JP6323181B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents
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Description
該固体電解質体の上記第1表面側に積層され、被測定ガスが拡散抵抗体を通過して導入される被測定ガス空間を形成する絶縁体と、
該固体電解質体の上記第2表面側に積層され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備えるガスセンサ素子であって、
上記固体電解質体に上記電極及び上記被測定ガス空間が設けられた、上記ガスセンサ素子の先端側部分の積層方向において、上記固体電解質体の厚みを含む上記第1表面から上記ヒータの外側面までの厚みT1と、上記絶縁体の厚み及び上記拡散抵抗体の厚みによる上記第1表面から上記絶縁体の外側面までの厚みT2とは、0.7≦T2/T1≦1.6の関係を有しており、
上記ガスセンサ素子の先端側部分における上記絶縁体の上記積層方向の厚みは、上記ガスセンサ素子の後端側部分における上記絶縁体の上記積層方向の厚みよりも大きいことを特徴とするガスセンサ素子にある。
具体的には、ガスセンサ素子の先端側部分の積層方向において、固体電解質体の第1表面からヒータの外側面までの厚みT1と、第1表面から絶縁体の外側面までの厚みT2とが、0.7≦T2/T1≦1.6の関係を有している。
これにより、固体電解質体における各電極間を流れて測定される酸素イオン電流に誤差が生じにくくなり、ガスセンサ素子による検出精度を向上させることができる。
上記ガスセンサ素子において、0.7>T2/T1の場合には、第1表面から絶縁体の外側面までの厚みT2が小さくて、絶縁体の外側面から熱が失われやすくなり、被測定ガス空間内に温度分布が生じやすくなる。一方、T2/T1>1.6の場合には、第1表面から絶縁体の外側面までの厚みT2が大きくて、絶縁体の外側面から熱が失われにくくなり過ぎて、被測定ガス空間内に温度分布が生じやすくなる。
これにより、固体電解質体に電極が設けられた先端側部分のみ、絶縁体の積層方向の厚みを大きくすることができ、0.7≦T2/T1≦1.6の関係を有するガスセンサ素子を容易に形成することができる。
この場合には、絶縁体の積層方向における熱伝導を、積層界面によって弱めることができる。そして、ヒータによって加熱される固体電解質体及び被測定ガス空間内の被測定ガスの熱が、積層界面によって絶縁体の外側面へ逃げ難くすることができる。
この場合には、絶縁体の積層方向における熱伝導を、低熱伝導体によって弱めることができる。そして、ヒータによって加熱される固体電解質体及び被測定ガス空間内の被測定ガスの熱が、低熱伝導体によって絶縁体の外側面へ逃げ難くすることができる。
絶縁体は、アルミナ等のセラミックスの材料によって構成することができる。低熱伝導体は、窒化珪素、窒化チタン、炭化チタン、イットリア、ムライト、フォルステライト、サイアロン、コージライト、ジルコニア、ステアタイト、二酸化珪素等によって構成することができる。
本例のガスセンサ素子1は、図1〜図3に示すように、固体電解質体2、絶縁体4及びヒータ5を備えている。固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を有しており、一方の表面としての第1表面201と他方の表面としての第2表面202とに電極21,22,23,25を有している。絶縁体4は、固体電解質体2の第1表面201側に積層されており、被測定ガスGが拡散抵抗体43を通過して導入される被測定ガス空間61を形成している。ヒータ5は、固体電解質体2の第2表面202側に積層されており、固体電解質体2を加熱するよう構成されている。また、固体電解質体2の第2表面202とヒータ5との間には、基準ガスAが導入される基準ガス空間62が形成されている。
固体電解質体2に電極21,22,23,25が設けられた、ガスセンサ素子1の先端側部分11の積層方向Dにおいて、第1表面201からヒータ5の外側面501までの厚みT1と、第1表面201から絶縁体4の外側面401までの厚みT2とは、0.7≦T2/T1≦1.6の関係を有している。
