JP6439765B2

JP6439765B2 - Gas sensor

Info

Publication number: JP6439765B2
Application number: JP2016175492A
Authority: JP
Inventors: 幹泰松岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: JP2018040715A

Description

本発明は、複数の電極が設けられた固体電解質層と発熱体とを有するセンサ素子を備えるガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a sensor element having a solid electrolyte layer provided with a plurality of electrodes and a heating element.

酸素濃度、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度、内燃機関の空燃比等を測定するガスセンサは、複数の電極が設けられた固体電解質層と、固体電解質層を加熱するための発熱体とを備える。固体電解質層及び複数の電極は、通電によって発熱する発熱体からの熱伝達により加熱され、発熱体の加熱を受けて、目標とする活性化温度になるように制御される。発熱体は、アルミナ等の絶縁物からなる絶縁層に埋設されており、発熱体による熱は、絶縁層を介して固体電解質層及び複数の電極に伝達される。 A gas sensor for measuring an oxygen concentration, a NOx (nitrogen oxide) concentration, an air-fuel ratio of an internal combustion engine, and the like includes a solid electrolyte layer provided with a plurality of electrodes and a heating element for heating the solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer and the plurality of electrodes are heated by heat transfer from a heating element that generates heat when energized, and are controlled to reach a target activation temperature by receiving heat from the heating element. The heating element is embedded in an insulating layer made of an insulator such as alumina, and heat from the heating element is transmitted to the solid electrolyte layer and the plurality of electrodes through the insulating layer.

また、例えば、特許文献１のガスセンサにおいては、センサ素子と加熱用ヒータとの間に設けられた導電性のシールドによって、加熱用ヒータからのリーク電流がセンサ素子に流れることを遮蔽することが開示されている。この導電性のシールドは、金属板又は導電性皮膜によって形成されており、アルミナ等の絶縁層に積層して設けられている。また、導電性のシールドは、グラウンド電位等のリーク電流を打ち消すような電位に接続されている。 Further, for example, in the gas sensor disclosed in Patent Document 1, it is disclosed that a leakage current from the heating heater flows through the sensor element by a conductive shield provided between the sensor element and the heating heater. Has been. This conductive shield is formed of a metal plate or a conductive film, and is provided by being laminated on an insulating layer such as alumina. Further, the conductive shield is connected to a potential that cancels a leak current such as a ground potential.

特開２０００−１８０４０９号公報JP 2000-180409 A

ガスセンサにおいては、一対の電極と一対の電極に挟まれた固体電解質層の一部とによるセルの温度が目標温度になるように制御され、発熱体への通電状態が、例えばオン・オフの状態として変化する。そして、発熱体への通電状態が変化するごとに、発熱体から誘導ノイズが発生し、この誘導ノイズが、セルによってガス濃度を検出する際のセンサ出力に影響を及ぼす。 In the gas sensor, the temperature of the cell by the pair of electrodes and a part of the solid electrolyte layer sandwiched between the pair of electrodes is controlled to a target temperature, and the energization state of the heating element is, for example, an on / off state As it changes. Each time the energization state of the heating element changes, induction noise is generated from the heating element, and this induction noise affects the sensor output when the gas concentration is detected by the cell.

特許文献１の導電性のシールドは、加熱用ヒータからのリーク電流を、導電性のシールドを介してグラウンド電位等に流すために用いられる。そのため、この導電性のシールドは、発熱体の通電状態が変化する際に生じる誘導ノイズがセンサ出力に与える影響を緩和するものではない。また、特許文献１においては、導電性のシールドをグラウンド電位等に接続するための構造が必要になり、ガスセンサの構造が複雑になる。 The conductive shield of Patent Document 1 is used to allow a leakage current from the heater to flow to a ground potential or the like through the conductive shield. For this reason, this conductive shield does not mitigate the effect of inductive noise generated when the energization state of the heating element changes on the sensor output. Moreover, in patent document 1, the structure for connecting an electroconductive shield to ground potential etc. is needed, and the structure of a gas sensor becomes complicated.

特に、近年のガスセンサのセンサ素子においては、素子を活性させるための時間の短縮、消費電力を低減させるための熱マスの低減等が要求され、より小型化される傾向にある。そのため、センサ素子において、導電性のシールドをグラウンド電位等に接続するための配線構造、端子等を追加するためのスペースを確保することは困難である。 In particular, sensor elements of gas sensors in recent years are required to shorten the time for activating the elements and reduce the thermal mass to reduce power consumption, and tend to be further miniaturized. Therefore, in the sensor element, it is difficult to secure a space for adding a wiring structure, a terminal, and the like for connecting the conductive shield to the ground potential or the like.

さらに、特許文献１においては、導電性のシールドは、金属板、又は金、白金等の導電性皮膜によって構成される。そのため、金属板又は導電性皮膜の線膨張係数と絶縁層の線膨張係数との差が大きいことにより、両者の界面応力が大きくなる。そのため、金属板又は導電性皮膜と絶縁層との間に剥がれ等の懸念が生じ、ガスセンサの信頼性を悪化させるおそれがある。 Furthermore, in patent document 1, a conductive shield is comprised by electroconductive films, such as a metal plate or gold | metal | money, platinum. Therefore, since the difference between the linear expansion coefficient of the metal plate or the conductive film and the linear expansion coefficient of the insulating layer is large, the interfacial stress between the two increases. For this reason, there is a concern such as peeling between the metal plate or the conductive film and the insulating layer, which may deteriorate the reliability of the gas sensor.

特許文献１の出願時においては、異種材料の接合技術のレベルが低かった。そして、センサ素子におけるセンサ部の基体とヒータの基体とを、例えば高温絶縁性の低いジルコニア等によって形成することが行われていた。また、センサ部の基体をジルコニアによって形成するとともに、ヒータの基体を、センサ部の基体との熱膨張の差を小さくするために、アルミナにジルコニアを含有させて形成することが行われていた。そのために、高温環境下での各基体の絶縁抵抗が低く、ヒータからのリーク電流がノイズとしてガス濃度の検出に作用することが問題となっていた。 At the time of filing of Patent Document 1, the level of the technology for joining different materials was low. And the base | substrate of the sensor part in the sensor element and the base | substrate of a heater were formed, for example by the zirconia etc. with low high temperature insulation. In addition, the base of the sensor unit is formed of zirconia, and the base of the heater is formed by containing zirconia in alumina in order to reduce the difference in thermal expansion from the base of the sensor unit. Therefore, there has been a problem that the insulation resistance of each substrate in a high temperature environment is low, and the leak current from the heater acts as noise on the detection of the gas concentration.

近年においては、異種材料の接合技術のレベルが向上し、ヒータの基体に純度の高いアルミナ材料を用いることによって、高温環境下においても、ヒータからのリーク電流によるセンサ検出誤差が無視できる程度の絶縁性を確保できるようになった。これにより、特許文献１の出願時における課題であるヒータからのリーク電流は、アルミナ材料の改良によって解決されている。 In recent years, the level of bonding technology for dissimilar materials has improved, and by using a high-purity alumina material for the heater base, insulation that can ignore sensor detection errors due to leakage current from the heater is possible even in high-temperature environments. It became possible to secure sex. Thereby, the leakage current from the heater, which is a problem at the time of filing of Patent Document 1, is solved by improving the alumina material.

また、近年、排ガス規制強化等によって、これまで以上に精密に、排ガス等における特定ガス成分のガス濃度を検出するニーズが高まっている。本願発明者は、このニーズに対応するガスセンサの開発を進めた結果、従来は問題とされていなかった、ヒータからのリーク電流に比べて遥かに小さな、ヒータからの誘導電流が、誘導ノイズとしてガス濃度の検出に影響を与えることを見出した。この誘導ノイズがガス濃度の検出に影響を与えるといった課題は、従来のガスセンサにおいては全くなかったものであり、本願発明者の鋭意研究の結果、見出されたものである。 In recent years, there has been an increasing need to detect the gas concentration of a specific gas component in exhaust gas and the like more precisely than ever due to stricter exhaust gas regulations and the like. As a result of the development of the gas sensor corresponding to this need, the inventor of the present application has developed a gas sensor as induction noise that is much smaller than the leakage current from the heater, which has not been a problem in the past. It was found to affect the detection of concentration. The problem that this induction noise affects the detection of the gas concentration has never been found in the conventional gas sensor, and has been found as a result of earnest research by the present inventor.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、構造が複雑になることが防止されるとともに信頼性が維持され、ガス濃度の検出精度が向上するガスセンサを提供しようとして得られたものである。 The present invention has been made in view of such problems, and has been obtained in order to provide a gas sensor that prevents the structure from becoming complicated, maintains reliability, and improves the detection accuracy of gas concentration. .

