurement pump cell 41 is an electrochemical pump cell composed of a measurement electrode 44, an outer pump electrode 23, a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, and a first solid electrolyte layer 4. In the example of FIG. 2, the measurement electrode 44 is provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 adjacent to (facing) the second internal cavity 17. Further, the measurement electrode 44 is surrounded by a porous diffusion layer 91.

測定電極44は、多孔質サーメット電極であり、シリカ(SiO2)及びアルミナ(Al23)の少なくとも一方を含む。例えば、測定電極44は、Pt(白金)を80~90重量%、第1固体電解質層4の構成材料(例えばZrO2)を9.5~19.8重量%、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む混合物を0.2~0.5重量%含む。測定電極44は、第1固体電解質層4の構成材料よりも貴金属が多くなるように含有比率が設定されている。そのため、第1固体電解質層4と測定電極44との付着力が強化される。しかも、本実施の形態における測定電極44は、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む混合物を0.2~0.5重量%含む。ここで、高温(例えば、摂氏700度~800度)でNOxを測定する場合、測定電極44には絶えず、膨張と収縮とが繰り返し発生することになる。そのような環境下においても、測定電極44がシリカ及びアルミナの少なくとも一方を含むことにより、以下の効果を実現することができる。すなわち、測定電極44での膨張と収縮とが抑制され、測定電極44を被覆する多孔質拡散層91に亀裂、割れなどが入ったり、また、測定電極44が第1固体電解質層4から剥離したりするという現象は発生しなくなる。 The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode and contains at least one of silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ). For example, the measurement electrode 44 contains 80 to 90% by weight of Pt (platinum), 9.5 to 19.8% by weight of the constituent material of the first solid electrolyte layer 4 (for example, ZrO 2 ), and at least one of silica and alumina. Contains 0.2 to 0.5% by weight of a mixture containing. The content ratio of the measurement electrode 44 is set so that the noble metal content is greater than that of the constituent material of the first solid electrolyte layer 4 . Therefore, the adhesive force between the first solid electrolyte layer 4 and the measurement electrode 44 is strengthened. Moreover, the measurement electrode 44 in this embodiment contains 0.2 to 0.5% by weight of a mixture containing at least one of silica and alumina. Here, when measuring NO x at high temperatures (eg, 700 to 800 degrees Celsius), the measurement electrode 44 constantly undergoes repeated expansion and contraction. Even under such an environment, the following effects can be achieved by the measurement electrode 44 containing at least one of silica and alumina. That is, the expansion and contraction of the measurement electrode 44 is suppressed, and the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 is prevented from cracking, or the measurement electrode 44 is peeled from the first solid electrolyte layer 4. This phenomenon will no longer occur.

測定電極44は、第2内部空所17内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。測定電極44は、その周囲を、多孔質拡散層91によって覆われ、つまり、多孔質拡散層91によって被覆されている。 The measurement electrode 44 also functions as a NO x reduction catalyst that reduces NO x present in the atmosphere within the second internal space 17 . The measurement electrode 44 is surrounded by a porous diffusion layer 91, that is, is coated with the porous diffusion layer 91.

多孔質拡散層91は、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200よりも気孔率の低い多孔体である。多孔質拡散層91が気孔率の異なる複数の面(層)を含む場合、多孔質拡散層91は、平均気孔率が5%以上かつ25%以下であって、平均気孔率が先端保護層200の気孔率よりも低い。例えば、多孔質拡散層91の厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面と、測定電極44に対向しない外側の面とで気孔率が異なる場合、多孔質拡散層91の平均気孔率は、以下の条件を満たす。すなわち、多孔質拡散層91の平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い。言い換えれば、測定電極44を覆う多孔質拡散層91の、厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に近い側(内側)の面と、反対側の、測定電極44に遠い側(外側)の面とで気孔率が異なる場合、多孔質拡散層91の平均気孔率は、以下の条件を満たす。すなわち、多孔質拡散層91の平均気孔率は5%以上かつ25%以下であって、また、多孔質拡散層91の平均気孔率は先端保護層200の気孔率よりも低い。測定電極44に遠い側の面(外側の面)は、被測定ガス流通部7に面する(対向する)面と言い換えてもよく、図2(及び、後述する図3)に示す例では、第2内部空所17に面する面と言い換えてもよい。 The porous diffusion layer 91 is a porous body having a porosity of 5% or more and 25% or less, and has a lower porosity than the tip protection layer 200. When the porous diffusion layer 91 includes a plurality of surfaces (layers) with different porosities, the porous diffusion layer 91 has an average porosity of 5% or more and 25% or less, and the average porosity is equal to or higher than that of the tip protection layer 200. porosity is lower than that of . For example, if the porous diffusion layer 91 has a different porosity between the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91, the inner surface facing the measurement electrode 44 and the outer surface not facing the measurement electrode 44 have different porosity. The average porosity of satisfies the following conditions. That is, the average porosity of the porous diffusion layer 91 is 5% or more and 25% or less, and is lower than the porosity of the tip protection layer 200. In other words, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91 that covers the measurement electrode 44, the side closer to the measurement electrode 44 (inner side) and the opposite side farther from the measurement electrode 44 (outer side) When the porosity is different between the surfaces of , the average porosity of the porous diffusion layer 91 satisfies the following conditions. That is, the average porosity of the porous diffusion layer 91 is 5% or more and 25% or less, and the average porosity of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity of the tip protection layer 200. The surface far from the measurement electrode 44 (outer surface) may also be referred to as the surface facing (opposing) the gas flow section 7 to be measured, and in the example shown in FIG. 2 (and FIG. 3 described later), It may also be referred to as the surface facing the second internal space 17.

多孔質拡散層91は、測定電極44を覆うことで、測定電極44の周囲における被測定ガス(特に、NOxガス)の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とする。また、多孔質拡散層91は、測定電極44の保護膜としても作用する。多孔質拡散層91は、例えば、アルミナ(Al23)を主成分とする多孔体の膜により構成されてよい。 By covering the measurement electrode 44, the porous diffusion layer 91 changes the diffusion form of the gas to be measured (particularly NOx gas) around the measurement electrode 44 to the wall surface of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. The structure is such that it spreads through repeated collisions. Further, the porous diffusion layer 91 also acts as a protective film for the measurement electrode 44. The porous diffusion layer 91 may be composed of, for example, a porous film containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component.

NOx濃度は、測定用ポンプセル41の動作により測定される。すなわち、素子基体100は、測定用ポンプセル41において、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出可能に構成される。 The NO x concentration is measured by the operation of the measurement pump cell 41 . That is, the element substrate 100 is configured to pump out oxygen generated by decomposition of nitrogen oxide in the atmosphere around the measurement electrode 44 in the measurement pump cell 41, and detect the amount of oxygen generated as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第2固体電解質層6、スペーサ層5、第1固体電解質層4、第3基板層3、測定電極44、及び基準電極42により、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82(すなわち、電気化学的なセンサセル)が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出される電圧(起電力)V2に基づいて可変電源46が制御される。 In addition, in order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the measurement electrode 44, and the reference electrode 42 are used. , an oxygen partial pressure detection sensor cell 82 (that is, an electrochemical sensor cell) for controlling the measurement pump is configured. The variable power source 46 is controlled based on the voltage (electromotive force) V2 detected by the oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the measuring pump.

第3拡散律速部16によって形成される流路を通って第2内部空所17内に導かれた被測定ガスは、補助ポンプセル50により酸素分圧が制御されたうえで、測定電極44に到達することとなる。特に、被測定ガスは、多孔質拡散層91を通じて窒素酸化物(NOx)濃度の測定に適した拡散形態となり、言い換えれば、所定の拡散抵抗が付与される。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出される制御電圧V2が一定となるように可変電源の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured guided into the second internal space 17 through the flow path formed by the third diffusion rate controlling section 16 reaches the measurement electrode 44 after the oxygen partial pressure is controlled by the auxiliary pump cell 50. I will do it. In particular, the gas to be measured has a diffusion form suitable for measuring the nitrogen oxide (NO x ) concentration through the porous diffusion layer 91, in other words, a predetermined diffusion resistance is provided. Nitrogen oxides in the gas to be measured around the measurement electrode 44 are reduced (2NO→N 2 +O 2 ) to generate oxygen. Then, the generated oxygen is pumped by the measurement pump cell 41, but at this time, a variable power source is used so that the control voltage V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 is kept constant. voltage Vp2 is controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured, the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41 is used to measure the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured. The concentration will be calculated.

また、測定電極44、第1固体電解質層4、第3基板層3、及び基準電極42を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすることで、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができる。これにより、被測定ガス中の窒素酸化物成分の濃度を求めることも可能である。 Furthermore, the measurement electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, and the reference electrode 42 are combined to form an oxygen partial pressure detection means as an electrochemical sensor cell. It is possible to detect an electromotive force corresponding to the difference between the amount of oxygen generated by reduction of NO x components in the surrounding atmosphere and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere. Thereby, it is also possible to determine the concentration of nitrogen oxide components in the gas to be measured.

また、第2固体電解質層6、スペーサ層5、第1固体電解質層4、第3基板層3、外側ポンプ電極23、及び基準電極42から電気化学的なセンサセル83が構成されている。素子基体100は、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能に構成されている。 Furthermore, an electrochemical sensor cell 83 is constituted by the second solid electrolyte layer 6 , the spacer layer 5 , the first solid electrolyte layer 4 , the third substrate layer 3 , the outer pump electrode 23 , and the reference electrode 42 . The element base 100 is configured to be able to detect the oxygen partial pressure in the gas to be measured outside the sensor using the electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83.

以上の構成を有する素子基体100において、主ポンプセル21及び補助ポンプセル50を作動させることにより、酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスを測定用ポンプセル41に与えることができる。したがって、素子基体100は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることで流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中の窒素酸化物濃度を特定可能に構成されている。 In the element substrate 100 having the above configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always maintained at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NO x ). A gas to be measured can be supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the element substrate 100 operates based on the pump current Ip2 that flows when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out from the measurement pump cell 41 in approximately proportion to the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured. It is configured to be able to specify the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured.

更に、素子基体100は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、素子基体100を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ70を備えている。図2の一例では、ヒータ70は、ヒータ電極71、発熱部72、リード部73、ヒータ絶縁層74、及び圧力放散孔75を備えている。リード部73は、スルーホールにより構成されてよい。 Further, the element base 100 includes a heater 70 that plays a role of temperature adjustment to heat and keep the element base 100 warm in order to improve the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. In the example of FIG. 2, the heater 70 includes a heater electrode 71, a heat generating section 72, a lead section 73, a heater insulating layer 74, and a pressure dissipation hole 75. The lead portion 73 may be formed of a through hole.

本実施形態では、ヒータ70は、素子基体100の厚み方向(鉛直方向/積層方向)において、素子基体100の上面よりも素子基体100の下面に近い位置に配置されている。ただし、ヒータ70の配置は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。 In this embodiment, the heater 70 is arranged at a position closer to the bottom surface of the element substrate 100 than the top surface of the element substrate 100 in the thickness direction (vertical direction/layering direction) of the element substrate 100. However, the arrangement of the heater 70 is not limited to this example, and may be appropriately selected depending on the embodiment.

ヒータ電極71は、第1基板層1の下面(素子基体100の下面)に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極71を外部電源と接続することにより、外部からヒータ70へ給電することができるようになっている。 The heater electrode 71 is an electrode formed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate layer 1 (the lower surface of the element base 100). By connecting the heater electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater 70 from the outside.

発熱部72は、第2基板層2及び第3基板層3に上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。発熱部72は、リード部73を介してヒータ電極71と接続されており、該ヒータ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、素子基体100を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。 The heat generating portion 72 is an electrical resistor formed between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The heat generating section 72 is connected to the heater electrode 71 via a lead section 73, and generates heat by being supplied with power from the outside through the heater electrode 71, thereby heating and keeping the solid electrolyte forming the element substrate 100 warm.

また、発熱部72は、第1内部空所15から第2内部空所17の全域に渡って埋設されており、素子基体100全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。 Further, the heat generating portion 72 is buried throughout the entire area from the first internal space 15 to the second internal space 17, and it is possible to adjust the temperature of the entire element substrate 100 to the temperature at which the solid electrolyte is activated. It has become.

ヒータ絶縁層74は、発熱部72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2と発熱部72との間の電気的絶縁性、並びに、第3基板層3と発熱部72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。 The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed of an insulator such as alumina on the upper and lower surfaces of the heat generating portion 72. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heat generating section 72 and between the third substrate layer 3 and the heat generating section 72. There is.

圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。 The pressure dissipation hole 75 is a portion provided to penetrate the third substrate layer 3 and communicate with the reference gas introduction space 43, and is for the purpose of alleviating an increase in internal pressure due to a rise in temperature within the heater insulating layer 74. It is formed.

<多孔質拡散層>
図3は、素子基体100の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図3は、第2内部空所17に配置された測定電極44を覆う多孔質な層である多孔質拡散層91について、その詳細を示す図である。測定電極44を覆う多孔質な層として、気孔率が5%以上かつ25%以下で、先端保護層200の気孔率よりも低い多孔質拡散層91を設けることにより、測定電極44に供給される被測定ガスの拡散抵抗が調整される。特に、係る多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲における被測定ガス(特に、NOxガス)の拡散形態は、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態となる。これによって、H2O濃度が高い場合であっても、測定電極44の周囲の拡散形態が分子拡散である場合に発生するNOx出力の変動及び測定電極の劣化を抑制することができる。
<Porous diffusion layer>
FIG. 3 is an enlarged view for explaining the main parts of the element substrate 100. Specifically, FIG. 3 is a diagram showing details of the porous diffusion layer 91, which is a porous layer covering the measurement electrode 44 disposed in the second internal cavity 17. By providing a porous diffusion layer 91 with a porosity of 5% or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer 200, as a porous layer covering the measurement electrode 44, the porous diffusion layer 91 is supplied to the measurement electrode 44. Diffusion resistance of the gas to be measured is adjusted. In particular, due to the porous diffusion layer 91, the diffusion form of the gas to be measured (particularly NO x gas) around the measurement electrode 44 is controlled by repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. It becomes a form of diffusion. Thereby, even when the H 2 O concentration is high, it is possible to suppress fluctuations in the NO x output and deterioration of the measurement electrode that would occur when the diffusion form around the measurement electrode 44 is molecular diffusion.

図3に例示する素子基体100は、図2を用いて説明したように、第1固体電解質層4と第2固体電解質層6との間のスペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられる内部空間(被測定ガス流通部7)を備える。被測定ガス流通部7は、上部(上面)を第2固体電解質層6の下面によって、下部(下面)を第1固体電解質層4の上面によって、区画されている(規定されている)。被測定ガス流通部7は、第1内部空所15及び第2内部空所17を含む。 As explained using FIG. 2, the element substrate 100 illustrated in FIG. 3 has an internal space provided by hollowing out the spacer layer 5 between the first solid electrolyte layer 4 and the second solid electrolyte layer 6. (Measurement gas flow section 7). The gas flow section 7 to be measured is partitioned (defined) by the upper surface (upper surface) of the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the lower surface (lower surface) of the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 . The gas flow section 7 includes a first internal space 15 and a second internal space 17 .

第1内部空所15は、内側ポンプ電極22(天井電極部22a及び底部電極部22b)と、図3には図示していない外側ポンプ電極23及び第2固体電解質層6とにより構成される主ポンプセル21によって、被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間である。 The first internal space 15 is a main body composed of an inner pump electrode 22 (ceiling electrode part 22a and bottom electrode part 22b), an outer pump electrode 23 and a second solid electrolyte layer 6 (not shown in FIG. 3). This is a space for adjusting the oxygen partial pressure in the gas to be measured using the pump cell 21.

第3拡散律速部16は、第1内部空所15で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所17に導く。すなわち、第3拡散律速部16は、第1内部空所15から第2内部空所17への、被測定ガスの流路を形成する。 The third diffusion rate controlling section 16 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 15, and controls the gas to be measured. It leads to the second internal cavity 17. That is, the third diffusion rate-limiting section 16 forms a flow path for the gas to be measured from the first internal space 15 to the second internal space 17.

第2内部空所17において、被測定ガス中の酸素分圧は、補助ポンプセル50によって更に調整される。補助ポンプセル50は、補助ポンプ電極51(天井電極部51a及び底部電極部51b)と、図3には図示していない外側ポンプ電極23及び第2固体電解質層6とにより構成される。 In the second internal space 17, the oxygen partial pressure in the gas to be measured is further adjusted by an auxiliary pump cell 50. The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 (ceiling electrode section 51a and bottom electrode section 51b), an outer pump electrode 23 and a second solid electrolyte layer 6, which are not shown in FIG.

第2内部空所17内において、補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われた被測定ガスは、測定用ポンプセル41によって、窒素酸化物濃度が測定される。測定用ポンプセル41は、測定電極44、第2固体電解質層6、スペーサ層5、及び第1固体電解質層4と、図3には図示していない外側ポンプ電極23と、により構成される。 In the second internal space 17 , the nitrogen oxide concentration of the gas to be measured whose oxygen partial pressure has been adjusted by the auxiliary pump cell 50 is measured by the measuring pump cell 41 . The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44, a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, a first solid electrolyte layer 4, and an outer pump electrode 23 not shown in FIG.

そして、測定電極44は、その周囲を、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも気孔率が低い多孔質拡散層91によって、覆われている。係る多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲における被測定ガス(特に、NOxガス)の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とすることができる。 The measurement electrode 44 is surrounded by a porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less and lower than that of the tip protection layer 200. With such a porous diffusion layer 91, the diffusion form of the gas to be measured (particularly NO x gas) around the measurement electrode 44 is diffused through repeated collisions with the walls of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. It can be in the form of

ここで、測定電極44の周囲に拡散抵抗の大きな多孔質拡散層91を設けると、被毒物質等により多孔質拡散層91が目詰まりを起こす可能性がある。これを防ぐために、ガスセンサ素子101は、図1に例示するように、少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面を覆う先端保護層200を備えている。そして、多孔質拡散層91の気孔率は、先端保護層200の気孔率よりも低く、つまり、先端保護層200の気孔率は、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。 Here, if the porous diffusion layer 91 having a large diffusion resistance is provided around the measurement electrode 44, the porous diffusion layer 91 may become clogged with poisonous substances or the like. In order to prevent this, the gas sensor element 101 includes a tip protection layer 200 that covers at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open, as illustrated in FIG. The porosity of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity of the tip protection layer 200, that is, the porosity of the tip protection layer 200 is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91.

このような構成を採用することにより、多孔質拡散層91の目詰まりの原因となる被毒物質等は、予め先端保護層200において捕捉されるため、多孔質拡散層91及び測定電極44にまで到達する被測定ガス中の被毒物質等はごくわずかとなる。そのため、被毒物質等により多孔質拡散層91が目詰まりを起こす可能性を抑えることができる。また、被毒物質等が測定電極44にまで到達し、測定電極44に付着したとしても、電極金属の酸化/還元能力に影響を与えることはほとんどない。 By adopting such a configuration, poisonous substances that cause clogging of the porous diffusion layer 91 are captured in the tip protection layer 200 in advance, and therefore do not reach the porous diffusion layer 91 and the measurement electrode 44. The amount of poisonous substances in the gas to be measured that reaches the sensor is very small. Therefore, the possibility of clogging of the porous diffusion layer 91 due to poisonous substances or the like can be suppressed. Further, even if a poisonous substance or the like reaches the measuring electrode 44 and adheres to the measuring electrode 44, it hardly affects the oxidation/reduction ability of the electrode metal.

そのため、本実施の形態に係るガスセンサ素子101は、被毒物質等による多孔質拡散層91の目詰まりを抑制し、また、被毒物質等による測定電極44の酸化/還元能力への影響を抑制するすることができる。具体的には、ガスセンサ素子101は、使用に伴う測定精度の低下が好適に抑制されたものとなっており、つまり、繰り返しの使用によっても測定精度が安定的に保たれたものとなっている。 Therefore, the gas sensor element 101 according to the present embodiment suppresses clogging of the porous diffusion layer 91 due to poisonous substances, etc., and suppresses the influence of poisonous substances etc. on the oxidation/reduction ability of the measurement electrode 44. can be done. Specifically, the gas sensor element 101 is configured such that deterioration in measurement accuracy due to use is suitably suppressed, that is, measurement accuracy is maintained stably even after repeated use. .

