JP7617864B2

JP7617864B2 - Gas sensor element and gas sensor

Info

Publication number: JP7617864B2
Application number: JP2022018613A
Authority: JP
Inventors: 敏彦原田; チンイイリン; 真宏山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2025-01-20
Anticipated expiration: 2042-02-09
Also published as: JP2023116060A

Description

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

ガスセンサは、車両の内燃機関の排気管等に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける特定ガス成分濃度、酸素濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサにおいては、空燃比センサ、ＮＯｘセンサ等の他に、アンモニアガス、炭化水素ガス等の特定ガス成分及び酸素ガスに触媒活性を有する検出電極を用いて、特定ガス成分及び酸素ガスによる混成電位を検出するものがある。 Gas sensors are placed in the exhaust pipe of a vehicle's internal combustion engine and are used to detect the concentration of specific gas components, oxygen concentration, etc. in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe as the detection target gas. In addition to air-fuel ratio sensors and NOx sensors, some gas sensors detect the mixed potential of specific gas components such as ammonia gas and hydrocarbon gas and oxygen gas using a detection electrode that has catalytic activity for specific gas components such as ammonia gas and hydrocarbon gas and oxygen gas.

混成電位を利用するガスセンサとしては、例えば、特許文献１に示されるものがある。特許文献１に記載されたガスセンサは、絶縁層と、絶縁層に積層された固体電解質層と、を有する。絶縁層と固体電解質層との間には、基準ガスが流通可能な基準ガス室が設けられている。固体電解質層の表面には検出電極が設けられており、検出電極は検出対象ガスと接触可能になっている。また、固体電解質層の裏面のうち基準ガス室に面した領域には基準電極が設けられており、基準電極は基準ガスと接触可能になっている。さらにガスセンサは、絶縁層のうち検出電極と反対側に位置する最外層に、検出電極の温度を検出するための温度検出手段を有する。 An example of a gas sensor that utilizes a mixed potential is shown in Patent Document 1. The gas sensor described in Patent Document 1 has an insulating layer and a solid electrolyte layer laminated on the insulating layer. A reference gas chamber through which a reference gas can flow is provided between the insulating layer and the solid electrolyte layer. A detection electrode is provided on the surface of the solid electrolyte layer, and the detection electrode is capable of contacting the gas to be detected. A reference electrode is provided on the back surface of the solid electrolyte layer in an area facing the reference gas chamber, and the reference electrode is capable of contacting the reference gas. Furthermore, the gas sensor has a temperature detection means for detecting the temperature of the detection electrode in the outermost layer of the insulating layer located on the opposite side to the detection electrode.

特許第５１３４３９９号公報Patent No. 5134399

特許文献１に記載されたガスセンサにおいては、温度検出手段は、ガスセンサにおいて検出電極と反対側の面に設けられている。このため、検出電極の温度と、温度検出手段の温度との間に差異が生じる可能性がある。この結果、検出電極の温度を精度よく検出することが難しいという問題がある。 In the gas sensor described in Patent Document 1, the temperature detection means is provided on the surface of the gas sensor opposite the detection electrode. This means that there is a possibility that a difference may occur between the temperature of the detection electrode and the temperature of the temperature detection means. As a result, there is a problem in that it is difficult to accurately detect the temperature of the detection electrode.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、検出電極の温度を精度よく検出可能なガスセンサ素子及びガスセンサを提供しようとするものである。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a gas sensor element and a gas sensor that can accurately detect the temperature of the detection electrode.

本発明の第一の態様は、
混成電位を利用するガスセンサ（１）に用いられるガスセンサ素子（２）であって、
第１面（２０１）及び第２面（２０２）を有する固体電解質体（２１）と、
該固体電解質体の上記第１面に設けられて検出対象ガス（Ｇ）と接触する検出電極（２２）と、
上記固体電解質体の上記第２面における上記検出電極と対向する位置に設けられるとともに基準ガス（Ａ）と接触する基準電極（２３）と、
上記固体電解質体に設けられた温度検出部（２５）と、
上記固体電解質体の上記第２面に対向するとともに、上記第２面との間に上記基準ガスが流通するダクト（２４）を有して配された絶縁体（３）と、
該絶縁体に配されるとともに、上記温度検出部が検出した温度に基づいて制御されるヒータ（４１１）と、を備え、
上記温度検出部は、上記固体電解質体の上記第１面に設けられており、
長手方向（Ｘ）に細長くのびた形状をなしており、
上記検出電極と上記温度検出部とが、上記第１面と上記第２面との対向方向（Ｄ）、及び上記長手方向の双方に直交する幅方向（Ｗ）に隣り合って設けられている、ガスセンサ素子にある。
本発明の第二の態様は、
混成電位を利用するガスセンサ（１）に用いられるガスセンサ素子（２）であって、
第１面（２０１）及び第２面（２０２）を有する固体電解質体（２１）と、
該固体電解質体の上記第１面に設けられて検出対象ガス（Ｇ）と接触する検出電極（２２）と、
上記固体電解質体の上記第２面における上記検出電極と対向する位置に設けられるとともに基準ガス（Ａ）と接触する基準電極（２３）と、
上記固体電解質体に設けられた温度検出部（２５）と、
上記固体電解質体の上記第２面に対向するとともに、上記第２面との間に上記基準ガスが流通するダクト（２４）を有して配された絶縁体（３）と、
該絶縁体に配されるとともに、上記温度検出部が検出した温度に基づいて制御されるヒータ（４１１）と、を備え、
上記温度検出部は、上記固体電解質体の上記第２面に設けられており、
長手方向に細長くのびた形状をなしており、
上記基準電極と上記温度検出部とが、上記第１面と上記第２面との対向方向、及び上記長手方向の双方に直交する幅方向に隣り合って設けられているガスセンサ素子にある。
本発明の第三の態様は、
混成電位を利用するガスセンサ（１）に用いられるガスセンサ素子（２）であって、
第１面（２０１）及び第２面（２０２）を有する固体電解質体（２１）と、
該固体電解質体の上記第１面に設けられて検出対象ガス（Ｇ）と接触する検出電極（２２）と、
上記固体電解質体の上記第２面における上記検出電極と対向する位置に設けられるとともに基準ガス（Ａ）と接触する基準電極（２３）と、
上記固体電解質体に設けられた温度検出部（２５）と、
上記固体電解質体の上記第２面に対向するとともに、上記第２面との間に上記基準ガスが流通するダクト（２４）を有して配された絶縁体（３）と、
該絶縁体に配されるとともに、上記温度検出部が検出した温度に基づいて制御されるヒータ（４１１）と、を備え、
上記検出電極の面積Ｓsの、上記温度検出部の面積Ｓtに対する比Ｓs／Ｓtは、
０．５ ≦ Ｓｓ／Ｓｔ ≦ ２．０
である、ガスセンサ素子にある。 The first aspect of the present invention is
A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit ;
the temperature detection unit is provided on the first surface of the solid electrolyte body,
It has an elongated shape in the longitudinal direction (X),
The gas sensor element has the detection electrode and the temperature detection portion disposed adjacent to each other in a width direction (W) perpendicular to both the opposing direction (D) of the first surface and the second surface and the longitudinal direction.
A second aspect of the present invention is
A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit;
the temperature detection unit is provided on the second surface of the solid electrolyte body,
It has a long and narrow shape in the longitudinal direction.
The reference electrode and the temperature detection portion are provided adjacent to each other in a width direction perpendicular to both the opposing direction of the first surface and the second surface and the longitudinal direction of the gas sensor element.
A third aspect of the present invention is
A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit;
The ratio S/S of the area S of the detection electrode to the area S of the temperature detection portion is
0.5 ≦ Ss/St ≦ 2.0
The gas sensor element has the following characteristics.

本発明の第四の態様は、混成電位を利用するガスセンサ（１）であって、
上記ガスセンサ素子を有する、ガスセンサ（１）にある。 A fourth aspect of the present invention is a gas sensor (1) utilizing a mixed potential,
The gas sensor (1) has the above gas sensor element.

温度検出部は固体電解質体に設けられているので、固体電解質体に設けられた検出電極の温度を精度よく検出することができる。これにより、温度検出部が固体電解質体と異なる部分に設けられる場合に比べて、ガスセンサ素子の精度を向上させることができる。 Since the temperature detection unit is provided in the solid electrolyte body, it is possible to accurately detect the temperature of the detection electrode provided in the solid electrolyte body. This improves the accuracy of the gas sensor element compared to when the temperature detection unit is provided in a location other than the solid electrolyte body.

以上のごとく、上記の態様によれば、検出電極の温度を精度よく検出できるガスセンサ素子及びガスセンサを提供することができる。 As described above, the above aspects provide a gas sensor element and a gas sensor that can accurately detect the temperature of the detection electrode.

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The reference characters in parentheses in the claims and the means for solving the problems indicate the corresponding relationship with the specific means described in the embodiments described below, and do not limit the technical scope of the present invention.

