JP2019095261A - Gas sensor elements and gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ガスセンサ素子およびガスセンサに関する。 The present disclosure relates to a gas sensor element and a gas sensor.
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。
ガスセンサは、例えば、自動車などの内燃機関の排気管に備えられて、内燃機関の排気ガス中の特定成分(酸素、NOx等)の濃度を検出する用途に用いられる。ガスセンサ素子としては、固体電解質体および電極を有するセルと、セルに対して積層される絶縁保護層と、を備えるものがある。絶縁保護層は、電極の形成位置に設けられる多孔質部と、多孔質部の周囲を取り囲む緻密部と、を備える構成のものがある。
There is known a gas sensor provided with a gas sensor element for detecting a specific gas contained in a gas to be measured.
The gas sensor is provided, for example, in the exhaust pipe of an internal combustion engine such as a car and is used for detecting the concentration of a specific component (oxygen, NOx, etc.) in the exhaust gas of the internal combustion engine. As a gas sensor element, there is a thing provided with a cell which has a solid electrolyte body and an electrode, and an insulation protection layer laminated to a cell. The insulating and protective layer may be configured to include a porous portion provided at the formation position of the electrode and a dense portion surrounding the periphery of the porous portion.
このようなガスセンサ素子は、多孔質部がセルの電極を覆うように構成されている。多孔質部は、ガスセンサ素子の外部と電極との間におけるガスの通過を許容しつつ、ススなどの異物が電極に直接接触することを抑制することで、電極を保護する。 Such a gas sensor element is configured such that the porous portion covers the electrode of the cell. The porous portion protects the electrode by preventing foreign matter such as soot from coming into direct contact with the electrode while permitting passage of gas between the outside of the gas sensor element and the electrode.
しかし、上述のガスセンサ素子は、水分が多孔質部に含まれた状態で氷点下まで温度が低下すると、水分の体積変化により生じる応力によってガスセンサ素子(特に絶縁保護層の緻密部)が破損(クラック発生など)する場合がある。 However, in the above-described gas sensor element, if the temperature is lowered to below the freezing point in the state where water is contained in the porous portion, the gas sensor element (in particular, the dense portion of the insulating protective layer) is damaged (cracked) Etc.).
つまり、ガスセンサの設置場所が水分の多い環境である場合には、多孔質部に水分が含まれて、温度低下により水分の体積変化が生じてガスセンサ素子が破損する場合がある。例えば、内燃機関の排気管は、冬季のような低温環境下では内燃機関の停止期間中に凝縮水が発生しやすく、内燃機関の始動時に排気ガスとともに凝縮水がガスセンサに到達して、多孔質部に水分が含まれる場合がある。 That is, when the installation location of the gas sensor is an environment with a lot of moisture, moisture may be contained in the porous part, and the volume change of the moisture may occur due to the temperature decrease, and the gas sensor element may be damaged. For example, in a low temperature environment such as winter, condensed water is likely to be generated during stoppage of the internal combustion engine in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and the condensed water reaches the gas sensor together with the exhaust gas at startup of the internal combustion engine. The part may contain moisture.
これに対して、多孔質部を小さく形成し応力を小さくする方法が考えられるが、小さく形成された多孔質部では単位時間あたりに通過可能なガス量が小さくなるため、セル(詳細には、電極)と多孔質物との間で受け渡し可能なガス量が低下して、ガス検出精度が低下する可能性がある。 On the other hand, a method of reducing the stress by forming the porous portion smaller can be considered, but in the porous portion formed smaller, the amount of gas which can pass through per unit time becomes smaller, so that the cells (specifically, The amount of gas that can be transferred between the electrode and the porous material is reduced, which may reduce the accuracy of gas detection.
この場合、ガスのポンピングのためにセル(詳細には、電極)への印加電圧を大きくすることで、受け渡し可能なガス量の低下を抑制できる可能性があるが、印加電圧の増大に伴い目的とするガスのみならず目的外のガスが解離して、ガス検出精度が低下する虞がある。 In this case, by increasing the voltage applied to the cell (specifically, the electrode) to pump the gas, there is a possibility that the decrease in the amount of gas that can be delivered can be suppressed. Not only the intended gas but also unintended gas may be dissociated to lower the gas detection accuracy.
そこで、本開示は、多孔質部を有する絶縁保護層を備えるガスセンサ素子において、低温環境下で使用する場合でも破損が生じがたいガスセンサ素子を提供すること、および、そのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure provides a gas sensor element including an insulating protective layer having a porous portion, which is unlikely to be damaged even when used in a low temperature environment, and a gas sensor including such a gas sensor element Intended to provide.
本開示の一態様は、セルと、絶縁保護層と、電極当接部と、を備えるセンサ素子であり、セルは、固体電解質層と第1電極と第2電極とを備え、絶縁保護層は、多孔質部と緻密部とを備えており、多孔質部は、電極当接部と当接し、絶縁保護層のうちセルとの当接面とは反対側の外面に露出しており、多孔質部のうち外面に露出する部分を積層方向から見た断面積は積層方向に透視したときの第1電極の断面積よりも小さい。 One aspect of the present disclosure is a sensor element including a cell, an insulating protective layer, and an electrode contact portion, the cell including a solid electrolyte layer, a first electrode, and a second electrode, and the insulating protective layer A porous portion and a dense portion, the porous portion being in contact with the electrode contact portion, being exposed on the outer surface of the insulating protective layer opposite to the contact surface with the cell, the porous portion being porous The cross-sectional area which looked at the part exposed to the outer surface among the mass parts from the lamination direction is smaller than the cross-sectional area of the 1st electrode when seeing through in the lamination direction.
固体電解質層は板状であり、第1電極は、固体電解質層の第1面に配置されており、第2電極は、固体電解質層の第2面に配置されている。絶縁保護層は、セルのうち固体電解質層の第1面に積層される板状の絶縁体で形成されている。多孔質部は、第1電極の形成位置に設けられ、緻密部は、多孔質部よりも気孔率が低く、多孔質部の周囲を取り囲むように形成されている。電極当接部は、セルのうち少なくとも第1電極の全体を覆うとともに第1電極に当接する多孔質体で形成されている。なお、「第1電極の形成位置」とは、素子を積層方向から透視したときに第1電極が形成される位置を意味している。 The solid electrolyte layer is plate-shaped, the first electrode is disposed on the first surface of the solid electrolyte layer, and the second electrode is disposed on the second surface of the solid electrolyte layer. The insulating protective layer is formed of a plate-like insulator laminated on the first surface of the solid electrolyte layer in the cell. The porous portion is provided at the formation position of the first electrode, and the dense portion has a porosity lower than that of the porous portion and is formed so as to surround the periphery of the porous portion. The electrode contact portion is formed of a porous body that covers at least the entire first electrode of the cell and contacts the first electrode. The “position where the first electrode is formed” means the position where the first electrode is formed when the element is seen through from the stacking direction.
