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JP6684615B2 - Sensor element and gas sensor - Google Patents
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Description

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

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxなどの所定のガスの濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。また、こうしたガスセンサにおいて、センサ素子の表面に保護層を形成することが知られている。例えば、特許文献1,2では、印刷やプラズマ溶射によりセンサ素子の表面に保護層を形成することが記載されている。この保護層を形成することで、例えば被測定ガス中の水分の付着によるセンサ素子の割れ等を抑制できるとしている。   Conventionally, there is known a gas sensor including a sensor element that detects a concentration of a predetermined gas such as NOx in a measured gas such as an exhaust gas of an automobile. In such a gas sensor, it is known to form a protective layer on the surface of the sensor element. For example, Patent Documents 1 and 2 describe forming a protective layer on the surface of a sensor element by printing or plasma spraying. By forming this protective layer, cracking of the sensor element due to adhesion of moisture in the gas under measurement can be suppressed, for example.

特開2011−214853JP2011-214853A 特許第3766572号Patent No. 3766572

このようなガスセンサのセンサ素子は、通常駆動時の温度が高温(例えば800℃など)であり、水分の付着で急激に冷えることによるセンサ素子の割れをさらに抑制することが望まれていた。   The sensor element of such a gas sensor has a high temperature during normal driving (for example, 800 ° C.), and it has been desired to further suppress cracking of the sensor element due to rapid cooling due to adhesion of moisture.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサ素子の素子本体の耐被水性を向上させることを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and its main purpose is to improve the water resistance of the element body of the sensor element.

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。   The present invention adopts the following means in order to achieve the above-mentioned main object.

本発明のセンサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備えたものである。
The sensor element of the present invention is
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
It is equipped with.

このセンサ素子では、素子本体の表面のうち外側電極が配置された第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を、保護層が被覆している。そして、この保護層は、第2面が露出した1以上の露出空間を有している。これにより、保護層の厚さ方向への熱伝導を露出空間によって断熱できるため、保護層の表面に水が付着した場合の素子本体の冷えが抑制される。したがって、素子本体の耐被水性が向上する。   In this sensor element, the protective layer covers at least a part of the second surface of the surface of the element body opposite to the first surface on which the outer electrode is arranged. Then, the protective layer has one or more exposed spaces in which the second surface is exposed. Thereby, the heat conduction in the thickness direction of the protective layer can be insulated by the exposed space, so that the cooling of the element body when water adheres to the surface of the protective layer is suppressed. Therefore, the water resistance of the element body is improved.

本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも1つは、前記第2面に垂直な方向からみたときに、該第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央と重なるように位置していてもよい。ここで、保護層に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分(例えば第2面の端部に近い部分など)は比較的高温になりにくい。そのため、第2面のうち保護層に被覆されている領域の中央を露出空間によって断熱することで、素子本体の耐被水性がより向上する。なお、「該第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央」は、保護層に被覆されている領域のうち第2面の短手方向の中央としてもよいし、第2面の長手方向の中央としてもよいし、第2面の短手方向の中央且つ長手方向の中央(すなわち保護層に被覆されている領域の中心)としてもよい。   In the sensor element of the present invention, at least one of the exposed spaces is arranged so as to overlap with a center of a region of the second surface covered with the protective layer when viewed from a direction perpendicular to the second surface. It may be located. Here, the center of the area covered with the protective layer is likely to have a relatively high temperature, and the portion far from the center (for example, a portion near the end of the second surface) is relatively unlikely to have a high temperature. Therefore, by insulating the center of the region of the second surface covered by the protective layer with the exposed space, the water resistance of the element body is further improved. The "center of the area of the second surface covered by the protective layer" may be the center of the second surface of the area covered by the protective layer in the lateral direction. Of the second surface may be the center of the second surface in the lateral direction and the center of the second surface in the longitudinal direction (that is, the center of the region covered with the protective layer).

本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも1つは、前記保護層の外部と連通する開口を有していてもよい。こうすれば、開口から露出空間内の熱を逃がすことができるため、素子本体の過熱が抑制される。したがって、保護層の表面に水が付着した場合の素子本体の急激な温度低下を抑制でき、素子本体の耐被水性が向上する。   In the sensor element of the present invention, at least one of the exposed spaces may have an opening that communicates with the outside of the protective layer. In this way, the heat in the exposed space can be released from the opening, so that overheating of the element body is suppressed. Therefore, it is possible to suppress a rapid temperature decrease of the element body when water adheres to the surface of the protective layer, and the water resistance of the element body is improved.

本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記露出空間と、該複数の露出空間の少なくとも1つに対して前記第2面に垂直な方向にずれて位置し前記第2面が露出しない複数の非露出空間と、を有していてもよい。保護層内にこのような複数の空間がある場合、合計容積が同じ1つの空間がある場合と比べて、保護層の強度は低下しにくい。そのため、保護層内に空間を設けることで耐被水性を向上させつつ、空間が存在することによる保護層の強度の低下を抑制できる。   In the sensor element of the present invention, the protective layer is positioned so as to be displaced in a direction perpendicular to the second surface with respect to the plurality of exposed spaces and at least one of the plurality of exposed spaces, and the second surface is exposed. And a plurality of non-exposed spaces that do not exist. When there are a plurality of such spaces in the protective layer, the strength of the protective layer is less likely to decrease than in the case where there is one space with the same total volume. Therefore, by providing a space in the protective layer, it is possible to improve the water resistance and prevent a decrease in the strength of the protective layer due to the presence of the space.

本発明のセンサ素子において、前記保護層は、前記露出空間の少なくとも1つについて、該露出空間を前記第2面に垂直な方向に支持する1以上の柱状部を有していてもよい。こうすれば、柱状部が露出空間を支持することで、保護層の強度の低下を抑制できる。   In the sensor element of the present invention, the protective layer may have, for at least one of the exposed spaces, one or more columnar portions that support the exposed space in a direction perpendicular to the second surface. In this case, the columnar portion supports the exposed space, so that the reduction in strength of the protective layer can be suppressed.

柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、複数の前記柱状部は、前記第2面に垂直な方向からみたときに、前記第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されてもよい。ここで、保護層に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分(例えば第2面の端部に近い部分など)は比較的高温になりにくい。そのため、比較的高温になりにくい部分ほど柱状部の密度が高くなる傾向にすることで、柱状部によって保護層の強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい領域については柱状部が存在することによる露出空間の断熱効果の低下を抑制できる。したがって、保護層の強度の低下をより抑制しつつ、素子本体の耐被水性をより向上させることができる。ここで、「柱状部の密度が高くなる傾向」は、単位面積あたりの柱状部の数が多くなる傾向や、柱状部の太さが太くなる傾向を含む。   In the sensor element of the aspect of the invention having a columnar portion, the protective layer has a plurality of the columnar portions, and the plurality of the columnar portions, when viewed from a direction perpendicular to the second surface, The columnar portions may be arranged such that the density of the columnar portions increases as the distance from the center of the region covered by the protective layer on the second surface increases. Here, the center of the area covered with the protective layer is likely to have a relatively high temperature, and the portion far from the center (for example, a portion near the end of the second surface) is relatively unlikely to have a high temperature. Therefore, by making the density of the columnar portion higher in the portion where the temperature is relatively less likely to become high, the columnar portion suppresses the decrease in the strength of the protective layer, and the columnar portion exists in the region where the temperature tends to become high. It is possible to suppress a decrease in the heat insulating effect of the exposed space due to. Therefore, it is possible to further improve the water resistance of the element body while further suppressing the decrease in the strength of the protective layer. Here, "the tendency that the density of the columnar parts becomes high" includes the tendency that the number of the columnar parts per unit area becomes large and the thickness of the columnar parts becomes thick.

柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、複数の前記柱状部は、前記第2面に垂直な方向からみたときに、前記第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央に近いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。   In the sensor element of the aspect of the present invention having a columnar portion, the plurality of columnar portions have a center of a region of the second surface covered with the protective layer when viewed from a direction perpendicular to the second surface. The columnar portions may be arranged so that the closer they are, the higher the density of the columnar portions becomes.

本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間を、該第2面の短手方向に沿って複数有していてもよい。第2面の長手方向に沿った細長い露出空間が第2面の短手方向に沿って複数存在することで、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第2面の短手方向に沿った応力が低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。この場合において、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間は、前記第2面の短手方向に沿った1辺が他の2辺よりも短い直方体形状の空間としてもよい。   In the sensor element of the present invention, the protective layer may have a plurality of the exposed spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface, along the lateral direction of the second surface. Since there are a plurality of elongated exposed spaces along the longitudinal direction of the second surface along the lateral direction of the second surface, the protective layer is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the protective layer and the element body when exposed to water. Therefore, the stress on the element body along the lateral direction of the second surface is reduced. Therefore, the element body is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body is further improved. In this case, the exposed space whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface may be a rectangular parallelepiped space in which one side along the lateral direction of the second surface is shorter than the other two sides. .

本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第2面の短手方向に沿った前記露出空間を、該第2面の長手方向に沿って複数有していてもよい。第2面の短手方向に沿った細長い露出空間が第2面の長手方向に沿って複数存在することで、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第2面の長手方向に沿った応力が低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。この場合において、長手方向が前記第2面の短手方向に沿った前記露出空間は、前記第2面の長手方向に沿った1辺が他の2辺よりも短い直方体形状の空間としてもよい。   In the sensor element of the present invention, the protective layer may have a plurality of the exposed spaces whose longitudinal direction is along the lateral direction of the second surface, along the longitudinal direction of the second surface. Since there are a plurality of elongated exposed spaces along the lateral direction of the second surface along the longitudinal direction of the second surface, the protective layer is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the protective layer and the element body when exposed to water. Therefore, the stress on the element body along the longitudinal direction of the second surface is reduced. Therefore, the element body is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body is further improved. In this case, the exposed space whose longitudinal direction is along the lateral direction of the second surface may be a rectangular parallelepiped space in which one side along the longitudinal direction of the second surface is shorter than the other two sides. .

本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間である第1露出空間を、該第2面の短手方向に沿って複数有しており、且つ、長手方向が前記第2面の短手方向に沿うと共に前記第1露出空間と交差する前記露出空間である第2露出空間を、該第2面の長手方向に沿って複数有していてもよい。こうすれば、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第2面の短手方向に沿った応力と長手方向に沿った応力とが共に低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。   In the sensor element of the present invention, the protective layer has a plurality of first exposed spaces whose longitudinal direction is the exposed space along the longitudinal direction of the second surface, along the lateral direction of the second surface. And a plurality of second exposed spaces, which are the exposed spaces whose longitudinal direction extends along the lateral direction of the second surface and intersect the first exposed space, along the longitudinal direction of the second surface. You may have. By doing so, both the stress along the lateral direction and the stress along the longitudinal direction of the second surface from the protective layer to the element body due to the difference in thermal expansion coefficient between the protective layer and the element body when exposed to water are both generated. Will be reduced. Therefore, the element body is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body is further improved.

本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面から離れるほど該露出空間が狭くなる傾向の形状をしていてもよい。このような形状の露出空間は、例えば第2面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。   In the sensor element of the present invention, at least one of the exposed spaces may have a shape such that the exposed space becomes narrower as the distance from the second surface increases. The exposed space having such a shape can suppress a decrease in strength of the protective layer, as compared with, for example, a rectangular parallelepiped space having an inner surface parallel to the second surface.

本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面から離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも2つの内表面を有していてもよい。このような内表面を有する露出空間は、例えば第2面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。   In the sensor element of the present invention, at least one of the exposed spaces may have at least two inner surfaces inclined in a direction in which the exposed spaces are closer to each other as the distance from the second surface increases. The exposed space having such an inner surface can suppress the decrease in strength of the protective layer as compared with, for example, a rectangular parallelepiped space having an inner surface parallel to the second surface.

本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面に対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっていてもよい。このような内表面を有する露出空間は、例えば第2面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。   In the sensor element of the present invention, at least one of the exposed spaces may have a curved surface in which an inner surface facing the second surface is curved outward. The exposed space having such an inner surface can suppress the decrease in strength of the protective layer as compared with, for example, a rectangular parallelepiped space having an inner surface parallel to the second surface.

本発明のガスセンサは、
上述したいずれかの態様のセンサ素子
を備えたものである。
The gas sensor of the present invention is
The sensor element according to any one of the aspects described above is provided.

このガスセンサは、上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子を備えている。そのため、上述した本発明のセンサ素子と同様の効果、例えば素子本体の耐被水性が向上する効果が得られる。   This gas sensor includes the sensor element according to any one of the above-described aspects of the present invention. Therefore, an effect similar to that of the sensor element of the present invention described above, for example, an effect of improving water resistance of the element body is obtained.

第1実施形態のセンサ素子101の構成の一例を概略的に示した斜視図。The perspective view which showed roughly an example of the structure of the sensor element 101 of 1st Embodiment. 第1実施形態のガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面図。The sectional view showing roughly an example of the composition of gas sensor 100 of a 1st embodiment. 図1のB−B断面図。1. BB sectional drawing of FIG. 図3のC−C断面図。CC sectional drawing of FIG. 図3のD−D断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line DD of FIG. 3. 第2実施形態のセンサ素子101Aの断面図。Sectional drawing of 101 A of sensor elements of 2nd Embodiment. 図6のE−E断面図。EE sectional drawing of FIG. 第3実施形態のセンサ素子101Bの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101B of 3rd Embodiment. 図8のF−F断面図。F-F sectional drawing of FIG. 第4実施形態のセンサ素子101Cの断面図。Sectional drawing of 101 C of sensor elements of 4th Embodiment. 図10のG−G断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line GG of FIG. 10. 第5実施形態のセンサ素子101Dの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101D of 5th Embodiment. 図12のH−H断面図。The HH sectional view of FIG. 第6実施形態のセンサ素子101Eの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101E of 6th Embodiment. 図14のI−I断面図。FIG. 15 is a sectional view taken along line I-I of FIG. 14. 第7実施形態のセンサ素子101Fの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101F of 7th Embodiment. 図16のJ−J断面図。FIG. 17 is a sectional view taken along line JJ of FIG. 16. 図16のK−K断面図。FIG. 17 is a sectional view taken along line KK of FIG. 16. 第8実施形態のセンサ素子101Gの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101G of 8th Embodiment. 図19のL−L断面図。FIG. 20 is a sectional view taken along line LL in FIG. 19. 第9実施形態のセンサ素子101Hの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101H of 9th Embodiment. 図21のM−M断面図。FIG. 22 is a sectional view taken along line MM in FIG. 21. 第10実施形態のセンサ素子101Iの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101I of 10th Embodiment. センサ素子101Iの前端周辺の下面図。The bottom view of the front end periphery of sensor element 101I. 第11実施形態のセンサ素子101Jの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101J of 11th Embodiment. センサ素子101Jの前端周辺の下面図。The bottom view of the front end periphery of sensor element 101J. 第12実施形態のセンサ素子101Kの断面図。Sectional drawing of the sensor element 101K of 12th Embodiment. センサ素子101Kの前端周辺の下面図。The bottom view of the front end periphery of sensor element 101K.

[第1実施形態]
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態であるガスセンサ100が備えるセンサ素子101の構成の一例を概略的に示した斜視図である。図2は、ガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面図である。なお、図2中のセンサ素子101の断面部分は、図1のA−A断面である。図3は、図1のB−B断面図である。図3では、素子本体102の断面内部の図示は省略している。図4は、図3のC−C断面図である。図5は、図3のD−D断面図である。センサ素子101は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子101の長手方向(図2の左右方向)を前後方向とし、センサ素子101の厚み方向(図2の上下方向)を上下方向とする。また、センサ素子101の幅方向(前後方向及び上下方向に垂直な方向)を左右方向とする。
[First Embodiment]
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of a sensor element 101 included in the gas sensor 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view schematically showing an example of the configuration of the gas sensor 100. The cross-sectional portion of the sensor element 101 in FIG. 2 is the AA cross section in FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. In FIG. 3, illustration of the inside of the cross section of the element body 102 is omitted. FIG. 4 is a sectional view taken along line CC of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. The sensor element 101 has a long rectangular parallelepiped shape, and the longitudinal direction of the sensor element 101 (left-right direction in FIG. 2) is the front-back direction, and the thickness direction of the sensor element 101 (up-down direction in FIG. 2) is the up-down direction. To do. Further, the width direction of the sensor element 101 (the direction perpendicular to the front-back direction and the vertical direction) is defined as the left-right direction.

ガスセンサ100は、例えば車両の排ガス管などの配管に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるNOxやO2等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ100は特定ガス濃度としてNOx濃度を測定するものとした。ガスセンサ100は、センサ素子101を備えている。センサ素子101は、センサ素子本体102と、センサ素子本体102を被覆する多孔質の保護層84と、を備えている。なお、センサ素子本体102は、センサ素子101のうち保護層84以外の部分を指す。 The gas sensor 100 is attached to, for example, a pipe such as an exhaust gas pipe of a vehicle, and is used to measure the concentration of a specific gas such as NOx or O 2 contained in the exhaust gas as the gas to be measured. In the present embodiment, the gas sensor 100 measures the NOx concentration as the specific gas concentration. The gas sensor 100 includes a sensor element 101. The sensor element 101 includes a sensor element body 102 and a porous protective layer 84 that covers the sensor element body 102. The sensor element body 102 refers to a portion of the sensor element 101 other than the protective layer 84.

図2に示すように、センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。 As shown in FIG. 2, the sensor element 101 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, and a third substrate layer 3, each of which is an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2 ). The first solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the second solid electrolyte layer 6 are six layers stacked in this order from the bottom in the drawing. The solid electrolyte forming these six layers is dense and airtight. The sensor element 101 is manufactured by, for example, performing predetermined processing and printing a circuit pattern on a ceramic green sheet corresponding to each layer, stacking them, and then firing and integrating them.

