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JP2019095261A - Gas sensor elements and gas sensor - Google Patents

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JP2019095261A
JP2019095261A JP2017223677A JP2017223677A JP2019095261A JP 2019095261 A JP2019095261 A JP 2019095261A JP 2017223677 A JP2017223677 A JP 2017223677A JP 2017223677 A JP2017223677 A JP 2017223677A JP 2019095261 A JP2019095261 A JP 2019095261A
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JP
Japan
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electrode
porous
gas sensor
sensor element
gas
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JP2017223677A
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Japanese (ja)
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斉 古田
Sai Furuta
斉 古田
健太郎 鎌田
Kentaro Kamata
健太郎 鎌田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

To provide a gas sensor element and a gas sensor in which damaging is hard to occur even when used in a low temperature environment in the gas sensor element having an insulating protective layer having a porous portion.SOLUTION: The cell includes a solid electrolyte layer and a first electrode and a second electrode, and an insulating protective layer includes a porous portion 99 and a dense portion. The gas sensor element can reduce the area of a porous portion exposed to the outer surface of the insulating protective layer by a cross-sectional area of the porous portion taking a configuration smaller than the cross-sectional area of the first electrode 85, and it is possible to suppress the damage by stress due to thermal shock being reduced and to suppress the damage of the insulating protective layer due to a volume change of the moisture contained in the porous portion. By the electrode abutment portion 92 taking a configuration in contact with the first electrode covering the first entire electrode, the first electrode can pass the gas between an electrode abutment portion in a region other than an abutment surface with the solid electrolyte layer.SELECTED DRAWING: Figure 5

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.

特開2016−080684号公報JP, 2016-080684, A

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.

実施形態の空燃比センサを軸方向に沿って破断した状態を示す断面図である。It is a sectional view showing the state where the air-fuel ratio sensor of an embodiment was fractured along the direction of an axis. ガスセンサ素子を示す斜視図である。It is a perspective view showing a gas sensor element. ガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。It is a perspective view which disassembles and shows a gas sensor element. 図2のガスセンサ素子におけるA−A視端面を表す端面図である。It is an end elevation showing the AA view end surface in the gas sensor element of FIG. 図4のガスセンサ素子をB−B矢視方向(積層方向)に透視したときの多孔質電極,電極当接部,多孔質部のそれぞれの断面積および位置関係を説明するための第1の説明図である。First explanation for explaining the cross-sectional area and the positional relationship of the porous electrode, the electrode contact portion, and the porous portion when the gas sensor element of FIG. 4 is viewed in the B-B arrow direction (stacking direction) FIG. 図4のガスセンサ素子をB−B矢視方向(積層方向)に透視したときの多孔質電極,電極当接部,多孔質部のそれぞれの断面積および位置関係を説明するための第2の説明図である。The second description for explaining the cross-sectional area and the positional relationship of each of the porous electrode, the electrode contact portion, and the porous portion when the gas sensor element of FIG. 4 is seen through in the B-B arrow direction (lamination direction). FIG. ガスセンサ素子の成形体の製造方法に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the manufacturing method of the molded object of a gas sensor element. ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacture middle stage of a gas sensor element. 多孔質部の断面積と酸素ポンプセルへの印加電圧との相関関係を測定した測定結果である。It is the measurement result which measured the correlation with the cross-sectional area of a porous part, and the applied voltage to an oxygen pump cell. 第2ガスセンサ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a 2nd gas sensor element. 第2ガスセンサ素子における多孔質電極,電極当接部,複数の多孔質部のそれぞれの断面積および位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each cross-sectional area and positional relationship of the porous electrode in a 2nd gas sensor element, an electrode contact part, and several porous parts.