実施形態１にかかる、ガスセンサ及びガスセンサ素子を示す図２のＩ－Ｉ断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2 , showing the gas sensor and the gas sensor element according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、ガスセンサ素子を示す、図１のＩＩ矢視図。FIG. 2 is a view taken along the line II in FIG. 1 , showing the gas sensor element according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、ガスセンサ及びセンサ素子図を示す、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas sensor and the sensor element according to the first embodiment taken along line III-III of FIG. 実施形態１にかかる、ガスセンサが配置された内燃機関を示す、説明図。1 is an explanatory diagram showing an internal combustion engine in which a gas sensor is disposed according to a first embodiment; 実施形態１にかかる、ガスセンサ素子を示す、図１における一部拡大ＩＩ矢視図FIG. 2 is a partially enlarged view of the gas sensor element according to the first embodiment taken along the line II in FIG. 実施形態１にかかる、検出電極が出力する電圧出力の、検出電極の表面温度に対する変化を示すグラフ。5 is a graph showing a change in a voltage output from a detection electrode with respect to a surface temperature of the detection electrode according to the first embodiment. 実験例１にかかる、検出電極と、温度検出部とを示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a detection electrode and a temperature detection unit according to Experimental Example 1. 実験例２にかかる、検出電極と、温度検出部とを示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a detection electrode and a temperature detection unit according to Experimental Example 2. 実験例３にかかる、検出電極と、温度検出部とを示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a detection electrode and a temperature detection unit according to Experimental Example 3. 実験例１にかかる、検出対象ガスの温度、温度検出部の電気抵抗値、及び検出電極から出力される混成電位出力の、経時変化について示すグラフ。6 is a graph showing changes over time in the temperature of the detection target gas, the electrical resistance value of the temperature detection portion, and the mixed potential output output from the detection electrode in Experimental Example 1. 実験例２にかかる、検出対象ガスの温度、温度検出部の電気抵抗値、及び検出電極から出力される混成電位出力の、経時変化について示すグラフ。11 is a graph showing changes over time in the temperature of the detection target gas, the electrical resistance value of the temperature detection portion, and the mixed potential output output from the detection electrode in Experimental Example 2. 実験例３にかかる、検出対象ガスの温度、温度検出部の電気抵抗値、及び検出電極から出力される混成電位出力の、経時変化について示すグラフ。13 is a graph showing changes over time in the temperature of the detection target gas, the electrical resistance value of the temperature detection portion, and the mixed potential output output from the detection electrode in Experimental Example 3. 実施形態２にかかる、ガスセンサ素子を示す、図１のＩＩ矢視相当図。2 is a view showing a gas sensor element according to a second embodiment, taken along line II in FIG. 1 . 実施形態２にかかる、固体電解質体の第２面を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a second surface of the solid electrolyte body according to the second embodiment. 実施形態３にかかる、ガスセンサ素子を示す、図１のＩＩ矢視相当図。2 is a view showing a gas sensor element according to a third embodiment, taken along line II in FIG. 1 . 実施形態４にかかる、ガスセンサ素子を示す、図１のＩＩ矢視相当図。2 is a view showing a gas sensor element according to a fourth embodiment, taken along line II in FIG. 1 .

＜実施形態１＞
実施形態１のガスセンサ素子及びガスセンサについて、図１～図１２を用いて説明する。 <Embodiment 1>
The gas sensor element and the gas sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

（ガスセンサ素子２）
まず、本実施形態のガスセンサ素子について説明する。本形態のガスセンサ素子２は、混成電位を利用するガスセンサ１（詳しくは後述する）に用いられる素子である。ガスセンサ素子２は、図１～図３に示すごとく、固体電解質体２１と、検出電極２２と、基準電極２３と、温度検出部２５と、絶縁体３と、ヒータ４１１と、を備えている。 (Gas sensor element 2)
First, the gas sensor element of this embodiment will be described. The gas sensor element 2 of this embodiment is an element used in a gas sensor 1 (described in detail later) that utilizes a mixed potential. As shown in Figures 1 to 3, the gas sensor element 2 includes a solid electrolyte body 21, a detection electrode 22, a reference electrode 23, a temperature detection portion 25, an insulator 3, and a heater 411.

固体電解質体２１は、第１面２０１及び第２面２０２を有する。検出電極２２は、固体電解質体２１の第１面２０１に設けられて検出対象ガスＧと接触する。基準電極２３は、固体電解質体２１の第２面２０２における検出電極２２と対向する位置に設けられるとともに基準ガスＡと接触する。温度検出部２５は、固体電解質体２１に設けられている。 The solid electrolyte body 21 has a first surface 201 and a second surface 202. The detection electrode 22 is provided on the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 and is in contact with the detection target gas G. The reference electrode 23 is provided at a position facing the detection electrode 22 on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 and is in contact with the reference gas A. The temperature detection unit 25 is provided on the solid electrolyte body 21.

絶縁体３は、固体電解質体２１の第２面２０２に対向するとともに、第２面２０２との間に基準ガスが流通するダクト２４を有して配されている。ヒータ４１１は、絶縁体３に配されるとともに、温度検出部２５が検出した温度に基づいて制御される。 The insulator 3 faces the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 and has a duct 24 between the insulator 3 and the second surface 202 through which the reference gas flows. The heater 411 is disposed in the insulator 3 and is controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit 25.

図１～図３に示すように、ガスセンサ素子２は、検出電極２２及び基準電極２３が設けられた固体電解質体２１と、ヒータ４１１が埋設された絶縁体３とが積層されて形成されている。ガスセンサ素子２は、長尺形状に形成されている。ガスセンサ素子２の長手方向Ｘの先端側Ｘ１の部位は、ガスセンサ１を構成するカバー内に収容された状態で、排気管７１内に配置される。ガスセンサ素子２においては、長手方向Ｘに直交して固体電解質体２１のうち後述する第１面２０１と第２面２０２とが対向する方向を対向方向Ｄといい、長手方向Ｘ及び対向方向Ｄの双方に直交する方向を幅方向Ｗという。 As shown in Figs. 1 to 3, the gas sensor element 2 is formed by stacking a solid electrolyte body 21 provided with a detection electrode 22 and a reference electrode 23, and an insulator 3 in which a heater 411 is embedded. The gas sensor element 2 is formed in an elongated shape. A tip side X1 portion of the gas sensor element 2 in the longitudinal direction X is disposed in the exhaust pipe 71 while being housed in a cover constituting the gas sensor 1. In the gas sensor element 2, the direction in which a first surface 201 and a second surface 202 of the solid electrolyte body 21, which will be described later, face each other perpendicularly to the longitudinal direction X, is called the facing direction D, and the direction perpendicular to both the longitudinal direction X and the facing direction D is called the width direction W.

（固体電解質体２１）
図１～図３に示すように、固体電解質体２１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。ジルコニア材料は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。ジルコニア材料には、イットリア（酸化イットリウム）等の希土類金属元素もしくはアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアを用いることができる。 (Solid electrolyte body 21)
As shown in Figures 1 to 3, the solid electrolyte body 21 is formed in a plate shape and is made of a zirconia material having a property of conducting oxygen ions at a predetermined temperature. The zirconia material may be made of various materials containing zirconia as a main component. The zirconia material may be stabilized zirconia in which a part of the zirconia is replaced with a rare earth metal element such as yttria (yttrium oxide) or an alkaline earth metal element. Partially stabilized zirconia can be used.

固体電解質体２１の、検出対象ガスＧに晒される第１面２０１は、ガスセンサ素子２における最も外側の表面を形成する。そして、第１面２０１に設けられた検出電極２２には、検出対象ガスＧが接触しやすい状態が形成されている。検出電極２２は、長手方向Ｘに細長い長方形状をなしている。本形態の検出電極２２の表面には、セラミックスの多孔質体等による保護層２２３が設けられている。保護層２２３は、検出電極２２の表面を全て覆っている。なお、検出電極２２の表面に保護層２２３を設けない構成とすることも可能である。 The first surface 201 of the solid electrolyte body 21, which is exposed to the target gas G, forms the outermost surface of the gas sensor element 2. The detection electrode 22 provided on the first surface 201 is formed in a state that allows the target gas G to easily come into contact with it. The detection electrode 22 has a rectangular shape that is elongated in the longitudinal direction X. In this embodiment, a protective layer 223 made of a porous ceramic material or the like is provided on the surface of the detection electrode 22. The protective layer 223 covers the entire surface of the detection electrode 22. It is also possible to configure the detection electrode 22 without providing the protective layer 223 on the surface of the detection electrode 22.

固体電解質体２１の第２面２０２に設けられた基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。固体電解質体２１の第２面２０２には、大気が導入されるダクト２４が隣接して形成されている。基準電極２３は、長手方向Ｘに細長い長方形状をなしている。検出電極２２の形状、及び大きさと、基準電極２３の形状、及び大きさとは実質的に同じに形成されている。実質的に同じとは、同じである場合を含むとともに、同じでない場合であっても実質的に同じと認められる場合も含む。なお、検出電極２２の形状と、基準電極２３の形状は互いに異なっていてもよい。 The reference electrode 23 provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 is exposed to the atmosphere as the reference gas A. A duct 24 through which the atmosphere is introduced is formed adjacent to the second surface 202 of the solid electrolyte body 21. The reference electrode 23 has a rectangular shape that is elongated in the longitudinal direction X. The shape and size of the detection electrode 22 and the shape and size of the reference electrode 23 are formed to be substantially the same. "Substantially the same" includes cases where they are the same, and also includes cases where they are not the same but are considered to be substantially the same. The shapes of the detection electrode 22 and the reference electrode 23 may be different from each other.

（検出電極２２）
図１～図３に示すように、検出電極２２は、固体電解質体２１における、酸素及びアンモニアが含まれる検出対象ガスＧに晒される第１面２０１に設けられている。検出電極２２は、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を有する貴金属、及び固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有している。検出電極２２を構成する貴金属には、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）－金合金、白金－パラジウム合金、パラジウム－金合金等を用いることができる。また、検出電極２２は、貴金属及びジルコニア材料の他に、あるいは貴金属に代えて、金属酸化物、ペロブスカイト構造を有する酸化物（ペロブスカイト型酸化物）を含有していてもよい。 (Detection electrode 22)
1 to 3, the detection electrode 22 is provided on a first surface 201 of the solid electrolyte body 21 that is exposed to a detection target gas G containing oxygen and ammonia. The detection electrode 22 contains a precious metal having catalytic activity for ammonia and oxygen, and a zirconia material that is a common material when sintered with the solid electrolyte body 21. The precious metal constituting the detection electrode 22 may be gold (Au), a platinum (Pt)-gold alloy, a platinum-palladium alloy, a palladium-gold alloy, or the like. The detection electrode 22 may contain a metal oxide or an oxide having a perovskite structure (perovskite-type oxide) in addition to the precious metal and the zirconia material, or instead of the precious metal.

図１及び図２に示すように、固体電解質体２１の第１面２０１には、検出電極２２に繋がるリード部２２１が設けられている。リード部２２１は、検出電極２２をガスセンサ１の外部と電気接続するために用いられる。 As shown in Figures 1 and 2, a lead portion 221 connected to the detection electrode 22 is provided on the first surface 201 of the solid electrolyte body 21. The lead portion 221 is used to electrically connect the detection electrode 22 to the outside of the gas sensor 1.

