JP6451534B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子に関する。
車両用の内燃機関等の排気系には、排ガス等の被測定ガス中における特定ガス濃度（例えば、酸素濃度）を検出するガスセンサが配設されている。
このようなガスセンサには、例えば、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、その固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、被測定ガス側電極を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層とを有するガスセンサ素子が内蔵されている。ガスセンサ素子は、固体電解質体が活性となる高温（例えば、５００℃以上）に加熱された状態で使用される。そのため、排ガスに含まれる凝縮水がガスセンサ素子内に浸入し、高温の固体電解質体に付着すると、固体電解質体に大きな熱衝撃が加わり、被水割れが生じるおそれがある。
このようなガスセンサには、例えば、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、その固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、被測定ガス側電極を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層とを有するガスセンサ素子が内蔵されている。ガスセンサ素子は、固体電解質体が活性となる高温（例えば、５００℃以上）に加熱された状態で使用される。そのため、排ガスに含まれる凝縮水がガスセンサ素子内に浸入し、高温の固体電解質体に付着すると、固体電解質体に大きな熱衝撃が加わり、被水割れが生じるおそれがある。
そこで、ガスセンサ素子には、例えば、特許文献１のように、耐被水性を向上する構造が用いられている。特許文献１に示されたガスセンサ素子は、その外周面が、排ガスを透過可能な緻密な多孔質材料によって形成された表面保護層によって覆われている。表面保護層の外周面は、表面粗度Ｒａを３．０μｍ以下とすることで、常温においては親水性を有し、高温時には撥水性を有する。これにより、高温時におけるガスセンサ素子への水滴の付着を防止し、被水割れの抑制を図っている。
しかしながら、特許文献１のガスセンサ素子には以下の課題がある。
内燃機関で燃焼される燃料の燃料性状が悪い場合、燃料には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ等の被毒物質が多く含有される。これらの被毒物質が排ガスと共に排出され、表面保護層に付着すると、表面保護層における表面粗さに影響を及ぼす。そのため、表面保護層における表面粗度Ｒａを３．０μｍ以下に維持することができず、高温時に撥水性が発現しない。これにより、ガスセンサ素子における耐被水性能が低下し、ガスセンサ素子内に水分が浸入するおそれがある。
内燃機関で燃焼される燃料の燃料性状が悪い場合、燃料には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ等の被毒物質が多く含有される。これらの被毒物質が排ガスと共に排出され、表面保護層に付着すると、表面保護層における表面粗さに影響を及ぼす。そのため、表面保護層における表面粗度Ｒａを３．０μｍ以下に維持することができず、高温時に撥水性が発現しない。これにより、ガスセンサ素子における耐被水性能が低下し、ガスセンサ素子内に水分が浸入するおそれがある。
また、近年、排ガス規制の強化に伴って、内燃機関の始動時等にガスセンサ素子によって、速やかに特定ガス濃度を検出することが望まれている。そのため、固体電解質体を早期に活性温度とする必要があり、ヒータによる急速昇温が行われる。ここで、ガスセンサ素子の内部に水分が浸入していた場合、急速昇温によって加熱された水分が気化膨張して水蒸気となる。特許文献１のガスセンサ素子における表面保護層は、排ガス等の気体を透過可能ではあるものの、気体が透過する際には通気抵抗が生じる。したがって、表面保護層を透過して水蒸気が排出される速度に対して、水分の気化膨張による圧力上昇の速度が大きくなると、ガスセンサ素子の内部が高圧となりガスセンサ素子が損傷するおそれがある。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、耐被水性及び耐被毒性に優れ、急速昇温時における損傷を抑制することができるガスセンサ素子を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面に設けられた被測定ガス側電極と、上記固体電解質体の他方の面に設けられた基準ガス側電極とを有する素子本体部と、
