JP4407373B2

JP4407373B2 - ガスセンサ素子

Info

Publication number: JP4407373B2
Application number: JP2004144086A
Authority: JP
Inventors: 将内藤; 誠中江
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005326242A; DE102005022135A1; US20050252770A1

Description

本発明は、車両用内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサ素子に関する。

車両用エンジンの排気系にＡ／Ｆセンサのようなガスセンサを設け、排気ガス中の酸素濃度等からエンジン燃焼室のＡ／Ｆを検出し、これを利用してエンジンの燃焼制御を行うことがある（排気ガスフィードバックシステム）。
特に、三元触媒を用いて効率よく排気ガスを浄化するためには車両用エンジンの燃焼室においてＡ／Ｆが特定の値となるように制御することが重要である。
上記用途におけるガスセンサに内蔵するガスセンサ素子として、後述する特許文献１に示される構成のガスセンサ素子を一例として挙げることができる。
即ち、固体電解質板と、該固体電解質板に設けた被測定ガス側電極及び基準電極とを有し、上記被測定ガス側電極及び上記基準電極が固体電解質板を介して向き合うことで形成されるセンシング部を有し、上記固体電解質板に一体的に設けたヒータ基板と該ヒータ基板に設けた発熱部とからなるヒータを有する。

また、上記排気ガスフィードバックシステムで使用するガスセンサとして、上記Ａ／Ｆセンサの他に、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや排気ガス中の大気汚染物質であるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ等が知られている。
これらのガスセンサは、それぞれ酸素センサ素子、ＮＯｘセンサ素子を内蔵しており、これらのガスセンサ素子が特定ガス濃度検出の役割を担っている。そして、各ガスセンサ素子は特許文献１と類似の構造を備えている。

特開２０００−６５７８２号公報特許３１７４０５９号公報特開２００１−１５３８３５号公報

ところで、近年、上記ガスセンサ素子において、早期活性、高検出精度等の性能が要求されている。特に早期活性については、エンジン冷始動時初期に多く排出されるＨＣを排気ガス中から削減する効果が大きく、より一層の性能向上が望まれている。
上記早期活性を達成するためには、エンジン冷始動時に発熱部に投入する電力を増大する、またはガスセンサ素子自身の体格を小型化し、熱容量を小さくする方法が考えられる。
しかしながら、前者においては消費電力の増大につながり、後者においては小型化に伴う発熱部の製造容易性、性能等が問題となってくる。

一般に上記発熱部は導電性の細線をヒータ基板にパターン形成した導体パターンからなるが、素子の体格小型化に伴い、このパターン形状がより小型化し、より細線化することで発熱部の抵抗値が増大し、投入電力が頭打ちとなってしまう問題があった。
パターン幅を太くする、またはパターン厚みを増加させることで、発熱部の抵抗値を減らして上記問題を解決することができるが、発熱部を構成するパターン間のショート（ショートによって上記発熱部の抵抗値が減少し、電流値が増大する、または部分的な異常発熱が生じて素子破壊が発生するおそれがある。）を防止するためにはパターン間に所定の間隙が維持されていることが必要であり、従って大幅な発熱部の小型化は実現困難であった。

そこで、発熱部を構成する導体パターンを多層化することで、パターン幅を狭小化する工夫について提案がなされているが（特許文献２参照）、多層化に伴う導体パターン内の電界強度の増加によるエレクトロマイグレーションの発生が懸念化される。また多層化は製造コスト増大に繋がる。

