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JP2018021819A - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

Gas sensor element and gas sensor Download PDF

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JP2018021819A
JP2018021819A JP2016153019A JP2016153019A JP2018021819A JP 2018021819 A JP2018021819 A JP 2018021819A JP 2016153019 A JP2016153019 A JP 2016153019A JP 2016153019 A JP2016153019 A JP 2016153019A JP 2018021819 A JP2018021819 A JP 2018021819A
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JP
Japan
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electrode
gas sensor
sensor element
gas
width direction
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Application number
JP2016153019A
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Japanese (ja)
Inventor
健太郎 鎌田
Kentaro Kamata
健太郎 鎌田
斉 古田
Sai Furuta
斉 古田
将生 中川
Masao Nakagawa
将生 中川
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor element that achieves prevention against degradation in accuracy of detection of a specified gas and reduction in the size and the power consumption of the gas sensor element, and a gas sensor having the gas sensor element.SOLUTION: A gas sensor element 7 of a NOx sensor 1 has an inner-side electrode 93 and a surrounding electrode 95 as a pair of electrodes of a second pump cell 83. The inner-side electrode 93 and the surrounding electrode 95 are formed in the same plane of a third solid electrolyte body 83a. The surrounding electrode 95 is located on a setting area excluding a one-side projection area TR in a width direction perpendicular to a longitudinal direction of the inner-side electrode 93. In other words, the surrounding electrode 95 is not located on the one-side projection area TR in the width direction. Accordingly, a dimension of the width direction of the gas sensor element 7 is reduced. The reduction of the dimension achieves reduction in the size and the power consumption of the gas sensor element 7.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、測定対象ガス中に含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子及びそのガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor element for detecting a specific gas contained in a gas to be measured and a gas sensor including the gas sensor element.

従来、測定対象ガス(例えば排ガス等)に含まれる特定ガス(例えばNOx等)を検出するためのガスセンサ素子と、そのガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。
ガスセンサ素子としては、板型の固体電解質体と、固体電解質体の外面に形成される一対の電極部と、を有するセルを備えたものが知られている。
Conventionally, a gas sensor element for detecting a specific gas (for example, NOx or the like) contained in a measurement target gas (for example, exhaust gas) and a gas sensor including the gas sensor element are known.
As a gas sensor element, an element including a cell having a plate-type solid electrolyte body and a pair of electrode portions formed on the outer surface of the solid electrolyte body is known.

例えば、NOxを検出するガスセンサ素子では、セルとして、第1ポンプセル、第2ポンプセルなどを備えているものがある(例えば、特許文献1参照)。
この第1ポンプセルは、測定対象ガス(排ガス等)における酸素の汲み入れ及び汲み出し(ポンピング)を行い、測定対象ガスの酸素濃度を調整する。第2ポンプセルには、酸素濃度が調整された測定対象ガスに含まれるNOx濃度に応じた第2ポンプ電流が流れる。この第2ポンプ電流に基づいて測定対象ガスにおけるNOx濃度を判定できる。
For example, some gas sensor elements that detect NOx include a first pump cell, a second pump cell, and the like as cells (see, for example, Patent Document 1).
The first pump cell adjusts the oxygen concentration of the measurement target gas by pumping and pumping (pumping) oxygen in the measurement target gas (exhaust gas or the like). The second pump current flows through the second pump cell in accordance with the NOx concentration contained in the measurement target gas whose oxygen concentration is adjusted. The NOx concentration in the measurement target gas can be determined based on the second pump current.

なお、ガスセンサ素子のセルの構成としては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように、一方の電極部と他方の電極部とがそれぞれ固体電解質体の異なる面に配置される構成や、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面における異なる位置に配置される構成などが挙げられる(例えば、特許文献2参照)。   The cell configuration of the gas sensor element includes a configuration in which one electrode portion and the other electrode portion are disposed on different surfaces of the solid electrolyte body so that the pair of electrode portions sandwich the solid electrolyte body. The electrode part of each is arrange | positioned in the position which differs in the same surface of a solid electrolyte body, respectively etc. (for example, refer patent document 2).

特開2010−122187号公報JP 2010-122187 A 特表2003−508750号公報Special table 2003-508750 gazette

しかしながら、一対の電極部が固体電解質体の同一面の異なる位置に配置される構成のセルにおいては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルに比べて、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。   However, in a cell having a configuration in which a pair of electrode portions are arranged at different positions on the same surface of the solid electrolyte body, a pair of electrode portions is compared with a cell having a configuration in which the pair of electrode portions are arranged to sandwich the solid electrolyte body. There is a concern that the current flowing between the electrode portions may be reduced.

つまり、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルでは、主に固体電解質体を挟んで対向する電極部面積が、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域となる。   In other words, in a cell having a configuration in which a pair of electrode portions are arranged so as to sandwich the solid electrolyte body, the area of the electrode portions opposed to each other with the solid electrolyte body interposed therebetween is a region involved in the movement of ions in the solid electrolyte body. .

従って、固体電解質体を介して一対の電極部同士が重なる面積を大きくすることにより、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保できるため、一対の電極部の間に流れる電流を大きくすることが可能である。   Therefore, by enlarging the area where the pair of electrode portions overlap with each other through the solid electrolyte body, it is possible to secure a large area related to the movement of ions in the solid electrolyte body, so that the current flowing between the pair of electrode portions is increased. Is possible.

これに対して、一対の電極部が固体電解質体の同一面に配置される構成のセルでは、主に、固体電解質体のうち一対の電極部の近傍領域がイオンの移動に関与する領域となるが、電極部同士を重ねることはできない。そのため、一対の電極部同士の距離を近づけたとしても、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保することが難しい。   On the other hand, in a cell having a configuration in which a pair of electrode portions are arranged on the same surface of the solid electrolyte body, a region in the vicinity of the pair of electrode portions of the solid electrolyte body is mainly a region involved in the movement of ions. However, the electrode portions cannot be overlapped. Therefore, even if the distance between the pair of electrode portions is reduced, it is difficult to ensure a large region related to the movement of ions in the solid electrolyte body.

このような構成においては、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。とりわけ、例えばNOxを検知するためのガスセンサ素子においては、NOx濃度に応じて第2ポンプセルに流れる第2ポンプ電流が微少である。このため、第2ポンプセルが、一対の電極部が固体電解質体の同一面に配置される構成となる場合には、第2ポンプ電流の検出精度が低下して、NOx検出精度が低下する虞がある。   In such a configuration, the current flowing between the pair of electrode portions may be small. In particular, in a gas sensor element for detecting NOx, for example, the second pump current flowing through the second pump cell is very small according to the NOx concentration. For this reason, when a 2nd pump cell becomes a structure by which a pair of electrode part is arrange | positioned on the same surface of a solid electrolyte body, there exists a possibility that the detection accuracy of a 2nd pump current may fall and a NOx detection accuracy may fall. is there.

この対策として、例えば図15に示すように、固体電解質体P1の同一面上に、一対の電極部として、中央電極P2と周囲電極P3とを設けるとともに、中央電極P2のほぼ全周(リード部P4を除いた部分)を囲むように、略四角枠状に周囲電極P3を設けることが考えられる。   As a countermeasure, for example, as shown in FIG. 15, a central electrode P2 and a peripheral electrode P3 are provided as a pair of electrode portions on the same surface of the solid electrolyte body P1, and almost the entire circumference (lead portion) of the central electrode P2 is provided. It is conceivable to provide the peripheral electrode P3 in a substantially square frame shape so as to surround the portion excluding P4).

本発明者等の研究によれば、このような構成にすることよって、第2ポンプセルにおける内部抵抗を小さくできるので、微少な第2ポンプ電流であっても検出精度が低下しにくいこと、従って、特定ガスの検出精度の低下を抑制できることが分かっている。   According to the study by the present inventors, the internal resistance in the second pump cell can be reduced by adopting such a configuration, so that the detection accuracy is hardly lowered even with a small second pump current. It has been found that a decrease in detection accuracy of a specific gas can be suppressed.

ところが、この場合には、周囲電極P3を設ける範囲が広くなり、特に素子の幅方向(図15の上下方向)の寸法が大きくなるので、素子の小型化や省電力化には不利になる。
そこで、本発明は、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるガスセンサ素子、及び、そのガスセンサ素子を備えたガスセンサを提供することを目的とする。
However, in this case, the range in which the peripheral electrode P3 is provided is widened, and in particular, the dimension in the width direction of the element (vertical direction in FIG. 15) is increased, which is disadvantageous for downsizing and power saving of the element.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor element that can suppress a decrease in detection accuracy of a specific gas and that can reduce the size and power consumption of the gas sensor element, and a gas sensor including the gas sensor element. And

(1)本発明の第1局面のガスセンサ素子は、第1測定室と、第2測定室と、第1ポンプセルと、第2ポンプセルと、を有しており、測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるように構成されている。   (1) The gas sensor element according to the first aspect of the present invention includes a first measurement chamber, a second measurement chamber, a first pump cell, and a second pump cell, and is exposed to the measurement target gas. It is comprised so that it may extend along a longitudinal direction so that it may reach from a rear end side.

第1測定室には、測定対象ガスが導入される。第2測定室には、第1測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた測定対象ガスが導入される。
第1ポンプセルは、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の第1電極と、を有する。一対の第1電極のうち一方の電極は、第1測定室に露出している。この第1ポンプセルは、第1測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。
A measurement target gas is introduced into the first measurement chamber. In the second measurement chamber, a measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced.
The first pump cell has a solid electrolyte body and a pair of first electrodes formed on the solid electrolyte body. One electrode of the pair of first electrodes is exposed to the first measurement chamber. The first pump cell pumps or pumps oxygen to the measurement target gas introduced into the first measurement chamber.

第2ポンプセルは、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の第2電極と、を有する。一対の第2電極のうち一方の電極は、第2測定室に露出すると共に、一対の第2電極のうち他方の電極は、第2測定室の外部に設けられる。この第2ポンプセルは、第2測定室に導入された測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第2ポンプ電流が流れるように構成されている。   The second pump cell has a solid electrolyte body and a pair of second electrodes formed on the solid electrolyte body. One electrode of the pair of second electrodes is exposed to the second measurement chamber, and the other electrode of the pair of second electrodes is provided outside the second measurement chamber. The second pump cell is configured such that a second pump current corresponding to the specific gas concentration in the measurement target gas introduced into the second measurement chamber flows.

さらに、一対の第2電極における一方の電極である内側電極及び他方の電極である周囲電極は、いずれも第2ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されている。
特に、このガスセンサ素子では、同一面を垂直方向から見た平面視で、周囲電極は、内側電極の外周側の一部に配置されると共に、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されている。
Furthermore, the inner electrode which is one electrode in the pair of second electrodes and the surrounding electrode which is the other electrode are both formed on the same surface of the solid electrolyte body forming the second pump cell.
In particular, in this gas sensor element, in a plan view when the same surface is viewed from the vertical direction, the peripheral electrode is disposed on a part of the outer peripheral side of the inner electrode and is also positioned on one side in the width direction perpendicular to the longitudinal direction. It is arranged in a setting area excluding the projection area where the electrodes are projected.

しかも、内側電極の外周部分は、周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、対向部位のうち、ガスセンサ素子の使用時の内側電極内の長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、対向部位の長さの50%以上である。   In addition, the outer peripheral portion of the inner electrode includes a facing portion that faces the surrounding electrode, and of the facing portions, the median value of the maximum value and the minimum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode when the gas sensor element is used. The length of the high temperature part existing in the above high temperature region is 50% or more of the length of the facing part.

このように、本第1局面では、周囲電極は、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されるので、即ち、幅方向の一方の投影領域には周囲電極は配置されないので、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくすることが可能である。これにより、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。   As described above, in the first aspect, the surrounding electrode is arranged in the setting area excluding the projection area in which the inner electrode is projected on one side in the width direction perpendicular to the longitudinal direction, that is, one side in the width direction. Since no surrounding electrode is arranged in the projection area, the dimension in the width direction of the gas sensor element can be reduced. Thereby, size reduction and power saving of a gas sensor element can be achieved.

さらに、本第1局面では、内側電極の周囲電極に対向する対向部位のうち、内側電極内の長手方向における温度勾配(即ちガスセンサ素子の使用時における温度勾配)の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、対向部位の長さの50%以上である。内側電極の対向部位のうち、高温部分の長さは、それより低温の部分(即ち低温部分)の長さ以上である。   Further, in the first aspect, the center of the maximum value and the minimum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode (that is, the temperature gradient when the gas sensor element is used) among the opposing portions of the inner electrode facing the surrounding electrode. The length of the high temperature portion existing in the high temperature region equal to or greater than the value is 50% or more of the length of the facing portion. Of the opposing portions of the inner electrode, the length of the high temperature portion is equal to or greater than the length of the lower temperature portion (ie, the low temperature portion).