本発明の一態様は、ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
上記センサ素子は、ジルコニア材料からなる１つ又は複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、該固体電解質層の両主面に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、上記固体電解質層に積層された、純度が９８％以上のアルミナ材料からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ）と、該絶縁層に埋設された発熱体（６）とを備え、
上記絶縁層における、上記固体電解質層と上記発熱体との間に位置する部分には、上記絶縁層を構成するアルミナ材料の電気伝導率よりも電気伝導率が高いジルコニア材料からなるとともに、厚み（ｔ）が５〜２５μｍであり、かつ上記発熱体から生じる誘導ノイズを吸収するためのノイズ吸収層（７）が配置されており、
該ノイズ吸収層は、上記絶縁層に積層されるとともに、その電位が独立している、ガスセンサにある。 One aspect of the present invention is a gas sensor (100) including a sensor element (1) for detecting a gas concentration,
The sensor element includes one or a plurality of solid electrolyte layers (2, 2A, 2B) made of zirconia material and a plurality of electrodes (31, 32, 33, 34) provided on both main surfaces of the solid electrolyte layers. And an insulating layer (41, 42, 43, 44, 41A, 42A, 43A, 44A, 45A) made of an alumina material having a purity of 98% or more laminated on the solid electrolyte layer, and embedded in the insulating layer Heating element (6)
The portion of the insulating layer located between the solid electrolyte layer and the heating element is made of a zirconia material having an electric conductivity higher than that of the alumina material constituting the insulating layer, and has a thickness ( t) is 5 to 25 μm, and a noise absorbing layer (7) for absorbing induced noise generated from the heating element is disposed,
The noise absorbing layer is in the gas sensor which is laminated on the insulating layer and has an independent potential.

上記ガスセンサにおいては、絶縁層における、固体電解質層と発熱体との間に位置する部分には、発熱体から生じる誘導ノイズを吸収することが可能なノイズ吸収層が配置されている。このノイズ吸収層を構成する金属酸化物としてのジルコニア材料の電気伝導率（導電率ともいう。）は、絶縁層を構成する金属酸化物としてのアルミナ材料の電気伝導率よりも高い。このノイズ吸収層により、次の効果が得られる。 In the gas sensor, a noise absorbing layer capable of absorbing induction noise generated from the heating element is disposed in a portion of the insulating layer located between the solid electrolyte layer and the heating element. The electrical conductivity (also referred to as conductivity) of the zirconia material as the metal oxide constituting the noise absorbing layer is higher than the electrical conductivity of the alumina material as the metal oxide constituting the insulating layer. The noise absorption layer provides the following effects.

発熱体への通電状態が変化するときには、発熱体の周囲に生じる磁界が変化し、誘導ノイズを生じさせる。このとき、発熱体と固体電解質層との間に配置されたノイズ吸収層によって磁界が遮られ、ノイズ吸収層によって磁束が吸収される。これにより、発熱体から生じる誘導ノイズがノイズ吸収層によって吸収され、誘導ノイズが、固体電解質層及び複数の電極によってガス濃度を検出する際のセンサ出力に影響を及ぼすことが抑制される。この結果、ガスセンサによるガス濃度の検出精度が向上する。 When the energization state of the heating element changes, the magnetic field generated around the heating element changes to generate induction noise. At this time, the magnetic field is blocked by the noise absorbing layer disposed between the heating element and the solid electrolyte layer, and the magnetic flux is absorbed by the noise absorbing layer. Thereby, the induction noise generated from the heating element is absorbed by the noise absorption layer, and the influence of the induction noise on the sensor output when the gas concentration is detected by the solid electrolyte layer and the plurality of electrodes is suppressed. As a result, the gas concentration detection accuracy by the gas sensor is improved.

ノイズ吸収層は、発熱体から生じる誘導ノイズを吸収するためのものであり、発熱体の周囲に生じる磁束がノイズ吸収層に衝突する際に、この磁束を渦電流によって消滅させるものである。渦電流は、電流が流れやすいほど発生しやすく、ノイズ吸収層の電気伝導率が絶縁層の電気伝導率よりも高いことによって、ノイズ吸収層に渦電流を効果的に発生させることができる。 The noise absorbing layer is for absorbing induction noise generated from the heating element, and when the magnetic flux generated around the heating element collides with the noise absorbing layer, the magnetic flux is extinguished by eddy current. The eddy current is more likely to be generated as the current flows more easily, and the eddy current can be effectively generated in the noise absorbing layer because the electric conductivity of the noise absorbing layer is higher than the electric conductivity of the insulating layer.

また、ノイズ吸収層は、絶縁層に積層されるとともに、その電位が独立しており、グラウンド電位等のガスセンサの周辺の電位には接続されていない。そのため、ノイズ吸収層をガスセンサの外部におけるグラウンド電位等に接続するための配線の必要がなく、ガスセンサの構造が複雑になることが防止される。ノイズ吸収層の電位が独立する状態とは、ノイズ吸収層に導体等の導電性の物質が接触せず、ノイズ吸収層とその外部との間に電流が流れないことを意味する。 Further, the noise absorbing layer is laminated on the insulating layer, and its potential is independent, and is not connected to a potential around the gas sensor such as a ground potential. Therefore, there is no need for wiring for connecting the noise absorbing layer to the ground potential or the like outside the gas sensor, and the gas sensor structure is prevented from becoming complicated. The state in which the potential of the noise absorption layer is independent means that a conductive substance such as a conductor is not in contact with the noise absorption layer, and no current flows between the noise absorption layer and the outside thereof.

また、ノイズ吸収層は、ジルコニア材料から構成されており、絶縁層を構成するアルミナ材料と同様に、金属酸化物から構成されている。これにより、ノイズ吸収層の線膨張係数と絶縁層の線膨張係数とが近く、ノイズ吸収層と絶縁層との接合の密着度を高く維持することができる。センサ素子にノイズ吸収層が設けられていても、ノイズ吸収層と絶縁層と間に界面応力が作用することが抑制される。その結果、ノイズ吸収層と絶縁層との間に剥がれ等の懸念がなくなり、ガスセンサの信頼性の低下が抑制される。 Moreover, the noise absorption layer is comprised from the zirconia material, and is comprised from the metal oxide similarly to the alumina material which comprises an insulating layer. Thereby, the linear expansion coefficient of a noise absorption layer and the linear expansion coefficient of an insulating layer are near, and the adhesiveness of joining of a noise absorption layer and an insulating layer can be maintained high. Even if the noise absorption layer is provided in the sensor element, the interface stress is suppressed from acting between the noise absorption layer and the insulating layer. As a result, there is no concern about peeling between the noise absorbing layer and the insulating layer, and a decrease in the reliability of the gas sensor is suppressed.

また、ノイズ吸収層をジルコニア材料から構成することにより、ノイズ吸収層と、絶縁層を構成するアルミナ材料との接合の密着度をより高めることができる。ノイズ吸収層をジルコニア材料から構成することにより、センサ素子の焼結時及び使用時における耐酸化性を良好に維持することができる。ノイズ吸収層をジルコニア材料以外の材料によって構成する場合には、耐酸化性を考慮した貴金属等を使用する必要が生じ、製造管理及び製造コストの点において不利になる。 In addition, by forming the noise absorbing layer from a zirconia material, it is possible to further increase the adhesion of the noise absorbing layer and the alumina material forming the insulating layer. By constituting the noise absorbing layer from a zirconia material, it is possible to maintain good oxidation resistance during sintering and use of the sensor element. When the noise absorbing layer is made of a material other than the zirconia material, it is necessary to use a noble metal or the like in consideration of oxidation resistance, which is disadvantageous in terms of manufacturing management and manufacturing cost.

さらに、絶縁層は、純度が９８％以上のアルミナ材料から構成されている。このような高純度のアルミナ材料を使用できることにより、発熱体からのリーク電流を考慮する必要性を低減することができる。そして、発熱体からの誘導ノイズを吸収するためのノイズ吸収層をセンサ素子に設けるといった、全く新しい構成を見出すことができた。なお、絶縁層の純度が９８％未満である場合には、発熱体からのリーク電流を考慮する必要が生じ、本センサ素子の構造を採用する必要性が薄れる。 Further, the insulating layer is made of an alumina material having a purity of 98% or more. By using such a high-purity alumina material, it is possible to reduce the necessity of considering the leakage current from the heating element. Then, a completely new configuration was found in which a noise absorbing layer for absorbing induction noise from the heating element was provided on the sensor element. In addition, when the purity of the insulating layer is less than 98%, it is necessary to consider the leakage current from the heating element, and the necessity of adopting the structure of the present sensor element is reduced.

