特許ウォッチ

公開番号2025084348
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198187
出願日2023-11-22
発明の名称センサ素子およびガスセンサ
出願人日本碍子株式会社
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類G01N 27/416 20060101AFI20250527BHJP(測定;試験)
要約【課題】特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制する。
【解決手段】センサ素子101は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有する素子本体102と、素子本体102の内部に配設された測定電極44と、内側リード部77、側面リード部78、コネクタ電極75aが測定電極44にこの順に接続された導通部74とを備える。内側リード部77は、素子本体102の内部から第3面102cへの出口部分となる引出部77eを有する。引出部77eと接続される側面リード部78がガス透過性を有している。引出部77eの外周について、ガス透過性を有する側面リード部78に覆われた部分の第1外周長である外周長が、1.30mm未満である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し且つ長手方向に沿って延在する柱状であって前記長手方向に沿った両端である前端および後端と前記長手方向に沿った表面である側面とを有し且つ前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記素子本体の内部に配設された内側電極と、
前記素子本体の内部に配設され且つ前記内側電極と導通する内側導通部、前記側面に配設され且つ前記側面の前記後端側に配設されたコネクタ電極を有し且つ前記内側導通部と導通する外側導通部、を有する導通部と、
を備え、
前記内側導通部は、前記素子本体の内部から前記側面への出口部分となる引出部を有し、
前記外側導通部は、前記内側導通部の前記引出部と接続される接続部を有し、
前記外側導通部の前記接続部がガス透過性を有し、および／または、前記内側導通部の前記引出部の少なくとも一部が前記センサ素子の外部に露出し、
前記内側導通部の前記引出部の外周について、前記ガス透過性を有する前記接続部に覆われた部分の第１外周長と前記センサ素子の外部に露出する部分の第２外周長との和である外周長が、１．３０ｍｍ未満である、
センサ素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１記載のセンサ素子であって、
前記外周長が、１．１５ｍｍ以下である、
センサ素子。
【請求項３】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記内側導通部の前記引出部のうち、前記外側導通部の前記接続部に覆われた部分の面積が、０．００１１ｍｍ
2
以上である、
センサ素子。
【請求項４】
請求項３記載のセンサ素子であって、
前記面積が、０．００１２ｍｍ
2
以上である、
センサ素子。
【請求項５】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記内側電極は、前記特定ガスの濃度の検出に用いられる測定電極である、
センサ素子。
【請求項６】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、前記固体電解質層を含む複数の層を前記長手方向に直交する積層方向に積層した積層体であり、
前記積層体は、前記側面として、前記積層方向における両端面である第１面および第２面と、前記長手方向および前記積層方向に直交する方向の両端面である第３面および第４面とを有し、
前記内側導通部は、前記第３面または前記第４面への出口部分となる前記引出部を有する内側リード部を有し、
前記接続部は、前記第３面または前記第４面に配設され且つ前記引出部に接続された側面リード部である、
センサ素子。
【請求項７】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、前記固体電解質層を含む複数の層を前記長手方向に直交する積層方向に積層した積層体であり、
前記積層体は、前記側面として、前記積層方向における両端面である第１面および第２面を有し、
前記素子本体は、前記側面の前記後端側の前記第１面または前記第２面で開口する開口部を含み且つ前記複数の層のうち１以上を前記積層方向に貫通するスルーホールを有し、
前記内側導通部は、前記スルーホール内に配設され前記開口部への出口部分となる前記引出部を有するスルーホール導体を有し、
前記接続部は、前記コネクタ電極であり且つ前記スルーホール導体の前記引出部に接続される、
センサ素子。
【請求項８】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記センサ素子と、
前記センサ素子の前記長手方向に沿って延在する筒状であって前記長手方向に沿った両端である第２前端および第２後端を有し且つ前記センサ素子が内部に配置されるケースと、
前記ケースの前記第２後端側を封止する封止部材と、
を備えるガスセンサに用いられる、
センサ素子。
【請求項９】
請求項１または２記載のセンサ素子と、
前記センサ素子の前記長手方向に沿って延在する筒状であって前記長手方向に沿った両端である第２前端および第２後端を有し且つ前記センサ素子が内部に配置されるケースと、