多孔質拡散層91の厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面と、外側の面とで気孔率が異なる場合、多孔質拡散層91は、平均気孔率が5%以上かつ25%以下であって、また、平均気孔率が先端保護層200の気孔率よりも低い。つまり、多孔質拡散層91の厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に近い側の面と遠い側の面とで気孔率が異なる場合、多孔質拡散層91は、平均気孔率が5%以上かつ25%以下であって、また、平均気孔率が先端保護層200の気孔率よりも低い。例えば、多孔質拡散層91が気孔率の異なる複数の面(層)を含む場合、係る複数の面(層)の各々の気孔率から算出される多孔質拡散層91の平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い。測定電極44を覆う多孔質拡散層であって、測定電極44に近い側(内側)の面と遠い側(外側)の面とで気孔率が異なる多孔質拡散層の例について、詳細は図5を用いて後述する。 Among the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91, if the inner surface facing the measurement electrode 44 and the outer surface have different porosity, the porous diffusion layer 91 has an average porosity of 5%. or more and 25% or less, and the average porosity is lower than the porosity of the tip protection layer 200. In other words, if the porosity of the two surfaces of the porous diffusion layer 91 in the thickness direction is different between the surface closer to the measurement electrode 44 and the surface farther from the measurement electrode 44, the average porosity of the porous diffusion layer 91 is 5. % or more and 25% or less, and the average porosity is lower than the porosity of the tip protection layer 200. For example, when the porous diffusion layer 91 includes a plurality of surfaces (layers) having different porosities, the average porosity of the porous diffusion layer 91 calculated from the porosity of each of the plurality of surfaces (layers) is 5. % or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer 200. For details, see FIG. 5 for an example of a porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44 and has a different porosity between the surface closer to the measurement electrode 44 (inner side) and the surface farther away from the measurement electrode 44 (outer side). will be described later using

(多孔質拡散層と測定電極との接触の要否)
気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い多孔質拡散層91は、測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとするために設けられ、具体的には、測定電極44までの距離d2が、0.15mm以下となるように設けられる。多孔質拡散層91は、測定電極44に接した状態で測定電極44を覆っていてもよいし、測定電極44に接することなく、測定電極44までの距離d2が、0.15mm以下となるように、測定電極44を覆っていてもよい。以下に、図4から図6を用いて、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低く、測定電極44を覆う多孔質拡散層について、測定電極44に接する例、及び、測定電極44に接しない例について、その詳細を説明する。
(Necessity of contact between porous diffusion layer and measurement electrode)
The porous diffusion layer 91 has a porosity of 5% or more and 25% or less and is lower than the porosity of the tip protection layer 200, and is provided in order to make the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable. Specifically, it is provided so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. The porous diffusion layer 91 may cover the measurement electrode 44 while in contact with the measurement electrode 44, or it may cover the measurement electrode 44 without contacting the measurement electrode 44 so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. Additionally, the measurement electrode 44 may be covered. Below, using FIGS. 4 to 6, a porous diffusion layer having a porosity of 5% or more and 25% or less, lower than the porosity of the tip protection layer 200, and covering the measurement electrode 44 will be described. 44 and an example in which the measurement electrode 44 is not contacted will be explained in detail.

(多孔質拡散層と測定電極とが接している例)
図4は、素子基体100における測定電極44と多孔質拡散層91との関係の一例を示す図である。具体的には、図4は、測定電極44に接した状態で測定電極44を覆う(被覆する)多孔質拡散層91の例を示す図である。図4に例示する多孔質拡散層91は、全体に亘って気孔率が5%以上かつ25%以下で一定な多孔質の層であり、測定電極44の上面、前面、及び後面に接した状態で、測定電極44を覆っている。測定電極44に接した状態で測定電極44を覆う多孔質拡散層91によって、測定電極44へと至る被測定ガス(特に、NOxガス)の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とすることができる。図4に例示するように、ガスセンサ素子101において、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低く、測定電極44を覆う多孔質拡散層は、測定電極44に接していてもよい。ただし、ガスセンサ素子101にとって、係る多孔質拡散層が測定電極44に接していることは必須ではない。ガスセンサ素子101において、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低く、測定電極44を覆う多孔質拡散層は、測定電極44に接していなくてもよい。測定電極44に接していない多孔質拡散層の例については、図6を用いて後述する。
(Example where the porous diffusion layer and measurement electrode are in contact)
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91 in the element substrate 100. Specifically, FIG. 4 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91 that covers (covers) the measurement electrode 44 while being in contact with the measurement electrode 44. The porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 4 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout, and is in contact with the upper surface, front surface, and rear surface of the measurement electrode 44. and covers the measurement electrode 44. The porous diffusion layer 91 that covers the measurement electrode 44 in contact with the measurement electrode 44 allows the diffusion form of the gas to be measured (especially NO x gas) to reach the measurement electrode 44 to be sufficiently narrow such as Knudsen diffusion. It can be configured to diffuse while repeatedly colliding with the wall surface of the channel. As illustrated in FIG. 4, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44 has a porosity of 5% or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer 200, and that covers the measurement electrode 44. It may be in contact with the electrode 44. However, for the gas sensor element 101, it is not essential that the porous diffusion layer be in contact with the measurement electrode 44. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer has a porosity of 5% or more and 25% or less, lower than the porosity of the tip protection layer 200, and covers the measurement electrode 44, even if it is not in contact with the measurement electrode 44. good. An example of a porous diffusion layer that is not in contact with the measurement electrode 44 will be described later using FIG. 6.

図5は、変形例に係る多孔質拡散層91Aの一例を示す図である。具体的には、図5は、全体に亘って気孔率が一定ではない、つまり、気孔率の異なる複数の面(層)を含む、多孔質拡散層91Aの例を示す図である。図4に例示した多孔質拡散層91は、全体に亘って気孔率が5%以上かつ25%以下で一定であった。しかしながら、ガスセンサ素子101(素子基体100)において、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層の気孔率が、係る多孔質拡散層の全体に亘って一定であることは必須ではない。図5に例示する多孔質拡散層91Aのように、ガスセンサ素子101(素子基体100)において、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層は、測定電極44に対向する内側の面と、外側の面とで、気孔率が異なっていてもよい。すなわち、測定電極44を覆う多孔質拡散層の、厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面と、測定電極44に対向しない外側の面とは、互いに気孔率が異なっていてもよい。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91に代えて、多孔質拡散層91Aを備えていてもよい。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91A according to a modification. Specifically, FIG. 5 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91A in which the porosity is not constant throughout, that is, includes a plurality of surfaces (layers) with different porosity. The porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 4 had a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. However, in the gas sensor element 101 (element substrate 100), it is not essential that the porosity of the porous diffusion layer surrounding the measurement electrode 44 be constant throughout the porous diffusion layer. Like the porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. The porosity may be different between the surfaces. That is, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44, the inner surface facing the measurement electrode 44 and the outer surface not facing the measurement electrode 44 have different porosity. You can leave it there. The gas sensor element 101 may include a porous diffusion layer 91A instead of the porous diffusion layer 91.

図5に例示する多孔質拡散層91Aは、被測定ガス流通部7(第2内部空所17)に面する多孔質な層である第1多孔質拡散層911(外側の面)と、測定電極44に対向する多孔質な層である第2多孔質拡散層912(内側の面)とを含んでいる。第1多孔質拡散層911と第2多孔質拡散層912とは、互いに気孔率が異なり、第2多孔質拡散層912の気孔率は、第1多孔質拡散層911の気孔率よりも高い。つまり、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面(第2多孔質拡散層912)の気孔率は、外側の面(第1多孔質拡散層911)の気孔率よりも、高い。図5に示す例では、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、内側の面(第2多孔質拡散層912)は測定電極44に対向し、外側の面(第1多孔質拡散層911)は、被測定ガス流通部7に面している(対向している)。 The porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. A second porous diffusion layer 912 (inner surface) that is a porous layer facing the electrode 44 is included. The first porous diffusion layer 911 and the second porous diffusion layer 912 have different porosity from each other, and the porosity of the second porous diffusion layer 912 is higher than that of the first porous diffusion layer 911. That is, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface (second porous diffusion layer 912) facing the measurement electrode 44 is the same as that of the outer surface (first porous diffusion layer 912). 911). In the example shown in FIG. 5, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the inner surface (second porous diffusion layer 912) faces the measurement electrode 44, and the outer surface (first porous diffusion layer 912) faces the measurement electrode 44. The diffusion layer 911) faces (opposes) the gas flow section 7 to be measured.

多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)の気孔率よりも高くすることによって、以下の効果を実現することができる。すなわち、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合の影響を抑え、ガスセンサが起動されてから定常動作状態となるまでに要するライトオフ時間を短縮することができる。これは、以下に説明する理由による。 Of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is greater than the porosity of the outer surface (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured). By increasing the value, the following effects can be achieved. In other words, it is possible to suppress the effect of H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode 44 being decomposed and generate H 2 , and to shorten the light-off time required from when the gas sensor is activated until it enters a steady operating state. can. This is due to the reason explained below.

ガスセンサの駆動直後、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合、測定電極44と基準電極42との間の電位差(つまり、酸素濃度差)が増える。そのため、測定電極44へと酸素を汲み入れることで、アンダーシュート波形となり、ライトオフ時間が長くなってしまうことがある。 Immediately after the gas sensor is driven, when H 2 O attached to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed and H 2 is generated, the potential difference (that is, the oxygen concentration difference) between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 increases. Therefore, pumping oxygen into the measurement electrode 44 may result in an undershoot waveform, resulting in a longer light-off time.

しかしながら、多孔質拡散層91Aのように、測定電極44に対向する内側の面(測定電極44に近い側。第2多孔質拡散層912)の気孔率を、外側の面(第1多孔質拡散層911)の気孔率より高くすることで、ガスセンサ素子101は以下の効果を実現する。すなわち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率より高くすることで、ガスセンサ素子101は、測定電極44の表面付近に発生したH2を素早く拡散させることができる。つまり、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されることにより発生するH2を、第1多孔質拡散層911(外側の面)よりも気孔率の高い第2多孔質拡散層912(測定電極44に対向する内側の面)によって、素早く拡散させることができる。そのため、ガスセンサ素子101においては、一定制御の際に測定電極44と基準電極42との間の電位差が大きくなり過ぎることがなく、ガスセンサ素子101は、ライトオフ時間を短縮することができる。つまり、ガスセンサ素子101は、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合であっても、係るH2の影響を抑えて、ライトオフ時間が長くなってしまうのを回避することができる。 However, like the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 (the side closer to the measurement electrode 44; the second porous diffusion layer 912) is different from the porosity of the outer surface (the first porous diffusion layer 912). By making the porosity higher than that of the layer 911), the gas sensor element 101 achieves the following effects. That is, by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 higher than that of the outer surface, the gas sensor element 101 can quickly diffuse H 2 generated near the surface of the measurement electrode 44. can. In other words, H 2 generated by the decomposition of H 2 O attached to the surface of the measurement electrode 44 is transferred to the second porous diffusion layer 912 which has a higher porosity than the first porous diffusion layer 911 (outer surface). (the inner surface facing the measurement electrode 44) allows quick diffusion. Therefore, in the gas sensor element 101, the potential difference between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 does not become too large during constant control, and the gas sensor element 101 can shorten the light-off time. In other words, even if H 2 O attached to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed and H 2 is generated, the gas sensor element 101 suppresses the influence of the H 2 and the light-off time becomes longer. can be avoided.

特に、多孔質拡散層91Aと測定電極44との間に空間を設けない場合、つまり、両者が接する場合、第2多孔質拡散層912の気孔率を、第1多孔質拡散層911の気孔率よりも高くすることが望ましい。つまり、多孔質拡散層91Aと測定電極44とが接する場合、多孔質拡散層91Aの、測定電極44に接する内側の面の気孔率は、外側の面(測定電極44に接しない面。表面側。例えば、被測定ガス流通部7に面する面)の気孔率よりも高くすることが望ましい。多孔質拡散層91Aにおいて、測定電極44に接する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることによって、多孔質拡散層91Aと測定電極44とが接する場合であっても、多孔質拡散層91Aは、以下の効果を実現することができる。すなわち、多孔質拡散層91Aは、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合の影響を抑え、ライトオフ時間を短縮することができる。 In particular, when no space is provided between the porous diffusion layer 91A and the measurement electrode 44, that is, when they are in contact with each other, the porosity of the second porous diffusion layer 912 is set to the porosity of the first porous diffusion layer 911. It is desirable to make it higher than that. In other words, when the porous diffusion layer 91A and the measurement electrode 44 are in contact with each other, the porosity of the inner surface of the porous diffusion layer 91A that is in contact with the measurement electrode 44 is the same as that of the outer surface (the surface that is not in contact with the measurement electrode 44. For example, it is desirable that the porosity be higher than that of the surface facing the gas flow section 7 to be measured. In the porous diffusion layer 91A, by making the porosity of the inner surface in contact with the measurement electrode 44 higher than the porosity of the outer surface, even when the porous diffusion layer 91A and the measurement electrode 44 are in contact with each other, , the porous diffusion layer 91A can achieve the following effects. In other words, the porous diffusion layer 91A can suppress the influence when H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed to generate H 2 and shorten the light-off time.

なお、気孔率は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察して得られた画像(SEM画像)に対して公知の画像処理手法(二値化処理など)を適用することで導出した値である。具体的には、「多孔質拡散層91Aの、測定電極44に近い側(第2多孔質拡散層912)」の気孔率は、例えば、以下のようにして導出した。すなわち、先ず、長さ方向(センサ素子の軸方向)で見た時に測定電極44の中央付近で、かつ、測定電極44と多孔質拡散層91A(第2多孔質拡散層912)との界面から10~15μmの範囲のSEM画像を取得した。次に、取得したSEM画像に対して、二値化処理などの公知の画像処理手法を適用することで、「多孔質拡散層91Aの、測定電極44に近い側(第2多孔質拡散層912)」の気孔率を求めた。「多孔質拡散層91Aの、表面側(被測定ガス流通部7に面する側。具体的には、第1多孔質拡散層911)」の気孔率も、同様の手法を適用して求めた。すなわち、多孔質拡散層91A(第1多孔質拡散層911)の表面(例えば、上面)から10~15μmの範囲のSEM画像を取得し、係るSEM画像に対して公知の画像処理手法を適用することで、多孔質拡散層91Aの、表面側の気孔率を導出した。 Note that the porosity can be derived, for example, by applying a known image processing method (such as binarization processing) to an image obtained by observation using a scanning electron microscope (SEM) (SEM image). This is the value. Specifically, the porosity of "the side of the porous diffusion layer 91A closer to the measurement electrode 44 (second porous diffusion layer 912)" was derived, for example, as follows. That is, first, near the center of the measurement electrode 44 when viewed in the length direction (axial direction of the sensor element) and from the interface between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A (second porous diffusion layer 912). SEM images were acquired in the 10-15 μm range. Next, by applying a known image processing method such as binarization processing to the acquired SEM image, "the side of the porous diffusion layer 91A near the measurement electrode 44 (the side of the second porous diffusion layer 912 )” was determined. The porosity of "the surface side of the porous diffusion layer 91A (the side facing the gas flow section 7 to be measured; specifically, the first porous diffusion layer 911)" was also determined by applying the same method. . That is, a SEM image is obtained in a range of 10 to 15 μm from the surface (for example, the top surface) of the porous diffusion layer 91A (first porous diffusion layer 911), and a known image processing method is applied to the SEM image. Thus, the porosity of the surface side of the porous diffusion layer 91A was derived.

上述の通り、多孔質拡散層91Aにおいて、第2多孔質拡散層912の気孔率は、第1多孔質拡散層911の気孔率よりも高く、例えば、第1多孔質拡散層911の気孔率よりも10%以上高い。すなわち、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面(第2多孔質拡散層912)の気孔率は、外側の面(第1多孔質拡散層911)の気孔率よりも、10%以上高い。 As described above, in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the second porous diffusion layer 912 is higher than that of the first porous diffusion layer 911, for example, higher than the porosity of the first porous diffusion layer 911. is also more than 10% higher. That is, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface (second porous diffusion layer 912) facing the measurement electrode 44 is higher than that of the outer surface (first porous diffusion layer 912). The porosity is 10% or more higher than that of 911).

上述の通り、多孔質拡散層91Aの第2多孔質拡散層912(測定電極44に対向する内側の面の気孔率)の気孔率を、第1多孔質拡散層911(外側の面)の気孔率よりも高くすることによって、以下の効果を実現することができる。すなわち、係る構成によって、多孔質拡散層91Aは、測定電極44の表面付近に発生したH2を素早く拡散させることができ、ライトオフ時間の増大を抑制することができる。そして、本件発明者らは、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率が、外側の面の気孔率よりも10%以上高い場合、10%未満の場合よりも、ライトオフ時間が短くなることを確認した。それゆえ、多孔質拡散層91Aにおいて、測定電極44に対向する内側の面(測定電極44に近い側の面。第2多孔質拡散層912)の気孔率と、外側の面(第1多孔質拡散層911)の気孔率との差は、10%以上あることが望ましい。具体的には、多孔質拡散層91Aにおいて、測定電極44に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも、10%以上高い方が望ましい。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Aの第2多孔質拡散層912の気孔率を、第1多孔質拡散層911の気孔率よりも10%以上高くすることで、10%未満の場合よりもライトオフ時間を短くすることができる。すなわち、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面(被測定ガス流通部7に面する面)の気孔率より10%以上高くすることで、ライトオフ時間をより短縮できる。 As described above, the porosity of the second porous diffusion layer 912 (the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44) of the porous diffusion layer 91A is compared with the porosity of the first porous diffusion layer 911 (the outer surface). By setting the ratio higher than the ratio, the following effects can be achieved. That is, with such a configuration, the porous diffusion layer 91A can quickly diffuse H 2 generated near the surface of the measurement electrode 44, and can suppress an increase in the light-off time. The inventors of the present invention propose that when the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is 10% or more higher than the porosity of the outer surface among the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A. , it was confirmed that the light-off time was shorter than that in the case of less than 10%. Therefore, in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 (the surface closer to the measurement electrode 44; the second porous diffusion layer 912) and the porosity of the outer surface (the first porous diffusion layer 912) The difference in porosity from the diffusion layer 911) is desirably 10% or more. Specifically, in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is preferably 10% or more higher than the porosity of the outer surface. In the gas sensor element 101, the porosity of the second porous diffusion layer 912 of the porous diffusion layer 91A is made higher than the porosity of the first porous diffusion layer 911 by 10% or more, compared to a case where the porosity is less than 10%. Light off time can be shortened. That is, in the gas sensor element 101, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is determined by the porosity of the outer surface (the surface facing the gas flow section 7 to be measured). ) By increasing the porosity by 10% or more, the light-off time can be further shortened.

これまでに説明してきたように、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率は、外側の面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)の気孔率よりも高く、特に、10%以上高い。ここで、多孔質拡散層91Aにおける、測定電極44に対向する内側の面から、測定電極44に対向しない外側の面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)への、気孔率の変化の態様は、特に、限られるものではない。 As explained above, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is different from that of the outer surface (for example, the gas distribution section 7 to be measured). The porosity is higher than the porosity of the surface (the surface facing the surface), particularly by 10% or more. Here, the porosity of the porous diffusion layer 91A is changed from the inner surface facing the measurement electrode 44 to the outer surface not facing the measurement electrode 44 (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured). The mode of change is not particularly limited.

すなわち、図5に例示するように、多孔質拡散層91Aにおいて気孔率は、測定電極44に対向する内側の面から、外側の面へと、段階的(非連続的)に変化してもよい。図5に例示する多孔質拡散層91Aは、被測定ガス流通部7に面する外側の面(例えば、上面)を第1多孔質拡散層911によって、また、測定電極44に対向する(面する)内側の面(例えば、下面)を第2多孔質拡散層912によって、構成される。そして、第1多孔質拡散層911と第2多孔質拡散層912とは互いに気孔率が異なり、具体的には、第1多孔質拡散層911の気孔率は、第2多孔質拡散層912の気孔率よりも低く、例えば、第2多孔質拡散層912の気孔率よりも10%以上低い。つまり、多孔質拡散層91Aは互いに気孔率の異なる複数の層を含み、多孔質拡散層91Aにおいて気孔率は、測定電極44に対向する内側の面から、外側の面の気孔率へと、段階的(非連続的)に変化する。 That is, as illustrated in FIG. 5, the porosity of the porous diffusion layer 91A may change stepwise (discontinuously) from the inner surface facing the measurement electrode 44 to the outer surface. . The porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. ) The inner surface (for example, the lower surface) is constituted by a second porous diffusion layer 912. The first porous diffusion layer 911 and the second porous diffusion layer 912 have different porosity from each other. Specifically, the porosity of the first porous diffusion layer 911 is different from that of the second porous diffusion layer 912. The porosity is lower than that of the second porous diffusion layer 912, for example, 10% or more lower than the porosity of the second porous diffusion layer 912. In other words, the porous diffusion layer 91A includes a plurality of layers having different porosity from each other, and the porosity of the porous diffusion layer 91A gradually changes from the inner surface facing the measurement electrode 44 to the outer surface. change in a targeted (discontinuous) manner.