また、特許文献３に示すごときガスセンサ素子を用いることで、発熱部を小型化することなくガスセンサ素子の体格小型化を図ることができると考えられる。
即ち、このガスセンサ素子９は、図１５に示すごとく、固体電解質板１１と、該固体電解質板１１に設けた被測定ガス側電極１６１及び基準電極１６２とを有し、上記被測定ガス側電極１６１及び上記基準電極１６２により挟持された固体電解質板１１とからなるセンシング部１６０を有し、上記固体電解質板１１にスペーサ１５を介して一体的に設けたヒータ基板１９０と該ヒータ基板１９０に設けた発熱部１９１とからなるヒータ１９を有する。また、被測定ガス側電極１６１は、スペーサ１２により形成された被測定ガス室１２０と対面する。スペーサ１２には多孔質層１３と遮蔽層１４とが積層されている。
そして、このガスセンサ素子９は、遮蔽層１４、多孔質層１３、スペーサ１２を設けた側の側面９０１、９０２が面取りされ、この面取りの分だけガスセンサ素子９が小型化されている。
しかしながら、近年、ガスセンサ素子に要求される早期活性の性能は、上記面取りだけでは不十分な場合も多く、より効果的な素子小型化方法が求められていた。

また、ガスセンサ素子の小型化を図ることは、ガスセンサ素子をより薄く、より細く構成することである。ガスセンサ素子は一般に脆いセラミックからなるため、素子体格の小型化は、ガスセンサ素子の機械的強度低下につながる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、早期活性に優れると共に機械的強度に優れたガスセンサ素子を提供しようとするものである。

本発明は、固体電解質板と、該固体電解質板に設けた被測定ガス側電極及び基準電極とを有し、
上記被測定ガス側電極及び上記基準電極が固体電解質板を介して向き合うことで形成されるセンシング部を有し、
上記固体電解質板に一体的に設けたヒータ基板と該ヒータ基板に設けた発熱部とからなるヒータを有するガスセンサ素子であって、
上記発熱部のガスセンサ素子長手方向における一方の端部と他方の端部とによって幅方向に区切られると共に、上記発熱部のガスセンサ素子長手方向と直交する幅方向における一方の端部と他方の端部とによって長手方向に区切られた上記ヒータ基板上の発熱領域の面積Ｓ１と、
上記センシング部のガスセンサ素子長手方向における一方の端部と、他方の端部とによって幅方向に区切られた固体電解質板上のセンサ領域の面積Ｓ２との間には、Ｓ２／Ｓ１≦０．９なる関係が成立し、
上記幅方向における断面形状が台形であることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。

本発明では、ガスセンサ素子において発熱部が形成されたヒータ基板上の発熱領域の面積Ｓ１と、センシング部を含む固体電解質板上のセンサ領域の面積Ｓ２との間にＳ２／Ｓ１≦０．９なる関係が成立する。
ここでセンシング部は、被測定ガス側電極及び基準電極が固体電解質体を介して向き合うことで形成され、ここからガスセンサ素子の出力が得られる。
そしてセンサ領域とは、センシング部におけるガスセンサ素子の長手方向の両端において、それぞれガスセンサ素子長手方向に直交する幅方向に沿って区切った固体電解質板上の特定の領域であり、後述する図３にその一例を示す。また、固体電解質板の幅が、被測定ガス側電極を設けた面と基準電極を設けた面とで異なる場合は、より狭いほうの幅を備えた面を用いて、上記センサ領域を定義する。

また、発熱部は通電により発熱する導電パターンからなり、この導電体が形成されたヒータ基板上の特定の領域が上記発熱領域となる。
すなわち、上記発熱部のガスセンサ素子長手方向における一方の端部と他方の端部とによって幅方向に区切られると共に、上記発熱部のガスセンサ素子長手方向と直交する幅方向における一方の端部と他方の端部とによって長手方向に区切られた上記ヒータ基板上の領域が発熱領域となる。
具体的には、後述する図４に示すごとく、発熱部を構成する上記導電パターンにおいて、ガスセンサ素子長手方向の両端部をそれぞれ通る幅方向に平行な直線と、導体パターンにおいてガスセンサ素子幅方向（長手方向に対し直交する方向を幅方向とする）の両端部をそれぞれ通る長手方向に平行な直線を考えた場合に、これらの直線によって区切られた領域が上記発熱領域となる。

