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公開番号2025084346
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198185
出願日2023-11-22
発明の名称センサ素子およびガスセンサ
出願人日本碍子株式会社
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類G01N 27/416 20060101AFI20250527BHJP(測定;試験)
要約【課題】導通部のうちガスの内側電極への到達抑制に寄与する部分について、緻密性と密着性とを共に高くする。
【解決手段】センサ素子101は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有する素子本体102と、素子本体102の内部に配設された測定電極44と、内側リード部77、側面リード部78、コネクタ電極75aが測定電極44にこの順に接続された導通部74とを備える。側面リード部78、および/または、内側リード部77の少なくとも一部は、貴金属とアルミナとシリカとを含んで緻密に構成されている緻密部である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し且つ長手方向に沿って延在する柱状であって前記長手方向に沿った両端である前端および後端と前記長手方向に沿った表面である側面とを有し且つ前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記素子本体の内部に配設された内側電極と、
前記素子本体の内部に配設され且つ前記内側電極と導通する内側導通部、前記側面の前記後端側に配設されたコネクタ電極を有し且つ前記側面に配設された部分および／または前記側面で前記センサ素子の外部に露出する部分を有し且つ前記内側導通部と導通する外側導通部、を有する導通部と、
を備え、
前記外側導通部のうち前記内側導通部を覆う部分、および／または、前記内側導通部の少なくとも一部は、貴金属とアルミナとシリカとを含んで緻密に構成されている緻密部である、
センサ素子。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記緻密部は、含有するアルミナ、シリカの体積をそれぞれＶａ［ｖｏｌ％］、Ｖｓ［ｖｏｌ％］としたときに、Ｖａ／Ｖｓ≦１．５を満たす、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記緻密部は、含有する貴金属、アルミナ、シリカの体積をそれぞれＶｐ［ｖｏｌ％］、Ｖａ［ｖｏｌ％］、Ｖｓ［ｖｏｌ％］としたときに、１．５≦Ｖｐ／（Ｖａ＋Ｖｓ）を満たす、
請求項１または２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記緻密部は、２．６≦Ｖｐ／（Ｖａ＋Ｖｓ）を満たす、
請求項３に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記緻密部は、含有するアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物換算での総質量の割合が０．１ｗｔ％以下を満たす、
請求項１または２に記載のセンサ素子。
【請求項６】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記内側電極は、前記特定ガスの濃度の検出に用いられる測定電極である、
センサ素子。
【請求項７】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、前記固体電解質層を含む複数の層を前記長手方向に直交する積層方向に積層した積層体であり、
前記積層体は、前記側面として、前記積層方向における両端面である第１面および第２面と、前記長手方向および前記積層方向に直交する方向の両端面である第３面および第４面とを有し、
前記内側導通部は、前記第３面または前記第４面に引き出される内側リード部を有し、
前記外側導通部のうち前記内側導通部を覆う前記部分は、前記第３面または前記第４面に配設され且つ前記内側リード部を覆う側面リード部である、
センサ素子。
【請求項８】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、前記固体電解質層を含む複数の層を前記長手方向に直交する積層方向に積層した積層体であり、
前記積層体は、前記側面として、前記積層方向における両端面である第１面および第２面を有し、
前記素子本体は、前記側面の前記後端側の前記第１面または前記第２面で開口する開口部を含み且つ前記複数の層のうち１以上を前記積層方向に貫通するスルーホールを有し、
前記外側導通部は、前記コネクタ電極であり、
前記内側導通部は、前記スルーホール内に配設され且つ前記コネクタ電極に覆われるスルーホール導体を有する、
センサ素子。
【請求項９】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、前記固体電解質層を含む複数の層を前記長手方向に直交する積層方向に積層した積層体であり、
前記積層体は、前記側面として、前記積層方向における両端面である第１面および第２面を有し、
前記素子本体は、前記側面の前記後端側の前記第１面または前記第２面で開口する開口部を含み且つ前記複数の層のうち１以上を前記積層方向に貫通するスルーホールを有し、
前記内側導通部は、前記スルーホール内に配設され且つ前記開口部で前記外部に露出するスルーホール導体を有し、
前記緻密部は、前記スルーホール導体の少なくとも一部を含む、