センサ素子101の一先端部(前方向の端部)であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。   The gas introduction port 10 and the first diffusion portion are provided between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, which is one end portion (front end portion) of the sensor element 101. In a mode in which the rate-controlling part 11, the buffer space 12, the second diffusion-controlling part 13, the first internal space 20, the third diffusion-controlling part 30, and the second internal space 40 communicate with each other in this order. Adjacent to each other.

ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。   The gas inlet 10, the buffer space 12, the first internal space 20, and the second internal space 40 are provided on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 with the upper portion provided in a mode in which the spacer layer 5 is hollowed out. The lower part is the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, and the side part is the space defined by the side surface of the spacer layer 5 inside the sensor element 101.

第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位をガス流通部とも称する。   The first diffusion control part 11, the second diffusion control part 13, and the third diffusion control part 30 are all provided as two horizontally long slits (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing). . The portion from the gas inlet 10 to the second inner space 40 is also referred to as a gas distribution portion.

また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。   Further, at a position farther from the front end side than the gas flow section, between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5, the side portion is partitioned by the side surface of the first solid electrolyte layer 4. A reference gas introduction space 43 is provided at the position. For example, the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas when the NOx concentration is measured.

大気導入層48は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。   The atmosphere introduction layer 48 is a layer made of porous ceramics, and the reference gas is introduced into the atmosphere introduction layer 48 through the reference gas introduction space 43. The atmosphere introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内や第2内部空所40内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。   The reference electrode 42 is an electrode formed so as to be sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4, and is connected to the reference gas introduction space 43 around the reference electrode 42 as described above. An atmosphere introduction layer 48 is provided. Further, as described later, it is possible to measure the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 and the second internal space 40 using the reference electrode 42.

ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。   In the gas flow section, the gas introduction port 10 is a portion opened to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas introduction port 10. The first diffusion control part 11 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken in from the gas inlet 10. The buffer space 12 is a space provided for guiding the gas to be measured introduced from the first diffusion control section 11 to the second diffusion control section 13. The second diffusion control part 13 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20. When the gas to be measured is introduced from the outside of the sensor element 101 into the first internal space 20, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (if the gas to be measured is exhaust gas of an automobile, pulsation of exhaust pressure). The gas to be measured which is rapidly taken into the inside of the sensor element 101 from the gas introduction port 10 is not directly introduced into the first internal space 20, but the first diffusion control part 11, the buffer space 12, the second space. After the variation of the concentration of the gas to be measured is canceled through the diffusion rate controlling unit 13, the gas is introduced into the first internal space 20. As a result, the concentration fluctuation of the measured gas introduced into the first internal void 20 becomes almost negligible. The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion control section 13. The oxygen partial pressure is adjusted by operating the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。   The main pump cell 21 includes an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22 a provided on almost the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first inner space 20, and an upper pump electrode 22 of the upper surface of the second solid electrolyte layer 6. An electrochemical pump cell composed of an outer pump electrode 23 provided in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a so as to be exposed to the external space, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. is there.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。   The inner pump electrode 22 is formed so as to extend over the upper and lower solid electrolyte layers (the second solid electrolyte layer 6 and the first solid electrolyte layer 4) that partition the first inner space 20, and the spacer layer 5 that provides the side wall. There is. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal void 20, and a bottom portion is provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. A spacer layer in which the electrode portions 22b are formed, and the side electrode portions (not shown) configure both side wall portions of the first internal space 20 so as to connect the ceiling electrode portion 22a and the bottom electrode portion 22b. 5 is formed on the side wall surface (inner surface) of the side electrode portion 5 and is arranged in a tunnel-shaped structure at the side electrode portion.

内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as porous cermet electrodes (for example, cermet electrodes of Pt containing 1% Au and ZrO 2 ). The inner pump electrode 22 that comes into contact with the gas to be measured is formed using a material having a reduced ability to reduce NOx components in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。   In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp0 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 so that a pump current flows between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 in the positive direction or the negative direction. By flowing Ip0, it is possible to pump oxygen in the first internal space 20 into the external space or pump oxygen in the external space into the first internal space 20.

また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。   In addition, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4 The third substrate layer 3 and the reference electrode 42 form an electrochemical sensor cell, that is, an oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump.

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が一定となるように可変電源25のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。   By measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be known. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback controlling the pump voltage Vp0 of the variable power supply 25 so that the electromotive force V0 becomes constant. Thereby, the oxygen concentration in the first inner space 20 can be maintained at a predetermined constant value.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。   The third diffusion control part 30 imparts a predetermined diffusion resistance to the measured gas whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and supplies the measured gas to the measured gas. This is a part that leads to the second internal space 40.

第2内部空所40は、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、補助ポンプセル50により酸素濃度が調整された第2内部空所40において、さらに、測定用ポンプセル41の動作によりNOx濃度が測定される。   The second internal space 40 is provided as a space for performing a process related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration in the measured gas introduced through the third diffusion control part 30. In the measurement of the NOx concentration, the NOx concentration is mainly measured by the operation of the measurement pump cell 41 in the second internal space 40 where the oxygen concentration is adjusted by the auxiliary pump cell 50.

第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。   In the second internal void 40, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal void 20 is adjusted in advance, the auxiliary pump cell 50 is further added to the gas to be measured introduced through the third diffusion control section 30. The oxygen partial pressure is adjusted by. As a result, the oxygen concentration in the second inner space 40 can be kept constant with high precision, and thus the gas sensor 100 can accurately measure the NOx concentration.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101の外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。   The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, an outer pump electrode 23 (the outer pump electrode 23). However, the auxiliary electrochemical pump cell is composed of a second solid electrolyte layer 6 and a suitable electrode outside the sensor element 101).

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第1固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。   The auxiliary pump electrode 51 is arranged in the second internal space 40 in the same tunnel structure as the inner pump electrode 22 provided in the first internal space 20. That is, the ceiling electrode portion 51a is formed for the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal void 40, and the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal void 40 is provided. , The bottom electrode portion 51b is formed, and the side electrode portion (not shown) that connects the ceiling electrode portion 51a and the bottom electrode portion 51b to each other forms the side wall of the second inner space 40. It has a tunnel-like structure formed on both wall surfaces. The auxiliary pump electrode 51 is also made of a material having a reduced ability to reduce NOx components in the gas to be measured, like the inner pump electrode 22.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。   In the auxiliary pump cell 50, by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is pumped to the external space or externally. It is possible to pump into the second internal space 40 from the space.

また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。   Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte. The layer 4 and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling the auxiliary pump.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。   The auxiliary pump cell 50 performs pumping by the variable power source 52 whose voltage is controlled based on the electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81. As a result, the oxygen partial pressure in the atmosphere inside the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx.

また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。   At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for main pump control. Specifically, the pump current Ip1 is input as a control signal to the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for main pump control, and the electromotive force V0 thereof is controlled, so that the third diffusion-controlling section 30 causes the second internal void space. The gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced into 40 is controlled so as to be always constant. When used as a NOx sensor, the oxygen concentration in the second internal space 40 is maintained at a constant value of about 0.001 ppm by the action of the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50.

測定用ポンプセル41は、第2内部空所40内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第2内部空所40に面する第1固体電解質層4の上面であって第3拡散律速部30から離間した位置に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。   The measurement pump cell 41 measures the NOx concentration in the measured gas in the second internal space 40. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44, which is provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the second internal space 40 and apart from the third diffusion control part 30, and an outer pump electrode 23. , The second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4 are electrochemical pump cells.

測定電極44は、多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第2内部空所40内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。さらに、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。   The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode. The measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx existing in the atmosphere inside the second internal space 40. Further, the measurement electrode 44 is covered with the fourth diffusion control part 45.

第4拡散律速部45は、セラミックス多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うとともに、測定電極44の保護膜としても機能する。測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。   The fourth diffusion control part 45 is a film made of a ceramic porous body. The fourth diffusion control part 45 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44, and also functions as a protective film of the measurement electrode 44. In the measurement pump cell 41, oxygen generated by the decomposition of nitrogen oxide in the atmosphere around the measurement electrode 44 can be pumped out, and the generated amount can be detected as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。   Further, in order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, an electrochemical sensor cell, that is, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the measurement electrode 44, and the reference electrode 42, that is, An oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for measuring pump control is configured. The variable power supply 46 is controlled based on the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82.

第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部45を通じて測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2が一定となるように可変電源46の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured introduced into the second internal space 40 reaches the measurement electrode 44 through the fourth diffusion control part 45 under the condition that the oxygen partial pressure is controlled. Nitrogen oxide in the measured gas around the measuring electrode 44 is reduced (2NO → N 2 + O 2 ) to generate oxygen. Then, the generated oxygen is pumped by the measuring pump cell 41. At this time, the variable power source is used so that the electromotive force V2 detected by the measuring pump controlling oxygen partial pressure detecting sensor cell 82 becomes constant. The voltage Vp2 of 46 is controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxide in the measurement gas, the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41 is used to measure the nitrogen oxide in the measurement gas. The concentration will be calculated.

また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と基準電極42を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。   If the measuring electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3 and the reference electrode 42 are combined to constitute the oxygen partial pressure detecting means as an electrochemical sensor cell, the measuring electrode 44 The electromotive force corresponding to the difference between the amount of oxygen generated by the reduction of NOx components in the surrounding atmosphere and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere can be detected, and the concentration of NOx components in the measured gas can be detected. It is also possible to ask

また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。   An electrochemical sensor cell 83 is composed of the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42. The oxygen partial pressure in the gas to be measured outside the sensor can be detected by the electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。   In the gas sensor 100 having such a configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx). The gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the NOx concentration in the measured gas is determined based on the pump current Ip2 flowing when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out from the measurement pump cell 41 in substantially proportion to the NOx concentration in the measured gas. You can know it.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータコネクタ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74と、圧力放散孔75と、を備えている。   Further, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and keeping the temperature of the sensor element 101 in order to enhance the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater unit 70 includes a heater connector electrode 71, a heater 72, a through hole 73, a heater insulating layer 74, and a pressure diffusion hole 75.

ヒータコネクタ電極71は、第1基板層1の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。   The heater connector electrode 71 is an electrode formed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate layer 1. By connecting the heater connector electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater unit 70 from the outside.

ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72は、スルーホール73を介してヒータコネクタ電極71と接続されており、該ヒータコネクタ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。   The heater 72 is an electric resistor formed in such a manner that it is sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The heater 72 is connected to the heater connector electrode 71 through the through hole 73 and generates heat by being supplied with electric power from the outside through the heater connector electrode 71 to heat and keep the solid electrolyte forming the sensor element 101. .

また、ヒータ72は、第1内部空所20から第2内部空所40の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。   Further, the heater 72 is buried over the entire area from the first internal space 20 to the second internal space 40, and it becomes possible to adjust the temperature of the entire sensor element 101 to a temperature at which the solid electrolyte is activated. ing.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。   The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed of an insulator such as alumina on the upper and lower surfaces of the heater 72. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heater 72 and electrical insulation between the third substrate layer 3 and the heater 72.

圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。   The pressure diffusion hole 75 is a portion that is provided so as to penetrate the third substrate layer 3 and communicate with the reference gas introduction space 43, and for the purpose of alleviating an increase in internal pressure due to a temperature increase in the heater insulating layer 74. Formed.

また、素子本体102は、図1,2に示すように、一部が保護層84により被覆されている。ここで、センサ素子101は直方体であるため、図1〜図3に示すように、センサ素子101の固体電解質層の外表面として、第1面102a(上面),第2面102b(下面),第3面102c(左側面),第4面102d(右側面),第5面102e(前端面),第6面102f(後端面)、の6面を有している。保護層84は、多孔質体であり、素子本体102の6個の表面(第1〜第6面102a〜102f)のうち5面(第1〜第5面102a〜102e)にそれぞれ形成された第1〜第5保護層84a〜84eを備えている。第1〜第5保護層84a〜84eを保護層84と総称する。第1〜第4保護層84a〜84dの各々は、自身が形成されている素子本体102の表面のうち、素子本体102の前端面から後方に向かって距離L(図2参照)までの領域を全て覆っている。また、第1保護層84aは、第1面102aのうち外側ポンプ電極23が形成された部分も被覆している(図2,3参照)。第5保護層84eは、ガス導入口10も覆っているが、第5保護層84eが多孔質体であるため、被測定ガスは保護層84eの内部を流通してガス導入口に到達可能である。保護層84は、素子本体102の一部(素子本体102の前端面を含む、前端面から距離Lまでの部分)を被覆して、その部分を保護するものである。保護層84は、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体102にクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。なお、距離Lは、ガスセンサ100において素子本体102が被測定ガスに晒される範囲や、外側ポンプ電極23の位置などに基づいて、(0<距離L<素子本体102の長手方向の長さ)の範囲で定められている。   The element body 102 is partially covered with a protective layer 84, as shown in FIGS. Here, since the sensor element 101 is a rectangular parallelepiped, as shown in FIGS. 1 to 3, as the outer surface of the solid electrolyte layer of the sensor element 101, the first surface 102a (upper surface), the second surface 102b (lower surface), It has six surfaces, that is, a third surface 102c (left side surface), a fourth surface 102d (right side surface), a fifth surface 102e (front end surface), and a sixth surface 102f (rear end surface). The protective layer 84 is a porous body and is formed on each of five surfaces (first to fifth surfaces 102a to 102e) of the six surfaces (first to sixth surfaces 102a to 102f) of the element body 102. The first to fifth protective layers 84a to 84e are provided. The first to fifth protective layers 84a to 84e are collectively referred to as the protective layer 84. Each of the first to fourth protective layers 84a to 84d covers an area up to a distance L (see FIG. 2) from the front end surface of the element body 102 toward the rear, on the surface of the element body 102 on which the element is formed. It covers everything. The first protective layer 84a also covers the portion of the first surface 102a where the outer pump electrode 23 is formed (see FIGS. 2 and 3). The fifth protective layer 84e also covers the gas inlet 10, but since the fifth protective layer 84e is a porous body, the gas to be measured can flow through the inside of the protective layer 84e and reach the gas inlet. is there. The protective layer 84 covers a part of the element body 102 (a part including the front end surface of the element body 102 from the front end surface to the distance L) to protect the part. The protective layer 84 plays a role of suppressing the generation of cracks in the element body 102 due to, for example, water in the gas to be measured adhere. It should be noted that the distance L is (0 <distance L <length in the longitudinal direction of the element body 102) based on the range in which the element body 102 is exposed to the gas to be measured in the gas sensor 100, the position of the outer pump electrode 23, and the like. It is defined by the range.

なお、本実施形態では、図1に示すように、素子本体102は前後方向の長さと、左右方向の幅と、上下方向の厚さとがそれぞれ異なっており、長さ>幅>厚さとなっている。また、距離Lは素子本体102の幅及び厚さよりも大きい値であるものとした。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, the element body 102 has different lengths in the front-rear direction, widths in the left-right direction, and thicknesses in the up-down direction, and length> width> thickness. There is. Further, the distance L is set to be a value larger than the width and thickness of the element body 102.

図2〜5に示すように、保護層84は、内部に空間90を有する。具体的には、第1保護層84aが上側空間91を有し、第2保護層84bが下側空間92を有し、第3保護層84cが左側空間93を有し、第4保護層84dが右側空間94を有している。この空間91〜94を空間90と総称する。   As shown in FIGS. 2 to 5, the protective layer 84 has a space 90 inside. Specifically, the first protective layer 84a has the upper space 91, the second protective layer 84b has the lower space 92, the third protective layer 84c has the left space 93, and the fourth protective layer 84d. Has a right side space 94. The spaces 91 to 94 are collectively referred to as a space 90.

上側空間91は、第1面102aが露出した露出空間であり、略直方体形状に形成されている。上側空間91は、図4に示すように、第1面102aに垂直な方向からみたときすなわち上面視で、第1面102aのうち保護層84(第1保護層84a)に被覆されている領域(第1面102aのうち前端面から距離Lまでの領域)の中心を含むように位置している。すなわち、第1面102aのうち保護層84(第1保護層84a)に被覆されている領域の中心が、上側空間91に露出している。なお、第1面102aのうち保護層84に被覆されている領域の中心とは、その領域の前後方向の中央且つ左右方向の中央を意味する。また、上側空間91は、上方からみたときに、上側空間91の少なくとも一部が外側ポンプ電極23の少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。本実施形態では、図4に示すように、上方からみたときに、上側空間91は外側ポンプ電極23全体と重なる(上側空間91が外側ポンプ電極23全体を含む)ように位置している。すなわち、外側ポンプ電極23全体が上側空間91内に露出している。   The upper space 91 is an exposed space where the first surface 102a is exposed, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 4, the upper space 91 is a region of the first surface 102a covered by the protective layer 84 (first protective layer 84a) when viewed from a direction perpendicular to the first surface 102a, that is, in a top view. It is located so as to include the center of (a region from the front end face to the distance L of the first surface 102a). That is, the center of the region of the first surface 102 a covered by the protective layer 84 (first protective layer 84 a) is exposed in the upper space 91. The center of the region of the first surface 102a covered by the protective layer 84 means the center in the front-rear direction and the center in the left-right direction of the region. Further, the upper space 91 may be positioned such that at least a part of the upper space 91 overlaps with at least a part of the outer pump electrode 23 when viewed from above. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the upper space 91 is positioned so as to overlap the entire outer pump electrode 23 (the upper space 91 includes the entire outer pump electrode 23) when viewed from above. That is, the entire outer pump electrode 23 is exposed in the upper space 91.