それ故、上記ガスセンサによれば、構造が複雑になることが防止されるとともに信頼性が維持され、ガス濃度の検出精度が向上する。 Therefore, according to the gas sensor, the structure is prevented from becoming complicated, the reliability is maintained, and the gas concentration detection accuracy is improved.

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。 Note that the reference numerals in parentheses of the constituent elements shown in one embodiment of the present invention indicate the correspondence with the reference numerals in the drawings in the embodiment, but the constituent elements are not limited only to the contents of the embodiments.

実施形態１にかかる、センサ素子における、複数の電極の形成部位の断面を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a cross section of a portion where a plurality of electrodes are formed in the sensor element according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、センサ素子の各構成要素を、センサ素子を分解した状態で示す斜視図。The perspective view which shows each component of the sensor element concerning Embodiment 1 in the state which decomposed | disassembled the sensor element. 実施形態１にかかる、センサ素子を備えるガスセンサの断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross section of the gas sensor provided with a sensor element concerning Embodiment 1. FIG. 実施形態１にかかる、他のセンサ素子における、複数の電極の形成部位の断面を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a cross section of a portion where a plurality of electrodes are formed in another sensor element according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、他のセンサ素子における、複数の電極の形成部位の断面を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a cross section of a portion where a plurality of electrodes are formed in another sensor element according to the first embodiment. 実施形態２にかかる、センサ素子における、複数の電極の形成部位の断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross section of the formation part of the some electrode in the sensor element concerning Embodiment 2. FIG. 実施形態２にかかる、センサ素子を備えるガスセンサの断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross section of the gas sensor provided with a sensor element concerning Embodiment 2. FIG. 確認試験にかかる、比較品について、発熱体への印加電圧及びセンサ出力電流の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the applied voltage to a heat generating body, and a sensor output current about the comparative product concerning a confirmation test. 確認試験にかかる、試験品について、発熱体への印加電圧及びセンサ出力電流の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the applied voltage to a heat generating body, and a sensor output current about the test article concerning a confirmation test.

上述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本形態のガスセンサ１００は、ガス濃度を検出するためのセンサ素子１を備える。センサ素子１は、図１に示すように、ジルコニア材料からなる１つの固体電解質層２と、固体電解質層２の両主面２０１，２０２に設けられた一対の電極３１，３２と、固体電解質層２に積層された、純度が９８％以上のアルミナ材料からなる絶縁層４１，４２，４３，４４と、絶縁層４３，４４に埋設された発熱体６とを備える。絶縁層４２，４３における、固体電解質層２と発熱体６との間に位置する部分には、発熱体６から生じる誘導ノイズを吸収するためのノイズ吸収層７が配置されている。ノイズ吸収層７は、絶縁層４２，４３を構成するアルミナ材料の電気伝導率よりも電気伝導率が高いジルコニア材料からなる。ノイズ吸収層７は、絶縁層４２，４３に積層されるとともに、その電位が独立している。 A preferred embodiment of the gas sensor described above will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
The gas sensor 100 of this embodiment includes a sensor element 1 for detecting a gas concentration. As shown in FIG. 1, the sensor element 1 includes a single solid electrolyte layer 2 made of a zirconia material, a pair of electrodes 31 and 32 provided on both main surfaces 201 and 202 of the solid electrolyte layer 2, and a solid electrolyte layer. 2, insulating layers 41, 42, 43, 44 made of an alumina material having a purity of 98% or more, and a heating element 6 embedded in the insulating layers 43, 44. A noise absorbing layer 7 for absorbing induction noise generated from the heating element 6 is disposed in a portion of the insulating layers 42 and 43 located between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6. The noise absorbing layer 7 is made of a zirconia material having an electric conductivity higher than that of the alumina material constituting the insulating layers 42 and 43. The noise absorbing layer 7 is laminated on the insulating layers 42 and 43 and the potential thereof is independent.

以下、本形態のガスセンサ１００について詳説する。
ガスセンサ１００は、車両の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを測定ガスＧとするとともに大気を基準ガスＡとし、測定ガスＧ中の酸素、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の濃度、内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）等を検出するために用いられる。本形態のガスセンサ１００は、固体電解質層２を構成する金属酸化物のシートと、絶縁層４１，４２，４３，４４を構成する金属酸化物のシートとを積層し、焼結して形成されたものである。 Hereinafter, the gas sensor 100 of this embodiment will be described in detail.
The gas sensor 100 is disposed in an exhaust pipe of a vehicle, and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe is used as a measurement gas G and the atmosphere is used as a reference gas A. The concentration of oxygen, NOx (nitrogen oxide), etc. in the measurement gas G, an internal combustion engine It is used to detect the air-fuel ratio (A / F) of the gas. The gas sensor 100 of the present embodiment is formed by laminating and sintering a metal oxide sheet constituting the solid electrolyte layer 2 and a metal oxide sheet constituting the insulating layers 41, 42, 43, 44. Is.

図３に示すように、ガスセンサ１００は、センサ素子１、ハウジング７０、絶縁碍子７１，７２、接点端子７３、リード線７４、カバー７５、ブッシュ７６、二重のカバー７７Ａ，７７Ｂ等を備える。
センサ素子１は絶縁碍子７１に保持されており、絶縁碍子７１はハウジング７０に保持されている。ガスセンサ１００は、ハウジング７０によって排気管に取り付けられ、センサ素子１は、排気管内に配置される。また、ハウジング７０には、センサ素子１の先端部を覆う二重のカバー７７Ａ，７７Ｂが取り付けられている。カバー７７Ａ，７７Ｂには、センサ素子１のガス検知部１０へ測定ガスＧを流入させるための貫通穴７７１が形成されている。センサ素子１は、長尺形状に形成されており、被検出ガスＧを検出するためのガス検知部１０は、センサ素子１における長尺方向Ｌの先端側の端部に設けられている。 As shown in FIG. 3, the gas sensor 100 includes a sensor element 1, a housing 70, insulators 71 and 72, contact terminals 73, lead wires 74, a cover 75, a bush 76, double covers 77A and 77B, and the like.
The sensor element 1 is held by an insulator 71, and the insulator 71 is held by a housing 70. The gas sensor 100 is attached to the exhaust pipe by a housing 70, and the sensor element 1 is disposed in the exhaust pipe. In addition, double covers 77 </ b> A and 77 </ b> B that cover the tip of the sensor element 1 are attached to the housing 70. Through holes 771 for allowing the measurement gas G to flow into the gas detector 10 of the sensor element 1 are formed in the covers 77A and 77B. The sensor element 1 is formed in a long shape, and the gas detection unit 10 for detecting the gas G to be detected is provided at the end of the sensor element 1 on the front end side in the long direction L.

一対の電極３１，３２は固体電解質層２の先端部に設けられており、ガス検知部１０は、センサ素子１における、一対の電極３１，３２が位置する先端部に形成されている。また、ガス検知部１０は、アルミナ（酸化アルミニウム）等の多孔質の保護層１２によって覆われている。 The pair of electrodes 31 and 32 is provided at the tip of the solid electrolyte layer 2, and the gas detection unit 10 is formed at the tip of the sensor element 1 where the pair of electrodes 31 and 32 are located. Further, the gas detection unit 10 is covered with a porous protective layer 12 such as alumina (aluminum oxide).

絶縁碍子７１の基端側には、接点端子７３を保持する別の絶縁碍子７２が配置されている。後述する、各電極３１，３２のリード部３１１，３２１及び発熱層６のリード部６２は、センサ素子１の基端部に引き出され、接点端子７３に接続されている。接点端子７３に接続されたリード線７４は、ハウジング７０の基端側に取り付けられたカバー７５内において、ブッシュ７６によって保持されている。カバー７５には、ガスセンサ１内へ基準ガスＡを流入させるための貫通穴７５１が形成されている。 On the base end side of the insulator 71, another insulator 72 for holding the contact terminal 73 is disposed. The lead portions 311 and 321 of the electrodes 31 and 32 and the lead portion 62 of the heat generating layer 6, which will be described later, are drawn out to the base end portion of the sensor element 1 and connected to the contact terminal 73. The lead wire 74 connected to the contact terminal 73 is held by a bush 76 in a cover 75 attached to the base end side of the housing 70. A through hole 751 for allowing the reference gas A to flow into the gas sensor 1 is formed in the cover 75.

固体電解質層２は、金属酸化物としてのジルコニア材料の焼結体として板状に形成されている。固体電解質層２を構成するジルコニア材料は、イットリア部分安定化ジルコニア等のジルコニア（酸化ジルコニウム）の材料からなる。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、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。
なお、固体電解質層２は、その活性化温度において、酸化物イオン（酸素イオン）の伝導性を有するものである。 The solid electrolyte layer 2 is formed in a plate shape as a sintered body of a zirconia material as a metal oxide. The zirconia material constituting the solid electrolyte layer 2 is made of a zirconia (zirconium oxide) material such as yttria partially stabilized zirconia. A zirconia material can be comprised with the various material which has a zirconia as a main component. As the zirconia material, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia in which a part of zirconia is substituted with a rare earth metal element or an alkaline earth metal element can be used.
The solid electrolyte layer 2 has conductivity of oxide ions (oxygen ions) at the activation temperature.

