JP4705005B2 - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するためのガスセンサ素子及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor element and a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas component in a measurement target gas.

従来から、例えば自動車から排出される排気ガス等の被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが知られている。このようなガスセンサでは、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いている。このガスセンサ素子は、例えば、ジルコニアを主体とする固体電解質体を具備しており、1又は複数の固体電解質体と、電極、絶縁層、ヒータ等を積層し、全体として板状の外径を有するよう構成したものが知られている。なお、ヒータは、例えば、アルミナを主体としたセラミック層(絶縁層)と発熱抵抗体等を積層した構造とされている。   Conventionally, a gas sensor that detects the concentration of a specific gas component in a gas to be measured such as exhaust gas discharged from an automobile is known. Such a gas sensor uses a gas sensor element whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas component in the gas to be measured. This gas sensor element includes, for example, a solid electrolyte body mainly composed of zirconia, and is laminated with one or a plurality of solid electrolyte bodies, an electrode, an insulating layer, a heater, and the like, and has a plate-like outer diameter as a whole. Such a configuration is known. The heater has, for example, a structure in which a ceramic layer (insulating layer) mainly composed of alumina and a heating resistor are laminated.

上記のようなガスセンサ素子では、板状の長手方向における一方の端部(先端部)が被測定ガスに晒される検知部とされ、他端側(後端側)が主体金具に固定される固定部とされている。このため、板状に形成された固体電解質体の先端側の両面に、基準電極部及び検知電極部等が設けられ、これらの電極部を引き出すためのリード部(基準リード部及び検知リード部)が、固体電解質体の長手方向に沿って形成された構造とすることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   In the gas sensor element as described above, one end (front end) in the plate-like longitudinal direction is a detection unit that is exposed to the gas to be measured, and the other end (rear end) is fixed to the metal shell. It is considered to be a part. For this reason, a reference electrode part, a detection electrode part, etc. are provided on both surfaces on the front end side of the solid electrolyte body formed in a plate shape, and lead parts (reference lead part and detection lead part) for drawing out these electrode parts However, it is known to have a structure formed along the longitudinal direction of the solid electrolyte body (see, for example, Patent Document 1).

また、このようなガスセンサ素子において、検知電極部の面積を基準電極部の面積の1.25倍以上とすることにより、ライトオフタイム(電源の供給を開始してからセンサが活性するまでの時間)を短くできるようにすることも知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2003−294687号公報 特開2002−202280号公報
Further, in such a gas sensor element, by setting the area of the detection electrode portion to 1.25 times or more of the area of the reference electrode portion, the light off time (the time from the start of power supply until the sensor is activated) ) Can be shortened (see, for example, Patent Document 2).
JP 2003-294687 A JP 2002-202280 A

しかしながら、上記のようなガスセンサ素子では、製造工程における公差等により、固体電解質体の表裏に形成される一対の電極部(基準電極部と検知電極部と)が互いに僅かに位置ずれした状態で形成される場合がある。そして、このように基準電極部と検知電極部とが位置ずれした状態で形成されると、特定ガスの検出に寄与する電極部の有効面積(電極部が対向する部位の面積)がガスセンサ毎に変わるため、ガスセンサとしての性能にばらつきが生じるという問題があった。   However, in the gas sensor element as described above, a pair of electrode portions (reference electrode portion and detection electrode portion) formed on the front and back surfaces of the solid electrolyte body are formed in a slightly shifted position due to tolerances in the manufacturing process. May be. And when the reference electrode part and the detection electrode part are formed in a state of being displaced in this way, the effective area of the electrode part that contributes to the detection of the specific gas (the area of the part where the electrode part faces) is different for each gas sensor. Because of the change, there is a problem that the performance as a gas sensor varies.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、ガスセンサ毎の電極の有効面積を一定に維持することができ、性能の均一化を図ることのできるガスセンサ素子及びガスセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a gas sensor element and a gas sensor that can maintain an effective area of an electrode for each gas sensor constant and can achieve uniform performance.

本発明のガスセンサ素子は、板状に形成され、被測定ガス中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する固体電解質体と、前記固体電解質体の一方の面と他方の面に形成され、該固体電解質体を介して対向し、当該固体電解質体と共に検知部を構成する一対の矩形状の電極本体部と、前記固体電解質体の一方の面に、かつ、当該固体電解質体と一方の前記電極本体部との間に設けられ、一方の前記電極本体部の4辺のうち1組の対向する2辺の外縁を覆う第1絶縁層と、前記固体電解質体の他方の面に、かつ、当該固体電解質体と他方の前記電極本体部との間に設けられ、他方の前記電極本体部の前記第1絶縁層が覆う2辺とは異なる側の2辺を覆う第2絶縁層と、を具備し、前記第1絶縁層及び第2絶縁層を重ねて前記電極本体部の対向方向に投影したときに、該電極本体部の対応する位置に当該電極本体部より小さい開口部が形成されるように、前記第1絶縁層及び第2絶縁層が設けられていることを特徴とする。   The gas sensor element of the present invention is formed in a plate shape, a solid electrolyte body whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas in the gas to be measured, and formed on one side and the other side of the solid electrolyte body A pair of rectangular electrode main body portions opposed to each other through the solid electrolyte body and constituting a detection unit together with the solid electrolyte body, and on one surface of the solid electrolyte body, and the solid electrolyte body and the one side A first insulating layer that is provided between the electrode body portion and covers the outer edges of two opposing sides of the four sides of the one electrode body portion, and the other surface of the solid electrolyte body, And the 2nd insulating layer which is provided between the said solid electrolyte body and the said other electrode main-body part, and covers two sides on the side different from the two sides which the said 1st insulating layer of the other said electrode main-body part covers, The electrode body portion pair is formed by stacking the first insulating layer and the second insulating layer. The first insulating layer and the second insulating layer are provided so that an opening smaller than the electrode main body is formed at a corresponding position of the electrode main body when projected in a direction. To do.

本発明のガスセンサ素子は、固体電解質体の一方の面に、かつ、当該固体電解質体と前記一方の電極本体部との間に設けられ、当該一方の電極本体部の4辺のうち1組の対向する2辺の外縁を覆う第1絶縁層と、前記固体電解質体の他方の面に、かつ、当該固体電解質体と前記他方の電極本体部との間に設けられ、当該他方の電極本体部の前記第1絶縁層とは異なる側の2辺を覆う第2絶縁層とを具備しており、前記第1絶縁層及び第2絶縁層を重ねて前記電極本体部の対向方向に投影したときに、該電極本体部の対応する位置に当該電極本体部より小さい開口部が形成されるように、前記第1絶縁層及び第2絶縁層が設けられている。これにより、第1絶縁層及び第2絶縁層で、電極の有効面積を開口部の面積に制限することができ、例えば、一方の電極本体部と反対面側の他方の電極本体部とに位置ずれが生じても、これらの電極本体部の有効面積は上記開口部の面積とすることができる。つまり、ガスセンサ毎に一対の電極本体部に位置ずれが生じたとしてもこれらの電極間における有効面積を一定にすることが可能となる。このように、第1絶縁層及び第2絶縁層を設けることによって、電極の有効面積を一定にすることができ、ガスセンサ毎の性能のばらつきを少なくすることができる。   The gas sensor element of the present invention is provided on one surface of a solid electrolyte body and between the solid electrolyte body and the one electrode main body, and one set of four sides of the one electrode main body. A first insulating layer covering outer edges of two opposing sides, and provided on the other surface of the solid electrolyte body and between the solid electrolyte body and the other electrode main body, and the other electrode main body And a second insulating layer covering two sides on the side different from the first insulating layer, and the first insulating layer and the second insulating layer are overlapped and projected in a direction opposite to the electrode main body. Furthermore, the first insulating layer and the second insulating layer are provided so that an opening smaller than the electrode main body portion is formed at a corresponding position of the electrode main body portion. Thereby, in the first insulating layer and the second insulating layer, the effective area of the electrode can be limited to the area of the opening. For example, it is located on one electrode main body and the other electrode main body on the opposite surface side Even if a deviation occurs, the effective area of these electrode main body portions can be the area of the opening. That is, even if a positional shift occurs between the pair of electrode main bodies for each gas sensor, the effective area between these electrodes can be made constant. Thus, by providing the first insulating layer and the second insulating layer, the effective area of the electrode can be made constant, and the variation in performance of each gas sensor can be reduced.

