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JP2010271283A - NOx SENSOR - Google Patents

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JP2010271283A
JP2010271283A JP2009125620A JP2009125620A JP2010271283A JP 2010271283 A JP2010271283 A JP 2010271283A JP 2009125620 A JP2009125620 A JP 2009125620A JP 2009125620 A JP2009125620 A JP 2009125620A JP 2010271283 A JP2010271283 A JP 2010271283A
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JP
Japan
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heater
pumping cell
voltage supply
longitudinal direction
supply lead
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Withdrawn
Application number
JP2009125620A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Nakagawa
将生 中川
Tomohiro Wakazono
知宏 若園
Seiji Oya
誠二 大矢
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an NO<SB>x</SB>sensor that reduces the used amount of conductive material and improves the detection accuracy of the NO<SB>x</SB>concentration by individually controlling the temperatures of a first pumping cell and a second pumping cell by forming two heaters. <P>SOLUTION: This NO<SB>x</SB>sensor 200 includes a first measuring chamber 16, the first pumping cell 11, a second measuring chamber 18, a second pumping cell 13 for detecting a specific gas component, a first heater 51 including a first heating part 51a, a first positive electrode voltage supplying lead 51b, and a first negative electrode voltage supplying lead 51c, and a second heater 52 including a second heating part 52a, a second positive electrode voltage supplying lead 52b, and a second negative electrode voltage supplying lead 52c. The first pumping cell and the second pumping cell do not overlap in the direction perpendicular to the longitudinal direction, and at least a part of the first positive electrode voltage supplying lead and second positive electrode voltage supplying lead is common with at least a part 61 of the first negative electrode voltage supplying lead and second negative electrode voltage supplying lead. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガスに含まれるNOの濃度を検出するNOセンサに関する。 The present invention relates to a NO x sensor that detects the concentration of NO x contained in combustion gas and exhaust gas of, for example, a combustor or an internal combustion engine.

自動車等の内燃機関の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物(NO)量の低減が要求されており、NO濃度を直接測定できるNOセンサが開発されている。
NOセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に一対の電極を形成してなるセルを1つないし複数備えたセンサ素子を有し、被測定ガス空間に連通する第1測定室内の酸素濃度を測定し、第1測定室内が所定の酸素濃度になるように第1測定室内の酸素を第1ポンピングセルによって制御(汲み入れ、汲み出し)する。さらに、酸素濃度が制御された被測定ガスが第1測定室から第2測定室へ流入し、第2ポンピングセルに一定電圧を印加することによって被測定ガスに含まれるNOをNとOに分解する。この際、第2ポンピングセルの一対の電極間に流れる第2ポンプ電流を測定することにより、被測定ガス中のNO濃度が検出される。
With the tightening of exhaust gas regulations for internal combustion engines such as automobiles, it is required to reduce the amount of nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gas, and NO x sensors that can directly measure the NO x concentration have been developed.
The NO x sensor includes a sensor element having one or more cells formed by forming a pair of electrodes on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body such as zirconia, and is in communication with a gas space to be measured. The oxygen concentration in the measurement chamber is measured, and the oxygen in the first measurement chamber is controlled (pumped and pumped out) by the first pumping cell so that the first measurement chamber has a predetermined oxygen concentration. Further, the gas to be measured whose oxygen concentration is controlled flows from the first measurement chamber to the second measurement chamber, and a constant voltage is applied to the second pumping cell to convert NO x contained in the gas to be measured into N 2 and O 2. Decompose into two . At this time, the NO x concentration in the gas to be measured is detected by measuring the second pump current flowing between the pair of electrodes of the second pumping cell.

通常、このようなNOセンサには1つのヒータが設けられ、センサ素子の温度が制御されている。ところで、第1ポンピングセル及び前記第2ポンピングセルは、センサ素子の長手方向に重ならないように配置される一方、ヒータはセンサ素子の長手方向に沿って配置される。このため、センサ素子の長手方向には、第1ポンピングセルから第2ポンピングセルに向かって低温となる温度勾配が生じる。通常、NOセンサにおいては、この温度勾配によるオフセット量を予め想定して第2ポンピングセルの温度を推定し、NO濃度の検出を行っているが、NOセンサの周囲の環境(排気ガス温度やガス流量等)によって温度勾配が変化すると、第2ポンピングセルの温度が変化してNO濃度の検出誤差が生じるおそれがある。 Usually, one heater is provided in such a NO x sensor, the temperature of the sensor element is controlled. Meanwhile, the first pumping cell and the second pumping cell are arranged so as not to overlap in the longitudinal direction of the sensor element, while the heater is arranged along the longitudinal direction of the sensor element. For this reason, in the longitudinal direction of the sensor element, there is a temperature gradient that becomes a low temperature from the first pumping cell toward the second pumping cell. Normally, in the NO x sensor, the temperature of the second pumping cell is estimated by presuming the offset amount due to this temperature gradient and the NO x concentration is detected, but the environment surrounding the NO x sensor (exhaust gas) When the temperature gradient varies depending on the temperature and gas flow rate, etc.), there is a possibility that the detection error of the NO x concentration temperature changes of the second pumping cell occurs.

このようなことから、第1ポンピングセルと第2ポンピングセルを、2つのヒータで別個に制御する技術が開発されている(特許文献1参照)。   For this reason, a technique has been developed in which the first pumping cell and the second pumping cell are separately controlled by two heaters (see Patent Document 1).

特開2000−206085号公報JP 2000-206085 A

しかしながら、上記特許文献1記載の技術の場合、2つのヒータにそれぞれ電圧を供給するため、導電経路(リード部や電極パッド)が余分に必要となり、その分だけPt等の高価な導電材料を消費してコストアップにつながるという問題があった。   However, in the case of the technique described in Patent Document 1, an additional conductive path (lead portion and electrode pad) is necessary to supply voltage to the two heaters, and an expensive conductive material such as Pt is consumed correspondingly. As a result, there was a problem of increasing costs.

すなわち、本発明は、2つのヒータを設けることで第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルの温度を別個に制御してNO濃度の検出精度を向上させると共に、導電材料の使用量を低減してコストダウンを図ることができるNOセンサの提供を目的とする。 That is, according to the present invention, by providing two heaters, the temperature of the first pumping cell and the second pumping cell is separately controlled to improve the detection accuracy of the NO x concentration and reduce the amount of conductive material used. An object of the present invention is to provide a NO x sensor capable of reducing the cost.

上記課題を解決するため、本発明のNOセンサは、間隔を開けて積層される2層の固体電解質体の間に区画され外部から被測定ガスを導入する第1測定室と、前記第1測定室に面して配置される内側第1ポンプ電極と該内側第1ポンプ電極の対極となる第1対極電極とを備え、前記第1測定室内の酸素分圧を制御するための第1ポンピングセルと、前記第1測定室に連通して周囲から区画され前記第1測定室から前記酸素分圧が制御された被測定ガスを導入する第2測定室と、前記第2測定室内に設けられた内側第2ポンプ電極と該内側第2ポンプ電極の対極となる第2対極電極とを備え、前記第2測定室内の被測定ガス中のNO濃度を検出する第2ポンピングセルと、前記固体電解質体の積層方向に配置され、第1発熱部並びにこれにそれぞれ接続される第1正極電圧供給リード及び第1負極電圧供給リードを備えて前記第1ポンピングセルを加熱する第1ヒータと、前記固体電解質体の積層方向に配置され、第2発熱部並びにこれにそれぞれ接続される第2正極電圧供給リード及び第2負極電圧供給リードを備えて前記第2ポンピングセルを加熱する第2ヒータと、を有し、前記固体電解質体の積層方向を長手方向とするNOセンサであって、前記第1ポンピングセルの形成領域及び前記第2ポンピングセルの形成領域は前記長手方向と垂直な方向に重ならず、前記第1発熱部及び前記第2発熱部は前記長手方向と垂直な方向に重ならず、かつ前記第1発熱部と前記第1ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重なりを有し、前記第2発熱部と前記第2ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重なりを有しつつ、前記第1正極電圧供給リード及び前記第2正極電圧供給リードの少なくとも一部、又は前記第1負極電圧供給リード及び前記第2負極電圧供給リードの少なくとも一部が共通になっている。 In order to solve the above-described problem, the NO x sensor of the present invention includes a first measurement chamber that is partitioned between two layers of solid electrolyte bodies that are stacked with a gap therebetween and that introduces a gas to be measured from the outside, A first pump for controlling an oxygen partial pressure in the first measurement chamber, comprising an inner first pump electrode disposed facing the measurement chamber and a first counter electrode serving as a counter electrode of the inner first pump electrode A cell, a second measurement chamber that communicates with the first measurement chamber and is partitioned from the surroundings and introduces a gas to be measured with a controlled oxygen partial pressure from the first measurement chamber; and is provided in the second measurement chamber. A second pumping cell for detecting the NO x concentration in the gas to be measured in the second measurement chamber, and the solid state second pump electrode and a second counter electrode serving as a counter electrode of the inner second pump electrode, and the solid Arranged in the stacking direction of the electrolyte body, the first heat generating portion and the same A first heater for heating the first pumping cell having a first positive voltage supply lead and a first negative voltage supply lead connected to each other, and disposed in the stacking direction of the solid electrolyte body. And a second heater for heating the second pumping cell, each having a second positive voltage supply lead and a second negative voltage supply lead connected to each other, wherein the stacking direction of the solid electrolyte body is a longitudinal direction. a NO x sensor, formation region of the formation region and the second pumping cell of the first pumping cell does not overlap in the longitudinal direction perpendicular the first heating portion and the second heating section the The first heat generating portion and the first pumping cell forming region do not overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and have an overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and the second heat generating portion and the A region where two pumping cells are formed overlaps in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and at least part of the first positive voltage supply lead and the second positive voltage supply lead, or the first negative voltage supply lead In addition, at least a part of the second negative voltage supply lead is common.