従って、仮に一方の投影領域に周囲電極を設けないようにして、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくした場合でも、電気化学的な活性の高い高温部分の長さが低温部分の長さよりも長いので、内部抵抗(即ち内側電極と周囲電極との間の内部抵抗)を十分に小さくすることができる。   Therefore, even when the surrounding electrode is not provided in one projection region and the dimension in the width direction of the gas sensor element is reduced, the length of the high temperature portion having high electrochemical activity is longer than the length of the low temperature portion. Therefore, the internal resistance (that is, the internal resistance between the inner electrode and the surrounding electrode) can be sufficiently reduced.

そのため、例えばNOxセンサのように、一対の第2電極間に流れる電流が小さい場合でもあっても、特定ガスの検出精度の低下を抑制することができる。
つまり、本第1局面では、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する場合に、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
For this reason, for example, even when the current flowing between the pair of second electrodes is small like a NOx sensor, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the specific gas.
That is, in this 1st aspect, when detecting the specific gas contained in measurement object gas, while being able to suppress the fall of the detection accuracy of specific gas, the size reduction and power saving of a gas sensor element can be achieved. Has an effect.

ここで、対向部位について説明する。
例えば図6に示すように、内側電極から(幅方向における最大寸法で)長手方向に自身の外周部分を投影した際に、その投影先に周囲電極が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極の対向部位であるとする。同様に、内側電極から(長手方向における最大寸法で)幅方向の他方に自身の外周部分を投影した際に、その投影先に周囲電極が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極の対向部位とする。つまり、どちら一方の条件を満たせば対向部位とする。なお、この対向部位については、下記の第2局面でも同様である。
Here, the facing portion will be described.
For example, as shown in FIG. 6, when an outer peripheral portion is projected from the inner electrode in the longitudinal direction (with the maximum dimension in the width direction), if there is a surrounding electrode at the projection destination, the outer periphery of the projection source It is assumed that the portion is a portion facing the inner electrode. Similarly, when a peripheral electrode is present at the projection destination when the outer peripheral portion is projected from the inner electrode to the other in the width direction (with the maximum dimension in the longitudinal direction), the outer peripheral portion of the projection source is the inner side. It is set as the opposing part of an electrode. In other words, if either one of the conditions is satisfied, it is determined as the facing portion. In addition, about this opposing part, it is the same also in the following 2nd situation.

また、前記「ガスセンサ素子の使用時」とは、固体酸化物体の温度が活性化温度以上(即ち各セルが作動する温度以上)であって、ガスセンサ素子を測定対象ガスに晒した場合に特定ガスを検出できる場合である(以下同様)。   The “when using the gas sensor element” means that the temperature of the solid oxide body is not less than the activation temperature (that is, not less than the temperature at which each cell operates) and the gas sensor element is exposed to the measurement target gas. Can be detected (the same applies hereinafter).

なお、前記周囲電極が配置される設定領域とは、平面視で内側電極の周囲(全周)を囲む範囲のうち、前記投影領域を除いた範囲である(以下同様)。
(2)本発明の第2局面のガスセンサ素子は、測定対象ガスが導入される測定室と、酸素基準源となる基準酸素室と、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の電極と、を備えている。
The setting area where the surrounding electrodes are arranged is a range excluding the projection area in a range surrounding the periphery (the entire circumference) of the inner electrode in plan view (the same applies hereinafter).
(2) A gas sensor element according to a second aspect of the present invention includes a pair of chambers formed on a measurement chamber into which a measurement target gas is introduced, a reference oxygen chamber serving as an oxygen reference source, a solid electrolyte body, and a solid electrolyte body. An electrode.

そして、一対の電極のうち一方の電極が測定室に露出すると共に、他方の電極が基準酸素室に露出し、測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びる構成を有する。さらに、一方の電極である内側電極および他方の電極である周囲電極は、いずれも固体電解質体の同一面に形成されている。   Then, one electrode of the pair of electrodes is exposed in the measurement chamber, and the other electrode is exposed in the reference oxygen chamber so that it extends from the front end side exposed to the measurement target gas to the rear end side in the longitudinal direction. It has the structure extended along. Further, the inner electrode as one electrode and the surrounding electrode as the other electrode are both formed on the same surface of the solid electrolyte body.

特に、このガスセンサ素子では、同一面を垂直方向から見た平面視で、周囲電極は、内側電極の外周側の一部に配置されると共に、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されている。   In particular, in this gas sensor element, in a plan view when the same surface is viewed from the vertical direction, the peripheral electrode is disposed on a part of the outer peripheral side of the inner electrode and is also positioned on one side in the width direction perpendicular to the longitudinal direction. It is arranged in a setting area excluding the projection area where the electrodes are projected.

さらに、内側電極の周囲電極に対向する対向部位のうち、内側電極内の長手方向における温度勾配(即ちガスセンサ素子の使用時における温度勾配)の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さは、対向部位の長さの50%以上である。つまり、内側電極の対向部位のうち、高温部分の長さは、それより低温の部分(低温部分)の長さ以上である。   Further, in the opposite portion of the inner electrode facing the surrounding electrode, in a high temperature region that is equal to or higher than the median of the maximum value and the minimum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode (that is, the temperature gradient when the gas sensor element is used). The length of the high temperature part which exists is 50% or more of the length of the opposing part. That is, the length of the high temperature portion of the opposing portion of the inner electrode is equal to or longer than the length of the lower temperature portion (low temperature portion).

従って、仮に一方の投影領域に周囲電極を設けないようにして、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくした場合でも、電気化学的な活性の高い高温部分の長さが低温部分の長さよりも長いので、内部抵抗(即ち内側電極と周囲電極との間の内部抵抗)を十分に小さくすることができる。   Therefore, even when the surrounding electrode is not provided in one projection region and the dimension in the width direction of the gas sensor element is reduced, the length of the high temperature portion having high electrochemical activity is longer than the length of the low temperature portion. Therefore, the internal resistance (that is, the internal resistance between the inner electrode and the surrounding electrode) can be sufficiently reduced.

そのため、一対の第2電極間に流れる電流が小さい場合でもあっても、特定ガスの検出精度の低下を抑制することができる。
つまり、本第2局面では、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する場合に、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
Therefore, even if the electric current which flows between a pair of 2nd electrodes is small, the fall of the detection precision of specific gas can be suppressed.
That is, in the second aspect, when detecting a specific gas contained in the measurement target gas, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the specific gas, and to reduce the size and power consumption of the gas sensor element. Has an effect.

(3)本発明の第3局面では、内側電極の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの第1距離は、内側電極の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子の幅方向の他方の端部までの第2距離より短い。   (3) In the third aspect of the present invention, the first distance from one end in the width direction of the inner electrode to one end in the width direction of the gas sensor element is from the other end in the width direction of the inner electrode. It is shorter than the second distance to the other end in the width direction of the gas sensor element.

本第3局面では、第1距離より第2距離が長い(即ち幅が広い)ので、この幅の広い領域(第2領域)に、周囲電極を配置して、その反対側の幅の狭い領域(第1領域)には、周囲電極を配置しないようにできる。   In the third aspect, since the second distance is longer (that is, wider) than the first distance, a peripheral electrode is arranged in this wide region (second region), and the narrow region on the opposite side is arranged. In the (first region), no surrounding electrode can be arranged.

これにより、ガスセンサ素子の幅を狭くできるので、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。
また、例えば印刷によって電極を形成する場合には、印刷幅には、一定の限度があり、あまり幅が狭い領域には好適に印刷ができない。しかし、本第3局面では、第1距離より第2距離が長い(幅が広い)ので、仮にガスセンサ素子の全体の幅を狭くした場合でも、比較的幅の広い第2領域に、印刷によって容易に周囲電極を形成することができる。
Thereby, since the width | variety of a gas sensor element can be narrowed, size reduction and power saving of a gas sensor element can be achieved.
Further, for example, when electrodes are formed by printing, the printing width has a certain limit, and printing cannot be suitably performed in a region having a very narrow width. However, in the third aspect, since the second distance is longer (wide) than the first distance, even if the overall width of the gas sensor element is narrowed, it is easy to print in the relatively wide second region by printing. A peripheral electrode can be formed.

なお、ここで、内側電極の幅方向の一方の端部とは、ガスセンサ素子の幅方向の一方の端部に最も近い端部であり、内側電極の幅方向の他方の端部とは、ガスセンサ素子の幅方向の他方の端部に最も近い端部である(第4局面も同様である)。   Here, the one end in the width direction of the inner electrode is the end closest to the one end in the width direction of the gas sensor element, and the other end in the width direction of the inner electrode is the gas sensor. This is the end closest to the other end in the width direction of the element (the same applies to the fourth aspect).

(4)本発明の第4局面では、内側電極の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの間を長手方向に投影した第1領域に形成されている周囲電極の幅方向の寸法は、内側電極の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子の幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した第2領域に形成されている周囲電極の幅方向の寸法より短い。   (4) In the fourth aspect of the present invention, the periphery formed in the first region projected in the longitudinal direction from one end in the width direction of the inner electrode to one end in the width direction of the gas sensor element The dimension in the width direction of the electrode is the width of the surrounding electrode formed in the second region projected in the longitudinal direction from the other end in the width direction of the inner electrode to the other end in the width direction of the gas sensor element. Shorter than the direction dimension.

本第4局面では、第2領域に配置する周囲電極の幅を広くし、第1領域に配置する周囲電極の幅を狭くする(例えば0にする)ことにより、ガスセンサ素子の幅を狭くできるので、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。   In the fourth aspect, the width of the gas sensor element can be reduced by increasing the width of the peripheral electrode arranged in the second region and reducing the width of the peripheral electrode arranged in the first region (for example, 0). The gas sensor element can be reduced in size and power can be saved.

(5)本発明の第5局面では、周囲電極は、内側電極の先端側又は後端側にて幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、長手側周囲電極部と接続するように、内側電極の幅方向の他方にて長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えている。   (5) In the fifth aspect of the present invention, the peripheral electrode includes a long-side peripheral electrode portion extending in the width direction on the front end side or the rear end side of the inner electrode, and is connected to the long-side peripheral electrode portion. A width side peripheral electrode portion extending in the longitudinal direction is provided on the other side in the width direction of the inner electrode.

本第5局面では、周囲電極の好ましい形状(平面視でL字形状)を例示したものである。
(6)本発明の第6局面では、周囲電極は、内側電極の先端側及び後端側にてそれぞれ幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、両長手側周囲電極部と接続するように、内側電極の幅方向の他方にて長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えている。
In the fifth aspect, the preferred shape of the surrounding electrode (L-shape in plan view) is illustrated.
(6) In the sixth aspect of the present invention, the peripheral electrode includes a long-side peripheral electrode portion extending in the width direction on each of the front end side and the rear end side of the inner electrode, and is connected to both the long-side peripheral electrode portions. And a width side peripheral electrode portion extending in the longitudinal direction on the other side in the width direction of the inner electrode.

本第6局面では、周囲電極の好ましい形状(平面視でコ字形状)を例示したものである。この場合には、第5局面より周囲電極を長く設定することが可能であるので、微弱な電流でも精度良く検出できる。よって、特定ガスの検出精度を高めることができる。   In the sixth aspect, a preferred shape of the surrounding electrode (a U shape in plan view) is illustrated. In this case, since the surrounding electrode can be set longer than in the fifth aspect, even a weak current can be detected with high accuracy. Therefore, the detection accuracy of the specific gas can be increased.

(7)本発明の第7局面では、周囲電極の面積は、内側電極の面積以上である。
これにより、微弱な電流でも精度良く検出できるので、特定ガスの検出精度を高めることができる。
(7) In the seventh aspect of the present invention, the area of the surrounding electrode is equal to or greater than the area of the inner electrode.
Thereby, even a weak current can be detected with high accuracy, so that the detection accuracy of the specific gas can be increased.

(8)本発明の第8局面のガスセンサは、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たガスセンサであって、ガスセンサ素子として、第1〜第7局面のガスセンサ素子を備えている。   (8) A gas sensor according to an eighth aspect of the present invention is a gas sensor including a gas sensor element that detects a specific gas contained in a measurement target gas, and includes the gas sensor element according to the first to seventh aspects as a gas sensor element. Yes.

このガスセンサは、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、(コンパクトなガスセンサ素子を用いることにより)ガスセンサの小型化や省電力化を図ることができる。   This gas sensor can suppress a decrease in detection accuracy of a specific gas, and can reduce the size and power consumption of the gas sensor (by using a compact gas sensor element).

本発明のガスセンサ素子及びガスセンサによれば、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。   According to the gas sensor element and the gas sensor of the present invention, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of a specific gas, and to achieve a remarkable effect that the gas sensor element can be reduced in size and power can be saved.