なお、上記の開口部の大きさは、電極本体部よりも小さい所定の大きさであれば良いが、製造工程での公差等を考慮して小さくする一方、少なくとも特定ガスの検出ができる大きさを必要とすることは言うまでもない。   The size of the opening may be a predetermined size smaller than that of the electrode main body. However, the size of the opening is small enough to allow for a tolerance in the manufacturing process, and at least a size capable of detecting a specific gas. Needless to say, you need.

前記電極本体部には、前記固体電解質体の長手方向に延び、該電極本体部から信号を取り出す電極リード部が接続され、前記第1絶縁層及び第2絶縁層は、前記電極リード部と前記固体電解質体との間にまで延在していることが好ましい。一方の電極本体部と反対側の電極本体部に位置ずれが生じた場合、電極本体部に接続する電極リード部と重なり部分が生じてしまい有効面積が変わり、ガスセンサとしての性能にばらつきが生じてしまうことがある。また、電極リード部同士でも電気的なリークが発生し、更にガスセンサの性能がばらつくことがある。そこで、電極リード部と固体電解質体との間に絶縁層を設けることで、電極リード部による有効面積の変化が抑制でき、更には、電極リード部同士の電気的なリークも防止でき、ガスセンサとしての性能のばらつきを抑えることができる。また、電極本体部から延在することで、電極本体部に形成する絶縁層と同時に作成することができる。   The electrode main body portion is connected to an electrode lead portion that extends in the longitudinal direction of the solid electrolyte body and extracts a signal from the electrode main body portion. The first insulating layer and the second insulating layer are connected to the electrode lead portion and the electrode main body portion. It is preferable to extend between the solid electrolyte body. If a position shift occurs in the electrode body on the opposite side of one electrode body, an overlap with the electrode lead connected to the electrode body will occur, the effective area will change, and the performance as a gas sensor will vary. May end up. In addition, electrical leakage may occur between the electrode lead portions, and the performance of the gas sensor may vary. Therefore, by providing an insulating layer between the electrode lead part and the solid electrolyte body, it is possible to suppress changes in the effective area due to the electrode lead part, and furthermore, it is possible to prevent electrical leakage between the electrode lead parts, and as a gas sensor Variation in performance can be suppressed. Moreover, it can produce simultaneously with the insulating layer formed in an electrode main-body part by extending from an electrode main-body part.

また、前記一対の電極本体部のうち一方が拡散律速部を介して測定室内に導入される前記被測定ガスに晒される検知電極部、他方が基準電極部であり、前記第2絶縁層は、前記検知電極部の前記被測定ガスが測定室内に導入される方向に沿った1組の対向する2辺の外縁を覆うように設けられていることが好ましい。このように第2絶縁層が覆われていない部位に、検知電極部が、被測定ガスの測定室内に導入される方向(以下、ガス導入方向)の垂直方向に跨るように配置されていると、例えば検知電極部がガス導入方向に垂直方向にばらついたとしても、被測定ガスが測定室内に導入された場合に、第2絶縁層以外には必ず検知電極と接触することとなるため、検知精度が向上する。一方、検知電極部が、ガス導入方向に垂直な方向に沿った1組の対向する2辺の外縁を覆うと、検知電極がガス導入方向に垂直方向にばらついた際、被測定ガスが測定室内に導入された場合に、第2絶縁層以外であっても検知電極と非接触となる可能性がある。   In addition, one of the pair of electrode main body portions is a detection electrode portion that is exposed to the gas to be measured introduced into the measurement chamber via a diffusion rate controlling portion, the other is a reference electrode portion, and the second insulating layer is It is preferable that the detection electrode unit is provided so as to cover the outer edges of a pair of opposing sides along the direction in which the gas to be measured is introduced into the measurement chamber. When the detection electrode portion is arranged in a region that is not covered with the second insulating layer as described above so as to straddle the direction perpendicular to the direction in which the gas to be measured is introduced into the measurement chamber (hereinafter referred to as the gas introduction direction). For example, even if the detection electrode portion varies in a direction perpendicular to the gas introduction direction, when the gas to be measured is introduced into the measurement chamber, the detection electrode is always in contact with the detection electrode except for the second insulating layer. Accuracy is improved. On the other hand, when the detection electrode section covers a pair of opposing outer edges along the direction perpendicular to the gas introduction direction, when the detection electrode varies in the direction perpendicular to the gas introduction direction, the gas to be measured is moved into the measurement chamber. In the case where it is introduced into the sensor electrode, there is a possibility that it is not in contact with the detection electrode even if it is other than the second insulating layer.

なお、「検知電極部の被測定ガスが測定室内に導入される方向に沿った1組の対向する2辺の外縁を覆う」とは、例えば、ガスセンサ素子に対して先端に拡散律速部が配置された場合には、ガスセンサ素子の長手方向になり、ガスセンサ素子の対して側面に拡散律速部が配置される場合には、ガスセンサ素子の鉛直方向となる。   Note that “covering the outer edges of a pair of opposing two sides along the direction in which the gas to be measured in the detection electrode portion is introduced into the measurement chamber” means that, for example, a diffusion rate controlling portion is disposed at the tip of the gas sensor element. In this case, it is in the longitudinal direction of the gas sensor element, and in the case where the diffusion control part is disposed on the side surface of the gas sensor element, the gas sensor element is in the vertical direction.

また、前記基準電極部は、多孔質体から構成されると共に、該基準電極部は前記固体電解質体及び遮蔽体に覆われてなり、当該基準電極部側に酸素が汲み込まれ、その汲み込まれた酸素により自身の内部に所定レベルの基準酸素濃度が形成される自己生成型基準電極とされているガスセンサ素子に、本発明を適用することができる。この場合、第1及び第2の絶縁層を設けて電極の有効面積を一定とすることにより、ライトオフタイムのばらつきを少なくすることができる。   In addition, the reference electrode portion is composed of a porous body, the reference electrode portion is covered with the solid electrolyte body and the shield, oxygen is pumped into the reference electrode portion side, and the pumping is performed. The present invention can be applied to a gas sensor element that is a self-generated reference electrode in which a predetermined level of reference oxygen concentration is formed inside itself by the dissolved oxygen. In this case, variation in the light-off time can be reduced by providing the first and second insulating layers to make the effective area of the electrode constant.

