JP6820759B2 - Gas sensor element - Google Patents

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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

本開示は、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子に関する。 The present disclosure relates to a gas sensor element that detects the concentration of a specific gas contained in a gas to be measured.

特許文献1のように、被測定ガスに含まれる特定ガス、例えば窒素酸化物の濃度(以下、NOx濃度)を検出するNOxセンサが知られている。
特許文献1に記載のNOxセンサのガスセンサ素子では、被測定ガスが第1測定室に導入され、固体電解質体と一対の第1電極とからなる第1ポンピングセルによって被測定ガスの酸素濃度が所定の濃度に調整される。そして、この酸素濃度が調整された被測定ガスが第1測定室から第2測定室に流入し、固体電解質体と一対の第2電極とからなる第2ポンピングセルにて被測定ガス中のNOxが分解され、一対の第2電極間にNOx濃度に応じた第2ポンピング電流が流れる。また、特許文献1に記載のNOxセンサのガスセンサ素子は、固体電解質層における酸素イオンの伝導性を高めてNOxセンサの動作を安定化させるために、NOxセンサを活性化温度まで加熱するヒータを備える。
As in Patent Document 1, a NOx sensor that detects the concentration of a specific gas contained in a gas to be measured, for example, a nitrogen oxide concentration (hereinafter, NOx concentration) is known.
In the gas sensor element of the NOx sensor described in Patent Document 1, the gas to be measured is introduced into the first measurement chamber, and the oxygen concentration of the gas to be measured is determined by the first pumping cell composed of the solid electrolyte and the pair of first electrodes. Is adjusted to the concentration of. Then, the gas to be measured whose oxygen concentration is adjusted flows from the first measurement chamber to the second measurement chamber, and NOx in the gas to be measured is generated in the second pumping cell composed of the solid electrolyte and the pair of second electrodes. Is decomposed, and a second pumping current corresponding to the NOx concentration flows between the pair of second electrodes. Further, the gas sensor element of the NOx sensor described in Patent Document 1 includes a heater that heats the NOx sensor to the activation temperature in order to increase the conductivity of oxygen ions in the solid electrolyte layer and stabilize the operation of the NOx sensor. ..

そして、特許文献1に記載のNOxセンサのガスセンサ素子は、長尺の板状に形成されており、表面および裏面の何れか一方に、第2ポンピング電流を検出するための1つの電極パッド(以下、第2ポンピング電流用電極パッド)と、ヒータに通電するための2つの電極パッドが形成されている。 The gas sensor element of the NOx sensor described in Patent Document 1 is formed in the shape of a long plate, and one electrode pad for detecting the second pumping current (hereinafter, on either the front surface or the back surface). , The second pumping current electrode pad) and two electrode pads for energizing the heater are formed.

特開2010−266429号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-266429

上記の第2電極と第2ポンピング電流用電極パッドとを電気的に接続するためにガスセンサ素子の内部に形成されるスルーホールが第2ポンピング電流用電極パッドの直下に配置されると、第2ポンピング電流用電極パッドの表面が凹む恐れがある。そして、第2ポンピング電流用電極パッドの表面が凹むと、第2ポンピング電流用電極パッドと、第2ポンピング電流用電極パッドに接続される接続端子との接触不良が発生する可能性が高くなってしまう。 When the through hole formed inside the gas sensor element for electrically connecting the second electrode and the second pumping current electrode pad is arranged directly under the second pumping current electrode pad, the second electrode is placed. The surface of the pumping current electrode pad may be dented. If the surface of the second pumping current electrode pad is recessed, there is a high possibility that poor contact between the second pumping current electrode pad and the connection terminal connected to the second pumping current electrode pad will occur. It ends up.

本開示は、電極パッドの凹みの発生を抑制することを目的とする。 An object of the present disclosure is to suppress the occurrence of dents in the electrode pads.

本開示の一態様は、測定室と、第1ポンピングセルと、第2ポンピングセルと、ヒータとを有して長尺の板状に形成された素子本体部を備えたガスセンサ素子である。
測定室には、被測定ガスが導入される。第1ポンピングセルは、酸素イオン伝導性の第1固体電解質体と、第1固体電解質体上に形成された一対の第1電極とを有し、一対の第1電極の間で第1ポンピング電流を流すことにより、測定室に導入された被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。
One aspect of the present disclosure is a gas sensor element having a measuring chamber, a first pumping cell, a second pumping cell, and a heater, and having an element main body formed in a long plate shape.
The gas to be measured is introduced into the measurement chamber. The first pumping cell has an oxygen ion conductive first solid electrolyte body and a pair of first electrodes formed on the first solid electrolyte body, and a first pumping current is provided between the pair of first electrodes. Oxygen in the gas to be measured introduced into the measurement chamber is pumped out or pumped out by flowing the flow.

第2ポンピングセルは、酸素イオン伝導性の第2固体電解質体と、第2固体電解質体上に形成された一対の第2電極とを有し、第1ポンピングセルにて測定室内における酸素濃度が調整された被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度に応じて値が変化する第2ポンピング電流が一対の第2電極の間で流れる。 The second pumping cell has an oxygen ion conductive second solid electrolyte body and a pair of second electrodes formed on the second solid electrolyte body, and the oxygen concentration in the measurement chamber is measured in the first pumping cell. A second pumping current whose value changes according to the concentration of the specific gas contained in the adjusted gas to be measured flows between the pair of second electrodes.

ヒータは、発熱抵抗体と、発熱抵抗体の両端に接続された一対のリード部とを有し、第1ポンピングセルおよび第2ポンピングセルを加熱する。
素子本体部は、表面および裏面の何れか一方をパッド形成面として、パッド形成面上に形成された第1電極パッド、第2電極パッドおよび第3電極パッドを備える。第1電極パッドは、パッド形成面上において、第2電極パッドおよび第3電極パッドよりも、第1ポンピングセルおよび第2ポンピングセルから遠くなるように配置される。
The heater has a heat generating resistor and a pair of lead portions connected to both ends of the heat generating resistor, and heats the first pumping cell and the second pumping cell.
The element main body includes a first electrode pad, a second electrode pad, and a third electrode pad formed on the pad forming surface with either the front surface or the back surface as a pad forming surface. The first electrode pad is arranged on the pad forming surface so as to be farther from the first pumping cell and the second pumping cell than the second electrode pad and the third electrode pad.

素子本体部は、パッド形成面を有する第1絶縁層と、パッド形成面とは反対側の面で第1絶縁層上に積層される第2絶縁層とを備える。第1電極パッドは、少なくとも、第1絶縁層を貫通する第1貫通孔と、第2絶縁層を貫通する第2貫通孔とを介して、一対の第2電極の何れか一方と電気的に接続される。 The element main body includes a first insulating layer having a pad forming surface and a second insulating layer laminated on the first insulating layer on a surface opposite to the pad forming surface. The first electrode pad is electrically connected to either one of the pair of second electrodes via at least a first through hole penetrating the first insulating layer and a second through hole penetrating the second insulating layer. Be connected.

第2貫通孔は、第1絶縁層と第2絶縁層とが積層されている方向を積層方向として、積層方向に沿って第2貫通孔を通る直線である積層方向直線上に、第1電極パッドと第1貫通孔が位置しないように配置される。また、第2貫通孔は、積層方向直線上に、パッド形成面の長手方向に沿って第1貫通孔を通る直線が位置しないように配置される。また、第2貫通孔は、積層方向直線上に、第1反対領域および第2反対領域の何れか一方が位置するように配置される。第1反対領域は、パッド形成面において、第2電極パッドを挟んで第1ポンピングセルおよび第2ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域である。第2反対領域は、パッド形成面において、第3電極パッドを挟んで第1ポンピングセルおよび第2ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域である。 The first through hole is formed on a straight line in the stacking direction, which is a straight line passing through the second through hole along the stacking direction, with the direction in which the first insulating layer and the second insulating layer are laminated as the stacking direction. The pad and the first through hole are arranged so as not to be located. Further, the second through hole is arranged so that the straight line passing through the first through hole is not located along the longitudinal direction of the pad forming surface on the straight line in the stacking direction. Further, the second through hole is arranged so that either one of the first opposite region and the second opposite region is located on the straight line in the stacking direction. The first opposite region is a region on the pad forming surface opposite to the first pumping cell and the second pumping cell being arranged with the second electrode pad interposed therebetween. The second opposite region is a region on the pad forming surface opposite to the area where the first pumping cell and the second pumping cell are arranged with the third electrode pad interposed therebetween.

このように構成された本開示のガスセンサ素子では、積層方向に沿って第1電極パッド、第2電極パッドおよび第3電極パッドを通るそれぞれの直線上(すなわち、第1電極パッド、第2電極パッドおよび第3電極パッドの直下)に第2貫通孔が配置されない。このため、本開示のガスセンサ素子は、第1電極パッド、第2電極パッドおよび第3電極パッドの凹みの発生を抑制することができる。 In the gas sensor element of the present disclosure configured as described above, the first electrode pad, the second electrode pad, and the second electrode pad are formed on their respective straight lines passing through the first electrode pad, the second electrode pad, and the third electrode pad along the stacking direction. And the second through hole is not arranged (directly below the third electrode pad). Therefore, the gas sensor element of the present disclosure can suppress the occurrence of dents in the first electrode pad, the second electrode pad, and the third electrode pad.

NOxセンサ1の断面図である。It is sectional drawing of NOx sensor 1. 素子本体部31とセンサ制御装置170の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the element main body part 31 and the sensor control device 170. 素子本体部31の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the element main body 31. 絶縁層118の上面と、絶縁層119の下面と、絶縁層120の上面および下面における後端側BEの端部を示す図である。It is a figure which shows the upper surface of the insulating layer 118, the lower surface of the insulating layer 119, and the end of the rear end side BE on the upper surface and the lower surface of the insulating layer 120.