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-fuel ratio sensor 1 in the present embodiment includes a cylindrical metal shell 5 having a screw 3 for fixing to an exhaust pipe formed on the outer surface, and an axial direction (air-fuel ratio sensor 1 Longitudinal direction: plate-shaped gas sensor element 7 extending in the vertical direction in FIG. 1, cylindrical ceramic sleeve 9 disposed so as to surround the radial direction of gas sensor element 7, and insertion hole 11 penetrating in the axial direction The insulating contact members 13 (separator 13) are disposed such that the inner wall surface of the gas sensor element 7 surrounds the rear end portion of the gas sensor element 7, and five pieces are disposed between the gas sensor element 7 and the separator 13 (FIG. And two connection terminals 15).

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 gas sensor element 7 is provided with a rectangular parallelepiped element main body 70 extending in the longitudinal direction and a porous protective layer 17 covering the distal end side of the element main body 70, as described in detail later. The element main body 70 includes a detection unit 90 on the tip end side for detecting a specific gas contained in the gas to be measured. Further, the gas sensor element 7 has electrode pads 25, 25 on the first main surface 21 and the second main surface 23, which have a positional relationship between the front and back, of the outer surface on the rear end side (upper in FIG. 1: rear end in the longitudinal direction). 27, 29, 31 and 33 (for details, refer to FIG. 2 and FIG. 3) are formed.

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 connection terminals 15 are electrically connected to the electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33 of the gas sensor element 7, respectively, and are also electrically connected to lead wires 35 disposed inside the sensor from the outside. And forms a current path of current flowing between an external device to which the lead wire 35 is connected and the electrode pad 25, 27, 29, 31, 33.

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 metal shell 5 has a through hole 37 penetrating in the axial direction, and has a substantially cylindrical shape having a shelf 39 projecting inward in the radial direction of the through hole 37. In the metal shell 5, the detection unit 90 is disposed closer to the tip than the tip of the through hole 37, and the electrode pads 25, 27, 29, 31, 33 are disposed closer to the rear than the rear end of the through hole 37. Thus, the gas sensor element 7 inserted into the through hole 37 is held.

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 ceramic holder 41, a talc ring 43, a talc ring 45, and the above-mentioned ceramic sleeve 9 are provided inside the through hole 37 of the metal shell 5 so as to surround the circumference of the gas sensor element 7 in the radial direction. The layers are stacked in order from the front end side to the rear end side.

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 ceramic sleeve 9 and the rear end portion 47 of the metal shell 5, while a talc ring 43 or the like is disposed between the ceramic holder 41 and the shelf portion 39 of the metal shell 5. A metal holder 51 for holding the ceramic holder 41 is disposed. The rear end portion 47 of the metal shell 5 is crimped so as to press the ceramic sleeve 9 to the tip end side via the crimp packing 49.

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 protector 55 having a double structure made of metal (for example, stainless steel or the like) covering the projecting portion of the gas sensor element 7 is attached to the outer periphery of the front end portion 53 of the metal shell 5 by welding or the like.

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 outer cylinder 57 is fixed to the outer periphery of the metal shell 5 on the rear end side. Further, in the opening on the rear end side of the outer cylinder 57, five lead wires 35 (three are shown in FIG. 1) electrically connected to the respective electrode pads 25, 27, 29, 31, and 33, respectively. The grommet 61 in which the lead wire insertion hole 59 by which 1 is inserted is formed is arrange | positioned.

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 collar portion 63 is formed on the outer periphery of the separator 13, and the collar portion 63 is fixed to the outer cylinder 57 via the holding member 65.
[1-2. Configuration of gas sensor element]
Next, the configuration of the gas sensor element 7, which is a main part of the present embodiment, will be described in detail based on FIGS.

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 gas sensor element 7.
As shown in FIG. 2, the gas sensor element 7 is a long plate material extending in the longitudinal direction (Y-axis direction). In FIG. 2, the longitudinal direction is along the axis O of the gas sensor. The Z-axis direction in FIG. 2 is a thickness direction perpendicular to the longitudinal direction, and the X-axis direction is a width direction perpendicular to the longitudinal direction and the thickness direction.

