JP4758325B2

JP4758325B2 - ガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサ

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Publication number: JP4758325B2
Application number: JP2006314039A
Authority: JP
Inventors: 知宏若園; 誠二大矢; 峰次那須
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008128810A

Description

本発明は、ガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサに係り、特に自動車の排気ガス中の特定ガスのガス濃度を検出するのに好適なガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサに関する。

従来から、例えば自動車の排気ガス中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等、被測定ガス中の所定のガスの濃度を検出するための各種のガスセンサ素子が知られている。

例えば、ＮＯｘ濃度を測定するためのガスセンサ素子として次のようなガスセンサ素子が知られている。すなわち、このガスセンサ素子は、第１拡散抵抗を介して被測定ガスが導入される第１測定室と、この第１測定室に第２拡散抵抗を介して連通する第２測定室を有している。また、第１測定室に面するように第１酸素ポンプセル及び酸素分圧検知セルが形成され、第２測定室に面するように第２酸素ポンプセルが形成されている。上記の各測定室は、間隔を設けて積層配置された２つの板状の固体電解質体の間に挟まれるように形成されている。そして、これらの第１及び第２測定室内に位置するように固体電解質体には第１及び第２酸素ポンプセルを構成するポンプ用電極、酸素分圧検知セルを構成する検知用電極等が形成されている。また、これらのポンプ用電極、検知用電極等は、測定室内に露出する電極部（検知用電極部、ポンプ用電極部）とこの電極部から測定室外にまで引き出されたリード部（検知用リード部、ポンプ用リード部）とを有している（例えば、特許文献１参照。）。なお、ポンプ用電極、検知用電極等は、多孔質体からなり、例えば、Ｐｔ等から構成される。
特開２００４−１５１０１８号公報

しかしながら、本発明者等が詳査したところ、上記した従来のガスセンサ素子においては、次のような課題があることが判明した。

すなわち、例えば上記した第１測定室に面するように形成された第１酸素ポンプセルのポンプ用電極と、酸素分圧検知セルの検知用電極は、ポンプ用電極によって酸素をポンピングした後の酸素分圧を検知用電極で検知するため、第１拡散抵抗を介して被測定ガスが導入される側を先端側とした時に、ポンプ用電極部よりも後端側に検知用電極部が設けられている。

一方、検知用電極部においては、外部にまで引き出されたこの検知用リード部（多孔質体からなる）を伝わって外部から酸素が侵入する場合がある。このような場合、ポンプ用電極部よりも後端側の検知用電極部の部分に侵入した酸素が検知用電極部で検知されてしまう。このため、第１測定室内の酸素濃度が高いと誤検出され、第１酸素ポンプセルによる酸素のポンピングが行われ、その目標とする制御酸素分圧からずれてしまい、精度良くガス濃度の測定を行うことができない虞があるという課題があった。さらに、ガスセンサが配設された部位における外部雰囲気が、酸素濃度の一定でない雰囲気、例えば内燃機関の排気ガス中等の場合、上記した酸素のリーク量が時々刻々と変化し、正確な酸素分圧制御がより困難になるというという課題があった。

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、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることのできるガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のガスセンサ素子は、板形状を有し、酸素イオン伝導性を有する第１固体電解質体と、当該第１固体電解質体に配置された一対のポンプ用電極部とを有する酸素ポンプセルと、板形状を有し、酸素イオン伝導性を有する第２固体電解質体と、当該第２固体電解質体に配置された一対の検知用電極部とを有する、測定室内の酸素分圧を検知する酸素分圧検知セルと、前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体との間に配置され、先端側に設けられた拡散律速部を介して被測定ガス導入する測定室と
を具備し、前記ポンプ用電極部のうちの一方が前記測定室内に面するように配置され、
前記検知用電極部のうちの一方が前記測定室内に面し、かつ前記一方のポンプ用電極部より後端側に配置されたガスセンサ素子であって、前記一方の検知用電極部に接続し、該一方の検知用電極部から先端側に向けて延びる第１リード部と、当該第１リード部の先端側に接続し、前記ガスセンサ素子の幅方向に向かって延びる折り返し部と、当該折り返し部の前記第１リード部とは反対側の端部に接続し、後端側に向けて外部まで延びる第２リード部と、を備える検知用リード部を有し、当該検知用リード部のうち、少なくとも前記一方のポンプ用電極部の後端よりも先端側に前記測定室内に露出する露出部を有し、且つ前記第２リード部の前記一方のポンプ用電極部の後端よりも後端側は測定室に露出していないことを特徴とする。

