JP6762145B2

JP6762145B2 - ガスセンサ素子およびガスセンサ

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Publication number: JP6762145B2
Application number: JP2016117709A
Authority: JP
Inventors: 哲哉伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP2017223488A

Description

本発明はガスセンサ素子およびガスセンサに関する。

内燃機関から排出される排気ガス中の特定成分の濃度、例えば、酸素の濃度を測定信号として出力するガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。ガスセンサ素子には、一般的に、濃度測定のために用いられる固体電解質を有するセンサセル、固体電解質の温度を活性化温度まで上昇させるためのヒータが備えられている（例えば、特許文献１および２）。

特許第４７１６２８６号公報特許第４００７８９２号公報

しかしながら、従来のガスセンサ素子では、センサセルとヒータとの間に大気導入のための空間が配置されていたり、センサセルとヒータとの距離が離れていた。この結果、ヒーターの熱エネルギーはセンサセルに効率よく伝達されず、固体電解質を活性化して特定成分の濃度を測定可能となるまでに時間を要するという問題があった。

したがって、センサセルの温度を効率良く上昇させる技術が望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、ガスセンサ素子を提供する。第１の態様に係るガスセンサ素子は、発熱体を含む発熱層と、前記発熱層と接して配置され、被測定ガスが導入される測定室を有する第１のセラミック層と、前記第１のセラミック層に接して配置され、固体電解質部と、前記固体電解質部における前記測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極とを有するセンサセル層と、前記センサセル層に接して配置され、前記測定室よりも容積の大きな空間部を有する第２のセラミック層と、を備える。

第１の態様に係るガスセンサ素子は、被測定ガスが導入される測定室を有する第１のセラミック層が発熱層と接して配置され、固体電解質部および固体電解質部における測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極を有するセンサセル層が第１のセラミック層と接して配置されている。一方、測定室よりも容積の大きな空間部を有する第２のセラミック層はセンサセル層における第１のセラミック層と接する面とは反対側の面に接して配置されている。したがって、発熱層と固体電解質部との間には、空間部よりも容積の小さな測定室が介在するに止まり、発熱層と固体電解質部との間に、容積の大きな空間部が介在する場合と比較して、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。

第１の態様係るガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子は長尺板状であり、前記ガスセンサ素子の長手方向に対する直交断面における、前記空間部の断面積は前記測定室の断面積よりも大きくても良い。この場合には、断面積において測定室よりも大きな空間部が発熱層と固体電解質部との間に介在しないので、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。

第１の態様に係るガスセンサ素子において、前記空間部は、大気が導入される大気導入室であっても良い。この場合には、大気が導入される構成をガスセンサ素子が備える場合においても、センサセルの温度を効率良く上昇させることができる。

第１の態様に係るガスセンサ素子において、前記固体電解質部は、前記測定室に面する第１の面と、前記空間部に面する第２の面とを有し、前記一対の電極は、前記固体電解質部の前記第１の面および前記第２の面にそれぞれ配置されている第１の電極および第２の電極を備えても良い。この場合には、簡易な構成によって被測定ガス成分の濃度を測定することができる。

第１の態様に係るガスセンサ素子において、前記第１のセラミック層は、前記第１のセラミック層に平行で多孔質部を有する導入路であって、前記測定室と連通する導入路を備えても良い。この場合には、多孔質部を、所定の律速条件で被測定ガスを測定室に導入する拡散律速層として用いることができる。

第１の態様に係るガスセンサ素子において、前記固体電解質部は、前記センサセル層に設けられている貫通領域に配設されていても良い。この場合には、センサセル層の厚さ方向の寸法を一層の厚みとすること、すなわち、固体電解質部がセンサセル層に埋設されていない場合と比較して、ガスセンサ素子の厚みを薄くすることができる。

第１の態様に掛かるガスセンサ素子において、前記空間部の少なくとも一部に多孔材が配置されていても良い。この場合には、容積の大きな空間部に多孔材があることによりガスセンサ素子の強度を向上させることができる。

