JP6948984B2

JP6948984B2 - Sensor element and gas sensor

Info

Publication number: JP6948984B2
Application number: JP2018100277A
Authority: JP
Inventors: 貴也中河; 正雄都築; 隆行鬼頭; 熊谷　寛; 寛熊谷; 清水　泰光; 泰光清水
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: JP2019203844A

Description

本発明は、センサ素子、及びセンサ素子を備えたガスセンサに関する。 The present invention relates to a sensor element and a gas sensor including the sensor element.

従来から、自動車等の内燃機関に用いるガスセンサにおいて、センサ素子に外部に連通する中空な測定ガス空間を設け、一対の電極のうち一方の電極を測定ガス空間に臨ませ、さらに測定ガス空間に多孔質材料を充填した構成が知られている（特許文献１）。そして、外部の被測定ガスが通路を介して測定ガス空間に導入され、上記電極によって被測定ガス中の特定ガス濃度を測定することができる。 Conventionally, in a gas sensor used for an internal combustion engine of an automobile or the like, a hollow measurement gas space communicating with the outside is provided in the sensor element, one of the pair of electrodes faces the measurement gas space, and the measurement gas space is further porous. A structure filled with a quality material is known (Patent Document 1). Then, an external gas to be measured is introduced into the measurement gas space through the passage, and the specific gas concentration in the gas to be measured can be measured by the electrode.

特開平１１−２４８６７５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-248675

ところで、例えば排気管にガスセンサを取り付けた場合、センサ素子の測定ガス空間に導入される被測定ガスの圧力ＰＧが変化し（動的圧力変化）、図８に示すようにセンサ出力が変動するという問題がある。具体的には、理論的なセンサ出力Ｔ１が被測定ガスの圧力ＰＧの変動に追随した波形であるのに対し、センサ出力にオーバーシュートＵ１が生じる。
これは、センサ出力が検出対象である特定ガス成分の濃度におおむね比例するが、外部の被測定ガスの圧力が変動すると、測定ガス空間と外部との圧力差を解消しようとして測定ガス空間に流入又は流出する被測定ガスが異常拡散する。そして、被測定ガスが外部から測定ガス空間に流入する際の異常拡散によって測定ガス空間内の特定ガス成分の量（濃度）が変化し、オーバーシュートＵ１が生じると考えられる。 By the way, for example, when a gas sensor is attached to the exhaust pipe, the pressure PG of the gas to be measured introduced into the measurement gas space of the sensor element changes (dynamic pressure change), and the sensor output fluctuates as shown in FIG. There's a problem. Specifically, while the theoretical sensor output T1 has a waveform that follows the fluctuation of the pressure PG of the gas to be measured, an overshoot U1 occurs in the sensor output.
This is roughly proportional to the concentration of the specific gas component to be detected by the sensor output, but when the pressure of the external gas to be measured fluctuates, it flows into the measurement gas space in an attempt to eliminate the pressure difference between the measurement gas space and the outside. Alternatively, the outflowing gas to be measured diffuses abnormally. Then, it is considered that the amount (concentration) of the specific gas component in the measurement gas space changes due to abnormal diffusion when the gas to be measured flows into the measurement gas space from the outside, and an overshoot U1 occurs.

又、被測定ガスの圧力の変動によるセンサ出力の変動である静的圧力変化においても、被測定ガスの圧力が増加するとセンサ出力も増加するという問題があり、ガスが通る経路が密なほど静的圧力変化に対する出力変化は大きくなる。一方、この経路が粗であると、被測定ガスの圧力変動による出力変化が少ない（つまり静的圧力依存性が低い）。
従って、図９に示すように、センサ出力が小さいと、オーバーシュートＵ２の変動が相対的に目立ってしまい、センサ特性がさらに劣ってしまう。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガスの動的圧力変化及び静的圧力変化に伴うセンサの出力変動を低減したセンサ素子及びガスセンサを提供することを目的とする。 Further, even in the static pressure change which is the fluctuation of the sensor output due to the fluctuation of the pressure of the gas to be measured, there is a problem that the sensor output also increases as the pressure of the gas to be measured increases, and the denser the path through which the gas passes, the quieter it is. The output change with respect to the target pressure change becomes large. On the other hand, if this path is coarse, the output change due to the pressure fluctuation of the gas to be measured is small (that is, the static pressure dependence is low).
Therefore, as shown in FIG. 9, when the sensor output is small, the fluctuation of the overshoot U2 becomes relatively conspicuous, and the sensor characteristics are further inferior.
The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a sensor element and a gas sensor in which the output fluctuation of the sensor due to the dynamic pressure change and the static pressure change of the gas to be measured is reduced. ..

本発明のセンサ素子は、検知電極及び第１対向電極が固体電解質体上に設けられる検知セルと、ポンプ電極及び第２対向電極が固体電解質体上に設けられるポンプセルと、前記検知電極及び前記ポンプ電極が臨む測定室と、前記測定室と外部とを連通する連通路と、を有するセンサ素子であって、前記測定室に多孔質体が充填され、前記連通路は空洞をなし、前記連通路から前記測定室へ向かう方向から見たとき、前記測定室の最大断面積Ｓｍに対し、（Ｓｍ/２）以下の断面積を有する部分が前記連通路とされ、前記測定室の体積Ｖ（ｍ^３）と、前記連通路の外面に露出した部位の断面積Ｓｃ（ｍ^２）との間で、Ｖ/Ｓｃ≦０．００３（ｍ）の関係を満たすことを特徴とする。 The sensor element of the present invention includes a detection cell in which a detection electrode and a first counter electrode are provided on a solid electrolyte body, a pump cell in which a pump electrode and a second counter electrode are provided on a solid electrolyte body, the detection electrode and the pump. A sensor element having a measurement chamber facing an electrode and a communication passage communicating the measurement room with the outside. The measurement chamber is filled with a porous body, the communication passage forms a cavity, and the communication passage is formed. When viewed from the direction toward the measurement chamber, a portion having a cross-sectional area of (Sm / 2) or less with respect to the maximum cross-sectional area Sm of the measurement chamber is defined as the communication passage, and the volume V (m) of the measurement chamber is defined as the continuous passage. It is characterized in that the relationship of V / Sc ≦ 0.003 (m) is satisfied between ³ ^{) and the cross-sectional area Sc (m 2} ) of the portion exposed on the outer surface of the communication passage.