上記構成の本発明のガスセンサ素子では、検知用リード部は、少なくとも一方のポンプ用電極部の後端よりも先端側に測定室内に露出する露出部を有している。この露出部において、ポンプ用電極部によるポンピング作用により、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素を排出することができる。したがって、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素が、検知用電極の検知用電極部にまで至り、酸素濃度が高いと誤検出されることを防止することができる。これによって、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

また、第２リード部の一方のポンプ用電極部の後端よりも後端側が測定室に露出していない。これにより、露出部に至る前に、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素が、測定室内の検知用電極の検知用電極部付近で排出されることがなく、検知用電極部が、酸素濃度が高いと誤検出することを防止できる。

なお、露出部は、測定室に面するポンプ用電極部の後端よりも先端側に配置されたリード部の一部に形成されていればよいが、酸素の放出効果を高めるために、測定室に面するポンプ用電極部の後端よりも先端側に配置された検知用リード部全体であることが好ましい。また、露出部が測定室に面するポンプ用電極部の後端よりも先端側に配置された検知用リード部の一部に形成されている場合、露出部が１箇所であっても良いが、酸素の放出効果を高めるために、２箇所以上形成されていても良い。

なお、「測定室に面するポンプ用電極部よりも、測定室に面する検知用電極部が後端側に配置される」とは、ポンプ用電極部の後端が、検知用電極部の先端よりも先端側に位置していることを指す。そして、測定室に面するポンプ用電極部の後端よりも後端側に配置された第１リード部は、測定室に露出していてもよいし、測定室に露出していなくてもよい。

また、第１リード部は、測定室に面する検知用電極部に接続し、この検知用電極部から先端側に向けて延びていればよく、先端側に向かって直線状に延びる形態であっても良いし、曲線状に延びる形態であっても良いし、蛇行形状に延びる形態であってもよい。さらに、折り返し部は、先端側部の検知用電極部とは反対側の端部に接続し、ガスセンサ素子の幅方向に向かって延びていればよく、ガスセンサ素子の幅方向に直線状に延びる形態であっても良いし、曲線状に延びる形態であっても良いし、蛇行形状に延びる形態であってもよい。さらに、第２リード部は、折り返し部の先端側部とは反対側の端部に接続し、
後端側に向けて外部まで延びていればよく、ガスセンサ素子の後端側に向かって直線状に延びる形態であっても良いし、曲線状に延びる形態であっても良いし、蛇行形状に延びる形態であってもよい。

本発明のガスセンサ素子では、露出部を一方のポンプ用電極部と対向する位置に配置されている構成とすることができる。このようにポンプ用電極部と対向する位置に露出部が配置されていることで、ポンプ用電極部によるポンピング作用により、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素を効果的に排出することができる。よって、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素が、検知用電極部まで至り、酸素濃度が高いと誤検知されることをより防止できる。

なお、露出部を一方のポンプ用電極部と対向する位置に配置されている構成とする場合、検知用リード部のうち露出部よりも検知用電極部に遠ざかる側の検知用リード部は測定室に露出されていない構成が好ましい。つまり、露出部に至る前に、検知用リード部を伝わって外部から侵入してきた酸素が、測定室内の検知用電極の検知用電極部付近にいきわたってしまうことがなく、検知用電極部が、酸素濃度が高いと誤検知することをさらに効果的に防止できる。

本発明のガスセンサ素子では、検知用リード部の露出部を、屈曲して設けた構成、または、検知用リード部の露出部を、当該露出部以外の部位よりも幅を広くした構成とすることができる。これによって、露出部の面積を増大させて露出部における酸素の放出効果を高めることができる。なお、露出部の面積はポンプ用電極部の面積に対して１０％以上であることが好ましい。また、検知用リード部の幅は、露出部の面積により適宜設定すればよい。

また、露出部を、当該露出部以外の部位より気孔率が大きくなるよう構成することによっても、露出部における酸素の放出効果を高めることができる。なお、露出部の気孔率は、５％以上であることが好ましい。さらに、これらを組み合わせた構成とすることもできる。

