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。)。
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
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(Y2O3)あるいはカルシア(CaO)を添加したジルコニア(ZrO2)系焼結体やLaGaO3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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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