JP2024014734A - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

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悠介 渡邉
Yusuke Watanabe
大智 市川
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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 occupying 70% or more of a surface of a flow channel of a measurement target gas perpendicular to a flow direction of the measurement target gas, and having a porosity in a range of 5% to 25%, inclusive, the porous diffusion layer being disposed at a distance of 0.15 mm or less from a measurement target on an upstream side of the measurement electrode.
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ガスセンサ素子について、前記ガス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ガスセンサ素子が開示されている。 Conventionally, for a gas 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 gas sensor element. Various attempts to do so are known. For example, Patent Document 1 listed below discloses a gas sensor element including a diffusion rate controlling 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および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15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15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15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および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および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. 15 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. 15. In other words, as illustrated in Fig. 15, 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 is present 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16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16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16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. 16 is a diagram showing an example of Knudsen diffusion, which is a diffusion form different from molecular diffusion. As illustrated in Fig. 16, 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 reaching the measurement electrode from molecular diffusion to a form in which it diffuses while repeatedly colliding with the wall of a sufficiently narrow channel, such as the Knudsen diffusion illustrated in FIG. 16. 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た測定電極と、前記被測定ガスの流れる方向において前記測定電極よりも上流側に、前記測定電極までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層とを備える。そして、前記多孔質拡散層は、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、前記先端保護層よりも気孔率が低い。また、前記多孔質拡散層は、前記被測定ガスの流れる方向に直交する面(面の面積)が、前記被測定ガスの流路の、前記被測定ガスの流れる方向に直交する面(面の面積)の70%以上を占める。なお、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 the gas to be measured is introduced into the internal space through a gas inlet opened 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 provided at a position upstream of the measurement electrode in the flow direction of the gas to be measured so that the distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less. and a porous diffusion layer. The porous diffusion layer has a porosity of 5% or more and 25% or less, and has a porosity lower than that of the tip protection layer. Further, the porous diffusion layer has a surface (area of the surface) perpendicular to the flow direction of the gas to be measured, and a surface (area of the surface) perpendicular to the flow direction of the gas to be measured in the flow path of the gas to be measured. occupies more than 70% of the area (area). In addition, 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; The average porosity of the porous 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、前記先端保護層よりも気孔率の低い前記多孔質拡散層は、前記被測定ガスの流れる方向において前記測定電極より上流側に、前記測定電極までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる。そして、前記多孔質拡散層の、前記被測定ガスの流れる方向に直交する面(面の面積)は、前記被測定ガスの流路の、前記被測定ガスの流れる方向に直交する面(面の面積)の70%以上を占めている。つまり、前記多孔質拡散層は、前記測定電極よりも上流側に、前記測定電極までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられ、前記被測定ガスの流れる方向において、前記流路の所定範囲(70%以上)を占めている(塞いでいる)。 In this configuration, the porous diffusion layer, which has a porosity of 5% or more and 25% or less and has a lower porosity than the tip protective layer, is located upstream of the measurement electrode in the direction in which the gas to be measured flows. , is provided at a position where the distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less. A surface (area of the surface) of the porous diffusion layer perpendicular to the flow direction of the gas to be measured is a surface (area of the surface) perpendicular to the flow direction of the gas to be measured of the flow path of the gas to be measured. occupies more than 70% of the total area (area). That is, the porous diffusion layer is provided upstream of the measurement electrode at a position where the distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less, and the porous diffusion layer is provided in a predetermined position of the flow path in the direction in which the gas to be measured flows. It occupies (occupies) the range (more than 70%).

係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、つまり、前記流路を通って前記測定電極へと至る被測定ガスの拡散形態を、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。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、前記多孔質拡散層によって、H2Oガスの、NOxガス(および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出力の変動および前記測定電極の劣化を抑制することができる。 The porous diffusion layer allows the diffusion pattern around the measurement electrode, that is, the diffusion pattern of the gas to be measured to reach the measurement electrode through the flow path, to a sufficiently narrow flow rate such as Knudsen diffusion. It can be configured to diffuse while repeatedly colliding with the road wall. Therefore, in the gas sensor element, even if H 2 O gas is present in the gas to be measured, the porous diffusion layer reduces the influence of H 2 O gas on NO x gas (and O 2 gas). can be made smaller. Specifically, the gas sensor element 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, by the porous diffusion layer. I can do it.

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 by the tip protection layer, that is, can capture (capture) poisonous substances and the like by 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、前記測定電極までの距離が0.15mm以下となる位置で前記流路の所定範囲を塞ぐ前記多孔質拡散層の気孔率よりも大きい(高い)。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大きくすることで、「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 greater than the porosity of the porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path at a position where the distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less. (expensive). In the gas sensor element, by making the porosity of the tip protection layer larger than the porosity of the porous diffusion layer, "the tip protection layer is clogged with poisonous substances and the NO x output is reduced." It is possible to avoid situations such as "doing".

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において、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てもよい。例えば、前記拡散律速部は、気孔率が、前記多孔質拡散層の気孔率よりも低く、また、前記被測定ガスの流れる方向において前記測定電極よりも上流側に設けられる。そして、前記流路は、少なくとも1つの面を、前記拡散律速部によって規定される。 The gas sensor element according to the second aspect is the gas sensor element according to the first aspect, and may further include a diffusion-limiting section that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the internal space. For example, the diffusion-limiting portion has a porosity lower than that of the porous diffusion layer, and is provided upstream of the measurement electrode in the direction in which the gas to be measured flows. The flow path has at least one surface defined by the diffusion-limiting section.

当該構成では、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極よりも上流側に設けられ、前記多孔質拡散層の気孔率よりも気孔率の低い(小さい)前記拡散律速部をさらに備える。そして、前記流路は、少なくとも1つの面を、前記拡散律速部によって規定されている(区画されている)。つまり、前記測定電極へと至る前記被測定ガスの前記流路は、少なくとも1つの面を、前記多孔質拡散層よりも緻密な(気孔率が低い)前記拡散律速部によって規定されている。それゆえ、前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層よりも緻密な前記拡散律速部によって少なくとも1つの面が規定された前記流路を利用して、前記被測定ガスを前記測定電極へと導くことができる。前記ガスセンサ素子は、例えば、前記流路の途中で漏れ出した前記被測定ガスが、前記多孔質拡散層によって拡散形態を変更されることなく、前記測定電極へと至るといった事態が発生する可能性を抑えることができる。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極へと至る前記被測定ガスの拡散形態を、前記被測定ガスが導かれる前記流路の所定範囲を塞ぐ前記多孔質拡散層によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In this configuration, the gas sensor element is provided upstream of the measurement electrode, and further includes the diffusion-limiting portion having a porosity lower (smaller) than the porosity of the porous diffusion layer. The flow path has at least one surface defined (divided) by the diffusion-limiting portion. In other words, at least one surface of the flow path of the gas to be measured that reaches the measurement electrode is defined by the diffusion-limiting portion that is denser (has a lower porosity) than the porous diffusion layer. Therefore, the gas sensor element guides the gas to be measured to the measurement electrode by using the flow path in which at least one surface is defined by the diffusion-limiting portion that is denser than the porous diffusion layer. I can do it. In the gas sensor element, for example, there is a possibility that a situation may occur in which the gas to be measured leaks out in the middle of the flow path and reaches the measurement electrode without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer. can be suppressed. Therefore, the gas sensor element can control the diffusion mode of the gas to be measured to the measurement electrode by using the porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path through which the gas to be measured is guided, such as Knudsen diffusion. It is possible to get closer to the diffusion form.

第3の観点に係るガスセンサ素子は、上記第2の観点に係るガスセンサ素子において、前記多孔質拡散層は、前記拡散律速部と、前記内部空間を規定する面とに接していてもよい。 In the gas sensor element according to the third aspect, in the gas sensor element according to the second aspect, the porous diffusion layer may be in contact with the diffusion-limiting portion and a surface defining the internal space.

当該構成では、前記多孔質拡散層は、前記拡散律速部と、前記内部空間を規定する面とに接しており、つまり、前記多孔質拡散層と前記拡散律速部との間、及び、前記多孔質拡散層と前記内部空間を規定する面との間には、空間(隙間)がない。前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層と前記拡散律速部との間の隙間、及び、前記多孔質拡散層と前記内部空間を規定する面との隙間をなくすことによって、以下の効果を実現することができる。すなわち、前記ガスセンサ素子は、前記被測定ガスが、前記多孔質拡散層と前記拡散律速部との間の隙間、及び、前記多孔質拡散層と前記内部空間を規定する面との隙間の少なくとも一方から前記測定電極へと至ることを防ぐことができる。つまり、前記ガスセンサ素子は、例えば、前記流路の途中で漏れ出した前記被測定ガスが、前記多孔質拡散層によって拡散形態を変更されることなく、前記測定電極へと至るといった事態が発生する可能性を抑えることができる。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極へと至る前記被測定ガスの拡散形態を、前記被測定ガスが導かれる前記流路の所定範囲を塞ぐ前記多孔質拡散層によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In this configuration, the porous diffusion layer is in contact with the diffusion-limiting section and a surface defining the internal space, that is, between the porous diffusion layer and the diffusion-limiting section and between the porous diffusion layer and the surface defining the internal space. There is no space (gap) between the quality diffusion layer and the surface defining the internal space. The gas sensor element achieves the following effects by eliminating the gap between the porous diffusion layer and the diffusion control section and the gap between the porous diffusion layer and the surface defining the internal space. be able to. That is, in the gas sensor element, the gas to be measured is detected in at least one of the gap between the porous diffusion layer and the diffusion control section, and the gap between the porous diffusion layer and a surface defining the internal space. can be prevented from reaching the measurement electrode. In other words, in the gas sensor element, for example, a situation occurs in which the gas to be measured leaks in the middle of the flow path and reaches the measurement electrode without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer. possibility can be reduced. Therefore, the gas sensor element can control the diffusion mode of the gas to be measured to the measurement electrode by using the porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path through which the gas to be measured is guided, such as Knudsen diffusion. It is possible to get closer to the diffusion form.

第4の観点に係るガスセンサ素子は、上記第2または上記第3の観点に係るガスセンサ素子において、前記流路の少なくとも2つの面は、前記拡散律速部によって規定されていてもよい。 In the gas sensor element according to the fourth aspect, in the gas sensor element according to the second or third aspect, at least two surfaces of the flow path may be defined by the diffusion controlling section.

当該構成では、前記流路の少なくとも2つの面は、前記拡散律速部によって規定されており、そして、前述の通り、前記拡散律速部は、前記多孔質拡散層よりも緻密である(気孔率が低い)。つまり、前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層よりも緻密な前記拡散律速部を利用して、前記被測定ガスを前記測定電極へと導く前記流路の少なくとも2つの面を、規定する(区画する)。それゆえ、前記ガスセンサ素子は、前記多孔質拡散層よりも緻密な前記拡散律速部によって少なくとも2つの面が規定された前記流路を利用して、前記被測定ガスを前記測定電極へと導くことができる。前記ガスセンサ素子は、例えば、前記流路の途中で漏れ出した前記被測定ガスが、前記多孔質拡散層によって拡散形態を変更されることなく、前記測定電極へと至るといった事態が発生する可能性を、より抑えることができる。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記測定電極へと至る前記被測定ガスの拡散形態を、前記被測定ガスが導かれる前記流路の所定範囲を塞ぐ前記多孔質拡散層によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In this configuration, at least two surfaces of the flow path are defined by the diffusion-limiting section, and as described above, the diffusion-limiting section is denser than the porous diffusion layer (the porosity is smaller than the porous diffusion layer). low). In other words, the gas sensor element defines at least two surfaces of the flow path that guides the gas to be measured to the measurement electrode by using the diffusion-limiting portion that is denser than the porous diffusion layer. do). Therefore, the gas sensor element guides the gas to be measured to the measurement electrode by using the flow path in which at least two surfaces are defined by the diffusion-limiting portion that is denser than the porous diffusion layer. I can do it. In the gas sensor element, for example, there is a possibility that a situation may occur in which the gas to be measured leaks out in the middle of the flow path and reaches the measurement electrode without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer. can be further suppressed. Therefore, the gas sensor element can control the diffusion mode of the gas to be measured to the measurement electrode by using the porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path through which the gas to be measured is guided, such as Knudsen diffusion. It is possible to get closer to the diffusion form.

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。 In the gas sensor element according to a fifth aspect, in the gas sensor element according to any one of the first to fourth aspects, the distance from the outermost surface of the tip protective layer to the gas inlet is 0.2 mm or more. It's okay.

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トラップして(捕捉して)、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. That is, even in a harsh environment where there are many poisonous substances, the gas sensor element can reliably trap (capture) such poisonous substances in the tip protective layer and prevent poisoning near the gas inlet. By suppressing clogging caused by substances, etc., it is possible to avoid a decrease in NO x sensitivity.

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 sixth aspect is a gas sensor element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the tip protective layer is arranged at least on the 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 larger 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. including. 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 and 90% or less of the thickness of the tip protection layer. be.

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。言い換えれば、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. In other words, 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 poisoned. It is possible to avoid clogging caused by 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 can suppress fluctuations in the 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.

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3に示す素子基体のII-II線矢視断面の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross section of the element substrate shown in FIG. 3 taken along the line II-II. 図5は、変形例に係る多孔質拡散層を備える素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view for explaining a main part of an element substrate including a porous diffusion layer according to a modification. 図6は、変形例に係る拡散律速部を備える素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view for explaining a main part of an element substrate including a diffusion-limiting section according to a modification. 図7は、変形例に係る多孔質拡散層及び拡散律速部を備え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 an element substrate including a porous diffusion layer and a diffusion control section according to a modification. 図8は、変形例に係る流路を備える素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view for explaining a main part of an element substrate including a flow path according to a modified example. 図9は、図8に示す素子基体のII-II線矢視断面の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross section of the element substrate shown in FIG. 8 taken along the line II-II. 図10は、図8に例示したのと同様の流路と、図8に例示したのとは異なる多孔質拡散層とを備える素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view illustrating a main part of an element substrate including a flow path similar to that illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer different from that illustrated in FIG. 8. 図11は、拡散律速部によって規定されていない流路を備える素子基体の要部を説明するための拡大図である。FIG. 11 is an enlarged view illustrating a main part of an element substrate including a flow path not defined by a diffusion-limiting portion. 図12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. 12 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13は、測定電極の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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. 13 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 that closes a predetermined range of the channel CH around the measurement electrode. 図14は、測定電極の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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. 14 is a graph showing the difference in the H 2 O dependence of the NO x output depending on the presence or absence of a porous diffusion layer that closes a predetermined range of the channel CH around the measurement electrode. 図15は、分子拡散の例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of molecular diffusion. 図16は、クヌーセン拡散の例を示す図である。FIG. 16 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出力の変動およ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 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の周囲には、気孔率が5%以上かつ25%以下である多孔質拡散層91が設けられる。具体的には、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に、多孔質拡散層91が設けられる。そして、多孔質拡散層91は、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CHの所定範囲を塞いでいる。具体的には、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、被測定ガスの流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている(塞いでいる)。ガスセンサ素子101は、測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲の拡散形態を、好適なものとする。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(および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, a porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less is provided around the measurement electrode 44. Specifically, the porous diffusion layer 91 is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. The porous diffusion layer 91 closes a predetermined range of the flow path CH of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44. Specifically, the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is equal to the area of the surface of the flow path CH of the gas to be measured perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. It occupies (occupies) more than 70%. The gas sensor element 101 is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and the measurement electrode 44 is The diffusion form around the . 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 suppresses 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. Furthermore, the gas sensor element 101 suppresses fluctuations in NOx output under high H 2 O concentration, for example, suppresses the H 2 O dependence of NOx output when NO x gas is flowing, and improves NOx concentration measurement. Improve accuracy. 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。ガスセンサ素子101は、係る先端保護層200によって、測定電極44の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層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 gas sensor element 101 uses the tip protection layer 200 to trap (capture) poisonous substances and the like that cause clogging of the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the flow path CH around 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, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44 is clogged with poisonous substances, resulting in a decrease in NO x output and a decrease in measurement accuracy. You can prevent it from happening. 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、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、本実施形態に係る内部空間は、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)を有する。 In this embodiment, one tip 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, is configured to receive the gas to be measured from an external space. An internal space is provided in which the 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 space 17, the fourth diffusion-limiting part 18, and the third internal cavity 19 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 three-chamber structure (first internal space 15, second internal space 17, and third internal space 19).

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CH)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CHとなる。同様に、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は、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する部材である。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、第2内部空所17、及び第3内部空所19のそれぞれよりも短い孔(被測定ガスの流れる流路CH)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 (flow path CH through which the gas to be measured flows) is formed. 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 CH through which the gas to be measured flows. Similarly, the second diffusion control section 13, the third diffusion control section 16, and the fourth diffusion control section 18 are members that provide a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured. Each of the second diffusion-limiting section 13, the third diffusion-limiting section 16, and the fourth diffusion-limiting section 18 has a length extending in the direction perpendicular to the drawing, which is the first internal space 15, the second internal space 17, and a hole (flow path CH through which the gas to be measured flows) shorter than each of the third internal space 19 is formed.

図2に例示するように、第2拡散律速部13および第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(流路CH)を形成してもよい。これに対して、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(流路CH)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CH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CHとなる。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CHとなる。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3内部空所19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 each 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 (channel CH) having a side direction may be formed. On the other hand, the fourth diffusion rate-controlling part 18 is formed by a single horizontally long slit (the opening has a longitudinal direction perpendicular to the drawing) formed as a gap between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. A channel CH) may also be formed. That is, the fourth diffusion-limiting section 18 may be in contact with the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. 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 the second diffusion-limiting section 13 is a bridge section (second bridge section) that bridges the space hollowed out in the spacer layer 5. The space between the diffusion rate controlling part 13 and the layer 4 becomes a slit, that is, a flow path CH 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 part 16 and the layer 4 becomes a slit, that is, a flow path CH through which the gas to be measured flows. 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 CH through which the gas to be measured flows. Each of the second diffusion controlling section 13, the third diffusion controlling section 16, and the fourth diffusion controlling section 18 will be explained in detail later. A portion (internal space) from the gas inlet 10 to the third internal space 19 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 have 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 portion 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 cavity 15 and the second internal cavity 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の右面に配置したり、左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 introduce a gas to be measured into the interior from the external space 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. That is, 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 or the left side of the element substrate 100. You may.

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 inlet 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CH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 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 CH formed by the second diffusion-limiting section 13). It is set up as a space for 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 portion 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 space 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 constituting 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(ガスセンサ素子101)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 (gas sensor element 101) 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 creates a positive voltage between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23. By flowing the pump current Ip0 in the direction or in the negative direction, 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 (namely, an electrochemical sensor cell) for controlling the main pump.

素子基体100(ガスセンサ素子101)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 base 100 (gas sensor element 101) is configured to be able to identify the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 15 by measuring the electromotive force V0 in the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump. Ru. 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CH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 further adjusts the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced through the third diffusion-limiting section 16 (that is, through the flow path CH 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(ガスセンサ素子101)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 base 100 (gas sensor element 101) removes oxygen from the atmosphere in the second internal space 17 by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23 in the auxiliary pump cell 50. It is configured such that it can be pumped into the external space or 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. As a result, 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 NOx .

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 cavity 17 at a constant value of about 0.001 ppm.

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。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への被測定ガスの流路CHを形成し、図2に示す例では、第2固体電解質層6の下面との間のスリット(隙間)として、流路CHを形成している。すなわち、第4拡散律速部18は、被測定ガスの流れる方向DR(図2に示す例では、紙面左側から紙面右側)において測定電極44よりも上流側において、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CHの下面を規定している。 The fourth diffusion rate controlling section 18 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) of which is controlled by the operation of the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 17. This is the part that leads to the third internal space 19. The fourth diffusion rate controlling part 18 forms a flow path CH for the gas to be measured from the second internal space 17 to the third internal space 19, and in the example shown in FIG. A flow path CH is formed as a slit (gap) between them. That is, the fourth diffusion rate controlling section 18 controls the measurement gas that reaches the measurement electrode 44 on the upstream side of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the measurement gas (in the example shown in FIG. 2, from the left side to the right side of the page). defines the lower surface of the flow path CH.

第4拡散律速部18は、以下に説明する多孔質拡散層91よりも気孔率が低く、つまり、多孔質拡散層91よりも緻密である。なお、詳細は図8、10等を用いて後述するが、測定電極44を第4拡散律速部の表面(例えば、下面)に設ける場合、係る第4拡散律速部は、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。すなわち、第4拡散律速部の表面に測定電極44を設ける場合、係る第4拡散律速部は、酸素イオン伝導性を有する、緻密な(つまり、気孔率が5%以下である)層として構成される。 The fourth diffusion rate controlling portion 18 has a lower porosity than a porous diffusion layer 91 described below, that is, it is denser than the porous diffusion layer 91. Although details will be described later using FIGS. 8 and 10, when the measurement electrode 44 is provided on the surface (for example, the bottom surface) of the fourth diffusion-limiting section, the fourth diffusion-limiting section is made of zirconia (ZrO 2 ) or the like. It is composed of a solid electrolyte layer with oxygen ion conductivity of . That is, when the measurement electrode 44 is provided on the surface of the fourth diffusion-limiting section, the fourth diffusion-limiting section is configured as a dense layer (that is, the porosity is 5% or less) having oxygen ion conductivity. Ru.

流路CHには、多孔質拡散層91が配置され、図2に示す例では、第4拡散律速部18の上面と第2固体電解質層6の下面との間の流路CH上に、多孔質拡散層91が、第4拡散律速部18の上面に接した状態で設けられている。 A porous diffusion layer 91 is disposed in the channel CH, and in the example shown in FIG. A quality diffusion layer 91 is provided in contact with the upper surface of the fourth diffusion control section 18 .