また、多孔質拡散層91Aにおいて気孔率は、測定電極44に対向する(面する)内側の面から、外側の面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)へと、連続的に変化してもよい。例えば、測定電極44に対向する(面する)内側の面から、外側の面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)へと、気孔率が徐々に低下し、結果として、両者の気孔率の差が10%以上となるように、多孔質拡散層91Aを構成してもよい。 In addition, in the porous diffusion layer 91A, the porosity is continuously increased from the inner surface facing (facing) the measurement electrode 44 to the outer surface (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured). May change. For example, the porosity gradually decreases from the inner surface facing (facing) the measurement electrode 44 to the outer surface (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured), and as a result, both The porous diffusion layer 91A may be configured such that the difference in porosity is 10% or more.

以上に説明した通り、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも高く、具体的には、10%以上高い。そして、多孔質拡散層91Aにおける、測定電極44に対向する内側の面から、外側の面への、気孔率の変化の態様については、特に限定されるものではなく、例えば、段階的(非連続的)に変化してもよいし、連続的に変化してもよい。 As explained above, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is higher than the porosity of the outer surface. More than 10% higher. The manner in which the porosity changes from the inner surface facing the measurement electrode 44 to the outer surface in the porous diffusion layer 91A is not particularly limited, and may be, for example, stepwise (discontinuously It may change continuously (target) or it may change continuously.

なお、ガスセンサ素子101において、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層が、多孔質拡散層91Aのように、互いに気孔率の異なる複数の面(層)を備える場合、係る多孔質拡散層の平均気孔率は、以下の条件を満たす。すなわち、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層が互いに気孔率の異なる複数の面を備える場合、係る多孔質拡散層は、平均気孔率が5%以上かつ25%以下であって、また、平均気孔率が先端保護層200の気孔率よりも低い。例えば、図5に例示するように、測定電極44に近い側(内側)の面と遠い側(外側)の面とで気孔率が異なる多孔質拡散層91Aにおいて、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い。具体的には、第1多孔質拡散層911及び第2多孔質拡散層912の各々の気孔率から算出される多孔質拡散層91Aの平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い。すなわち、多孔質拡散層91Aが複数の面(層)を含む場合、特に、気孔率の異なる複数の面を含む場合、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低い。 In the gas sensor element 101, when the porous diffusion layer surrounding the measurement electrode 44 includes a plurality of surfaces (layers) having different porosities, like the porous diffusion layer 91A, the porous diffusion layer The average porosity satisfies the following conditions. That is, when the porous diffusion layer surrounding the measurement electrode 44 has a plurality of surfaces with different porosities, the porous diffusion layer has an average porosity of 5% or more and 25% or less, and The average porosity is lower than the porosity of the tip protection layer 200. For example, as illustrated in FIG. 5, in a porous diffusion layer 91A in which the porosity is different between the surface closer to the measurement electrode 44 (inner side) and the surface farther away from the measurement electrode 44 (outer side), the average pore size of the porous diffusion layer 91A is The porosity is 5% or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer 200. Specifically, the average porosity of the porous diffusion layer 91A calculated from the porosity of each of the first porous diffusion layer 911 and the second porous diffusion layer 912 is 5% or more and 25% or less. , is lower than the porosity of the tip protection layer 200. That is, when the porous diffusion layer 91A includes a plurality of surfaces (layers), particularly when it includes a plurality of surfaces with different porosities, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 5% or more and 25% or less. Therefore, the porosity is lower than that of the tip protection layer 200.

図5には、測定電極44に対向する内側の面と、測定電極44に対向しない外側の面とで気孔率の異なる多孔質拡散層91Aが、測定電極44に接した状態で測定電極44を覆っている例を示した。しかしながら、多孔質拡散層91Aにとって、測定電極44に接した状態で測定電極44を覆うことは必須ではない。多孔質拡散層91Aと測定電極44との間には空間(隙間)を設けてもよい。同様に、多孔質拡散層91と測定電極44との間には空間(隙間)を設けてもよい。すなわち、ガスセンサ素子101において、測定電極44を覆い、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも気孔率が低い多孔質拡散層は、測定電極44に接していなくてもよく、両者の間に空間が設けられていてもよい。以下、図6を参照して、ガスセンサ素子101において、測定電極44を覆う多孔質拡散層が、測定電極44に接していない例について説明する。 In FIG. 5, a porous diffusion layer 91A having a different porosity between an inner surface facing the measurement electrode 44 and an outer surface not facing the measurement electrode 44 is shown in a state in which the measurement electrode 44 is in contact with the measurement electrode 44. An example of covering is shown. However, it is not essential for the porous diffusion layer 91A to cover the measurement electrode 44 while being in contact with the measurement electrode 44. A space (gap) may be provided between the porous diffusion layer 91A and the measurement electrode 44. Similarly, a space (gap) may be provided between the porous diffusion layer 91 and the measurement electrode 44. That is, in the gas sensor element 101 , the porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44 and has a porosity of 5% or more and 25% or less and that is lower than the porosity of the tip protection layer 200 covers the measurement electrode 44 . They do not need to be in contact with each other, and a space may be provided between them. Hereinafter, with reference to FIG. 6, an example will be described in which the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 is not in contact with the measurement electrode 44 in the gas sensor element 101.

(多孔質拡散層と測定電極とが接していない例)
図6は、変形例に係る測定電極44と多孔質拡散層91(多孔質拡散層91B)との関係の一例を示す図である。具体的には、図6は、測定電極44に接することなく測定電極44を覆い、かつ、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下である多孔質拡散層91Bの例を示す図である。図4、5に例示した多孔質拡散層91、91Aは、測定電極44に接した状態で測定電極44を覆っていた。しかしながら、ガスセンサ素子101(素子基体100)において、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層が、測定電極44に接することは必須ではない。図6に例示する多孔質拡散層91Bのように、ガスセンサ素子101において多孔質拡散層は、測定電極44に接することなく測定電極44を覆っていてもよい。つまり、多孔質拡散層と測定電極44との間には空間(隙間)があってもよい。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91に代えて、測定電極44に接することなく測定電極44を覆い、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも気孔率が低い多孔質拡散層91Bを備えていてもよい。
(Example where the porous diffusion layer and measurement electrode are not in contact)
FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91 (porous diffusion layer 91B) according to a modification. Specifically, FIG. 6 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91B that covers the measurement electrode 44 without contacting the measurement electrode 44 and has a distance d2 to the measurement electrode 44 of 0.15 mm or less. . The porous diffusion layers 91 and 91A illustrated in FIGS. 4 and 5 covered the measurement electrode 44 while being in contact with the measurement electrode 44. However, in the gas sensor element 101 (element substrate 100), it is not essential that the porous diffusion layer surrounding the measurement electrode 44 be in contact with the measurement electrode 44. Like the porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6, the porous diffusion layer in the gas sensor element 101 may cover the measurement electrode 44 without being in contact with the measurement electrode 44. That is, there may be a space (gap) between the porous diffusion layer and the measurement electrode 44. Instead of the porous diffusion layer 91, the gas sensor element 101 covers the measurement electrode 44 without contacting the measurement electrode 44, and has a porosity of 5% or more and 25% or less, which is lower than the porosity of the tip protection layer 200. A porous diffusion layer 91B with low porosity may be included.

図6に例示する多孔質拡散層91Bは、測定電極44に接していない。つまり、測定電極44の周囲に設けられる多孔質拡散層91Bと、測定電極44との間には、空間(隙間)が設けられている。ただし、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層91Bと測定電極44との間の距離d2は、0.15mm以下である。多孔質拡散層91Bと測定電極44との間の距離d2は、例えば、多孔質拡散層91Bの、測定電極44に面する(対向する)面から、測定電極44(特に、その表面。多孔質拡散層91Bに面する(対向する)面)までの距離をいう。 The porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 is not in contact with the measurement electrode 44. That is, a space (gap) is provided between the porous diffusion layer 91B provided around the measurement electrode 44 and the measurement electrode 44. However, the distance d2 between the porous diffusion layer 91B surrounding the measurement electrode 44 and the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. The distance d2 between the porous diffusion layer 91B and the measurement electrode 44 is, for example, from the surface of the porous diffusion layer 91B facing (opposed to) the measurement electrode 44 to the measurement electrode 44 (particularly its surface. This refers to the distance to the surface facing (opposing) the diffusion layer 91B.

多孔質拡散層91Bは、測定電極44に接しておらず、ただし、測定電極44までの距離d2は0.15mm以下であり、つまり、多孔質拡散層91Bと測定電極44との間の距離d2は0.15mm以下である。前述の通り、センサ駆動直後、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合、測定電極44の周囲のH2が原因となって、ガスセンサが起動されてから定常動作状態となるまでに要するライトオフ時間が長くなってしまうことがある。そこで、ガスセンサ素子101は、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)を設けることによって、測定電極44の表面付近に発生したH2を素早く拡散させる。これによって、ガスセンサ素子101は、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されてH2が発生した場合であっても、係るH2の影響を抑えて、ライトオフ時間が長くなってしまうのを回避することができる。つまり、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91と測定電極44との間に空間を設けることで、測定電極44の表面に付着したH2Oが分解されることで発生するH2を素早く拡散させる。そのため、一定制御の際に測定電極44と基準電極42との間の電位差が大きくなり過ぎることがなく、ガスセンサ素子101は、ライトオフ時間を短縮することができる。 The porous diffusion layer 91B is not in contact with the measurement electrode 44, but the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, that is, the distance d2 between the porous diffusion layer 91B and the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. As mentioned above, if H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed and H 2 is generated immediately after the sensor is activated, the H 2 around the measurement electrode 44 will cause The light-off time required to reach a steady operating state may become longer. Therefore, the gas sensor element 101 quickly diffuses H 2 generated near the surface of the measurement electrode 44 by providing a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B. As a result, even if H 2 O attached to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed and H 2 is generated, the gas sensor element 101 suppresses the influence of the H 2 and increases the light-off time. You can avoid putting it away. In other words, by providing a space between the porous diffusion layer 91 and the measurement electrode 44, the gas sensor element 101 quickly diffuses H 2 generated when H 2 O attached to the surface of the measurement electrode 44 is decomposed. let Therefore, during constant control, the potential difference between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 does not become too large, and the gas sensor element 101 can shorten the light-off time.

ただし、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間隔を広くし過ぎると、測定電極44の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更するという多孔質拡散層91Bの効果が低下する。そこで、ガスセンサ素子101において、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離は、0.15mm以下とする。本件発明者らは、両者の間の距離を0.15mm以下とすることで、両者が接している場合と同様に、多孔質拡散層91Bによって測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとすることができるのを確認した。すなわち、測定電極44までの距離が0.15mm以下である多孔質拡散層91Bによって、測定電極44の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とすることができることを確認した。そのため、ガスセンサ素子101は、測定電極44までの距離が0.15mm以下である多孔質拡散層91Bによって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び測定電極44の劣化を抑制することができる。言い換えれば、ガスセンサ素子101は、測定電極44までの距離が0.15mm以下である多孔質拡散層91Bによって、H2Oガスの、NOxガス(及びO2ガス)への影響を抑えることができる。 However, if the distance between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is made too wide, the diffusion form around the measurement electrode 44 will change due to repeated collisions with the walls of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. The effect of the porous diffusion layer 91B in changing the shape to the shape of the porous diffusion layer 91B is reduced. Therefore, in the gas sensor element 101, the distance between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is set to 0.15 mm or less. By setting the distance between the two to 0.15 mm or less, the inventors of the present invention have made the diffusion form around the measurement electrode 44 favorable by the porous diffusion layer 91B, as in the case where the two are in contact. I confirmed that it can be done. That is, by using the porous diffusion layer 91B whose distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, the diffusion form around the measurement electrode 44 is changed by repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel, such as Knudsen diffusion. It was confirmed that it is possible to create a form that diffuses while Therefore, in the gas sensor element 101, due to the porous diffusion layer 91B whose distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, fluctuations in NO x output, which are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration, are prevented. And deterioration of the measurement electrode 44 can be suppressed. In other words, in the gas sensor element 101, the influence of H 2 O gas on NO x gas (and O 2 gas) can be suppressed by the porous diffusion layer 91B whose distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. can.

なお、多孔質拡散層91Bのような、測定電極44に接することなく測定電極44を覆う多孔質拡散層についても、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも、高くしてもよい。例えば、多孔質拡散層91Bの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも、高くしてもよい。測定電極44までの距離d2が0.15mm以下で、測定電極44に接することなく測定電極44を覆う多孔質拡散層は、測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることで、より素早くH2を拡散できるようになる。そのため、係る多孔質拡散層を備えるガスセンサ素子101は、ライトオフ時間をより短縮することができる。 Note that for a porous diffusion layer such as the porous diffusion layer 91B that covers the measurement electrode 44 without contacting the measurement electrode 44, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 is the same as the porosity of the outer surface. It may be higher than that. For example, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91B, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 may be higher than the porosity of the outer surface. When the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, the porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44 without contacting the measurement electrode 44 has a porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44, and a porosity of the outer surface. By making it higher than the porosity, H 2 can be diffused more quickly. Therefore, the gas sensor element 101 including such a porous diffusion layer can further shorten the light-off time.

(測定電極の配置位置について)
これまで、図2から図6を用いて、測定電極44が第2内部空所17に配置される例について説明してきた。しかしながら、ガスセンサ素子101において、測定電極44が第2内部空所17に配置されることは必須ではない。測定電極44は、第1内部空所15に配置されてもよい。また、ガスセンサ素子101の備える素子基体が2室構造、すなわち、第1内部空所15及び第2内部空所17を備えることは必須ではない。例えば、ガスセンサ素子101の備える素子基体は、1室構造であってもよく、つまり、拡散律速部を備えていない構成としてもよい。また、ガスセンサ素子101の備える素子基体は、3室以上の内部空所を備えていてもよく、例えば、3室構造(3室の内部空所を備える構造)であってもよいし、4室以上の内部空所を備える構造であってもよい。以下に、図7を用いて、ガスセンサ素子101の備える素子基体が3室構造である例について説明する。
(About the placement position of the measurement electrode)
Up to now, an example in which the measurement electrode 44 is arranged in the second internal cavity 17 has been described using FIGS. 2 to 6. However, in the gas sensor element 101 , it is not essential that the measurement electrode 44 be arranged in the second internal space 17 . The measuring electrode 44 may be arranged in the first internal cavity 15 . Furthermore, it is not essential that the element substrate of the gas sensor element 101 has a two-chamber structure, that is, the first internal space 15 and the second internal space 17. For example, the element substrate included in the gas sensor element 101 may have a one-chamber structure, that is, may have a structure that does not include a diffusion-limiting section. Further, the element substrate of the gas sensor element 101 may have three or more internal cavities, for example, it may have a three-chamber structure (a structure with three internal cavities), or it may have a four-chamber structure. A structure including the above internal space may be used. An example in which the element base of the gas sensor element 101 has a three-chamber structure will be described below with reference to FIG.

(測定電極が第3内部空所に配置される例)
図7は、変形例に係る素子基体100Cの要部を説明するための拡大図である。具体的には、図7は、3室の内部空所(第1内部空所15、第2内部空所17、及び、第3内部空所19)を含む素子基体100Cの要部を説明するための拡大図である。ガスセンサ素子101は、素子基体100に代えて、以下に詳細を説明する素子基体100Cを備えていてもよい。
(Example where the measurement electrode is placed in the third internal space)
FIG. 7 is an enlarged view for explaining main parts of an element base 100C according to a modification. Specifically, FIG. 7 illustrates the main part of the element substrate 100C including three internal cavities (first internal cavity 15, second internal cavity 17, and third internal cavity 19). This is an enlarged view for Instead of the element base 100, the gas sensor element 101 may include an element base 100C, which will be described in detail below.

素子基体100Cは、素子基体100と同様に、第1基板層1、第2基板層2、第3基板層3、第1固体電解質層4、スペーサ層5、及び第2固体電解質層6を下側から順に積層することで構成される積層体を備える。また、素子基体100と同様に、素子基体100Cにおいても、素子基体100Cの一先端部であって、第2固体電解質層6の下面及び第1固体電解質層4の上面の間には、被測定ガスが導入されるように構成される内部空間(被測定ガス流通部7C)が設けられる。 Like the element substrate 100, the element substrate 100C has a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, a first solid electrolyte layer 4, a spacer layer 5, and a second solid electrolyte layer 6. It includes a laminate formed by stacking layers in order from the sides. Similarly to the element substrate 100, in the element substrate 100C, there is a portion to be measured between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 at one tip of the element substrate 100C. An internal space (measured gas flow section 7C) configured to introduce gas is provided.

被測定ガス流通部7Cの構成は、素子基体100の備える内部空間(被測定ガス流通部7)の構成と、ガス導入口10から第2内部空所17までは、同様である。ただし、素子基体100Cは、さらに、第4拡散律速部18及び第3内部空所19を備える。具体的には、被測定ガス流通部7Cは、ガス導入口10、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13、第1内部空所15、第3拡散律速部16、第2内部空所17、第4拡散律速部18、及び第3内部空所19が、この順に連通する態様にて隣接形成されるように構成される。すなわち、被測定ガス流通部7Cは、3室構造(第1内部空所15、第2内部空所17、及び第3内部空所19)を有し、ガス導入口10から第3内部空所19へと至る部位(内部空間)である。被測定ガス流通部7Cは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられる。被測定ガス流通部7Cの上部は、第2固体電解質層6の下面で区画される。被測定ガス流通部7Cの下部は、第1固体電解質層4の上面で区画される。被測定ガス流通部7Cの側部は、スペーサ層5の側面で区画される。 The configuration of the measured gas distribution section 7C is the same as the configuration of the internal space (measured gas distribution section 7) provided in the element substrate 100 from the gas inlet 10 to the second internal space 17. However, the element substrate 100C further includes a fourth diffusion-limiting section 18 and a third internal space 19. Specifically, the measured gas distribution section 7C includes a gas inlet 10, a first diffusion-limiting section 11, a buffer space 12, a second diffusion-limiting section 13, a first internal space 15, a third diffusion-limiting section 16, The second internal space 17, the fourth diffusion-limiting part 18, and the third internal space 19 are configured to be formed adjacent to each other in this order so as to communicate with each other. That is, the measured gas flow section 7C has a three-chamber structure (a first internal cavity 15, a second internal cavity 17, and a third internal cavity 19), and has a three-chamber structure (a first internal cavity 15, a second internal cavity 17, and a third internal cavity 19). This is the part (internal space) leading to 19. The measured gas flow section 7C is provided by hollowing out the spacer layer 5. The upper part of the gas flow section 7C to be measured is defined by the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. The lower part of the gas flow section 7C to be measured is defined by the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. The side portions of the gas flow portion 7C to be measured are defined by the side surfaces of the spacer layer 5.

被測定ガス流通部7Cに備える「ガス導入口10、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13、第1内部空所15、第3拡散律速部16、及び第2内部空所17」は、被測定ガス流通部7の備えるものと同様であるため、説明は省略する。 The gas inlet 10, the first diffusion-limiting section 11, the buffer space 12, the second diffusion-limiting section 13, the first internal space 15, the third diffusion-limiting section 16, and the second internal section provided in the gas distribution section 7C to be measured The void space 17'' is the same as that provided in the gas distribution section 7 to be measured, and therefore a description thereof will be omitted.

