JP4716286B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
また、ヒータパターンからの漏れ電流をポンプセルの多孔質電極から逃がすことを重視するのであれば、ジルコニアを主成分として形成された部材を用いるとよい。この場合、ジルコニアの導電性がアルミナよりも高いことから、ヒータ部と第1の固体電解質層との間において、ヒータパターンからの漏れ電流をよりポンプセルの多孔質電極側へ逃がしやすくすることができる。
さらに、多孔質部をジルコニアとアルミナとを含み、両成分の合計含有量が主成分として形成された部材を用いも良い。
1.全体構成
本実施形態におけるガスセンサ1は、自動車の内燃機関や各種燃焼機器(例えば、ボイラなど)における排気ガスに含まれる窒素酸化物(以降、「NOx」という)の濃度を検出するためのNOxセンサとして構成されたものであって、図1に示すように、それぞれシート状の部材により形成された層として、絶縁層120,センサセル20を構成する第2固体電解質層130,絶縁層140,モニタセル30を構成する第3固体電解質層150,絶縁層160,ポンプセル40を構成する第1固体電解質層170,絶縁層180,ヒータ部190が、順番(図1における下から上へ向かう順番)に積層された構造となっている。なお、これら各層は、同時焼成により一体化されたものである。即ち、本実施形態のガスセンサ1は、センサセル20、モニタセル30、ポンプセル40からなるセンサ部とヒータ部とが一体的に焼成された積層構造を有するものである。なお、このガスセンサ1は、1350℃〜1600℃の焼成温度による同時焼成を経て形成されている。
次に、本ガスセンサ1の動作を説明する。
まず、ヒータ部190のヒータパターン60への通電により、ポンプセル40,モニタセル30,センサセル20それぞれが活性状態となる温度まで加熱した状態とする。
この状態において、NOxを含んだ被検出ガスが拡散抵抗体212,214を介して導入空間210に導入された後(図1における矢印参照)、ポンプセル40の多孔質電極42,44間に、上側の多孔質電極44が正極となるように電圧を印加することで、導入空間210内における被検出ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、この酸素イオンが下側の多孔質電極42から第1固体電解質層170を介して上側の多孔質電極44側へ排出される。この酸素は、多孔質電極44から多孔質部182を介してガスセンサ1外部へと排出されることとなる。
このように構成されたガスセンサ1によれば、ポンプセル40の下の電極42側において第1固体電解質層170と重ねられている第2固体電解質層130は、ヒータ部190がポンプセル40の上の多孔質電極44側において第1固体電解質層170と重ねられていることから、ヒータ部190との間に、少なくとも第1固体電解質層170および絶縁層180を挟んだ位置関係となっている。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態においては、絶縁層180に形成された多孔質部182が、側面方向(または先端方向)へ向かってガスセンサ1外部へと至る領域に形成されたものを例示した。この多孔質部182が形成された領域については、側面方向(または先端方向)へ至る1の経路となる領域だけであってもよいが、例えば、この多孔質部182については、ガスセンサ1外部へとガスセンサ1の長手方向または長手方向と交差する方向に延びる1以上の経路として形成してもよい。
さらに、絶縁層180の多孔質部182における多孔質電極44との密着性を向上させる目的で、多孔質電極44の構成材料を多孔質部182に微量添加してもよい。
Claims (5)
- 特定成分を含んだ被検出ガスが導入される導入空間と、
第1の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記導入空間に面する形態で該第1の固体電解質層を挟んでなる一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間への通電によって、前記導入空間における酸素濃度を調整するポンプセルと、
前記導入空間内の酸素濃度が調整された雰囲気が、拡散抵抗体を介して導入される検出空間と、
該ポンプセルの一方の多孔質電極側において前記第1の固体電解質層に積層された第2の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記検出空間に面する形態で該第2の固体電解質層に設けられた一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間の通電状態に基づいて、前記特定成分の濃度を検出するセンサセルと、
を備えるガスセンサであって、
前記ポンプセルおよび前記センサセルをそれぞれ活性状態とすべく加熱するためのヒータパターンがセラミック基体に埋設されると共に、前記ポンプセルにおける一対の多孔質電極のうちで前記導入空間に面しない他方の多孔質電極に直接又は他部材を介して結合されたヒータ部と、
前記ヒータ部と前記第1の固体電解質層との間に配置されると共に、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極と接触する領域から外部へと至る領域にわたって形成され、一部が当該ガスセンサの外部に露出している多孔質部を有しており、
前記多孔質部は、複数の多孔質層を積層した構成をなしており、この複数の多孔質層のうち、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極に接触する電極接触多孔質層の気孔率が、前記ヒータ部に接触するヒータ接触多孔質層の気孔率よりも高い
ことを特徴とするガスセンサ。 - 前記ヒータ部は、前記他部材として前記多孔質部を介して前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極に結合している
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記多孔質部の気孔率が、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極の気孔率よりも高い
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記多孔質部の気孔率が、20%〜80%の範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 第3の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記導入空間に面する形態で該第3の固体電解質層に設けられる一対の多孔質電極からなるとともに、前記ポンプセルと前記センサセルとの間に配置されるモニタセルをさらに備え、前記導入空間は、前記ポンプセルと前記モニタセルとの間に配置され、前記検出空間は、前記センサセルと前記モニタセルとの間に配置されており、前記ポンプセルは、前記モニタセルの前記一対の多孔質電極間に発生する出力信号が一定値となるように前記導入空間における酸素濃度を調整する
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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