また、上記構成のガスセンサ素子を、主体金具に組み込んでガスセンサを構成することにより、電極の有効面積を一定にすることができ、性能のばらつきの少ないガスセンサを得ることができる。   Further, by constructing the gas sensor by incorporating the gas sensor element having the above configuration into the metal shell, the effective area of the electrode can be made constant, and a gas sensor with little variation in performance can be obtained.

本発明のガスセンサ素子及びガスセンサによれば、ガスセンサ毎の電極の有効面積を一定に維持することができ、性能の均一化を図ることができる。   According to the gas sensor element and the gas sensor of the present invention, the effective area of the electrode for each gas sensor can be kept constant, and the performance can be made uniform.

以下、本発明の実施形態に係る積層型のガスセンサ素子100を、図面を参照して説明する。図1は、全体形状が板状とされたガスセンサ素子100の構造を示す分解斜視図であり、ガスセンサ素子100は、ガスセンサ素子本体1と、ヒータ2を積層させて構成されている。   Hereinafter, a stacked gas sensor element 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a gas sensor element 100 having a plate shape as a whole. The gas sensor element 100 is configured by laminating a gas sensor element body 1 and a heater 2.

上記ガスセンサ素子本体1は、例えば、安定化剤としてイットリア(Y)あるいはカルシア(CaO)を添加したジルコニア(ZrO)系焼結体やLaGaO系焼結体等から構成された酸素濃淡電池用の固体電解質体11を備えている。本実施形態では、イットリアを安定化剤として添加したジルコニアにアルミナが10〜80質量%含有された固体電解質体11が構成されている。 The gas sensor element body 1 includes, for example, an oxygen composed of a zirconia (ZrO 2 ) -based sintered body or a LaGaO 3 -based sintered body to which yttria (Y 2 O 3 ) or calcia (CaO) is added as a stabilizer. A solid electrolyte body 11 for a concentration battery is provided. In the present embodiment, the solid electrolyte body 11 is configured in which 10-80% by mass of alumina is contained in zirconia to which yttria is added as a stabilizer.

上記固体電解質体11のヒータ2と面する側には、多孔質体からなる基準電極13が形成されている。また、固体電解質体11の基準電極13と反対側に位置する面には、同様に多孔質体からなる検知電極14が形成されている。基準電極13及び検知電極14は、固体電解質体11と共に検知部101(図4参照)を構成する基準電極部132と検知電極部142とが対向するように設けられ、さらに基準電極部132及び検知電極部142から、固体電解質体11の長手方向に沿って基準電極リード部131及び検知電極リード部141がそれぞれ延設されている。これらの基準電極部132、検知電極部142、基準電極リード部131、検知電極リード部141は、例えばPt等から構成されている。   A reference electrode 13 made of a porous body is formed on the side of the solid electrolyte body 11 facing the heater 2. Similarly, a detection electrode 14 made of a porous body is formed on the surface of the solid electrolyte body 11 located on the side opposite to the reference electrode 13. The reference electrode 13 and the detection electrode 14 are provided so that the reference electrode part 132 and the detection electrode part 142 that constitute the detection part 101 (see FIG. 4) together with the solid electrolyte body 11 are opposed to each other. A reference electrode lead portion 131 and a detection electrode lead portion 141 extend from the electrode portion 142 along the longitudinal direction of the solid electrolyte body 11. The reference electrode part 132, the detection electrode part 142, the reference electrode lead part 131, and the detection electrode lead part 141 are made of, for example, Pt.

上記固体電解質体11と基準電極13との間には、絶縁層150が設けられている。この絶縁層150は、図2(B)に示すように、矩形状の基準電極部132の4辺のうち1組の対向する2辺、すなわち先端側(図中左側)外縁及び後端側(図中右側)外縁からを覆っており、全体の外形は、固体電解質体11と略同等の大きさとなっている。そして、基準電極部132に対応する位置に、前後方向(図中左右方向)の寸法が基準電極部132より小さく、これと直交する側方側の寸法が基準電極部132より大きくされた開口部151が設けられている。   An insulating layer 150 is provided between the solid electrolyte body 11 and the reference electrode 13. As shown in FIG. 2 (B), the insulating layer 150 includes two pairs of opposing sides of the four sides of the rectangular reference electrode portion 132, that is, the front end side (left side in the figure) outer edge and rear end side ( The right side in the figure covers from the outer edge, and the entire outer shape is substantially the same size as the solid electrolyte body 11. Then, at a position corresponding to the reference electrode portion 132, an opening in which the dimension in the front-rear direction (the left-right direction in the figure) is smaller than that of the reference electrode portion 132 and the side dimension perpendicular thereto is larger than that of the reference electrode portion 132. 151 is provided.

また、上記固体電解質体11の他方の面である固体電解質体11と検知電極14との間には、絶縁層155が設けられている。この絶縁層155は、図2(A)に示すように、固体電解質体11の長手方向に沿ってその側方端部両側に夫々ライン状に設けられ、検知電極部142の上記した絶縁層150とは異なる側の2辺、すなわち側方両側(図中上下側)外縁を覆っている。そして、検知電極部142に対応する位置に、側方方向(図中上下方向)の寸法が検知電極部142より小さく、これと直交する側方側の寸法が検知電極部142より大きくされた開口部156が設けられている。   An insulating layer 155 is provided between the solid electrolyte body 11 that is the other surface of the solid electrolyte body 11 and the detection electrode 14. As shown in FIG. 2A, the insulating layer 155 is provided in a line shape on both sides of the side end portion along the longitudinal direction of the solid electrolyte body 11, and the insulating layer 150 of the detection electrode portion 142 described above. 2 sides, that is, the outer edges of the sides (upper and lower sides in the figure) are covered. An opening in which the dimension in the lateral direction (vertical direction in the drawing) is smaller than that of the detection electrode part 142 and the dimension on the side perpendicular to the detection electrode part 142 is larger than that of the detection electrode part 142 at a position corresponding to the detection electrode part 142. A portion 156 is provided.

そして、図2(C)に示すように、上記固体電解質体11の一方の面に形成された絶縁層150と、他方の面に形成された絶縁層155を重ねて検知電極部142と基準電極部132の対向方向に投影したときに、検知電極部142及び基準電極部132の対応する位置に、検知電極部142及び基準電極部132より小さい開口部159が形成されるように構成されている。   Then, as shown in FIG. 2C, the insulating electrode 150 formed on one surface of the solid electrolyte body 11 and the insulating layer 155 formed on the other surface are overlapped to detect the electrode portion 142 and the reference electrode. An opening 159 smaller than the detection electrode part 142 and the reference electrode part 132 is formed at a corresponding position of the detection electrode part 142 and the reference electrode part 132 when projected in the direction opposite to the part 132. .