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 gas sensor element 7 includes a rectangular parallelepiped element body 70 extending in the longitudinal direction, and a porous protective layer 17 covering the tip side (lower side in FIG. 2) of the element body 70. The element main body portion 70 is configured by laminating a plate-like element portion 71 extending in the longitudinal direction and a plate-like heater 73 similarly extending in the longitudinal direction (see FIG. 3). The element main body 70 includes a detection unit 90 on the tip end side for detecting a specific gas contained in the gas to be measured. The protective layer 17 is made of porous alumina, and covers the entire tip surface 127 of the element main body 70 and the side surfaces (the first main surface 21, the second main surface 23, It is provided on a part of the first side surface 111 and the second side surface 113).

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 gas sensor element 7. In FIG. 3, the protective layer 17 is not shown.
The element main body 70 of the gas sensor element 7 is disposed on one side (upper side in FIG. 3) of the stacking direction, as shown in an exploded manner in FIG. And a plate-like heater 73 disposed on the opposite side (back side) of the portion 71 and also extending in the longitudinal direction.

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 element unit 71 includes an oxygen concentration battery cell 81, an oxygen pump cell 89, an insulating spacer 93, an electrode contact portion 92, and an insulating protection layer 96.
The oxygen concentration battery cell 81 includes a solid electrolyte body 75, a porous electrode 77, a lead portion 77a, a porous electrode 79, and a lead portion 79a.

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 solid electrolyte body 75 is a plate-shaped member mainly made of zirconia. The pair of porous electrodes 77 and 79 are disposed on the front and back surfaces of the solid electrolyte body 75 so as to sandwich the solid electrolyte body 75.

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 lead portion 77a has one end connected to the porous electrode 77 and is arranged to extend in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 3) of the gas sensor element 7 (element body portion 70). The lead portion 79a has one end connected to the porous electrode 79 and is arranged to extend in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 3) of the gas sensor element 7 (element body portion 70).

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 oxygen pump cell 89 includes a solid electrolyte body 83, a porous electrode 85, a lead portion 85a, a porous electrode 87, and a lead portion 87a.
The solid electrolyte body 83 is a plate-shaped member mainly made of zirconia, and includes a surface 83a and a back surface 83b. The pair of porous electrodes 85 and 87 are respectively disposed on the surface 83 a and the back surface 83 b of the solid electrolyte body 83 so as to sandwich the solid electrolyte body 83.

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 lead portion 85a has one end connected to the porous electrode 85 and is arranged to extend in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 3) of the gas sensor element 7 (element body portion 70). The lead portion 87a has one end connected to the porous electrode 87, and is arranged to extend in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 3) of the gas sensor element 7 (element body portion 70).

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 solid electrolyte bodies 75 and 83 are formed of zirconia in which yttria is dissolved as a stabilizer.
The porous electrodes 77, 79, 85, 87 and the lead portions 77a, 79a, 85a, 87a are mainly formed of Pt.

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 spacer 93 is a plate-shaped member mainly made of alumina, and includes a hollow gas measurement chamber 91. The insulating spacer 93 is stacked between the oxygen concentration battery cell 81 and the oxygen pump cell 89. Thus, the insulating spacer 93 forms at least a part of the wall surface of the gas measurement chamber 91. Inside the gas measurement chamber 91, one porous electrode 77 of the oxygen concentration battery cell 81 and one porous electrode 87 of the oxygen pump cell 89 are disposed so as to be exposed.

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 gas introduction parts 94 serving as intake ports for exhaust gas (measurement target gas) are formed. The gas introduction part 94 communicates with the gas measurement chamber 91. doing. A diffusion control portion 95 is formed on each path from the two gas introduction portions 94 to the gas measurement chamber 91. The diffusion control portion 95 is made of, for example, a porous body made of alumina or the like, and performs rate control when the gas to be measured flows into the gas measurement chamber 91. The diffusion control part 95 is provided in a state where a part thereof is exposed to the outside from the gas introduction part 94.

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 gas sensor element 7, the gas introduction part 94 is formed in two different directions on the outermost surface of the element body 70, and the diffusion control part 95 is exposed in two different directions. .