上記構成のガスセンサ素子を用いてガスセンサを構成することができる。また、上記構成のガスセンサ素子を用い、さらに、測定室に連通する第2測定室と、第2測定室内外に配置され、且つ酸素イオン伝導性を有する固体電解質体上に配置された一対のポンプ用電極部を備える第2酸素ポンプセルと、を有し、第2測定室内のＮＯｘが解離され生成された酸素イオンに基づきＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを構成することができる。このようなガスセンサ及びＮＯｘセンサによれば、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

本発明によれば、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることのできるガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図７を参照してＮＯｘ濃度を測定するためのガスセンサ素子の構成及び動作原理について説明する。図７は、ガスセンサ素子の要部概略構成を示す断面図である。図７に示すように、ガスセンサ素子は、互いに積層配置された第１酸素ポンプセル１、第２酸素ポンプセル２及び酸素分圧検知セル３を具備している。また、このガスセンサ素子に隣接して、ガスセンサ素子を所定の作動温度に加熱するためのヒータ４が設けられている。

第１酸素ポンプセル１と酸素分圧検知セル３の間には、第１測定室５が形成されている。なお、この第１測定室５が特許請求の範囲の測定室に相当する。この第１測定室５には、多孔質体或いは細孔等からなる第１拡散律速部７を介して、被測定ガスが導入される。第１測定室５は、多孔質体或いは細孔等からなる第２拡散律速部８を通じて、第２測定室６と連通している。

第１酸素ポンプセル１は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する板状の第１固体電解質体１７と、第１固体電解質体１７に形成された一対のポンプ用電極部９，１０から構成されている。一方のポンプ用電極部１０は第１測定室５内に位置するよう配置され、他方のポンプ用電極部９は第１測定室５の外部に位置するように配置されている。第１酸素ポンプセル１では、ポンプ用電極部１０上で第１測定室５内の酸素等が解離され生成された酸素イオンが第１固体電解質体１７を通ってポンプ用電極部９側に汲み出される。このとき第１固体電解質体１７を通じて流れる電流が第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１である。

第２酸素ポンプセル２は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する板状の第３固体電解質体１８と、第３固体電解質体１８上に形成された一対のポンプ用電極部１３，１４から構成されている。ポンプ用電極部１３は第２測定室６内に位置するように配置されている。ポンプ用電極部１４は第２測定室６外に位置するように配置されると共に酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。ポンプ用電極部１３上で第２測定室６内のＮＯｘ等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質体１８を通ってポンプ用電極部１４側に汲み出される。このとき第３固体電解質体１８を通じて流れる電流が第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２である。

酸素分圧検知セル３は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する板状の第２固体電解質体１９と、第２固体電解質体１９上に形成された一対の検知用電極１１，１２から構成されている。検知用電極１１は第１測定室５内に位置するように配置されている。酸素分圧検知セル３を通じて検知用電極１１，１２間に一定に制御された電流Ｉcpを流すことにより、酸素分圧検知セル３を通じて検知用電極１２側に汲み込まれる酸素イオン量は一定となる。これによって、検知用電極１２は酸素濃度が安定した雰囲気に晒された状態となる。したがって、検知用電極１１と検知用電極１２の間に発生する電位差に基づいて、第１測定室５内の酸素濃度、すなわち、被測定ガス中の酸素濃度を検出することができる。

また、図７において、第１酸素ポンプセル制御手段２０、酸素分圧検知セル制御手段２１、第２酸素ポンプセル制御手段２２を有している。酸素分圧セル制御手段２１は、酸素分圧検知セル３に現れる第１測定室５内の酸素濃度を検出すると共に、第１測定室５外に設けられた電極１２上の酸素濃度を制御する。第１酸素ポンプセル制御手段２０は、酸素分圧検知セル３の検出出力に基づいて第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を制御することにより、第１測定室５内の酸素濃度を可及的に一定に制御する。第２酸素ポンプセル制御手段２２は、第２酸素ポンプセル２に可及的に一定な所定の電圧を印加することにより、ＮＯｘ濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れるように第２酸素ポンプセル２を制御する。なお、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１は、抵抗１２０から取り出すことができ、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２は、抵抗１２２から取り出すことができる。