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のNOxセンサ1は、車両に搭載され、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOx)を検出する。
The embodiments of the present disclosure will be described below together with the drawings.
The NOx sensor 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle and detects nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

NOxセンサ1は、図1に示すように、主体金具2と、ガスセンサ素子3と、保持部4と、プロテクタ5と、外筒6と、複数のリード線7と、複数の接続端子8と、分離部9と、グロメット10を備える。図1において、ガスセンサ1の下端側を先端側FEといい、ガスセンサ1の上端側を後端側BEという。 As shown in FIG. 1, the NOx sensor 1 includes a main metal fitting 2, a gas sensor element 3, a holding portion 4, a protector 5, an outer cylinder 6, a plurality of lead wires 7, and a plurality of connection terminals 8. A separation unit 9 and a grommet 10 are provided. In FIG. 1, the lower end side of the gas sensor 1 is referred to as a front end side FE, and the upper end side of the gas sensor 1 is referred to as a rear end side BE.

主体金具2は、例えばステンレス等の耐熱金属で筒状に形成された部材である。主体金具2は、本体部21と取付部22を備える。
本体部21は、ガスセンサ1の軸線Oの方向(以下、軸線方向DA)に延びる円筒状に形成され、その外周に雄ネジ21aが形成されている。雄ネジ21aは、ガスセンサ1を内燃機関の排気管に取り付けるために排気管に設けられている取付ネジ孔に嵌め合わせることが可能な形状を有する。また本体部21は、軸線方向DAに沿って貫通する貫通孔21bを備える。貫通孔21bの内周壁には、径方向内側に向かって突出する段部21cが形成されている。
The main metal fitting 2 is a member formed in a tubular shape with a heat-resistant metal such as stainless steel. The main metal fitting 2 includes a main body portion 21 and a mounting portion 22.
The main body 21 is formed in a cylindrical shape extending in the direction of the axis O of the gas sensor 1 (hereinafter, the axial direction DA), and a male screw 21a is formed on the outer periphery thereof. The male screw 21a has a shape that can be fitted into a mounting screw hole provided in the exhaust pipe for mounting the gas sensor 1 to the exhaust pipe of the internal combustion engine. Further, the main body 21 is provided with a through hole 21b penetrating along the axial direction DA. A step portion 21c that projects inward in the radial direction is formed on the inner peripheral wall of the through hole 21b.

取付部22は、本体部21において雄ネジ21aよりも後端側BEに位置する外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成されている。取付部22は、ガスセンサ1を排気管に取り付けるときに六角レンチ等の取付工具を嵌合させるための部位である。 The mounting portion 22 extends outward along the radial direction from the outer circumference located on the rear end side BE of the male screw 21a in the main body portion 21, and the outer circumference is formed in a hexagonal plate shape. The mounting portion 22 is a portion for fitting a mounting tool such as a hexagon wrench when mounting the gas sensor 1 on the exhaust pipe.

ガスセンサ素子3は、素子本体部31と保護層32を備える。素子本体部31は、軸線方向DAに延びる長尺の板状に形成されている。そして、素子本体部31の先端側FEに、ガスセンサ素子3が晒される被測定ガス(本実施形態では内燃機関の排気ガス)に含まれる特定ガス(本実施形態ではNOx)の濃度を検出する検知部31aが形成されている。保護層32は、多孔質状のアルミナで形成されており、少なくとも検知部31aを覆うようにして素子本体部31の先端側FEに配置される。 The gas sensor element 3 includes an element main body 31 and a protective layer 32. The element main body 31 is formed in the shape of a long plate extending in the axial direction DA. Then, the detection that detects the concentration of the specific gas (NOx in this embodiment) contained in the gas to be measured (exhaust gas of the internal combustion engine in this embodiment) to which the gas sensor element 3 is exposed to the tip side FE of the element main body 31. Part 31a is formed. The protective layer 32 is made of porous alumina and is arranged on the tip end side FE of the element main body 31 so as to cover at least the detection unit 31a.

保持部4は、セラミックホルダ41と滑石リング42,43とセラミックスリーブ44とパッキン45と金属ホルダ46を備える。
主体金具2の貫通孔21bの内部には、先端側FEから後端側BEに向かって順に、ガスセンサ素子3の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ41と、粉末充填層である滑石リング42,43と、セラミックスリーブ44とが積層されている。
The holding portion 4 includes a ceramic holder 41, talc rings 42, 43, a ceramic sleeve 44, a packing 45, and a metal holder 46.
Inside the through hole 21b of the main metal fitting 2, a ceramic holder 41 which is a tubular member surrounding the radial circumference of the gas sensor element 3 and a powder filling layer are formed in this order from the front end side FE to the rear end side BE. The talc rings 42 and 43 and the ceramic sleeve 44 are laminated.

セラミックスリーブ44と主体金具2の後端側BEの端部との間には、パッキン45が配置されている。セラミックホルダ41と主体金具2の段部21cとの間には、金属ホルダ46が配置されている。金属ホルダ46は、滑石リング42とセラミックホルダ41を保持する。主体金具2の後端側BEの端部は、パッキン45を介してセラミックスリーブ44を先端側FEに向かって押し付けるように加締められる。これにより、滑石リング42,43が圧縮充填され、保持部4は、ガスセンサ素子3の先端側FEが主体金具2の先端側FEより突出するとともに、ガスセンサ素子3の後端側BEが主体金具2の後端側BEより突出する状態で、ガスセンサ素子3を保持する。 A packing 45 is arranged between the ceramic sleeve 44 and the end portion of the rear end side BE of the main metal fitting 2. A metal holder 46 is arranged between the ceramic holder 41 and the stepped portion 21c of the main metal fitting 2. The metal holder 46 holds the talc ring 42 and the ceramic holder 41. The end portion of the rear end side BE of the main metal fitting 2 is crimped so as to press the ceramic sleeve 44 toward the front end side FE via the packing 45. As a result, the talc rings 42 and 43 are compression-filled, and in the holding portion 4, the front end side FE of the gas sensor element 3 protrudes from the front end side FE of the main metal fitting 2, and the rear end side BE of the gas sensor element 3 is the main metal fitting 2. The gas sensor element 3 is held in a state of protruding from the rear end side BE.

プロテクタ5は、主体金具2から突出するガスセンサ素子3の先端側FEの端部を覆うように筒状に形成された金属製の部材である。プロテクタ5には、複数のガス取入孔が形成されている。プロテクタ5は、溶接により、主体金具2の先端側FEの外周に接合されている。 The protector 5 is a metal member formed in a tubular shape so as to cover the end portion of the FE on the distal end side of the gas sensor element 3 protruding from the main metal fitting 2. A plurality of gas intake holes are formed in the protector 5. The protector 5 is joined to the outer periphery of the FE on the tip end side of the main metal fitting 2 by welding.

プロテクタ5は、二重構造をなしており、外側プロテクタ51と内側プロテクタ52を備える。外側には、有底円筒状の外側プロテクタ51が配置され、内側には、有底円筒状の内側プロテクタ52が配置される。 The protector 5 has a double structure and includes an outer protector 51 and an inner protector 52. A bottomed cylindrical outer protector 51 is arranged on the outside, and a bottomed cylindrical inner protector 52 is arranged on the inside.

外筒6は、軸線方向DAに延びる筒状に形成された金属製の部材である。外筒6は、先端側FEの端部の開口部6a内に、主体金具2の本体部21において取付部22よりも後端側BEに位置する部分を嵌め込んだ状態で固定される。 The outer cylinder 6 is a metal member formed in a tubular shape extending in the axial direction DA. The outer cylinder 6 is fixed in a state in which a portion of the main body 21 of the main metal fitting 2 located on the rear end side BE of the main metal fitting 2 is fitted into the opening 6a at the end portion of the front end side FE.

複数のリード線7は、素子本体部31の後端側BEに形成された複数の電極パッド36a,36b,36c,37a,37b,37cのそれぞれに対応して設けられており、素子本体部31と、ガスセンサ素子3を駆動制御するセンサ制御装置170とを電気的に接続するための導線である。なお、図1では2本のリード線7を示す。また、電極パッド36a,36b,36c,37a,37b,37cは図1に示しておらず、図3に示している。また、センサ制御装置170は、図1に示しておらず、図2に示している。 The plurality of lead wires 7 are provided corresponding to the plurality of electrode pads 36a, 36b, 36c, 37a, 37b, 37c formed on the rear end side BE of the element main body 31, respectively, and the element main body 31 And a lead wire for electrically connecting the sensor control device 170 that drives and controls the gas sensor element 3. Note that FIG. 1 shows two lead wires 7. Further, the electrode pads 36a, 36b, 36c, 37a, 37b, 37c are not shown in FIG. 1, but are shown in FIG. Further, the sensor control device 170 is not shown in FIG. 1 but is shown in FIG.

複数の接続端子8は、複数のリード線7のそれぞれに対応して設けられ、対応するリード線7の一端部に取り付けられる。
分離部9は、セパレータ91,92と保持部材93を備える。セパレータ91,92は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたセラミック製の部材であり、先端側FEから後端側BEに向かって順にセパレータ91とセパレータ92とが積層された状態で、外筒6内に配置される。
The plurality of connection terminals 8 are provided corresponding to each of the plurality of lead wires 7, and are attached to one end of the corresponding lead wires 7.
The separation unit 9 includes separators 91 and 92 and a holding member 93. The separators 91 and 92 are ceramic members formed in a cylindrical shape extending in the axial direction DA, and the separator 91 and the separator 92 are laminated in this order from the front end side FE to the rear end side BE, and are outside. It is arranged in the cylinder 6.

セパレータ91の内部には、複数の接続端子8と、素子本体部31の後端側BEの一部分とを収容可能な空間が形成されている。セパレータ91は、複数の接続端子8の後端側BEがセパレータ91の後端側BEより突出しており且つ複数の接続端子8が互いに接触しない状態を保持して、複数の接続端子8を内部に収容する。またセパレータ91は、複数の接続端子8がそれぞれ素子本体部31の電極パッド36a,36b,36c,37a,37b,37cに接触している状態を保持する。また、セパレータ91の後端側BEの外周面には、径方向に沿って外側へ延びる鍔部91aが形成されている。 Inside the separator 91, a space capable of accommodating a plurality of connection terminals 8 and a part of the rear end side BE of the element main body 31 is formed. The separator 91 holds a state in which the rear end side BEs of the plurality of connection terminals 8 protrude from the rear end side BEs of the separator 91 and the plurality of connection terminals 8 do not contact each other, and the plurality of connection terminals 8 are placed inside. To accommodate. Further, the separator 91 holds a state in which the plurality of connection terminals 8 are in contact with the electrode pads 36a, 36b, 36c, 37a, 37b, 37c of the element main body 31, respectively. Further, a flange portion 91a extending outward along the radial direction is formed on the outer peripheral surface of the rear end side BE of the separator 91.