下側空間92,左側空間93,右側空間94は、上側空間91とは異なりそれぞれ第2面102b,第3面102c,第4面102dが露出しているが、上側空間91と同様の形状をしている。第2面102b,第3面102c,第4面102dに対する下側空間92,左側空間93,右側空間94の位置関係は、第1面102aに対する上側空間91の位置関係と同様である。上側空間91と下側空間92とは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間93と右側空間94とは左右対称な形状及び配置をしている。   Unlike the upper space 91, the lower space 92, the left space 93, and the right space 94 have the second surface 102b, the third surface 102c, and the fourth surface 102d exposed, but have the same shape as the upper space 91. is doing. The positional relationship of the lower space 92, the left space 93, and the right space 94 with respect to the second surface 102b, the third surface 102c, and the fourth surface 102d is similar to the positional relationship of the upper space 91 with respect to the first surface 102a. The upper space 91 and the lower space 92 have vertically symmetrical shapes and arrangements. The left space 93 and the right space 94 have a symmetrical shape and arrangement.

具体的には、下側空間92は、第2面102bが露出した露出空間であり、略直方体形状に形成されている。下側空間92は、図5に示すように、第2面102bに垂直な方向すなわち下方からみたときに、第2面102bのうち保護層84(第2保護層84b)に被覆されている領域(第2面102bのうち前端面から距離Lまでの領域)の中心を含むように位置している。すなわち、第2面102bのうち保護層84(第2保護層84b)に被覆されている領域の中心が、下側空間92に露出している。なお、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中心とは、その領域の前後方向の中央且つ左右方向の中央を意味する。   Specifically, the lower space 92 is an exposed space in which the second surface 102b is exposed, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 5, the lower space 92 is a region of the second surface 102b covered by the protective layer 84 (second protective layer 84b) when viewed in a direction perpendicular to the second surface 102b, that is, when viewed from below. It is located so as to include the center of (the region from the front end face to the distance L of the second surface 102b). That is, the center of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84 (second protective layer 84b) is exposed in the lower space 92. The center of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84 means the center in the front-rear direction and the center in the left-right direction of the region.

左側空間93は、第3面102cが露出しており、第3面102cに垂直な方向すなわち左方からみたときに、第3面102cのうち保護層84(第3保護層84c)に被覆されている領域(第3面102cのうち前端面から距離Lまでの領域)の中心を含むように位置している。右側空間94は、第4面102dが露出しており、第4面102dに垂直な方向すなわち右方からみたときに、第4面102dのうち保護層84(第4保護層84d)に被覆されている領域(第4面102dのうち前端面から距離Lまでの領域)の中心を含むように位置している。   The third surface 102c of the left space 93 is exposed, and when viewed from a direction perpendicular to the third surface 102c, that is, from the left side, the left space 93 is covered with the protective layer 84 (third protective layer 84c) of the third surface 102c. It is located so as to include the center of the region (the region from the front end face to the distance L of the third surface 102c). In the right space 94, the fourth surface 102d is exposed, and when viewed from a direction perpendicular to the fourth surface 102d, that is, from the right side, the protective layer 84 (fourth protective layer 84d) of the fourth surface 102d is covered. It is located so as to include the center of the region (the region from the front end face to the distance L of the fourth surface 102d).

保護層84は、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体,チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などの多孔質体からなるものである。本実施形態では、保護層84はアルミナ多孔質体からなるものとした。特に限定するものではないが、保護層84の膜厚は例えば100〜1000μmであり、保護層84の気孔率は例えば5体積%〜85体積%である。   The protective layer 84 is made of a porous body such as an alumina porous body, a zirconia porous body, a spinel porous body, a cordierite porous body, a titania porous body, or a magnesia porous body. In this embodiment, the protective layer 84 is made of an alumina porous body. Although not particularly limited, the thickness of the protective layer 84 is, for example, 100 to 1000 μm, and the porosity of the protective layer 84 is, for example, 5% by volume to 85% by volume.

こうして構成されたガスセンサ100の製造方法を以下に説明する。ガスセンサ100の製造方法では、まず素子本体102を製造し、次に素子本体102に保護層84を形成してセンサ素子101を製造する。   A method of manufacturing the gas sensor 100 thus configured will be described below. In the method of manufacturing the gas sensor 100, the element body 102 is manufactured first, and then the protective layer 84 is formed on the element body 102 to manufacture the sensor element 101.

素子本体102を製造する方法について説明する。まず、6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。そして、第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに電極や絶縁層、抵抗発熱体等のパターンを印刷する。このように各種のパターンを形成したあと、グリーンシートを乾燥する。その後、それらを積層して積層体とする。こうして得られた積層体は、複数個の素子本体102を包含したものである。その積層体を切断して素子本体102の大きさに切り分け、所定の焼成温度で焼成して、素子本体102を得る。   A method of manufacturing the element body 102 will be described. First, six unfired ceramic green sheets are prepared. Then, each of the first substrate layer 1, the second substrate layer 2, the third substrate layer 3, the first solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the second solid electrolyte layer 6 is respectively provided. Patterns such as electrodes, insulating layers, and resistance heating elements are printed on the ceramic green sheet. After forming various patterns in this way, the green sheet is dried. Then, they are laminated to form a laminated body. The laminate thus obtained includes a plurality of element bodies 102. The laminated body is cut into pieces of the size of the element body 102, and the element body 102 is obtained by firing at a predetermined firing temperature.

次に、素子本体102に保護層84を形成する方法について説明する。保護層84の形成は、ゲルキャスト法,スクリーン印刷,ディッピング,プラズマ溶射などの種々の方法により形成することができる。また、保護層84内の空間90の形成は、燃焼によって消失する消失材(例えばカーボン,テオブロミンなど)を用いて行うことができる。   Next, a method of forming the protective layer 84 on the element body 102 will be described. The protective layer 84 can be formed by various methods such as gel casting, screen printing, dipping, and plasma spraying. The space 90 in the protective layer 84 can be formed by using a vanishing material (for example, carbon or theobromine) that vanishes by combustion.

なお、ゲルキャスト法は、スラリーを、スラリー自身の化学反応により固化して成形体とする方法である。例えば、成形型の内部に素子本体102の一部(被覆したい部分)を露出させ、成形型と素子本体102との隙間にスラリーを流し込み、固化させる。ゲルキャスト法に用いるスラリーとしては、例えば、保護層84の原料粉末(セラミックス粒子など)と、焼結助剤と、有機溶媒と、分散剤及びゲル化剤とを含むものを用いることができる。ゲル化剤としては、重合可能な少なくとも2種類の有機化合物を含むものであれば、特に限定されないが、例えば、ウレタン反応が可能な2種類の有機化合物を含むものなどが挙げられる。このような2種類の有機化合物としては、イソシアネート類とポリオール類が挙げられる。スラリーを調製するに当たっては、まず、原料粉末、焼結助剤、有機溶媒及び分散剤を所定の割合で添加して所定時間に亘ってこれらを混合することによりスラリー前駆体を調製する。そして、スラリーを使用する直前に、そのスラリー前駆体にゲル化剤を添加して混合することによりスラリーとする。なお、スラリー前駆体に、ゲル化剤を構成するイソシアネート類、ポリオール類及び触媒のいずれか1つか2つを添加しておき、その後、スラリーを調製する際に、残りの成分を添加してもよい。スラリー前駆体にゲル化剤を添加したあとのスラリーは、時間経過に伴いゲル化剤の化学反応(ウレタン反応)が進行し始めるため、速やかに成形型内に流し込むことが好ましい。   The gel casting method is a method in which the slurry is solidified by a chemical reaction of the slurry itself to form a molded body. For example, a part of the element body 102 (a portion to be covered) is exposed inside the molding die, and the slurry is poured into a gap between the molding die and the element body 102 to be solidified. As the slurry used in the gel casting method, for example, a slurry containing raw material powder (ceramic particles or the like) for the protective layer 84, a sintering aid, an organic solvent, a dispersant and a gelling agent can be used. The gelling agent is not particularly limited as long as it contains at least two types of polymerizable organic compounds, and examples thereof include those containing two types of organic compounds capable of urethane reaction. Examples of such two types of organic compounds include isocyanates and polyols. In preparing a slurry, first, a raw material powder, a sintering aid, an organic solvent and a dispersant are added at a predetermined ratio and mixed for a predetermined time to prepare a slurry precursor. Immediately before using the slurry, a gelling agent is added to and mixed with the slurry precursor to form a slurry. It should be noted that any one or two of the isocyanates, the polyols and the catalyst constituting the gelling agent are added to the slurry precursor, and then the remaining components may be added when the slurry is prepared. Good. Since the chemical reaction (urethane reaction) of the gelling agent begins to proceed with time, the slurry after the gelling agent is added to the slurry precursor is preferably poured into the molding die promptly.

例えば、保護層84を形成する場合、以下のように行う。まず、素子本体102の表面に、消失材を塗布及び乾燥することで、上側空間91,下側空間92,左側空間93,右側空間94の形状の消失体を形成する。消失材の塗布は、例えばスクリーン印刷,グラビア印刷,インクジェット印刷などによって行うことができる。また、塗布及び乾燥を複数回繰り返して消失体を形成しても良い。次に、素子本体102の表面に保護層84を形成する。これにより、空間90の形状の消失体を備えた保護層84が形成される。その後、消失体を燃焼により消失させる。これにより、消失体の部分が空間90となり、内部に空間90を有する保護層84が形成される。このようにして素子本体102に保護層84を形成し、センサ素子101を得る。なお、ゲルキャスト法,スクリーン印刷又はディッピングにより保護層84を形成する際には、保護層84となるスラリーを固化や乾燥させた後に、スラリーを焼成して保護層84とする。この場合、保護層84の焼成と消失体の燃焼とを同時に行ってもよい。また、プラズマ溶射により保護層84を形成する場合には、保護層84を形成した後に消失体を燃焼により消失させればよい。   For example, when forming the protective layer 84, it is performed as follows. First, a vanishing material is applied to the surface of the element body 102 and dried to form vanishing bodies in the shapes of the upper space 91, the lower space 92, the left space 93, and the right space 94. The disappearance material can be applied by screen printing, gravure printing, inkjet printing, or the like. Further, the extinguishing body may be formed by repeating coating and drying a plurality of times. Next, the protective layer 84 is formed on the surface of the element body 102. As a result, the protective layer 84 including the disappearing body in the shape of the space 90 is formed. After that, the extinguishing body is extinguished by burning. As a result, the part of the vanishing body becomes the space 90, and the protective layer 84 having the space 90 inside is formed. In this way, the protective layer 84 is formed on the element body 102 to obtain the sensor element 101. When the protective layer 84 is formed by gel casting, screen printing or dipping, the protective layer 84 is solidified or dried, and then the slurry is baked to form the protective layer 84. In this case, the protective layer 84 may be fired and the extinguishing body may be burned at the same time. When the protective layer 84 is formed by plasma spraying, the extinguishing body may be extinguished by burning after forming the protective layer 84.

なお、空間90の形状の消失体を備えた保護層84(あるいは焼成前の保護層84)を形成する際には、保護層84の一部の形成と消失体の一部の形成とを繰り返し行って、素子本体102の表面から厚さ方向に徐々に積層していくことで保護層84と消失体とを形成してもよい。また、保護層84の形成は、第1〜第5保護層84a〜84eをまとめて形成して行ってもよいし、第1〜第5保護層84a〜84eを1層ずつ形成して行ってもよい。   When forming the protective layer 84 (or the protective layer 84 before firing) provided with the disappearance body in the shape of the space 90, formation of a part of the protection layer 84 and formation of a part of the disappearance body are repeated. Then, the protective layer 84 and the vanishing body may be formed by gradually laminating the surface of the element body 102 in the thickness direction. The protective layer 84 may be formed by collectively forming the first to fifth protective layers 84a to 84e, or by forming the first to fifth protective layers 84a to 84e one by one. Good.

このようにしてセンサ素子101を得ると、所定のハウジングに収容してガスセンサ100の本体(図示せず)に組み込むことで、ガスセンサ100が得られる。   When the sensor element 101 is obtained in this way, the gas sensor 100 is obtained by housing it in a predetermined housing and incorporating it in the main body (not shown) of the gas sensor 100.

こうして構成されたガスセンサ100の使用時には、配管内の被測定ガスがセンサ素子101に到達し、保護層84を通過してガス導入口10内に流入する。そして、センサ素子101は、ガス導入口10内に流入した被測定ガス中のNOx濃度を検出する。このとき、被測定ガスに含まれる水分が保護層84の表面に付着する場合がある。素子本体102は、上述したようにヒータ72により固体電解質が活性化する温度(例えば800℃など)に調整されており、素子102に水分が付着すると温度が急激に低下して素子本体102にクラックが生じる場合がある。ここで、本実施形態の保護層84は、内部に空間90を有している。これにより、保護層84の厚さ方向(保護層84の外周面から素子本体102へ向かう方向)への熱伝導を空間90によって断熱できるため、保護層84の表面に水が付着した場合の素子本体102の冷えが抑制される。具体的には、上側空間91,下側空間92,左側空間93,右側空間94の各々が存在することで、保護層84の上側,下側,左側,右側の各々の表面に水が付着した場合の素子本体102の冷えを抑制できる。したがって、本実施形態では、素子本体102の耐被水性が向上している。   When the gas sensor 100 configured in this manner is used, the gas to be measured in the pipe reaches the sensor element 101, passes through the protective layer 84, and flows into the gas inlet 10. Then, the sensor element 101 detects the NOx concentration in the measured gas that has flowed into the gas inlet 10. At this time, the water contained in the measured gas may adhere to the surface of the protective layer 84. As described above, the element body 102 is adjusted to a temperature (for example, 800 ° C.) at which the solid electrolyte is activated by the heater 72, and when moisture adheres to the element 102, the temperature sharply decreases and cracks occur in the element body 102. May occur. Here, the protective layer 84 of the present embodiment has a space 90 inside. Thereby, the heat conduction in the thickness direction of the protective layer 84 (the direction from the outer peripheral surface of the protective layer 84 toward the element body 102) can be insulated by the space 90, and thus the element when water adheres to the surface of the protective layer 84. Cooling of the main body 102 is suppressed. Specifically, due to the presence of each of the upper space 91, the lower space 92, the left space 93, and the right space 94, water adheres to the upper, lower, left, and right surfaces of the protective layer 84. In this case, cooling of the element body 102 can be suppressed. Therefore, in this embodiment, the water resistance of the element body 102 is improved.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の素子本体102が本発明の素子本体に相当し、外側ポンプ電極23が外側電極に相当し、下側空間92が露出空間に相当し、保護層84が保護層に相当する。   Here, the correspondence relationship between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. The element body 102 of the present embodiment corresponds to the element body of the present invention, the outer pump electrode 23 corresponds to the outer electrode, the lower space 92 corresponds to the exposed space, and the protective layer 84 corresponds to the protective layer.

以上詳述した本実施形態のガスセンサ100によれば、センサ素子101は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体102と、素子本体102の第1面102aに配置された外側ポンプ電極23と、素子本体102の第1面102aとは反対側の第2面102bの少なくとも一部を被覆し、第2面102bが露出した1以上の露出空間(下側空間92)を有する保護層84と、を備えている。これにより、保護層84の厚さ方向への熱伝導(特に第2保護層84bの下側表面から上方への熱伝導)を下側空間92によって断熱できるため、保護層84の表面に水が付着した場合の素子本体102の冷えが抑制される。したがって、素子本体102の耐被水性が向上する。なお、本実施形態では、図2に示すように、素子本体102の上下方向の中央よりも下方にヒータ72が配置されている。すなわち、ヒータ72は第1面102aよりも第2面102bに近い位置に配置されている。そのため、第2面102bは比較的高温になりやすい。したがって、保護層84が第2面102b側に下側空間92を備える意義が高い。また、上側空間91,左側空間93,右側空間94の各々が存在することで、第1,第3,第4保護層84a,84c,84dの各々の表面に水が付着した場合の素子本体102の冷えを抑制できるため、素子本体102の耐被水性がより向上する。   According to the gas sensor 100 of the present embodiment described in detail above, the sensor element 101 includes a long rectangular parallelepiped element body 102 having an oxygen ion conductive solid electrolyte layer and a first surface 102a of the element body 102. At least one exposed space (lower space) that covers at least a part of the arranged outer pump electrode 23 and the second surface 102b of the element body 102 opposite to the first surface 102a, and exposes the second surface 102b. 92) having a protective layer 84. Thereby, the heat conduction in the thickness direction of the protective layer 84 (in particular, the heat conduction from the lower surface of the second protective layer 84b to the upper side) can be insulated by the lower space 92, so that the surface of the protective layer 84 is protected from water. Cooling of the element body 102 when adhered is suppressed. Therefore, the water resistance of the element body 102 is improved. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the heater 72 is arranged below the vertical center of the element body 102. That is, the heater 72 is arranged at a position closer to the second surface 102b than the first surface 102a. Therefore, the second surface 102b is likely to have a relatively high temperature. Therefore, it is highly significant that the protective layer 84 includes the lower space 92 on the second surface 102b side. In addition, the presence of each of the upper space 91, the left space 93, and the right space 94 allows the element body 102 when water adheres to the surfaces of the first, third, and fourth protective layers 84a, 84c, and 84d. Since the cooling of the element body 102 can be suppressed, the water resistance of the element body 102 is further improved.

また、下側空間92は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中央と重なるように位置している。ここで、保護層84に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分(例えば第2面102bの端部に近い部分など)は比較的高温になりにくい。そのため、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中央を下側空間92によって断熱することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。   Further, the lower space 92 is located so as to overlap with the center of the region of the second surface 102b covered with the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. Here, the center of the region covered with the protective layer 84 is likely to have a relatively high temperature, and the portion far from the center (for example, a portion near the end of the second surface 102b) is relatively hard to have a relatively high temperature. Therefore, by insulating the center of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84 with the lower space 92, the water resistance of the element body 102 is further improved.