測定室に導入される被測定ガスの圧力が変化すると、センサ出力にオーバーシュートが生じる（動的圧力変化）。又、連通路が密なほど被測定ガスの圧力の変動によるセンサ出力の変動が大きくなり、オーバーシュートの変動も相対的に目立ってセンサ特性が劣る。
そこで、動的圧力変化に対しては、測定室に多孔質体を充填することでこれらの有効体積を低減し、圧力変化時に測定室に急激に出入りするガス量を低減することで、オーバーシュートを低減できる。測定室に多孔質体を充填する理由は、測定室を物理的に小さく形成するのは製造上困難であるためである。
又、静的圧力変化に対しては、外部の被測定ガスが連通路でなるべく律速されずに測定室に導入されるようにすると、センサ出力が上昇する。このため、測定室の体積Ｖに対し、断面積Ｓｃを相対的に大きくする。 When the pressure of the gas to be measured introduced into the measurement chamber changes, an overshoot occurs in the sensor output (dynamic pressure change). Further, the denser the passage, the larger the fluctuation of the sensor output due to the fluctuation of the pressure of the gas to be measured, and the fluctuation of the overshoot is relatively conspicuous and the sensor characteristics are inferior.
Therefore, in response to dynamic pressure changes, the measurement chamber is filled with a porous material to reduce these effective volumes, and the amount of gas that rapidly enters and exits the measurement chamber when the pressure changes is reduced to overshoot. Can be reduced. The reason why the measuring chamber is filled with the porous body is that it is difficult to make the measuring chamber physically small in manufacturing.
Further, in response to a static pressure change, the sensor output increases when the external gas to be measured is introduced into the measurement chamber without being rate-determined as much as possible in the continuous passage. Therefore, the cross-sectional area Sc is made relatively large with respect to the volume V of the measurement chamber.

本発明のセンサ素子において、前記多孔質体の気孔率が５０％以下であってもよい。
このセンサ素子によれば、測定室の有効体積をより低減できる。 In the sensor element of the present invention, the porosity of the porous body may be 50% or less.
According to this sensor element, the effective volume of the measurement chamber can be further reduced.

本発明のガスセンサは、前記センサ素子を有する。 The gas sensor of the present invention has the sensor element.

この発明によれば、被測定ガスの圧力変化に伴うセンサの出力変動を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the output fluctuation of the sensor due to the pressure change of the gas to be measured.

本発明の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gas sensor which concerns on embodiment of this invention. センサ素子の模式分解斜視図である。It is a schematic disassembled perspective view of a sensor element. センサ素子の幅方向に沿う模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view along the width direction of a sensor element. 測定室及び連通路の斜視図である。It is a perspective view of a measurement room and a communication passage. 測定室と連通路の断面積が連続的に変化している場合の斜視図である。It is a perspective view when the cross-sectional area of a measuring chamber and a communication passage changes continuously. 本実施形態のセンサ素子により、被測定ガスの圧力変化に伴うセンサの出力変動を低減した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which reduced the output fluctuation of the sensor with the pressure change of the gas to be measured by the sensor element of this embodiment. センサ素子のＶ/Ｓｃを種々変化させたときの、検知精度の誤差を示す図である。It is a figure which shows the error of the detection accuracy when V / Sc of a sensor element is changed variously. 被測定ガスの圧力変化によるセンサ出力のオーバーシュートを示す図である。It is a figure which shows the overshoot of a sensor output by the pressure change of the gas to be measured. センサ出力自体が低下したときの、被測定ガスの圧力変動によるセンサ出力への影響を示す図である。It is a figure which shows the influence on the sensor output by the pressure fluctuation of the gas to be measured when the sensor output itself decreases.

本発明の実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるガスセンサ１の断面図、図２はセンサ素子１９の模式分解斜視図、図３はセンサ素子１９の幅方向に沿う模式断面図、図４は測定室及び連通路の斜視図である。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a cross-sectional view of the gas sensor 1 according to the embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the sensor element 19, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the width direction of the sensor element 19, and FIG. It is a perspective view of a continuous passage.

図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子１９と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子１９を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、を備えている。
センサ素子１９のうち、検知部２２が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ３０より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子１９は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
なお、センサ素子１９の後端１９ｅを含む後端寄り部位はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、このセンサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７を含むセンサ素子１９の後端寄り部位は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。 In FIG. 1, the gas sensor (all-region air-fuel ratio gas sensor) 1 is a holder (ceramic holder) 30 having a sensor element 19, a through hole 32 penetrating in the axis O direction through which the sensor element 19 is inserted, and a ceramic holder 30. It is provided with a main metal fitting 11 that surrounds the radial circumference.
Of the sensor element 19, the portion near the tip where the detection unit 22 is formed protrudes from the ceramic holder 30 to the tip. The sensor element 19 through which the through hole 32 is passed through the ceramic holder 30 has a sealing material (talc in this example) 41 arranged on the rear end surface side (upper side in the drawing) of the ceramic holder 30, a sleeve 43 made of an insulating material, and a ring washer. By compressing in the front-rear direction via the 45, the airtightness is maintained and fixed in the front-rear direction inside the main metal fitting 11.
The portion near the rear end including the rear end 19e of the sensor element 19 projects rearward from the sleeve 43 and the main metal fitting 11, and the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portion 16 formed on the portion near the rear end. A terminal fitting 75 provided at the tip of each lead wire 71 drawn out through the sealing material 85 is pressure-welded to 17 and electrically connected. Further, the portion near the rear end of the sensor element 19 including the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 is covered with the outer cylinder 81. Hereinafter, it will be described in more detail.