セパレータ92には、軸線方向DAに沿って貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、上記の複数の接続端子8のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔には、それぞれ対応する接続端子8が挿入される。 The separator 92 is formed with a plurality of through holes penetrating along the axial direction DA. The plurality of through holes are provided corresponding to each of the plurality of connection terminals 8 described above, and the corresponding connection terminals 8 are inserted into the plurality of through holes.

保持部材93は、本体部93aと湾曲部93bを備える。本体部93aは、軸線方向DAに延びる筒状に形成された金属製の部材である。湾曲部93bは、本体部93aの後端側BEから延びてU字状に曲げられた部材である。保持部材93は、鍔部91aよりも先端側FEで外筒6とセパレータ91との間に位置するように設置される。これにより、本体部93aは、外筒6の内周面に接触する状態となり、湾曲部93bは、セパレータ91をその内側に向けて押し付ける状態となる。このため、セパレータ91は保持部材93によって外筒6内に保持される。 The holding member 93 includes a main body portion 93a and a curved portion 93b. The main body portion 93a is a metal member formed in a tubular shape extending in the axial direction DA. The curved portion 93b is a member that extends from the rear end side BE of the main body portion 93a and is bent in a U shape. The holding member 93 is installed so as to be located between the outer cylinder 6 and the separator 91 on the tip side FE of the collar portion 91a. As a result, the main body portion 93a is in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 6, and the curved portion 93b is in a state of pressing the separator 91 toward the inside thereof. Therefore, the separator 91 is held in the outer cylinder 6 by the holding member 93.

またセパレータ92は、その先端側FEの端部および後端側BEの端部がそれぞれセパレータ91およびグロメット10に押し付けられた状態となっている。これにより、セパレータ92は外筒6内に保持される。 Further, the separator 92 is in a state in which the end portion of the front end side FE and the end portion of the rear end side BE are pressed against the separator 91 and the grommet 10, respectively. As a result, the separator 92 is held in the outer cylinder 6.

グロメット10は、軸線方向DAに延びる円筒状に形成されたフッ素ゴム製の弾性部材である。グロメット10には、軸線方向DAに沿って貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、上記の複数のリード線7のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔には、それぞれ対応するリード線7が挿入される。 The grommet 10 is an elastic member made of fluororubber formed in a cylindrical shape extending in the axial direction DA. The grommet 10 is formed with a plurality of through holes penetrating along the axial direction DA. The plurality of through holes are provided corresponding to each of the plurality of lead wires 7 described above, and the corresponding lead wires 7 are inserted into the plurality of through holes.

グロメット10は、外筒6における後端側BEの端部の開口部6bの内側に配置され、外筒6を介して径方向に加締められる。これにより、外筒6における後端側BEの端部の開口部6bが閉塞される。 The grommet 10 is arranged inside the opening 6b at the end of the rear end side BE in the outer cylinder 6, and is crimped in the radial direction via the outer cylinder 6. As a result, the opening 6b at the end of the rear end side BE in the outer cylinder 6 is closed.

ガスセンサ素子3の素子本体部31は、図2に示すように、絶縁層113、セラミック層114、絶縁層115、セラミック層116、絶縁層117、絶縁層118、絶縁層119および絶縁層120が積層方向SDに沿って順次積層されて構成されている。絶縁層113,115,117,118,119,120は、アルミナを主体として形成されている。 As shown in FIG. 2, the element main body 31 of the gas sensor element 3 has an insulating layer 113, a ceramic layer 114, an insulating layer 115, a ceramic layer 116, an insulating layer 117, an insulating layer 118, an insulating layer 119, and an insulating layer 120 laminated. It is configured to be sequentially laminated along the direction SD. The insulating layers 113, 115, 117, 118, 119, 120 are formed mainly of alumina.

素子本体部31は、セラミック層114とセラミック層116との間に形成される第1測定室121を備える。素子本体部31は、第1測定室121に隣接するようにしてセラミック層114とセラミック層116との間に配置された拡散抵抗体122を介して、外部から第1測定室121の内部に排気ガスを導入する。拡散抵抗体122は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。なお、拡散抵抗体122は、図2に示されておらず、図3に示されている。 The element main body 31 includes a first measurement chamber 121 formed between the ceramic layer 114 and the ceramic layer 116. The element main body 31 is exhausted from the outside to the inside of the first measurement chamber 121 via a diffusion resistor 122 arranged between the ceramic layer 114 and the ceramic layer 116 so as to be adjacent to the first measurement chamber 121. Introduce gas. The diffusion resistor 122 is made of a porous material such as alumina. The diffusion resistor 122 is not shown in FIG. 2, but is shown in FIG.

素子本体部31は、第1ポンピングセル130を備える。第1ポンピングセル130は、固体電解質層131と、ポンピング電極132,133を備える。
固体電解質層131は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。第1測定室121と接触する領域における一部分のセラミック層114が除去され、セラミック層114の代わりに固体電解質層131が充填されている。
The element main body 31 includes a first pumping cell 130. The first pumping cell 130 includes a solid electrolyte layer 131 and pumping electrodes 132 and 133.
The solid electrolyte layer 131 is mainly formed of zirconia having oxygen ion conductivity. A part of the ceramic layer 114 in the region in contact with the first measurement chamber 121 is removed, and the solid electrolyte layer 131 is filled in place of the ceramic layer 114.

ポンピング電極132,133は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極132は、固体電解質層131において第1測定室121と接触する面上に配置される。ポンピング電極133は、固体電解質層131を挟んでポンピング電極132とは反対側で固体電解質層131の面上に配置される。ポンピング電極133が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層113は除去され、絶縁層113の代わりに多孔質体134が充填される。多孔質体134は、ポンピング電極133と外部との間でガス(例えば、酸素)の出入りを可能とする。 The pumping electrodes 132 and 133 are formed mainly of platinum. The pumping electrode 132 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 131 in contact with the first measurement chamber 121. The pumping electrode 133 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 131 on the opposite side of the solid electrolyte layer 131 from the pumping electrode 132. The insulating layer 113 in the region where the pumping electrode 133 is arranged and the region around the pumping electrode 133 is removed, and the porous body 134 is filled in place of the insulating layer 113. The porous body 134 allows gas (for example, oxygen) to enter and exit between the pumping electrode 133 and the outside.

素子本体部31は、酸素濃度検出セル140を備える。酸素濃度検出セル140は、固体電解質層141と、検知電極142と、基準電極143を備える。
固体電解質層141は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層131よりも後端側(すなわち、図2の右側)の領域における一部分のセラミック層116が除去され、セラミック層116の代わりに固体電解質層141が充填されている。
The element main body 31 includes an oxygen concentration detection cell 140. The oxygen concentration detection cell 140 includes a solid electrolyte layer 141, a detection electrode 142, and a reference electrode 143.
The solid electrolyte layer 141 is mainly formed of zirconia having oxygen ion conductivity. A part of the ceramic layer 116 in the region on the rear end side (that is, the right side in FIG. 2) of the solid electrolyte layer 131 is removed, and the solid electrolyte layer 141 is filled in place of the ceramic layer 116.

検知電極142と基準電極143は、白金を主体として形成されている。検知電極142は、固体電解質層141における第1測定室121と接触する面上に配置される。基準電極143は、固体電解質層141を挟んで検知電極142とは反対側で固体電解質層141の面上に配置される。 The detection electrode 142 and the reference electrode 143 are formed mainly of platinum. The detection electrode 142 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 141 in contact with the first measurement chamber 121. The reference electrode 143 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 141 on the side opposite to the detection electrode 142 with the solid electrolyte layer 141 interposed therebetween.

素子本体部31は、基準酸素室146を備える。基準酸素室146は、基準電極143が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層117が除去されることにより形成された貫通孔である。 The element main body 31 includes a reference oxygen chamber 146. The reference oxygen chamber 146 is a through hole formed by removing the insulating layer 117 in the region where the reference electrode 143 is arranged and the region around the reference electrode 143.

素子本体部31は、第2測定室148を備える。第2測定室148は、検知電極142および基準電極143よりも後端側で固体電解質層141および絶縁層117を貫通して形成される。素子本体部31は、第1測定室121から排出された排気ガスを第2測定室148の内部に導入する。 The element main body 31 includes a second measurement chamber 148. The second measurement chamber 148 is formed so as to penetrate the solid electrolyte layer 141 and the insulating layer 117 on the rear end side of the detection electrode 142 and the reference electrode 143. The element main body 31 introduces the exhaust gas discharged from the first measurement chamber 121 into the inside of the second measurement chamber 148.

素子本体部31は、第2ポンピングセル150を備える。第2ポンピングセル150は、固体電解質層151と、ポンピング電極152,153を備える。
固体電解質層151は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層151は、絶縁層117と絶縁層119との間において、基準酸素室146および第2測定室148とその周辺の領域とに接触するように配置されている。なお、絶縁層118は、絶縁層117と絶縁層119との間において、固体電解質層151の周囲を覆うように配置されている。
The element main body 31 includes a second pumping cell 150. The second pumping cell 150 includes a solid electrolyte layer 151 and pumping electrodes 152 and 153.
The solid electrolyte layer 151 is formed mainly of zirconia having oxygen ion conductivity. The solid electrolyte layer 151 is arranged between the insulating layer 117 and the insulating layer 119 so as to be in contact with the reference oxygen chamber 146, the second measurement chamber 148, and the surrounding region. The insulating layer 118 is arranged between the insulating layer 117 and the insulating layer 119 so as to cover the periphery of the solid electrolyte layer 151.