第4拡散律速部18は、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する部材(部位)である。図7に示す例では、第4拡散律速部18は、図面に垂直な方向に延びる長さが、第3内部空所19よりも短い孔(被測定ガスの流れる流路)を形成している。具体的には、第4拡散律速部18は、第2固体電解質層6の下面との隙間として形成された1本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットを形成している。すなわち、第4拡散律速部18は、第1固体電解質層4の上面に接している。例えば、第4拡散律速部18は、スペーサ層5のくり抜かれたスペースを架橋する架橋部(第4架橋部)であり、係る第4拡散律速部18と層6との間が、スリットとなり、つまり、被測定ガスの流れる流路となる。ただし、第4拡散律速部18は、第1拡散律速部11、第2拡散律速部13、及び第3拡散律速部16と同様に、2本の横長(図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する)のスリットを形成してもよい。すなわち、第4拡散律速部18は、第1固体電解質層4の上面に接していなくてもよい。第4拡散律速部18は、第2内部空所17から第3内部空所19へと流れる被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与し、また、第2内部空所17から第3内部空所19への被測定ガスの流路を形成することができればよい。 The fourth diffusion rate controlling section 18 is a member (part) that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured. In the example shown in FIG. 7, the fourth diffusion-limiting section 18 forms a hole (flow path through which the gas to be measured flows) whose length extending in the direction perpendicular to the drawing is shorter than the third internal space 19. . Specifically, the fourth diffusion rate-controlling part 18 forms one horizontally long slit (the opening has a longitudinal direction in the direction perpendicular to the drawing) formed as a gap between the second solid electrolyte layer 6 and the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. are doing. That is, the fourth diffusion rate-limiting section 18 is in contact with the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. For example, the fourth diffusion-limiting section 18 is a bridge section (fourth bridge section) that bridges the hollow space of the spacer layer 5, and the space between the fourth diffusion-limiting section 18 and the layer 6 becomes a slit, In other words, it becomes a flow path through which the gas to be measured flows. However, similarly to the first diffusion controlling section 11, the second diffusion controlling section 13, and the third diffusion controlling section 16, the fourth diffusion controlling section 18 has two horizontally elongated sections (the opening in the direction perpendicular to the drawing is on the long side). A slit having a direction may also be formed. That is, the fourth diffusion rate-limiting section 18 does not need to be in contact with the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. The fourth diffusion rate controlling section 18 imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured flowing from the second internal space 17 to the third internal space 19, and also provides a predetermined diffusion resistance to the gas flowing from the second internal space 17 to the third internal space 19. It is only necessary to form a flow path for the gas to be measured to 19.

上述の通り、第4拡散律速部18は、第2内部空所17で補助ポンプセル50の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第3内部空所19に導く部位である。 As described above, the fourth diffusion rate controlling section 18 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 17. This is a part that guides the gas to be measured into the third internal space 19.

第3内部空所19は、第4拡散律速部18を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度は、測定用ポンプセル41の動作により測定される。素子基体100Cにおいては、第1内部空所15において酸素濃度(酸素分圧)が予め調整される。その後、第2内部空所17において、第3拡散律速部16によって形成される流路を通って導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が更に行われる。これにより、第2内部空所17から第3内部空所19に導入される被測定ガスの酸素濃度を高精度に一定に保つことができる。そのため、素子基体100Cは、精度の高いNOx濃度の測定が可能となる。 The third internal space 19 is provided as a space for performing processing related to measurement of the nitrogen oxide (NO x ) concentration in the gas to be measured introduced through the fourth diffusion rate controlling section 18 . The NO x concentration is measured by the operation of the measurement pump cell 41 . In the element substrate 100C, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 15 is adjusted in advance. Thereafter, in the second internal space 17, the oxygen partial pressure is further adjusted by the auxiliary pump cell 50 with respect to the gas to be measured that has been introduced through the flow path formed by the third diffusion rate controlling section 16. Thereby, the oxygen concentration of the gas to be measured introduced from the second internal space 17 to the third internal space 19 can be kept constant with high precision. Therefore, the element substrate 100C enables highly accurate measurement of NO x concentration.

素子基体100Cにおける測定用ポンプセル41は、第2内部空所17内ではなく、第3内部空所19内において、被測定ガス中の窒素酸化物濃度の測定を行う点を除いて、素子基体100における測定用ポンプセル41と同様である。すなわち、第2内部空所17内において酸素濃度が調整された被測定ガスは、測定用ポンプセル41が作動することによってそのNOx濃度を測定される。測定用ポンプセル41は、測定電極44、外側ポンプ電極23、第2固体電解質層6、スペーサ層5、及び第1固体電解質層4により構成される電気化学的ポンプセルである。図7の一例では、測定電極44は、第3内部空所19に隣接する(面する)第1固体電解質層4の上面に設けられる。また、測定電極44は、周囲を、多孔質拡散層91によって覆われる。 The measurement pump cell 41 in the element substrate 100C measures the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured not in the second internal cavity 17 but in the third internal cavity 19. This is similar to the measurement pump cell 41 in . That is, the NOx concentration of the gas to be measured whose oxygen concentration has been adjusted in the second internal space 17 is measured by operating the measurement pump cell 41. The measurement pump cell 41 is an electrochemical pump cell composed of a measurement electrode 44, an outer pump electrode 23, a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, and a first solid electrolyte layer 4. In the example of FIG. 7 , the measurement electrode 44 is provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 adjacent to (facing) the third internal space 19 . Furthermore, the measurement electrode 44 is surrounded by a porous diffusion layer 91 .

素子基体100Cにおける測定電極44は、素子基体100における測定電極44と同様である。ただし、素子基体100Cにおける測定電極44は、第3内部空所19内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。 The measurement electrode 44 on the element substrate 100C is similar to the measurement electrode 44 on the element substrate 100. However, the measurement electrode 44 in the element substrate 100C also functions as a NO x reduction catalyst that reduces NO x present in the atmosphere within the third internal space 19 .

これまでに図7を用いて説明してきたように、ガスセンサ素子101は、ガス導入口10から被測定ガスが導入される内部空間(被測定ガス流通部7C)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部(第4拡散律速部18)を備えていてもよい。この場合、測定電極44は、被測定ガスの流れる方向における上流側が第4拡散律速部18によって区画された内部空所(第3内部空所19)に配置される。第3内部空所19は、第4拡散律速部18によって形成される流路(スリット)を通って第2内部空所17から被測定ガスが導入される空所である。第2内部空所17は、被測定ガス中の酸素分圧を調整可能な補助ポンプセル50が配置される空所であり、つまり、酸素が外部空間に汲み出され、または、汲み入れられる空所である。つまり、測定電極44は、補助ポンプセル50が配置される第2内部空所17から第4拡散律速部18によって形成される流路(スリット)を通って被測定ガスが導入される、第3内部空所19に配置される。係る構成を備えることにより、ガスセンサ素子101は、以下の効果を実現することができる。すなわち、ガスセンサ素子101は、測定電極44へ到達するNOxガスの拡散形態を、第4拡散律速部18を備えない場合に比べて、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと、より近付けることができる。 As described above with reference to FIG. 7, the gas sensor element 101 has a predetermined diffusion resistance for the gas to be measured in the internal space (the gas distribution section 7C) into which the gas to be measured is introduced from the gas inlet 10. It may be provided with a diffusion control section (fourth diffusion control section 18) that provides the following. In this case, the measurement electrode 44 is arranged in an internal space (third internal space 19) whose upstream side in the flow direction of the gas to be measured is partitioned by the fourth diffusion rate controlling section 18 . The third internal space 19 is a space into which the gas to be measured is introduced from the second internal space 17 through a flow path (slit) formed by the fourth diffusion rate limiting section 18 . The second internal space 17 is a space in which an auxiliary pump cell 50 capable of adjusting the oxygen partial pressure in the gas to be measured is arranged, that is, a space where oxygen is pumped into or pumped into the external space. It is. In other words, the measurement electrode 44 is connected to the third interior space into which the gas to be measured is introduced from the second interior space 17 where the auxiliary pump cell 50 is arranged through the flow path (slit) formed by the fourth diffusion control section 18. It is placed in the empty space 19. By having such a configuration, the gas sensor element 101 can achieve the following effects. In other words, the gas sensor element 101 changes the diffusion mode of the NO It is possible to get closer to a form of diffusion through repeated collisions.

(先端保護層を多層構造とする例)
図1に例示する先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。しかしながら、ガスセンサ素子101が備える先端保護層について、全体に亘って気孔率が一定であることは必須ではない。ガスセンサ素子101が備える先端保護層は、多層構造を備えていてもよく、例えば、気孔率の異なる複数の層を含んでいてもよい。以下に、図8を用いて、ガスセンサ素子101が備える先端保護層が多層構造である例について説明する。
(Example where the tip protective layer has a multilayer structure)
The tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 has a constant porosity throughout. However, it is not essential that the tip protection layer included in the gas sensor element 101 has a constant porosity throughout. The tip protection layer included in the gas sensor element 101 may have a multilayer structure, and may include, for example, a plurality of layers having different porosity. An example in which the tip protection layer included in the gas sensor element 101 has a multilayer structure will be described below with reference to FIG. 8.

図8は、変形例に係る先端保護層200Dを備えるガスセンサ素子101の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。具体的には、図8は、互いに気孔率の異なる内側先端保護層201と外側先端保護層202とを含む先端保護層200Dの一例を示す図である。ガスセンサ素子101は、図1に例示する先端保護層200に代えて、内側先端保護層201と外側先端保護層202とを含む、図8に例示する先端保護層200Dを備えてもよい。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D according to a modification. Specifically, FIG. 8 is a diagram showing an example of a tip protection layer 200D including an inner tip protection layer 201 and an outer tip protection layer 202 having different porosities. The gas sensor element 101 may include a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8, which includes an inner tip protection layer 201 and an outer tip protection layer 202, instead of the tip protection layer 200 illustrated in FIG.

先端保護層200Dは、少なくとも、素子基体100のガス導入口10が開口している面(素子基体100の先端面)を覆う。図8に示す例では、先端保護層200Dは、素子基体100の先端面と、係る先端面と連続する素子基体100の4つの側面とを覆うように設けられている。 The tip protection layer 200D covers at least the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is open (the tip surface of the element substrate 100). In the example shown in FIG. 8, the tip protection layer 200D is provided to cover the tip surface of the element substrate 100 and four side surfaces of the element substrate 100 that are continuous with the tip surface.

先端保護層200Dは、少なくとも、内側先端保護層201及び外側先端保護層202を含む。内側先端保護層201は、素子基体100のガス導入口10が開口している面に接する。外側先端保護層202は、先端保護層200Dの最外面を構成する。内側先端保護層201の気孔率は、外側先端保護層202の気孔率よりも大きく、また、内側先端保護層201の厚みは、先端保護層200Dの厚みの30%以上、90%以下である。すなわち、先端保護層200Dは、内側先端保護層201と外側先端保護層202とを含み、内側先端保護層201の気孔率は外側先端保護層202の気孔率よりも大きく、内側先端保護層201の厚みは、先端保護層200Dの厚みの30%から90%である。 The tip protection layer 200D includes at least an inner tip protection layer 201 and an outer tip protection layer 202. The inner tip protection layer 201 is in contact with the surface of the element base 100 where the gas introduction port 10 is open. The outer tip protection layer 202 constitutes the outermost surface of the tip protection layer 200D. The porosity of the inner tip protection layer 201 is greater than the porosity of the outer tip protection layer 202, and the thickness of the inner tip protection layer 201 is 30% or more and 90% or less of the thickness of the tip protection layer 200D. That is, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201 and an outer tip protection layer 202, and the porosity of the inner tip protection layer 201 is larger than that of the outer tip protection layer 202, and the porosity of the inner tip protection layer 201 is The thickness is 30% to 90% of the thickness of the tip protection layer 200D.

当該構成では、先端保護層200Dは、少なくとも2層以上の層を含み、内側の層(例えば、内側先端保護層201)の方が、外側の層(例えば、外側先端保護層202)よりも気孔率が大きい。内側の層(内側先端保護層201)の気孔率を、外側の層(外側先端保護層202)の気孔率よりも大きくすることによって、ガスセンサ素子101は、ガス導入口10付近での被毒物質等による目詰まりを抑制して、NOx感度の低下を回避することができる。 In this configuration, the tip protection layer 200D includes at least two or more layers, and the inner layer (for example, the inner tip protection layer 201) has more pores than the outer layer (for example, the outer tip protection layer 202). The rate is large. By making the porosity of the inner layer (inner tip protection layer 201) larger than the porosity of the outer layer (outer tip protection layer 202), the gas sensor element 101 can prevent poisonous substances near the gas inlet 10. It is possible to suppress clogging due to the like and avoid a decrease in NO x sensitivity.

特に、外側先端保護層202よりも気孔率の大きな内側先端保護層201の厚みを厚くすることによって、つまり、先端保護層200の厚みに対する内側先端保護層201の厚みの割合を高くすることによって、ガスセンサ素子101は、以下の効果を実現する。すなわち、気孔率の大きな内側先端保護層201の厚みを十分に確保することで、ガス導入口10付近での被毒物質等による目詰まりを抑制し、特に、ガス導入口10に近い層(つまり、内側先端保護層201)が目詰まりを起こす可能性を抑制する。具体的には、先端保護層200の厚みに対する、気孔率の大きな内側先端保護層201の厚みの割合を、30%から90%とすることによって、ガス導入口10に接する内側先端保護層201が被毒物質等によって目詰まりを起こすのを回避することができる。 In particular, by increasing the thickness of the inner tip protection layer 201 having a higher porosity than the outer tip protection layer 202, that is, by increasing the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200, The gas sensor element 101 achieves the following effects. That is, by ensuring a sufficient thickness of the inner tip protective layer 201 with a large porosity, clogging caused by poisonous substances etc. near the gas inlet 10 can be suppressed, and in particular, the layer near the gas inlet 10 (i.e. , inner tip protection layer 201) is suppressed from clogging. Specifically, by setting the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 having a large porosity to the thickness of the tip protection layer 200 from 30% to 90%, the inner tip protection layer 201 in contact with the gas inlet 10 is It is possible to avoid clogging caused by poisonous substances, etc.

また、先端保護層200Dは、先端保護層200と同様に、所定の厚みを有し、具体的には、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、0.2mm以上である。すなわち、図8に示す例において、外側先端保護層202の最外面からガス導入口10までの距離d1は、0.2mm以上である。先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1を十分に長くする(具体的には、0.2mm以上とする)ことで、つまり、先端保護層200Dの厚みを十分に厚くすることで、以下の効果を実現することができる。すなわち、被毒物質等が多い厳しい環境下においても、係る被毒物質等を先端保護層200Dにおいて確実にトラップして(捕捉して)、ガス導入口10付近での被毒物質等による目詰まりを抑制して、NOx感度の低下を回避することができる。 Further, the tip protection layer 200D has a predetermined thickness similarly to the tip protection layer 200, and specifically, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200D to the gas inlet 10 is 0.2 mm or more. It is. That is, in the example shown in FIG. 8, the distance d1 from the outermost surface of the outer tip protection layer 202 to the gas introduction port 10 is 0.2 mm or more. By making the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200D to the gas inlet 10 sufficiently long (specifically, 0.2 mm or more), that is, the thickness of the tip protection layer 200D is made sufficiently thick. By doing so, the following effects can be achieved. In other words, even in a harsh environment where there are many poisonous substances, such poisonous substances are reliably trapped (captured) in the tip protective layer 200D, and the vicinity of the gas inlet 10 is prevented from being clogged by poisonous substances. can be suppressed to avoid a decrease in NO x sensitivity.

図8に例示する先端保護層200Dは、内側先端保護層201と外側先端保護層202とを含み、つまり、2層構造である。しかしながら、先端保護層200Dが2層構造であることは必須ではなく、先端保護層200Dが3層以上の層を含んでいてもよい。すなわち、先端保護層200Dは、内側先端保護層201及び外側先端保護層202に加えて、さらに別の層を含んでいてもよく、例えば、3層構造であってもよいし、4層以上の多層構造であってもよい。先端保護層200Dは、少なくとも、素子基体100のガス導入口10が開口している面に接する内側先端保護層201と、先端保護層200Dの最外面を構成する外側先端保護層202とを含んでいればよく、両者の間にさらに別の層を含んでいてもよい。先端保護層200Dにおいては、内側先端保護層201の気孔率が外側先端保護層202の気孔率よりも大きく、かつ、内側先端保護層201の厚みが先端保護層200Dの厚みの30%以上、90%以下であればよい。 The tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 includes an inner tip protection layer 201 and an outer tip protection layer 202, that is, has a two-layer structure. However, it is not essential that the tip protection layer 200D has a two-layer structure, and the tip protection layer 200D may include three or more layers. That is, the tip protection layer 200D may include another layer in addition to the inner tip protection layer 201 and the outer tip protection layer 202. For example, the tip protection layer 200D may have a three-layer structure, or may have a four or more layer structure. It may have a multilayer structure. The tip protection layer 200D includes at least an inner tip protection layer 201 that is in contact with the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is open, and an outer tip protection layer 202 that constitutes the outermost surface of the tip protection layer 200D. Further, another layer may be included between the two. In the tip protection layer 200D, the porosity of the inner tip protection layer 201 is greater than the porosity of the outer tip protection layer 202, and the thickness of the inner tip protection layer 201 is 90% or more of the thickness of the tip protection layer 200D. % or less is sufficient.

[特徴]
以上の通り、本実施形態に係るガスセンサ素子101は、素子基体100(または100C)と、先端保護層200(または200D)と、測定電極44と、多孔質拡散層91(または、91A及び91Bの何れか)と、を含む。例えば、素子基体100は、内部空間として、被測定ガス流通部7を備え、被測定ガス流通部7には、素子基体100の表面に開口したガス導入口10から、被測定ガスが導入される。例えば、先端保護層200は、少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面を覆う。測定電極44は、被測定ガス流通部7に設けられ、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む。例えば、多孔質拡散層91は、測定電極44を覆い、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200よりも気孔率が低い。気孔率の異なる複数の面(層)を含む多孔質拡散層91Aにおいて、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であり、また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は、先端保護層200の気孔率よりも低い。
[Features]
As described above, the gas sensor element 101 according to the present embodiment includes the element base 100 (or 100C), the tip protection layer 200 (or 200D), the measurement electrode 44, and the porous diffusion layer 91 (or 91A and 91B). (any). For example, the element substrate 100 includes a gas to be measured distribution section 7 as an internal space, and a gas to be measured is introduced into the gas distribution section 7 from a gas inlet 10 opened on the surface of the element substrate 100. . For example, the tip protection layer 200 covers at least the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is open. The measurement electrode 44 is provided in the gas distribution section 7 and contains at least one of silica and alumina. For example, the porous diffusion layer 91 covers the measurement electrode 44 and has a porosity of 5% or more and 25% or less, which is lower than that of the tip protection layer 200. In the porous diffusion layer 91A including a plurality of surfaces (layers) with different porosity, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 5% or more and 25% or less, and the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 5% or more and 25% or less. The porosity is lower than the porosity of the tip protection layer 200.

当該構成では、測定電極44の周囲に多孔質拡散層91を設けている。具体的には、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200よりも気孔率の低い多孔質拡散層91によって、測定電極44は覆われている。測定電極44を覆う多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更することができる。そのため、ガスセンサ素子101は、被測定ガス中にH2Oガスが存在していたとしても、測定電極44を覆う多孔質拡散層91によって、H2Oガスの、NOxガス(及びO2ガス)への影響を小さくすることができる。具体的には、ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層91によって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び測定電極44の劣化を抑制することができる。 In this configuration, a porous diffusion layer 91 is provided around the measurement electrode 44. Specifically, the measurement electrode 44 is covered with a porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less and lower than that of the tip protection layer 200. The porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 can change the diffusion mode around the measurement electrode 44 to a mode such as Knudsen diffusion, in which the diffusion occurs while repeatedly colliding with the wall of a sufficiently narrow channel. can. Therefore, in the gas sensor element 101, even if H 2 O gas is present in the gas to be measured, the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44 separates the H 2 O gas, NO x gas (and O 2 gas). ) can be reduced. Specifically, the gas sensor element 101 uses the porous diffusion layer 91 that covers the measurement electrode 44 to suppress fluctuations in NO x output that are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration and Deterioration can be suppressed.

ここで、測定電極44の周囲に拡散抵抗の大きな多孔質拡散層91を設けると、被毒物質等により多孔質拡散層91が目詰まりを起こす可能性がある。そこで、ガスセンサ素子101は、少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面(先端面)を覆う先端保護層200を備える。そのため、ガスセンサ素子101は、先端保護層200によって被毒物質等をトラップし、つまり、先端保護層200によって被毒物質等を捉える(捕捉する)ことができる。 Here, if the porous diffusion layer 91 having a large diffusion resistance is provided around the measurement electrode 44, the porous diffusion layer 91 may become clogged with poisonous substances or the like. Therefore, the gas sensor element 101 includes a tip protection layer 200 that covers at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open (the tip surface). Therefore, the gas sensor element 101 can trap poisonous substances and the like with the tip protection layer 200, that is, can capture (capture) poisonous substances and the like with the tip protection layer 200.

特に、ガスセンサ素子101において、先端保護層200の気孔率は、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層91(91A、91B)の気孔率よりも高い(大きい)。ガスセンサ素子101は、先端保護層200の気孔率を多孔質拡散層91の気孔率よりも高くすることで、「先端保護層200が被毒物質等によって目詰まりしてしまい、NOx出力が低下する」といった事態を回避することができる。 In particular, in the gas sensor element 101, the porosity of the tip protection layer 200 is higher (larger) than the porosity of the porous diffusion layer 91 (91A, 91B) that covers the measurement electrode 44. By making the porosity of the tip protection layer 200 higher than that of the porous diffusion layer 91, the gas sensor element 101 prevents the tip protection layer 200 from becoming clogged with poisonous substances and reducing NOx output. It is possible to avoid situations such as "doing".