センサ素子。
【請求項１０】
請求項１または２記載のセンサ素子であって、
前記センサ素子と、
前記センサ素子の前記長手方向に沿って延在する筒状であって前記長手方向に沿った両端である第２前端および第２後端を有し且つ前記センサ素子が内部に配置されるケースと、
前記ケースの前記第２後端側を封止する封止部材と、
を備えるガスセンサに用いられる、
センサ素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子およびガスセンサに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排ガスなどの被測定ガス中のＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子を備えるガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のセンサ素子は、素子本体と内側電極と端子部とリード部とを備える。素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、且つ、長手方向に沿って延在する柱状であり、且つ、長手方向に沿った両端である前端および後端と、長手方向に沿った表面である側面とを有する。素子本体の前端側は、被測定ガスに晒される。内側電極は、素子本体の内部に配設される。端子部は、素子本体の側面の後端側に配設される。リード部は、内側電極と端子部とを接続するように配置され、素子本体の内部に配設された内側部位と、側面で素子本体から露出している側面導通部とを有する。端子部および側面導通部は、それぞれ、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されている。これにより、端子部および側面導通部と固体電解質体との密着強度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４６２８９２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、こうしたセンサ素子において、センサ素子（素子本体）の外部の何らかのガスが、リード部における内側部位やそれと素子本体との間に沿って素子本体の内部を移動して、内側電極に到達する場合がある。こうしたガスが内側電極に到達すると、特定ガスの濃度の検出精度の低下を招く可能性がある。これに対して、例えば緻密な側面導通部がリード部における内側部位を覆うようにして、こうしたガスが内側電極に到達することを抑制することが考えられる。しかし、特許文献１に記載のセンサ素子では、側面導通部がアルミナを含むことにより、側面導通部と素子本体との密着強度を高めることができるが、一方で側面導通部の気孔率が大きくなりやすく、側面導通部を緻密に構成することが困難であった。
【０００５】
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、導通部のうちガスの内側電極への到達抑制に寄与する部分について、緻密性と密着性とを共に高くすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
［１］本発明のセンサ素子は、
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し且つ長手方向に沿って延在する柱状であって前記長手方向に沿った両端である前端および後端と前記長手方向に沿った表面である側面とを有し且つ前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記素子本体の内部に配設された内側電極と、
前記素子本体の内部に配設され且つ前記内側電極と導通する内側導通部、前記側面の前記後端側に配設されたコネクタ電極を有し且つ前記側面に配設された部分および／または前記側面で前記センサ素子の外部に露出する部分を有し且つ前記内側導通部と導通する外側導通部、を有する導通部と、
を備え、
前記外側導通部のうち前記内側導通部を覆う部分、および／または、前記内側導通部の少なくとも一部は、貴金属とアルミナとシリカとを含んで緻密に構成されている緻密部である、
ものである。
【０００８】
このセンサ素子では、外側導通部のうち内側導通部側を覆う部分、および／または、内側導通部の少なくとも一部である緻密部について、貴金属だけでなくアルミナおよびシリカを含むことで密着性を高めることができ、シリカを含むことで緻密性も高めることができる。そのため、外側導通部のうち内側導通部側を覆う部分、および／または、内側導通部の少なくとも一部、すなわち導通部のうちガスの内側電極への到達抑制に寄与する部分である緻密部について、緻密性と密着性とを共に高くすることができる。発明者らは、このことを実験や解析などにより確認した。
【０００９】
［２］本発明のセンサ素子（前記［１］に記載のセンサ素子）において、前記緻密部は、含有するアルミナ、シリカの体積をそれぞれＶａ［ｖｏｌ％］、Ｖｓ［ｖｏｌ％］としたときに、Ｖａ／Ｖｓ≦１．５を満たしてもよい。こうすれば、緻密部の緻密性をより高めることができる。
【００１０】
［３］本発明のセンサ素子（前記［１］または［２］に記載のセンサ素子）において、前記緻密部は、含有する貴金属、アルミナ、シリカの体積をそれぞれＶｐ［ｖｏｌ％］、Ｖａ［ｖｏｌ％］、Ｖｓ［ｖｏｌ％］としたときに、１．５≦Ｖｐ／（Ｖａ＋Ｖｓ）を満たしてもよい。こうすれば、緻密部の緻密性を高める効果がより確実に得られる。
（【００１１】以降は省略されています）

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