図１に示すように、一対の電極３１，３２は、固体電解質層２の第１主面２０１に設けられて測定ガスＧに晒される測定電極３１と、固体電解質層２の第２主面２０２に設けられて基準ガスＡに晒される基準電極３２とからなる。測定電極３１と基準電極３２とは固体電解質層２を介して互いに対向する位置に設けられている。測定電極３１及び基準電極３２と、これらの間に配置された固体電解質層２の一部とによって、ガス濃度を検出するための検出セル１１が形成されている。 As shown in FIG. 1, the pair of electrodes 31 and 32 are provided on the first main surface 201 of the solid electrolyte layer 2 and exposed to the measurement gas G, and the second main surface 202 of the solid electrolyte layer 2. And a reference electrode 32 that is exposed to the reference gas A. The measurement electrode 31 and the reference electrode 32 are provided at positions facing each other with the solid electrolyte layer 2 interposed therebetween. A detection cell 11 for detecting a gas concentration is formed by the measurement electrode 31 and the reference electrode 32 and a part of the solid electrolyte layer 2 disposed therebetween.

本形態のガスセンサ１００は、酸素センサ又はＡ／Ｆセンサとして用いられる。そして、ガスセンサ１００においては、測定電極３１に接触する測定ガスＧの酸素濃度と基準電極３２に接触する基準ガスＡの酸素濃度との差によって、測定電極３１と基準電極３２との間に流れる電流が測定され、測定ガスＧの酸素濃度が求められる。 The gas sensor 100 of this embodiment is used as an oxygen sensor or an A / F sensor. In the gas sensor 100, the current flowing between the measurement electrode 31 and the reference electrode 32 due to the difference between the oxygen concentration of the measurement gas G contacting the measurement electrode 31 and the oxygen concentration of the reference gas A contacting the reference electrode 32. Is measured, and the oxygen concentration of the measurement gas G is obtained.

また、ガスセンサ１００をＮＯｘセンサとして用いる場合には、固体電解質層２の第１主面２０１には、酸素濃度を所定の濃度以下に調整するためのポンプ電極と、ＮＯｘ濃度を測定するための測定電極とが設けられる。この場合、ガスセンサ１００においては、測定ガスＧのＮＯｘ濃度によって、測定電極と基準電極との間に流れる電流が測定され、測定ガスＧのＮＯｘ濃度が求められる。 When the gas sensor 100 is used as a NOx sensor, the first main surface 201 of the solid electrolyte layer 2 has a pump electrode for adjusting the oxygen concentration to a predetermined concentration or less and a measurement for measuring the NOx concentration. Electrodes. In this case, in the gas sensor 100, the current flowing between the measurement electrode and the reference electrode is measured based on the NOx concentration of the measurement gas G, and the NOx concentration of the measurement gas G is obtained.

図２に示すように、測定電極３１及び基準電極３２は、白金と、固体電解質層２と同種の金属酸化物からなる固体電解質とを含有している。測定電極３１及び基準電極３２には、測定電極３１及び基準電極３２をガスセンサ１００の外部の制御装置に接続するためのリード部３１１，３２１がそれぞれ繋がっている。各リード部３１１，３２１は、各電極３１，３２からセンサ素子１の基端部まで引き出されている。 As shown in FIG. 2, the measurement electrode 31 and the reference electrode 32 contain platinum and a solid electrolyte made of the same metal oxide as the solid electrolyte layer 2. Lead portions 311 and 321 for connecting the measurement electrode 31 and the reference electrode 32 to a control device outside the gas sensor 100 are connected to the measurement electrode 31 and the reference electrode 32, respectively. The lead portions 311 and 321 are drawn from the electrodes 31 and 32 to the base end portion of the sensor element 1.

図１、図２に示すように、固体電解質層２の第１主面２０１には、第１絶縁層４１及び多孔質の拡散抵抗層４０が順次積層されている。固体電解質層２の第１主面２０１には、第１絶縁層４１及び拡散抵抗層４０によって囲まれ、測定ガスＧが導入される測定ガス室５１が隣接して形成されている。拡散抵抗層４０は、測定ガスＧを所定の拡散速度で測定ガス室５１に導入するためのものである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first insulating layer 41 and the porous diffusion resistance layer 40 are sequentially stacked on the first main surface 201 of the solid electrolyte layer 2. A measurement gas chamber 51 into which the measurement gas G is introduced is formed adjacent to the first main surface 201 of the solid electrolyte layer 2 surrounded by the first insulating layer 41 and the diffusion resistance layer 40. The diffusion resistance layer 40 is for introducing the measurement gas G into the measurement gas chamber 51 at a predetermined diffusion rate.

固体電解質層２の第２主面２０２には、第２絶縁層４２が積層されている。固体電解質層２の第２主面２０２には、第２絶縁層４２によって囲まれ、基準ガスＡが導入される基準ガスダクト５２が隣接して形成されている。基準ガスダクト５２には、センサ素子１の基端部から大気が導入される。 A second insulating layer 42 is stacked on the second main surface 202 of the solid electrolyte layer 2. A reference gas duct 52 that is surrounded by the second insulating layer 42 and into which the reference gas A is introduced is formed adjacent to the second main surface 202 of the solid electrolyte layer 2. Air is introduced into the reference gas duct 52 from the proximal end of the sensor element 1.

発熱体６は、第２絶縁層４２に積層された第３絶縁層４３と、第３絶縁層４３に積層された第４絶縁層４４との間に埋設されている。発熱体６は、通電によって発熱する発熱部６１と、発熱部６１の両端に繋がり、ガスセンサ１００の外部の制御装置によって発熱部６１に通電するための一対のリード部６２とを有している。発熱部６１は、固体電解質層２に各電極３１，３２が配置された部位を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けて絶縁層４２，４３へ投影した部位に配置されている。 The heating element 6 is embedded between the third insulating layer 43 stacked on the second insulating layer 42 and the fourth insulating layer 44 stacked on the third insulating layer 43. The heating element 6 includes a heat generating part 61 that generates heat when energized, and a pair of lead parts 62 that are connected to both ends of the heat generating part 61 and are supplied to the heat generating part 61 by a control device outside the gas sensor 100. The heat generating portion 61 is disposed at a portion where the portions where the electrodes 31 and 32 are disposed on the solid electrolyte layer 2 are projected onto the insulating layers 42 and 43 in the stacking direction D of the sensor element 1.

発熱部６１は、リード部６２に比べて比抵抗が大きくなるよう形成されている。例えば、発熱部６１の断面積をリード部６２の断面積よりも小さくすることにより、発熱部６１の比抵抗をリード部６２の比抵抗よりも大きくすることができる。 The heat generating portion 61 is formed to have a higher specific resistance than the lead portion 62. For example, to be smaller than the cross-sectional area of the lead portion 62 a cross-sectional area of the heat generating portion 61, the specific resistance of the heat generating portion 61 can be made larger than the specific resistance of the lead portion 62.

ここで、センサ素子１の積層方向Ｄとは、固体電解質層２と複数の絶縁層４１，４２，４３，４４とが積層された方向のことをいう。また、発熱部６１の単位長さ当たりの電気抵抗値は、リード部６２の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも大きい。そして、一対のリード部６２に通電を行うときには、発熱部６１が発熱し、検出セル１１を加熱することができる。 Here, the stacking direction D of the sensor element 1 refers to the direction in which the solid electrolyte layer 2 and the plurality of insulating layers 41, 42, 43, 44 are stacked. Further, the electrical resistance value per unit length of the heat generating portion 61 is larger than the electrical resistance value per unit length of the lead portion 62. When energizing the pair of lead portions 62, the heat generating portion 61 generates heat, and the detection cell 11 can be heated.

なお、第２絶縁層４２と第３絶縁層４３と第４絶縁層４４とは、センサ素子１を焼結する際に一体化される。そして、発熱体６及びノイズ吸収層７は、一体化された絶縁層４２，４３，４４の内部に埋設される。 The second insulating layer 42, the third insulating layer 43, and the fourth insulating layer 44 are integrated when the sensor element 1 is sintered. The heating element 6 and the noise absorbing layer 7 are embedded in the integrated insulating layers 42, 43, 44.