第1実施形態のNOx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 sectional drawing which shows the state which fractured | ruptured the NOx sensor of 1st Embodiment along the axial direction. 第1実施形態のガスセンサ素子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the gas sensor element of 1st Embodiment. 第1実施形態の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 decomposes | disassembles and shows the gas sensor element of 1st Embodiment. 第1実施形態のガスセンサ素子を厚み方向に破断し、その先端側における内部構造等を表す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures the gas sensor element of 1st Embodiment in the thickness direction, and represents the internal structure etc. in the front end side. 第1実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。It is a top view which shows the inner side electrode and surrounding electrode which are arrange | positioned on the same surface of the solid electrolyte body in 1st Embodiment. 第1実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the inner side electrode and surrounding electrode which are arrange | positioned at the same surface of the solid electrolyte body in 1st Embodiment. 第1実施形態のガスセンサ素子の長手方向における温度分布及びその温度分布と内側電極及び周囲電極との関係等を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature distribution in the longitudinal direction of the gas sensor element of 1st Embodiment, the relationship between the temperature distribution, an inner side electrode, and a surrounding electrode etc. 第1実施形態における内側電極及び周囲電極の平面視における寸法等の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship of the dimension etc. in planar view of the inner side electrode and surrounding electrode in 1st Embodiment. 第2実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。It is a top view which shows the inner side electrode and surrounding electrode which are arrange | positioned on the same surface of the solid electrolyte body in 2nd Embodiment. 第2実施形態のガスセンサ素子の長手方向における温度分布及びその温度分布と内側電極及び周囲電極との関係等を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature distribution in the longitudinal direction of the gas sensor element of 2nd Embodiment, the relationship between the temperature distribution, an inner side electrode, and a surrounding electrode etc. 第3実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。It is a top view which shows the inner side electrode and surrounding electrode which are arrange | positioned on the same surface of the solid electrolyte body in 3rd Embodiment. 第3実施形態におけるガスセンサ素子の長手方向における温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution in the longitudinal direction of the gas sensor element in 3rd Embodiment. 第4実施形態のガスセンサ素子を厚み方向に破断し、その先端側における内部構造等を表す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures the gas sensor element of 4th Embodiment in the thickness direction, and represents the internal structure etc. in the front end side. 他の実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。It is a top view which shows the inner side electrode and surrounding electrode which are arrange | positioned on the same surface of the solid electrolyte body in other embodiment. 従来技術の説明図である。It is explanatory drawing of a prior art.

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NOxセンサを例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における排気管に装着されるガスセンサであって、測定対象となる排ガス(即ち周囲の大気より高温となるガス)中の特定ガス(窒素酸化物:NOx)を検出するガスセンサ素子(検出素子)が組み付けられて構成されるNOxセンサを例に挙げて説明する。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
In the embodiment described below, a NOx sensor which is a kind of gas sensor is taken as an example. Specifically, it is a gas sensor mounted on an exhaust pipe in an automobile or various internal combustion engines, and a specific gas (nitrogen oxide: NOx) in an exhaust gas to be measured (that is, a gas having a higher temperature than the surrounding atmosphere). A description will be given by taking as an example a NOx sensor configured by assembling a gas sensor element (detection element) to be detected.

[1.第1実施形態]
[1−1.全体構成]
まず、第1実施形態のガスセンサ素子が使用されるNOxセンサの全体の構成について、図1に基づいて説明する。なお、図1の下方向がNOxセンサの先端側であり、図1の上方向がNOxセンサの後端側である。
[1. First Embodiment]
[1-1. overall structure]
First, the overall configuration of the NOx sensor in which the gas sensor element of the first embodiment is used will be described with reference to FIG. 1 is the front end side of the NOx sensor, and the upper direction in FIG. 1 is the rear end side of the NOx sensor.

図1に示す様に、本第1実施形態におけるNOx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O方向(NOx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O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第1セパレータ13と、ガスセンサ素子7と第1セパレータ13との間に配置される6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 NOx sensor 1 according to the first embodiment includes a cylindrical metal shell 5 having a screw portion 3 formed on the outer surface for fixing to an exhaust pipe, and an axis O direction (NOx sensor 1 Plate-shaped gas sensor element 7 extending in the longitudinal direction of FIG. 1, a cylindrical ceramic sleeve 9 arranged to surround the circumference of the gas sensor element 7 in the radial direction, and an insertion penetrating in the direction of the axis O The first separator 13 is disposed in a state where the inner wall surface of the hole 11 surrounds the periphery of the rear end portion of the gas sensor element 7, and six are disposed between the gas sensor element 7 and the first separator 13 (in FIG. 1). Only two connection terminals 15 are shown.

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(板型形状)に形成されており、その先端側に、測定対象ガス(ここでは排ガス)に含まれる特定ガス(ここではNOx)を検出する検知部17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25,26,27,28,29,30(詳細は、図2,図3参照)が形成されている。   As will be described in detail later, the gas sensor element 7 is formed in a rectangular parallelepiped shape (plate shape) extending in the longitudinal direction, and a specific gas (here, exhaust gas) included in the measurement target gas (here, exhaust gas) is formed on the tip side thereof. NOx) is provided. In addition, the gas sensor element 7 has electrode pads 25 on the first main surface 21 and the second main surface 23 that are in a positional relationship of the front and back of the outer surface on the rear end side (upper side in FIG. 1: rear end portion in the longitudinal direction). 26, 27, 28, 29, and 30 (refer to FIGS. 2 and 3 for details) are formed.

ガスセンサ素子7の電極パッド25〜30には、それぞれ異なる接続端子15が電気的に接続されるとともに、接続端子15は、外部からセンサの内部に配設されるリード線35に電気的に接続されている。これにより、リード線35が接続される外部機器と電極パッド25〜30との間に流れる電流の電流経路が形成される。   Different connection terminals 15 are electrically connected to the electrode pads 25 to 30 of the gas sensor element 7, respectively, and the connection terminals 15 are electrically connected to lead wires 35 disposed inside the sensor from the outside. ing. As a result, a current path for current flowing between the external device to which the lead wire 35 is connected and the electrode pads 25 to 30 is formed.

主体金具5は、軸線O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17を貫通孔37の先端よりも先端側に配置し、電極パッド25〜30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 that penetrates in the direction of the axis O, and has a substantially cylindrical shape having a shelf 39 that protrudes radially inward of the through-hole 37. The metal shell 5 is disposed in the through hole 37 in a state in which the detection unit 17 is arranged on the front side of the through hole 37 and the electrode pads 25 to 30 are arranged on the rear side of the through hole 37. The inserted gas sensor element 7 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、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。   An annular ceramic holder 41, talc rings 43 and 45, and the above-described ceramic sleeve 9 are arranged in this order in the through hole 37 of the metal shell 5 so as to surround the periphery of the gas sensor element 7 in the radial direction. It is laminated from the 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、45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, between the ceramic holder 41 and the shelf 39 of the metal shell 5, 45 and a metal holder 51 for holding the ceramic holder 41 are arranged. Note that the rear end portion 47 of the metal shell 5 is crimped so as to press the ceramic sleeve 9 toward the front end side via a crimping 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。   Further, a metal double protector 55 (for example, stainless steel) covering the protruding portion of the gas sensor element 7 is attached to the outer periphery of the distal 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、6個のリード線挿通孔61(図1では2個のみ図示)が形成されたグロメット59が配置されている。6個のリード線挿通孔61には、電極パッド25〜30にそれぞれ電気的に接続される6本のリード線35(図1では2本が図示)が挿通される。   On the other hand, an outer cylinder 57 is fixed to the outer periphery on the rear end side of the metal shell 5. Further, a grommet 59 in which six lead wire insertion holes 61 (only two are shown in FIG. 1) is formed in the opening on the rear end side of the outer cylinder 57. Six lead wires 35 (two are shown in FIG. 1) electrically connected to the electrode pads 25 to 30 are inserted into the six lead wire insertion holes 61.

なお、第1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。また、第1セパレータ13の後端側には、第1セパレータ13とグロメット59との間で挟持される第2セパレータ67が配置されている。接続端子15の後端側は、第2セパレータ67の内部に挿入されている。   A flange 63 is formed on the outer periphery of the first separator 13, and the flange 63 is fixed to the outer cylinder 57 via a holding member 65. A second separator 67 that is sandwiched between the first separator 13 and the grommet 59 is disposed on the rear end side of the first separator 13. The rear end side of the connection terminal 15 is inserted into the second separator 67.

[1−2.ガスセンサ素子の構成]
次に、ガスセンサ素子7の構成について、図2〜図4に基づいて詳細に説明する。
なお、図2では、下方向がガスセンサ素子7の先端側であり、上方向がガスセンサ素子7の後端側である。図3では、左方向がガスセンサ素子7の先端側であり、右方向がガスセンサ素子7の後端側である。図4では、左方向がガスセンサ素子7の先端側であり、右方向がガスセンサ素子7の後端側である。また、図4では、ガスセンサ素子7の長手方向における中間位置の図示を省略するとともに、ガスセンサ素子7と外部機器(制御部110)との電気的な接続状態を模式的に表している。
[1-2. Configuration of gas sensor element]
Next, the configuration of the gas sensor element 7 will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 2, the lower direction is the front end side of the gas sensor element 7, and the upper direction is the rear end side of the gas sensor element 7. In FIG. 3, the left direction is the front end side of the gas sensor element 7, and the right direction is the rear end side of the gas sensor element 7. In FIG. 4, the left direction is the front end side of the gas sensor element 7, and the right direction is the rear end side of the gas sensor element 7. Further, in FIG. 4, illustration of an intermediate position in the longitudinal direction of the gas sensor element 7 is omitted, and an electrical connection state between the gas sensor element 7 and an external device (control unit 110) is schematically shown.

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、長手方向に垂直な積層方向であり、X軸方向は、長手方向及び積層方向に垂直な幅方向である。   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 direction of the axis O of the gas sensor. 2 is a stacking direction perpendicular to the longitudinal direction, and the X-axis direction is a width direction perpendicular to the longitudinal direction and the stacking direction.

ガスセンサ素子7は、長手方向に伸びる直方体形状(板型形状)に形成されており、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。ガスセンサ素子7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17を備える。   The gas sensor element 7 is formed in a rectangular parallelepiped shape (plate shape) extending in the longitudinal direction, and a plate-like element portion 71 extending in the longitudinal direction and a plate-like heater 73 extending in the longitudinal direction are laminated. It is configured. The gas sensor element 7 includes a detection unit 17 that detects a specific gas contained in the measurement target gas on the tip side.

図3に分解して示す様に、ガスセンサ素子7は、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。   As shown in an exploded view in FIG. 3, the gas sensor element 7 is disposed on one side in the stacking direction (upper side in FIG. 3), and extends in the longitudinal direction to a plate-like element portion 71 and the opposite side of the element portion 71. A plate-like heater 73 disposed on the back side and extending in the longitudinal direction.

また、素子部71は、後述するように、第1ポンプセル81と、酸素濃度検出セル82と、第2ポンプセル83と、を有している。
具体的には、素子部71は、絶縁体84e、第1固体電解質体81a、絶縁体84a、第2固体電解質体82a、絶縁体84b、第3固体電解質体83aをこの順に積層した構造を有する。また、ヒータ73は、絶縁体84c、84dをこの順に積層した構造を有する。これらの各層は、ガスセンサ素子7の長手方向に対して垂直方向に積層されている。また、各固体電解質体81a,82a,83aは、ガスセンサ素子7の長手方向に延びる板状である。
In addition, the element unit 71 includes a first pump cell 81, an oxygen concentration detection cell 82, and a second pump cell 83, as will be described later.
Specifically, the element unit 71 has a structure in which an insulator 84e, a first solid electrolyte body 81a, an insulator 84a, a second solid electrolyte body 82a, an insulator 84b, and a third solid electrolyte body 83a are stacked in this order. . The heater 73 has a structure in which insulators 84c and 84d are stacked in this order. Each of these layers is laminated in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the gas sensor element 7. Each solid electrolyte body 81 a, 82 a, 83 a has a plate shape extending in the longitudinal direction of the gas sensor element 7.

第1固体電解質体81aと第2固体電解質体82aとの間には、第1測定室86が形成されている。第1測定室86の先端側領域は、2つの第1拡散抵抗体85aを介して外部に繋がっている。第1拡散抵抗体85aを介して外部から外気である測定対象ガス(排ガス)がガスセンサ素子7の内部に導入される。第1測定室86は、その後端側領域において、第2固体電解質体82aに形成される貫通孔88aを介して、絶縁体84bに形成される第2測定室88に繋がっている。   A first measurement chamber 86 is formed between the first solid electrolyte body 81a and the second solid electrolyte body 82a. The front end side region of the first measurement chamber 86 is connected to the outside via two first diffusion resistors 85a. A measurement target gas (exhaust gas) that is outside air is introduced into the gas sensor element 7 from the outside via the first diffusion resistor 85a. In the rear end region, the first measurement chamber 86 is connected to the second measurement chamber 88 formed in the insulator 84b through a through hole 88a formed in the second solid electrolyte body 82a.