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り、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。 The porous diffusion layer 91 has a porosity of 5% or more and 25% or less, and is a porous body with a lower porosity than the tip protection layer 200, for example, the main component is alumina (Al 2 O 3 ). It may be constituted by a porous membrane.

多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に配置され、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を好適なものとする。具体的には、多孔質拡散層91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」とする。 The porous diffusion layer 91 is arranged upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured, and makes the diffusion form of the gas to be measured to the measurement electrode 44 suitable. Specifically, the porous diffusion layer 91 makes the diffusion form around the measurement electrode 44 "a form in which it diffuses while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel" such as Knudsen diffusion.

多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側の流路CH上に設けられる。図2に示す例では、多孔質拡散層91は、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CHを形成する第4拡散律速部18の上面に接した状態で、第4拡散律速部18によって形成される流路CH上に設けられている。 The porous diffusion layer 91 is provided on the flow path CH on the upstream side of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured. In the example shown in FIG. 2, the porous diffusion layer 91 is in contact with the upper surface of the fourth diffusion-limiting section 18 that forms the flow path CH for the gas to be measured from the second internal space 17 to the third internal space 19. In this state, it is provided on the flow path CH formed by the fourth diffusion rate controlling section 18.

詳細は図3等を用いて後述するが、多孔質拡散層91は、流路CH上に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる。また、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める。測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める多孔質拡散層91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、ガスセンサ素子101は、係る多孔質拡散層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」とする。そのため、ガスセンサ素子101は、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、高H2O濃度下における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。 Although details will be described later using FIG. 3 and the like, the porous diffusion layer 91 is provided on the channel CH at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. Further, the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured occupies 70% or more of the area of the surface of the flow path CH perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. It is provided upstream from the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and covers 70% or more of the area of the surface of the flow path CH perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. Due to the porous diffusion layer 91, the gas sensor element 101 achieves the following effects. In other words, the gas sensor element 101 uses the porous diffusion layer 91 to change the diffusion form around the measurement electrode 44 to "a form in which the diffusion occurs while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel" such as Knudsen diffusion. do. Therefore, the gas sensor element 101 can suppress fluctuations in NOx output and deterioration of the measurement electrode under high H 2 O concentration, which occur when the diffusion form around the measurement electrode 44 is molecular diffusion.

なお、以下では多孔質拡散層91が、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る例について説明する。ただし、多孔質拡散層91の気孔率が多孔質拡散層91の全体に亘って一定であることは必須ではない。多孔質拡散層91は、気孔率の異なる複数の面(層)を含んでいてもよい。すなわち、多孔質拡散層91において互いに反対側を向く2つの面の気孔率は互いに異なっていてもよく、例えば、多孔質拡散層91において上流側の面と下流側の面とで気孔率は異なっていてもよい。特に、多孔質拡散層91は、測定電極44に対向する(面する)面と、測定電極44に対向しない(面していない)面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)とで、気孔率が異なっていてもよい。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の平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、また、先端保護層200の気孔率よりも低い。 Note that an example will be described below in which the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. However, it is not essential that the porosity of the porous diffusion layer 91 be constant throughout the porous diffusion layer 91. The porous diffusion layer 91 may include a plurality of surfaces (layers) having different porosity. That is, the porosity of the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91 may be different from each other. For example, the porosity may be different between the upstream side surface and the downstream side of the porous diffusion layer 91. You can leave it there. In particular, the porous diffusion layer 91 has a surface that opposes (faces) the measurement electrode 44 and a surface that does not oppose (faces) the measurement electrode 44 (for example, a surface that faces the gas flow section 7 to be measured). The porosity may be different. When the porous diffusion layer 91 includes a plurality of surfaces (layers) with different porosities, the average porosity of the porous diffusion layer 91 is 5% or more and 25% or less, and the pores of the tip protection layer 200 are lower than the rate.

これまでに説明してきたように、ガスセンサ素子101は、被測定ガス流通部7(内部空間)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する第4拡散律速部18(拡散律速部)を備える。第4拡散律速部18は、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に設けられる。また、第4拡散律速部18の気孔率は、多孔質拡散層91の気孔率よりも低く、つまり、第4拡散律速部18は多孔質拡散層91よりも緻密である。ガスセンサ素子101において、多孔質拡散層91によって所定範囲を塞がれる流路CHの少なくとも1つの面は、第4拡散律速部18によって規定され(区画され)、図2に示す例では、流路CHの下面が、第4拡散律速部18によって規定されている。 As described above, the gas sensor element 101 includes the fourth diffusion-limiting section 18 (diffusion-limiting section) that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas-to-be-measured flow section 7 (internal space). The fourth diffusion rate controlling section 18 is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured. Further, the porosity of the fourth diffusion-limiting section 18 is lower than that of the porous diffusion layer 91, that is, the fourth diffusion-limiting section 18 is denser than the porous diffusion layer 91. In the gas sensor element 101, at least one surface of the flow path CH whose predetermined range is blocked by the porous diffusion layer 91 is defined (divided) by the fourth diffusion control section 18, and in the example shown in FIG. The lower surface of CH is defined by the fourth diffusion-limiting section 18 .

当該構成では、ガスセンサ素子101は、測定電極44よりも上流側に設けられ、多孔質拡散層91の気孔率よりも気孔率の低い(小さい)第4拡散律速部18をさらに備える。そして、多孔質拡散層91によって所定範囲を塞がれる流路CHは、少なくとも1つの面を、第4拡散律速部18によって規定されている(区画されている)。つまり、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CHは、少なくとも1つの面を、多孔質拡散層91よりも緻密な(気孔率が低い)第4拡散律速部18によって規定されている。それゆえ、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91よりも緻密な第4拡散律速部18によって少なくとも1つの面が規定された流路CHを利用して、被測定ガスを測定電極44へと導くことができる。ガスセンサ素子101は、例えば、流路CHの途中で漏れ出した被測定ガスが、多孔質拡散層91によって拡散形態を変更されることなく、測定電極44へと至るといった事態が発生する可能性を抑えることができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In this configuration, the gas sensor element 101 is provided upstream of the measurement electrode 44 and further includes a fourth diffusion-limiting section 18 having a lower (smaller) porosity than the porosity of the porous diffusion layer 91 . The flow path CH whose predetermined range is blocked by the porous diffusion layer 91 has at least one surface defined (divided) by the fourth diffusion rate controlling section 18 . That is, at least one surface of the flow path CH of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44 is defined by the fourth diffusion-limiting section 18 which is denser than the porous diffusion layer 91 (having a lower porosity). Therefore, the gas sensor element 101 guides the gas to be measured to the measurement electrode 44 by using the flow channel CH in which at least one surface is defined by the fourth diffusion-limiting section 18 which is denser than the porous diffusion layer 91. be able to. The gas sensor element 101 prevents the possibility that, for example, the gas to be measured that leaks out in the middle of the flow path CH will reach the measurement electrode 44 without being changed in its diffusion form by the porous diffusion layer 91. It can be suppressed. Therefore, the gas sensor element 101 uses a porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the channel CH through which the gas to be measured flows to the measurement electrode 44 to achieve a suitable diffusion pattern such as Knudsen diffusion. You can get closer to the form.

第3内部空所19は、第4拡散律速部18を通じて(つまり、第4拡散律速部18により形成され、多孔質拡散層91が設けられた流路CHを通って)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。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16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、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 third internal cavity 19 contains a gas to be measured introduced through the fourth diffusion-limiting section 18 (that is, through the channel CH formed by the fourth diffusion-limiting section 18 and provided with the porous diffusion layer 91). It is provided as a space for performing processing related to measurement of the nitrogen oxide (NO x ) concentration inside the chamber. 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, the measured gas introduced through the third diffusion rate controlling part 16 is adjusted in the second internal space 17. , the oxygen partial pressure is further adjusted by the auxiliary pump cell 50. 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 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。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3内部空所19に隣接する(面する)第2固体電解質層6の下面に設けられる。図8、10等を用いて後述するように、測定電極44は、第4拡散律速部の表面(例えば、下面)に設けてもよい。 The measurement pump cell 41 measures the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured in the third internal space 19 . 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 lower surface of the second solid electrolyte layer 6 adjacent to (facing) the third internal cavity 19. As will be described later with reference to FIGS. 8, 10, etc., the measurement electrode 44 may be provided on the surface (for example, the bottom surface) of the fourth diffusion-limiting section.

測定電極44は、多孔質サーメット電極であり、シリカ(SiO2)およびアルミナ(Al23)の少なくとも一方を含んでいてもよい。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%、シリカおよ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、シリカおよ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がシリカおよ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。また、測定電極44と多孔質拡散層91とが接する場合、特に、後述する図5、7、10に例示するように多孔質拡散層91が測定電極44を覆う場合、測定電極44がシリカおよ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ることで、測定電極44に接する多孔質拡散層91に亀裂、割れなどが入るのを防止することができる。特に、多孔質拡散層91が測定電極44に接して測定電極44を覆う場合、測定電極44に接する多孔質拡散層91に亀裂、割れなどが入るのを防止することができるとの効果は有用である。ただし、ガスセンサ素子101において、測定電極44と多孔質拡散層91とが接することは必須ではない。ガスセンサ素子101において多孔質拡散層91は、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、被測定ガスの流路CHの所定範囲を塞いでいればよい。 The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode, and may contain 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 phenomenon that the measurement electrode 44 peels off from the first solid electrolyte layer 4 does not occur. Furthermore, when the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91 are in contact with each other, especially when the porous diffusion layer 91 covers the measurement electrode 44 as illustrated in FIGS. By including at least one of alumina, the following effects can be achieved. That is, by suppressing expansion and contraction in the measurement electrode 44, cracks, cracks, etc. can be prevented from forming in the porous diffusion layer 91 in contact with the measurement electrode 44. In particular, when the porous diffusion layer 91 contacts the measurement electrode 44 and covers the measurement electrode 44, the effect of being able to prevent cracks, cracks, etc. from entering the porous diffusion layer 91 in contact with the measurement electrode 44 is useful. It is. However, in the gas sensor element 101, it is not essential that the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91 come into contact with each other. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer 91 is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and closes a predetermined range of the flow path CH of the gas to be measured. It's fine as long as you are.

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。図2の一例では、測定電極44は、第3内部空所19内で露出している。他の一例では、測定電極44は、拡散律速部または多孔質拡散層(例えば、図5、7、10に例示する多孔質拡散層91A、91C、91Eの何れか)により被覆されていてよい。係る拡散律速部は、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。測定電極44を被覆する(覆う)拡散律速部または多孔質拡散層は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うと共に、測定電極44の保護膜としても作用する。 The measurement electrode 44 also functions as a NO x reduction catalyst that reduces NO x present in the atmosphere within the third internal space 19 . In the example of FIG. 2, the measurement electrode 44 is exposed within the third internal cavity 19. In another example, the measurement electrode 44 may be covered with a diffusion-limiting portion or a porous diffusion layer (for example, any of the porous diffusion layers 91A, 91C, and 91E illustrated in FIGS. 5, 7, and 10). Such a diffusion-limiting portion may be constituted by a porous film containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component. The diffusion-limiting portion or porous diffusion layer that covers (covers) the measurement electrode 44 plays a role in limiting the amount of NO x flowing into the measurement electrode 44 and also acts as a protective film for the measurement electrode 44 .

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 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 to detect the amount of oxygen generated as a 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 supply 46 is controlled based on the voltage (electromotive force) V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82.

第3内部空所19内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で測定電極44に到達することとなる。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 third internal space 19 reaches the measurement electrode 44 under conditions where the oxygen partial pressure is controlled. 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。 Further, 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 disposed 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及び発熱部72の間の電気的絶縁性、並びに第3基板層3及び発熱部72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.

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4拡散律速部18によって形成される(規定される)流路CH上に配置される多孔質拡散層91について、その詳細を示す図である。多孔質拡散層91は、気孔率が5%以上かつ25%以下であって、また、先端保護層200よりも気孔率の低い、多孔質な層(多孔質体)である。多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DR(図3に示す例では、紙面左側から紙面右側)において測定電極44より上流側の流路CH上に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる。図3に示す例では、多孔質拡散層91は、第4拡散律速部18の上面と第2固体電解質層6の下面との間に形成された流路CH上に、第4拡散律速部18の上面に接した状態で、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられている。例えば、多孔質拡散層91は、測定電極44に最も近い面(測定電極44に面する(対向する)面)から測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となるように、測定電極44より上流側の流路CH上に設けられる。図3に示す例において多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DRにおける下流側の面(測定電極44に面する面)から、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より上流側の流路CH上に設けられている。
<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 disposed on the flow path CH formed (defined) by the fourth diffusion rate-limiting section 18. The porous diffusion layer 91 is a porous layer (porous body) having a porosity of 5% or more and 25% or less, and has a lower porosity than the tip protection layer 200. The porous diffusion layer 91 is located on the flow path CH on the upstream side of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured (from the left side to the right side of the page in the example shown in FIG. It is provided at a position where the distance is 0.15 mm or less. In the example shown in FIG. 3, the porous diffusion layer 91 is arranged on the flow path CH formed between the upper surface of the fourth diffusion regulating section 18 and the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. It is provided at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less while in contact with the upper surface of the measurement electrode 44. For example, the porous diffusion layer 91 is arranged so that the distance d2 from the surface closest to the measurement electrode 44 (the surface facing (opposing) the measurement electrode 44) to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. It is provided on the flow path CH on the more upstream side. In the example shown in FIG. 3, the porous diffusion layer 91 has a distance d2 from the downstream surface (the surface facing the measurement electrode 44) in the flow direction DR of the gas to be measured to the measurement electrode 44 of 0.15 mm or less. The measurement electrode 44 is provided on the flow path CH on the upstream side.

また、詳細は図4を用いて後述するが、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める。係る多孔質拡散層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」とすることができる。そのため、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、高H2O濃度下における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。 Further, although details will be described later using FIG. 4, the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured of the flow path CH. It occupies more than 70% of the surface area. With such a porous diffusion layer 91, the diffusion form around the measurement electrode 44 can be made into "a form of diffusion while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel" such as Knudsen diffusion. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in NOx output and deterioration of the measurement electrode under high H2O concentration, which 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、第2内部空所17、及び第3内部空所19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 lower surface of the second solid electrolyte layer 6 at the upper part (upper surface) and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 at the lower part (lower surface). The measured gas flow section 7 includes a first internal space 15 , a second internal space 17 , and a third internal space 19 .

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 (a ceiling electrode section 51a and a bottom electrode section 51b), an outer pump electrode 23, and a second solid electrolyte layer 6, which are not shown in FIG.

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。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への被測定ガスの流路CHを形成し、図3に示す例では、第2固体電解質層6の下面との間のスリット(隙間)として、流路CHを形成している。 The fourth diffusion rate controlling section 18 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) of which is controlled by the operation of the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 17. It leads to the third internal cavity 19. The fourth diffusion rate controlling part 18 forms a flow path CH for the gas to be measured from the second internal space 17 to the third internal space 19, and in the example shown in FIG. A flow path CH is formed as a slit (gap) between them.

流路CHには、気孔率が5%以上かつ25%以下である多孔質拡散層91が配置される。多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DR(図3に示す例では、紙面左側から紙面右側)において測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる。そして、係る位置に設けられた多孔質拡散層91は、流路CHの所定範囲(具体的には、70%以上)を塞ぐ。 A porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less is arranged in the channel CH. The porous diffusion layer 91 is located upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured (from the left side to the right side of the page in the example shown in FIG. 3), and has a distance d2 of 0.15 mm or less to the measurement electrode 44. It is installed in a certain position. The porous diffusion layer 91 provided at such a position closes a predetermined range (specifically, 70% or more) of the channel CH.

第2内部空所17において補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行なわれた被測定ガスは、第3内部空所19において、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。 The nitrogen oxide concentration of the gas to be measured whose oxygen partial pressure has been adjusted by the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 17 is measured by the measuring pump cell 41 in the third internal space 19 . 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.

測定電極44の周囲には、具体的には、「測定電極44よりも上流側、かつ、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置」には、被測定ガスの流路CHの所定範囲を塞ぐ、気孔率が5%以上かつ25%以下である多孔質拡散層91が配置される。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。すなわち、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CHの所定範囲(具体的には、70%以上)を塞ぐ多孔質拡散層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。 Around the measurement electrode 44, specifically, "a position upstream of the measurement electrode 44 and where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less" is a flow path CH for the gas to be measured. A porous diffusion layer 91 having a porosity of 5% or more and 25% or less is disposed so as to close a predetermined range of . 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 That is, the gas sensor element 101 has a porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range (specifically, 70% or more) of the flow path CH of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44. The gas diffusion mode is set to a suitable one such as Knudsen diffusion.

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 that 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および測定電極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. .

図4は、図3に示す素子基体100のII-II線矢視断面の一例を示す図である。多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DR(図4に示す例では、紙面手前側から紙面奥側)に直交する面の面積は、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める。図4に示す例では、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CHは、第4拡散律速部18によって形成され(規定され)、具体的には、第4拡散律速部18と第2固体電解質層6との間のスリット(隙間)として、流路CHが形成されている。すなわち、図4に二点鎖線を用いて例示する流路CHは、上面を第2固体電解質層6の下面によって、下面を第4拡散律速部18の上面によって、両側面をスペーサ層5の側面によって、区画されている(規定されている)。そして、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上は、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積によって、占められている。すなわち、第4拡散律速部18の上面に接した状態で設けられた多孔質拡散層91が、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている(塞いでいる)。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross section of the element substrate 100 shown in FIG. 3 taken along the line II-II. The area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the direction DR in which the gas to be measured flows (in the example shown in FIG. occupies more than 70% of the area of the plane perpendicular to . In the example shown in FIG. 4, the flow path CH of the gas to be measured from the second internal space 17 to the third internal space 19 is formed (defined) by the fourth diffusion rate controlling section 18, and specifically, A channel CH is formed as a slit (gap) between the fourth diffusion rate-limiting section 18 and the second solid electrolyte layer 6. That is, the flow path CH illustrated using the two-dot chain line in FIG. It is divided (regulated) by. 70% or more of the area of the surface of the flow path CH perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is occupied by the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. ing. That is, the porous diffusion layer 91 provided in contact with the upper surface of the fourth diffusion rate controlling section 18 occupies 70% or more of the area of the surface of the flow path CH perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. There is (blocked).

なお、図4に示す例では、多孔質拡散層91の上面と第2固体電解質層6の下面との間に空間(隙間)がある。つまり、図4に示す例では、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積に対して、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積が占める割合は、100%ではない。しかしながら、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積に対して、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積が占める割合は、70%以上であればよく、100%であってもよい。つまり、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面は、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の全体を占めていてもよい。図4に示す例に即していえば、多孔質拡散層91と第2固体電解質層6とは接していてもよく、具体的には、多孔質拡散層91の上面と第2固体電解質層6の下面とは接していてもよい。 In the example shown in FIG. 4, there is a space (gap) between the upper surface of the porous diffusion layer 91 and the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. That is, in the example shown in FIG. 4, the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is relative to the area of the surface of the flow path CH perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. The area ratio is not 100%. However, the ratio of the area of the surface of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured to the area of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is 70 % or more, and may be 100%. In other words, the surface of the porous diffusion layer 91 that is orthogonal to the flow direction DR of the gas to be measured may occupy the entire surface of the flow path CH that is orthogonal to the direction DR that the gas to be measured flows. In accordance with the example shown in FIG. 4, the porous diffusion layer 91 and the second solid electrolyte layer 6 may be in contact with each other. Specifically, the upper surface of the porous diffusion layer 91 and the second solid electrolyte layer 6 may be in contact with each other. It may be in contact with the bottom surface of.

また、図3及び図4に例示する多孔質拡散層91は、全体に亘って気孔率が一定であり、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は、5%以上かつ25%以下であって、先端保護層200の気孔率よりも低かった。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より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる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。 Further, the porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 3 and 4 has a constant porosity throughout, and specifically, the porosity of the porous diffusion layer 91 is 5% or more and 25% or less. The porosity was lower than that of the tip protection layer 200. However, in the gas sensor element 101 (element substrate 100), the porosity of the porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less It is not essential that it be constant throughout the diffusion layer.

ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層は、気孔率の異なる複数の面(層)を含んでいてもよい。この場合、多孔質拡散層において互いに反対側を向く2つの面のうち、「測定電極44に対向する(面する)面」の気孔率は、「測定電極44に対向しない(面していない)面」の気孔率よりも高くすることが望ましく、特に、10%以上高くすることが望ましい。例えば、図3に示す例では、多孔質拡散層91において互いに反対側を向く2つの面のうち、下流側を向いて測定電極44に対向する面の気孔率は、上流側を向いて第2内部空所17に対向する(面する)面の気孔率よりも、高くてもよい。特に、多孔質拡散層91において互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(面する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない面の気孔率よりも、10%以上高くてもよい。多孔質拡散層において互いに反対側を向く2つの面のうち、「測定電極44に対向する面」の気孔率を「測定電極44に対向しない面」の気孔率よりも高くすることにより、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。特に、「測定電極44に対向する面」の気孔率を「測定電極44に対向しない面」の気孔率よりも10%高くすることにより、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。 In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer provided upstream from the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less includes a plurality of surfaces (layers) with different porosity. You can stay there. In this case, of the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer, the porosity of "the surface that opposes (faces) the measurement electrode 44" is defined as "the surface that does not oppose (does not face) the measurement electrode 44". It is desirable that the porosity be higher than the porosity of the surface, particularly by 10% or more. For example, in the example shown in FIG. 3, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91, the porosity of the face facing the downstream side and facing the measurement electrode 44 is the same as that of the second face facing the upstream side. The porosity may be higher than the porosity of the surface facing (facing) the internal space 17. In particular, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91, the porosity of the face that opposes (faces) the measurement electrode 44 is 10% higher than the porosity of the face that does not face the measurement electrode 44. It may be higher than that. By making the porosity of "the surface facing the measurement electrode 44" higher than the porosity of "the surface not facing the measurement electrode 44" among the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer, the gas sensor element 101 can achieve the following effects. In other words, the gas sensor element 101 suppresses the effect of H 2 O adhering to the surface of the measurement electrode 44 being decomposed and H 2 is generated, and reduces the light-off time required from when the gas sensor is activated until it enters a steady operating state. can be shortened. In particular, by making the porosity of the "surface facing the measurement electrode 44" 10% higher than the porosity of the "surface not facing the measurement electrode 44", the gas sensor element 101 can further shorten the light-off time. can.