ノイズ吸収層７は、金属酸化物としてのジルコニア材料の焼結体として板状に形成されている。ノイズ吸収層７を構成するジルコニア材料は、固体電解質層２を構成するジルコニア材料と同種のジルコニア材料であるイットリア部分安定化ジルコニア等のジルコニアの材料からなる。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、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もしくは部分安定化ジルコニアを用いることができる。 The noise absorbing layer 7 is formed in a plate shape as a sintered body of a zirconia material as a metal oxide. The zirconia material constituting the noise absorbing layer 7 is made of a zirconia material such as yttria partially stabilized zirconia which is the same kind of zirconia material as that constituting the solid electrolyte layer 2. A zirconia material can be comprised with the various material which has a zirconia as a main component. As the zirconia material, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia in which a part of zirconia is substituted with a rare earth metal element or an alkaline earth metal element can be used.

また、複数の絶縁層４１，４２，４３，４４は、純度が９８％以上であるアルミナによって構成されている。複数の絶縁層４１，４２，４３，４４は、アルミナ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。
本形態の絶縁層４１，４２，４３，４４によれば、固体電解質層２と発熱体６との間の絶縁抵抗値が、９００℃において２０ＭΩ以上に保たれる。固体電解質層２と発熱体６との間の絶縁抵抗値は、具体的には、絶縁層４２，４３自体の抵抗値と、絶縁層４２と固体電解質層２との境界の抵抗値と、絶縁層４３と発熱体６との境界の抵抗値とを合わせた値となる。 The plurality of insulating layers 41, 42, 43, and 44 are made of alumina having a purity of 98% or more. The plurality of insulating layers 41, 42, 43, and 44 can be made of various materials mainly composed of alumina.
According to the insulating layers 41, 42, 43, 44 of this embodiment, the insulation resistance value between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6 is kept at 20 MΩ or more at 900 ° C. Specifically, the insulation resistance value between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6 is the resistance value of the insulation layers 42 and 43 itself, the resistance value at the boundary between the insulation layer 42 and the solid electrolyte layer 2, and the insulation. This is the sum of the resistance values at the boundary between the layer 43 and the heating element 6.

ジルコニアの電気伝導率は、３００℃で約１×１０^-4［Ω^-1・ｍ^-1］、７００℃で約５［Ω^-1・ｍ^-1］であり、アルミナの電気伝導率は、３００℃で約１×１０^-12［Ω^-1・ｍ^-1］、７００℃で約１×１０^-6［Ω^-1・ｍ^-1］である。電気伝導率（導電率）は、電気伝導のしやすさを示す物性値であり、電気抵抗率の逆数として表される。ジルコニアの電気伝導率は、アルミナの電気伝導率よりも高い。
また、ジルコニアの線膨張係数（線膨張率）は、９〜１１×１０^-6［Ｋ^-1］であり、アルミナの線膨張係数（線膨張率）は、７〜９×１０^-6［Ｋ^-1］である。 The electrical conductivity of zirconia is about 1 × 10 ⁻⁴ [Ω ⁻¹ · m ⁻¹ ] at 300 ° C. and about 5 [Ω ⁻¹ · m ⁻¹ ] at 700 ° C., and the electrical conductivity of alumina is 300 ° C. for about ^{^{1 × 10 -12 [Ω -1 ·}} m -1], is about ^{^{1 × 10 -6 [Ω -1 ·}} m -1] at 700 ° C.. Electrical conductivity (conductivity) is a physical property value indicating the ease of electrical conduction, and is expressed as the reciprocal of electrical resistivity. The electrical conductivity of zirconia is higher than that of alumina.
The linear expansion coefficient (linear expansion coefficient) of zirconia is 9 to 11 × 10 ⁻⁶ [K ⁻¹ ], and the linear expansion coefficient (linear expansion coefficient) of alumina is 7 to 9 × 10 ⁻⁶ [K. ^-1 ].

図２に示すように、ノイズ吸収層７は、発熱体６における発熱部６１の外形を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けてノイズ吸収層７に投影したときに、発熱部６１の外形の全体を覆う位置及び大きさに形成されている。ノイズ吸収層７の幅方向Ｗの寸法Ｗ１は、発熱部６１の幅方向Ｗの寸法Ｗ２よりも大きく、ノイズ吸収層７の長手方向Ｌの寸法Ｌ１は、発熱部６１の長手方向Ｌの寸法Ｌ２よりも大きい。また、ノイズ吸収層７の幅方向Ｗの寸法Ｗ１は、一対の電極３１，３２の幅方向Ｗの寸法よりも大きく、ノイズ吸収層７の長手方向Ｌの寸法Ｌ１は、一対の電極３１，３２の長手方向Ｌの寸法よりも大きい。
この構成により、発熱体６から生じる誘導ノイズがノイズ吸収層７を回り込んで一対の電極３１，３２に到達しにくくすることができ、ノイズ吸収層７による誘導ノイズの吸収効果を高めることができる。 As shown in FIG. 2, when the noise absorbing layer 7 projects the outer shape of the heat generating part 61 in the heat generating element 6 onto the noise absorbing layer 7 in the stacking direction D of the sensor element 1, the noise absorbing layer 7 It is formed in a position and size covering the whole. The dimension W1 in the width direction W of the noise absorbing layer 7 is larger than the dimension W2 in the width direction W of the heat generating part 61, and the dimension L1 in the longitudinal direction L of the noise absorbing layer 7 is a dimension L2 in the longitudinal direction L of the heat generating part 61. Bigger than. Further, the dimension W1 in the width direction W of the noise absorbing layer 7 is larger than the dimension in the width direction W of the pair of electrodes 31 and 32, and the dimension L1 in the longitudinal direction L of the noise absorbing layer 7 is a pair of electrodes 31 and 32. It is larger than the dimension in the longitudinal direction L.
With this configuration, it is possible to make it difficult for the induced noise generated from the heating element 6 to reach the pair of electrodes 31 and 32 around the noise absorbing layer 7 and to enhance the effect of absorbing the induced noise by the noise absorbing layer 7. .

なお、ノイズ吸収層７は、図４に示すように、発熱体６における発熱部６１の外形を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けてノイズ吸収層７に投影したときに、発熱部６１の外形の全体よりも小さく形成されていてもよい。この構成は、発熱体６から生じる誘導ノイズが一対の電極３１，３２によるガス濃度の検出に及ぼす影響が許容できる場合に採用することができる。また、この場合においては、ノイズ吸収層７の外形は、センサ素子１の積層方向Ｄに向けて投影したときに、一対の電極３１，３２の外形よりも大きい。 As shown in FIG. 4, the noise absorbing layer 7 is formed when the outer shape of the heat generating portion 61 in the heat generating element 6 is projected onto the noise absorbing layer 7 in the stacking direction D of the sensor element 1. You may form smaller than the whole external shape. This configuration can be adopted when the influence of the induction noise generated from the heating element 6 on the detection of the gas concentration by the pair of electrodes 31 and 32 can be tolerated. In this case, the outer shape of the noise absorbing layer 7 is larger than the outer shape of the pair of electrodes 31 and 32 when projected in the stacking direction D of the sensor element 1.

ノイズ吸収層７の厚みｔは、導電性の確保と製造上の制約との兼ね合いより、５〜２５μｍとすることができる。ジルコニアの粒子の直径は１μｍ程度であり、ノイズ吸収層７の厚みｔが５μｍ未満である場合には、ノイズ吸収層７の全体に亘って導電性を確保することが難しくなるおそれがある。また、ノイズ吸収層７を印刷（ペーストの塗布）によって形成する場合、ノイズ吸収層７を５μｍ未満の厚みｔに形成することは困難と考えられる。一方、ノイズ吸収層７の厚みｔが２５μｍ超過まで厚くなると、センサ素子１の焼結時に、ノイズ吸収層７の周辺に割れ等が生じることが懸念される。 The thickness t of the noise absorption layer 7 can be set to 5 to 25 μm in view of ensuring conductivity and restrictions in manufacturing. When the diameter of the zirconia particles is about 1 μm and the thickness t of the noise absorbing layer 7 is less than 5 μm, it may be difficult to ensure conductivity over the entire noise absorbing layer 7. Further, when the noise absorbing layer 7 is formed by printing (paste application), it is considered difficult to form the noise absorbing layer 7 with a thickness t of less than 5 μm. On the other hand, when the thickness t of the noise absorbing layer 7 is increased to more than 25 μm, there is a concern that cracks or the like may occur around the noise absorbing layer 7 when the sensor element 1 is sintered.