このように、第1正極電圧供給リード及び第2正極電圧供給リード、又は第1負極電圧供給リード及び第2負極電圧供給リードの一部が共通になっていると、線幅の広いリードや、リード基端の電極パッドを共通部分で兼用することができ、その分だけ導電材料(特に貴金属)の使用量を低減してコストダウンを図ることができる。
又、第1ポンピングセルの形成領域及び第2ポンピングセルの形成領域が長手方向に垂直な方向に重ならないので、両セルを長手方向に分離させ、それぞれ第1ヒータ及び第2ヒータによって両セルの温度を別個に制御することができ、NO濃度の検出精度を向上させることができる。
さらに、長手方向と垂直な方向において、第1発熱部と第1ポンピングセルの形成領域とが重なりを有し、第2発熱部と第2ポンピングセルの形成領域とが重なりを有することで、第1発熱部及び第2発熱部の発熱がそれぞれ第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルに効率良く伝わって各セルを精度よく温度制御できる。
Thus, when a part of the first positive voltage supply lead and the second positive voltage supply lead, or the first negative voltage supply lead and the second negative voltage supply lead are common, a lead having a wide line width, The electrode pad at the base end of the lead can also be used as a common part, and the amount of conductive material (especially noble metal) used can be reduced correspondingly, thereby reducing the cost.
In addition, since the formation region of the first pumping cell and the formation region of the second pumping cell do not overlap in the direction perpendicular to the longitudinal direction, both the cells are separated in the longitudinal direction, and the first heater and the second heater respectively The temperature can be controlled separately, and the detection accuracy of the NO x concentration can be improved.
Furthermore, in the direction perpendicular to the longitudinal direction, the first heat generating portion and the first pumping cell forming region overlap, and the second heat generating portion and the second pumping cell forming region overlap, Heat generated by the first heat generating portion and the second heat generating portion is efficiently transmitted to the first pumping cell and the second pumping cell, respectively, and the temperature of each cell can be accurately controlled.

前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記第1測定室に対して前記第1対極電極と前記長手方向と垂直な方向の反対側に位置してもよい。
このようにすると、大気と接する必要のある第1対極電極側に第1ヒータと第2ヒータを設けるよりも製造が容易となる。また、前記第1測定室に対して第2ポンピングセルが第1対極電圧と反対側にある場合、第1ヒータと第2ヒータは第1ポンピングセルよりも第2ポンピングセルに近くなり、NOx濃度の検出を行う第2ポンピングセルをより精度良く加熱する事ができ、NOx濃度の検出精度を向上させることができる。
The first heater and the second heater may be positioned on opposite sides of the first counter electrode and a direction perpendicular to the longitudinal direction with respect to the first measurement chamber.
If it does in this way, manufacture will become easy rather than providing a 1st heater and a 2nd heater in the 1st counter electrode side which needs to touch air. When the second pumping cell is opposite to the first counter electrode voltage with respect to the first measurement chamber, the first heater and the second heater are closer to the second pumping cell than the first pumping cell, and the NOx concentration is increased. Thus, the second pumping cell that performs the detection can be heated more accurately, and the detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記長手方向の同一層上に位置してもよい。
このようにすると、各ヒータを1つの層上で印刷法等によって一度に製造できるので生産性が向上する。又、各ヒータが長手方向と垂直な方向に離間していないので、各ヒータのリードの一部を共通にするためのスルーホールが不要となり、スルーホール導体に必要な導電材料を削減できる。
The first heater and the second heater may be located on the same layer in the longitudinal direction.
In this way, since each heater can be manufactured on one layer at a time by a printing method or the like, productivity is improved. Further, since the heaters are not separated in the direction perpendicular to the longitudinal direction, a through hole for sharing a part of the lead of each heater becomes unnecessary, and the conductive material necessary for the through hole conductor can be reduced.

前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記長手方向の別の層上に位置し、かつ前記長手方向と垂直な方向において、前記第2ヒータは前記第1ヒータより前記第2測定室から遠い位置にあってもよい。
このようにすると、長手方向と垂直な方向において、第2ヒータを第1ヒータより第2測定室から遠ざけることで、第2ヒータのリーク電流が第2ポンピングセルへ影響を及ぼすことを抑制することができる。
The first heater and the second heater are located on different layers in the longitudinal direction, and the second heater is separated from the second measurement chamber by the first heater in a direction perpendicular to the longitudinal direction. It may be in a distant position.
In this case, in the direction perpendicular to the longitudinal direction, the second heater is further away from the second measurement chamber than the first heater, thereby suppressing the leakage current of the second heater from affecting the second pumping cell. Can do.

前記第1発熱部と、前記第2ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重ならないようにしてもよい。
このようにすると、第1発熱部が第2ポンピングセルから遠くなるので、第1ヒータのリーク電流による第2ポンピングセルへの影響が少なく、また、各ヒータの温度制御が干渉しにくくなり、NOの測定精度が向上する。
The first heat generating portion and the formation region of the second pumping cell may not overlap with a direction perpendicular to the longitudinal direction.
In this case, since the first heat generating portion is far from the second pumping cell, the influence of the leakage current of the first heater on the second pumping cell is small, and the temperature control of each heater is less likely to interfere, and NO. The measurement accuracy of x is improved.

この発明によれば、2つのヒータを設けることで第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルの温度を別個に制御してNO濃度の検出精度を向上させると共に、導電材料の使用量を低減したNOセンサが得られる。 According to the present invention, by providing two heaters, the temperature of the first pumping cell and the second pumping cell is separately controlled to improve the detection accuracy of the NO x concentration, and the use amount of the conductive material is reduced. An x sensor is obtained.

本発明の第1の実施形態に係るNOセンサの長手方向に沿う断面図である。It is a sectional view taken along the longitudinal direction of the NO x sensor according to the first embodiment of the present invention. NOセンサ素子及びヒータの長手方向に沿う断面図である。It is a sectional view taken along the longitudinal direction of the NO x sensor element and the heater. 本発明の第2の実施形態に係るNOセンサが有するNOセンサ素子及びヒータの長手方向に沿う断面図である。Is a sectional view taken along the longitudinal direction of the NO x sensor element and the heater NO x sensor has according to the second embodiment of the present invention. 第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルの形成領域と、第1発熱部及び第2発熱部との長手方向の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the longitudinal direction of the formation area of a 1st pumping cell and a 2nd pumping cell, and a 1st heat generating part and a 2nd heat generating part.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るNOセンサ200の長手方向に沿う断面図を示す。NOセンサ200は、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、軸線方向(NOセンサ200の長手方向:図中上下方向)に延びる板状形状をなすNOセンサ素子10と、NOセンサ素子10の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168の内壁面がNOセンサ素子の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材166と、NOセンサ素子10と絶縁コンタクト部166との間に配置される6個の接続端子110(図1では、2個図示)とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a cross-sectional view along the longitudinal direction of a NO x sensor 200 according to the first embodiment of the present invention. The NO x sensor 200 extends in the axial direction (longitudinal direction of the NO x sensor 200: vertical direction in the figure) with a cylindrical metal shell 138 having a threaded portion 139 formed on the outer surface for fixing to the exhaust pipe. a NO x sensor element 10 forming a plate-like shape, a NO x cylindrical ceramic sleeve 106 which is disposed so as to surround the radial periphery of the sensor element 10, the inner wall surface of the contact insertion holes 168 penetrating in the axial direction NO an insulating contact member 166 is arranged in a state surrounding the periphery of the rear end portion of the x sensor element, the six connection terminals 110 (FIG. 1 that is disposed between the NO x sensor element 10 and the insulating contact portion 166, 2 are shown).

主体金具138は、軸線方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具138は、NOセンサ素子10を先端側が貫通孔154の先端側外部に配置し、電極端子部220、221を貫通孔154の後端側外部に配置する状態で貫通孔154に保持している。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。 The metal shell 138 has a substantially cylindrical shape having a through hole 154 that penetrates in the axial direction, and a shelf 152 that protrudes radially inward of the through hole 154. Further, the metal shell 138 has the NO x sensor element 10 at the front end side disposed outside the front end side of the through hole 154, and the electrode terminal portions 220 and 221 are disposed outside the rear end side of the through hole 154. keeping. Further, the shelf portion 152 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination with respect to a plane perpendicular to the axial direction.

なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、NOセンサ素子10の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ151、粉末充填層153、156(以下、滑石リング153、156ともいう)、及び上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側(図1における下方)から後端側(図1における上方)にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ158が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
又、この実施形態では、NOセンサ200の筐体側をなすセラミックホルダ151等によってNOセンサ素子10が固定され、セラミックホルダ151の先端側からNOセンサ素子10が突出している。従って、NOセンサ素子10のうち、セラミックホルダ151の先端面と同じ位置の部分を固定端10bとする。
In addition, inside the through hole 154 of the metal shell 138, an annular ceramic holder 151, powder filling layers 153 and 156 (hereinafter also referred to as talc rings 153 and 156) surrounding the radial direction of the NO x sensor element 10. ) And the above-described ceramic sleeve 106 are laminated in this order from the front end side (lower side in FIG. 1) to the rear end side (upper side in FIG. 1). A caulking packing 157 is disposed between the ceramic sleeve 106 and the rear end portion 140 of the metal shell 138, and a talc ring 153 is disposed between the ceramic holder 151 and the shelf 152 of the metal shell 138. In addition, a metal holder 158 for holding the ceramic holder 151 and maintaining hermeticity is disposed. Note that the rear end portion 140 of the metal shell 138 is crimped so as to press the ceramic sleeve 106 toward the distal end side via the crimping packing 157.
In this embodiment, the NO x sensor element 10 is fixed by the ceramic holder 151 or the like that forms the casing of the NO x sensor 200, and the NO x sensor element 10 protrudes from the tip side of the ceramic holder 151. Accordingly, a portion of the NO x sensor element 10 that is at the same position as the tip surface of the ceramic holder 151 is defined as a fixed end 10b.

一方、図1に示すように、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、NOセンサ素子10の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外部プロテクタ142及び内部プロテクタ143が、溶接等によって取り付けられている。 On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel or the like) having a plurality of holes and covering the protruding portion of the NO x sensor element 10 on the outer periphery of the front end side (downward in FIG. 1) of the metallic shell 138 ) A double external protector 142 and an internal protector 143 are attached by welding or the like.

そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、NOセンサ素子10の電極端子部220、221とそれぞれ電気的に接続される6本のリード線146(図1では5本のみ)が挿通される、リード線挿通孔161が形成されたグロメット150が配置されている。 An outer cylinder 144 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 138. In addition, six lead wires 146 (FIG. 1) that are electrically connected to the electrode terminal portions 220 and 221 of the NO x sensor element 10 are respectively provided in the opening on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 144. In this case, a grommet 150 in which a lead wire insertion hole 161 is formed is disposed.