多孔質拡散層において互いに反対側を向く2つの面のうち、「測定電極44に対向する(面する)面」の気孔率を、「測定電極44に対向しない面」の気孔率よりも高くする場合、多孔質拡散層は、以下の条件を満たす。すなわち、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。気孔率の異なる複数の面(層)を含む多孔質拡散層について、その詳細は図5等を用いて後述する。 Among the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer, the porosity of the "face facing (facing) the measurement electrode 44" is made higher than the porosity of the "face not facing the measurement electrode 44". In this case, the porous diffusion layer satisfies the following conditions. That is, 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. The details of the porous diffusion layer including a plurality of surfaces (layers) having different porosity will be described later using FIG. 5 and the like.

(多孔質拡散層と測定電極との接触の要否)
測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとするため、多孔質拡散層91は、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲(具体的には、70%以上)を塞いでいる。係る多孔質拡散層91は、測定電極44に接していてもよいし、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より上流側に設けられてもよい。すなわち、図2、3に例示した多孔質拡散層91は、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より上流側に設けられていた。しかしながら、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層91は、測定電極44に接していてもよい。以下に、図5を用いて、測定電極44に接する多孔質拡散層91の例について説明する。
(Necessity of contact between porous diffusion layer and measurement electrode)
In order to make the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable, the porous diffusion layer 91 is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, A predetermined range (specifically, 70% or more) of the channel CH is blocked. The porous diffusion layer 91 may be in contact with the measurement electrode 44, or may be placed upstream of the measurement electrode 44 so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less without contacting the measurement electrode 44. may be provided. That is, the porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 2 and 3 is provided upstream of the measurement electrode 44 so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less without contacting the measurement electrode 44. was. However, the porous diffusion layer 91 provided upstream from the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less may be in contact with the measurement electrode 44. An example of the porous diffusion layer 91 in contact with the measurement electrode 44 will be described below with reference to FIG.

(多孔質拡散層と測定電極とが接している例)
図5は、変形例に係る多孔質拡散層91Aを備える素子基体100(ガスセンサ素子101)の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図5は、被測定ガスの流れる方向DR(図5に示す例では、紙面左側から紙面右側)において測定電極44よりも上流側に設けられ、流路CHの所定範囲を塞いで、測定電極44に接する多孔質拡散層91Aの例を示す図である。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91に代えて、以下に詳細を説明する多孔質拡散層91Aを備えてもよい。なお、図5における第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などは、図2、3等を用いて説明したのと同様であるから、説明は繰り返さない。
(Example where the porous diffusion layer and measurement electrode are in contact)
FIG. 5 is an enlarged view for explaining essential parts of an element substrate 100 (gas sensor element 101) including a porous diffusion layer 91A according to a modification. Specifically, FIG. 5 shows a sensor that is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured (from the left side to the right side of the page in the example shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91A in contact with a measurement electrode 44. Instead of the porous diffusion layer 91, the gas sensor element 101 may include a porous diffusion layer 91A, which will be described in detail below. Note that the first solid electrolyte layer 4, spacer layer 5, second solid electrolyte layer 6, etc. in FIG. 5 are the same as those described using FIGS. 2, 3, etc., so the description will not be repeated.

図2、3に例示した多孔質拡散層91は、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より上流側の流路CH上に設けられていた。しかしながら、ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層が、測定電極44との間に空間(隙間)を備えていることは必須ではない。ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層は、図5に例示する多孔質拡散層91Aのように、測定電極44に接していてもよい。 The porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 2 and 3 is placed on the flow path CH on the upstream side of the measurement electrode 44 so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less without contacting the measurement electrode 44. It was set up in However, in the gas sensor element 101, a porous diffusion layer is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and closes a predetermined range of the flow path CH. 44 is not essential. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer that is provided upstream from the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less and closes a predetermined range of the flow path CH is illustrated in FIG. The porous diffusion layer 91A may be in contact with the measurement electrode 44, like the porous diffusion layer 91A.

図5に例示する多孔質拡散層91Aは、測定電極44よりも上流側に配置される点において、図2、3に例示した多孔質拡散層91と同様である。ただし、測定電極44よりも上流側に配置された多孔質拡散層91Aは、下流側に延伸しており、具体的には、測定電極44へと延伸して、測定電極44に接している。特に、図5に例示する多孔質拡散層91Aは、測定電極44よりも下流側まで延伸して、測定電極44を覆っている。 The porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5 is similar to the porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 2 and 3 in that it is arranged upstream of the measurement electrode 44. However, the porous diffusion layer 91A disposed upstream of the measurement electrode 44 extends downstream, and specifically extends to and is in contact with the measurement electrode 44. In particular, the porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5 extends to the downstream side of the measurement electrode 44 and covers the measurement electrode 44.

ここで、測定電極44に接する多孔質拡散層91Aは、図5に示す例では、測定電極44を覆っている。しかしながら、ガスセンサ素子101において、測定電極44に接する多孔質拡散層91Aが、測定電極44を覆うことは必須ではない。ガスセンサ素子101において多孔質拡散層91Aは、測定電極44を覆うことなく、測定電極44に接していてもよい。 Here, the porous diffusion layer 91A in contact with the measurement electrode 44 covers the measurement electrode 44 in the example shown in FIG. However, in the gas sensor element 101, it is not essential that the porous diffusion layer 91A in contact with the measurement electrode 44 covers the measurement electrode 44. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer 91A may be in contact with the measurement electrode 44 without covering it.

また、図5に示す例では、測定電極44を覆う多孔質拡散層91Aは、測定電極44に接しており、つまり、多孔質拡散層91Aの、測定電極44に対向する(面する)面と、測定電極44とは、接している。ただし、ガスセンサ素子101は、測定電極44に接することなく、測定電極44の周囲を覆う多孔質拡散層を備えていてもよい。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に接することは必須ではなく、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。つまり、ガスセンサ素子101は、測定電極44を覆う多孔質拡散層を備えていてもよく、係る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。ただし、測定電極44を覆う多孔質拡散層と測定電極44との間に隙間を設ける場合、測定電極44を覆う多孔質拡散層の、測定電極44に対向する面と、測定電極44との距離d2は0.15mm以下とする。つまり、ガスセンサ素子101において、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は、測定電極44よりも上流側の、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられていればよい。 Further, in the example shown in FIG. 5, the porous diffusion layer 91A that covers the measurement electrode 44 is in contact with the measurement electrode 44, that is, the surface of the porous diffusion layer 91A that opposes (faces) the measurement electrode 44. , are in contact with the measurement electrode 44. However, the gas sensor element 101 may include a porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44 without being in contact with the measurement electrode 44. In the gas sensor element 101, it is not essential that the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 be in contact with the measurement electrode 44, and the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 may not be in contact with the measurement electrode 44. That is, the gas sensor element 101 may include a porous diffusion layer that covers the measurement electrode 44, and there may be a space (gap) between the porous diffusion layer and the measurement electrode 44. However, if a gap is provided between the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 and the measurement electrode 44, the distance between the surface of the porous diffusion layer covering the measurement electrode 44 facing the measurement electrode 44 and the measurement electrode 44 is d2 shall be 0.15 mm or less. That is, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer that provides a suitable diffusion form around the measurement electrode 44 has a distance d2 upstream from the measurement electrode 44 to the measurement electrode 44 of 0.15 mm or less. It suffices if it is provided in the correct position.

これまでの説明を整理すると、ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に設けられ、流路CHの所定範囲(具体的には、70%以上)を塞ぐ多孔質拡散層は、図5に例示する多孔質拡散層91Aのように、測定電極44に接していてもよい。ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層は、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられていればよく、測定電極44に接していても、接していなくてもよい。また、多孔質拡散層91Aのように、ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層は、測定電極44を覆っていてもよい。 To summarize the explanation so far, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer that is provided upstream of the measurement electrode 44 and closes a predetermined range (specifically, 70% or more) of the flow path CH is shown in FIG. It may be in contact with the measurement electrode 44 like the porous diffusion layer 91A illustrated. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer that is provided upstream of the measurement electrode 44 and closes a predetermined range of the flow path CH is provided at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. It may or may not be in contact with the measurement electrode 44. Furthermore, like the porous diffusion layer 91A, a porous diffusion layer that is provided upstream of the measurement electrode 44 in the gas sensor element 101 and closes a predetermined range of the channel CH may cover the measurement electrode 44.

つまり、ガスセンサ素子101において、「気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、5%以上かつ25%以下である」多孔質拡散層は、以下の条件を満たすものであればよい。すなわち、係る多孔質拡散層は、被測定ガスの流路CHにおいて、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲(70%以上)を塞いでいればよい。ガスセンサ素子101は、係る多孔質拡散層と測定電極44とを接触させてもよいし、接触させなくてもよい。また、ガスセンサ素子101は、係る多孔質拡散層によって測定電極44を覆ってもよいし、覆わなくてもよい。係る多孔質拡散層の、測定電極44に対向する(面する)面は、測定電極44に接していてもよいし、接していなくてもよい。ただし、係る多孔質拡散層の、測定電極44に対向する面が測定電極44に接していない場合、係る多孔質拡散層の、測定電極44に対向する面と測定電極44との間の距離d2は0.15mm以下とする。 That is, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer "having a porosity lower than the porosity of the tip protection layer 200, 5% or more and 25% or less" may be one that satisfies the following conditions. That is, such a porous diffusion layer is provided in the flow path CH of the gas to be measured at a position upstream of the measurement electrode 44 such that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and is provided at a predetermined position in the flow path CH. It is sufficient to cover the range (70% or more). In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer and the measurement electrode 44 may or may not be in contact with each other. Furthermore, the gas sensor element 101 may or may not cover the measurement electrode 44 with such a porous diffusion layer. The surface of the porous diffusion layer that opposes (faces) the measurement electrode 44 may or may not be in contact with the measurement electrode 44. However, if the surface of the porous diffusion layer facing the measurement electrode 44 is not in contact with the measurement electrode 44, the distance d2 between the surface of the porous diffusion layer facing the measurement electrode 44 and the measurement electrode 44 shall be 0.15 mm or less.

図5に例示する多孔質拡散層91Aは、第4拡散律速部18(拡散律速部)と、被測定ガス流通部7(内部空間)を規定する面(図5に示す例では、第2固体電解質層6。特に、第2固体電解質層6の下面)と、に接している。つまり、多孔質拡散層91Aと第4拡散律速部18との間、及び、多孔質拡散層91Aと被測定ガス流通部7を規定する面との間には、空間(隙間)がない。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Aと第4拡散律速部18との間の隙間、及び、多孔質拡散層91Aと被測定ガス流通部7を規定する面との隙間をなくすことで、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、被測定ガスが、多孔質拡散層91Aと第4拡散律速部18との間の隙間、及び、多孔質拡散層91Aと被測定ガス流通部7を規定する面との隙間の少なくとも一方から測定電極44へと至ることを防ぐことができる。つまり、ガスセンサ素子101は、例えば、流路CHの途中で漏れ出した被測定ガスが、多孔質拡散層91Aによって拡散形態を変更されることなく、測定電極44へと至るといった事態が発生する可能性を抑えることができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91Aによって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 The porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. The electrolyte layer 6 (in particular, the lower surface of the second solid electrolyte layer 6) is in contact with the electrolyte layer 6. In other words, there is no space (gap) between the porous diffusion layer 91A and the fourth diffusion control section 18, and between the porous diffusion layer 91A and the surface defining the gas distribution section 7 to be measured. The gas sensor element 101 achieves the following by eliminating the gap between the porous diffusion layer 91A and the fourth diffusion rate controlling section 18 and the gap between the porous diffusion layer 91A and the surface defining the gas distribution section 7 to be measured. It is possible to achieve the following effects. That is, in the gas sensor element 101, the gas to be measured flows through the gap between the porous diffusion layer 91A and the fourth diffusion control section 18, and between the porous diffusion layer 91A and the surface defining the gas distribution section 7. This can prevent at least one of the gaps from reaching the measurement electrode 44. In other words, in the gas sensor element 101, for example, a situation may occur in which the gas to be measured leaks out in the middle of the flow path CH and reaches the measurement electrode 44 without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer 91A. You can control your sexuality. Therefore, the gas sensor element 101 uses a porous diffusion layer 91A that closes a predetermined range of the flow path CH through which the gas to be measured flows to the measurement electrode 44 to achieve a suitable diffusion pattern such as Knudsen diffusion. You can get closer to the form.

なお、図5に例示する多孔質拡散層91Aは、図2、3に例示した多孔質拡散層91と同様に、気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。そして、多孔質拡散層91Aは、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられ、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CHの70%以上を塞いでいる。特に、図5に例示する多孔質拡散層91Aは、第4拡散律速部18によって形成される流路CH(具体的には、第4拡散律速部18と第2固体電解質層6との間のスリット(隙間)として形成される流路CH)の全体を(つまり、100%を)占めている。すなわち、多孔質拡散層91Aの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面は、流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている。 Note that, like the porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 2 and 3, the porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5 has a porosity lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more. and 25% or less. The porous diffusion layer 91A is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and extends to the measurement electrode 44. More than 70% of the flow path CH of the gas to be measured is blocked. In particular, the porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. It occupies the entirety (that is, 100%) of the channel CH formed as a slit (gap). That is, the surface of the porous diffusion layer 91A that is perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured occupies 70% or more of the area of the surface of the flow path CH that is perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured.

図5に例示する多孔質拡散層91Aは、全体に亘って気孔率が5%以上かつ25%以下で一定である。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より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる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。ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層は、以下のように構成されてもよい。すなわち、多孔質拡散層において互いに反対側を向く2つの面のうち、「測定電極44に対向する(面する)面」と、「測定電極44に対向しない(面していない)面」とで、気孔率が異なるように、多孔質拡散層は構成されてもよい。 The porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. 5 has a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. However, in the gas sensor element 101 (element substrate 100), the porosity of the porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less It is not essential that it be constant throughout the diffusion layer. In the gas sensor element 101, the porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less may be configured as follows. That is, among the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer, "the surface that opposes (faces) the measurement electrode 44" and "the surface that does not oppose (face) the measurement electrode 44". , the porous diffusion layer may be configured to have different porosities.

具体的には、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率よりも、高くてもよい。例えば、多孔質拡散層91Aは、互いに反対側を向く2つの面のそれぞれを、以下のように構成されてもよい。すなわち、多孔質拡散層91Aは、測定電極44に対向せずに被測定ガス流通部7に面する面を、多孔質な層である第1多孔質拡散層によって構成されてもよく、また、測定電極44に対向する面を、多孔質な層である第2多孔質拡散層によって構成されてもよい。第1多孔質拡散層と第2多孔質拡散層とは、互いに気孔率が異なり、第2多孔質拡散層の気孔率は、第1多孔質拡散層の気孔率よりも高くてもよい。 Specifically, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the face facing (in contact with) the measurement electrode 44 is the same as the porosity of the face not facing (in contact with) the measurement electrode 44. It may be higher than the rate. For example, the porous diffusion layer 91A may have two surfaces facing opposite to each other configured as follows. That is, the porous diffusion layer 91A may have a surface facing the gas distribution section 7 to be measured that does not face the measurement electrode 44, and may be constituted by a first porous diffusion layer that is a porous layer. The surface facing the measurement electrode 44 may be constituted by a second porous diffusion layer that is a porous layer. The first porous diffusion layer and the second porous diffusion layer have different porosity from each other, and the porosity of the second porous diffusion layer may be higher than the porosity of the first porous diffusion layer.

多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率を、測定電極44に対向しない(接しない)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 faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the face facing (in contact with) the measurement electrode 44 is made higher than the porosity of the face not facing (in contact with) the measurement electrode 44. By doing so, 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、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について、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率を、測定電極44に対向しない(接しない)面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に対向する面の気孔率を、測定電極44に対向しない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、「測定電極44に対向しない(接しない)面」よりも大きな気孔率を有する「測定電極44に対向する(接する)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, for a porous diffusion layer that has a suitable diffusion form around the measurement electrode 44, the porosity of the surface facing (contacting) the measurement electrode 44 is the same as the porosity of the surface not facing (contacting) the measurement electrode 44. The gas sensor element 101 achieves the following effects by making the rate higher than the rate. That is, by making the porosity of the surface facing the measurement electrode 44 higher than the porosity of the surface not facing the measurement electrode 44, the gas sensor element 101 quickly diffuses H 2 generated near the surface of the measurement electrode 44. be able to. 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 measurement electrode 44 which has a larger porosity than the surface that does not face (does not touch) the measurement electrode 44. The "opposing (contacting) surfaces" allow rapid 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、多孔質拡散層91Aは以下のように構成されることが望ましい。すなわち、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に接する面の気孔率が、測定電極44に接しない面の気孔率よりも高くなるように、多孔質拡散層91Aは構成されることが望ましい。具体的には、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に接する面の気孔率は、測定電極44に接しない面(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に接する面の気孔率を、測定電極44に接しない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, it is desirable that the porous diffusion layer 91A be configured as follows. That is, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porous diffusion layer is formed so that the porosity of the face in contact with the measurement electrode 44 is higher than the porosity of the face not in contact with the measurement electrode 44. Layer 91A is preferably configured. Specifically, when the porous diffusion layer 91A and the measurement electrode 44 are in contact, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A that is in contact with the measurement electrode 44 is the same as that of the surface that is not in contact with the measurement electrode 44 (for example, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A that is in contact with the measurement electrode 44). It is desirable that the porosity be higher than that of the surface facing the flow section 7). In the porous diffusion layer 91A, the porosity of the surface in contact with the measurement electrode 44 is made higher than the porosity of the surface not in contact with the measurement electrode 44. However, 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に対向する(接する)面」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に対向する(接する)面」の気孔率を求めた。「多孔質拡散層91Aの、測定電極44に対向しない(接しない)面」の気孔率も、同様の手法を適用して求めた。すなわち、先ず、多孔質拡散層91Aの、測定電極44に対向しない(接しない)面(表面。例えば、上面)から10~15μmの範囲のSEM画像を取得する。そして、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、測定電極44に対向しない(接しない)面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 surface of the porous diffusion layer 91A facing (in contact with) the measurement electrode 44" was derived, for example, as follows. That is, first, an SEM image is taken near the center of the measurement electrode 44 and within a range of 10 to 15 μm from the interface between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91A when viewed in the length direction (axial direction of the sensor element). Obtained. Next, by applying a known image processing method such as binarization processing to the acquired SEM image, the porosity of "the surface of the porous diffusion layer 91A facing (in contact with) the measurement electrode 44" is determined. I asked for The porosity of "the surface of the porous diffusion layer 91A that does not face (does not touch) the measurement electrode 44" was also determined by applying the same method. That is, first, a SEM image is obtained in a range of 10 to 15 μm from the surface (surface, for example, the top surface) of the porous diffusion layer 91A that does not face (does not touch) the measurement electrode 44. Then, by applying a known image processing method to the SEM image, the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A that does not face (does not touch) the measurement electrode 44 was derived.

上述の通り、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率よりも高くてもよい。特に、多孔質拡散層91Aにおいて、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率よりも、10%以上高くてもよい。 As described above, among the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the surface that faces (contacts) the measurement electrode 44 is equal to the porosity of the surface that does not oppose (contact) the measurement electrode 44. It may be higher than In particular, in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 may be 10% or more higher than the porosity of the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44.

ここで、本件発明者らは、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率が、測定電極44に対向しない(接しない)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(接する)面の気孔率と、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率との差は、10%以上あることが望ましい。具体的には、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)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、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率を、測定電極44に対向しない(接しない)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。例えば、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Aの、「測定電極44に対向する面」の気孔率を、「測定電極44に対向せずに被測定ガス流通部7に面する面」の気孔率よりも10%以上高くすることによって、ライトオフ時間をより短縮することができる。 Here, the present inventors believe that when the porosity of the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 is 10% or more higher than the porosity of the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44, It was confirmed that the light-off time was shorter than in the conventional case. Therefore, in the porous diffusion layer 91A, the difference between the porosity of the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 and the porosity of the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44 may be 10% or more. desirable. Specifically, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the face facing (in contact with) the measurement electrode 44 is the same as the porosity of the face not facing (in contact with) the measurement electrode 44. It is desirable that the ratio be 10% or more higher than the ratio. The gas sensor element 101 has a structure in which the porosity of the surface of the porous diffusion layer 91A that faces (contacts) the measurement electrode 44 is made 10% or more higher than the porosity of the surface that does not oppose (contact) the measurement electrode 44. , the light-off time can be made shorter than in the case of less than 10%. For example, in the gas sensor element 101, the porosity of the "surface facing the measurement electrode 44" of the porous diffusion layer 91A is determined by the porosity of the "surface facing the measured gas flow section 7 without facing the measurement electrode 44". The light-off time can be further shortened by increasing the light-off rate by 10% or more.

これまでに説明してきたように、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率よりも高くてもよく、例えば、10%以上高くてもよい。ここで、多孔質拡散層91Aにおける、測定電極44に対向する(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)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 so far, of the two faces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the face that faces (contacts) the measurement electrode 44 is different from the porosity of the face that does not face (does not touch) the measurement electrode 44 ) may be higher than the porosity of the surface, for example, 10% or more. Here, the manner in which the porosity changes from the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 to the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44 in the porous diffusion layer 91A is not particularly limited. .