ポンピング電極152,153は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極152は、固体電解質層151において第2測定室148と接触する面上に配置される。ポンピング電極153は、基準酸素室146を挟んで基準電極143とは反対側で固体電解質層151の面上に配置される。基準酸素室146の内部において、ポンピング電極153を覆うように多孔質体147が配置されている。 The pumping electrodes 152 and 153 are formed mainly of platinum. The pumping electrode 152 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 151 in contact with the second measurement chamber 148. The pumping electrode 153 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 151 on the side opposite to the reference electrode 143 with the reference oxygen chamber 146 interposed therebetween. Inside the reference oxygen chamber 146, a porous body 147 is arranged so as to cover the pumping electrode 153.

素子本体部31は、ヒータ160を備える。ヒータ160は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層119と絶縁層120との間に配置される。 The element main body 31 includes a heater 160. The heater 160 is a heat-generating resistor formed mainly of platinum and generating heat when energized, and is arranged between the insulating layer 119 and the insulating layer 120.

素子本体部31は、センサ制御装置170に接続されている。センサ制御装置170は、素子本体部31を制御するとともに、素子本体部31の検出結果に基づいて、排気ガス中のNOx濃度を算出する。 The element main body 31 is connected to the sensor control device 170. The sensor control device 170 controls the element main body 31 and calculates the NOx concentration in the exhaust gas based on the detection result of the element main body 31.

センサ制御装置170は、制御回路180と、マイクロコンピュータ190(以下、マイコン190)を備える。
制御回路180は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路180は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、基準電圧比較回路183、Icp供給回路184、Vp2印加回路185、Ip2検出回路186およびヒータ駆動回路187を備える。
The sensor control device 170 includes a control circuit 180 and a microcomputer 190 (hereinafter referred to as a microcomputer 190).
The control circuit 180 is an analog circuit arranged on a circuit board. The control circuit 180 includes an Ip1 drive circuit 181, a Vs detection circuit 182, a reference voltage comparison circuit 183, an Icp supply circuit 184, a Vp2 application circuit 185, an Ip2 detection circuit 186, and a heater drive circuit 187.

そして、ポンピング電極132、検知電極142およびポンピング電極152は、基準電位に接続される。ポンピング電極133は、Ip1ドライブ回路181に接続される。基準電極143は、Vs検出回路182とIcp供給回路184に接続される。ポンピング電極153は、Vp2印加回路185とIp2検出回路186に接続される。ヒータ160は、ヒータ駆動回路187に接続される。 Then, the pumping electrode 132, the detection electrode 142, and the pumping electrode 152 are connected to the reference potential. The pumping electrode 133 is connected to the Ip1 drive circuit 181. The reference electrode 143 is connected to the Vs detection circuit 182 and the Icp supply circuit 184. The pumping electrode 153 is connected to the Vp2 application circuit 185 and the Ip2 detection circuit 186. The heater 160 is connected to the heater drive circuit 187.

Ip1ドライブ回路181は、ポンピング電極132とポンピング電極133との間に電圧Vp1を印加して第1ポンピング電流Ip1を供給するとともに、供給した第1ポンピング電流Ip1を検出する。 The Ip1 drive circuit 181 applies a voltage Vp1 between the pumping electrode 132 and the pumping electrode 133 to supply the first pumping current Ip1 and detects the supplied first pumping current Ip1.

Vs検出回路182は、検知電極142と基準電極143との間の電圧Vsを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路183へ出力する。
基準電圧比較回路183は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路182の出力(すなわち、電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路181へ出力する。そしてIp1ドライブ回路181は、電圧Vsが基準電圧と等しくなるように、第1ポンピング電流Ip1の流れる向きと第1ポンピング電流Ip1の大きさとを制御するとともに、第1測定室121内の酸素濃度を、NOxが分解しない程度の所定値に調整する。
The Vs detection circuit 182 detects the voltage Vs between the detection electrode 142 and the reference electrode 143, and outputs the detected result to the reference voltage comparison circuit 183.
The reference voltage comparison circuit 183 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the output of the Vs detection circuit 182 (that is, the voltage Vs), and outputs the comparison result to the Ip1 drive circuit 181. Then, the Ip1 drive circuit 181 controls the flow direction of the first pumping current Ip1 and the magnitude of the first pumping current Ip1 so that the voltage Vs becomes equal to the reference voltage, and controls the oxygen concentration in the first measuring chamber 121. , Adjust to a predetermined value so that NOx does not decompose.

Icp供給回路184は、検知電極142と基準電極143との間に微弱な電流Icpを流す。これにより、酸素が第1測定室121から固体電解質層141を介して基準酸素室146に送り込まれるため、基準酸素室146は、基準となる所定の酸素濃度に設定される。 The Icp supply circuit 184 causes a weak current Icp to flow between the detection electrode 142 and the reference electrode 143. As a result, oxygen is sent from the first measurement chamber 121 to the reference oxygen chamber 146 via the solid electrolyte layer 141, so that the reference oxygen chamber 146 is set to a predetermined oxygen concentration as a reference.

Vp2印加回路185は、ポンピング電極152とポンピング電極153との間に、一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加する。これにより、第2測定室148では、第2ポンピングセル150を構成するポンピング電極152,153の触媒作用によって、NOxが解離される。この解離により得られた酸素イオンがポンピング電極152とポンピング電極153との間の固体電解質層151を移動することにより第2ポンピング電流Ip2が流れる。Ip2検出回路186は、第2ポンピング電流Ip2を検出する。 The Vp2 application circuit 185 applies a constant voltage Vp2 (for example, 450 mV) between the pumping electrode 152 and the pumping electrode 153. As a result, in the second measurement chamber 148, NOx is dissociated by the catalytic action of the pumping electrodes 152 and 153 constituting the second pumping cell 150. The oxygen ion obtained by this dissociation moves through the solid electrolyte layer 151 between the pumping electrode 152 and the pumping electrode 153, so that the second pumping current Ip2 flows. The Ip2 detection circuit 186 detects the second pumping current Ip2.

ヒータ駆動回路187は、発熱抵抗体であるヒータ160の一端にヒータ通電用の正電圧を印加するともに、ヒータ160の他端にヒータ通電用の負電圧を印加することにより、ヒータ160を駆動する。 The heater drive circuit 187 drives the heater 160 by applying a positive voltage for energizing the heater to one end of the heater 160, which is a heat generating resistor, and applying a negative voltage for energizing the heater to the other end of the heater 160. ..

図3に示すように、絶縁層113の上面における後端側BEの端部には、3つの電極パッド36a,36b,36cが形成されている。絶縁層120の下面における後端側BEの端部には、3つの電極パッド37a,37b,37cが形成されている。 As shown in FIG. 3, three electrode pads 36a, 36b, and 36c are formed at the end of the rear end side BE on the upper surface of the insulating layer 113. Three electrode pads 37a, 37b, and 37c are formed at the end of the rear end side BE on the lower surface of the insulating layer 120.

セラミック層114の下面には、先端側FEでポンピング電極132に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部132aが形成されている。セラミック層114の上面には、先端側FEでポンピング電極133に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部133aが形成されている。 On the lower surface of the ceramic layer 114, a lead portion 132a that is connected to the pumping electrode 132 by the front end side FE and extends toward the rear end side BE is formed. On the upper surface of the ceramic layer 114, a lead portion 133a that is connected to the pumping electrode 133 by the front end side FE and extends toward the rear end side BE is formed.

セラミック層116の上面には、先端側FEで検知電極142に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部142aが形成されている。セラミック層116の下面には、先端側FEで基準電極143に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部143aが形成されている。 On the upper surface of the ceramic layer 116, a lead portion 142a that is connected to the detection electrode 142 by the front end side FE and extends toward the rear end side BE is formed. On the lower surface of the ceramic layer 116, a lead portion 143a which is connected to the reference electrode 143 by the front end side FE and extends toward the rear end side BE is formed.

絶縁層118の上面には、先端側FEでポンピング電極152に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部152aと、先端側FEでポンピング電極153に接続されて後端側BEに向けて延びるリード部153aが形成されている。 On the upper surface of the insulating layer 118, a lead portion 152a connected to the pumping electrode 152 by the front end side FE and extending toward the rear end side BE, and a lead portion 152a connected to the pumping electrode 153 by the front end side FE toward the rear end side BE. An extending lead portion 153a is formed.

ヒータ160は、発熱抵抗体161と、発熱抵抗体161の一端に接続されるリード部162と、発熱抵抗体161の他端に接続される163を備える。
電極パッド36aは、スルーホール導体L1によってリード部133aに接続される。電極パッド36bは、スルーホール導体L2によってリード部143aに接続される。電極パッド36cは、スルーホール導体L3によってリード部152aに接続される。
The heater 160 includes a heat generation resistor 161, a lead portion 162 connected to one end of the heat generation resistor 161 and 163 connected to the other end of the heat generation resistor 161.
The electrode pad 36a is connected to the lead portion 133a by the through-hole conductor L1. The electrode pad 36b is connected to the lead portion 143a by the through-hole conductor L2. The electrode pad 36c is connected to the lead portion 152a by the through-hole conductor L3.

電極パッド37aは、スルーホール導体L4,L5と後述する接続部CNとによってリード部153aに接続される。
電極パッド37bは、スルーホール導体L6によってリード部162に接続される。電極パッド37cは、スルーホール導体L7によってリード部163に接続される。
The electrode pad 37a is connected to the lead portion 153a by the through-hole conductors L4 and L5 and the connecting portion CN described later.
The electrode pad 37b is connected to the lead portion 162 by the through-hole conductor L6. The electrode pad 37c is connected to the lead portion 163 by the through-hole conductor L7.

スルーホール導体L1は、絶縁層113における後端側BEの端部に形成された貫通孔H1の内表面に導体を形成することで作成される。
スルーホール導体L2は、貫通孔H2,H3,H4,H5の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔H2,H4はそれぞれ、絶縁層113,115における後端側BEの端部に形成される。貫通孔H3,H5はそれぞれ、セラミック層114,116における後端側BEの端部に形成される。
The through-hole conductor L1 is created by forming a conductor on the inner surface of the through hole H1 formed at the end of the rear end side BE in the insulating layer 113.
The through-hole conductor L2 is created by forming a conductor on the inner surface of the through holes H2, H3, H4, and H5. The through holes H2 and H4 are formed at the ends of the rear end side BEs of the insulating layers 113 and 115, respectively. The through holes H3 and H5 are formed at the ends of the rear end side BEs of the ceramic layers 114 and 116, respectively.