一般にガスセンサ素子における固体電解質板は酸素イオン導電性のジルコニアセラミックからなり（例えばイットリア含有の部分安定化ジルコニア）、その他の部分はアルミナ等の絶縁セラミックからなる。ジルコニアの破壊強度はアルミナ等の絶縁セラミックより小さい。更に、ジルコニアの熱伝導率はアルミナ等の絶縁セラミックより小さい。
従って、発熱領域とセンサ領域の面積の間に上記関係が成立することで、ガスセンサ素子における固体電解質板の占める領域を減じることができ、ガスセンサ素子におけるヒータによる加熱効率を高めることができる。
更に、上記熱伝導率の低いジルコニアの占める領域を減らすことで素子の温度分布の低減に伴う熱応力発生の低減により、応力による破壊への余裕度を高めることができる。

更に、本発明によれば、センサ領域と比べて発熱領域の面積が大きいため、発熱部の小型化を抑制し、発熱部の抵抗値の増大を抑制して、投入電力の頭打ちを防止することができる。更に発熱部の小型化が抑制されているため、発熱部におけるショートも生じ難い。
更に、本発明によれば、ガスセンサ素子の体格は部分的に小型化されるが、他の部分（たとえばヒータの近傍等）は小型化されておらず、ガスセンサ素子全体の強度低下が生じ難い。
以上、本発明によれば、早期活性に優れると共に機械的強度に優れたガスセンサ素子を提供することができる。

本発明にかかるガスセンサ素子は、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定可能な積層型の素子であり、例えば酸素濃度を測定する酸素センサ素子、ＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ素子、ＨＣ濃度を測定するＨＣセンサ素子、ＣＯ濃度を測定するＣＯセンサ素子等を例として挙げることができる。
また、自動車エンジン等の車両用内燃機関の排気系に設置し、空燃比フィードバックシステムにおけるガスセンサに内蔵するＡ／Ｆセンサ素子、λセンサ素子等を例に挙げることができる。
また、本発明を、センシング部をひとつ持つ素子（実施例１、２）の他、複数有する素子（実施例３）に適用することができる。
センシング部が複数ある場合、各センシング部に由来するセンサ領域に対してＳ２／Ｓ１が成立することが好ましい。

また、本発明にかかるガスセンサ素子において、Ｓ２／Ｓ１が０．９より大である場合、ガスセンサ素子における固体電解質板の占める領域が大きくなり、ヒータによる加熱効率が低下して早期活性が低下するおそれがある。
また、より好ましくは、Ｓ１とＳ２との間には、０．４≦Ｓ２／Ｓ１≦０．７なる関係が成立することが好ましい（請求項２）。
これによって、本発明の効果を確実に得て、早期活性に優れると共に機械的強度に優れたガスセンサ素子を提供することができる。
０．４未満とした場合には、ガスセンサ素子の形状が扁平となりすぎて、表面積増大によりヒータによる加熱効率が低下するおそれがある。また、ガスセンサ素子の体格が小型化され、強度低下が生じるおそれがある。
０．７より大である場合でも、上記の加熱効果を得ることはできるが、熱伝導の低い固体電解質板の影響によってヒータによる加熱効率が低下するおそれがある。

また、上記固体電解質板と上記発熱部との間にアルミナ材料を配置することが好ましい（請求項３）。
アルミナ材料は高熱伝導度であり、従って、発熱部からの熱をセンシング部に効率よく伝えて、ガスセンサ素子の早期活性を高めることができる。

また、上記ガスセンサ素子における長手方向かつセンシング部を設けた側の端部をセンシング側端部、該センシング側端部と反対側の端部を取り出し側端部とすると、上記センシング側端部の素子断面積は、上記取り出し側端部の素子断面積よりも小さいことが好ましい（請求項４）。
これにより、早期活性に重要なセンシング側端部の体積を小さくし、熱容量を減らして早期活性を高めることができる。
また、一般に取り出し側端部はガスセンサ素子の出力を取り出す接触端子等（後述する実施例１参照）を設けることが多く、従って接触不良を避けるためにもこの部分はある程度体格が大きいことが望まれる。