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(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)面(例えば、被測定ガス流通部7に面する面)へと、段階的(非連続的)に変化してもよい。具体的には、多孔質拡散層91Aは、互いに反対側を向く2つの面として、互いに気孔率の異なる以下の2つの面を備えていてもよい。すなわち、多孔質拡散層91Aは、「測定電極44に対向せずに被測定ガス流通部7に面する多孔質な層である第1多孔質拡散層」及び「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」を含んでいてもよい。この場合、第1多孔質拡散層の気孔率は、第2多孔質拡散層の気孔率よりも低い方が望ましく、特に、第2多孔質拡散層の気孔率よりも10%以上低いことが望ましい。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(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)面へと、段階的(非連続的)に変化してもよい。 In the porous diffusion layer 91A, the porosity changes from the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 to the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44 (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured). It may change stepwise (discontinuously). Specifically, the porous diffusion layer 91A may include the following two surfaces having different porosity from each other as two surfaces facing opposite to each other. That is, the porous diffusion layer 91A is a "first porous diffusion layer that is a porous layer that faces the measured gas flow section 7 without facing the measurement electrode 44" and a "porous layer that faces the measurement electrode 44". The second porous diffusion layer may also include a second porous diffusion layer. In this case, the porosity of the first porous diffusion layer is desirably lower than the porosity of the second porous diffusion layer, and particularly desirably 10% or more lower than the porosity of the second porous diffusion layer. . 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 varies from the surface facing (contacting) the measurement electrode 44 to the surface not facing (contacting) the measurement electrode 44. It is also possible to change stepwise (discontinuously) to a surface that does not change.

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(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)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。つまり、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)面へと、気孔率は連続的に変化してもよい。例えば、測定電極44に対向する面から、測定電極44に対向しない面(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。 Furthermore, in the porous diffusion layer 91A, the porosity changes from the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 to the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44 (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured). It may change continuously. In other words, among the two surfaces facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity is continuous from the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 to the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44. It may change to For example, the porosity gradually decreases from the surface facing the measurement electrode 44 to the surface not facing the measurement electrode 44 (for example, the surface facing the gas flow section 7 to be measured), and as a result, the porosity of both The porous diffusion layer 91A may be configured such that the difference between the two is 10% or more.

以上に説明した通り、多孔質拡散層91Aにおいて互いに反対側を向く2つの面のうち、測定電極44に対向する(接する)面の気孔率は、測定電極44に対向しない(接しない)面の気孔率よりも高くてもよく、特に、10%以上高くてもよい。そして、測定電極44に対向する(接する)面から、測定電極44に対向しない(接しない)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 facing opposite to each other in the porous diffusion layer 91A, the porosity of the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 is the same as that of the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44. It may be higher than the porosity, particularly by 10% or more. The manner in which the porosity changes from the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 to the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44 is not particularly limited, and may be, for example, stepwise ( It may change discontinuously or continuously.

なお、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられ、流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層が、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、係る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、多孔質拡散層91Aにおいて測定電極44に対向する(接する)面と測定電極44に対向しない(接しない)面とで気孔率が異なる場合、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。具体的には、前述の第1多孔質拡散層及び第2多孔質拡散層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。 Note that a porous diffusion layer that is provided upstream from the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less and closes a predetermined range of the flow path CH has a plurality of porous diffusion layers having different porosity. When the porous diffusion layer has a surface (layer), the average porosity of the porous diffusion layer satisfies the following conditions. That is, when the porous diffusion layer has a plurality of surfaces having different porosities, the porous diffusion layer has an average porosity of 5% or more and 25% or less, and the average porosity is equal to or less than the tip protection layer. The porosity is lower than that of layer 200. For example, if the porosity of the porous diffusion layer 91A is different between the surface facing (in contact with) the measurement electrode 44 and the surface not facing (in contact with) the measurement electrode 44, the average porosity of the porous diffusion layer 91A 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 and the second porous diffusion layer 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.

(多孔質拡散層及び拡散律速部の軸方向の長さ)
図2、図3に例示した多孔質拡散層91、及び、図5に例示した多孔質拡散層91Aは、何れも、その幅(ガスセンサ素子101の軸方向の長さ)が、第4拡散律速部18の幅(ガスセンサ素子101の軸方向の長さ)以上であった。すなわち、多孔質拡散層91の幅と第4拡散律速部18の幅とは同様であり、多孔質拡散層91Aの幅は第4拡散律速部18の幅よりも長かった。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より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層の幅が、第4拡散律速部18の幅以上であることは必須ではない。ガスセンサ素子101において、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層の幅は、第4拡散律速部18の幅よりも短くてもよい。すなわち、ガスセンサ素子101において、多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路CHを形成する拡散律速部(例えば、第4拡散律速部18)の幅は、係る多孔質拡散層の幅よりも長くてもよい。以下に、図6を用いて、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る多孔質拡散層の幅よりも、長い幅を有する第4拡散律速部18の例について説明する。
(Length in the axial direction of the porous diffusion layer and diffusion controlling part)
The porous diffusion layer 91 illustrated in FIGS. 2 and 3 and the porous diffusion layer 91A illustrated in FIG. The width was greater than the width of the portion 18 (the length in the axial direction of the gas sensor element 101). That is, the width of the porous diffusion layer 91 and the width of the fourth diffusion rate controlling part 18 were similar, and the width of the porous diffusion layer 91A was longer than the width of the fourth diffusion rate controlling part 18. However, in the gas sensor element 101 (element substrate 100), the width of the porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less is the fourth diffusion rate limiting layer. It is not essential that the width be equal to or greater than the width of the portion 18. In the gas sensor element 101, the width of the porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less is shorter than the width of the fourth diffusion-limiting section 18. It's okay. That is, in the gas sensor element 101, the width of the diffusion-limiting part (for example, the fourth diffusion-limiting part 18) forming the flow path CH whose predetermined range is blocked by the porous diffusion layer is wider than the width of the porous diffusion layer. It can be long. Below, with reference to FIG. 6, an example of the fourth diffusion-limiting section 18 having a width longer than the width of the porous diffusion layer provided for optimizing the diffusion form around the measurement electrode 44 will be explained. do.

(多孔質拡散層の幅よりも長い幅を有する拡散律速部の例)
図6は、変形例に係る第4拡散律速部18Bを備える素子基体100(ガスセンサ素子101)の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図6は、図2、3、5に例示した第4拡散律速部18の幅(ガスセンサ素子101の軸方向の長さ)よりも長い幅を有する第4拡散律速部18Bの一例を示す図である。なお、図6における第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などは、図2、3等を用いて説明したのと同様であるから、説明は繰り返さない。
(Example of a diffusion-limiting part having a width longer than the width of the porous diffusion layer)
FIG. 6 is an enlarged view for explaining essential parts of an element substrate 100 (gas sensor element 101) including a fourth diffusion rate-limiting section 18B according to a modification. Specifically, FIG. 6 shows the width of the fourth diffusion-limiting section 18B having a width longer than the width of the fourth diffusion-limiting section 18 (the length in the axial direction of the gas sensor element 101) illustrated in FIGS. 2, 3, and 5. It is a figure showing an example. Note that the first solid electrolyte layer 4, spacer layer 5, second solid electrolyte layer 6, etc. in FIG. 6 are the same as those described using FIGS. 2, 3, etc., so the description will not be repeated.

第4拡散律速部18Bの基本的な構成は、第4拡散律速部18と同様である。すなわち、第4拡散律速部18Bは、被測定ガス流通部7(内部空間)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する。また、第4拡散律速部18Bの気孔率は、多孔質拡散層91の気孔率よりも低く、つまり、第4拡散律速部18Bは多孔質拡散層91よりも緻密である。さらに、第4拡散律速部18Bは、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に設けられる。 The basic configuration of the fourth diffusion control section 18B is the same as that of the fourth diffusion control section 18. That is, the fourth diffusion rate controlling section 18B imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas to be measured distribution section 7 (internal space). Further, the porosity of the fourth diffusion-limiting portion 18B is lower than that of the porous diffusion layer 91, that is, the fourth diffusion-limiting portion 18B is denser than the porous diffusion layer 91. Furthermore, the fourth diffusion rate-limiting section 18B is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured.

ただし、第4拡散律速部18Bは、以下の点において、第4拡散律速部18と異なる。すなわち、測定電極44よりも上流側に配置された第4拡散律速部18Bは、下流側に、つまり、測定電極44へと延伸し、特に、測定電極44よりも下流側まで延伸している。図6に示す例では、測定電極44よりも上流側に配置された第4拡散律速部18Bは、測定電極44よりも下流側まで延伸して、スペーサ層5に接している。そのため、第4拡散律速部18Bの幅(ガスセンサ素子101の軸方向の長さ)は、多孔質拡散層91の幅よりも長い。 However, the fourth diffusion control section 18B differs from the fourth diffusion control section 18 in the following points. That is, the fourth diffusion-limiting section 18B arranged upstream of the measurement electrode 44 extends downstream, that is, toward the measurement electrode 44, and particularly extends to the downstream side of the measurement electrode 44. In the example shown in FIG. 6, the fourth diffusion rate-limiting section 18B arranged upstream of the measurement electrode 44 extends to the downstream side of the measurement electrode 44 and is in contact with the spacer layer 5. Therefore, the width of the fourth diffusion-limiting portion 18B (the length in the axial direction of the gas sensor element 101) is longer than the width of the porous diffusion layer 91.

図6に示す例では、第4拡散律速部18B及び第2固体電解質層6によって規定された流路CH(B)は、測定電極44の配置される第3内部空所19Bと一体となっている。すなわち、第4拡散律速部18Bは、下流側に延伸しており、特に、測定電極44よりも下流側まで延伸して、スペーサ層5に接している。そして、係る第4拡散律速部18Bと、第2固体電解質層6とによって、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CH(B)は、規定されている。具体的には、図6に示す例において、流路CH(B)(すなわち、第3内部空所19B)は、上面を第2固体電解質層6によって、下面を第4拡散律速部18Bによって、側面及び後面をスペーサ層5によって、規定されている(区画されている)。そして、流路CH(B)(すなわち、第3内部空所19B)の入口を、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91が塞いでいる。 In the example shown in FIG. 6, the flow path CH(B) defined by the fourth diffusion-limiting part 18B and the second solid electrolyte layer 6 is integrated with the third internal space 19B in which the measurement electrode 44 is arranged. There is. That is, the fourth diffusion rate-limiting portion 18B extends downstream, and in particular extends downstream from the measurement electrode 44 and is in contact with the spacer layer 5. The flow path CH(B) of the gas to be measured that reaches the measurement electrode 44 is defined by the fourth diffusion rate-limiting section 18B and the second solid electrolyte layer 6. Specifically, in the example shown in FIG. 6, the flow path CH(B) (that is, the third internal space 19B) has an upper surface formed by the second solid electrolyte layer 6, a lower surface formed by the fourth diffusion-limiting section 18B, The side and rear surfaces are defined (divided) by a spacer layer 5. A porous diffusion layer 91 whose distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less closes the entrance of the channel CH(B) (that is, the third internal space 19B).

すなわち、第4拡散律速部18Bは、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CH(B)の少なくとも1つの面を規定し(区画し)、図6に示す例では、流路CH(B)の下面を規定している。そして、第4拡散律速部18Bによって形成された(規定された)流路CH(B)の所定範囲は、測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となる位置に設けられた多孔質拡散層91によって塞がれている。 That is, the fourth diffusion rate-limiting section 18B defines (divides) at least one surface of the flow path CH(B) of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44, and in the example shown in FIG. B) defines the lower surface. Then, the predetermined range of the flow path CH(B) formed (defined) by the fourth diffusion rate controlling part 18B is located upstream of the measurement electrode 44, and the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. It is closed by a porous diffusion layer 91 provided at the position.

ガスセンサ素子101は、図2等を用いて説明した流路CHに代えて、多孔質拡散層91によって所定範囲(具体的には、70%以上)を塞がれる流路CH(B)を備えていてもよい。ガスセンサ素子101において、流路CH(B)を規定する拡散律速部は、第4拡散律速部18Bのように、下流側に延伸してもよく、特に、測定電極44よりも下流側まで延伸してもよい。図6に示す例では、測定電極44よりも上流側に配置された第4拡散律速部18Bが、測定電極44よりも下流側まで延伸している。そして、測定電極44よりも上流側に配置され、かつ、測定電極44よりも下流側まで延伸した第4拡散律速部18Bと、第2固体電解質層6とによって規定された流路CH(B)(すなわち、第3内部空所19B)の入口を、多孔質拡散層91が塞いでいる。 The gas sensor element 101 includes a flow path CH (B) whose predetermined range (specifically, 70% or more) is blocked by the porous diffusion layer 91 instead of the flow path CH described using FIG. 2 and the like. You can leave it there. In the gas sensor element 101, the diffusion-limiting part that defines the flow path CH(B) may extend downstream, like the fourth diffusion-limiting part 18B, and in particular, may extend to the downstream side of the measurement electrode 44. It's okay. In the example shown in FIG. 6, the fourth diffusion-limiting section 18B, which is arranged upstream of the measurement electrode 44, extends to the downstream side of the measurement electrode 44. Then, a flow path CH(B) defined by the second solid electrolyte layer 6 and the fourth diffusion-limiting section 18B, which is arranged upstream of the measurement electrode 44 and extends to the downstream side of the measurement electrode 44, is formed. (That is, the entrance of the third internal cavity 19B) is closed by the porous diffusion layer 91.

これまでに説明してきたように、流路CH(B)は、流路CHと同様に、少なくとも1つの面が、第4拡散律速部18Bによって規定され(区画され)、図6に示す例では、流路CH(B)の下面が、第4拡散律速部18Bによって規定されている。ガスセンサ素子101は、第4拡散律速部18Bによって少なくとも1つの面が規定された流路CH(B)を利用して、被測定ガスを測定電極44へと導くことができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(B)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 As explained so far, like the flow path CH, at least one surface of the flow path CH(B) is defined (divided) by the fourth diffusion rate controlling part 18B, and in the example shown in FIG. , the lower surface of the flow path CH(B) is defined by the fourth diffusion-limiting portion 18B. The gas sensor element 101 can guide the gas to be measured to the measurement electrode 44 by using the flow path CH(B) in which at least one surface is defined by the fourth diffusion rate limiting part 18B. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44 to be controlled by the Knudsen diffusion type by the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the flow path CH(B) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

また、流路CH(B)の、第4拡散律速部18Bによって規定される面とは異なる面(図6に示す例では上面)は、第2固体電解質層6によって規定されている(区画されている)。そして、多孔質拡散層91は、流路CH(B)の入り口に、つまり、測定電極44よりも上流側に、配置され、特に、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下である位置に配置されている。係る多孔質拡散層91によって、流路CH(B)の入り口は所定範囲を塞がれ、具体的には、70%以上を塞がれる。 Further, a surface of the flow path CH(B) different from the surface defined by the fourth diffusion-limiting portion 18B (in the example shown in FIG. 6, the upper surface) is defined (divided) by the second solid electrolyte layer 6. ing). The porous diffusion layer 91 is arranged at the entrance of the channel CH(B), that is, on the upstream side of the measurement electrode 44, and particularly at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. It is located in By the porous diffusion layer 91, a predetermined range of the entrance of the channel CH(B) is blocked, specifically, 70% or more is blocked.

特に、図6に示す例において多孔質拡散層91は、第4拡散律速部18B(拡散律速部)と、被測定ガス流通部7(内部空間)を規定する面(図6に示す例では、第2固体電解質層6。特に、第2固体電解質層6の下面)と、に接している。つまり、多孔質拡散層91と第4拡散律速部18Bとの間、及び、多孔質拡散層91と被測定ガス流通部7を規定する面との間には、空間(隙間)がない。そのため、ガスセンサ素子101は、被測定ガスが、多孔質拡散層91と第4拡散律速部18Bとの間の隙間、及び、多孔質拡散層91と被測定ガス流通部7を規定する面との隙間の少なくとも一方から測定電極44へと至ることを防ぐことができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(B)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In particular, the porous diffusion layer 91 in the example shown in FIG. The second solid electrolyte layer 6 (particularly the lower surface of the second solid electrolyte layer 6) is in contact with the second solid electrolyte layer 6. That is, there is no space (gap) between the porous diffusion layer 91 and the fourth diffusion-limiting section 18B and between the porous diffusion layer 91 and the surface defining the gas distribution section 7 to be measured. Therefore, in the gas sensor element 101, the gas to be measured is distributed between the gap between the porous diffusion layer 91 and the fourth diffusion control section 18B and the surface defining the porous diffusion layer 91 and the gas distribution section 7 to be measured. It is possible to prevent at least one of the gaps from reaching the measurement electrode 44. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44 to be controlled by the Knudsen diffusion type by the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the flow path CH(B) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

(変形例に係る多孔質拡散層及び拡散律速部)
これまでに説明してきたように、ガスセンサ素子101において、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る多孔質拡散層は、測定電極44に接していてもよい。また、係る多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路は、拡散律速部によって規定されていてもよい。そして、係る拡散律速部は、下流側に延伸していてもよく、例えば、測定電極44よりも下流側に延伸していてもよい。以下に、図7を用いて、測定電極44に接する多孔質拡散層と、測定電極44よりも下流側に延伸する拡散律速部とを備えるガスセンサ素子101(素子基体100)の例について説明する。
(Porous diffusion layer and diffusion controlling section according to modified example)
As described above, in the gas sensor element 101, the porous diffusion layer provided to make the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable may be in contact with the measurement electrode 44. Furthermore, the flow path whose predetermined range is blocked by such a porous diffusion layer may be defined by a diffusion rate controlling section. The diffusion-limiting portion may extend downstream, for example, downstream of the measurement electrode 44. Below, an example of a gas sensor element 101 (element substrate 100) including a porous diffusion layer in contact with the measurement electrode 44 and a diffusion control section extending downstream from the measurement electrode 44 will be described using FIG. 7.

図7は、変形例に係る多孔質拡散層91C及び第4拡散律速部18Cを備える素子基体100(ガスセンサ素子101)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、測定電極44よりも上流側に配置され、下流側(つまり、測定電極44へと)延伸する「多孔質拡散層91C及び第4拡散律速部18C」について、それぞれの一例を示す図である。なお、図7における第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などは、図2、3等を用いて説明したのと同様であるから、説明は繰り返さない。ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91に代えて、以下に詳細を説明する多孔質拡散層91Cを備えていてもよい。 FIG. 7 is an enlarged view for explaining the main parts of an element substrate 100 (gas sensor element 101) including a porous diffusion layer 91C and a fourth diffusion rate controlling part 18C according to a modification. Specifically, FIG. 7 shows "the porous diffusion layer 91C and the fourth diffusion-limiting section 18C" which are arranged upstream of the measurement electrode 44 and extend downstream (that is, toward the measurement electrode 44), respectively. It is a figure showing an example. Note that the first solid electrolyte layer 4, spacer layer 5, second solid electrolyte layer 6, etc. in FIG. 7 are the same as those described using FIGS. 2, 3, etc., so the description will not be repeated. Instead of the porous diffusion layer 91, the gas sensor element 101 may include a porous diffusion layer 91C, which will be described in detail below.

多孔質拡散層91Cは、多孔質拡散層91Aと同様に、測定電極44よりも上流側に配置され、下流側に延伸しており、具体的には、測定電極44へと延伸して、測定電極44に接している。特に、図7に例示する多孔質拡散層91Cは、測定電極44よりも下流側まで延伸して、測定電極44を覆っている。また、多孔質拡散層91Cは、これまでに説明した多孔質拡散層91、91Aと同様に、気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。多孔質拡散層91Cは、多孔質拡散層91、91Aと同様に、測定電極44よりも上流側で、被測定ガスの流路CH(C)の所定範囲(具体的には、70%以上)を塞いでいる。 Like the porous diffusion layer 91A, the porous diffusion layer 91C is arranged upstream of the measurement electrode 44 and extends downstream. Specifically, the porous diffusion layer 91C extends toward the measurement electrode 44 and performs measurement. It is in contact with the electrode 44. In particular, the porous diffusion layer 91C illustrated in FIG. 7 extends to the downstream side of the measurement electrode 44 and covers the measurement electrode 44. Further, like the porous diffusion layers 91 and 91A described above, the porous diffusion layer 91C has a porosity lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more and 25% or less. be. Like the porous diffusion layers 91 and 91A, the porous diffusion layer 91C is located upstream of the measurement electrode 44 and covers a predetermined range (specifically, 70% or more) of the flow path CH(C) of the gas to be measured. is blocking the

第4拡散律速部18Cは、第4拡散律速部18Bと同様に、測定電極44よりも上流側に配置され、下流側に(つまり、測定電極44へと)延伸し、特に、図7に例示する第4拡散律速部18Cは、測定電極44よりも下流側まで延伸している。具体的には、測定電極44よりも上流側に配置された第4拡散律速部18Cは、下流側に延伸して、スペーサ層5に接している。また、第4拡散律速部18Cは、第4拡散律速部18、18Bと同様に、気孔率が多孔質拡散層91の気孔率よりも低く、つまり、第4拡散律速部18Cは多孔質拡散層91Cよりも緻密である。第4拡散律速部18Cは、被測定ガス流通部7(内部空間)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する。 The fourth diffusion-limiting section 18C, like the fourth diffusion-limiting section 18B, is arranged upstream of the measurement electrode 44 and extends downstream (that is, toward the measurement electrode 44), and is particularly illustrated in FIG. The fourth diffusion-limiting section 18C extends to the downstream side of the measurement electrode 44. Specifically, the fourth diffusion rate-limiting section 18C arranged upstream of the measurement electrode 44 extends downstream and is in contact with the spacer layer 5. Further, the fourth diffusion-limiting section 18C has a porosity lower than that of the porous diffusion layer 91, similar to the fourth diffusion-limiting sections 18 and 18B. It is denser than 91C. The fourth diffusion rate controlling section 18C imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas to be measured distribution section 7 (internal space).