2つの絶縁体84c、84dの間には、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体91が備えられている。発熱抵抗体91は、ヒータ73の一部として備えられている。   A heating resistor 91 formed of a conductor such as tungsten is provided between the two insulators 84c and 84d. The heating resistor 91 is provided as a part of the heater 73.

ヒータ73は、外部から供給された電力によって発熱抵抗体91が発熱することで、ガスセンサ素子7(特に、素子部71)を所定の活性温度に昇温し、固体電解質体の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。   The heater 73 heats up the gas sensor element 7 (particularly, the element unit 71) to a predetermined activation temperature when the heating resistor 91 generates heat by the electric power supplied from the outside, and conducts oxygen ions in the solid electrolyte body. Is used to stabilize the operation.

なお、発熱抵抗体91はその大部分が、内側電極93より先端側に配置されている。従って、発熱抵抗体91によって加熱する場合には、内側電極93より先端側の温度が高くなる。即ち、ガスセンサ素子7の長手方向における温度のピークが、内側電極93より先端側となる(後述する図7参照)。   Note that most of the heating resistor 91 is disposed on the tip side of the inner electrode 93. Therefore, when heating by the heating resistor 91, the temperature on the tip side becomes higher than the inner electrode 93. That is, the temperature peak in the longitudinal direction of the gas sensor element 7 is on the tip side from the inner electrode 93 (see FIG. 7 described later).

第1実施形態では、固体電解質体81a、82a、83aは、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。絶縁体84a〜84eはアルミナを主成分に用いて形成されており、気体等の流体の透過(流通)を防止できる程度に密に形成されている。第1拡散抵抗体85aは、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成され、気体の流通が可能になっている。なお、主成分とは「セラミック層中の主材料の含有量が50wt%以上であること」を指し、例えば、固体電解質体は、ジルコニアが50wt%以上含有されている。   In the first embodiment, the solid electrolyte bodies 81a, 82a, and 83a are each formed using zirconia having oxygen ion conductivity as a main component. The insulators 84a to 84e are formed using alumina as a main component, and are formed dense enough to prevent permeation (circulation) of fluid such as gas. The first diffusion resistor 85a is formed using a porous material such as alumina, and gas can be circulated. The main component means that “the content of the main material in the ceramic layer is 50 wt% or more”. For example, the solid electrolyte body contains 50 wt% or more of zirconia.

固体電解質体と絶縁体との8つの層のうちの6つの層84e、81a、82a、83a、84c、84dは、それぞれ、原材料のシートを用いて形成されている(例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート)。2つの絶縁体84a、84bは、セラミックシート上へのスクリーン印刷によって形成されている。そして、焼成前の各層を積層して得られる積層体を焼成することによって、ガスセンサ素子7が形成される。   Six layers 84e, 81a, 82a, 83a, 84c, 84d of the eight layers of the solid electrolyte body and the insulator are each formed using a raw material sheet (for example, zirconia, alumina, or the like). Ceramic sheet). The two insulators 84a and 84b are formed by screen printing on a ceramic sheet. And the gas sensor element 7 is formed by baking the laminated body obtained by laminating | stacking each layer before baking.

次に、第1ポンプセル81、酸素濃度検出セル82、第2ポンプセル83について説明する。
第1ポンプセル81は、第1固体電解質体81aと、これを挟持するように配置された一対の電極(内側第1電極81c、外側第1電極81b)とを備えている。
Next, the first pump cell 81, the oxygen concentration detection cell 82, and the second pump cell 83 will be described.
The first pump cell 81 includes a first solid electrolyte body 81a and a pair of electrodes (an inner first electrode 81c and an outer first electrode 81b) disposed so as to sandwich the first solid electrolyte body 81a.

内側第1電極81cは、第1測定室86に面している。内側第1電極81c及び外側第1電極81bは、いずれも白金を主成分にして形成されている。外側第1電極81bは、絶縁体84eのうちの外側第1電極81bと対向する部分に埋め込まれた多孔質部81d(例えば、アルミナ)により覆われている。多孔質部81dは、ガス(例えば、酸素)が通過可能に構成されている。   The inner first electrode 81 c faces the first measurement chamber 86. The inner first electrode 81c and the outer first electrode 81b are both formed mainly of platinum. The outer first electrode 81b is covered with a porous portion 81d (for example, alumina) embedded in a portion of the insulator 84e that faces the outer first electrode 81b. The porous portion 81d is configured to allow gas (for example, oxygen) to pass therethrough.

酸素濃度検出セル82は、第2固体電解質体82aと、これを挟持するように配置された酸素内側電極82b及び基準電極82cとを備えている。酸素内側電極82b及び基準電極82cは、いずれも白金を主成分として形成されている。   The oxygen concentration detection cell 82 includes a second solid electrolyte body 82a, and an oxygen inner electrode 82b and a reference electrode 82c arranged so as to sandwich the second solid electrolyte body 82a. Both the oxygen inner electrode 82b and the reference electrode 82c are formed mainly of platinum.

絶縁体84bのうち基準電極部82cに接する部分には、絶縁体84bの厚さ方向に貫通する空間部分としての基準酸素室87が形成されている。基準酸素室87は、絶縁体84bの厚さ方向に見たとき(平面視)の形状が例えばL字形に形成されると共に、その内部の第3固体電解質体83aに面する領域に多孔質部87aが配置され、その他の領域が空洞として形成されている。なお、酸素内側電極82b及び基準電極82cは、平面視で基準酸素室87と同形状となるように、例えばL字形である。   A reference oxygen chamber 87 as a space portion penetrating in the thickness direction of the insulator 84b is formed in a portion of the insulator 84b in contact with the reference electrode portion 82c. The reference oxygen chamber 87 is formed in, for example, an L shape when viewed in the thickness direction of the insulator 84b (plan view), and a porous portion is formed in a region facing the third solid electrolyte body 83a therein. 87a is arranged, and other regions are formed as cavities. The oxygen inner electrode 82b and the reference electrode 82c are, for example, L-shaped so as to have the same shape as the reference oxygen chamber 87 in plan view.

また、絶縁体84bのうち基準酸素室87より後端側には、絶縁体84bの厚さ方向に貫通する空間部分としての第2測定室88が形成されている。この第2測定室88は、平面視で例えば長方形である。   Further, a second measurement chamber 88 as a space portion penetrating in the thickness direction of the insulator 84b is formed on the rear end side of the reference oxygen chamber 87 in the insulator 84b. The second measurement chamber 88 is, for example, rectangular in plan view.

なお、酸素濃度検出セル82に予め定められた微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が酸素濃度検出セル82を介して第1測定室86から基準酸素室87に送り込まれる。そして、基準酸素室87の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室87は、酸素濃度の基準として利用される。   Note that oxygen is sent from the first measurement chamber 86 to the reference oxygen chamber 87 via the oxygen concentration detection cell 82 by passing a predetermined weak constant current through the oxygen concentration detection cell 82. The oxygen concentration in the reference oxygen chamber 87 is maintained at a predetermined concentration. Thereby, the reference oxygen chamber 87 is used as a reference for the oxygen concentration.

第2ポンプセル83は、第3固体電解質体83aと、第3固体電解質体83aのうち第2測定室88に面した表面に配置された一対の電極(内側電極93、周囲電極95)とを備えている。内側電極93及び周囲電極95はいずれも白金を主成分として形成されている。   The second pump cell 83 includes a third solid electrolyte body 83a and a pair of electrodes (an inner electrode 93 and a surrounding electrode 95) disposed on the surface of the third solid electrolyte body 83a facing the second measurement chamber 88. ing. Both the inner electrode 93 and the surrounding electrode 95 are formed with platinum as a main component.

そして、周囲電極95は、第3固体電解質体83aのうち絶縁体84bに対向する面に形成されると共に、絶縁体84bの基準酸素室87に対応する領域に配置される。周囲電極95は、基準電極82cに対向するように基準酸素室87に面している。内側電極93は、第3固体電解質体83aのうち絶縁体84bに対向する面に形成されると共に、絶縁体84bの第2測定室88に対応する領域に配置される。   The peripheral electrode 95 is formed on the surface of the third solid electrolyte body 83a facing the insulator 84b, and is disposed in a region corresponding to the reference oxygen chamber 87 of the insulator 84b. The surrounding electrode 95 faces the reference oxygen chamber 87 so as to face the reference electrode 82c. The inner electrode 93 is formed on the surface of the third solid electrolyte body 83a that faces the insulator 84b, and is disposed in a region corresponding to the second measurement chamber 88 of the insulator 84b.

なお、後述するように、周囲電極95は、平面視で、基準酸素室87と同様な例えばL字形であり、内側電極93は、平面視で、第2測定室88と同様な例えば長方形である。
各電極81b、81c、82b、82c、93、95は、電極反応を良好に維持するために、気体を内部に流通可能な程度の多孔質状に形成されている。すなわち、測定対象ガスの気体(酸素やNOx等の気相)と電極(触媒相)と固体電解質体(酸素イオン伝導相)とが接する三相界面を良好に形成する程度の多孔質状に形成されている。
As will be described later, the surrounding electrode 95 is, for example, an L shape similar to the reference oxygen chamber 87 in plan view, and the inner electrode 93 is, for example, a rectangle similar to the second measurement chamber 88 in plan view. .
Each of the electrodes 81b, 81c, 82b, 82c, 93, and 95 is formed in a porous shape so that a gas can be circulated therein in order to maintain a good electrode reaction. That is, it is formed in a porous shape that can satisfactorily form a three-phase interface where the gas of the measurement target gas (gas phase such as oxygen or NOx), the electrode (catalyst phase), and the solid electrolyte (oxygen ion conduction phase) are in contact. Has been.

絶縁体84eの後端側外表面には、3つの電極パッド25,26,27が形成されている。また、絶縁体84dの後端側外表面には、3つの電極パッド28,29,30が形成されている。各電極パッド25〜30は、例えば、絶縁体84e,84dに、Pt等のメタライズインクを印刷し焼成することで形成される。   Three electrode pads 25, 26, and 27 are formed on the outer surface on the rear end side of the insulator 84e. In addition, three electrode pads 28, 29, and 30 are formed on the outer surface on the rear end side of the insulator 84d. Each of the electrode pads 25 to 30 is formed, for example, by printing and baking metallized ink such as Pt on the insulators 84e and 84d.

各電極81b、81c、82b、82c、93、95及び発熱抵抗体91は、配線ユニットL1〜L6によって、対応する電極パッド25〜30と電気的に接続されている。
詳細には、第1電極パッド25は、第1配線ユニットL1によって外側第1電極81bと電気的に接続される。第2電極パッド26は、第2配線ユニットL2によって基準電極82cと電気的に接続される。第3電極パッド27は、第3配線ユニットL3によって内側第1電極81c、酸素内側電極82b、内側電極93に電気的に接続される。第4電極パッド30は、第4配線ユニットL4によって周囲電極95に電気的に接続される。
Each electrode 81b, 81c, 82b, 82c, 93, 95 and the heating resistor 91 are electrically connected to corresponding electrode pads 25-30 by wiring units L1-L6.
Specifically, the first electrode pad 25 is electrically connected to the outer first electrode 81b by the first wiring unit L1. The second electrode pad 26 is electrically connected to the reference electrode 82c by the second wiring unit L2. The third electrode pad 27 is electrically connected to the inner first electrode 81c, the oxygen inner electrode 82b, and the inner electrode 93 by the third wiring unit L3. The fourth electrode pad 30 is electrically connected to the surrounding electrode 95 by the fourth wiring unit L4.

第1ヒータ用電極パッド28は、第1ヒータ用配線ユニットL5によって発熱抵抗体91に電気的に接続される。第2ヒータ用電極パッド29は、第2ヒータ用配線ユニットL6によって発熱抵抗体91に電気的に接続される。なお、配線ユニットL1〜L6は、白金を主成分とし、セラミック(例えば、アルミナ)が含まれるペーストを印刷することで設けられている。   The first heater electrode pad 28 is electrically connected to the heating resistor 91 by the first heater wiring unit L5. The second heater electrode pad 29 is electrically connected to the heating resistor 91 by the second heater wiring unit L6. In addition, the wiring units L1-L6 are provided by printing the paste which has platinum as a main component and contains ceramic (for example, alumina).

第1配線ユニットL1は、第1リード部101aと第1スルーホール導体部101bとを有する。第1リード部101aは、第1固体電解質体81aに沿って外側第1電極81bから長手方向に延びる。第1スルーホール導体部101bは、一端が第1電極パッド25と接続されるとともに、他端が第1リード部101aと接続される。   The first wiring unit L1 includes a first lead portion 101a and a first through-hole conductor portion 101b. The first lead portion 101a extends in the longitudinal direction from the outer first electrode 81b along the first solid electrolyte body 81a. The first through-hole conductor portion 101b has one end connected to the first electrode pad 25 and the other end connected to the first lead portion 101a.