該素子本体部の外周面を覆うと共に、上記被測定ガスに含まれる被毒物質を捕らえて該被測定ガスを透過させる、多孔質材料からなる被毒トラップ層と、
該被毒トラップ層の外周面を覆うと共に、水分を透過させない性質を有する、気孔率が５％以下の表面保護層とを備えており、
該表面保護層には、上記被毒トラップ層を介して上記被測定ガス側電極へ上記被測定ガスを導入するための被測定ガス導入口が１つ又は複数形成されていることを特徴とするガスセンサ素子にある。
該素子本体部の外周面を覆うと共に、上記被測定ガスに含まれる被毒物質を捕らえて該被測定ガスを透過させる、多孔質材料からなる被毒トラップ層と、
該被毒トラップ層の外周面を覆うと共に、水分を透過させない性質を有する、気孔率が５％以下の表面保護層とを備えており、
該表面保護層には、上記被毒トラップ層を介して上記被測定ガス側電極へ上記被測定ガスを導入するための被測定ガス導入口が１つ又は複数形成されていることを特徴とするガスセンサ素子にある。
上記ガスセンサ素子は、上記素子本体部の外周面を覆う上記被毒トラップ層と、この被毒トラップ層の外周面を覆う上記表面保護層とを備えている。そのため、ガスセンサ素子における耐被水性及び耐被毒性を向上させ、急速昇温時における損傷を抑制することができる。
すなわち、上記表面保護層は、水分を透過させない性質を有する材料、例えば、極めて気孔率が小さく緻密なセラミック層等によって形成されているため、その表面性状によらず、防水性を発揮することができる。したがって、排ガスに含まれた被毒物質が上記表面保護層に付着したとしても、この表面保護層における防水性は低下することなく維持される。これにより、上記素子本体部の内部への水分の浸入を防止し、上記固体電解質体における耐被水性及び耐被毒性を向上させることができる。
また、上記表面保護層には、上記被測定ガス導入口が形成されている。そのため、上記ガスセンサ素子の内部と外部と繋ぐ経路を、上記被測定ガス導入口に限定することができる。これにより、上記ガスセンサ素子の内部への被毒物質や水分等の異物の浸入を効果的に抑制することができる。また、上記ガスセンサ素子の内部に浸入した水分が気化膨張して水蒸気となった際には、この水蒸気を上記被測定ガス導入口から速やかに排出することができる。つまり、上記被測定ガス導入口は、外部からの被測定ガスの導入と内部の水蒸気の排出の両方を効率よく行うことができる。これにより、上記ガスセンサ素子の内部における圧力上昇を抑制し、上記ガスセンサ素子の損傷を防止することができる。
また、上記表面保護層と上記素子本体部との間には、上記被毒トラップ層が形成されている。そのため、上記被測定ガス導入口を介して上記被毒トラップ層に接触する被測定ガス中の被毒物質や水等の異物は、この被毒トラップ層によって被測定ガスから分離することができる。また、上記被測定ガス導入口を介して被毒トラップ層に接触する水は、多孔質材料からなる被毒トラップ層の気孔内に保持される。このように、被毒物質や水等の異物を、被毒トラップ層によって捕らえることで、これらの異物が、上記固体電解質体へと到達することを防止できる。これにより、固体電解質体の被毒や、被水割れを抑制することができる。
以上のごとく、本発明によれば、耐被水性及び耐被毒性に優れ、急速昇温時における損傷を抑制することができるガスセンサ素子を提供することができる。
上記ガスセンサ素子において、上記素子本体部には、上記多孔質拡散抵抗層を介して上記被測定ガス側電極へと上記被測定ガスを導入するためのガス導入路が形成されており、該ガス導入路は、上記素子本体部の外周面上に開口した本体側導入口を有しており、上記表面保護層の上記被測定ガス導入口は、上記本体側導入口に外側から対向する位置に形成されていることが好ましい。この場合には、上記本体側導入口の近傍に、上記被測定ガス導入口を形成することができる。これにより、上記被測定ガス導入口から上記本体側導入口までの間における上記被測定ガスの流通経路を短縮し、上記ガスセンサ素子の感度を向上させることができる。