図１に示すように、ノイズ吸収層７は、絶縁層４２，４３の内部として、基準ガスダクト５２が形成された第２絶縁層４２と、第３絶縁層４３との間に埋設されている。ノイズ吸収層７の全体が絶縁層４２，４３の内部に埋設されていることにより、センサ素子１が被水する場合における耐熱衝撃性を高く維持することができる。ノイズ吸収層７の一部が絶縁層４２，４３の表面に露出する場合において、ノイズ吸収層７と絶縁層４２，４３の界面が被水したとき、この界面には、ノイズ吸収層７と絶縁層４２，４３との線膨張係数の差により、熱応力が作用するおそれがある。そのため、ノイズ吸収層７の全体が絶縁層４２，４３の内部に埋設されていることにより、耐熱衝撃性を高めることができる。 As shown in FIG. 1, the noise absorbing layer 7 is embedded between the second insulating layer 42 in which the reference gas duct 52 is formed and the third insulating layer 43 as the inside of the insulating layers 42 and 43. Since the entire noise absorbing layer 7 is embedded in the insulating layers 42 and 43, it is possible to maintain high thermal shock resistance when the sensor element 1 is wetted. In the case where a part of the noise absorbing layer 7 is exposed on the surfaces of the insulating layers 42 and 43, when the interface between the noise absorbing layer 7 and the insulating layers 42 and 43 is wetted, this interface is insulated from the noise absorbing layer 7 and insulated. Thermal stress may act due to the difference in coefficient of linear expansion between the layers 42 and 43. Therefore, since the entire noise absorbing layer 7 is embedded in the insulating layers 42 and 43, the thermal shock resistance can be improved.

なお、本形態の固体電解質層２の一部はセンサ素子１の表面に露出している。ノイズ吸収層７は、固体電解質層２と発熱体６と間に配置されており、発熱体６により近く、より高温に加熱されることになる。従って、より高温になるノイズ吸収層７は耐熱衝撃性のために絶縁層４２，４３の内部に埋設する。一方、ノイズ吸収層７よりは高温になりにくい固体電解質層２については、その一部がセンサ素子１の表面に露出していても、熱衝撃がそれほど大きくはならない。 A part of the solid electrolyte layer 2 of this embodiment is exposed on the surface of the sensor element 1. The noise absorbing layer 7 is disposed between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6 and is closer to the heating element 6 and heated to a higher temperature. Therefore, the higher temperature noise absorbing layer 7 is embedded in the insulating layers 42 and 43 for thermal shock resistance. On the other hand, even if a part of the solid electrolyte layer 2 that is less likely to reach a higher temperature than the noise absorbing layer 7 is exposed on the surface of the sensor element 1, the thermal shock does not increase so much.

ノイズ吸収層７の一部（端面）は、図５に示すように、絶縁層４２，４３の外部であってセンサ素子１の表面に露出していてもよい。この場合、ノイズ吸収層７は、センサ素子１の幅方向Ｗの全体に設けられる。この場合には、ガスセンサ１００において、センサ素子１が被水しにくい構造を採用することにより、ノイズ吸収層７の一部と絶縁層４２，４３との間の熱衝撃を、許容できるようにすることができる。また、この場合には、ノイズ吸収層７の両主面７０１が絶縁層４２，４３にのみ接触し、ノイズ吸収層７の端面７０２は、多孔質の保護層１２に接触することになる。 A part (end surface) of the noise absorbing layer 7 may be exposed to the surface of the sensor element 1 outside the insulating layers 42 and 43 as shown in FIG. In this case, the noise absorption layer 7 is provided in the entire width direction W of the sensor element 1. In this case, the gas sensor 100 employs a structure in which the sensor element 1 is not easily wetted so that a thermal shock between a part of the noise absorbing layer 7 and the insulating layers 42 and 43 can be allowed. be able to. In this case, both main surfaces 701 of the noise absorbing layer 7 are in contact with only the insulating layers 42 and 43, and the end surface 702 of the noise absorbing layer 7 is in contact with the porous protective layer 12.

また、絶縁層４１，４２，４３，４４がアルミナ材料によって構成されていることにより、センサ素子１における絶縁性を確保するとともに、ノイズ吸収層７との接合密着力を維持することができる。 Further, since the insulating layers 41, 42, 43, 44 are made of an alumina material, it is possible to ensure insulation in the sensor element 1 and to maintain a bonding adhesion with the noise absorbing layer 7.

図１に示すように、ノイズ吸収層７の両主面７０１及び全ての端面７０２は、絶縁層４２，４３にのみ接触している。ノイズ吸収層７には、グラウンド電位等に接続される導体等の導電性の物質が設けられておらず、センサ素子１における周囲の部分から電位が独立している。このノイズ吸収層７の状態は、ノイズ吸収層７に接触する固体の物質は絶縁層４２，４３のみであり、ノイズ吸収層７に導体等の導電性の物質が接触していないことを意味する。また、このノイズ吸収層７の状態は、ノイズ吸収層７とその外部との間に電流が流れないことを意味する。ノイズ吸収層７の全体が絶縁層４２，４３の内部に埋設されることにより、ノイズ吸収層７をグラウンド電位等に接地しない状態の形成が容易になる。 As shown in FIG. 1, both main surfaces 701 and all end surfaces 702 of the noise absorbing layer 7 are in contact only with the insulating layers 42 and 43. The noise absorbing layer 7 is not provided with a conductive substance such as a conductor connected to a ground potential or the like, and the potential is independent from the surrounding portion of the sensor element 1. This state of the noise absorbing layer 7 means that the solid substances that contact the noise absorbing layer 7 are only the insulating layers 42 and 43, and no conductive substance such as a conductor is in contact with the noise absorbing layer 7. . The state of the noise absorbing layer 7 means that no current flows between the noise absorbing layer 7 and the outside thereof. Since the entire noise absorbing layer 7 is embedded in the insulating layers 42 and 43, it is easy to form a state in which the noise absorbing layer 7 is not grounded to a ground potential or the like.

第２絶縁層４２と第３絶縁層４３とに挟まれたノイズ吸収層７は、センサ素子１の積層方向Ｄにおいて発熱体６の近くに位置している。具体的には、発熱体６とノイズ吸収層７との間隔Ｄ２は、複数の電極のうちのノイズ吸収層７に最も近い電極である基準電極３２とノイズ吸収層７との間隔Ｄ１よりも狭い。発熱体６とノイズ吸収層７との間隔Ｄ２は、発熱体６の表面とノイズ吸収層７の表面との間の最小間隔として表され、基準電極３２とノイズ吸収層７との間隔Ｄ１は、基準電極３２の表面とノイズ吸収層７の表面との間の最小間隔として表される。
この構成により、ノイズ吸収層７が発熱体６によって加熱されやすくなり、ノイズ吸収層７の温度の上昇によってその抵抗値が低下し、ノイズ吸収層７による誘導ノイズの吸収効果を高めることができる。 The noise absorbing layer 7 sandwiched between the second insulating layer 42 and the third insulating layer 43 is located near the heating element 6 in the stacking direction D of the sensor element 1. Specifically, the distance D2 between the heating element 6 and the noise absorption layer 7 is narrower than the distance D1 between the reference electrode 32 and the noise absorption layer 7 that are the electrodes closest to the noise absorption layer 7 among the plurality of electrodes. . The distance D2 between the heating element 6 and the noise absorbing layer 7 is expressed as the minimum distance between the surface of the heating element 6 and the surface of the noise absorbing layer 7, and the distance D1 between the reference electrode 32 and the noise absorbing layer 7 is It is expressed as the minimum distance between the surface of the reference electrode 32 and the surface of the noise absorbing layer 7.
With this configuration, the noise absorbing layer 7 is easily heated by the heating element 6, and the resistance value is reduced by the increase in temperature of the noise absorbing layer 7, and the effect of absorbing induced noise by the noise absorbing layer 7 can be enhanced.

ガスセンサ１００の温度制御は、検出セル１１の温度と、検出セル１１のインピーダンスとの関係を用いて行われる。検出セル１１の温度と、検出セル１１のインピーダンスとの関係は、関係マップとして制御装置に記憶されている。制御装置には、検出セル１１のインピーダンスを測定する回路が形成されている。発熱体６への印加電力は、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）等を利用したＰＩＤ制御等によって、検出セル１１のインピーダンスが目標とする値になるよう調整される。ＰＷＭ制御を行う際には、発熱体６への通電のオン・オフが繰り返し行われる。そして、この発熱体６への通電のオン・オフに伴って、発熱体６から誘導ノイズが生じる。 The temperature control of the gas sensor 100 is performed using the relationship between the temperature of the detection cell 11 and the impedance of the detection cell 11. The relationship between the temperature of the detection cell 11 and the impedance of the detection cell 11 is stored in the control device as a relationship map. A circuit for measuring the impedance of the detection cell 11 is formed in the control device. The applied power to the heating element 6 is adjusted so that the impedance of the detection cell 11 becomes a target value by PID control using PWM control (pulse width modulation control) or the like. When performing the PWM control, the heating element 6 is repeatedly turned on and off. Then, inductive noise is generated from the heating element 6 as the energization of the heating element 6 is turned on / off.

