JP6814086B2

JP6814086B2 - Gas sensor element and gas sensor

Info

Publication number: JP6814086B2
Application number: JP2017082720A
Authority: JP
Inventors: 愛五十嵐; 幸司樋田; 俊佐久間
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2037-04-19
Also published as: JP2017201305A

Description

本発明は、ガスセンサ素子およびガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor element and a gas sensor.

従来、自動車の内燃機関等から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するためのガスセンサが知られている。ガスセンサに用いるガスセンサ素子は、一般に、固体電解質層と、固体電解質層の各々の面に配置された基準電極および検知電極と、を備えている。そして、基準電極には基準ガス（例えば大気）が供給され、検知電極には被測定ガスが供給される。このようなガスセンサ素子としては、例えば、上記した一対の電極を備える固体電解質層と共に、さらに、絶縁層やヒータ等を積層した積層体から成り、全体として板状の外形を有する積層型ガスセンサ素子が知られている。積層型ガスセンサ素子において基準電極に基準ガスを供給する構成としては、基準電極に隣接する層において、基準電極に基準ガスを供給する基準ガス室を形成するための貫通孔を設けると共に、積層型ガスセンサ素子の側面から基準ガス室へと基準ガスを導くための連通路を形成するための貫通孔を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas component in exhaust gas discharged from an internal combustion engine of an automobile or the like has been known. The gas sensor element used in the gas sensor generally includes a solid electrolyte layer, and a reference electrode and a detection electrode arranged on each surface of the solid electrolyte layer. Then, a reference gas (for example, the atmosphere) is supplied to the reference electrode, and a gas to be measured is supplied to the detection electrode. As such a gas sensor element, for example, a laminated gas sensor element having a plate-like outer shape as a whole, which is composed of a laminated body in which an insulating layer, a heater, and the like are laminated together with the solid electrolyte layer provided with the pair of electrodes described above. Are known. In the laminated gas sensor element, as a configuration for supplying the reference gas to the reference electrode, a through hole for forming a reference gas chamber for supplying the reference gas to the reference electrode is provided in the layer adjacent to the reference electrode, and the laminated gas sensor is provided. A configuration has been proposed in which a through hole is provided to form a communication path for guiding the reference gas from the side surface of the element to the reference gas chamber (see, for example, Patent Document 1).

特許第４８１３７２９号Patent No. 4813729 特開２０１５−１９４４７４号公報JP-A-2015-194474 特表２００７−５１２５１１号公報Special Table 2007-512511

上記のようなガスセンサにおいては、基準電極に対して充分量の基準ガスを滞りなく流通させることが望まれる。このように基準電極に対する基準ガスの流れを良好に確保する方策としては、例えば、ガスセンサ素子の外表面における基準ガスの取り込み口から基準ガス室への経路をより短くする（連通路の全長をより短くする）方策や、連通路の流路断面積をより大きくする方策が考えられる。しかしながら、上記のように基準電極に隣接する層において同一面内で基準ガス室および連通路を設けるガスセンサ素子では、ガスセンサ素子の全体構成に起因する制約（例えば、ガスセンサ素子内に設けたスルーホールを迂回すべきという制約）により、連通路をより短くしようとしても、通常は連通路を屈曲させる必要が生じ、流路断面積を大きく確保することが困難になる。また、ガスセンサ内において、ガスセンサ素子は種々の方向から押圧力を受ける可能性があるが、特に面積が大きい積層面に向かう力、すなわち、積層方向の押圧力により大きな影響を受ける。ガスセンサ素子において、連通路の流路断面が大きい箇所では、ガスセンサ素子の積層方向に押圧力が加わったときに、連通路が潰れ易くなるという問題が生じる。連通路が潰れると、基準ガス室への基準ガスの安定的な導入が妨げられる。 In the gas sensor as described above, it is desired that a sufficient amount of reference gas is smoothly distributed to the reference electrode. As a measure for ensuring a good flow of the reference gas to the reference electrode in this way, for example, the path from the reference gas intake port to the reference gas chamber on the outer surface of the gas sensor element is made shorter (the total length of the communication passage is made longer). (Shorten) and measures to increase the cross-sectional area of the flow path of the connecting passage can be considered. However, in the gas sensor element in which the reference gas chamber and the communication passage are provided in the same plane in the layer adjacent to the reference electrode as described above, there are restrictions due to the overall configuration of the gas sensor element (for example, a through hole provided in the gas sensor element). Due to the restriction that the passage should be detoured), even if an attempt is made to shorten the passage, it is usually necessary to bend the passage, and it becomes difficult to secure a large cross-sectional area of the passage. Further, in the gas sensor, the gas sensor element may be subjected to pressing force from various directions, but is greatly affected by the force toward the laminated surface having a particularly large area, that is, the pressing force in the stacking direction. In the gas sensor element, where the cross section of the flow path of the communication passage is large, there arises a problem that the communication passage is easily crushed when a pressing force is applied in the stacking direction of the gas sensor element. If the passage is crushed, the stable introduction of the reference gas into the reference gas chamber is hindered.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.

（１）本発明の一形態によれば、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記固体電解質層の前記他方の面側に配置されて前記基準電極に前記基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された第１の層と、前記第１の層を基準として前記固体電解質層が配置される側とは反対側に配置されて、前記固体電解質層を加熱するための加熱部を備えたヒータ層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子が提供される。このガスセンサ素子には、前記ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路へと前記基準ガスを導くための流路として、前記外表面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面であって、前記第１の層を基準として前記ヒータ層が設けられる側とは反対側の外表面に開口部を有し、該開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる導入流路が形成されている。
この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子内部において、ガスセンサ素子の外表面から基準電極に基準ガスを導入するための導入流路が屈曲することを抑制できる。そのため、導入流路の流路断面積を確保することが容易になると共に、導入流路の流路長を短くすることが容易になる。さらに、ガスセンサ素子の積層方向に押圧力が加わる場合であっても、導入流路の変形を抑えることができる。そのため、基準電極に対して基準ガスを安定的に導入することができる。 (1) According to one embodiment of the present invention, a solid electrolyte layer, a detection electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured, and a detection electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer are provided. A reference electrode exposed to the reference gas, and a first layer arranged on the other surface side of the solid electrolyte layer and formed with a reference gas flow path for introducing the reference gas into the reference electrode. A plurality of layers including a heater layer arranged on the side opposite to the side on which the solid electrolyte layer is arranged with the first layer as a reference and having a heating portion for heating the solid electrolyte layer. A laminated gas sensor element is provided. The gas sensor element is an outer surface of the outer surface orthogonal to the stacking direction of the gas sensor element as a flow path for guiding the reference gas from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path. Therefore, the introduction flow path has an opening on the outer surface opposite to the side on which the heater layer is provided with the first layer as a reference, and extends from the opening to the reference gas flow path in the stacking direction. Is formed.
According to this form of the gas sensor element, it is possible to suppress bending of the introduction flow path for introducing the reference gas from the outer surface of the gas sensor element to the reference electrode inside the gas sensor element. Therefore, it becomes easy to secure the flow path cross-sectional area of the introduction flow path, and it becomes easy to shorten the flow path length of the introduction flow path. Further, even when a pressing force is applied in the stacking direction of the gas sensor elements, deformation of the introduction flow path can be suppressed. Therefore, the reference gas can be stably introduced into the reference electrode.

（２）上記形態のガスセンサ素子において、前記開口部は複数設けられており、前記導入流路は、各々の前記開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる複数の分割流路によって構成されていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、積層方向に延びる導入流路を複数設けているため、基準電極に供給する基準ガスの量を確保する際に、個々の導入流路の流路断面の大きさをより小さくすることができると共に、導入流路の配置の自由度が増す。そのため、ガスセンサ素子において、積層方向の押圧力に対する強度をより確保し易くなる。 (2) In the gas sensor element of the above embodiment, a plurality of the openings are provided, and the introduction flow path is formed by a plurality of divided flow paths extending from the respective openings to the reference gas flow path in the stacking direction. It may be configured. According to the gas sensor element of this form, since a plurality of introduction flow paths extending in the stacking direction are provided, the size of the flow path cross section of each introduction flow path is used to secure the amount of reference gas to be supplied to the reference electrode. Can be made smaller, and the degree of freedom in arranging the introduction flow path is increased. Therefore, in the gas sensor element, it becomes easier to secure the strength against the pressing force in the stacking direction.

（３）上記形態のガスセンサ素子において、複数の前記開口部は、前記ガスセンサ素子の長手方向に対して、異なる位置に設けられていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、前記積層方向の端部に配置される前記層において個々の開口部間の距離をより長く確保することが可能になると共に、個々の導入流路間の距離をより長く確保することが可能になる。そのため、導入流路を設けることに起因するガスセンサ素子の強度低下を抑えることができる。 (3) In the gas sensor element of the above-described embodiment, the plurality of openings may be provided at different positions with respect to the longitudinal direction of the gas sensor element. According to the gas sensor element of this form, it is possible to secure a longer distance between the individual openings in the layer arranged at the end in the stacking direction, and to increase the distance between the individual introduction flow paths. It will be possible to secure a longer time. Therefore, it is possible to suppress a decrease in strength of the gas sensor element due to the provision of the introduction flow path.

（４）上記形態のガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面のうち、前記開口部が設けられた一方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ_Ａ、他方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ_Ｂとすると、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｂが成立することとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子の外表面から基準ガス流路までの距離を短くすることができるため、基準電極への基準ガスの安定的な供給がより容易になる。その結果、ガス検出精度を向上させることができる。 (4) In the gas sensor element of the above embodiment, the one outer surface which is perpendicular to the stacking direction of the gas sensor element, the distance from the outer surface of one of said opening portions are provided to said reference gas passage D _A, other When the distance from the outer surface to the reference gas channel and D _B, may be D a _<D _B is established. According to this form of the gas sensor element, the distance from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path can be shortened, so that the stable supply of the reference gas to the reference electrode becomes easier. As a result, the gas detection accuracy can be improved.

（５）上記形態のガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面のうち、前記開口部が設けられた一方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ_Ａ、前記ガスセンサ素子の長手方向の端部のうち、前記導入流路に近い側の端部から、前記基準ガス流路までの距離をＤ_Ｃとすると、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｃが成立することとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子の外表面から基準ガス流路までの距離を短くすることができるため、基準電極への基準ガスの安定的な供給がより容易になる。その結果、ガス検出精度を向上させることができる。 (5) In the gas sensor element of the above embodiment, among the outer surfaces perpendicular to the stacking direction of the gas sensor element, the distance from one outer surface the opening is provided to said reference gas passage D _A, the gas sensor of longitudinal ends of the element, from the end closer to the inlet flow path, the distance to the reference gas channel When D _C, may be D a _<D _C is established. According to this form of the gas sensor element, the distance from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path can be shortened, so that the stable supply of the reference gas to the reference electrode becomes easier. As a result, the gas detection accuracy can be improved.

