JP4845111B2 - ガスセンサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Description
前記第1多孔質部は前記第1セルに積層されると共に、前記第1セル及び前記第1多孔質部によって前記測定室が画成されており、前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層される遮蔽層を備え、
前記第1多孔質部のうち、前記ガスセンサ素子の最外面を結ぶ最外仮想面に向く外表面の少なくとも一部が、前記最外仮想面よりも内側に位置することにより、前記最外仮想面から窪むと共に前記外表面を含む凹部を形成しており、前記第1多孔質部よりも拡散抵抗が小さい第2多孔質部であって、少なくとも前記凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部が前記凹部に入り込んでなる第2多孔質部を備えることを特徴とする。
さらに本発明のガスセンサ素子は、前記第1多孔質部が前記第1セルに積層されると共に、前記第1セル及び前記第1多孔質部によって前記測定室が画成されており、前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層される遮蔽層を備える。
ガスセンサ素子の構成を上述の構成にすることで、第2多孔質部が凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部を凹部に入り込ませるガスセンサ素子を実現できる。これにより、第1多孔質部の目詰まりの発生を抑制して、測定対象気体の拡散抵抗の変化による空燃比の検出の精度を向上させつつ、第2多孔質部が剥離することを防止できるガスセンサ素子が実現されている。
なお、上記構成を有するガスセンサ素子では、凹部は、ガスセンサ素子の両側面側及び先端面側並びに後端面側の4箇所のうち、少なくとも1箇所に形成されていればよく、第2多孔質部は、該凹部に入り込んでいればよい。また、凹部は、ガスセンサ素子の両側面側及び先端面側並びに後端面側の4箇所全てに形成されていてもよく、第2多孔質部は、該凹部に全てに入り込んでいてもよい。
第2固体電解質層、及び該第2固体電解質層の表裏面に形成された第2対向電極を有する第2セルが、該第2対向電極の一方を前記測定室に臨ませつつ、前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層されており、前記第1セルと前記第2セルとの間に形成され、前記第1セル及び前記第2セルならびに前記第1多孔質部とともに前記測定室を画成する絶縁層を有し、さらに、第2固体電解質体には積層方向に貫通する貫通孔を有し、前記測定室は、前記第1多孔質部を介して前記貫通孔と連通しており、
前記第1多孔質部のうち、前記ガスセンサ素子の最外面を結ぶ最外仮想面に向く外表面の少なくとも一部が、前記最外仮想面よりも内側に位置することにより、前記最外仮想面から窪むと共に前記外表面を含む凹部を形成しており、
前記第1多孔質部よりも拡散抵抗が小さい第2多孔質部であって、少なくとも前記凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部が前記凹部に入り込んでなる第2多孔質部を備えることを特徴とする。
さらに、この第2多孔質部の一部が、凹部に入り込んでいる。このように第2多孔質部の一部が凹部に入り込んで楔形状になっているので、ガスセンサ素子の凹部の開口周縁のみに接するように配置される場合に比べて、第2多孔質部がガスセンサ素子から剥離することを防止できる。
ところで、第2多孔質部にてリンやシリコンをより多く吸着するためには、第2多孔質部の厚みをより厚くすれば良い。しかしながら、第2多孔質部の厚みを厚くすればするほど、第2多孔質部が大きくなり、その結果、ガスセンサ素子が巨大化してしまう。通常、ガスセンサ素子は、ヒータにより加熱されて、ガスセンサ素子が活性することで空燃比の検出することができる。しかし、ガスセンサ素子が巨大化すると、ガスセンサ素子が活性するまでの時間(以下、活性時間とも言う)が遅くなる。その結果、ガスセンサ素子が早期に空燃比の検出することができない虞がある。これに対して、本発明のように第2多孔質部の一部をガスセンサ素子の凹部に入り込ませることで、ガスセンサ素子を巨大化することなく、第2多孔質部の厚みを確保することができ、その結果、ガスセンサ素子の活性時間を遅くなることなく、より第2多孔質部でリンやシリコンを吸着することできる。
なお、第2多孔質部の拡散抵抗が第1多孔質部の拡散抵抗よりも小さくしている。これは、リンやシリコンを吸着するのための第2多孔質部で測定対象気体が拡散律速することを防止し、空燃比の検出の精度が低下することを防止する。