上記のように、絶縁層150,155を設けることによって、検知電極部142及び基準電極部132の有効面積を、開口部159の面積に制限する。これによって、例えば、基準電極部132と反対面側の検知電極部142とに位置ずれが生じても、これらの電極間における有効面積を一定にすることが可能となる。検知電極部142及び基準電極部132と開口部159の大きさの関係は、基準電極部132と検知電極部142との位置ずれが最大になった場合であっても、開口部159が検知電極部142及び基準電極部132から外れることのない大きさとすればよい。なお、通常の場合、印刷する際の上記の位置ずれ量は、0.2mm〜0.3mm程度であるので、検知電極部142及び基準電極部132の外形に対して、開口部159の大きさを例えば、縦、横とも数ミリ程度小さくすれば、上記の条件を満たすためには十分である。   As described above, by providing the insulating layers 150 and 155, the effective areas of the detection electrode unit 142 and the reference electrode unit 132 are limited to the area of the opening 159. Thereby, for example, even if a positional deviation occurs between the reference electrode part 132 and the detection electrode part 142 on the opposite surface side, the effective area between these electrodes can be made constant. The relationship between the size of the detection electrode portion 142 and the reference electrode portion 132 and the opening portion 159 is such that the opening portion 159 is the detection electrode even when the positional deviation between the reference electrode portion 132 and the detection electrode portion 142 is maximized. The size may be such that it does not deviate from the portion 142 and the reference electrode portion 132. In the normal case, the amount of positional deviation when printing is about 0.2 mm to 0.3 mm. Therefore, the size of the opening 159 with respect to the outer shape of the detection electrode portion 142 and the reference electrode portion 132. For example, if the height and width are reduced by several millimeters, it is sufficient to satisfy the above condition.

このように、絶縁層150,155を設けることによって、電極本体部の有効面積を一定にすることができ、性能のばらつきを少なくすることができる。すなわち、電極本体部の有効面積を一定にすることによって、出力が一定になり、また、電極本体部間の抵抗が一定になるため抵抗に基づいて温度制御した際の温度の制御精度も向上できる。   Thus, by providing the insulating layers 150 and 155, the effective area of the electrode main body can be made constant, and variation in performance can be reduced. That is, by making the effective area of the electrode main body portion constant, the output becomes constant, and the resistance between the electrode main body portions becomes constant, so that the temperature control accuracy when the temperature is controlled based on the resistance can be improved. .

又、絶縁層150,155は、基準電極部132の有効部分の面積を一定にすることによって、ライトオフタイムのばらつきも少なくすることができる。すなわち、自己生成型の場合、基準電極部132と検知電極部142との間に、基準電極部132側に酸素が汲み込まれる方向にポンピング電流が印加され、その汲み込まれた酸素により基準電極部132の内部に所定レベルの基準酸素濃度が形成される。上記絶縁層150,155を設けることによって、この基準酸素濃度が形成されるまでの時間を一定にすることができ、ライトオフタイムのばらつきも少なくすることができる   In addition, the insulating layers 150 and 155 can reduce variations in the light-off time by making the area of the effective portion of the reference electrode portion 132 constant. That is, in the case of the self-generated type, a pumping current is applied between the reference electrode part 132 and the detection electrode part 142 in the direction in which oxygen is pumped to the reference electrode part 132 side, and the reference electrode is generated by the pumped oxygen. A reference oxygen concentration of a predetermined level is formed inside the portion 132. By providing the insulating layers 150 and 155, the time until the reference oxygen concentration is formed can be made constant, and variations in the light-off time can be reduced.

本実施形態では、絶縁層150,155は、固体電解質体11と基準電極リード部131及び検知電極リード部141との間にも介在するように設けられており、基準電極リード部131及び検知電極リード部141の部分における電気的なリークの発生を防止するようになっている。すなわち、絶縁層150,155は、基準電極部132及び検知電極部142の周縁部分と、基準電極リード部131及び検知電極リード部141の部分とを覆うように一体に形成されている。   In the present embodiment, the insulating layers 150 and 155 are provided so as to be interposed between the solid electrolyte body 11, the reference electrode lead portion 131 and the detection electrode lead portion 141, and the reference electrode lead portion 131 and the detection electrode are provided. The occurrence of electrical leakage in the lead portion 141 is prevented. That is, the insulating layers 150 and 155 are integrally formed so as to cover the peripheral portions of the reference electrode portion 132 and the detection electrode portion 142 and the reference electrode lead portion 131 and the detection electrode lead portion 141.

図1に示すように、検知電極リード部141の末端は、後述する保護層12を貫通するスルーホール124を介して、外部端子と接続されるための信号取出し用端子126と接続される。また、基準電極リード部131の末端は、固体電解質体11及び絶縁層150、絶縁層155を貫通するスルーホール110,152、157及び保護層12を貫通するスルーホール123を介して、外部端子と接続されるための信号取出し用端子126と接続される。   As shown in FIG. 1, the end of the detection electrode lead 141 is connected to a signal extraction terminal 126 for connection to an external terminal through a through hole 124 that penetrates the protective layer 12 described later. In addition, the end of the reference electrode lead 131 is connected to an external terminal through the solid electrolyte body 11 and the insulating layer 150, through holes 110, 152, and 157 that pass through the insulating layer 155 and a through hole 123 that passes through the protective layer 12. It is connected to a signal extraction terminal 126 for connection.

また、保護層12は、検知電極部142の表面上に形成され検知電極部142自身を被毒から防護するための多孔質状の電極保護層122と、検知電極リード部141の表面上に形成され固体電解質体11を保護するための強化保護層121とを具備している。   The protective layer 12 is formed on the surface of the detection electrode part 142 and is formed on the surface of the detection electrode lead part 141 and the porous electrode protective layer 122 for protecting the detection electrode part 142 itself from poisoning. And a reinforced protective layer 121 for protecting the solid electrolyte body 11.

一方、ヒータ2は、抵抗発熱体21を備え、この抵抗発熱体21は、絶縁性に優れるセラミック焼結体から構成される第1基層22及び第2基層23に挟持されている。この抵抗発熱体21は、蛇行状に形成される発熱部212と、この発熱部212の端部とそれぞれ接続され、長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部213とを有している。また、このヒータリード部213の発熱部212と接続される側とは反対側の端部は、第2基層23を貫通する2つのスルーホール231を介して、外部回路接続用の外部端子と接続される一対のヒータ通電端子232とそれぞれ電気的に接続されている。   On the other hand, the heater 2 includes a resistance heating element 21, and the resistance heating element 21 is sandwiched between a first base layer 22 and a second base layer 23 made of a ceramic sintered body having excellent insulating properties. The resistance heating element 21 has a heat generating portion 212 formed in a meandering shape and a pair of heater lead portions 213 connected to the end portions of the heat generating portion 212 and extending along the longitudinal direction. The end of the heater lead 213 opposite to the side connected to the heat generating part 212 is connected to an external terminal for connecting an external circuit via two through holes 231 penetrating the second base layer 23. The pair of heater energization terminals 232 are electrically connected to each other.

上記第1基層22及び第2基層23は、セラミック焼結体であれば特に限定されず、このセラミックとしては、例えば、アルミナ、スピネル、ムライト、ジルコニア等を使用することができる。これらのうちの1種のみを用いることもでき、また2種以上を併用することもできる。   If the said 1st base layer 22 and the 2nd base layer 23 are ceramic sintered compacts, it will not specifically limit, For example, an alumina, a spinel, a mullite, a zirconia etc. can be used as this ceramic. Only one of these can be used, or two or more can be used in combination.