また、ガスセンサ素子101において、測定電極44は、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む。ここで、高温(例えば、摂氏700度~800度)でNOxを測定する場合、測定電極44には絶えず、膨張と収縮とが繰り返し発生することになる。そのような環境下においても、測定電極44がシリカ及びアルミナの少なくとも一方を含むことにより、ガスセンサ素子101は、以下の効果を実現することができる。すなわち、ガスセンサ素子101は、測定電極44での膨張と収縮とを抑制することができる。そのため、ガスセンサ素子101は、測定電極44を被覆する多孔質拡散層91に亀裂、割れなどが入るのを防止し、また、測定電極44が素子基体100から剥離するのを防止することができる。 Furthermore, in the gas sensor element 101, the measurement electrode 44 contains at least one of silica and alumina. Here, when measuring NO x at high temperatures (eg, 700 to 800 degrees Celsius), the measurement electrode 44 constantly undergoes repeated expansion and contraction. Even under such an environment, the gas sensor element 101 can achieve the following effects because the measurement electrode 44 contains at least one of silica and alumina. That is, the gas sensor element 101 can suppress expansion and contraction at the measurement electrode 44. Therefore, the gas sensor element 101 can prevent cracks, cracks, etc. from entering the porous diffusion layer 91 covering the measurement electrode 44, and can also prevent the measurement electrode 44 from peeling off from the element base 100.

また、本発明の一観点に係るガスセンサは、ガスセンサ素子101を用いて、被測定ガス中の特定のガス成分の量を、言い換えれば、特定のガス成分の濃度を、測定するように構成されてもよい。係るガスセンサは、測定電極44へ到達するNOxの拡散形態を、分子拡散から、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態へと変更する。そのため、係るガスセンサは、測定電極44を覆う多孔質拡散層91(91A、91B)によって、高H2O濃度下でのNOxの分子拡散に起因すると考えられるNOx出力の変動及び測定電極44の劣化を抑制することができる。 Furthermore, the gas sensor according to one aspect of the present invention is configured to use the gas sensor element 101 to measure the amount of a specific gas component in the gas to be measured, in other words, the concentration of the specific gas component. Good too. Such a gas sensor changes the diffusion form of NO x that reaches the measurement electrode 44 from molecular diffusion to a form in which it diffuses while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel. Therefore, in this gas sensor, the porous diffusion layer 91 (91A, 91B) covering the measurement electrode 44 prevents fluctuations in NO x output, which are considered to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration, and deterioration can be suppressed.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述までの実施形態の説明は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態には、種々の改良及び変形が行われてよい。上記実施形態の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が行われてもよい。また、上記実施形態の各構成要素の形状及び寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
[Modified example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the description of the embodiments thus far is merely an illustration of the present invention in all respects. Various improvements and modifications may be made to the embodiments described above. Regarding each component of the above embodiment, the component may be omitted, replaced, or added as appropriate. Further, the shape and dimensions of each component in the above embodiments may be changed as appropriate depending on the embodiment. For example, the following changes are possible. In addition, below, the same code|symbol is used regarding the same component as the said embodiment, and description is abbreviate|omitted suitably about the same point as the said embodiment. The following modified examples can be combined as appropriate.

(変形例1)
これまで、測定電極44が第1固体電解質層4の上面に配置される例を示してきたが、ガスセンサ素子101において、測定電極44が第1固体電解質層4の上面に配置されることは必須ではない。測定電極44は、例えば、第2固体電解質層6の下面に配置されてもよい。
(Modification 1)
Up to now, an example has been shown in which the measurement electrode 44 is arranged on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, but in the gas sensor element 101, it is essential that the measurement electrode 44 is arranged on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. isn't it. The measurement electrode 44 may be arranged on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6, for example.

(変形例2)
これまで、測定電極44が、上流側に拡散律速部(例えば、第3拡散律速部16または第4拡散律速部18)を備える内部空所(例えば、第2内部空所17または第3内部空所19)に配置される例を示してきた。しかしながら、測定電極44が、上流側に拡散律速部を備える内部空所に配置されることは必須ではない。また、ガスセンサ素子101が備える内部空所が複数(例えば、2室または3室)であることも必須ではない。ガスセンサ素子101は、例えば、1室構造であってもよい。すなわち、ガスセンサ素子101にとって、拡散律速部(第1拡散律速部11、第2拡散律速部13、第3拡散律速部16、及び第4拡散律速部18の少なくとも1つ)を備えることは必須ではない。ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層(多孔質拡散層91、91A、91Bの何れか)と、少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面を覆う先端保護層(先端保護層200、200Dの何れか)を備えていればよい。ガスセンサ素子101において、測定電極44をどこに配置するかは、利用状況などに応じて適宜選択することができる。
(Modification 2)
Until now, the measurement electrode 44 has been configured so that an internal cavity (for example, the second internal cavity 17 or the third internal cavity) is provided with a diffusion-limiting section (for example, the third diffusion-limiting section 16 or the fourth diffusion-limiting section 18) on the upstream side. We have shown an example in which it is placed in location 19). However, it is not essential that the measuring electrode 44 be arranged in an internal cavity with a diffusion-limiting section on the upstream side. Furthermore, it is not essential that the gas sensor element 101 has a plurality of internal cavities (for example, two or three chambers). The gas sensor element 101 may have, for example, a one-chamber structure. That is, it is essential for the gas sensor element 101 to include a diffusion-limiting section (at least one of the first diffusion-limiting section 11, the second diffusion-limiting section 13, the third diffusion-limiting section 16, and the fourth diffusion-limiting section 18). do not have. The gas sensor element 101 includes a porous diffusion layer (either porous diffusion layer 91, 91A, or 91B) that covers the measurement electrode 44, and a tip protection layer that covers at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open. (either the tip protection layer 200 or 200D). Where to arrange the measurement electrode 44 in the gas sensor element 101 can be selected as appropriate depending on the usage situation.

[実施例]
上述の通り、ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層(91、91A、91Bの何れか)と少なくとも素子基体100のガス導入口10が開口している面を覆う先端保護層(200または200D)とを備えることで、以下の効果を実現する。すなわち、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91によって、例えば、高H2O濃度環境下での測定電極44の劣化を抑制し、また、耐久性を向上させることができる。さらに、ガスセンサ素子101は、先端保護層200によって、例えば、多孔質拡散層91の被毒物質等による目詰まりを抑制し、長期間にわたって測定精度を維持することができる。
[Example]
As described above, the gas sensor element 101 includes a porous diffusion layer (any one of 91, 91A, or 91B) that covers the measurement electrode 44 and a tip protection layer (that covers at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open). 200 or 200D), the following effects are achieved. That is, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer 91 can suppress deterioration of the measurement electrode 44 in, for example, a high H 2 O concentration environment, and can also improve durability. Furthermore, the gas sensor element 101 can suppress clogging of the porous diffusion layer 91 due to poisonous substances, for example, by the tip protection layer 200, and can maintain measurement accuracy over a long period of time.

本件発明者らは、以下の実施例及び比較例等に係るガスセンサを作製し、各種の試験を行なって上述の効果を検証した。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The present inventors manufactured gas sensors according to the following Examples and Comparative Examples, etc., and conducted various tests to verify the above-mentioned effects. However, the present invention is not limited to the following examples.

表1は、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るガスセンサ素子を備えるガスセンサについて、各ガスセンサ素子の構成、及び、判定1~5の各々に係る試験の結果を示す。なお、以下の説明においては、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るガスセンサ素子を備えるガスセンサを、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るガスセンサ(NOxセンサ)と略記することがある。 Table 1 shows the configuration of each gas sensor element and the test results for each of Judgments 1 to 5 for gas sensors equipped with gas sensor elements according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3. In the following description, a gas sensor including a gas sensor element according to each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 will be referred to as a gas sensor (NO x sensor) according to each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3. ) is sometimes abbreviated as

(実施例1~13及び比較例1~3の各々の詳細)
実施例1は、図1に例示する先端保護層200と、図6に例示する多孔質拡散層91Bとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.1mmであり、0.15mm以下である。実施例1に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、全体に亘って気孔率が5%以上かつ25%以下で一定な多孔質の層であり、具体的には、多孔質拡散層91Bの気孔率は12%である。また、多孔質拡散層91Bの表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)の気孔率、及び、電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)の面の気孔率は、共に12%であり、両者の間の気孔率差は0%である。つまり、多孔質拡散層91Bの厚み方向における外側の面と内側の面とは、気孔率が共に12%である。実施例1に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率よりも高い。つまり、実施例1に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(12%)は、先端保護層200の気孔率(20%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、300μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例1に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、300μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。
(Details of each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3)
Example 1 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the first embodiment, the porous diffusion layer 91B is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less over the whole. The porosity is 12%. In addition, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B (the outer surface facing the measured gas flow section 7) and the electrode-side surface (the inner surface facing the measurement electrode 44, the inner surface facing the measurement electrode 44) The porosity of both surfaces is 12%, and the difference in porosity between them is 0%. That is, both the outer surface and the inner surface in the thickness direction of the porous diffusion layer 91B have a porosity of 12%. Regarding the gas sensor according to Example 1, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, the tip protection layer 200 is entirely The porosity is constant. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 20%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 1, the porosity of the porous diffusion layer 91B (12%) is lower than the porosity of the tip protection layer 200 (20%). In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 300 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to the first embodiment, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is equal to the thickness from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 300 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例2は、図1に例示する先端保護層200と、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、実施例2においては、実施例1と異なり、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1と同様に、実施例2において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例2に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例2に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は6%であり、電極側の面の気孔率は10%である。つまり、実施例2のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(10%)は、外側の面(表面)の気孔率(6%)よりも高い。ただし、両者の差は10%未満(具体的には、4%)であり、つまり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(10%)は、外側の面の気孔率(6%)よりも、4%高い。実施例2において、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、測定電極44に対向する内側の面の気孔率(10%)は、外側の面の気孔率(6%)よりも高く、具体的には4%高い。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は8%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例2に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は25%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例2に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(8%)は、先端保護層200の気孔率(25%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、280μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例2に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、280μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 2 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, in Example 2, unlike Example 1, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Example 1, in Example 2, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the second embodiment, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 2, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 6%, and the porosity of the surface on the electrode side is 10%. That is, in the gas sensor of Example 2, the porosity (10%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is equal to the porosity (6%) of the outer surface (surface). %). However, the difference between the two is less than 10% (specifically, 4%), that is, the porosity (10%) of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is lower than that of the outer surface. 4% higher than the porosity (6%) of In Example 2, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 (10%) is higher than the porosity of the outer surface (6%). High, specifically 4% higher. Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 8%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 2, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, the tip protection layer 200 is entirely The porosity is constant. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 25%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, in the gas sensor according to Example 2, the porosity (average porosity) (8%) of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity (25%) of the tip protection layer 200. In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 280 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to the second embodiment, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is equal to the thickness from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 280 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例3は、図8に例示する先端保護層200Dと、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1、2と同様に、実施例3において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は8%であり、電極側の面の気孔率は18%である。つまり、実施例3のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(18%)は、外側の面(表面)の気孔率(8%)よりも高い。そして、実施例2と異なり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(18%)と、外側の面の気孔率(8%)との差は10%以上(具体的には、10%)である。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は12%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例3に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は20%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(12%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(20%)よりも低い。また、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の気孔率は60%である。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、1020μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは280μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは740μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、73%であり、30%以上、90%以下である。 Example 3 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Examples 1 and 2, in Example 3, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the third embodiment, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 3, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 8%, and the porosity of the surface on the electrode side is 18%. That is, in the gas sensor of Example 3, the porosity (18%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is equal to the porosity (8%) of the outer surface (surface). %). Unlike Example 2, the difference between the porosity (18%) of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A and the porosity (8%) of the outer surface is 10% or more ( Specifically, it is 10%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 12%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 3, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 20%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, in the gas sensor according to Example 3, the porosity (average porosity) (12%) of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity (average porosity) (20%) of the tip protection layer 200D. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 60%. The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200D to the gas inlet 10 is 1020 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 280 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 740 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 73%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例4は、図8に例示する先端保護層200Dと、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-3と同様に、実施例4において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は20%であり、電極側の面の気孔率は30%である。つまり、実施例4のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(30%)は、外側の面(表面)の気孔率(20%)よりも高い。そして、実施例2と異なり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(30%)と、外側の面の気孔率(20%)との差は10%以上(具体的には、10%)である。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は25%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例4に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は20%であり、実施例3と異なり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも低い。つまり、実施例3と異なり、実施例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(25%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(20%)よりも高い。ただし、先端保護層200Dの含む内側先端保護層201の気孔率は、60%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(25%)よりも高い。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、1000μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは300μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは700μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、70%であり、30%以上、90%以下である。 Example 4 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Example 1-3, in Example 4, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the fourth embodiment, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 4, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 20%, and the porosity of the surface on the electrode side is 30%. That is, in the gas sensor of Example 4, the porosity (30%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is the same as the porosity (20%) of the outer surface (surface). %). Unlike Example 2, the difference between the porosity (30%) of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A and the porosity (20%) of the outer surface is 10% or more ( Specifically, it is 10%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 25%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 4, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 20%, which, unlike Example 3, is lower than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, unlike Example 3, in the gas sensor according to Example 4, the porosity (average porosity) (25%) of the porous diffusion layer 91A is different from the porosity (average porosity) (20%) of the tip protection layer 200D. ) higher than However, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 60%, which is higher than the porosity (average porosity) (25%) of the porous diffusion layer 91A. The shortest distance (d1) between the tip protection layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200D to the gas inlet 10 is 1000 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 300 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 700 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 70%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例5は、図8に例示する先端保護層200Dと、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-4と同様に、実施例5において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例5に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例5に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は10%であり、電極側の面の気孔率は20%である。つまり、実施例5のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(20%)は、外側の面(表面)の気孔率(10%)よりも高い。そして、実施例2と異なり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(20%)と、外側の面の気孔率(10%)との差は10%以上(具体的には、10%)である。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は15%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例5に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は25%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例5に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(15%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(25%)よりも低い。また、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の気孔率は65%である。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、990μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは360μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは630μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、64%であり、30%以上、90%以下である。 Example 5 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Example 1-4, in Example 5, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Example 5, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 5, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 10%, and the porosity of the surface on the electrode side is 20%. That is, in the gas sensor of Example 5, the porosity (20%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is equal to the porosity (10%) of the outer surface (surface). %). Unlike Example 2, the difference between the porosity (20%) of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A and the porosity (10%) of the outer surface is 10% or more ( Specifically, it is 10%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 15%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 5, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 25%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, in the gas sensor according to Example 5, the porosity (average porosity) (15%) of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity (average porosity) (25%) of the tip protection layer 200D. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 65%. The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200D to the gas inlet 10 is 990 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 360 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 630 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 64%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例6は、図8に例示する先端保護層200Dと、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-5と同様に、実施例6において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例6に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例6に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は7%であり、電極側の面の気孔率は15%である。つまり、実施例6のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(15%)は、外側の面(表面)の気孔率(7%)よりも高い。ただし、実施例3、4、5と異なり、両者の差は10%未満(具体的には、8%)であり、つまり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(15%)は、外側の面の気孔率(7%)よりも、8%高い。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は10%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例6に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は15%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例6に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(10%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(15%)よりも低い。また、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の気孔率は50%である。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、1050μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは200μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは850μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、81%であり、30%以上、90%以下である。 Example 6 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Examples 1-5, in Example 6, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the sixth embodiment, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 6, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 7%, and the porosity of the surface on the electrode side is 15%. That is, in the gas sensor of Example 6, the porosity (15%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is equal to the porosity (7%) of the outer surface (surface). %). However, unlike Examples 3, 4, and 5, the difference between the two is less than 10% (specifically, 8%), that is, the pores on the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A The porosity (15%) is 8% higher than the porosity of the outer surface (7%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 10%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 6, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 15%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, in the gas sensor according to Example 6, the porosity (average porosity) (10%) of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity (average porosity) (15%) of the tip protection layer 200D. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 50%. The shortest distance (d1) between the tip protection layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200D to the gas inlet 10 is 1050 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 200 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 850 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 81%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例7は、図8に例示する先端保護層200Dと、図6に例示する多孔質拡散層91B(ただし、表面と電極側の面とで気孔率が異なる)とを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.1mmである。ただし、実施例1-6と同様に、実施例7において測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離d2は、0.15mm以下である。また、実施例7に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例1と異なり、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例7に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの表面の気孔率は8%であり、電極側の面の気孔率は18%である。つまり、実施例7のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(18%)は、外側の面(表面)の気孔率(8%)よりも高く、両者の差は10%以上(具体的には、10%)である。また、多孔質拡散層91Bの平均気孔率は15%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例7に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は23%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例7に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)(15%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(23%)よりも低い。また、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の気孔率は55%である。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、500μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは350μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは150μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、30%であり、30%以上、90%以下である。 Example 7 includes a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 (however, the porosity is different between the surface and the electrode side surface). It is a gas sensor. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.1 mm. However, similarly to Examples 1-6, in Example 7, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is 0.15 mm or less. In addition, in the gas sensor according to the seventh embodiment, the porous diffusion layer 91B differs from the first embodiment in that the surface (the outer surface facing the gas distribution section 7 to be measured) and the electrode side surface (the outer surface facing the measurement electrode 44) are different from those in the first embodiment. The porosity differs between the inner surface and the surface facing the measurement electrode 44. Specifically, in the gas sensor according to Example 7, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B is 8%, and the porosity of the surface on the electrode side is 18%. That is, in the gas sensor of Example 7, the porosity (18%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91B is equal to the porosity (8%) of the outer surface (surface). %), and the difference between the two is 10% or more (specifically, 10%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91B is 15%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 7, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 23%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 7, the porosity (average porosity) (15%) of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity (average porosity) (23%) of the tip protection layer 200D. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 55%. The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200D to the gas inlet 10 is 500 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 350 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 150 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 30%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例8は、図1に例示する先端保護層200と、図6に例示する多孔質拡散層91B(ただし、表面と電極側の面とで気孔率が異なる)とを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.13mmである。ただし、実施例1-7と同様に、実施例8において測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離d2は、0.15mm以下である。また、実施例8に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例1と異なり、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例8に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの表面の気孔率は17%であり、電極側の面の気孔率は22%である。つまり、実施例8のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(22%)は、外側の面(表面)の気孔率(17%)よりも高い。ただし、実施例3、4、5、及び7と異なり、両者の差は10%未満(具体的には、5%)であり、つまり、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(22%)は、外側の面の気孔率(17%)よりも、5%高い。また、多孔質拡散層91Bの平均気孔率は20%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例8に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は30%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例8に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)(20%)は、先端保護層200の気孔率(30%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、200μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例8に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、200μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 8 includes a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 (the porosity is different between the surface and the electrode side surface). It is a gas sensor. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.13 mm. However, similarly to Examples 1-7, in Example 8, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is 0.15 mm or less. In addition, in the gas sensor according to the eighth embodiment, the porous diffusion layer 91B differs from the first embodiment in that the surface (the outer surface facing the gas distribution section 7 to be measured) and the electrode side surface (the outer surface facing the measurement electrode 44) are different from those in the first embodiment. The porosity differs between the inner surface and the surface facing the measurement electrode 44. Specifically, in the gas sensor according to Example 8, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B is 17%, and the porosity of the surface on the electrode side is 22%. That is, in the gas sensor of Example 8, the porosity (22%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91B is different from the porosity (17%) of the outer surface (surface). %). However, unlike Examples 3, 4, 5, and 7, the difference between the two is less than 10% (specifically, 5%). The porosity of the face (22%) is 5% higher than the porosity of the outer face (17%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91B is 20%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 8, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 30%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 8, the porosity (average porosity) (20%) of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity (30%) of the tip protection layer 200. In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 200 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Example 8, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 200 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例9は、図8に例示する先端保護層200Dと、図6に例示する多孔質拡散層91Bとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.1mmである。ただし、実施例1-8と同様に、実施例9において測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離d2は、0.15mm以下である。また、実施例9に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例2-8と異なり、全体に亘って気孔率が5%以上かつ25%以下で一定な多孔質の層であり、具体的には、多孔質拡散層91Bの気孔率は25%である。また、多孔質拡散層91Bの表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)の気孔率、及び、電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)の面の気孔率は、共に25%であり、両者の間の気孔率差は0%である。実施例9に係るガスセンサについて、先端保護層200Dの有無は「有」であり、また、実施例1、2と異なり、先端保護層200Dは、内側先端保護層201を含む。具体的には、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)は15%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも低い。つまり、実施例1-3、5-8と異なり、実施例9に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(25%)は、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)(15%)よりも高い。ただし、先端保護層200Dの含む内側先端保護層201の気孔率は、45%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(25%)よりも高い。先端保護層200Dとガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200Dの最外面からガス導入口10までの距離d1は、900μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Dの備える外側先端保護層202の厚みは300μmであり、先端保護層200Dの備える内側先端保護層201の厚みは600μmである。それゆえ、内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Dの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、67%であり、30%以上、90%以下である。 Example 9 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200D illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.1 mm. However, similarly to Examples 1-8, in Example 9, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is 0.15 mm or less. Furthermore, in the gas sensor according to Example 9, the porous diffusion layer 91B is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout, unlike in Example 2-8. Specifically, the porosity of the porous diffusion layer 91B is 25%. In addition, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B (the outer surface facing the measured gas flow section 7) and the electrode-side surface (the inner surface facing the measurement electrode 44, the inner surface facing the measurement electrode 44) The porosity of both surfaces is 25%, and the difference in porosity between them is 0%. Regarding the gas sensor according to Example 9, the presence or absence of the tip protection layer 200D is "yes", and unlike Examples 1 and 2, the tip protection layer 200D includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity (average porosity) of the tip protection layer 200D is 15%, which is lower than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, unlike Examples 1-3 and 5-8, in the gas sensor according to Example 9, the porosity (25%) of the porous diffusion layer 91B is different from the porosity (average porosity) (15%) of the tip protection layer 200D. %). However, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 45%, which is higher than the porosity (25%) of the porous diffusion layer 91B. The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200D and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200D to the gas inlet 10 is 900 μm, which is 200 μm (0.2 mm) or more. It is. The thickness of the outer tip protection layer 202 included in the tip protection layer 200D is 300 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200D is 600 μm. Therefore, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200D is 67%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例10は、図1に例示する先端保護層200と、図6に例示する多孔質拡散層91B(ただし、表面と電極側の面とで気孔率が異なる)とを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.15mmである。ただし、実施例1-9と同様に、実施例10において測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例10に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例1と異なり、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例10に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの表面の気孔率は12%であり、電極側の面の気孔率は10%である。つまり、実施例3、4、5、及び7と異なり、実施例10のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(10%)は、外側の面(表面)の気孔率(12%)よりも低く、具体的には、2%低い。また、多孔質拡散層91Bの平均気孔率は10%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例10に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例10に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)(10%)は、先端保護層200の気孔率(20%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、300μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例10に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、300μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 10 includes a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 (however, the porosity is different between the surface and the electrode side surface). It is a gas sensor. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.15 mm. However, similarly to Example 1-9, in Example 10, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the tenth embodiment, the porous diffusion layer 91B differs from the first embodiment in that the porous diffusion layer 91B has a surface (the outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (the inner surface facing the measurement electrode 44). The porosity differs depending on the surface (the surface facing the measurement electrode 44). Specifically, in the gas sensor according to Example 10, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B is 12%, and the porosity of the surface on the electrode side is 10%. That is, unlike Examples 3, 4, 5, and 7, in the gas sensor of Example 10, the porosity (10%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity of the outer surface (12%), specifically 2% lower. Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91B is 10%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 10, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 20%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 10, the porosity (average porosity) (10%) of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity (20%) of the tip protection layer 200. In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 300 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Example 10, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 300 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例11は、図1に例示する先端保護層200と、図6に例示する多孔質拡散層91B(ただし、表面と電極側の面とで気孔率が異なる)とを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.1mmである。ただし、実施例1-10と同様に、実施例11において測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例11に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例1と異なり、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例11に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの表面の気孔率は7%であり、電極側の面の気孔率は12%である。つまり、実施例11のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(12%)は、外側の面(表面)の気孔率(7%)よりも高い。ただし、実施例3、4、5、及び7と異なり、両者の差は10%未満(具体的には、5%)である。また、多孔質拡散層91Bの平均気孔率は10%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例11に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例11に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)(10%)は、先端保護層200の気孔率(20%)よりも低い。また、実施例11に係るガスセンサにおいて、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、100μmである。つまり、実施例1-10と異なり、実施例11において、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、200μm(0.2mm)未満である。前述の通り、実施例11に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、100μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 11 includes a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 (however, the porosity is different between the surface and the electrode side surface). It is a gas sensor. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.1 mm. However, similarly to Example 1-10, in Example 11, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Example 11, the porous diffusion layer 91B differs from Example 1 in that the porous diffusion layer 91B has a surface (the outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (the inner surface facing the measurement electrode 44). The porosity differs depending on the surface (the surface facing the measurement electrode 44). Specifically, in the gas sensor according to Example 11, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B is 7%, and the porosity of the surface on the electrode side is 12%. That is, in the gas sensor of Example 11, the porosity (12%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91B is equal to the porosity (7%) of the outer surface (surface). %). However, unlike Examples 3, 4, 5, and 7, the difference between them is less than 10% (specifically, 5%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91B is 10%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 11, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 20%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 11, the porosity (average porosity) (10%) of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity (20%) of the tip protection layer 200. Further, in the gas sensor according to Example 11, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 100 μm. It is. That is, unlike Examples 1-10, in Example 11, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is less than 200 μm (0.2 mm). As mentioned above, in the gas sensor according to Example 11, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. is the same as the distance d1, which is 100 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例12は、図1に例示する先端保護層200と、図6に例示する多孔質拡散層91B(ただし、表面と電極側の面とで気孔率が異なる)とを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、測定電極44と多孔質拡散層91Bとの間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.2mmである。すなわち、実施例1-11と異なり、実施例12においては、多孔質拡散層91Bから測定電極44までの距離d2は0.2mmであり、0.15mmよりも大きい。実施例12に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bは、実施例1と異なり、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例12に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの表面の気孔率は12%であり、電極側の面の気孔率は14%である。つまり、実施例12のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(14%)は、外側の面(表面)の気孔率(12%)よりも高い。ただし、実施例3、4、5、及び7と異なり、両者の差は10%未満(具体的には、2%)である。また、多孔質拡散層91Bの平均気孔率は15%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例12に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は25%であり、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例12に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Bの気孔率(平均気孔率)(15%)は、先端保護層200の気孔率(25%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、300μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例12に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、300μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 12 includes a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91B illustrated in FIG. 6 (however, the porosity is different between the surface and the electrode side surface). It is a gas sensor. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91B, and the distance d2 between the two is 0.2 mm. That is, unlike Example 1-11, in Example 12, the distance d2 from the porous diffusion layer 91B to the measurement electrode 44 is 0.2 mm, which is larger than 0.15 mm. In the gas sensor according to the twelfth embodiment, the porous diffusion layer 91B differs from the first embodiment in that the porous diffusion layer 91B has a surface (the outer surface facing the gas distribution section 7 to be measured) and an electrode side surface (the inner surface facing the measurement electrode 44). The porosity differs depending on the surface (the surface facing the measurement electrode 44). Specifically, in the gas sensor according to Example 12, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91B is 12%, and the porosity of the surface on the electrode side is 14%. That is, in the gas sensor of Example 12, the porosity (14%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91B is equal to the porosity (12%) of the outer surface (surface). %). However, unlike Examples 3, 4, 5, and 7, the difference between them is less than 10% (specifically, 2%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91B is 15%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 12, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 25%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91B. That is, in the gas sensor according to Example 12, the porosity (average porosity) (15%) of the porous diffusion layer 91B is lower than the porosity (25%) of the tip protection layer 200. In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 300 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Example 12, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 300 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