次に、図１、図２を参照して本発明の実施形態に係るガスセンサ素子１００の構成を説明する。図２は図１のガスセンサ素子において、第１測定室５内を第１固体電解質体１７側から見たものである。なお、図１、図２のガスセンサ素子１００において、前述した図７のガスセンサ素子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。図２に示すように、酸素分圧検知セル３を構成する検知用電極１１は、第１測定室５内に矩形状に形成されている検知用電極部１１０と、この検知用電極部１１０の端部からガスセンサ素子の後端側（図中右側）の外側まで導出された検知用リード部１１１とを具備している。また、第１測定室５の両側端部（図２中上下方向端部）には、側壁部を形成するアルミナ等からなる絶縁性セラミック１５，１６が設けられており、後述するように検知用リード部１１１の一部は、第２固体電解質体１９と、絶縁性セラミック１５，１６のうちの一方（図２では絶縁性セラミック１５）との間に設けられている。なお、検知用電極１１等の電極は、多孔質体からなり、例えば、Ｐｔ等から構成されている。

図２に示すように、検知用リード部１１１は、検知用電極部１１０の先端側（図２中左側）から、先端方向に延在する第１リード部１５１と、第１リード部１５１の先端側においてガスセンサ素子１００の幅方向（側壁（絶縁性セラミック１５）方向）に向かって延びる折り返し部１５２と、折り返し部１５２から側壁（絶縁性セラミック１５）の下部において、後端側（図２中右側）に引き出された第２リード部１５３を有している。そして、第１リード部１５１及び第１測定室５内の折り返し部１５２は、第１測定室５内に露出している。そして、検知用電極部１１０より先端側にある第１リード部１５１と折り返し部１５２の一部は、図２に示すように、第１測定室５内に露出したポンプ用電極部１０（図２の一点鎖線）と対向している。なお、第１リード部１５１及び第１測定室５内の折り返し部１５２が設けられた第２固体電解質体１９の部分は絶縁層が形成されており、第１リード部１５１及び第１測定室５内の折り返し部１５２は、この絶縁層上に形成されている。

このように、ポンプ用電極部１０の後端Ａよりも先端側にて測定室内に露出する露出部１１２（第１リード部１５１、折り返し部１５２の一部）を有しているので、上記構成のガスセンサ素子１００では、検知用リード部１１１の後端側から多孔質体からなる検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素等は、露出部１１２において第１測定室５内に放出され、第１酸素ポンプセル１のポンピング作用によって第１測定室５内から排出される。このため、このような酸素が検知用電極部１１０に至り、酸素分圧検知セル３によって、酸素濃度が高いと誤検出されることを防止することができる。これによって、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

また、上記構成のガスセンサ素子１００では、第２リード部１５３のポンプ用電極部１０の後端Ａよりも後端側が測定室に露出していない。これにより、露出部１１２に至る前に、検知用リード部１１１を伝わって外部から侵入してきた酸素が、第１測定室５内の検知用電極１１の検知用電極部１１０付近で排出されることがなく、検知用電極部１１０が、酸素濃度が高いと誤検出することを防止できる。

さらに、上記構成のガスセンサ素子１００では、露出部１１２がポンプ用電極部１０と対向する位置に配置されていることで、ポンプ用電極部１０によるポンピング作用により、検知用リード部１１１を伝わって外部から侵入してきた酸素を効果的に排出することができる。よって、検知用リード部１１１を伝わって外部から侵入してきた酸素が、検知用電極部１１０まで至り、酸素濃度が高いと誤検知されることをより防止できる。

図３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及びＮＯｘ濃度の測定に使用されるＮＯｘセンサ６００の一例を示した全体断面図である。

図３に示す主体金具３０は、ＮＯｘ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。

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。

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。

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。

また、セパレータ５０には、ガスセンサ素子１００のリード線１３１〜１３６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１３４〜１３６は図示せず。）。通孔５０２内には、リード線１３１〜１３６とガスセンサ素子１００の外部端子とを接続する接続端子１３７が収容されている。各リード線１３１〜１３６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１３１〜１３６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１３１〜１３６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。

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１３１〜１３６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。

以上のように構成されたガスセンサ素子１００及びＮＯｘセンサ６００によれば、ガスセンサ素子１００の検知用リード部１１１に、前述したとおり露出部１１２が設けられているので、検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素による酸素濃度の誤検出を防止することができる。これによって、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