また、主体金具138の後端部140より突出されたNOセンサ素子10の後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材166が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材166は、NOセンサ素子10の後端側の表面に形成される電極端子部220、221の周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材166は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。絶縁コンタクト部材166は、鍔部167が保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に配置される。 An insulating contact member 166 is disposed on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the NO x sensor element 10 protruding from the rear end portion 140 of the metal shell 138. The insulating contact member 166 is disposed around the electrode terminal portions 220 and 221 formed on the rear end surface of the NO x sensor element 10. The insulating contact member 166 is formed in a cylindrical shape having a contact insertion hole 168 penetrating in the axial direction, and is provided with a flange portion 167 protruding radially outward from the outer surface. The insulating contact member 166 is disposed inside the outer cylinder 144 by the flange portion 167 coming into contact with the outer cylinder 144 via the holding member 169.

次に、NOセンサ素子10及びヒータ(第1ヒータ51、第2ヒータ52)の構造について、長手方向に沿う断面図2を用いて説明する。なお、本発明において、「長手方向」とは、NOセンサ素子の長手方向であって、かつNOセンサ素子10の固体電解質体(この例では、第1固体電解質体11a〜第3固体電解質体13a)の積層方向に平行な方向をいう。
又、図2の左側(第1ポンピングセル11側)をNOセンサ素子10の「先端(側)」と称し、図2の右側(第2ポンピングセル13側)をNOセンサ素子10の「後端(側)」と称する。
Next, the structure of the NO x sensor element 10 and the heaters (the first heater 51 and the second heater 52) will be described with reference to a sectional view 2 along the longitudinal direction. In the present invention, the term "longitudinal", a longitudinal direction of the NO x sensor element, and a solid electrolyte body of the NO x sensor element 10 (in this example, the first solid electrolyte body 11a~ third solid electrolyte A direction parallel to the stacking direction of the bodies 13a).
Also, the left side of FIG. 2 (the first pumping cell 11 side) is referred to as a "front end (side)" of the NO x sensor element 10, the right side in FIG. 2 (second pumping cell 13 side) of the NO x sensor element 10 ' This is referred to as “rear end (side)”.

図2(a)において、NOセンサ素子10は、第1固体電解質体11a、絶縁層14a、第2固体電解質体12a、絶縁層14b、第3固体電解質体13a、及び絶縁層14c、14dをこの順に積層した構造を有する。第1固体電解質体11aと第2固体電解質体12aとの層間に第1測定室16が画成され、第1測定室16の左端(入口)に配置された第1拡散抵抗体15aを介して外部から被測定ガスGMが導入される。
第1測定室16のうち入口と反対端には第2拡散抵抗体15bが配置され、第2拡散抵抗体15bを介して第1測定室16の右側には、第1測定室16と連通する第2測定室18が画成されている。第2測定室18は、第2固体電解質体12aを貫通して第1固体電解質体11aと第3固体電解質体13aとの層間に形成されている。
2A, the NO x sensor element 10 includes a first solid electrolyte body 11a, an insulating layer 14a, a second solid electrolyte body 12a, an insulating layer 14b, a third solid electrolyte body 13a, and insulating layers 14c and 14d. It has a structure laminated in this order. A first measurement chamber 16 is defined between the first solid electrolyte body 11a and the second solid electrolyte body 12a, and the first diffusion resistor 15a disposed at the left end (inlet) of the first measurement chamber 16 is interposed therebetween. A measurement gas GM is introduced from the outside.
A second diffusion resistor 15b is disposed at the end of the first measurement chamber 16 opposite to the inlet, and communicates with the first measurement chamber 16 on the right side of the first measurement chamber 16 via the second diffusion resistor 15b. A second measurement chamber 18 is defined. The second measurement chamber 18 passes through the second solid electrolyte body 12a and is formed between the first solid electrolyte body 11a and the third solid electrolyte body 13a.

詳しくは後述するが、絶縁層14c、14dの間の同一層上には、NOセンサ素子10の長手方向に沿って延びる長尺板状の2つの第1ヒータ51、第2ヒータ52が埋設されている。第1ヒータ51、第2ヒータ52は、NOセンサ200に接続された2つのヒータ制御部(図示せず)によってそれぞれ別個に制御され、それぞれ第1ポンピングセル11及び第2ポンピングセル13を所定温度に(より具体的には、第1ポンピングセル11から第2ポンピングセル13へ至る温度勾配が一定になるよう)制御する。
絶縁層14a〜14dはアルミナを主体とし、第1拡散抵抗体15a及び第2拡散抵抗体15bはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、第1ヒータ51、第2ヒータ52は白金等からなる。なお、ヒータ制御部は公知のもの(例えば、トランジスタと抵抗からなり、コントローラのCPUからパルス幅変調により通電制御されるもの)を用いることができる。
As will be described in detail later, two elongated plate-like first heaters 51 and 52 extending along the longitudinal direction of the NO x sensor element 10 are embedded on the same layer between the insulating layers 14c and 14d. Has been. The first heater 51, second heater 52, NO x 2 one heater controller connected to the sensor 200 (not shown) each be separately controlled by a predetermined first pumping cell 11 and the second pumping cell 13, respectively The temperature is controlled (more specifically, the temperature gradient from the first pumping cell 11 to the second pumping cell 13 is constant).
The insulating layers 14a to 14d are mainly made of alumina, and the first diffusion resistor 15a and the second diffusion resistor 15b are made of a porous material such as alumina. The first heater 51 and the second heater 52 are made of platinum or the like. A known heater control unit (for example, a transistor and a resistor that is energized and controlled by pulse width modulation from the CPU of the controller) can be used.

第1ポンピングセル11は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第1固体電解質体11aと、これを挟持するように配置された内側第1ポンプ電極11c及び対極となる第1対極電極(外側第1ポンプ電極)11bとを備え、内側第1ポンプ電極11cは第1測定室16に面している。内側第1ポンプ電極11c及び外側第1ポンプ電極11bはいずれも白金を主体とし、各電極の表面は多孔質体からなる保護層11e、11dでそれぞれ覆われている。   The first pumping cell 11 includes a first solid electrolyte body 11a mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity, an inner first pump electrode 11c disposed so as to sandwich the first solid electrolyte body 11a, and a first counter electrode serving as a counter electrode ( An outer first pump electrode 11 b, and the inner first pump electrode 11 c faces the first measurement chamber 16. Both the inner first pump electrode 11c and the outer first pump electrode 11b are mainly made of platinum, and the surface of each electrode is covered with a protective layer 11e, 11d made of a porous body.

酸素濃度検出セル12は、ジルコニアを主体とする第2固体電解質体12aと、これを挟持するように配置された検知電極12b及び基準電極12cとを備え、検知電極12bは内側第1ポンプ電極11cより後端側で第1測定室16に面している。検知電極12b及び基準電極12cはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層14bは、第2固体電解質体12aに接する基準電極12cが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室17を形成している。そして、酸素濃度検出セル12に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第1測定室16から基準酸素室17内に送り込み、酸素基準とする。
The oxygen concentration detection cell 12 includes a second solid electrolyte body 12a mainly composed of zirconia, and a detection electrode 12b and a reference electrode 12c disposed so as to sandwich the second solid electrolyte body 12a. The detection electrode 12b is an inner first pump electrode 11c. It faces the first measurement chamber 16 on the rear end side. Both the detection electrode 12b and the reference electrode 12c are mainly made of platinum.
The insulating layer 14b is cut out so that the reference electrode 12c in contact with the second solid electrolyte body 12a is disposed inside, and the cutout portion is filled with a porous body to form the reference oxygen chamber 17. . Then, a weak constant value of current is passed through the oxygen concentration detection cell 12 in advance to send oxygen from the first measurement chamber 16 into the reference oxygen chamber 17 to be an oxygen reference.

第2ポンピングセル13は、ジルコニアを主体とする第3固体電解質体13aと、第3固体電解質体13aのうち第2測定室18に面した表面に配置された内側第2ポンプ電極13b及び対極となる第2対極電極(対極第2ポンプ電極13c)とを備えている。内側第2ポンプ電極13b及び対極第2ポンプ電極13cはいずれも白金を主体とする。
なお、対極第2ポンプ電極13cは、第3固体電解質体13a上における絶縁層14bの切り抜き部に配置され、基準電極12cに対向して基準酸素室17に面している。
The second pumping cell 13 includes a third solid electrolyte body 13a mainly composed of zirconia, an inner second pump electrode 13b and a counter electrode disposed on the surface of the third solid electrolyte body 13a facing the second measurement chamber 18. And a second counter electrode (counter electrode second pump electrode 13c). Both the inner second pump electrode 13b and the counter second pump electrode 13c are mainly composed of platinum.
In addition, the counter electrode 2nd pump electrode 13c is arrange | positioned at the cutout part of the insulating layer 14b on the 3rd solid electrolyte body 13a, and faces the reference | standard oxygen chamber 17 facing the reference electrode 12c.

又、第1ポンピングセル11の形成領域11S及び第2ポンピングセル13の形成領域13Sは、長手方向に垂直な方向に重ならない。これは、長手方向にそれぞれ延びる第1ヒータ51及び第2ヒータ52によって、第1ポンピングセル11及び第2ポンピングセル13の温度を別個に制御できるよう、第1ポンピングセル11と第2ポンピングセル13とを長手方向に分離させるためである。   Further, the formation region 11S of the first pumping cell 11 and the formation region 13S of the second pumping cell 13 do not overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction. This is because the temperature of the first pumping cell 11 and the second pumping cell 13 can be separately controlled by the first heater 51 and the second heater 52 extending in the longitudinal direction, respectively. This is to separate them in the longitudinal direction.