抵抗発熱体21としては、貴金属、タングステン、モリブデン等を使用することができる。貴金属としては、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、Rh等が挙げられ、これらのうちの1種のみを使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。なお、抵抗発熱体21は、耐熱性、耐酸化性等を考慮して貴金属を主体に構成することが好ましく、Ptを主体に構成することがより好ましい。また、この抵抗体発熱体21には、主体となる貴金属にセラミック成分を含有させると良い。このセラミック成分は、抵抗発熱体21が埋設されることになるセラミック製の第1基層22及び第2基層23の主体となる成分と同成分を含有することが、固着強度の観点から好ましい。   As the resistance heating element 21, a noble metal, tungsten, molybdenum or the like can be used. Examples of the noble metal include Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, Rh and the like, and only one of these may be used, or two or more may be used in combination. The resistance heating element 21 is preferably composed mainly of a noble metal in consideration of heat resistance, oxidation resistance and the like, and more preferably composed mainly of Pt. The resistor heating element 21 may contain a ceramic component in the main noble metal. This ceramic component preferably contains the same component as the main component of the ceramic first base layer 22 and second base layer 23 in which the resistance heating element 21 is embedded from the viewpoint of fixing strength.

また、抵抗発熱体21において、発熱部212は通電により発熱する部位であり、ヒータリード部213は、外部から供給される直流電圧をこの発熱部212まで通電し自身はほとんど発熱しない部位である。これら発熱部212及びヒータリード部213の形状は各々特に限定されないが、例えば、発熱部212をヒータリード部213より幅細とし、ヒータリード部213より密なパターンとなるように蛇行させた形状を採用することができる。   Further, in the resistance heating element 21, the heat generating portion 212 is a portion that generates heat by energization, and the heater lead portion 213 is a portion that supplies a DC voltage supplied from the outside to the heat generating portion 212 and hardly generates heat. The shapes of the heat generating part 212 and the heater lead part 213 are not particularly limited. For example, the heat generating part 212 is narrower than the heater lead part 213 and is meandered so as to form a denser pattern than the heater lead part 213. Can be adopted.

そして、このようにガスセンサ素子本体1とヒータ2を積層して構成されるガスセンサ素子100のうちで測定対象ガスに晒される先端側の部分には、周囲の全周に亘って、多孔質保護層(図示せず)が形成される。   And in the gas sensor element 100 comprised by laminating | stacking the gas sensor element main body 1 and the heater 2 in this way, in the part at the front end side exposed to measuring gas, a porous protective layer over the circumference | surroundings (Not shown) is formed.

図4は、上述したガスセンサ素子100が組み込まれたガスセンサであり、具体的には内燃機関の排気管に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度の測定に使用されるガスセンサ600の一例を示した全体断面図である。   FIG. 4 is a gas sensor in which the gas sensor element 100 described above is incorporated. Specifically, an overall cross section showing an example of a gas sensor 600 attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine and used for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas. FIG.

図4に示す主体金具30は、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部31と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部32とを有している。また、主体金具30には、径方向内側に向かって突出する金具側段部33が設けられており、この金具側段部33はガスセンサ素子100を保持するための金属ホルダ34を支持している。そしてこの金属ホルダ34の内側にはガスセンサ素子100を所定位置に配置するセラミックホルダ35、滑石36が先端側から順に配置されている。   The metal shell 30 shown in FIG. 4 has a male screw portion 31 for attaching the gas sensor to the exhaust pipe, and a hexagonal portion 32 to which an attachment tool is applied at the time of attachment. Further, the metal shell 30 is provided with a metal side step portion 33 protruding radially inward, and this metal side step portion 33 supports a metal holder 34 for holding the gas sensor element 100. . Inside the metal holder 34, a ceramic holder 35 and a talc 36 for arranging the gas sensor element 100 at a predetermined position are arranged in this order from the tip side.

この滑石36は、金属ホルダ34内に配置される第1滑石37と、金属ホルダ34の後端に渡って配置される第2滑石38とからなる。そして第2滑石38の後端側には、アルミナ製のスリーブ39が配置されている。このスリーブ39は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔391が設けられ、内部にガスセンサ素子100を挿通している。そして、主体金具30の後端側の加締め部301が内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材40を介してスリーブ39が主体金具30の先端側に押圧されている。   The talc 36 includes a first talc 37 disposed in the metal holder 34 and a second talc 38 disposed over the rear end of the metal holder 34. An alumina sleeve 39 is disposed on the rear end side of the second talc 38. The sleeve 39 is formed in a multi-stage cylindrical shape, and is provided with a shaft hole 391 along the axis, and the gas sensor element 100 is inserted through the shaft hole 391. The caulking portion 301 on the rear end side of the metal shell 30 is bent inward, and the sleeve 39 is pressed to the front end side of the metal shell 30 via the stainless steel ring member 40.

また、主体金具30の先端側外周には、主体金具30の先端から突出するガスセンサ素子100の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔241を有する金属製のプロテクタ24が溶接により取り付けられている。このプロテクタ24は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ41、内側には後端部421の外径が先端部422の外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ42が配置されている。   Further, a metal protector 24 having a plurality of gas intake holes 241 is attached to the outer periphery of the metal shell 30 at the front end side thereof by covering the front end portion of the gas sensor element 100 protruding from the tip of the metal shell 30 by welding. . The protector 24 has a double structure, and has a bottomed cylindrical outer protector 41 having a uniform outer diameter on the outer side and an outer diameter of the rear end 421 on the inner side than the outer diameter of the front end 422. An inner protector 42 having a bottomed cylindrical shape that is formed to be larger is also arranged.

一方、主体金具30の後端側には、外筒25の先端側が挿入されている。この外筒25は、先端側の拡径した先端部251を主体金具30にレーザ溶接等により固定されている。外筒25の後端側内部には、セパレータ50が配置され、セパレータ50と外筒25の隙間に保持部材51が介在している。この保持部材51は、後述するセパレータ50の突出部501に係合し、外筒25を加締めることにより外筒25とセパレータ50とにより固定されている。   On the other hand, the front end side of the outer cylinder 25 is inserted into the rear end side of the metal shell 30. The outer cylinder 25 has a distal end portion 251 whose diameter is enlarged on the distal end side fixed to the metal shell 30 by laser welding or the like. A separator 50 is disposed inside the rear end side of the outer cylinder 25, and a holding member 51 is interposed in a gap between the separator 50 and the outer cylinder 25. The holding member 51 is fixed to the outer cylinder 25 and the separator 50 by engaging a protruding portion 501 of the separator 50 described later and crimping the outer cylinder 25.

また、セパレータ50には、ガスセンサ素子100のリード線111〜114を挿入するための通孔502が先端側から後端側にかけて貫設されている(なお、リード線114は図示せず。)。通孔502内には、リード線111〜114とガスセンサ素子100の外部端子とを接続する接続端子116が収容されている。各リード線111〜114は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線111〜114とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線111〜114は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有している。   The separator 50 has a through hole 502 through which the lead wires 111 to 114 of the gas sensor element 100 are inserted from the front end side to the rear end side (note that the lead wire 114 is not shown). A connection terminal 116 that connects the lead wires 111 to 114 and an external terminal of the gas sensor element 100 is accommodated in the through hole 502. Each lead wire 111-114 is connected to a connector (not shown) outside. An electrical signal is input / output between the external device such as the ECU and the lead wires 111 to 114 via the connector. Further, although not shown in detail, each lead wire 111 to 114 has a structure in which a conductive wire is covered with an insulating film made of resin.

さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部252を閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の後端内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒25に固着されている。ゴムキャップ52にも、リード線111〜114を挿入するための通孔521が先端側から後端側にかけて貫設されている。   Further, a substantially cylindrical rubber cap 52 for closing the opening 252 on the rear end side of the outer cylinder 25 is disposed on the rear end side of the separator 50. The rubber cap 52 is fixed to the outer cylinder 25 by caulking the outer periphery of the outer cylinder 25 toward the radially inner side in a state where the rubber cap 52 is mounted in the rear end of the outer cylinder 25. A through hole 521 for inserting the lead wires 111 to 114 is also provided in the rubber cap 52 from the front end side to the rear end side.

以上のように構成されたガスセンサ素子100が組み込まれたガスセンサ600によれば、電極本体部の有効面積を一定にすることができ、性能のばらつきを少なくすることができる。すなわち、電極本体部の有効面積を一定にすることによって、出力が一定になる。また、電極本体部間の抵抗が一定になるため抵抗に基づいて温度制御した際の温度の制御精度も向上できる。さらに、ライトオフタイムのばらつきも少なくすることができる。   According to the gas sensor 600 in which the gas sensor element 100 configured as described above is incorporated, the effective area of the electrode main body can be made constant, and variations in performance can be reduced. That is, the output becomes constant by making the effective area of the electrode body portion constant. In addition, since the resistance between the electrode main bodies is constant, the temperature control accuracy when the temperature is controlled based on the resistance can be improved. Furthermore, variations in the light-off time can be reduced.

図3は、絶縁層150,155のパターンの他の例を示すもので、図3(A)に示すように、絶縁槽155を、検知電極部142の部分に矩形状の開口部158を設けるように形成し、その他の領域については固体電解質体11の略全面に亘って設けるようにしてもよい。また、絶縁層150についても、基準電極部132の部分に矩形状の開口部153を設けるように形成し、固体電解質体11の両側側部に絶縁層150を設けるようにしてもよい。但し、この場合においても、絶縁層155は、検知電極部142の側方両側(図中上下側)外縁から延出し、開口部158は、側方方向(図中上下方向)の寸法が検知電極部142より小さく、これと直交する方向の寸法が検知電極部142より大きい形状とする。また、絶縁層150は、基準電極部132の先端側(図中左側)外縁及び後端側(図中右側)外縁から延出し、開口部153は、前後方向(図中左右方向)の寸法が基準電極部132より小さく、これと直交する側方側の寸法が基準電極部132より大きい形状とする。すなわち、絶縁層155によって電極本体部の側方方向の領域を規定し、絶縁層150によって電極本体部の前後方向の領域を規定する。そして、図3(C)に示すように、絶縁層150と、絶縁層155を重ねて検知電極部142と基準電極部132の対向方向に投影したときに、検知電極部142及び基準電極部132の対応する位置に、検知電極部142及び基準電極部132より小さい開口部159が形成されるようにする。   FIG. 3 shows another example of the patterns of the insulating layers 150 and 155. As shown in FIG. 3A, the insulating tank 155 is provided, and a rectangular opening 158 is provided in the detection electrode portion 142. The other regions may be provided over substantially the entire surface of the solid electrolyte body 11. The insulating layer 150 may also be formed so as to provide a rectangular opening 153 in the reference electrode portion 132, and the insulating layer 150 may be provided on both sides of the solid electrolyte body 11. However, even in this case, the insulating layer 155 extends from the outer edges of both sides (upper and lower sides in the figure) of the detection electrode unit 142, and the opening 158 has a dimension in the side direction (up and down direction in the figure). The size is smaller than the portion 142 and is larger than the detection electrode portion 142 in the direction perpendicular thereto. Further, the insulating layer 150 extends from the outer edge of the reference electrode portion 132 at the front end side (left side in the figure) and the rear end side (right side in the figure), and the opening 153 has dimensions in the front-rear direction (left and right direction in the figure). The size is smaller than the reference electrode portion 132 and the side dimension perpendicular to the reference electrode portion 132 is larger than the reference electrode portion 132. In other words, the insulating layer 155 defines a lateral region of the electrode body, and the insulating layer 150 defines a longitudinal region of the electrode body. As shown in FIG. 3C, when the insulating layer 150 and the insulating layer 155 are overlapped and projected in the opposing direction of the detection electrode portion 142 and the reference electrode portion 132, the detection electrode portion 142 and the reference electrode portion 132 are displayed. An opening 159 smaller than the detection electrode part 142 and the reference electrode part 132 is formed at a position corresponding to.

上記のように絶縁層150,155を設けずに、例えば、基準電極部132の大きさを検知電極部142より小さくした場合、位置ずれによる基準電極部132と検知電極部142との重なり部分の面積の変動は防止できるが、リード部分と電極との重なり部分の影響が出てしまい、有効面積を一定にすることはできない。また、固体電解質体11の一方の面、例えば基準電極部132側に設けた絶縁層に矩形の窓状の開口部を設け、この窓状の開口部の縦、横の寸法を基準電極部132より小さくして電極本体部の有効面積を一定にすることも可能である。しかし、この場合、固体電解質体11の他方の面(検知電極部142側)のリード部分に形成された絶縁層よりさらに窓状の開口部を小さくしなければならず、本実施形態の場合に比べて電極本体部の有効面積がより小さくなってしまう。   Without providing the insulating layers 150 and 155 as described above, for example, when the size of the reference electrode portion 132 is made smaller than the detection electrode portion 142, the overlapping portion of the reference electrode portion 132 and the detection electrode portion 142 due to misalignment is detected. Although the variation of the area can be prevented, the effect of the overlapping portion between the lead portion and the electrode appears, and the effective area cannot be made constant. In addition, a rectangular window-like opening is provided on one surface of the solid electrolyte body 11, for example, the insulating layer provided on the reference electrode part 132 side, and the vertical and horizontal dimensions of the window-like opening are defined as the reference electrode part 132. It is also possible to make the effective area of the electrode main body portion constant by making it smaller. However, in this case, the window-like opening must be made smaller than the insulating layer formed on the lead portion of the other surface (detection electrode portion 142 side) of the solid electrolyte body 11, and in the case of this embodiment, In comparison, the effective area of the electrode main body becomes smaller.

図5は、他の実施形態に係るガスセンサ素子400の構成を示すもので、図1に示した前述のガスセンサ素子100と対応する部分には、同一符号を付して重複した説明は省略する。本実施形態のガスセンサ素子400は、ヒータ2と、ガスセンサ素子本体3とを積層して構成されている。   FIG. 5 shows a configuration of a gas sensor element 400 according to another embodiment, and parts corresponding to those of the gas sensor element 100 shown in FIG. The gas sensor element 400 of the present embodiment is configured by laminating a heater 2 and a gas sensor element body 3.

ガスセンサ素子本体3は、酸素濃度検出セル130と酸素ポンプセル140とを備える。酸素濃度検出セル130と酸素ポンプセル140との間には、ガス検出室形成層160が設けられ、酸素ポンプセル140の外側(図中上側)に、保護層12が設けられている。   The gas sensor element body 3 includes an oxygen concentration detection cell 130 and an oxygen pump cell 140. A gas detection chamber forming layer 160 is provided between the oxygen concentration detection cell 130 and the oxygen pump cell 140, and the protective layer 12 is provided outside the oxygen pump cell 140 (upper side in the drawing).