（実施例１）
上記ガスセンサ素子にかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すごとく、ガスセンサ素子１は、素子本体部１０と、素子本体部１０の外周面を覆う被毒トラップ層２と、被毒トラップ層２の外周面を覆う表面保護層３とを有している。
素子本体部１０は、酸素イオン伝導性の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の一方の面に設けられた被測定ガス側電極１２と、固体電解質体１１の他方の面に設けられた基準ガス側電極１３と、被測定ガス側電極１２へ導く被測定ガスＧを透過させる多孔質拡散抵抗層１４とを有している。
被毒トラップ層２は、被測定ガスＧを透過させる多孔質材料からなり、被測定ガスＧに含まれる被毒物質を捕らえるものである。
表面保護層３は、水分を透過させない性質（防水性）を有しており、表面保護層３には、素子本体部１０の内部、具体的には被毒トラップ層２及び多孔質拡散抵抗層１４を介して被測定ガス側電極１２へ被測定ガスＧを導入するための一対の被測定ガス導入口３１が形成されている。
上記ガスセンサ素子にかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すごとく、ガスセンサ素子１は、素子本体部１０と、素子本体部１０の外周面を覆う被毒トラップ層２と、被毒トラップ層２の外周面を覆う表面保護層３とを有している。
素子本体部１０は、酸素イオン伝導性の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の一方の面に設けられた被測定ガス側電極１２と、固体電解質体１１の他方の面に設けられた基準ガス側電極１３と、被測定ガス側電極１２へ導く被測定ガスＧを透過させる多孔質拡散抵抗層１４とを有している。
被毒トラップ層２は、被測定ガスＧを透過させる多孔質材料からなり、被測定ガスＧに含まれる被毒物質を捕らえるものである。
表面保護層３は、水分を透過させない性質（防水性）を有しており、表面保護層３には、素子本体部１０の内部、具体的には被毒トラップ層２及び多孔質拡散抵抗層１４を介して被測定ガス側電極１２へ被測定ガスＧを導入するための一対の被測定ガス導入口３１が形成されている。
以下、さらに詳細に説明する。
図３に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、ガスセンサ１００に用いられ、ガスセンサ１００は、被測定ガス（排ガス）Ｇ中の特定ガス濃度（酸素濃度）に依存して電極１２，１３間を流れる限界電流を基にエンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサを構成する。
図３に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、ガスセンサ１００に用いられ、ガスセンサ１００は、被測定ガス（排ガス）Ｇ中の特定ガス濃度（酸素濃度）に依存して電極１２，１３間を流れる限界電流を基にエンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサを構成する。
ガスセンサ１００は、ガスセンサ素子１と、ガスセンサ素子１を内側に挿通保持する絶縁碍子１０１と、絶縁碍子１０１を内側に挿通保持するハウジング１０２と、ハウジング１０２の基端側に配設された大気側カバー１０３と、ハウジング１０２の先端側に配設されると共にガスセンサ素子１を保護する素子カバー１０４とを有する。
素子カバー１０４は、外側カバー１０５と内側カバー１０６とからなる二重構造のカバーにより構成されている。この外側カバー１０５及び内側カバー１０６の側面部及び底面部には、被測定ガスＧを導通させるための導通孔１０７が設けられている。
図１に示すごとく、ガスセンサ素子１の固体電解質体１１は、ジルコニアを板形状に成形したものであり、被測定ガス側電極１２及び基準ガス側電極１３は、白金を含有している。
固体電解質体１１における、基準ガス側電極１３が設けられた面には、電気的絶縁性を有し、緻密でガスを透過させないアルミナからなる基準ガス室形成層１８が積層されている。基準ガス室形成層１８には、基準ガス（大気）Ａが導入される、溝状の基準ガス室１８１が形成されている。