センサ素子１９は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、被測定ガス側電極１５５等（図２参照）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子１９の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミック（固体電解質等）を主体として細長いものとして形成されている。
このセンサ素子１９は、固体電解質（部材）の先端寄り部位に検知部２２をなす一対の電極１５３、１５５（図２参照）が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用のセンサパッド部１４，１５（図２参照）が露出形成されている。 The sensor element 19 extends in the O-axis direction and is composed of electrodes 155 on the gas side to be measured (see FIG. 2) on the tip side (lower side in the drawing) facing the measurement target, and detects a specific gas component in the gas to be detected. It has a strip-shaped (plate-shaped) shape with a detection unit 22. The cross section of the sensor element 19 has a rectangular shape (rectangle) of a certain size after the front and the back, and is formed as an elongated shape mainly composed of a ceramic (solid electrolyte or the like).
In this sensor element 19, a pair of electrodes 153 and 155 (see FIG. 2) forming a detection unit 22 are arranged at a portion near the tip of the solid electrolyte (member), and a pair of electrodes 153 and 155 (see FIG. Sensor pads 14 and 15 (see FIG. 2) for connecting the lead wire 71 for connection are exposed.

本例では、センサ素子１９の先端寄り部位内部に、酸素をポンピングするポンプセル層１６１（図２参照）が設けられており、後端寄り部位には、ポンプセル制御用のリード線７１接続用のセンサパッド部１３、１５（図２参照）が露出形成されている。
また、本例では、センサ素子１９のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位内部にヒータ層１４５（図２参照））が設けられており、後端寄り部位には、ヒータ電圧印加用のリード線７１接続用のヒータパッド部１６，１７（図２参照）が露出形成されている。
なお、これらセンサパッド部１３〜１５、ヒータパッド部１６，１７は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子１９の後端寄り部位において、図２に示すように帯板の幅広面にセンサパッド部１３〜１５が３つ横に並び、反対面にヒータパッド部１６，１７が２つ横に並んでいる。
さらに、センサ素子１９の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。 In this example, a pump cell layer 161 (see FIG. 2) for pumping oxygen is provided inside the portion near the tip of the sensor element 19, and a sensor for connecting a lead wire 71 for controlling the pump cell is provided at the portion near the rear end. Pad portions 13 and 15 (see FIG. 2) are exposed and formed.
Further, in this example, in the sensor element 19, the heater layer 145 (see FIG. 2) is provided inside the portion near the tip of the ceramic material formed in a laminated manner on the solid electrolyte (member), and is near the rear end. Heater pad portions 16 and 17 (see FIG. 2) for connecting the lead wire 71 for applying the heater voltage are exposed and formed in the portion.
The sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 are formed in a vertically long rectangular shape. For example, in a portion near the rear end of the sensor element 19, the sensor pad portion 13 is formed on a wide surface of the strip as shown in FIG. ~ 15 are arranged side by side, and two heater pad portions 16 and 17 are arranged side by side on the opposite side.
Further, the detection unit 22 of the sensor element 19 is coated with a porous protective layer 23 made of alumina, spinel, or the like.

主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述するプロテクタ５１、６１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ３３が設けられている。そして、その後方には、このネジ３３によってセンサ１をねじ込むための多角形部１４を備えている。また、この多角形部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１１ｅが連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部３６を備えている。なお、このカシメ用円筒部３６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット２１が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１１ｄを有している。 The main metal fitting 11 has a cylindrical shape having concentric and different diameters at the front and rear, and has a small diameter on the tip side, and is a cylindrical annular portion (hereinafter, also referred to as a cylindrical portion) for externally fitting and fixing protectors 51 and 61 described later. 12 is provided, and a screw 33 for fixing to the exhaust pipe of the engine having a larger diameter is provided on the outer peripheral surface behind the 12 (upper side in the drawing). A polygonal portion 14 for screwing the sensor 1 by the screw 33 is provided behind the screw 33. Further, behind the polygonal portion 14, a cylindrical portion 11e for welding by externally fitting a protective cylinder (outer cylinder) 81 covering the rear of the gas sensor 1 is continuously provided, and behind the cylindrical portion 11e, the outer diameter is larger than that. It is provided with a small and thin-walled caulking cylindrical portion 36. In FIG. 1, the caulking cylindrical portion 36 is bent inward for post-caulking. A gasket 21 for sealing at the time of screwing is attached to the lower surface of the polygonal portion 14.
On the other hand, the main metal fitting 11 has an inner hole 18 penetrating in the axis O direction. The inner peripheral surface of the inner hole 18 has a tapered step portion 11d that tapers inward in the radial direction from the rear end side toward the front end side.

主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１１ｄに係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子１９が略隙間なく通るように、センサ素子１９の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。 Inside the main metal fitting 11, a ceramic holder 30 made of an insulating ceramic (for example, alumina) and formed in a substantially short cylindrical shape is arranged. The ceramic holder 30 has a tip facing surface 30a formed in a tapered shape that tapers toward the tip. Then, the ceramic holder 30 is positioned in the main metal fitting 11 by pressing the ceramic holder 30 from the rear end side with the sealing material 41 while the portion of the tip facing surface 30a near the outer circumference is locked to the step portion 11d. And it is fitted in the gap.
On the other hand, the through hole 32 is provided in the center of the ceramic holder 30, and is a rectangular opening having substantially the same dimensions as the cross section of the sensor element 19 so that the sensor element 19 can pass through without a gap.