このガスセンサ素子は、多孔質部の断面積が第1電極の断面積よりも小さい構成を採ることで、絶縁保護層の外面に露出する多孔質部の面積を小さくでき、熱衝撃による応力が小さくなることで破損を抑制できるとともに、多孔質部に含まれる水分の体積変化に起因する絶縁保護層の破損を抑制できる。 In this gas sensor element, the cross-sectional area of the porous portion is smaller than the cross-sectional area of the first electrode, whereby the area of the porous portion exposed on the outer surface of the insulating protective layer can be reduced, and the stress due to thermal shock is small. As a result, damage can be suppressed, and damage to the insulating protective layer due to a volume change of water contained in the porous portion can be suppressed.
電極当接部が第1電極の全体を覆うとともに第1電極に当接する構成を採ることで、第1電極は、固体電解質層との当接面以外の領域で電極当接部との間でガスの受け渡しが可能となる。つまり、第1電極が電極当接部を介して多孔質部との間でガスの受け渡しを行う構成を採ることで、多孔質部の露出面積が第1電極の断面積よりも小さい構成であっても、多孔質部と第1電極との間で受け渡し可能なガス量が低減するのを抑制できる。これにより、このガスセンサ素子は、多孔質部と第1電極との間でのガスの受け渡し状態が良好となり、印加電圧を増大する必要が無いため、セルにおけるガス検知機能への悪影響を低減できる。 By adopting a configuration in which the electrode contact portion covers the entire first electrode and contacts the first electrode, the first electrode can contact the electrode contact portion in a region other than the contact surface with the solid electrolyte layer. Gas can be delivered. That is, by adopting a configuration in which the first electrode transfers gas with the porous portion via the electrode contact portion, the exposed area of the porous portion is smaller than the cross-sectional area of the first electrode. However, reduction in the amount of gas that can be transferred between the porous portion and the first electrode can be suppressed. As a result, in the gas sensor element, the delivery state of the gas between the porous portion and the first electrode is improved, and there is no need to increase the applied voltage, so that the adverse effect on the gas detection function in the cell can be reduced.
よって、このガスセンサ素子によれば、低温環境下での破損が生じがたくなるとともに、ガス検知機能への悪影響を低減できる。
なお、多孔質部は、多孔質構造であるため、ガスが透過可能に構成されている。
Therefore, according to this gas sensor element, damage in a low temperature environment is not likely to occur, and an adverse effect on the gas detection function can be reduced.
In addition, since the porous part is a porous structure, it is comprised so that permeation | transmission of gas is possible.
次に、上述のガスセンサ素子においては、電極当接部の気孔率は、多孔質部の気孔率よりも大きくてもよい。
これにより、電極当接部と第1電極との間で受け渡し可能なガスの量が低減することを一層抑制できる。これにより、電極当接部を介した多孔質部と第1電極との間でのガスの受け渡し状態が一層良好となる。
Next, in the above-described gas sensor element, the porosity of the electrode contact portion may be larger than the porosity of the porous portion.
Thereby, it is possible to further suppress reduction in the amount of gas that can be transferred between the electrode contact portion and the first electrode. Thereby, the delivery state of the gas between the porous portion and the first electrode through the electrode contact portion is further improved.
次に、上述のガスセンサ素子においては、積層方向における電極当接部の厚さ寸法は、多孔質部の厚さ寸法よりも小さくてもよい。
断面積が大きい電極当接部が、断面積が小さい多孔質部よりも厚さ寸法が小さいことで、絶縁保護層における電極当接部および多孔質部の占有体積を小さくすることができる。これにより、低温環境下における電極当接部および多孔質部の体積変化量を低減できるため、絶縁保護層の破損を抑制できる。
Next, in the gas sensor element described above, the thickness dimension of the electrode contact portion in the stacking direction may be smaller than the thickness dimension of the porous portion.
Since the electrode contact portion having a large cross-sectional area has a smaller thickness than the porous portion having a small cross-sectional area, the volume occupied by the electrode contact portion and the porous portion in the insulating protective layer can be reduced. Thereby, since the volume change amount of the electrode contact part and the porous part in a low temperature environment can be reduced, the damage of the insulating protective layer can be suppressed.
次に、上述のガスセンサ素子においては、多孔質部は、複数備えられ、複数の多孔質部の断面積の合計面積は、第1電極の断面積よりも小さくてもよい。
このガスセンサ素子は、単一の多孔質部を備える構造ではなく、複数の多孔質部を備える構造を採ることで、多孔質部に含まれる水分の体積変化に伴い生じる応力を分散させることができ、絶縁保護層の破損を一層抑制できる。
Next, in the gas sensor element described above, a plurality of porous portions may be provided, and the total area of the cross-sectional areas of the plurality of porous portions may be smaller than the cross-sectional area of the first electrode.
This gas sensor element does not have a structure having a single porous portion, but can take the structure having a plurality of porous portions, thereby dispersing the stress caused by the volume change of the water contained in the porous portion. The damage to the insulating protective layer can be further suppressed.
次に、上述のガスセンサ素子においては、さらに、絶縁保護層のうち少なくとも多孔質部の露出部分を覆う多孔質状の保護カバー層を備え、固体電解質層は、長手方向に延びる長尺形状であり、固体電解質層の長手方向における2つの端部のうち、第1電極に近い端部を先端とし、他方の端部を後端とした場合に、多孔質部は、電極当接部のうち長手方向における先端領域に当接するように配置されてもよい。 Next, in the above gas sensor element, a porous protective cover layer covering at least the exposed portion of the porous portion of the insulating protective layer is further provided, and the solid electrolyte layer has an elongated shape extending in the longitudinal direction. When the end close to the first electrode of the two ends in the longitudinal direction of the solid electrolyte layer is the front end, and the other end is the rear end, the porous portion is the longitudinal portion of the electrode contact portion. It may be arranged to abut the tip area in the direction.
このように配置される多孔質部を備えることで、ガスセンサ素子の先端を覆う保護カバー層の塗布領域を小さくでき、保護カバー層の材料費を低減できる。なお、電極当接部の先端領域とは、電極当接部を先端側の領域と後端側の領域とに二等分した場合において、先端側の領域を意味している。 By providing the porous portion arranged in this manner, the application area of the protective cover layer covering the tip of the gas sensor element can be reduced, and the material cost of the protective cover layer can be reduced. The front end region of the electrode contact portion means the region on the front end side when the electrode contact portion is bisected into the region on the front end side and the region on the rear end side.
