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JP6622643B2 - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

Gas sensor element and gas sensor Download PDF

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JP6622643B2 JP2016079800A JP2016079800A JP6622643B2 JP 6622643 B2 JP6622643 B2 JP 6622643B2 JP 2016079800 A JP2016079800 A JP 2016079800A JP 2016079800 A JP2016079800 A JP 2016079800A JP 6622643 B2 JP6622643 B2 JP 6622643B2
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愛 五十嵐
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哲哉 伊藤
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor element and a gas sensor that are suitably used for detecting the gas concentration of a specific gas contained in combustion gas or exhaust gas of, for example, a combustor or an internal combustion engine.

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分(酸素、NO等)の濃度を検出するガスセンサが用いられている(特許文献1、2)。特許文献1、2記載のガスセンサは自身の内部にガスセンサ素子を有し、ガスセンサ素子は、固体電解質層の両面に一対の電極を形成してなるセルを有している。例えば特許文献2記載のガスセンサの場合、図12に示すようにガスセンサ素子1000は2つのセル1300、1400を有している。
このうち、セル1400は固体電解質層1090の両面に形成された電極1080、1100を有し、電極1100は多孔質層1130を介して外部との間で排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う酸素ポンプセルとなっている。一方、セル1300は、測定室1070に面して測定室1070内の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧(起電力)を出力する酸素濃度検出セルとなっている。そして、この出力電圧が一定となるように酸素ポンプセル1400に電圧(Vp電圧)を印加してポンプ電流Ipを流し、該ポンプ電流Ipに応じた排気ガス中の酸素濃度を検出するようになっている。
Conventionally, a gas sensor for detecting the concentration of a specific component in the exhaust gas of an internal combustion engine (oxygen, NO x, etc.) have been used (Patent Documents 1 and 2). The gas sensor described in Patent Documents 1 and 2 has a gas sensor element inside itself, and the gas sensor element has a cell formed by forming a pair of electrodes on both surfaces of the solid electrolyte layer. For example, in the case of the gas sensor described in Patent Document 2, the gas sensor element 1000 includes two cells 1300 and 1400 as shown in FIG.
Among these, the cell 1400 has electrodes 1080 and 1100 formed on both surfaces of the solid electrolyte layer 1090, and the electrode 1100 pumps or pumps oxygen in the exhaust gas between the outside through the porous layer 1130. Oxygen pump cell to perform. On the other hand, the cell 1300 is an oxygen concentration detection cell that faces the measurement chamber 1070 and outputs an output voltage (electromotive force) corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas in the measurement chamber 1070. Then, a voltage (Vp voltage) is applied to the oxygen pump cell 1400 so that the output voltage becomes constant, a pump current Ip is supplied, and the oxygen concentration in the exhaust gas corresponding to the pump current Ip is detected. Yes.

さらに、各電極は、電極部と、電極部に電気的に接続されて軸線方向(図12の紙面方向)に延びる電極リード部とを備えている。そして、特許文献1、2記載のガスセンサは、電極リード部と固体電解質層との間に絶縁層を配置することで、ブラックニングと称される固体電解質層の特性劣化や、固体電解質層のクラック発生を防止している。ブラックニングは、固体電解質層を介して電極反応が生じている状態で、固体電解質層に酸素不足が生じて固体電解質層中の金属酸化物が還元される現象である。ブラックニングが生じると、固体電解質層の特性(イオン伝導性)が劣化し、セルの酸素ポンピング性能が低下する。又、固体電解質層に酸素不足が生じることで固体電解質層が脆くなり、クラック(亀裂)が生じる場合がある。   Further, each electrode includes an electrode portion and an electrode lead portion that is electrically connected to the electrode portion and extends in the axial direction (paper surface direction in FIG. 12). In the gas sensor described in Patent Documents 1 and 2, by disposing an insulating layer between the electrode lead portion and the solid electrolyte layer, characteristic deterioration of the solid electrolyte layer called blackening or cracks in the solid electrolyte layer Occurrence is prevented. Blackening is a phenomenon in which the metal oxide in the solid electrolyte layer is reduced due to a lack of oxygen in the solid electrolyte layer in a state where an electrode reaction occurs through the solid electrolyte layer. When blackening occurs, the characteristics (ion conductivity) of the solid electrolyte layer deteriorate, and the oxygen pumping performance of the cell decreases. Further, when the oxygen shortage occurs in the solid electrolyte layer, the solid electrolyte layer becomes brittle and a crack may occur.

特許第4166403号公報Japanese Patent No. 4166403 特許第5374529号公報Japanese Patent No. 5374529

ところで、固体電解質層のブラックニングやクラックを防止する観点からは、電極リード部の全てを固体電解質層から絶縁することが好ましい。しかしながら、一般に電極部と電極リード部とは、電極材料のペーストを固体電解質層や絶縁層の表面に印刷し焼成して形成される。このため、電極部との境界まで電極リード部を絶縁しようとすると、印刷ズレによって電極部の一部が絶縁層表面に重なって形成されてしまい、電極部の有効面積が減少してセルの性能(酸素のポンピング性能)を損なうおそれがある。
このため、電極部と絶縁層との間には印刷ズレを考慮した間隔が必要となるが、この間隔が大き過ぎると、電極リード部の絶縁が不十分となって上述のブラックニングやクラックが発生してしまう。
By the way, from the viewpoint of preventing blackening and cracking of the solid electrolyte layer, it is preferable to insulate all of the electrode lead portions from the solid electrolyte layer. However, in general, the electrode part and the electrode lead part are formed by printing and baking a paste of an electrode material on the surface of a solid electrolyte layer or an insulating layer. For this reason, if it is attempted to insulate the electrode lead portion to the boundary with the electrode portion, a part of the electrode portion is formed to overlap the surface of the insulating layer due to printing misalignment, and the effective area of the electrode portion is reduced and the cell performance is reduced. (Oxygen pumping performance) may be impaired.
For this reason, an interval in consideration of printing misalignment is required between the electrode portion and the insulating layer. However, if this interval is too large, the insulation of the electrode lead portion becomes insufficient and the above-described blackening and cracks are caused. Will occur.

一方、図13に示すように、酸素ポンプセルにおいて、測定室1070内の排気ガス中の空燃比(A/F)がリッチからリーンに変化した場合、λセンサである酸素濃度検出セル1300の出力電圧は急激に変化し、それに応じて酸素ポンプセル1400に印加されるVp電圧も急激に変化する。すると、酸素ポンプセル1400から出力されるポンプ電流Ipにオーバーシュート現象(リップル(Ripple)現象)と称される余分な脈動電流Riが重畳され、酸素濃度の検出値が不正確になるという問題がある。
この原因は、図14に示すように、酸素ポンプセル1400の固体電解質層1090と電極1100との間にコンデンサ回路が形成され、コンデンサの電極間の電圧(Vp電圧)が時間的に変化すると、それに比例してコンデンサの電極間の電荷が時間的に変化して電流が流れ出すためと考えられる。つまり、このコンデンサ回路におけるコンデンサの容量Cと、コンデンサの電荷の変化ΔQと、コンデンサの電極間のVp電圧の変化ΔVpとは、次式(1)の関係にある。
ΔQ=C×ΔVp (1)
ΔQ=Riであるから、
Ri=C×ΔVp (2)
となる。式(2)より、Vp電圧の時間変化であるΔVpを小さくするほど、脈動電流(オーバーシュート電流)Riを低減することになる。
一方、図15に示すように、排気ガス中の空燃比(A/F)がストイキ点を跨がないときには、酸素濃度検出セル1300の出力電圧、ひいてはVp電圧は急激に変化しないので、ポンプ電流Ipに脈動電流Riは重畳されない。
On the other hand, as shown in FIG. 13, in the oxygen pump cell, when the air-fuel ratio (A / F) in the exhaust gas in the measurement chamber 1070 changes from rich to lean, the output voltage of the oxygen concentration detection cell 1300 that is a λ sensor. Changes abruptly and the Vp voltage applied to the oxygen pump cell 1400 also changes abruptly. Then, an extra pulsating current Ri called an overshoot phenomenon (ripple phenomenon) is superimposed on the pump current Ip output from the oxygen pump cell 1400, and there is a problem that the detected value of the oxygen concentration becomes inaccurate. .
As shown in FIG. 14, this is because a capacitor circuit is formed between the solid electrolyte layer 1090 of the oxygen pump cell 1400 and the electrode 1100, and when the voltage between the electrodes of the capacitor (Vp voltage) changes with time, Probably, this is because the electric charge flows between the electrodes of the capacitor in proportion to the time. That is, the capacitance C of the capacitor in this capacitor circuit, the change in charge ΔQ of the capacitor, and the change ΔVp in the Vp voltage between the electrodes of the capacitor are in the relationship of the following equation (1).
ΔQ = C × ΔVp (1)
Since ΔQ = Ri,
Ri = C × ΔVp (2)
It becomes. From equation (2), the pulsating current (overshoot current) Ri is reduced as ΔVp, which is the time change of the Vp voltage, is reduced.
On the other hand, as shown in FIG. 15, when the air-fuel ratio (A / F) in the exhaust gas does not cross the stoichiometric point, the output voltage of the oxygen concentration detection cell 1300 and thus the Vp voltage do not change abruptly. The pulsating current Ri is not superimposed on Ip.