第２の態様は、ガスセンサを提供する。第２の態様に係るガスセンサは、第１の態様に係るガスセンサ素子を備える。この場合には、ガスセンサにおける、被測定ガスの濃度の測定が可能になるまでの立ち上がり時間を短縮することができる。

本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１を軸線ＡＸに沿う平面によって切断した縦断面図である。ガスセンサ素子を構成する各部材を示す分解斜視図である。ガスセンサ素子の外観図である。図３における４−４切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す縦断面図である。図３における５−５切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す横断面図である。比較例としてのガスセンサ素子の横断面を模式的に示す説明図である。解析対象１と解析対象２における昇温効率を検証するための説明図である。

第１の実施形態：
図１は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１を軸線ＡＸに沿う平面によって切断した縦断面図である。ガスセンサ１は、例えば、内燃機関の排気管に装着され、酸素センサとして使用される。以下では、ガスセンサ１の検出端側（センサセルが配置されている側）を先端側ＤＬ１、リード線７８、７９が延伸する側を基端側ＤＬ２として説明する。

ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０と主体金具２０とを主に備える。ガスセンサ素子１０は長尺板状の素子であり、被測定ガスである排ガス中の酸素濃度を測定するためのセンサセルを有している。ガスセンサ素子１０は、センサセルが配置されている先端部１０ｓとリード線７８、７９と電気的に接続されるセンサパッド部１５、ヒータパッド部１７が配置されている基端部１０ｋとを有する。ガスセンサ素子１０は、先端部１０ｓが主体金具２０の先端側よりも突出し、基端部１０ｋが主体金具２０の基端側よりも突出した状態で、主体金具２０によって保持されている。ガスセンサ素子１０は、また、長手方向ＤＬに沿うガスセンサ素子１０の中心線とガスセンサ１の軸線ＡＸとが一致するようにガスセンサ１内に配置されている。

主体金具２０は、ガスセンサ素子１０を内部に保持する筒状の金具である。主体金具２０の先端側には、金属製の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が配置され、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆っている。外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２は複数のガス導入孔３１ｈ、３２ｈを有している。外部プロテクタ３１の外部の被測定ガスは、ガス導入孔３１ｈ、３２ｈを通じて内部プロテクタ３２の内側に配置されているガスセンサ素子１０の先端部１０ｓの周囲に導入される。

主体金具２０の内部には、ガスセンサ素子１０の外周を取り囲むように環状のセラミックホルダ２１と、粉末充填層２２、２３（以下、滑石リング２２、２３ともいう。）と、セラミックスリーブ２４とが、この順に先端側ＤＬ１から基端側ＤＬ２にかけて配置されている。セラミックホルダ２１や滑石リング２２の外周には金属ホルダ２５が配置されている。また、セラミックスリーブ２４の基端側には加締パッキン２６が配置されている。主体金具２０の基端部２７は、加締パッキン２６を介してセラミックスリーブ２４を先端側に押し付けるようにして加締められている。

主体金具２０の基端側には、ガスセンサ素子１０の基端部１０ｋを取り囲むように筒状の外筒５１が配置されている。さらに、外筒５１の内側には、セパレータ６０が配置されている。セパレータ６０は、ガスセンサ素子１０の基端部１０ｋの周囲を取り囲むと共に、４本のリード線７８、７９（図１では２本のみ図示）の先端に取り付けられている４つの端子部材７５、７６（図１では２つのみ図示）を互いに離間して保持する。セパレータ６０は、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有している。この挿入孔６２には、ガスセンサ素子１０の基端部１０ｋが挿入される。挿入孔６２内には、４個の端子部材７５、７６が互いに離間して配置されており、それぞれガスセンサ素子１０のセンサパッド部１４、１５およびヒータパッド部１６、１７に弾性的に当接し電気的な接続を実現している。外筒５１の基端側には、外筒５１の基端開口部を閉塞するグロメット７３がはめ込まれている。４本のリード線７８、７９は、このグロメット７３を貫通している。なお、ガスセンサ素子１０の基端部１０ｋと大気とは図示しない連通路によって連通されている。