センサ素子１９は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子１９の先端をセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子１９の先端部位は、本形態では、２層構造からなり、共にそれぞれ通気孔（穴）５６、６７を有する有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１，６１で覆われている。このうち内側のプロテクタ５１の後端が、主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔５６はプロテクタ５１の後端側で周方向において例えば８箇所設けられている。一方プロテクタ５１の先端側にも、周方向において例えば４箇所、排出穴５３が設けられている。
また、外側のプロテクタ６１は、内側のプロテクタ５１に外嵌して、同時に円筒部１２に溶接されている。外側のプロテクタ６１の通気孔６７は、先端寄り部位に、周方向において例えば８箇所設けられており、また、プロテクタ６１先端の底部中央にも排出孔６９が設けられている。 The sensor element 19 is passed through a through hole 32 of the ceramic holder 30, and the tip of the sensor element 19 is projected ahead of the tip 12a of the ceramic holder 30 and the main metal fitting 11.
On the other hand, the tip portion of the sensor element 19 has a two-layer structure in this embodiment, and is covered with bottomed cylindrical protectors (protective covers) 51 and 61, both of which have ventilation holes (holes) 56 and 67, respectively. .. Of these, the rear end of the inner protector 51 is fitted onto the cylindrical portion 12 of the main metal fitting 11 and welded. The ventilation holes 56 are provided at, for example, eight locations on the rear end side of the protector 51 in the circumferential direction. On the other hand, on the tip side of the protector 51, for example, four discharge holes 53 are provided in the circumferential direction.
Further, the outer protector 61 is fitted onto the inner protector 51 and is welded to the cylindrical portion 12 at the same time. The vent holes 67 of the outer protector 61 are provided at, for example, eight places in the circumferential direction near the tip, and the discharge holes 69 are also provided at the center of the bottom of the tip of the protector 61.

又、図１に示すように、センサ素子１９の後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１１ｅに外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、外筒８１の小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。 Further, as shown in FIG. 1, each of the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 formed in the portion near the rear end of the sensor element 19 has lead wires drawn out through the sealing material 85 to the outside. Each terminal fitting 75 provided at the tip of 71 is pressure-welded by its spring property and is electrically connected. In the gas sensor 1 of this example, the terminal fittings 75 including the pressure contact portion are provided in opposite arrangements in each accommodating portion provided in the insulating separator 91 arranged in the outer cylinder 81. .. The separator 91 is restricted from moving in the radial direction and toward the tip side via a holding member 82 that is caulked and fixed in the outer cylinder 81. Then, the tip of the outer cylinder 81 is fitted and welded to the cylindrical portion 11e of the portion near the rear end of the main metal fitting 11, so that the rear part of the gas sensor 1 is airtightly covered.
The lead wire 71 is pulled out to the outside through a sealing material (for example, rubber) 85 arranged inside the rear end portion of the outer cylinder 81, and the small diameter cylinder portion 83 of the outer cylinder 81 is crimped. By compressing the sealing material 85 of the lever, the airtightness of this portion is maintained.

因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。 Incidentally, a step portion 81d having a large diameter at the tip side is formed on the rear end side of the outer cylinder 81 slightly from the center in the axis O direction, and the inner surface of the step portion 81d supports the rear end of the separator 91 so as to push it forward. do. On the other hand, in the separator 91, a flange 93 formed on the outer periphery thereof is supported on a holding member 82 fixed to the inside of the outer cylinder 81, and the separator 91 is oriented in the axis O direction by the stepped portion 81d and the holding member 82. It is held in.

次に、図２〜図３を参照し、センサ素子１９の構成について説明する。
センサ素子１９は厚さ方向（積層方向）に、図２の上方から順に、第１セラミック層１８０、第２セラミック層１６０、第３セラミック層１７０、第４セラミック層１５０及びヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８０は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。 Next, the configuration of the sensor element 19 will be described with reference to FIGS. 2 to 3.
The sensor element 19 is laminated with the first ceramic layer 180, the second ceramic layer 160, the third ceramic layer 170, the fourth ceramic layer 150, and the heater layer 145 in order from the upper part of FIG. 2 in the thickness direction (lamination direction). It becomes. Each layer 145, 150 to 180 is made of an insulating ceramic such as alumina, and has a rectangular plate shape having the same external dimensions (at least width and length).

第１セラミック層１８０は、先端側（図２の左側）に矩形状に開口する貫通部１８１ｈを有し、貫通部１８１ｈに埋め込まれるように多孔質層１８２が配置されている。第１セラミック層１８０は以下の第２セラミック層１６０を保護して覆い、多孔質層１８２は第２セラミック層１６０におけるポンプ電極１６３を覆っている。
多孔質層１８２は外部に露出しており、多孔質層１８２を介してポンプ電極１６３と外部との間で酸素の汲み出し及び汲み入れが可能となっている。 The first ceramic layer 180 has a penetrating portion 181h that opens in a rectangular shape on the tip side (left side in FIG. 2), and the porous layer 182 is arranged so as to be embedded in the penetrating portion 181h. The first ceramic layer 180 protects and covers the following second ceramic layer 160, and the porous layer 182 covers the pump electrode 163 in the second ceramic layer 160.
The porous layer 182 is exposed to the outside, and oxygen can be pumped and pumped between the pump electrode 163 and the outside via the porous layer 182.