また、上記センシング側端部から上記取り出し側端部に向かって素子断面積は連続的に増加することが好ましい（請求項５）。
これにより、ガスセンサ素子側面に大きな段差が生じ難くなり、素子折れが生じ難くなる。特にガスセンサ素子のセンシング側端部に大きなモーメントが加わるような過重負荷に対する素子強度を高めることができる。

（実施例１）
本発明にかかるガスセンサ素子について、図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図４に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、固体電解質板１１と、該固体電解質板１１に設けた被測定ガス側電極１６１及び基準電極１７１とを有する。
上記被測定ガス側電極１６１及び上記基準電極１７１が固体電解質板１１を介して向き合うことで形成されるセンシング部１６を有する。
また、上記固体電解質板１１に一体的に設けたヒータ基板１９０と該ヒータ基板１９０に設けた発熱部１９１とからなるヒータ１９を有する。
上記発熱部１９１のガスセンサ素子１の長手方向における一方の端部と他方の端部とによって幅方向に区切られると共に、上記発熱部１９１のガスセンサ素子１の長手方向と直交する幅方向における一方の端部と他方の端部とによって長手方向に区切られた上記ヒータ基板１９０上の発熱領域１９５の面積Ｓ１と、上記センシング部１６０のガスセンサ素子１の長手方向における一方の端部Ｔ１と、他方の端部Ｔ２とによって区切られた固体電解質板１１上のセンサ領域１６５の面積Ｓ２との間には、Ｓ２／Ｓ１≦０．９なる関係が成立する。

以下、詳細に説明する。
本例にかかるガスセンサ素子１は、自動車エンジンの排気ガスフィードバックシステムに設けたガスセンサに内蔵して使用する。
上記ガスセンサ素子１は、図１、図２に示すごとく、被測定ガス側電極１６１を一方の面１１８に、他方の面１１９に基準電極１７１を設けた固体電解質板１１と、上記被測定ガス側電極１６１を設けた面１１８に積層したスペーサ１２と、該スペーサ１２に積層した多孔質層１３、遮蔽層１４とを有し、また固体電解質板１１の基準電極１７１を設けた面１１９にスペーサ１５を介して積層した発熱部１９１を備えたヒータ基板１９０とを有する。
上記固体電解質板１１は酸素イオン導電性の部分安定化ジルコニアからなり、その他遮蔽層１４、多孔質層１３、スペーサ１２、１５、ヒータ基板１９０は全てアルミナからなる。また、多孔質層１３はガス透過性であり、その他はガス不透過である。
また、上記スペーサ１２、１５はそれぞれ窓部と溝部を備えており、これら窓部と溝部が被測定ガス室１２０、基準ガス室１５０を構成する。

固体電解質板１１の面１１８には、被測定ガス側電極１６１と、これと導通するリード部１６２及び端子部１６３が設けてある。また、面１１９には、基準電極１７１と、これと導通するリード部１７２及び内部端子部１７３が設けてある。そして内部端子部１７３は固体電解質板１１を貫通するスルーホール（図示略）を介して、面１１８に設けた端子部１７４と導通する。上記端子部１６３、１７４からガスセンサ素子１の出力を取り出すことができる。

ヒータ基板１９０におけるスペーサ１５と対面する側の面１９８には、発熱部１９１と、該発熱部１９１と導通するリード部１９２及び内部端子部１９３が設けてある。該内部端子部１９３はヒータ基板１９０を貫通するスルーホール（図示略）を介して、面１９９に設けた端子部１９４と導通する。
上記発熱部１９１は、ガスセンサ１の長手方向を往復するようにパターン形成した導体パターンからなる。