そして、固体電解質層1090と電極(電極リード部を含む)1100との間のコンデンサ回路の容量は温度が低くなるほど大きく、そこに溜まる電荷の量も大きくなる。このため、ΔVpが掛かり続ける時間が長くなり、ひいてはRiも大きくなる。   The capacity of the capacitor circuit between the solid electrolyte layer 1090 and the electrode (including the electrode lead portion) 1100 increases as the temperature decreases, and the amount of charge accumulated there increases. For this reason, the time during which ΔVp continues to be applied increases, and as a result, Ri also increases.

そこで、本発明は、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下することを抑制すると共に、固体電解質体の特性劣化を抑制し、さらにポンピング性能の低下を抑制したガスセンサ素子及びガスセンサの提供を目的とする。   Therefore, the present invention suppresses a rapid change in the electromotive force of the cell due to a change in the atmosphere of the gas to be measured and a decrease in gas detection accuracy, and suppresses deterioration in characteristics of the solid electrolyte body. An object of the present invention is to provide a gas sensor element and a gas sensor in which a decrease in pumping performance is suppressed.

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子は、絶縁層に設けられた貫通孔に固体電解質体を充填してなる複合層と、前記固体電解質体の表面に形成され一対の電極と、前記一対の電極に電気的に接続され一対のリード部とを有する酸素ポンプセルと、前記複合層と間隔を開けて積層される他部材との間に区画され外部から被測定ガスを導入する測定室と、前記複合層と前記他部材との積層方向に配置され前記酸素ポンプセルを加熱するヒータと、を有し、酸素ポンプセルが配置された側を先端側として長手方向に延びると共に、前記酸素ポンプセルが前記測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み入れ又は汲み出しを行うガスセンサ素子であって、前記一対の電極は、前記固体電解質体のうち、前記積層方向から見た境界よりも内側に配置され、前記リード部は、前記長手方向に延びると共に、前記長手方向に垂直方向に前記電極より幅狭であり、少なくとも一方の前記リード部のうち、前記ヒータの加熱により前記電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる前記リード部の部位は、前記絶縁層に接していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gas sensor element of the present invention includes a composite layer formed by filling a through-hole provided in an insulating layer with a solid electrolyte body, a pair of electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body, measurements of introducing the measurement gas from the outside is defined between the oxygen pump cell having a pair of lead portions that will be electrically connected to the pair of electrodes, and the other member to be stacked by opening the composite layer and the spacing A chamber and a heater that heats the oxygen pump cell disposed in the stacking direction of the composite layer and the other member, and extends in the longitudinal direction with the side on which the oxygen pump cell is disposed as a tip side , and the oxygen pump cell there a pumping insertion or pumping gas sensor element for the oxygen in the measurement gas introduced into said measuring chamber, said pair of electrodes, of the solid electrolyte body, a boundary as viewed from the stacking direction Also arranged on the inner side, the lead portion, extends in the longitudinal direction, the longitudinal direction is narrower than the electrode in the vertical direction, of at least one of the lead portion, said electrode by heating of the heater The portion of the lead portion that is at least 10% lower than the maximum temperature that is reached is in contact with the insulating layer.

酸素ポンプセルにおいて、測定室内の排気ガス中の空燃比(A/F)がストイキ点を跨いでリッチからリーンに変化した場合、酸素ポンプセルの固体電解質体とリード部を含む電極との間にコンデンサ回路が形成され、ポンプ電流にオーバーシュート現象(リップル(Ripple)現象)と称される余分な脈動電流が重畳され、ガスの検出精度が低下する。従って、脈動電流を抑制する観点からは、リード部の全てを固体電解質体から絶縁することが好ましいが、一般に電極及びリード部は印刷で形成されるため、印刷ズレによって電極及びリード部の一部が絶縁層表面に重なり、電極及びリード部の有効面積が減少してセルの性能(酸素のポンピング性能)を損なうおそれがある。
そこで、リード部のうち、電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる部位を少なくとも絶縁するようにすれば、印刷ズレを考慮して電極と絶縁層との間隔を適度に保ちつつ、オーバーシュート現象が生じるレベルとなるリード部の低温部を確実に絶縁することができる。
これにより、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下するオーバーシュート現象を抑制できると共に、固体電解質体の特性劣化を抑制し、さらに電極の有効面積が減少してポンピング性能が低下することも抑制できる。
In the oxygen pump cell, when the air-fuel ratio (A / F) in the exhaust gas in the measurement chamber changes from rich to lean across the stoichiometric point, a capacitor circuit is formed between the solid electrolyte body of the oxygen pump cell and the electrode including the lead portion. Is formed, and an extra pulsating current referred to as an overshoot phenomenon (ripple phenomenon) is superimposed on the pump current, which lowers the gas detection accuracy. Therefore, from the viewpoint of suppressing the pulsating current, it is preferable to insulate all of the lead parts from the solid electrolyte body. However, since the electrodes and the lead parts are generally formed by printing, a part of the electrodes and the lead parts is caused by printing misalignment. May overlap the surface of the insulating layer, reducing the effective area of the electrode and the lead portion, which may impair the cell performance (oxygen pumping performance).
Therefore, if at least a portion of the lead portion that is 10% or more lower than the maximum temperature reached by the electrode is insulated, the distance between the electrode and the insulating layer is kept moderate in consideration of printing misalignment. It is possible to reliably insulate the low temperature portion of the lead portion at a level where a shoot phenomenon occurs.
As a result, it is possible to suppress the overshoot phenomenon in which the electromotive force of the cell rapidly changes due to the change in the atmosphere of the gas to be measured and the gas detection accuracy decreases, and also suppresses the deterioration of the characteristics of the solid electrolyte body, and further the electrode It is also possible to suppress a decrease in the pumping performance due to a decrease in the effective area.

又、本発明のガスセンサ素子は、板状の固体電解質体と前記固体電解質体の表面に配置された一対の電極と前記一対の電極に電気的に接続され一対のリード部とを有する酸素ポンプセルと、前記固体電解質体と、該固体電解質体と間隔を開けて積層される他部材との間に区画され外部から被測定ガスを導入する測定室と、前記固体電解質体と前記他部材との積層方向に配置され前記酸素ポンプセルを加熱するヒータと、を有し、酸素ポンプセルが配置された側を先端側として長手方向に延びると共に、前記酸素ポンプセルが前記測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み入れ又は汲み出しを行うガスセンサ素子であって、前記リード部は、前記長手方向に延びると共に、前記長手方向に垂直方向に前記電極より幅狭であり、少なくとも一方の前記リード部のうち、前記ヒータの加熱により前記電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる前記リード部の部位と、前記固体電解質体との間に少なくとも絶縁層が配置され、かつ前記リード部の前記長手方向先端部は、前記絶縁層よりも先端に位置することを特徴とする

Further, the gas sensor element of the present invention, oxygen and a plate-shaped solid electrolyte body and the solid electrolyte body a pair of lead portions arranged a pair of electrodes on the surface Ru is electrically connected to the pair of electrodes of the pump cell A measurement chamber that is partitioned between the solid electrolyte body and another member that is stacked with a space from the solid electrolyte body and that introduces a gas to be measured from the outside; and the solid electrolyte body and the other member A heater that heats the oxygen pump cell disposed in the stacking direction, extends in the longitudinal direction with the side on which the oxygen pump cell is disposed as a tip side , and the oxygen pump cell is introduced into the measurement chamber of a pumping insertion or pumping gas sensor element for oxygen, the lead portion, extends in the longitudinal direction, is narrower than the electrode in a direction perpendicular to the longitudinal direction, at least An insulating layer is disposed between the solid electrolyte body and the portion of the lead portion that is at least 10% lower than the highest temperature reached by the heater by heating of the heater, The leading end portion in the longitudinal direction of the lead portion is located at a leading end than the insulating layer.

このガスセンサ素子によれば、リード部のうち、電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる部位を少なくとも絶縁するようにすれば、印刷ズレを考慮して電極と絶縁層との間隔を適度に保ちつつ、オーバーシュート現象が生じるレベルとなるリード部の低温部を確実に絶縁することができる。
またこのガスセンサ素子によれば固体電解質体を充填する絶縁層を利用してリード部の絶縁を図る事ができる。
これにより、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下するオーバーシュート現象を抑制できると共に、固体電解質体の特性劣化を抑制し、さらに電極の有効面積が減少してポンピング性能が低下することも抑制できる。
According to this gas sensor element, if at least a portion of the lead portion that is at least 10% lower than the maximum temperature reached by the electrode is insulated, the gap between the electrode and the insulating layer is appropriately set in consideration of printing misalignment. Thus, it is possible to reliably insulate the low-temperature portion of the lead portion where the overshoot phenomenon occurs.
Further, according to this gas sensor element, it is possible to insulate the lead portion by using the insulating layer filled with the solid electrolyte body.
As a result, it is possible to suppress the overshoot phenomenon in which the electromotive force of the cell rapidly changes due to the change in the atmosphere of the gas to be measured and the gas detection accuracy decreases, and also suppresses the deterioration of the characteristics of the solid electrolyte body, and further the electrode It is also possible to suppress a decrease in the pumping performance due to a decrease in the effective area.

本発明のガスセンサは、被測定ガス中の特定ガスを検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子として、請求項1又は2に記載のガスセンサ素子を備える。   The gas sensor of the present invention is a gas sensor comprising a gas sensor element that detects a specific gas in a gas to be measured and a metal shell that holds the gas sensor element, and the gas sensor element according to claim 1 or 2. A gas sensor element is provided.