（基準電極２３）
図１～図３に示すように、基準電極２３は、固体電解質体２１における、第１面２０１とは反対側の第２面２０２に設けられている。第２面２０２及び第２面２０２に設けられた基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。基準電極２３は、酸素に対する触媒活性を有する貴金属、及び固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有している。基準電極２３を構成する貴金属には、白金（Ｐｔ）等を用いることができる。 (Reference electrode 23)
1 to 3, the reference electrode 23 is provided on a second surface 202 of the solid electrolyte body 21, the second surface 202 being opposite to the first surface 201. The second surface 202 and the reference electrode 23 provided on the second surface 202 are exposed to the atmosphere as a reference gas A. The reference electrode 23 contains a precious metal having catalytic activity against oxygen, and a zirconia material which is a common material when sintered with the solid electrolyte body 21. The precious metal constituting the reference electrode 23 may be platinum (Pt) or the like.

本形態の基準電極２３は、検出電極２２に対して固体電解質体２１を介して対向する位置に形成されている。固体電解質体２１の第２面２０２には、基準電極２３に繋がるリード部２３１が設けられている。 In this embodiment, the reference electrode 23 is formed in a position facing the detection electrode 22 via the solid electrolyte body 21. A lead portion 231 connected to the reference electrode 23 is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21.

ガスセンサ素子２においては、検出電極２２、基準電極２３、及び検出電極２２と基準電極２３との間に挟まれた固体電解質体２１の部分によって、酸素イオンが伝導する検出セルが形成されている。ヒータ４１１の発熱によるガスセンサ素子２の温度は、検出セルの温度が所定の作動温度になるように制御される。 In the gas sensor element 2, a detection cell through which oxygen ions are conducted is formed by the detection electrode 22, the reference electrode 23, and the portion of the solid electrolyte body 21 sandwiched between the detection electrode 22 and the reference electrode 23. The temperature of the gas sensor element 2 generated by the heater 411 is controlled so that the temperature of the detection cell becomes a predetermined operating temperature.

（温度検出部２５）
図２及び図３に示すように、温度検出部２５は、固体電解質体２１における、酸素及びアンモニアが含まれる検出対象ガスＧに晒される第１面２０１に設けられている。温度検出部２５は、固体電解質体２１の第１面２０１において、幅方向Ｗについて検出電極２２と隣り合って設けられている。 (Temperature detection unit 25)
2 and 3 , the temperature detection unit 25 is provided on a first surface 201 of the solid electrolyte body 21, which is exposed to a detection target gas G containing oxygen and ammonia. The temperature detection unit 25 is provided on the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 adjacent to the detection electrode 22 in the width direction W.

図２に示すように、固体電解質体２１の第１面２０１には、温度検出部２５に繋がるリード部２２５が設けられている。リード部２２５は、温度検出部２５をガスセンサ１の外部と電気接続するために用いられる。図３に示すように、温度検出部２５の電気抵抗値の変化に基づいて、センサ制御ユニット５は、温度検出部２５が配された部分の温度を検出するようになっている。 As shown in FIG. 2, a lead portion 225 connected to the temperature detection portion 25 is provided on the first surface 201 of the solid electrolyte body 21. The lead portion 225 is used to electrically connect the temperature detection portion 25 to the outside of the gas sensor 1. As shown in FIG. 3, the sensor control unit 5 detects the temperature of the portion where the temperature detection portion 25 is disposed based on the change in the electrical resistance value of the temperature detection portion 25.

温度検出部２５、及びリード部２２５は、白金（Ｐｔ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。温度検出部２５、及びリード部２２５は、白金とアルミナとを含む金属ペーストを固体電解質体２１の第１面２０１に所定の形状で塗布したのちに焼成することにより形成することができる。 The temperature detection unit 25 and the lead portion 225 contain platinum (Pt) and alumina (Al ₂ O ₃ ). The temperature detection unit 25 and the lead portion 225 can be formed by applying a metal paste containing platinum and alumina in a predetermined shape to the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 and then firing the paste.

図２に示すように、温度検出部２５は、長手方向Ｘに沿ってのびる複数の直線部２２６と、直線部２２６の端部を連結して幅方向Ｗについて隣り合う直線部２２６同士を折り返し状に連結する複数の折り返し部２２７と、を有する。直線部２２６は長手方向Ｘに平行に形成されている。直線部２２６のうち、幅方向Ｗについて両端部に位置する２つの直線部２２６は、それぞれ、リード部２２５に接続されている。リード部２２５の幅方向についての幅寸法は、直線部２２６の幅方向Ｗについての幅寸法、及び折り返し部２２７の長手方向についての幅寸法よりも大きく設定されている。これにより、リード部２２５の単位長さ当たりの電気抵抗値は、直線部２２６、及び折り返し部２２７の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも小さくなっている。これにより、温度検出部２５の電気抵抗値の変化を、リード部２２５を介してセンサ制御ユニット５によって検出することができる。 2, the temperature detection unit 25 has a plurality of straight portions 226 extending along the longitudinal direction X, and a plurality of folded portions 227 that connect the ends of the straight portions 226 and fold back adjacent straight portions 226 in the width direction W. The straight portions 226 are formed parallel to the longitudinal direction X. Of the straight portions 226, two straight portions 226 located at both ends in the width direction W are each connected to a lead portion 225. The width dimension of the lead portion 225 in the width direction is set to be larger than the width dimension of the straight portions 226 in the width direction W and the width dimension of the folded portion 227 in the longitudinal direction. As a result, the electrical resistance value per unit length of the lead portion 225 is smaller than the electrical resistance values per unit length of the straight portions 226 and the folded portion 227. As a result, the change in the electrical resistance value of the temperature detection unit 25 can be detected by the sensor control unit 5 via the lead portion 225.

（絶縁層２６）
図２に示すように、固体電解質体２１の第１面２０１には、長手方向Ｘに長尺の長方形状をなす絶縁層２６が設けられている。絶縁層２６は、対向方向Ｄから見て、温度検出部２５，及びリード部２２５に重なる位置に設けられている。絶縁層２６は、固体電解質体２１と、温度検出部２５、及びリード部２２５と、の間に介在している。これにより、固体電解質体２１と、温度検出部２５、及びリード部２２５とが電気的に絶縁されている。絶縁層２６はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む金属ペーストを固体電解質体２１の第１面２０１に塗布したのちに、焼成することにより形成される。 (Insulating layer 26)
2, the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 is provided with an insulating layer 26 having a rectangular shape elongated in the longitudinal direction X. The insulating layer 26 is provided at a position overlapping the temperature detection unit 25 and the lead portion 225 when viewed from the facing direction D. The insulating layer 26 is interposed between the solid electrolyte body 21, the temperature detection unit 25, and the lead portion 225. This electrically insulates the solid electrolyte body 21 from the temperature detection unit 25 and the lead portion 225. The insulating layer 26 is formed by applying a metal paste containing alumina (Al ₂ O ₃ ) to the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 and then firing the paste.

（絶縁体３）
図１、及び図３に示すように、絶縁体３は、ダクト２４を形成する切欠き部が設けられたスペーサ絶縁体部３１と、ヒータ４１１が埋設されたヒータ絶縁体部３２とによって形成されている。絶縁体３は、アルミナ等の絶縁性のセラミックス材料によって構成されている。ダクト２４は、基準電極２３が配置された位置から長手方向Ｘの基端側Ｘ２の位置まで形成されている。ダクト２４内には、長手方向Ｘの基端側Ｘ２の位置に形成された開口部２４１から基準ガスＡとしての大気が導入される。 (Insulator 3)
1 and 3, the insulator 3 is formed of a spacer insulator portion 31 provided with a notch portion forming the duct 24, and a heater insulator portion 32 in which a heater 411 is embedded. The insulator 3 is made of an insulating ceramic material such as alumina. The duct 24 is formed from the position where the reference electrode 23 is disposed to a position on the base end side X2 in the longitudinal direction X. Air as a reference gas A is introduced into the duct 24 from an opening 241 formed at the position of the base end side X2 in the longitudinal direction X.

（ヒータ４１１）
図１、及び図３に示すように、絶縁体３のヒータ絶縁体部３２には、通電によって発熱するヒータ４１１が埋設されている。ヒータ４１１にはヒータリード部４１２が接続されている。ヒータ４１１は、検出電極２２、基準電極２３、及び温度検出部２５に積層方向Ｄにおいて対向する位置に配置されている。ヒータ４１１には、ヒータ４１１に通電を行うための通電制御部５２が、ヒータリード部４１２を介して接続されている。通電制御部５２は、ヒータ４１１に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等を行った電圧を印加するドライブ回路等を用いて形成されている。通電制御部５２は、センサ制御ユニット５内に形成されている。 (Heater 411)
As shown in Fig. 1 and Fig. 3, a heater 411 that generates heat when electricity is applied is embedded in the heater insulator portion 32 of the insulator 3. A heater lead portion 412 is connected to the heater 411. The heater 411 is disposed at a position facing the detection electrode 22, the reference electrode 23, and the temperature detection portion 25 in the stacking direction D. A current control portion 52 for applying current to the heater 411 is connected to the heater 411 via the heater lead portion 412. The current control portion 52 is formed using a drive circuit or the like that applies a voltage that has been subjected to PWM (pulse width modulation) control or the like to the heater 411. The current control portion 52 is formed in the sensor control unit 5.

ヒータ４１１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態のヒータ４１１の直線部分は、長手方向Ｘに平行に形成されている。ヒータリード部４１２は、直線状の導体部によって形成されている。ヒータ４１１の単位長さ当たりの抵抗値は、ヒータリード部４１２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。ヒータリード部４１２は、長手方向Ｘの基端側Ｘ２の部位まで引き出されている。ヒータ４１１，及びヒータリード部４１２は、導電性を有する金属材料を含有している。 The heater 411 is formed of a linear conductor that meanders with straight and curved portions. The straight portions of the heater 411 in this embodiment are formed parallel to the longitudinal direction X. The heater lead portion 412 is formed of a linear conductor. The resistance value per unit length of the heater 411 is greater than the resistance value per unit length of the heater lead portion 412. The heater lead portion 412 is drawn out to the base end side X2 in the longitudinal direction X. The heater 411 and the heater lead portion 412 contain a metal material having electrical conductivity.