図２に示すごとく、上記ガスセンサ素子１における長手方向かつセンシング部１６のある側の端部をセンシング側端部、該センシング側端部と反対側の端部を取り出し側端部とする。上記内部端子部１７３、１９３及び端子部１６３、１７４、１９４は取り出し側端部近傍にある。
ガスセンサ素子１の出力は、被測定ガス側電極１６１と基準電極１７１が固体電解質板１１を介して向き合うことで形成されるセンシング部１６から得られ、図３に示すごとく、センシング部１６におけるガスセンサ素子１の長手方向における一方の端部Ｔ１と他方の端部Ｔ２とによって幅方向に区切られた固体電解質板１１上の領域がセンサ領域１６５である。

図４に示すごとく、ヒータ基板１９０上に発熱部１９１を設けた領域が発熱領域１９５である。
すなわち、発熱部１９１を構成する導体パターンのガスセンサ素子１の長手方向における両端を通る直線Ｍ１、Ｍ２、発熱部１９１を構成する導体パターンのガスセンサ素子１の幅方向における両端を通る直線Ｍ３、Ｍ４を考えると、これらＭ１〜Ｍ４で区画された領域が上記発熱領域１９５となる。

そして、図１に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、ガスセンサ素子の幅方向の断面形状が台形であり、遮蔽層１４の幅が最も狭く、ヒータ基板１９０の幅が最も広い。
そうして、発熱領域１９５の面積をＳ１、センシング部１６を含んだセンサ領域１６５の面積をＳ２とすると、Ｓ２／Ｓ１≦０．９が成立する。

ここで本例にかかる断面台形のガスセンサ素子１と、図１５に示した遮蔽層１４からスペーサ１２までの側面９０１、９０２が面取りされた従来技術にかかるガスセンサ素子９の活性時間について測定した。
即ち、上記ガスセンサ素子１とガスセンサ素子９の材質と各層の厚み等の寸法は全て同等であり、更にヒータ基板１９０の面１９９側の幅、発熱部１９１を設けた発熱領域１９５の面積が同一である。しかし、固体電解質板１１上のセンサ領域１６５は本例にかかるガスセンサ素子１と比べて、ガスセンサ素子９の発熱領域は大きく、該ガスセンサ素子９においてＳ２／Ｓ１＞０．９である。
ガスセンサ素子１とガスセンサ素子９の各発熱部１９１に対し同じ電源から同じ電力を供給したところ、ガスセンサ素子１のセンサ領域１６５の温度が７００℃に達するまでの時間は３．５秒であったが、ガスセンサ素子９については６秒かかった。
なお、上記ガスセンサ素子１、９は温度７００℃に加熱してやることで有効な出力が得られて、ガス濃度の検出が可能となる。

また、本例にかかる形状のガスセンサ素子で、Ｓ２／Ｓ１が異なるものをいくつか準備して、上記と同様の方法で活性時間を各ガスセンサ素子について測定し、その結果を図５にかかる線図に記載した。
同図から明らかであるが、Ｓ２／Ｓ１が０．９を越えると急激に活性時間が増大することがわかった。また、Ｓ２／Ｓ１を０．７以下とすることで安定して短い活性時間が得られることが判った。

このように本例によれば、ガスセンサ素子１における固体電解質板１１の占める領域を減じることができ、ガスセンサ素子１におけるヒータ１９による加熱効率を高めて活性時間を短くすることができる。
また、センサ領域１６５と比べて発熱領域１９５の面積が大きいため、発熱部１９１の小型化を抑制し、発熱部１９１の抵抗値の増大を抑制して、投入電力の頭打ちを防止することができる。更に発熱部１９１の小型化が抑制されているため、発熱部１９１におけるショートも生じ難い。
また、アルミナの熱伝導率はジルコニアのおよそ１０倍であり、固体電解質板１１とヒータ基板１９０との間にアルミナ製のスペーサ１５を設けることで、ヒータ１９からの加熱効率を更に高めることができる。
そして、ガスセンサ素子１の体格は固体電解質板１１を中心として小型化されるが、ヒータ１９の近傍は小型化されておらず、全体の強度低下が生じ難い。
以上、本例によれば、早期活性に優れると共に機械的強度に優れたガスセンサ素子を提供することができる。