[第2実施形態]
図6は、第2実施形態のセンサ素子101Aの断面図である。図7は、図6のE−E断面図である。センサ素子101Aは、保護層84が空間90とは異なる空間90Aを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a sectional view of the sensor element 101A of the second embodiment. FIG. 7 is a sectional view taken along line EE of FIG. The sensor element 101A has a space 90A in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment.

空間90Aは、上側空間91A,下側空間92A,左側空間93A,右側空間94Aを有している。上側空間91Aは、第1保護層84aの上面に開口する連通孔H1をさらに備えている点以外は、第1実施形態の上側空間91と同じである。同様に、各空間92A〜94Aは、保護層84の外側の面に開口する連通孔H2〜H4をさらに備えている点以外は、第1実施形態の各空間92〜94と同じである。   The space 90A has an upper space 91A, a lower space 92A, a left space 93A, and a right space 94A. The upper space 91A is the same as the upper space 91 of the first embodiment except that the upper space 91A further includes a communication hole H1 that opens to the upper surface of the first protective layer 84a. Similarly, each of the spaces 92A to 94A is the same as each of the spaces 92 to 94 of the first embodiment except that the spaces 92A to 94A further include communication holes H2 to H4 that open to the outer surface of the protective layer 84.

連通孔H2は、保護層84の下面に略四角形状に開口した直方体形状の空間である。ただし、これに限らず例えば円形に開口していてもよい。この連通孔H2により、下側空間92Aは保護層84の外部と連通している。連通孔H2の位置は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央としてもよいし、左右方向の中央としてもよいし、中心(前後左右の中央)としてもよい。   The communication hole H2 is a rectangular parallelepiped space opened on the lower surface of the protective layer 84 in a substantially rectangular shape. However, the shape is not limited to this, and the opening may be circular, for example. Through this communication hole H2, the lower space 92A communicates with the outside of the protective layer 84. The position of the communication hole H2 may be the center in the front-rear direction or the center in the left-right direction of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. It may be the center or the center (front, rear, left and right center).

連通孔H1,H3,H4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する連通孔H2の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、上側空間91Aと下側空間92Aとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間93Aと右側空間94Aとは左右対称な形状及び配置をしている。   The positional relationship and shape of the communication holes H1, H3, H4 with respect to the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are the same as the positional relationship and shape of the communication hole H2 with respect to the second surface 102b. . In addition, in this embodiment, the upper space 91A and the lower space 92A are vertically symmetrical in shape and arrangement. The left side space 93A and the right side space 94A have symmetrical shapes and arrangements.

以上説明したセンサ素子101Aも、センサ素子101と同様に、各空間91A〜94Aが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、下側空間92Aは、第2保護層84bの外部と連通する開口(連通孔H2の開口)を有している。これにより、開口から下側空間92A内の熱を逃がすことができるため、素子本体102の過熱が抑制される。したがって、保護層84の表面に水が付着した場合の素子本体102の急激な温度低下を抑制でき、素子本体102の耐被水性が向上する。同様に、各空間91A,93A,94Aが連通孔H1,H3,H4の開口を有することで、素子本体102の耐被水性が向上する。   Like the sensor element 101, the sensor element 101A described above has the spaces 91A to 94A, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, the lower space 92A has an opening (opening of the communication hole H2) communicating with the outside of the second protective layer 84b. As a result, the heat in the lower space 92A can be released from the opening, so that overheating of the element body 102 is suppressed. Therefore, it is possible to suppress a rapid temperature decrease of the element body 102 when water adheres to the surface of the protective layer 84, and the water resistance of the element body 102 is improved. Similarly, since each of the spaces 91A, 93A, 94A has openings of the communication holes H1, H3, H4, the water resistance of the element body 102 is improved.

[第3実施形態]
図8は、第3実施形態のセンサ素子101Bの断面図である。図9は、図8のF−F断面図である。センサ素子101Bは、保護層84が空間90とは異なる空間90Bを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a sectional view of the sensor element 101B of the third embodiment. FIG. 9 is a sectional view taken along line FF of FIG. The sensor element 101B has a space 90B in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment.

空間90Bは、上側空間91B,下側空間92B,左側空間93B,右側空間94Bを有している。下側空間92Bは、第2面102bが露出した複数の露出空間95B2と、露出空間95B2に対して第2面102bに垂直な方向(下方)にずれて位置し第2面102bが露出しない複数の非露出空間96B2と、を有している。露出空間95B2は、略直方体形状の空間である。露出空間95B2は、図9に示すように左右方向に3個,前後方向に4個の計12個が存在し、下面視で格子状に配列されている。非露出空間96B2は、略直方体形状の空間である。非露出空間96B2は、図9に示すように左右方向に4個,前後方向に5個の計20個が存在し、下面視で格子状に配列されている。複数の露出空間95B2はいずれも上下方向の長さが同じである。また、複数の非露出空間96B2はいずれも上下方向の長さが同じであり、上下方向の位置も同じである。すなわち、複数の露出空間95B2と複数の非露出空間96B2とは、上下2段に配列されている。   The space 90B has an upper space 91B, a lower space 92B, a left space 93B, and a right space 94B. The lower space 92B is located in a plurality of exposed spaces 95B2 with the second surface 102b exposed, and a plurality of exposed spaces 95B2 displaced in a direction (downward) perpendicular to the second surface 102b with respect to the exposed space 95B2, and the second surface 102b is not exposed. And the non-exposed space 96B2. The exposed space 95B2 is a substantially rectangular parallelepiped space. As shown in FIG. 9, there are a total of 12 exposed spaces 95B2, three in the left-right direction and four in the front-rear direction, and they are arranged in a grid in a bottom view. The non-exposed space 96B2 is a substantially rectangular parallelepiped space. As shown in FIG. 9, there are 20 non-exposed spaces 96B2, four in the left-right direction and five in the front-rear direction, and they are arranged in a grid pattern in a bottom view. All of the plurality of exposed spaces 95B2 have the same vertical length. Further, all of the plurality of non-exposed spaces 96B2 have the same vertical length and the same vertical position. That is, the plurality of exposed spaces 95B2 and the plurality of non-exposed spaces 96B2 are arranged in two upper and lower stages.

複数の露出空間95B2と複数の非露出空間96B2とは、上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が重複しないように、上下に離れた高さに位置している。また、複数の露出空間95B2と複数の露出空間96B2とは、互いに左右方向にずれた位置且つ前後方向にずれた位置に配置されている。 The plurality of exposed spaces 95B2 and the plurality of unexposed spaces 96B2 are located at vertically separated heights so that their positions do not overlap with each other when viewed from a direction perpendicular to the vertical direction. Further, the plurality of exposure space 95B2 a plurality of unexposed spaces 96B2, is disposed at a position shifted to the position and the front-rear direction shifted in the lateral direction.

上側空間91Bは、第1面102aが露出した複数の露出空間95B1と、露出空間95B1に対して第1面102aに垂直な方向(上方)にずれて位置し第1面102aが露出しない複数の非露出空間96B1と、を有している。左側空間93Bは、第3面102cが露出した複数の露出空間95B3と、露出空間95B3に対して第3面102cに垂直な方向(左方)にずれて位置し第3面102cが露出しない複数の非露出空間96B3と、を有している。右側空間94Bは、第4面102dが露出した複数の露出空間95B4と、露出空間95B4に対して第4面102dに垂直な方向(右方)にずれて位置し第4面102dが露出しない複数の非露出空間96B4と、を有している。各露出空間95B1,95B3,95B4,各非露出空間96B1,96B3,96B4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する露出空間95B2,非露出空間96B2の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、露出空間95B3,95B4はそれぞれ上下方向に1個,前後方向に4個の計4個とした。また、非露出空間96B3,96B4はそれぞれ上下方向に2個,前後方向に5個の計10個とした。また、本実施形態では、上側空間91Bと下側空間92Bとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間93Bと右側空間94Bとは左右対称な形状及び配置をしている。   The upper space 91B is located at a plurality of exposed spaces 95B1 with the first surface 102a exposed, and a plurality of exposed spaces 95B1 displaced in the direction (upward) perpendicular to the first surface 102a with respect to the exposed space 95B1 and the first surface 102a is not exposed. And an unexposed space 96B1. The left space 93B is located in a plurality of exposed spaces 95B3 with the third surface 102c exposed, and a plurality of exposed spaces 95B3 displaced in the direction (left side) perpendicular to the third surface 102c with respect to the exposed space 95B3, and the third surface 102c is not exposed. And a non-exposed space 96B3. The right side space 94B is located in a plurality of exposed spaces 95B4 with the fourth surface 102d exposed, and a plurality of exposed spaces 95B4 displaced in the direction (right side) perpendicular to the fourth surface 102d with respect to the exposed space 95B4, and the fourth surface 102d is not exposed. And a non-exposed space 96B4. The positional relationship and shape of the exposed spaces 95B1, 95B3, 95B4, and the non-exposed spaces 96B1, 96B3, 96B4 with respect to the corresponding first, third, and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are the same as the exposure on the second surface 102b. This is the same as the positional relationship and shape of the space 95B2 and the non-exposed space 96B2. In this embodiment, there are four exposed spaces 95B3 and 95B4, one in the vertical direction and four in the front-back direction. In addition, the non-exposed spaces 96B3 and 96B4 are respectively two in the vertical direction and five in the front-back direction, for a total of ten. In addition, in the present embodiment, the upper space 91B and the lower space 92B have vertically symmetrical shapes and arrangements. The left-side space 93B and the right-side space 94B have a bilaterally symmetrical shape and arrangement.

以上説明したセンサ素子101Bも、センサ素子101と同様に、各空間91B〜94Bが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、第2保護層84bは、複数の露出空間95B2と、複数の露出空間95B2の少なくとも1つに対して第2面102bに垂直な方向にずれて位置し第2面102bが露出しない複数の非露出空間96B2と、を有している。第2保護層84b内にこのような複数の空間がある場合、合計容積が同じ1つの空間がある場合と比べて、第2保護層84bの強度は低下しにくい。そのため、第2保護層84b内に空間を設けることで素子本体102の耐被水性を向上させつつ、空間が存在することによる第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。また、複数の露出空間95B2に対して垂直な方向にずれて位置する複数の非露出空間96B2があることで、同じ形状及び数の複数の空間が全て第2面102bに平行な方向にずれて位置している(垂直な方向にはずれていない)場合と比べて、空間同士の位置を離しやすい。そのため、第2保護層84bの強度の低下をより抑制できる。各空間91B,93B,94Bについても、同様の構成により同様の効果が得られる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101B described above has the spaces 91B to 94B, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. In addition, the second protective layer 84b is positioned in a direction perpendicular to the second surface 102b with respect to the plurality of exposed spaces 95B2 and at least one of the plurality of exposed spaces 95B2, and the second surface 102b is not exposed. And an unexposed space 96B2. When such a plurality of spaces are provided in the second protective layer 84b, the strength of the second protective layer 84b is less likely to decrease than in the case where there is one space having the same total volume. Therefore, by providing a space in the second protective layer 84b, it is possible to improve the water resistance of the element body 102 and suppress the reduction in the strength of the second protective layer 84b due to the presence of the space. In addition, since there are a plurality of non-exposed spaces 96B2 that are displaced in a direction perpendicular to the plurality of exposed spaces 95B2, all the plurality of spaces having the same shape and number are displaced in the direction parallel to the second surface 102b. Compared with the case where the spaces are located (not displaced in the vertical direction), the spaces are easily separated from each other. Therefore, the reduction in strength of the second protective layer 84b can be further suppressed. The same effect can be obtained for each of the spaces 91B, 93B, 94B with the same configuration.

[第4実施形態]
図10は、第4実施形態のセンサ素子101Cの断面図である。図11は、図10のG−G断面図である。センサ素子101Cは、保護層84が空間90Bとは異なる空間90Cを備えており、それ以外の点は第3実施形態のセンサ素子101Bと同じである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view of the sensor element 101C of the fourth embodiment. 11 is a sectional view taken along line GG of FIG. The sensor element 101C has a space 90C in which the protective layer 84 is different from the space 90B, and is otherwise the same as the sensor element 101B in the third embodiment.

空間90Cは、上側空間91C,下側空間92C,左側空間93C,右側空間94Cを有している。下側空間92Cは、第2面102bが露出した複数の露出空間95C2と、露出空間95C2に対して第2面102bに垂直な方向(下方)にずれて位置し第2面102bが露出しない複数の非露出空間96C2と、を有している。同様に、各空間91C,93C,94Cは、複数の露出空間95C1,95C3,95C4と、複数の非露出空間96C1,96C3,96C4と、を有している。 The space 90C has an upper space 91C, a lower space 92C, a left space 93C, and a right space 94C. The lower space 92C is located at a plurality of exposed spaces 95C2 where the second surface 102b is exposed and a plurality of exposed spaces 95C2 which are offset from the exposed space 95C2 in a direction (downward) perpendicular to the second surface 102b and where the second surface 102b is not exposed. And the non-exposed space 96C2. Similarly, each space 91C, 93C, 94C has a plurality of exposed space 95C1,95C3,95C4, a plurality of unexposed spaces 96C1,96C3, and 96 C4, a.

非露出空間96C2の数,形状,配置は、第3実施形態の非露出空間96B2と同じである。同様に、非露出空間96C1,96C3,96C4の数,形状,配置は、第3実施形態の非露出空間96B1,96B3,96B4と同じである。   The number, shape, and arrangement of the non-exposed space 96C2 are the same as those of the non-exposed space 96B2 of the third embodiment. Similarly, the number, shape, and arrangement of the non-exposed spaces 96C1, 96C3, 96C4 are the same as the non-exposed spaces 96B1, 96B3, 96B4 of the third embodiment.

複数の露出空間95C2は、複数の非露出空間96C2に対して第2面102bに垂直な方向及び前後方向にずれて位置しているが、左右方向の位置は同じである。この点が第3実施形態の露出空間95B2と非露出空間96B2との位置関係と異なる。図11に示すように、露出空間95C2は、左右方向に4個,前後方向に4個の計16個が存在し、下面視で格子状に配列されている。   The plurality of exposed spaces 95C2 are displaced from the plurality of unexposed spaces 96C2 in the direction perpendicular to the second surface 102b and in the front-rear direction, but the positions in the left-right direction are the same. This is different from the positional relationship between the exposed space 95B2 and the non-exposed space 96B2 of the third embodiment. As shown in FIG. 11, there are 16 exposed spaces 95C2, four in the left-right direction and four in the front-rear direction, and are arranged in a grid shape in a bottom view.

同様に、複数の露出空間95C1,95C3,95C4についても、対応する複数の非露出空間96C1,96C3,96C4と左右方向の位置は同じである。なお、各露出空間95C1,95C3,95C4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する露出空間95C2の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、露出空間95C3,95C4はそれぞれ上下方向に2個,前後方向に4個の計8個とした。また、本実施形態では、上側空間91Cと下側空間92Cとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間93Cと右側空間94Cとは左右対称な形状及び配置をしている。   Similarly, the plurality of exposed spaces 95C1, 95C3, 95C4 have the same horizontal position as the corresponding plurality of unexposed spaces 96C1, 96C3, 96C4. The positional relationship and shape of the exposed spaces 95C1, 95C3, and 95C4 with respect to the corresponding first, third, and fourth surfaces 102a, 102c, and 102d are the same as the positional relationship and shape of the exposed space 95C2 with respect to the second surface 102b. It is the same. In the present embodiment, the exposed spaces 95C3 and 95C4 are two in the vertical direction and four in the front-back direction, for a total of eight. In addition, in the present embodiment, the upper space 91C and the lower space 92C have vertically symmetrical shapes and arrangements. The left side space 93C and the right side space 94C have a symmetrical shape and arrangement.

以上説明したセンサ素子101Cも、センサ素子101やセンサ素子101Bと同様の構成により、同様の効果が得られる。   The sensor element 101C described above has the same configuration as the sensor element 101 and the sensor element 101B, and the same effect can be obtained.

[第5実施形態]
図12は、第5実施形態のセンサ素子101Dの断面図である。図13は、図12のH−H断面図である。センサ素子101Dは、保護層84が空間90とは異なる空間90Dを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 12 is a sectional view of the sensor element 101D of the fifth embodiment. FIG. 13 is a sectional view taken along line HH of FIG. The sensor element 101D has a space 90D in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment.

空間90Dは、上側空間91D,下側空間92D,左側空間93D,右側空間94Dを有している。上側空間91Dは、上側空間91Dを第1面102aに垂直な方向に支持する柱状部P1が複数形成されている点以外は、第1実施形態の上側空間91と同じである。同様に、各空間92D〜94Dは、それぞれ対応する第2面〜第4面102b〜102dに垂直な方向に各空間を支持する柱状部P2〜P4が複数形成されている点以外は、第1実施形態の各空間92〜94と同じである。   The space 90D has an upper space 91D, a lower space 92D, a left space 93D, and a right space 94D. The upper space 91D is the same as the upper space 91 of the first embodiment except that a plurality of columnar portions P1 that support the upper space 91D in the direction perpendicular to the first surface 102a are formed. Similarly, each of the spaces 92D to 94D is the first except that a plurality of columnar portions P2 to P4 supporting the respective spaces are formed in a direction perpendicular to the corresponding second surface to fourth surface 102b to 102d. It is the same as each of the spaces 92 to 94 in the embodiment.