実施例13は、図1に例示する先端保護層200と、図5に例示する多孔質拡散層91Aとを備えるガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、実施例13においては、実施例1と異なり、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-11と同様に、実施例13において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。実施例13に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、実施例13に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は15%であり、電極側の面の気孔率は6%である。つまり、実施例1-9、11、及び12と異なり、実施例13のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(6%)は、外側の面(表面)の気孔率(15%)よりも低い。具体的には、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(6%)は、外側の面の気孔率(15%)よりも、9%低い。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は11%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。実施例13に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は25%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも高い。つまり、実施例13に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(11%)は、先端保護層200の気孔率(25%)よりも低い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、280μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、実施例13に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、280μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Example 13 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and a porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5. Specifically, in Example 13, unlike Example 1, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Example 1-11, in Example 13, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Example 13, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Example 13, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 15%, and the porosity of the surface on the electrode side is 6%. That is, unlike Examples 1-9, 11, and 12, in the gas sensor of Example 13, the porosity (6%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity of the outer surface (15%). Specifically, the porosity (6%) of the inner surface of the porous diffusion layer 91A facing the measurement electrode 44 is 9% lower than the porosity (15%) of the outer surface. Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 11%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. Regarding the gas sensor according to Example 13, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 25%, which is higher than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, in the gas sensor according to Example 13, the porosity (average porosity) (11%) of the porous diffusion layer 91A is lower than the porosity (25%) of the tip protection layer 200. In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 280 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Example 13, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, so the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 280 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

比較例1は、先端保護層200を備えていない点を除き、構造は実施例2と同様のセンサ素子を含むガスセンサである。具体的には、比較例1においては、実施例1と異なり、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-11、13と同様に、比較例1において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。比較例1に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、比較例1に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は6%であり、電極側の面の気孔率は12%である。つまり、比較例1のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(12%)は、外側の面(表面)の気孔率(6%)よりも高い。ただし、実施例3-7と異なり、両者の差は10%未満(具体的には、6%)であり、つまり、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率(12%)は、外側の面の気孔率(6%)よりも、6%高い。また、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は10%であり、平均気孔率は5%以上かつ25%以下である。前述の通り、比較例1に係るガスセンサは、先端保護層200を備えていないため、先端保護層200の有無は「無」であり、先端保護層200の気孔率、及び内側先端保護層201の気孔率は、何れも、「-」である。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離、外側先端保護層202の厚み、内側先端保護層201の厚み、内側先端保護層201の厚み割合についても、何れも「-」である。 Comparative Example 1 is a gas sensor including a sensor element having the same structure as Example 2, except that it does not include the tip protection layer 200. Specifically, in Comparative Example 1, unlike Example 1, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Examples 1-11 and 1-13, in Comparative Example 1, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Comparative Example 1, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Comparative Example 1, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 6%, and the porosity of the surface on the electrode side is 12%. That is, in the gas sensor of Comparative Example 1, the porosity (12%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is the same as the porosity (6%) of the outer surface (surface). %). However, unlike Example 3-7, the difference between the two is less than 10% (specifically, 6%), that is, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A ( 12%) is 6% higher than the porosity of the outer surface (6%). Further, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 10%, and the average porosity is 5% or more and 25% or less. As mentioned above, since the gas sensor according to Comparative Example 1 does not include the tip protection layer 200, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "absent", and the porosity of the tip protection layer 200 and the inner tip protection layer 201 are The porosity is "-" in all cases. Furthermore, the shortest distance between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, the thickness of the outer tip protection layer 202, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-". .

比較例2は、多孔質拡散層(多孔質拡散層91、91A、91B)を備えず、図1に例示する先端保護層200のみを備えるセンサ素子を含むガスセンサである。比較例2は、多孔質拡散層を備えていないため、測定電極44と多孔質拡散層との距離、多孔質拡散層の平均気孔率、多孔質拡散層の表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)の気孔率は、何れも「-」である。また、多孔質拡散層の電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する面)の面の気孔率、及び多孔質拡散層の(表面と測定電極44側の面との間の)気孔率差についても、何れも「-」である。比較例2に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は15%である。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、250μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、比較例2に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、250μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Comparative Example 2 is a gas sensor that does not include a porous diffusion layer (porous diffusion layers 91, 91A, 91B) and includes a sensor element that includes only the tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1. Comparative Example 2 does not have a porous diffusion layer, so the distance between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer, the average porosity of the porous diffusion layer, the surface of the porous diffusion layer (the gas distribution part 7 to be measured) The porosity of the facing outer surface is "-" in all cases. In addition, the porosity of the surface of the porous diffusion layer on the electrode side (the inner surface facing the measurement electrode 44, the surface facing the measurement electrode 44), and the porosity of the surface of the porous diffusion layer (the surface and the surface of the measurement electrode 44 side) The difference in porosity (between the surfaces) is also "-" in both cases. Regarding the gas sensor according to Comparative Example 2, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 15%. Further, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 250 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Comparative Example 2, since the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 250 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

比較例3は、実施例2と同様の構造だが、多孔質拡散層91Aの平均気孔率が、25%よりも大きく(高く)、かつ、先端保護層200の気孔率よりも高いガスセンサ素子101を含むガスセンサである。具体的には、比較例3においては、実施例1と異なり、測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間に空間(隙間)が無く、両者の間の距離d2は0mmである。ただし、実施例1-11、13と同様に、比較例3において測定電極44と多孔質拡散層91Aとの間の距離d2は、0.15mm以下である。比較例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aは、表面(被測定ガス流通部7に面する外側の面)と電極側の面(測定電極44に対向する内側の面、測定電極44に面する(接する)面)とで気孔率が異なる。具体的には、比較例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの表面の気孔率は30%であり、電極側の面の気孔率は40%である。つまり、比較例3のガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率(40%)は、外側の面(表面)の気孔率(30%)よりも高く、両者の差は10%以上(具体的には、10%)である。また、実施例1-3、5-8、10-13と異なり、多孔質拡散層91Aの平均気孔率は35%であり、平均気孔率は25%よりも大きい(高い)。比較例3に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」であり、また、実施例3-7と異なり、先端保護層200は、内側先端保護層201を含んでおらず、つまり、先端保護層200は、全体に亘って気孔率が一定である。具体的には、先端保護層200の気孔率は30%であり、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)よりも低い。つまり、実施例1-3、5-8、10-13と異なり、比較例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91Aの気孔率(平均気孔率)(35%)は、先端保護層200の気孔率(30%)よりも高い。また、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、言い換えれば、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1は、280μmであり、200μm(0.2mm)以上である。前述の通り、比較例3に係るガスセンサにおいて、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでいないため、外側先端保護層202の厚みは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1と同じであり、280μmである。また、内側先端保護層201の気孔率、内側先端保護層201の厚み、及び内側先端保護層201の厚み割合は、何れも「-」である。 Comparative Example 3 has the same structure as Example 2, but includes a gas sensor element 101 in which the average porosity of the porous diffusion layer 91A is larger (higher) than 25% and higher than the porosity of the tip protection layer 200. It is a gas sensor that includes. Specifically, in Comparative Example 3, unlike Example 1, there is no space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A, and the distance d2 between them is 0 mm. However, similarly to Examples 1-11 and 1-13, in Comparative Example 3, the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Comparative Example 3, the porous diffusion layer 91A has a surface (outer surface facing the gas flow section 7 to be measured) and an electrode side surface (inner surface facing the measurement electrode 44, The porosity differs depending on the facing (contacting) surface. Specifically, in the gas sensor according to Comparative Example 3, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A is 30%, and the porosity of the surface on the electrode side is 40%. That is, in the gas sensor of Comparative Example 3, the porosity (40%) of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is the same as the porosity (30%) of the outer surface (surface). %), and the difference between the two is 10% or more (specifically, 10%). Further, unlike Examples 1-3, 5-8, and 10-13, the average porosity of the porous diffusion layer 91A is 35%, which is larger (higher) than 25%. Regarding the gas sensor according to Comparative Example 3, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "yes", and unlike Example 3-7, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, The tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. Specifically, the porosity of the tip protection layer 200 is 30%, which is lower than the porosity (average porosity) of the porous diffusion layer 91A. That is, unlike Examples 1-3, 5-8, and 10-13, in the gas sensor according to Comparative Example 3, the porosity (average porosity) (35%) of the porous diffusion layer 91A is the same as that of the tip protection layer 200. Higher than porosity (30%). In addition, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10 is 280 μm, which is 200 μm (0.2 mm). ) That's it. As mentioned above, in the gas sensor according to Comparative Example 3, since the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, the thickness of the outer tip protection layer 202 is the same from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas inlet 10. It is the same as the distance d1, which is 280 μm. Further, the porosity of the inner tip protection layer 201, the thickness of the inner tip protection layer 201, and the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 are all "-".

(判定1~5の各々の詳細)
判定1は、高H2O濃度による測定電極の劣化を抑制する効果を検証するものである。具体的には、先ずH2O濃度=25%、O2濃度=20.5%の環境を準備した。そして、係る環境下で、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサについて、2000時間の長期耐久試験を行った。本件発明者らは、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサが長期間にわたって連続的に使用された場合の、特性の劣化(高H2O濃度による測定電極の劣化)の程度を把握するべく、以下の加速劣化試験条件の下で、この長期耐久試験を行なった。すなわち、本件発明者らは、発熱部72による加熱温度を、センサ素子駆動温度よりも所定の温度(本長期耐久試験においては摂氏100度)だけ高い温度とした加速劣化試験条件の下で、長期耐久試験を行なった。センサ素子駆動温度は、NOxセンサが使用される(実際に使用される)際の、発熱部72による加熱温度であり、ガスセンサ素子101が駆動される際の、加熱温度と捉えることができる。試験の前後で、モデルガスを用いた評価を行い、NOx=500ppmを流した時のNOx出力の変化の度合いを調査した。「A」は、「NOx感度変化率がプラスマイナス10%以内であった」ことを示す。「B」は、「NOx感度変化率がプラスマイナス10%よりも大きく、20%以内であった」ことを示す。「F」は、「NOx感度変化率がプラスマイナス20%よりも大きかった」ことを示す。
(Details of each judgment 1 to 5)
Judgment 1 verifies the effect of suppressing deterioration of the measurement electrode due to high H 2 O concentration. Specifically, first, an environment with a H 2 O concentration of 25% and an O 2 concentration of 20.5% was prepared. Then, under such an environment, a long-term durability test of 2000 hours was conducted on the NO x sensors according to each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3. The inventors of the present invention have discovered that when the NO x sensors according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 are used continuously for a long period of time, the characteristics deteriorate (the measurement electrodes deteriorate due to high H 2 O concentration). In order to understand the extent of deterioration), this long-term durability test was conducted under the following accelerated deterioration test conditions. That is, the present inventors conducted a long-term test under accelerated deterioration test conditions in which the heating temperature by the heat generating part 72 was higher than the sensor element driving temperature by a predetermined temperature (100 degrees Celsius in this long-term durability test). A durability test was conducted. The sensor element driving temperature is the heating temperature by the heat generating unit 72 when the NO x sensor is used (actually used), and can be regarded as the heating temperature when the gas sensor element 101 is driven. Before and after the test, evaluation was performed using a model gas, and the degree of change in NO x output when NO x =500 ppm was flowed was investigated. "A" indicates that "the NO x sensitivity change rate was within plus or minus 10%.""B" indicates that "the NO x sensitivity change rate was greater than plus or minus 10% and within 20%.""F" indicates that "the rate of change in NOx sensitivity was greater than plus or minus 20%."

判定2は、NOxガスが流れている時のH2O依存性を抑制し、測定精度を向上する効果を検証するものであり、具体的には、以下の検証(調査)を行なった。すなわち、判定1の試験実施後、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサについて、NOx濃度=500ppm、H2O濃度=3%をベースとして、NOx濃度=500ppm、H2O濃度=15%に変化させた。そして、係る変化の際のNOx出力の変化度合を調査した。「A」は、「H2O濃度=3%の時から、H2O濃度=15%の時へのNOx感度の変化率(変化度合)がプラスマイナス5%以内であった」ことを示す。「B」は、「H2O濃度=3%の時から、H2O濃度=15%の時へのNOx感度の変化率がプラスマイナス10%以内であった」ことを示す。「F」は、「H2O濃度=3%の時から、H2O濃度=15%の時へのNOx感度の変化率がプラスマイナス10%よりも大きかった」ことを示す。 Judgment 2 was to verify the effect of suppressing H 2 O dependence when NO x gas is flowing and improving measurement accuracy. Specifically, the following verification (investigation) was performed. That is, after conducting the test for Judgment 1, for the NO x sensors according to each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3, NO x concentration = 500 ppm and H 2 O concentration = 3% as bases. The H 2 O concentration was changed to 500 ppm and 15%. Then, the degree of change in NO x output during such changes was investigated. "A" means that "the rate of change (degree of change) in NO x sensitivity from when H 2 O concentration = 3% to when H 2 O concentration = 15% was within plus or minus 5%." show. "B" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity from when the H 2 O concentration was 3% to when the H 2 O concentration was 15% was within plus or minus 10%.""F" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity from when the H 2 O concentration was 3% to when the H 2 O concentration was 15% was greater than plus or minus 10%."