図7に示す例では、第4拡散律速部18C及び第2固体電解質層6によって規定された流路CH(C)は、測定電極44の配置される第3内部空所19Cと一体となっている。すなわち、第4拡散律速部18Cは、下流側に延伸しており、特に、測定電極44よりも下流側まで延伸して、スペーサ層5に接している。そして、係る第4拡散律速部18Cと、第2固体電解質層6とによって、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CH(C)は、規定されている。具体的には、図7に示す例において、流路CH(C)(すなわち、第3内部空所19C)は、上面を第2固体電解質層6によって、下面を第4拡散律速部18Cによって、側面及び後面をスペーサ層5によって、規定されている(区画されている)。そして、第4拡散律速部18Cと第2固体電解質層6とによって規定された流路CH(C)(すなわち、第3内部空所19C)の全体を、多孔質拡散層91Cが塞いでいる。 In the example shown in FIG. 7, the flow path CH(C) defined by the fourth diffusion-limiting part 18C and the second solid electrolyte layer 6 is integrated with the third internal space 19C in which the measurement electrode 44 is arranged. There is. That is, the fourth diffusion-limiting section 18C extends downstream, and in particular extends downstream from the measurement electrode 44 and is in contact with the spacer layer 5. The flow path CH(C) of the gas to be measured that reaches the measurement electrode 44 is defined by the fourth diffusion-limiting section 18C and the second solid electrolyte layer 6. Specifically, in the example shown in FIG. 7, the flow path CH(C) (that is, the third internal space 19C) has an upper surface formed by the second solid electrolyte layer 6 and a lower surface formed by the fourth diffusion-limiting section 18C. The side and rear surfaces are defined (divided) by a spacer layer 5. Then, the porous diffusion layer 91C completely blocks the flow path CH(C) (that is, the third internal space 19C) defined by the fourth diffusion rate controlling part 18C and the second solid electrolyte layer 6.

流路CH(C)は、流路CH、CH(B)と同様に、少なくとも1つの面が、第4拡散律速部18Cによって規定され(区画され)、図7に示す例では、流路CH(C)の下面が、第4拡散律速部18Cによって規定されている。ガスセンサ素子101は、第4拡散律速部18Cによって少なくとも1つの面が規定された流路CH(C)を利用して、被測定ガスを測定電極44へと導くことができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(C)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91によって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 Like the channels CH and CH(B), at least one surface of the channel CH(C) is defined (divided) by the fourth diffusion rate controlling section 18C, and in the example shown in FIG. The lower surface of (C) is defined by the fourth diffusion-limiting section 18C. The gas sensor element 101 can guide the gas to be measured to the measurement electrode 44 using the flow path CH(C) in which at least one surface is defined by the fourth diffusion rate-limiting part 18C. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44 to be controlled by the Knudsen diffusion type by the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the flow path CH (C) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

また、流路CH(C)の、第4拡散律速部18Cによって規定される面とは異なる面(図7に示す例では上面)は、第2固体電解質層6によって規定されている(区画されている)。そして、多孔質拡散層91Cは、流路CH(C)の入り口に、つまり、測定電極44よりも上流側に、配置され、下流側に延伸して測定電極44に接する。係る多孔質拡散層91によって、流路CH(C)(すなわち、第3内部空所19C)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面は所定範囲を塞がれ、具体的には、70%以上を塞がれる。 Further, a surface of the flow path CH(C) different from the surface defined by the fourth diffusion-limiting portion 18C (in the example shown in FIG. 7, the upper surface) is defined (divided) by the second solid electrolyte layer 6. ing). The porous diffusion layer 91C is arranged at the entrance of the channel CH(C), that is, upstream of the measurement electrode 44, and extends downstream to contact the measurement electrode 44. By the porous diffusion layer 91, a predetermined range of the surface of the flow path CH(C) (that is, the third internal space 19C) that is orthogonal to the flow direction DR of the gas to be measured is blocked, and specifically, More than 70% is blocked.

特に、図7に示す例において多孔質拡散層91Cは、第4拡散律速部18C(拡散律速部)と、被測定ガス流通部7(内部空間)を規定する面(図7に示す例では、第2固体電解質層6。特に、第2固体電解質層6の下面)と、に接している。つまり、多孔質拡散層91Cと第4拡散律速部18Cとの間、及び、多孔質拡散層91Cと被測定ガス流通部7を規定する面との間には、空間(隙間)がない。そのため、ガスセンサ素子101は、被測定ガスが、多孔質拡散層91Cと第4拡散律速部18Cとの間の隙間、及び、多孔質拡散層91Cと被測定ガス流通部7を規定する面との隙間の少なくとも一方から測定電極44へと至ることを防ぐことができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(C)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91Cによって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 In particular, in the example shown in FIG. 7, the porous diffusion layer 91C has a surface (in the example shown in FIG. The second solid electrolyte layer 6 (particularly the lower surface of the second solid electrolyte layer 6) is in contact with the second solid electrolyte layer 6. That is, there is no space (gap) between the porous diffusion layer 91C and the fourth diffusion-limiting section 18C, and between the porous diffusion layer 91C and the surface defining the gas distribution section 7 to be measured. Therefore, in the gas sensor element 101, the gas to be measured flows through the gap between the porous diffusion layer 91C and the fourth diffusion controlling section 18C, and between the porous diffusion layer 91C and the surface defining the gas distribution section 7. It is possible to prevent at least one of the gaps from reaching the measurement electrode 44. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44 to be controlled by the Knudsen diffusion type by the porous diffusion layer 91C that closes a predetermined range of the flow path CH(C) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

(変形例に係る流路)
これまでに説明してきた、流路CH、CH(B)、CH(C)は、何れも、拡散律速部(第4拡散律速部18、18B、18Cの何れか)によって、1つの面(例えば、下面)を規定されていた(区画されていた)。しかしながら、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る多孔質拡散層(多孔質拡散層91、91A、91Cの何れか)によって所定範囲を塞がれる流路が、拡散律速部によって1つの面を規定されていることは必須ではない。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る多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路は、複数の面を拡散律速部によって規定されていてもよく、例えば、少なくとも2つの面を拡散律速部によって規定されていてもよい。また、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る多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路は、拡散律速部によって規定されていなくてもよい。以下、図8から図10を用いて、多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路が、複数の面を拡散律速部によって規定される例を説明する。また、図11を用いて、多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路が、拡散律速部によって規定されない(区画されない)例を説明する。
(Flow path according to modified example)
The channels CH, CH(B), and CH(C) that have been explained so far are all connected to one surface (for example, , lower surface) was defined (divided). However, the flow path that is blocked in a predetermined area by a porous diffusion layer (any one of the porous diffusion layers 91, 91A, and 91C) provided to optimize the diffusion form around the measurement electrode 44 is difficult to diffuse. It is not essential that one surface be defined by the rate-limiting section. A flow path whose predetermined area is closed by a porous diffusion layer provided to optimize the diffusion form around the measurement electrode 44 may have a plurality of surfaces defined by diffusion-limiting parts, for example, At least two surfaces may be defined by diffusion-limiting parts. Furthermore, the flow path whose predetermined area is closed by the porous diffusion layer provided to make the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable does not have to be defined by the diffusion-limiting section. Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 10, an example will be described in which a flow path whose predetermined area is blocked by a porous diffusion layer has a plurality of surfaces defined by diffusion-limiting parts. Further, with reference to FIG. 11, an example will be described in which a flow path whose predetermined area is blocked by a porous diffusion layer is not defined (divided) by a diffusion-limiting section.

(複数の面を拡散律速部によって規定される流路の例1)
図8は、変形例に係る流路CH(D)を備える素子基体100(ガスセンサ素子101)の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図8は、第4拡散律速部18D(1)と第4拡散律速部18D(2)とによって、上面及び下面を規定された(区画された)流路CH(D)の一例を示す図である。なお、以下の説明においては、第4拡散律速部18D(1)と第4拡散律速部18D(2)とを特に区別しない場合は、第4拡散律速部18D(1)と第4拡散律速部18D(2)とは共に、「第4拡散律速部18D」と称する。また、図8における第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などは、図2、3等を用いて説明したのと同様であるから、説明は繰り返さない。ガスセンサ素子101は、図2等を用いて説明した流路CH及び多孔質拡散層91に代えて、以下に詳細を説明する流路CH(D)及び多孔質拡散層91Dを備えていてもよい。
(Example 1 of a flow path where multiple surfaces are defined by a diffusion-limiting section)
FIG. 8 is an enlarged view for explaining essential parts of an element substrate 100 (gas sensor element 101) including a flow path CH(D) according to a modification. Specifically, FIG. 8 shows a flow path CH(D) whose upper surface and lower surface are defined (divided) by the fourth diffusion-limiting section 18D(1) and the fourth diffusion-limiting section 18D(2). It is a figure showing an example. In addition, in the following description, when the fourth diffusion-limiting part 18D(1) and the fourth diffusion-limiting part 18D(2) are not particularly distinguished, the fourth diffusion-limiting part 18D(1) and the fourth diffusion-limiting part Together with 18D(2), it is referred to as a "fourth diffusion controlling section 18D." Furthermore, the first solid electrolyte layer 4, spacer layer 5, second solid electrolyte layer 6, etc. in FIG. 8 are the same as those described using FIGS. 2, 3, etc., so the description will not be repeated. The gas sensor element 101 may include a channel CH (D) and a porous diffusion layer 91D, which will be described in detail below, instead of the channel CH and the porous diffusion layer 91 described using FIG. 2 and the like. .

これまでに説明してきた、流路CH、CH(B)、CH(C)は、何れも、1つの面を、拡散律速部(第4拡散律速部18、18B、18Cの何れか)によって、規定されていた(区画されていた)。具体的には、流路CH等は何れも、下面を拡散律速部(第4拡散律速部18、18B、18Cの何れか)によって、上面を第2固体電解質層6によって、規定されていた(区画されていた)。これに対して、流路CH(D)は、少なくとも2つの面を、拡散律速部(具体的には、第4拡散律速部18D)によって規定されている。すなわち、流路CH(D)は、上面を第4拡散律速部18D(1)によって、下面を第4拡散律速部18D(2)によって、規定されている。 Each of the flow channels CH, CH(B), and CH(C) described so far has one surface formed by a diffusion-limiting section (any of the fourth diffusion-limiting section 18, 18B, or 18C). It was defined (divided). Specifically, the lower surface of each of the channels CH etc. was defined by a diffusion-limiting section (any of the fourth diffusion-limiting sections 18, 18B, 18C), and the upper surface was defined by the second solid electrolyte layer 6 ( sectioned). On the other hand, the flow path CH(D) has at least two surfaces defined by a diffusion-limiting section (specifically, the fourth diffusion-limiting section 18D). That is, the flow path CH(D) is defined by the fourth diffusion-limiting section 18D(1) on the upper surface and by the fourth diffusion-limiting section 18D(2) on the lower surface.

第4拡散律速部18D(1)及び第4拡散律速部18D(2)によって上面及び下面を規定された流路CH(D)は、測定電極44Dの配置される第3内部空所19Dと一体となっている。具体的には、図8に示す例において、流路CH(D)(すなわち、第3内部空所19D)は、上面及び下面を第4拡散律速部18Dによって、側面及び後面をスペーサ層5によって、規定されている(区画されている)。そして、第4拡散律速部18D(1)及び第4拡散律速部18D(2)によって規定された流路CH(D)(すなわち、第3内部空所19D)の入口を、測定電極44Dまでの距離d2が0.15mm以下である多孔質拡散層91Dが塞いでいる。 The flow path CH(D) whose upper and lower surfaces are defined by the fourth diffusion-limiting part 18D(1) and the fourth diffusion-limiting part 18D(2) is integrated with the third internal space 19D in which the measurement electrode 44D is arranged. It becomes. Specifically, in the example shown in FIG. 8, the flow path CH(D) (that is, the third internal space 19D) has an upper surface and a lower surface formed by the fourth diffusion-limiting part 18D, and a side surface and a rear surface formed by the spacer layer 5. , defined (divided). Then, the inlet of the flow path CH(D) (i.e., the third internal space 19D) defined by the fourth diffusion-limiting section 18D(1) and the fourth diffusion-limiting section 18D(2) is connected to the measuring electrode 44D. It is closed by a porous diffusion layer 91D with a distance d2 of 0.15 mm or less.

第4拡散律速部18Dの基本的な構成は、これまでに説明してきた第4拡散律速部18と同様である。すなわち、第4拡散律速部18Dは、被測定ガス流通部7(内部空間)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する。また、第4拡散律速部18Dは、多孔質拡散層91Dよりも気孔率が低く、つまり、多孔質拡散層91Dよりも緻密である。 The basic configuration of the fourth diffusion control section 18D is the same as the fourth diffusion control section 18 described above. That is, the fourth diffusion rate-limiting section 18D imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas to be measured distribution section 7 (internal space). Further, the fourth diffusion rate controlling portion 18D has a lower porosity than the porous diffusion layer 91D, that is, it is denser than the porous diffusion layer 91D.

ただし、第4拡散律速部18D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。図8に例示する測定電極44Dは、第4拡散律速部18Dの表面に設けられる。そのため、第4拡散律速部18Dを介して酸素の汲み出し及び汲み入れが可能となるよう、第4拡散律速部18Dは、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。 However, the fourth diffusion rate controlling part 18D is constituted by a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity such as zirconia (ZrO 2 ). The measurement electrode 44D illustrated in FIG. 8 is provided on the surface of the fourth diffusion-limiting section 18D. Therefore, the fourth diffusion-limiting section 18D is configured of a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity so that oxygen can be pumped out and pumped in through the fourth diffusion-limiting section 18D.

第4拡散律速部18Dは、第4拡散律速部18B、18Cと同様に、測定電極44Dよりも上流側に設けられ、下流側に(つまり、測定電極44Dへと)延伸している。特に、図8に例示する第4拡散律速部18Dは、第4拡散律速部18B、18Cと同様に、測定電極44Dよりも下流側まで延伸して、スペーサ層5に接している。 The fourth diffusion-limiting section 18D, like the fourth diffusion-limiting sections 18B and 18C, is provided upstream of the measurement electrode 44D and extends downstream (that is, toward the measurement electrode 44D). In particular, the fourth diffusion-limiting section 18D illustrated in FIG. 8 extends to the downstream side of the measurement electrode 44D and is in contact with the spacer layer 5, similarly to the fourth diffusion-limiting sections 18B and 18C.

測定電極44Dは、第3内部空所19に隣接する(面する)第2固体電解質層6の下面に代えて、第4拡散律速部18D(1)の下面に設けられる点を除いて、これまでに説明してきた測定電極44と同様である。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、第1固体電解質層4、及び、酸素イオン伝導性を有する第4拡散律速部18Dにより構成される。なお、測定電極44Dを第4拡散律速部18D(1)の下面に設けることは必須ではなく、測定電極44Dは、第4拡散律速部18D(2)の上面に設けてもよい。 The measurement electrode 44D is provided on the lower surface of the fourth diffusion-limiting section 18D (1) instead of on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 adjacent to (facing) the third internal cavity 19. This is similar to the measurement electrode 44 described above. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44, an outer pump electrode 23, a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, a first solid electrolyte layer 4, and a fourth diffusion-limiting portion 18D having oxygen ion conductivity. Ru. Note that it is not essential to provide the measurement electrode 44D on the lower surface of the fourth diffusion-limiting section 18D(1), and the measurement electrode 44D may be provided on the upper surface of the fourth diffusion-limiting section 18D(2).

多孔質拡散層91Dは、第4拡散律速部18Dによって少なくとも2つの面(図8に示す例では、上面及び下面)を規定された流路CH(D)上に配置されている点を除いて、これまでに説明してきた多孔質拡散層91と同様である。すなわち、多孔質拡散層91Dの気孔率は、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。また、多孔質拡散層91Dは、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44Dよりも上流側に、測定電極44Dまでの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる。係る多孔質拡散層91Dによって、流路CH(D)の入り口は所定範囲を塞がれる。具体的には、図9を用いて後述するが、多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、被測定ガスの流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める(塞ぐ)。 Except that the porous diffusion layer 91D is disposed on the channel CH(D) in which at least two surfaces (in the example shown in FIG. 8, the upper surface and the lower surface) are defined by the fourth diffusion-limiting section 18D. , is similar to the porous diffusion layer 91 described above. That is, the porosity of the porous diffusion layer 91D is lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more and 25% or less. Further, the porous diffusion layer 91D is provided upstream of the measurement electrode 44D in the direction DR in which the gas to be measured flows, at a position where the distance to the measurement electrode 44D is 0.15 mm or less. A predetermined range of the entrance of the channel CH(D) is blocked by the porous diffusion layer 91D. Specifically, as will be described later with reference to FIG. 9, the area of the surface of the porous diffusion layer 91D perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is It occupies (occupies) 70% or more of the area of the surface perpendicular to the gas flow direction DR.

図9は、図8に示す素子基体100のII-II線矢視断面の一例を示す図である。多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DR(図9に示す例では、紙面手前側から紙面奥側)に直交する面の面積は、流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める。図9に示す例では、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CH(D)は、第4拡散律速部18Dによって形成されている(規定されている)。具体的には、第4拡散律速部18D(1)及び第4拡散律速部18D(2)の間のスリット(隙間)として、流路CH(D)が形成されている。すなわち、図9に二点鎖線を用いて例示する流路CHは、上面を第4拡散律速部18D(1)の下面によって、下面を第4拡散律速部18D(2)の上面によって、両側面をスペーサ層5の側面によって、区画されている(規定されている)。そして、流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上は、多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面によって、占められている。すなわち、第4拡散律速部18D(2)の上面に接した状態で設けられた多孔質拡散層91Dが、流路CH(D)の70%以上を占めている(塞いでいる)。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross section of the element substrate 100 shown in FIG. 8 taken along the line II-II. The area of the surface of the porous diffusion layer 91D perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured (in the example shown in FIG. It occupies 70% or more of the area of the surface perpendicular to the flow direction DR. In the example shown in FIG. 9, the flow path CH(D) of the gas to be measured from the second internal space 17 to the third internal space 19 is formed by the fourth diffusion rate controlling part 18D (defined as ). Specifically, a flow path CH(D) is formed as a slit (gap) between the fourth diffusion rate limiting part 18D(1) and the fourth diffusion rate limiting part 18D(2). That is, the flow path CH illustrated using the two-dot chain line in FIG. are divided (defined) by the side surfaces of the spacer layer 5. 70% or more of the area of the surface of the flow path CH(D) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is occupied by the surface of the porous diffusion layer 91D perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. It is being In other words, the porous diffusion layer 91D provided in contact with the upper surface of the fourth diffusion rate controlling portion 18D(2) occupies (blocks) 70% or more of the channel CH(D).

なお、図9に示す例では、多孔質拡散層91Dの上面と第4拡散律速部18D(1)の下面との間に空間(隙間)がない。つまり、図9に示す例では、流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積に対して、多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積が占める割合は、100%である。しかしながら、流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積に対して、多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積が占める割合は、70%以上であればよく、100%でなくてもよい。つまり、多孔質拡散層91Dの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面は、流路CH(D)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の全体を占めていなくてもよい。図9に示す例に即していえば、多孔質拡散層91Dと第4拡散律速部18D(1)とは接していなくてもよく、具体的には、多孔質拡散層91Dの上面と第4拡散律速部18D(1)の下面とは接していなくてもよい。 Note that in the example shown in FIG. 9, there is no space (gap) between the upper surface of the porous diffusion layer 91D and the lower surface of the fourth diffusion rate-controlling section 18D(1). That is, in the example shown in FIG. 9, the area of the surface of the flow path CH(D) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is compared to the area of the surface of the porous diffusion layer 91D perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. The area occupied by the surface is 100%. However, the ratio of the area of the surface of the porous diffusion layer 91D perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured to the area of the surface of the flow path CH(D) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. may be 70% or more, and may not be 100%. In other words, the surface of the porous diffusion layer 91D that is perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured does not have to occupy the entire surface of the flow path CH(D) that is perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. . In accordance with the example shown in FIG. 9, the porous diffusion layer 91D and the fourth diffusion-limiting section 18D(1) do not need to be in contact with each other. Specifically, the upper surface of the porous diffusion layer 91D and the fourth It does not need to be in contact with the lower surface of the diffusion-limiting portion 18D(1).