図２は、ガスセンサ素子を構成する各部材を示す分解斜視図である。図３は、ガスセンサ素子の外観図である。図４は、図３における４−４切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す縦断面図である。図５は、図３における５−５切断線で切断した、ガスセンサ素子を構成する各部材の積層状態を模式的に示す横断面図である。図２〜図４では、左側がガスセンサ１の先端側ＤＬ１となり、右側が基端側ＤＬ２になる。

ガスセンサ素子１０は、厚さ方向（積層方向ともいう）ＤＴに積層されている複数のセラミック層及び導体層を備えている。具体的には、ガスセンサ素子１０は、センサセル層１１０、第１の絶縁性セラミック層１２０、第２の絶縁性セラミック層１３０および発熱層１４０を備えている。各層は、図２において、発熱層１４０の上側に第１の絶縁性セラミック層１２０、第１の絶縁性セラミック層１２０の上側にセンサセル層１１０、センサセル層１１０の上側に第２の絶縁性セラミック層１３０の順序で積層配置されている。また、各層１１０、１２０、１３０および１４０は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅および長さ）の等しい矩形板状を有している。

センサセル層１１０は、被測定ガス中の酸素濃度の検出に用られるセンサセル１１１を有する。センサセル層１１０は、センサセル層１１０の基体１１２を厚さ方向ＤＴに貫通する、平面視矩形状の貫通領域１１２ｈを先端側に、平面視円形状の貫通孔１１２ｘを基端側に備えている。貫通領域１１２ｈの開口面積は、貫通孔１１２ｘの開口面積よりも十分に大きい。センサセル層１１０はさらに、貫通領域１１２ｈ内に配置されている固体電解質（ジルコニア）セラミックからなる板状の固体電解質部１１３とを備える。基体１１２は、第１の絶縁性セラミック層１２０に面する第１の基体面１１２ａおよび第２の絶縁性セラミック層１３０に面する第２の基体面１１２ｂを有している。固体電解質部１１３は第１の基体面１１２ａと同一面をなす第１の固体電解質面１１３ａおよび第２の基体面１１２ｂと同一面をなす第２の固体電解質面１１３ｂを有している。第１の基体面１１２ａおよび第２の基体面１１２ｂには、一対の薄膜状の第１の電極１１４および第２の電極１１５がそれぞれ配置されている。第１の電極１１４および第２の電極１１５は、それぞれ幅広の電極部１１４ｍ、１１５ｍと線状（帯状）のリード部１１４ｎ、１１５ｎとを有し、電極部１１４ｍは第１の固体電解質面１１２ａ上に配置され、電極部１１５ｍは第２の固体電解質面１１２ｂ上に配置されている。本明細書においては、固体電解質部１１３、第１の電極１１４および第２の電極１１５によってセンサセル１１１が構成されている。第１の電極１１４および第２の電極１１５は、白金等の貴金属、遷移金属およびこれらのうち２種類以上を含む合金等によって形成され得る。第１の電極１１４は貫通孔１１２ｘを介して後述するセンサパッド部１４と電気的に接続される。なお、第１および第２の固体電解質面１１３ａ、１１３ｂはそれぞれ、特許請求の範囲における固体電解質部の第１および第２の面に相当する。

第１の絶縁性セラミック層１２０は、被測定ガスが導入される測定室１２１を有する。第１の絶縁性セラミック層１２０は、長手方向に並ぶ第１の基体１２２ｍおよび第１の基体よりも大きな第２の基体１２２ｎと、第１の基体１２２ｍおよび第２の基体１２２ｎとの間に配置されている２つの絶縁性セラミックからなる多孔部１２３とを備えている。測定室１２１は、第１および第２の基体１２２ｍ、１２２ｎと、２つの多孔部１２３と、発熱層１４０と、第１の基体面１１２ａとによって区画形成される。測定室１２１の容積は、第１および第２の基体１２２ｍ、１２２ｎと、発熱層１４０と、第１の基体面１１２ａと、２つの多孔部１２３の外側面により区画される空間の容積である。つまり、２つの多孔部１２３は存在しないと仮定した場合の容積を測定室１２１の容積と定める。測定室１２１には、多孔部１２３を介して被測定ガスが導入され、多孔部１２３は、ガスセンサ素子１０の外部から測定室１２１内に、被測定ガスを所定の律速条件で導入する拡散律速層である。測定室１２１は、積層方向において、センサセル層１１０が備える固体電解質部１１３と対向する位置に形成されている。すなわち、固体電解質部１１３は測定室１２１を覆うように配置されている。なお、第１の絶縁性セラミック層１２０は、他の層よりも薄い厚みを有している。