本形態のガスセンサ１００においては、第２絶縁層４２と第３絶縁層４３との間に、発熱体６から生じる誘導ノイズを吸収するためのノイズ吸収層７が埋設されていることにより、次の効果が得られる。
発熱体６への通電のオン・オフの切替によって発熱体６の通電状態が変化するときには、発熱体６の周囲に生じる磁界が変化し、誘導ノイズを生じさせる。このとき、発熱体６と固体電解質層２との間に配置されたノイズ吸収層７は電磁シールド層として機能し、ノイズ吸収層７によって磁界が遮られる。そして、ノイズ吸収層７における、磁束が衝突する部分には渦電流が発生し、この渦電流の発生によって磁束が吸収される。これにより、発熱体６から生じる誘導ノイズがノイズ吸収層７によって吸収され、誘導ノイズが、固体電解質層２及び一対の電極３１，３２によってガス濃度を検出する際のセンサ出力に影響を及ぼすことが抑制される。この結果、ガスセンサ１００によるガス濃度の検出精度が向上する。 In the gas sensor 100 of the present embodiment, the noise absorbing layer 7 for absorbing the induction noise generated from the heating element 6 is embedded between the second insulating layer 42 and the third insulating layer 43, so that An effect is obtained.
When the energization state of the heating element 6 is changed by switching on / off the energization of the heating element 6, the magnetic field generated around the heating element 6 is changed to generate induction noise. At this time, the noise absorption layer 7 disposed between the heating element 6 and the solid electrolyte layer 2 functions as an electromagnetic shield layer, and the magnetic field is blocked by the noise absorption layer 7. An eddy current is generated in the noise absorbing layer 7 where the magnetic flux collides, and the magnetic flux is absorbed by the generation of the eddy current. Thereby, the induction noise generated from the heating element 6 is absorbed by the noise absorption layer 7, and the induction noise affects the sensor output when the gas concentration is detected by the solid electrolyte layer 2 and the pair of electrodes 31 and 32. It is suppressed. As a result, the gas concentration detection accuracy by the gas sensor 100 is improved.

渦電流は、電流が流れやすいほど発生しやすい。ノイズ吸収層７の電気伝導率が絶縁層４１，４２，４３，４４の電気伝導率よりも高いことによって、ノイズ吸収層７に渦電流を効果的に発生させることができる。絶縁層４２，４３の間にノイズ吸収層７が配置されていない場合には、渦電流を発生させることができず、誘導ノイズを吸収することができない。 Eddy currents are more likely to occur as current flows more easily. Since the electric conductivity of the noise absorbing layer 7 is higher than that of the insulating layers 41, 42, 43, 44, eddy currents can be effectively generated in the noise absorbing layer 7. When the noise absorption layer 7 is not disposed between the insulating layers 42 and 43, eddy current cannot be generated and induction noise cannot be absorbed.

また、ノイズ吸収層７は、第２絶縁層４２及び第３絶縁層４３にのみ接触し、ノイズ吸収層７の外部と電位が独立しており、ノイズ吸収層７の外部との間で電流が流れない状態にある。言い換えれば、ノイズ吸収層７は、グラウンド電位等のガスセンサ１００の周辺の電位には接続されておらず、グラウンド電位等から切り離されている。ノイズ吸収層７は、発熱体６から生じる誘導ノイズを吸収するためのものであり、発熱体６から生じるリーク電流を処理する場合等とは異なり、グラウンド電位等に接続する必要がない。そのため、ノイズ吸収層７をガスセンサ１００の外部におけるグラウンド電位等に接続するための配線の必要がなく、ガスセンサ１００の構造が複雑になることが防止される。 The noise absorbing layer 7 is in contact only with the second insulating layer 42 and the third insulating layer 43, and the potential is independent from the outside of the noise absorbing layer 7. There is no flow. In other words, the noise absorbing layer 7 is not connected to the potential around the gas sensor 100 such as the ground potential, but is separated from the ground potential or the like. The noise absorbing layer 7 is for absorbing induced noise generated from the heating element 6, and does not need to be connected to a ground potential or the like unlike the case of processing a leakage current generated from the heating element 6. Therefore, there is no need for wiring for connecting the noise absorbing layer 7 to a ground potential or the like outside the gas sensor 100, and the structure of the gas sensor 100 is prevented from becoming complicated.

また、ノイズ吸収層７は、複数の絶縁層４２，４３，４４と同様に、金属酸化物の焼結体によって構成されている。これにより、ノイズ吸収層７の線膨張係数とノイズ吸収層７に隣接する第２、第３絶縁層４２，４３の線膨張係数とが近く、ノイズ吸収層７と第２、第３絶縁層４２，４３との接合の密着度を高く維持することができる。センサ素子１にノイズ吸収層７が設けられていても、ノイズ吸収層７と絶縁層４２，４３と間に界面応力が作用することが抑制される。その結果、ノイズ吸収層７と絶縁層４２，４３との間に剥がれ等の懸念がなくなり、センサ素子１の信頼性の低下が抑制される。 The noise absorbing layer 7 is made of a metal oxide sintered body, like the plurality of insulating layers 42, 43, 44. Thereby, the linear expansion coefficient of the noise absorbing layer 7 and the linear expansion coefficients of the second and third insulating layers 42 and 43 adjacent to the noise absorbing layer 7 are close to each other, and the noise absorbing layer 7 and the second and third insulating layers 42 are close. , 43 can be maintained at a high degree of adhesion. Even if the noise absorbing layer 7 is provided in the sensor element 1, it is possible to suppress the interface stress from acting between the noise absorbing layer 7 and the insulating layers 42 and 43. As a result, there is no concern about peeling between the noise absorbing layer 7 and the insulating layers 42 and 43, and a decrease in the reliability of the sensor element 1 is suppressed.

仮に、ノイズ吸収層７が金属板等から構成される場合には、金属板の線膨張係数と金属酸化物の線膨張係数との差が大きくなる。この場合には、ガスセンサ１００の使用時にガスセンサ１００が加熱・冷却される際に、ノイズ吸収層７の周辺に割れ等が生じるおそれがある。 If the noise absorbing layer 7 is made of a metal plate or the like, the difference between the linear expansion coefficient of the metal plate and the linear expansion coefficient of the metal oxide becomes large. In this case, when the gas sensor 100 is heated and cooled when the gas sensor 100 is used, there is a possibility that cracks or the like may occur around the noise absorbing layer 7.

また、ノイズ吸収層７をジルコニア材料から構成することにより、ノイズ吸収層７と、絶縁層４２，４３を構成するアルミナ材料との接合密着力を高めることができる。ノイズ吸収層７をジルコニア材料から構成することにより、センサ素子１の焼結時及び使用時における耐酸化性を良好に維持することができる。ノイズ吸収層７をジルコニア材料以外の材料によって構成する場合には、耐酸化性を考慮した貴金属等を使用する必要が生じ、製造管理及び製造コストの点において不利になる。 Further, by forming the noise absorbing layer 7 from a zirconia material, it is possible to increase the bonding adhesion between the noise absorbing layer 7 and the alumina material constituting the insulating layers 42 and 43. By constituting the noise absorbing layer 7 from a zirconia material, it is possible to maintain good oxidation resistance during sintering and use of the sensor element 1. When the noise absorbing layer 7 is made of a material other than the zirconia material, it is necessary to use a noble metal or the like in consideration of oxidation resistance, which is disadvantageous in terms of manufacturing management and manufacturing cost.

さらに、絶縁層４１，４２，４３，４４は、純度が９８％以上のアルミナ材料から構成されており、この絶縁層４１，４２，４３，４４により、固体電解質層２と発熱体６との間の絶縁抵抗値が、９００℃において２０ＭΩ以上に保たれる。このような高純度のアルミナ材料を使用することにより、発熱体６からのリーク電流を考慮する必要性を低減することができる。そして、発熱体６からの誘導ノイズを吸収するためのノイズ吸収層７をセンサ素子１に設けるといった、全く新しい構成を見出すことができた。また、高純度のアルミナ材料を使用することにより、固体電解質層２と発熱体６との間の絶縁抵抗値を、９００℃において２０ＭΩ以上に保つことができる。 Furthermore, the insulating layers 41, 42, 43, 44 are made of an alumina material having a purity of 98% or more, and the insulating layers 41, 42, 43, 44 provide a space between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6. Is maintained at 20 MΩ or more at 900 ° C. By using such a high-purity alumina material, it is possible to reduce the necessity of considering the leakage current from the heating element 6. Then, a completely new configuration was found in which a noise absorbing layer 7 for absorbing induction noise from the heating element 6 was provided in the sensor element 1. Further, by using a high-purity alumina material, the insulation resistance value between the solid electrolyte layer 2 and the heating element 6 can be kept at 20 MΩ or more at 900 ° C.