スルーホール導体L3は、貫通孔H6,H7,H8,H9,H10の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔H6,H8,H10はそれぞれ、絶縁層113,115,117における後端側BEの端部に形成される。貫通孔H7,H9はそれぞれ、セラミック層114,116における後端側BEの端部に形成される。 The through-hole conductor L3 is created by forming a conductor on the inner surface of the through holes H6, H7, H8, H9, and H10. The through holes H6, H8, and H10 are formed at the ends of the rear end side BEs of the insulating layers 113, 115, and 117, respectively. The through holes H7 and H9 are formed at the ends of the rear end side BEs of the ceramic layers 114 and 116, respectively.

スルーホール導体L4は、貫通孔H11,H12の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔H11は絶縁層118における後端側BEの端部に形成される。貫通孔H12は、絶縁層119における後端側BEの端部に形成される。 The through-hole conductor L4 is created by forming a conductor on the inner surfaces of the through holes H11 and H12. The through hole H11 is formed at the end of the rear end side BE in the insulating layer 118. The through hole H12 is formed at the end of the rear end side BE in the insulating layer 119.

スルーホール導体L5は、貫通孔H13の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔H13は、絶縁層120における後端側BEの端部に形成される。
スルーホール導体L6,L7はそれぞれ、貫通孔H14,H15の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔H14,H15は、絶縁層120における後端側BEの端部に形成される。
The through-hole conductor L5 is created by forming a conductor on the inner surface of the through hole H13. The through hole H13 is formed at the end of the rear end side BE in the insulating layer 120.
Through-hole conductors L6 and L7 are created by forming conductors on the inner surfaces of through-holes H14 and H15, respectively. The through holes H14 and H15 are formed at the end of the rear end side BE in the insulating layer 120.

次に、ガスセンサ素子3の動作の一例について説明する。
まず、センサ制御装置170が起動すると、センサ制御装置170は、ヒータ160に電力を供給する。ヒータ160は、第1ポンピングセル130、酸素濃度検出セル140および第2ポンピングセル150を活性化温度まで加熱する。
Next, an example of the operation of the gas sensor element 3 will be described.
First, when the sensor control device 170 is activated, the sensor control device 170 supplies electric power to the heater 160. The heater 160 heats the first pumping cell 130, the oxygen concentration detection cell 140, and the second pumping cell 150 to the activation temperature.

そして、各セル130,140,150が活性化温度まで加熱されると、センサ制御装置170は、第1ポンピングセル130に第1ポンピング電流Ip1を流す。これにより、第1ポンピングセル130は、固体電解質層131を介してポンピング電極132とポンピング電極133との間で酸素を移動させることで、第1測定室121に流入した排気ガスに含まれる酸素の汲み入れおよび汲み出しを行う。 Then, when each of the cells 130, 140, and 150 is heated to the activation temperature, the sensor control device 170 causes the first pumping current Ip1 to flow through the first pumping cell 130. As a result, the first pumping cell 130 moves oxygen between the pumping electrode 132 and the pumping electrode 133 via the solid electrolyte layer 131, so that the oxygen contained in the exhaust gas flowing into the first measuring chamber 121 Perform pumping and pumping.

センサ制御装置170は、酸素濃度検出セル140の検知電極142と基準電極143との間の電圧Vsが基準電圧(例えば425mV)になるように、第1ポンピングセル130に流す第1ポンピング電流Ip1を制御する。酸素濃度検出セル140の電圧Vsは、基準酸素室146の酸素濃度を基準として、検知電極142における酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第1測定室121の内部の酸素濃度は、NOxが分解しない程度に調整される。 The sensor control device 170 sets a first pumping current Ip1 to be passed through the first pumping cell 130 so that the voltage Vs between the detection electrode 142 and the reference electrode 143 of the oxygen concentration detection cell 140 becomes the reference voltage (for example, 425 mV). Control. The voltage Vs of the oxygen concentration detection cell 140 is a value corresponding to the oxygen concentration in the detection electrode 142 with reference to the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 146. By this control, the oxygen concentration inside the first measuring chamber 121 is adjusted so that NOx is not decomposed.

第1測定室121にて酸素濃度が調整された排気ガスは、第2測定室148に向かってさらに流れる。
センサ制御装置170は、第2ポンピングセル150のポンピング電極152とポンピング電極153との間に一定電圧Vp2を印加する。この電圧は、排気ガス中のNOxガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の電圧に設定されている。これにより、排気ガス中のNOxが、窒素と酸素に分解される。NOxの分解により生じた酸素を第2測定室148から汲み出すように、第2ポンピングセル150に第2ポンピング電流Ip2が流れる。第2ポンピング電流Ip2とNOx濃度の間には比例関係があるので、第2ポンピング電流Ip2の電流値を検出することによって排気ガス中のNOx濃度を検出することができる。
The exhaust gas whose oxygen concentration has been adjusted in the first measurement chamber 121 further flows toward the second measurement chamber 148.
The sensor control device 170 applies a constant voltage Vp2 between the pumping electrode 152 and the pumping electrode 153 of the second pumping cell 150. This voltage is set to such a voltage that the NOx gas in the exhaust gas decomposes into oxygen and nitrogen gas. As a result, NOx in the exhaust gas is decomposed into nitrogen and oxygen. A second pumping current Ip2 flows through the second pumping cell 150 so as to pump oxygen generated by the decomposition of NOx from the second measuring chamber 148. Since there is a proportional relationship between the second pumping current Ip2 and the NOx concentration, the NOx concentration in the exhaust gas can be detected by detecting the current value of the second pumping current Ip2.

次に、ガスセンサ素子3の製造方法を説明する。
図3に示すように、素子本体部31のセラミック層114,116となる未焼成絶縁シート、固体電解質層131,141,151となる未焼成固体電解質シート、絶縁層113となる未焼成絶縁層シート、絶縁層119,120となる未焼成絶縁シートを作製する。
Next, a method of manufacturing the gas sensor element 3 will be described.
As shown in FIG. 3, the unfired insulating sheet serving as the ceramic layers 114 and 116 of the element main body 31, the unfired solid electrolyte sheet serving as the solid electrolyte layers 131, 141 and 151, and the unfired insulating layer sheet serving as the insulating layer 113. , An unfired insulating sheet to be the insulating layers 119 and 120 is produced.

具体的には、セラミック層114,116となる未焼成絶縁シートを形成する場合には、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成絶縁シートを作製する。 Specifically, when forming an unfired insulating sheet to be the ceramic layers 114 and 116, butyral resin and dibutyl phthalate are added to the ceramic powder mainly composed of alumina, and a mixed solvent is further mixed. To generate a slurry. Then, this slurry is made into a sheet by the doctor blade method, and the mixed solvent is volatilized to prepare an unfired insulating sheet.

そして、セラミック層114,116となる各未焼成絶縁シートには、固体電解質層131,141の未焼成固体電解質シートの平面形状に対応した矩形状の貫通孔を形成する。また、絶縁層113となる未焼成絶縁シートにも、多孔質体134に対応した矩形状の貫通孔を形成する。 Then, in each of the unfired insulating sheets to be the ceramic layers 114 and 116, rectangular through holes corresponding to the planar shape of the unfired solid electrolyte sheets of the solid electrolyte layers 131 and 141 are formed. Further, a rectangular through hole corresponding to the porous body 134 is also formed in the unfired insulating sheet serving as the insulating layer 113.

また、固体電解質層131,141,151となる未焼成固体電解質シートを形成する場合には、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末およびブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成固体電解質シートを作製する。そして、この未焼成固体電解質シートを、固体電解質層131,141,151に対応した矩形状に切断する。 When forming an unfired solid electrolyte sheet to be the solid electrolyte layers 131, 141, 151, first, alumina powder, butyral resin, or the like is added to the ceramic powder mainly composed of zirconia, and a mixed solvent is further added. To produce a slurry. Then, this slurry is made into a sheet by the doctor blade method, and the mixed solvent is volatilized to prepare an unfired solid electrolyte sheet. Then, the unfired solid electrolyte sheet is cut into a rectangular shape corresponding to the solid electrolyte layers 131, 141, 151.

また、焼成後に絶縁層115,117,118となる材料として、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒を混合して、アルミナスラリーを作製する。 Further, as a material to be the insulating layers 115, 117, 118 after firing, butyral resin and dibutyl phthalate are added to a ceramic powder mainly composed of alumina, and a mixed solvent is further mixed to prepare an alumina slurry. ..

また、焼成後に拡散抵抗体122、多孔質体134、多孔質体147となる未焼成の多孔質を形成するために、アルミナ粉末100質量%、加熱焼失材(例えば、カーボンなど)および可塑剤を湿式混合により分散した多孔質用スラリーを作製する。可塑剤はブチラール樹脂およびDBPを有する。 Further, in order to form an unfired porous body which becomes a diffusion resistor 122, a porous body 134, and a porous body 147 after firing, 100% by mass of alumina powder, a heat-burned material (for example, carbon, etc.) and a plasticizer are used. A porous slurry dispersed by wet mixing is prepared. The plasticizer has butyral resin and DBP.

次に、絶縁層120となる未焼成絶縁シートの上面に、発熱抵抗体161とリード部162,163とを備えるヒータパターンを形成する。ヒータパターンの材料として、例えば白金を主成分としセラミック(例えば、アルミナ)が含まれる白金ペーストを作製し、この白金ペーストを印刷してヒータパターンを形成する。 Next, a heater pattern including a heat generating resistor 161 and lead portions 162 and 163 is formed on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 120. As a material for the heater pattern, for example, a platinum paste containing platinum as a main component and a ceramic (for example, alumina) is produced, and this platinum paste is printed to form a heater pattern.