この発明によれば、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってガスセンサのセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下することを抑制すると共に、固体電解質体の特性劣化を抑制し、さらにポンピング性能の低下を抑制することができる。   According to this invention, the electromotive force of the cell of the gas sensor suddenly changes with the change in the atmosphere of the gas to be measured, thereby suppressing the gas detection accuracy from being lowered, and suppressing the deterioration of the characteristics of the solid electrolyte body. Further, it is possible to suppress a decrease in pumping performance.

本発明の第1の態様の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)の長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction of the gas sensor (oxygen sensor) which concerns on embodiment of the 1st aspect of this invention. ガスセンサ素子の模式分解斜視図である。It is a model exploded perspective view of a gas sensor element. 酸素ポンプセルの電極と複合層との位置関係を示す積層方向から見た平面図である。It is the top view seen from the lamination direction which shows the positional relationship of the electrode of an oxygen pump cell, and a composite layer. 図3のA−A線に沿う部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which follows the AA line of FIG. 本発明の第2の態様の実施形態に係るガスセンサにおけるガスセンサ素子の模式分解斜視図である。It is a model disassembled perspective view of the gas sensor element in the gas sensor which concerns on embodiment of the 2nd aspect of this invention. 酸素ポンプセルの電極と絶縁層との位置関係を示す積層方向から見た平面図である。It is the top view seen from the lamination direction which shows the positional relationship of the electrode of an oxygen pump cell, and an insulating layer. 図6のB−B線に沿う部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which follows the BB line of FIG. 排気ガスのλ(空燃比)をストイキ点を跨いで所定の周波数で切り替えたとき、センサ出力と、ガスの雰囲気λとの比(応答強度)を示す図である。It is a figure which shows ratio (response intensity | strength) of sensor output and gas atmosphere (lambda) when (lambda) (air-fuel ratio) of exhaust gas is switched with a predetermined frequency across a stoichiometric point. 排気ガスのλ(空燃比)をストイキ点を跨がずに所定の周波数で切り替えたとき、センサ出力と、ガスの雰囲気λとの比(応答強度)を示す図である。It is a figure which shows ratio (response intensity | strength) of sensor output and gas atmosphere (lambda) when (lambda) (air-fuel ratio) of exhaust gas is switched by the predetermined frequency without straddling a stoichiometric point. 図8の応答強度を図9の応答強度で除したオーバーシュート割合と、周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the overshoot ratio which remove | divided the response strength of FIG. 8 by the response strength of FIG. 9, and a frequency. 最高温度に対する温度差(%)と、オーバーシュート割合との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature difference (%) with respect to the maximum temperature, and an overshoot ratio. 従来のガスセンサにおけるセンサ素子の軸線方向に直交する断面図である。It is sectional drawing orthogonal to the axial direction of the sensor element in the conventional gas sensor. ガス中の空燃比(A/F)をリッチからリーンに変化させたときの、酸素酸素ポンプセルのポンプ電流Ipの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the pump current Ip of an oxygen oxygen pump cell when changing the air fuel ratio (A / F) in gas from rich to lean. 酸素酸素ポンプセルの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of an oxygen oxygen pump cell. 排気ガス中の空燃比(A/F)ががストイキ点を跨がないときの、酸素酸素ポンプセルのポンプ電流Ipの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the pump current Ip of an oxygen oxygen pump cell when the air fuel ratio (A / F) in exhaust gas does not straddle the stoichiometric point.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の第1の態様の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線L方向)に沿う断面図、図2はガスセンサ素子100の模式分解斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view taken along the longitudinal direction (axis L direction) of a gas sensor (oxygen sensor) 1 according to an embodiment of the first aspect of the present invention, and FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a gas sensor element 100.

図1に示すように、ガスセンサ1は、ガスセンサ素子100、ガスセンサ素子100等を内部に保持する主体金具(ハウジング)30、主体金具30の先端部に装着されるプロテクタ24等を有している。ガスセンサ素子100は軸線L方向に延びるように配置されている。   As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 includes a gas sensor element 100, a metal shell (housing) 30 that holds the gas sensor element 100 and the like inside, a protector 24 that is attached to the tip of the metal shell 30, and the like. The gas sensor element 100 is arranged so as to extend in the direction of the axis L.

ガスセンサ素子100は、ヒータ200と検出素子部300とを備える。
ヒータ200は、図2に示すように、アルミナを主体とする第1基体101及び第2基体103と、第1基体101と第2基体103とに挟まれ、白金を主体とする発熱体102を有している。発熱体102は、先端側に位置する発熱部102aと、発熱部102aから第1基体101の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部102bとを有している。そして、ヒータリード部102bの端末は、第1基体101に設けられるヒータ側スルーホール101aに形成された導体を介してヒータ側パッド120と電気的に接続している。第1基体101及び第2基体103を積層したものが絶縁セラミック体にあたる。
The gas sensor element 100 includes a heater 200 and a detection element unit 300.
As shown in FIG. 2, the heater 200 includes a first base 101 and a second base 103 mainly composed of alumina, and a heating element 102 mainly composed of platinum sandwiched between the first base 101 and the second base 103. Have. The heating element 102 has a heating part 102a located on the tip side and a pair of heater lead parts 102b extending from the heating part 102a along the longitudinal direction of the first base 101. The terminal of the heater lead portion 102b is electrically connected to the heater side pad 120 via a conductor formed in the heater side through hole 101a provided in the first base 101. A laminate of the first substrate 101 and the second substrate 103 corresponds to the insulating ceramic body.

検出素子部300は、酸素濃度検出セル130と酸素ポンプセル140との2つのセルを備える。酸素濃度検出セル130は、絶縁層125及び第1固体電解質層125sと、その第1固体電解質層125sの両面に形成された第1電極104a及び第2電極106aとを有する。
このように、本実施形態では、絶縁層125のうち、第1電極104a、第2電極106aに対向する位置がくり抜かれて第1固体電解質層125sが埋め込まれていると共に、後端側にスルーホール125aが設けられている。
The detection element unit 300 includes two cells, an oxygen concentration detection cell 130 and an oxygen pump cell 140. The oxygen concentration detection cell 130 includes an insulating layer 125 and a first solid electrolyte layer 125s, and a first electrode 104a and a second electrode 106a formed on both surfaces of the first solid electrolyte layer 125s.
As described above, in the present embodiment, the position of the insulating layer 125 that faces the first electrode 104a and the second electrode 106a is cut out and the first solid electrolyte layer 125s is embedded, and the through-hole is formed on the rear end side. A hole 125a is provided.

第1電極104aには、絶縁層125の長手方向に沿って延びる第1リード部104bが電気的に接続されている。第2電極106aには、絶縁層125の長手方向に沿って延びる第2リード部106bが電気的に接続されている。
第1電極104a及び第1リード部104bを合わせて第1電極部104とし、第2電極106a及び第2リード部106bを合わせて第2電極部106とする。
A first lead portion 104b extending along the longitudinal direction of the insulating layer 125 is electrically connected to the first electrode 104a. A second lead portion 106b extending along the longitudinal direction of the insulating layer 125 is electrically connected to the second electrode 106a.
The first electrode 104a and the first lead portion 104b are combined to form the first electrode portion 104, and the second electrode 106a and the second lead portion 106b are combined to form the second electrode portion 106.

そして、第1リード部104bの端末は、第1固体電解質層125sに設けられる第1スルーホール125a、後述する測定室絶縁層107に設けられる第2スルーホール107a、絶縁層129に設けられる第4スルーホール129a及び絶縁保護層111に設けられる第6スルーホール111aのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド121と電気的に接続する。一方、第2リード部106bの端末は、後述する測定室絶縁層107に設けられる第3スルーホール107b、絶縁層129に設けられる第5スルーホール129b及び絶縁保護層111に設けられる第7スルーホール111bのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド121と電気的に接続する。   Terminals of the first lead portion 104b are first through holes 125a provided in the first solid electrolyte layer 125s, second through holes 107a provided in the measurement chamber insulating layer 107 described later, and fourth provided in the insulating layer 129. The detection element side pad 121 is electrically connected through a conductor formed in each of the through hole 129a and the sixth through hole 111a provided in the insulating protective layer 111. On the other hand, the terminal of the second lead portion 106b is a third through hole 107b provided in the measurement chamber insulating layer 107 described later, a fifth through hole 129b provided in the insulating layer 129, and a seventh through hole provided in the insulating protective layer 111. It electrically connects with the detection element side pad 121 through the conductor formed in each of 111b.

一方、酸素ポンプセル140は、絶縁層129及び第2固体電解質層129sと、その第2固体電解質層129sの両面に形成された第3電極108a、第4電極110aとを有する。
このように、本実施形態では、絶縁層129のうち、第3電極部108a、第4電極部110aに対向する位置がくり抜かれて第2固体電解質層129sが埋め込まれていると共に、後端側にスルーホール129a、129bが設けられている。
On the other hand, the oxygen pump cell 140 includes an insulating layer 129 and a second solid electrolyte layer 129s, and a third electrode 108a and a fourth electrode 110a formed on both surfaces of the second solid electrolyte layer 129s.
As described above, in the present embodiment, the position of the insulating layer 129 that faces the third electrode portion 108a and the fourth electrode portion 110a is cut out and the second solid electrolyte layer 129s is embedded, and the rear end side Through holes 129a and 129b are provided.