本開示の他の一態様は、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサであって、ガスセンサ素子として上述のうちいずれかのガスセンサ素子を備える。 Another aspect of the present disclosure is a gas sensor including a gas sensor element that detects a specific gas included in a measurement target gas, and includes any one of the gas sensor elements described above as the gas sensor element.
このガスセンサは、上述のガスセンサ素子を備えることで、低温環境下での破損が生じがたくなるとともに、ガス検知機能への悪影響を低減できる。 By providing the above-described gas sensor element, this gas sensor is less likely to be damaged in a low temperature environment and can reduce the adverse effect on the gas detection function.
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種である酸素センサのうち全領域空燃比センサ(以下単に、空燃比センサともいう)を例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガス(酸素)を検出するガスセンサ素子(検出素子)が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される空燃比センサを例に挙げて説明する。
Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described using the drawings.
In the embodiment described below, a full-range air-fuel ratio sensor (hereinafter, also simply referred to as an air-fuel ratio sensor) is taken as an example of an oxygen sensor which is a type of gas sensor. Specifically, for use in air-fuel ratio feedback control in automobiles and various internal combustion engines, a gas sensor element (detection element) for detecting a specific gas (oxygen) in the exhaust gas to be measured is assembled. The air-fuel ratio sensor attached to the exhaust pipe will be described as an example.
[1.第1実施形態]
[1−1.全体構成]
本実施形態のガスセンサ素子が使用される空燃比センサの全体の構成について、図1に基づいて説明する。図1は、空燃比センサの内部構成を表す断面図である。
[1. First embodiment]
[1-1. overall structure]
The entire configuration of an air-fuel ratio sensor in which the gas sensor element of the present embodiment is used will be described based on FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an internal configuration of an air-fuel ratio sensor.
図1に示す様に、本実施形態における空燃比センサ1は、排気管に固定するためのネジ部3が外表面に形成された筒状の主体金具5と、軸線方向(空燃比センサ1の長手方向:図1の上下方向)に延びる板状形状のガスセンサ素子7と、ガスセンサ素子7の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ9と、軸線方向に貫通する挿通孔11の内壁面がガスセンサ素子7の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材13(セパレータ13)と、ガスセンサ素子7とセパレータ13との間に配置される5個(図1には2個のみ図示)の接続端子15と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the air-
ガスセンサ素子7は、後に詳述する様に、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部70と、素子本体部70の先端側を覆う多孔質の保護層17と、を備える。素子本体部70は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部90を備える。また、ガスセンサ素子7は、後端側(図1の上方:長手方向後端部)の外表面のうち表裏の位置関係となる第1主面21および第2主面23に、電極パッド25,27,29,31,33(詳細は、図2,図3参照)が形成されている。
The
接続端子15は、ガスセンサ素子7の電極パッド25,27,29,31,33にそれぞれ電気的に接続されるとともに、外部からセンサの内部に配設されるリード線35にも電気的に接続されており、リード線35が接続される外部機器と電極パッド25,27,29,31,33との間に流れる電流の電流経路を形成する。
The
主体金具5は、軸線方向に貫通する貫通孔37を有し、貫通孔37の径方向内側に突出する棚部39を有する略筒状形状に構成されている。この主体金具5は、検知部90を貫通孔37の先端よりも先端側に配置し、電極パッド25,27,29,31,33を貫通孔37の後端よりも後端側に配置する状態で、貫通孔37に挿通されたガスセンサ素子7を保持するよう構成されている。
The
また、主体金具5の貫通孔37の内部には、ガスセンサ素子7の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ41、滑石リング43、滑石リング45、及び上述のセラミックスリーブ9が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。
Further, an annular
このセラミックスリーブ9と主体金具5の後端部47との間には、加締パッキン49が配置され、一方、セラミックホルダ41と主体金具5の棚部39との間には、滑石リング43やセラミックホルダ41を保持するための金属ホルダ51が配置されている。なお、主体金具5の後端部47は、加締パッキン49を介してセラミックスリーブ9を先端側に押し付けるように、加締められている。
A caulking packing 49 is disposed between the
更に、主体金具5の先端部53の外周には、ガスセンサ素子7の突出部分を覆う金属製(例えば、ステンレスなど)の二重構造とされたプロテクタ55が溶接等によって取り付けられている。
Furthermore, a
一方、主体金具5の後端側外周には、外筒57が固定されている。また、外筒57の後端側の開口部には、各電極パッド25,27,29,31,33とそれぞれ電気的に接続される5本のリード線35(図1では3本が図示)が挿通されるリード線挿通孔59が形成されたグロメット61が配置されている。
On the other hand, an
なお、セパレータ13の外周には、鍔部63が形成されており、鍔部63は、保持部材65を介して外筒57に固定されている。
[1−2.ガスセンサ素子の構成]
次に、本実施形態の要部であるガスセンサ素子7の構成について、図2〜図6に基づいて詳細に説明する。
A
[1-2. Configuration of gas sensor element]
Next, the configuration of the
図2は、ガスセンサ素子7の外観を表す斜視図である。
図2に示す様に、ガスセンサ素子7は、長手方向(Y軸方向)に延びる長尺の板材である。なお、図2において、長手方向がガスセンサの軸線O方向に沿う形態となる。また図2のZ軸方向は、長手方向に垂直な厚さ方向であり、X軸方向は、長手方向及び厚さ方向に垂直な幅方向である。