第2配線ユニットL2は、第2リード部102aと、第2スルーホール導体部102bと、を有する。第2リード部102aは、第2固体電解質体82aに沿って基準電極82cから後端側に向かって長手方向に延びる。第2スルーホール導体部102bは、一端が第2電極パッド26と接続され、他端が第2リード部102aと接続される。   The second wiring unit L2 includes a second lead portion 102a and a second through-hole conductor portion 102b. The second lead portion 102a extends in the longitudinal direction from the reference electrode 82c toward the rear end side along the second solid electrolyte body 82a. The second through-hole conductor portion 102b has one end connected to the second electrode pad 26 and the other end connected to the second lead portion 102a.

第3配線ユニットL3は、第3リード部103aと、第4リード部103bと、第5リード部103cと、第3スルーホール導体部103dと、を有する。第3リード部103aは、第1固体電解質体81aに沿って内側第1電極81cから後端側に向かって長手方向に延びる。第4リード部103bは、第2固体電解質体82aに沿って酸素内側電極82bから後端側に向かって長手方向に延びる。第5リード部103cは、第3固体電解質体83aに沿って内側電極93から後端側に向かって長手方向に延びる。   The third wiring unit L3 includes a third lead portion 103a, a fourth lead portion 103b, a fifth lead portion 103c, and a third through-hole conductor portion 103d. The third lead portion 103a extends in the longitudinal direction from the inner first electrode 81c toward the rear end side along the first solid electrolyte body 81a. The fourth lead portion 103b extends in the longitudinal direction from the oxygen inner electrode 82b toward the rear end side along the second solid electrolyte body 82a. The fifth lead portion 103c extends in the longitudinal direction from the inner electrode 93 toward the rear end side along the third solid electrolyte body 83a.

第3スルーホール導体部103dは、一端が第3電極パッド27と接続され、その中間部分が第3リード部103aと第4リード部103bに接続され、他端が第5リード部103cに接続される。   The third through-hole conductor portion 103d has one end connected to the third electrode pad 27, an intermediate portion connected to the third lead portion 103a and the fourth lead portion 103b, and the other end connected to the fifth lead portion 103c. The

なお、内側第1電極81c、酸素内側電極82b、内側電極93は、共通の第3電極パッド27に電気的に接続されている。また、第3電極パッド27は、制御部110(図4参照)のグランド電位に接続されている。   The inner first electrode 81c, the oxygen inner electrode 82b, and the inner electrode 93 are electrically connected to the common third electrode pad 27. The third electrode pad 27 is connected to the ground potential of the control unit 110 (see FIG. 4).

第4配線ユニットL4は、第6リード部104aと、第4スルーホール導体部104bと、を有する。第6リード部104aは、第3固体電解質体83aに沿って周囲電極95から後端側に向かって長手方向に延びる。第4スルーホール導体部104bは、一端が第4電極パッド30と接続され、他端が第6リード部104aに接続される。   The fourth wiring unit L4 includes a sixth lead portion 104a and a fourth through-hole conductor portion 104b. The sixth lead portion 104a extends in the longitudinal direction from the peripheral electrode 95 toward the rear end side along the third solid electrolyte body 83a. The fourth through-hole conductor portion 104b has one end connected to the fourth electrode pad 30 and the other end connected to the sixth lead portion 104a.

第1ヒータ用配線ユニットL5は、第1ヒータ用リード部105aと、第1ヒータ用スルーホール導体部105bと、を有する。第1ヒータ用リード部105aは、発熱抵抗体91から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第1ヒータ用スルーホール導体部105bは、一端が第1ヒータ用リード部105aに接続され、他端が第1ヒータ用電極パッド28に接続される。   The first heater wiring unit L5 includes a first heater lead portion 105a and a first heater through-hole conductor portion 105b. The first heater lead portion 105a extends along the longitudinal direction from the heating resistor 91 toward the rear end side. The first heater through-hole conductor portion 105 b has one end connected to the first heater lead portion 105 a and the other end connected to the first heater electrode pad 28.

第2ヒータ用配線ユニットL6は、第2ヒータ用リード部106aと、第2ヒータ用スルーホール導体部106bと、を有する。第2ヒータ用リード部106aは、発熱抵抗体91から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第2ヒータ用スルーホール導体部106bは、一端が第2ヒータ用リード部106aに接続され、他端が第2ヒータ用電極パッド29に接続される。   The second heater wiring unit L6 includes a second heater lead portion 106a and a second heater through-hole conductor portion 106b. The second heater lead portion 106a extends along the longitudinal direction from the heating resistor 91 toward the rear end side. The second heater through-hole conductor portion 106 b has one end connected to the second heater lead portion 106 a and the other end connected to the second heater electrode pad 29.

また、上述したように、各電極81b、81c、82b、82c、93、95は、白金を主成分とする多孔質の電極であり、各電極81b、81c、82b、82c、93、95には、それぞれ、第1〜第6リード部101a、103a、103b、102a、103c、104aの先端側(図3の左側)の一部がわずかに重なるようにして接続されている(なお、重なる部分は図示していない)。   Further, as described above, each of the electrodes 81b, 81c, 82b, 82c, 93, 95 is a porous electrode mainly composed of platinum, and each of the electrodes 81b, 81c, 82b, 82c, 93, 95 includes The first to sixth lead portions 101a, 103a, 103b, 102a, 103c, and 104a are connected so that a part of the tip side (left side in FIG. 3) slightly overlaps (the overlapping portions are Not shown).

なお、第1〜第6リード部101a、103a、103b、102a、103c、104aは、白金を主成分としているが、その組成は、各電極81b、81c、82b、82c、93、95とは異なる。具体的には、第1〜第6リード部101a、103a、103b、102a、103c、104aのうち、101a、103a、103b、103cは、電極ペーストに比べバインダー量を少量にし、緻密なリード部を形成している。一方、102a、104aは、電極ペーストと同じペーストを使用して形成している。   The first to sixth lead portions 101a, 103a, 103b, 102a, 103c, and 104a are mainly composed of platinum, but the composition thereof is different from that of each of the electrodes 81b, 81c, 82b, 82c, 93, and 95. . Specifically, among the first to sixth lead portions 101a, 103a, 103b, 102a, 103c, and 104a, 101a, 103a, 103b, and 103c have a smaller amount of binder than the electrode paste, and the dense lead portions are formed. Forming. On the other hand, 102a and 104a are formed using the same paste as the electrode paste.

[1−3.ガスセンサ素子の動作]
次に、ガスセンサ素子7の動作の一例について説明する。
図4に示すように、まず、エンジンの始動によって制御部110が起動すると、制御部110は、ヒータ73に電力を供給する。ヒータ73は、第1ポンプセル81、酸素濃度検出セル82、第2ポンプセル83を活性化温度まで加熱する。
[1-3. Operation of gas sensor element]
Next, an example of the operation of the gas sensor element 7 will be described.
As shown in FIG. 4, first, when the control unit 110 is activated by starting the engine, the control unit 110 supplies power to the heater 73. The heater 73 heats the first pump cell 81, the oxygen concentration detection cell 82, and the second pump cell 83 to the activation temperature.

そして、各セル81〜83が活性化温度まで加熱されると、制御部110は、第1ポンプセル81に電流(第1ポンプ電流Ip1)を流す。これにより、第1ポンプセル81は、第1固体電解質体81aを介して内側第1電極81cと外側第1電極81bとの間で酸素を移動させることで、第1測定室86に流入した測定対象ガス(排ガス)における酸素の汲み入れ及び汲み出しを行う。   When each of the cells 81 to 83 is heated to the activation temperature, the control unit 110 causes a current (first pump current Ip1) to flow through the first pump cell 81. Accordingly, the first pump cell 81 moves the oxygen between the inner first electrode 81c and the outer first electrode 81b via the first solid electrolyte body 81a, thereby measuring the measurement object flowing into the first measurement chamber 86. Pumps oxygen in and out of gas (exhaust gas).

制御部110は、酸素濃度検出セル82の電極間電圧(端子間電圧)が一定電圧V1(例えば425mV)になるように、第1ポンプセル81に通電する第1ポンプ電流Ip1を制御する。酸素濃度検出セル82の電圧は、基準酸素室87の酸素濃度を基準として、酸素内側電極82bにおける酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第1測定室86の内部の酸素濃度は、NOxが分解しない程度に調整される。   The controller 110 controls the first pump current Ip1 energized in the first pump cell 81 so that the interelectrode voltage (inter-terminal voltage) of the oxygen concentration detection cell 82 becomes a constant voltage V1 (for example, 425 mV). The voltage of the oxygen concentration detection cell 82 is a value corresponding to the oxygen concentration in the oxygen inner electrode 82b with reference to the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 87. By this control, the oxygen concentration in the first measurement chamber 86 is adjusted to the extent that NOx is not decomposed.

第1測定室86にて酸素濃度が調整された測定対象ガスは、第2測定室88に向かってさらに流れる。制御部110は、第2ポンプセル83に電極間電圧(端子間電圧)を印加する。この電圧は、測定対象ガス中のNOxガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている(酸素濃度検出セル82の制御電圧の値より高い電圧、例えば450mV)。これにより、測定対象ガス中のNOxが、窒素と酸素に分解される。   The measurement target gas whose oxygen concentration is adjusted in the first measurement chamber 86 further flows toward the second measurement chamber 88. The controller 110 applies an interelectrode voltage (interterminal voltage) to the second pump cell 83. This voltage is set to a constant voltage such that the NOx gas in the measurement target gas is decomposed into oxygen and nitrogen gas (a voltage higher than the control voltage value of the oxygen concentration detection cell 82, for example, 450 mV). Thereby, NOx in the measurement target gas is decomposed into nitrogen and oxygen.

NOxの分解により生じた酸素を第2測定室88から汲み出すように、第2ポンプセル83に電流(第2ポンプ電流Ip2)が流れ、制御部110は、第2ポンプ電流Ip2を検出する。第2ポンプ電流Ip2とNOx濃度の間には比例関係があるので、第2ポンプ電流Ip2の電流値を検出することによって測定対象ガス中のNOx濃度を検出することができる。   A current (second pump current Ip2) flows through the second pump cell 83 so that oxygen generated by the decomposition of NOx is pumped from the second measurement chamber 88, and the control unit 110 detects the second pump current Ip2. Since there is a proportional relationship between the second pump current Ip2 and the NOx concentration, the NOx concentration in the measurement target gas can be detected by detecting the current value of the second pump current Ip2.

なお、ガスセンサ素子7は、接続端子15およびリード線35を介して、外部機器(制御部110)に接続される。制御部110は、ヒータ73に発熱用の電力を供給するとともに、素子部71の各セル(第1ポンプセル81,酸素濃度検出セル82,第2ポンプセル83)との間で信号を送受信することによって、ガスセンサ素子7を制御する。なお、第1実施形態では、制御部110は、オペアンプ等を用いて形成された電子回路として備えられる。制御部110は、CPUやメモリなどを有するコンピュータを用いて形成してもよい。   The gas sensor element 7 is connected to an external device (control unit 110) via the connection terminal 15 and the lead wire 35. The control unit 110 supplies heat to the heater 73 and transmits / receives signals to / from the cells of the element unit 71 (first pump cell 81, oxygen concentration detection cell 82, second pump cell 83). The gas sensor element 7 is controlled. In the first embodiment, the control unit 110 is provided as an electronic circuit formed using an operational amplifier or the like. The control unit 110 may be formed using a computer having a CPU, a memory, and the like.

[1−4.第2ポンプセルの構成]
次に、本第1実施形態の要部である第2ポンプセル83の構成について説明する。
図3及び図4から判るように、第2ポンプセル83は、第3固体電解質体83aと、第3固体電解質体83aのうち第2測定室88に面した表面に配置された一対の電極(内側電極93、周囲電極95とを備えている。また、内側電極93及び周囲電極95は、いずれも第3固体電解質体83aの同一面に形成されている。
[1-4. Configuration of second pump cell]
Next, the structure of the 2nd pump cell 83 which is the principal part of this 1st Embodiment is demonstrated.
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the second pump cell 83 includes a third solid electrolyte body 83a and a pair of electrodes (inner side) disposed on the surface of the third solid electrolyte body 83a facing the second measurement chamber 88. The electrode 93 and the surrounding electrode 95 are provided, and the inner electrode 93 and the surrounding electrode 95 are both formed on the same surface of the third solid electrolyte body 83a.

図5に拡大して示すように、前記同一面を垂直方向から見た平面視で、内側電極93は長方形であり、周囲電極95は内側電極93の隣り合う2辺(即ち上辺及び左辺)に沿って、内側電極93(即ちその外周)と所定の間隔をあけて配置されたL字形である。   As shown in an enlarged view in FIG. 5, the inner electrode 93 is rectangular in the plan view when the same surface is viewed from the vertical direction, and the peripheral electrode 95 is formed on two adjacent sides of the inner electrode 93 (that is, the upper side and the left side). Along the inner electrode 93 (that is, the outer periphery thereof), an L-shape is disposed at a predetermined interval.