柱状部P2は、第2保護層84bの一部であり、四角柱状の形状をしている。柱状部P2の形状は、これに限らず円柱状や三角柱状,五角形以上の多角柱状などとしてもよい。図13に示すように、複数の柱状部P2は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されている。より具体的には、前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部P2の数が多くなる傾向(複数の柱状部P2が密集する傾向)に配置されている。換言すると、複数の柱状部P2は、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前端や後端に近いほど、単位面積あたりの柱状部P2の数が多くなる傾向に配置されている。   The columnar portion P2 is a part of the second protective layer 84b, and has a rectangular columnar shape. The shape of the columnar portion P2 is not limited to this, and may be a columnar shape, a triangular columnar shape, a pentagonal or higher polygonal columnar shape, or the like. As shown in FIG. 13, the plurality of columnar portions P2 are farther from the center in the front-rear direction of the region of the second surface 102b covered with the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. The columnar portions P2 are arranged so that the density of the columnar portions P2 tends to increase. More specifically, it is arranged such that the number of columnar portions P2 per unit area increases as the distance from the center in the front-rear direction increases (the plurality of columnar portions P2 tend to be dense). In other words, the plurality of columnar portions P2 are arranged such that the number of the columnar portions P2 per unit area increases as they are closer to the front end and the rear end of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84. ing.

柱状部P1,P3,P4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する柱状部P2の位置関係や形状と同様である。例えば、柱状部P1は、第1面102aに垂直な方向からみたときに、第1面102aのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部P1の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部P3は、第3面102cに垂直な方向からみたときに、第3面102cのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部P3の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部P4は、第4面102dに垂直な方向からみたときに、第4面102dのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部P4の数が多くなる傾向に配置されている。なお、本実施形態では、複数の柱状部P1と複数の柱状部P2とは上下対称な形状及び配置をしている。複数の柱状部P3と複数の柱状部P4とは左右対称な形状及び配置をしている。   The positional relations and shapes of the columnar portions P1, P3, P4 with respect to the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are similar to the positional relations and shapes of the columnar portion P2 with respect to the second surface 102b. . For example, when the columnar portion P1 is viewed from a direction perpendicular to the first surface 102a, the columnar portion P1 per unit area becomes farther from the center in the front-rear direction of the region of the first surface 102a covered by the protective layer 84. The numbers are arranged in a tendency to increase. When the columnar portion P3 is viewed from a direction perpendicular to the third surface 102c, the number of the columnar portion P3 per unit area becomes farther from the front-rear center of the region of the third surface 102c covered by the protective layer 84. Are arranged in a tendency to increase. When viewed from a direction perpendicular to the fourth surface 102d, the columnar portion P4 has the number of the columnar portions P4 per unit area as it is farther from the center of the region of the fourth surface 102d covered by the protective layer 84 in the front-rear direction. Are arranged in a tendency to increase. In addition, in the present embodiment, the plurality of columnar portions P1 and the plurality of columnar portions P2 have vertically symmetrical shapes and arrangements. The plurality of columnar portions P3 and the plurality of columnar portions P4 have a bilaterally symmetrical shape and arrangement.

以上説明したセンサ素子101Dも、センサ素子101と同様に、各空間91D〜94Dが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、第2保護層84bは、下側空間92Dについて、下側空間92Dを第2面102bに垂直な方向に支持する1以上の柱状部P2を有している。そのため、柱状部P2が下側空間92Dを支持することで、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。さらに、第2保護層84bは、複数の柱状部P2を有しており、複数の柱状部P2は、第2面102bのうち第2保護層84bに被覆されている領域の中央から遠いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されている。ここで、第2保護層84bに被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分(例えば第2面102bの端部に近い部分など)は比較的高温になりにくい。そのため、比較的高温になりにくい部分ほど柱状部P2の密度が高くなる傾向にすることで、柱状部P2によって第2保護層84bの強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい領域については柱状部P2が存在することによる下側空間92Dの断熱効果の低下を抑制できる。したがって、第2保護層84bの強度の低下をより抑制しつつ、素子本体102の耐被水性をより向上させることができる。各空間91D,93D,94Dについても、同様の構成により同様の効果が得られる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101D described above has the spaces 91D to 94D, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, the second protective layer 84b has, for the lower space 92D, one or more columnar portions P2 that support the lower space 92D in a direction perpendicular to the second surface 102b. Therefore, since the columnar portion P2 supports the lower space 92D, it is possible to suppress the decrease in strength of the second protective layer 84b. Further, the second protective layer 84b has a plurality of columnar portions P2, and the plurality of columnar portions P2 are columnar as they are farther from the center of the region of the second surface 102b covered by the second protective layer 84b. It is arranged such that the density of the portion P2 tends to increase. Here, the center of the region covered by the second protective layer 84b is likely to have a relatively high temperature, and the part far from the center (for example, a part near the end of the second surface 102b) is relatively unlikely to have a high temperature. Therefore, by making the density of the columnar portions P2 higher in the portion where the temperature is relatively less likely to rise, the columnar portion P2 suppresses the decrease in the strength of the second protective layer 84b, while the region in which the temperature is likely to rise becomes columnar. It is possible to suppress a decrease in the heat insulating effect of the lower space 92D due to the presence of the portion P2. Therefore, the water resistance of the element body 102 can be further improved while further suppressing the decrease in the strength of the second protective layer 84b. The same effect can be obtained for each of the spaces 91D, 93D, and 94D with the same configuration.

[第6実施形態]
図14は、第6実施形態のセンサ素子101Eの断面図である。図15は、図14のI−I断面図である。センサ素子101Eは、保護層84が空間90Dとは異なる空間90Eを備えており、それ以外の点は第5実施形態のセンサ素子101Dと同じである。
[Sixth Embodiment]
FIG. 14: is sectional drawing of the sensor element 101E of 6th Embodiment. FIG. 15 is a sectional view taken along line I-I of FIG. 14. In the sensor element 101E, the protective layer 84 has a space 90E different from the space 90D, and the other points are the same as the sensor element 101D of the fifth embodiment.

空間90Eは、上側空間91E,下側空間92E,左側空間93E,右側空間94Eを有している。各空間91E〜94Eは、各空間91E〜94Eを支持する柱状部P1〜P4の配置や数が異なる点以外は、第5実施形態の各空間91D〜94Dと同じである。   The space 90E has an upper space 91E, a lower space 92E, a left space 93E, and a right space 94E. The spaces 91E to 94E are the same as the spaces 91D to 94D of the fifth embodiment, except that the arrangement and number of the columnar portions P1 to P4 supporting the spaces 91E to 94E are different.

図15に示すように、複数の柱状部P2は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されている。より具体的には、前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部P2の数が多くなる傾向(複数の柱状部P2が密集する傾向)に配置されている。   As shown in FIG. 15, the plurality of columnar portions P2 are closer to the center in the front-rear direction of the region of the second surface 102b covered with the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. The columnar portions P2 are arranged so that the density of the columnar portions P2 tends to increase. More specifically, they are arranged so that the number of the columnar portions P2 per unit area increases as they are closer to the center in the front-rear direction (the plurality of columnar portions P2 tend to be dense).

柱状部P1,P3,P4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する柱状部P2の位置関係や形状と同様である。例えば、柱状部P1は、第1面102aに垂直な方向からみたときに、第1面102aのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部P1の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部P3は、第3面102cに垂直な方向からみたときに、第3面102cのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部P3の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部P4は、第4面102dに垂直な方向からみたときに、第4面102dのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部P4の数が多くなる傾向に配置されている。なお、本実施形態では、複数の柱状部P1と複数の柱状部P2とは上下対称な形状及び配置をしている。複数の柱状部P3と複数の柱状部P4とは左右対称な形状及び配置をしている。   The positional relations and shapes of the columnar portions P1, P3, P4 with respect to the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are similar to the positional relations and shapes of the columnar portion P2 with respect to the second surface 102b. . For example, when viewed from a direction perpendicular to the first surface 102a, the pillar portion P1 is closer to the center in the front-rear direction of the region of the first surface 102a covered by the protective layer 84, and thus the pillar portion P1 per unit area. The numbers are arranged in a tendency to increase. When the columnar portion P3 is viewed from a direction perpendicular to the third surface 102c, the number of the columnar portion P3 per unit area is closer to the center in the front-rear direction of the region of the third surface 102c covered by the protective layer 84. Are arranged in a tendency to increase. When the columnar portion P4 is viewed from a direction perpendicular to the fourth surface 102d, the number of the columnar portion P4 per unit area is closer to the center of the region of the fourth surface 102d covered by the protective layer 84 in the front-rear direction. Are arranged in a tendency to increase. In addition, in the present embodiment, the plurality of columnar portions P1 and the plurality of columnar portions P2 have vertically symmetrical shapes and arrangements. The plurality of columnar portions P3 and the plurality of columnar portions P4 have a bilaterally symmetrical shape and arrangement.

以上説明したセンサ素子101Eも、センサ素子101と同様に、各空間91E〜94Eが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、柱状部P2が下側空間92Eを支持することで、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。各空間91,93,94についても、同様の構成により同様の効果が得られる。 Similarly to the sensor element 101, the sensor element 101E described above has the spaces 91E to 94E, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, since the columnar portion P2 supports the lower space 92E, it is possible to suppress the decrease in the strength of the second protective layer 84b. The same effect can be obtained for each of the spaces 91 E , 93 E , and 94 E with the same configuration.

[第7実施形態]
図16は、第7実施形態のセンサ素子101Fの断面図である。図17は、図16のJ−J断面図である。図18は、図16のK−K断面図である。センサ素子101Fは、保護層84が空間90とは異なる空間90Fを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。
[Seventh Embodiment]
FIG. 16 is a sectional view of the sensor element 101F of the seventh embodiment. FIG. 17 is a sectional view taken along line JJ of FIG. 18 is a sectional view taken along line KK of FIG. The sensor element 101F has a space 90F in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment.

空間90Fは、上側空間91F,下側空間92F,左側空間93F,右側空間94Fを有している。図17に示すように、下側空間92Fは、長手方向が第2面102bの長手方向(前後方向)に沿った露出空間である第1露出空間97F2を、第2面102bの短手方向(左右方向)に沿って複数有している。また、下側空間92Fは、長手方向が第2面102bの短手方向に沿うと共に第1露出空間97F2と交差する露出空間である第2露出空間98F2を、第2面102bの長手方向に沿って複数有している。なお、本実施形態では、第1露出空間97F2は2個存在し、第2露出空間98F2は5個存在するものとした。複数の第2露出空間98F2は、前後方向に均等な間隔で位置している。   The space 90F has an upper space 91F, a lower space 92F, a left space 93F, and a right space 94F. As shown in FIG. 17, in the lower space 92F, the first exposed space 97F2, which is an exposed space whose longitudinal direction is along the longitudinal direction (front-back direction) of the second surface 102b, is arranged in the lateral direction of the second surface 102b ( A plurality of them along the left-right direction). The lower space 92F has a second exposure space 98F2, which is an exposure space whose longitudinal direction extends along the lateral direction of the second surface 102b and intersects the first exposure space 97F2, along the longitudinal direction of the second surface 102b. Have more than one. In the present embodiment, it is assumed that there are two first exposed spaces 97F2 and five second exposed spaces 98F2. The plurality of second exposure spaces 98F2 are located at equal intervals in the front-rear direction.

第1露出空間97F2及び第2露出空間98F2は、いずれも略直方体形状の空間である。また、第1露出空間97F2は、スリット状の形状をしており、第2面102bの短手方向に沿った1辺(左右方向の辺)が他の2辺(上下方向,前後方向の辺)よりも短い。第2露出空間98F2は、スリット状の形状をしており、第2面102bの長手方向に沿った1辺(前後方向の辺)が他の2辺(上下方向,左右方向の辺)よりも短い。   The first exposed space 97F2 and the second exposed space 98F2 are both substantially rectangular parallelepiped spaces. The first exposed space 97F2 has a slit shape, and one side (side in the left-right direction) along the lateral direction of the second surface 102b is the other two sides (side in the up-down direction and the front-back direction). ) Shorter than. The second exposed space 98F2 has a slit shape, and one side (the side in the front-back direction) along the longitudinal direction of the second surface 102b is more than the other two sides (the side in the vertical direction and the side in the horizontal direction). short.

上側空間91Fは、下側空間92Fと同様に複数の第1露出空間97F1と、複数の第2露出空間98F1と、を有している。左側空間93Fは、下側空間92Fと同様に複数の第1露出空間97F3と、複数の第2露出空間98F3と、を有している。右側空間94Fは、下側空間92Fと同様に複数の第1露出空間97F4と、複数の第2露出空間98F4と、を有している。   The upper space 91F has a plurality of first exposure spaces 97F1 and a plurality of second exposure spaces 98F1 similarly to the lower space 92F. The left space 93F has a plurality of first exposure spaces 97F3 and a plurality of second exposure spaces 98F3, like the lower space 92F. The right space 94F has a plurality of first exposure spaces 97F4 and a plurality of second exposure spaces 98F4, like the lower space 92F.

各第1露出空間97F1,97F3,97F4,各第2露出空間98F1,98F3,98F4の、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する第1露出空間97F2,第2露出空間9F2の位置関係や形状と同様である。例えば、複数の第1露出空間97F1,97F3,97F4は、長手方向がそれぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dの長手方向(前後方向)に沿っている。複数の第2露出空間98F1,98F3,98F4は、長手方向がそれぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dの短手方向に沿っている。また、複数の第1露出空間97F1と複数の第2露出空間98F1とは交差しており、複数の第1露出空間97F3と複数の第2露出空間98F3とは交差しており、複数の第1露出空間97F4と複数の第2露出空間98F4とは交差している。また、本実施形態では、上側空間91Fと下側空間92Fとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間93Fと右側空間94Fとは左右対称な形状及び配置をしている。 The positional relationship and shape of each of the first exposed spaces 97F1, 97F3, 97F4 and each of the second exposed spaces 98F1, 98F3, 98F4 with respect to the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are the second surface. The positional relationship and shape of the first exposure space 97F2 and the second exposure space 9 8 F2 with respect to 102b are similar. For example, the plurality of first exposed spaces 97F1, 97F3, 97F4 are along the longitudinal direction (front-rear direction) of the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d. The plurality of second exposed spaces 98F1, 98F3, 98F4 are along the lateral direction of the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d in the longitudinal direction. Further, the plurality of first exposed spaces 97F1 and the plurality of second exposed spaces 98F1 intersect, the plurality of first exposed spaces 97F3 and the plurality of second exposed spaces 98F3 intersect, and the plurality of first exposed spaces 97F3. The exposed space 97F4 and the plurality of second exposed spaces 98F4 intersect. In addition, in the present embodiment, the upper space 91F and the lower space 92F have vertically symmetrical shapes and arrangements. The left-side space 93F and the right-side space 94F have symmetrical shapes and arrangements.

以上説明したセンサ素子101Fも、センサ素子101と同様に、各空間91F〜94Fが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、第2保護層84bは、複数の第1露出空間97F2と複数の第2露出空間98F2とを有している。第2面102bの長手方向に沿った細長い第1露出空間97F2が第2面102bの短手方向に沿って複数存在することで、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの短手方向に沿った応力が低減される。また、第2面102bの短手方向に沿った細長い第2露出空間98F2が第2面102bの長手方向に沿って複数存在することで、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの長手方向に沿った応力が低減される。これらにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。第1,第3,第4保護層84a,84c,84dの各々についても、各空間91F,93F,94Fが存在することで、同様の構成により同様の効果が得られる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101F described above has the spaces 91F to 94F, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. In addition, the second protective layer 84b has a plurality of first exposed spaces 97F2 and a plurality of second exposed spaces 98F2. Since a plurality of elongated first exposed spaces 97F2 along the longitudinal direction of the second surface 102b are present along the lateral direction of the second surface 102b, heat generated between the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water is increased. The stress due to the difference in expansion coefficient from the second protective layer 84b to the element body 102 along the lateral direction of the second surface 102b is reduced. In addition, since there are a plurality of elongated second exposed spaces 98F2 along the lateral direction of the second surface 102b along the longitudinal direction of the second surface 102b, the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water are The stress from the second protective layer 84b to the element main body 102 along the longitudinal direction of the second surface 102b due to the difference in the thermal expansion coefficient is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved. Since each of the first, third, and fourth protective layers 84a, 84c, and 84d has the spaces 91F, 93F, and 94F, the same effect can be obtained with the same configuration.

[第8実施形態]
図19は、第8実施形態のセンサ素子101Gの断面図である。図20は、図19のL−L断面図である。センサ素子101Gは、保護層84が空間90Gを備えている。空間90Gは、上側空間91G,下側空間92G,左側空間93G,右側空間94Gを有している。上側空間91Gは、複数の第1露出空間97F1を備えており、第2露出空間98F1を備えない点以外は、第7実施形態の上側空間91Fと同じである。同様に、各空間92G〜94Gは、それぞれ複数の第1露出空間97F2〜97F4を備えており、それぞれ第2露出空間98F2〜98F4を備えない点以外は、第7実施形態の各空間92F〜94Fと同じである。
[Eighth Embodiment]
FIG. 19 is a sectional view of the sensor element 101G of the eighth embodiment. 20 is a sectional view taken along line LL in FIG. In the sensor element 101G, the protective layer 84 has a space 90G. The space 90G has an upper space 91G, a lower space 92G, a left space 93G, and a right space 94G. The upper space 91G is the same as the upper space 91F of the seventh embodiment except that the upper space 91G includes a plurality of first exposure spaces 97F1 and does not include the second exposure space 98F1. Similarly, each of the spaces 92G to 94G includes a plurality of first exposed spaces 97F2 to 97F4, and does not include the second exposed spaces 98F2 to 98F4, respectively, and the respective spaces 92F to 94F of the seventh embodiment. Is the same as.

以上説明したセンサ素子101Gも、センサ素子101と同様に、各空間91G〜94Gが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、第2保護層84bが複数の第1露出空間97F2を有していることで、第7実施形態と同様に、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。第1,第3,第4保護層8a,84c,84dの各々についても、それぞれ第1露出空間97F1,97F3,97F4が存在することで、同様の効果が得られる。 Like the sensor element 101, the sensor element 101G described above has the spaces 91G to 94G, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, since the second protective layer 84b has the plurality of first exposed spaces 97F2, the thermal expansion coefficient difference between the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water is the same as in the seventh embodiment. The stress resulting from the second protective layer 84b with respect to the element body 102 in the lateral direction of the second surface 102b is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved. First, third, fourth protective layer 8 4 a, 84c, for also each 84d, respectively by the first exposure space 97F1,97F3,97F4 present, the same effect can be obtained.