ここで、第1ポンピングセル11の形成領域11Sは、内側第1ポンプ電極11c、第1対極電極11b、及びこれら各電極11c、11bに挟まれて導電経路となる第1固体電解質体11aを、長手方向に投影した領域の合計をいう。例えば、図2において、内側第1ポンプ電極11cと第1対極電極11bとは第1固体電解質体11aの表裏に対向し、各電極11c、11bはほぼ同寸であるので、第1ポンピングセル11の形成領域11Sは、内側第1ポンプ電極11c(第1対極電極11b)を長手方向に投影した領域に等しい。
同様に、第2ポンピングセル13の形成領域13Sは、内側第2ポンプ電極13b、第2対極電極13c、及びこれら各電極13c、13bに挟まれて導電経路となる第3固体電解質体13aを、長手方向に投影した領域の合計をいう。例えば、図2において、内側第2ポンプ電極13bと第2対極電極13cとは、いずれも第3固体電解質体13aの裏面に離間しているため、酸素イオンは各電極13c、13bに挟まれた第3固体電解質体13aを流れる(導電経路となる)。従って、第2ポンピングセル13の形成領域13Sは、NOセンサ素子10の先端側の第2対極電極13cの先端(図2の左側)から、NOセンサ素子10の後端側の内側第2ポンプ電極13bの後端(図2の右側)に至る部分を長手方向に投影した領域に等しい。
そして、各形成領域11S、13Sは長手方向に間隔を開けて配置されており、第1ポンピングセル11と第2ポンピングセル13とが長手方向に分離していることがわかる。
Here, the formation region 11S of the first pumping cell 11 includes the inner first pump electrode 11c, the first counter electrode 11b, and the first solid electrolyte body 11a serving as a conductive path sandwiched between the electrodes 11c and 11b. This is the total area projected in the longitudinal direction. For example, in FIG. 2, the inner first pump electrode 11c and the first counter electrode 11b are opposed to the front and back of the first solid electrolyte body 11a, and the electrodes 11c and 11b are substantially the same size. The formation region 11S is equal to a region obtained by projecting the inner first pump electrode 11c (first counter electrode 11b) in the longitudinal direction.
Similarly, the formation region 13S of the second pumping cell 13 includes the inner second pump electrode 13b, the second counter electrode 13c, and the third solid electrolyte body 13a serving as a conductive path sandwiched between the electrodes 13c and 13b. This is the total area projected in the longitudinal direction. For example, in FIG. 2, since the inner second pump electrode 13b and the second counter electrode 13c are both separated from the back surface of the third solid electrolyte body 13a, oxygen ions are sandwiched between the electrodes 13c and 13b. It flows through the third solid electrolyte body 13a (becomes a conductive path). Therefore, formation area 13S of the second pumping cell 13, NO x from the tip of the second counter electrode 13c on the front end side of the sensor element 10 (the left side in FIG. 2), NO x sensor element the rear end of the inner second 10 The portion reaching the rear end (right side in FIG. 2) of the pump electrode 13b is equal to the region projected in the longitudinal direction.
And each formation area 11S and 13S is arrange | positioned at intervals in the longitudinal direction, and it turns out that the 1st pumping cell 11 and the 2nd pumping cell 13 are isolate | separated in the longitudinal direction.

図2(b)は、第1ヒータ51、第2ヒータ52の平面形状及び配置状態を示す。なお、図2(a)、(b)の間の直線は、NOセンサ素子10の各構成と各ヒータ51、52との位置関係を対応させるものである。
図2(b)において、第1ヒータ51は、第1発熱部51a、並びにこれにそれぞれ接続されて長手方向に延びる直線状の第1正極電圧供給リード51b及び第1負極電圧供給リード51cを備えている。第1発熱部51aは、第1正極電圧供給リード51bの先端に接続される最外側直線抵抗部51a1と、最外側直線抵抗部51a1の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部51a2と、屈曲部51a2から長手方向に沿って2往復する蛇行経路51a3と、蛇行経路51a3の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部51a4と、屈曲部51a4の後端に接続される最外側直線抵抗部51a5と、を備えている。最外側直線抵抗部51a5の後端は、第1負極電圧供給リード51cの先端に接続されている。
又、第1正極電圧供給リード51bの後端は広幅矩形の電極パッド51dを形成している。一方、第1負極電圧供給リード51cの後端は、後述するように第2ヒータ52の第2負極電圧供給リード52cに接続され、両者が一体化している。
なお、本発明においては、ヒータのうち発熱部以外の導体経路(つまり、発熱部より低抵抗な部分)を、電極パッドを含めて「リード」と称する。
FIG. 2B shows the planar shape and arrangement state of the first heater 51 and the second heater 52. Note that the straight line between FIGS. 2A and 2B corresponds to the positional relationship between each configuration of the NO x sensor element 10 and each of the heaters 51 and 52.
2B, the first heater 51 includes a first heat generating portion 51a, and linear first positive voltage supply leads 51b and first negative voltage supply leads 51c that are connected to the first heating portions 51a and extend in the longitudinal direction. ing. The first heat generating portion 51a includes an outermost linear resistance portion 51a1 connected to the tip of the first positive voltage supply lead 51b, and a bent portion 51a2 bent in a U shape in the longitudinal direction opposite from the tip of the outermost linear resistance portion 51a1. And a meandering path 51a3 that reciprocates twice along the longitudinal direction from the bent part 51a2, a bent part 51a4 that is bent in a U-shape from the tip of the meandering path 51a3 in the longitudinal direction, and a rear end of the bent part 51a4. And an outermost linear resistance portion 51a5. The rear end of the outermost linear resistance portion 51a5 is connected to the front end of the first negative voltage supply lead 51c.
The rear end of the first positive voltage supply lead 51b forms a wide rectangular electrode pad 51d. On the other hand, the rear end of the first negative voltage supply lead 51c is connected to the second negative voltage supply lead 52c of the second heater 52, as will be described later, and both are integrated.
In the present invention, a conductor path other than the heat generating portion (that is, a portion having a lower resistance than the heat generating portion) in the heater is referred to as a “lead” including the electrode pad.

第1発熱部51aは、第1正極電圧供給リード51b及び第1負極電圧供給リード51cより狭幅であるので、第1正極電圧供給リード51bと第1負極電圧供給リード51cとの間に通電すると、抵抗の高い第1発熱部51aが発熱するようになっている。
又、第1発熱部51aと、第1ポンピングセル11の形成領域11Sとは長手方向に垂直な方向に重なりを有している。ここで、「重なりを有する」とは、第1発熱部51aと形成領域11Sの少なくとも一部が重なっていればよいこととする。第1発熱部51aと形成領域11Sとが重なりを有することで、第1発熱部51aの発熱が第1ポンピングセル11に効率良く伝わって第1ポンピングセル11を加熱(温度制御)できるようになっている。
なお、図2において、第1発熱部51aは形成領域11Sの内側に位置している。
Since the first heat generating portion 51a is narrower than the first positive voltage supply lead 51b and the first negative voltage supply lead 51c, when the first heat generating portion 51a is energized between the first positive voltage supply lead 51b and the first negative voltage supply lead 51c. The first heat generating portion 51a having a high resistance generates heat.
The first heat generating portion 51a and the formation region 11S of the first pumping cell 11 overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Here, “having an overlap” means that at least a part of the first heat generating portion 51a and the formation region 11S need only overlap. Since the first heat generating portion 51a and the formation region 11S overlap each other, the heat generated by the first heat generating portion 51a is efficiently transmitted to the first pumping cell 11 so that the first pumping cell 11 can be heated (temperature control). ing.
In FIG. 2, the first heat generating portion 51a is located inside the formation region 11S.

同様に、第2ヒータ52は、第2発熱部52a、並びにこれにそれぞれ接続されて長手方向に延びる直線状の第2正極電圧供給リード52b及び第2負極電圧供給リード52cを備えている。第2ヒータ52は、第1正極電圧供給リード51bと第1負極電圧供給リード51cとの間に挟まれつつ、第1発熱部51aの後端側に位置し、第1ヒータ51に囲まれている。
第2発熱部52aは、第2正極電圧供給リード52bの先端に接続される最外側直線抵抗部52a1と、最外側直線抵抗部52a1の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部52a2と、屈曲部52a2から長手方向に沿って1往復する蛇行経路52a3と、蛇行経路52a3の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部52a4と、屈曲部52a4の後端に接続される最外側直線抵抗部52a5と、を備えている。最外側直線抵抗部52a5の後端は、第2負極電圧供給リード52cの先端に接続されている。又、第2正極電圧供給リード52bの後端は広幅矩形の電極パッド52dを形成している。
なお、電極パッド51dの内側に位置する電極パッド52dが電極パッド51dと干渉しないよう、第2正極電圧供給リード52bは後端側が内側に向くようにして長手方向に対し斜めに延びている。
Similarly, the second heater 52 includes a second heat generating portion 52a, and linear second positive voltage supply leads 52b and second negative voltage supply leads 52c that are connected to the second heating portions 52a and extend in the longitudinal direction. The second heater 52 is sandwiched between the first positive voltage supply lead 51b and the first negative voltage supply lead 51c, and is located on the rear end side of the first heat generating portion 51a and is surrounded by the first heater 51. Yes.
The second heat generating portion 52a includes an outermost linear resistance portion 52a1 connected to the tip of the second positive voltage supply lead 52b, and a bent portion 52a2 bent in a U-shape in the longitudinal direction opposite from the tip of the outermost linear resistance portion 52a1. And a meandering path 52a3 that reciprocates once in the longitudinal direction from the bent part 52a2, a bent part 52a4 that bends in a U-shape from the tip of the meandering path 52a3 in the longitudinal direction, and a rear end of the bent part 52a4. An outermost linear resistance portion 52a5. The rear end of the outermost linear resistance portion 52a5 is connected to the tip of the second negative voltage supply lead 52c. The rear end of the second positive voltage supply lead 52b forms a wide rectangular electrode pad 52d.
The second positive voltage supply lead 52b extends obliquely with respect to the longitudinal direction so that the rear end side faces inward so that the electrode pad 52d positioned inside the electrode pad 51d does not interfere with the electrode pad 51d.