なお、周囲電極95と内側電極93との間隔は、例えば0.2〜0.9mmの範囲で一定(例えば0.4mm)であり、周囲電極95の面積(例えば1.3mm)は、内側電極93の面積(例えば1.1mm)より大である。 Incidentally, the distance between the peripheral electrode 95 and the inner electrode 93, for example, a certain range of 0.2 to 0.9 mm (e.g. 0.4 mm), the area around the electrode 95 (e.g., 1.3 mm 2), the inner It is larger than the area of the electrode 93 (for example, 1.1 mm 2 ).

詳しくは、周囲電極95は、内側電極93の先端側(図5の左側)にて、幅方向(図5の上下方向)に延びる長方形の長手側周囲電極部95aを備えている。また、この長手側周囲電極部95aの他方(図5の上方)の端部と接続するように、内側電極93の幅方向の他方にて、長手方向(図5の左右方向)に延びる長方形の幅側周囲電極部95bを備えている。   Specifically, the peripheral electrode 95 includes a rectangular long-side peripheral electrode portion 95a extending in the width direction (vertical direction in FIG. 5) on the distal end side (left side in FIG. 5) of the inner electrode 93. Further, a rectangular shape extending in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 5) on the other side in the width direction of the inner electrode 93 so as to be connected to the other end (upper side in FIG. 5) of the long-side peripheral electrode portion 95a. A width side peripheral electrode portion 95b is provided.

この周囲電極95は、内側電極93の幅方向における一方(図5の下方)に内側電極93を投影した投影領域TRには形成されていない。つまり、周囲電極95は、内側電極93の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方(図5の下方)に内側電極93を投影した投影領域TRを除いた設定領域SRに配置されている。ここでは、前記図5に示すように、周囲電極95は、内側電極93の周囲のうち、投影領域TRを除いた設定領域SRの一部に配置されている。   The peripheral electrode 95 is not formed in the projection region TR in which the inner electrode 93 is projected on one side (downward in FIG. 5) in the width direction of the inner electrode 93. In other words, the peripheral electrode 95 is disposed on a part of the outer peripheral side of the inner electrode 93, and the projection region TR in which the inner electrode 93 is projected onto one of the width directions perpendicular to the longitudinal direction (lower side in FIG. 5) It is arranged in the setting area SR excluding. Here, as shown in FIG. 5, the peripheral electrode 95 is arranged in a part of the setting region SR excluding the projection region TR in the periphery of the inner electrode 93.

言い換えると、設定領域SRは、内側電極93の全周を囲む範囲(即ち平面視で360度の範囲)から、投影領域TRを除いたものであり、ここでは、設定領域SRの一部に、L字形に周囲電極95が配置されている。例えば、設定領域SRには、第5リード部103cが形成されている範囲は含まない。   In other words, the setting region SR is obtained by removing the projection region TR from a range surrounding the entire circumference of the inner electrode 93 (that is, a range of 360 degrees in plan view). Here, a part of the setting region SR is A peripheral electrode 95 is arranged in an L shape. For example, the setting region SR does not include a range where the fifth lead portion 103c is formed.

さらに、図6に示すように、内側電極93の外周は、周囲電極95に対向する対向部位TB(図6の太線で示す部分)を備えている。ここで、対向部位TBについて説明する。
内側電極93から(幅方向における最大寸法で)長手方向に自身の外周部分を投影した際に(例えば図6の左向きの矢印方向に投影した際に)、その投影先に周囲電極95が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極93の対向部位TBであるとする。
Further, as shown in FIG. 6, the outer periphery of the inner electrode 93 includes a facing portion TB (portion indicated by a thick line in FIG. 6) that faces the surrounding electrode 95. Here, the facing portion TB will be described.
When the outer peripheral portion of the inner electrode 93 is projected in the longitudinal direction (with the maximum dimension in the width direction) (for example, when projected in the direction of the leftward arrow in FIG. 6), the surrounding electrode 95 exists at the projection destination. In this case, it is assumed that the outer peripheral portion of the projection source is a facing portion TB of the inner electrode 93.

同様に、内側電極93から(長手方向における最大寸法で)幅方向の他方に自身の外周部分を投影した際に(例えば図6の上向きの矢印方向に投影した際に)、その投影先に周囲電極95が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極93の対向部位TBとする。つまり、どちら一方の条件を満たせば対向部位TBとする。   Similarly, when the outer peripheral portion of the inner electrode 93 is projected onto the other side in the width direction (with the maximum dimension in the longitudinal direction) (for example, when projected in the upward arrow direction in FIG. 6), In the case where the electrode 95 exists, the outer peripheral portion of the projection source is set as a facing portion TB of the inner electrode 93. In other words, if either one of the conditions is satisfied, the counter part TB is set.

従って、この場合には、長方形の内側電極93の上辺及び左辺が対向部位TBとなる。
なお、対向部位TBの長さは、内側電極93の対向部位TBにおける外周の長さである。また、内側電極93の外周の形状によっては、長手方向に投影した場合と幅方向の他方に投影した場合とでは、対向部位TBが一部重なることがある。この場合に対向部位TBの長さを求める場合には、重なっている部分の一方を除いて求めることができる。
Therefore, in this case, the upper side and the left side of the rectangular inner electrode 93 are the facing portion TB.
Note that the length of the facing portion TB is the length of the outer periphery of the inner electrode 93 at the facing portion TB. Further, depending on the shape of the outer periphery of the inner electrode 93, the facing portion TB may partially overlap when projected in the longitudinal direction and when projected to the other in the width direction. In this case, when obtaining the length of the facing portion TB, it can be obtained by removing one of the overlapping portions.

さらに、本第1実施形態では、図7に示すように、上述した対向部位TBのうち、ガスセンサ素子7の使用時の内側電極93内の長手方向における温度勾配の最大値(Max)と最小値(Min)との中央値{(Max+Min)/2}以上の高温領域KRに存在する高温部分KBの長さが、対向部位TBの全体の長さの50%以上である(ここでは上回る)。   Furthermore, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, the maximum value (Max) and the minimum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode 93 when the gas sensor element 7 is used among the above-described facing portions TB. The length of the high-temperature portion KB existing in the high-temperature region KR equal to or greater than the median {(Max + Min) / 2} with (Min) is 50% or more (exceeded here) of the entire length of the opposing portion TB.

ここで、上述した温度勾配について説明する。
通常、ガスセンサ(ここではNOxセンサ)1を用いて測定対象ガス(例えば排ガス)中の特定ガス(例えばNOx)を検出する場合(例えばNOx濃度を検出する場合)には、ガスセンサ素子7の各固体電解質体81a、82b、83a(少なくとも各固体電解質体81a、82b、83aの各電極が配置された部分)が、所定の活性化温度以上(即ち、各セル81、82、83の作動が可能な温度以上)となったときに行われる。
Here, the temperature gradient described above will be described.
Normally, when a gas sensor (here, NOx sensor) 1 is used to detect a specific gas (for example, NOx) in a measurement target gas (for example, exhaust gas) (for example, when NOx concentration is detected), each solid of the gas sensor element 7 is detected. Electrolytes 81a, 82b, 83a (at least the portions where the electrodes of the solid electrolyte bodies 81a, 82b, 83a are disposed) are at or above a predetermined activation temperature (that is, the cells 81, 82, 83 can be operated). This is done when the temperature is over).

例えばヒータ73によって加熱された場合や、周囲環境の大気より高温の排ガスによって加熱された場合において、活性化温度以上となったときに、NOx濃度の検出が行われる。   For example, when heated by the heater 73 or when heated by an exhaust gas having a temperature higher than the ambient air, the NOx concentration is detected when the activation temperature is exceeded.

この活性化温度以上(例えば600℃)の場合には、ガスセンサ素子7は、長手方向に沿って、例えば図7の上図に示すような温度勾配(温度分布)になる。なお、活性化以降の温度分布は、外乱の影響がなければ、ほぼ同様の温度分布となる。   When the activation temperature is equal to or higher than the activation temperature (for example, 600 ° C.), the gas sensor element 7 has a temperature gradient (temperature distribution) as shown in the upper diagram of FIG. Note that the temperature distribution after activation is almost the same temperature distribution if there is no influence of disturbance.

すなわち、NOxセンサ1によって排ガス中のNOx濃度を検出する場合には、ガスセンサ素子7のうち、発熱抵抗体91が配置される部分の温度が高いので、通常は、内側電極93より先端側は、後端側より温度が高くなる。   That is, when the NOx concentration in the exhaust gas is detected by the NOx sensor 1, the temperature of the portion where the heating resistor 91 is arranged in the gas sensor element 7 is high. The temperature becomes higher than the rear end side.

従って、内側電極93を、前記中央値を示す中央ラインCLで先端側(図7の左側)と後端側に区分した場合、先端側の部分が高温領域KRであり、対向部位TBのうち、この高温領域KRに含まれる部分(図6のL字状の斜線部分の外周側)が高温部分KBである。また、残りの中央ラインCLより後端側の部分が、高温部分KBではない低温部分TEである。従って、高温部分KBの外周の長さは、低温部分TEの外周の長さよりも長くなっている。   Therefore, when the inner electrode 93 is divided into the front end side (left side in FIG. 7) and the rear end side by the central line CL indicating the median value, the front end side portion is the high temperature region KR, and among the opposing portions TB, The portion included in the high temperature region KR (the outer peripheral side of the L-shaped hatched portion in FIG. 6) is the high temperature portion KB. Further, the portion on the rear end side from the remaining central line CL is a low temperature portion TE that is not the high temperature portion KB. Accordingly, the outer circumference of the high temperature portion KB is longer than the outer circumference of the low temperature portion TE.

なお、図7の上図の温度分布は、ガスセンサ素子7の長手方向に沿った温度分布、詳しくは、幅方向における中心において、長手方向に沿った温度分布であり、例えば赤外線サーモグラフィ等を用いて求めることができる。また、ガスセンサ素子7の幅方向の温度分布は、ほぼ一定である(即ちあまり温度変化はない)。   7 is a temperature distribution along the longitudinal direction of the gas sensor element 7, more specifically, a temperature distribution along the longitudinal direction at the center in the width direction. For example, an infrared thermography or the like is used. Can be sought. Further, the temperature distribution in the width direction of the gas sensor element 7 is substantially constant (that is, there is not much temperature change).

また、本第1実施形態では、図8に示すように、内側電極93の幅方向の一方(図8の下方)の端部からガスセンサ素子7の幅方向の一方の端部までの第1距離(A1)は、内側電極93の幅方向の他方(図8の上方)の端部からガスセンサ素子7の幅方向の他方の端部までの第2距離(A2)より短いように設定されている。   Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 8, the first distance from one end in the width direction of the inner electrode 93 (downward in FIG. 8) to one end in the width direction of the gas sensor element 7. (A1) is set to be shorter than the second distance (A2) from the other end in the width direction of the inner electrode 93 (upper side in FIG. 8) to the other end in the width direction of the gas sensor element 7. .

なお、第1距離(A1)は、例えば0.4〜1.0mmの範囲の例えば0.7mmであり、第2距離(A2)は、例えば1.0〜2.0mmの範囲の例えば1.6mmである。
さらに、図8に示す第1寸法B1(即ち周囲電極95が内側電極93より図8の下方に突出する寸法:第1実施形態では0)は、第2寸法B2(即ち周囲電極95が内側電極93より図8の上方に突出する寸法)より短いように設定されている。
The first distance (A1) is, for example, 0.7 mm in the range of 0.4 to 1.0 mm, and the second distance (A2) is, for example, 1. in the range of 1.0 to 2.0 mm. 6 mm.
Further, the first dimension B1 shown in FIG. 8 (that is, the dimension in which the peripheral electrode 95 protrudes below the inner electrode 93 in FIG. 8: 0 in the first embodiment) is the second dimension B2 (that is, the peripheral electrode 95 is the inner electrode). 93 is set so as to be shorter than the dimension protruding upward in FIG.

詳しくは、内側電極93の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの間を長手方向(図8の左右方向)に投影した場合、その投影した範囲である第1領域R1に形成されている周囲電極95の幅方向の第1寸法B1は、内側電極93の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子7の幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した場合、その投影した範囲である第2領域R2に形成されている周囲電極95の幅方向の第2寸法B2より短いように設定されている。   Specifically, when a portion from one end portion in the width direction of the inner electrode 93 to one end portion in the width direction of the gas sensor element is projected in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 8), the projected range is The first dimension B1 in the width direction of the peripheral electrode 95 formed in one region R1 is a lengthwise direction from the other end portion in the width direction of the inner electrode 93 to the other end portion in the width direction of the gas sensor element 7. Is set to be shorter than the second dimension B2 in the width direction of the peripheral electrode 95 formed in the second region R2 which is the projected range.