（６）上記形態のガスセンサ素子において、前記固体電解質層は、絶縁性セラミックによって形成される絶縁基板と、固体電解質によって形成され、前記検知電極および前記基準電極と前記積層方向に重なる領域において、前記絶縁基板に貫通して配置された固体電解質部と、を備えることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、センサ素子全体の強度を高め、その結果、ガスセンサ全体の強度を高めることができる。また、ガスセンサの使用時に、より早く固体電解質部を所定の活性温度に昇温させることができる。 (6) In the gas sensor element of the above embodiment, the solid electrolyte layer is formed of an insulating substrate formed of an insulating ceramic and a solid electrolyte, and in a region overlapping the detection electrode and the reference electrode in the stacking direction, the said. A solid electrolyte portion disposed so as to penetrate the insulating substrate may be provided. According to this form of the gas sensor element, the strength of the entire sensor element can be increased, and as a result, the strength of the entire gas sensor can be increased. Further, when the gas sensor is used, the temperature of the solid electrolyte portion can be raised to a predetermined active temperature more quickly.

本発明は、上記以外の種々の態様で実現できる。例えば、ガスセンサ素子を備えるガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法、ガスセンサの製造方法、基準電極に対する基準ガスの供給方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various aspects other than the above. For example, it can be realized in the form of a gas sensor including a gas sensor element, a method of manufacturing a gas sensor element, a method of manufacturing a gas sensor, a method of supplying a reference gas to a reference electrode, and the like.

ガスセンサの全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of a gas sensor. センサ素子の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a sensor element. センサ素子の平面図である。It is a top view of the sensor element. 図３のＡ−Ａ断面におけるセンサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the sensor element in the AA cross section of FIG. センサ素子の平面図である。It is a top view of the sensor element. センサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the sensor element. センサ素子の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a sensor element. センサ素子の断面図である。It is sectional drawing of the sensor element.

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．ガスセンサの構成：
図１は、本発明の第１実施形態としてのガスセンサ２の全体構成を示す断面図である。このガスセンサ２は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、被測定ガスである排気ガス中に含まれる特定ガスの濃度を測定する。本実施形態のガスセンサ２は酸素ガス濃度を測定するセンサである。図１は、ガスセンサ２の軸線ＣＬを含み、軸線ＣＬに平行な方向である軸線方向ＣＤと平行な断面を示している。軸線ＣＬは、ガスセンサ２の中心において、ガスセンサ２の長手方向に延びる。以下の説明では、図１の紙面に対して下側を「先端側ＡＳ」と呼び、上側を「後端側ＢＳ」と呼び、軸線ＣＬを通過して軸線ＣＬに垂直な方向を「径方向」と呼ぶ。 A. First Embodiment:
A-1. Gas sensor configuration:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the gas sensor 2 as the first embodiment of the present invention. The gas sensor 2 is fixed to an exhaust pipe of an internal combustion engine (engine) (not shown) and measures the concentration of a specific gas contained in the exhaust gas as the gas to be measured. The gas sensor 2 of this embodiment is a sensor that measures the oxygen gas concentration. FIG. 1 shows a cross section including the axis CL of the gas sensor 2 and parallel to the axis direction CD, which is a direction parallel to the axis CL. The axis CL extends in the longitudinal direction of the gas sensor 2 at the center of the gas sensor 2. In the following description, the lower side of the paper surface of FIG. 1 is referred to as "tip side AS", the upper side is referred to as "rear end side BS", and the direction passing through the axis CL and perpendicular to the axis CL is the "diameter direction". Is called.

ガスセンサ２は、軸線方向ＣＤに延びる板状のセンサ素子４と、センサ素子４の後端側ＢＳを挿通する先端側セパレータ６６と、先端側セパレータ６６の後端側ＢＳに配置された後端側セパレータ６３と、センサ素子４の後端側ＢＳに形成された電極端子部３０と接触する金属端子部材１０と、先端側セパレータ６６よりも先端側ＡＳの位置でセンサ素子４の周囲を取り囲む主体金具３８と、を備える。電極端子部３０と金属端子部材１０とはそれぞれ４つずつ設けられている。図１では、電極端子部３０と金属端子部材１０とは２つのみ図示されている。 The gas sensor 2 includes a plate-shaped sensor element 4 extending in the axial direction CD, a front end side separator 66 through which the rear end side BS of the sensor element 4 is inserted, and a rear end side arranged in the rear end side BS of the front end side separator 66. The separator 63, the metal terminal member 10 that comes into contact with the electrode terminal portion 30 formed on the rear end side BS of the sensor element 4, and the main metal fitting that surrounds the sensor element 4 at the position of the tip side AS of the tip side separator 66. 38 and. Four electrode terminal portions 30 and four metal terminal members 10 are provided. In FIG. 1, only two electrode terminal portions 30 and metal terminal members 10 are shown.

センサ素子４は、測定対象ガスである排気ガス中の酸素濃度を検出するための信号を出力する。板状のセンサ素子４では、第１板面２１と、第１板面２１の裏面である第２板面２３とが、最も大きな面である主面を構成する。センサ素子４は、後述するように、複数のシート状部材を積層することにより構成されている。図１では、軸線方向ＣＤと直交する方向であって、上記したシート状部材の積層方向を、積層方向ＬＤとして示している。第１板面２１および第２板面２３は、センサ素子４の外表面のうち、積層方向ＬＤに直交する外表面である。 The sensor element 4 outputs a signal for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, which is the gas to be measured. In the plate-shaped sensor element 4, the first plate surface 21 and the second plate surface 23, which is the back surface of the first plate surface 21, form the main surface, which is the largest surface. As will be described later, the sensor element 4 is configured by laminating a plurality of sheet-like members. In FIG. 1, the direction orthogonal to the axial direction CD and the stacking direction of the above-mentioned sheet-shaped members are shown as the stacking direction LD. The first plate surface 21 and the second plate surface 23 are the outer surfaces of the sensor element 4 that are orthogonal to the stacking direction LD.

センサ素子４は、先端側ＡＳに位置し、被測定ガスに晒される検出部８と、後端側ＢＳに位置し、対応する金属端子部材１０が接触する４つの電極端子部３０と、を有する。４つの電極端子部３０のうち２つは第１板面２１に形成され、残りの２つは第２板面２３に形成されている。センサ素子４は、検出部８が主体金具３８の先端より突出すると共に、電極端子部３０が主体金具３８の後端より突出した状態で、主体金具３８の内部に固定される。センサ素子４の詳細は後述する。また、本実施形態では、センサ素子４の先端側ＡＳの検出部８は、多孔質に形成された保護層で覆われており、被測定ガス中に含まれる不純物（例えば、水）が検出部８に付着することが抑制されている。本実施形態における「センサ素子４」は、「ガスセンサ素子」として機能する。 The sensor element 4 has a detection unit 8 located on the front end side AS and exposed to the gas to be measured, and four electrode terminal units 30 located on the rear end side BS and in contact with the corresponding metal terminal member 10. .. Two of the four electrode terminal portions 30 are formed on the first plate surface 21, and the remaining two are formed on the second plate surface 23. The sensor element 4 is fixed inside the main metal fitting 38 with the detection unit 8 protruding from the tip of the main metal fitting 38 and the electrode terminal portion 30 protruding from the rear end of the main metal fitting 38. Details of the sensor element 4 will be described later. Further, in the present embodiment, the detection unit 8 of the AS on the tip side of the sensor element 4 is covered with a protective layer formed in a porous manner, and impurities (for example, water) contained in the gas to be measured are detected in the detection unit. Adhesion to 8 is suppressed. The "sensor element 4" in the present embodiment functions as a "gas sensor element".

先端側セパレータ６６および後端側セパレータ６３は、アルミナ等の絶縁部材によって形成されている。先端側セパレータ６６は略筒状である。先端側セパレータ６６は、センサ素子４のうち電極端子部３０が位置する後端側部分の周囲を取り囲むように配置されている。先端側セパレータ６６は、センサ素子４の後端側部分を挿通するための挿通部６５ａと、挿通部６５ａの内壁面に形成された４つの溝部６５ｂ（図１では２つのみ図示）と、を有する。４つの溝部６５ｂは、軸線方向ＣＤに延びて、先端側セパレータ６６の先端側端面６８から後端側端面６２まで貫通する。４つの溝部６５ｂには、対応する金属端子部材１０が挿通される。また、先端側セパレータ６６は、後端側ＢＳに径方向外向きに突出する鍔部６７を有する。後端側セパレータ６３は、内部を軸線方向ＣＤに沿って貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、上記した金属端子部材１０の後端部が挿入されている。 The front end side separator 66 and the rear end side separator 63 are formed of an insulating member such as alumina. The tip side separator 66 has a substantially tubular shape. The front end side separator 66 is arranged so as to surround the periphery of the rear end side portion of the sensor element 4 where the electrode terminal portion 30 is located. The front end side separator 66 has an insertion portion 65a for inserting the rear end side portion of the sensor element 4 and four groove portions 65b (only two are shown in FIG. 1) formed on the inner wall surface of the insertion portion 65a. Have. The four groove portions 65b extend in the axial direction CD and penetrate from the front end side end surface 68 of the front end side separator 66 to the rear end side end face 62. The corresponding metal terminal member 10 is inserted through the four groove portions 65b. Further, the front end side separator 66 has a flange portion 67 protruding outward in the radial direction to the rear end side BS. The rear end side separator 63 is formed with a through hole penetrating the inside along the CD in the axial direction, and the rear end portion of the metal terminal member 10 described above is inserted into the through hole.

金属端子部材１０は、対応する溝部６５ｂに挿通された状態で、積層方向ＬＤにおいて、センサ素子４と先端側セパレータ６６との間に位置する。金属端子部材１０は、センサ素子４と先端側セパレータ６６とによって挟持される。金属端子部材１０は、センサ素子４と酸素濃度を算出するための外部機器との間の電流経路を形成する。金属端子部材１０の後端部は、後端側セパレータ６３内において、ガスセンサ２の外部から内部に配設されるリード線４６に電気的に接続されると共に、先端側セパレータ６６内において、センサ素子４の電極端子部３０に電気的に接続される。リード線４６は、電極端子部３０の個数に対応して４つ設けられ、外部機器に電気的に接続されている（図１では２つのみ図示）。 The metal terminal member 10 is located between the sensor element 4 and the distal end side separator 66 in the stacking direction LD in a state of being inserted into the corresponding groove portion 65b. The metal terminal member 10 is sandwiched between the sensor element 4 and the tip side separator 66. The metal terminal member 10 forms a current path between the sensor element 4 and an external device for calculating the oxygen concentration. The rear end portion of the metal terminal member 10 is electrically connected to the lead wire 46 disposed inside from the outside of the gas sensor 2 in the rear end side separator 63, and the sensor element in the front end side separator 66. It is electrically connected to the electrode terminal portion 30 of 4. Four lead wires 46 are provided according to the number of electrode terminal portions 30, and are electrically connected to an external device (only two are shown in FIG. 1).