一方、第2負極電圧供給リード52cは後端側が外側に向くようにして長手方向に対し斜めに延び、第1負極電圧供給リード51cに近づくようになっている。そして、第2負極電圧供給リード52cと第1負極電圧供給リード51cの後端同士が接して一体化し、広幅の共通パッド61を形成している。
このように、第1負極電圧供給リード51cと第2負極電圧供給リード52cの少なくとも一部(図2の例では後端部)が共通になっているため、線幅の広いリード部や電極パッドを兼用することができ、その分だけPt等の高価な導電材料の使用量を低減してコストダウンを図ることができる。例えば、図2の例では、第1負極電圧供給リード51cと第2負極電圧供給リード52cとが長手方向に接して共通パッド61を形成し、共通パッド61の線幅は、第1負極電圧供給リード51cと第2負極電圧供給リード52cの線幅の合計となるので、共通パッド61だけで外部との接続端子(電極パッド)として機能する。そのため、第1負極電圧供給リード51cや第2負極電圧供給リード52cの後端に広幅の電極パッドを別途設ける必要がなく、これら不要となった電極パッドの分だけ導電材料の使用量が低減することになる。
On the other hand, the second negative voltage supply lead 52c extends obliquely with respect to the longitudinal direction so that the rear end side faces outward, and approaches the first negative voltage supply lead 51c. The rear ends of the second negative voltage supply lead 52c and the first negative voltage supply lead 51c are in contact with each other to form a wide common pad 61.
Thus, since at least a part (the rear end portion in the example of FIG. 2) of the first negative voltage supply lead 51c and the second negative voltage supply lead 52c is common, the lead portion or electrode pad having a wide line width is used. Thus, the amount of expensive conductive material such as Pt can be reduced by that amount, thereby reducing the cost. For example, in the example of FIG. 2, the first negative voltage supply lead 51c and the second negative voltage supply lead 52c are in contact with each other in the longitudinal direction to form a common pad 61, and the line width of the common pad 61 is the first negative voltage supply. Since the line width of the lead 51c and the second negative voltage supply lead 52c is the sum, only the common pad 61 functions as an external connection terminal (electrode pad). Therefore, it is not necessary to separately provide a wide electrode pad at the rear end of the first negative voltage supply lead 51c or the second negative voltage supply lead 52c, and the amount of conductive material used is reduced by the amount of these unnecessary electrode pads. It will be.

なお、第2発熱部52aは、第2正極電圧供給リード52b及び第2負極電圧供給リード52cより狭幅であるので、第2正極電圧供給リード52bと第2負極電圧供給リード52cとの間に通電することにより、抵抗の高い第2発熱部52aが発熱するようになっている。
又、第2発熱部52aと、第2ポンピングセル13の形成領域13Sとは、長手方向に垂直な方向に重なりを有している。ここで、「重なりを有する」とは、第2発熱部52aと形成領域13Sの少なくとも一部が重なっていればよいことをいう。第2発熱部52aと形成領域13Sとが重なりを有することで、第2発熱部52aの発熱が第2ポンピングセル13に効率良く伝わって第2ポンピングセル13を加熱(温度制御)できるようになっている。
なお、図2において、第2発熱部52aは形成領域13Sの内側に位置している。
Since the second heat generating part 52a is narrower than the second positive voltage supply lead 52b and the second negative voltage supply lead 52c, it is between the second positive voltage supply lead 52b and the second negative voltage supply lead 52c. By energizing, the second heat generating part 52a having a high resistance generates heat.
The second heat generating portion 52a and the formation region 13S of the second pumping cell 13 overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Here, “having an overlap” means that at least a part of the second heat generating portion 52a and the formation region 13S need only overlap. Since the second heat generating portion 52a and the formation region 13S overlap, the heat generated by the second heat generating portion 52a is efficiently transmitted to the second pumping cell 13 so that the second pumping cell 13 can be heated (temperature control). ing.
In FIG. 2, the second heat generating portion 52a is located inside the formation region 13S.

又、第1ヒータ51及び第2ヒータ52は、グランドとなる第1負極電圧供給リード51cと第2負極電圧供給リード52cとを共通の電位(グランド)としつつ、それぞれ第1正極電圧供給リード51bと第2正極電圧供給リード52bとが別個になっている。このため、第1正極電圧供給リード51bと第2正極電圧供給リード52bとを、それぞれ別のヒータ制御部に接続し、グランドを共通とすることで、第1ヒータ51及び第2ヒータ52を介して第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルの温度を別個に制御し、NO濃度の検出精度を向上させることができる。
より具体的には、第1ヒータ51及び第2ヒータ52を別個に制御することで、第1ポンピングセル11から第2ポンピングセル13へ至る温度勾配が一定になるよう制御することができる。この場合、酸素濃度検出セル12の内部抵抗(インピーダンス)に基づいてNOセンサ素子10の温度を測定し、この温度に応じて第1ヒータ51及び第2ヒータ52の制御を行っている。
そして、第1ポンピングセル11は面積が大きいと共にNOセンサ素子10の先端側にあって被測定ガスにより冷やされ易い。このため、第1ポンピングセル11を単独で制御できるよう、第1ヒータ51の第1発熱部51aの発熱量を多くしている(具体的には、第1発熱部51aを長手方向に3往復(3つ折り)させて蛇行させている)。
これに対し、酸素濃度検出セル12及び第2ポンピングセル13は第1ポンピングセル11に比べて小さいので、第2ヒータ52で酸素濃度検出セル12及び第2ポンピングセル13の温度をまとめて制御している。
In addition, the first heater 51 and the second heater 52 have the first negative voltage supply lead 51c and the second negative voltage supply lead 52c serving as the ground as a common potential (ground), respectively, and the first positive voltage supply lead 51b. And the second positive voltage supply lead 52b are separated. For this reason, the first positive voltage supply lead 51b and the second positive voltage supply lead 52b are connected to different heater control units, and the ground is shared, so that the first heater 51 and the second heater 52 are connected. Thus, the temperature of the first pumping cell and the second pumping cell can be controlled separately to improve the detection accuracy of the NO x concentration.
More specifically, by controlling the first heater 51 and the second heater 52 separately, the temperature gradient from the first pumping cell 11 to the second pumping cell 13 can be controlled to be constant. In this case, the temperature of the NO x sensor element 10 is measured based on the internal resistance (impedance) of the oxygen concentration detection cell 12, and the first heater 51 and the second heater 52 are controlled according to this temperature.
The first pumping cell 11 has a large area and is on the tip side of the NO x sensor element 10 and is easily cooled by the gas to be measured. For this reason, the heat generation amount of the first heat generating portion 51a of the first heater 51 is increased so that the first pumping cell 11 can be controlled independently (specifically, the first heat generating portion 51a is reciprocated three times in the longitudinal direction). (I fold it in three and make it meander).
In contrast, since the oxygen concentration detection cell 12 and the second pumping cell 13 are smaller than the first pumping cell 11, the temperatures of the oxygen concentration detection cell 12 and the second pumping cell 13 are collectively controlled by the second heater 52. ing.

なお、第1の実施形態においては、第1ヒータ53と第2ヒータ54とは、共に長手方向の同一層上(絶縁層14c、14dの間)に位置する。このため、各ヒータ53、54を1つの層上で印刷法等によって一度に製造できるので生産性が向上する。又、各ヒータ53、54が長手方向と垂直な方向に離間していないので、各ヒータの導通を取る為のスルーホールが不要となり、スルーホール導体に必要な導電材料を削減できる。   In the first embodiment, the first heater 53 and the second heater 54 are both located on the same layer in the longitudinal direction (between the insulating layers 14c and 14d). For this reason, since each heater 53 and 54 can be manufactured on one layer at a time by the printing method etc., productivity improves. Further, since the heaters 53 and 54 are not separated in the direction perpendicular to the longitudinal direction, a through hole for conducting the heater is not necessary, and the conductive material necessary for the through hole conductor can be reduced.

次に、NOセンサ素子10の動作の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、所定の制御回路を介してヒータ51、52が作動し、第1ポンピングセル11、酸素濃度検出セル12、第2ポンピングセル13を活性化温度まで加熱する。そして、各セル11〜13が活性化温度まで加熱されると、第1ポンピングセル11は、第1測定室16に流入した被測定ガス(排ガス)GM中の過剰な酸素を内側第1ポンプ電極11cから第1対電極11bへ向かって汲み出す。
このとき、第1測定室16内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル12の電極間電圧(端子間電圧)Vsに対応したものとなるため、この電極間電圧Vsが一定電圧V1(例えば425mV)になるように第1ポンピングセル11の電極間電圧(端子間電圧)Vp1を制御することにより、第1測定室16内の酸素濃度をNOが分解しない程度に調整する。
Next, an example of the operation of the NO x sensor element 10 will be described. First, when the engine is started and supplied with electric power from an external power source, the heaters 51 and 52 are operated via a predetermined control circuit, and the first pumping cell 11, the oxygen concentration detection cell 12, and the second pumping cell 13 are connected. Heat to activation temperature. When each of the cells 11 to 13 is heated to the activation temperature, the first pumping cell 11 converts excess oxygen in the gas to be measured (exhaust gas) GM flowing into the first measurement chamber 16 into the inner first pump electrode. Pump from 11c toward the first counter electrode 11b.
At this time, the oxygen concentration in the first measurement chamber 16 corresponds to the interelectrode voltage (inter-terminal voltage) Vs of the oxygen concentration detection cell 12, so that the interelectrode voltage Vs is a constant voltage V1 (for example, 425 mV). By controlling the inter-electrode voltage (inter-terminal voltage) Vp1 of the first pumping cell 11 so as to become, the oxygen concentration in the first measurement chamber 16 is adjusted to such an extent that NO x is not decomposed.

酸素濃度が調整された被測定ガスGNは第2測定室18に向かってさらに流れる。そして、第2ポンピングセル13の電極間電圧(端子間電圧)Vp2として、被測定ガスGN中のNOガスが酸素とNガスに分解する程度の一定電圧Vp2(酸素濃度検出セル12の制御電圧の値より高い電圧、例えば450mV)を印加することにより、NOが窒素と酸素に分解される。そして、NOの分解により生じた酸素が第2測定室18から汲み出されるように、第2ポンピングセル13に第2ポンプ電流Ip2が流れることになる。この際、第2ポンプ電流Ip2とNO濃度の間には直線関係があるため、Ip2を検出することにより被測定ガス中のNO濃度を検出することができる。 The gas to be measured GN whose oxygen concentration is adjusted further flows toward the second measurement chamber 18. Then, as the interelectrode voltage (terminal voltage) Vp2 of the second pumping cell 13, a constant voltage Vp2 (control of the oxygen concentration detection cell 12) such that the NO x gas in the measurement gas GN is decomposed into oxygen and N 2 gas. By applying a voltage higher than the voltage value (for example, 450 mV), NO x is decomposed into nitrogen and oxygen. Then, the second pump current Ip2 flows through the second pumping cell 13 so that oxygen generated by the decomposition of NO x is pumped out of the second measurement chamber 18. In this case, between the second pump current Ip2 and the concentration of NO x because there is a linear relationship, it is possible to detect the concentration of NO x in the gas to be measured by detecting the Ip2.