第3電極108aには、絶縁層129の長手方向に沿って延びる第3リード部108bが電気的に接続されている。第4電極110aには、絶縁層129の長手方向に沿って延びる第4リード部110bが電気的に接続されている。
第3電極108a及び第3リード部108bを合わせて第3電極部108とし、第4電極110a及び第4リード部110bを合わせて第4電極部110とする。
A third lead portion 108b extending along the longitudinal direction of the insulating layer 129 is electrically connected to the third electrode 108a. A fourth lead portion 110b extending along the longitudinal direction of the insulating layer 129 is electrically connected to the fourth electrode 110a.
The third electrode 108a and the third lead portion 108b are combined to form the third electrode portion 108, and the fourth electrode 110a and the fourth lead portion 110b are combined to form the fourth electrode portion 110.

そして、第3リード部108bの端末は、第2固体電解質層129sに設けられる第5スルーホール129b及び絶縁保護層111に設けられる第7スルーホール111bのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド121と電気的に接続する。一方、第4リード部110bの端末は、後述する絶縁保護層111に設けられる第8スルーホール111cに形成される導体を介して検出素子側パッド121と電気的に接続する。なお、第2リード部106bと第3リード部108bは同電位となっている。   And the terminal of the 3rd lead part 108b is a detection element via the conductor formed in each of the 5th through hole 129b provided in the 2nd solid electrolyte layer 129s, and the 7th through hole 111b provided in the insulating protection layer 111. It is electrically connected to the side pad 121. On the other hand, the end of the fourth lead portion 110b is electrically connected to the detection element side pad 121 via a conductor formed in an eighth through hole 111c provided in an insulating protective layer 111 described later. The second lead portion 106b and the third lead portion 108b are at the same potential.

このように、第2固体電解質層129s、第1固体電解質層125sはそれぞれ四辺を有する絶縁層129,125の貫通孔に埋め込まれており、ガスセンサ素子100は、固体電解質層を複合層として絶縁層内に埋め込んだ構成になっている。
ている。又、第2固体電解質層129sは、第3電極108a、第4電極110aの積層方向の重なり部分よりも外側にはみ出すような寸法とされている。同様に、第1固体電解質層125sは、第1電極104a、第2電極106aの積層方向の重なり部分よりも外側にはみ出すような寸法とされている。
As described above, the second solid electrolyte layer 129s and the first solid electrolyte layer 125s are embedded in the through holes of the insulating layers 129 and 125 having four sides, respectively, and the gas sensor element 100 includes an insulating layer using the solid electrolyte layer as a composite layer. It is embedded in the structure.
ing. The second solid electrolyte layer 129s is dimensioned to protrude outside the overlapping portion of the third electrode 108a and the fourth electrode 110a in the stacking direction. Similarly, the first solid electrolyte layer 125s is dimensioned to protrude outside the overlapping portion of the first electrode 104a and the second electrode 106a in the stacking direction.

第2固体電解質層129sが特許請求の範囲の「固体電解質体」に相当し、第3電極108a、第4電極110aが特許請求の範囲の「電極」に相当する。
第3リード部108b、第4リード部110bが特許請求の範囲の「リード部」に相当する。
又、絶縁層129及び第2固体電解質層129sが特許請求の範囲の「複合層」に相当する。絶縁層125及び第1固体電解質層125sが特許請求の範囲の「他部材」に相当する。
The second solid electrolyte layer 129s corresponds to the “solid electrolyte body” in the claims, and the third electrode 108a and the fourth electrode 110a correspond to the “electrodes” in the claims.
The third lead portion 108b and the fourth lead portion 110b correspond to the “lead portion” in the claims.
The insulating layer 129 and the second solid electrolyte layer 129s correspond to the “composite layer” in the claims. The insulating layer 125 and the first solid electrolyte layer 125s correspond to “other members” in the claims.

これら第1固体電解質層125s、第2固体電解質層129s、及び後述する固体電解質層105,109は、ジルコニア(ZrO)に安定化剤としてイットリア(Y)又はカルシア(CaO)を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。 The first solid electrolyte layer 125s, the second solid electrolyte layer 129s, and the solid electrolyte layers 105 and 109 to be described later are added yttria (Y 2 O 3 ) or calcia (CaO) as a stabilizer to zirconia (ZrO 2 ). It consists of a partially stabilized zirconia sintered body.

発熱体102、第1電極104a、第2電極106a、第3電極108a、第4電極110a、ヒータ側パッド120及び検出素子側パッド121は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Pt、Rh、Pd等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。   The heating element 102, the first electrode 104a, the second electrode 106a, the third electrode 108a, the fourth electrode 110a, the heater side pad 120, and the detection element side pad 121 can be formed of a platinum group element. Pt, Rh, Pd etc. can be mentioned as a suitable platinum group element which forms these, These can also be used individually by 1 type, and can also use 2 or more types together.

もっとも、発熱体102、第1電極104a、第2電極106a、第3電極108a、第4電極110a、ヒータ側パッド120及び検出素子側パッド121は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとPtを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体102、第1電極104a、第2電極106a、第3電極108a、第4電極110a、ヒータ側パッド120及び検出素子側パッド121は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。このセラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料(例えば、第1固体電解質層125s、第2固体電解質層129s、及び後述する固体電解質層105,109の主体となる成分)と同様の成分であることが好ましい。   However, the heating element 102, the first electrode 104a, the second electrode 106a, the third electrode 108a, the fourth electrode 110a, the heater side pad 120, and the detection element side pad 121 are mainly composed of Pt in consideration of heat resistance and oxidation resistance. It is even more preferable to form it. Further, the heating element 102, the first electrode 104a, the second electrode 106a, the third electrode 108a, the fourth electrode 110a, the heater-side pad 120, and the detection element-side pad 121 contain ceramic components in addition to the main platinum group element. It is preferable to contain. This ceramic component is a main component of the laminated side (for example, the main component of the first solid electrolyte layer 125s, the second solid electrolyte layer 129s, and solid electrolyte layers 105 and 109 described later) from the viewpoint of fixing. It is preferable that it is the same component as).

そして、上記酸素ポンプセル140と酸素濃度検出セル130との間に、測定室絶縁層107が形成されている。測定室絶縁層107は、絶縁部114と拡散律速部115とからなる。この測定室絶縁層107の絶縁部114には、第2電極106a及び第3電極108aに対応する位置に中空の測定室107cが形成されている。この測定室107cは、測定室絶縁層107の幅方向で外部と連通しており、該連通部分には、外部と測定室107cとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部115が配置されている。   A measurement chamber insulating layer 107 is formed between the oxygen pump cell 140 and the oxygen concentration detection cell 130. The measurement chamber insulating layer 107 includes an insulating portion 114 and a diffusion rate controlling portion 115. In the insulating portion 114 of the measurement chamber insulating layer 107, a hollow measurement chamber 107c is formed at a position corresponding to the second electrode 106a and the third electrode 108a. The measurement chamber 107c communicates with the outside in the width direction of the measurement chamber insulating layer 107, and the communicating portion is a diffusion rate-limiting that realizes gas diffusion between the outside and the measurement chamber 107c under a predetermined rate-limiting condition. Part 115 is arranged.

絶縁部114、絶縁層117a〜117d、及び絶縁層125、129は、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。   The insulating part 114, the insulating layers 117a to 117d, and the insulating layers 125 and 129 are not particularly limited as long as they are ceramic sintered bodies having insulating properties, and examples thereof include oxide ceramics such as alumina and mullite. .

拡散律速部115は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部115によって検出ガスが測定室(ガス検出室)107cへ流入する際の律速が行われる。   The diffusion control part 115 is a porous body made of alumina. The diffusion rate-determining unit 115 performs rate-limiting when the detection gas flows into the measurement chamber (gas detection chamber) 107c.

また、第2固体電解質層129sの表面には、第4電極部110を挟み込むようにして、絶縁保護層111が積層されている。この絶縁保護層111の先端側には、第4電極110aを取り囲むように略矩形の貫通孔112aが設けられ、貫通孔112aには多孔質層113aが埋設されている。多孔質層113aは第4電極110aを覆い、第4電極110aを被毒から防御すると共に、外部に露出して第4電極110aと外部との間で多孔質層113aを介してガスが出入可能になっている。
なお、本実施の形態のガスセンサ素子100は、酸素濃度検出セル130の電極間に生じるVs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140の電極間に流れる電流(Ip電流)の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル140に流れるIp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に相当する。
又、図1に示すように、ガスセンサ素子100の先端側の全周を覆う多孔質保護層20が設けられている。
An insulating protective layer 111 is laminated on the surface of the second solid electrolyte layer 129s so as to sandwich the fourth electrode portion 110. A substantially rectangular through hole 112a is provided on the front end side of the insulating protective layer 111 so as to surround the fourth electrode 110a, and a porous layer 113a is embedded in the through hole 112a. The porous layer 113a covers the fourth electrode 110a, protects the fourth electrode 110a from poisoning, and is exposed to the outside so that gas can enter and exit through the porous layer 113a between the fourth electrode 110a and the outside. It has become.
The gas sensor element 100 of the present embodiment flows between the electrodes of the oxygen pump cell 140 so that the Vs voltage (electromotive force) generated between the electrodes of the oxygen concentration detection cell 130 becomes a predetermined value (for example, 450 mV). The direction and magnitude of the current (Ip current) are adjusted, and this corresponds to an oxygen sensor element that linearly detects the oxygen concentration in the gas to be measured corresponding to the Ip current flowing through the oxygen pump cell 140.
Further, as shown in FIG. 1, a porous protective layer 20 that covers the entire circumference on the tip side of the gas sensor element 100 is provided.