本例のガスセンサ素子1は、絶縁碍子に保持されるとともに、カバー内に収容された状態でガスセンサを構成する。ガスセンサ素子1は、長尺形状を有しており、先端側部分11を含む先端側が絶縁碍子から突出して被測定ガスGに晒されるようになっている。
ガスセンサは、車両の排気管内に配置されて使用される。被測定ガスGは排気管を通過する排気ガスであり、ガスセンサは、排気ガス中の特定ガスとしてのNOx(窒素酸化物)の濃度を検出するために用いられる。また、ガスセンサは、被測定ガスG中の酸素濃度からA/F(空燃比)を検出することもできる。
これにより、絶縁体4側の厚みT2が適切に厚くなる。そして、ヒータ5によって固体電解質体2が加熱される際には、絶縁体4の外側面401から逃げる熱を減少させることができる。その結果、被測定ガス空間61内の被測定ガスGが冷やされにくくなり、被測定ガス空間61に温度分布が生じにくくすることができる。
また、被測定ガス空間61は、ガスセンサ素子1の先端側部分11における積層方向Dの中心部付近に位置することになる。そのため、被測定ガス空間61内の各部における被測定ガスGをできるだけ均一に保温することができる。
例えば、図4に示すように、ガスセンサ素子1の先端側部分11における絶縁体4は、積層方向Dに複数積層することができる。この場合、絶縁体4同士の間には、微小な隙間による積層界面45が形成されている。この場合には、絶縁体4の積層方向Dにおける熱伝導を、積層界面45によって弱めることができる。そして、ヒータ5によって加熱される固体電解質体2及び被測定ガス空間61内の被測定ガスGの熱が、積層界面45によって絶縁体4の外側面401へ逃げ難くすることができる。
11 先端側部分
2 固体電解質体
201 第1表面
202 第2表面
4 絶縁体
401 外側面
43 拡散抵抗体
5 ヒータ
501 外側面501
61 被測定ガス空間
Claims (4)
- 酸素イオン伝導性を有し、一方の表面としての第1表面(201)と他方の表面としての第2表面(202)とに電極(21,22,23,25)が設けられた固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の上記第1表面(201)側に積層され、被測定ガス(G)が拡散抵抗体(43)を通過して導入される被測定ガス空間(61)を形成する絶縁体(4)と、
該固体電解質体(2)の上記第2表面(202)側に積層され、該固体電解質体(2)を加熱するヒータ(5)と、を備えるガスセンサ素子(1)であって、
上記固体電解質体(2)に上記電極(21,22,23,25)及び上記被測定ガス空間(61)が設けられた、上記ガスセンサ素子(1)の先端側部分(11)の積層方向(D)において、上記固体電解質体(2)の厚みを含む上記第1表面(201)から上記ヒータ(5)の外側面(501)までの厚みT1と、上記絶縁体(4)の厚み及び上記拡散抵抗体(43)の厚みによる上記第1表面(201)から上記絶縁体(4)の外側面(401)までの厚みT2とは、0.7≦T2/T1≦1.6の関係を有しており、
上記ガスセンサ素子(1)の先端側部分(11)における上記絶縁体(4)の上記積層方向(D)の厚み(T3)は、上記ガスセンサ素子(1)の後端側部分(12)における上記絶縁体(4)の上記積層方向(D)の厚み(T4)よりも大きいことを特徴とするガスセンサ素子(1)。 - 上記拡散抵抗体(43)は、上記固体電解質体(2)の上記第1表面(201)において、上記固体電解質体(2)と上記絶縁体(4)との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記ガスセンサ素子(1)の先端側部分(11)における上記絶縁体(4)は、上記積層方向(D)に複数積層されており、
該絶縁体(4)同士の間には、積層界面(45)が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ素子(1)。 - 上記ガスセンサ素子(1)の先端側部分(11)における上記絶縁体(4)には、該絶縁体(4)よりも熱伝導率が低い材料からなる低熱伝導体(46)が積層されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子(1)。
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