第２セラミック層１６０は、矩形板状の固体電解質体１６２を備えたポンプセル層１６１と、固体電解質体１６２の表裏面にそれぞれ設けられた上述のポンプ電極１６３及び対向電極１６５とを備えている。セル層１６１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１６１ｈが設けられ、貫通部１６１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１６２が配置されている。なお、ポンプ電極１６３はポンプ電極部１６３Ｅ、及び、当該ポンプ電極部１６３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６３Ｌからなり、対向電極１６５は対向電極部１６５Ｅ、及び、当該対向電極部１６５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６５Ｌからなる。
固体電解質体１６２，ポンプ電極１６３及び対向電極１６５は、後述する測定室１７１内の被測定ガス中の酸素の汲み出し及び汲み入れを行う酸素ポンプセル（第２セラミック層）１６０を構成し、対向電極１６５は測定室１７１に臨み、ポンプ電極１６３は多孔質層１８２を介して外部に連通している。 The second ceramic layer 160 includes a pump cell layer 161 having a rectangular plate-shaped solid electrolyte body 162, and the above-mentioned pump electrodes 163 and counter electrodes 165 provided on the front and back surfaces of the solid electrolyte body 162, respectively. A penetrating portion 161h that opens in a rectangular shape is provided on the tip end side (left side of FIG. 2) of the cell layer 161 and a solid electrolyte body 162 is arranged so as to be embedded in the penetrating portion 161h. The pump electrode 163 is composed of a pump electrode portion 163E and a lead portion 163L extending from the pump electrode portion 163E toward the rear end side, and the counter electrode 165 is rearward from the counter electrode portion 165E and the counter electrode portion 165E. It consists of a lead portion 165L extending toward the end side.
The solid electrolyte body 162, the pump electrode 163, and the counter electrode 165 constitute an oxygen pump cell (second ceramic layer) 160 for pumping and pumping oxygen in the gas to be measured in the measurement chamber 171 described later, and the counter electrode 165. Faces the measurement chamber 171 and the pump electrode 163 communicates with the outside via the porous layer 182.

リード部１６３Ｌは、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１３と電気的に接続されている。又、リード部１６５Ｌは、セル層１６１、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、測定室１７１内の酸素濃度に応じ、ポンプ電極１６３及び対向電極１６５の間に流れる電流の方向及び大きさがセンサパッド部１３、１５を介して２本のリード線７１から外部装置によって制御され、酸素がポンピングされる。 The lead portion 163L is electrically connected to the sensor pad portion 13 via a through hole provided in the first ceramic layer 180. Further, the lead portion 165L is electrically connected to the sensor pad portion 15 via through holes provided in the cell layer 161 and the first ceramic layer 180.
Then, the direction and magnitude of the current flowing between the pump electrode 163 and the counter electrode 165 are controlled by an external device from the two lead wires 71 via the sensor pads 13 and 15 according to the oxygen concentration in the measurement chamber 171. And oxygen is pumped.

第３セラミック層１７０の先端側（図２の左側）には測定室１７１が矩形状に開口している。又、第３セラミック層１７０の長辺側の両側面には、測定室１７１を外部と区画する連通路１７３が配置されている。一方、測定室１７１の先端側と後端側には、測定室１７１の側壁をなすセラミック絶縁層１７５が配置されている。
測定室１７１は連通路１７３を介して外部と連通しており、測定室１７１のすべてに多孔質体が充填されている。
測定室１７１及び連通路１７３については後述する。 The measurement chamber 171 opens in a rectangular shape on the tip end side (left side in FIG. 2) of the third ceramic layer 170. Further, on both side surfaces of the third ceramic layer 170 on the long side side, a communication passage 173 for partitioning the measurement chamber 171 from the outside is arranged. On the other hand, the ceramic insulating layer 175 forming the side wall of the measurement chamber 171 is arranged on the front end side and the rear end side of the measurement chamber 171.
The measurement chamber 171 communicates with the outside through a communication passage 173, and all of the measurement chamber 171 is filled with a porous body.
The measurement chamber 171 and the communication passage 173 will be described later.

第４セラミック層１５０は、矩形板状の固体電解質体１５２を備えたセル層１５１と、固体電解質体１５２の表裏面にそれぞれ設けられた基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５とを備えている。セル層１５１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１５１ｈが設けられ、貫通部１５１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１５２が配置されている。なお、基準ガス側電極１５３は基準ガス側電極部１５３Ｅ、及び、当該基準ガス側電極部１５３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５３Ｌからなり、被測定ガス側電極１５５は被測定ガス側電極部１５５Ｅ、及び、当該被測定ガス側電極部１５５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５５Ｌからなる。
固体電解質体１５２，基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５は、被測定ガス中の酸素濃度の検知セル（第４セラミック層）１５０を構成し、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨んでいる。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、リード部１５３Ｌ、スルーホールを介して外部に通気する。 The fourth ceramic layer 150 includes a cell layer 151 having a rectangular plate-shaped solid electrolyte 152, and reference gas side electrodes 153 and measured gas side electrodes 155 provided on the front and back surfaces of the solid electrolyte 152, respectively. ing. A penetrating portion 151h that opens in a rectangular shape is provided on the tip end side (left side of FIG. 2) of the cell layer 151, and the solid electrolyte body 152 is arranged so as to be embedded in the penetrating portion 151h. The reference gas side electrode 153 is composed of a reference gas side electrode portion 153E and a lead portion 153L extending from the reference gas side electrode portion 153E toward the rear end side, and the measurement gas side electrode 155 is a measurement gas side electrode. It is composed of a portion 155E and a lead portion 155L extending from the electrode portion 155E on the gas side to be measured toward the rear end side.
The solid electrolyte 152, the reference gas side electrode 153, and the measurement gas side electrode 155 constitute a detection cell (fourth ceramic layer) 150 for the oxygen concentration in the measurement gas, and the measurement gas side electrode portion 155E is a measurement chamber. It faces 171. On the other hand, the reference gas side electrode portion 153E is ventilated to the outside through the lead portion 153L and the through hole.