[第9実施形態]
図21は、第9実施形態のセンサ素子101Hの断面図である。図22は、図21のM−M断面図である。センサ素子101Hは、保護層84が空間90Hを備えている。空間90Hは、上側空間91H,下側空間92H,左側空間93H,右側空間94Hを有している。上側空間91Hは、複数の第2露出空間98F1を備えており、第1露出空間97F1を備えない点以外は、第7実施形態の上側空間91Fと同じである。同様に、各空間92H〜94Hは、それぞれ複数の第2露出空間98F2〜98F4を備えており、それぞれ第1露出空間97F2〜97F4を備えない点以外は、第7実施形態の各空間92F〜94Fと同じである。
[Ninth Embodiment]
FIG. 21 is a sectional view of the sensor element 101H of the ninth embodiment. 22 is a sectional view taken along line MM of FIG. In the sensor element 101H, the protective layer 84 has a space 90H. The space 90H has an upper space 91H, a lower space 92H, a left space 93H, and a right space 94H. The upper space 91H is the same as the upper space 91F of the seventh embodiment except that the upper space 91H includes a plurality of second exposure spaces 98F1 and does not include the first exposure space 97F1. Similarly, each of the spaces 92H to 94H includes a plurality of second exposed spaces 98F2 to 98F4, and does not include the first exposed spaces 97F2 to 97F4, respectively, and the respective spaces 92F to 94F of the seventh embodiment. Is the same as.

以上説明したセンサ素子101Hも、センサ素子101と同様に、各空間91H〜94Hが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、第2保護層84bが複数の第2露出空間98F2を有していることで、第7実施形態と同様に、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの長手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。第1,第3,第4保護層84a,84c,84dの各々についても、それぞれ第2露出空間98F1,98F3,98F4が存在することで、同様の効果が得られる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101H described above has the spaces 91H to 94H, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, since the second protective layer 84b has the plurality of second exposed spaces 98F2, the difference in thermal expansion coefficient between the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water is the same as in the seventh embodiment. The stress resulting from the second protective layer 84b with respect to the element body 102 along the longitudinal direction of the second surface 102b is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved. With respect to each of the first, third, and fourth protective layers 84a, 84c, 84d, the second exposed spaces 98F1, 98F3, 98F4 are present, respectively, so that the same effect can be obtained.

[第10実施形態]
図23は、第10実施形態のセンサ素子101Iの断面図である。図24は、センサ素子101Iの前端周辺の下面図である。なお、図23は、センサ素子101Iを後方右下からみた様子を示している。センサ素子101Iは、保護層84が空間90とは異なる空間90Iを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。
[Tenth Embodiment]
FIG. 23 is a sectional view of the sensor element 101I of the tenth embodiment. FIG. 24 is a bottom view of the vicinity of the front end of the sensor element 101I. Note that FIG. 23 shows the sensor element 101I as viewed from the lower right rear side. In the sensor element 101I, the protective layer 84 has a space 90I different from the space 90, and the other points are the same as the sensor element 101 of the first embodiment.

空間90Iは、上側空間91I,下側空間92I,左側空間93I,右側空間94Iをそれぞれ複数有している。下側空間92Iは、第2面102bが露出した露出空間である。下側空間92Iは、長手方向が第2面102bの長手方向に沿った略三角柱形状の空間である。複数の下側空間92Iは、第2面102bの短手方向に沿って複数(本実施形態では6個)並べて配置されている。下側空間92Iは、図23に示すように、第2面102bに垂直な断面(上下左右方向に沿った断面)が三角形状をしている。そのため、下側空間92Iは、第2面102bから離れるほどすなわち下方に向かうほど、空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、下側空間92Iは、第2面102bに垂直な断面視で第2面102bに対向する三角形の2辺を構成する内表面Sa2,Sb2を有している。内表面Sa2,Sb2は、第2面102bから離れるほどすなわち下方に向かうほど互いに近付く方向に傾斜している。   The space 90I has a plurality of upper spaces 91I, lower spaces 92I, left spaces 93I, and right spaces 94I, respectively. The lower space 92I is an exposed space in which the second surface 102b is exposed. The lower space 92I is a space having a substantially triangular prism shape whose longitudinal direction extends along the longitudinal direction of the second surface 102b. The plurality of lower spaces 92I are arranged side by side (six in the present embodiment) along the lateral direction of the second surface 102b. As shown in FIG. 23, the lower space 92I has a triangular cross section (a cross section along the vertical and horizontal directions) perpendicular to the second surface 102b. Therefore, the lower space 92I has a shape such that the space becomes narrower as it goes away from the second surface 102b, that is, as it goes downward. Further, the lower space 92I has inner surfaces Sa2 and Sb2 that form two sides of a triangle facing the second surface 102b in a cross-sectional view perpendicular to the second surface 102b. The inner surfaces Sa2, Sb2 are inclined so that the inner surfaces Sa2, Sb2 are closer to each other as they are farther from the second surface 102b, that is, as they go downward.

各空間91I,93I,94Iは、下側空間92Iと同様に、第1,第3,第4面102a,102c,102dが露出した露出空間である。また、各空間91I,93I,94Iは、対応する第1,第3,第4面102a,102c,10dに垂直な断面視で対応する面に対向する三角形の2辺を構成する内表面Sa1,Sa3,Sa4,及び内表面Sb1,Sb3,Sb4を有している。各空間91I,93I,94Iの、それぞれ対応する第1,第3,第4面102a,102c,102dに対する位置関係や形状は、第2面102bに対する下側空間92Iの位置関係や形状と同様である。なお、左側空間93I及び右側空間94Iは、それぞれ上下方向に2個並べて配置されている。本実施形態では、複数の上側空間91Iと複数の下側空間92Iとは上下対称な形状及び配置をしている。複数の左側空間93Iと複数の右側空間94Iとは左右対称な形状及び配置をしている。また、複数の上側空間91のうち左右方向の中央の4個の上側空間91Iには、外側ポンプ電極23が露出している。 The spaces 91I, 93I, 94I are exposed spaces in which the first, third, and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are exposed, like the lower space 92I. Each space 91I, 93I, 94I, the first corresponding, third, fourth surface 102a, 102c, 10 corresponding inner surface constituting the two sides of the triangle facing the plane perpendicular cross section to 2 d It has Sa1, Sa3, Sa4 and inner surfaces Sb1, Sb3, Sb4. The positional relationship and shape of each space 91I, 93I, 94I with respect to the corresponding first, third and fourth surfaces 102a, 102c, 102d are similar to the positional relationship and shape of the lower space 92I with respect to the second surface 102b. is there. Two left spaces 93I and right spaces 94I are arranged side by side in the vertical direction. In the present embodiment, the plurality of upper spaces 91I and the plurality of lower spaces 92I have vertically symmetrical shapes and arrangements. The plurality of left space 93I and a plurality of right space 94I has a symmetrical shape and arrangement. Further, the plurality of the upper space 91 above the space 91I 4 pieces of the horizontal center of the I, the outer pumping electrode 23 is exposed.

以上説明したセンサ素子101Iも、センサ素子101と同様に、各空間91I〜94Iが存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、下側空間92Iは、第2面102bから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。このような形状の下側空間92Iは、例えば図3の下側空間92のように第2面102bに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101I described above has the spaces 91I to 94I, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, the lower space 92I has a shape in which the space tends to become narrower as the distance from the second surface 102b increases. The lower space 92I having such a shape has a lower strength of the second protective layer 84b than a rectangular parallelepiped space having an inner surface parallel to the second surface 102b like the lower space 92 of FIG. Can be suppressed.

また、下側空間92Iは、第2面102bから離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも2つの内表面Sa2,Sb2を有している。このような内表面Sa2,Sb2を有する下側空間92Iは、例えば図3の下側空間92のように第2面102bに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。   Further, the lower space 92I has at least two inner surfaces Sa2, Sb2 that are inclined in a direction in which they approach each other as they are farther from the second surface 102b. The lower space 92I having such inner surfaces Sa2, Sb2 is larger than the second protective layer in comparison with a rectangular parallelepiped space having an inner surface parallel to the second surface 102b like the lower space 92 of FIG. The decrease in strength of 84b can be suppressed.

また、第2保護層84bは、長手方向が第2面102bの長手方向に沿った下側空間92Iを、第2面102bの短手方向に沿って複数有している。そのため、センサ素子101F,101Gと同様に、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。   Further, the second protective layer 84b has a plurality of lower spaces 92I whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface 102b, along the lateral direction of the second surface 102b. Therefore, like the sensor elements 101F and 101G, the short distance of the second surface 102b from the second protective layer 84b to the element body 102 due to the difference in thermal expansion coefficient between the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water. The stress along the hand direction is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved.

第1,第3,第4保護層84a,84c,84dの各々についても、それぞれ各空間91I,93I,94Iが存在することで、第2保護層84bと同様の構成により同様の効果が得られる。   Since the spaces 91I, 93I, and 94I exist in each of the first, third, and fourth protective layers 84a, 84c, and 84d, the same effect can be obtained by the same configuration as the second protective layer 84b. .

[第11実施形態]
図25は、第11実施形態のセンサ素子101Jの断面図である。図26は、センサ素子101Jの前端周辺の下面図である。なお、図25は、センサ素子101Jを後方右下からみた様子を示している。センサ素子101Jは、保護層84が空間90とは異なる空間90Jを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。空間90Jは、露出空間95J1〜95J6を有している。
[Eleventh Embodiment]
FIG. 25: is sectional drawing of the sensor element 101J of 11th Embodiment. FIG. 26 is a bottom view around the front end of the sensor element 101J. Note that FIG. 25 shows the sensor element 101J as viewed from the lower right rear. The sensor element 101J has a space 90J in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment. The space 90J has exposed spaces 95J1 to 95J6.

露出空間95J2は、素子本体102の下側に配置された空間であり、第2面102bが露出している。露出空間95J2は、半楕円柱状の空間であり、第2面102bに対向する内表面(保護層84の内側すなわち上方を向いた面)が長方形を第2保護層84bの外側(下方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95J2は、第2面102bに垂直な断面(上下左右方向に沿った断面)が半楕円形状をしており、第2面102bから離れるほど(下方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間95J2は、長手方向が第2面102bの長手方向に沿っている。   The exposed space 95J2 is a space arranged below the element body 102, and the second surface 102b is exposed. The exposed space 95J2 is a semi-elliptical columnar space, and the inner surface (the inner surface of the protective layer 84, that is, the surface facing upward) facing the second surface 102b has a rectangular shape curved outward (downward) of the second protective layer 84b. It is a curved surface (a curved surface corresponding to a part of the inner peripheral surface of the cylinder). Therefore, the exposed space 95J2 has a semi-elliptical shape in a cross section perpendicular to the second surface 102b (a cross section along the up, down, left, and right directions), and the space becomes narrower as it is farther from the second surface 102b (as it goes downward). It has a trendy shape. The longitudinal direction of the exposed space 95J2 is along the longitudinal direction of the second surface 102b.

露出空間95J1は、素子本体102の上側に配置された空間であり、第1面102aが露出している。露出空間95J1は、半楕円柱状の空間であり、第1面102aに対向する内表面(保護層84の内側すなわち下方を向いた面)が長方形を第1保護層84aの外側(上方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。露出空間95J1は、長手方向が第1面102aの長手方向に沿っている。外側ポンプ電極23は、全体が露出空間95J1に露出している。露出空間95J1は、露出空間95J2と上下対称な形状及び配置をしている。   The exposed space 95J1 is a space arranged on the upper side of the element body 102, and the first surface 102a is exposed. The exposed space 95J1 is a semi-elliptical columnar space, and the inner surface (the inside of the protective layer 84, that is, the surface facing downward) of the inner surface facing the first surface 102a has a rectangular shape curved to the outside (upper) of the first protective layer 84a. It is a curved surface (a curved surface corresponding to a part of the inner peripheral surface of the cylinder). The longitudinal direction of the exposed space 95J1 is along the longitudinal direction of the first surface 102a. The outer pump electrode 23 is wholly exposed in the exposed space 95J1. The exposed space 95J1 has a vertically symmetrical shape and arrangement with the exposed space 95J2.

露出空間95J4は、素子本体102の左下に配置された空間であり、第2面102b及び第3面102cが露出している。露出空間95J4は、円柱の一部を切り欠いた形状をしている。露出空間95J4は、第2面102bに対向する内表面(上方を向いた面)が長方形を第2保護層84bの外側(下方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95J4は、第2面102bから離れるほど(下方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、露出空間95J4は、第3面102cに対向する内表面(右方を向いた面)が長方形を第3保護層84cの外側(左方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95J4は、第3面102cから離れるほど(左方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間95J4は、長手方向が第2面102b及び第3面102cの長手方向に沿っている。   The exposed space 95J4 is a space arranged at the lower left of the element body 102, and the second surface 102b and the third surface 102c are exposed. The exposed space 95J4 has a shape in which a part of a cylinder is cut out. The exposed space 95J4 corresponds to a curved surface (a part of the inner peripheral surface of the cylinder) in which an inner surface (upward facing surface) facing the second surface 102b is a rectangle curved outward (downward) of the second protective layer 84b. Curved surface). Therefore, the exposed space 95J4 has a shape in which the space becomes narrower as it is farther from the second surface 102b (as it goes downward). The exposed space 95J4 is a curved surface (of the inner peripheral surface of the cylinder) in which the inner surface (the surface facing the right side) facing the third surface 102c is a rectangle curved outward (left side) of the third protective layer 84c. It is a curved surface corresponding to a part). Therefore, the exposed space 95J4 has a shape in which the space becomes narrower as it is farther from the third surface 102c (to the left). The longitudinal direction of the exposed space 95J4 is along the longitudinal direction of the second surface 102b and the third surface 102c.

露出空間95J3は、素子本体102の左上に配置された空間であり、第1面102a及び第3面102cが露出している。露出空間95J3は、露出空間95J4と上下対称な形状及び配置をしている。露出空間95J5は、素子本体102の右上に配置された空間であり、第1面102a及び第4面102dが露出している。露出空間95J5は、露出空間95J3と左右対称な形状及び配置をしている。露出空間95J6は、素子本体102の右下に配置された空間であり、第2面102b及び第4面102dが露出している。露出空間95J6は、露出空間95J4と左右対称な形状及び配置をしており、露出空間95J5と上下対称な形状及び配置をしている。   The exposed space 95J3 is a space arranged at the upper left of the element body 102, and the first surface 102a and the third surface 102c are exposed. The exposed space 95J3 has a vertically symmetrical shape and arrangement with the exposed space 95J4. The exposed space 95J5 is a space arranged on the upper right of the element body 102, and the first surface 102a and the fourth surface 102d are exposed. The exposed space 95J5 has a shape and arrangement that are symmetrical to the exposed space 95J3. The exposed space 95J6 is a space arranged at the lower right of the element body 102, and the second surface 102b and the fourth surface 102d are exposed. The exposure space 95J6 has a shape and arrangement that is symmetrical with respect to the exposure space 95J4, and has a shape and arrangement that is vertically symmetrical with respect to the exposure space 95J5.

露出空間95J1,95J3,95J5は、第1面102aの短手方向に沿って配置されている。露出空間95J2,95J4,95J6は、第2面102bの短手方向に沿って配置されている。露出空間95J3,95J4は、第3面102cの短手方向に沿って配置されている。露出空間95J5,95J6は、第4面102dの短手方向に沿って配置されている。   The exposed spaces 95J1, 95J3, 95J5 are arranged along the lateral direction of the first surface 102a. The exposed spaces 95J2, 95J4, 95J6 are arranged along the lateral direction of the second surface 102b. The exposed spaces 95J3 and 95J4 are arranged along the lateral direction of the third surface 102c. The exposed spaces 95J5 and 95J6 are arranged along the lateral direction of the fourth surface 102d.

以上説明したセンサ素子101Jも、センサ素子101と同様に、各露出空間95J1〜95J6が存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、露出空間95J2,95J4,95J6は、第2面102bから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。さらに、露出空間95J2,95J4,95J6は、第2面102bに対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている。このような形状の空間は、例えば図3の下側空間92のように第2面102bに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。   Like the sensor element 101, the sensor element 101J described above has the exposed spaces 95J1 to 95J6, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. The exposed spaces 95J2, 95J4, 95J6 are shaped so that the space becomes narrower as the distance from the second surface 102b increases. Further, in the exposed spaces 95J2, 95J4, 95J6, the inner surface facing the second surface 102b is a curved surface curved outward. The space having such a shape can suppress a decrease in strength of the second protective layer 84b, as compared with a space having a rectangular parallelepiped shape having an inner surface parallel to the second surface 102b, such as the lower space 92 in FIG. .

また、保護層84は、長手方向が第2面102bの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間95J2,95J4,95J6を、第2面102bの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子101F,101Gと同様に、被水時の第2保護層84bと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。   In addition, the protective layer 84 has exposure spaces 95J2, 95J4, 95J6, which are a plurality of exposure spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface 102b, arranged side by side along the lateral direction of the second surface 102b. There is. Therefore, like the sensor elements 101F and 101G, the short distance of the second surface 102b from the second protective layer 84b to the element body 102 due to the difference in thermal expansion coefficient between the second protective layer 84b and the element body 102 when exposed to water. The stress along the hand direction is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved.