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the
As shown in FIG. 2, the
ガスセンサ素子7は、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部70と、素子本体部70の先端側(図2における下側)を覆う多孔質の保護層17と、を備える。素子本体部70は、長手方向に伸びる板状の素子部71と、同じく長手方向に延びる板状のヒータ73と、が積層されて構成されている(図3参照)。素子本体部70は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部90を備える。保護層17は、多孔質状のアルミナで構成されており、少なくとも検知部90を覆うように、素子本体部70の先端面127の全体及び側面(第1主面21,第2主面23,第1側面111、第2側面113)の一部に設けられる。
The
図3に、ガスセンサ素子7を分解した斜視図を示す。なお、図3では、保護層17の図示を省略している。
ガスセンサ素子7の素子本体部70は、図3に分解して示す様に、積層方向の一方の側(図3の上側)に配置されて、長手方向に伸びる板状の素子部71と、素子部71の反対側(裏側)に配置されて、同じく長手方向に延びる板状のヒータ73と、を備える。
FIG. 3 shows an exploded perspective view of the
The element
このうち、素子部71は、酸素濃淡電池セル81と、酸素ポンプセル89と、絶縁スペーサ93と、電極当接部92と、絶縁保護層96と、を備えて構成される。
酸素濃淡電池セル81は、固体電解質体75と、多孔質電極77と、リード部77aと、多孔質電極79と、リード部79aと、を備える。
Among them, the
The oxygen
固体電解質体75は、ジルコニアを主体とした板型形状の部材である。一対の多孔質電極77、79は、固体電解質体75を挟み込むように、固体電解質体75の表面および裏面に配置される。
The
リード部77aは、一端が多孔質電極77に接続されると共に、ガスセンサ素子7(素子本体部70)の長手方向(図3では、左右方向)に延びるように配置される。リード部79aは、一端が多孔質電極79に接続されると共に、ガスセンサ素子7(素子本体部70)の長手方向(図3では、左右方向)に延びるように配置される。
The
酸素ポンプセル89は、固体電解質体83と、多孔質電極85と、リード部85aと、多孔質電極87と、リード部87aと、を備える。
固体電解質体83は、ジルコニアを主体とした板型形状の部材であり、表面83aおよび裏面83bを備える。一対の多孔質電極85、87は、固体電解質体83を挟み込むように、固体電解質体83の表面83aおよび裏面83bにそれぞれ配置される。
The
The
リード部85aは、一端が多孔質電極85に接続されると共に、ガスセンサ素子7(素子本体部70)の長手方向(図3では、左右方向)に延びるように配置される。リード部87aは、一端が多孔質電極87に接続されると共に、ガスセンサ素子7(素子本体部70)の長手方向(図3では、左右方向)に延びるように配置される。
The
固体電解質体75,83は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアで形成されている。
多孔質電極77,79,85,87およびリード部77a,79a,85a,87aは、Ptを主体に形成されている。
The
The
絶縁スペーサ93は、アルミナを主体とした板型形状の部材であり、中空のガス測定室91を備える。絶縁スペーサ93は、酸素濃淡電池セル81と酸素ポンプセル89との間に積層される。これにより、絶縁スペーサ93は、ガス測定室91の壁面の少なくとも一部を形成している。ガス測定室91の内側には、酸素濃淡電池セル81の一方の多孔質電極77と、酸素ポンプセル89の一方の多孔質電極87と、が露出するように配置されている。
The insulating
素子部71の側面(絶縁スペーサ93の側面)には、排ガス(測定対象ガス)の取り込み口となる2つのガス導入部94が形成されており、ガス導入部94は、ガス測定室91に連通している。2つのガス導入部94からガス測定室91までの各経路には、拡散律速部95が形成されている。拡散律速部95は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されており、測定対象ガスがガス測定室91へ流入する際の律速を行う。拡散律速部95は、その一部がガス導入部94から外部に露出する状態で備えられている。
On the side surface of the element unit 71 (the side surface of the insulating spacer 93), two
つまり、このガスセンサ素子7においては、ガス導入部94は、素子本体部70の最外面において異なる2方向に向けて形成されており、拡散律速部95は、異なる2方向に向けて露出している。
That is, in the
絶縁保護層96は、絶縁基板97、多孔質部99を備える。絶縁保護層96は、酸素ポンプセル89のうち多孔質電極85が形成される面(詳細には、固体電解質体83の表面83a)に積層される。
The insulating and
絶縁基板97は、アルミナを主体とした板型形状の部材であり、厚さ方向に貫通する空間部97aを備える。空間部97aは、絶縁基板97のうち多孔質電極85に対応する位置に形成されている。空間部97aは、第1空間部97a1と、第2空間部97a2と、を備える。第1空間部97a1は、厚さ方向に見たときの断面積が多孔質電極85の断面積よりも小さく、かつ、絶縁基板97のうち第1主面21にて開口するように形成されている。第2空間部97a2は、厚さ方向に見たときの断面積が多孔質電極85の断面積よりも大きく、かつ、絶縁基板97のうち酸素ポンプセル89に対向する面にて開口するように形成されている。
The insulating
多孔質部99は、アルミナを主体とした多孔質体で構成されている。多孔質部99は、多孔質構造であるため、ガスが透過可能に構成されている。多孔質部99は、第1空間部97a1に配置されている。多孔質部99は、絶縁保護層96のうち酸素ポンプセル89との当接面とは反対側の外面(絶縁基板97の第1主面21)に露出している。
The
絶縁基板97は、多孔質部99よりも気孔率が低く、多孔質部99の周囲を取り囲む形状である。なお、本実施形態では、絶縁基板97は、無孔状態で形成されている。絶縁基板97の気孔率は0[vol%]であり、多孔質部99の気孔率は36[vol%]である。気孔率の算出方法は、材料としての気孔化剤(カーボン)およびセラミック体において、「気孔率[vol%]=(カーボン体積)/(カーボン体積+セラミック体積)」で算出される。電極当接部92は、酸素ポンプセル89と絶縁保護層96との間に配置されている。詳細には、電極当接部92は、第2空間部97a2に配置されている。
The insulating
電極当接部92は、アルミナを主体とした多孔質体で構成されている。電極当接部92の気孔率は、多孔質部99の気孔率よりも大きい。電極当接部92の気孔率は58[vol%]である。電極当接部92および多孔質部99は、酸素ポンプセル89の多孔質電極85とガスセンサ素子7の外部とを繋ぐガス移動経路に設けられている。
The
なお、ガス測定室91は、素子本体部70(詳細には、素子部71)のうち先端側(図3における左側)に位置するように形成されている。素子部71の長手方向のうち、ガス測定室91の形成領域およびガス測定室91よりも先端側となる領域は、酸素を検知するための検知部90として備えられる。
The
一方、ヒータ73は、アルミナを主体とする絶縁基板101、103の間に、Ptを主体とする発熱抵抗体パターン105が挟み込まれて形成されている。
このようなガスセンサ素子7では、第1主面21の後端側(図3における右側)に3個の電極パッド25,27,29が形成され、第2主面23の後端側に2個の電極パッド31、33が形成されている。
On the other hand, the
In such a
このうち、第1主面21の1つの電極パッド29(図2の右側電極パッド)は、図3に示すように、絶縁基板97に設けられるスルーホール161、固体電解質体83に設けられるスルーホール165、絶縁スペーサ93に設けられるスルーホール171、リード部77aを介して、酸素濃淡電池セル81の多孔質電極77に電気的に接続される。また、この電極パッド29は、絶縁基板97に設けられるスルーホール161、固体電解質体83に設けられるスルーホール165、リード部87aを介して、酸素ポンプセル89の多孔質電極87にも電気的に接続される。よって、多孔質電極77と多孔質電極87とは、同電位で電気的に接続される。