絶縁保護層111は、例えば絶縁性を有するセラミック焼結体を用いることができ、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを例示することができる。
多孔質層113aとしては、アルミナ等やムライト等のセラミックからなる多孔質体を例示することができる。多孔質層113aは、例えば上記セラミックとカーボン粒子の混合ペーストを焼成する際に、カーボンを焼失させて製造することができる。
For example, an insulating ceramic sintered body can be used as the insulating protective layer 111, and examples thereof include oxide ceramics such as alumina and mullite.
An example of the porous layer 113a is a porous body made of ceramic such as alumina or mullite. The porous layer 113a can be manufactured, for example, by burning off the carbon when firing the mixed paste of the ceramic and carbon particles.

図1に戻り、主体金具30は、SUS430製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部31と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部32とを有している。また、主体金具30には、径方向内側に向かって突出する金具側段部33が設けられており、この金具側段部33はガスセンサ素子100を保持するための金属ホルダ34を支持している。そしてこの金属ホルダ34の内側にはセラミックホルダ35、滑石36が先端側から順に配置されている。この滑石36は金属ホルダ34内に配置される第1滑石37と金属ホルダ34の後端に渡って配置される第2滑石38とからなる。金属ホルダ34内で第1滑石37が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子100は金属ホルダ34に対して固定される。また、主体金具30内で第2滑石38が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子100の外面と主体金具30の内面との間のシール性が確保される。そして第2滑石38の後端側には、アルミナ製のスリーブ39が配置されている。このスリーブ39は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔39aが設けられ、内部にガスセンサ素子100を挿通している。そして、主体金具30の後端側の加締め部30aが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材40を介してスリーブ39が主体金具30の先端側に押圧されている。   Returning to FIG. 1, the metal shell 30 is made of SUS430, and has a male screw portion 31 for attaching the gas sensor to the exhaust pipe, and a hexagonal portion 32 to which an attachment tool is applied at the time of attachment. In addition, the metal shell 30 is provided with a metal side step portion 33 that protrudes radially inward, and this metal side step portion 33 supports a metal holder 34 for holding the gas sensor element 100. . Inside the metal holder 34, a ceramic holder 35 and a talc 36 are arranged in this order from the tip side. The talc 36 includes a first talc 37 disposed in the metal holder 34 and a second talc 38 disposed over the rear end of the metal holder 34. The gas sensor element 100 is fixed to the metal holder 34 by compressing and filling the first talc 37 in the metal holder 34. In addition, the second talc 38 is compressed and filled in the metal shell 30, thereby ensuring a sealing property between the outer surface of the gas sensor element 100 and the inner surface of the metal shell 30. An alumina sleeve 39 is disposed on the rear end side of the second talc 38. The sleeve 39 is formed in a multi-stage cylindrical shape, is provided with a shaft hole 39a along the axis, and the gas sensor element 100 is inserted through the shaft hole 39a. The caulking portion 30 a on the rear end side of the metal shell 30 is bent inward, and the sleeve 39 is pressed to the front end side of the metal shell 30 through the stainless steel ring member 40.

また、主体金具30の先端側外周には、主体金具30の先端から突出するガスセンサ素子100の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔24aを有する金属製のプロテクタ24が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ24は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ41、内側には後端部42aの外径が先端部42bの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ42が配置されている。   Further, a metal protector 24 having a plurality of gas intake holes 24a is attached to the outer periphery on the front end side of the metallic shell 30 by covering the distal end portion of the gas sensor element 100 protruding from the distal end of the metallic shell 30 by welding. . This protector 24 has a double structure, a cylindrical outer protector 41 having a uniform outer diameter on the outer side, and an outer diameter of the rear end part 42a on the inner side from the outer diameter of the front end part 42b. An inner protector 42 having a bottomed cylindrical shape that is formed to be larger is also arranged.

一方、主体金具30の後端側には、SUS430製の外筒25の先端側が挿入されている。この外筒25は先端側の拡径した先端部25aを主体金具30にレーザ溶接等により固定している。外筒25の後端側内部には、セパレータ50が配置され、セパレータ50と外筒25の隙間に保持部材51が介在している。この保持部材51は、後述するセパレータ50の突出部50aに係合し、外筒25を加締めることにより外筒25とセパレータ50とにより固定されている。   On the other hand, on the rear end side of the metal shell 30, the front end side of the outer tube 25 made of SUS430 is inserted. The outer cylinder 25 has a distal end portion 25a whose diameter is enlarged on the distal end side fixed to the metal shell 30 by laser welding or the like. A separator 50 is disposed inside the rear end side of the outer cylinder 25, and a holding member 51 is interposed in a gap between the separator 50 and the outer cylinder 25. The holding member 51 is fixed by the outer cylinder 25 and the separator 50 by engaging a protrusion 50 a of the separator 50 described later and caulking the outer cylinder 25.

また、セパレータ50には、検出素子部300やヒータ200用のリード線11〜15を挿入するための通孔50bが先端側から後端側にかけて貫設されている(なお、リード線14、15については図示せず)。通孔50b内には、リード線11〜15と、検出素子部100の検出素子側パッド121及びヒータ200のヒータ側パッド120とを接続する接続端子16が収容されている。各リード線11〜15は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線11〜15とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線11〜15は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。   The separator 50 is provided with through holes 50b for inserting the detection element unit 300 and the lead wires 11 to 15 for the heater 200 from the front end side to the rear end side (note that the lead wires 14 and 15). (Not shown). The connection holes 16 that connect the lead wires 11 to 15 to the detection element side pads 121 of the detection element unit 100 and the heater side pads 120 of the heater 200 are accommodated in the through holes 50b. Each lead wire 11-15 is connected to a connector (not shown) outside. Electric signals are input and output between the external devices such as the ECU and the lead wires 11 to 15 through this connector. Moreover, although not shown in detail in each lead wire 11-15, it has the structure which showed the conducting wire with the insulating film which consists of resin.

さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部25bを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の後端内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒25に固着されている。ゴムキャップ52にも、リード線11〜15をそれぞれ挿入するための通孔52aが先端側から後端側にかけて貫設されている。   Further, a substantially cylindrical rubber cap 52 for closing the opening 25 b on the rear end side of the outer cylinder 25 is disposed on the rear end side of the separator 50. The rubber cap 52 is fixed to the outer cylinder 25 by caulking the outer periphery of the outer cylinder 25 toward the radially inner side in a state where the rubber cap 52 is mounted in the rear end of the outer cylinder 25. The rubber cap 52 is also provided with through holes 52a for inserting the lead wires 11 to 15 from the front end side to the rear end side.

次に、図3、図4を参照し、第4電極110a及び第4リード部110bと、絶縁層129及び第2固体電解質層129sからなる複合層との位置関係について説明する。
図3は、第4電極110aと複合層との位置関係を示す積層方向から見た平面図、図4は図3のA−A線に沿う部分断面図である。
第4電極110aは、ヒータ200の発熱部102aと積層方向に重なる位置にあり(図2参照)、ヒータ200の加熱により第4電極110aのほぼ中心が最高温度に達する。一方、第4リード部110bは、第4電極110aに一体に接続されて長手方向に延びるため、第4電極110aから遠ざかるにつれ、その温度が上記最高温度から低下する。
そこで、上記最高温度よりも10%以上低温となる第4リード部110bの部位を符号Rで示すと、部位Rは、絶縁層129に接している一方で、長手方向に第2固体電解質層129sと離間している。さらに、本実施形態では、部位Rを超えて第4電極110a側にも絶縁部材129が延びている。
Next, the positional relationship between the fourth electrode 110a and the fourth lead portion 110b and the composite layer composed of the insulating layer 129 and the second solid electrolyte layer 129s will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a plan view seen from the stacking direction showing the positional relationship between the fourth electrode 110a and the composite layer, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
The fourth electrode 110a is in a position overlapping the heat generating portion 102a of the heater 200 in the stacking direction (see FIG. 2), and the center of the fourth electrode 110a reaches the maximum temperature due to the heating of the heater 200. On the other hand, since the fourth lead portion 110b is integrally connected to the fourth electrode 110a and extends in the longitudinal direction, the temperature thereof decreases from the maximum temperature as the fourth lead portion 110b moves away from the fourth electrode 110a.
Therefore, when the portion of the fourth lead portion 110b that is 10% or more lower than the maximum temperature is denoted by reference symbol R, the portion R is in contact with the insulating layer 129, while the second solid electrolyte layer 129s extends in the longitudinal direction. And separated. Furthermore, in this embodiment, the insulating member 129 extends beyond the portion R to the fourth electrode 110a side.

このように、第4電極110aが達する最高温度よりも10%以上低温となる部位Rを少なくとも絶縁するようにすれば、印刷ズレを考慮して第4電極110aと絶縁層129との間隔を適度に保ちつつ、オーバーシュート現象が生じるレベルの第4リード部110bの低温部を確実に絶縁することができる。
これにより、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下するオーバーシュート現象を抑制できると共に、固体電解質層の特性劣化を抑制し、さらに第4電極110aの有効面積が減少してポンピング性能が低下することも抑制できる。
As described above, if at least the portion R that is 10% or more lower than the maximum temperature reached by the fourth electrode 110a is insulated, the gap between the fourth electrode 110a and the insulating layer 129 is set appropriately in consideration of printing misalignment. Thus, it is possible to reliably insulate the low temperature part of the fourth lead part 110b at which the overshoot phenomenon occurs.
As a result, it is possible to suppress the overshoot phenomenon in which the cell electromotive force changes suddenly with the change in the atmosphere of the gas to be measured and the gas detection accuracy decreases, and the deterioration of the characteristics of the solid electrolyte layer is further suppressed. It can also be suppressed that the effective area of the four electrodes 110a is reduced and the pumping performance is lowered.