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 protective layer 96 includes an insulating substrate 97 and a porous portion 99. The insulating and protective layer 96 is stacked on the surface of the oxygen pump cell 89 on which the porous electrode 85 is formed (specifically, the surface 83 a of the solid electrolyte body 83).

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 substrate 97 is a plate-shaped member mainly made of alumina, and includes a space portion 97 a penetrating in the thickness direction. The space 97 a is formed at a position corresponding to the porous electrode 85 in the insulating substrate 97. The space 97a includes a first space 97a1 and a second space 97a2. The first space portion 97a1 is formed so that the cross-sectional area as viewed in the thickness direction is smaller than the cross-sectional area of the porous electrode 85 and opens at the first major surface 21 of the insulating substrate 97 There is. The second space 97a2 is formed such that the cross-sectional area as viewed in the thickness direction is larger than the cross-sectional area of the porous electrode 85, and the second space 97a2 opens at the surface of the insulating substrate 97 facing the oxygen pump cell 89. It is done.

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 porous portion 99 is made of a porous body mainly composed of alumina. The porous portion 99 is configured to be permeable to gas because it has a porous structure. The porous portion 99 is disposed in the first space portion 97a1. The porous portion 99 is exposed to the outer surface (the first main surface 21 of the insulating substrate 97) of the insulating protection layer 96 on the opposite side to the contact surface with the oxygen pump cell 89.

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 substrate 97 has a porosity lower than that of the porous portion 99 and has a shape surrounding the periphery of the porous portion 99. In the present embodiment, the insulating substrate 97 is formed in a non-porous state. The porosity of the insulating substrate 97 is 0 [vol%], and the porosity of the porous portion 99 is 36 [vol%]. The method of calculating the porosity is calculated by “porosity [vol%] = (carbon volume) / (carbon volume + ceramic volume)” in the porogen (carbon) and the ceramic body as the material. The electrode contact portion 92 is disposed between the oxygen pump cell 89 and the insulating protection layer 96. In detail, the electrode contact portion 92 is disposed in the second space portion 97a2.

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 electrode contact portion 92 is made of a porous body mainly made of alumina. The porosity of the electrode contact portion 92 is larger than the porosity of the porous portion 99. The porosity of the electrode contact portion 92 is 58 [vol%]. The electrode contact portion 92 and the porous portion 99 are provided in a gas movement path connecting the porous electrode 85 of the oxygen pump cell 89 and the outside of the gas sensor element 7.

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 gas measurement chamber 91 is formed to be located on the tip end side (left side in FIG. 3) of the element main body portion 70 (specifically, the element portion 71). The formation region of the gas measurement chamber 91 and the region on the tip end side of the gas measurement chamber 91 in the longitudinal direction of the element unit 71 are provided as a detection unit 90 for detecting oxygen.

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 heater 73 is formed by sandwiching the heating resistor pattern 105 mainly made of Pt between the insulating substrates 101 and 103 mainly made of alumina.
In such a gas sensor element 7, three electrode pads 25, 27, 29 are formed on the rear end side (right side in FIG. 3) of the first main surface 21, and two are provided on the rear end side of the second main surface 23. Electrode pads 31 and 33 are formed.

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 main surface 21 is a through hole 161 provided in the insulating substrate 97 and a through hole provided in the solid electrolyte body 83 as shown in FIG. The electrode 165 is electrically connected to the porous electrode 77 of the oxygen concentration battery cell 81 through the through hole 171 provided in the insulating spacer 93 and the lead 77a. The electrode pad 29 is also electrically connected to the porous electrode 87 of the oxygen pump cell 89 through the through hole 161 provided in the insulating substrate 97, the through hole 165 provided in the solid electrolyte body 83, and the lead portion 87a. Be done. Therefore, the porous electrode 77 and the porous electrode 87 are electrically connected at the same potential.