Among these, one electrode pad 29 (right electrode pad in FIG. 2) of the first
また、他の電極パッド27(図2の中央電極パッド)は、図3に示すように、絶縁基板97に設けられるスルーホール162、固体電解質体83に設けられるスルーホール166、絶縁スペーサ93に設けられるスルーホール172、固体電解質体75に設けられるスルーホール176、リード部79aを介して、酸素濃淡電池セル81の多孔質電極79と電気的に接続される。更に他の電極パッド25(図2の左側電極パッド)は、図3に示すように、絶縁基板97に設けられるスルーホール163、リード部85aを介して、酸素ポンプセル89の多孔質電極85と電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, the other electrode pads 27 (the center electrode pads in FIG. 2) are provided in the through
また、電極パッド31、33は、図3に示すように、絶縁基板103に設けられたスルーホール181,182を介して、発熱抵抗体パターン105の両端に、各々電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
図2に戻り、上述した構成のガスセンサ素子7は、長尺の略直方体形状の板材であるので、その径方向の外周側の角部には、その長手方向(図2のY方向)に沿って伸びる4つの辺(長手稜線)H1、H2、H3、H4を備えている。
Returning to FIG. 2, since the
詳しくは、ガスセンサ素子7は、ガスセンサ素子7の長手方向に沿って延びる4つの外周壁として、第1主面21および第2主面23と、第1主面21および第2主面23に連接された第1側面111および第2側面113と、を備えている。また、第1主面21と第1側面111との間の稜線である第1辺H1と、第1主面21と第2側面113との間の稜線である第2辺H2と、第2主面23と第2側面113との間の稜線である第3辺H3と、第2主面23と第1側面111との間の稜線である第4辺H4とを備えている。
Specifically, the
ガスセンサ素子7の後端側(図2の上方)には、長手方向に垂直な後端面129が形成されている。
保護層17は、多孔質状のアルミナで構成されており、素子本体部70のうち少なくとも検知部90を覆うように形成されている。詳細には、保護層17は、絶縁保護層96のうち少なくとも多孔質部99の露出部分を覆うように形成されている。また、保護層17は、素子部71の側面(絶縁スペーサ93の側面)のうち少なくとも拡散律速部95の露出部分を覆うように形成されている。
A
The
[1−3.ガスセンサ素子の先端側における内部構造]
次に、ガスセンサ素子7の先端側における内部構造について説明する。
図4に、図2のガスセンサ素子7におけるA−A視端面を表す端面図であって、ガスセンサ素子7の先端側における内部構造を示す端面図を示す。なお、図4では、保護層17の図示を省略している。
[1-3. Internal structure on the tip side of the gas sensor element]
Next, the internal structure on the tip side of the
FIG. 4 is an end view showing an end surface of the
図4に示すように、ガスセンサ素子7は、2つのセル(酸素濃淡電池セル81、酸素ポンプセル89)を備えており、これら2つのセルが、絶縁スペーサ93を介して積層される構成である。
As shown in FIG. 4, the
酸素濃淡電池セル81は、一対の多孔質電極77および多孔質電極79が固体電解質体75の表面および裏面にそれぞれ配置されて構成されている。酸素ポンプセル89は、一対の多孔質電極85および多孔質電極87が固体電解質体83の表面および裏面にそれぞれ配置されて構成されている。
The oxygen
ガス測定室91は、上面が酸素濃淡電池セル81で形成され、下面が酸素ポンプセル89で形成され、側壁が絶縁スペーサ93で形成された空間である。
ガス測定室91の内側には、酸素濃淡電池セル81の多孔質電極77と、酸素ポンプセル89の多孔質電極87と、が露出するように配置されている。
The
Inside the
ここで、図5および図6に、図4のガスセンサ素子7をB−B矢視方向(積層方向)に透視したときの多孔質電極85,電極当接部92,多孔質部99のそれぞれの断面積および位置関係を説明するための説明図を示す。なお、図4,5,6は、いずれも、図の左右方向がガスセンサ素子7の長手方向であり、図の左側が先端側であり、図の右側が後端側である。
Here, in FIG. 5 and FIG. 6, each of the
図4、図5、図6に示すように、電極当接部92は、酸素ポンプセル89のうち少なくとも多孔質電極85の全体を覆うとともに、多孔質電極85に当接するように形成されている。
As shown in FIGS. 4, 5 and 6, the
多孔質部99は、電極当接部92と当接している。詳細には、多孔質部99は、電極当接部92のうち先端領域と当接している。なお、電極当接部92の先端領域とは、固体電解質体83の長手方向において電極当接部92を二等分したときに先端側となる領域である。
The
多孔質部99のうち第1主面21に露出する面積(換言すれば、多孔質部99を積層方向から見たときの断面積)は、積層方向に透視したときの多孔質電極85の断面積よりも小さい。
The area of the
積層方向における電極当接部92の厚さ寸法D1は、多孔質部99の厚さ寸法D2よりも小さい。なお、本実施形態では、電極当接部92の厚さ寸法D1は400μmであり、多孔質部99の厚さ寸法D2は15μmである。
The thickness dimension D1 of the
[1−4.ガスセンサの製造方法]
本実施形態の空燃比センサ1の製造方法について、図7〜図8に基づいて説明する。
図7は、ガスセンサ素子の成形体141の製造方法に関する説明図であり、図8は、ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。
[1-4. Manufacturing method of gas sensor]
A method of manufacturing the air-
FIG. 7 is an explanatory view of a method of manufacturing the molded
ガスセンサ素子7を製造する場合、まず、公知のガスセンサ素子7の材料となる各種積層材料、即ち、素子部71の固体電解質体75、83となる未焼成固体電解質シートや、素子部71の絶縁保護層96となる未焼成絶縁シートや、多孔質部99となる未焼成絶縁シートや、ヒータ73の絶縁基板101、103となる未焼成絶縁シートなどを積層状態とし、未圧着積層体を得る。なお、この未圧着積層体には、電極パッド25,27,29,31,33となる未焼成電極パッドなどが形成されている。
In the case of manufacturing the
これらのうち、例えば、未焼成固体電解質シートを形成する場合、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒(トルエン及びメチルエチルケトン)を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成固体電解質シートが作製される。 Among them, for example, when forming a non-fired solid electrolyte sheet, first, alumina powder, butyral resin, etc. are added to ceramic powder mainly composed of zirconia, and mixed solvents (toluene and methyl ethyl ketone) are further mixed. To form a slurry. Then, the slurry is formed into a sheet by a doctor blade method, and the mixed solvent is volatilized to produce an unbaked solid electrolyte sheet.