これまでに説明してきたように、流路CH(D)の少なくとも2つの面(図8に示す例では、上面及び下面)は、第4拡散律速部18Dによって規定されている。そして、前述の通り、第4拡散律速部18Dは、多孔質拡散層91Dよりも緻密である(気孔率が低い)。つまり、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Dよりも緻密な第4拡散律速部18Dを利用して、被測定ガスを測定電極44Dへと導く流路CH(D)の少なくとも2つの面を、規定する(区画する)。それゆえ、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Dよりも緻密な第4拡散律速部18Dによって少なくとも2つの面が規定された流路CH(D)を利用して、被測定ガスを測定電極44Dへと導くことができる。ガスセンサ素子101は、例えば、流路CH(D)の途中で漏れ出した被測定ガスが、多孔質拡散層91Dによって拡散形態を変更されることなく、測定電極44Dへと至るといった事態が発生する可能性を、より抑えることができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44Dへと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(D)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91Dによって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 As described above, at least two surfaces (in the example shown in FIG. 8, the upper surface and the lower surface) of the flow path CH(D) are defined by the fourth diffusion-limiting section 18D. As described above, the fourth diffusion rate-limiting portion 18D is denser (has a lower porosity) than the porous diffusion layer 91D. In other words, the gas sensor element 101 utilizes the fourth diffusion-limiting portion 18D, which is denser than the porous diffusion layer 91D, to control at least two surfaces of the flow path CH(D) that guides the gas to be measured to the measurement electrode 44D. define (divide). Therefore, the gas sensor element 101 transfers the gas to be measured to the measurement electrode 44D by using the flow path CH(D) in which at least two surfaces are defined by the fourth diffusion-limiting part 18D, which is denser than the porous diffusion layer 91D. can lead to. In the gas sensor element 101, for example, a situation occurs in which the gas to be measured leaks out in the middle of the flow path CH(D) and reaches the measurement electrode 44D without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer 91D. Possibilities can be further reduced. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44D to be similar to Knudsen diffusion by the porous diffusion layer 91D that closes a predetermined range of the flow path CH(D) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

(複数の面を拡散律速部によって規定される流路の例2)
図10は、図8に例示した流路CH(D)と同様の流路CH(E)と、図8に例示した多孔質拡散層91Dとは異なる多孔質拡散層91Eとを備える素子基体100(ガスセンサ素子101)の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図10は、第4拡散律速部18E(1)と第4拡散律速部18E(2)とによって、上面及び下面を規定された(区画された)流路CH(E)、及び、下流側に延伸する多孔質拡散層91Eについて、それぞれの一例を示す図である。なお、以下の説明においては、第4拡散律速部18E(1)と第4拡散律速部18E(2)とを特に区別しない場合は、第4拡散律速部18E(1)と第4拡散律速部18E(2)とは共に、「第4拡散律速部18E」と称する。また、図10における第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などは、図2、3等を用いて説明したのと同様であるから、説明は繰り返さない。
(Example 2 of a flow path where multiple surfaces are defined by a diffusion-limiting section)
FIG. 10 shows an element substrate 100 including a channel CH(E) similar to the channel CH(D) illustrated in FIG. 8 and a porous diffusion layer 91E different from the porous diffusion layer 91D illustrated in FIG. (Gas sensor element 101) It is an enlarged view for explaining the main part. Specifically, FIG. 10 shows a flow path CH(E) whose upper surface and lower surface are defined (divided) by the fourth diffusion-limiting section 18E(1) and the fourth diffusion-limiting section 18E(2); FIG. 12 is a diagram showing an example of a porous diffusion layer 91E extending downstream. In addition, in the following description, when the fourth diffusion-limiting part 18E(1) and the fourth diffusion-limiting part 18E(2) are not particularly distinguished, the fourth diffusion-limiting part 18E(1) and the fourth diffusion-limiting part Together with 18E(2), it is referred to as a "fourth diffusion controlling section 18E." Furthermore, the first solid electrolyte layer 4, spacer layer 5, second solid electrolyte layer 6, etc. in FIG. 10 are the same as those described using FIGS. 2, 3, etc., so the description will not be repeated.

流路CH(E)は、流路CH(D)と同様に、少なくとも2つの面(図10に示す例では、上面及び下面)を第4拡散律速部18Eによって規定されている(区画されている)。すなわち、流路CH(E)は、上面を第4拡散律速部18E(1)によって、下面を第4拡散律速部18E(2)によって、規定され、測定電極44の配置される第3内部空所19Eと一体となっている。具体的には、図10に示す例において、流路CH(E)(すなわち、第3内部空所19E)は、上面及び下面を第4拡散律速部18Eによって、側面及び後面をスペーサ層5によって、規定されている(区画されている)。そして、流路CH(E)(すなわち、第3内部空所19E)の全体が、多孔質拡散層91Eによって塞がれている。 Like the flow path CH(D), the flow path CH(E) has at least two surfaces (in the example shown in FIG. ). That is, the flow path CH(E) is defined by the fourth diffusion-limiting part 18E(1) on the upper surface and the fourth diffusion-limiting part 18E(2) on the lower surface, and is defined by the third internal space in which the measurement electrode 44 is arranged. It is integrated with Tokoro 19E. Specifically, in the example shown in FIG. 10, the flow path CH(E) (that is, the third internal cavity 19E) has an upper surface and a lower surface formed by the fourth diffusion-limiting part 18E, and a side surface and a rear surface formed by the spacer layer 5. , defined (divided). The entire channel CH(E) (that is, the third internal space 19E) is closed by the porous diffusion layer 91E.

第4拡散律速部18Eの構成は、第4拡散律速部18Dと同様である。すなわち、第4拡散律速部18Eは、被測定ガス流通部7(内部空間)において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する。第4拡散律速部18Eは、多孔質拡散層91Eよりも気孔率が低く、つまり、多孔質拡散層91Eよりも緻密である。第4拡散律速部18E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。第4拡散律速部18Eは、測定電極44Eよりも上流側に設けられ、下流側に(つまり、測定電極44Eへと)延伸し、特に、図10に例示する第4拡散律速部18Eは、測定電極44Eよりも下流側まで延伸している。具体的には、測定電極44Eよりも上流側に配置された第4拡散律速部18Eは、下流側に延伸して、スペーサ層5に接している。 The configuration of the fourth diffusion control section 18E is similar to that of the fourth diffusion control section 18D. That is, the fourth diffusion rate controlling section 18E imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas to be measured distribution section 7 (internal space). The fourth diffusion rate controlling part 18E has a lower porosity than the porous diffusion layer 91E, that is, it is denser than the porous diffusion layer 91E. The fourth diffusion rate-limiting section 18E is constituted by a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity such as zirconia (ZrO 2 ). The fourth diffusion-limiting section 18E is provided upstream of the measurement electrode 44E and extends downstream (that is, toward the measurement electrode 44E). In particular, the fourth diffusion-limiting section 18E illustrated in FIG. It extends to the downstream side of the electrode 44E. Specifically, the fourth diffusion rate-limiting section 18E, which is arranged upstream of the measurement electrode 44E, extends downstream and is in contact with the spacer layer 5.

これまでに説明してきたように、流路CH(E)の少なくとも2つの面(図10に示す例では、上面及び下面)は、第4拡散律速部18Eによって規定されている。そして、前述の通り、第4拡散律速部18Eは、多孔質拡散層91Eよりも緻密である(気孔率が低い)。つまり、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Eよりも緻密な第4拡散律速部18Eを利用して、被測定ガスを測定電極44Eへと導く流路CH(E)の少なくとも2つの面を、規定する(区画する)。それゆえ、ガスセンサ素子101は、多孔質拡散層91Eよりも緻密な第4拡散律速部18Eによって少なくとも2つの面が規定された流路CH(E)を利用して、被測定ガスを測定電極44Eへと導くことができる。ガスセンサ素子101は、例えば、流路CH(E)の途中で漏れ出した被測定ガスが、多孔質拡散層91Eによって拡散形態を変更されることなく、測定電極44Eへと至るといった事態が発生する可能性を、より抑えることができる。したがって、ガスセンサ素子101は、測定電極44Eへと至る被測定ガスの拡散形態を、被測定ガスが導かれる流路CH(E)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91Eによって、クヌーセン拡散のような好適な拡散形態へと、より近付けることができる。 As described above, at least two surfaces (in the example shown in FIG. 10, the upper surface and the lower surface) of the flow path CH(E) are defined by the fourth diffusion-limiting section 18E. As described above, the fourth diffusion-limiting portion 18E is denser (has a lower porosity) than the porous diffusion layer 91E. In other words, the gas sensor element 101 utilizes the fourth diffusion-limiting portion 18E, which is denser than the porous diffusion layer 91E, to control at least two surfaces of the flow path CH(E) that guides the gas to be measured to the measurement electrode 44E. define (divide). Therefore, the gas sensor element 101 transfers the gas to be measured to the measurement electrode 44E by using the flow path CH(E) in which at least two surfaces are defined by the fourth diffusion-limiting portion 18E, which is denser than the porous diffusion layer 91E. can lead to. In the gas sensor element 101, for example, a situation occurs in which the gas to be measured leaks out in the middle of the flow path CH(E) and reaches the measurement electrode 44E without having its diffusion form changed by the porous diffusion layer 91E. Possibilities can be further reduced. Therefore, the gas sensor element 101 allows the diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44E to be controlled by the Knudsen diffusion type by the porous diffusion layer 91E that closes a predetermined range of the flow path CH(E) through which the gas to be measured is guided. It is possible to get closer to a suitable diffusion form.

測定電極44Eは、測定電極44Dと同様に、第4拡散律速部18E(1)の下面に設けられる。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、第1固体電解質層4、及び、酸素イオン伝導性を有する第4拡散律速部18Eにより構成される。なお、測定電極44Eを第4拡散律速部18E(1)の下面に設けることは必須ではなく、測定電極44Eは、第4拡散律速部18E(2)の上面に設けてもよい。 The measurement electrode 44E, like the measurement electrode 44D, is provided on the lower surface of the fourth diffusion-limiting section 18E(1). The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44, an outer pump electrode 23, a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, a first solid electrolyte layer 4, and a fourth diffusion-limiting portion 18E having oxygen ion conductivity. Ru. Note that it is not essential to provide the measurement electrode 44E on the lower surface of the fourth diffusion-limiting section 18E(1), and the measurement electrode 44E may be provided on the upper surface of the fourth diffusion-limiting section 18E(2).

多孔質拡散層91Eは、測定電極44Eに接する点を除いて、多孔質拡散層91Dと同様である。すなわち、多孔質拡散層91Eは、多孔質拡散層91A、91Cと同様に、測定電極44Eよりも上流側に設けられ、下流側に延伸しており、具体的には、測定電極44Eへと延伸して、測定電極44Eに接している。特に、図10に例示する多孔質拡散層91Eは、測定電極44Eよりも下流側まで延伸して、測定電極44Eを覆っている。また、多孔質拡散層91Eは、これまでに説明した多孔質拡散層91等と同様に、気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。多孔質拡散層91Eの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、被測定ガスの流路CH(E)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている(塞いでいる)。 Porous diffusion layer 91E is similar to porous diffusion layer 91D except that it is in contact with measurement electrode 44E. That is, like the porous diffusion layers 91A and 91C, the porous diffusion layer 91E is provided upstream of the measurement electrode 44E and extends downstream. Specifically, the porous diffusion layer 91E extends toward the measurement electrode 44E. and is in contact with the measurement electrode 44E. In particular, the porous diffusion layer 91E illustrated in FIG. 10 extends to the downstream side of the measurement electrode 44E and covers the measurement electrode 44E. Further, the porous diffusion layer 91E has a porosity lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more and 25% or less, similar to the porous diffusion layer 91 and the like described above. . The area of the surface of the porous diffusion layer 91E perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is 70% of the area of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured of the flow path CH(E) of the gas to be measured. occupies (occupies) more than

(拡散律速部によって規定されない流路の例)
図11は、拡散律速部(第4拡散律速部18等)によって規定されていない流路CH(F)を備える素子基体100(ガスセンサ素子101)の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図11は、第4拡散律速部18を備えずに、測定電極44へと至る被測定ガスの流路CH(F)の所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91Fの一例を示す図である。ガスセンサ素子101は、図2等を用いて説明した流路CH及び多孔質拡散層91に代えて、以下に詳細を説明する流路CH(F)及び多孔質拡散層91Fを備えていてもよい。
(Example of flow path not defined by diffusion-limiting part)
FIG. 11 is an enlarged view for explaining the main parts of the element substrate 100 (gas sensor element 101) that includes a flow path CH(F) that is not defined by a diffusion regulating section (fourth diffusion regulating section 18, etc.). Specifically, FIG. 11 shows an example of a porous diffusion layer 91F that does not include the fourth diffusion rate controlling part 18 and closes a predetermined range of the flow path CH(F) of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44. It is a diagram. The gas sensor element 101 may include a channel CH (F) and a porous diffusion layer 91F, which will be described in detail below, instead of the channel CH and the porous diffusion layer 91 described using FIG. 2 and the like. .

これまでに説明してきた流路CH、CH(B)、CH(C)、CH(D)、CH(E)は、何れも、拡散律速部(第4拡散律速部18等)によって、少なくとも1つの面(例えば、下面)を規定されていた(区画されていた)。言い換えれば、これまでに説明してきたガスセンサ素子101は、「被測定ガス流通部7において被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与し、気孔率が、多孔質拡散層の気孔率よりも低く、測定電極44よりも上流側に設けられる」拡散律速部を備えていた。そして、係る拡散律速部によって、多孔質拡散層91等によって所定範囲(具体的には、70%以上)を塞がれる流路(上述の流路CH等)は、少なくとも1つの面を規定されていた。 Each of the channels CH, CH(B), CH(C), CH(D), and CH(E) described so far has at least one It was defined (divided) into two sides (e.g., the lower side). In other words, the gas sensor element 101 described so far provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured in the gas to be measured flow section 7, has a porosity lower than that of the porous diffusion layer, A "diffusion-limiting section" provided upstream of the electrode 44 was provided. Then, by the diffusion-limiting portion, at least one surface of the flow path (such as the above-mentioned flow path CH) whose predetermined range (specifically, 70% or more) is blocked by the porous diffusion layer 91 or the like is defined. was.

これに対して、図11に例示する流路CH(F)は、何れの面も、係る拡散律速部(第4拡散律速部18等)によって規定されていない。具体的には、図11に例示する流路CH(F)は、被測定ガス流通部7であり、上面を第2固体電解質層6の下面によって、下面を第1固体電解質層4の上面によって、側面をスペーサ層5の側面によって、規定されている(区画されている)。 On the other hand, none of the surfaces of the channel CH(F) illustrated in FIG. 11 are defined by such a diffusion-limiting section (fourth diffusion-limiting section 18, etc.). Specifically, the flow channel CH(F) illustrated in FIG. , the side surfaces are defined (divided) by the side surfaces of the spacer layer 5.

流路CH(F)の、被測定ガスの流れる方向DR(図11に示す例では、紙面左側から紙面右側)に直交する面は、70%以上が、多孔質拡散層91Fの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面によって、占められている。すなわち、多孔質拡散層91Fの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、流路CH(F)(つまり、被測定ガス流通部7)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている(塞いでいる)。 More than 70% of the surface of the flow path CH(F) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured (from the left side to the right side of the page in the example shown in FIG. 11) is covered by the gas to be measured in the porous diffusion layer 91F. is occupied by a plane perpendicular to the flow direction DR. That is, the area of the surface of the porous diffusion layer 91F perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is equal to the area of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured in the flow path CH(F) (that is, the gas flow section 7). It occupies (occupies) more than 70% of the area of the orthogonal planes.

多孔質拡散層91Fは、何れの面も拡散律速部(第4拡散律速部18等)によって規定されていない流路CH(F)の所定範囲(具体的には、70%以上)を塞ぐ点を除いて、これまでに説明してきた多孔質拡散層91等と同様である。すなわち、多孔質拡散層91Fは、その気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。また、多孔質拡散層91Fは、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる。さらに、多孔質拡散層91Fの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、流路CH(F)の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占める(塞ぐ)。係る多孔質拡散層91Fによって、ガスセンサ素子101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する。 The porous diffusion layer 91F has a point that blocks a predetermined range (specifically, 70% or more) of the flow path CH(F) that is not defined by the diffusion-limiting section (fourth diffusion-limiting section 18, etc.) on any surface. Except for this, it is the same as the porous diffusion layer 91 and the like that have been explained so far. That is, the porous diffusion layer 91F has a porosity lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more and 25% or less. Further, the porous diffusion layer 91F is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. Furthermore, the area of the surface of the porous diffusion layer 91F perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured accounts for 70% or more of the area of the surface of the flow path CH(F) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured. occupy (occupy) Due to the porous diffusion layer 91F, the gas sensor element 101 adopts a diffusion form around the measurement electrode 44, such as Knudsen diffusion, in which the gas is diffused while repeatedly colliding with the wall surface of a sufficiently narrow channel.

測定電極44は、被測定ガス流通部7(内部空間)において、多孔質拡散層91Fによって上流側が規定された(区画された)第3内部空所19F(内部空所)に配置される。そして、多孔質拡散層91Fによって所定範囲(70%以上)を塞がれた流路CH(F)を通って第3内部空所19Fへと導入された被測定ガスは、測定用ポンプセル41の動作により、窒素酸化物(NOx)濃度が測定される。第3内部空所19Fは、第4拡散律速部18に代えて、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与することのできる多孔質拡散層91Fによって、上流側が規定されている点を除いて、第3内部空所19と同様である。 The measurement electrode 44 is arranged in the third internal space 19F (internal space) defined (divided) on the upstream side by the porous diffusion layer 91F in the gas flow section 7 (internal space) to be measured. The gas to be measured is introduced into the third internal space 19F through the channel CH(F) whose predetermined range (70% or more) is blocked by the porous diffusion layer 91F. The operation measures nitrogen oxide (NO x ) concentration. Except that the third internal space 19F is defined on the upstream side by a porous diffusion layer 91F that can impart a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured, instead of the fourth diffusion rate limiting section 18. This is similar to the third internal space 19.

図11を用いて説明してきたように、ガスセンサ素子101において、測定電極44へと至る被測定ガスの流路は、測定電極44よりも上流側に配置される拡散律速部(第4拡散律速部18等)によって少なくとも1つの面を規定されるものに限られない。ガスセンサ素子101において、「測定電極44の周囲の拡散形態を好適なものとするための多孔質拡散層」によって所定範囲を塞がれる流路は、「測定電極44よりも上流側に配置される拡散律速部」によって少なくとも1つの面を規定されるものに限られない。ガスセンサ素子101において、測定電極44へと至る被測定ガスの流路は、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の70%以上が、上述の多孔質拡散層の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面によって占められていればよい。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は、測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられ、測定電極44へと至る流路の所定範囲(具体的には、70%以上)を塞ぐことができればよい。多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路が、測定電極44よりも上流側に配置される拡散律速部によって少なくとも1つの面を規定されることは、ガスセンサ素子101にとって必須ではない。 As described using FIG. 11, in the gas sensor element 101, the flow path of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44 is defined by a diffusion-limiting section (a fourth diffusion-limiting section) disposed upstream of the measurement electrode 44. 18 etc.). In the gas sensor element 101, the flow path whose predetermined range is blocked by the "porous diffusion layer for optimizing the diffusion form around the measurement electrode 44" is "arranged upstream of the measurement electrode 44". The invention is not limited to one in which at least one surface is defined by a "diffusion-limiting part". In the gas sensor element 101, in the flow path of the gas to be measured leading to the measurement electrode 44, 70% or more of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is the above-mentioned porous diffusion layer in the direction in which the gas to be measured flows. It suffices if it is occupied by a plane orthogonal to DR. A porous diffusion layer that provides a suitable diffusion form around the measurement electrode 44 is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. It is only necessary to close a predetermined range (specifically, 70% or more) of the flow path leading to. It is not essential for the gas sensor element 101 that the flow path whose predetermined range is blocked by the porous diffusion layer is defined on at least one surface by a diffusion-limiting section disposed upstream of the measurement electrode 44.

なお、図11には、被測定ガス流通部7の長手方向(ガスセンサ素子101の長手方向)と、被測定ガスの流れる方向DRとが一致する例を示した。しかしながら、ガスセンサ素子101にとって、被測定ガス流通部7の長手方向(ガスセンサ素子101の長手方向)と、被測定ガスの流れる方向DRとが一致することは必須ではない。ガスセンサ素子101において、流路CH(F)における被測定ガスの流れる方向DRは、被測定ガス流通部7の長手方向に対して傾いていてもよく、例えば、被測定ガス流通部7の長手方向に直交する方向であってもよい。 Note that FIG. 11 shows an example in which the longitudinal direction of the gas to be measured distribution section 7 (the longitudinal direction of the gas sensor element 101) matches the flow direction DR of the gas to be measured. However, for the gas sensor element 101, it is not essential that the longitudinal direction of the gas to be measured distribution section 7 (the longitudinal direction of the gas sensor element 101) coincides with the direction DR in which the gas to be measured flows. In the gas sensor element 101, the flow direction DR of the gas to be measured in the flow path CH(F) may be inclined with respect to the longitudinal direction of the gas to be measured portion 7; The direction may be perpendicular to the direction.

(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い。以下に、図12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. 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. 12.

図12は、変形例に係る先端保護層200G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12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200G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12に例示する先端保護層200Gを備えてもよい。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G according to a modification. Specifically, FIG. 12 is a diagram showing an example of a tip protection layer 200G 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 200G illustrated in FIG. 12, 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200G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12に示す例では、先端保護層200G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 200G 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. 12, the tip protection layer 200G 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200G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200G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200Gの厚みの30%以上、90%以下である。すなわち、先端保護層200G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200Gの厚みの30%から90%である。 The tip protection layer 200G 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 200G. 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 200G. That is, the tip protection layer 200G 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 thickness is 30% to 90% of the thickness of the tip protection layer 200G.

当該構成では、先端保護層200G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 200G 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200G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200G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 200G, 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 200G 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200G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200G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12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200G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200G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200G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 200G 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 200G to the gas inlet 10 is 0.2 mm or more. It is. That is, in the example shown in FIG. 12, 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 200G to the gas inlet 10 sufficiently long (specifically, 0.2 mm or more), that is, the thickness of the tip protection layer 200G 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 can be reliably trapped (captured) in the tip protective layer 200G, and the vicinity of the gas inlet 10 can be prevented from being clogged by poisonous substances. can be suppressed to avoid a decrease in NO x sensitivity.

図12に例示する先端保護層200G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200Gが2層構造であることは必須ではなく、先端保護層200G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200G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200G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200G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200G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200Gの厚みの30%以上、90%以下であればよい。 The tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 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 200G has a two-layer structure, and the tip protection layer 200G may include three or more layers. That is, the tip protection layer 200G 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 200G may have a three-layer structure, or may have four or more layers. It may have a multilayer structure. The tip protection layer 200G 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 200G. Further, another layer may be included between the two. In the tip protection layer 200G, the porosity of the inner tip protection layer 201 is larger than the porosity of the outer tip protection layer 202, and the thickness of the inner tip protection layer 201 is 30% or more of the thickness of the tip protection layer 200G. % or less is sufficient.