次に、他の実施形態について説明する。図４は、他の実施形態に係るガスセンサ素子１０１の要部構成を示すものである。この図４は、前述したガスセンサ素子１００の図２に対応する部分の構成を示すもので、図２と対応する部分には、同一の符号が付してある。この図４に示すガスセンサ素子１０１では、酸素分圧検知セル３を構成する検知用電極１１の検知用リード部１１１の第１リード部１５１が蛇行形状になっている。つまり、ジグザグに屈曲した形状の露出部１１３が設けられている。このように、屈曲した形状の露出部１１３を設けることにより、露出部１１３の面積を増大させ、外部から検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素が、露出部１１３から放出されることを促進することができる。このように、本実施形態のガスセンサ素子１０１及びこれを具備したＮＯｘセンサでは、検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素による酸素濃度の誤検出をより確実に防止することができ、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

なお、ガスセンサ素子１０１では、露出部１１３の面積が、ポンプ用電極部１０の面積に対して１０％以上であるので、露出部１１３における酸素の放出効果をより高めることができる。

図５は、他の実施形態に係るガスセンサ素子１０２の要部構成を示すものである。この図５は、前述したガスセンサ素子１００の図２に対応する部分の構成を示すもので、図２と対応する部分には、同一の符号が付してある。この図５に示すガスセンサ素子１０２では、酸素分圧検知セル３を構成する検知用電極１１の検知用リード部１１１の第１リード部１５１及び折り返し部１５２が第２リード部１５３よりも広い幅となっている。つまり、広い幅の露出部１１４が設けられている。このように、幅の広い露出部１１４を設けることにより、露出部１１４の面積を増大させ、外部から検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素が、露出部１１４から放出されることを促進することができる。このように、本実施形態のガスセンサ素子１０２及びこれを具備したＮＯｘセンサでは、検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素による酸素濃度の誤検出をより確実に防止することができ、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

なお、ガスセンサ素子１０２では、第１リード部１５１及び折り返し部１５２の幅が０．６ｍｍ、第２リード部１５３の幅が０．４ｍｍとしている。このように、露出部１１４の幅が、０．５ｍｍ以上であるので、露出部１１４における酸素の放出効果をより高めることができる。

図６は、他の実施形態に係るガスセンサ素子１０３の要部構成を示すものである。この図６は、前述したガスセンサ素子１００の図２に対応する部分の構成を示すもので、図２と対応する部分には、同一の符号が付してある。この図６に示すガスセンサ素子１０３では、酸素分圧検知セル３を構成する検知用電極１１の検知用リード部１１１の第１リード部１５１及び折り返し部１５２が第２リード部１５３よりも気孔率が高い。つまり、気孔率の高い露出部１１５が設けられている。このように、気孔率の高い露出部１１５を設けることにより、外部から検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素が、露出部１１５から放出されることを促進することができる。このように、本実施形態のガスセンサ素子１０３及びこれを具備したＮＯｘセンサでは、検知用リード部１１１を伝わって侵入してきた酸素による酸素濃度の誤検出をより確実に防止することができ、従来に比べて正確な酸素分圧制御を可能とし、ガス濃度の測定精度の向上を図ることができる。

なお、ガスセンサ素子１０３では、第１リード部１５１及び折り返し部１５２の気孔率が５％、第２リード部１５３の気孔率が３％としている。このように、露出部１１５の気孔率が、５％以上となるので、露出部１１５における酸素の放出効果をより高めることができる。

なお、上記の実施形態では、本発明をＮＯｘ濃度を測定するガスセンサ素子及びＮＯｘセンサに適用した場合について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、他のガスを測定するガスセンサ素子及びガスセンサ、例えば、酸素濃度を測定するガスセンサ素子及びガスセンサについても同様にして適用することができる。また、図４〜６に示した実施形態の露出部１１３〜１１５の構成を組み合わせた構成の露出部としても良い。