ヒータ４１１の断面積は、ヒータリード部４１２の断面積よりも小さく、ヒータ４１１の単位長さ当たりの抵抗値はヒータ４１１及びヒータリード部４１２が延びる方向に直交する面内の断面積のことをいう。そして、一対のヒータリード部４１２に電圧が印加されると、ヒータ４１１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、検出電極２２及び基準電極２３の周辺が加熱される。 The cross-sectional area of the heater 411 is smaller than that of the heater lead portion 412, and the resistance value per unit length of the heater 411 refers to the cross-sectional area in a plane perpendicular to the direction in which the heater 411 and the heater lead portion 412 extend. When a voltage is applied to the pair of heater lead portions 412, the heater 411 generates heat due to Joule heat, and this heat heats the areas around the detection electrode 22 and the reference electrode 23.

ヒータ４１１への通電によって制御される、ガスセンサ素子２の検出セルの目標作動温度は、３５０℃～５５０℃の温度範囲内の特定の温度として設定される。検出電極２２（検出セル）の温度は、通電制御部５２によるヒータ４１１への通電量によって、目標作動温度になるように制御される。通電制御部５２は、温度検出部２５によって検出された温度に基づいて、ヒータ４１１への通電量を制御する。ただし、検出の過渡期等においては、検出ガスの温度、流速等の変化の影響を受けて、検出電極２２（検出セル）の温度は作動温度内において変化する。 The target operating temperature of the detection cell of the gas sensor element 2, which is controlled by energizing the heater 411, is set as a specific temperature within the temperature range of 350°C to 550°C. The temperature of the detection electrode 22 (detection cell) is controlled to the target operating temperature by the amount of electricity supplied to the heater 411 by the current control unit 52. The current control unit 52 controls the amount of electricity supplied to the heater 411 based on the temperature detected by the temperature detection unit 25. However, during a detection transition or the like, the temperature of the detection electrode 22 (detection cell) changes within the operating temperature range due to the influence of changes in the temperature, flow rate, etc. of the detection gas.

（検出電極２２の面積Ｓｓの、温度検出部２５の面積Ｓｔに対する比）
混成電位を利用するガスセンサ素子２においては、検出電極２２の表面温度で、検出電極２２上の反応速度が容易に変化する。このため、検出電極２２の温度依存性が非常に大きいので、検出電極２２の温度管理が重要となる。 (Ratio of area Ss of detection electrode 22 to area St of temperature detection portion 25)
In the gas sensor element 2 utilizing the mixed potential, the reaction rate on the detection electrode 22 easily changes depending on the surface temperature of the detection electrode 22. Therefore, the temperature dependency of the detection electrode 22 is very large, and therefore temperature management of the detection electrode 22 is important.

図６には、検出電極２２の電圧出力の、検出電極２２の表面温度に対する変化を示す。測定条件は、Ｏ_２１０％含有Ｎ_２雰囲気下、検出対象ガスＧの温度は２５０℃である。図中に示された、「１００ｐｐｍ」、「５０ｐｐｍ」、及び「１０ｐｐｍ」は、検出対象ガスＧ中のＮＨ_３の濃度である。 6 shows the change in the voltage output of the detection electrode 22 with respect to the surface temperature of the detection electrode 22. The measurement conditions were an _N2 atmosphere containing 10% _O2 , and the temperature of the detection target gas G was 250° C. “100 ppm”, “50 ppm”, and “10 ppm” shown in the figure are the concentrations of _NH3 in the detection target gas G.

３００℃から５５０℃の温度範囲において、対象検出ガスＧ中のＮＨ_３濃度が１０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍと高くなるにしたがって、検出電極２２から出力される電圧出力も大きくなる。また、一定のＮＨ_３濃度においては、検出電極２２から出力される電圧出力の、検出電極の表面温度に対する変化を示すグラフは、約３５０℃のときに電圧出力が最大値となる上に凸となる。 In the temperature range of 300° C. to 550° C., as the NH ₃ concentration in the target detection gas G increases from 10 ppm, 50 ppm, to 100 ppm, the voltage output from the detection electrode 22 also increases. Furthermore, at a constant NH ₃ concentration, a graph showing the change in the voltage output from the detection electrode 22 versus the surface temperature of the detection electrode is convex upward, with the voltage output reaching a maximum value at approximately 350° C.

例えば、検出電極２２の表面温度が４００℃から３５０℃にまで下がると、検出対象ガスＧ中のＮＨ_３の濃度が変化していなかったとしても、検出電極２２の電圧出力は上昇してしまう。これにより、検出結果として、ＮＨ_３の濃度が、見かけ上、高くなってしまうという場合が考えられる。 For example, when the surface temperature of the detection electrode 22 drops from 400° C. to 350° C., the voltage output of the detection electrode 22 increases even if the concentration of NH ₃ in the detection target gas G has not changed. This may result in the detection result showing an apparent high concentration of NH ₃ .

本実施形態においては、検出電極２２の幅方向Ｗについて隣り合って設けられた温度検出部２５によって検出電極２２の温度を検出し、この温度に基づいてヒータ４１１を制御することにより検出電極２２の温度管理が行われている。 In this embodiment, the temperature of the detection electrode 22 is detected by temperature detection units 25 arranged adjacent to each other in the width direction W of the detection electrode 22, and the temperature of the detection electrode 22 is managed by controlling the heater 411 based on this temperature.

検出電極２２の温度管理の精度を向上させるためには、検出電極２２の面積Ｓｓの、温度検出部２５の面積Ｓtに対する比が、所定の範囲内にあることが好ましい。以下に詳細に説明する。 To improve the accuracy of temperature management of the detection electrode 22, it is preferable that the ratio of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection section 25 is within a predetermined range. This is explained in detail below.

図５において二点鎖線で示すように、本実施形態における検出電極２２の面積Ｓｓは、検出電極２２の外形線で囲まれた領域の面積とされる。説明の便宜のため、検出電極２２の面積Ｓｓを示す二点鎖線の長方形は、検出電極２２の外形線よりもわずかに大きく記載されている。なお、図５では、説明のため、保護層２２３、及び絶縁層２６は省略されている。 As shown by the two-dot chain line in FIG. 5, the area Ss of the detection electrode 22 in this embodiment is the area of the region surrounded by the outline of the detection electrode 22. For ease of explanation, the two-dot chain rectangle indicating the area Ss of the detection electrode 22 is drawn slightly larger than the outline of the detection electrode 22. Note that, for the sake of explanation, the protective layer 223 and the insulating layer 26 are omitted in FIG. 5.

図５において二点鎖線で示すように、本実施形態における温度検出部２５の面積Ｓｔは、温度検出部２５のうち長手方向Ｘの両端部と、幅方向Ｗの両端部に囲まれた長方形状の領域とされる。以下に詳細に説明する。温度検出部２５の面積Ｓｔの長手方向Ｘについての境界は、折り返し部２２７のうち、長手方向Ｘの先端部側の折り返し部２２７Ａの先端部と、長手方向Ｘの基端部側の折り返し部２２７Ｂの基端部と、によって規定される。また、温度検出部２５の面積Ｓｔの幅方向Ｗについての境界は、直線部２２６のうち、幅方向Ｗの両端部に位置する直線部２２６Ａ、２２６Ｂによって規定される。説明の便宜のため、温度検出部２５の面積Ｓｔを示す二点鎖線の長方形は、長手方向Ｘの先端部側の折り返し部２２７Ａの先端部、長手方向Ｘの基端部側の折り返し部２２７Ｂの基端部、及び幅方向Ｗの両端部に位置する直線部２２６Ａ、２２６Ｂよりもわずかに大きく記載されている。 As shown by the two-dot chain line in Fig. 5, the area St of the temperature detection unit 25 in this embodiment is a rectangular area surrounded by both ends of the temperature detection unit 25 in the longitudinal direction X and both ends of the temperature detection unit 25 in the width direction W. This will be described in detail below. The boundary of the area St of the temperature detection unit 25 in the longitudinal direction X is determined by the tip of the folded portion 227A on the tip side of the longitudinal direction X and the base end of the folded portion 227B on the base end side of the longitudinal direction X of the folded portion 227. In addition, the boundary of the area St of the temperature detection unit 25 in the width direction W is determined by the straight line portions 226A and 226B of the straight line portion 226 located at both ends of the width direction W. For ease of explanation, the rectangle in the two-dot chain line indicating the area St of the temperature detection section 25 is drawn slightly larger than the tip of the folded portion 227A on the tip side in the longitudinal direction X, the base end of the folded portion 227B on the base end side in the longitudinal direction X, and the straight portions 226A and 226B located at both ends in the width direction W.

検出電極２２の面積Ｓｓの、温度検出部２５の面積Ｓｔに対する比Ｓｓ／Ｓｔは、０．５ ≦ Ｓｓ／Ｓｔ ≦ ２．０であることが好ましい。０．５ ≦ Ｓｓ／Ｓｔ ≦ ２．０であることにより、検出電極２２の温度変化に対する応答性と、温度検出部２５の温度変化に対する応答性とを、同程度のものとすることができる。これにより、例えば、検出対象ガスＧの温度が急激に変化することによって検出電極２２の温度が急激に変化した場合でも、検出電極２２の温度変化に対応して温度検出部２５の温度も変化するので、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。この結果、検出電極２２の温度を適切に制御することができるので、ガスセンサ素子２の精度を向上させることができる。なお、Ｓｓ／Ｓｔの値は上記の範囲に限定されない。 The ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection section 25 is preferably 0.5 ≦ Ss/St ≦ 2.0. By satisfying 0.5 ≦ Ss/St ≦ 2.0, the responsiveness of the detection electrode 22 to the temperature change and the responsiveness of the temperature detection section 25 to the temperature change can be made to be approximately the same. As a result, even if the temperature of the detection electrode 22 changes suddenly due to a sudden change in the temperature of the detection target gas G, the temperature of the temperature detection section 25 also changes in response to the temperature change of the detection electrode 22, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with high accuracy. As a result, the temperature of the detection electrode 22 can be appropriately controlled, and the accuracy of the gas sensor element 2 can be improved. Note that the value of Ss/St is not limited to the above range.

（実験例）
続いて、検出電極２２の面積Ｓｓの、温度検出部２５の面積Ｓｔに対する比Ｓｓ／Ｓｔと、混成電位出力との関係について、実験例１～３を参照して説明する。 (Experimental Example)
Next, the relationship between the ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection portion 25 and the mixed potential output will be described with reference to Experimental Examples 1 to 3.