また、未焼成絶縁シートを形成する場合、まず、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレート(以下、DBPとも記載)とを加えて、更に混合溶媒(トルエン及びメチルエチルケトン)を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成絶縁シートが作製される。 Moreover, when forming a non-baked insulating sheet, first, butyral resin and dibutyl phthalate (hereinafter, also described as DBP) are added to ceramic powder mainly composed of alumina, and a mixed solvent (toluene and methyl ethyl ketone) is further added. Mix to form a slurry. Then, the slurry is formed into a sheet by a doctor blade method, and the mixed solvent is evaporated to produce a non-baked insulating sheet.
さらに、未焼成の拡散律速部を形成する場合、まず、アルミナ粉末,気孔化剤(カーボン粉末など),バインダを湿式混合により分散したペーストを生成する。バインダはブチラール樹脂を有する。このペーストを用い、焼成後に拡散律速部95となる部位に、未焼成の拡散律速部を形成する。
Furthermore, when forming a non-fired diffusion-controlled portion, first, a paste is formed by dispersing alumina powder, porogen (such as carbon powder), and binder by wet mixing. The binder comprises butyral resin. Using this paste, an unfired diffusion-controlled portion is formed in a portion that becomes the diffusion-controlled
また、未焼成の電極当接部を形成する場合、まず、アルミナ粉末,気孔化剤(カーボン粉末など),バインダを湿式混合により分散したペーストを生成する。バインダはブチラール樹脂を用いる。このペーストを用い、焼成後に電極当接部92となる部位に、未焼成の多孔質体を形成する。
Further, in the case of forming the unfired electrode contact portion, first, a paste in which alumina powder, porogen (such as carbon powder) and a binder are dispersed by wet mixing is generated. The binder uses butyral resin. Using this paste, a non-fired porous body is formed in a portion to be the
また、未焼成の多孔質部を形成する場合、まず、アルミナ粉末,気孔化剤(カーボン粉末など),可塑剤を湿式混合により分散したスラリーを生成する。可塑剤はブチラール樹脂及びDBPを有する。このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成多孔質部用シートが作製される。この未焼成多孔質部用シートを、未焼成絶縁シートの、焼成後に多孔質部99となる部位に埋め込み、未焼成の多孔質部を形成する。
When an unfired porous portion is to be formed, first, a slurry is formed by dispersing alumina powder, porogen (such as carbon powder), and plasticizer by wet mixing. The plasticizer comprises butyral resin and DBP. The slurry is formed into a sheet by a doctor blade method, and the mixed solvent is evaporated to prepare a sheet for an unfired porous part. The unfired porous part sheet is embedded in the unfired insulating sheet in the portion to be the
このとき、ペーストにおけるバインダ量や固形分の組成比、気孔化剤の添加量などを調整することで、焼成後の拡散律速部95,多孔質部99,電極当接部92におけるそれぞれの拡散抵抗や気孔率を任意に調整することが可能となる。
At this time, by adjusting the binder amount in the paste, the composition ratio of the solid content, the addition amount of the pore forming agent, and the like, the diffusion resistance in the diffusion controlled
また、未焼成の多孔質電極およびリード部を形成する場合、白金と部分安定化ジルコニア、バインダを湿式混合により分散したペーストを生成する。このペーストを用いて、焼成後に多孔質電極およびリード部となる部位に、未焼成の多孔質電極およびリード部を形成する。このとき、バインダ量や固形分の組成比、気孔化剤の添加量などを調整することで、焼成後の多孔質電極およびリード部におけるそれぞれの拡散抵抗を任意に調整することが可能となる。 In addition, in the case of forming the unfired porous electrode and the lead portion, a paste in which platinum, partially stabilized zirconia, and a binder are dispersed by wet mixing is generated. Using this paste, unfired porous electrodes and lead portions are formed on the portions that become the porous electrodes and lead portions after firing. At this time, by adjusting the binder amount, the composition ratio of the solid content, the addition amount of the pore forming agent, and the like, it is possible to arbitrarily adjust the respective diffusion resistances in the porous electrode and the lead portion after firing.
そして、この未圧着積層体を1MPaで加圧することにより、図7に示す様な圧着された成形体141を得る。なお、加圧前の未圧着積層体を得るまでの製造方法については、公知のガスセンサ素子の製造方法と同様であるため詳細な説明は省略する。
Then, the non-crimped laminated body is pressurized at 1 MPa to obtain a crimped molded
そして、加圧により得られた成形体141を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子7の素子部71およびヒータ73と大きさが略一致する複数(例えば10個)の未焼成積層体を得る。
Then, the molded
その後、この未焼成積層体を樹脂抜きし(脱脂工程)、さらに焼成温度1500℃にて、1時間で本焼成して(焼成工程)、図8に示す様な焼成積層体143を得る。この焼成積層体143は、素子本体部70に相当する。
Thereafter, the unbaked laminate is de-resinized (degreasing step), and main firing is further performed at a firing temperature of 1500 ° C. for 1 hour (baking step) to obtain a fired
このようにして素子本体部70を得た後、この素子本体部70の先端側の周囲に、焼成後に保護層17(図2参照)となる未焼成保護層を形成する。
その後、未焼成保護層の熱処理を行う。具体的には、未焼成保護層が形成された素子本体部70を、熱処理温度1000℃、熱処理時間3時間で熱処理を行い、保護層17が形成されたガスセンサ素子7を得る。
After the
Thereafter, heat treatment of the unfired protective layer is performed. Specifically, the
このようにしてガスセンサ素子7を得た後、ガスセンサ素子7を主体金具5に組み付ける組付工程を行う。
即ち、この工程では、上記製造方法で作製されたガスセンサ素子7を金属ホルダ51に挿入し、さらにガスセンサ素子7をセラミックホルダ41、滑石リング43で固定し、組み立て体を作製する。その後、この組み立て体を主体金具5に固定し、ガスセンサ素子7の軸線O方向後端部側を滑石リング45、セラミックスリーブ9に挿通させつつ、これらを主体金具5に挿入する。
After the
That is, in this step, the
そして、主体金具5の後端部47にてセラミックスリーブ9を加締め、下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめプロテクタ55が取付けられている。