固体電解質体１１における、基準ガス側電極１３が設けられた面には、電気的絶縁性を有し、緻密でガスを透過させないアルミナからなる基準ガス室形成層１８が積層されている。基準ガス室形成層１８には、基準ガス（大気）Ａが導入される、溝状の基準ガス室１８１が形成されている。
基準ガス室形成層１８における、固体電解質体１１が配置された面とは反対側の面には、アルミナからなるヒータ基板１９が積層されている。基準ガス室形成層１８とヒータ基板１９との間には、通電により発熱する発熱体１９１が埋設されている。そして、発熱体１９１を通電により発熱させることで、ガスセンサ素子１を活性温度まで急速加熱することができる。
固体電解質体１１における、被測定ガス側電極１２が配置された面には、被測定ガス側電極１２の両側において多孔質拡散抵抗層１４が積層されている。多孔質拡散抵抗層１４は、ガス透過性のアルミナ多孔体からなる。
多孔質拡散抵抗層１４における、固体電解質体１１が配置された面とは反対側の面には、電気的絶縁性を有し、緻密でガスを透過させないアルミナからなる遮蔽層１７が積層されている。多孔質拡散抵抗層１４は、固体電解質体１１と遮蔽層１７との間に配置されている。
多孔質拡散抵抗層１４における、固体電解質体１１が配置された面とは反対側の面には、電気的絶縁性を有し、緻密でガスを透過させないアルミナからなる遮蔽層１７が積層されている。多孔質拡散抵抗層１４は、固体電解質体１１と遮蔽層１７との間に配置されている。
固体電解質体１１における、被測定ガス側電極１２が設けられた面には、被測定ガス側電極１２を配置する空間としての被測定ガス室１６と、被測定ガス室１６に連通され、被測定ガス室１６に被測定ガスＧを導くガス導入路１５とが形成されている。多孔質拡散抵抗層１４は、ガス導入路１５内に配置されている。ガスセンサ素子１の外周面１５２には、ガス導入路１５の端部に位置する本体側導入口１５１が開口している。被測定ガス室１６は、遮蔽層１７と多孔質拡散抵抗層１４と固体電解質体１１とによって囲まれて形成されている。
ガス導入路１５の本体側導入口１５１には、被測定ガスＧに含まれる水素を除去するための触媒層１５３が設けられている。触媒層１５３は白金系触媒からなる。
ガス導入路１５の本体側導入口１５１には、被測定ガスＧに含まれる水素を除去するための触媒層１５３が設けられている。触媒層１５３は白金系触媒からなる。
素子本体部１０の外周面を覆う被毒トラップ層２は、γ−アルミナ、又はθ−アルミナを主成分とするセラミックス粒子からなる多孔質の層である。また、被毒トラップ層２は、被測定ガスＧ中の被毒成分、例えば、オイル中に含まれるＰ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ等の成分から生成する化合物等をトラップすることができるよう構成されている。
被毒トラップ層２は、粒径及び気孔率が互いに異なる第１トラップ層２１と第２トラップ層２２との２層構造を有している。尚、被毒トラップ層２は、１層構造を有していてもよく、３層以上の構造を有していてもよい。
被毒トラップ層２は、粒径及び気孔率が互いに異なる第１トラップ層２１と第２トラップ層２２との２層構造を有している。尚、被毒トラップ層２は、１層構造を有していてもよく、３層以上の構造を有していてもよい。
第１トラップ層２１は、粒径が約２０μｍ〜４０μｍのセラミック粒子からなり、気孔率が約４０％〜８０％であり、第２トラップ層２２の外周面の全面を覆うように形成されている。第１トラップ層２１は、略矩形状に形成されている。
第２トラップ層２２は、粒径が約２μｍ〜８μｍのセラミック粒子からなり、気孔率が約２０％〜７０％であり、素子本体部１０における外周面の全面を覆うように形成されている。第２トラップ層２２は、素子本体部１０の４つの角部において、部分的に厚みが大きくなるように形成されている。
第１トラップ層２１においては、被毒物等の異物のうち、比較的大きいものや粘性のあるものを被測定ガスＧから分離する。そして、第２トラップ層２２においては、第１トラップ層２１を通過した小さな異物を被測定ガスＧから分離する。これにより、被毒トラップ層２における目詰まりを防止し、効率よく被測定ガスＧを被測定ガス室１６へ導入することができる。