主体金具３８は、略筒状の金属製の部材である。主体金具３８は、軸線方向ＣＤに貫通する貫通孔５４と、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２と、を有する。主体金具３８は、検出部８が貫通孔５４の先端側ＡＳの開口よりも先端側ＡＳに位置し、電極端子部３０が貫通孔５４の後端側ＢＳの開口よりも後端側ＢＳに位置するように、センサ素子４を貫通孔５４内で保持する。棚部５２は、軸線方向ＣＤに垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。主体金具３８の外表面には、排気管にガスセンサ２を固定するためのネジ部３９が形成されている。 The main metal fitting 38 is a substantially tubular metal member. The main metal fitting 38 has a through hole 54 penetrating the CD in the axial direction, and a shelf portion 52 protruding inward in the radial direction of the through hole 54. In the main metal fitting 38, the detection portion 8 is located at the tip end side AS of the through hole 54 at the tip end side AS, and the electrode terminal portion 30 is located at the rear end side BS of the through hole 54 at the rear end side BS opening. The sensor element 4 is held in the through hole 54 so as to do so. The shelf portion 52 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination with respect to a plane perpendicular to the axial direction CD. On the outer surface of the main metal fitting 38, a screw portion 39 for fixing the gas sensor 2 to the exhaust pipe is formed.

貫通孔５４の内部には、センサ素子４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５３と、粉末充填層（滑石リング）５６と、セラミックスリーブ６とが、先端側ＡＳから後端側ＢＳにかけて、この順に積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具３８の後端部４０との間には、加締パッキン５７が配置されている。主体金具３８の後端部４０は、加締パッキン５７を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。 Inside the through hole 54, an annular ceramic holder 53, a powder filling layer (talc ring) 56, and a ceramic sleeve 6 are provided from the front end side AS to the rear end while surrounding the radial circumference of the sensor element 4. They are laminated in this order over the side BS. Further, a crimping packing 57 is arranged between the ceramic sleeve 6 and the rear end portion 40 of the main metal fitting 38. The rear end portion 40 of the main metal fitting 38 is crimped so as to press the ceramic sleeve 6 toward the tip end side via the crimping packing 57.

ガスセンサ２は、さらに、主体金具３８の後端側ＢＳにおいて主体金具３８の外周に固定された外筒４４と、先端側セパレータ６６を保持するための保持部材６９と、外筒４４の後端部に配置されたグロメット５０と、主体金具３８の先端側ＡＳの外周に固定された外部プロテクタ４５及び内部プロテクタ４３と、を有する。 The gas sensor 2 further includes an outer cylinder 44 fixed to the outer periphery of the main metal fitting 38 at the rear end side BS of the main metal fitting 38, a holding member 69 for holding the front end side separator 66, and a rear end portion of the outer cylinder 44. It has a grommet 50 arranged in, and an external protector 45 and an internal protector 43 fixed to the outer periphery of the AS on the tip end side of the main metal fitting 38.

外筒４４は、略筒状の金属製の部材である。外筒４４の先端側ＡＳの外周は、レーザ溶接等によって主体金具３８に取り付けられている。外筒４４は、後端側ＢＳにおいて外径が縮径しており、縮径された開口内にはグロメット５０が嵌め込まれている。グロメット５０には、リード線４６を挿通させるための４つのリード線挿通孔６１（図１では２つのみ図示）が形成されている。 The outer cylinder 44 is a substantially tubular metal member. The outer circumference of the AS on the tip end side of the outer cylinder 44 is attached to the main metal fitting 38 by laser welding or the like. The outer diameter of the outer cylinder 44 is reduced in the rear end side BS, and the grommet 50 is fitted in the reduced diameter opening. The grommet 50 is formed with four lead wire insertion holes 61 (only two are shown in FIG. 1) for inserting the lead wire 46.

グロメット５０には、さらに、その中央部を軸線ＣＬに沿って貫通する貫通孔５８が形成されている。この貫通孔５８には、フィルタおよびフィルタ固定用の金属製筒状部材から構成されたフィルタユニット５９が装填されており、このフィルタユニット５９を通じて、大気が外筒４４内に導入される。これにより、外筒４４内の空間が大気で満たされる。 The grommet 50 is further formed with a through hole 58 penetrating the central portion thereof along the axis CL. A filter unit 59 composed of a filter and a metal tubular member for fixing the filter is loaded in the through hole 58, and the atmosphere is introduced into the outer cylinder 44 through the filter unit 59. As a result, the space inside the outer cylinder 44 is filled with the atmosphere.

保持部材６９は金属製の筒状の部材である。保持部材６９は、外筒４４に固定され外筒４４内に位置決めされている。保持部材６９は、その後端側ＢＳにおいて先端側セパレータ６６の鍔部６７に当接することで、先端側セパレータ６６を保持する。 The holding member 69 is a metal tubular member. The holding member 69 is fixed to the outer cylinder 44 and positioned in the outer cylinder 44. The holding member 69 holds the tip side separator 66 by abutting the flange portion 67 of the tip side separator 66 at the rear end side BS.

外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、有底筒状であり、複数の孔部を有する金属製の部材である。外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、主体金具３８の先端側ＡＳ外周に、レーザ溶接等によって取り付けられている。外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、検出部８を覆うことでセンサ素子４を保護する。被測定ガスは、外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３に設けられた複数の孔部を通過することによって、内部プロテクタ４３内に流入する。 The outer protector 45 and the inner protector 43 are bottomed tubular members and are metal members having a plurality of holes. The external protector 45 and the internal protector 43 are attached to the outer periphery of the AS on the tip end side of the main metal fitting 38 by laser welding or the like. The external protector 45 and the internal protector 43 protect the sensor element 4 by covering the detection unit 8. The gas to be measured flows into the internal protector 43 by passing through a plurality of holes provided in the external protector 45 and the internal protector 43.

Ａ−２．センサ素子の構成：
図２は、センサ素子４の分解斜視図である。図２に示した軸線方向ＣＤ、先端側ＡＳ、後端側ＢＳ、および積層方向ＬＤは、それぞれ図１に示した方向と対応している。センサ素子４は、絶縁層４２１と、検知電極４４１と、固体電解質層４３０と、基準電極４４２と、ガス流路形成層４２２と、絶縁層４２３と、ヒータ４５０と、絶縁層４２４と、を備え、これらの構成部材は積層方向ＬＤに沿って、この順で積層されている。絶縁層４２１、固体電解質層４３０、ガス流路形成層４２２、および絶縁層４２３，４２４は、矩形のシート状部材であり、略同一の外形形状を有している。 A-2. Sensor element configuration:
FIG. 2 is an exploded perspective view of the sensor element 4. The axial direction CD, the front end side AS, the rear end side BS, and the stacking direction LD shown in FIG. 2 correspond to the directions shown in FIG. 1, respectively. The sensor element 4 includes an insulating layer 421, a detection electrode 441, a solid electrolyte layer 430, a reference electrode 442, a gas flow path forming layer 422, an insulating layer 423, a heater 450, and an insulating layer 424. , These constituent members are laminated in this order along the stacking direction LD. The insulating layer 421, the solid electrolyte layer 430, the gas flow path forming layer 422, and the insulating layers 423 and 424 are rectangular sheet-like members and have substantially the same outer shape.

また、図２では、４つの電極端子部３０（具体的には、電極端子部３１〜３４）についても図示している。各電極端子部３０は、センサ素子４の電気的接続のために使用される。各電極端子部３０は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されており、略矩形形状である。電極端子部３０は、例えば、白金等を主成分とするペーストを、絶縁層４２１あるいは絶縁層４２４上にスクリーン印刷することにより形成することができる。電極端子部３１，３２は、センサ素子４の後端側ＢＳにおいて、絶縁層４２１の第１板面２１において、軸線方向ＣＤに垂直な方向に並んで形成されている。電極端子部３３，３４は、センサ素子４の後端側ＢＳにおいて、絶縁層４２４の第２板面２３において、軸線方向ＣＤに垂直な方向に並んで形成されている。図２では、第１板面２１および第２板面２３に平行であって、軸線方向ＣＤに垂直な方向を、幅方向ＷＤとして示している。 Further, in FIG. 2, four electrode terminal portions 30 (specifically, electrode terminal portions 31 to 34) are also illustrated. Each electrode terminal portion 30 is used for electrical connection of the sensor element 4. Each electrode terminal portion 30 is formed of, for example, platinum, rhodium, or the like, and has a substantially rectangular shape. The electrode terminal portion 30 can be formed, for example, by screen-printing a paste containing platinum or the like as a main component on the insulating layer 421 or the insulating layer 424. The electrode terminal portions 31 and 32 are formed in the rear end side BS of the sensor element 4 on the first plate surface 21 of the insulating layer 421 so as to be arranged in a direction perpendicular to the axial direction CD. The electrode terminal portions 33 and 34 are formed in the rear end side BS of the sensor element 4 on the second plate surface 23 of the insulating layer 424 so as to be arranged in a direction perpendicular to the axial direction CD. In FIG. 2, the direction parallel to the first plate surface 21 and the second plate surface 23 and perpendicular to the axial direction CD is shown as the width direction WD.

固体電解質層４３０は、検知電極４４１と、基準電極４４２と共に、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃淡電池として機能する。固体電解質層４３０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）を有する固体電解質によって構成される。本実施形態では、固体電解質層４３０は、安定化剤として酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、すなわちイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）によって構成している。あるいは、他種の固体電解質によって、固体電解質層４３０を構成してもよい。具体的には、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他のジルコニア系の固体電解質によって、固体電解質層４３０を構成してもよい。固体電解質層４３０には、固体電解質層４３０を、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に貫通するスルーホール３０ａ，３０ｃが形成されている。スルーホール３０ａは、固体電解質層４３０の後端側ＢＳの端部に設けられており、スルーホール３０ｃは、スルーホール３０ａよりも先端側ＡＳに設けられている。 The solid electrolyte layer 430, together with the detection electrode 441 and the reference electrode 442, functions as an oxygen concentration cell that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The solid electrolyte layer 430 is composed of a solid electrolyte having oxide ion conductivity (oxygen ion conductivity). In the present embodiment, the solid electrolyte layer 430 is constituted by adding yttrium oxide _(Y 2 _{O 3)} was zirconium oxide _(ZrO 2), namely yttria stabilized zirconia (YSZ) as a stabilizer. Alternatively, the solid electrolyte layer 430 may be formed by another type of solid electrolyte. Specifically, other such as stabilized zirconia to which an oxide selected from calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO ₂ ), scandium oxide (Sc ₂ O ₃ ) and the like is added. The solid electrolyte layer 430 may be formed by a zirconia-based solid electrolyte. Through holes 30a and 30c are formed in the solid electrolyte layer 430 so as to penetrate the solid electrolyte layer 430 in the thickness direction (lamination direction LD). The through hole 30a is provided at the end of the BS on the rear end side of the solid electrolyte layer 430, and the through hole 30c is provided on the AS on the tip side of the through hole 30a.