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 holes 162 provided in the insulating substrate 97, the through holes 166 provided in the solid electrolyte body 83, and the insulating spacers 93. It is electrically connected to the porous electrode 79 of the oxygen concentration battery cell 81 through the through hole 172 which is formed, the through hole 176 which is provided in the solid electrolyte body 75, and the lead portion 79a. Furthermore, as shown in FIG. 3, the other electrode pad 25 (left electrode pad in FIG. 2) is electrically connected to the porous electrode 85 of the oxygen pump cell 89 through the through hole 163 provided in the insulating substrate 97 and the lead portion 85a. Connected.

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 electrode pads 31 and 33 are electrically connected to both ends of the heating resistor pattern 105 through the through holes 181 and 182 provided in the insulating substrate 103.

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 gas sensor element 7 having the above-described configuration is a plate member having a long, substantially rectangular parallelepiped shape, the corner portion on the outer peripheral side in the radial direction is along the longitudinal direction (Y direction in FIG. 2) And four sides (longitudinal ridgelines) H1, H2, H3, and H4.

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 gas sensor element 7 is connected to the first major surface 21 and the second major surface 23 and the first major surface 21 and the second major surface 23 as four outer peripheral walls extending along the longitudinal direction of the gas sensor element 7 The first side 111 and the second side 113. In addition, a first side H1 which is a ridge line between the first major surface 21 and the first side surface 111, a second side H2 which is a ridge line between the first major surface 21 and the second side surface 113, and A third side H3 which is a ridge between the main surface 23 and the second side surface 113 and a fourth side H4 which is a ridge between the second main surface 23 and the first side 111 are provided.

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 rear end face 129 perpendicular to the longitudinal direction is formed on the rear end side (upper side in FIG. 2) of the gas sensor element 7.
The protective layer 17 is made of porous alumina, and is formed so as to cover at least the detection portion 90 in the element body portion 70. In detail, the protective layer 17 is formed to cover at least the exposed portion of the porous portion 99 of the insulating protective layer 96. Further, the protective layer 17 is formed so as to cover at least the exposed portion of the diffusion control portion 95 in the side surface of the element portion 71 (the side surface of the insulating spacer 93).

[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 gas sensor element 7 will be described.
FIG. 4 is an end view showing an end surface of the gas sensor element 7 of FIG. 2 as viewed from A-A, and an end view showing an internal structure on the tip side of the gas sensor element 7. In FIG. 4, illustration of the protective layer 17 is omitted.

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 gas sensor element 7 includes two cells (oxygen concentration battery cell 81 and oxygen pump cell 89), and these two cells are stacked via the insulating spacer 93.

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 concentration battery cell 81 is configured by arranging a pair of porous electrodes 77 and porous electrodes 79 on the front surface and the back surface of the solid electrolyte body 75, respectively. The oxygen pump cell 89 is configured by arranging a pair of porous electrodes 85 and porous electrodes 87 on the front and back surfaces of the solid electrolyte body 83, respectively.

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 gas measuring chamber 91 is a space in which the upper surface is formed by the oxygen concentration battery cell 81, the lower surface is formed by the oxygen pump cell 89, and the side wall is formed by the insulating spacer 93.
Inside the gas measurement chamber 91, the porous electrode 77 of the oxygen concentration battery cell 81 and the porous electrode 87 of the oxygen pump cell 89 are disposed so as to be exposed.

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 porous electrode 85, the electrode contact portion 92, and the porous portion 99 when the gas sensor element 7 of FIG. 4 is seen through in the B-B arrow direction (lamination direction). The explanatory view for explaining section area and physical relationship is shown. In each of FIGS. 4, 5 and 6, the left and right direction of the figure is the longitudinal direction of the gas sensor element 7, the left side of the figure is the tip end side, and the right side of the figure is the rear end side.

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 electrode contact portion 92 is formed so as to cover at least the whole of the porous electrode 85 of the oxygen pump cell 89 and to be in contact with the porous electrode 85.

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 porous portion 99 is in contact with the electrode contact portion 92. In detail, the porous portion 99 is in contact with the tip end region of the electrode contact portion 92. The distal end region of the electrode contact portion 92 is a region that is on the distal end side when the electrode contact portion 92 is bisected in the longitudinal direction of the solid electrolyte body 83.