酸素濃度検出セル130は、固体電解質体11と、その固体電解質体11の両面に形成された基準電極13及び検知電極14とを具備している。そして、固体電解質体11と基準電極13との間には、絶縁層150が形成され、固体電解質体11と検知電極14との間には、絶縁層155が形成されている。   The oxygen concentration detection cell 130 includes a solid electrolyte body 11, and a reference electrode 13 and a detection electrode 14 formed on both surfaces of the solid electrolyte body 11. An insulating layer 150 is formed between the solid electrolyte body 11 and the reference electrode 13, and an insulating layer 155 is formed between the solid electrolyte body 11 and the detection electrode 14.

この絶縁層150は、固体電解質体11の長手方向に沿ってその側方端部両側に夫々ライン状に設けられており、基準電極部132の側方両側の外縁を覆っている。一方、絶縁層155は、検知電極部142の4辺のうち先端側外縁及び後端側外縁を覆っている。   The insulating layer 150 is provided in a line shape on both sides of the side end portion along the longitudinal direction of the solid electrolyte body 11, and covers the outer edges on both sides of the reference electrode portion 132. On the other hand, the insulating layer 155 covers the front end side outer edge and the rear end side outer edge among the four sides of the detection electrode portion 142.

このように、一対の電極部のうち、一方が拡散律速部163を介してガス検出室162内に導入される被測定ガスに晒される検知電極部142、他方が基準電極部132であり、絶縁層155は、検知電極部142の被測定ガスがガス検出室162内に導入される方向(本実施例では、ガスセンサ素子400の幅方向)に沿った1組の対向する2辺の外縁を覆うように設けられているので、検知電極部142がガスセンサ素子400の長手方向にばらついたとしても、被測定ガスがガス検出室162内に導入された場合に、第2絶縁層以外には必ず検知電極142と接触することとなるため、検知精度が向上する。   As described above, one of the pair of electrode portions is the detection electrode portion 142 exposed to the gas to be measured introduced into the gas detection chamber 162 through the diffusion rate controlling portion 163, and the other is the reference electrode portion 132. The layer 155 covers a pair of outer edges of two opposing sides along the direction in which the gas to be measured of the detection electrode unit 142 is introduced into the gas detection chamber 162 (in this embodiment, the width direction of the gas sensor element 400). Therefore, even if the detection electrode portion 142 varies in the longitudinal direction of the gas sensor element 400, when the gas to be measured is introduced into the gas detection chamber 162, the detection electrode portion 142 is always detected except for the second insulating layer. Since it comes into contact with the electrode 142, detection accuracy is improved.

一方、酸素ポンプセル140は、第2固体電解質体181と、その第2固体電解質体181の両面に形成された第3電極170、第4電極190とから構成されている。第3電極170及び第4電極190は、第2固体電解質体181と共に検知部(図示せず。)を構成する第3電極部172と第4電極部192とが対向するように設けられている。第3電極部172には、第2固体電解質体181の長手方向に延びる第3リード部171が設けられている。また、第4電極部192には、第2固体電解質体181の長手方向に延びる第4リード部191が設けられている。   On the other hand, the oxygen pump cell 140 includes a second solid electrolyte body 181, and a third electrode 170 and a fourth electrode 190 formed on both surfaces of the second solid electrolyte body 181. The 3rd electrode 170 and the 4th electrode 190 are provided so that the 3rd electrode part 172 and the 4th electrode part 192 which constitute a detection part (not shown) with the 2nd solid electrolyte body 181 may face. . The third electrode portion 172 is provided with a third lead portion 171 extending in the longitudinal direction of the second solid electrolyte body 181. The fourth electrode portion 192 is provided with a fourth lead portion 191 that extends in the longitudinal direction of the second solid electrolyte body 181.

上記酸素ポンプセル140と酸素濃度検出セル130との間に形成されたガス検出室形成層160は、絶縁部161と拡散律速部163とからなる。このガス検出室形成層160の絶縁部161には、検知電極部142及び第3電極部172に対応する位置にガス検出室162が形成されている。このガス検出室162は、ガス検出室形成層160の幅方向で外部と連通しており、該連通部には、外部とガス検出室162との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部163が配置されている。   The gas detection chamber forming layer 160 formed between the oxygen pump cell 140 and the oxygen concentration detection cell 130 includes an insulating portion 161 and a diffusion rate controlling portion 163. In the insulating portion 161 of the gas detection chamber forming layer 160, a gas detection chamber 162 is formed at a position corresponding to the detection electrode portion 142 and the third electrode portion 172. The gas detection chamber 162 communicates with the outside in the width direction of the gas detection chamber forming layer 160, and gas diffusion between the outside and the gas detection chamber 162 is realized under a predetermined rate-limiting condition in the communication portion. A diffusion rate limiting unit 163 is disposed.

絶縁部161の材質としては、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。拡散律速部163は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部163によって検出ガスがガス検出室162へ流入する際の律速が行われる。   The material of the insulating part 161 is not particularly limited as long as it is an insulating ceramic sintered body, and examples thereof include oxide ceramics such as alumina and mullite. The diffusion control part 163 is a porous body made of alumina. The diffusion rate-limiting unit 163 performs rate-limiting when the detection gas flows into the gas detection chamber 162.

なお、基準電極リード部131の末端は、固体電解質体11及び絶縁層155に設けられたスルーホール110,154、絶縁層160に設けられたスルーホール164、第2固体電解質体181に設けられたスルーホール182及び保護層12に設けられたスルーホール123を介して3個設けられた信号取出し用端子126のうちの1つと電気的に接続されている。検知電極リード部141の末端は、絶縁層160に設けられたスルーホール165、第2固体電解質体181に設けられたスルーホール183及び保護層12に設けられたスルーホール124を介して信号取出し用端子126のうちの1つと電気的に接続されている。   The ends of the reference electrode lead 131 are provided in the through holes 110 and 154 provided in the solid electrolyte body 11 and the insulating layer 155, the through holes 164 provided in the insulating layer 160, and the second solid electrolyte body 181. The through hole 182 and the through hole 123 provided in the protective layer 12 are electrically connected to one of the three signal extraction terminals 126 provided. The terminal of the detection electrode lead portion 141 is for signal extraction through a through hole 165 provided in the insulating layer 160, a through hole 183 provided in the second solid electrolyte body 181 and a through hole 124 provided in the protective layer 12. It is electrically connected to one of the terminals 126.

また、第3リード部171の末端は、第2固体電解質体181に設けられたスルーホール183及び保護層12に設けられたスルーホール124を介して1つの信号取出し用端子126と電気的に接続されている。第4リード部191の末端は、保護層12に設けられたスルーホール125を介して1つの信号取出し用端子126と電気的に接続されている。なお、検知電極リード部141と第3リード部171は、スルーホール165を介して同電位となっている。   The terminal end of the third lead portion 171 is electrically connected to one signal extraction terminal 126 through a through hole 183 provided in the second solid electrolyte body 181 and a through hole 124 provided in the protective layer 12. Has been. The end of the fourth lead portion 191 is electrically connected to one signal extraction terminal 126 via a through hole 125 provided in the protective layer 12. Note that the detection electrode lead portion 141 and the third lead portion 171 have the same potential through the through hole 165.