第２トラップ層２２は、粒径が約２μｍ〜８μｍのセラミック粒子からなり、気孔率が約２０％〜７０％であり、素子本体部１０における外周面の全面を覆うように形成されている。第２トラップ層２２は、素子本体部１０の４つの角部において、部分的に厚みが大きくなるように形成されている。
第１トラップ層２１においては、被毒物等の異物のうち、比較的大きいものや粘性のあるものを被測定ガスＧから分離する。そして、第２トラップ層２２においては、第１トラップ層２１を通過した小さな異物を被測定ガスＧから分離する。これにより、被毒トラップ層２における目詰まりを防止し、効率よく被測定ガスＧを被測定ガス室１６へ導入することができる。
被毒トラップ層２のさらに外側には、被毒トラップ層２を覆うように表面保護層３が形成されている。表面保護層３は、α−アルミナを主成分とするセラミックス粒子からなり、気孔率が５％以下の緻密な層である。
表面保護層３には、一対の被測定ガス導入口３１が形成されている。被測定ガス導入口３１は、ガス導入路１５の本体側導入口１５１に外側から対向する位置に形成されている。
表面保護層３には、一対の被測定ガス導入口３１が形成されている。被測定ガス導入口３１は、ガス導入路１５の本体側導入口１５１に外側から対向する位置に形成されている。
また、図２に示すごとく、表面保護層３の被測定ガス導入口３１は、０．５ｍｍの幅Ｗ２で形成されている。被測定ガス導入口３１は、ガスセンサ素子１の長手方向Ｚに沿って長く形成されており、幅Ｗ２は、長手方向Ｚに直交する方向の幅を示す。被測定ガス導入口３１は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの幅Ｗ２で形成することができる。被測定ガス導入口３１の幅Ｗ２が０．５ｍｍ未満の場合には、被測定ガス室１６に導入する被測定ガスＧの通気抵抗が大きくなって、被測定ガスＧの流通を阻害するおそれがある。一方、被測定ガス導入口３１の幅Ｗ２が２．０ｍｍ超過の場合には、ガスセンサ素子１の耐被水性を発揮するために十分ではない。
また、ガス導入路１５の本体側導入口１５１は、０．０７ｍｍの幅Ｗ１で形成されている。本体側導入口１５１は、ガスセンサ素子１の長手方向Ｚに沿って長く形成されており、幅Ｗ１は、長手方向Ｚに直交する方向の幅を示す。本体側導入口１５１は、被測定ガス導入口３１が形成された幅Ｗ２の範囲内において形成されている。
次に、本例の作用効果について説明する。
ガスセンサ素子１は、素子本体部１０の外周面１５２を覆う被毒トラップ層２と、該被毒トラップ層２の外周面１５２を覆う表面保護層３とを備えている。そのため、ガスセンサ素子１における耐被水性及び耐被毒性を向上し、急速昇温時における損傷を抑制することができる。
ガスセンサ素子１は、素子本体部１０の外周面１５２を覆う被毒トラップ層２と、該被毒トラップ層２の外周面１５２を覆う表面保護層３とを備えている。そのため、ガスセンサ素子１における耐被水性及び耐被毒性を向上し、急速昇温時における損傷を抑制することができる。
すなわち、表面保護層３は、水分を透過させない性質を有する材料によって形成されているため、その表面性状によらず、防水性を発揮することができる。したがって、排ガスに含まれた被毒物質が表面保護層３に付着したとしても、表面保護層３における防水性は低下することなく維持される。これにより、素子本体部１０の内部への水分の浸入を防止し、固体電解質体１１における耐被水性及び耐被毒性を向上させることができる。
また、表面保護層３には、被測定ガス導入口３１が形成されている。そのため、ガスセンサ素子１の内部と外部と繋ぐ経路を、被測定ガス導入口３１に限定することができる。これにより、ガスセンサ素子１の内部への被毒物質や水分等の異物の浸入を効果的に抑制することができる。また、ガスセンサ素子１の内部に浸入した水分が気化膨張して水蒸気となった際には、この水蒸気を被測定ガス導入口３１から速やかに排出することができる。つまり、被測定ガス導入口３１は、外部からの被測定ガスＧの導入と内部の水蒸気の排出の両方を効率よく行うことができる。これにより、ガスセンサ素子１の内部における圧力上昇を抑制し、ガスセンサ素子１の損傷を防止することができる。