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 porous portion 99 exposed to the first major surface 21 (in other words, the cross-sectional area when the porous portion 99 is viewed from the stacking direction) is the cross section of the porous electrode 85 when seen through in the stacking direction. Smaller than the area.

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 electrode contact portion 92 in the stacking direction is smaller than the thickness dimension D2 of the porous portion 99. In the present embodiment, the thickness dimension D1 of the electrode contact portion 92 is 400 μm, and the thickness dimension D2 of the porous portion 99 is 15 μm.

[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-fuel ratio sensor 1 of the present embodiment will be described based on FIGS. 7 to 8.
FIG. 7 is an explanatory view of a method of manufacturing the molded body 141 of the gas sensor element, and FIG. 8 is an explanatory view showing a manufacturing step of the gas sensor element.

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 gas sensor element 7, first, various laminated materials serving as materials of the well-known gas sensor element 7, that is, unbaked solid electrolyte sheets serving as the solid electrolyte bodies 75 and 83 of the element portion 71, and insulation protection of the element portion 71 A non-sintered insulation sheet to be the layer 96, a non-sintered insulation sheet to be the porous portion 99, and a non-sintered insulation sheet to be the insulating substrates 101 and 103 of the heater 73 are laminated to obtain a non-crimped laminate. In addition, the non-baked electrode pad used as electrode pad 25,27,29,31,33 etc. are formed in this non-crimped laminated body.

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 portion 95 after firing.

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 electrode contact portion 92 after firing.

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 porous part 99 after firing to form the unfired porous part.

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 portion 95, the porous portion 99, and the electrode contact portion 92 after baking. And porosity can be adjusted arbitrarily.

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 body 141 as shown in FIG. In addition, about the manufacturing method until it obtains the non-pressure-bonded laminated body before pressurization, since it is the same as the manufacturing method of a well-known gas sensor element, detailed description is abbreviate | omitted.

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 body 141 obtained by pressing is cut into a predetermined size, whereby a plurality of (for example, 10) unsintered laminates whose sizes substantially match those of the element portion 71 and the heater 73 of the gas sensor element 7 Get the body.

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 laminate 143 as shown in FIG. The fired laminate 143 corresponds to the element body 70.

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 element body 70 is obtained in this manner, a non-sintered protective layer to be the protective layer 17 (see FIG. 2) is formed around the tip of the element body 70 after firing.
Thereafter, heat treatment of the unfired protective layer is performed. Specifically, the element body 70 on which the unbaked protective layer is formed is heat-treated at a heat treatment temperature of 1000 ° C. for a heat treatment time of 3 hours to obtain the gas sensor element 7 on which the protective layer 17 is formed.

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 gas sensor element 7 is obtained in this manner, an assembly step of assembling the gas sensor element 7 to the metal shell 5 is performed.
That is, in this step, the gas sensor element 7 manufactured by the above-mentioned manufacturing method is inserted into the metal holder 51, and further, the gas sensor element 7 is fixed by the ceramic holder 41 and the talc ring 43 to manufacture an assembly. Thereafter, the assembled body is fixed to the metal shell 5, and the rear end side of the gas sensor element 7 in the direction of the axis O is inserted into the talc ring 45 and the ceramic sleeve 9 and inserted into the metal shell 5.

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 ceramic sleeve 9 is crimped by the rear end portion 47 of the metal shell 5 to produce a lower assembly. A protector 55 is attached to the lower assembly in advance.
On the other hand, the outer cylinder 57, the separator 13, the grommet 61 and the like are assembled to fabricate an upper assembly. Then, the lower assembly and the upper assembly are joined to obtain the air-fuel ratio sensor 1.

[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 oxygen pump cell 89 for pumping oxygen in the gas sensor element 7, the measurement result of measuring the correlation between the cross-sectional area S1 of the porous portion 99 and the applied voltage V1 will be described.