また、第2多孔質部は、凹部の開口周縁にのみ接しつつ、凹部に入り込んでいてもよいし、ガスセンサ素子の最外仮想面全周を覆いつつ、凹部に入り込んでいても良い。つまり、第2多孔質部が凹部の開口縁が外部に露出しない形態で開口周縁に接していればよい。
さらに、第2固体電解質層、及び該第2固体電解質層の表裏面に形成された第2対向電極を有する第2セルが、該第2対向電極の一方を前記測定室に臨ませつつ、前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層されており、前記第1セルと前記第2セルとの間に形成され、前記第1セル及び前記第2セルならびに前記第1多孔質部とともに前記測定室を画成する絶縁層を有し、さらに、第2固体電解質体には積層方向に貫通する貫通孔を有し、前記測定室は、前記第1多孔質部を介して前記貫通孔と連通している。
ガスセンサ素子の構成を上述の構成にすることで、第2多孔質部が凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部を凹部に入り込ませるガスセンサ素子を実現できる。これにより、第1多孔質部の目詰まりの発生を抑制して、測定対象気体の拡散抵抗の変化による空燃比の検出の精度を向上させつつ、第2多孔質部が剥離することを防止できるガスセンサ素子が実現されている。
前記ガスセンサ素子は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガスセンサ素子であることを特徴とする。
以下に、本発明を適用した参考形態1であるガスセンサを図面と共に説明する。参考形態1では、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象気体となる排ガス中の特定ガスを検出するガスセンサ素子が組みつけられるとともに、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサ2について説明する。
ガスセンサ素子4は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側(図中下方)に検出部8が形成され、後端側(図中上方)の外表面のうち表裏面に電極端子部120、121が形成されている。なお、検出部8には、多孔質部30(図1、図4参照)が形成されている。接続端子10は、ガスセンサ素子4と絶縁コンタクト部材66との間に配置されることで、ガスセンサ素子4の電極端子部120、121にそれぞれ電気的に接続される。また、接続端子10は、外部からセンサの内部に配設されるリード線46にも電気的に接続されており、リード線46が接続される外部機器と電極端子部120、121との間に流れる電流の電流経路を形成する。
ガスセンサ素子4は、図2に示すように、検出素子300とヒータ200が積層されており、さらに検出素子300は、酸素濃度検出セル130と酸素ポンプセル140とが積層されている。
なお、焼成前の部位と焼成後の部位とは同符号を用いて説明している。例えば、焼成後に第1固体電解質体105となる未焼成第1固体電解質体105として説明している。
以下に、本発明を適用した実施形態2であるガスセンサ202を図面と共に説明する。なお、実施形態2のガスセンサ202は、上述した参考形態1のガスセンサ2とガスセンサ素子204の構成が異なるものであり、ガスセンサ素子204を中心に説明し、その他の部分は簡略又は省略する。
ガスセンサ素子204は、図5に示すように、酸素ポンプセル500とヒータ400が積層されている。
以下に、本発明を適用した実施形態3であるガスセンサ600を図面と共に説明する。なお、実施形態3のガスセンサ600は、上述した参考形態1のガスセンサ2のうちガスセンサ素子204とガスセンサ素子804の構成のみが異なるものであり、ガスセンサ素子804を中心に説明し、その他の部分は簡略又は省略する。
ガスセンサ素子804は、図7に示すように、第1基体601、及び第1基体601上に内部に空隙を有する形成された第2基体603とを有している。そして、空隙内には、第3基体620が配置され、第3基体620内部には、白金を主体とする発熱体602を有している。
まず、上記方法により積層体を作製した。そして、この積層体に多孔質部30の外面と拡散律速部115に向く内面との最小厚みt1が60μm、130μm、200μm、300μmとなるように、未焼成多孔質部30を形成した。そして、上述の製造方法のように、未焼成多孔質部30が形成された積層体に熱処理を行い、それぞれガスセンサ素子4を作製した。さらに、それぞれのガスセンサ素子4を主体金具38、外筒44等に組付け、ガスセンサ2を作製する。