また、表面保護層３と素子本体部１０との間には、被毒トラップ層２が形成されている。そのため、被測定ガス導入口３１を介して被毒トラップ層２に接触する被測定ガスＧ中の被毒物質や水等の異物は、この被毒トラップ層２によって被測定ガスＧから分離することができる。また、被測定ガス導入口３１を介して被毒トラップ層２に接触する水は、多孔質材料からなる被毒トラップ層２の気孔内に保持される。このように、被毒物質や水等の異物を被毒トラップ層２によって捕らえることで、これらの異物が、固体電解質体１１へと到達することを防止できる。これにより、固体電解質体１１の被毒や、被水割れを抑制することができる。
また、素子本体部１０には、多孔質拡散抵抗層１４を介して被測定ガス側電極１２へと被測定ガスＧを導入するためのガス導入路１５が形成されており、ガス導入路１５は、素子本体部１０の外周面１５２上に開口した本体側導入口１５１を有しており、表面保護層３の被測定ガス導入口３１は、本体側導入口１５１に外側から対向する位置に形成されている。そのため、本体側導入口１５１の近傍に、被測定ガス導入口３１を形成することができる。これにより、被測定ガス導入口３１から本体側導入口１５１までの間における被測定ガスＧの流通経路を短縮し、ガスセンサ素子１の感度を向上させることができる。
また、被測定ガス導入口３１は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの幅Ｗ２の範囲内で形成されている。そのため、ガスセンサ素子１内への水分の浸入を効果的に抑制しつつ、被測定ガスＧ及び水蒸気の導入及び排出を容易に行うことができる。これにより、耐被水性をより向上させると共に、ガスセンサ素子１内における圧力上昇を効果的に抑制することができる。
以上のごとく、本例によれば、耐被水性及び耐被毒性に優れ、急速昇温時における損傷を抑制することができるガスセンサ素子１を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、実施例１のガスセンサ素子１における表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１の形成位置を変更したものである。本例の表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１は、ガス導入路１５の本体側導入口１５１と離れた位置に形成されている。より具体的には、被測定ガス導入口３１は、素子本体部１０における本体側導入口１５１が形成されていない角部と対向する位置に形成されている。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様である。
本例は、図４に示すごとく、実施例１のガスセンサ素子１における表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１の形成位置を変更したものである。本例の表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１は、ガス導入路１５の本体側導入口１５１と離れた位置に形成されている。より具体的には、被測定ガス導入口３１は、素子本体部１０における本体側導入口１５１が形成されていない角部と対向する位置に形成されている。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様である。
本例のガスセンサ素子１においては、被測定ガス導入口３１から本体側導入口１５１までの距離が実施例１の場合と比べて長くなる。そして、被測定ガスＧが被測定ガス導入口３１から本体側導入口１５１に至るまでに、より多くの被毒トラップ層２を通過することになる。そのため、被測定ガス室１６への水分や被毒物の浸入を抑制する効果を高めるために有効である。
被測定ガス導入口３１は、ガスセンサ素子１の設計条件に応じて、素子本体部１０における種々の位置に形成することができる。
また、本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
被測定ガス導入口３１は、ガスセンサ素子１の設計条件に応じて、素子本体部１０における種々の位置に形成することができる。