リード部１５３Ｌは、セル層１５１、第３セラミック層１７０、第２セラミック層１６０及び第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１４と電気的に接続されている。又、リード部１５５Ｌは、第３セラミック層１７０、第２セラミック層１６０及び第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の検出信号が、センサパッド部１４，１５から２本のリード線７１を介して外部に出力され、酸素濃度が検出される。 The lead portion 153L is electrically connected to the sensor pad portion 14 via through holes provided in the cell layer 151, the third ceramic layer 170, the second ceramic layer 160, and the first ceramic layer 180. Further, the lead portion 155L is electrically connected to the sensor pad portion 15 via through holes provided in the third ceramic layer 170, the second ceramic layer 160, and the first ceramic layer 180.
Then, the detection signals of the reference gas side electrode 153 and the measurement gas side electrode 155 are output from the sensor pads 14 and 15 to the outside via the two lead wires 71, and the oxygen concentration is detected.

なお、センサ素子１９においては、検知セル（第４セラミック層）１５０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、酸素ポンプセル（第２セラミック層）１６０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１６０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子を構成する。
すなわち、測定室１７１に臨む被測定ガス側電極部１５５Ｅが特許請求の範囲の「検知電極」に相当し、固体電解質体１５２が特許請求の範囲の「固体電解質体」に相当し、基準ガス側電極部１５３Ｅが特許請求の範囲の「第１対向電極」に相当する。又、測定室１７１に臨む対向電極部１６５Ｅが特許請求の範囲の「ポンプ電極」に相当し、固体電解質体１６２が特許請求の範囲の「固体電解質体」に相当し、ポンプ電極部１６３Ｅが特許請求の範囲の「第２対向電極」に相当する。 In the sensor element 19, the oxygen pump cell (second ceramic layer) 160 is provided so that the voltage (electromotive current) generated between the electrodes of the detection cell (fourth ceramic layer) 150 becomes a predetermined value (for example, 450 mV). The direction and magnitude of the current flowing between the electrodes are adjusted to form an oxygen sensor element that linearly detects the oxygen concentration in the gas to be measured according to the current flowing in the oxygen pump cell 160.
That is, the electrode portion 155E on the gas side to be measured facing the measurement chamber 171 corresponds to the "detection electrode" in the claims, the solid electrolyte 152 corresponds to the "solid electrolyte" in the claims, and the reference gas side. The electrode portion 153E corresponds to the "first counter electrode" in the claims. Further, the counter electrode portion 165E facing the measurement chamber 171 corresponds to the "pump electrode" in the claims, the solid electrolyte 162 corresponds to the "solid electrolyte" in the claims, and the pump electrode portion 163E is patented. Corresponds to the "second counter electrode" in the claims.

ヒータ層１４５は、第１層１４５ａ、第２層１４５ｂ、及び第１層１４５ａと第２層１４５ｂの間に配置される発熱体１４６を備えている。第１層１４５ａは第４セラミック層１５０と対向している。発熱体１４６は、蛇行状のパターンを有する発熱部１４６ｍ、及び発熱部１４６ｍの両端から後端側に延びる２つのリード部１４６Ｌを備えている。
各リード部１４６Ｌは、第２層１４５ｂに設けられたスルーホール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。そして、２本のリード線７１を介してヒータパッド部１６，１７から発熱体１４６に通電することで、発熱体１４６が発熱し、固体電解質体１５２，１６２を活性化する。 The heater layer 145 includes a first layer 145a, a second layer 145b, and a heating element 146 arranged between the first layer 145a and the second layer 145b. The first layer 145a faces the fourth ceramic layer 150. The heating element 146 includes a heat generating portion 146 m having a meandering pattern, and two lead portions 146 L extending from both ends of the heat generating portion 146 m toward the rear end side.
Each lead portion 146L is electrically connected to the heater pad portions 16 and 17 via through holes provided in the second layer 145b. Then, by energizing the heating element 146 from the heater pad portions 16 and 17 via the two lead wires 71, the heating element 146 generates heat and activates the solid electrolyte bodies 152 and 162.

次に、図４を参照し、測定室１７１及び連通路１７３の構成について説明する。
図４に示すように、測定室１７１は略直方体状をなし、測定室１７１の幅方向両端に、測定室１７１よりも小さく略直方体状の連通路１７３がそれぞれ接続されている。
ここで、センサ素子１９の外面に露出した連通路１７３から測定室１７１へ向かう方向Ｆから見たとき、測定室１７１の最大断面積Ｓｍに対し、（Ｓｍ/２）以下の断面積Ｓｘを有する部分が連通路１７３とされる。
本例では、方向Ｆから見て測定室１７１と連通路１７３の断面積がそれぞれ一定であり、かつ測定室１７１と連通路１７３とは断面積が異なるので、測定室１７１と連通路１７３とを簡単に区別できる。一方、例えば図５のように、測定室１７１と連通路１７３の断面積が連続的に変化している場合、両者の境界が明確ではない。そこで、測定室１７１の最大断面積Ｓｍの半分（Ｓｍ/２）である断面積の部位を、測定室１７１と連通路１７３との境界とみなすこととする。 Next, the configuration of the measurement chamber 171 and the communication passage 173 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the measuring chamber 171 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a substantially rectangular parallelepiped connecting passage 173 smaller than the measuring chamber 171 is connected to both ends of the measuring chamber 171 in the width direction.
Here, when viewed from the direction F from the communication passage 173 exposed on the outer surface of the sensor element 19 toward the measurement chamber 171, it has a cross-sectional area Sx of (Sm / 2) or less with respect to the maximum cross-sectional area Sm of the measurement chamber 171. The part is referred to as a continuous passage 173.
In this example, since the cross-sectional areas of the measurement chamber 171 and the communication passage 173 are constant when viewed from the direction F, and the cross-sectional areas of the measurement chamber 171 and the communication passage 173 are different, the measurement chamber 171 and the communication passage 173 are separated. Easy to distinguish. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the cross-sectional areas of the measuring chamber 171 and the communication passage 173 are continuously changing, the boundary between the two is not clear. Therefore, the portion of the cross-sectional area that is half (Sm / 2) of the maximum cross-sectional area Sm of the measurement chamber 171 is regarded as the boundary between the measurement chamber 171 and the communication passage 173.