（参考例１）
本例は、図１と同様の構成のガスセンサ素子で、Ｓ２／Ｓ１≦０．９を満たすが、外形の異なる各種ガスセンサ素子について説明する。
図６〜図８のガスセンサ素子１は、いずれもヒータ基板１９０にスペーサ１５、固体電解質板１１、スペーサ１２、多孔質層１３、遮蔽層１４を積層した構成を有する。
そして、図６が幅方向断面形状が山形、図７が半円型、図８が遮蔽層１４から固体電解質板１１までを幅細に、スペーサ１５とヒータ基板１９０とを幅太に構成した形状である。
（実施例２）
本例は、図９に示すごとく、実施例１と同様の台形型であるが、ヒータ基板１９０の側面が図面の下方に向かうに従って、幅細に形成されている。
その他、ガスセンサ素子としての基本形状、構成は実施例１と同様であり、また作用効果も同様である。

（実施例３）
本例のガスセンサ素子２は、ひとつの素子内にセンシング部が二つある。
即ち、図１０に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、遮蔽層１４、多孔質層１３、スペーサ１２、固体電解質板１１、スペーサ１５、スペーサ２１、固体電解質板２２からなり、固体電解質板１１はスペーサ１２の形成する被測定ガス室１２０に面する被測定ガス側電極１６１、スペーサ１５の形成する基準ガス室１５０に面する基準電極１７１を有し、また固体電解質２２はスペーサ２１の形成する基準ガス室２１０に面する基準電極２２と、素子の外部に露出して被測定ガスに面する被測定ガス側電極２３２とを有する。
また、スペーサ１５とスペーサ２１との間に発熱部１９１が設けてあり、スペーサ２１は実施例１で言うところのヒータ基板１９１を兼用してなる。よって、スペーサ２１と発熱部１９１においてヒータ１９が形成される。

一方のセンシング部１６は、被測定ガス側電極１６１と基準電極１７１が固体電解質板１１を介して向き合うことで形成されており、また他方のセンシング部２３は被測定ガス側電極２３２と基準電極２３１が固体電解質板２２を介して向き合うことで形成されている。
そして、それぞれのセンシング部１６、２３に対して、実施例１にかかる図３に示すごとくセンサ領域を決定する。
また、スペーサ２１がヒータ基板であることから、面２１１に対して発熱部１９１が設けてある領域が発熱領域となる。
そして、センシング部１６に対応するセンサ領域についても、センシング部２３に対応するセンサ領域についても、それぞれＳ２／Ｓ１≦０．９が成立することで、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
その他、詳細は実施例１と同様である。

（実施例４）
本例にかかるガスセンサ素子１は、実施例１と同様の構成を備えているが、ガスセンサ素子１におけるセンサ領域（図示略）近傍についてのみ、固体電解質板１１を幅細とした構成である。
即ち、図１１、図１２に示すごとく、ガスセンサ素子１の長手方向の半ばからセンシング側端部にかけて幅細に構成されており、特にセンサ領域にかかる部分の断面形状が、図１２に示すごとく台形になっている。
なお、断面の詳細は実施例１の図１と同じであるため、記載は省略した。

また、図１１、図１２と異なる形状として、図１３、図１４に示すごとく、センシング側端部から取り出し側端部に向かって、長手方向の途中まで断面積が連続的に増加するガスセンサ素子１がある。
即ち、センシング側端部から順に断面を図示すると、最もセンシング側端部の断面は図１４（ａ）に示すごとく、実施例１の図１と同様の台形であり、図１４（ｂ）は台形の形状が少し長方形に近づき、最も取り出し側端部に近い断面は、図１４（ｃ）に示すごとく、長方形に近い台形である。
なお、断面の詳細については実施例１の図１と同様であるため、記載は省略した。