第２の絶縁性セラミック層１３０は、一の面がセンサセル層１１０と対向して接する枠体層１３０ａと、枠体層１３０ａの他の面と対向して接する保護層１３０ｂとを備えている。保護層１３０ｂの外側面、すなわち、枠体層１３０ａと対向しない面はガスセンサ素子１０の一の外面を構成する。枠体層１３０ａは、基準ガスとしての大気が導入される大気導入室１３１ａおよび大気導入室１３１ａに対してガスセンサ１の外部から大気を導く大気導入部１３１ｂに相当する空間領域を有している。大気導入室１３１ａおよび大気導入部１３１ｂは、保護層１３０ｂおよび第２の基体面１１２ｂとによって空間領域が塞がれることによって区画形成される。大気導入室１３１ａおよび大気導入部１３１ｂの少なくともいずれか一方は、第２の絶縁性セラミック層１３０が備える空間部に相当する。空間部の容積は、大気導入室１３１ａ並びに大気導入部１３１ｂの少なくともいずれか一方の容積である。なお、枠体層１３０ａにおける大気導入部１３１ｂについては、保護層１３０ｂの基端側端面および基体１１２の基端側端面を結ぶ仮想面により大気導入部１３１ｂの開口部が塞がれることによって空間部が区画される。大気導入部１３１ｂは、既述のように図示しない連通路を介してガスセンサ１の外部（大気）と連通し、その内部に多孔材１３４が配置されている。ここで、測定室１２１の容積と同様、大気導入部１３１ｂも多孔材１３４が存在しないと仮定した容積を大気導入部１３１ｂの容積とする。なお、大気導入室１３１ａの容積は測定室１２１の容積よりも大きく、図５に示すようにガスセンサ素子１０の長手方向に対する直交断面における、大気導入室１３１ａの断面積は測定室１２１の断面積よりも大きい。枠体層１３０ａの基端側および保護層１３０ｂの基端側にはそれぞれ、平面視円形状の貫通孔１３２ｘ、１３２ｙ、１３３ｘ、１３３ｙが形成されている。貫通孔１３２ｘ、１３３ｘは、センサセル層１１０に形成されている貫通孔１１２ｘに対応する位置に形成されている。貫通孔１３２ｙ、１３３ｙは、第２の電極１１５と後述するセンサパッド部１５と電気的に接続するために用いられる。

発熱層１４０は、第１の発熱層１４０ａ、第２の発熱層１４０ｂおよび第１の発熱層１４０ａと第２の発熱層１４０ｂとの間に配置される発熱体１４１を備えている。第１の発熱層１４０ａの一の面は第１の絶縁性セラミック層１２０と対向して接しており、他の面は発熱体１４１および第２の発熱層１４０ｂの一の面と対向して接している。第２の発熱層１４０ｂの一の面、すなわち、内側面は第１の発熱層１４０ａの他の面および発熱体１４１と対向して接しており、他の面、すなわち、外側面はガスセンサ素子１０の他の外面を構成する。第２の発熱層１４０ｂの基端側には、平面視円形状の貫通孔１４２ｘ、１４２ｙが形成されている。第２の発熱層１４０ｂの外側面における貫通孔１４２ｘ、１４２ｙにはヒータパッド部１６、１７が配置されている。