なお、第1寸法(B1)は、例えば0.6mm以下の範囲の例えば0mmであり、第2寸法(B2)は、例えば0.7〜1.3mmの範囲の例えば1.0mmである。ここで、第1寸法(B1)については、周囲電極95が内側電極93より図8の上方に位置する場合をマイナス(−)とするので、マイナスの値であってもよい。   The first dimension (B1) is, for example, 0 mm in the range of 0.6 mm or less, and the second dimension (B2) is, for example, 1.0 mm in the range of 0.7 to 1.3 mm. Here, the first dimension (B1) may be a negative value because the case where the surrounding electrode 95 is positioned above the inner electrode 93 in FIG.

[1−5.効果]
以上説明したように、本実施形態のNOxセンサ1におけるガスセンサ素子7は、第2ポンプセル83における一対の電極として、内側電極93及び周囲電極95を備えている。この内側電極93及び周囲電極95は、いずれも第3固体電解質体83aの同一面に形成されている。
[1-5. effect]
As described above, the gas sensor element 7 in the NOx sensor 1 of the present embodiment includes the inner electrode 93 and the surrounding electrode 95 as a pair of electrodes in the second pump cell 83. The inner electrode 93 and the surrounding electrode 95 are both formed on the same surface of the third solid electrolyte body 83a.

そして、周囲電極95は、内側電極93の長手方向に対して垂直の幅方向における一方の投影領域TRを除いた設定領域SRに配置されるので、即ち、幅方向の一方の投影領域TRには周囲電極95は配置されないので、ガスセンサ素子7の幅方向の寸法を小さくすることが可能である。これにより、ガスセンサ素子7の小型化や省電力化を図ることができる。   The peripheral electrode 95 is disposed in the setting region SR excluding one projection region TR in the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the inner electrode 93, that is, in one projection region TR in the width direction. Since the surrounding electrode 95 is not disposed, the dimension in the width direction of the gas sensor element 7 can be reduced. Thereby, size reduction and power saving of the gas sensor element 7 can be achieved.

さらに、内側電極93の周囲電極95に対向する対向部位TBのうち、ガスセンサ素子7の使用時の内側電極93内の長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の(先端側の)高温領域KRに存在する高温部分KBの長さが、対向部位TBの長さの50%以上である(ここでは上回っている)。つまり、内側電極93の対向部位TBのうち、高温部分KBの長さは、それより低温の低温部分TEの長さに比べて長い。   Further, among the opposing portions TB of the inner electrode 93 facing the peripheral electrode 95, the center value of the maximum value and the minimum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode 93 when the gas sensor element 7 is used is greater than or equal to the front end side. The length of the high temperature portion KB existing in the high temperature region KR is 50% or more of the length of the opposing portion TB (exceeding here). That is, the length of the high temperature portion KB in the facing portion TB of the inner electrode 93 is longer than the length of the low temperature portion TE at a lower temperature.

従って、一方の投影領域TRに周囲電極95を設けないようにして、ガスセンサ素子7の幅方向の寸法を小さくした場合でも、内部抵抗を十分に小さくすることができる。
そのため、NOxセンサ1のように、内側電極93と周囲電極95との間に流れる電流が小さい場合でもあっても、NOxの検出精度の低下を抑制することができる。
Therefore, even when the peripheral electrode 95 is not provided in one projection region TR and the dimension in the width direction of the gas sensor element 7 is reduced, the internal resistance can be sufficiently reduced.
Therefore, even if the current flowing between the inner electrode 93 and the surrounding electrode 95 is small as in the NOx sensor 1, it is possible to suppress a decrease in NOx detection accuracy.

つまり、本第1実施形態では、NOxの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子7の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
また、本第1実施形態では、第1距離A1より第2距離A2が長い(即ち幅方向における内側電極93の他方の端部とガスセンサ素子7の他方の端部との隙間が広い)。そのため、この幅の広い領域(第2領域R2)に、印刷等によって周囲電極95を容易に形成できる。なお、第2領域R2に周囲電極95を設けることにより、第2領域R2と反対側の幅の狭い領域(第1領域R1)には、周囲電極95を設けないようにできる。
That is, in the first embodiment, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of NOx, and to achieve a remarkable effect that the gas sensor element 7 can be reduced in size and power can be saved.
In the first embodiment, the second distance A2 is longer than the first distance A1 (that is, the gap between the other end of the inner electrode 93 and the other end of the gas sensor element 7 in the width direction is wide). Therefore, the peripheral electrode 95 can be easily formed in this wide region (second region R2) by printing or the like. By providing the peripheral electrode 95 in the second region R2, it is possible to prevent the peripheral electrode 95 from being provided in a narrow region (first region R1) opposite to the second region R2.

これにより、ガスセンサ素子7の幅を狭くできるので、この点からも、ガスセンサ素子7の小型化や省電力化を図ることができる。
なお、印刷幅には、一定の限度があり、あまり幅が狭い領域には好適に印刷ができない。しかし、本第1実施形態では、第2距離A2が長い(幅が広い)ので、仮にガスセンサ素子7の全体の幅を狭くした場合でも、比較的幅の広い第2領域に、印刷によって容易に周囲電極95を形成することができる。
Thereby, since the width | variety of the gas sensor element 7 can be narrowed, the size reduction and power saving of the gas sensor element 7 can be achieved also from this point.
The print width has a certain limit, and printing cannot be suitably performed in a region where the width is too narrow. However, in the first embodiment, since the second distance A2 is long (wide), even if the entire width of the gas sensor element 7 is narrowed, it is easy to print in the relatively wide second region by printing. A peripheral electrode 95 can be formed.

さらに、本第1実施形態では、第2領域R2に配置する周囲電極95の幅を広くし、第1領域R1に配置する周囲電極95の幅を狭くする(例えば0にする)ことにより、ガスセンサ素子7の幅を狭くできるので、この点からも、ガスセンサ素子7の小型化や省電力化を図ることができる。   Furthermore, in the first embodiment, the gas sensor is formed by increasing the width of the peripheral electrode 95 disposed in the second region R2 and decreasing the width of the peripheral electrode 95 disposed in the first region R1 (for example, 0). Since the width of the element 7 can be reduced, the gas sensor element 7 can be reduced in size and power can be saved from this point.

なお、本第1実施形態では、周囲電極95の面積は、内側電極93の面積以上であるので、微弱な電流でも精度良く検出できる。
[1−6.特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と第1実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
In the first embodiment, since the area of the peripheral electrode 95 is equal to or larger than the area of the inner electrode 93, even a weak current can be detected with high accuracy.
[1-6. Correspondence with Claims]
Here, the correspondence relationship of the words in the claims and the first embodiment will be described.

第1実施形態の、NOxセンサ1、ガスセンサ素子7、第1ポンプセル81、固体電解質体81a、83a、第1電極81b、81c、第1測定室86、第2測定室88、第2ポンプセル83、内側電極93、周囲電極95、長手側周囲電極部95a、幅側周囲電極部95bが、それぞれ、本発明の、ガスセンサ、ガスセンサ素子、第1ポンプセル、固体電解質体、第1電極、第1測定室、第2測定室、第2ポンプセル、内側電極、周囲電極の一例に相当する。   NOx sensor 1, gas sensor element 7, first pump cell 81, solid electrolyte bodies 81a, 83a, first electrodes 81b, 81c, first measurement chamber 86, second measurement chamber 88, second pump cell 83, The inner electrode 93, the peripheral electrode 95, the long side peripheral electrode portion 95a, and the width side peripheral electrode portion 95b are respectively a gas sensor, a gas sensor element, a first pump cell, a solid electrolyte body, a first electrode, and a first measurement chamber of the present invention. This corresponds to an example of the second measurement chamber, the second pump cell, the inner electrode, and the surrounding electrode.

[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
[2. Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted or simplified. In addition, the same structure as 1st Embodiment is demonstrated using the same number.

図9及び図10に示すように、本第2実施形態のガスセンサ素子121は、第1実施形態とは、周囲電極123の形状が異なる。
詳しくは、周囲電極123は、平面視でコ字形状であり、内側電極93の先端側(図9の左側)及び後端側にてそれぞれ幅方向に延びる長手側周囲電極部123a、123bを備えるとともに、両長手側周囲電極部123a、123bと接続するように、内側電極93の幅方向の他方(図9の上方)にて長手方向に延びる幅側周囲電極部123cを備えている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the gas sensor element 121 of the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the peripheral electrode 123.
Specifically, the peripheral electrode 123 is U-shaped in plan view, and includes long-side peripheral electrode portions 123a and 123b extending in the width direction on the front end side (left side in FIG. 9) and the rear end side of the inner electrode 93, respectively. In addition, a width-side peripheral electrode portion 123c extending in the longitudinal direction is provided on the other side in the width direction of the inner electrode 93 (upward in FIG. 9) so as to be connected to both the long-side peripheral electrode portions 123a and 123b.

本第2実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏するとともに、第1実施形態より内側電極93の対向部位TB(図9の太線部分)を長く設定できるので、一層検出精度が向上するという利点がある。   The second embodiment has the same effect as the first embodiment, and the opposing portion TB (the thick line portion in FIG. 9) of the inner electrode 93 can be set longer than the first embodiment, so that the detection accuracy is further improved. There is an advantage.

[3.第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
[3. Third Embodiment]
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted or simplified. In addition, the same structure as 1st Embodiment is demonstrated using the same number.

図11に示すように、本第3実施形態のガスセンサ素子131は、第1実施形態とは、周囲電極133と内側電極135の形状が異なる。
詳しくは、周囲電極133は、平面視で弓状に湾曲した形状であり、内側電極135の先端側(図11の左側)にて幅方向に延びる長手側周囲電極部133aと、内側電極93の幅方向の他方(図11の上方)にて長手方向に延びる幅側周囲電極部133bと、長手側周囲電極部133aと幅側周囲電極部133bとを接続する1/4円の形状の中間電極部133cを備えている。
As shown in FIG. 11, the gas sensor element 131 of the third embodiment is different from the first embodiment in the shapes of the peripheral electrode 133 and the inner electrode 135.
Specifically, the peripheral electrode 133 has an arcuate shape in plan view, and a long-side peripheral electrode portion 133a extending in the width direction on the distal end side (left side in FIG. 11) of the inner electrode 135 and the inner electrode 93 A width-side peripheral electrode portion 133b extending in the longitudinal direction on the other side in the width direction (upper side in FIG. 11), and an intermediate electrode having a quarter circle shape connecting the longitudinal-side peripheral electrode portion 133a and the width-side peripheral electrode portion 133b A portion 133c is provided.

また、内側電極135は、長手方向が長い略長方形であり、その周囲の角部(頂点)は滑らかに湾曲している。
さらに、高温部分KB(図11の斜線部分の外周側)は、中央ラインCLより先端側である。ここでは、中央ラインCLは、図12に示すように、691℃と642℃との中央値であり、高温部分KBの対向部位TB(図11の太線部分)に対する割合(外周部分の長さの割合)は、64.7%である。
Further, the inner electrode 135 has a substantially rectangular shape with a long longitudinal direction, and the surrounding corners (vertices) are smoothly curved.
Furthermore, the high temperature portion KB (the outer peripheral side of the shaded portion in FIG. 11) is the tip side from the center line CL. Here, as shown in FIG. 12, the center line CL is a median value between 691 ° C. and 642 ° C., and the ratio (the length of the outer peripheral portion) to the facing portion TB (thick line portion in FIG. 11) of the high temperature portion KB. The ratio) is 64.7%.

なお、本第3実施形態では、内側電極135の対向部位TBとして(即ち十分な電流が流れる範囲として)、内側電極135と周囲電極133との間隔が一定の部分を採用している。   In the third embodiment, a portion where the distance between the inner electrode 135 and the surrounding electrode 133 is constant is employed as the facing portion TB of the inner electrode 135 (that is, a range in which a sufficient current flows).

本第3実施形態は、第1実施形態と同様な効果を奏する。
[4.第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明するが、第1実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第1実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
The third embodiment has the same effects as the first embodiment.
[4. Fourth Embodiment]
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted or simplified. In addition, the same structure as 1st Embodiment is demonstrated using the same number.

本第4実施形態のガスセンサは、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサであり、図13に示すように、その酸素センサに用いられるガスセンサ素子141は、第1実施形態とは、ガスセンサ素子141自体の構造が異なっている。   The gas sensor of the fourth embodiment is an oxygen sensor that detects the oxygen concentration by a so-called limit current method. As shown in FIG. 13, the gas sensor element 141 used for the oxygen sensor is different from that of the first embodiment. The structure of the element 141 itself is different.

詳しくは、ガスセンサ素子141は、図13の左右方向に長い長尺の素子であり、例えばアルミナを主成分とする絶縁体143、145と、例えばジルコニアを主成分とする固体電解質体147と、(ヒータ部分を構成する)例えばアルミナを主成分とする絶縁体149、151とが積層された構造を有している。   Specifically, the gas sensor element 141 is a long element extending in the left-right direction in FIG. 13, for example, insulators 143 and 145 mainly composed of alumina, and a solid electrolyte body 147 mainly composed of zirconia, for example ( It has a structure in which insulators 149 and 151 mainly comprising alumina, for example, are laminated.