絶縁層４２１，４２３，４２４は、隣接する層の間を電気的に絶縁する緻密層である。絶縁層４２１，４２３，４２４は、絶縁性セラミック、例えば、アルミナを主成分とする絶縁性セラミックによって形成されている。絶縁層４２１の先端側ＡＳには、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に絶縁層４２１を貫通する矩形形状の孔が設けられ、この孔に多孔質保護層４６０が形成されている。多孔質保護層４６０は、アルミナ等によって形成される多孔質層であり、検知電極４４１へと流れる被測定ガスを拡散するために設けられている。なお、センサ素子４において、先端側ＡＳの多孔質保護層４６０を含む部位は、既述した検出部８に含まれる。また、絶縁層４２１の後端側ＢＳには、積層方向ＬＤに絶縁層４２１を貫通する３つのスルーホール２１ａ，２１ｂ，２１ｃが形成されている。同様に、絶縁層４２４の後端側ＢＳには、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に絶縁層４２４を貫通する２つのスルーホール２３ｄ，２３ｅが形成されている。 The insulating layers 421, 423, 424 are dense layers that electrically insulate between adjacent layers. The insulating layers 421, 423, 424 are formed of an insulating ceramic, for example, an insulating ceramic containing alumina as a main component. The tip side AS of the insulating layer 421 is provided with a rectangular hole penetrating the insulating layer 421 in the thickness direction (lamination direction LD), and the porous protective layer 460 is formed in the hole. The porous protective layer 460 is a porous layer formed of alumina or the like, and is provided to diffuse the gas to be measured flowing to the detection electrode 441. In the sensor element 4, the portion including the porous protective layer 460 on the tip side AS is included in the detection unit 8 described above. Further, three through holes 21a, 21b, 21c that penetrate the insulating layer 421 in the stacking direction LD are formed in the rear end side BS of the insulating layer 421. Similarly, the rear end side BS of the insulating layer 424 is formed with two through holes 23d and 23e penetrating the insulating layer 424 in the thickness direction (stacking direction LD).

検知電極４４１は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されている。検知電極４４１は、固体電解質層４３０のうち、積層方向ＬＤの一方の面（絶縁層４２１が配置される側の面）に配置されている。検知電極４４１は、先端側ＡＳの端部に設けられた第１電極部４１ａと、第１電極部４１ａから後端側ＢＳに向かって延びる第１リード部４１ｂと、を備えている。検知電極４４１は、第１リード部４１ｂの後端側ＢＳの端部から、絶縁層４２１のスルーホール２１ｂを介して、電極端子部３２に電気的に接続されている。 The detection electrode 441 is formed by using, for example, platinum, rhodium, or the like. The detection electrode 441 is arranged on one surface of the solid electrolyte layer 430 in the stacking direction LD (the surface on the side where the insulating layer 421 is arranged). The detection electrode 441 includes a first electrode portion 41a provided at the end of the front end side AS, and a first lead portion 41b extending from the first electrode portion 41a toward the rear end side BS. The detection electrode 441 is electrically connected to the electrode terminal portion 32 from the end portion of the rear end side BS of the first lead portion 41b via the through hole 21b of the insulating layer 421.

基準電極４４２は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されている。基準電極４４２は、固体電解質層４３０のうち、積層方向ＬＤの他方の面（ガス流路形成層４２２が配置される側の面）に配置されている。基準電極４４２は、先端側ＡＳの端部に設けられた第２電極部４２ａと、第２電極部４２ａから後端側ＢＳに向かって延びる第２リード部４２ｂと、を備えている。基準電極４４２は、第２リード部４２ｂから、固体電解質層４３０のスルーホール３０ａと、絶縁層４２１のスルーホール２１ａとを介して、電極端子部３１に電気的に接続されている。 The reference electrode 442 is formed by using, for example, platinum, rhodium, or the like. The reference electrode 442 is arranged on the other surface of the solid electrolyte layer 430 in the stacking direction LD (the surface on the side where the gas flow path forming layer 422 is arranged). The reference electrode 442 includes a second electrode portion 42a provided at the end of the front end side AS, and a second lead portion 42b extending from the second electrode portion 42a toward the rear end side BS. The reference electrode 442 is electrically connected to the electrode terminal portion 31 from the second lead portion 42b via the through hole 30a of the solid electrolyte layer 430 and the through hole 21a of the insulating layer 421.

ガス流路形成層４２２は、緻密質のセラミックによって形成されている。ガス流路形成層４２２には、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）にガス流路形成層４２２を貫通する貫通孔であって、基準電極４４２に基準ガスを導入するための基準ガス流路ＣＰを形成するための導入孔７０が設けられている。本実施形態では、基準ガスとして大気を用いている。導入孔７０は、先端側ＡＳの端部において平面視矩形形状に形成された基準室孔７０ａと、この基準室孔７０ａよりも幅細で基準室孔７０ａから後端側ＢＳに延びる通気孔７０ｂと、を有している。そして、導入孔７０は、ガス流路形成層４２２のほか、表面に基準電極４４２を形成した固体電解質層４３０と、絶縁層４２３と、に囲まれて、基準電極４４２に基準ガスを導入する基準ガス流路ＣＰを構成する。すなわち、ガス流路形成層４２２は、基準電極４４２に基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された「第１の層」として機能する。基準ガス流路ＣＰについては、後にさらに詳しく説明する。 The gas flow path forming layer 422 is formed of a dense ceramic. The gas flow path forming layer 422 is a through hole penetrating the gas flow path forming layer 422 in the thickness direction (stacking direction LD), and is a reference gas flow path CP for introducing the reference gas into the reference electrode 442. An introduction hole 70 is provided for forming the above. In this embodiment, the atmosphere is used as the reference gas. The introduction holes 70 are a reference chamber hole 70a formed in a rectangular shape in a plan view at the end of the front end side AS, and a ventilation hole 70b narrower than the reference chamber hole 70a and extending from the reference chamber hole 70a to the rear end side BS. And have. The introduction hole 70 is surrounded by the gas flow path forming layer 422, the solid electrolyte layer 430 having the reference electrode 442 formed on the surface, and the insulating layer 423, and is a reference for introducing the reference gas into the reference electrode 442. It constitutes a gas flow path CP. That is, the gas flow path forming layer 422 functions as a "first layer" in which the reference gas flow path for introducing the reference gas into the reference electrode 442 is formed. The reference gas flow path CP will be described in more detail later.

絶縁層４２３と絶縁層４２４の間には、軸線方向ＣＤに沿って延びるヒータ４５０が埋設されている。ヒータ４５０は、センサ素子４を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層４３０における酸素イオンの伝導性を高め、ガスセンサ２の動作を安定させるために用いられる。ヒータ４５０は、白金などの導電体によって形成された発熱抵抗体であり、供給された電力によって熱を生じる。 A heater 450 extending along the axial direction CD is embedded between the insulating layer 423 and the insulating layer 424. The heater 450 is used to raise the temperature of the sensor element 4 to a predetermined active temperature, increase the conductivity of oxygen ions in the solid electrolyte layer 430, and stabilize the operation of the gas sensor 2. The heater 450 is a heat generating resistor formed of a conductor such as platinum, and generates heat by the supplied electric power.

ヒータ４５０は、先端側ＡＳにおいて蛇行状に形成された加熱部４５０ａと、この加熱部４５０ａの両端にそれぞれ接続されて後端側ＢＳに向かって直線状に延びるヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃと、を備える。ヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃの後端側ＢＳの端部は、それぞれ、絶縁層４２４に形成されたスルーホール２３ｄ，２３ｅを介して、電極端子部３３，３４に電気的に接続されている。本実施形態では、ヒータ４５０が、固体電解質層４３０を加熱するための加熱部４５０ａを備えた「ヒータ層」として機能する。 The heater 450 includes a heating portion 450a formed in a meandering shape on the front end side AS, and heater lead portions 450b and 450c connected to both ends of the heating portion 450a and extending linearly toward the rear end side BS, respectively. Be prepared. The end portions of the rear end side BSs of the heater lead portions 450b and 450c are electrically connected to the electrode terminal portions 33 and 34 via through holes 23d and 23e formed in the insulating layer 424, respectively. In the present embodiment, the heater 450 functions as a "heater layer" provided with a heating unit 450a for heating the solid electrolyte layer 430.

Ａ−３．基準ガス流路の構成：
図３は、センサ素子４を第１板面２１側から見た平面図である。また、図４は、図３に示すＡ−Ａ断面におけるセンサ素子４の断面図である。図３では、絶縁層４２１の第１板面２１上に表われている構造は実線で表わしており、センサ素子４の内部構造は破線で表わしている。なお、図３では積層方向ＬＤを図示していないが、図３においては、積層方向ＬＤは紙面に垂直な方向となる。また、図４では幅方向ＷＤを図示していないが、図４においては、幅方向ＷＤは紙面に垂直な方向となる。 A-3. Reference gas flow path configuration:
FIG. 3 is a plan view of the sensor element 4 as viewed from the first plate surface 21 side. Further, FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensor element 4 in the AA cross section shown in FIG. In FIG. 3, the structure shown on the first plate surface 21 of the insulating layer 421 is represented by a solid line, and the internal structure of the sensor element 4 is represented by a broken line. Although the stacking direction LD is not shown in FIG. 3, in FIG. 3, the stacking direction LD is a direction perpendicular to the paper surface. Further, although the width direction WD is not shown in FIG. 4, in FIG. 4, the width direction WD is a direction perpendicular to the paper surface.

既述したように、ガス流路形成層４２２に形成されて基準ガス流路ＣＰを形成する導入孔７０は、基準室孔７０ａと、通気孔７０ｂと、を備える。図３に示すように、基準室孔７０ａは、積層方向ＬＤに投影したときに、検知電極４４１の第１電極部４１ａの全体、および、基準電極４４２の第２電極部４２ａの全体と、重なる位置に設けられている。すなわち、基準ガス流路ＣＰの一部であって、基準室孔７０ａが形成する空間には、基準電極４４２の第２電極部４２ａが露出している。 As described above, the introduction hole 70 formed in the gas flow path forming layer 422 and forming the reference gas flow path CP includes a reference chamber hole 70a and a ventilation hole 70b. As shown in FIG. 3, the reference chamber hole 70a overlaps the entire first electrode portion 41a of the detection electrode 441 and the entire second electrode portion 42a of the reference electrode 442 when projected in the stacking direction LD. It is provided at the position. That is, the second electrode portion 42a of the reference electrode 442 is exposed in the space formed by the reference chamber hole 70a, which is a part of the reference gas flow path CP.