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 electrode contact portion 92 is 100%, the application of oxygen necessary for pumping when the cross-sectional area S1 is changed in five steps (see FIG. 9) The rate of increase of the voltage V1 was measured. Specifically, the increase rate (voltage increase rate ΔV1 [%]) of the applied voltage V1 was measured with the applied voltage V1 when the cross-sectional area S1 of the porous portion 99 was 100% as 100% (reference).

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 oxygen pump cell 89 significantly increases. When the cross-sectional area S1 is 4.2% or more, the voltage increase rate ΔV1 is 5.2% or less, and it can be seen that a large increase in the applied voltage V1 can be suppressed.

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 porous portion 99 is formed to secure the cross-sectional area of 4.2% or more when the cross-sectional area of the electrode contact portion 92 is taken as a reference (100%). A significant increase in the applied voltage V1 can be suppressed.

[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 gas sensor element 7 in the air-fuel ratio sensor 1 of the present embodiment has a configuration in which the cross-sectional area of the porous portion 99 is smaller than the cross-sectional area of the porous electrode 85.

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 gas sensor element 7 can reduce the area of the porous portion 99 exposed to the outer surface of the insulating protection layer 96, and can reduce the stress due to thermal shock to suppress the breakage of the insulating protection layer 96. It is possible to suppress damage to the insulating protective layer 96 due to a volume change of water contained in the element 99.

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 gas sensor element 7 has a configuration in which the electrode contact portion 92 covers the whole of the porous electrode 85 and contacts the porous electrode 85.
For this reason, the porous electrode 85 can transfer gas with the electrode contact portion 92 in a region other than the contact surface with the solid electrolyte body 83. That is, by adopting a configuration in which the porous electrode 85 transfers gas with the porous portion 99 via the electrode contact portion 92, the exposed area of the porous portion 99 is greater than the cross-sectional area of the porous electrode 85. Even if the configuration is too small, reduction in the amount of gas that can be transferred between the porous portion 99 and the porous electrode 85 can be suppressed.

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 gas sensor element 7, the gas delivery state between the porous portion 99 and the porous electrode 85 becomes good, and there is no need to increase the voltage applied to the oxygen pump cell 89. The adverse effect on the detection function can be reduced.

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 gas sensor element 7, damage in a low temperature environment is not likely to occur, and an adverse effect on the gas detection function can be reduced.
Next, in the gas sensor element 7, the porosity of the electrode contact portion 92 is larger than the porosity of the porous portion 99.

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 electrode contact portion 92 and the porous electrode 85. Thereby, the delivery state of the gas between the porous portion 99 and the porous electrode 85 via the electrode contact portion 92 is further improved.

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 gas sensor element 7, the thickness dimension D1 of the electrode contact portion 92 in the stacking direction is smaller than the thickness dimension D2 of the porous portion 99.
Since the electrode contact part 92 having a large cross-sectional area has a smaller thickness than the porous part 99 having a small cross-sectional area (D1 <D2), the electrode contact part 92 and the porous part 99 in the insulating protective layer 96 The occupied volume can be reduced. Thereby, since the volume change amount of the electrode contact part 92 and the porous part 99 in a low temperature environment can be reduced, the damage of the insulating protective layer 96 can be suppressed.

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 gas sensor element 7, the porous portion 99 is disposed to abut on the tip end region in the longitudinal direction of the electrode contact portion 92.
By providing the porous portion 99 disposed in this manner, the application region of the protective layer 17 covering the tip of the gas sensor element 7 can be reduced, and the material cost of the protective layer 17 can be reduced. The front end region of the electrode contact portion 92 means a region on the front end side when the electrode contact portion is bisected into a region on the front end side and a region on the rear end side.

[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-fuel ratio sensor 1 corresponds to an example of a gas sensor, and the gas sensor element 7 corresponds to an example of a sensor element.

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 oxygen pump cell 89 corresponds to an example of a cell, the solid electrolyte body 83 corresponds to an example of a solid electrolyte layer, the surface 83 a corresponds to an example of a first surface, and the back surface 83 b corresponds to an example of a second surface The quality electrode 85 corresponds to an example of the first electrode, and the porous electrode 87 corresponds to an example of the second electrode.

