JP7137651B2 - センサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Description
長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である1以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記1以上の側面のいずれかの前記後端側に1以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が10%以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の長さLが0.5mm以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が10%未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
を備えたものである。
第1水侵入抑制部91,第2水侵入抑制部94及び外側多孔質層85を備えない点以外は図2~5に示したセンサ素子20と同様のセンサ素子を作製して、実験例1とした。すなわち、実験例1では、第1,第2内側多孔質層83,84が、上側,下側コネクタ電極71,72が配設された領域を除いて、第1,第2面60a,60bを全て被覆するようにした。実験例1のセンサ素子20は以下のように作製した。まず、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合してテープ成形により成形したセラミックスグリーンシートを6枚用意した。各々のグリーンシートには各電極等のパターンを印刷した。また、焼成後に第1内側多孔質層83及び第2内側多孔質層84となる未焼成多孔質層を、スクリーン印刷により形成した。未焼成多孔質層は、原料粉末(アルミナ粉末),バインダー溶液(ポリビニルアセタールとブチルカルビトール),溶媒(アセトン),及び造孔材を混合して調合したスラリーとした。その後、6枚のグリーンシートを積層及び焼成した。これにより、第1,第2内側多孔質層83,84を備えた素子本体60を作製して、実験例1のセンサ素子20とした。素子本体60の寸法は、長さが67.5mm、幅が4.25mm、厚さが1.45mmとした。第1,第2内側多孔質層83,84は、厚さが20μm、気孔率が30%とした。
第1,第2水侵入抑制部91,94を備える点以外は、実験例1と同様のセンサ素子を種々作製して、実験例2~31とした。実験例2~31では、第1,第2緻密層92,95の長さLe及び気孔率、第1,第2隙間領域93,96の長さLg、第1,第2水侵入抑制部91,94の長さLを表1に示すように種々変更した。なお、焼成後に第1,第2緻密層92,95となる未焼成緻密層は、造孔材の添加量を少なくした点以外は、実験例1の未焼成多孔質層と同じスラリーを用いた。また、実験例2~31では、造孔材の添加量を調整することで、第1,第2緻密層92,95の気孔率を調整した。実験例2~31のうち実験例5以外は、図6に示したように第1水侵入抑制部91が第1隙間領域93を備えず、第2水侵入抑制部94も第2隙間領域96を備えない態様とした。実験例2~31のいずれにおいても、第1,第2緻密層92,95の厚さは20μmであった。実験例2~31のいずれにおいても、第1,第2水侵入抑制部91,94の前端が、素子本体60の前端から26mmの距離に位置するようにした。
実験例1~31のセンサ素子20について、素子本体60の前端側を液体に浸した場合に毛細管現象によって素子本体60の後端側にどの程度液体が浸入するかを試験した。まず、センサ素子20の長手方向が鉛直方向に沿うようにした状態で、センサ素子20の素子本体60の前端(第5面60e)から後端側に向かって20mmの位置(以下、浸漬位置)までの部分を、レッドチェック液に浸した。その状態で20時間放置し、レッドチェック液が浸漬位置よりも後端側にどの程度浸入したかを目視にて測定し、侵入距離とした。この侵入距離は、第1,第2内側多孔質層83,84内を毛細管現象によってレッドチェック液が浸漬位置から素子本体60の後端側にどの程度移動したかを表す値である。20時間経過後の侵入距離が10mm未満であった場合に非常に良好(A)と判定し、10mm以上20mm未満であった場合に良好(B)と判定し、20mm以上であった場合に不良(F)と判定した。レッドチェック液は、栄進化学製のR-3B(NT)プラスを用いた。レッドチェック液は、炭化水素油を40~60wt%,可塑性溶剤を10~20wt%,グリコールエーテルを1~20wt%,非イオン界面活性剤を12~50wt%,アゾ系油溶性赤色染料を1~5wt%含む。レッドチェック液は、20℃での密度が0.86g/cm3であり、水よりも密度が小さい。
実験例1~31のセンサ素子20について、レーザー変位計(キーエンス製,LK-010)を用いてセンサ素子20の厚さ方向(上下方向)の反り量を測定した。実験例1について100本のセンサ素子20を作製して反り量を測定し、反り量が200μm以上であった場合に反りが発生したとみなして、100本のうち反りが発生した本数を数えて反り発生確率を算出した。実験例2~31についても同様に、反り発生確率を算出した。反り発生確率が1%未満(1本も反りが発生しなかった)の場合に非常に良好(A)と判定し、1%以上20%未満の場合に良好(B)と判定し、20%以上の場合に不良(F)と判定した。
Claims (11)
- 長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である1以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記1以上の側面のいずれかの前記後端側に1以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が10%以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の長さLが0.5mm以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が10%未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
前記複数の電極の1つであり前記緻密層が配設された前記側面に配設された外側電極と、
を備え、
前記緻密層は、前記外側電極が配設された側面において、前記外側電極よりも前記後端側に配設され且つ前記外側電極の後端部よりも前記前端側には配設されていない、
センサ素子。 - 長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である1以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記1以上の側面のいずれかの前記後端側に1以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が10%以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の長さLが0.5mm以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が10%未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面に配設され、前記複数の電極のいずれかと前記コネクタ電極とを導通する外側リード部と、
を備え、
前記多孔質層は前記外側リード部のうち前記緻密層に被覆されていない部分の少なくとも一部を被覆している、
センサ素子。 - 長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である1以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記1以上の側面のいずれかの前記後端側に1以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が10%以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の長さLが0.5mm以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が10%未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
を備え、
前記緻密層と、前記多孔質層のうち前記緻密層の前記前端側に位置する部分とは、互いに隣接しているか、又は両者の間が離間しており両者の間に前記隙間領域が存在する、
センサ素子。 - 前記コネクタ電極が配設された前記側面に配設され、前記複数の電極のいずれかと前記コネクタ電極とを導通する外側リード部、
を備え、
前記多孔質層は前記外側リード部の少なくとも一部を被覆している、
請求項1又は3に記載のセンサ素子。 - 前記緻密層は、前記長手方向の長さLeが0.5mm以上である、
請求項1~4のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記緻密層は、前記長手方向の長さLeが20mm以下である、
請求項1~5のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記隙間領域は、前記長手方向の長さLgが1mm以下である、
請求項1~6のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記水侵入抑制部は、前記隙間領域を備えない、
請求項7に記載のセンサ素子。 - 前記多孔質層は、前記水侵入抑制部が存在する領域を除いて、前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち該側面の前記前端から前記コネクタ電極の前記前端側の端部までの領域を少なくとも覆っており、
前記水侵入抑制部は、前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するように前記側面に配設されている、
請求項1~8のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記素子本体は、直方体形状をしており、前記長手方向に沿った表面である4つの前記側面を有しており、
前記コネクタ電極は、前記4つの側面のうち互いに対向する第1側面及び第2側面にそれぞれ1以上配設されており、
前記多孔質層は、前記第1側面及び前記第2側面をそれぞれ被覆しており、
前記水侵入抑制部は、前記第1側面及び前記第2側面にそれぞれ配設されている、
請求項1~9のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。
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