また、絶縁層120となる未焼成絶縁シートの下面には、例えば白金等のメタライズインクを用いて、電極パッド37a,37b,37cのパターンを印刷する。
さらに、絶縁層120となる未焼成絶縁シートには、貫通孔H13,H14,H15となる孔を形成し、この孔の内周面にはメタライズインクを塗布する。
Further, on the lower surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 120, the patterns of the electrode pads 37a, 37b, and 37c are printed using metallized ink such as platinum.
Further, holes to be through holes H13, H14, and H15 are formed in the unfired insulating sheet to be the insulating layer 120, and metallized ink is applied to the inner peripheral surfaces of the holes.

なお、他の貫通孔H1〜H12の形成方法とメタライズインクの塗布方法も同様であるので、以下では、他の貫通孔H1〜H12に関する同様の説明は省略する。
次に、絶縁層120となる未焼成絶縁シートの上面に、ヒータパターンを覆うように、絶縁層119となる未焼成絶縁シートを積層する。さらに、絶縁層119となる未焼成絶縁シートの上面に、固体電解質層151となる矩形状に切断された未焼成固体電解質シートを積層する。
Since the method of forming the other through holes H1 to H12 and the method of applying the metallized ink are the same, the same description regarding the other through holes H1 to H12 will be omitted below.
Next, the unfired insulating sheet to be the insulating layer 119 is laminated on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 120 so as to cover the heater pattern. Further, an unfired solid electrolyte sheet cut into a rectangular shape to be a solid electrolyte layer 151 is laminated on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 119.

次に、絶縁層119となる未焼成絶縁シートの上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層118となる層を印刷(例えば、スクリーン印刷)する。これにより、固体電解質層151の上面と絶縁層119の上面との間に形成されている段差を埋め込むように絶縁層118が形成される。 Next, a layer to be the insulating layer 118 is printed (for example, screen printing) on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 119 using an alumina slurry. As a result, the insulating layer 118 is formed so as to embed the step formed between the upper surface of the solid electrolyte layer 151 and the upper surface of the insulating layer 119.

次に、固体電解質層151および絶縁層118となる層の上面に、メタライズインクを用いて、ポンピング電極152,153となる電極パターンを印刷する。また、白金ペーストを用いて、リード部152a,153aとなるリードパターンを印刷する。なお、電極パターンとリードパターンの材料は、セラミック層114,116となる各未焼成絶縁シートでも同様である。 Next, the electrode patterns to be the pumping electrodes 152 and 153 are printed on the upper surfaces of the layers to be the solid electrolyte layer 151 and the insulating layer 118 by using metallized ink. Further, the lead pattern forming the lead portions 152a and 153a is printed using the platinum paste. The materials for the electrode pattern and the lead pattern are the same for the unfired insulating sheets used as the ceramic layers 114 and 116.

また、固体電解質層151および絶縁層118となる層の上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層117となる層を印刷する。
この層を形成する際には、基準酸素室146および第2測定室148となる部分には層を形成せずに、開口としておく。そして、基準酸素室146となる開口の底部には、多孔質体147となる多孔質スラリーを印刷する。また、この多孔質スラリーの上面と、第2測定室148となる開口には、昇華剤としてカーボンペーストを印刷する。
Further, the layer to be the insulating layer 117 is printed on the upper surfaces of the layers to be the solid electrolyte layer 151 and the insulating layer 118 by using the alumina slurry.
When this layer is formed, the reference oxygen chamber 146 and the second measurement chamber 148 are opened without forming a layer. Then, a porous slurry to be a porous body 147 is printed on the bottom of the opening to be the reference oxygen chamber 146. Further, carbon paste is printed as a sublimation agent on the upper surface of the porous slurry and the opening serving as the second measurement chamber 148.

次に、セラミック層116となる未焼成絶縁シートにおける固体電解質層141に対応した貫通孔に、固体電解質層141となる未焼成固体電解質シートを埋め込む。
次に、固体電解質層141となる未焼成固体電解質シートに、第1測定室121と第2測定室148とを接続するための導入路141aとなる貫通孔を開ける。なお、この貫通孔には、カーボンペーストを充填する。
Next, the unfired solid electrolyte sheet to be the solid electrolyte layer 141 is embedded in the through hole corresponding to the solid electrolyte layer 141 in the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 116.
Next, a through hole serving as an introduction path 141a for connecting the first measurement chamber 121 and the second measurement chamber 148 is formed in the unfired solid electrolyte sheet to be the solid electrolyte layer 141. The through hole is filled with carbon paste.

そして、セラミック層116となる未焼成絶縁シートの上面に、検知電極142となる電極パターンと、リード部142aとなるリードパターンを形成する。一方、セラミック層116となる未焼成絶縁シートの下面には、基準電極143となる電極パターンと、リード部143aとなるリードパターンを形成する。 Then, an electrode pattern to be the detection electrode 142 and a lead pattern to be the lead portion 142a are formed on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 116. On the other hand, an electrode pattern serving as the reference electrode 143 and a lead pattern serving as the lead portion 143a are formed on the lower surface of the unfired insulating sheet serving as the ceramic layer 116.

次に、絶縁層117となる層の上面に、セラミック層116となる未焼成絶縁シートを積層する。
さらに、セラミック層116となる未焼成絶縁シートの上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層115となる層を印刷する。この層には、拡散抵抗体122を形成する位置に第1の開口を設けるとともに、第1測定室121となる位置にも第2の開口を設けておく。そして、第1の開口には、拡散抵抗体122となる多孔質スラリーを印刷する。また、第1測定室121となる第2の開口には、カーボンペーストを印刷する。なお、第1の開口と第2の開口とは、ガスが流通可能となるように繋がっている。
Next, an unfired insulating sheet to be the ceramic layer 116 is laminated on the upper surface of the layer to be the insulating layer 117.
Further, the layer to be the insulating layer 115 is printed on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 116 using the alumina slurry. In this layer, a first opening is provided at a position where the diffusion resistor 122 is formed, and a second opening is also provided at a position where the first measurement chamber 121 is formed. Then, a porous slurry to be a diffusion resistor 122 is printed on the first opening. In addition, carbon paste is printed on the second opening that becomes the first measurement chamber 121. The first opening and the second opening are connected so that the gas can flow.

次に、セラミック層114となる未焼成絶縁シートにおける固体電解質層131に対応した貫通孔に、固体電解質層131となる未焼成固体電解質シートを埋め込む。
そして、セラミック層114となる未焼成絶縁シートの上面に、ポンピング電極133となる電極パターンと、リード部133aとなるリードパターンを形成する。一方、セラミック層114となる未焼成絶縁シートの下面には、ポンピング電極132となる電極パターンと、リード部132aとなるリードパターンを形成する。
Next, the unfired solid electrolyte sheet to be the solid electrolyte layer 131 is embedded in the through holes corresponding to the solid electrolyte layer 131 in the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 114.
Then, an electrode pattern to be the pumping electrode 133 and a lead pattern to be the lead portion 133a are formed on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 114. On the other hand, an electrode pattern to be the pumping electrode 132 and a lead pattern to be the lead portion 132a are formed on the lower surface of the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 114.

次に、絶縁層115となる層の表面に、セラミック層114となる未焼成絶縁シートを積層する。さらに、セラミック層114となる未焼成絶縁シートの上面に、絶縁層113となる未焼成絶縁シートを積層する。なお、絶縁層113となる未焼成絶縁シートにおいて多孔質体134に対応した貫通孔には、予め多孔質スラリーを印刷しておく。また、絶縁層113となる未焼成絶縁シートの上面には、メタライズインクを用いて、電極パッド36a,36b,36cの形状に印刷しておく。 Next, an unfired insulating sheet to be the ceramic layer 114 is laminated on the surface of the layer to be the insulating layer 115. Further, the unfired insulating sheet to be the insulating layer 113 is laminated on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the ceramic layer 114. In the unfired insulating sheet serving as the insulating layer 113, the porous slurry is printed in advance in the through holes corresponding to the porous body 134. Further, on the upper surface of the unfired insulating sheet to be the insulating layer 113, metallized ink is used to print the shapes of the electrode pads 36a, 36b, and 36c.

このようにして、各層を積層することにより、未焼成積層体が形成される。そして、この未圧着積層体を1MPaで加圧することにより、圧着された成形体を得る。その後、加圧により得られた成形体を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子3と大きさが同等の複数(例えば10個)の未焼成積層体を得る。そして、この未焼成積層体を樹脂抜きし、さらに焼成温度1500℃にて1時間で本焼成して、ガスセンサ素子3を得る。 By laminating each layer in this way, an unfired laminate is formed. Then, by pressurizing this uncrimped laminate at 1 MPa, a crimped molded body is obtained. Then, the molded body obtained by pressurization is cut to a predetermined size to obtain a plurality of (for example, 10) unfired laminates having the same size as the gas sensor element 3. Then, the unfired laminate is decalcified and further fired at a firing temperature of 1500 ° C. for 1 hour to obtain a gas sensor element 3.

図4に示すように、絶縁層120の下面には電極パッド37a,37b,37cが形成されている。
電極パッド37a,37b,37cはそれぞれ、スルーホール導体と接続されるスルーホール接続部Chと、接続端子8と接続される端子接続部Ctとを備える。スルーホール接続部Chは、略円形状に形成されている。端子接続部Ctは、略矩形状に形成されている。そしてスルーホール接続部Chは、端子接続部Ctよりも先端側FEに配置されるようにして端子接続部Ctに接続されている。
As shown in FIG. 4, electrode pads 37a, 37b, and 37c are formed on the lower surface of the insulating layer 120.
The electrode pads 37a, 37b, and 37c each include a through-hole connecting portion Ch connected to the through-hole conductor and a terminal connecting portion Ct connected to the connection terminal 8. The through-hole connection portion Ch is formed in a substantially circular shape. The terminal connection portion Ct is formed in a substantially rectangular shape. The through-hole connection portion Ch is connected to the terminal connection portion Ct so as to be arranged on the FE on the tip side of the terminal connection portion Ct.