（実験例１）
実験例１に係るガスセンサ素子２においては、検出電極２２の面積Ｓsの、温度検出部２５の面積Ｓtに対する比Ｓｓ／Ｓｔは１．０となっている。図７に模式的に示すように、検出電極２２と、温度検出部２５の面積は同じに設定されている。また、検出電極２２の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｓと、温度検出部２５の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｔとは、長手方向Ｘの同じ位置になるように配置されている。 (Experimental Example 1)
In the gas sensor element 2 of Experimental Example 1, the ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection portion 25 is 1.0. As shown in Fig. 7, the areas of the detection electrode 22 and the temperature detection portion 25 are set to be the same. Furthermore, the center Cs of the detection electrode 22 in the longitudinal direction X and the width direction W and the center Ct of the temperature detection portion 25 in the longitudinal direction X and the width direction W are arranged to be at the same position in the longitudinal direction X.

図１０には、Ｓｓ／Ｓｔ＝１．０の場合における、検出対象ガスＧの温度、温度検出部２５の電気抵抗値、及び検出電極２２から出力される混成電位出力の、経時変化について示す。 Figure 10 shows the changes over time in the temperature of the detection target gas G, the electrical resistance value of the temperature detection unit 25, and the mixed potential output from the detection electrode 22 when Ss/St = 1.0.

実験開始から５秒後に、温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下すると、温度検出部２５の温度が、一旦低下し、これに伴って温度検出部２５の電気抵抗値が低下する。すると、センサ制御ユニット５はヒータ４１１に流す電流を増加させることによりヒータ４１１の温度を高くする。これにより、温度検出部２５の温度が再び上昇し、温度検出部２５の電気抵抗値も上昇する。温度検出部２５の温度が４００℃を超えると、センサ制御ユニット５は、ヒータ４１１に流す電流を減少させることによりヒータ４１１の温度を低下させる。これにより、温度検出部２５の温度が４００℃に制御される。 Five seconds after the start of the experiment, when the temperature of the gas G to be detected drops from 250°C to 200°C, the temperature of the temperature detection section 25 drops once, and the electrical resistance value of the temperature detection section 25 drops accordingly. The sensor control unit 5 then increases the current flowing through the heater 411 to increase the temperature of the heater 411. This causes the temperature of the temperature detection section 25 to rise again, and the electrical resistance value of the temperature detection section 25 also rises. When the temperature of the temperature detection section 25 exceeds 400°C, the sensor control unit 5 reduces the current flowing through the heater 411 to lower the temperature of the heater 411. This controls the temperature of the temperature detection section 25 to 400°C.

温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下すると、温度検出部２５の電気抵抗値の低下に基づいたセンサ制御ユニット５によるヒータ４１１の加熱により、検出電極２２の温度はわずかに上昇する。これにより、検出電極２２から出力される混成電位出力もわずかに上昇する。その後、温度検出部２５の温度が４００℃に制御された後には、検出電極２２の温度も４００℃に制御され、混成電位出力も、温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃のときの値に戻る。 When the temperature of the target gas G drops from 250°C to 200°C, the temperature of the detection electrode 22 rises slightly due to the heater 411 being heated by the sensor control unit 5 based on the drop in the electrical resistance value of the temperature detection section 25. This causes the mixed potential output output from the detection electrode 22 to rise slightly. After that, after the temperature of the temperature detection section 25 is controlled to 400°C, the temperature of the detection electrode 22 is also controlled to 400°C, and the mixed potential output returns to the value when the temperature of the target gas G was 250°C.

上記のように、Ｓｓ／Ｓｔ＝１．０の場合には、検出対象ガスＧの温度が変化した場合に、検出電極２２の温度を精度よく制御することができる。 As described above, when Ss/St = 1.0, the temperature of the detection electrode 22 can be precisely controlled when the temperature of the target gas G changes.

（実験例２）
実験例２に係るガスセンサ素子２においては、検出電極２２の面積Ｓsの、温度検出部２５の面積Ｓtに対する比Ｓｓ／Ｓｔは０．５となっている。図８に模式的に示すように、温度検出部２５の面積は、検出電極２２の２倍に設定されている。また、検出電極２２の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｓと、温度検出部２５の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｔとは、長手方向Ｘの同じ位置になるように配置されている。 (Experimental Example 2)
In the gas sensor element 2 of Experimental Example 2, the ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection portion 25 is 0.5. As shown typically in Fig. 8, the area of the temperature detection portion 25 is set to be twice as large as that of the detection electrode 22. In addition, the center Cs of the detection electrode 22 in the longitudinal direction X and width direction W and the center Ct of the temperature detection portion 25 in the longitudinal direction X and width direction W are disposed so as to be at the same position in the longitudinal direction X.

図１１には、Ｓｓ／Ｓｔ＝０．５の場合における、検出対象ガスＧの温度、温度検出部２５の電気抵抗値、及び検出電極２２から出力される混成電位出力の、経時変化について示す。測定条件は実験例１と同様である。 Figure 11 shows the changes over time in the temperature of the detection target gas G, the electrical resistance value of the temperature detection unit 25, and the mixed potential output output from the detection electrode 22 when Ss/St = 0.5. The measurement conditions are the same as in Experimental Example 1.

実験開始から５秒後に、温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下すると、温度検出部２５の温度が、一旦低下し、これに伴って温度検出部２５の電気抵抗値が低下する。電気抵抗値の低下量は、実験例１と比べて小さい。その後、センサ制御ユニット５はヒータ４１１に流す電流を増加させることによりヒータ４１１の温度を上昇させる。これにより、温度検出部２５の温度が再び上昇し、温度検出部２５の電気抵抗値も上昇する。温度検出部２５の温度が４００℃を超えると、センサ制御ユニット５は、ヒータ４１１に流す電流を減少させることによりヒータ４１１の温度を低下させる。これにより、温度検出部２５の温度が４００℃に制御される。 Five seconds after the start of the experiment, when the temperature of the gas G to be detected drops from 250°C to 200°C, the temperature of the temperature detection section 25 drops once, and the electrical resistance value of the temperature detection section 25 drops accordingly. The amount of drop in the electrical resistance value is smaller than in Experimental Example 1. The sensor control unit 5 then increases the current flowing through the heater 411 to raise the temperature of the heater 411. This causes the temperature of the temperature detection section 25 to rise again, and the electrical resistance value of the temperature detection section 25 also rises. When the temperature of the temperature detection section 25 exceeds 400°C, the sensor control unit 5 reduces the current flowing through the heater 411 to lower the temperature of the heater 411. This controls the temperature of the temperature detection section 25 to 400°C.

温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下すると、温度検出部２５の電気抵抗値の低下に基づいたセンサ制御ユニット５によるヒータ４１１の加熱により、検出電極２２の温度はわずかに上昇する。これにより、検出電極２２から出力される混成電位出力もわずかに上昇する。混成電位出力の上昇量は、実験例１と比べてわずかに大きい。その後、温度検出部２５の温度が４００℃に制御された後には、検出電極２２の温度も４００℃に制御され、混成電位出力も、温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃のときの値に戻る。 When the temperature of the gas G to be detected drops from 250°C to 200°C, the temperature of the detection electrode 22 rises slightly due to the heater 411 being heated by the sensor control unit 5 based on the drop in the electrical resistance value of the temperature detection section 25. This causes the mixed potential output output from the detection electrode 22 to rise slightly. The amount of rise in the mixed potential output is slightly greater than in Experimental Example 1. After that, after the temperature of the temperature detection section 25 is controlled to 400°C, the temperature of the detection electrode 22 is also controlled to 400°C, and the mixed potential output returns to the value when the temperature of the gas G to be detected was 250°C.

上記のように、Ｓｓ／Ｓｔ＝０．５の場合も、検出対象ガスＧの温度が変化した場合に、検出電極２２の温度を精度よく制御することができる。 As described above, even when Ss/St = 0.5, the temperature of the detection electrode 22 can be precisely controlled when the temperature of the target gas G changes.

（実験例３）
実験例３に係るガスセンサ素子２においては、検出電極２２の面積Ｓsの、温度検出部２５の面積Ｓtに対する比Ｓｓ／Ｓｔは２．０となっている。図９に模式的に示すように、検出電極２２の面積は、温度検出部２５の２倍に設定されている。また、検出電極２２の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｓと、温度検出部２５の長手方向Ｘ及び幅方向Ｗについての中心Ｃｔとは、長手方向Ｘの同じ位置になるように配置されている。 (Experimental Example 3)
In the gas sensor element 2 of Experimental Example 3, the ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection portion 25 is 2.0. As shown typically in Fig. 9, the area of the detection electrode 22 is set to be twice that of the temperature detection portion 25. In addition, the center Cs of the detection electrode 22 in the longitudinal direction X and width direction W and the center Ct of the temperature detection portion 25 in the longitudinal direction X and width direction W are disposed so as to be at the same position in the longitudinal direction X.

図１２には、Ｓｓ／Ｓｔ＝２．０の場合における、検出対象ガスＧの温度、温度検出部２５の電気抵抗値、及び検出電極２２から出力される混成電位出力の、経時変化について示す。測定条件は実験例１と同様である。 Figure 12 shows the changes over time in the temperature of the detection target gas G, the electrical resistance value of the temperature detection unit 25, and the mixed potential output output from the detection electrode 22 when Ss/St = 2.0. The measurement conditions are the same as in Experimental Example 1.

実験例３のガスセンサ素子２においては、Ｓｓ／Ｓｔ＝２．０となっており、検出電極２２の面積Ｓｓに比べて、温度検出部２５の面積Ｓｔは、小さくなっている。このため、温度検出部２５は局所的な温度変化を検出可能になっているので、温度検出部２５の感度は、検出電極２２に比べて高くなっている。この結果、実験開始から５秒後までの間において、温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃に設定されている場合であっても、温度検出部２５は局所的な温度変化を検出することにより、電気抵抗値の増加、及び減少が繰り返されるようになっている。すると、センサ制御ユニット５は、温度検出部２５の電気抵抗値の変化に伴って、ヒータ４１１を繰り返してオン・オフさせる。 In the gas sensor element 2 of Experimental Example 3, Ss/St = 2.0, and the area St of the temperature detection section 25 is smaller than the area Ss of the detection electrode 22. Therefore, the temperature detection section 25 is capable of detecting local temperature changes, and the sensitivity of the temperature detection section 25 is higher than that of the detection electrode 22. As a result, even if the temperature of the temperature detection target gas G is set to 250°C during the period from the start of the experiment until 5 seconds later, the temperature detection section 25 detects local temperature changes, causing repeated increases and decreases in the electrical resistance value. Then, the sensor control unit 5 repeatedly turns the heater 411 on and off in accordance with the changes in the electrical resistance value of the temperature detection section 25.