以上のように、酸素ポンプセル140と酸素濃度検出セル130とを備えたガスセンサ素子400では、酸素ポンプセル140の酸素ポンプ作用により、ガス検出室162内の被測定ガス中に含まれる酸素を導入及び導出でき、酸素濃度検出セル130の濃淡電池作用により酸素濃度を測定できるようになっており、空燃比センサ等として用いることができる。このようなガスセンサ素子400についても、前述したガスセンサ素子100の場合と同様にして、本発明を適用することができ、同様な効果を得ることができる。   As described above, in the gas sensor element 400 including the oxygen pump cell 140 and the oxygen concentration detection cell 130, oxygen contained in the gas to be measured in the gas detection chamber 162 is introduced and derived by the oxygen pump action of the oxygen pump cell 140. The oxygen concentration can be measured by the concentration cell action of the oxygen concentration detection cell 130 and can be used as an air-fuel ratio sensor or the like. The present invention can be applied to such a gas sensor element 400 as in the case of the gas sensor element 100 described above, and similar effects can be obtained.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、酸素センサ、空燃比センサ以外のガスセンサ、例えばHCセンサ、COセンサ、NOxセンサに使用する積層型ガスセンサ素子に対しても、上記と同様にして適用することができる。   In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. For example, the present invention can also be applied to gas sensors other than oxygen sensors and air-fuel ratio sensors, for example, stacked gas sensor elements used for HC sensors, CO sensors, and NOx sensors.

例えば、ガスセンサ素子400では、拡散律速部163がガスセンサ素子400の側面に設けられていたが、ガスセンサ素子400の先端に設けられている構成であっても良い。この場合、絶縁層150は、検知電極142の4辺のうち先端側外縁及び後端側外縁を覆い、絶縁層155は、固体電解質体11の長手方向に沿ってその側方端部両側に夫々ライン状に設けられており、基準電極部132の側方両側の外縁を覆っていることが好ましい。   For example, in the gas sensor element 400, the diffusion rate limiting unit 163 is provided on the side surface of the gas sensor element 400, but the gas sensor element 400 may have a configuration provided at the tip of the gas sensor element 400. In this case, the insulating layer 150 covers the outer edge on the front end side and the outer edge on the rear end side among the four sides of the detection electrode 142, and the insulating layer 155 is disposed on both sides of the side end portion along the longitudinal direction of the solid electrolyte body 11. It is preferably provided in a line shape and covers the outer edges on both sides of the reference electrode portion 132.

本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の構成を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the gas sensor element which concerns on embodiment of this invention. 図1のガスセンサ素子の要部構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows the principal part structure of the gas sensor element of FIG. 他の実施形態に係るガスセンサ素子の要部構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows the principal part structure of the gas sensor element which concerns on other embodiment. 本発明の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the gas sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るガスセンサ素子の構成を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the gas sensor element which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1……ガスセンサ素子本体、2……ヒータ、11……固体電解質体、13……基準電極、14……検知電極、100……ガスセンサ素子、150,155……絶縁層、151,156,159……開口部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor element main body, 2 ... Heater, 11 ... Solid electrolyte body, 13 ... Reference electrode, 14 ... Detection electrode, 100 ... Gas sensor element, 150, 155 ... Insulating layer, 151, 156, 159 ……Aperture.

Claims (5)

板状に形成され、被測定ガス中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する固体電解質体と、
前記固体電解質体の一方の面と他方の面に形成され、該固体電解質体を介して対向し、当該固体電解質体と共に検知部を構成する一対の矩形状の電極本体部と、
前記固体電解質体の一方の面に、かつ、当該固体電解質体と一方の前記電極本体部との間に設けられ、一方の前記電極本体部の4辺のうち1組の対向する2辺の外縁を覆う第1絶縁層と、
前記固体電解質体の他方の面に、かつ、当該固体電解質体と他方の前記電極本体部との間に設けられ、他方の前記電極本体部の前記第1絶縁層が覆う2辺とは異なる側の2辺を覆う第2絶縁層と、
を具備し、
前記第1絶縁層及び第2絶縁層を重ねて前記電極本体部の対向方向に投影したときに、該電極本体部の対応する位置に当該電極本体部より小さい開口部が形成されるように、前記第1絶縁層及び第2絶縁層が設けられていることを特徴とするガスセンサ素子。
A solid electrolyte body that is formed in a plate shape and whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas in the gas to be measured;
A pair of rectangular electrode body portions formed on one surface and the other surface of the solid electrolyte body, facing each other through the solid electrolyte body, and constituting a detection unit together with the solid electrolyte body;
One side of the solid electrolyte body and provided between the solid electrolyte body and one of the electrode main body portions, and one set of outer edges of two opposing sides of the four sides of the electrode main body portion A first insulating layer covering
The other side of the solid electrolyte body is provided between the solid electrolyte body and the other electrode main body, and is different from the two sides covered by the first insulating layer of the other electrode main body. A second insulating layer covering the two sides of
Comprising
When the first insulating layer and the second insulating layer are overlapped and projected in the facing direction of the electrode main body, an opening smaller than the electrode main body is formed at a corresponding position of the electrode main body. A gas sensor element comprising the first insulating layer and the second insulating layer.
前記電極本体部には、前記固体電解質体の長手方向に延び、該電極本体部から信号を取り出す電極リード部が接続されており、前記第1絶縁層及び第2絶縁層は、前記電極リード部と前記固体電解質体との間にまで延在していることを特徴とする請求項1記載のガスセンサ素子。   The electrode main body portion is connected to an electrode lead portion that extends in the longitudinal direction of the solid electrolyte body and extracts a signal from the electrode main body portion, and the first insulating layer and the second insulating layer are connected to the electrode lead portion. 2. The gas sensor element according to claim 1, wherein the gas sensor element extends between the first and second solid electrolyte bodies. 前記一対の電極本体部のうち一方が拡散律速部を介して測定室内に導入される前記被測定ガスに晒される検知電極部、他方が基準電極部であり、前記第2絶縁層は、前記検知電極部の前記被測定ガスが測定室内に導入される方向に沿った1組の対向する2辺の外縁を覆うように設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載のガスセンサ素子。   One of the pair of electrode main body portions is a detection electrode portion exposed to the gas to be measured introduced into the measurement chamber via a diffusion rate limiting portion, the other is a reference electrode portion, and the second insulating layer is the detection electrode 3. The gas sensor element according to claim 1, wherein the gas sensor element is provided so as to cover a pair of opposing outer edges along a direction in which the gas to be measured of the electrode portion is introduced into the measurement chamber. 前記基準電極部は、多孔質体から構成されると共に、該基準電極部は前記固体電解質体及び遮蔽体に覆われてなり、当該基準電極部側に酸素が汲み込まれ、その汲み込まれた酸素により自身の内部に所定レベルの基準酸素濃度が形成される自己生成型基準電極とされていることを特徴とする請求項3記載のガスセンサ素子。   The reference electrode part is composed of a porous body, and the reference electrode part is covered with the solid electrolyte body and the shield, and oxygen is pumped into the reference electrode part side, and the pump is pumped in. 4. The gas sensor element according to claim 3, wherein the gas sensor element is a self-generated reference electrode in which a reference oxygen concentration of a predetermined level is formed inside itself by oxygen. 請求項1〜4いずれか1項記載のガスセンサ素子を、主体金具に組み込んだことを特徴とするガスセンサ。   A gas sensor, wherein the gas sensor element according to any one of claims 1 to 4 is incorporated in a metal shell.
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