[特徴]
以上のとおり、本実施形態に係るガスセンサ素子101は、素子基体100と、先端保護層200と、測定電極44と、多孔質拡散層91と、を含む。ガスセンサ素子101は、先端保護層200に代えて、先端保護層200Gを含んでいてもよい。また、ガスセンサ素子101は、測定電極44に代えて、測定電極44D及び測定電極44Eの何れかを含んでいてもよい。さらに、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、91C、91D、91E、及び91Fの何れかを含んでいてもよい。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に設けられる。例えば、多孔質拡散層91は、その気孔率が、先端保護層200の気孔率よりも低く、また、5%以上かつ25%以下である。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の平均気孔率は、5%以上かつ25%以下であり、先端保護層200の気孔率よりも低い。多孔質拡散層91は、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる。また、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面(面の面積)は、被測定ガスの流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面(面の面積)の70%以上を占める(塞ぐ)。
[Features]
As described above, the gas sensor element 101 according to the present embodiment includes the element base 100, the tip protection layer 200, the measurement electrode 44, and the porous diffusion layer 91. The gas sensor element 101 may include a tip protection layer 200G instead of the tip protection layer 200. Further, the gas sensor element 101 may include either a measurement electrode 44D or a measurement electrode 44E instead of the measurement electrode 44. Furthermore, the gas sensor element 101 may include any one of porous diffusion layers 91A, 91C, 91D, 91E, and 91F instead of the porous diffusion layer 91. 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 to be measured. For example, the porous diffusion layer 91 has a porosity lower than that of the tip protection layer 200, and is 5% or more and 25% or less. When the porous diffusion layer 91 includes a plurality of surfaces (layers) with different porosities, 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. low. The porous diffusion layer 91 is provided upstream of the measurement electrode 44 in the flow direction DR of the gas to be measured at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. Further, the surface (area of the surface) of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is the same as the surface (area of the surface) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured in the flow path CH of the gas to be measured. Occupies (occupies) more than 70% of the area (area).

当該構成では、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は、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44より上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる。そして、多孔質拡散層91の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面(面の面積)は、被測定ガスの流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面(面の面積)の70%以上を占めている。つまり、多孔質拡散層91は、測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられ、被測定ガスの流れる方向DRにおいて、流路CHの所定範囲(70%以上)を占めている(塞いでいる)。 In this configuration, the porous diffusion layer 91, which has a porosity of 5% or more and 25% or less and has a lower porosity than the tip protection layer 200, is located upstream of the measurement electrode 44 in the direction DR in which the gas to be measured flows. , is provided at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. The surface (area of the surface) of the porous diffusion layer 91 perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is the same as the surface (area of the surface) perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured in the flow path CH of the gas to be measured. occupies more than 70% of the total area (area). That is, the porous diffusion layer 91 is provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, and in the direction DR in which the gas to be measured flows, It occupies (occupies) the range (more than 70%).

係る多孔質拡散層91によって、測定電極44の周囲の拡散形態を、つまり、流路CHを通って測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を、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。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、多孔質拡散層91によって、H2Oガスの、NOxガス(および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、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出力の変動および測定電極44の劣化を抑制することができる。 The porous diffusion layer 91 allows the diffusion pattern around the measurement electrode 44, that is, the diffusion pattern of the gas to be measured that reaches the measurement electrode 44 through the channel CH, to a sufficiently narrow flow such as Knudsen diffusion. It can be configured to diffuse while repeatedly colliding with the road wall. 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 suppresses the influence of H 2 O gas on NO x gas (and O 2 gas). Can be made smaller. Specifically, the gas sensor element 101 uses the porous diffusion layer 91 to suppress fluctuations in NO x output and deterioration of the measurement electrode 44 that are thought to be caused by molecular diffusion of NO x under high H 2 O concentration. I can do it.

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. 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までの距離が0.15mm以下となる位置で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層91の気孔率よりも大きい(高い)。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の気孔率よりも大きくすることで、「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できる。 In particular, in the gas sensor element 101, the porosity of the tip protection layer 200 is larger than the porosity of the porous diffusion layer 91 that closes a predetermined range of the channel CH at a position where the distance to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. (expensive). By making the porosity of the tip protection layer 200 larger than the porosity 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".

以上に説明してきたように、ガスセンサ素子101は、測定電極44の周囲に、具体的には、被測定ガスの流れる方向DRにおいて測定電極44よりも上流側に、多孔質拡散層(例えば、多孔質拡散層91)を設けている。そして、係る多孔質拡散層の、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積は、被測定ガスの流路CHの、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の面積の70%以上を占めている。係る多孔質拡散層によって、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で、ガスセンサ素子101は、以下の効果を実現する。すなわち、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、多孔質拡散層91によって、H2Oガスの、NOxガス(およびO2ガス)への影響を小さくすることができる。 As described above, the gas sensor element 101 includes a porous diffusion layer (for example, a porous A quality diffusion layer 91) is provided. The area of the surface of the porous diffusion layer perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is 70% or more of the area of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured of the flow path CH of the gas to be measured. occupies . With such a porous diffusion layer, the gas to be measured (particularly NO x gas) reaching the measurement electrode 44 is diffused in a form such as Knudsen diffusion, in which it repeatedly collides with the wall of a sufficiently narrow channel. By doing so, the gas sensor element 101 achieves the following effects. That is, 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 suppresses the influence of H 2 O gas on NO x gas (and O 2 gas). Can be made smaller.

ここで、係る多孔質拡散層を設ける位置について、測定電極44に近いほど望ましく、少なくとも測定電極44までの距離d2が、0.15mm以下となる位置に設ける。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は、測定電極44に接していてもよい。測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離d2が、0.15mm以下となる位置に設ける多孔質拡散層によって、ガスセンサ素子101は、H2Oガスの、NOxガス(およびO2ガス)への影響を抑制することができる。 Here, the position where the porous diffusion layer is provided is desirably closer to the measurement electrode 44, and is provided at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is at least 0.15 mm or less. A porous diffusion layer that provides a suitable diffusion form around the measurement electrode 44 may be in contact with the measurement electrode 44 . A porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less allows the gas sensor element 101 to diffuse H 2 O gas, NO x gas (and O 2 gas) can be suppressed.

係る多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路CHは、少なくともその一面が、第4拡散律速部18によって規定されてもよい。流路CHは、例えば、第2固体電解質層6(例えば、その下面)と第4拡散律速部18(例えば、その上面)との間のスリットとして、構成されてもよい。ただし、多孔質拡散層によって所定範囲を塞がれる流路が、少なくとも1つの面を第4拡散律速部18によって規定されることは必須ではない。多孔質拡散層によって、被測定ガスの流れる方向DRに直交する面の所定範囲(具体的には、70%以上)を塞がれる流路は、被測定ガス流通部7であってもよい。 At least one side of the channel CH whose predetermined range is blocked by such a porous diffusion layer may be defined by the fourth diffusion-limiting section 18 . The flow path CH may be configured, for example, as a slit between the second solid electrolyte layer 6 (for example, the lower surface thereof) and the fourth diffusion control section 18 (for example, the upper surface thereof). However, it is not essential that the flow path whose predetermined range is blocked by the porous diffusion layer has at least one surface defined by the fourth diffusion-limiting section 18 . The flow path whose predetermined range (specifically, 70% or more) of the surface perpendicular to the flow direction DR of the gas to be measured is blocked by the porous diffusion layer may be the gas to be measured flow section 7 .

測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離d2が、0.15mm以下となる位置に設ける多孔質拡散層は、下流側に延伸させてもよく、特に、測定電極44の配置される内部空所まで延伸させてもよい。例えば、測定電極44を第3内部空所19に配置し、流路CH(図5に示す例では、第4拡散律速部18によって構成される流路CH)の入口に配置した多孔質拡散層(図5に示す例では、多孔質拡散層91A)を、第3内部空所19まで延伸させてもよい。 A porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode 44 at a position where the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less may be extended downstream. It may be extended to an internal cavity. For example, the measurement electrode 44 is disposed in the third internal space 19, and a porous diffusion layer is disposed at the entrance of the channel CH (in the example shown in FIG. 5, the channel CH constituted by the fourth diffusion rate controlling section 18). (In the example shown in FIG. 5, the porous diffusion layer 91A) may be extended to the third internal cavity 19.

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、多孔質拡散層91、91A、91C、91D、91E、91Fの何れかによって、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, such a gas sensor uses any one of the porous diffusion layers 91, 91A, 91C, 91D, 91E , and 91F to prevent fluctuations in NO x output and Deterioration of the measurement electrode 44 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2固体電解質層6の下面に設けられる例を説明してきたが、ガスセンサ素子101において、測定電極44を第2固体電解質層6の下面に設けることは必須ではない。また、これまでに説明してきた例では、第2固体電解質層6の下面に配置した測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となるよう、多孔質拡散層91を第4拡散律速部18(特に、その上面)と第2固体電解質層6(特に、その下面)との間に設けていた。しかしながら、ガスセンサ素子101において、多孔質拡散層91の配置位置は、第4拡散律速部18(特に、その上面)と第2固体電解質層6(特に、その下面)との間に限られるものではない。
(Modification 1)
Up to now, an example has been described in which the measurement electrode 44 is provided on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6, but in the gas sensor element 101, it is not essential to provide the measurement electrode 44 on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. In addition, in the example described so far, the porous diffusion layer 91 is connected to the fourth diffusion rate controlling section 18 so that the distance d2 to the measurement electrode 44 arranged on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 is 0.15 mm or less. (especially its upper surface) and the second solid electrolyte layer 6 (especially its lower surface). However, in the gas sensor element 101, the position of the porous diffusion layer 91 is not limited to between the fourth diffusion-limiting section 18 (especially its upper surface) and the second solid electrolyte layer 6 (especially its lower surface). do not have.

測定電極44は、例えば、第1固体電解質層4の上面に設けられてもよい。その場合、測定電極44までの距離d2が0.15mm以下となるように、多孔質拡散層91は、第4拡散律速部18(特に、その下面)と第1固体電解質層4(特に、その上面)との間に設けてもよい。また、図8及び図10等を用いて説明したように、測定電極44は、拡散律速部(例えば、第4拡散律速部18Dまたは第4拡散律速部18E)の表面(上面または下面)に設けられてもよい。ガスセンサ素子101において、測定電極44の配置位置は、ガスセンサ素子101の利用状況などに応じて適宜選択することができる。また、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)は、測定電極44の配置位置に応じて、測定電極44よりも上流側に、測定電極44までの距離が0.15mm以下となる位置に設ければよい。 The measurement electrode 44 may be provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, for example. In that case, the porous diffusion layer 91 is connected to the fourth diffusion-limiting portion 18 (especially its lower surface) and the first solid electrolyte layer 4 (especially its lower surface) so that the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less. (top surface). Further, as explained using FIGS. 8, 10, etc., the measurement electrode 44 is provided on the surface (upper surface or lower surface) of the diffusion-limiting section (for example, the fourth diffusion-limiting section 18D or the fourth diffusion-limiting section 18E). It's okay to be hit. In the gas sensor element 101, the arrangement position of the measurement electrode 44 can be selected as appropriate depending on the usage status of the gas sensor element 101. Further, a porous diffusion layer (porous diffusion layer 91, etc.) that provides a suitable diffusion form around the measurement electrode 44 may be placed upstream of the measurement electrode 44 depending on the arrangement position of the measurement electrode 44. It may be provided at a position where the distance to the electrode 44 is 0.15 mm or less.

(変形例2)
これまで、測定電極44が、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、ガスセンサ素子101にとって、測定電極44が、第3内部空所19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く、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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層(多孔質拡散層91等)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、200Gの何れか)を備えていればよい。ガスセンサ素子101を1室構造とするか、または、複数室構造(2室以上の内部空所を備える構造)とするかは、ガスセンサ素子101の利用状況などに応じて適宜選択することができる。同様に、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、ガスセンサ素子101の利用状況などに応じて適宜選択することができる。
(Modification 2)
Up to now, an example has been shown in which the measurement electrode 44 is arranged in the third internal cavity 19. However, it is not essential for the gas sensor element 101 that the measuring electrode 44 be arranged in the third internal cavity 19 . Furthermore, it is not essential that the gas sensor element 101 has a plurality of internal cavities (for example, two or three chambers), and 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 (porous diffusion layer 91, etc.) that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44, and covers at least the surface of the element base 100 where the gas inlet 10 is open. It is only necessary to include a tip protection layer (either tip protection layer 200 or 200G). Whether the gas sensor element 101 has a one-chamber structure or a multi-chamber structure (a structure with two or more internal spaces) can be appropriately selected depending on the usage status of the gas sensor element 101. Similarly, in the gas sensor element 101, where the measurement electrode 44 is arranged can be appropriately selected depending on the usage status of the gas sensor element 101 and the like.

[実施例]
上述の通り、ガスセンサ素子101は、測定電極44へと至る被測定ガスの拡散形態を所望のものとする多孔質拡散層91等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等とを備えることで、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。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 91 and the like that allows the desired diffusion form of the gas to be measured to reach the measurement electrode 44, and at least the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is open. By providing the covering tip protection layer 200 and the like, 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. 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1~9及び比較例1~5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1~4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1~9及び比較例1~5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1~9及び比較例1~5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 4 for gas sensors equipped with gas sensor elements according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5. In the following description, a gas sensor including a gas sensor element according to each of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 will be referred to as a gas sensor (NO x sensor) according to each of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5. ) is sometimes abbreviated as

(実施例1~9及び比較例1~5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3に例示する多孔質拡散層91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91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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91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91の気孔率(12%)は、外側先端保護層202(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 9 and Comparative Examples 1 to 5)
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 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the first embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout the porous diffusion layer 91. The porosity is 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 outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 20%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 1, the porosity (12%) of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity (20%) of the outer tip protection layer 202 (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 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12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.05mmであり、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は8%である。実施例2に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91の気孔率(8%)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91の気孔率(8%)は、外側先端保護層202の気孔率(20%)よりも低い。また、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は60%であり、多孔質拡散層91の気孔率(8%)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91の気孔率(8%)は、内側先端保護層201の気孔率(60%)よりも低い。先端保護層200G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200G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200G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200G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200G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 2 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.05 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the second embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 8%. Regarding the gas sensor according to the second embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 20%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91 (8%). That is, in the gas sensor according to Example 2, the porosity of the porous diffusion layer 91 (8%) is lower than the porosity of the outer tip protection layer 202 (20%). Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 60%, which is higher than the porosity (8%) of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 2, the porosity of the porous diffusion layer 91 (8%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (60%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G 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 200G is 280 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G 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 200G is 73%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例3は、図12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.02mmであり、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は13%である。実施例3に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は17%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。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91の気孔率(13%)は、外側先端保護層202の気孔率(17%)よりも低い。また、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は62%であり、多孔質拡散層91の気孔率(13%)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91の気孔率(13%)は、内側先端保護層201の気孔率(62%)よりも低い。先端保護層200G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200Gの最外面からガス導入口10までの距離d1は、480μmであり、200μm(0.2mm)以上である。先端保護層200Gの備える外側先端保護層202の厚みは400μmであり、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の厚みは80μm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200Gの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、17%であり、実施例2と異なり、30%未満である。 Example 3 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.02 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the third embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout the porous diffusion layer 91. The porosity is 13%. Regarding the gas sensor according to the third embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 17%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 3, the porosity of the porous diffusion layer 91 (13%) is lower than the porosity of the outer tip protection layer 202 (17%). Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 62%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91 (13%). That is, in the gas sensor according to Example 3, the porosity of the porous diffusion layer 91 (13%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (62%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G to the gas inlet 10 is 480 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 200G is 400 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 80 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 200G is 17%, which is different from Example 2 and is less than 30%. .

実施例4は、図12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.05mmであり、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は10%である。実施例4に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は25%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。つまり、実施例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(10%)は、外側先端保護層202の気孔率(25%)よりも低い。また、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は65%であり、多孔質拡散層91の気孔率(10%)よりも高い。つまり、実施例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(10%)は、内側先端保護層201の気孔率(65%)よりも低い。先端保護層200G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200G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200G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200G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200G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 4 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.05 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the fourth embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 10%. Regarding the gas sensor according to the fourth embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 25%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 4, the porosity of the porous diffusion layer 91 (10%) is lower than the porosity of the outer tip protection layer 202 (25%). Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 65%, which is higher than the porosity (10%) of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 4, the porosity of the porous diffusion layer 91 (10%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (65%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G 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 200G is 360 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G 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 200G is 64%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例5は、図12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.05mmであり、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は10%である。実施例5に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は15%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。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91の気孔率(10%)は、外側先端保護層202の気孔率(15%)よりも低い。また、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は50%であり、多孔質拡散層91の気孔率(10%)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91の気孔率(10%)は、内側先端保護層201の気孔率(50%)よりも低い。先端保護層200G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200G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200G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200G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200G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 5 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.05 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the fifth embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout the porous diffusion layer 91. The porosity is 10%. Regarding the gas sensor according to the fifth embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 15%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 5, the porosity of the porous diffusion layer 91 (10%) is lower than the porosity of the outer tip protection layer 202 (15%). Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 50%, which is higher than the porosity (10%) of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 5, the porosity of the porous diffusion layer 91 (10%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (50%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G 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 200G is 200 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G 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 200G is 81%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例6は、図12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91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6に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は15%である。実施例6に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は23%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。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91の気孔率(15%)は、外側先端保護層202の気孔率(23%)よりも低い。また、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は55%であり、多孔質拡散層91の気孔率(15%)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91の気孔率(15%)は、内側先端保護層201の気孔率(55%)よりも低い。先端保護層200G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200G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200G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200Gの備える内側先端保護層201の厚みは150μmである。つまり、実施例2、4、5と違い、実施例6において内側先端保護層201の厚み(150μm)は、外側先端保護層202の厚み(350μm)よりも薄い。ただし、実施例6における内側先端保護層201の厚み割合は、つまり、先端保護層200Gの厚みに対する、内側先端保護層201の厚みの割合は、実施例2、4、5と同様に、30%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 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the sixth embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 15%. Regarding the gas sensor according to the sixth embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes an inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 23%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 6, the porosity of the porous diffusion layer 91 (15%) is lower than the porosity of the outer tip protection layer 202 (23%). Further, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 55%, which is higher than the porosity (15%) of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 6, the porosity of the porous diffusion layer 91 (15%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (55%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G 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 200G is 350 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 150 μm. That is, unlike Examples 2, 4, and 5, in Example 6, the thickness of the inner tip protection layer 201 (150 μm) is thinner than the thickness of the outer tip protection layer 202 (350 μm). However, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 in Example 6, that is, the ratio of the thickness of the inner tip protection layer 201 to the thickness of the tip protection layer 200G is 30% as in Examples 2, 4, and 5. and is 30% or more and 90% or less.

実施例7は、図1に例示する先端保護層200と、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.13mmであり、0.15mm以下である。実施例7に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は20%である。実施例7に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」である。ただし、実施例2-6と異なり、実施例7において先端保護層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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は30%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。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91の気孔率(20%)は、外側先端保護層202(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7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 7 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 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.13 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the seventh embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout the porous diffusion layer 91. The porosity is 20%. Regarding the gas sensor according to Example 7, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence". However, unlike Example 2-6, the tip protection layer 200 in Example 7 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 outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 30%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 7, the porosity (20%) of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity (30%) of the outer tip protection layer 202 (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 7, 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8は、図12に例示する先端保護層200Gと、図3に例示する多孔質拡散層91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91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8に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は25%である。実施例8に係るガスセンサについて、先端保護層200Gの有無は「有」であり、また、実施例1と異なり、先端保護層200Gは、内側先端保護層201を含む。具体的には、外側先端保護層202の気孔率は15%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも低い。つまり、実施例1-7と異なり、実施例8に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(25%)は、外側先端保護層202の気孔率(15%)よりも高い。ただし、先端保護層200Gの備える内側先端保護層201の気孔率は45%であり、多孔質拡散層91の気孔率(25%)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91の気孔率(25%)は、内側先端保護層201の気孔率(45%)よりも低い。先端保護層200G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200G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200G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200G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200G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 8 is a gas sensor including a gas sensor element 101 including a tip protection layer 200G illustrated in FIG. 12 and a porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to the eighth embodiment, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout the porous diffusion layer 91. The porosity is 25%. Regarding the gas sensor according to the eighth embodiment, the presence or absence of the tip protection layer 200G is "yes", and unlike the first embodiment, the tip protection layer 200G includes the inner tip protection layer 201. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 is 15%, which is lower than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, unlike Examples 1-7, in the gas sensor according to Example 8, the porosity of the porous diffusion layer 91 (25%) is higher than the porosity of the outer tip protection layer 202 (15%). However, the porosity of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G is 45%, which is higher than the porosity (25%) of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 8, the porosity of the porous diffusion layer 91 (25%) is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201 (45%). The shortest distance (d1) between the tip protective layer 200G and the gas inlet 10, in other words, the distance d1 from the outermost surface of the tip protective layer 200G 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 200G is 300 μm, and the thickness of the inner tip protection layer 201 included in the tip protection layer 200G 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 200G is 67%, which is 30% or more and 90% or less.

実施例9は、図1に例示する先端保護層200と、図3に例示する多孔質拡散層91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91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.15mmであり、0.15mm以下である。実施例9に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は10%である。実施例9に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」である。ただし、実施例2-6、8と異なり、実施例9において先端保護層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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。つまり、実施例9に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(10%)は、外側先端保護層202(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9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 9 is a gas sensor that includes a gas sensor element 101 that includes the tip protection layer 200 illustrated in FIG. 1 and the porous diffusion layer 91 illustrated in FIG. 3. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.15 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Example 9, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 10%. Regarding the gas sensor according to Example 9, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence". However, unlike Examples 2-6 and 8, the tip protection layer 200 in Example 9 does not include the inner tip protection layer 201. In other words, the tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. be. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 20%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Example 9, the porosity (10%) of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity (20%) of the outer tip protection layer 202 (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 9, 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 "-".