電極パッド37aは、軸線方向DAに沿って絶縁層120の下面を二等分するように設定された中心線CL1上に配置されている。電極パッド37b,37cは、電極パッド37aよりも先端側FEに配置されている。電極パッド37bと電極パッド37cはそれぞれ、中心線CL1を挟んで一方側と他方側に配置されている。 The electrode pad 37a is arranged on the center line CL1 set so as to bisect the lower surface of the insulating layer 120 along the axial direction DA. The electrode pads 37b and 37c are arranged on the tip side FE with respect to the electrode pads 37a. The electrode pads 37b and the electrode pads 37c are arranged on one side and the other side of the center line CL1, respectively.

リード部152aとリード部153aはそれぞれ、軸線方向DAに沿って絶縁層118の上面を二等分するように設定された中心線CL2を挟んで一方側と他方側に配置されている。リード部153aは、ポンピング電極153から軸線方向DAに沿って後端側BEの端部に向かって、中心線CL2を挟んで他方側において電極パッド37bよりも後端側BEとなるように配置されている貫通孔H11まで延びている。 The lead portion 152a and the lead portion 153a are arranged on one side and the other side, respectively, with the center line CL2 set to bisect the upper surface of the insulating layer 118 along the axial direction DA. The lead portion 153a is arranged so as to be the rear end side BE from the electrode pad 37b on the other side of the center line CL2 from the pumping electrode 153 toward the end portion of the rear end side BE along the axial direction DA. It extends to the through hole H11.

絶縁層119の下面には、軸線方向DAに沿って絶縁層119の下面を二等分するように設定された中心線CL3を挟んだ一方側に貫通孔H12が配置されている。貫通孔H12は、電極パッド37bよりも後端側BEとなるように配置されている。また、絶縁層119の下面には、絶縁層119と絶縁層120とが積層された場合において貫通孔H13と対向する位置に接続パッドPDが形成される。さらに、絶縁層119の下面には、貫通孔H12から接続パッドPDへ向かって延びて接続パッドPDに電気的に接続される接続部CNが形成される。 On the lower surface of the insulating layer 119, a through hole H12 is arranged on one side of the center line CL3 set to bisect the lower surface of the insulating layer 119 along the axial direction DA. The through hole H12 is arranged so as to be on the rear end side BE with respect to the electrode pad 37b. Further, on the lower surface of the insulating layer 119, a connection pad PD is formed at a position facing the through hole H13 when the insulating layer 119 and the insulating layer 120 are laminated. Further, on the lower surface of the insulating layer 119, a connecting portion CN extending from the through hole H12 toward the connecting pad PD and electrically connected to the connecting pad PD is formed.

ヒータ160のリード部162とリード部163はそれぞれ、軸線方向DAに沿って絶縁層120の上面を二等分するように設定された中心線CL4を挟んで一方側と他方側に配置されている。絶縁層120の上面には、電極パッド37aのスルーホール接続部Chと対向するように配置された貫通孔H13と、電極パッド37bのスルーホール接続部Chと対向するように配置された貫通孔H14と、電極パッド37cのスルーホール接続部Chと対向するように配置された貫通孔H15とが形成されている。そして、リード部162とリード部163はそれぞれ、軸線方向DAに沿って、貫通孔H14と貫通孔H15まで延びている。なお、図4に示すように、リード部162とリード部163、リード部152a、リード部153aは屈曲することなくガスセンサ素子3の長手方向に沿って延びている。また、リード部162とリード部163の幅は、リード部152a、リード部153aの幅よりも太い。 The lead portion 162 and the lead portion 163 of the heater 160 are arranged on one side and the other side, respectively, with a center line CL4 set to bisect the upper surface of the insulating layer 120 along the axial direction DA. .. On the upper surface of the insulating layer 120, a through hole H13 arranged so as to face the through-hole connection portion Ch of the electrode pad 37a and a through hole H14 arranged so as to face the through-hole connection portion Ch of the electrode pad 37b. And a through hole H15 arranged so as to face the through-hole connection portion Ch of the electrode pad 37c. The lead portion 162 and the lead portion 163 extend along the axial direction DA to the through hole H14 and the through hole H15, respectively. As shown in FIG. 4, the lead portion 162, the lead portion 163, the lead portion 152a, and the lead portion 153a extend along the longitudinal direction of the gas sensor element 3 without bending. Further, the widths of the lead portion 162 and the lead portion 163 are wider than the widths of the lead portion 152a and the lead portion 153a.

このように構成されたガスセンサ素子3は、第1測定室121と、第1ポンピングセル130と、第2ポンピングセル150と、ヒータ160とを有して長尺の板状に形成された素子本体部31を備える。 The gas sensor element 3 configured in this way has a first measuring chamber 121, a first pumping cell 130, a second pumping cell 150, and a heater 160, and is formed in a long plate shape. A unit 31 is provided.

第1測定室121には、排気ガスが導入される。第1ポンピングセル130は、酸素イオン伝導性の固体電解質層131と、固体電解質層131の上面と下面に形成された一対のポンピング電極132,133とを有する。第1ポンピングセル130は、一対のポンピング電極132,133の間で第1ポンピング電流Ip1を流すことにより、第1測定室121に導入された排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。 Exhaust gas is introduced into the first measurement chamber 121. The first pumping cell 130 has an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 131 and a pair of pumping electrodes 132 and 133 formed on the upper surface and the lower surface of the solid electrolyte layer 131. The first pumping cell 130 pumps or pumps oxygen in the exhaust gas introduced into the first measuring chamber 121 by passing a first pumping current Ip1 between the pair of pumping electrodes 132 and 133.

第2ポンピングセル150は、酸素イオン伝導性の固体電解質層151と、固体電解質層151上に形成された一対のポンピング電極152,153とを有する。第2ポンピングセル150では、第1ポンピングセル130にて第1測定室121内における酸素濃度が調整された排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に応じて値が変化する第2ポンピング電流Ip2が一対のポンピング電極152,153の間で流れる。 The second pumping cell 150 has an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 151 and a pair of pumping electrodes 152 and 153 formed on the solid electrolyte layer 151. In the second pumping cell 150, the second pumping current Ip2 whose value changes according to the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust gas whose oxygen concentration is adjusted in the first measuring chamber 121 in the first pumping cell 130 It flows between the pair of pumping electrodes 152, 153.

ヒータ160は、発熱抵抗体161と、発熱抵抗体161の両端に接続された一対のリード部162,163とを有し、第1ポンピングセル130および第2ポンピングセル150を加熱する。 The heater 160 has a heat generating resistor 161 and a pair of lead portions 162, 163 connected to both ends of the heat generating resistor 161 to heat the first pumping cell 130 and the second pumping cell 150.

素子本体部31は、絶縁層120の下面(以下、パッド形成面)上に形成された電極パッド37a,37b,37cを備える。電極パッド37aは、パッド形成面上において、電極パッド37b,37cよりも、第1ポンピングセル130および第2ポンピングセル150から遠くなるように配置される。 The element main body 31 includes electrode pads 37a, 37b, and 37c formed on the lower surface (hereinafter, pad forming surface) of the insulating layer 120. The electrode pad 37a is arranged on the pad forming surface so as to be farther from the first pumping cell 130 and the second pumping cell 150 than the electrode pads 37b and 37c.

素子本体部31は、パッド形成面を有する絶縁層120と、パッド形成面とは反対側の面で絶縁層120上に積層される絶縁層119とを備える。電極パッド37aは、絶縁層120を貫通する貫通孔H13と、接続パッドPDと、接続部CNと、絶縁層119を貫通する貫通孔H12と、絶縁層118を貫通する貫通孔H11とを介して、ポンピング電極153と電気的に接続される。 The element main body 31 includes an insulating layer 120 having a pad forming surface, and an insulating layer 119 laminated on the insulating layer 120 on a surface opposite to the pad forming surface. The electrode pad 37a is provided through a through hole H13 penetrating the insulating layer 120, a connection pad PD, a connecting portion CN, a through hole H12 penetrating the insulating layer 119, and a through hole H11 penetrating the insulating layer 118. , Electrically connected to the pumping electrode 153.

貫通孔H12は、積層方向SDに沿って貫通孔H12を通る直線SDL(以下、積層方向直線SDL)上に、電極パッド37aと貫通孔H13が位置しないように配置される。なお、積層方向直線SDLは図3に示されている。 The through hole H12 is arranged so that the electrode pad 37a and the through hole H13 are not located on the straight line SDL (hereinafter, the stacking direction straight line SDL) passing through the through hole H12 along the stacking direction SD. The stacking direction straight line SDL is shown in FIG.

貫通孔H12は、積層方向直線SDL上に、パッド形成面の長手方向(すなわち、軸線方向DA)に沿って貫通孔H13を通る直線が位置しないように配置される。なお、図4に示す矩形状の領域R1は、パッド形成面の長手方向に沿って貫通孔H13を通る直線の集合によって形成される領域である。 The through hole H12 is arranged on the stacking direction straight line SDL so that the straight line passing through the through hole H13 is not located along the longitudinal direction (that is, the axial direction DA) of the pad forming surface. The rectangular region R1 shown in FIG. 4 is a region formed by a set of straight lines passing through the through hole H13 along the longitudinal direction of the pad forming surface.

貫通孔H12は、積層方向直線SDL上に、図4に示す矩形状の領域R2および領域R3の何れか一方が位置するように配置される。領域R2,R3はそれぞれ、パッド形成面において、電極パッド37b,37cを挟んで第1ポンピングセル130および第2ポンピングセル150が配置されているのとは反対側の領域である。 The through hole H12 is arranged so that either one of the rectangular region R2 and the region R3 shown in FIG. 4 is located on the stacking direction straight line SDL. The regions R2 and R3 are regions on the pad forming surface on the opposite sides of the electrode pads 37b and 37c from where the first pumping cell 130 and the second pumping cell 150 are arranged, respectively.