一方、外筒57、セパレータ13、グロメット61などを組みつけ、上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体とを接合し、空燃比センサ1を得る。
Then, the
On the other hand, the
[1−5.測定結果]
ここで、ガスセンサ素子7において酸素をポンピングするための酸素ポンプセル89への印加電圧V1に関して、多孔質部99の断面積S1と印加電圧V1との相関関係を測定した測定結果について説明する。
[1-5. Measurement result]
Here, with respect to the applied voltage V1 to the
測定は、電極当接部92の断面積と同じ大きさを100%とした場合において、断面積S1を5段階(図9参照)に変化させたときのそれぞれについて、酸素のポンピングに必要な印加電圧V1の増加率を測定した。具体的には、多孔質部99の断面積S1が100%の場合の印加電圧V1を100%(基準)として、印加電圧V1の増加率(電圧増加率ΔV1[%])を測定した。
In the measurement, assuming that the same size as the cross-sectional area of the
図9に示すように、断面積S1が3.3%の場合には、電圧増加率ΔV1は78.6%であり、酸素ポンプセル89への印加電圧V1が大幅に増加するのに対して、断面積S1が4.2%以上であれば電圧増加率ΔV1は5.2%以下であり、印加電圧V1が大幅に増加するのを抑制できることが分かる。
As shown in FIG. 9, when the cross-sectional area S1 is 3.3%, the voltage increase rate ΔV1 is 78.6%, and the voltage V1 applied to the
よって、多孔質部99は、電極当接部92の断面積を基準(100%)とした場合において、4.2%以上の断面積を確保するように形成することで、酸素ポンプセル89への印加電圧V1が大幅に増加することを抑制できる。
Therefore, the
[1−6.効果]
以上説明したように、本実施形態の空燃比センサ1におけるガスセンサ素子7は、多孔質部99の断面積が多孔質電極85の断面積よりも小さい構成である。
[1-6. effect]
As described above, the
このため、ガスセンサ素子7は、絶縁保護層96の外面に露出する多孔質部99の面積を小さくでき、熱衝撃による応力が小さくなることで絶縁保護層96の破損を抑制できるとともに、多孔質部99に含まれる水分の体積変化に起因する絶縁保護層96の破損を抑制できる。
For this reason, the
また、ガスセンサ素子7は、電極当接部92が多孔質電極85の全体を覆うとともに多孔質電極85に当接する構成である。
このため、多孔質電極85は、固体電解質体83との当接面以外の領域で電極当接部92との間でガスの受け渡しが可能となる。つまり、多孔質電極85が電極当接部92を介して多孔質部99との間でガスの受け渡しを行う構成を採ることで、多孔質部99の露出面積が多孔質電極85の断面積よりも小さい構成であっても、多孔質部99と多孔質電極85との間で受け渡し可能なガス量が低減するのを抑制できる。
Further, the
For this reason, the
これにより、ガスセンサ素子7は、多孔質部99と多孔質電極85との間でのガスの受け渡し状態が良好となり、酸素ポンプセル89への印加電圧を増大する必要が無いため、酸素ポンプセル89におけるガス検知機能への悪影響を低減できる。
Thereby, in the
よって、ガスセンサ素子7によれば、低温環境下での破損が生じがたくなるとともに、ガス検知機能への悪影響を低減できる。
次に、ガスセンサ素子7においては、電極当接部92の気孔率は、多孔質部99の気孔率よりも大きい。
Therefore, according to the
Next, in the
これにより、電極当接部92と多孔質電極85との間で受け渡し可能なガスの量が低減することを一層抑制できる。これにより、電極当接部92を介した多孔質部99と多孔質電極85との間でのガスの受け渡し状態が一層良好となる。
As a result, it is possible to further suppress reduction in the amount of gas that can be transferred between the
次に、ガスセンサ素子7においては、積層方向における電極当接部92の厚さ寸法D1は、多孔質部99の厚さ寸法D2よりも小さい。
断面積が大きい電極当接部92が、断面積が小さい多孔質部99よりも厚さ寸法が小さいことで(D1<D2)、絶縁保護層96における電極当接部92および多孔質部99の占有体積を小さくすることができる。これにより、低温環境下における電極当接部92および多孔質部99の体積変化量を低減できるため、絶縁保護層96の破損を抑制できる。
Next, in the
Since the
次に、ガスセンサ素子7においては、多孔質部99は、電極当接部92のうち長手方向における先端領域に当接するように配置されている。
このように配置される多孔質部99を備えることで、ガスセンサ素子7の先端を覆う保護層17の塗布領域を小さくでき、保護層17の材料費を低減できる。なお、電極当接部92の先端領域とは、電極当接部を先端側の領域と後端側の領域とに二等分した場合において、先端側の領域を意味している。
Next, in the
By providing the
[1−7.特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
空燃比センサ1がガスセンサの一例に相当し、ガスセンサ素子7がセンサ素子の一例に相当する。
[1-7. Correspondence with the claims]
Here, the correspondence of the wording in a claim and this embodiment is explained.
The air-
酸素ポンプセル89がセルの一例に相当し、固体電解質体83が固体電解質層の一例に相当し、表面83aが第1面の一例に相当し、裏面83bが第2面の一例に相当し、多孔質電極85が第1電極の一例に相当し、多孔質電極87が第2電極の一例に相当する。
The
絶縁保護層96が絶縁保護層の一例に相当し、多孔質部99が多孔質部の一例に相当し、絶縁基板97が緻密部の一例に相当する。電極当接部92が電極当接部の一例に相当し、保護層17が保護カバー層の一例に相当する。
The insulating and
[2.第2実施形態]
第2実施形態として、複数の多孔質部を備える構成の第2ガスセンサ素子107について説明する。
[2. Second embodiment]
As a second embodiment, the second
第2ガスセンサ素子107は、第1実施形態のガスセンサ素子7のうち、多孔質部99を複数の多孔質部199に置き換えて構成されたセンサ素子である。
なお、第2ガスセンサ素子107は、外形寸法がガスセンサ素子7と同様であり、第1実施形態の空燃比センサ1におけるガスセンサ素子7の代わりとして備えられることで、空燃比センサにおけるセンサ素子として使用できる。
The second
The second
図10および図11に示すように、第2ガスセンサ素子107は、複数の多孔質部199を備えている。
複数の多孔質部199は、それぞれ断面形状が円形である。複数の多孔質部199における断面積の合計値は、多孔質電極85の断面積よりも小さい。1つの多孔質部199は、全体が電極当接部92に重なる配置状態ではなく、一部の領域が電極当接部92に重なり、その他の領域は電極当接部92には重ならないように配置されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the second
Each of the plurality of
このように、第2ガスセンサ素子107においては、多孔質部199は複数備えられ、複数の多孔質部199の断面積の合計面積は、多孔質電極85の断面積よりも小さい。
つまり、第2ガスセンサ素子107は、単一の多孔質部を備える構造ではなく、複数の多孔質部199を備える構造である。第2ガスセンサ素子107は、このような構造を採ることで、多孔質部199に含まれる水分の体積変化に伴い生じる応力を分散させることができ、絶縁保護層96の破損を一層抑制できる。
Thus, in the second
That is, the second
また、第2ガスセンサ素子107は、1つの多孔質部199のうち一部の領域が電極当接部92に重なるように配置されている。このような第2ガスセンサ素子107は、1つの多孔質部199の全体が電極当接部92に重なる構成に比べて、複数の多孔質部199どうしの距離を大きく確保しつつ、複数の多孔質部199を配置できる。これにより、複数の多孔質部199どうしの距離が近いことに起因して、絶縁基板97が破損するのを抑制できる。この場合の、絶縁基板97の破損としては、例えば、絶縁基板97のうち複数の多孔質部199どうしを繋ぐように亀裂が生じることなどが挙げられる。
In addition, the second
ここで、特許請求の範囲と本第2実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。第2実施形態においては、第2ガスセンサ素子107がセンサ素子の一例に相当し、複数の多孔質部199が複数の多孔質部の一例に相当している。
Here, the correspondence of the wording in a claim and this 2nd embodiment is explained. In the second embodiment, the second
[3.他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
[3. Other embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention to implement in various aspects.