次に、本発明の第2の実施形態に係るNOセンサ200Cについて説明する。NOセンサ200Cは、NOセンサ素子10Cの構成が異なること以外は、第1の実施形態と同一であるので、NOセンサ200Cについての説明を省略する。
図3は、NOセンサ素子10C及びヒータ(第1ヒータ55、第2ヒータ56)の構造を示す長手方向に沿う断面図である。なお、NOセンサ素子10Cのうち、第1ヒータ55、第2ヒータ56以外の部分は第1の実施形態におけるNOセンサ素子10と同一であるので、同一符号を付して同一構成部分の説明を省略する。
Next, the NO x sensor 200C according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the NO x sensor 200C is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the NO x sensor element 10C is different, the description of the NO x sensor 200C is omitted.
FIG. 3 is a cross-sectional view along the longitudinal direction showing the structure of the NO x sensor element 10C and the heaters (the first heater 55 and the second heater 56). Since the NO x sensor element 10C other than the first heater 55 and the second heater 56 is the same as the NO x sensor element 10 in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components. Description is omitted.

図3(a)において、絶縁層14dの下に絶縁層14hが積層され、絶縁層14c、14d、14hがこの順で第2ポンピングセル13(より具体的には第3固体電解質体13a)の下面に積層されている。
絶縁層14c、14dの間には、NOセンサ素子10Cの長手方向に沿って延びる長尺板状の第1ヒータ55が埋設され、第1ヒータ55の上方に位置する第1ポンピングセル11を加熱するようになっている。
一方、絶縁層14d、14hの間には、NOセンサ素子10Cの長手方向に沿って延びる長尺板状の第2ヒータ56が埋設され、第2ヒータ56の上方に位置する第2ポンピングセル13を加熱するようになっている。
第1ヒータ55、第2ヒータ56は、NOセンサ200Cに接続された2つのヒータ制御部(図示せず)によってそれぞれ別個に制御され、それぞれ第1ポンピングセル11及び第2ポンピングセル13を所定温度に(より具体的には、第1ポンピングセル11から第2ポンピングセル13へ至る温度勾配が一定になるよう)制御する。
さらに、長手方向(各層の積層方向)と垂直な方向には、第1ヒータ55から第2ヒータ56に至る(つまり、絶縁層14dを貫通する)スルーホール71が穿孔されている。そして、後述するように、第1ヒータ55の第1負極電圧供給リード55cと、第2ヒータ56の第2負極電圧供給リード56cとは、スルーホール71に形成されたスルーホール導体を介して電気的に接続されている。
In FIG. 3A, an insulating layer 14h is laminated under the insulating layer 14d, and the insulating layers 14c, 14d, and 14h are in this order in the second pumping cell 13 (more specifically, the third solid electrolyte body 13a). It is laminated on the lower surface.
A long plate-shaped first heater 55 extending along the longitudinal direction of the NO x sensor element 10C is embedded between the insulating layers 14c and 14d, and the first pumping cell 11 positioned above the first heater 55 is disposed. It comes to heat.
On the other hand, a long plate-like second heater 56 extending along the longitudinal direction of the NO x sensor element 10 </ b > C is embedded between the insulating layers 14 d and 14 h, and the second pumping cell located above the second heater 56. 13 is heated.
The first heater 55 and the second heater 56 are separately controlled by two heater control units (not shown) connected to the NO x sensor 200C, and each of the first pumping cell 11 and the second pumping cell 13 is determined in advance. The temperature is controlled (more specifically, the temperature gradient from the first pumping cell 11 to the second pumping cell 13 is constant).
Furthermore, a through hole 71 extending from the first heater 55 to the second heater 56 (that is, penetrating the insulating layer 14d) is drilled in a direction perpendicular to the longitudinal direction (the stacking direction of the layers). As will be described later, the first negative voltage supply lead 55 c of the first heater 55 and the second negative voltage supply lead 56 c of the second heater 56 are electrically connected via a through-hole conductor formed in the through hole 71. Connected.

図3(b)は、第1ヒータ55、第2ヒータ56の平面形状及び配置状態を示す。なお、図3(a)、(b)の間の直線は、NOセンサ素子10Cの各構成と各ヒータ55、56との位置関係を対応させるものである。
図3(b)において、第1ヒータ55は、第1の実施形態における第1ヒータ51とほぼ同一の形状をなし、第1ヒータ51と同様に、第1発熱部55a並びにこれにそれぞれ接続される第1正極電圧供給リード55b及び第1負極電圧供給リード55cを備えている。第1発熱部55aは、第1ヒータ51と同様にして第1正極電圧供給リード55bの先端に接続される最外側直線抵抗部55a1と、最外側直線抵抗部55a1の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部55a2と、屈曲部55a2から長手方向に沿って2往復する蛇行経路55a3と、蛇行経路55a3の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部55a4と、屈曲部55a4の後端に接続される最外側直線抵抗部55a5と、を備えている。最外側直線抵抗部55a5の後端は、第1負極電圧供給リード55cの先端に接続されている。
又、第1正極電圧供給リード55bの後端は広幅矩形の電極パッド55dを形成している。一方、第1負極電圧供給リード55cの後端は、後述するように第2ヒータ56の第2負極電圧供給リード56cに接続されている。
FIG. 3B shows the planar shape and arrangement state of the first heater 55 and the second heater 56. Note that the straight line between FIGS. 3A and 3B corresponds to the positional relationship between each component of the NO x sensor element 10C and each of the heaters 55 and 56.
In FIG. 3B, the first heater 55 has substantially the same shape as the first heater 51 in the first embodiment, and is connected to the first heat generating portion 55 a and the same as the first heater 51. The first positive voltage supply lead 55b and the first negative voltage supply lead 55c are provided. In the same manner as the first heater 51, the first heat generating portion 55a has an outermost linear resistance portion 55a1 connected to the tip of the first positive voltage supply lead 55b, and a longitudinal direction opposite from the tip of the outermost linear resistance portion 55a1. A bent portion 55a2 bent in a U shape, a meandering path 55a3 reciprocating in the longitudinal direction from the bent portion 55a2, a bent portion 55a4 bent in a U shape in the longitudinal direction opposite from the tip of the meandering path 55a3, and a bent portion And an outermost linear resistance portion 55a5 connected to the rear end of 55a4. The rear end of the outermost linear resistance portion 55a5 is connected to the front end of the first negative voltage supply lead 55c.
The rear end of the first positive voltage supply lead 55b forms a wide rectangular electrode pad 55d. On the other hand, the rear end of the first negative voltage supply lead 55c is connected to the second negative voltage supply lead 56c of the second heater 56, as will be described later.

第1発熱部55aは、第1正極電圧供給リード55b及び第1負極電圧供給リード55cより狭幅であるので、第1正極電圧供給リード55bと第1負極電圧供給リード55cとの間に通電すると、抵抗の高い第1発熱部55aが発熱するようになっている。
又、第1発熱部55aと、第1ポンピングセル11の形成領域11Sとは長手方向に垂直な方向に重なりを有し、第1発熱部55aの発熱が第1ポンピングセル11に効率良く伝わって第1ポンピングセル11を加熱(温度制御)できるようになっている。
なお、図3において、第1発熱部55aの先端側は、形成領域11Sの先端より外側(先端側)にはみ出す一方、第1発熱部55aの後端側は形成領域11Sの後端より内側に位置している。
Since the first heat generating portion 55a is narrower than the first positive voltage supply lead 55b and the first negative voltage supply lead 55c, if the first heat generating portion 55a is energized between the first positive voltage supply lead 55b and the first negative voltage supply lead 55c. The first heat generating portion 55a having a high resistance generates heat.
Further, the first heat generating portion 55a and the formation region 11S of the first pumping cell 11 overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and the heat generated by the first heat generating portion 55a is efficiently transmitted to the first pumping cell 11. The first pumping cell 11 can be heated (temperature control).
In FIG. 3, the front end side of the first heat generating portion 55a protrudes outside (the front end side) from the front end of the forming region 11S, while the rear end side of the first heat generating portion 55a is inward from the rear end of the forming region 11S. positioned.

第2ヒータ56は、第1の実施形態における第2ヒータ52とほぼ同一の形状をなし、第2発熱部56a並びにこれにそれぞれ接続される第2正極電圧供給リード56b及び第2負極電圧供給リード56cを備えている。第2ヒータ56は、第1正極電圧供給リード55bと第1負極電圧供給リード55cとの間に挟まれつつ、第1発熱部55aの後端側に位置し、第1ヒータ55に囲まれている。
第2発熱部56aは、第2正極電圧供給リード56bの先端に接続される最外側直線抵抗部56a1と、最外側直線抵抗部56a1の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部56a2と、屈曲部56a2から長手方向に沿って1往復する蛇行経路56a3と、蛇行経路56a3の先端から長手方向逆向きにU字形に屈曲する屈曲部56a4と、屈曲部56a4の後端に接続される最外側直線抵抗部56a5と、を備えている。最外側直線抵抗部56a5の後端は、第2負極電圧供給リード56cの先端に接続されている。又、第2正極電圧供給リード56bの後端は広幅矩形の電極パッド56dを形成している。
なお、電極パッド55dの内側に位置する電極パッド56dが電極パッド55dと干渉しないよう、第2正極電圧供給リード56bは後端側が内側に向くようにして長手方向に対し斜めに延びている。
The second heater 56 has substantially the same shape as the second heater 52 in the first embodiment. The second heater 56a and the second positive voltage supply lead 56b and the second negative voltage supply lead connected to the second heat generator 56a, respectively. 56c. The second heater 56 is sandwiched between the first positive voltage supply lead 55b and the first negative voltage supply lead 55c, and is located on the rear end side of the first heat generating portion 55a, and is surrounded by the first heater 55. Yes.
The second heat generating portion 56a includes an outermost straight resistance portion 56a1 connected to the tip of the second positive voltage supply lead 56b, and a bent portion 56a2 bent in a U shape in the longitudinal direction opposite from the tip of the outermost straight resistance portion 56a1. And a meandering path 56a3 that reciprocates once in the longitudinal direction from the bent part 56a2, a bent part 56a4 that is bent in a U-shape from the tip of the meandering path 56a3 in the longitudinal direction, and a rear end of the bent part 56a4. An outermost linear resistance portion 56a5. The rear end of the outermost linear resistance portion 56a5 is connected to the front end of the second negative voltage supply lead 56c. The rear end of the second positive voltage supply lead 56b forms a wide rectangular electrode pad 56d.
The second positive voltage supply lead 56b extends obliquely with respect to the longitudinal direction so that the rear end side faces inward so that the electrode pad 56d located inside the electrode pad 55d does not interfere with the electrode pad 55d.