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1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、測定電極44と多孔質拡散層91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。比較例1に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は10%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、外側先端保護層202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 1, except that it does not include the tip protection layer 200. Specifically, in Comparative Example 1, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. . In the gas sensor according to Comparative Example 1, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 10%. 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 outer tip protection layer 202 and the inner tip protection layer 201 The porosity of each is "-". 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、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、多孔質拡散層の気孔率は、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」である。ただし、実施例2-6、8と異なり、比較例2において先端保護層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、外側先端保護層202(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 uses a sensor element that does not include a porous diffusion layer (such as the porous diffusion layer 91) that makes the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable, but includes only the tip protection layer 200 illustrated in FIG. This is a gas sensor that includes. Since Comparative Example 2 does not include a porous diffusion layer, the distance between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer and the porosity of the porous diffusion layer are both "-". Regarding the gas sensor according to Comparative Example 2, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence". However, unlike Examples 2-6 and 8, the tip protection layer 200 in Comparative Example 2 does not include the inner tip protection layer 201. In other words, the tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. be. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 (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、測定電極44と多孔質拡散層91との間の距離d2が0.15mmよりも大きい点を除き、構造は実施例1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3においては、実施例1とは異なり、測定電極44と多孔質拡散層91との間に空間(隙間)が有り、両者の間の距離d2は0.2mmであり、0.15mmよりも大きい。比較例3に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は15%である。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」である。ただし、実施例2-6、8と異なり、比較例3において先端保護層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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は25%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。つまり、比較例3に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(15%)は、外側先端保護層202(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、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、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。 Comparative Example 3 is a gas sensor including the same sensor element as in Example 1, except that the distance d2 between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91 is greater than 0.15 mm. Specifically, in Comparative Example 3, unlike Example 1, there was a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them was 0.2 mm. , larger than 0.15 mm. In the gas sensor according to Comparative Example 3, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 15%. Regarding the gas sensor according to Comparative Example 3, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence". However, unlike Examples 2-6 and 8, the tip protection layer 200 in Comparative Example 3 does not include the inner tip protection layer 201. In other words, the tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. be. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 25%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Comparative Example 3, the porosity (15%) of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity (25%) of the outer tip protection layer 202 (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 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 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 "-".

比較例4は、多孔質拡散層91の気孔率が25%よりも大きい点、及び、多孔質拡散層91の気孔率が外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率よりも高い点を除き、構造は実施例1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、測定電極44と多孔質拡散層91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。比較例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91は、全体に亘って気孔率が一定な多孔質の層であるが、実施例1とは異なり、比較例4における多孔質拡散層91の気孔率は35%であり、25%よりも大きい。比較例4に係るガスセンサについて、先端保護層200の有無は「有」である。ただし、実施例2-6、8と異なり、比較例4において先端保護層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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は30%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも低い。つまり、実施例1とは異なり、比較例4に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(35%)は、外側先端保護層202(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4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。 In Comparative Example 4, the porosity of the porous diffusion layer 91 is higher than 25%, and the porosity of the porous diffusion layer 91 is higher than the porosity of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200). Except for this, the structure is a gas sensor including a sensor element similar to that of Example 1. Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Comparative Example 4, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity throughout; however, unlike in Example 1, the pores of the porous diffusion layer 91 in Comparative Example 4 are The rate is 35%, which is greater than 25%. Regarding the gas sensor according to Comparative Example 4, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence". However, unlike Examples 2-6 and 8, the tip protection layer 200 in Comparative Example 4 does not include the inner tip protection layer 201. In other words, the tip protection layer 200 has a constant porosity throughout. be. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 30%, which is lower than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, unlike Example 1, in the gas sensor according to Comparative Example 4, the porosity (35%) of the porous diffusion layer 91 is higher than the porosity (30%) of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200). It's also expensive. 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 4, 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5は、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)が0.2mm(200μm)未満である点を除き、構造は実施例1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、測定電極44と多孔質拡散層91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。比較例5に係るガスセンサにおいて、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、具体的には、多孔質拡散層91の気孔率は10%である。比較例5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、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率は20%であり、多孔質拡散層91の気孔率よりも高い。つまり、比較例5に係るガスセンサにおいて、多孔質拡散層91の気孔率(10%)は、外側先端保護層202(先端保護層200)の気孔率(20%)よりも低い。ただし、実施例1とは異なり、比較例5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、つまり、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(200μm)未満である。具体的には、先端保護層200とガス導入口10との最短距離(d1)は、100μmであり、0.2mm(200μm)未満である。前述の通り、比較例5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。 Comparative Example 5 is a gas sensor including the same sensor element as in Example 1, except that the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10 is less than 0.2 mm (200 μm). . Specifically, there is a space (gap) between the measurement electrode 44 and the porous diffusion layer 91, and the distance d2 between them is 0.1 mm, which is 0.15 mm or less. In the gas sensor according to Comparative Example 5, the porous diffusion layer 91 is a porous layer with a constant porosity of 5% or more and 25% or less throughout. The porosity is 10%. Regarding the gas sensor according to Comparative Example 5, the presence or absence of the tip protection layer 200 is "presence", and the tip protection layer 200 does not include the inner tip protection layer 201, that is, the tip protection layer 200 has no inner tip protection layer 201 throughout. The porosity is constant. Specifically, the porosity of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200) is 20%, which is higher than the porosity of the porous diffusion layer 91. That is, in the gas sensor according to Comparative Example 5, the porosity (10%) of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity (20%) of the outer tip protection layer 202 (tip protection layer 200). However, unlike Example 1, in the gas sensor according to Comparative Example 5, the shortest distance (d1) between the tip protective layer 200 and the gas inlet 10 is from the outermost surface of the tip protective layer 200 to the gas inlet 10. The distance d1 is less than 0.2 mm (200 μm). Specifically, the shortest distance (d1) between the tip protection layer 200 and the gas inlet 10 is 100 μm, which is less than 0.2 mm (200 μm). As mentioned above, in the gas sensor according to Comparative Example 5, 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 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 "-".

(判定1~4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1~9及び比較例1~5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1~9及び比較例1~5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 4)
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 9 and Comparative Examples 1 to 5. The inventors of the present invention have discovered that when the NO x sensors according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 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1~9及び比較例1~5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%に変化させた時の、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 9 and Comparative Examples 1 to 5, NO x concentration = 500 ppm and H 2 O concentration = 3% as bases. The degree of change in NO x output was investigated when changing the H 2 O concentration to 500 ppm and 15%. "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1~9及び比較例1~5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1~9及び比較例1~5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 9. The following Mg poisoning test was conducted on the NO x sensors according to each of Comparative Examples 1 to 5. 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 9 and Comparative Examples 1 to 5, 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%."

(表1から確認できる事項の概要)
以下、実施例1~9及び比較例1~5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1~4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)
The following summarizes the matters that can be confirmed from Table 1 showing the test results for Judgments 1 to 4 for gas sensors equipped with sensor elements according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5. do.

判定3(及び判定4)における実施例1-9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200G)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200Gを備える実施例1-9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200G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200G)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 1-9 and Comparative Example 1 in Judgment 3 (and Judgment 4), by providing the tip protection layer 200 (or tip protection layer 200G), the gas sensor achieves the following effects. It has been confirmed that it can be done. That is, the results of determination 3 (“A” or “B”) of Examples 1-9, which include the tip protection layer 200 or the tip protection layer 200G, are the same as those of the comparison which does not include the tip protection layer 200 or the tip protection layer 200G. This is better than the result of Judgment 3 in Example 1 (“F”). Therefore, by including the tip protection layer 200 (or the tip protection layer 200G), 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1-9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1-9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1-9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 1-9 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 1-9, which includes the porous diffusion layer 91, etc., is the same as 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 results of Judgment 2 (“A” or “B”) of Example 1-9, which includes the porous diffusion layer 91, etc., are the same as those 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)から測定電極44までの距離d2を0.15mm以下とするか否かで、実施例1と比較例3とで、判定2の結果が大きく異なっている。具体的には、距離d2が0.1mm(0.15mm以下)である実施例1の判定2の結果は「B」であるのに対し、距離d2が0.2mm(0.15mmより大きい)である比較例3の判定2の結果は「F」である。そのため、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)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。 The difference between Example 1 and The results of Judgment 2 are significantly different from Comparative Example 3. Specifically, the result of determination 2 in Example 1 where the distance d2 is 0.1 mm (0.15 mm or less) is "B", whereas the result is "B" when the distance d2 is 0.2 mm (greater than 0.15 mm). The result of Judgment 2 of Comparative Example 3 is "F". Therefore, by setting the distance d2 from the porous diffusion layer (porous diffusion layer 91, etc.) to the measurement electrode 44, which makes the diffusion form around the measurement electrode 44 suitable, to 0.15 mm or less, the gas sensor can be configured as follows. It was confirmed that this effect can be achieved. In other words, by setting the distance d2 from the porous diffusion layer to the measurement electrode 44 to 0.15 mm or less, the gas sensor can suppress the H 2 O dependence of NO x sensitivity (NO x output) and improve measurement accuracy. It was confirmed that it is possible to do this.

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(多孔質拡散層91等)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1と比較例4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、先端保護層の気孔率よりも低い」多孔質拡散層91を備える実施例1の判定1、2の結果は、何れも「B」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91を備える比較例4の判定1、2の結果は、何れも「F」である。そのため、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(多孔質拡散層91等)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、係る多孔質拡散層の気孔率を「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、係る多孔質拡散層の気孔率を「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 (porous diffusion layer 91, etc.) in which the distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less, the porosity is set to be 5% or more and 25% or less, and the porosity of the tip protection layer is The results of Judgments 1 and 2 differ greatly between Example 1 and Comparative Example 4, depending on whether or not "the value should be lower than ." Specifically, the results of Judgments 1 and 2 of Example 1, which includes a porous diffusion layer 91 with a "porosity of 5% or more and 25% or less and lower than the porosity of the tip protective layer", are both It is "B". On the other hand, the results of Judgments 1 and 2 of Comparative Example 4, which includes a porous diffusion layer 91 whose porosity is greater than 25% and higher than the porosity of the tip protective layer, are both ``F ”. Therefore, the porosity of the porous diffusion layer (porous diffusion layer 91, etc.) whose distance d2 to the measurement electrode 44 is 0.15 mm or less is set to 5% or more and 25% or less, and the porosity of the tip protection layer is set to 5% or more and 25% or less. It was confirmed that the gas sensor can achieve the following effects by lowering the In other words, the gas sensor prevents deterioration of the measurement electrode due to high H 2 O concentration by making the porosity of the porous diffusion layer ``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8では、多孔質拡散層91の気孔率は、5%以上かつ25%以下だが、実施例1-7と異なり、外側先端保護層202の気孔率よりも高い。そして、実施例2-7の判定2の結果は何れも「A」であるのに対して、実施例8の判定2の結果は「B」である。ただし、実施例8では、多孔質拡散層91の気孔率は、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。これに対して、比較例4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4の判定2の結果は「F」である。そのため、多孔質拡散層91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 Example 8, the porosity of the porous diffusion layer 91 is 5% or more and 25% or less, but unlike Examples 1-7, it is higher than the porosity of the outer tip protection layer 202. The results of determination 2 in Examples 2-7 are all "A", whereas the results of determination 2 in Example 8 are "B". However, in Example 8, the porosity of the porous diffusion layer 91 is lower than the porosity of the inner tip protection layer 201, that is, the inner tip protection layer in contact with the surface where the gas inlet 10 of the element substrate 100 is opened. The porosity is lower than that of layer 201. On the other hand, in Comparative Example 4, 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 4 is "F". Therefore, the porosity of the porous diffusion layer 91 is set to be 5% or more and 25% or less, and further, the porosity of the inner tip protection layer 201 that is in contact with the surface of the element substrate 100 where the gas inlet 10 is opened is set to be at least 5% or more and 25% or less. 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."

先端保護層200(または先端保護層200G)の最外面からガス導入口10までの距離d1を0.2mm(200μm)以上とするか否かで、実施例1と比較例5とで、判定3、4の結果が異なっている。具体的には、『最外面からガス導入口10までの距離d1が300μmであり、0.2mm以上である』先端保護層200を備える実施例1の判定3、4の結果は、それぞれ、「A」、「B」である。これに対して、『最外面からガス導入口10までの距離d1が100μmであり、0.2mm未満である』先端保護層200を備える比較例5の判定3、4の結果は、それぞれ、「B」、「F」である。そのため、ガスセンサは、距離d1を0.2mm以上とすることで、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、「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」ことができることが確認された(判定3)。また、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する」ことができるのが確認された(判定4)。 Judgment 3 is determined between Example 1 and Comparative Example 5 depending on whether the distance d1 from the outermost surface of the tip protection layer 200 (or tip protection layer 200G) to the gas inlet 10 is 0.2 mm (200 μm) or more. , 4 have different results. Specifically, the results of determinations 3 and 4 of Example 1, which includes the tip protection layer 200 where "the distance d1 from the outermost surface to the gas inlet 10 is 300 μm and 0.2 mm or more", are as follows: A" and "B". On the other hand, the results of determinations 3 and 4 of Comparative Example 5, which includes a tip protection layer 200 in which "the distance d1 from the outermost surface to the gas inlet 10 is 100 μm and less than 0.2 mm", are as follows: B" and "F". Therefore, it was confirmed that the gas sensor can achieve the following effects by setting the distance d1 to 0.2 mm or more. In other words, by setting the distance d1 to 0.2 mm or more, the gas sensor can trap poisonous substances and suppress clogging around the measurement electrode (e.g., porous diffusion layer). Confirmed (determination 3). In addition, by setting the distance d1 to 0.2 mm or more, the gas sensor can trap poisonous substances and It was confirmed that clogging around the measurement electrode could be suppressed (Judgment 4).

実施例1と、実施例2、4-6とを対比すると、実施例2、4-6の方が、実施例1よりも、判定1、2、及び4の結果が改善している。また、実施例7と、実施例2、4-6とを対比すると、実施例2、4-6の方が、実施例7よりも、判定3及び4の結果が改善している。さらに、実施例2、4-6の判定4の結果が何れも「A」であるのに対し、実施例3の判定4の結果は「B」である。ここで、前述の通り、実施例2、4-6は、実施例1及び7と異なり、以下の構成を備える。すなわち、実施例2、4-6は、外側先端保護層202と、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とを含む先端保護層200Gを備え、かつ、内側先端保護層201の厚みは、先端保護層200Gの厚みの30%以上、90%以下である。また、実施例2、4-6と異なり、実施例3において、内側先端保護層201の厚みの割合は、30%未満である。それゆえ、係る先端保護層200Gを備え、内側先端保護層201の厚みを、先端保護層200G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、「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(例えば、多孔質拡散層)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。 Comparing Example 1 with Examples 2 and 4-6, the results of determinations 1, 2, and 4 are better in Examples 2 and 4-6 than in Example 1. Further, when comparing Example 7 with Examples 2 and 4-6, the results of determinations 3 and 4 are better in Examples 2 and 4-6 than in Example 7. Further, while the results of determination 4 in Examples 2 and 4-6 are all "A," the result of determination 4 in Example 3 is "B." Here, as described above, Examples 2 and 4-6 differ from Examples 1 and 7 in that they have the following configuration. That is, Examples 2 and 4-6 include the tip protection layer 200G including the outer tip protection layer 202 and the inner tip protection layer 201 having a larger porosity than the outer tip protection layer 202, and the inner tip protection layer 200G. The thickness of 201 is 30% or more and 90% or less of the thickness of the tip protection layer 200G. Further, unlike Examples 2 and 4-6, in Example 3, the thickness ratio of the inner tip protection layer 201 is less than 30%. Therefore, by providing such a tip protection layer 200G 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 200G, the gas sensor can at least meet the following conditions according to determination 4. It was confirmed that the effect can be achieved. In other words, gas sensors are capable of trapping poisonous substances and removing them from the surroundings of the measurement electrode (e.g. porous It was confirmed that clogging in the diffusion layer can be suppressed.

(NOx感度の変化率について)
図13は、測定電極の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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13は、測定電極44の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層(91、91A、91C、91D、91E、91F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濃度下での各NOxセンサのNOx出力の経時変化を示している。「高H2O濃度下」とは、例えば、H2O濃度=25%である。図13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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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. 13 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 that closes a predetermined range of the channel CH around the measurement electrode. Specifically, FIG. 13 shows the same structure except for the presence or absence of a porous diffusion layer (any one of 91, 91A, 91C, 91D, 91E, and 91F) that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44. 3 shows the change over time in the NO x output of each NO x sensor under a high H 2 O concentration for the NO x sensor having the structure. "Under high H 2 O concentration" means, for example, H 2 O concentration = 25%. In the graph of FIG. 13, the horizontal axis is time (driving time), and the vertical axis is the rate of change in NO x sensitivity. The solid black line shows the change over time in the NO x output of "the NO x sensor equipped with a porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44." In addition, the gray dotted line indicates "a NO It shows the change over time in the NO x output of the NO x sensor).

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13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. 13 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13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. 13, in a NO x sensor that does not have a porous diffusion layer around the measurement electrode 44 (a conventional NO x sensor that has only a slit structure with a diffusion control part), the 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14は、測定電極の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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14は、測定電極44の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ多孔質拡散層(91、91A、91C、91D、91E、91F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14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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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の周囲で流路CHの所定範囲を塞ぐ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. 14 is a graph showing the difference in the H 2 O dependence of the NO x output depending on the presence or absence of a porous diffusion layer that closes a predetermined range of the channel CH around the measurement electrode. Specifically, FIG. 14 shows the same structure except for the presence or absence of a porous diffusion layer (any one of 91, 91A, 91C, 91D, 91E, and 91F) that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44. This shows the difference in the H 2 O dependence of the NO x output for NO x sensors having the following structure. In the graph of FIG. 14, 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 over time of the “NO x sensor equipped with a porous diffusion layer that closes a predetermined range of the flow path CH around the measurement electrode 44”. In addition, the gray dotted line indicates "a NO 3 shows the H 2 O dependence of the NO x output of the NO x sensor).

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14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. 14 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14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. 14, 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13及び図14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. 13 and 14 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)を、測定電極44より上流側に設け、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, a porous diffusion layer (for example, porous diffusion layer 91, etc.) having a porosity of 5% or more and 25% or less is provided upstream of the measurement electrode 44, and in particular, from such a porous diffusion layer to the measurement electrode 44. The distance d2 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、200G)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, 200G) 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.). clogging, and a decrease in NOx sensitivity can be suppressed. 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…素子基体、101…センサ素子、200、200G…先端保護層、
201…内側先端保護層、202…外側先端保護層、10…ガス導入口、
7…被測定ガス流通部(内部空間)、44、44D、44E…測定電極、
91、91A、91C、91D、91E、91F…多孔質拡散層、
18、18B、18C、18D、18E…第4拡散律速部(拡散律速部)、
19、19B、19C、19D、19E、19F…第3内部空所(内部空所)、
CH、CH(B)、CH(C)、CH(D)、CH(E)、CH(F)…流路
100...Element base, 101...Sensor element, 200, 200G...Tip protective layer,
201...Inner tip protection layer, 202...Outer tip protection layer, 10...Gas inlet,
7... Gas distribution part to be measured (internal space), 44, 44D, 44E... Measuring electrode,
91, 91A, 91C, 91D, 91E, 91F... Porous diffusion layer,
18, 18B, 18C, 18D, 18E...fourth diffusion controlling section (diffusion controlling section),
19, 19B, 19C, 19D, 19E, 19F...Third internal space (internal space),
CH, CH (B), CH (C), CH (D), CH (E), CH (F)...flow path

Claims (7)

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た測定電極と、
前記被測定ガスの流れる方向において前記測定電極よりも上流側に、前記測定電極までの距離が0.15mm以下となる位置に設けられる多孔質拡散層と
を備え、
前記多孔質拡散層は、
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く、
前記被測定ガスの流れる方向に直交する面が、前記被測定ガスの流路の、前記被測定ガスの流れる方向に直交する面の70%以上を占める、
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;
a porous diffusion layer provided upstream of the measurement electrode in the flow direction of the gas to be measured at a position where the distance to the measurement electrode is 0.15 mm or less,
The porous diffusion layer is
The porosity is 5% or more and 25% or less, and the porosity is lower than the porosity of the tip protective layer,
The surface perpendicular to the flow direction of the gas to be measured occupies 70% or more of the surface of the flow path of the gas to be measured perpendicular to the flow direction of the gas to be measured,
Gas sensor element.
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、
前記拡散律速部は、
気孔率が、前記多孔質拡散層の気孔率よりも低く、
前記被測定ガスの流れる方向において前記測定電極よりも上流側に設けられ、
前記流路は、少なくとも1つの面を、前記拡散律速部によって規定されている、
請求項1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 diffusion-limiting part is
the porosity is lower than the porosity of the porous diffusion layer;
provided upstream of the measurement electrode in the flow direction of the gas to be measured,
The flow path has at least one surface defined by the diffusion-limiting section,
The gas sensor element according to claim 1.
前記多孔質拡散層は、
前記拡散律速部と、
前記内部空間を規定する面と
に接している、
請求項2に記載のガスセンサ素子。
The porous diffusion layer is
the diffusion controlling section;
in contact with a surface defining the internal space;
The gas sensor element according to claim 2.
前記流路の少なくとも2つの面は、前記拡散律速部によって規定されている、
請求項2または3に記載のガスセンサ素子。
At least two surfaces of the flow path are defined by the diffusion-limiting section,
The gas sensor element according to claim 2 or 3.
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から3の何れか1項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 any one of claims 1 to 3.
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から3の何れか1項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 any one of claims 1 to 3.
請求項1から3の何れか1項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 any one of claims 1 to 3.
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