これにより、ガスセンサ素子3では、積層方向SDに沿って電極パッド37a,37b,37cを通るそれぞれの直線上(すなわち、電極パッド37a,37b,37cの直下)に貫通孔H12が配置されない。このため、ガスセンサ素子3は、電極パッド37a,37b,37cの凹みの発生を抑制することができる。 As a result, in the gas sensor element 3, the through hole H12 is not arranged on each straight line passing through the electrode pads 37a, 37b, 37c along the stacking direction SD (that is, directly below the electrode pads 37a, 37b, 37c). Therefore, the gas sensor element 3 can suppress the occurrence of dents in the electrode pads 37a, 37b, and 37c.

さらに、本実施形態の構成とすることで、ガスセンサ素子3を小型化する為に、リード部162とリード部163、リード部152a、リード部153aが屈曲できずガスセンサ素子の長手方向に沿って延びる形状であっても、電極パットの凹みの発生を抑制することができる。また、比較的リード幅が太くなるヒータのリード部と導通する電極パッドと同じ面上に設ける電極パッドであっても凹みの発生を抑制することができる。 Further, according to the configuration of the present embodiment, in order to reduce the size of the gas sensor element 3, the lead portion 162, the lead portion 163, the lead portion 152a, and the lead portion 153a cannot be bent and extend along the longitudinal direction of the gas sensor element. Even if it has a shape, it is possible to suppress the occurrence of dents in the electrode pads. Further, even if the electrode pad is provided on the same surface as the electrode pad that conducts with the lead portion of the heater having a relatively thick lead width, the occurrence of dents can be suppressed.

なお、第1測定室121は測定室に相当し、固体電解質層131は第1固体電解質体に相当し、ポンピング電極132,133は第1電極に相当する。
また、固体電解質層151は第2固体電解質体に相当し、ポンピング電極152,153は第2電極に相当する。
The first measurement chamber 121 corresponds to the measurement chamber, the solid electrolyte layer 131 corresponds to the first solid electrolyte body, and the pumping electrodes 132 and 133 correspond to the first electrode.
Further, the solid electrolyte layer 151 corresponds to the second solid electrolyte body, and the pumping electrodes 152 and 153 correspond to the second electrode.

また、電極パッド37aは第1電極パッドに相当し、電極パッド37bは第2電極パッドに相当し、電極パッド37cは第3電極パッドに相当し、絶縁層120は第1絶縁層に相当し、絶縁層119は第2絶縁層に相当する。 Further, the electrode pad 37a corresponds to the first electrode pad, the electrode pad 37b corresponds to the second electrode pad, the electrode pad 37c corresponds to the third electrode pad, and the insulating layer 120 corresponds to the first insulating layer. The insulating layer 119 corresponds to the second insulating layer.

また、貫通孔H13は第1貫通孔に相当し、貫通孔H12は第2貫通孔に相当し、領域R2は第1反対領域に相当し、領域R3は第2反対領域に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
Further, the through hole H13 corresponds to the first through hole, the through hole H12 corresponds to the second through hole, the region R2 corresponds to the first opposite region, and the region R3 corresponds to the second opposite region.
Although one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modifications.

例えば上記実施形態では、絶縁層120の下面において図4の左から右へ向かって電極パッド37b、電極パッド37a、電極パッド37cの順に配置されているものを示したが、電極パッド37a,37b,37cの配置はこれに限定されるものではない。例えば、図4の左から右へ向かって電極パッド37a、電極パッド37b、電極パッド37cの順に配置されていてもよいし、電極パッド37b、電極パッド37c、電極パッド37aの順に配置されていてもよい。また、電極パットは、本実施形態のように素子本体部31の表面および裏面の両面それぞれに3つ配置されるものに限定されるものではない。 For example, in the above embodiment, the electrode pads 37b, the electrode pads 37a, and the electrode pads 37c are arranged in this order from left to right in FIG. 4 on the lower surface of the insulating layer 120, but the electrode pads 37a, 37b, The arrangement of 37c is not limited to this. For example, the electrode pads 37a, the electrode pads 37b, and the electrode pads 37c may be arranged in this order from left to right in FIG. 4, or the electrode pads 37b, the electrode pads 37c, and the electrode pads 37a may be arranged in this order. Good. Further, the electrode pads are not limited to those arranged three on each of the front surface and the back surface of the element main body 31 as in the present embodiment.

上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 The function of one component in each of the above embodiments may be shared by a plurality of components, or the function of the plurality of components may be exerted by one component. In addition, a part of the configuration of each of the above embodiments may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of each of the above embodiments may be added or replaced with respect to the other configurations of the above embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.

1…ガスセンサ、37a,37b,37c…電極パッド、119,120…絶縁層、121…第1測定室、130…第1ポンピングセル、131…固体電解質層、132,133…ポンピング電極、150…第2ポンピングセル、151…固体電解質層、152,153…ポンピング電極、160…ヒータ、161…発熱抵抗体、162,163…リード部、H12,H13…貫通孔 1 ... Gas sensor, 37a, 37b, 37c ... Electrode pad, 119, 120 ... Insulation layer, 121 ... First measurement chamber, 130 ... First pumping cell, 131 ... Solid electrolyte layer, 132, 133 ... Pumping electrode, 150 ... First 2 pumping cell, 151 ... solid electrolyte layer, 152, 153 ... pumping electrode, 160 ... heater, 161 ... heat generating resistor, 162, 163 ... lead part, H12, H13 ... through hole

Claims (2)

被測定ガスが導入される測定室と、
酸素イオン伝導性の第1固体電解質体と、前記第1固体電解質体上に形成された一対の第1電極とを有し、前記一対の第1電極の間で第1ポンピング電流を流すことにより、前記測定室に導入された前記被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第1ポンピングセルと、
酸素イオン伝導性の第2固体電解質体と、前記第2固体電解質体上に形成された一対の第2電極とを有し、前記第1ポンピングセルにて前記測定室内における酸素濃度が調整された前記被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度に応じて値が変化する第2ポンピング電流が前記一対の第2電極の間で流れる第2ポンピングセルと、
発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に接続された一対のリード部とを有し、前記第1ポンピングセルおよび前記第2ポンピングセルを加熱するヒータと
を有して長尺の板状に形成された素子本体部を備えたガスセンサ素子であって、
前記素子本体部は、表面および裏面の何れか一方をパッド形成面として、前記パッド形成面上に形成された第1電極パッド、第2電極パッドおよび第3電極パッドを備え、
前記第1電極パッドは、前記パッド形成面上において、前記第2電極パッドおよび前記第3電極パッドよりも、前記第1ポンピングセルおよび前記第2ポンピングセルから遠くなるように配置され、
前記素子本体部は、前記パッド形成面を有する第1絶縁層と、前記パッド形成面とは反対側の面で前記第1絶縁層上に積層される第2絶縁層とを備え、
前記第1電極パッドは、少なくとも、前記第1絶縁層を貫通する第1貫通孔と、前記第2絶縁層を貫通する第2貫通孔とを介して、一対の前記第2電極の何れか一方と電気的に接続され、
前記第2貫通孔は、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とが積層されている方向を積層方向として、前記積層方向に沿って前記第2貫通孔を通る直線である積層方向直線上に、前記第1電極パッドと前記第1貫通孔が位置しないように配置され、且つ、
前記第2貫通孔は、前記積層方向直線上に、前記パッド形成面の長手方向に沿って前記第1貫通孔を通る直線が位置しないように配置され、且つ、
前記パッド形成面において、前記第2電極パッドを挟んで前記第1ポンピングセルおよび前記第2ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域を第1反対領域とし、前記第3電極パッドを挟んで前記第1ポンピングセルおよび前記第2ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域を第2反対領域として、前記第2貫通孔は、前記積層方向直線上に、前記第1反対領域および前記第2反対領域の何れか一方が位置するように配置されるガスセンサ素子。
The measurement room where the gas to be measured is introduced and
By having a first solid electrolyte body having oxygen ion conductivity and a pair of first electrodes formed on the first solid electrolyte body, and passing a first pumping current between the pair of first electrodes. , A first pumping cell that pumps or pumps oxygen in the gas to be measured introduced into the measuring chamber.
It has an oxygen ion conductive second solid electrolyte body and a pair of second electrodes formed on the second solid electrolyte body, and the oxygen concentration in the measurement chamber is adjusted by the first pumping cell. A second pumping cell in which a second pumping current whose value changes according to the concentration of the specific gas contained in the gas to be measured flows between the pair of the second electrodes.
It has a heat-generating resistor and a pair of lead portions connected to both ends of the heat-generating resistor, and has a heater for heating the first pumping cell and the second pumping cell to form a long plate. A gas sensor element provided with a formed element body,
The element main body includes a first electrode pad, a second electrode pad, and a third electrode pad formed on the pad forming surface with either the front surface or the back surface as a pad forming surface.
The first electrode pad is arranged on the pad forming surface so as to be farther from the first pumping cell and the second pumping cell than the second electrode pad and the third electrode pad.
The element main body portion includes a first insulating layer having the pad forming surface and a second insulating layer laminated on the first insulating layer on a surface opposite to the pad forming surface.
The first electrode pad is at least one of a pair of the second electrodes via a first through hole penetrating the first insulating layer and a second through hole penetrating the second insulating layer. Electrically connected to
The second through hole is on a straight line in the stacking direction, which is a straight line passing through the second through hole along the stacking direction, with the direction in which the first insulating layer and the second insulating layer are laminated as the stacking direction. The first electrode pad and the first through hole are arranged so as not to be located in the same direction.
The second through hole is arranged so that the straight line passing through the first through hole is not located along the longitudinal direction of the pad forming surface on the stacking direction straight line, and
On the pad forming surface, a region opposite to the first pumping cell and the second pumping cell arranged on the second electrode pad is defined as a first opposite region, and the third electrode pad is used. The region on the opposite side of the first pumping cell and the second pumping cell from which the second pumping cell is arranged is set as the second opposite region, and the second through hole is formed on the straight line in the stacking direction and is the first opposite. A gas sensor element arranged so that either a region or the second opposite region is located.
前記第2絶縁層内において、前記積層方向に沿って前記第1電極パッドを通る直線上に貫通孔が配置されない請求項1に記載のガスセンサ素子。The gas sensor element according to claim 1, wherein a through hole is not arranged in a straight line passing through the first electrode pad along the stacking direction in the second insulating layer.
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