第1面102aに対する露出空間95J1,95J3,95J5や、第3面102cに対する露出空間95J3,95J4、第4面102dに対する露出空間95J5,95J6についても、第2面102bに対する露出空間95J2,95J4,95J6と同様の構成により同様の効果が得られる。   The exposed spaces 95J1, 95J3, 95J5 for the first surface 102a, the exposed spaces 95J3, 95J4 for the third surface 102c, and the exposed spaces 95J5, 95J6 for the fourth surface 102d are also exposed spaces 95J2, 95J4, 95J6 for the second surface 102b. The same effect can be obtained by the configuration similar to.

[第12実施形態]
図27は、第12実施形態のセンサ素子101Kの断面図である。図28は、センサ素子101Kの前端周辺の下面図である。なお、図27は、センサ素子101Kを後方右下からみた様子を示している。センサ素子101Kは、保護層84が空間90とは異なる空間90Kを備えており、それ以外の点は第1実施形態のセンサ素子101と同じである。空間90Kは、露出空間95K1〜95K4を有している。
[Twelfth Embodiment]
FIG. 27 is a sectional view of the sensor element 101K of the twelfth embodiment. FIG. 28 is a bottom view around the front end of the sensor element 101K. Note that FIG. 27 shows the sensor element 101K as viewed from the lower right rear side. The sensor element 101K has a space 90K in which the protective layer 84 is different from the space 90, and is otherwise the same as the sensor element 101 of the first embodiment. The space 90K has exposed spaces 95K1 to 95K4.

露出空間95K1,95K2は、それぞれセンサ素子101Jの露出空間95J1,95J2と同じ空間である。   The exposed spaces 95K1 and 95K2 are the same as the exposed spaces 95J1 and 95J2 of the sensor element 101J, respectively.

露出空間95K3は、素子本体102の上側,下側,左側にまたがって配置された空間であり、第1面102a,第2面102b及び第3面102cが露出している。露出空間95K3は、楕円柱の一部を切り欠いた形状をしている。露出空間95K3は、第1面102aに対向する内表面(下方を向いた面)が長方形を第1保護層84aの外側(上方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95K3は、第1面102aから離れるほど(上方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間95K3は、第2面102bに対向する内表面(上方を向いた面)が長方形を第2保護層84bの外側(下方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95K3は、第2面102bから離れるほど(下方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、露出空間95K3は、第3面102cに対向する内表面(右方を向いた面)が長方形を第3保護層84cの外側(左方)に湾曲させた曲面(円筒の内周面の一部に相当する曲面)となっている。そのため、露出空間95K3は、第3面102cから離れるほど(左方に向かうほど)空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間95K3は、長手方向が第1面102a,第2面102b及び第3面102cの長手方向に沿っている。   The exposed space 95K3 is a space that is arranged over the upper side, the lower side, and the left side of the element body 102, and the first surface 102a, the second surface 102b, and the third surface 102c are exposed. The exposed space 95K3 has a shape in which a part of an elliptic cylinder is cut out. The exposed space 95K3 corresponds to a curved surface (a part of the inner peripheral surface of the cylinder) in which the inner surface (the surface facing downward) of the first surface 102a is a rectangle curved outward (upward) of the first protective layer 84a. Curved surface). Therefore, the exposed space 95K3 has a shape in which the space becomes narrower as it is farther from the first surface 102a (as it goes upward). The exposed space 95K3 corresponds to a curved surface (a part of the inner peripheral surface of the cylinder) in which the inner surface (the surface facing upward) of the second surface 102b is curved to the outside (downward) of the second protective layer 84b. Curved surface). Therefore, the exposed space 95K3 has a shape such that the space becomes narrower as it is farther from the second surface 102b (as it goes downward). The exposed space 95K3 is a curved surface (of the inner peripheral surface of the cylinder) in which the inner surface (the surface facing the right side) facing the third surface 102c is a rectangle curved outward (to the left) of the third protective layer 84c. It is a curved surface corresponding to a part). Therefore, the exposed space 95K3 has a shape in which the space becomes narrower as it is farther from the third surface 102c (to the left). The exposed space 95K3 has a longitudinal direction along the longitudinal direction of the first surface 102a, the second surface 102b, and the third surface 102c.

露出空間95K4は、素子本体102の上側,下側,右側にまたがって配置された空間であり、第1面102a,第2面102b及び第4面102dが露出している。露出空間95K4は、露出空間95K3と左右対称な形状及び配置をしている。   The exposed space 95K4 is a space that is arranged over the upper side, the lower side, and the right side of the element body 102, and the first surface 102a, the second surface 102b, and the fourth surface 102d are exposed. The exposed space 95K4 has a shape and an arrangement that are symmetrical to the exposed space 95K3.

露出空間95K1,95K3,95K4は、第1面102aの短手方向に沿って配置されている。露出空間95K2,95K3,95K4は、第2面102bの短手方向に沿って配置されている。   The exposed spaces 95K1, 95K3, 95K4 are arranged along the lateral direction of the first surface 102a. The exposed spaces 95K2, 95K3, 95K4 are arranged along the lateral direction of the second surface 102b.

以上説明したセンサ素子101Kも、センサ素子101と同様に、各露出空間95K1〜95K4が存在することで、素子本体102の耐被水性がより向上する。また、露出空間95K2,95K3,95K4は、第2面102bから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。さらに、露出空間95K2,95K3,95K4は、第2面102bに対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている。このような形状の空間は、例えば図3の下側空間92のように第2面102bに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる。第1面102aに対する露出空間95K1,95K3,95K4や、第3面102cに対する露出空間95K3、第4面102dに対する露出空間95K4についても、第2面102bに対する露出空間95K2,95K3,95K4と同様の構成により同様の効果、すなわち第1,第3,第4保護層84a,84c,84dの強度の低下を抑制できる効果が得られる。   Similarly to the sensor element 101, the sensor element 101K described above has the exposed spaces 95K1 to 95K4, so that the water resistance of the element body 102 is further improved. The exposed spaces 95K2, 95K3, 95K4 have a shape in which the space tends to become narrower as the distance from the second surface 102b increases. Further, the exposed spaces 95K2, 95K3, 95K4 are curved surfaces in which the inner surface facing the second surface 102b is curved outward. The space having such a shape can suppress a decrease in strength of the second protective layer 84b, as compared with a space having a rectangular parallelepiped shape having an inner surface parallel to the second surface 102b, such as the lower space 92 in FIG. . The exposed spaces 95K1, 95K3, 95K4 for the first surface 102a, the exposed space 95K3 for the third surface 102c, and the exposed space 95K4 for the fourth surface 102d are similar to the exposed spaces 95K2, 95K3, 95K4 for the second surface 102b. As a result, a similar effect, that is, an effect of suppressing a decrease in strength of the first, third, and fourth protective layers 84a, 84c, 84d can be obtained.

また、保護層84は、長手方向が第1面102aの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間95K1,95K3,95K4を、第1面102aの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子101F,101Gと同様に、被水時の第1保護層84aと素子本体102との熱膨張係数差に起因する、第1保護層84aから素子本体102に対する第1面102aの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。さらに、保護層84は、長手方向が第2面102bの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間95K2,95K3,95K4を、第2面102bの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子101F,101Gと同様に、第2保護層84bから素子本体102に対する第2面102bの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体102が割れにくくなり、素子本体102の耐被水性がより向上する。   The protective layer 84 also has exposed spaces 95K1, 95K3, 95K4, which are a plurality of exposed spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the first surface 102a, and are arranged along the lateral direction of the first surface 102a. There is. Therefore, like the sensor elements 101F and 101G, the short distance of the first surface 102a from the first protective layer 84a to the element body 102 due to the difference in thermal expansion coefficient between the first protective layer 84a and the element body 102 when exposed to water. The stress along the hand direction is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved. Further, the protective layer 84 has exposed spaces 95K2, 95K3, 95K4, which are a plurality of exposed spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface 102b, arranged side by side along the lateral direction of the second surface 102b. There is. Therefore, similarly to the sensor elements 101F and 101G, the stress from the second protective layer 84b to the element body 102 along the lateral direction of the second surface 102b is reduced. As a result, the element body 102 is less likely to break when exposed to water, and the water resistance of the element body 102 is further improved.

なお、上述した第2〜第12実施形態の保護層84内の各空間についても、第1実施形態と同様に、燃焼によって消失する消失材を用いることで形成することができる。   Note that each space in the protective layer 84 of the above-described second to twelfth embodiments can also be formed by using a vanishing material that vanishes by combustion, as in the first embodiment.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various modes as long as they are within the technical scope of the present invention.

例えば、上述した第1実施形態では、下側空間92は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中心と重なるように位置していたが、これに限られない。例えば、下側空間92は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央とは重なり左右方向の中央とは重ならないようにしてもよいし、左右方向の中央とは重なり前後方向の中央とは重ならないようにしてもよいし、左右方向の中央と重ならず前後方向の中央とも重ならないようにしてもよい。   For example, in the above-described first embodiment, the lower space 92 is arranged so as to overlap the center of the region of the second surface 102b covered with the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. It was located, but is not limited to this. For example, when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b, the lower space 92 overlaps with the center in the front-rear direction of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84, and does not coincide with the center in the left-right direction. It may not overlap, it may overlap with the center in the left-right direction and may not overlap with the center in the front-rear direction, or it may not overlap with the center in the left-right direction and the center in the front-rear direction. Good.

上述した第1実施形態において、素子本体102がヒータ72により通常駆動時の温度(例えば800℃など)に加熱された状態における第2面102bの中の最高温度の領域を最高温度領域とし、下側空間92は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、この最高温度領域と重なるように位置していてもよい。こうすれば、第2面102bのうちセンサ素子101の使用時に最も高温となる領域を下側空間92によって断熱できるため、素子本体の耐被水性がより向上する。   In the above-described first embodiment, the maximum temperature region in the second surface 102b in a state where the element body 102 is heated to the temperature at the time of normal driving (for example, 800 ° C.) by the heater 72 is set as the maximum temperature region. The side space 92 may be positioned so as to overlap this maximum temperature region when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. By doing so, the lower space 92 can insulate the region of the second surface 102b that has the highest temperature when the sensor element 101 is used, and thus the water resistance of the element body is further improved.

上述した第2実施形態では、各空間91A〜94Aはそれぞれ連通孔H1〜H4を1つずつ有していたが、これに限られない。1つの空間が複数の連通孔を有していてもよい。また、保護層84が複数の空間を有する場合に、外部に開口している空間と開口していない空間とがあってもよい。   In the above-described second embodiment, each of the spaces 91A to 94A has one communication hole H1 to H4, but this is not the only option. One space may have a plurality of communication holes. In addition, when the protective layer 84 has a plurality of spaces, there may be a space that is open to the outside and a space that is not open.

上述した第3実施形態では、露出空間95B2と非露出空間96B2とが、上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が重複しないように上下に離れた高さに位置していたが、これに限らず上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が一部重複してもよい。また、露出空間95B2と非露出空間96B2とが前後方向にずれて位置していたが、前後方向の位置が同じであってもよい。例えば、露出空間95B2と非露出空間96B2とが上下にずれているのみで前後左右の位置は同じであってもよい。また、空間90Bは内側と外側との2段に配列された空間(例えば露出空間95B2と非露出空間96B2)を有しているが、これに限らず3段以上に配列された空間を有していてもよい。また、複数の非露出空間96B2間で上下の高さが異なっていてもよい。また、第3実施形態において、保護層84が非露出空間96B1〜96B4を備えていなくてもよい。また、第3実施形態において、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中央に近いほど密度が高くなる傾向に露出空間95B2や非露出空間96B2が配置されていてもよい。こうすれば、比較的高温になりやすい部分の断熱性を高めることができ、素子本体102の耐被水性が向上する。なお、「空間の密度が高くなる傾向」は、単位面積あたりの空間の数が多くなる傾向や、空間が大きくなる傾向を含む。なお、上記の変形例は第4実施形態においても同様に適用できる。   In the above-described third embodiment, the exposed space 95B2 and the non-exposed space 96B2 are located at vertically separated heights so that their positions do not overlap with each other when viewed from the direction perpendicular to the vertical direction. However, the positions are not limited to this, and the positions may partially overlap each other when viewed from a direction perpendicular to the vertical direction. Further, although the exposed space 95B2 and the non-exposed space 96B2 are positioned deviated in the front-rear direction, the positions in the front-rear direction may be the same. For example, the exposed space 95B2 and the non-exposed space 96B2 may be vertically displaced and the front, rear, left, and right positions may be the same. Further, the space 90B has a space arranged in two steps of an inner side and an outer side (for example, an exposed space 95B2 and a non-exposed space 96B2), but is not limited to this and has a space arranged in three or more steps. May be. Further, the vertical heights may be different among the plurality of non-exposed spaces 96B2. In addition, in the third embodiment, the protective layer 84 may not include the non-exposed spaces 96B1 to 96B4. Further, in the third embodiment, when viewed from a direction perpendicular to the second surface 102b, the exposed space 95B2 tends to have a higher density as it is closer to the center of the region of the second surface 102b covered by the protective layer 84. Alternatively, the non-exposed space 96B2 may be arranged. By doing so, the heat insulating property of the portion that is likely to reach a relatively high temperature can be improved, and the water resistance of the element body 102 is improved. In addition, "the tendency that the density of the space becomes high" includes the tendency that the number of spaces per unit area becomes large and the tendency that the space becomes large. Note that the above modified example can be similarly applied to the fourth embodiment.

上述した第5,第6実施形態では、複数の柱状部P2の単位面積あたりの数を変化させることで柱状部P2の密度を変化させたが、これに限らず柱状部P2の太さを変化させることで柱状部P2の密度を変化させてもよい。また、柱状部P2の密度を場所によって特に変化させなくてもよい。   In the fifth and sixth embodiments described above, the density of the columnar portions P2 is changed by changing the number of the plurality of columnar portions P2 per unit area, but the thickness of the columnar portions P2 is not limited to this. By doing so, the density of the columnar portions P2 may be changed. Further, the density of the columnar portion P2 does not have to be particularly changed depending on the place.

上述した第5実施形態では、複数の柱状部P2は、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されていたが、これに限らず左右方向の中央から遠いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されていてもよいし、前後左右の中心から遠いほど柱状部P2の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。第6実施形態における柱状部P2の配置についても、同様に、前後方向に限らず左右方向に沿って密度を変化させてもよい。   In the above-described fifth embodiment, the plurality of columnar portions P2 are far from the center in the front-rear direction of the region of the second surface 102b covered with the protective layer 84 when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. Although the columnar portions P2 are arranged so that the density of the columnar portions P2 increases, the present invention is not limited to this, and the columnar portions P2 may be arranged such that the density of the columnar portions P2 increases as the distance from the center in the left-right direction increases. It may be arranged such that the density of the columnar portions P2 becomes higher as it is farther from. Regarding the arrangement of the columnar portions P2 in the sixth embodiment, similarly, the density may be changed not only in the front-rear direction but also in the left-right direction.

上述した第7実施形態では、第1露出空間97F2は、第2面102bの短手方向に沿った1辺が他の2辺よりも短いが、これに限られない、第1露出空間97F2の長手方向が第2面102bの長手方向に沿っていればよい。同様に、第7実施形態では第2露出空間98F2は、第2面102bの長手方向に沿った1辺が他の2辺よりも短いが、これに限られない。第2露出空間98Fの長手方向が第2面102bの短手方向に沿っていればよい。 In the above-described seventh embodiment, one side of the first exposed space 97F2 along the lateral direction of the second surface 102b is shorter than the other two sides, but the first exposed space 97F2 is not limited to this. The longitudinal direction may be along the longitudinal direction of the second surface 102b. Similarly, in the seventh embodiment, one side of the second exposed space 98F2 along the longitudinal direction of the second surface 102b is shorter than the other two sides, but it is not limited to this. The longitudinal direction of the second exposed space 98F 2 may be along the lateral direction of the second surface 102b.

上述した第11実施形態では、露出空間95J4は、素子本体102の下側及び左側にまたがって配置されているが、これに限られない。例えば、保護層84が、露出空間95J4の代わりに、素子本体102の下側に配置された半楕円柱状の空間と、素子本体102の左側に配置された半楕円柱状の空間と、を有していてもよい。露出空間95J3,95J5,95J6や第12実施形態の露出空間95K3,95K4についても同様である。   In the eleventh embodiment described above, the exposed space 95J4 is arranged across the lower side and the left side of the element main body 102, but is not limited to this. For example, the protective layer 84 has, instead of the exposed space 95J4, a semi-elliptical columnar space arranged below the element body 102 and a semi-elliptical columnar space arranged on the left side of the element body 102. May be. The same applies to the exposed spaces 95J3, 95J5, 95J6 and the exposed spaces 95K3, 95K4 of the twelfth embodiment.

上述した第10〜第12実施形態では、保護層84が備える各空間は長手方向が前後方向に沿っているものとしたが、特にこれに限られない。第2面102bが露出する露出空間が、第2面102bから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしていれば、第2保護層84bの強度の低下を抑制できる効果は得られる。例えば、図23の下側空間92Iが、三角錐形状をしていてもよい。図25の露出空間95J2が、半球形状をしていてもよい。   In the tenth to twelfth embodiments described above, the longitudinal direction of each space provided in the protective layer 84 is along the front-rear direction, but the present invention is not limited to this. If the exposed space where the second surface 102b is exposed has a shape such that the space becomes narrower as it is farther from the second surface 102b, the effect of suppressing the decrease in strength of the second protective layer 84b can be obtained. For example, the lower space 92I in FIG. 23 may have a triangular pyramid shape. The exposed space 95J2 in FIG. 25 may have a hemispherical shape.