判定3は、先端保護層の「被毒物質をトラップして、測定電極の周囲(例えば、多孔質拡散層)での目詰まりを抑制する効果」を検証するものであり、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサについて、以下のMg被毒試験を行なった。すなわち、Mgイオン濃度が5mmol/LであるMgイオン溶液を10μL滴下し、1分間静置後、ガスセンサを摂氏800度で10分間駆動させるサイクルを10回繰り返し、合計100μLのMgイオン溶液を滴下した。そして、試験前後でのNOx出力の変化度合(変化率)を調査した。具体的には、先ず、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサを使用して、NOx濃度=500ppmのNOxモデルガス中でNOx感度測定を行い、この感度を初期NOx感度とした。そして、各NOxセンサのガス導入口に上述のMgイオン溶液を10μL滴下し、1分間静置後、各NOxセンサを摂氏800度で10分間駆動させるというサイクルを10回繰り返し、合計100μLのMgイオン溶液を滴下した。その後、各NOxセンサを使用して、再び上述のNOxモデルガス中でNOx感度の測定を行い、測定されたNOx感度を初期NOx感度と比較して、感度低下率を算出した。「A」は、「NOx感度の変化率が10%以内であった」ことを示す。「B」は、「NOx感度の変化率が20%よりも大きく、30%以内であった」ことを示す。「F」は、「NOx感度の変化率が30%よりも大かった」ことを示す。 Judgment 3 is to verify the "effect of trapping poisonous substances and suppressing clogging around the measurement electrode (e.g., porous diffusion layer)" of the tip protection layer, and is based on Examples 1 to 13. The following Mg poisoning test was conducted on the NO x sensors according to each of Comparative Examples 1 to 3. That is, 10 μL of an Mg ion solution having an Mg ion concentration of 5 mmol/L was dropped, and after being allowed to stand for 1 minute, the cycle of driving the gas sensor at 800 degrees Celsius for 10 minutes was repeated 10 times, and a total of 100 μL of the Mg ion solution was dropped. . Then, the degree of change (rate of change) in NO x output before and after the test was investigated. Specifically, first, using the NO x sensors according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3, NO x sensitivity was measured in a NO x model gas with an NO x concentration of 500 ppm. The sensitivity was defined as the initial NO x sensitivity. Then, 10 μL of the above-mentioned Mg ion solution was dropped into the gas inlet of each NO x sensor, and after leaving it for 1 minute, each NO x sensor was driven at 800 degrees Celsius for 10 minutes. This cycle was repeated 10 times, resulting in a total of 100 μL. Mg ion solution was added dropwise. Then, using each NO x sensor, the NO x sensitivity was measured again in the NO x model gas described above, and the measured NO x sensitivity was compared with the initial NO x sensitivity to calculate the sensitivity reduction rate. . "A" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was within 10%.""B" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was greater than 20% and within 30%.""F" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was greater than 30%."

判定4は、判定3と同様に、先端保護層の「測定電極の周囲での目詰まりを抑制する効果」を検証するものだが、判定3の方法よりも厳しい条件において、係る効果を検証するものであり、具体的には、先端保護層が目詰まりを起こす可能性を高くした。すなわち、判定4では、判定3と同様のMg被毒試験を行ない、ただし、滴下するMgイオン溶液を合計500μLとした。そして、試験前後でのNOx出力の変化度合(変化率)を調査し、つまり、NOx濃度=500ppmのNOxモデルガスを流した時のNOx出力の変化度合を調査した。「A」は、「NOx感度の変化率が10%以内であった」ことを示す。「B」は、「NOx感度の変化率が20%よりも大きく、30%以内であった」ことを示す。「F」は、「NOx感度の変化率が30%よりも大きかった」ことを示す。 Judgment 4, like Judgment 3, verifies the "effect of suppressing clogging around the measurement electrode" of the tip protective layer, but verifies this effect under conditions that are more severe than the method of Judgment 3. Specifically, this increased the possibility that the tip protective layer would become clogged. That is, in Judgment 4, the same Mg poisoning test as in Judgment 3 was conducted, except that the amount of Mg ion solution to be dropped was 500 μL in total. Then, the degree of change (rate of change) in the NO x output before and after the test was investigated, that is, the degree of change in the NO x output when a NO x model gas with an NO x concentration of 500 ppm was flowed. "A" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was within 10%.""B" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was greater than 20% and within 30%.""F" indicates that "the rate of change in NO x sensitivity was greater than 30%."

判定5は、ライトオフ時間(NOxセンサが起動されてから定常動作状態となるまでに要する時間)を検証(測定)するものである。具体的には、NOx濃度=100ppm、H2O濃度=9%、残余がN2である混合ガスの環境を作り、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るNOxセンサをチャンバーへ取り付けて上述の混合ガスを流し、ライトオフ時間を測定した。ライトオフ時間は、ガスセンサ素子への通電開始後、NOx濃度値が90ppmから110ppmまでの範囲に収まる時間として求めた。「A」は、「ライトオフ時間が100秒以内であった」ことを示す。「B」は、「ライトオフ時間が100秒よりも大きく、130秒以内であった」ことを示す。「C」は、「ライトオフ時間が130秒よりも大きく、200秒以内であった」ことを示す。 Judgment 5 is to verify (measure) the light-off time (the time required from when the NO x sensor is activated until it enters a steady operating state). Specifically, a mixed gas environment was created in which the NO x concentration = 100 ppm, the H 2 O concentration = 9%, and the remainder was N 2 , and the NO x sensors according to each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 were was attached to the chamber, the above-mentioned mixed gas was flowed, and the light-off time was measured. The light-off time was determined as the time during which the NO x concentration value fell within the range of 90 ppm to 110 ppm after the start of energization to the gas sensor element. "A" indicates that "the light-off time was within 100 seconds.""B" indicates that "the light-off time was greater than 100 seconds and within 130 seconds.""C" indicates that "the light-off time was greater than 130 seconds and within 200 seconds."

(表1から確認できる事項の概要)
以下、実施例1~13及び比較例1~3の各々に係るセンサ素子を備えるガスセンサについての、判定1~5の各々に係る試験の結果を示す表1から確認できる事項について、その概要を整理する。
(Summary of items that can be confirmed from Table 1)
Below, we summarize the matters that can be confirmed from Table 1 showing the test results for Judgments 1 to 5 for gas sensors equipped with sensor elements according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3. do.

判定3における実施例1-13と比較例1との対比結果に示される通り、先端保護層200(または先端保護層200D)を備えることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、先端保護層200または先端保護層200Dを備える実施例1-13の判定3の結果(「A」または「B」)は何れも、先端保護層200も先端保護層200Dも備えていない比較例1の判定3の結果(「F」)に比べて、良好である。したがって、ガスセンサは、先端保護層200(または先端保護層200D)を備えることで、「被毒物質をトラップして、測定電極44の周囲(例えば、多孔質拡散層91)での目詰まりを抑制する」ことができることが確認された。 As shown in the comparison results between Example 1-13 and Comparative Example 1 in Judgment 3, by providing the tip protection layer 200 (or tip protection layer 200D), the gas sensor can achieve the following effects. confirmed. That is, the results of determination 3 (“A” or “B”) of Examples 1-13, which include the tip protection layer 200 or the tip protection layer 200D, are the same as those of the comparison which does not include the tip protection layer 200 or the tip protection layer 200D. This is better than the result of Judgment 3 in Example 1 ("F"). Therefore, by including the tip protection layer 200 (or tip protection layer 200D), the gas sensor traps poisonous substances and suppresses clogging around the measurement electrode 44 (for example, the porous diffusion layer 91). It was confirmed that it is possible to do this.

判定1及び判定2における実施例1-13と比較例2との対比結果に示される通り、測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとする多孔質拡散層(多孔質拡散層91等)を備えることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、多孔質拡散層91等を備える実施例1-13の判定1の結果(「A」または「B」)は何れも、多孔質拡散層91等を備えていない比較例2の判定1の結果(「F」)に比べて、良好である。したがって、ガスセンサは、測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとする多孔質拡散層(多孔質拡散層91等)を備えることで、「測定電極の劣化(特に、高H2O濃度による測定電極の劣化)を抑制する」ことができることが確認された(判定1)。また、多孔質拡散層91等を備える実施例1-13の判定2の結果(「A」または「B」)は何れも、多孔質拡散層91等を備えていない比較例2の判定2の結果(「F」)に比べて、良好である。したがって、ガスセンサは、測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとする多孔質拡散層(多孔質拡散層91等)を備えることで、「NOx感度(NOx出力)のH2O依存性を抑制し、測定精度を向上する」ことができることが確認された(判定2)。 As shown in the comparison results between Example 1-13 and Comparative Example 2 in Judgment 1 and Judgment 2, the porous diffusion layer (porous diffusion layer 91, etc.) that makes the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable It has been confirmed that by including the gas sensor, the following effects can be achieved. In other words, the result of Judgment 1 (“A” or “B”) of Example 1-13, which includes the porous diffusion layer 91 etc., is the result of Judgment 1 of Comparative Example 2, which does not include the porous diffusion layer 91, etc. This is good compared to the result (“F”). Therefore, the gas sensor is equipped with a porous diffusion layer (porous diffusion layer 91, etc.) that makes the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable. It was confirmed that it was possible to "suppress the deterioration of the measurement electrode" (Judgment 1). Furthermore, the result of Judgment 2 (“A” or “B”) of Example 1-13, which includes the porous diffusion layer 91, etc., is the same as that of Judgment 2 of Comparative Example 2, which does not include the porous diffusion layer 91, etc. This is good compared to the result (“F”). Therefore, the gas sensor is equipped with a porous diffusion layer (such as the porous diffusion layer 91 ) that makes the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable . It was confirmed that it was possible to "suppress the risk of damage and improve measurement accuracy" (Judgment 2).

測定電極44に接して測定電極44を覆う多孔質拡散層91Aについて、「気孔率を、5%以上かつ25%以下とし、さらに、先端保護層の気孔率よりも低くする」か否かで、実施例2と比較例3とで、判定1、2の結果が大きく異なっている。具体的には、「気孔率が、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層の気孔率よりも低い」多孔質拡散層91Aを備える実施例2の判定1、2の結果は、何れも「A」である。これに対して、「気孔率が、25%より大きく、かつ、先端保護層の気孔率よりも高い」多孔質拡散層91Aを備える比較例3の判定1、2の結果は、何れも「F」である。そのため、係る多孔質拡散層91Aの気孔率を「5%以上かつ25%以下とし、さらに、先端保護層の気孔率よりも低くする」ことで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、多孔質拡散層91Aの気孔率を「5%以上かつ25%以下とし、さらに、先端保護層の気孔率よりも低くする」ことで、高H2O濃度による測定電極の劣化を抑制することができることが確認された(判定1)。また、ガスセンサは、多孔質拡散層91Aの気孔率を「5%以上かつ25%以下とし、さらに、先端保護層の気孔率よりも低くする」ことで、「NOx感度(NOx出力)のH2O依存性を抑制し、測定精度を向上する」ことができることが確認された(判定2)。 Regarding the porous diffusion layer 91A that is in contact with the measurement electrode 44 and covers the measurement electrode 44, the porosity is set to be 5% or more and 25% or less, and further lower than the porosity of the tip protection layer. The results of determinations 1 and 2 are significantly different between Example 2 and Comparative Example 3. Specifically, the results of determinations 1 and 2 of Example 2, which includes the porous diffusion layer 91A with "a porosity of 5% or more and 25% or less and lower than the porosity of the tip protective layer", are as follows: All are "A". On the other hand, the results of Judgments 1 and 2 of Comparative Example 3, which includes the porous diffusion layer 91A whose porosity is greater than 25% and higher than the porosity of the tip protective layer, are both ``F ”. Therefore, by making the porosity of the porous diffusion layer 91A "5% or more and 25% or less, and further lower than the porosity of the tip protection layer," the gas sensor can achieve the following effects. was confirmed. In other words, the gas sensor prevents deterioration of the measurement electrode due to high H 2 O concentration by setting the porosity of the porous diffusion layer 91A to ``5% or more and 25% or less, and lower than the porosity of the tip protective layer.'' It was confirmed that it was possible to suppress (determination 1). In addition, the gas sensor can improve NO x sensitivity ( NO It was confirmed that "H 2 O dependence can be suppressed and measurement accuracy can be improved" (Judgment 2).

なお、実施例4及び9では、多孔質拡散層91A、91Bの気孔率(平均気孔率)は、5%以上かつ25%以下だが、実施例1-3、5-8、及び10-13と異なり、先端保護層200Dの気孔率(平均気孔率)よりも高い。ただし、実施例4及び9では、多孔質拡散層91A、91Bの気孔率(平均気孔率)は、内側先端保護層201の気孔率よりも低く、つまり、素子基体100のガス導入口10が開口している面に接する内側先端保護層201の気孔率よりも低い。そして、実施例4の判定2の結果は「A」であり、また、実施例9の判定2の結果は「B」である。これに対して、比較例3では、先端保護層200は内側先端保護層201を含んでおらず、また、多孔質拡散層91の気孔率は、25%よりも大きく、かつ、先端保護層200の気孔率よりも高い。そして、比較例3の判定2の結果は「F」である。そのため、多孔質拡散層91A、91Bの気孔率を、5%以上かつ25%以下とし、さらに、少なくとも「素子基体100のガス導入口10が開口している面に接する内側先端保護層201の気孔率よりも低くする」ことで、以下の効果を実現できると考えられる。すなわち、「NOx感度(NOx出力)のH2O依存性を抑制し、測定精度を向上する」ことができると考えられる。 In addition, in Examples 4 and 9, the porosity (average porosity) of the porous diffusion layers 91A and 91B is 5% or more and 25% or less, but in Examples 1-3, 5-8, and 10-13. Differently, the porosity (average porosity) is higher than that of the tip protection layer 200D. However, in Examples 4 and 9, the porosity (average porosity) of the porous diffusion layers 91A and 91B is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201, that is, the gas inlet 10 of the element substrate 100 is open. The porosity is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 that is in contact with the surface. The result of determination 2 in Example 4 is "A", and the result of determination 2 in Example 9 is "B". On the other hand, in Comparative Example 3, the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, and the porosity of the porous diffusion layer 91 is greater than 25%, and the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201. higher than the porosity of The result of determination 2 of comparative example 3 is "F". Therefore, the porosity of the porous diffusion layers 91A and 91B is set to be 5% or more and 25% or less, and further, at least "pores of the inner tip protection layer 201 in contact with the surface where the gas inlet 10 of the element substrate 100 is opened" It is thought that the following effects can be achieved by lowering the In other words, it is considered possible to "suppress the H 2 O dependence of NO x sensitivity (NO x output) and improve measurement accuracy."

実施例2と実施例13とは、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率が、外側の面(表面)の気孔率よりも高いか否かを除いて、同様の構成を備える。そして、実施例2の判定5の結果は「B」であるのに対して、実施例13の判定5の結果は「C」である。そのため、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも高くすることで、ライトオフ時間を短縮できることが確認された(判定5)。 In Examples 2 and 13, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is , have a similar configuration except that the porosity is higher than that of the outer surface. The result of determination 5 in Example 2 is "B", whereas the result of determination 5 in Example 13 is "C". Therefore, it has been confirmed that by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A higher than the porosity of the outer surface, the gas sensor can achieve the following effects. Ta. In other words, it was confirmed that the light-off time of the gas sensor can be shortened by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A higher than the porosity of the outer surface (determination). 5).

実施例8と実施例12とは、多孔質拡散層91Bから測定電極44までの距離d2が0.15mm以下であるか否かを除いて、同様の構成を備える。そして、実施例8の判定1及び判定2の結果は何れも「A」であるのに対して、実施例12の判定1及び判定2の結果は何れも「B」である。そのため、多孔質拡散層91Bから測定電極44までの距離d2を0.15mm以下とすることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、多孔質拡散層91Bから測定電極44までの距離d2を0.15mm以下とすることで、「高H2O濃度による測定電極の劣化を抑制する」ことができることが確認された(判定1)。また、ガスセンサは、多孔質拡散層91Bから測定電極44までの距離d2を0.15mm以下とすることで、「NOx感度(NOx出力)のH2O依存性を抑制し、測定精度を向上する」ことができることが確認された(判定2)。 Example 8 and Example 12 have the same configuration except that the distance d2 from the porous diffusion layer 91B to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. The results of determination 1 and determination 2 in Example 8 are both "A", whereas the results of determination 1 and determination 2 in Example 12 are both "B". Therefore, it has been confirmed that by setting the distance d2 from the porous diffusion layer 91B to the measurement electrode 44 to 0.15 mm or less, the gas sensor can achieve the following effects. In other words, it was confirmed that the gas sensor can "suppress deterioration of the measurement electrode due to high H 2 O concentration" by setting the distance d2 from the porous diffusion layer 91B to the measurement electrode 44 to 0.15 mm or less. (Judgment 1). Furthermore, by setting the distance d2 from the porous diffusion layer 91B to the measurement electrode 44 to 0.15 mm or less, the gas sensor suppresses the H 2 O dependence of NO x sensitivity (NO x output) and improves measurement accuracy. It was confirmed that it was possible to "improve" (determination 2).

実施例5と実施例6とは、多孔質拡散層91Aの厚み方向における2つの面のうち、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面(電極側の面)の気孔率が、外側の面(表面)の気孔率よりも10%以上高いか否かを除いて、同様の構成を備える。そして、実施例5の判定5の結果は「A」であるのに対して、実施例6の判定5の結果は「B」である。そのため、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも10%以上高くすることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、多孔質拡散層91Aの測定電極44に対向する内側の面の気孔率を、外側の面の気孔率よりも10%以上高くすることで、ライトオフ時間を短縮できることが確認された(判定5)。 In Examples 5 and 6, of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer 91A, the porosity of the inner surface (electrode side surface) facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A is , have the same configuration except that the porosity is 10% or more higher than the porosity of the outer surface. The result of determination 5 in Example 5 is "A", whereas the result of determination 5 in Example 6 is "B". Therefore, by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A 10% or more higher than the porosity of the outer surface, the gas sensor can achieve the following effects. was confirmed. That is, it has been confirmed that the light-off time of the gas sensor can be shortened by making the porosity of the inner surface facing the measurement electrode 44 of the porous diffusion layer 91A higher than the porosity of the outer surface by 10% or more. (Judgment 5).

実施例8と実施例11とは、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1が、0.2mm(200μm)以上であるか否かを除いて、同様の構成を備える。そして、実施例8の判定4の結果は「B」であるのに対して、実施例11の判定4の結果は「F」である。そのため、先端保護層200の最外面からガス導入口10までの距離d1を、0.2mm以上とすることで、ガスセンサは、以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、距離d1を0.2mm以上とすることで、先端保護層自体が目詰まりを起こし得るような被毒物質等が多い厳しい環境下においても、被毒物質をトラップして、測定電極の周囲での目詰まりを抑制できることが確認された(判定4)。 Example 8 and Example 11 have the same configuration except that the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas introduction port 10 is 0.2 mm (200 μm) or more. The result of determination 4 in Example 8 is "B", whereas the result of determination 4 in Example 11 is "F". Therefore, it has been confirmed that by setting the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 to the gas introduction port 10 to 0.2 mm or more, the gas sensor can achieve the following effects. In other words, by setting the distance d1 to 0.2 mm or more, the gas sensor can trap poisonous substances and perform measurements even in harsh environments where there are many poisonous substances that can clog the tip protective layer itself. It was confirmed that clogging around the electrode could be suppressed (Judgment 4).