また、図３に示すように、通気孔７０ｂの後端側ＢＳの端部は、積層方向ＬＤに投影したときに、絶縁層４２１に設けたスルーホール２１ｃ全体、および、固体電解質層４３０に設けたスルーホール３０ｃ全体と重なる。図４に示すように、絶縁層４２１のスルーホール２１ｃと、固体電解質層４３０のスルーホール３０ｃとは、センサ素子４の外表面（第１板面２１）から基準ガス流路ＣＰへと積層方向ＬＤに延びて基準ガスを導くための流路である、導入流路ＩＰを形成する。したがって、センサ素子４においては、絶縁層４２１の第１板面２１に開口部を有する導入流路ＩＰを経由して、基準ガス流路ＣＰへと基準ガスが取り込まれ、基準電極４４２の第２電極部４２ａが基準ガスに晒される（図２参照）。図１に示すように、第１板面２１における導入流路ＩＰの開口部（絶縁層４２１のスルーホール２１ｃの開口部）は、ガスセンサ２の内部において、センサ素子４が主体金具３８に囲まれる領域と、センサ素子４が先端側セパレータ６６に囲まれる領域と、の間に配置される。これにより、上記開口部が大気に晒されて、導入流路ＩＰ内に基準ガスである大気が導入可能になる。 Further, as shown in FIG. 3, the end portion of the rear end side BS of the ventilation hole 70b is provided in the entire through hole 21c provided in the insulating layer 421 and in the solid electrolyte layer 430 when projected in the stacking direction LD. It overlaps with the entire through hole 30c. As shown in FIG. 4, the through holes 21c of the insulating layer 421 and the through holes 30c of the solid electrolyte layer 430 are stacked in the stacking direction from the outer surface (first plate surface 21) of the sensor element 4 to the reference gas flow path CP. An introduction flow path IP, which is a flow path for extending to the LD and guiding the reference gas, is formed. Therefore, in the sensor element 4, the reference gas is taken into the reference gas flow path CP via the introduction flow path IP having an opening in the first plate surface 21 of the insulating layer 421, and the second reference electrode 442 is the second. The electrode portion 42a is exposed to the reference gas (see FIG. 2). As shown in FIG. 1, in the opening of the introduction flow path IP (the opening of the through hole 21c of the insulating layer 421) on the first plate surface 21, the sensor element 4 is surrounded by the main metal fitting 38 inside the gas sensor 2. The sensor element 4 is arranged between the region and the region surrounded by the distal end side separator 66. As a result, the opening is exposed to the atmosphere, and the atmosphere as a reference gas can be introduced into the introduction flow path IP.

以上のように構成された本実施形態のガスセンサ２によれば、基準ガス流路ＣＰに対して基準ガスを導くための導入流路ＩＰは、センサ素子４の表面である第１板面２１に設けられた開口部から基準ガス流路ＣＰへと、積層方向に延びる。そのため、センサ素子４の外表面から基準電極４４２に基準ガスを導入するための流路が、センサ素子４における他の構造を迂回する必要性等のために屈曲することを抑えることができる。このように、上記流路を積層方向に平行に設けて屈曲を抑えることにより、上記流路の流路断面積を確保することが容易になると共に、上記流路の流路長を短くすることが容易になる。さらに、積層方向ＬＤに平行な導入流路ＩＰは、センサ素子４が積層方向ＬＤの押圧力を受けることがあっても、導入流路ＩＰが潰れることに起因してガスの流通が妨げられる問題が生じ難い。これらにより、基準電極４４２への基準ガスの流れを安定化することができる。そして、基準電極４４２への基準ガスの流れを安定化することにより、ガスセンサ２の性能を安定化することができる。 According to the gas sensor 2 of the present embodiment configured as described above, the introduction flow path IP for guiding the reference gas with respect to the reference gas flow path CP is located on the first plate surface 21 which is the surface of the sensor element 4. It extends in the stacking direction from the provided opening to the reference gas flow path CP. Therefore, it is possible to prevent the flow path for introducing the reference gas from the outer surface of the sensor element 4 into the reference electrode 442 from bending due to the need to bypass other structures in the sensor element 4. By providing the flow paths parallel to the stacking direction in this way to suppress bending, it becomes easy to secure the flow path cross-sectional area of the flow paths and shorten the flow path length of the flow paths. Becomes easier. Further, the introduction flow path IP parallel to the stacking direction LD has a problem that even if the sensor element 4 receives the pressing force of the stacking direction LD, the gas flow is hindered due to the introduction flow path IP being crushed. Is unlikely to occur. As a result, the flow of the reference gas to the reference electrode 442 can be stabilized. Then, by stabilizing the flow of the reference gas to the reference electrode 442, the performance of the gas sensor 2 can be stabilized.

さらに、本実施形態のセンサ素子４では、ガス流路形成層４２２を基準として固体電解質層４３０が配置される側とは反対側に、ヒータ４５０が配置されている。そして、基準ガス流路ＣＰに対して基準ガスを導くための導入流路ＩＰは、センサ素子４の外表面のうち、第１板面２１（固体電解質層４３０を基準としてヒータ４５０が設けられる側とは反対側の外表面）に開口部を有し、該開口部から基準ガス流路ＣＰへと積層方向ＬＤに延びる。このように、導入流路ＩＰはヒータ４５０が形成する層を通過することがないため、ヒータ４５０の引き回し状態によって、導入流路ＩＰおよびその開口部の配置が制限されることが無い。 Further, in the sensor element 4 of the present embodiment, the heater 450 is arranged on the side opposite to the side on which the solid electrolyte layer 430 is arranged with reference to the gas flow path forming layer 422. The introduction flow path IP for guiding the reference gas with respect to the reference gas flow path CP is the side of the outer surface of the sensor element 4 on which the heater 450 is provided with reference to the first plate surface 21 (the solid electrolyte layer 430 as a reference). It has an opening on the outer surface on the opposite side), and extends from the opening to the reference gas flow path CP in the stacking direction LD. As described above, since the introduction flow path IP does not pass through the layer formed by the heater 450, the arrangement of the introduction flow path IP and its opening is not limited by the routing state of the heater 450.

ここで、本実施形態では、ヒータ４５０のヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃの幅Ｗhl（図２では、ヒータリード部４５０ｂの幅Ｗhlを示す）は、検知電極４４１の第１リード部４１ｂの幅Ｗl1および基準電極４４２の第２リード部４２ｂの幅Ｗl2（図３参照）よりも太く形成されている。すなわち、導入流路ＩＰは、幅がより狭い第１リード部４１ｂおよび第２リード部４２ｂを避けて設ければよく、幅がより広いヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃの位置の影響を受けない。したがって、固体電解質層４３０を基準としてヒータ４５０が設けられる側とは反対側に導入流路ＩＰを設けることにより、導入流路ＩＰ（の開口部）の配置に関する設計の自由度を高めることができる。なお、ヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃの幅Ｗhl、第１リード部４１ｂの幅、および第２リード部４２ｂの幅Ｗl2とは、ヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃ、第１リード部４１ｂ、および第２リード部４２ｂにおける幅方向ＷＤの長さを指す。 Here, in the present embodiment, the width Whl of the heater lead portions 450b and 450c of the heater 450 (in FIG. 2, the width Whl of the heater lead portion 450b is shown) is the width Wl1 and the width Wl1 of the first lead portion 41b of the detection electrode 441. The width Wl2 (see FIG. 3) of the second lead portion 42b of the reference electrode 442 is formed to be thicker. That is, the introduction flow path IP may be provided so as to avoid the first lead portion 41b and the second lead portion 42b having a narrower width, and is not affected by the positions of the heater lead portions 450b and 450c having a wider width. Therefore, by providing the introduction flow path IP on the side opposite to the side where the heater 450 is provided with the solid electrolyte layer 430 as a reference, the degree of freedom in design regarding the arrangement of the introduction flow path IP (opening) can be increased. .. The width Whl of the heater lead portions 450b and 450c, the width of the first lead portion 41b, and the width Wl2 of the second lead portion 42b are the heater lead portions 450b, 450c, the first lead portion 41b, and the second lead portion. Refers to the length of WD in the width direction at 42b.

また、本実施形態では、導入流路ＩＰを積層方向ＬＤに平行に投影すると、導入流路ＩＰ全体が、通気孔７０ｂと重なるように設けられている。これにより、導入流路ＩＰと基準ガス流路ＣＰとの接続部において、基準ガスの流れが妨げられることを抑えることができる。ただし、導入流路ＩＰを積層方向ＬＤに投影したときに、導入流路ＩＰの一部が、通気孔７０ｂと重ならずにはみ出すように設けることも可能である。 Further, in the present embodiment, when the introduction flow path IP is projected parallel to the stacking direction LD, the entire introduction flow path IP is provided so as to overlap the ventilation holes 70b. As a result, it is possible to prevent the flow of the reference gas from being obstructed at the connection portion between the introduction flow path IP and the reference gas flow path CP. However, when the introduction flow path IP is projected onto the stacking direction LD, it is possible to provide the introduction flow path IP so that a part of the introduction flow path IP does not overlap with the ventilation hole 70b and protrudes.

さらに、本実施形態では、導入流路ＩＰの流路断面積を、通気孔７０ｂが形成する基準ガス流路ＣＰの流路断面積よりも小さくしている。このように、導入流路ＩＰによって基準ガス流路ＣＰの上流側で基準ガスの流れを絞る場合には、導入流路ＩＰの断面積によって、基準ガス流路ＣＰへの基準ガスの導入量を精度良く調節することが可能になる。あるいは、導入流路ＩＰの流路断面積を、通気孔７０ｂにおける基準ガス流路ＣＰの流路断面積よりも大きくすることも可能である。このような構成とすれば、基準ガス流路ＣＰの上流側で基準ガスの流れを絞らないことにより、基準電極４４２への基準ガスの導入量の確保がより容易になる。 Further, in the present embodiment, the flow path cross-sectional area of the introduction flow path IP is made smaller than the flow path cross-sectional area of the reference gas flow path CP formed by the ventilation hole 70b. In this way, when the flow of the reference gas is throttled on the upstream side of the reference gas flow path CP by the introduction flow path IP, the amount of the reference gas introduced into the reference gas flow path CP is determined by the cross-sectional area of the introduction flow path IP. It becomes possible to adjust with high accuracy. Alternatively, the flow path cross-sectional area of the introduction flow path IP can be made larger than the flow path cross-sectional area of the reference gas flow path CP in the ventilation hole 70b. With such a configuration, it becomes easier to secure the amount of the reference gas introduced into the reference electrode 442 by not restricting the flow of the reference gas on the upstream side of the reference gas flow path CP.