なお、実際には、上記印刷ズレのため部位Rを丁度絶縁することは困難であるから、長手方向に部位Rと印刷ズレを考慮した間隔Sを開けて第4電極110aの後端が位置するよう、第4電極110aの印刷位置を設定する。これにより、印刷ズレが生じても間隔S内のいずれかの位置に第4電極110aの後端が配置され、第4電極110aが最高温度よりも10%以上低温となる部位Rから離れ過ぎず適度な間隔を保ち、この部位Rに確実に絶縁層129が介在するようになる。
一方、第4リード部110bについては、印刷ズレが生じても第4電極110aと確実に重なるよう、第4電極110aとの長手方向の重なり部分を多めに設定すればよい。本実施例では、第4リード部110bの先端部が絶縁層129の先端よりも先端に位置(図中の上方が軸線方向先端側)し、第4電極110a上まで延びている事で、第4電極110aと第4リード部110bとを確実に接続できる。
ここで、従来のガスセンサにおいても、印刷ズレによって偶然に最高温度よりも10%以上低温となる部位Rに絶縁層が介在することはあるかも知れないが、大量生産するガスセンサのうちの一部に過ぎず、それ以外のガスセンサを廃棄することになるから、現実的な工業生産はできない。
Actually, it is difficult to insulate the part R just because of the above-described printing misalignment, and therefore the rear end of the fourth electrode 110a is positioned with a gap S in consideration of the printing misalignment with the part R in the longitudinal direction. Thus, the printing position of the fourth electrode 110a is set. Thereby, even if printing misalignment occurs, the rear end of the fourth electrode 110a is arranged at any position within the interval S, and the fourth electrode 110a is not too far from the portion R where the temperature is 10% or more lower than the maximum temperature. The insulating layer 129 is surely interposed in the portion R while maintaining an appropriate interval.
On the other hand, with respect to the fourth lead portion 110b, it is only necessary to set a large overlapping portion in the longitudinal direction with the fourth electrode 110a so as to surely overlap with the fourth electrode 110a even if printing misalignment occurs. In the present embodiment, the tip of the fourth lead portion 110b is positioned closer to the tip than the tip of the insulating layer 129 (the upper side in the drawing is the tip in the axial direction), and extends to the fourth electrode 110a. The four electrodes 110a and the fourth lead portion 110b can be reliably connected.
Here, even in the conventional gas sensor, an insulating layer may be interposed in the region R that is 10% or more lower than the maximum temperature by chance due to printing misalignment, but it is a part of mass-produced gas sensors. However, since other gas sensors are discarded, realistic industrial production is impossible.

又、酸素ポンプセル140を構成する第3電極108a、第4電極110aのうち、少なくとも一方の電極について、部位Rに絶縁層129が配置されていればよいが、本実施形態では、第3電極108a、第4電極110aの両電極について部位Rに絶縁層129が配置されている。つまり、第3電極108aにおいて、絶縁層129は、第3電極108aの最高温度よりも10%以上低温となる第3リード部108bの部位Rと、第2固体電解質層129との間に少なくとも配置されている。さらに、部位Rを超えて第3電極108a側に向かって絶縁層129が延びている。
さらに、本実施形態では、酸素濃度検出セル130を構成する第2電極106a、第1電極104aについても、各リード部の部位Rと、第1固体電解質層125sとの間に少なくとも絶縁層125が配置されている。
Moreover, the insulating layer 129 should just be arrange | positioned in the site | part R about at least one electrode among the 3rd electrode 108a and the 4th electrode 110a which comprise the oxygen pump cell 140, but in this embodiment, the 3rd electrode 108a is sufficient. The insulating layer 129 is disposed in the region R for both electrodes of the fourth electrode 110a. That is, in the third electrode 108a, the insulating layer 129 is disposed at least between the portion R of the third lead portion 108b that is 10% or more lower than the maximum temperature of the third electrode 108a and the second solid electrolyte layer 129. Has been. Further, the insulating layer 129 extends beyond the portion R toward the third electrode 108a side.
Furthermore, in the present embodiment, the second electrode 106a and the first electrode 104a that constitute the oxygen concentration detection cell 130 also include at least an insulating layer 125 between each lead portion R and the first solid electrolyte layer 125s. Has been placed.

なお、図3、図4では、理解を助けるために第4電極110aと第4リード部110bとを区別して表示したが、実際には第4電極110aと第4リード部110bとは一体になって第4電極部110を構成しているので、長手方向に垂直な方向の幅を見たとき、第4電極110aの最大幅の1/2以下の幅を、自身の最大幅とする幅狭の部分を第4リード部110bとする。他のリード部も同様である。   In FIGS. 3 and 4, the fourth electrode 110a and the fourth lead portion 110b are distinguished from each other for easy understanding, but actually, the fourth electrode 110a and the fourth lead portion 110b are integrated. Since the fourth electrode portion 110 is configured, when the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction is viewed, the width of the fourth electrode 110a is not more than half the maximum width of the fourth electrode 110a. This portion is referred to as a fourth lead portion 110b. The same applies to the other lead portions.

次に、図5〜図7を参照し、本発明の第2の態様の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)について説明する。なお、本発明の第2の態様の実施形態に係るガスセンサは、ガスセンサ素子以外の構成は第1の態様の実施形態に係るガスセンサ1と同様であるので、ガスセンサ全体の構成についての説明を省略する。
図5は本発明の第2の態様の実施形態に係るガスセンサが有するガスセンサ素子100Bの模式分解斜視図、図6は酸素ポンプセル100Bの第4電極110と絶縁層117aとの位置関係を示す積層方向から見た平面図、図7は図6のB−B線に沿う部分断面図である。
Next, a gas sensor (oxygen sensor) according to an embodiment of the second aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. The gas sensor according to the embodiment of the second aspect of the present invention is the same as the gas sensor 1 according to the embodiment of the first aspect except for the configuration of the gas sensor, and thus the description of the overall configuration of the gas sensor is omitted. .
FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of a gas sensor element 100B included in a gas sensor according to an embodiment of the second aspect of the present invention, and FIG. 6 is a stacking direction showing a positional relationship between the fourth electrode 110 and the insulating layer 117a of the oxygen pump cell 100B. FIG. 7 is a partial cross-sectional view taken along line BB in FIG.

図5において、ガスセンサ素子100Bは、第1の態様の実施形態に係るガスセンサ素子100の複合層(第1固体電解質層125s及び絶縁層125)を第1固体電解質層105に変更し、複合層(第2固体電解質層129s及び絶縁層129)を第2固体電解質層109に変更したこと、並びに絶縁層117a、117b、117c、117dを有すること以外の構成はガスセンサ素子100と同様であるので、ガスセンサ素子100と同一構成部分に同一符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、第2固体電解質層109の後端側にスルーホール109a、109bが設けられている。同様に、第1固体電解質層105の後端側にスルーホール105aが設けられている。
つまり、ガスセンサ素子100Bは、固体電解質層が素子と略同寸法の層になっている。
第2固体電解質層109、第1固体電解質層105が、それぞれ特許請求の範囲の「固体電解質体」、「他部材」に相当する。
なお、スルーホール109a、109bは、それぞれガスセンサ素子100の第4スルーホール129a、第5スルーホール129bに対応した位置に設けられ、スルーホール105aは、ガスセンサ素子100の第1スルーホール125aに対応した位置に設けられている。
In FIG. 5, the gas sensor element 100 </ b> B changes the composite layer (the first solid electrolyte layer 125 s and the insulating layer 125) of the gas sensor element 100 according to the embodiment of the first aspect to the first solid electrolyte layer 105. The gas sensor is the same as the gas sensor element 100 except that the second solid electrolyte layer 129s and the insulating layer 129) are changed to the second solid electrolyte layer 109 and the insulating layers 117a, 117b, 117c, and 117d are provided. The same components as those of the element 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 5, through holes 109 a and 109 b are provided on the rear end side of the second solid electrolyte layer 109. Similarly, a through hole 105 a is provided on the rear end side of the first solid electrolyte layer 105.
That is, in the gas sensor element 100B, the solid electrolyte layer is a layer having substantially the same dimensions as the element.
The second solid electrolyte layer 109 and the first solid electrolyte layer 105 correspond to “solid electrolyte body” and “other member” in the claims, respectively.
The through holes 109a and 109b are provided at positions corresponding to the fourth through hole 129a and the fifth through hole 129b of the gas sensor element 100, respectively. The through hole 105a corresponds to the first through hole 125a of the gas sensor element 100. In the position.