実施例2と実施例6とは、先端保護層200を備えるか、それとも、内側先端保護層201及び外側先端保護層202を含む先端保護層200Dを備えるかを除いて、同様の構成を備える。すなわち、実施例6は先端保護層200Dを備え、内側先端保護層201の気孔率は、外側先端保護層202の気孔率よりも大きく、また、内側先端保護層201の厚みは、先端保護層200Dの厚みの30%以上、90%以下である。そして、実施例2の判定4の結果は「B」であるのに対して、実施例6の判定4の結果は「A」である。そのため、係る先端保護層200Dを備え、内側先端保護層201の厚みを、先端保護層200Dの厚みの30%以上、90%以下とすることで、ガスセンサは、少なくとも、判定4に係る以下の効果を実現することができることが確認された。すなわち、ガスセンサは、上述の構成の先端保護層200Dを備えることで、先端保護層自体が目詰まりを起こし得るような被毒物質等の多い厳しい環境下でも被毒物質をトラップし、測定電極の周囲での目詰まりを抑制できることが確認された(判定4)。 Example 2 and Example 6 have the same configuration except for whether the tip protection layer 200 or the tip protection layer 200D including the inner tip protection layer 201 and the outer tip protection layer 202 is provided. That is, Example 6 includes the tip protection layer 200D, the porosity of the inner tip protection layer 201 is greater than the porosity of the outer tip protection layer 202, and the thickness of the inner tip protection layer 201 is greater than that of the tip protection layer 200D. The thickness is 30% or more and 90% or less of the thickness. The result of determination 4 in Example 2 is "B", whereas the result of determination 4 in Example 6 is "A". Therefore, by providing such a tip protection layer 200D and setting the thickness of the inner tip protection layer 201 to 30% or more and 90% or less of the thickness of the tip protection layer 200D, the gas sensor can at least have the following effects related to determination 4. It was confirmed that this can be achieved. In other words, by including the tip protection layer 200D with the above-described configuration, the gas sensor can trap poisonous substances even in harsh environments where there are many poisonous substances that can cause clogging of the tip protection layer itself, and the measurement electrode can be protected. It was confirmed that clogging in the surrounding area could be suppressed (Judgment 4).

(NOx感度の変化率について)
図9は、測定電極を覆う多孔質拡散層の有無によるNOx出力の経時変化の違いを示すグラフである。具体的には、図9は、測定電極44を覆う多孔質拡散層(91、91A、91Bの何れか)の有無を除いて、同様の構造を備えるNOxセンサについて、高H2O濃度下(例えば、H2O濃度=25%)での各NOxセンサのNOx出力の経時変化を示している。図9のグラフにおいて、横軸は時間(駆動時間)、縦軸はNOx感度の変化率である。黒色の実線は、「測定電極44を覆う多孔質拡散層を備えるNOxセンサ」のNOx出力の経時変化を示している。また、灰色の点線は、「測定電極44を覆う多孔質拡散層を備えないNOxセンサ(具体的には、拡散律速部によるスリット構造のみを備える、従来のNOxセンサ)」のNOx出力の経時変化を示している。
(About the rate of change in NO x sensitivity)
FIG. 9 is a graph showing the difference in the change in NO x output over time depending on the presence or absence of a porous diffusion layer covering the measurement electrode. Specifically, FIG. 9 shows a NO x sensor having a similar structure except for the presence or absence of a porous diffusion layer (any one of 91, 91A, or 91B) covering the measurement electrode 44 under a high H 2 O concentration. It shows the change over time in the NO x output of each NO x sensor at (for example, H 2 O concentration = 25%). In the graph of FIG. 9, the horizontal axis is time (driving time), and the vertical axis is the rate of change in NO x sensitivity. The solid black line indicates the change over time in the NO x output of the “NO x sensor equipped with a porous diffusion layer covering the measurement electrode 44”. In addition, the gray dotted line indicates the NO x output of a NO x sensor that does not include a porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 (specifically, a conventional NO x sensor that only has a slit structure with a diffusion control part) . It shows the change over time.

具体的には、モデルガス装置を用いてNOx濃度=500ppmで、残余が窒素であるモデルガス雰囲気下で、上述の各NOxセンサについて、NOx電流(ポンプ電流Ip2)を測定した。各駆動時間における測定結果から算出したNOx感度(NOx感度の変化率)をプロットして図9に示すグラフを作成した。 Specifically, the NO x current (pump current Ip2) was measured for each of the above-mentioned NO x sensors using a model gas device under a model gas atmosphere in which the NO x concentration was 500 ppm and the remainder was nitrogen. The graph shown in FIG. 9 was created by plotting the NO x sensitivity (rate of change in NO x sensitivity) calculated from the measurement results at each drive time.

図9に示される通り、測定電極44の周囲に多孔質拡散層を設けていないNOxセンサ(拡散律速部によるスリット構造のみを備える、従来のNOxセンサ)では、高H2O濃度下での長期駆動試験において、NOx感度の変動が大きい。これは、従来の「拡散律速部によるスリット構造」では、測定電極44の周囲における拡散形態は、分子拡散が支配的であるためと考えられる。これに対し、多孔質拡散層を備えるNOxセンサは、測定電極44の周囲の拡散形態をクヌーセン拡散のような好適なものとすることで、高H2O濃度下でも、NOx感度の変動(経時変化)を抑制することができている。 As shown in FIG. 9, a NO x sensor without a porous diffusion layer around the measurement electrode 44 (a conventional NO x sensor with only a slit structure using a diffusion-limiting part) has a high H 2 O concentration. In long-term driving tests, there were large fluctuations in NO x sensitivity. This is considered to be because in the conventional "slit structure using a diffusion-limiting section", the diffusion form around the measurement electrode 44 is dominated by molecular diffusion. On the other hand, the NO x sensor equipped with a porous diffusion layer uses a suitable diffusion form such as Knudsen diffusion around the measurement electrode 44 to prevent fluctuations in NO x sensitivity even under high H 2 O concentration. (changes over time) can be suppressed.

(NOx出力のH2O依存性について)
図10は、測定電極を覆う多孔質拡散層の有無によるNOx出力のH2O依存性の違いを示すグラフである。具体的には、図10は、測定電極44を覆う多孔質拡散層(91、91A、91Bの何れか)の有無を除いて、同様の構造を備えるNOxセンサについて、NOx出力のH2O依存性の違いを示している。図10のグラフにおいて、横軸は時間(駆動時間)、縦軸はNOx感度のH2O依存性である。黒色の実線は、「測定電極44を覆う多孔質拡散層を備えるNOxセンサ」のNOx出力のH2O依存性の経時変化を示している。また、灰色の点線は、「測定電極44を覆う多孔質拡散層を備えないNOxセンサ(具体的には、拡散律速部によるスリット構造のみを備える、従来のNOxセンサ)」のNOx出力のH2O依存性の経時変化を示している。
(About H 2 O dependence of NO x output)
FIG. 10 is a graph showing the difference in H 2 O dependence of NO x output depending on the presence or absence of a porous diffusion layer covering the measurement electrode. Specifically, FIG. 10 shows the H 2 of NO x output for a NO x sensor having a similar structure except for the presence or absence of a porous diffusion layer (any one of 91, 91A, or 91B) covering the measurement electrode 44. This shows the difference in O dependence. In the graph of FIG. 10, the horizontal axis is time (driving time), and the vertical axis is the H 2 O dependence of NO x sensitivity. The solid black line shows the H 2 O dependence of the NO x output of the “NO x sensor equipped with a porous diffusion layer covering the measurement electrode 44” over time. In addition, the gray dotted line indicates the NO x output of a NO x sensor that does not include a porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 (specifically, a conventional NO x sensor that only has a slit structure with a diffusion control part) . The graph shows the H 2 O-dependent changes over time.

NOx出力のH2O依存性は、以下の条件において計測したNOx電流(ポンプ電流Ip2)の変化度合(変化率)から求めた。すなわち、NOx濃度=500ppm、H2O濃度=3%をベースとして、NOx濃度=500ppm、H2O濃度=15%に変化させた時のNOx電流の変化率から、NOx出力のH2O依存性を算出した。各駆動時間におけるNOx出力のH2O依存性(NOx電流の変化率)をプロットして図10に示すグラフを作成した。 The H 2 O dependence of the NO x output was determined from the degree of change (rate of change) in the NO x current (pump current Ip2) measured under the following conditions. In other words, based on the NO x concentration = 500 ppm and H 2 O concentration = 3 % , the NO x output is calculated from the rate of change in the NO x current when changing the NO H 2 O dependence was calculated. A graph shown in FIG. 10 was created by plotting the H 2 O dependence of NO x output (rate of change in NO x current) for each drive time.

図10に示される通り、測定電極44の周囲に多孔質拡散層を設けていないNOxセンサ(拡散律速部によるスリット構造のみを備える、従来のNOxセンサ)では、高H2O濃度下での長期駆動試験において、NOx出力のH2O依存性の変動が大きい。これは、従来の「拡散律速部によるスリット構造」では、測定電極44の周囲における拡散形態は、分子拡散が支配的であるためと考えられる。これに対し、多孔質拡散層を備えるNOxセンサは、測定電極44の周囲の拡散形態を、クヌーセン拡散のような、十分に狭い流路の壁面との衝突を繰り返しながら拡散する形態とし、高H2O濃度下でも、NOx出力のH2O依存性の経時変化を抑制する。これに対し、多孔質拡散層を備えるNOxセンサは、測定電極44の周囲の拡散形態をクヌーセン拡散のような好適なものとすることで、高H2O濃度下でも、NOx出力のH2O依存性の変動(経時変化)を抑制することができている。 As shown in FIG. 10, in a NO x sensor without a porous diffusion layer around the measurement electrode 44 (a conventional NO x sensor with only a slit structure using a diffusion-limiting part), under a high H 2 O concentration, In a long-term driving test, the H 2 O dependence of NO x output fluctuated significantly. This is considered to be because in the conventional "slit structure using a diffusion-limiting section", the diffusion form around the measurement electrode 44 is dominated by molecular diffusion. On the other hand, the NO x sensor equipped with a porous diffusion layer uses a diffusion form around the measurement electrode 44 that is similar to Knudsen diffusion, in which it diffuses while repeatedly colliding with the walls of a sufficiently narrow channel, and has a high Even under H 2 O concentration, the H 2 O-dependent change in NO x output over time is suppressed. On the other hand, the NO x sensor equipped with a porous diffusion layer uses a suitable diffusion form such as Knudsen diffusion around the measurement electrode 44, so that even under a high H 2 O concentration, the H of NO x output is reduced. 2 O-dependent fluctuations (changes over time) can be suppressed.

(各種検証により確認できた事項)
これまでに説明してきた表1、図9及び図10の試験結果(検証結果)の一部は、以下のように整理することもできる。すなわち、測定電極44の周囲に多孔質拡散層を設けず、拡散律速部によるスリット構造のみを備えるガスセンサ(従来のNOxセンサ)では、高H2O濃度下での長期駆動試験において、NOx感度、及び、高H2O濃度に対するNOx出力の変動が大きい。これは、従来の「拡散律速部によるスリット構造」では、測定電極44の周囲における拡散形態は、分子拡散が支配的であるためと考えられる。
(Matters confirmed through various verifications)
Some of the test results (verification results) in Table 1, FIGS. 9 and 10 that have been explained so far can be organized as follows. That is, in a gas sensor (conventional NO x sensor) that does not provide a porous diffusion layer around the measurement electrode 44 and has only a slit structure using a diffusion rate controlling part, NO x Large variations in sensitivity and NO x output for high H 2 O concentrations. This is considered to be because in the conventional "slit structure using a diffusion-limiting section", the diffusion form around the measurement electrode 44 is dominated by molecular diffusion.

そこで、気孔率が5%以上かつ25%以下である多孔質拡散層(例えば、多孔質拡散層91など)によって測定電極44を覆い、特に、係る多孔質拡散層から測定電極44までの距離d2を十分に小さくした(具体的には、0.15mm以下とした)。係る構成を採用したガスセンサでは、以下の効果が確認された。すなわち、係るガスセンサは、NOx感度の変化を抑制することができている。測定電極44の周囲においてクヌーセン拡散が支配的となると、分子量が小さいH2Oガスが存在したとしても、NOx及びO2ガスの拡散のしやすさは変化し難く、測定電極44へ到達するNOx、O2ガスの増加も少ないためと考えられる。 Therefore, the measurement electrode 44 is covered with a porous diffusion layer (for example, the porous diffusion layer 91, etc.) having a porosity of 5% or more and 25% or less, and in particular, the distance d2 from the porous diffusion layer to the measurement electrode 44 is was made sufficiently small (specifically, 0.15 mm or less). The following effects were confirmed in a gas sensor employing such a configuration. That is, such a gas sensor is able to suppress changes in NO x sensitivity. When Knudsen diffusion becomes dominant around the measurement electrode 44, even if H 2 O gas with a small molecular weight exists, the ease of diffusion of NO x and O 2 gases does not change easily and they reach the measurement electrode 44. This is thought to be due to the small increase in NO x and O 2 gases.

表1の結果に示される通り、先端保護層(200、200D)の最外面からガス導入口10までの最短距離(距離d1)は、0.2mm以上とすることが好ましい。先端保護層の最外面からガス導入口10までの距離d1を大きくすることで、ガスセンサは、目詰まり物質(被毒物質等)が多い厳しい環境に曝されたとしても、ガス導入口10付近での目詰まりを抑制し、NOx感度の低下を抑制ことができる。すなわち、先端保護層の最外面からガス導入口10までの距離d1を、0.2mm以上とすることで、ガスセンサは、被毒物質等が多い厳しい環境に曝されたとしても、ガス導入口10付近での目詰まりを抑制し、NOx感度の低下を抑制ことができる。 As shown in the results in Table 1, the shortest distance (distance d1) from the outermost surface of the tip protection layer (200, 200D) to the gas inlet 10 is preferably 0.2 mm or more. By increasing the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet 10, the gas sensor can be easily operated near the gas inlet 10 even when exposed to a harsh environment with many clogging substances (poisonous substances, etc.). It is possible to suppress clogging and suppress a decrease in NO x sensitivity. That is, by setting the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet 10 to be 0.2 mm or more, the gas sensor can maintain the gas inlet 10 even if exposed to a harsh environment with many poisonous substances. It is possible to suppress clogging in the vicinity and suppress a decrease in NO x sensitivity.

先端保護層は、さらに、少なくとも2層以上の層を含み、内側の層(内側先端保護層201)の気孔率を、外側の層(外側先端保護層202)の気孔率よりも大きく(高く)することが望ましい。特に、先端保護層において、先端保護層全体の厚みに対する、内側の層の厚みの割合は、30%以上、90%以下とすることが望ましい。外側の層よりも気孔率の大きい内側の層の厚みの、先端保護層全体の厚みに対する割合を高くすることによって、ガス導入口10に近い層(つまり、内側の層)が被毒物質等によって目詰まりを起こす可能性を抑制することができる。 The tip protection layer further includes at least two or more layers, and the porosity of the inner layer (inner tip protection layer 201) is larger (higher) than the porosity of the outer layer (outer tip protection layer 202). It is desirable to do so. In particular, in the tip protection layer, it is desirable that the ratio of the thickness of the inner layer to the total thickness of the tip protection layer be 30% or more and 90% or less. By increasing the ratio of the thickness of the inner layer, which has a higher porosity than the outer layer, to the total thickness of the tip protective layer, the layer near the gas inlet 10 (in other words, the inner layer) is protected from poisonous substances, etc. The possibility of clogging can be suppressed.

100、100C…素子基体、101…ガスセンサ素子、10…ガス導入口、
7、7C…被測定ガス流通部(内部空間)、44…測定電極、
18…第4拡散律速部(拡散律速部)、91、91A、91B…多孔質拡散層、
19…第3内部空所(内部空所)、911…第1多孔質拡散層(外側の面)、
912…第2多孔質拡散層(測定電極に対向する内側の面)、
200、200D…先端保護層、201…内側先端保護層、202…外側先端保護層
100, 100C...Element base, 101...Gas sensor element, 10...Gas inlet,
7, 7C... Gas distribution part to be measured (internal space), 44... Measurement electrode,
18... Fourth diffusion controlling part (diffusion controlling part), 91, 91A, 91B... Porous diffusion layer,
19... Third internal cavity (internal cavity), 911... First porous diffusion layer (outer surface),
912... second porous diffusion layer (inner surface facing the measurement electrode),
200, 200D...Tip protection layer, 201...Inner tip protection layer, 202...Outer tip protection layer

Claims (8)

表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体と、
少なくとも前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面を覆う先端保護層と、
前記内部空間に設けられ、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を含む測定電極と、
前記測定電極を覆い、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、前記先端保護層の気孔率よりも気孔率が低い多孔質拡散層と、
を含むガスセンサ素子。
an element substrate into which a gas to be measured is introduced into the internal space from a gas inlet opening on the surface;
a tip protective layer that covers at least a surface of the element substrate where the gas inlet is open;
a measurement electrode provided in the internal space and containing at least one of silica and alumina;
a porous diffusion layer that covers the measurement electrode and has a porosity of 5% or more and 25% or less and that is lower than the porosity of the tip protective layer;
A gas sensor element including:
前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも高い、
請求項1に記載のガスセンサ素子。
Of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is higher than the porosity of the outer surface.
The gas sensor element according to claim 1.
前記内部空間において前記被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部をさらに備え、
前記測定電極は、前記被測定ガスの流れる方向における上流側が前記拡散律速部によって区画された内部空所に配置される、
請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
further comprising a diffusion-limiting section that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the internal space,
The measurement electrode is arranged in an internal space whose upstream side in the flow direction of the gas to be measured is defined by the diffusion-limiting section.
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
前記測定電極と前記多孔質拡散層とは接しておらず、
前記測定電極と前記多孔質拡散層との間の距離は0.15mm以下である、
請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
The measurement electrode and the porous diffusion layer are not in contact with each other,
The distance between the measurement electrode and the porous diffusion layer is 0.15 mm or less,
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
前記多孔質拡散層の厚み方向における2つの面のうち、前記測定電極に対向する内側の面の気孔率は、外側の面の気孔率よりも10%以上高い、
請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
Of the two surfaces in the thickness direction of the porous diffusion layer, the porosity of the inner surface facing the measurement electrode is 10% or more higher than the porosity of the outer surface.
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
前記先端保護層の最外面から前記ガス導入口までの距離は0.2mm以上である、
請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
The distance from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet is 0.2 mm or more,
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
前記先端保護層は、少なくとも、
前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接する内側先端保護層と、
前記先端保護層の最外面を構成する外側先端保護層と、
を含み、
前記内側先端保護層の気孔率は、前記外側先端保護層の気孔率よりも大きく、
前記内側先端保護層の厚みは、前記先端保護層の厚みの30%以上、90%以下である、
請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
The tip protective layer includes at least
an inner tip protection layer in contact with the surface of the element base where the gas inlet is open;
an outer tip protection layer constituting the outermost surface of the tip protection layer;
including;
The porosity of the inner tip protection layer is greater than the porosity of the outer tip protection layer,
The thickness of the inner tip protection layer is 30% or more and 90% or less of the thickness of the tip protection layer.
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載のガスセンサ素子を用いて、前記被測定ガス中の特定のガス成分の量を測定するように構成してなるガスセンサ。 A gas sensor configured to measure the amount of a specific gas component in the gas to be measured using the gas sensor element according to claim 1 or 2.
JP2023094953A 2022-07-20 2023-06-08 Gas sensor element and gas sensor Pending JP2024014733A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023117478.9A DE102023117478A1 (en) 2022-07-20 2023-07-03 Gas sensor element and gas sensor
CN202310830346.3A CN117434130A (en) 2022-07-20 2023-07-07 Gas sensor element and gas sensor
US18/353,938 US20240027393A1 (en) 2022-07-20 2023-07-18 Gas sensor element and gas sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022115399 2022-07-20
JP2022115399 2022-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024014733A true JP2024014733A (en) 2024-02-01

Family

ID=89719008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023094953A Pending JP2024014733A (en) 2022-07-20 2023-06-08 Gas sensor element and gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024014733A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8409414B2 (en) Gas sensor and nitrogen oxide sensor
EP2312306B1 (en) Gas sensor
EP2369331B1 (en) Gas sensor
EP3361245B1 (en) Gas sensor
JP4855756B2 (en) Gas sensor element
JP2000028576A (en) Gas sensor and nitrogen oxide sensor
JP4745361B2 (en) Gas sensor
EP2105731A2 (en) Laminated solid electrolyte gas sensor comprising
WO2022123865A1 (en) Gas sensor
JP4568514B2 (en) Gas sensor
JP5020875B2 (en) Gas sensor
JP2004354400A (en) Gas sensor and nitrogen oxide sensor
JP2005283266A (en) Gas sensor element
JP7339896B2 (en) gas sensor
JP2024014733A (en) Gas sensor element and gas sensor
JP2024014734A (en) Gas sensor element and gas sensor
US20240027393A1 (en) Gas sensor element and gas sensor
US20240027389A1 (en) Gas sensor element and gas sensor
CN117434130A (en) Gas sensor element and gas sensor
JP4165976B2 (en) Gas sensor
WO2023189843A1 (en) Sensor element
WO2023189833A1 (en) Sensor element
JP2004053607A (en) Electrochemical measurement sensor measuring concentration of nitrogen oxide
US20070000779A1 (en) Sensor element
JP2022153760A (en) Sensor element and gas sensor