前記ケースの前記第２後端側を封止する封止部材と、
を備えるガスセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子およびガスセンサに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排ガスなどの被測定ガス中のＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子を備えるガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のセンサ素子は、素子本体と内側電極と端子部とリード部とを備える。素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、且つ、長手方向に沿って延在する柱状であり、且つ、長手方向に沿った両端である前端および後端と、長手方向に沿った表面である側面とを有する。素子本体の前端側は、被測定ガスに晒される。内側電極は、素子本体の内部に配設される。端子部は、素子本体の側面の後端側に配設される。リード部は、内側電極と端子部とを接続するように配置され、素子本体の内部に配設された内側部位と、側面で素子本体から露出している側面導通部とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４６２８９２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたセンサ素子において、センサ素子（素子本体）の外部の何らかのガスが、リード部における内側部位の側面導通部側の端部の外周と素子本体との隙間から素子本体の内部に侵入し、内側部位と素子本体との隙間に沿って内側電極側に移動し、内側電極に到達する場合がある。こうしたガスが内側電極に到達すると、特定ガスの濃度の検出精度の低下を招く可能性がある。
【０００５】
本発明のセンサ素子およびガスセンサは、特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセンサ素子およびガスセンサは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
［１］本発明のセンサ素子は、
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し且つ長手方向に沿って延在する柱状であって前記長手方向に沿った両端である前端および後端と前記長手方向に沿った表面である側面とを有し且つ前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記素子本体の内部に配設された内側電極と、
前記素子本体の内部に配設され且つ前記内側電極と導通する内側導通部、前記側面に配設され且つ前記側面の前記後端側に配設されたコネクタ電極を有し且つ前記内側導通部と導通する外側導通部、を有する導通部と、
を備え、
前記内側導通部は、前記素子本体の内部から前記側面への出口部分となる引出部を有し、
前記外側導通部は、前記内側導通部の前記引出部と接続される接続部を有し、
前記外側導通部の前記接続部がガス透過性を有し、および／または、前記内側導通部の前記引出部の少なくとも一部が前記センサ素子の外部に露出し、
前記内側導通部の前記引出部の外周について、前記ガス透過性を有する前記接続部に覆われた部分の第１外周長と前記センサ素子の外部に露出する部分の第２外周長との和である外周長が、１．３０ｍｍ未満である、
ことを要旨とする。
【０００８】
本発明のセンサ素子では、外側導通部のうち内側導通部の引出部と接続される接続部がガス透過性を有し、および／または、内側導通部の引出部の少なくとも一部がセンサ素子の外部に露出している。そして、内側導通部の引出部の外周について、ガス透過性を有する接続部に覆われた部分の第１外周長とセンサ素子の外部に露出する部分の第２外周長との和である外周長が、１．３０ｍｍ未満である。これにより、センサ素子（素子本体）の外部の何らかのガスが、内側導通部の引出部の外周と素子本体との隙間から素子本体の内部に侵入するのを抑制し、こうしたガスが内側電極に到達するのを抑制することができる。この結果、特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制することができる。発明者らは、このことを実験や解析などにより確認した。
【０００９】
［２］本発明のセンサ素子（上述の［１］に記載のセンサ素子）において、前記外周長が、１．１５ｍｍ以下であってもよい。こうすれば、センサ素子（素子本体）の外部の何らかのガスが内側導通部の引出部の外周と素子本体との隙間から素子本体の内部に侵入するのをより抑制することができる。
【００１０】
［３］本発明のセンサ素子（上述の［１］または［２］に記載のセンサ素子）において、前記内側導通部の前記引出部のうち、前記外側導通部の前記接続部に覆われた部分の面積が、０．００１１ｍｍ
2
以上であってもよい。こうすれば、外側導通部と内側導通部とに流れる電流の電流密度が高くなりすぎることを抑制できる。これにより、高電流密度による引出部および／または接続部の発熱を抑制して、発熱による熱膨張で接続部が剥離するのを抑制することができる。発明者らは、このことを実験や解析などにより確認した。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許