発熱体１４１は、蛇行状のパターンを有する発熱部１４１ｍ、発熱部１４１ｍの両端にそれぞれ接続され、直線状に延びる２つのリード部１４１ｎを備えている。発熱体１４１の発熱部１４１ｍは、リード部１４１ｎ、貫通孔１４２ｘ、１４２ｙを介してヒータパッド部１６、１７と電気的に接続されている。発熱体１４１は、酸素濃度測定時に、ヒータパッド部１６、１７と電気的に接続されている２本のリード線７９を通じて発熱部１４１ｍに電流を供給し発熱させることで、固体電解質部１１３を加熱し活性化させる。

本実施形態に係るガスセンサ素子１０は、その構成上、大気導入室１３１ａと測定室１２１との間にセンサセル１１１が配置される。したがって、発熱層１４０は、センサセル層１１０に対して、測定室１２１を介して、あるいは、大気導入室１３１ａを介して配置されることとなる。すなわち、発熱層１４０は、第１の絶縁性セラミック層１２０におけるセンサセル層１１０と面していない外側、あるいは、第２の絶縁性セラミック層１３０におけるセンサセル層１１０に面していない外側に配置されることとなる。本実施形態においては、発熱体１４１による固体電解質部１１３の加熱効率を向上させるために、発熱層１４０は、より容積の小さな空間、すなわち、大気導入室１３１ａよりも容積の小さな測定室１２１を間に挟んで配置されている。この結果、本実施形態に係るガスセンサ素子１０は、発熱層１４０、第１の絶縁性セラミック層１２０、センサセル層１１０、第２の絶縁性セラミック層１３０の順に積層されている積層体を構成する。

各貫通孔１１２ｘ、１３２ｘおよび１３３ｘ、１３２ｙおよび１３３ｙ、並びに１４２ｘおよび１４２ｙの内部には導体が埋め込まれている。したがって、センサパッド部１４は貫通孔１１２ｘ、１３２ｘおよび１３３ｘ内に埋め込まれている導体を介して第１の電極１１４のリード部１１４ｎと導通し、センサパッド部１５は貫通孔１３２ｙおよび１３３ｙ内に埋め込まれている導体を介して第２の電極１１５のリード部１１５ｎと導通している。ヒータパッド部１６および１７は、それぞれ、貫通孔１４２ｘおよび１４２ｙの内部に埋め込まれている導体を介して発熱体１４１のリード部１４１ｎと導通している。

以上説明した第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０は、第１の絶縁性セラミック層１２０におけるセンサセル層１１０と面していない外側に発熱層１４０を備えている。すなわち、発熱層１４０と固体電解質部１１３との間には、大気導入室１３１ａよりも容積の小さな測定室１２１が配置されている。図６は比較例としてのガスセンサ素子の横断面を模式的に示す説明図である。この結果、図６に示す、測定室４４よりも容積の大きな大気導入室４１が発熱体４２１を含む発熱層４２と固体電解質部４３との間に配置されているガスセンサ素子４０と比較して、固体電解質部１１３の昇温効率を向上させることができる。すなわち、空気の熱伝導率は０．０２４１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、熱伝導率が７２（Ｗ／ｍ・Ｋ）である白金、３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるジルコニアと比較して極めて熱伝導率が低い。したがって、昇温対象である固体電解質部と発熱体との間に容積の大きな空気室が存在する場合には、昇温効率が低下、昇温対象の温度の上昇に時間、電力（エネルギ）を要することとなる。

第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０における昇温効率の向上について図７を参照して更に詳細に説明する。図７は解析対象１と解析対象２における昇温効率を検証するための説明図である。昇温効率の検討は、解析シミュレーションにより行った。図７において、横軸は発熱体に対する供給電力（Ｗ）を示し、縦軸は固体電解質部の両面に配置されている一対の電極のうち発熱体から遠い位置に位置する電極の平均温度（℃）を示す。図７において特性線Ｌ１は解析対象１の解析結果を示し、特性線Ｌ２は解析対象２の解析結果を示す。なお、解析対象１は本実施例に係るガスセンサ素子１０に対応し、解析対象２は比較例に係るガスセンサ素子４０に対応する。