これらのガスセンサ素子１は、いずれも発熱領域の面積Ｓ１とセンサ領域の面積Ｓ２との間にはＳ２／Ｓ１≦０．９なる関係が成立することで、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１にかかる、ガスセンサ素子の要部断面説明図。実施例１にかかる、ガスセンサ素子の斜視展開図。実施例１にかかる、固体電解質板上におけるセンサ領域を示す平面図。実施例１にかかる、ヒータ基板上における発熱領域を示す平面図。実施例１にかかる、Ｓ２／Ｓ１と活性時間との関係を示す線図。参考例１にかかる、断面が山型のガスセンサ素子の要部断面説明図。参考例１にかかる、断面が半円型のガスセンサ素子の要部断面説明図。参考例１にかかる、幅が途中で切り替わった断面を有するガスセンサ素子の要部断面説明図。実施例２にかかる、断面が台形で、ヒータ基板が図面の下方に向かうに従って、幅細に形成されたガスセンサ素子の要部断面説明図。実施例３にかかる、二つのセンシング部を有するガスセンサ素子の要部断面説明図。実施例４にかかる、長手方向の半ばからセンシング側端部にかけて幅細になったガスセンサ素子の斜視図。図１１におけるＡ−Ａ矢視断面図。実施例４にかかる、センシング側端部から取り出し側端部に向かって、長手方向の途中まで断面積が連続的に増加するガスセンサ素子の斜視図。図１３における、（ａ）Ｂ−Ｂ矢視断面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ矢視断面図、（ｃ）Ｄ−Ｄ矢視断面図。従来例にかかる、ガスセンサ素子の要部断面説明図。

符号の説明

１ガスセンサ素子
１１固体電解質板
１９ヒータ
１６センシング部
１６５センサ領域
１６１被測定ガス側電極
１７１基準電極
１９ヒータ
１９０ヒータ基板
１９１発熱部
１９５発熱領域

Claims

固体電解質板と、該固体電解質板に設けた被測定ガス側電極及び基準電極とを有し、
上記被測定ガス側電極及び上記基準電極が固体電解質板を介して向き合うことで形成されるセンシング部を有し、
上記固体電解質板に一体的に設けたヒータ基板と該ヒータ基板に設けた発熱部とからなるヒータを有するガスセンサ素子であって、
上記発熱部のガスセンサ素子長手方向における一方の端部と他方の端部とによって幅方向に区切られると共に、上記発熱部のガスセンサ素子長手方向と直交する幅方向における一方の端部と他方の端部とによって長手方向に区切られた上記ヒータ基板上の発熱領域の面積Ｓ１と、
上記センシング部のガスセンサ素子長手方向における一方の端部と、他方の端部とによって幅方向に区切られた固体電解質板上のセンサ領域の面積Ｓ２との間には、Ｓ２／Ｓ１≦０．９なる関係が成立し、
上記幅方向における断面形状が台形であることを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１において、上記Ｓ１とＳ２との間には、０．４≦Ｓ２／Ｓ１≦０．７なる関係が成立することを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１または２において、上記固体電解質板と上記発熱部との間にアルミナ材料を配置することを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１〜３のいずれか１項において、上記ガスセンサ素子における長手方向かつセンシング部を設けた側の端部をセンシング側端部、該センシング側端部と反対側の端部を取り出し側端部とすると、上記センシング側端部の素子断面積は、上記取り出し側端部の素子断面積よりも小さいことを特徴とするガスセンサ素子。
請求項４において、上記センシング側端部から上記取り出し側端部に向かって素子断面積は連続的に増加することを特徴とするガスセンサ素子。