例えば、多孔質部は、断面形状が四角形または円形に限られることはなく、多角形(五角形、六角形など)、楕円形であってもよい。
次に、電極当接部の厚さ寸法は、多孔質部の厚さ寸法よりも小さく、かつ、少なくとも15[μm]以上であっても良い。このように電極当接部の厚さ寸法を規定し、電極当接部の体積を所定値以上確保することで、単位時間あたりに電極当接部が多孔質電極との間で受け渡し可能なガスの量が制限されるのを抑制できる。これにより、酸素ポンプセルへの印加電圧を大幅に増大させることなく、酸素のポンピングが可能となる。
For example, the porous portion is not limited to a square or a circle in cross-sectional shape, and may be a polygon (a pentagon, a hexagon, or the like) or an oval.
Next, the thickness dimension of the electrode contact portion may be smaller than the thickness dimension of the porous portion, and may be at least 15 μm or more. Thus, by defining the thickness dimension of the electrode contact portion and securing the volume of the electrode contact portion to a predetermined value or more, a gas that can be transferred between the electrode contact portion and the porous electrode per unit time It is possible to suppress the limitation of the amount of This enables oxygen pumping without significantly increasing the voltage applied to the oxygen pump cell.
次に、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 Next, the function of one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components or the function of a plurality of components may be performed by one component. Further, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment. In addition, all the aspects contained in the technical thought specified from the wording as described in a claim are an embodiment of this indication.
1…空燃比センサ、7…ガスセンサ素子、17…保護層、70…素子本体部、71…素子部、73…ヒータ、75…固体電解質体、77…多孔質電極、79…多孔質電極、81…酸素濃淡電池セル、83…固体電解質体、83a…表面、83b…裏面、85…多孔質電極、87…多孔質電極、89…酸素ポンプセル、92…電極当接部、96…絶縁保護層、97…絶縁基板、97a…空間部、97a1…第1空間部、97a2…第2空間部、98…酸素ポンプセル、99…多孔質部、107…第2ガスセンサ素子、199…多孔質部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セルのうち前記固体電解質層の前記第1面に積層される板状の絶縁体で形成された絶縁保護層であって、前記第1電極の形成位置に設けられる多孔質部と、前記多孔質部よりも気孔率が低く、前記多孔質部の周囲を取り囲む緻密部と、を備える絶縁保護層と、
を備えるセンサ素子であって、
前記セルのうち少なくとも前記第1電極の全体を覆うとともに前記第1電極に当接する多孔質体で形成された電極当接部を備えており、
前記多孔質部は、前記電極当接部と当接し、前記絶縁保護層のうち前記セルとの当接面とは反対側の外面に露出しており、
前記多孔質部のうち前記外面に露出する部分を積層方向から見た断面積は前記積層方向に透視したときの前記第1電極の断面積よりも小さい、
ガスセンサ素子。 A cell having a plate-like solid electrolyte layer, a first electrode disposed on the first surface of the solid electrolyte layer, and a second electrode disposed on the second surface of the solid electrolyte layer;
An insulating protection layer formed of a plate-like insulator laminated on the first surface of the solid electrolyte layer in the cell, the porous portion provided at the formation position of the first electrode, and the porous portion An insulating protective layer comprising a dense portion having a porosity lower than that of the porous portion and surrounding the periphery of the porous portion;
A sensor element comprising
An electrode contact portion formed of a porous body that covers at least the entire first electrode of the cells and contacts the first electrode,
The porous portion is in contact with the electrode contact portion, and is exposed on the outer surface of the insulating protective layer opposite to the contact surface with the cell,
The cross-sectional area of the portion of the porous portion exposed to the outer surface as viewed in the stacking direction is smaller than the cross-sectional area of the first electrode when viewed in the stacking direction.
Gas sensor element.
請求項1に記載のガスセンサ素子。 The porosity of the electrode contact portion is larger than the porosity of the porous portion.
The gas sensor element according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のガスセンサ素子。 The thickness dimension of the electrode contact portion in the stacking direction is smaller than the thickness dimension of the porous portion.
The gas sensor element according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子。 The plurality of porous portions are provided, and the total area of the cross-sectional areas of the plurality of porous portions is smaller than the cross-sectional area of the first electrode,
The gas sensor element according to any one of claims 1 to 3.
前記固体電解質層は、長手方向に延びる長尺形状であり、前記固体電解質層の前記長手方向における2つの端部のうち、前記第1電極に近い端部を先端とし、他方の端部を後端とした場合に、
前記多孔質部は、前記電極当接部のうち前記長手方向における先端領域に当接するように配置されている、
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子。 The gas sensor element further includes a porous protective cover layer covering at least the exposed portion of the porous portion of the insulating protective layer,
The solid electrolyte layer has an elongated shape extending in the longitudinal direction, and of the two ends in the longitudinal direction of the solid electrolyte layer, an end near the first electrode is a tip, and the other end is a rear If you
The porous portion is disposed to abut on a tip region in the longitudinal direction of the electrode contact portion.
The gas sensor element according to any one of claims 1 to 4.
前記ガスセンサ素子として、請求項1から請求項5のうちいずれか1項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 for detecting a specific gas contained in a gas to be measured, comprising:
The gas sensor element according to any one of claims 1 to 5 is provided as the gas sensor element,
Gas sensor.
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