Ｂ．第２実施形態：
図５は、本発明の第２の実施形態のセンサ素子１０４を、第１板面２１側から見た平面図である。図５では、図３と同様に、絶縁層４２１の第１板面２１上に表われている構造は実線で表わしており、センサ素子１０４の内部構造は破線で表わしている。なお、図５では積層方向ＬＤを図示していないが、図５においては、積層方向ＬＤは紙面に垂直な方向となる。第２実施形態のセンサ素子１０４は、第１実施形態のセンサ素子４と同様にガスセンサ２に用いられ、導入流路ＩＰに係る構成以外はセンサ素子４と同様の構成を有している。以下では、センサ素子４と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。 B. Second embodiment:
FIG. 5 is a plan view of the sensor element 104 of the second embodiment of the present invention as viewed from the first plate surface 21 side. In FIG. 5, similarly to FIG. 3, the structure shown on the first plate surface 21 of the insulating layer 421 is represented by a solid line, and the internal structure of the sensor element 104 is represented by a broken line. Although the stacking direction LD is not shown in FIG. 5, in FIG. 5, the stacking direction LD is a direction perpendicular to the paper surface. The sensor element 104 of the second embodiment is used in the gas sensor 2 like the sensor element 4 of the first embodiment, and has the same configuration as the sensor element 4 except for the configuration related to the introduction flow path IP. In the following, the same reference numbers will be assigned to the parts common to the sensor element 4, and detailed description thereof will be omitted.

センサ素子１０４では、センサ素子１０４の外表面から基準ガス流路ＣＰへと積層方向ＬＤに延びて基準ガスを導入するための導入流路ＩＰが、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２によって構成されている。各々の分割流路ＩＰ１，ＩＰ２は、第１実施形態と同様に、第１板面２１に開口部を有する。このように、第２実施形態では、積層方向ＬＤに延びる導入流路ＩＰを、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２によって構成しているため、基準ガス流路ＣＰに導入する基準ガスの量を確保する際に、導入流路ＩＰを単一の流路で構成する場合に比べて、個々の流路の断面積をより小さくすることができる。そのため、センサ素子１０４において、積層方向ＬＤの押圧力に対する強度を、より高めることができる。さらに、導入流路ＩＰにおいて、個々の流路の断面積を小さくできることにより、積層面に対する個々の流路の配置（個々の流路を第１板面２１に対して積層方向ＬＤに平行に投影したときの配置）の自由度を増すことができる。 In the sensor element 104, the introduction flow path IP for introducing the reference gas extending from the outer surface of the sensor element 104 to the reference gas flow path CP in the stacking direction LD is composed of two divided flow paths IP1 and IP2. There is. Each of the divided flow paths IP1 and IP2 has an opening in the first plate surface 21 as in the first embodiment. As described above, in the second embodiment, since the introduction flow path IP extending in the stacking direction LD is composed of the two divided flow paths IP1 and IP2, the amount of the reference gas to be introduced into the reference gas flow path CP is secured. In this case, the cross-sectional area of each flow path can be made smaller than that in the case where the introduction flow path IP is composed of a single flow path. Therefore, in the sensor element 104, the strength of the stacking direction LD against the pressing force can be further increased. Further, in the introduction flow path IP, since the cross-sectional area of each flow path can be reduced, the arrangement of the individual flow paths with respect to the laminated surface (the individual flow paths are projected parallel to the stacking direction LD with respect to the first plate surface 21). It is possible to increase the degree of freedom of placement).

ここで、第２の実施形態では、導入流路ＩＰを構成する各々の分割流路ＩＰ１，ＩＰ２を積層方向ＬＤに平行に投影すると、各々の流路全体が、第１実施形態と同様に通気孔７０ｂと重なるように設けられている。このような場合には、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２の流路断面積の合計によって、基準ガス流路ＣＰへの基準ガスの導入量を調節することができる。 Here, in the second embodiment, when the divided flow paths IP1 and IP2 constituting the introduction flow path IP are projected in parallel with the stacking direction LD, the entire flow path is passed through in the same manner as in the first embodiment. It is provided so as to overlap the pores 70b. In such a case, the amount of the reference gas introduced into the reference gas flow path CP can be adjusted by the total of the flow path cross-sectional areas of the two divided flow paths IP1 and IP2.

さらに、第２実施形態では、積層方向ＬＤに延びる２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２は、図５に示すように、積層方向ＬＤに投影したときに軸線方向ＣＤに対して異なる位置に設けられている。すなわち、第１板面２１において、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２の各々の開口部は、センサ素子１０４の長手方向に対して異なる位置に設けられている（軸線方向ＣＤにずれている）。２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２を軸線方向ＣＤに対して同じ位置に設けることとしてもよいが、図５に示す構成とすることで、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２間の距離を確保することが、より容易になる。そのため、導入流路ＩＰを設けることに起因するセンサ素子１０４の強度低下を抑える効果を高めることができる。さらに、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２を設ける場合には、図５のように積層方向ＬＤに投影したときの配置が、幅方向ＷＤに対して異なる位置である（幅方向ＷＤにずれている）ことが望ましい。これにより、２つの分割流路ＩＰ１，ＩＰ２間の距離の確保が、より容易になる。なお、各々の分割流路が軸線方向ＣＤあるいは幅方向ＷＤにずれるとは、各々の分割流路を積層方向ＬＤに投影したときの流路断面の外形の重心の位置が、上記した方向にずれていることを指す。 Further, in the second embodiment, the two divided flow paths IP1 and IP2 extending in the stacking direction LD are provided at different positions with respect to the axial direction CD when projected onto the stacking direction LD, as shown in FIG. There is. That is, on the first plate surface 21, the openings of the two divided flow paths IP1 and IP2 are provided at different positions with respect to the longitudinal direction of the sensor element 104 (shifted in the axial direction CD). The two divided flow paths IP1 and IP2 may be provided at the same position with respect to the axial direction CD, but the configuration shown in FIG. 5 ensures a distance between the two divided flow paths IP1 and IP2. But it will be easier. Therefore, it is possible to enhance the effect of suppressing the decrease in strength of the sensor element 104 due to the provision of the introduction flow path IP. Further, when the two divided flow paths IP1 and IP2 are provided, the arrangement when projected in the stacking direction LD as shown in FIG. 5 is a different position with respect to the width direction WD (shifted to the width direction WD). ) Is desirable. This makes it easier to secure the distance between the two divided flow paths IP1 and IP2. In addition, when each divided flow path is displaced in the axial direction CD or the width direction WD, the position of the center of gravity of the outer shape of the flow path cross section when each divided flow path is projected on the stacking direction LD is shifted in the above-mentioned direction. Refers to that.

第２実施形態では、導入流路ＩＰを構成する分割流路の数を２としたが、２を超える複数としてもよい。このような場合にも、複数の分割流路を積層方向ＬＤに投影したときの配置を、軸線方向ＣＤにずらすことにより、あるいは、幅方向ＷＤにずらすことにより、導入流路ＩＰを設けることに起因するセンサ素子の強度低下を抑えることができる。 In the second embodiment, the number of divided flow paths constituting the introduction flow path IP is set to 2, but it may be a plurality of divided flow paths exceeding 2. Even in such a case, the introduction flow path IP is provided by shifting the arrangement when the plurality of divided flow paths are projected onto the stacking direction LD in the axial direction CD or by shifting in the width direction WD. It is possible to suppress the resulting decrease in the strength of the sensor element.

Ｃ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、センサ素子を、図２に示す複数のシート状部材により構成しているが、異なる構成としてもよく、例えば、さらに他のシート状部材を加えた積層体としてもよい。このように、センサ素子を形成する積層体の構成を変更する場合であっても、導入流路ＩＰの長さを、より短くすることが望ましい。具体的には、センサ素子における積層方向ＬＤに直交する外表面（第１板面２１および第２板面２３）のうちの一方であって、導入流路ＩＰの開口部が設けられる側の外表面（各実施形態では第１板面２１）から基準ガス流路ＣＰまでの距離を距離Ｄ_Ａ、他方の外表面（各実施形態では第２板面２３）から基準ガス流路ＣＰまでの距離を距離Ｄ_Ｂとすると、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｂが成立することが望ましい（図４参照）。このように、導入流路ＩＰを、より短くすることで、基準電極４４２への基準ガスの流れを安定化させてガスセンサの性能を安定化する効果を高めることができる。 C. Modification example:
-Modification example 1:
In each of the above embodiments, the sensor element is composed of a plurality of sheet-like members shown in FIG. 2, but may have different configurations, for example, a laminated body to which another sheet-like member is added. As described above, even when the configuration of the laminated body forming the sensor element is changed, it is desirable to shorten the length of the introduction flow path IP. Specifically, it is one of the outer surfaces (first plate surface 21 and second plate surface 23) orthogonal to the stacking direction LD in the sensor element, and is outside the side on which the opening of the introduction flow path IP is provided. surface distance of the distance the distance D _a from (the first plate surface 21 in the embodiments) to the reference gas channel _CP, from the other outer surface (second plate surface 23 in the embodiments) to the reference gas channel CP When the a distance _{D _B,} it is desirable that D a _{<D B} is established (see FIG. 4). By shortening the introduction flow path IP in this way, the effect of stabilizing the flow of the reference gas to the reference electrode 442 and stabilizing the performance of the gas sensor can be enhanced.

なお、センサ素子の積層方向ＬＤに直交する外表面のうちの導入流路ＩＰの開口部が設けられた一方の外表面から、基準ガス流路ＣＰまでの距離Ｄ_Ａとは、以下を指す。すなわち、上記一方の外表面から、積層方向ＬＤに直交する基準ガス流路ＣＰの内壁面のうちの、上記一方の外表面側の内壁面（各実施形態では、固体電解質層４３０における基準電極４４２を形成した側の表面）までの距離をいう。また、センサ素子の積層方向ＬＤに直交する外表面のうちの他方の外表面から、基準ガス流路ＣＰまでの距離Ｄ_Ｂとは、以下を指す。すなわち、上記他方の外表面から、積層方向ＬＤに直交する基準ガス流路ＣＰの内壁面のうちの、上記他方の外表面側の内壁面（各実施形態では、絶縁層４２３におけるガス流路形成層４２２と接する側の表面）までの距離をいう。 Incidentally, the introduction channel IP one outer surface which is provided with an opening of one of the outer surfaces perpendicular to the stacking direction LD of the sensor element, the distance D _A to the reference gas channel CP, refers to the following. That is, from the one outer surface to the inner wall surface of the reference gas flow path CP orthogonal to the stacking direction LD, the inner wall surface on the outer surface side of the one (in each embodiment, the reference electrode 442 in the solid electrolyte layer 430). The distance to the surface on the side where the Furthermore, from the other outer surface of the outer surface perpendicular to the stacking direction LD of the sensor element, and the distance D _B to the reference gas channel CP, it refers to the following. That is, from the other outer surface, of the inner wall surface of the reference gas flow path CP orthogonal to the stacking direction LD, the inner wall surface on the outer surface side of the other (in each embodiment, gas flow path formation in the insulating layer 423). The distance to the surface on the side in contact with the layer 422).