温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下すると、温度検出部２５の温度が、一旦低下し、これに伴って温度検出部２５の電気抵抗値が低下する。すると、センサ制御ユニット５はヒータ４１１に流す電流を増加させることによりヒータ４１１の温度を上昇させる。これにより、温度検出部２５の温度が再び上昇し、温度検出部２５の電気抵抗値も上昇する。温度検出部２５の温度が４００℃を超えると、センサ制御ユニット５は、ヒータ４１１に流す電流を減少させることによりヒータ４１１の温度を低下させる。これにより、温度検出部２５の温度が４００℃に制御される。実験例３においては、温度検出部２５の温度が４００℃に制御されている場合であっても、温度検出部２５は局所的な温度変化を検出することによって電気抵抗値が増加、及び減少が繰り返される。これに伴い、センサ制御ユニット５は、ヒータ４１１を繰り返してオン・オフさせる。 When the temperature of the gas G to be detected drops from 250°C to 200°C, the temperature of the temperature detection unit 25 drops once, and the electrical resistance value of the temperature detection unit 25 drops accordingly. Then, the sensor control unit 5 increases the current flowing through the heater 411 to raise the temperature of the heater 411. As a result, the temperature of the temperature detection unit 25 rises again, and the electrical resistance value of the temperature detection unit 25 also rises. When the temperature of the temperature detection unit 25 exceeds 400°C, the sensor control unit 5 reduces the current flowing through the heater 411 to lower the temperature of the heater 411. As a result, the temperature of the temperature detection unit 25 is controlled to 400°C. In the third experimental example, even when the temperature of the temperature detection unit 25 is controlled to 400°C, the temperature detection unit 25 detects local temperature changes, causing the electrical resistance value to increase and decrease repeatedly. As a result, the sensor control unit 5 repeatedly turns the heater 411 on and off.

温度検出対象ガスＧの温度が２５０℃から２００℃に低下した場合でも、検出電極２２の温度はほとんど変化しない。このため、検出電極２２から出力される混成電極電位もほとんど変化しない。さらに、温度検出部２５の温度が４００℃に制御された後も、検出電極２２の温度はほとんど変化せず、検出電極２２から出力される混成電極電位もほとんど変化しない。混成電位出力の変化量は、実験例１と比べて小さい。 Even when the temperature of the gas G to be detected drops from 250°C to 200°C, the temperature of the detection electrode 22 hardly changes. Therefore, the mixed electrode potential output from the detection electrode 22 hardly changes either. Furthermore, even after the temperature of the temperature detection unit 25 is controlled to 400°C, the temperature of the detection electrode 22 hardly changes, and the mixed electrode potential output from the detection electrode 22 hardly changes either. The amount of change in the mixed potential output is smaller than in Experimental Example 1.

上記のように、Ｓｓ／Ｓｔ＝２．０の場合には、検出対象ガスＧの温度が変化した場合に、検出電極２２の温度を精度よく制御することができる。 As described above, when Ss/St = 2.0, the temperature of the detection electrode 22 can be precisely controlled when the temperature of the target gas G changes.

本形態のガスセンサ素子２においては、温度検出部２５は固体電解質体２１に設けられているので、固体電解質体２１に設けられた検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。これにより、温度検出部２５が固体電解質体２１と異なる部分に設けられる場合に比べて、ガスセンサ素子２の精度を向上させることができる。 In the gas sensor element 2 of this embodiment, the temperature detection section 25 is provided in the solid electrolyte body 21, so that the temperature of the detection electrode 22 provided in the solid electrolyte body 21 can be detected with high accuracy. This improves the accuracy of the gas sensor element 2 compared to when the temperature detection section 25 is provided in a location other than the solid electrolyte body 21.

さらに、本形態においては、温度検出部２５は、固体電解質体２１のうち検出電極２２が設けられた第１面２０１に設けられているので、検出電極２２の温度をさらに精度よく検出することができる。 Furthermore, in this embodiment, the temperature detection unit 25 is provided on the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 on which the detection electrode 22 is provided, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with even greater accuracy.

本形態のガスセンサ素子２は長手方向Ｘに長尺に形成されている。このため、ガスセンサ素子２のうち長手方向Ｘの端部寄りの領域では熱が外部に放散されやすくなっており、一方、長手方向Ｘの中央位置付近では熱がこもりやすくなっている。このように、ガスセンサ素子２は、長手方向Ｘについて温度分布が生じやすい。一方、長手方向Ｘと直交する幅方向Ｗの温度分布は、長手方向Ｘに比べると小さくなっている。このため、検出電極２２と温度検出部２５とが幅方向について隣り合って設けられていることにより、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。この結果、ガスセンサ素子２の精度を向上させることができる。 The gas sensor element 2 of this embodiment is formed long in the longitudinal direction X. For this reason, heat is easily dissipated to the outside in the regions of the gas sensor element 2 near the ends in the longitudinal direction X, while heat is easily trapped near the center position in the longitudinal direction X. In this way, the gas sensor element 2 is prone to temperature distribution in the longitudinal direction X. On the other hand, the temperature distribution in the width direction W perpendicular to the longitudinal direction X is smaller than that in the longitudinal direction X. For this reason, the detection electrode 22 and the temperature detection portion 25 are provided adjacent to each other in the width direction, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with high accuracy. As a result, the accuracy of the gas sensor element 2 can be improved.

本形態においては、検出電極２２の面積Ｓｓの、温度検出部２５の面積Ｓｔに対する比Ｓｓ／Ｓｔが０．５以上２．０以下であることにより、検出電極２２の温度変化に対する応答性と、温度検出部２５の温度変化に対する応答性とを、同程度のものとすることができる。これにより、例えば、検出対象ガスＧの温度が急激に変化することによって検出電極２２の温度も急激に変化した場合でも、検出電極２２の温度変化に対応して温度検出部２５も温度変化するので、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。この結果、検出電極２２の温度を適切に制御することができるので、ガスセンサ素子２の精度を向上させることができる。 In this embodiment, the ratio Ss/St of the area Ss of the detection electrode 22 to the area St of the temperature detection section 25 is 0.5 or more and 2.0 or less, so that the responsiveness of the detection electrode 22 to temperature changes and the responsiveness of the temperature detection section 25 to temperature changes can be made to be approximately the same. As a result, even if the temperature of the detection electrode 22 changes suddenly due to a sudden change in the temperature of the detection target gas G, the temperature of the temperature detection section 25 also changes in response to the temperature change of the detection electrode 22, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with high accuracy. As a result, the temperature of the detection electrode 22 can be appropriately controlled, and the accuracy of the gas sensor element 2 can be improved.

（ガスセンサ１）
次に、本実施形態のガスセンサ１について説明する。図１、および図３に例示されるように、本実施形態のガスセンサ１は、混成電位式のものであり、本実施形態のガスセンサ素子２を有している。 (Gas sensor 1)
Next, the gas sensor 1 of the present embodiment will be described. As illustrated in Figures 1 and 3, the gas sensor 1 of the present embodiment is of a mixed potential type, and includes the gas sensor element 2 of the present embodiment.

以下に、本実施形態のガスセンサ１の詳細構成の一例について示すが、本実施形態のガスセンサ１は、以下の構成に限定されるものではない。 Below is a detailed example of the configuration of the gas sensor 1 of this embodiment, but the gas sensor 1 of this embodiment is not limited to the configuration below.

図１、および図３に示すように、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子２と、検出部５１とを有する。検出部５１は、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる、特定ガス成分濃度および酸素濃度に基づく混成電位を検出するように構成される。 As shown in Figures 1 and 3, the gas sensor 1 has a gas sensor element 2 and a detection unit 51. The detection unit 51 is configured to detect a hybrid potential that occurs between the detection electrode 22 and the reference electrode 23 and is based on the concentration of a specific gas component and the oxygen concentration.

図４に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関７の排気管７１に配置されて使用される。ガスセンサ１による検出対象ガスＧは、内燃機関７から排気管７１へ排気された排ガスである。そして、ガスセンサ１は、排気管７１内に配置された、ＮＯｘを還元する触媒７２の排ガスの流れの下流側の位置に配置されており、触媒７２から流出するアンモニアガスの濃度を検出する。 As shown in FIG. 4, the gas sensor 1 is disposed in an exhaust pipe 71 of an internal combustion engine 7 of a vehicle. The gas G to be detected by the gas sensor 1 is exhaust gas discharged from the internal combustion engine 7 into the exhaust pipe 71. The gas sensor 1 is disposed in the exhaust pipe 71 downstream of the flow of exhaust gas from a catalyst 72 that reduces NOx, and detects the concentration of ammonia gas flowing out from the catalyst 72.

図１に示すように、本形態のガスセンサ１は、混成電位式のものである。そして、ガスセンサ１は、特定ガス成分濃度としてのアンモニアガス濃度、及び酸素ガス濃度に基づく混成電位を検出し、この混成電位を酸素ガス濃度によって補正して、アンモニアガス濃度を検出するものである。検出部５１においては、酸素の電気化学的還元反応（以下、単に還元反応という。）による還元電流と、アンモニアの電気化学的酸化反応（以下、単に酸化反応という。）による酸化電流と、が等しくなるときに生じる、検出電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを混成電位として検出するよう構成されている。 As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 of this embodiment is of a mixed potential type. The gas sensor 1 detects a mixed potential based on the ammonia gas concentration and the oxygen gas concentration as specific gas component concentrations, and corrects this mixed potential by the oxygen gas concentration to detect the ammonia gas concentration. The detection unit 51 is configured to detect, as the mixed potential, the potential difference ΔV between the detection electrode 22 and the reference electrode 23 that occurs when the reduction current due to the electrochemical reduction reaction of oxygen (hereinafter simply referred to as the reduction reaction) and the oxidation current due to the electrochemical oxidation reaction of ammonia (hereinafter simply referred to as the oxidation reaction) become equal.