一方、第2負極電圧供給リード56cは後端側が外側に向くようにして長手方向に対し斜めに延び、長手方向と垂直な方向で第1負極電圧供給リード55cと重なるようになっている。そして、第1負極電圧供給リード55cの後端とその直下に位置する第2負極電圧供給リード56cとの間がスルーホール接続され、スルーホール接続部より後端側では、第2負極電圧供給リード56c基端が広幅の共通パッド65を形成している。
このように、第1負極電圧供給リード55cと第2負極電圧供給リード56cの一部(図3の例ではスルーホール接続部より後端)が共通になっているため、線幅の広いリード部や電極パッドを兼用することができ、その分だけPt等の高価な導電材料の使用量を低減してコストダウンを図ることができる。例えば、図3の例では、第1負極電圧供給リード55cと第2負極電圧供給リード56cとがスルーホール接続され、スルーホール接続部より後端側では1個の共通パッド65を形成しているため、第1負極電圧供給リード55cの後端側に広幅の電極パッドを別途設ける必要がなく、これら不要となった電極パッドの分だけ導電材料の使用量が低減することになる。
On the other hand, the second negative voltage supply lead 56c extends obliquely with respect to the longitudinal direction so that the rear end side faces outward, and overlaps the first negative voltage supply lead 55c in a direction perpendicular to the longitudinal direction. A through-hole connection is made between the rear end of the first negative voltage supply lead 55c and the second negative voltage supply lead 56c located immediately below the first negative voltage supply lead 55c. A common pad 65 having a wide base end 56c is formed.
In this way, a part of the first negative voltage supply lead 55c and the second negative voltage supply lead 56c (in the example of FIG. 3, the rear end from the through-hole connecting portion) is common, so that the lead portion having a wide line width is used. The electrode pad can also be used, and the amount of expensive conductive material such as Pt used can be reduced by that amount to reduce the cost. For example, in the example of FIG. 3, the first negative voltage supply lead 55c and the second negative voltage supply lead 56c are through-hole connected, and one common pad 65 is formed on the rear end side from the through-hole connection portion. Therefore, it is not necessary to separately provide a wide electrode pad on the rear end side of the first negative voltage supply lead 55c, and the amount of conductive material used is reduced by the amount of electrode pads that are no longer necessary.

なお、第2発熱部56aは、第2正極電圧供給リード56b及び第2負極電圧供給リード56cより狭幅であるので、第2正極電圧供給リード56bと第2負極電圧供給リード56cとの間に通電することにより、抵抗の高い第2発熱部56aが発熱するようになっている。
又、第2発熱部56aと、第2ポンピングセル13の形成領域13Sとが長手方向に垂直な方向に重なりを有し、第2発熱部56aの発熱が第2ポンピングセル13に効率良く伝わって第2ポンピングセル13を加熱(温度制御)できるようになっている。
又、第2発熱部56aの先端側は、形成領域13Sの先端より外側(先端側)にはみ出す一方、第2発熱部56aの後端側は形成領域13Sの後端より内側に位置している。
Since the second heat generating portion 56a is narrower than the second positive voltage supply lead 56b and the second negative voltage supply lead 56c, it is between the second positive voltage supply lead 56b and the second negative voltage supply lead 56c. By energizing, the second heat generating portion 56a having a high resistance generates heat.
Further, the second heat generating portion 56a and the formation region 13S of the second pumping cell 13 overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and the heat generated by the second heat generating portion 56a is efficiently transmitted to the second pumping cell 13. The second pumping cell 13 can be heated (temperature control).
Further, the front end side of the second heat generating portion 56a protrudes outside (the front end side) from the front end of the forming region 13S, while the rear end side of the second heat generating portion 56a is located inside the rear end of the forming region 13S. .

第1ヒータ55及び第2ヒータ56は、グランドとなる第1負極電圧供給リード55cと第2負極電圧供給リード56cとを共通の電位(グランド)としつつ、それぞれ第1正極電圧供給リード55bと第2正極電圧供給リード56bとが別個になっている。このため、第1正極電圧供給リード55bと第2正極電圧供給リード56bとを、それぞれ別のヒータ制御部に接続し、グランドを共通とすることで、第1ヒータ55及び第2ヒータ56を介して第1ポンピングセル及び第2ポンピングセルの温度を別個に制御し、NO濃度の検出精度を向上させることができる。
より具体的には、第1ヒータ55及び第2ヒータ56を別個に制御することで、第1ポンピングセル11から第2ポンピングセル13へ至る温度勾配が一定になるよう制御することができる。
The first heater 55 and the second heater 56 have the first negative voltage supply lead 55c and the second negative voltage supply lead 56c serving as the ground as a common potential (ground), respectively, and the first positive voltage supply lead 55b and the second negative voltage supply lead 56c, respectively. Two positive voltage supply leads 56b are separated. For this reason, the first positive voltage supply lead 55b and the second positive voltage supply lead 56b are connected to different heater control units, and the ground is shared, so that the first heater 55 and the second heater 56 are connected. Thus, the temperature of the first pumping cell and the second pumping cell can be controlled separately to improve the detection accuracy of the NO x concentration.
More specifically, by controlling the first heater 55 and the second heater 56 separately, the temperature gradient from the first pumping cell 11 to the second pumping cell 13 can be controlled to be constant.

なお、第2の実施形態において、第2ヒータ56と第1ヒータ55とは、第1測定室16を挟んで長手方向と垂直な方向の同じ側(図3の第1測定室16より下側)に位置している。さらに、長手方向と垂直な方向において、第2ヒータ56は第1ヒータ55より下側に位置し、第2測定室18から遠い位置にある。
このように、第2ヒータ56と第1ヒータ55とを第1測定室16を挟んで同じ側に位置させることで、スルーホール71の長さを短くし、スルーホール導体に用いる導電材料の使用量を低減できる。又、長手方向と垂直な方向において、第2ヒータ56を第1ヒータ55より第2測定室18から遠ざけることで、第2ヒータ56のリーク電流が第2ポンピングセル13へ影響を及ぼすことを抑制することができる。
In the second embodiment, the second heater 56 and the first heater 55 are on the same side in the direction perpendicular to the longitudinal direction across the first measurement chamber 16 (below the first measurement chamber 16 in FIG. 3). ). Further, in the direction perpendicular to the longitudinal direction, the second heater 56 is positioned below the first heater 55 and is far from the second measurement chamber 18.
In this way, the second heater 56 and the first heater 55 are positioned on the same side across the first measurement chamber 16, thereby shortening the length of the through hole 71 and using a conductive material used for the through hole conductor. The amount can be reduced. Further, the leakage current of the second heater 56 is prevented from affecting the second pumping cell 13 by moving the second heater 56 away from the second measurement chamber 18 from the first heater 55 in the direction perpendicular to the longitudinal direction. can do.

次に、図4を参照して、第1の実施形態において、各セル11,13の形成領域11S、13Sと、第1発熱部51a及び第2発熱部52aとの長手方向の位置関係を変えた場合の作用を説明する。
図4(a)は、第1発熱部51aの先後端がいずれも形成領域11Sからはみ出し、第1発熱部51aの後端が形成領域13Sの内側まで延びている場合を示す。一方、図4(a)において、第2発熱部52aの先後端は形成領域13Sの内側に位置する。図4(a)の場合、第1発熱部51aが形成領域11Sより広いので、第1ポンピングセル11を十分に加熱することができるが、第1発熱部51aが形成領域13Sに近いので(第1発熱部51aが形成領域13Sと長手方向と垂直な方向に重なるので)、第1ヒータ51のリーク電流による第2ポンピングセル13への影響が大きくなる場合がある。
Next, referring to FIG. 4, in the first embodiment, the positional relationship in the longitudinal direction between the formation regions 11S and 13S of the cells 11 and 13 and the first and second heat generating portions 51a and 52a is changed. The operation of the case will be described.
FIG. 4A shows a case where the front and rear ends of the first heat generating portion 51a protrude from the formation region 11S and the rear end of the first heat generating portion 51a extends to the inside of the formation region 13S. On the other hand, in Fig.4 (a), the front-and-rear end of the 2nd heat generating part 52a is located inside the formation area 13S. In the case of FIG. 4A, since the first heat generating portion 51a is wider than the formation region 11S, the first pumping cell 11 can be sufficiently heated, but the first heat generating portion 51a is close to the formation region 13S (first Since one heat generating portion 51a overlaps the formation region 13S in a direction perpendicular to the longitudinal direction), the influence of the leakage current of the first heater 51 on the second pumping cell 13 may increase.

図4(b)は、第1発熱部51aの先後端がいずれも形成領域11Sの内側に位置する一方、第2発熱部52aの先端が形成領域13Sをはみ出して形成領域11Sの内側まで延びている場合を示す。図4(b)の場合、第2発熱部52aが形成領域13Sより広いので、第2ポンピングセル13を十分に加熱することができる。又、第1発熱部51aが形成領域13Sから遠いので(第1発熱部51aが形成領域13Sと長手方向と垂直な方向に重ならないので)、第1ヒータ51のリーク電流による第2ポンピングセル13への影響が少なく、NOの測定精度が向上する。
なお、第2発熱部52aは形成領域11Sの内側まで延びているが、第1ポンピングセル11自身には比較的大きい電流が流れるため、第2ヒータ52のリーク電流による第1ポンピングセル11への影響は少ない。
In FIG. 4B, the front and rear ends of the first heat generating portion 51a are all located inside the forming region 11S, while the tip of the second heat generating portion 52a protrudes from the forming region 13S and extends to the inside of the forming region 11S. Indicates the case. In the case of FIG. 4B, since the second heat generating part 52a is wider than the formation region 13S, the second pumping cell 13 can be sufficiently heated. Further, since the first heat generating portion 51a is far from the formation region 13S (because the first heat generating portion 51a does not overlap the formation region 13S in the direction perpendicular to the longitudinal direction), the second pumping cell 13 due to the leakage current of the first heater 51 is used. The measurement accuracy of NO x is improved.
Although the second heat generating part 52a extends to the inside of the formation region 11S, since a relatively large current flows through the first pumping cell 11 itself, the leakage current of the second heater 52 causes the first pumping cell 11 to The impact is small.