また、本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、実施例１のガスセンサ素子１における表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１の形成状態を変更したものである。本例の表面保護層３の各被測定ガス導入口３１は、φ０．０１ｍｍ〜φ１．５ｍｍの多数の貫通孔によって形成されている。また、表面保護層３の各被測定ガス導入口３１の形成位置は、実施例１の場合と同様に、本体側導入口１５１と対向する位置である。なお、多数の貫通孔による被測定ガス導入口３１の形成位置は、本体側導入口１５１と対向しない種々の位置とすることもできる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図５に示すごとく、実施例１のガスセンサ素子１における表面保護層３の一対の被測定ガス導入口３１の形成状態を変更したものである。本例の表面保護層３の各被測定ガス導入口３１は、φ０．０１ｍｍ〜φ１．５ｍｍの多数の貫通孔によって形成されている。また、表面保護層３の各被測定ガス導入口３１の形成位置は、実施例１の場合と同様に、本体側導入口１５１と対向する位置である。なお、多数の貫通孔による被測定ガス導入口３１の形成位置は、本体側導入口１５１と対向しない種々の位置とすることもできる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（実施例４）
本例は、図６、図７に示すごとく、板形状の固体電解質体１１を用いる代わりに、コップ形状の固体電解質体１１Ａを用いるガスセンサ素子１Ａについて示す。
コップ形状の固体電解質体１１Ａは、円筒形状の部分１１１の端部が半球形状の部分１１２によって閉塞されて形成されている。被測定ガス側電極１２は、固体電解質体１１Ａの円筒形状の部分１１１の外周に設けられており、基準ガス側電極１３は、固体電解質体１１Ａの円筒形状の部分１１１の内周に設けられている。
固体電解質体１１Ａの外側には、被測定ガス側電極１２を覆って保護するための、緩衝材等からなる内部保護層２３が設けられている。また、内部保護層２３の外側には、第１トラップ層２１及び第２トラップ層２２からなる被毒トラップ層２が設けられている。さらに、被毒トラップ層２の外側には、表面保護層３が設けられており、表面保護層３における、被測定ガス側電極１２と対向する位置には、被測定ガス導入口３１が形成されている。
本例は、図６、図７に示すごとく、板形状の固体電解質体１１を用いる代わりに、コップ形状の固体電解質体１１Ａを用いるガスセンサ素子１Ａについて示す。
コップ形状の固体電解質体１１Ａは、円筒形状の部分１１１の端部が半球形状の部分１１２によって閉塞されて形成されている。被測定ガス側電極１２は、固体電解質体１１Ａの円筒形状の部分１１１の外周に設けられており、基準ガス側電極１３は、固体電解質体１１Ａの円筒形状の部分１１１の内周に設けられている。
固体電解質体１１Ａの外側には、被測定ガス側電極１２を覆って保護するための、緩衝材等からなる内部保護層２３が設けられている。また、内部保護層２３の外側には、第１トラップ層２１及び第２トラップ層２２からなる被毒トラップ層２が設けられている。さらに、被毒トラップ層２の外側には、表面保護層３が設けられており、表面保護層３における、被測定ガス側電極１２と対向する位置には、被測定ガス導入口３１が形成されている。
被測定ガス側電極１２は、固体電解質体１１Ａの外周における全周に設けることができ、被測定ガス導入口３１は、固体電解質体１１Ａの外周に対向する周方向の複数個所に設けることができる。被測定ガス導入口３１は、種々の形状に形成することができ、例えば、図６に示すように、固体電解質体１１Ａの軸線方向Ｌに長い形状に形成することができ、図７に示すように、φ０．０１ｍｍ〜φ１．５ｍｍの大きさの多数の貫通孔によって形成することもできる。被測定ガス導入口３１を多数の貫通孔によって形成する場合には、この多数の貫通孔は、固体電解質体１１Ａの外周に対向する周方向の全体に分散して形成することができる。
本例の被測定ガス導入口３１は、被測定ガス側電極１２に外側から対向する位置に形成されている。これ以外にも、被測定ガス導入口３１は、被測定ガス側電極１２に外側から対向しない位置に形成されていてもよい。また、通電により発熱する発熱体１９１Ａが設けられた、アルミナからなるヒータ部材１９Ａは、固体電解質体１１Ａの内側に配置されている。
表面保護層３及び被測定ガス導入口３１を設けることによる作用効果は、コップ形状の固体電解質体１１Ａを用いたガスセンサ素子１Ａにおいても実施例１と同様に得られる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号が示す内容は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