さらに、第2固体電解質層109と第4電極部110との間、及び第2固体電解質層109と第3電極部108との間には、それぞれ絶縁層117a、117bが介装されている。絶縁層117a、117bは、第2固体電解質層109と略同寸法であり、先端側にそれぞれ第4電極110a、第3電極108aが露出する開口117h1、117h2が形成されている。
同様に、第1固体電解質層105と第2電極部106との間、及び第1固体電解質層105と第1電極部104との間には、それぞれ絶縁層117c、117dが介装されている。絶縁層117c、117dは、第1固体電解質層105と略同寸法であり、先端側にそれぞれ第2電極部106a、第1電極部104aが露出する開口117h3、117h4が形成されている。
なお、絶縁層117aの後端側には、第4スルーホール129a、第5スルーホール129bに重なる位置にそれぞれスルーホール117a1、117a2が設けられている。同様に、絶縁層117bの後端側には、第4スルーホール129a、第5スルーホール129bに重なる位置にそれぞれスルーホール117b1、117b2が設けられている。さらに、絶縁層117cの後端側には、第1スルーホール125aに重なる位置にスルーホール117c1が設けられている。
Further, insulating layers 117 a and 117 b are interposed between the second solid electrolyte layer 109 and the fourth electrode part 110 and between the second solid electrolyte layer 109 and the third electrode part 108, respectively. The insulating layers 117a and 117b have substantially the same dimensions as the second solid electrolyte layer 109, and openings 117h1 and 117h2 from which the fourth electrode 110a and the third electrode 108a are exposed are formed on the tip side.
Similarly, insulating layers 117c and 117d are interposed between the first solid electrolyte layer 105 and the second electrode portion 106 and between the first solid electrolyte layer 105 and the first electrode portion 104, respectively. . The insulating layers 117c and 117d have substantially the same dimensions as the first solid electrolyte layer 105, and openings 117h3 and 117h4 are formed on the tip side to expose the second electrode portion 106a and the first electrode portion 104a, respectively.
In addition, on the rear end side of the insulating layer 117a, through holes 117a1 and 117a2 are provided at positions overlapping the fourth through hole 129a and the fifth through hole 129b, respectively. Similarly, on the rear end side of the insulating layer 117b, through holes 117b1 and 117b2 are provided at positions overlapping the fourth through hole 129a and the fifth through hole 129b, respectively. Furthermore, a through hole 117c1 is provided at a position overlapping the first through hole 125a on the rear end side of the insulating layer 117c.

ここで、図6に示すように、ヒータ200の加熱による第4電極部110aの最高温度よりも10%以上低温となる第4リード部110bの部位Rに対し、絶縁層117aは、部位Rと第2固体電解質層109との間に少なくとも配置されている。さらに、本実施形態では、部位Rを超えて長手方向に第4電極部110aとの間まで絶縁層117aが延びている。
このように、第4電極110aが達する最高温度よりも10%以上低温となる部位Rを少なくとも絶縁するようにすれば、印刷ズレを考慮して第4電極110aと絶縁層117aとの間隔を適度に保ちつつ、オーバーシュート現象が生じるレベルの第4リード部110bの低温部を確実に絶縁することができる。
Here, as shown in FIG. 6, the insulating layer 117 a has a portion R and a portion R of the fourth lead portion 110 b that is 10% or more lower than the maximum temperature of the fourth electrode portion 110 a due to the heating of the heater 200. It is arranged at least between the second solid electrolyte layer 109. Furthermore, in the present embodiment, the insulating layer 117a extends beyond the portion R to the fourth electrode portion 110a in the longitudinal direction.
As described above, if at least the portion R that is 10% or more lower than the maximum temperature reached by the fourth electrode 110a is insulated, the gap between the fourth electrode 110a and the insulating layer 117a is set appropriately in consideration of printing misalignment. Thus, it is possible to reliably insulate the low temperature part of the fourth lead part 110b at which the overshoot phenomenon occurs.

なお、ガスセンサ素子100の場合と同様、実際には、長手方向に部位Rと印刷ズレを考慮した間隔Sを開けて第4電極110aの後端が位置するよう、第4電極110aの印刷位置を設定する。これにより、印刷ズレが生じても間隔S内のいずれかの位置に第4電極110aの後端が配置され、第4電極110aが最高温度よりも10%以上低温となる部位Rから離れ過ぎず適度な間隔を保ち、この部位Rに確実に絶縁層117aが介在することになる。本実施例では、第4リード部110bの先端部が絶縁層117aの先端よりも先端に位置(図中の上方が軸線方向先端側)し、第4電極110a上まで延びている事で、第4電極110aと第4リード部110bとを確実に接続できる。
又、酸素ポンプセル140Bを構成する第3電極108a、第4電極110aのうち、少なくとも一方の電極について、部位Rに絶縁層が配置されていればよいが、本実施形態では、第3電極108a、第4電極110aの両電極について部位Rに絶縁層117a、117bが接している。さらに、部位Rを超えて第3電極108a側にも絶縁層117bが延びている。
さらに、本実施形態では、酸素濃度検出セル130Bを構成する第2電極106、第1電極104についても、各リード部の部位Rに、絶縁層117c、117dが配置されている。
As in the case of the gas sensor element 100, the printing position of the fourth electrode 110a is actually set so that the rear end of the fourth electrode 110a is positioned with a gap S in consideration of the printing deviation and the region R in the longitudinal direction. Set. Thereby, even if printing misalignment occurs, the rear end of the fourth electrode 110a is arranged at any position within the interval S, and the fourth electrode 110a is not too far from the portion R where the temperature is 10% or more lower than the maximum temperature. The insulating layer 117a is surely interposed in the portion R while maintaining an appropriate interval. In the present embodiment, the tip of the fourth lead portion 110b is positioned closer to the tip than the tip of the insulating layer 117a (the upper side in the drawing is the tip in the axial direction), and extends to the fourth electrode 110a. The four electrodes 110a and the fourth lead portion 110b can be reliably connected.
In addition, in the present embodiment, the third electrode 108a, the third electrode 108a, and the fourth electrode 110a may be configured such that an insulating layer is disposed in the region R for at least one of the third electrode 108a and the fourth electrode 110a. The insulating layers 117a and 117b are in contact with the portion R of both electrodes of the fourth electrode 110a. Furthermore, the insulating layer 117b extends beyond the portion R to the third electrode 108a side.
Furthermore, in the present embodiment, the insulating layers 117c and 117d are also disposed in the portion R of each lead portion for the second electrode 106 and the first electrode 104 that constitute the oxygen concentration detection cell 130B.

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では絶縁層117aを第2固体電解質層109と略同寸法としたが、絶縁層117aは部位Rと第2固体電解質層109との間に配置されていればよく、幅方向に第4リード部110bよりもやや広く第2固体電解質層109よりも狭幅の短冊状としてもよい。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, the insulating layer 117a has substantially the same size as the second solid electrolyte layer 109, but the insulating layer 117a only needs to be disposed between the portion R and the second solid electrolyte layer 109, and the width direction Further, it may be a strip shape slightly wider than the fourth lead portion 110 b and narrower than the second solid electrolyte layer 109.

又、本発明は、測定室と、ヒータと、固体電解質層の表面に配置された電極を有する酸素ポンプセルとを備えたセンサ素子を有するあらゆるガスセンサに適用可能であり、本実施の形態の酸素センサ(酸素センサ素子)に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサ(NOxセンサ素子)や、HC濃度を検出するHCセンサ(HCセンサ素子)等に本発明を適用してもよい。   Further, the present invention is applicable to any gas sensor having a sensor element including a measurement chamber, a heater, and an oxygen pump cell having an electrode disposed on the surface of the solid electrolyte layer. Although it can be applied to (oxygen sensor element), it is not limited to these uses, and it goes without saying that the present invention covers various modifications and equivalents included in the concept and scope of the present invention. For example, the present invention may be applied to a NOx sensor (NOx sensor element) that detects the NOx concentration in the gas to be measured, an HC sensor (HC sensor element) that detects the HC concentration, and the like.

図1〜図4に示すガスセンサ素子(酸素センサ素子)100を有するガスセンサ1を製造した。第4電極110aと絶縁層129との長手方向の間隔S(図3、図4参照)を種々に変え、第4リード部110bのうち絶縁層129が配置された部分の温度と、第4電極110aの最高温度との温度差がそれぞれ異なるガスセンサを複数製造した。なお、ヒータ200の加熱による第4電極110aの中央部の温度を最高温度とし、第4リード部110bのうち絶縁層129で絶縁された最先端(第4電極110a側)の温度を測定し、両者の温度差(%)を算出した。温度差(%)は、(最高温度−最先端の温度)/最高温度、で表される。
なお、温度の測定は、センサ制御時のヒータ電圧を印加してサーモトレーサーにて温度をモニタする事で行ったが、例えば、熱電対を素子基板に付けて、センサ制御時のヒータ電圧を印加した際の温度を測定しても良い。
The gas sensor 1 having the gas sensor element (oxygen sensor element) 100 shown in FIGS. 1 to 4 was manufactured. The distance S (see FIGS. 3 and 4) between the fourth electrode 110a and the insulating layer 129 in the longitudinal direction is variously changed, the temperature of the portion where the insulating layer 129 is disposed in the fourth lead portion 110b, and the fourth electrode A plurality of gas sensors having different temperature differences from the maximum temperature of 110a were manufactured. The temperature at the center of the fourth electrode 110a due to the heating of the heater 200 is set as the maximum temperature, and the temperature of the fourth lead portion 110b that is insulated by the insulating layer 129 (on the fourth electrode 110a side) is measured. The temperature difference (%) between the two was calculated. The temperature difference (%) is expressed by (maximum temperature−the most advanced temperature) / maximum temperature.
The temperature was measured by applying the heater voltage during sensor control and monitoring the temperature with a thermotracer. For example, a thermocouple was attached to the element substrate and the heater voltage during sensor control was applied. You may measure the temperature at the time of doing.

