JP4703777B2 - センサ素子およびガスセンサ - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係るガスセンサ100の構成を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ100は、測定対象とするガス(被測定ガス)中の所定のガス成分を検出し、さらにはその濃度を測定するためのものである。本実施の形態においては、ガスセンサ100が窒素酸化物(NOx)を検出対象成分とするNOxセンサである場合を例として説明を行うが、本発明は、NOx以外のガス成分を測定対象とするガスセンサにおいても適用可能である。ガスセンサ100は、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質からなるセンサ素子101を有する。
次に、センサ素子101の主要な部分の寸法について、図2および図3を参照しつつ説明する。図2は、図1と同方向から見たセンサ素子101の側面(素子面101A)図である。
次に、センサ素子101の素子面101B表面の変位を測定する変位測定装置200について説明する。なお、ここでは、変位測定装置200がレーザ式の変位計である場合を例として説明する。
次に、センサ素子101の厚さ方向の曲がりの程度を表す量(以下、単に曲がり量とも称する)を算出する方法について説明する。
1) 対象区間における前記センサ素子の長手方向の位置をX、センサ素子表面の厚さ方向の変位をYとしてXとYとの関係を測定し、
2) これらXおよびYを2変数としたX−Y平面上に前記測定したデータ点をプロットした散布図から最小二乗法により回帰直線を算出し、
3) 前記X−Y平面上での前記回帰直線の上側および下側のそれぞれの領域において、前記対象区間で前記回帰直線からの距離が最大となるデータ点を上側最大変位点および下側最大変位点としたとき、
4) 前記回帰直線から前記上側最大変位点および前記下側最大変位点までのそれぞれの距離の和の値を、「曲がり量」とする。
B1=M1+m1
として算出する。
B2=M2+m2
として算出する。
B3=M3+m3
として算出する。
次に、センサ素子101の第1区間の曲がり量と強度との関係について説明する。係る実施の形態においては、センサ素子101の第1区間の曲がり量と落下強度との関係を、以下に説明する試験で評価する。
次に、上述したような好適な範囲の曲がり量を実現するために、焼成収縮の際に生じるセンサ素子101の変形を制御する方法について説明する。
荷重棒Wの載置方法としては、上述した態様以外に、例えば、焼成前のセンサ素子101の全面に均一な力が作用するように、センサ素子101全面を覆うように各素子の上に荷重棒Wを載置してもよい。このような載置方法を用いて焼成前のセンサ素子101の焼成を行った場合、焼成前のセンサ素子101全体に力を作用させることが可能であるので、素子全体の変形を抑制することができる。
20 第1内部空所
40 第2内部空所
71 ヒータ電極
73 スルーホール
80 コネクタ電極
100 ガスセンサ
101 センサ素子
101B 素子面
200 変位測定装置
In1 第1区間
In2 第2区間
In3 第3区間
L1 センサ素子101の長手方向の長さ
L2 センサ素子101の厚さ
L3 センサ素子101の幅
W 荷重棒
Claims (8)
- 被測定ガス中の所定ガス成分を検出する長尺の板状体形状のセンサ素子であって、
外部空間から被測定ガスを取り込むためのガス導入口が前記センサ素子の長手方向の一先端部に設けられてなり、
前記センサ素子の長手方向の長さが62mm以上72mm以下であり、前記長手方向において、前記一先端部側の端面から20mm離れた第1の位置と前記センサ素子の他端部側の端面との間を第1区間とし、
前記センサ素子の厚さ方向における曲がりの程度を表すパラメータである曲がり量を、以下の定義(a)によって規定したとき、
前記第1区間の曲がり量が、前記センサ素子の長手方向の長さの1360分の1以上670分の1以下であることを特徴とするセンサ素子。
定義(a): 対象区間における前記センサ素子の長手方向の位置をX、前記センサ素子表面の前記厚さ方向の変位をYとしてXとYとの関係を測定し、これらXおよびYを2変数としたX−Y平面上に前記測定したデータ点をプロットした散布図から最小二乗法により回帰直線を算出し、前記X−Y平面上での前記回帰直線の上側および下側のそれぞれの領域において、前記対象区間で前記回帰直線からの距離が最大となるデータ点を上側最大変位点および下側最大変位点としたとき、前記回帰直線から前記上側最大変位点および前記下側最大変位点までのそれぞれの距離の和の値。 - 請求項1に記載のセンサ素子であって、
前記第1区間の曲がり量が前記センサ素子の厚さの72分の5以上146分の5以下であることを特徴とするセンサ素子。 - 請求項1または請求項2に記載のセンサ素子であって、
前記センサ素子の長手方向において、前記一先端部側の端面から前記第1の位置との間を第2区間とし、かつ、前記他端部側の端面と前記他端部側の端面から10mm離れた第2の位置との間を第3区間としたときに、
前記第2区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第2区間の曲がり量が、前記センサ素子の長手方向の長さの1340分の21以下であり、
前記第3区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第3区間の曲がり量が、前記センサ素子の長手方向の長さの1675分の6以下である、
ことを特徴とするセンサ素子。 - 請求項1または請求項2に記載のセンサ素子であって、
前記第1区間の曲がり量は、前記センサ素子の製造に際してなされる焼成が該焼成前のセンサ素子の表面を加圧した状態で行われることにより、制御されることを特徴とするセンサ素子。 - 請求項3に記載のセンサ素子であって、
前記第2区間の曲がり量および第3区間の曲がり量は、前記センサ素子の製造に際してなされる焼成が該焼成前のセンサ素子の表面を加圧した状態で行われることにより、制御されることを特徴とするセンサ素子。 - 請求項4または請求項5に記載のセンサ素子であって、
前記押圧力は、前記焼成前のセンサ素子の表面上に所定の質量の部材を載置することにより付与されることを特徴とするセンサ素子。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のセンサ素子であって、
外部と電気的に接続されるコネクタ電極が前記他端部側に備わることを特徴とするセンサ素子。 - 前記所定ガス成分が窒素酸化物ガスであり、ジルコニアを主成分として構成される請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のセンサ素子、を用いて製造されるガスセンサ。
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