また、図２のガスセンサ素子１００では、第１リード部１５１及び第１測定室５内の折り返し部１５２を第１測定室５内に全て露出するようにしたが、ポンプ用電極部１０に対向する位置のみ露出するように形成しても良い。つまり、折り返し部１５２のポンプ用電極部１０に対向していない部位を絶縁層等で覆うことを指す。この場合、露出部１１２に至る前に、検知用リード部１１１を伝わって外部から侵入してきた酸素が、第１測定室５内の検知用電極１１の検知用電極部１１０付近にいきわたってしまうことがなく、検知用電極部１１０が、酸素濃度が高いと誤検出することをさらに効果的に防止できる。

さらに、図２、図４〜図６のガスセンサ素子では、第１リード部１５１及び第１測定室５内の折り返し部１５２を第１測定室内に全て露出するようにしたが、一部を絶縁層等で覆うことで、露出部１１２，１１３，１１４，１１５が２箇所以上形成される構成でも良い。

本発明の一実施形態に係るガスセンサ素子の要部断面概略構成を示す図。図１のガスセンサ素子の要部構成を模式的に示す図。図１のガスセンサ素子を用いたＮＯｘセンサの断面概略構成を示す図。他の実施形態に係るガスセンサ素子の要部構成を模式的に示す図。他の実施形態に係るガスセンサ素子の要部構成を模式的に示す図。他の実施形態に係るガスセンサ素子の要部構成を模式的に示す図。ＮＯｘ濃度を測定するガスセンサ素子の構成、動作原理を説明するための図。

符号の説明

１……第１酸素ポンプセル、２……第２酸素ポンプセル、３……酸素分圧検知セル、４……ヒータ、５……第１測定室、６……第２測定室、７……第１拡散律速部、８……第２拡散律速部、９，１０……ポンプ用電極部、１１，１２……検知用電極、１３，１４……ポンプ用電極部、１７……第１固体電解質体、１９……第２固体電解質体、１１０……電極部、１１１……リード部、１１２……露出部。

Claims

板形状を有し、酸素イオン伝導性を有する第１固体電解質体と、当該第１固体電解質体に配置された一対のポンプ用電極部とを有する酸素ポンプセルと、
板形状を有し、酸素イオン伝導性を有する第２固体電解質体と、当該第２固体電解質体に配置された一対の検知用電極部とを有する、測定室内の酸素分圧を検知する酸素分圧検知セルと、
前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体との間に配置され、先端側に設けられた拡散律速部を介して被測定ガス導入する測定室と
を具備し、
前記ポンプ用電極部のうちの一方が前記測定室内に面するように配置され、
前記検知用電極部のうちの一方が前記測定室内に面し、かつ前記一方のポンプ用電極部より後端側に配置されたガスセンサ素子であって、
前記一方の検知用電極部に接続し、該一方の検知用電極部から先端側に向けて延びる第１リード部と、当該第１リード部の先端側に接続し、前記ガスセンサ素子の幅方向に向かって延びる折り返し部と、当該折り返し部の前記第１リード部とは反対側の端部に接続し、後端側に向けて外部まで延びる第２リード部と、を備える検知用リード部を有し、
当該検知用リード部のうち、少なくとも前記一方のポンプ用電極部の後端よりも先端側に前記測定室内に露出する露出部を有し、且つ前記第２リード部の前記一方のポンプ用電極部の後端よりも後端側は測定室に露出していないことを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１記載のガスセンサ素子であって、
前記露出部は、前記一方のポンプ用電極部と対向する位置に配置されていることを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１又は２記載のガスセンサ素子であって、
前記検知用リード部の前記露出部が、屈曲して設けられていることを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１〜３いずれか１記載のガスセンサ素子であって、
前記検知用リード部の前記露出部は、当該露出部以外の部位よりも幅が広く形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１〜４いずれか１項記載のガスセンサ素子であって、
前記検知用リード部の前記露出部は、当該露出部以外の部位より気孔率が大きくなるよう構成されていることを特徴とするガスセンサ素子。
請求項１〜５いずれか１項記載のガスセンサ素子を具備したことを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜５いずれか１項記載のガスセンサ素子を具備すると共に、さらに、測定室に連通する第2測定室と、第2測定室内外に配置され、且つ酸素イオン伝導性を有する固体電解質体上に配置された一対のポンプ用電極部を備える第2酸素ポンプセルと、を有し、第2測定室内のＮＯｘが解離され生成された酸素イオンに基づきＮＯｘ濃度を検出するよう構成されたことを特徴とするＮＯｘセンサ。