例えば、本実施形態では、拡散律速部115や第1多孔質部315と多孔質部30や第2多孔質部330とが当接していたが、これに限られず、拡散律速部115や第1多孔質部315と多孔質部30や第2多孔質部330とが離間していてもよい。
また、本実施形態では、多孔質部30、530や第2多孔質部330がそれぞれガスセンサ素子4、204、804の全周を覆う形態であるが、これに限らず、凹部116、316、516の開口周縁を覆う形態であっても良い。
さらには、参考形態1、実施形態2では、凹部116、316がガスセンサ素子4、204の幅方向に2つ形成されていたが、何れか一方でも良い。また、実施形態2の場合には、ガスセンサ素子4の先端側や後端側に凹部316が設けられる構成であっても良い。
4、204、804・・・・・ガスセンサ素子
130、800・・・・・・・酸素濃度検知セル
140、500、900・・・酸素ポンプセル
200、400・・・・・・・ヒータ
115、615・・・・・・・拡散律速部
315・・・・・・・・・・・第1多孔質部
30、630・・・・・・・・多孔質部
330・・・・・・・・・・・第2多孔質部
Claims (5)
- 第1固体電解質層、及び該第1固体電解質層の表裏面に形成された第1対向電極を有する第1セルと、
第1多孔質部を介してガスが導入される中空の測定室であって、前記第1対向電極の一方が臨む測定室と、
を有する板状のガスセンサ素子において、
前記第1多孔質部は前記第1セルに積層されると共に、前記第1セル及び前記第1多孔質部によって前記測定室が画成されており、
前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層される遮蔽層を備え、
前記第1多孔質部のうち、前記ガスセンサ素子の最外面を結ぶ最外仮想面に向く外表面の少なくとも一部が、前記最外仮想面よりも内側に位置することにより、前記最外仮想面から窪むと共に前記外表面を含む凹部を形成しており、
前記第1多孔質部よりも拡散抵抗が小さい第2多孔質部であって、少なくとも前記凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部が前記凹部に入り込んでなる第2多孔質部を備えることを特徴とするガスセンサ素子。 - 第1固体電解質層、及び該第1固体電解質層の表裏面に形成された第1対向電極を有する第1セルと、
第1多孔質部を介してガスが導入される中空の測定室であって、前記第1対向電極の一方が臨む測定室と、
を有する板状のガスセンサ素子において、
第2固体電解質層、及び該第2固体電解質層の表裏面に形成された第2対向電極を有する第2セルが、該第2対向電極の一方を前記測定室に臨ませつつ、前記第1多孔質部を介して前記第1セルに積層されており、
前記第1セルと前記第2セルとの間に形成され、前記第1セル及び前記第2セルならびに前記第1多孔質部とともに前記測定室を画成する絶縁層を有し、
さらに、第2固体電解質体には積層方向に貫通する貫通孔を有し、前記測定室は、前記第1多孔質部を介して前記貫通孔と連通しており、
前記第1多孔質部のうち、前記ガスセンサ素子の最外面を結ぶ最外仮想面に向く外表面の少なくとも一部が、前記最外仮想面よりも内側に位置することにより、前記最外仮想面から窪むと共に前記外表面を含む凹部を形成しており、
前記第1多孔質部よりも拡散抵抗が小さい第2多孔質部であって、少なくとも前記凹部の開口周縁に接しつつ、自身の一部が前記凹部に入り込んでなる第2多孔質部を備えることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1又は請求項2のガスセンサ素子において、
前記凹部に設けられた前記第2多孔質部は、自身の外面から前記第1多孔質部に向く内面までの最小厚みが130μm以上であることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記測定室、及び前記第1多孔質部は、前記ガスセンサ素子の先端側に設けられており、
前記第2多孔質部は、前記ガスセンサ素子の先端側の長手方向に延びる各角部の1以上を少なくとも覆い、前記第2多孔質部の厚さは、該角部から20μm以上であることを特徴とするガスセンサ素子。 - 円筒状の主体金具と、
該主体金具に保持されるガスセンサ素子と、
を有するガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガスセンサ素子であることを特徴とするガスセンサ。
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