また、基準ガス流路ＣＰに基準ガスを導入する導入流路の長さを、より短くするという観点から、センサ素子においては、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｃが成立することが望ましい。ここで、距離Ｄ_Ａは、上記したように、センサ素子の積層方向ＬＤに直交する外表面のうちの導入流路ＩＰの開口部が設けられた一方の外表面から、基準ガス流路ＣＰまでの距離である。また、距離Ｄ_Ｃは、センサ素子の長手方向の端部のうち、導入流路ＩＰに近い側の端部から、基準ガス流路ＣＰまでの距離である（図４参照）。 Further, the length of the inlet flow path for introducing a reference gas into the reference gas flow path CP, from the viewpoint of shorter, in the sensor element, it is desirable that D A _<D _C is established. Here, the distance D _A, as described above, from one outer surface opening of the inlet flow path IP is provided within the outer surface perpendicular to the stacking direction LD of the sensor element, and the reference gas channel CP Is the distance. The distance D _C, of the longitudinal ends of the sensor element is the distance from the end portion near the introduction channel IP side, to the reference gas passage CP (see FIG. 4).

ただし、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｂが成立すること、および、Ｄ_Ａ＜Ｄ_Ｃが成立することは必須では無い。これらの関係を満たさない場合であっても、基準ガス流路ＣＰに対して基準ガスを導くための流路として、センサ素子４の表面である第１板面２１に設けられた開口部から基準ガス流路ＣＰへと、積層方向に延びる導入流路ＩＰを設けることによる既述した効果を得ることができる。 _However, the D A _{<D B} is satisfied, and _it is not essential that D A _{<D C} is established. Even if these relationships are not satisfied, as a flow path for guiding the reference gas to the reference gas flow path CP, the reference is made from the opening provided in the first plate surface 21 which is the surface of the sensor element 4. The above-mentioned effect can be obtained by providing the introduction flow path IP extending in the stacking direction in the gas flow path CP.

・変形例２：
上記各実施形態では、基準ガス流路ＣＰは、ガス流路形成層４２２に設けた貫通孔である導入孔７０によって形成しているが、異なる構成としてもよい。例えば、ガス流路形成層４２２に設ける導入孔７０を、貫通孔ではなく、絶縁層４２３側に貫通しない凹部としてもよい。 -Modification example 2:
In each of the above embodiments, the reference gas flow path CP is formed by the introduction hole 70 which is a through hole provided in the gas flow path forming layer 422, but may have a different configuration. For example, the introduction hole 70 provided in the gas flow path forming layer 422 may be a recess that does not penetrate the insulating layer 423 side instead of the through hole.

図６は、導入孔７０に凹部形状を適用する変形例の一例としてのセンサ素子２０４の構成を、図４と同様にして示す断面図である。センサ素子２０４は、第１実施形態のセンサ素子４と同様にガスセンサ２に用いられ、ガス流路形成層４２２の構成以外はセンサ素子４と同様の構成を有している。以下では、センサ素子４と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor element 204 as an example of a modification in which the concave shape is applied to the introduction hole 70 in the same manner as in FIG. The sensor element 204 is used in the gas sensor 2 like the sensor element 4 of the first embodiment, and has the same configuration as the sensor element 4 except for the configuration of the gas flow path forming layer 422. In the following, the same reference numbers will be assigned to the parts common to the sensor element 4, and detailed description thereof will be omitted.

センサ素子２０４は、ガス流路形成層４２２において、貫通孔である導入孔７０に代えて、凹部２７０が設けられている。凹部２７０は、第１板面２１側から見たときの形状が導入孔７０と同じであって、平面視矩形状に形成された基準室凹部２７０ａと、この基準室凹部２７０ａから後端側ＢＳに延びる通気溝２７０ｂと、を備えている。このような凹部２７０は、センサ素子２０４内で基準ガス流路ＣＰを形成し、スルーホール２１ｃ、３０ｃが形成する導入流路ＩＰを介して基準ガスが導入される。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、ガス流路形成層４２２に設けた凹部によって基準ガス流路ＣＰを形成する場合には、絶縁層４２３を省略することも可能である。 The sensor element 204 is provided with a recess 270 in the gas flow path forming layer 422 instead of the introduction hole 70 which is a through hole. The recess 270 has the same shape as the introduction hole 70 when viewed from the first plate surface 21 side, and has a reference chamber recess 270a formed in a rectangular shape in a plan view and a reference chamber recess 270a to the rear end side BS. It is provided with a ventilation groove 270b extending to. The reference gas flow path CP is formed in the sensor element 204 in such a recess 270, and the reference gas is introduced through the introduction flow path IP formed by the through holes 21c and 30c. Even with such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. When the reference gas flow path CP is formed by the recesses provided in the gas flow path forming layer 422, the insulating layer 423 can be omitted.

・変形例３：
上記各実施形態では、固体電解質層４３０全体を固体電解質によって形成しているが、異なる構成としてもよい。固体電解質層は、固体電解質によって形成され、検知電極４４１（第１電極部４１ａ）および基準電極４４２（第２電極部４２ａ）によって挟持される固体電解質部を、少なくとも一部に有していればよい。 -Modification example 3:
In each of the above embodiments, the entire solid electrolyte layer 430 is formed of the solid electrolyte, but different configurations may be used. The solid electrolyte layer is formed by the solid electrolyte and has at least a part of the solid electrolyte portion sandwiched between the detection electrode 441 (first electrode portion 41a) and the reference electrode 442 (second electrode portion 42a). Good.

図７は、本発明の変形例のセンサ素子３０４を、図２と同様にして示す分解斜視図である。また、図８は、変形例のセンサ素子３０４の構成を、図４と同様にして示す断面図である。本変形例のセンサ素子３０４は、第１実施形態のセンサ素子４と同様にガスセンサ２に用いられ、固体電解質層４３０に代えて固体電解質層４３７を備える点以外は、センサ素子４と同様の構成を有している。以下では、センサ素子４と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。 FIG. 7 is an exploded perspective view showing the sensor element 304 of the modified example of the present invention in the same manner as in FIG. Further, FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor element 304 of the modified example in the same manner as in FIG. The sensor element 304 of this modification has the same configuration as the sensor element 4 except that it is used in the gas sensor 2 like the sensor element 4 of the first embodiment and includes a solid electrolyte layer 437 instead of the solid electrolyte layer 430. have. In the following, the same reference numbers will be assigned to the parts common to the sensor element 4, and detailed description thereof will be omitted.

センサ素子３０４では、固体電解質層４３７は、固体電解質部４３５および絶縁基板４３６を備える。固体電解質部４３５は、第１実施形態の固体電解質層４３０を構成する固体電解質と同様の固体電解質によって構成される。絶縁基板４３６は、隣接する層の間を電気的に絶縁する緻密層であり、絶縁層４２１，４２３，４２４と同様に、絶縁性セラミック、例えば、アルミナを主成分とする絶縁性セラミックによって形成されている。 In the sensor element 304, the solid electrolyte layer 437 includes a solid electrolyte portion 435 and an insulating substrate 436. The solid electrolyte section 435 is composed of the same solid electrolyte as the solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer 430 of the first embodiment. The insulating substrate 436 is a dense layer that electrically insulates between adjacent layers, and is formed of an insulating ceramic, for example, an insulating ceramic containing alumina as a main component, like the insulating layers 421,423,424. ing.

絶縁基板４３６の先端側ＡＳには、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に絶縁基板４３６を貫通する矩形形状の孔が設けられ、この孔に、固体電解質部４３５が形成されている。図８に示すように、固体電解質部４３５は、積層方向ＬＤに投影したときに、検知電極４４１の第１電極部４１ａ、基準電極４４２の第２電極部４２ａ、基準室孔７０ａ、および多孔質保護層４６０と重なる領域において、絶縁基板４３６に貫通して配置されている。また、絶縁基板４３６には、固体電解質層４３０と同様に、絶縁基板４３６を、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に貫通するスルーホール３０ａ，３０ｃが形成されている。 The tip side AS of the insulating substrate 436 is provided with a rectangular hole penetrating the insulating substrate 436 in the thickness direction (stacking direction LD), and a solid electrolyte portion 435 is formed in the hole. As shown in FIG. 8, when projected onto the stacking direction LD, the solid electrolyte portion 435 has a first electrode portion 41a of the detection electrode 441, a second electrode portion 42a of the reference electrode 442, a reference chamber hole 70a, and a porous material. It is arranged so as to penetrate the insulating substrate 436 in the region overlapping the protective layer 460. Further, the insulating substrate 436 is formed with through holes 30a and 30c that penetrate the insulating substrate 436 in the thickness direction (lamination direction LD), similarly to the solid electrolyte layer 430.

このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１実施形態のように固体電解質層４３０全体を固体電解質によって構成する場合に比べて、センサ素子３０４全体の強度を高め、その結果、ガスセンサ全体の強度を高めることができる。固体電解質部４３５を構成する固体電解質よりも、絶縁基板４３６を構成する絶縁性セラミックの方が、一般に強度が高いためである。また、第１実施形態のように固体電解質層４３０全体を固体電解質によって構成する場合に比べて、ガスセンサの使用時に、より早く固体電解質部を所定の活性温度に昇温させることができる。固体電解質部４３５を構成する固体電解質よりも、絶縁基板４３６を構成する絶縁性セラミックの方が、一般に熱伝導率が高いためである。 Even with such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, as compared with the case where the entire solid electrolyte layer 430 is composed of the solid electrolyte as in the first embodiment, the strength of the entire sensor element 304 can be increased, and as a result, the strength of the entire gas sensor can be increased. This is because the insulating ceramic constituting the insulating substrate 436 generally has higher strength than the solid electrolyte constituting the solid electrolyte portion 435. Further, as compared with the case where the entire solid electrolyte layer 430 is composed of the solid electrolyte as in the first embodiment, the temperature of the solid electrolyte portion can be raised to a predetermined active temperature faster when the gas sensor is used. This is because the insulating ceramic constituting the insulating substrate 436 generally has a higher thermal conductivity than the solid electrolyte constituting the solid electrolyte portion 435.

・変形例４：
上記実施形態では、導入流路ＩＰにおける積層方向ＬＤに直交する断面形状を円形としたが、異なる構成としてもよい。ただし、センサ素子を構成するシート状部材において、導入流路ＩＰを形成するための貫通孔（スルーホール２１ｃ、３０ｃ等）を設けることによって、シート状部材において応力集中が生じ、その結果としてセンサ素子の抗折強度が低下することを抑える観点からは、断面形状は楕円形または円形であることが望ましい。そして、円形がより望ましい。 -Modification example 4:
In the above embodiment, the cross-sectional shape orthogonal to the stacking direction LD in the introduction flow path IP is circular, but a different configuration may be used. However, by providing through holes (through holes 21c, 30c, etc.) for forming the introduction flow path IP in the sheet-shaped member constituting the sensor element, stress concentration occurs in the sheet-shaped member, and as a result, the sensor element It is desirable that the cross-sectional shape is elliptical or circular from the viewpoint of suppressing a decrease in the bending strength. And a circle is more desirable.