図１、及び図３に示すように、ガスセンサ１の検出部５１は、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる混成電位としての電位差（電圧）ΔＶに基づいて、検出対象ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出する。 As shown in Figures 1 and 3, the detection unit 51 of the gas sensor 1 detects the ammonia concentration in the detection target gas G based on the potential difference (voltage) ΔV as a mixed potential generated between the detection electrode 22 and the reference electrode 23.

検出部５１は、車両のエンジン制御ユニット５０に接続されるセンサ制御ユニット５内に形成されている。検出部５１は、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを検出する電位差検出回路５１１、電位差検出回路５１１による電位差ΔＶを酸素濃度によって補正してアンモニア濃度を求める演算処理部５１２等を有する。演算処理部５１２は、酸素濃度をパラメータとして電位差ΔＶとアンモニア濃度との関係が求められた関係マップを用い、関係マップに電位差ΔＶと酸素濃度とを照合してアンモニア濃度を求めることができる。さらに、温度検出部２５によって検出された検出電極２２の温度に基づいて、アンモニア濃度を補正することができる。 The detection unit 51 is formed in the sensor control unit 5 connected to the engine control unit 50 of the vehicle. The detection unit 51 has a potential difference detection circuit 511 that detects the potential difference ΔV generated between the detection electrode 22 and the reference electrode 23, and an arithmetic processing unit 512 that calculates the ammonia concentration by correcting the potential difference ΔV by the potential difference detection circuit 511 with the oxygen concentration. The arithmetic processing unit 512 uses a relationship map in which the relationship between the potential difference ΔV and the ammonia concentration is calculated using the oxygen concentration as a parameter, and can find the ammonia concentration by comparing the potential difference ΔV and the oxygen concentration with the relationship map. Furthermore, the ammonia concentration can be corrected based on the temperature of the detection electrode 22 detected by the temperature detection unit 25.

検出電極２２においては、検出電極２２に接触する検出対象ガスＧにアンモニアと酸素とが存在する場合に、アンモニアの酸化反応と、酸素の還元反応とが同時に進行する。アンモニアの酸化反応は、代表的には、２ＮＨ₃＋３Ｏ^2-→Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋６ｅ^-によって表される。酸素の還元反応は、代表的には、Ｏ₂＋４ｅ^-→２Ｏ^2-によって表される。そして、検出電極２２における、アンモニアと酸素とによる混成電位は、検出電極２２における、アンモニアの酸化反応（速度）と酸素の還元反応（速度）とが等しくなるときの電位として生じる。 In the detection electrode 22, when ammonia and oxygen are present in the detection target gas G that contacts the detection electrode 22, an oxidation reaction of ammonia and a reduction reaction of oxygen proceed simultaneously. The oxidation reaction of ammonia is typically expressed by _2NH3 + ^3O2- → _N2 + _3H2O + ^6e- . The reduction reaction of oxygen is typically expressed by _O2 + ^4e- → ^2O2- . The mixed potential of ammonia and oxygen in the detection electrode 22 is generated as a potential when the oxidation reaction (rate) of ammonia and the reduction reaction (rate) of oxygen in the detection electrode 22 become equal.

図示は省略するが、酸素ガス濃度は、ガスセンサ１とは別の酸素センサによって検出される。酸素センサは、排気管７１における、触媒７２の下流側の位置に配置されている。そして、検出部５１においては、酸素センサによる酸素ガス濃度を利用して、混成電位を補正し、アンモニアガス濃度を求める。 Although not shown in the figure, the oxygen gas concentration is detected by an oxygen sensor separate from the gas sensor 1. The oxygen sensor is disposed in the exhaust pipe 71 at a position downstream of the catalyst 72. The detection unit 51 uses the oxygen gas concentration measured by the oxygen sensor to correct the hybrid potential and determine the ammonia gas concentration.

図３に示すように、排気管７１には、ＮＯｘを還元するための触媒７２と、触媒７２へアンモニアを含む還元剤Ｋを供給する還元剤供給装置７３とが配置されている。触媒７２は、触媒担体に、ＮＯｘの還元剤Ｋとしてのアンモニアが付着されるものである。触媒７２の触媒担体におけるアンモニアの付着量は、ＮＯｘの還元反応に伴って減少する。そして、触媒担体におけるアンモニアの付着量が少なくなったときには、還元剤供給装置７３から触媒担体へ新たにアンモニアが補充される。還元剤供給装置７３は、排気管７１における、触媒７２よりも排ガスの流れの上流側位置に配置されており、尿素水を噴射して発生するアンモニアガスを排気管７１へ供給するものである。アンモニアガスは、尿素水が加水分解されて生成される。還元剤供給装置７３には、尿素水のタンク７３１が接続されている。 As shown in FIG. 3, the exhaust pipe 71 is provided with a catalyst 72 for reducing NOx, and a reducing agent supplying device 73 for supplying a reducing agent K containing ammonia to the catalyst 72. The catalyst 72 is a catalyst carrier to which ammonia is attached as the reducing agent K for NOx. The amount of ammonia attached to the catalyst carrier of the catalyst 72 decreases with the reduction reaction of NOx. When the amount of ammonia attached to the catalyst carrier becomes small, the reducing agent supplying device 73 replenishes the catalyst carrier with new ammonia. The reducing agent supplying device 73 is disposed in the exhaust pipe 71 at a position upstream of the catalyst 72 in the flow of exhaust gas, and supplies ammonia gas generated by injecting urea water to the exhaust pipe 71. The ammonia gas is generated by hydrolysis of the urea water. A tank 731 of urea water is connected to the reducing agent supplying device 73.

本形態の内燃機関７は、軽油の自己着火を利用して燃焼運転を行うディーゼルエンジンである。また、触媒７２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア（ＮＨ₃）と化学反応させて窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）に還元する選択式還元触媒（ＳＣＲ）である。 The internal combustion engine 7 of this embodiment is a diesel engine that uses the self-ignition of diesel fuel for combustion operation. The catalyst 72 is a selective catalytic reduction (SCR) catalyst that chemically reacts NOx (nitrogen oxides) with ammonia ( _NH3 ) to reduce the NOx to nitrogen ( _N2 ) and water ( _H2O ).

なお、図示は省略するが、排気管７１における、触媒７２の上流側位置には、ＮＯのＮＯ₂への変換（酸化）、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の低減を行う酸化触媒（ＤＯＣ）、微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されていてもよい。 Although not shown in the figure, an oxidation catalyst (DOC) that converts NO to _NO2 (oxidizes) and reduces CO and HC (hydrocarbons), a filter (DPF) that collects particulates, etc. may be arranged in the exhaust pipe 71 upstream of the catalyst 72.

以上のごとく、本形態によれば、検出電極の温度を精度よく検出できるガスセンサ素子２及びガスセンサ１を提供することができる。 As described above, this embodiment provides a gas sensor element 2 and a gas sensor 1 that can accurately detect the temperature of the detection electrode.

＜実施形態２＞
次に、実施形態２について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３に示すように、本形態のガスセンサ素子２においては、固体電解質体２１の第１面２０１には、検出電極２２が設けられている。 <Embodiment 2>
Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 13 and Fig. 14. As shown in Fig. 13, in a gas sensor element 2 of this embodiment, a detection electrode 22 is provided on a first surface 201 of a solid electrolyte body 21.

図１４に示すように、固体電解質体２１の第２面２０２には、基準電極２３と、温度検出部２５とが設けられている。基準電極２３は、固体電解質体２１の第２面２０２において、第１面２０１に形成された検出電極２２に、対向方向Ｄから見て重なる位置に設けられている。温度検出部２５は、固体電解質体２１の第２面２０２において、幅方向Ｗについて基準電極２３と隣り合って設けられている。 As shown in FIG. 14, a reference electrode 23 and a temperature detection unit 25 are provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21. The reference electrode 23 is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 at a position overlapping the detection electrode 22 formed on the first surface 201 when viewed from the opposing direction D. The temperature detection unit 25 is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 adjacent to the reference electrode 23 in the width direction W.

図１４に示すように、固体電解質体２１の第２面２０２には、温度検出部２５に繋がるリード部２２５が設けられている。リード部２２５は、温度検出部２５をガスセンサ１の外部と電気接続するために用いられる。温度検出部２５、及びリード部２２５の構造は実施形態１と同様なので、重複する構成については同一の符号を付して説明を省略する。 As shown in FIG. 14, a lead portion 225 connected to the temperature detection portion 25 is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21. The lead portion 225 is used to electrically connect the temperature detection portion 25 to the outside of the gas sensor 1. Since the structure of the temperature detection portion 25 and the lead portion 225 are the same as in the first embodiment, the same reference numerals are used for the overlapping configurations and the description will be omitted.

（絶縁層２６）
固体電解質体２１の第２面２０２には、対向方向Ｄから見て温度検出部２５，及びリード部２２５に重なる位置に、長手方向Ｘにのびる長方形状をなす絶縁層２６が設けられている。絶縁層２６は、固体電解質体２１と、温度検出部２５、及びリード部２２５と、の間に介在している。これにより、固体電解質体２１と、温度検出部２５、及びリード部２２５とが電気的に絶縁されている。絶縁層２６は実施形態１と同じ材料から同じ製造方法により形成される。 (Insulating layer 26)
A rectangular insulating layer 26 extending in the longitudinal direction X is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 at a position overlapping the temperature detection unit 25 and the lead portion 225 when viewed from the facing direction D. The insulating layer 26 is interposed between the solid electrolyte body 21, the temperature detection unit 25, and the lead portion 225. This electrically insulates the solid electrolyte body 21 from the temperature detection unit 25 and the lead portion 225. The insulating layer 26 is formed from the same material by the same manufacturing method as in the first embodiment.

本形態の温度検出部２５は、固体電解質体２１の第２面２０２に設けられている。これにより、温度検出部２５は反応性に富んだ検出対象ガスＧと接触しないので、検出対象ガスＧによって温度検出部２５が変質することが抑制される。これにより温度検出部２５の信頼性が向上する。 The temperature detection unit 25 in this embodiment is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21. As a result, the temperature detection unit 25 does not come into contact with the highly reactive detection target gas G, and the temperature detection unit 25 is prevented from being altered by the detection target gas G. This improves the reliability of the temperature detection unit 25.