１ ガスセンサ素子
１０ 素子本体部
１１ 固体電解質体
１２ 被測定ガス側電極
１３ 基準ガス側電極
１４ 多孔質拡散抵抗層
１５２ 外周面
２ 被毒トラップ層
３ 表面保護層
３１ 被測定ガス導入口
１０ 素子本体部
１１ 固体電解質体
１２ 被測定ガス側電極
１３ 基準ガス側電極
１４ 多孔質拡散抵抗層
１５２ 外周面
２ 被毒トラップ層
３ 表面保護層
３１ 被測定ガス導入口
Claims (6)
- 酸素イオン伝導性の固体電解質体（１１）と、該固体電解質体（１１）の一方の面に設けられた被測定ガス側電極（１２）と、上記固体電解質体（１１）の他方の面に設けられた基準ガス側電極（１３）とを有する素子本体部（１０）と、
該素子本体部（１０）の外周面（１５２）を覆うと共に、被測定ガス（Ｇ）に含まれる被毒物質を捕らえて該被測定ガス（Ｇ）を透過させる、多孔質材料からなる被毒トラップ層（２）と、
該被毒トラップ層（２）の外周面を覆うと共に、水分を透過させない性質を有する、気孔率が５％以下の表面保護層（３）とを備えており、
該表面保護層（３）には、上記被毒トラップ層（２）を介して上記被測定ガス側電極（１２）へ上記被測定ガス（Ｇ）を導入するための被測定ガス導入口（３１）が１つ又は複数形成されていることを特徴とするガスセンサ素子（１）。 - 上記固体電解質体（１１）は板形状に形成されており、
上記素子本体部（１０）は、上記被測定ガス側電極（１２）へ被測定ガス（Ｇ）を導入するためのガス導入路（１５）と、該ガス導入路（１５）に配置された多孔質拡散抵抗層（１４）とをさらに有しており、
上記ガス導入路（１５）は、上記素子本体部（１０）の角部における外周面（１５２）上に開口する本体側導入口（１５１）を有しており、
上記被測定ガス導入口（３１）は、上記本体側導入口（１５１）に外側から対向する位置において、上記表面保護層（３）を貫通して形成さ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）。 - 上記被測定ガス導入口（３１）の総断面積は、上記本体側導入口（１５１）の総断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ素子（１）。
- 上記被毒トラップ層（２）は、上記素子本体部（１０）の外周面（１５２）を覆う第２トラップ層（２２）と、該第２トラップ層（２２）の外周面を覆い、上記第２トラップ層（２２）を構成するセラミック粒子の粒径よりも大きい粒径のセラミック粒子によって構成された第１トラップ層（２１）とによる２層構造を有しており、
上記第２トラップ層（２２）は、上記素子本体部（１０）の外周面（１５２）の４つの角部において、部分的に厚みが大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子（１）。 - 上記被測定ガス導入口（３１）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの幅（Ｗ２）の範囲内で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ素子（１）。
- 酸素イオン伝導性のコップ形状の固体電解質体（１１）と、該固体電解質体（１１）の外周面に設けられた被測定ガス側電極（１２）と、上記固体電解質体（１１）の内周面に設けられた基準ガス側電極（１３）とを有する素子本体部（１０）と、
該素子本体部（１０）の外周面（１５２）を覆うと共に、被測定ガス（Ｇ）に含まれる被毒物質を捕らえて該被測定ガス（Ｇ）を透過させる、多孔質材料からなる被毒トラップ層（２）と、
該被毒トラップ層（２）の外周面を覆うと共に、水分を透過させない性質を有する、気孔率が５％以下の表面保護層（３）とを備えており、
該表面保護層（３）における、上記被測定ガス側電極（１２）に外側から対向する位置には、上記表面保護層（３）を貫通する貫通孔による被測定ガス導入口（３１）が１つ又は複数形成されていることを特徴とするガスセンサ素子（１）。
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