図4(c)は、第1発熱部51aの先後端、及び第2発熱部52aの先後端がそれぞれ形成領域11S、13Sの内側に位置する場合を示す。図4(c)の場合も、第1発熱部51aが形成領域13Sから遠いので(第1発熱部51aが形成領域13Sと長手方向と垂直な方向に重ならないので)、第1ヒータ51のリーク電流による第2ポンピングセル13への影響が少なく、NOの測定精度が向上する。又、第1発熱部51a、第2発熱部52aがそれぞれ形成領域11S、13Sの外側にはみ出さないので、第1ヒータ51及び第2ヒータ52によって第1ポンピングセル11及び第2ポンピングセル13を精度よく個別制御できる。 FIG. 4C shows a case where the front and rear ends of the first heat generating portion 51a and the front and rear ends of the second heat generating portion 52a are located inside the formation regions 11S and 13S, respectively. Also in the case of FIG. 4C, since the first heat generating portion 51a is far from the formation region 13S (because the first heat generating portion 51a does not overlap the formation region 13S in the direction perpendicular to the longitudinal direction), the leakage of the first heater 51 The influence of the current on the second pumping cell 13 is small, and the measurement accuracy of NO x is improved. Further, since the first heat generating part 51a and the second heat generating part 52a do not protrude outside the formation regions 11S and 13S, the first pumping cell 11 and the second pumping cell 13 are moved by the first heater 51 and the second heater 52, respectively. Individual control with high accuracy.

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、ヒータの平面形状は上記に限定されない。又、第1負極電圧供給リード及び第2負極電圧供給リードの代わりに、第1正極電圧供給リード及び第2正極電圧供給リードの少なくとも一部を共通にしてもよい。
又、上記実施形態では、NOセンサ素子を構成する固体電解質層を3層としたが、固体電解質層を2層としてもよい。固体電解質層が2層であるNOセンサ素子構造は、例えば特開2004−354400号公報(図3)に記載されている。
又、上記実施形態では、第2ポンピングセルの電圧をVp2に制御したときの第2ポンプ電流Ip2をNO濃度に換算しているが、第2ポンピングセルの電圧Vp2を測定し、第2測定室の酸素分圧に応じた起電力を示すVp2をNO濃度に換算してもよい。さらに、酸素濃度検出セルの検出電極を、第1ポンプセルの内側電極と兼用してもよい。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention. For example, the planar shape of the heater is not limited to the above. Further, at least a part of the first positive voltage supply lead and the second positive voltage supply lead may be made common instead of the first negative voltage supply lead and the second negative voltage supply lead.
In the above embodiment, the solid electrolyte layer constituting the NO x sensor element is three layers, but the solid electrolyte layer may be two layers. A NO x sensor element structure having two solid electrolyte layers is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-354400 (FIG. 3).
In the above embodiment, by converting the second pump current Ip2 when the control voltage of the second pumping cell Vp2 to concentration of NO x, but to measure the voltage Vp2 of the second pumping cell, the second measurement the Vp2 indicating the electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure in the chamber may be in terms of concentration of NO x. Further, the detection electrode of the oxygen concentration detection cell may also be used as the inner electrode of the first pump cell.

200、200C NOセンサ
10、10C NOセンサ素子
11 第1ポンピングセル
11S 第1ポンピングセルの形成領域
12 酸素濃度検出セル
13 第2ポンピングセル
13S 第2ポンピングセルの形成領域
11a〜13a 第1固体電解質体〜第3固体電解質体
11b 第1対極電極(外側第1ポンプ電極)
11c 内側第1ポンプ電極
13b 内側第2ポンプ電極
13c 対極第2ポンプ電極
16 第1測定室
18 第2測定室
51、55 第1ヒータ
51a、55a 第1発熱部
51b、55b 第1正極電圧供給リード
51c、55c 第1負極電圧供給リード
52、56 第2ヒータ
52a、56a 第2発熱部
52b、56b 第2正極電圧供給リード
52c、56c 第2負極電圧供給リード
61、65 共通パッド(リードの共通部分)
200, 200C NO x sensor 10, 10C NO x sensor element 11 First pumping cell 11S First pumping cell formation region 12 Oxygen concentration detection cell 13 Second pumping cell 13S Second pumping cell formation region 11a to 13a First solid Electrolyte body to third solid electrolyte body 11b First counter electrode (outer first pump electrode)
11c Inner first pump electrode 13b Inner second pump electrode 13c Counter electrode second pump electrode 16 First measurement chamber 18 Second measurement chamber 51, 55 First heater 51a, 55a First heating part 51b, 55b First positive voltage supply lead 51c, 55c First negative voltage supply lead 52, 56 Second heater 52a, 56a Second heating part 52b, 56b Second positive voltage supply lead 52c, 56c Second negative voltage supply lead 61, 65 Common pad (common part of lead) )

Claims (5)

間隔を開けて積層される2層の固体電解質体の間に区画され外部から被測定ガスを導入する第1測定室と、
前記第1測定室に面して配置される内側第1ポンプ電極と該内側第1ポンプ電極の対極となる第1対極電極とを備え、前記第1測定室内の酸素分圧を制御するための第1ポンピングセルと、
前記第1測定室に連通して周囲から区画され前記第1測定室から前記酸素分圧が制御された被測定ガスを導入する第2測定室と、
前記第2測定室内に設けられた内側第2ポンプ電極と該内側第2ポンプ電極の対極となる第2対極電極とを備え、前記第2測定室内の被測定ガス中のNO濃度を検出する第2ポンピングセルと、
前記固体電解質体の積層方向に配置され、第1発熱部並びにこれにそれぞれ接続される第1正極電圧供給リード及び第1負極電圧供給リードを備えて前記第1ポンピングセルを加熱する第1ヒータと、
前記固体電解質体の積層方向に配置され、第2発熱部並びにこれにそれぞれ接続される第2正極電圧供給リード及び第2負極電圧供給リードを備えて前記第2ポンピングセルを加熱する第2ヒータと、を有し、前記固体電解質体の積層方向を長手方向とするNOセンサであって、
前記第1ポンピングセルの形成領域及び前記第2ポンピングセルの形成領域は前記長手方向と垂直な方向に重ならず、
前記第1発熱部及び前記第2発熱部は前記長手方向と垂直な方向に重ならず、かつ前記第1発熱部と前記第1ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重なりを有し、前記第2発熱部と前記第2ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重なりを有しつつ、
前記第1正極電圧供給リード及び前記第2正極電圧供給リードの少なくとも一部、又は前記第1負極電圧供給リード及び前記第2負極電圧供給リードの少なくとも一部が共通になっているNOセンサ。
A first measurement chamber that is partitioned between two layers of solid electrolyte bodies that are stacked at an interval and introduces a gas to be measured from the outside;
An inner first pump electrode disposed facing the first measurement chamber; and a first counter electrode serving as a counter electrode of the inner first pump electrode; and for controlling an oxygen partial pressure in the first measurement chamber A first pumping cell;
A second measurement chamber that communicates with the first measurement chamber and that is partitioned from the surroundings and introduces a gas to be measured with the oxygen partial pressure controlled from the first measurement chamber;
And a second counter electrode serving as a counter electrode of the second inner provided in the measurement chamber a second pumping electrode and the inner second pump electrode, for detecting the concentration of NO x in the measurement gas in said second measurement chamber A second pumping cell;
A first heater disposed in the stacking direction of the solid electrolyte body and provided with a first heat generating part and a first positive voltage supply lead and a first negative voltage supply lead connected to the first heat generating part, and heating the first pumping cell; ,
A second heater disposed in the stacking direction of the solid electrolyte body and provided with a second heat generating part and a second positive voltage supply lead and a second negative voltage supply lead connected to the second heat generating part, respectively, and heating the second pumping cell; the a, a stacking direction of the solid electrolyte body a NO x sensor whose longitudinal direction,
The formation region of the first pumping cell and the formation region of the second pumping cell do not overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction,
The first heat generating part and the second heat generating part do not overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and the first heat generating part and the formation region of the first pumping cell overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The second heat generating portion and the formation region of the second pumping cell are overlapped in a direction perpendicular to the longitudinal direction,
An NO x sensor in which at least a part of the first positive voltage supply lead and the second positive voltage supply lead, or at least a part of the first negative voltage supply lead and the second negative voltage supply lead are common.
前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記第1測定室に対して前記第1対極電極と前記長手方向と垂直な方向の反対側に位置する請求項1記載のNOxセンサ。   2. The NOx sensor according to claim 1, wherein the first heater and the second heater are located on a side opposite to the first counter electrode and a direction perpendicular to the longitudinal direction with respect to the first measurement chamber. 前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記長手方向の同一層上に位置する請求項1又は請求項2に記載のNOセンサ。 Wherein the first heater and the second heater, NO x sensor according to claim 1 or claim 2 positioned in the longitudinal direction of the same layer. 前記第1ヒータと前記第2ヒータとは、前記長手方向の別の層上に位置し、かつ前記長手方向と垂直な方向において、前記第2ヒータは前記第1ヒータより前記第2測定室から遠い位置にある請求項1又は請求項2に記載のNOセンサ。 The first heater and the second heater are located on different layers in the longitudinal direction, and the second heater is separated from the second measurement chamber by the first heater in a direction perpendicular to the longitudinal direction. NO x sensor according to claim 1 or claim 2 located far. 前記第1発熱部と、前記第2ポンピングセルの形成領域とは前記長手方向と垂直な方向に重ならない請求項1〜4のいずれかに記載のNOセンサ。 5. The NO x sensor according to claim 1, wherein the first heat generating portion and the formation region of the second pumping cell do not overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
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