なお、両絶縁体149、151の間には、発熱抵抗体152が配置されている。
また、絶縁体143には、多孔質体153が充填された貫通孔155が設けられている。絶縁体145には、貫通孔155と連通して測定対象ガス(例えば排ガス)が導入される測定室157と、酸素基準源となる基準酸素室159とが設けられている。
A heating resistor 152 is disposed between the two insulators 149 and 151.
The insulator 143 is provided with a through hole 155 filled with a porous body 153. The insulator 145 is provided with a measurement chamber 157 that communicates with the through hole 155 and into which a measurement target gas (for example, exhaust gas) is introduced, and a reference oxygen chamber 159 that serves as an oxygen reference source.

固体電解質体147の同一表面上には一対の電極161、163が設けられており、このうち、一方の電極である周囲電極161が測定室157に露出すると共に、他方の電極である内側電極163が基準酸素室159に露出している。   A pair of electrodes 161 and 163 are provided on the same surface of the solid electrolyte body 147. Among these, the surrounding electrode 161 which is one electrode is exposed to the measurement chamber 157 and the inner electrode 163 which is the other electrode. Is exposed to the reference oxygen chamber 159.

この周囲電極161と内側電極163との形状や配置等は、前記第1実施形態と同様である。
本第4実施形態では、例えば周囲電極161と内側電極163との間に電圧を印加して、周囲電極161と内側電極163との間にポンプ電流を流し、このポンプ電流によって、酸素をポンピングする(例えば測定室157から基準酸素室159に酸素を移動させる)。
The shape, arrangement, and the like of the peripheral electrode 161 and the inner electrode 163 are the same as those in the first embodiment.
In the fourth embodiment, for example, a voltage is applied between the peripheral electrode 161 and the inner electrode 163, a pump current is caused to flow between the peripheral electrode 161 and the inner electrode 163, and oxygen is pumped by the pump current. (For example, oxygen is moved from the measurement chamber 157 to the reference oxygen chamber 159).

そして、周知のように、そのポンピングの際のポンプ電流が一定になった値(限界電流)から、酸素濃度を検出する。
本第4実施形態は、第1実施形態とは検出するガス成分が異なるが、第1実施形態と同様に、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できるとともに、装置の小型化や省電力化を図ることができる。
As is well known, the oxygen concentration is detected from the value (limit current) at which the pump current during the pumping becomes constant.
Although the gas component to be detected is different from that of the first embodiment, the fourth embodiment can suppress a decrease in detection accuracy of the gas concentration and can reduce the size and power of the apparatus as in the first embodiment. Can be planned.

なお、これとは別に、測定室157中の酸素濃度と基準酸素室159中の酸素濃度との酸素濃度差に起因して、周囲電極161と内側電極163との間に発生する起電力に基づいて、周知のように酸素濃度を検出することも可能である。   Separately from this, based on the electromotive force generated between the surrounding electrode 161 and the inner electrode 163 due to the oxygen concentration difference between the oxygen concentration in the measurement chamber 157 and the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 159. As is well known, it is also possible to detect the oxygen concentration.

[5.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。
[5. Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects.

(1)例えば、図14に示すように、周囲電極171の一方(図14の下方)の端部が、内側電極173の一方の端部よりも、ガスセンサ素子175の一方の端部側に突出していてもよい。   (1) For example, as shown in FIG. 14, one end (downward in FIG. 14) of the peripheral electrode 171 protrudes toward one end of the gas sensor element 175 rather than one end of the inner electrode 173. It may be.

この場合も、第1寸法B1<第2寸法B2、第1距離A1<第2距離A2の関係が成立している。
(2)また、前記各実施形態では、ガスセンサ素子の先端側から後端側に延びる固体電解質体を使用してが、各電極が設けられる位置に固体電解質体を設けてもよい。なお、周知電極と内側電極とが設けられる固体電解質体は一体のものを用いる。
Also in this case, the relationship of the first dimension B1 <the second dimension B2 and the first distance A1 <the second distance A2 is established.
(2) Moreover, in each said embodiment, although the solid electrolyte body extended from the front end side of a gas sensor element to the rear end side is used, you may provide a solid electrolyte body in the position in which each electrode is provided. The solid electrolyte body provided with the well-known electrode and the inner electrode is an integral one.

つまり、基板として、例えばアルミナを主成分とする絶縁体を用い、その絶縁体の一部に固体電解質体を埋め込むように配置してもよい。
(3)なお、上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
That is, for example, an insulator mainly composed of alumina may be used as the substrate, and the solid electrolyte body may be embedded in a part of the insulator.
(3) In addition, it is also possible to combine the component of each embodiment mentioned above suitably.

1…NOxセンサ
7、141…ガスセンサ素子
81…第1ポンプセル
81a、82a、83a、147…固体電解質体
81b、81c…第1電極
86…第1測定室
88…第2測定室
88…第2ポンプセル
93、161…内側電極
95、123、163…周囲電極
95a、123a、123b…長手側周囲電極部
95b、123c…幅側周囲電極部
157…測定室
159…基準酸素室
A1…第1距離
A2…第2距離
B1…第1寸法
B2…第2寸法
R1…第1領域
R2…第2領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... NOx sensor 7, 141 ... Gas sensor element 81 ... 1st pump cell 81a, 82a, 83a, 147 ... Solid electrolyte body 81b, 81c ... 1st electrode 86 ... 1st measurement chamber 88 ... 2nd measurement chamber 88 ... 2nd pump cell 93, 161 ... Inner electrode 95, 123, 163 ... Peripheral electrode 95a, 123a, 123b ... Longitudinal peripheral electrode part 95b, 123c ... Width side peripheral electrode part 157 ... Measurement chamber 159 ... Reference oxygen chamber A1 ... First distance A2 ... 2nd distance B1 ... 1st dimension B2 ... 2nd dimension R1 ... 1st area | region R2 ... 2nd area | region

Claims (8)

測定対象ガスが導入される第1測定室と、
前記第1測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた前記測定対象ガスが導入される第2測定室と、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第1電極を有し、前記一対の第1電極のうち一方の電極が前記第1測定室に露出して、前記第1測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第1ポンプセルと、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第2電極を有し、前記一対の第2電極のうち一方の電極が前記第2測定室に露出すると共に、他方の電極が前記第2測定室の外部に設けられ、前記第2測定室に導入された前記測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第2ポンプ電流が流れる第2ポンプセルと、
を有し、
前記測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるガスセンサ素子であって、
前記一対の第2電極における前記一方の電極である内側電極および前記他方の電極である周囲電極は、いずれも前記第2ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されており、
前記同一面を垂直方向から見た平面視で、
前記周囲電極は、前記内側電極の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方に前記内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されており、
さらに、前記内側電極の外周部分は、前記周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、該対向部位のうち、前記ガスセンサ素子の使用時の前記内側電極内の前記長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、前記対向部位の長さの50%以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
A first measurement chamber into which a measurement target gas is introduced;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced;
A solid electrolyte body and a pair of first electrodes formed on the solid electrolyte body, wherein one electrode of the pair of first electrodes is exposed to the first measurement chamber; A first pump cell for pumping or pumping oxygen to the measurement target gas introduced in
A solid electrolyte body and a pair of second electrodes formed on the solid electrolyte body, wherein one electrode of the pair of second electrodes is exposed to the second measurement chamber, and the other electrode is A second pump cell provided outside the second measurement chamber and through which a second pump current according to a specific gas concentration in the measurement target gas introduced into the second measurement chamber flows;
Have
A gas sensor element extending along the longitudinal direction so as to reach the rear end side from the front end side exposed to the measurement object gas,
The inner electrode that is the one electrode and the surrounding electrode that is the other electrode of the pair of second electrodes are both formed on the same surface of the solid electrolyte body that forms the second pump cell,
In a plan view of the same surface viewed from the vertical direction,
The peripheral electrode is disposed on a part of the outer peripheral side of the inner electrode, and is disposed in a setting region excluding a projection region obtained by projecting the inner electrode in one of the width directions perpendicular to the longitudinal direction. And
Further, the outer peripheral portion of the inner electrode includes a facing portion that faces the surrounding electrode, and of the facing portion, the maximum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode when the gas sensor element is used. The gas sensor element, wherein a length of a high temperature portion existing in a high temperature region equal to or greater than a median value with a minimum value is 50% or more of a length of the facing portion.
測定対象ガスが導入される測定室と、
酸素基準源となる基準酸素室と、
固体電解質体と、
該固体電解質体上に形成される一対の電極と、
を備え、
前記一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に露出すると共に、他方の電極が前記基準酸素室に露出し、
前記測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるガスセンサ素子であって、
前記一方の電極である内側電極および前記他方の電極である周囲電極は、いずれも前記固体電解質体の同一面に形成されており、
前記同一面を垂直方向から見た平面視で、
前記周囲電極は、前記内側電極の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方に前記内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されており、
さらに、前記内側電極の外周部分は、前記周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、該対向部位のうち、前記ガスセンサ素子の使用時の前記内側電極内の前記長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、前記対向部位の長さの50%以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
A measurement chamber into which the gas to be measured is introduced;
A reference oxygen chamber as an oxygen reference source;
A solid electrolyte body;
A pair of electrodes formed on the solid electrolyte body;
With
While one electrode of the pair of electrodes is exposed to the measurement chamber, the other electrode is exposed to the reference oxygen chamber,
A gas sensor element extending along the longitudinal direction so as to reach the rear end side from the front end side exposed to the measurement object gas,
The inner electrode which is the one electrode and the surrounding electrode which is the other electrode are both formed on the same surface of the solid electrolyte body,
In a plan view of the same surface viewed from the vertical direction,
The peripheral electrode is disposed on a part of the outer peripheral side of the inner electrode, and is disposed in a setting region excluding a projection region obtained by projecting the inner electrode in one of the width directions perpendicular to the longitudinal direction. And
Further, the outer peripheral portion of the inner electrode includes a facing portion that faces the surrounding electrode, and of the facing portion, the maximum value of the temperature gradient in the longitudinal direction in the inner electrode when the gas sensor element is used. The gas sensor element, wherein a length of a high temperature portion existing in a high temperature region equal to or greater than a median value with a minimum value is 50% or more of a length of the facing portion.
前記内側電極の前記幅方向の一方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の一方の端部までの第1距離は、前記内側電極の前記幅方向の他方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の他方の端部までの第2距離より短いことを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ素子。   A first distance from one end of the inner electrode in the width direction to one end of the gas sensor element in the width direction is from the other end of the inner electrode in the width direction of the gas sensor element. The gas sensor element according to claim 1, wherein the gas sensor element is shorter than a second distance to the other end in the width direction. 前記内側電極の前記幅方向の一方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の一方の端部までの間を長手方向に投影した第1領域に形成されている前記周囲電極の前記幅方向の第1寸法は、前記内側電極の前記幅方向の他方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した第2領域に形成されている前記周囲電極の前記幅方向の第2寸法より短いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The width direction of the surrounding electrode formed in the first region projected in the longitudinal direction from one end portion in the width direction of the inner electrode to one end portion in the width direction of the gas sensor element. The first dimension is the peripheral electrode formed in a second region projected in the longitudinal direction from the other end in the width direction of the inner electrode to the other end in the width direction of the gas sensor element. The gas sensor element according to claim 1, wherein the gas sensor element is shorter than the second dimension in the width direction. 前記周囲電極は、前記内側電極の前記先端側又は前記後端側にて前記幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、前記長手側周囲電極部と接続するように、前記内側電極の前記幅方向の他方にて前記長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The peripheral electrode includes a long-side peripheral electrode portion extending in the width direction on the leading end side or the rear-end side of the inner electrode, and is connected to the long-side peripheral electrode portion so as to be connected to the long-side peripheral electrode portion. 5. The gas sensor element according to claim 1, further comprising a width-side peripheral electrode portion extending in the longitudinal direction on the other side in the width direction. 前記周囲電極は、前記内側電極の前記先端側及び前記後端側にてそれぞれ前記幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、前記両長手側周囲電極部と接続するように、前記内側電極の前記幅方向の他方にて前記長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The peripheral electrode includes a long side peripheral electrode portion extending in the width direction on each of the front end side and the rear end side of the inner electrode, and is connected to the both long side peripheral electrode portions. The gas sensor element according to any one of claims 1 to 4, further comprising a width-side peripheral electrode portion extending in the longitudinal direction on the other side of the width direction. 前記周囲電極の面積は、前記内側電極の面積以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。   The gas sensor element according to claim 1, wherein an area of the peripheral electrode is equal to or larger than an area of the inner electrode. 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たガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子として、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ素子を備えたことを特徴とするガスセンサ。
A gas sensor including a gas sensor element for detecting a specific gas contained in a measurement target gas,
A gas sensor comprising the gas sensor element according to claim 1 as the gas sensor element.
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JP2020085465A (en) * 2018-11-15 2020-06-04 株式会社Soken Gas sensor
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