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 protective layer 96 corresponds to an example of the insulating and protective layer, the porous portion 99 corresponds to an example of a porous portion, and the insulating substrate 97 corresponds to an example of a dense portion. The electrode contact portion 92 corresponds to an example of the electrode contact portion, and the protective layer 17 corresponds to an example of a protective cover layer.

[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 gas sensor element 107 configured to include a plurality of porous portions will be described.

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 gas sensor element 107 is a sensor element configured by replacing the porous portion 99 with a plurality of porous portions 199 in the gas sensor element 7 of the first embodiment.
The second gas sensor element 107 has the same outer dimensions as the gas sensor element 7 and can be used as a sensor element in the air-fuel ratio sensor by being provided instead of the gas sensor element 7 in the air-fuel ratio sensor 1 of the first embodiment. .

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 gas sensor element 107 includes a plurality of porous portions 199.
Each of the plurality of porous portions 199 has a circular cross-sectional shape. The total value of the cross-sectional areas of the plurality of porous portions 199 is smaller than the cross-sectional area of the porous electrode 85. One porous portion 199 is not arranged so that the whole portion overlaps the electrode contact portion 92, and a partial region overlaps the electrode contact portion 92, and the other region does not overlap the electrode contact portion 92. It is arranged.

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 gas sensor element 107, a plurality of porous portions 199 are provided, and the total area of the cross-sectional areas of the plurality of porous portions 199 is smaller than the cross-sectional area of the porous electrode 85.
That is, the second gas sensor element 107 does not have a structure having a single porous portion, but has a structure having a plurality of porous portions 199. By adopting such a structure, the second gas sensor element 107 can disperse the stress generated along with the volume change of the water contained in the porous portion 199, and can further suppress the breakage of the insulating protection layer 96.

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 gas sensor element 107 is disposed such that a part of one porous portion 199 overlaps the electrode contact portion 92. Such a second gas sensor element 107 has a plurality of porous portions while securing a large distance between the plurality of porous portions 199 as compared with a configuration in which the whole of one porous portion 199 overlaps the electrode contact portion 92. The part 199 can be arranged. Thus, breakage of the insulating substrate 97 can be suppressed due to the distance between the plurality of porous portions 199 being short. In this case, as a failure of the insulating substrate 97, for example, a crack may be generated to connect a plurality of porous portions 199 of the insulating substrate 97.

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 gas sensor element 107 corresponds to an example of a sensor element, and the plurality of porous portions 199 correspond to an example of a plurality of porous portions.

[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 SYMBOLS 1 ... Air-fuel ratio sensor, 7 ... Gas sensor element, 17 ... Protective layer, 70 ... Element body part, 71 ... Element part, 73 ... Heater, 75 ... Solid electrolyte body, 77 ... Porous electrode, 79 ... Porous electrode, 81 ... Oxygen concentration battery cell 83: Solid electrolyte body 83a: surface 83b: back surface 85: porous electrode 87: porous electrode 89: oxygen pump cell 92: electrode contact portion 96: insulating protection layer 97: Insulating substrate, 97a: space portion, 97a1: first space portion, 97a2: second space portion, 98: oxygen pump cell, 99: porous portion, 107: second gas sensor element, 199: porous portion.

Claims (6)

板状の固体電解質層と、前記固体電解質層の第1面に配置された第1電極と、前記固体電解質層の第2面に配置された第2電極と、を有するセルと、
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.
前記電極当接部の気孔率は、前記多孔質部の気孔率よりも大きい、
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.
前記積層方向における前記電極当接部の厚さ寸法は、前記多孔質部の厚さ寸法よりも小さい、
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.
前記多孔質部は、複数備えられ、複数の前記多孔質部の前記断面積の合計面積は、前記第1電極の前記断面積よりも小さい、
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.
当該ガスセンサ素子は、さらに、前記絶縁保護層のうち少なくとも前記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、
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.
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、
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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