本実施形態では、基準電極２３は、固体電解質体２１の第２面２０２において、第１面２０１に設けられた検出電極２２に対向する位置に設けられている。また、基準電極２３と温度検出部２５とは幅方向Ｗについて隣り合って設けられている。このため、検出電極２２と温度検出部２５とは、固体電解質体２１を介して比較的に近い位置に配されているので、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。この結果、ガスセンサ素子２の精度を向上させることができる。 In this embodiment, the reference electrode 23 is provided on the second surface 202 of the solid electrolyte body 21 at a position facing the detection electrode 22 provided on the first surface 201. The reference electrode 23 and the temperature detection unit 25 are provided adjacent to each other in the width direction W. Therefore, the detection electrode 22 and the temperature detection unit 25 are disposed relatively close to each other via the solid electrolyte body 21, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with high accuracy. As a result, the accuracy of the gas sensor element 2 can be improved.

本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。 Other configurations, functions, and effects of the gas sensor 1 of this embodiment are the same as those of the first embodiment. In this embodiment, the components denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

＜実施形態３＞
次に、実施形態３について、図１５を参照して説明する。本形態のガスセンサ素子２においては、長手方向Ｘについて固体電解質体２１の第１面２０１の先端部寄りの位置には、検出電極２２が設けられている。長手方向Ｘについて検出電極２２よりも基端部寄りの位置には、温度検出部２５が設けられている。このように本形態においては、検出電極２２と温度検出部２５とが、長手方向Ｘについて前後に並んで設けられている。これにより、幅方向Ｗについて、ガスセンサ素子２を小型化することができる。なお、長手方向Ｘについて、温度検出部２５が先端部寄りに配され、検出電極２２が基端部寄りに配されていてもよい。 <Embodiment 3>
Next, a third embodiment will be described with reference to Fig. 15. In the gas sensor element 2 of this embodiment, the detection electrode 22 is provided at a position closer to the tip end of the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 in the longitudinal direction X. The temperature detection portion 25 is provided at a position closer to the base end than the detection electrode 22 in the longitudinal direction X. In this manner, in this embodiment, the detection electrode 22 and the temperature detection portion 25 are provided side by side in the longitudinal direction X. This allows the gas sensor element 2 to be made smaller in the width direction W. Note that the temperature detection portion 25 may be provided closer to the tip end and the detection electrode 22 closer to the base end in the longitudinal direction X.

＜実施形態４＞
次に、実施形態４について、図１６を参照して説明する。本形態のガスセンサ素子２においては、固体電解質体２１の第１面２０１の先端部から、長手方向Ｘについてやや基端部側の位置に、検出電極２２が設けられている。幅方向Ｗについて、検出電極２２の両側縁部は、固体電解質体２１の両側縁部と間隔を空けて設けられている。検出電極２２には、長手方向Ｘについてのびるリード部２２１が接続されている。 <Embodiment 4>
Next, a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 16. In the gas sensor element 2 of this embodiment, a detection electrode 22 is provided at a position slightly toward the base end side in the longitudinal direction X from the tip end of the first surface 201 of the solid electrolyte body 21. In the width direction W, both side edges of the detection electrode 22 are provided with a gap between them and both side edges of the solid electrolyte body 21. A lead portion 221 extending in the longitudinal direction X is connected to the detection electrode 22.

固体電解質体２１の第１面２０１には、幅方向Ｗの両側縁部寄りの位置と、長手方向Ｘについて先端部寄りの位置に、全体として長手方向Ｘに長尺なＵ字形状をなす絶縁層２６が形成されている。検出電極２２、及びリード部２２１は、固体電解質体２１の第１面２０１のうち、絶縁層２６によって覆われていない領域に形成されている。 The first surface 201 of the solid electrolyte body 21 is provided with an insulating layer 26 that is elongated in the longitudinal direction X and has a U-shape that is long in the longitudinal direction X as a whole, at positions near both side edges in the width direction W and at a position near the tip in the longitudinal direction X. The detection electrode 22 and the lead portion 221 are formed in the area of the first surface 201 of the solid electrolyte body 21 that is not covered by the insulating layer 26.

絶縁層２６のうち固体電解質体２１と反対側の面には、長手方向Ｘについて先端部寄りの位置に、温度検出部２５が形成されている。温度検出部２５は、全体としてＵ字形状をなしている。温度検出部２５のうち、長手方向Ｘについて基端部側の端部には、長手方向Ｘに沿ってのびるリード部２２５が形成されている。温度検出部２５、及びリード部２２５は、絶縁層２６によって、固体電解質体２１と電気的に絶縁されている。 A temperature detection unit 25 is formed on the surface of the insulating layer 26 opposite the solid electrolyte body 21, at a position toward the tip end in the longitudinal direction X. The temperature detection unit 25 is generally U-shaped. A lead portion 225 extending along the longitudinal direction X is formed on the end of the temperature detection unit 25 on the base end side in the longitudinal direction X. The temperature detection unit 25 and the lead portion 225 are electrically insulated from the solid electrolyte body 21 by the insulating layer 26.

温度検出部２５は、幅方向Ｗについて検出電極２２の両側方との間に隙間を空けて形成された２つの側部３２５と、２つの側部３２５の先端部同士を連結するとともに長手方向Ｘについて検出電極２２の先端部との間に隙間を空けて形成された連結部３２６と、を有する。これにより、検出電極２２は、長手方向Ｘの先端部側と、幅方向Ｗの両側方とが、温度検出部２５によって囲まれた状態になっている。 The temperature detection unit 25 has two side portions 325 formed with a gap between them on both sides of the detection electrode 22 in the width direction W, and a connecting portion 326 that connects the tips of the two side portions 325 and is formed with a gap between them and the tip of the detection electrode 22 in the longitudinal direction X. As a result, the tip side of the detection electrode 22 in the longitudinal direction X and both sides in the width direction W are surrounded by the temperature detection unit 25.

温度検出部２５の側部３２５は、幅方向Ｗにのびる複数の第１直線部３２７と、複数の第１直線部３２７の端部を連結して長手方向Ｘについて隣り合う第１直線部３２７同士を折り返し状に連結する複数の第１折り返し部３２８と、を有する。また、温度検出部２５の連結部３２６は、長手方向にのびる複数に第２直線部３２９と、複数の第２直線部３２９の端部を連結して幅方向Ｗについて隣り合う第２直線部３２９同士を連結して折り返し状に連結する複数の第２折り返し部３３０と、を有する。 The side portion 325 of the temperature detection unit 25 has a plurality of first straight portions 327 extending in the width direction W, and a plurality of first folded portions 328 that connect the ends of the plurality of first straight portions 327 and fold back adjacent first straight portions 327 in the longitudinal direction X. The connecting portion 326 of the temperature detection unit 25 has a plurality of second straight portions 329 extending in the longitudinal direction, and a plurality of second folded portions 330 that connect the ends of the plurality of second straight portions 329 and fold back adjacent second straight portions 329 in the width direction W.

本形態の温度検出部２５は、検出電極２２を三方から囲んでいるので、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。 The temperature detection unit 25 in this embodiment surrounds the detection electrode 22 on three sides, so it can detect the temperature of the detection electrode 22 with high accuracy.

また、上記したように、本形態のガスセンサ素子２は長手方向Ｘに細長くのびて形成されているので、ガスセンサ素子２は長手方向Ｘについて温度分布が生じやすい。一方、幅方向Ｗの温度分布は、長手方向Ｘに比べると小さくなっている。本形態では、検出電極２２と、温度検出部２５とは、長手方向Ｘについて対称に形成されているので、検出電極２２の温度を精度よく検出することができる。 As described above, the gas sensor element 2 in this embodiment is elongated in the longitudinal direction X, so that the gas sensor element 2 is prone to temperature distribution in the longitudinal direction X. On the other hand, the temperature distribution in the width direction W is smaller than that in the longitudinal direction X. In this embodiment, the detection electrode 22 and the temperature detection section 25 are formed symmetrically with respect to the longitudinal direction X, so that the temperature of the detection electrode 22 can be detected with high accuracy.

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments, and further different embodiments can be constructed without departing from the gist of the present invention. The present invention also includes various modified examples, modifications within the scope of equivalents, etc. Furthermore, the combinations and forms of the various components envisioned from the present invention are also included in the technical concept of the present invention.

１…ガスセンサ、２…ガスセンサ素子、３…絶縁体、５…センサ制御ユニット、２１…固体電解質体、２２…検出電極、２３…基準電極、２４…ダクト、２５…温度検出部、２０１…第１面、２０２…第２面、４１１…ヒータ
Reference Signs List 1 gas sensor, 2 gas sensor element, 3 insulator, 5 sensor control unit, 21 solid electrolyte body, 22 detection electrode, 23 reference electrode, 24 duct, 25 temperature detection section, 201 first surface, 202 second surface, 411 heater

Claims

A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit ;
the temperature detection unit is provided on the first surface of the solid electrolyte body,
It has an elongated shape in the longitudinal direction (X),
The gas sensor element, wherein the detection electrode and the temperature detection portion are provided adjacent to each other in a width direction (W) perpendicular to both the opposing direction (D) of the first surface and the second surface and the longitudinal direction.

A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit ;
the temperature detection unit is provided on the second surface of the solid electrolyte body,
It has a long and narrow shape in the longitudinal direction.
The gas sensor element has the reference electrode and the temperature detection portion disposed adjacent to each other in a width direction perpendicular to both the opposing direction of the first surface and the second surface and the longitudinal direction.

A gas sensor element (2) for use in a gas sensor (1) that utilizes a mixed potential,
A solid electrolyte body (21) having a first surface (201) and a second surface (202);
a detection electrode (22) provided on the first surface of the solid electrolyte body and in contact with a detection target gas (G);
a reference electrode (23) provided on the second surface of the solid electrolyte body at a position opposite to the detection electrode and in contact with a reference gas (A);
A temperature detection unit (25) provided on the solid electrolyte body;
an insulator (3) disposed opposite the second surface of the solid electrolyte body and having a duct (24) between the insulator and the second surface through which the reference gas flows;
a heater (411) disposed in the insulator and controlled based on the temperature detected by the temperature detection unit ;
The ratio S/S of the area S of the detection electrode to the area S of the temperature detection portion is
0.5 ≦ Ss/St ≦ 2.0
A gas sensor element.

A gas sensor (1) utilizing a mixed potential,
A gas sensor (1) comprising a gas sensor element according to any one of claims 1 to 3 .