次に、測定室１７１に多孔質体が充填されている理由について説明する。
図８に示したように、被測定ガスの圧力変化（動的圧力変化）により、センサ出力がオーバーシュートするが、その原因は測定室１７１に流入又は流出する被測定ガスの異常拡散に伴い、測定室１７１内の特定ガス成分の量（濃度）ｎが変化するものである。
ここで、気体の状態方程式によれば、特定ガス成分の量（濃度）ｎの変化量Δｎ＝ＰＶ/ＲＴであるから、測定室１７１の体積Ｖを小さくするほど、Δｎ、ひいてはオーバーシュートを低減できることになる。
但し、測定室１７１を物理的に小さく形成するのは製造上困難であるので、測定室１７１に多孔質体を充填することで、測定室１７１の体積Ｖ（有効体積）は、多孔質体の気孔部分のみに低減される。この点からは、多孔質体の気孔率が５０％以下であると、測定室１７１の体積Ｖをより低減できるので好ましい。 Next, the reason why the measurement chamber 171 is filled with the porous body will be described.
As shown in FIG. 8, the sensor output overshoots due to the pressure change (dynamic pressure change) of the gas to be measured, and the cause is due to the abnormal diffusion of the gas to be measured flowing in or out of the measurement chamber 171. The amount (concentration) n of the specific gas component in the measurement chamber 171 changes.
Here, according to the equation of state of gas, the amount of change in the amount (concentration) n of the specific gas component Δn = PV / RT. Therefore, as the volume V of the measurement chamber 171 is reduced, Δn and thus overshoot are reduced. You will be able to do it.
However, since it is difficult to make the measurement chamber 171 physically small in manufacturing, by filling the measurement chamber 171 with a porous body, the volume V (effective volume) of the measurement chamber 171 can be changed to that of the porous body. It is reduced only to the pores. From this point of view, it is preferable that the porosity of the porous body is 50% or less because the volume V of the measurement chamber 171 can be further reduced.

図４に戻り、測定室１７１の体積Ｖ（ｍ^３）と、連通路１７３の外面に露出した部位の断面積Ｓｃ（ｍ^２）との間で、Ｖ/Ｓｃ≦０．００３（ｍ）の関係を満たす。この理由について説明する。
連通路１７３が密なほど被測定ガスの圧力変動によるセンサ出力の変動（静的圧力変化）の影響が大きくなり、図９に示すように、オーバーシュートの変動が相対的に目立ってセンサ特性が劣る。
そこで、外部の被測定ガスが連通路１７３でなるべく律速されずに測定室１７１に導入されるようにする。このため、(i)連通路１７３を空洞として粗とすることと、(ii)測定室１７１の体積Ｖに対し、断面積Ｓｃを相対的に大きくすることで、外部の被測定ガスが測定室１７１に導入され易くなる。
これにより、図６に示すように、被測定ガスの圧力ＰＧの変動前後のセンサ出力Ｔ３の差Ｓ３が減少し、被測定ガスの圧力変動の影響が小さくなる。又、センサ出力が上昇するので、オーバーシュートＵ３の変動が相対的に小さくなり、センサ性能が向上する。 Returning to FIG. 4, V / Sc ≦ 0.003 (m) between ^{the volume V (m 3} ^{) of the measurement chamber 171 and the cross-sectional area Sc (m 2} ) of the portion exposed on the outer surface of the communication passage 173. Meet the relationship. The reason for this will be explained.
The denser the passage 173, the greater the influence of the fluctuation of the sensor output (static pressure change) due to the pressure fluctuation of the gas to be measured, and as shown in FIG. 9, the fluctuation of the overshoot is relatively conspicuous and the sensor characteristics are improved. Inferior.
Therefore, the external gas to be measured is introduced into the measuring chamber 171 in the communication passage 173 without being rate-determined as much as possible. Therefore, (i) the communication passage 173 is made rough as a cavity, and (ii) the cross-sectional area Sc is made relatively large with respect to the volume V of the measurement chamber 171 so that the external gas to be measured can be measured in the measurement chamber. It becomes easy to be introduced in 171.
As a result, as shown in FIG. 6, the difference S3 of the sensor output T3 before and after the fluctuation of the pressure PG of the gas to be measured is reduced, and the influence of the pressure fluctuation of the gas to be measured is reduced. Further, since the sensor output increases, the fluctuation of the overshoot U3 becomes relatively small, and the sensor performance is improved.