上述した第1〜第12実施形態では、素子本体102の上側に位置する空間と下側に位置する空間とは上下対称であり、素子本体102の左側に位置する空間と右側に位置する空間とは左右対称であるものとしたが、特にこれに限られない。また、上述した第1〜第12実施形態では、第1〜第4保護層84a〜84dの各々が空間を有していたが、これに限られない。保護層84は、第2面102bが露出した1以上の露出空間を有していればよい。例えば、第1実施形態において、保護層84は下側空間92を有していればよく、上側空間91,左側空間93,右側空間94のうち1以上を有していなくてもよい。また、第5保護層84eが第1〜第4保護層84a〜84dと同様に空間を有していてもよい。   In the above-described first to twelfth embodiments, the space located on the upper side of the element body 102 and the space located on the lower side are vertically symmetrical, and the space located on the left side of the element body 102 and the space located on the right side of the element body 102. Is assumed to be symmetrical, but is not limited to this. In each of the above-described first to twelfth embodiments, each of the first to fourth protective layers 84a to 84d has a space, but the present invention is not limited to this. The protective layer 84 may have one or more exposed spaces where the second surface 102b is exposed. For example, in the first embodiment, the protective layer 84 only needs to have the lower space 92, and may not have one or more of the upper space 91, the left space 93, and the right space 94. Further, the fifth protective layer 84e may have a space like the first to fourth protective layers 84a to 84d.

上述した第1〜第12実施形態では、保護層84は第1〜第5保護層84a〜84eを有していたが、これに限られない。保護層84は少なくとも第2保護層84bを有していればよい。また、第2保護層84bは、第2面102bの少なくとも一部を被覆していればよい。   In the above-described first to twelfth embodiments, the protective layer 84 has the first to fifth protective layers 84a to 84e, but the present invention is not limited to this. The protective layer 84 may have at least the second protective layer 84b. The second protective layer 84b may cover at least a part of the second surface 102b.

上述した実施形態では、保護層84が備える各空間の大きさについて特に説明しなかったが、各空間は保護層84の気孔と区別できる大きさであればよい。例えば、空間1つ1つの容積を12500μm3以上としてもよい。また、空間の容積率を、容積率=(保護層84が備える空間の合計容積)/(保護層84の体積)×100とすると、容積率は60%以下としてもよい。なお、上記の「保護層84の体積」は保護層84が備える空間の容積も含んだ値である。 In the above-described embodiment, the size of each space provided in the protective layer 84 is not particularly described, but each space may have a size that can be distinguished from the pores of the protective layer 84. For example, the volume of each space may be 12500 μm 3 or more. Further, when the volume ratio of the space is defined as volume ratio = (total volume of space provided in the protective layer 84) / (volume of the protective layer 84) × 100, the volume ratio may be 60% or less. The above-mentioned “volume of the protective layer 84” is a value including the volume of the space provided in the protective layer 84.

上述した第1〜第12実施形態では説明しなかったが、第2面102bよりも下方に存在する1以上の空間の合計容積は、0.03mm3以上であることが好ましい。こうすれば、この1以上の空間が素子本体の耐被水性を向上させる効果がより確実に得られる。例えば、上述した第1〜第10実施形態では、下側空間92,92A〜92Iの各々について、合計容積が0.03mm3以上であることが好ましい。第11実施形態では、露出空間95J2と、露出空間95J4のうち第2面102bよりも下方に位置する部分と、露出空間95J6のうち第2面102bよりも下方に位置する部分と、の合計容積が0.03mm3以上であることが好ましい。第12実施形態では、露出空間95K2と、露出空間95K3のうち第2面102bよりも下方に位置する部分と、露出空間95K4のうち第2面102bよりも下方に位置する部分と、の合計容積が0.03mm3以上であることが好ましい。同様に、第1面102aよりも上方に存在する1以上の空間の合計容積は、0.03mm3以上であることが好ましい。第3面102cよりも左方に存在する1以上の空間の合計容積は、0.015mm3以上であることが好ましい。第4面102dよりも右方に存在する1以上の空間の合計容積は、0.015mm3以上であることが好ましい。なお、「第2面102bよりも下方」は、第2面102bの真下に限らず例えば左下や右下なども含む。同様に、「第1面102aよりも上方」は第1面102aの真上に限らない。「第3面102cよりも左方」、「第4面102dよりも右方」についても同様である。 Although not described in the above-described first to twelfth embodiments, the total volume of one or more spaces existing below the second surface 102b is preferably 0.03 mm 3 or more. In this case, the effect that the one or more spaces improve the water resistance of the element body can be more reliably obtained. For example, in the above-described first to tenth embodiments, the total volume of each of the lower spaces 92, 92A to 92I is preferably 0.03 mm 3 or more. In the eleventh embodiment, the total volume of the exposed space 95J2, the portion of the exposed space 95J4 located below the second surface 102b, and the portion of the exposed space 95J6 located below the second surface 102b. Is preferably 0.03 mm 3 or more. In the twelfth embodiment, the total volume of the exposed space 95K2, the portion of the exposed space 95K3 located below the second surface 102b, and the portion of the exposed space 95K4 located below the second surface 102b. Is preferably 0.03 mm 3 or more. Similarly, the total volume of one or more spaces existing above the first surface 102a is preferably 0.03 mm 3 or more. The total volume of one or more spaces existing on the left side of the third surface 102c is preferably 0.015 mm 3 or more. The total volume of the one or more spaces existing on the right side of the fourth surface 102d is preferably 0.015 mm 3 or more. It should be noted that “below the second surface 102b” is not limited to just below the second surface 102b, and includes, for example, lower left and lower right. Similarly, "above the first surface 102a" is not limited to just above the first surface 102a. The same applies to the “left side of the third surface 102c” and the “right side of the fourth surface 102d”.

上述した第1〜第12実施形態では説明しなかったが、隣り合う2つの面(1辺を共有する面)にまたがる1以上の空間が存在する場合、この1以上の空間の合計容積は、0.002mm3以上であることが好ましい。こうすれば、この1以上の空間が素子本体の耐被水性を向上させる効果がより確実に得られる。例えば、第11実施形態において、第1面102aと第3面102cとにまたがる露出空間95J3の容積が0.002mm3以上であることが好ましい。同様に、第2面102bと第3面102cとにまたがる露出空間95J4、第1面102aと第4面102dとにまたがる露出空間95J5、第2面102bと第4面102dとにまたがる露出空間95J6についても、各々の容積が0.002mm3以上であることが好ましい。なお、「隣り合う2つの面にまたがる空間」とは、2つの面の各々に垂直な方向のいずれにも存在する空間を意味する。例えば、露出空間95J4は、第2面102bに垂直な方向(下方)と第3面102cに垂直な方向(左方)とのいずれにも存在しており、第2面102b及び第3面102cにまたがる空間である。 Although not described in the above-described first to twelfth embodiments, when there is one or more spaces extending over two adjacent surfaces (surfaces sharing one side), the total volume of the one or more spaces is It is preferably 0.002 mm 3 or more. In this case, the effect that the one or more spaces improve the water resistance of the element body can be more reliably obtained. For example, in the eleventh embodiment, the volume of the exposed space 95J3 that straddles the first surface 102a and the third surface 102c is preferably 0.002 mm 3 or more. Similarly, an exposure space 95J4 extending over the second surface 102b and the third surface 102c, an exposure space 95J5 extending over the first surface 102a and the fourth surface 102d, and an exposure space 95J6 extending over the second surface 102b and the fourth surface 102d. Also, regarding each, it is preferable that each volume is 0.002 mm 3 or more. In addition, "a space extending over two adjacent surfaces" means a space existing in each of the directions perpendicular to each of the two surfaces. For example, the exposed space 95J4 exists in both the direction perpendicular to the second surface 102b (downward) and the direction perpendicular to the third surface 102c (leftward), and the second surface 102b and the third surface 102c are present. It is a space that spans across.

保護層84は、上述した第1〜第12実施形態の空間90,90A〜90Kやその変形例の空間が備える各空間のうち2以上を適宜組み合わせて備えるものとしてもよい。この場合の組み合わせとは、異なる種類の空間を保護層84がそれぞれ備える場合や、異なる種類の空間の形状や配置についての上述した特徴を兼ね備えた空間を保護層84が備える場合を含む。   The protective layer 84 may be provided by appropriately combining two or more of the spaces 90, 90A to 90K of the above-described first to twelfth embodiments and the spaces of the modified examples thereof. The combination in this case includes a case where the protective layer 84 has different types of spaces, and a case where the protective layer 84 has a space having the above-described characteristics of the shape and arrangement of the different types of spaces.

例えば、第2実施形態以外の各空間の1以上について、保護層84の外部と連通する開口を有するようにしてもよい。空間に開口を設ける場合、第2実施形態の連通孔H1〜H4のように空間と外部とを連通させる連通孔を設けてもよいし、空間を保護層84の表面まで延長して空間がそのまま外部に開口するようにしてもよい。なお、空間の開口は、水が内部に直接侵入することを抑制でき且つ開口から空間内の熱を逃がすことができるように、適切な大きさにすることが好ましい。例えば、開口面積を100μm2〜1000μm2としてもよい。 For example, at least one of the spaces other than the second embodiment may have an opening that communicates with the outside of the protective layer 84. When the opening is provided in the space, a communication hole for communicating the space with the outside may be provided like the communication holes H1 to H4 of the second embodiment, or the space may be extended to the surface of the protective layer 84 to leave the space as it is. It may be opened to the outside. It is preferable that the opening of the space has an appropriate size so that water can be prevented from directly entering the inside and heat in the space can be released from the opening. For example, it may be an open area as 100μm 2 ~1000μm 2.

例えば、第1実施形態以外の実施形態の各空間についても、露出空間の少なくとも1つが、第2面102bに垂直な方向からみたときに、第2面102bのうち保護層84に被覆されている領域の中央と重なるように位置していてもよい。   For example, in each space of the embodiments other than the first embodiment, at least one of the exposed spaces is covered with the protective layer 84 of the second surface 102b when viewed from the direction perpendicular to the second surface 102b. It may be located so as to overlap with the center of the region.

1 第1基板層、2 第2基板層、3 第3基板層、4 第1固体電解質層、5 スペーサ層、6 第2固体電解質層、10 ガス導入口、11 第1拡散律速部、12 緩衝空間、13 第2拡散律速部、20 第1内部空所、21 主ポンプセル、22 内側ポンプ電極、22a 天井電極部、22b 底部電極部、23 外側ポンプ電極、25 可変電源、30 第3拡散律速部、40 第2内部空所、41 測定用ポンプセル、42 基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、45 第4拡散律速部、46 可変電源、48 大気導入層、50 補助ポンプセル、51 補助ポンプ電極、51a 天井電極部、51b 底部電極部、52 可変電源、70 ヒータ部、71 ヒータコネクタ電極、72 ヒータ、73 スルーホール、74 ヒータ絶縁層、75 圧力放散孔、80 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83 センサセル、84保護層、84a〜84e 第1〜第5保護層、90,90A〜90K 空間、91,91A〜91I 上側空間、92,92A〜92I 下側空間、93,93A〜93I 左側空間、94,94A〜94I 右側空間、95B1〜95B4,95C1〜95C4,95J1〜95J6,95K1〜95K4 露出空間、96B1〜96B4,96C1〜96C4 非露出空間、97F1〜97F4 第1露出空間、98F1〜98F4 第2露出空間、100 ガスセンサ、101,101A〜101K センサ素子、102 素子本体、102a〜102f 第1面〜第6面、H1〜H4 連通孔、P1〜P4 柱状部、Sa1〜Sa4,Sb1〜Sb4 内表面。   1 1st substrate layer, 2 2nd substrate layer, 3 3rd substrate layer, 4 1st solid electrolyte layer, 5 spacer layer, 6 2nd solid electrolyte layer, 10 gas inlet port, 11 1st diffusion control part, 12 buffer Space, 13 2nd diffusion control part, 20 1st internal space, 21 main pump cell, 22 inner pump electrode, 22a ceiling electrode part, 22b bottom electrode part, 23 outer pump electrode, 25 variable power supply, 30 3rd diffusion control part , 40 second internal space, 41 measuring pump cell, 42 reference electrode, 43 reference gas introducing space, 44 measuring electrode, 45 fourth diffusion controlling part, 46 variable power source, 48 atmosphere introducing layer, 50 auxiliary pump cell, 51 auxiliary pump Electrode, 51a ceiling electrode part, 51b bottom electrode part, 52 variable power source, 70 heater part, 71 heater connector electrode, 72 heater, 73 through hole, 74 heater Insulating layer, 75 Pressure diffusion hole, 80 Main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 81 Auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 82 Measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 83 Sensor cell, 84 Protective layer, 84a -84e 1st-5th protective layer, 90,90A-90K space, 91,91A-91I upper space, 92,92A-92I lower space, 93,93A-93I left space, 94,94A-94I right space, 95B1-95B4, 95C1-95C4, 95J1-95J6, 95K1-95K4 exposed space, 96B1-96B4, 96C1-96C4 non-exposed space, 97F1-97F4 first exposed space, 98F1-98F4 second exposed space, 100 gas sensor, 101, 101A to 101K sensor element, 102 element body, 10 The first surface to the sixth surface a~102f, H1~H4 hole, P1 to P4 columnar portion, Sa1~Sa4, Sb1~Sb4 surface.

Claims (14)

酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記露出空間の少なくとも1つは、前記保護層の外部と連通する開口を有する、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
At least one of the exposed spaces has an opening that communicates with the outside of the protective layer,
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記保護層は、複数の前記露出空間と、該複数の露出空間の少なくとも1つに対して前記第2面に垂直な方向にずれて位置し前記第2面が露出しない複数の非露出空間と、を有している、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
The protective layer includes a plurality of exposed spaces, and a plurality of non-exposed spaces that are offset from at least one of the plurality of exposed spaces in a direction perpendicular to the second surface and do not expose the second surface. ,have,
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記保護層は、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間を、該第2面の短手方向に沿って複数有している、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
The protective layer has a plurality of exposed spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface, along the lateral direction of the second surface.
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記保護層は、長手方向が前記第2面の短手方向に沿った前記露出空間を、該第2面の長手方向に沿って複数有している、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
The protective layer has a plurality of the exposed spaces whose longitudinal direction is along the lateral direction of the second surface, along the longitudinal direction of the second surface.
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面から離れるほど該露出空間が狭くなる傾向の形状をしている、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
At least one of the exposed spaces has a shape in which the exposed space tends to become narrower as the distance from the second surface increases,
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面から離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも2つの内表面を有している、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
At least one of the exposed spaces has at least two inner surfaces inclined in a direction in which the exposed spaces approach each other with increasing distance from the second surface,
Sensor element.
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の1つである第1面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第1面とは反対側の第2面の少なくとも一部を被覆し、該第2面が露出した1以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記1以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が12500μm 3 以上であり、
前記露出空間の少なくとも1つは、該第2面に対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている、
ンサ素子。
A long rectangular parallelepiped-shaped element body provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
An outer electrode disposed on the first surface, which is one of the surfaces of the element body,
A protective layer which covers at least a part of a second surface of the element body opposite to the first surface, and which has one or more exposed spaces where the second surface is exposed;
Equipped with
The protective layer is a porous body having a plurality of pores,
The one or more exposed spaces are spaces different from the pores, and each volume is 12500 μm 3 or more,
At least one of the exposed spaces has a curved surface in which an inner surface facing the second surface is curved outward.
Sensor element.
前記保護層は、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間を、該第2面の短手方向に沿って複数有している、
請求項1に記載のセンサ素子。
The protective layer has a plurality of exposed spaces whose longitudinal direction is along the longitudinal direction of the second surface, along the lateral direction of the second surface.
The sensor element according to claim 1 .
前記露出空間の少なくとも1つは、前記第2面に垂直な方向からみたときに、該第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央と重なるように位置している、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のセンサ素子。
At least one of the exposed spaces is located so as to overlap the center of a region of the second surface covered with the protective layer when viewed in a direction perpendicular to the second surface,
The sensor element according to any one of claims 1 to 8 .
前記保護層は、前記露出空間の少なくとも1つについて、該露出空間を前記第2面に垂直な方向に支持する1以上の柱状部を有している、
請求項1〜のいずれか1項に記載のセンサ素子。
The protective layer has, for at least one of the exposed spaces, one or more columnar portions that support the exposed space in a direction perpendicular to the second surface,
A sensor element according to any one of claims 1-9.
前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、
複数の前記柱状部は、前記第2面に垂直な方向からみたときに、前記第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されている、
請求項10に記載のセンサ素子。
The protective layer has a plurality of columnar portions,
When viewed from a direction perpendicular to the second surface, the plurality of columnar parts tend to have a higher density as they are farther from the center of the region of the second surface covered with the protective layer. Has been placed,
The sensor element according to claim 10 .
前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、
複数の前記柱状部は、前記第2面に垂直な方向からみたときに、前記第2面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央に近いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されている、
請求項10に記載のセンサ素子。
The protective layer has a plurality of columnar portions,
When viewed from a direction perpendicular to the second surface, the plurality of pillars tend to have a higher density as the pillars are closer to the center of the region of the second surface covered with the protective layer. Has been placed,
The sensor element according to claim 10 .
前記保護層は、長手方向が前記第2面の長手方向に沿った前記露出空間である第1露出空間を、該第2面の短手方向に沿って複数有しており、且つ、長手方向が前記第2面の短手方向に沿うと共に前記第1露出空間と交差する前記露出空間である第2露出空間を、該第2面の長手方向に沿って複数有している、
請求項1〜12のいずれか1項に記載のセンサ素子。
The protective layer has a plurality of first exposed spaces whose longitudinal direction is the exposed spaces along the longitudinal direction of the second surface, along the lateral direction of the second surface, and the longitudinal direction. Has a plurality of second exposure spaces that are the exposure spaces that are along the lateral direction of the second surface and intersect the first exposure space, along the longitudinal direction of the second surface,
A sensor element according to any one of claims 1 to 12.
請求項1〜13のいずれか1項に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。   A gas sensor comprising the sensor element according to claim 1.
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