・変形例５：
上記各実施形態では、ガスセンサは酸素濃度センサとしたが、異なる構成としても良い。排気ガス中のＮＯｘ等、異なる種類のガスを検出するセンサとしてもよい。イオン伝導性を有する固体電解質の両面に積層された一対の電極を有し、各電極上の特定ガス成分の濃度差（分圧差）により起電力を生じる濃淡電池を備えるセンサであれば、本願発明を適用することにより、同様の効果が得られる。 -Modification example 5:
In each of the above embodiments, the gas sensor is an oxygen concentration sensor, but a different configuration may be used. It may be a sensor that detects different types of gas such as NOx in the exhaust gas. The present invention is a sensor having a pair of electrodes laminated on both sides of a solid electrolyte having ionic conductivity and having a concentration cell that generates an electromotive force due to a concentration difference (division pressure difference) of a specific gas component on each electrode. The same effect can be obtained by applying.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems. , It is possible to replace or combine as appropriate in order to achieve a part or all of the above-mentioned effects. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

２…ガスセンサ
４，１０４，２０４，３０４…センサ素子
６…セラミックスリーブ
８…検出部
１０…金属端子部材
２１…第１板面
２１ａ〜２１ｃ…スルーホール
２３…第２板面
２３ｄ，２３ｅ…スルーホール
３０…電極端子部
３０ａ，３０ｃ…スルーホール
３１〜３４…電極端子部
３８…主体金具
３９…ネジ部
４０…後端部
４１ａ…第１電極部
４１ｂ…第１リード部
４２ａ…第２電極部
４２ｂ…第２リード部
４３…内部プロテクタ
４４…外筒
４５…外部プロテクタ
４６…リード線
５０…グロメット
５２…棚部
５３…セラミックホルダ
５４…貫通孔
５６…粉末充填層
５７…加締パッキン
５８…貫通孔
５９…フィルタユニット
６１…リード線挿通孔
６２…後端側端面
６３…後端側セパレータ
６５ａ…挿通部
６５ｂ…溝部
６６…先端側セパレータ
６７…鍔部
６８…先端側端面
６９…保持部材
７０…導入孔
７０ａ…基準室孔
７０ｂ…通気孔
２７０…凹部
２７０ａ…基準室凹部
２７０ｂ…通気溝
４２１，４２３，４２４…絶縁層
４２２…ガス流路形成層
４３０，４３７…固体電解質層
４３５…固体電解質部
４３６…絶縁基板
４４１…検知電極
４４２…基準電極
４５０…ヒータ
４５０ａ…加熱部
４５０ｂ，４５０ｃ…ヒータリード部
４６０…多孔質保護層 2 ... Gas sensor 4,104,204,304 ... Sensor element 6 ... Ceramic sleeve 8 ... Detection unit 10 ... Metal terminal member 21 ... First plate surface 21a to 21c ... Through hole 23 ... Second plate surface 23d, 23e ... Through hole 30 ... Electrode terminal part 30a, 30c ... Through hole 31-34 ... Electrode terminal part 38 ... Main metal fitting 39 ... Screw part 40 ... Rear end part 41a ... First electrode part 41b ... First lead part 42a ... Second electrode part 42b ... 2nd lead part 43 ... Internal protector 44 ... Outer cylinder 45 ... External protector 46 ... Lead wire 50 ... Glomet 52 ... Shelf part 53 ... Ceramic holder 54 ... Through hole 56 ... Powder filling layer 57 ... Clamping packing 58 ... Through hole 59 ... Filter unit 61 ... Lead wire insertion hole 62 ... Rear end side end face 63 ... Rear end side separator 65a ... Insertion part 65b ... Groove part 66 ... Tip side separator 67 ... Flange part 68 ... Tip side end face 69 ... Holding member 70 ... Introduction Hole 70a ... Reference chamber hole 70b ... Ventilation hole 270 ... Recess 270a ... Reference chamber recess 270b ... Ventilation groove 421, 423, 424 ... Insulation layer 422 ... Gas flow path forming layer 430, 437 ... Solid electrolyte layer 435 ... Solid electrolyte part 436 ... Insulation substrate 441 ... Detection electrode 442 ... Reference electrode 450 ... Heater 450a ... Heating part 450b, 450c ... Heater lead part 460 ... Porous protective layer

Claims

固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記固体電解質層の前記他方の面側に配置されて前記基準電極に前記基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された第１の層と、前記第１の層を基準として前記固体電解質層が配置される側とは反対側に配置されて、前記固体電解質層を加熱するための加熱部を備えたヒータ層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子には、前記ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路へと前記基準ガスを導くための流路として、前記外表面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面であって、前記第１の層を基準として前記ヒータ層が設けられる側とは反対側の外表面に開口部を有し、該開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる導入流路が形成されており、
前記開口部は複数設けられており、前記導入流路は、各々の前記開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる複数の分割流路によって構成されていることを特徴とする、ガスセンサ素子。 The solid electrolyte layer, the detection electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured, the reference electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer and exposed to the reference gas, and the solid. A first layer arranged on the other surface side of the electrolyte layer and formed with a reference gas flow path for introducing the reference gas into the reference electrode, and the solid electrolyte layer with reference to the first layer. A gas sensor element in which a plurality of layers including a heater layer provided with a heating portion for heating the solid electrolyte layer, which is arranged on the side opposite to the side on which the gas sensor is arranged, are laminated.
The gas sensor element is an outer surface of the outer surface orthogonal to the stacking direction of the gas sensor element as a flow path for guiding the reference gas from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path. Therefore, the introduction flow path has an opening on the outer surface opposite to the side on which the heater layer is provided with the first layer as a reference, and extends from the opening to the reference gas flow path in the stacking direction. Is formed ,
A plurality of the openings are provided, and the introduction flow path is composed of a plurality of divided flow paths extending from each of the openings to the reference gas flow path in the stacking direction. Gas sensor element.

請求項１に記載のガスセンサ素子であって、
複数の前記開口部は、前記ガスセンサ素子の長手方向に対して、異なる位置に設けられていることを特徴とする
ガスセンサ素子。 The gas sensor element according to claim 1 .
A gas sensor element characterized in that the plurality of openings are provided at different positions with respect to the longitudinal direction of the gas sensor element.

固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記固体電解質層の前記他方の面側に配置されて前記基準電極に前記基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された第１の層と、前記第１の層を基準として前記固体電解質層が配置される側とは反対側に配置されて、前記固体電解質層を加熱するための加熱部を備えたヒータ層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子には、前記ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路へと前記基準ガスを導くための流路として、前記外表面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面であって、前記第１の層を基準として前記ヒータ層が設けられる側とは反対側の外表面に開口部を有し、該開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる導入流路が形成されているおり、
前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面のうち、前記開口部が設けられた一方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ _Ａ、他方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ _Ｂとすると、Ｄ _Ａ＜Ｄ _Ｂが成立することを特徴とする、ガスセンサ素子。 The solid electrolyte layer, the detection electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured, the reference electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer and exposed to the reference gas, and the solid. A first layer arranged on the other surface side of the electrolyte layer and formed with a reference gas flow path for introducing the reference gas into the reference electrode, and the solid electrolyte layer with reference to the first layer. A gas sensor element in which a plurality of layers including a heater layer provided with a heating portion for heating the solid electrolyte layer, which is arranged on the side opposite to the side on which the gas sensor is arranged, are laminated.
The gas sensor element is an outer surface of the outer surface orthogonal to the stacking direction of the gas sensor element as a flow path for guiding the reference gas from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path. Therefore, the introduction flow path has an opening on the outer surface opposite to the side on which the heater layer is provided with the first layer as a reference, and extends from the opening to the reference gas flow path in the stacking direction. Is formed and
Of the outer surface perpendicular to the stacking direction of the gas sensor element, the distance from one outer surface the opening is provided to said reference gas passage D _A, from the other outer surface to the reference gas channel When the distance is referred to as _{D _B,} wherein the D a _{<D B} is established, the gas sensor element.

固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記固体電解質層の前記他方の面側に配置されて前記基準電極に前記基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された第１の層と、前記第１の層を基準として前記固体電解質層が配置される側とは反対側に配置されて、前記固体電解質層を加熱するための加熱部を備えたヒータ層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子には、前記ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路へと前記基準ガスを導くための流路として、前記外表面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面であって、前記第１の層を基準として前記ヒータ層が設けられる側とは反対側の外表面に開口部を有し、該開口部から前記基準ガス流路へと前記積層方向に延びる導入流路が形成されており、
前記ガスセンサ素子の積層方向に直交する外表面のうち、前記開口部が設けられた一方の外表面から前記基準ガス流路までの距離をＤ _Ａ、前記ガスセンサ素子の長手方向の端部のうち、前記導入流路に近い側の端部から、前記基準ガス流路までの距離をＤ _Ｃとすると、Ｄ _Ａ＜Ｄ _Ｃが成立することを特徴とする、ガスセンサ素子。 The solid electrolyte layer, the detection electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured, the reference electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer and exposed to the reference gas, and the solid. A first layer arranged on the other surface side of the electrolyte layer and formed with a reference gas flow path for introducing the reference gas into the reference electrode, and the solid electrolyte layer with reference to the first layer. A gas sensor element in which a plurality of layers including a heater layer provided with a heating portion for heating the solid electrolyte layer, which is arranged on the side opposite to the side on which the gas sensor is arranged, are laminated.
The gas sensor element is an outer surface of the outer surface orthogonal to the stacking direction of the gas sensor element as a flow path for guiding the reference gas from the outer surface of the gas sensor element to the reference gas flow path. Therefore, the introduction flow path has an opening on the outer surface opposite to the side on which the heater layer is provided with the first layer as a reference, and extends from the opening to the reference gas flow path in the stacking direction. Is formed ,
Wherein one of the outer surfaces perpendicular to the stacking direction of the gas sensor element, the distance D _A from the outer surface of one of said opening portions are provided to said reference gas _passage, of the longitudinal ends of the gas sensor element, wherein from the end near the inlet flow path side, and the distance to the reference gas channel and D _C, wherein the D a _<D _C is established, the gas sensor element.

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記固体電解質層は、絶縁性セラミックによって形成される絶縁基板と、固体電解質によって形成され、前記検知電極および前記基準電極と前記積層方向に重なる領域において、前記絶縁基板に貫通して配置された固体電解質部と、を備えることを特徴とする
ガスセンサ素子。 The gas sensor element according to any one of claims 1 to 4 .
The solid electrolyte layer is formed of an insulating substrate formed of an insulating ceramic and a solid formed of a solid electrolyte, and is arranged so as to penetrate the insulating substrate in a region overlapping the detection electrode and the reference electrode in the stacking direction. A gas sensor element including an electrolyte section.

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子を備えることを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor comprising the gas sensor element according to any one of claims 1 to 5 .