Ｖ/Ｓｃ＞０．００３（ｍ）であると、外部の被測定ガスが連通路１７３で律速され、センサ出力が低下する。
なお、体積Ｖに対し、次元の異なる断面積Ｓｃを比較対象とする理由は、オーバーシュートは体積Ｖに依存し、体積Ｖを小さくするほどオーバーシュートも低減されるものの、設計上、オーバーシュートがゼロになることはなく、オーバーシュートによってセンサの検知性能が悪化するが、オーバーシュートが及ぼすセンサの検知性能への影響を断面積Ｓｃの大小によってある程度制御することができるためである。
以上のようにして、動的圧力変化及び静的圧力変化の影響を共に低減し、被被測定ガスの圧力変化に伴うセンサの出力変動を低減することができる。 When V / Sc> 0.003 (m), the external gas to be measured is rate-determined by the communication passage 173, and the sensor output is lowered.
The reason why the cross-sectional areas Sc having different dimensions are compared with the volume V is that the overshoot depends on the volume V, and the overshoot is reduced as the volume V is made smaller, but the overshoot is designed. This is because the overshoot does not become zero and the detection performance of the sensor deteriorates due to the overshoot, but the influence of the overshoot on the detection performance of the sensor can be controlled to some extent by the magnitude of the cross-sectional area Sc.
As described above, the influence of both the dynamic pressure change and the static pressure change can be reduced, and the output fluctuation of the sensor due to the pressure change of the gas to be measured can be reduced.

なお、断面積Ｓｃ（ｍ^２）は大きいほどセンサ特性が向上する点では良いが、あまり大きくなると、酸素ポンピングに要する電力が大きくなって固体電解質体の破損に繋がるおそれがある。 The larger the cross-sectional area Sc (m ² ) is, the better the sensor characteristics are. However, if it is too large, the power required for oxygen pumping increases, which may lead to damage to the solid electrolyte.

本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
例えば測定室及び連通路の形状は上記実施形態に限定されない。また、センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
又、例えば測定室及び測定室に連通する別の室（つまり、２室）を有するＮＯｘセンサ等にも本発明を適用可能である。 The structure and configuration of the gas sensor of the present invention can be appropriately redesigned and embodied without departing from the gist of the present invention.
For example, the shapes of the measurement chamber and the communication passage are not limited to the above embodiment. Further, the sensor element is not limited to the one that measures the concentration of oxygen, and an element that measures the concentration of nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), or the like may be used.
The present invention can also be applied to, for example, a NOx sensor having a measurement room and another room (that is, two rooms) communicating with the measurement room.

測定室１７１の体積Ｖ＝０．１４１（ｍ^３）とし、連通路１７３の断面積Ｓｃを種々変化させて図２に示すセンサ素子１９を製造した。
なお、測定室１７１に、気孔率４５％の多孔質体を充填した。この多孔質体は、アルミナ粒子とチタニア粒子と焼失性カーボンを含むペーストを測定室１７１に充填して焼成することで形成した。
得られたガスセンサ１において、酸素濃度２０％の被測定ガスを用いて出力のオーバーシュートを測定した。
得られた結果を図７に示す。Ｖ/Ｓｃ≦０．００３（ｍ）の場合、検知精度の誤差が基準値を下回り、オーバーシュートによるセンサ検知性能の悪化を抑制できたことがわかる。
なお、図７の「センサ検知精度の誤差（％）」は、図６のオーバーシュートＵ３からセンサ出力Ｔ３を差し引いた値（オーバーシュート分）を、基準値（大気圧下のセンサ出力）で除した値（％）である。 The sensor element 19 shown in FIG. 2 was manufactured by setting the volume V of the measurement chamber 171 to 0.141 (m ³ ) and variously changing the cross-sectional area Sc of the communication passage 173.
The measurement chamber 171 was filled with a porous material having a porosity of 45%. This porous body was formed by filling the measurement chamber 171 with a paste containing alumina particles, titania particles, and burnable carbon and firing the mixture.
In the obtained gas sensor 1, the output overshoot was measured using the gas to be measured having an oxygen concentration of 20%.
The obtained results are shown in FIG. When V / Sc ≦ 0.003 (m), the error of the detection accuracy was less than the reference value, and it can be seen that the deterioration of the sensor detection performance due to the overshoot could be suppressed.
The “error (%) of sensor detection accuracy” in FIG. 7 is obtained by dividing the value obtained by subtracting the sensor output T3 from the overshoot U3 in FIG. 6 (overshoot portion) by the reference value (sensor output under atmospheric pressure). Value (%).

１ガスセンサ
１９センサ素子
１５０検知セル（第４セラミック層）
１５２，１６２固体電解質体
１５３Ｅ第１対向電極
１５５Ｅ検知電極
１６０ポンプセル（第２セラミック層）
１６３Ｅ第２対向電極
１６５Ｅポンプ電極
１７１測定室
１７３連通路
Ｆ連通路から測定室へ向かう方向 1 Gas sensor 19 Sensor element 150 Detection cell (4th ceramic layer)
152,162 Solid electrolyte 153E 1st counter electrode 155E Detection electrode 160 Pump cell (2nd ceramic layer)
163E Second counter electrode 165E Pump electrode 171 Measurement chamber 173 Continuous passage F Direction from the continuous passage to the measurement chamber

Claims

A detection cell in which the detection electrode and the first counter electrode are provided on the solid electrolyte body, and a pump cell in which the pump electrode and the second counter electrode are provided on the solid electrolyte body.
A measurement chamber formed between the detection cell and the pump cell and facing the detection electrode and the pump electrode,
A communication passage that connects the measurement room and the outside,
It is a sensor element having
The measuring chamber is filled with a porous body,
The passageway forms a cavity,
When viewed from the direction from the communication passage to the measurement chamber, a portion having a cross-sectional area of (Sm / 2) or less with respect to the maximum cross-sectional area Sm of the measurement chamber is defined as the communication passage.
Satisfying the relationship of V / Sc ≦ 0.003 (m) between the volume V (m ³ ^{) of the measurement chamber and the cross-sectional area Sc (m 2} ) of the portion exposed on the outer surface of the communication passage. Characteristic sensor element.

The sensor element according to claim 1, wherein the porous body has a porosity of 50% or less.

A gas sensor having the sensor element according to claim 1 or 2.