解析対象１は、発熱体（発熱体１４１）、一の電極（第１の電極１１４）、固体電解質部（固体電解質部１１３）、他の電極（第２の電極１１５）、および大容量室（大気導入室１３１ａ）の積層順序をシミュレートし、解析対象２は、発熱体（４２１）、大容量室（４１）、一の電極（４３１）、固体電解質部（４３）、および他の電極（４３２）の積層順序をシミュレートする。なお、（）内はそれぞれ、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０、比較例に係るガスセンサ素子４０における対応構成を示す。具体的には、各解析対象の積層順序に、電極を形成する白金の熱伝導率、固体電解質部を形成するジルコニアの熱伝導率、および大容量室に相当する空気の熱伝導率を当てはめ、発熱体により与えられる熱量（電力）に対する、一対の電極のうち発熱体から遠い位置に位置する他の電極の平均温度をシミュレートした。他の電極は、発熱体から遠い固体電解質部の面に配置され、固体電解質部を介して熱が伝導されるので、他の電極の温度によって固体電解質部の温度を見積もることができる。図７から明らかなように、同じ発熱量（電力（Ｗ））に対して、発熱体と固体電解質部との間に大容量室が存在しない解析対象１（特性線Ｌ１）は、発熱体と固体電解質部との間に大容量室が存在する解析対象２（特性線Ｌ２）よりも高い温度を示しており、固体電解質部の昇温効率の向上を確認することができた。この結果、より低い電力にて同等の温度上昇を実現することができ、昇温効率を向上させることができる。また、より短い時間にてより低い電力にて同等の温度上昇を実現することができ、昇温効率を向上させることができる。

・変形例：
（１）上記第１の実施形態においては、各層１１０、１２０、１３０および１４０は、アルミナ等の絶縁性セラミックから形成されているが、ジルコニア等の導電性セラミックから形成されていても良い。この場合には、各層１１０、１２０、１３０および１４０間には絶縁層が配置される。

（２）上記第１の実施形態においては、ガスセンサ素子１０の長手方向（水平方向）に延伸する大気導入部１３１ｂによって大気導入室１３１ａには大気が導入されているが、大気導入部１３１ｂの途中から長手方向と交差する方向（例えば、垂直方向）に延伸する大気導入部が用いられても良い。すなわち、積層方向において固体電解質部１１３と重複する大気導入室１３１ａが配置されていれば上記第１の実施形態による昇温効率の向上の利益を享受することが可能であり、大気導入室１３１ａに大気を導く導入経路については種々の態様を取り得る。

（３）上記第１の実施形態においては、測定室１２１は、第１の基体１２２ｍおよび第２の基体１２２ｎと、２つの多孔部１２３とによって区画形成されているが、多孔部１２３を備えることなく、一の基体に貫通領域を設け、測定室１２１としても良い。この場合、被測定ガスは、例えば、別途形成されている積層方向に貫通しガスセンサ素子１０の外部と連通する連通路を介して測定室１２１に導入され得る。

（４）上記第１の実施形態においては、ガスセンサ素子１０が測定する測定ガス成分として酸素の濃度を測定する例について説明したが、酸素以外の他のガス成分が検出されても良い。

（５）上記第１の実施形態においては、大気導入室１３１ａと大気導入部１３１ｂとを分けて説明したが、全長にわたり幅が等しい大気導入路のみが備えられていても良い。この場合であっても、大気導入部１３１ｂの容積は測定室１２１の容積よりも大きく、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０による効果をえることができる。

