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公開番号2025059393
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023169456
出願日2023-09-29
発明の名称ガスセンサ
出願人日本碍子株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 27/409 20060101AFI20250403BHJP(測定;試験)
要約【課題】発熱反応を生じ得るガス種が共存する被測定ガス中であっても測定対象ガスを精度よく測定可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】長尺板状のセンサ素子101と、センサ素子101のうちの一方端を含む一部を収容する有底筒状の保護カバー130とを含み、センサ素子101の前記一方端から保護カバー130の側面を貫通するガス流入口H2の長手方向中点までのセンサ素子101の長手方向の長さLaの、ガス流入口H2の前記長手方向中点を含むセンサ素子101の長手方向に直交する平面におけるセンサ素子101と保護カバー130の内表面が規定する円との間の長さ指標Lbに対する比La/Lbが0.9以上であり、且つ、センサ素子101の2つの主面及び2つの側面のうちの長さLaの部分の表面積Sの、保護カバー103内の長さLaの部分に存在する空間の体積Vに対する比S/Vが0.15mm^-1以上である、ガスセンサ100。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状のセンサ素子であって、該センサ素子の長手方向の一方端の側に被測定ガス流通空所が形成されているセンサ素子と、
前記センサ素子のうちの前記一方端を含む一部を収容する有底筒状の保護カバーとを含むガスセンサであって、
前記保護カバーは、前記センサ素子を取り囲む前記保護カバーの側面を貫通するガス流入口を有しており、
前記センサ素子の前記一方端から前記保護カバーの前記ガス流入口の前記長手方向の中点までの前記センサ素子の前記長手方向の長さを長さＬａと表し、
前記保護カバーの前記ガス流入口の前記長手方向の中点を含む前記センサ素子の前記長手方向に直交する平面において、前記センサ素子の２つの主面の各主面と前記保護カバーの内表面が規定する円の前記各主面に対向する円周との間の最長距離をそれぞれ長さｘ１、長さｘ２とし、前記センサ素子の２つの側面の各側面と前記円の前記各側面に対向する円周との間の最長距離をそれぞれ長さｙ１、長さｙ２とし、前記センサ素子と前記保護カバーの内表面が規定する前記円との間の長さの指標を長さ指標Ｌｂ＝（ｘ１＋ｘ２＋ｙ１＋ｙ２）／４と表した時、
前記長さＬａの前記長さ指標Ｌｂに対する比Ｌａ／Ｌｂが０．９以上であり、且つ、
前記センサ素子の前記２つの主面及び前記２つの側面のうちの前記長手方向の前記長さＬａの部分の各表面積の合計を表面積Ｓと表し、前記保護カバー内の前記長手方向の前記長さＬａの部分に存在する空間の体積を体積Ｖと表した時、前記表面積Ｓの前記体積Ｖに対する比Ｓ／Ｖが０．１５ｍｍ
-1
以上である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサ。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記長手方向の前記長さＬａが１０ｍｍ以下である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記長さｘ１及び前記長さｘ２がｘ１＝ｘ２＝ｘであり、前記長さｙ１及び前記長さｙ２がｙ１＝ｙ２＝ｙであり、前記長さ指標ＬｂがＬｂ＝（ｘ＋ｙ）／２で表される、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記保護カバーは、底部にガス流出口を有している、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記保護カバーの外側に、さらに前記保護カバーを収容する外側カバーが配設されており、
前記外側カバーは、前記保護カバーの前記ガス流入口とは前記センサ素子の前記長手方向に異なる位置に外側ガス流入口を有している、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記外側カバーは、前記保護カバーの前記ガス流入口及び前記外側カバーの前記外側ガス流入口とは前記センサ素子の前記長手方向に異なる位置に外側ガス流出口を有している、請求項５に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記センサ素子の前記被測定ガス流通空所は、前記長手方向の前記一方端の端面に開口するガス導入口を有している、請求項１に記載のガスセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスセンサは、自動車の排気ガス等の被測定ガス中の対象とするガス成分（酸素Ｏ
２
、窒素酸化物ＮＯｘ、アンモニアＮＨ
３
、炭化水素ＨＣ、二酸化炭素ＣＯ
２
等）の検出や濃度の測定に使用されている。例えば、ガスセンサは、ガソリン車やディーゼル車の排気経路上に取り付けられて、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘやアンモニアＮＨ
３
等の濃度を測定するために用いられる。
【０００３】
このようなガスセンサとしては、ジルコニア（ＺｒＯ
２
）等の酸素イオン伝導性の固体電解質を用いたセンサ素子、及び、前記センサ素子のうちの被測定ガスに接する部分を保護する保護カバーを備えたガスセンサが知られている。このようなガスセンサにおいて、センサ素子への水掛かりの低減、被測定ガスによるセンサ素子の温度変動の低減等の種々の目的に応じて、様々な構造の保護カバーが用いられている（例えば、特許第３８２９０２６号公報、特許第４１７４００４号公報、特許第６９９８８０２号公報、特開２０２１－１４８６５６号公報、及び特許第４５７１９７４号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第３８２９０２６号公報
特許第４１７４００４号公報
特許第６９９８８０２号公報
特開２０２１－１４８６５６号公報
特許第４５７１９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガソリン車やディーゼル車に限らず、水素エンジン車においても、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘやアンモニアＮＨ
３
等の濃度を測定することが求められている。
【０００６】
水素エンジン車の排気経路においては、酸素と水素とが共存するガス雰囲気になることが想定される。酸素と水素とが所定の濃度範囲である場合には水素爆発が起こりうることや、水素は大気中で５００℃以上の高温になると自然発火することが、広く知られている。
【０００７】
水素エンジン車の排気経路において、上述のようなガスセンサを用いる場合に、排気経路内のガス雰囲気（特に酸素濃度及び水素濃度）、及びガスセンサの温度等の駆動条件によっては、ガスセンサ内で酸素と水素とが急激に反応し、その反応熱に起因する熱応力によってセンサ素子の内部構造にクラックが生じることが起こり得る。
【０００８】
そこで、本発明は、酸素と水素とが共存するガスのように発熱反応を生じ得るガス種が共存するガスが被測定ガスとしてガスセンサに導入される場合であっても、センサ素子におけるクラックの発生を抑制し、被測定ガス中の測定対象ガスを精度よく測定することができるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、センサ素子と、前記センサ素子の一部を収容する保護カバーに設けられたガス流入口との間の位置関係を以下のように規定することによって、発熱反応を生じ得るガス種が共存するガスが被測定ガスとしてガスセンサに導入される場合であっても、センサ素子におけるクラックの発生を抑制できることを見出した。
【００１０】
本発明には、以下の発明が含まれる。
（【００１１】以降は省略されています）

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