以上のようにして得られたガスセンサを用い、脈動電流(オーバーシュート電流)Riの抑制効果を測定した。
脈動電流(オーバーシュート電流)Riの抑制効果は、各ガスセンサを排気量2000ccの並列4気筒エンジンに繋がれた排気管に取り付け、センサ制御を行った後、所定のエンジン回転数(周波数)で排気ガスのλ(空燃比)をストイキ点を跨いで0.95から1.05に切り替えたとき、酸素ポンプセル140のポンプ電流Ipに、脈動電流Riが発生したか否かを評価した。具体的には、図8に示すように、各周波数でセンサ出力と、ガスの雰囲気λとの比を応答強度として算出した。このとき、センサ出力が0.95から1.05で変化すれば、上記応答強度は1となる。
一方、図9に示すように、ブランクとして、排気ガスのλ(空燃比)をストイキ点を跨がずに0.95(リッチ)近傍で切替え、同様に各周波数での応答強度を求めた(図9)。
Using the gas sensor obtained as described above, the effect of suppressing the pulsating current (overshoot current) Ri was measured.
The effect of suppressing the pulsating current (overshoot current) Ri is that each gas sensor is attached to an exhaust pipe connected to a parallel 4-cylinder engine having a displacement of 2000 cc, exhausted at a predetermined engine speed (frequency) after performing sensor control. It was evaluated whether or not a pulsating current Ri was generated in the pump current Ip of the oxygen pump cell 140 when the gas λ (air-fuel ratio) was switched from 0.95 to 1.05 across the stoichiometric point. Specifically, as shown in FIG. 8, the ratio between the sensor output and the gas atmosphere λ at each frequency was calculated as the response intensity. At this time, if the sensor output changes from 0.95 to 1.05, the response intensity becomes 1.
On the other hand, as shown in FIG. 9, as a blank, λ (air-fuel ratio) of the exhaust gas was switched in the vicinity of 0.95 (rich) without straddling the stoichiometric point, and the response intensity at each frequency was similarly obtained ( FIG. 9).

次に、図8の応答強度を図9の応答強度で除し、図10に示すオーバーシュート割合を求め、その最大値(ピーク)をオーバーシュート割合の値として採用した。オーバーシュート割合が1であればオーバーシュートが無いことを示し、オーバーシュート割合が高いほどオーバーシュート電流Riが高いことを示す。
そして、上記した最高温度との温度差(%)と、オーバーシュート割合との関係を図11にプロットした。
Next, the response intensity in FIG. 8 was divided by the response intensity in FIG. 9 to obtain the overshoot ratio shown in FIG. 10, and the maximum value (peak) was adopted as the value of the overshoot ratio. An overshoot ratio of 1 indicates no overshoot, and a higher overshoot ratio indicates a higher overshoot current Ri.
The relationship between the temperature difference (%) from the above-described maximum temperature and the overshoot ratio is plotted in FIG.

図11から明らかなように、第4リード部110bのうち絶縁層129で絶縁された部分が最高温度よりも10%を超えて低温となると、オーバーシュート割合が1.2以上となり、オーバーシュート電流Riの抑制が不十分となることがわかる。
従って、これより、最高温度よりも10%以上低温となる第4リード部110bの部位と、第2固体電解質層109との間に絶縁層129が配置されていることが必要であるとみなした。
As is clear from FIG. 11, when the portion of the fourth lead portion 110b insulated by the insulating layer 129 becomes lower than the maximum temperature by more than 10%, the overshoot ratio becomes 1.2 or more, and the overshoot current is increased. It turns out that suppression of Ri becomes inadequate.
Therefore, it is considered that the insulating layer 129 is required to be disposed between the portion of the fourth lead portion 110b that is 10% or more lower than the maximum temperature and the second solid electrolyte layer 109. .

1 ガスセンサ
30 主体金具(ハウジング)
100、100B ガスセンサ素子
105,125,125s 他部材
107c 測定室
109、129s 固体電解質体
108a、110a 電極
108b、110b リード部
117a、117b、129 絶縁層
140、140B 酸素ポンプセル
200 ヒータ
L 軸線
R 最高温度よりも10%以上低温となるリード部の部位
1 Gas sensor 30 Metal shell (housing)
100, 100B Gas sensor element 105, 125, 125s Other member 107c Measurement chamber 109, 129s Solid electrolyte body 108a, 110a Electrode 108b, 110b Lead part 117a, 117b, 129 Insulating layer 140, 140B Oxygen pump cell 200 Heater L Axis R From maximum temperature The part of the lead where the temperature is 10% or more

Claims (3)

絶縁層に設けられた貫通孔に固体電解質体を充填してなる複合層と、前記固体電解質体の表面に形成され一対の電極と、前記一対の電極に電気的に接続され一対のリード部とを有する酸素ポンプセルと、
前記複合層と間隔を開けて積層される他部材との間に区画され外部から被測定ガスを導入する測定室と、
前記複合層と前記他部材との積層方向に配置され前記酸素ポンプセルを加熱するヒータと、
を有し、酸素ポンプセルが配置された側を先端側として長手方向に延びると共に、前記酸素ポンプセルが前記測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み入れ又は汲み出しを行うガスセンサ素子であって、
前記一対の電極は、前記固体電解質体のうち、前記積層方向から見た境界よりも内側に配置され、
前記リード部は、前記長手方向に延びると共に、前記長手方向に垂直方向に前記電極より幅狭であり、
少なくとも一方の前記リード部のうち、前記ヒータの加熱により前記電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる前記リード部の部位は、前記絶縁層に接していることを特徴とするガスセンサ素子。
A composite layer formed by filling the solid electrolyte body into the through holes formed in the insulating layer, the solid and a pair of electrodes formed on the surface of the electrolyte body, electrically connected to Ru pair of leads to said pair of electrodes An oxygen pump cell having a portion;
A measurement chamber that is partitioned between the composite layer and another member that is laminated at an interval and introduces a gas to be measured from the outside;
A heater that is arranged in the stacking direction of the composite layer and the other member to heat the oxygen pump cell;
A gas sensor element that extends in the longitudinal direction with the side on which the oxygen pump cell is disposed as a tip side , and that pumps or pumps oxygen in the gas to be measured introduced into the measurement chamber by the oxygen pump cell. ,
The pair of electrodes are arranged inside the solid electrolyte body, than the boundary viewed from the stacking direction,
The lead portion extends in the longitudinal direction and is narrower than the electrode in a direction perpendicular to the longitudinal direction ,
The gas sensor element characterized in that a portion of the lead portion, which is at least 10% lower than the highest temperature reached by the electrode by heating of the heater, is in contact with the insulating layer in at least one of the lead portions.
板状の固体電解質体と前記固体電解質体の表面に配置された一対の電極と前記一対の電極に電気的に接続され一対のリード部とを有する酸素ポンプセルと、
前記固体電解質体と、該固体電解質体と間隔を開けて積層される他部材との間に区画され外部から被測定ガスを導入する測定室と、
前記固体電解質体と前記他部材との積層方向に配置され前記酸素ポンプセルを加熱するヒータと、
を有し、酸素ポンプセルが配置された側を先端側として長手方向に延びると共に、前記酸素ポンプセルが前記測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み入れ又は汲み出しを行うガスセンサ素子であって、
前記リード部は、前記長手方向に延びると共に、前記長手方向に垂直方向に前記電極より幅狭であり、
少なくとも一方の前記リード部のうち、前記ヒータの加熱により前記電極が達する最高温度よりも10%以上低温となる前記リード部の部位と、前記固体電解質体との間に少なくとも絶縁層が配置され、かつ前記リード部の前記長手方向先端部は、前記絶縁層よりも先端に位置することを特徴とするガスセンサ素子。
An oxygen pump cell having a plate-shaped solid electrolyte body and the solid electrolyte body a pair of lead portions arranged a pair of electrodes on the surface Ru is electrically connected to the pair of electrodes,
A measurement chamber that is partitioned between the solid electrolyte body and another member that is stacked at an interval from the solid electrolyte body and that introduces a gas to be measured from the outside;
A heater that is arranged in the stacking direction of the solid electrolyte body and the other member and heats the oxygen pump cell;
A gas sensor element that extends in the longitudinal direction with the side on which the oxygen pump cell is disposed as a tip side , and that pumps or pumps oxygen in the gas to be measured introduced into the measurement chamber by the oxygen pump cell. ,
The lead portion extends in the longitudinal direction and is narrower than the electrode in a direction perpendicular to the longitudinal direction ,
Of at least one of the lead portions, at least an insulating layer is disposed between the solid electrolyte body and the portion of the lead portion that is at least 10% lower than the highest temperature reached by the electrode by heating of the heater, And the said longitudinal direction front-end | tip part of the said lead part is located in a front-end | tip rather than the said insulating layer, The gas sensor element characterized by the above-mentioned.
被測定ガス中の特定ガスを検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子として、請求項1又は2に記載のガスセンサ素子を備えるガスセンサ。
A gas sensor comprising a gas sensor element that detects a specific gas in a gas to be measured, and a metal shell that holds the gas sensor element,
A gas sensor comprising the gas sensor element according to claim 1 or 2 as the gas sensor element.
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