（６）上記第１の実施形態においては、大気導入部１３１ｂに多孔材１３４が配置されているが、多孔材１３４は配置されていなくても良い。また、多孔材１３４は、大気導入部１３１ｂではなく大気導入室１３１ａに配置されていても良いし、大気導入室１３１ａおよび大気導入部１３１ｂの双方に配置されていても良い。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…ガスセンサ
１０…ガスセンサ素子
１０ｋ…基端部
１０ｓ…先端部
１４、１５…センサパッド部
１６、１７…ヒータパッド部
２０…主体金具
２１…セラミックホルダ
２２…粉末充填層
２２…滑石リング
２４…セラミックスリーブ
２５…金属ホルダ
２６…加締パッキン
２７…基端部
３１…外部プロテクタ
３１ｈ…ガス導入孔
３２…内部プロテクタ
４０…ガスセンサ素子
４１…大気導入室
４２…発熱層
４２１…発熱体
４３…固体電解質部
４４…測定室
５１…外筒
６０…セパレータ
６２…挿入孔
７３…グロメット
７５…端子部材
７８、７９…リード線
１１０…センサセル層
１１１…センサセル
１１２…基体
１１２ａ…第１の基体面
１１２ｂ…第２の基体面
１１２ｈ…貫通領域
１１２ｘ…貫通孔
１１３…固体電解質部
１１３ａ…第１の固体電解質面
１１３ｂ…第２の固体電解質面
１１４…第１の電極
１１４ｍ…電極部
１１４ｎ…リード部
１１５…第２の電極
１１５ｍ…電極部
１１５ｎ…リード部
１２０…第１の絶縁性セラミック層
１２１…測定室
１２２ｍ…第１の基体
１２２ｎ…第２の基体
１２３…多孔部
１３０…第２の絶縁性セラミック層
１３０ａ…枠体層
１３０ｂ…保護層
１３１ａ…大気導入室
１３１ｂ…大気導入部
１３１ｘ、１３１ｙ、１３２ｘ、１３２ｙ…貫通孔
１３４…多孔材
１４０…発熱層
１４０ａ…第１の発熱層
１４０ｂ…第２の発熱層
１４１…発熱体
１４１ｍ…発熱部
１４１ｎ…リード部
１４２ｘ…貫通孔
ＡＸ…軸線
ＤＬ…長手方向
ＤＬ１…先端側
ＤＬ２…基端側
ＤＴ…厚さ（積層）方向
Ｌ１…特性線
Ｌ２…特性線

Claims

ガスセンサ素子であって、
発熱体を含む発熱層と、
前記発熱層と接して配置され、被測定ガスが導入される測定室を有する第１のセラミック層と、
前記第１のセラミック層に接して配置され、固体電解質部と、前記固体電解質部における前記測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極とを有するセンサセル層と
前記センサセル層に接して配置され、前記測定室よりも容積の大きな空間部を有する第２のセラミック層と、を備え、
前記ガスセンサ素子は長尺板状であり、
前記ガスセンサ素子の長手方向に対する直交断面における、前記空間部の断面積は前記測定室の断面積よりも大きい、ガスセンサ素子。
ガスセンサ素子であって、
発熱体を含む発熱層と、
前記発熱層と接して配置され、被測定ガスが導入される測定室を有する第１のセラミック層と、
前記第１のセラミック層に接して配置され、固体電解質部と、前記固体電解質部における前記測定室に面する面に少なくとも一方の電極が配置されている一対の電極とを有するセンサセル層と
前記センサセル層に接して配置され、前記測定室よりも容積の大きな空間部を有する第２のセラミック層と、を備え、
前記空間部は、大気が導入される大気導入室である、ガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子において、
前記固体電解質部は、前記測定室に面する第１の面と、前記空間部に面する第２の面とを有し、
前記一対の電極は、前記固体電解質部の前記第１の面および前記第２の面にそれぞれ配置されている第１の電極および第２の電極を備える、ガスセンサ素子。
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記第１のセラミック層は、前記第１のセラミック層に平行で多孔質部を有する導入路であって、前記測定室と連通する導入路を備える、ガスセンサ素子。
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記固体電解質部は、前記センサセル層に設けられている貫通領域に配設されている、ガスセンサ素子。
請求項１から５のいずれか一項に記載のガスセンサ素子において、
前記空間部の少なくとも一部に多孔材が配置されている、ガスセンサ素子。
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスセンサ素子を備える、ガスセンサ。