それ故、本形態のガスセンサ１００によれば、構造が複雑になることが防止されるとともに耐熱性が維持され、ガス濃度の検出精度が向上する。 Therefore, according to the gas sensor 100 of the present embodiment, the structure is prevented from becoming complicated, the heat resistance is maintained, and the gas concentration detection accuracy is improved.

（実施形態２）
本形態においては、図６に示すように、電極３３，３４が設けられた２枚の固体電解質層２Ａ，２Ｂを用いたセンサ素子１を備えるガスセンサ１００について示す。
本形態のセンサ素子１においては、２枚の固体電解質層２Ａ，２Ｂの間に、測定ガスＧが導入される測定ガス室５１が形成されている。第１固体電解質層２Ａの主面には、測定ガス室５１内の測定ガスＧの酸素濃度を調整するための一対のポンプ電極３３が、第１固体電解質層２Ａを介して互いに対向する位置に設けられている。一方のポンプ電極３３は、測定ガス室５１内に配置されており、他方のポンプ電極３３は、測定ガスＧが透過可能な多孔質体からなるガス導入層４０Ａ内に埋設されている。 (Embodiment 2)
In this embodiment, as shown in FIG. 6, a gas sensor 100 including a sensor element 1 using two solid electrolyte layers 2A and 2B provided with electrodes 33 and 34 is shown.
In the sensor element 1 of this embodiment, a measurement gas chamber 51 into which the measurement gas G is introduced is formed between the two solid electrolyte layers 2A and 2B. On the main surface of the first solid electrolyte layer 2A, a pair of pump electrodes 33 for adjusting the oxygen concentration of the measurement gas G in the measurement gas chamber 51 are located at positions facing each other through the first solid electrolyte layer 2A. Is provided. One pump electrode 33 is disposed in the measurement gas chamber 51, and the other pump electrode 33 is embedded in a gas introduction layer 40 </ b> A made of a porous body through which the measurement gas G can pass.

第２固体電解質層２Ｂの主面には、測定ガス室５１内の測定ガスＧの酸素濃度を検出するための一対の検出電極３４が、第２固体電解質層２Ｂを介して互いに対向する位置に設けられている。一方の検出電極３４は、測定ガス室５１内に配置されており、他方の検出電極３４は、絶縁層４３Ａ内に埋設されている。一対の検出電極３４と、これらの間に配置された第２固体電解質層２Ｂの一部とによって、ガス濃度を検出するための検出セル１１が形成されている。 On the main surface of the second solid electrolyte layer 2B, a pair of detection electrodes 34 for detecting the oxygen concentration of the measurement gas G in the measurement gas chamber 51 are located at positions facing each other via the second solid electrolyte layer 2B. Is provided. One detection electrode 34 is disposed in the measurement gas chamber 51, and the other detection electrode 34 is embedded in the insulating layer 43A. A detection cell 11 for detecting a gas concentration is formed by the pair of detection electrodes 34 and a part of the second solid electrolyte layer 2B disposed therebetween.

同図に示すように、本形態の絶縁層は、第１固体電解質層２Ａに積層された第１絶縁層４１Ａ、第１固体電解質層２Ａと第２固体電解質層２Ｂとの間に挟まれた第２絶縁層４２Ａ、第２固体電解質層２Ｂに積層された第３絶縁層４３Ａ、第３絶縁層４３に順次積層された第４絶縁層４４Ａ及び第５絶縁層４５Ａからなる。第２絶縁層４２Ａの一部には、測定ガスＧを所定の拡散速度で測定ガス室５１に導入するための拡散抵抗層４０Ｂが形成されている。ノイズ吸収層７は、第３絶縁層４３Ａと第４絶縁層４４Ａとの間に埋設されている。発熱体６は、第４絶縁層４４Ａと第５絶縁層４５Ａとの間に埋設されている。 As shown in the figure, the insulating layer of this embodiment is sandwiched between the first insulating layer 41A laminated on the first solid electrolyte layer 2A, the first solid electrolyte layer 2A and the second solid electrolyte layer 2B. The second insulating layer 42A, the third insulating layer 43A stacked on the second solid electrolyte layer 2B, the fourth insulating layer 44A and the fifth insulating layer 45A stacked sequentially on the third insulating layer 43. A diffusion resistance layer 40B for introducing the measurement gas G into the measurement gas chamber 51 at a predetermined diffusion rate is formed on a part of the second insulating layer 42A. The noise absorbing layer 7 is embedded between the third insulating layer 43A and the fourth insulating layer 44A. The heating element 6 is embedded between the fourth insulating layer 44A and the fifth insulating layer 45A.

ノイズ吸収層７は、発熱体６の発熱部６１の外形を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けてノイズ吸収層７に投影したときに、発熱部６１の外形の全体を覆う位置及び大きさに形成されている。より具体的には、ノイズ吸収層７の幅方向Ｗの寸法及び長手方向の寸法は、発熱部６１の幅方向Ｗの寸法及び長手方向の寸法よりも大きい。また、ノイズ吸収層７の幅方向Ｗの寸法及び長手方向Ｌの寸法は、一対のポンプ電極３３及び一対の検出電極３４の幅方向Ｗの寸法及び長手方向Ｌの寸法よりも大きい。 The noise absorbing layer 7 covers and covers the entire outer shape of the heat generating portion 61 when the outer shape of the heat generating portion 61 of the heating element 6 is projected onto the noise absorbing layer 7 in the stacking direction D of the sensor element 1. Is formed. More specifically, the dimension in the width direction W and the dimension in the longitudinal direction of the noise absorbing layer 7 are larger than the dimension in the width direction W and the dimension in the longitudinal direction of the heat generating portion 61. Further, the dimension in the width direction W and the dimension in the longitudinal direction L of the noise absorbing layer 7 are larger than the dimension in the width direction W and the dimension in the longitudinal direction L of the pair of pump electrodes 33 and the pair of detection electrodes 34.

第３絶縁層４３Ａと第４絶縁層４４Ａとに挟まれたノイズ吸収層７は、発熱体６の近くに位置している。具体的には、発熱体６とノイズ吸収層７との間隔Ｄ２は、ノイズ吸収層７に最も近い電極である検出電極３４とノイズ吸収層７との間隔Ｄ１よりも狭い。 The noise absorbing layer 7 sandwiched between the third insulating layer 43A and the fourth insulating layer 44A is located near the heating element 6. Specifically, the distance D2 between the heating element 6 and the noise absorption layer 7 is narrower than the distance D1 between the detection electrode 34 and the noise absorption layer 7 which are the electrodes closest to the noise absorption layer 7.

図７に示すように、本形態のガスセンサ１００は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、センサ素子１、ハウジング７０、絶縁碍子７１，７２、接点端子７３、リード線７４、カバー７５、ブッシュ７６、二重のカバー７７Ａ，７７Ｂ等を備える。本形態のガスセンサ１００においては、接点端子７３を保持する絶縁碍子７２は、センサ素子１を保持する絶縁碍子７１から離れた位置に配置されている。また、センサ素子１に基準ガスダクト５２が形成されないため、カバー７５には貫通孔７５１が形成されていない。 As shown in FIG. 7, the gas sensor 100 of the present embodiment is similar to the gas sensor 100 of the first embodiment in that the sensor element 1, the housing 70, the insulators 71 and 72, the contact terminals 73, the lead wires 74, the cover 75, and the bush 76. And double covers 77A and 77B. In the gas sensor 100 of this embodiment, the insulator 72 that holds the contact terminal 73 is disposed at a position away from the insulator 71 that holds the sensor element 1. Further, since the reference gas duct 52 is not formed in the sensor element 1, the through hole 751 is not formed in the cover 75.

本形態のガスセンサ１００においても、ノイズ吸収層７の他の構成は、上記実施形態１の場合と同様である。また、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素等は、実施形態１の場合と同様である。本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。 Also in the gas sensor 100 of the present embodiment, other configurations of the noise absorbing layer 7 are the same as those in the first embodiment. In addition, components and the like indicated by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment. Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

（確認試験）
本確認試験においては、ノイズ吸収層７が設けられたセンサ素子１を備えるガスセンサ１００（試験品）が、発熱体６から生じる誘導ノイズを吸収する効果を有するかを確認した。また、比較のために、ノイズ吸収層７が設けられていないセンサ素子を備えるガスセンサ（比較品）についても同様に確認した。本確認試験においては、試験品及び比較品のガスセンサを大気雰囲気中に配置し、発熱体に通電を行ってセンサ素子を活性温度である７５０℃に加熱・保持した後、発熱体への通電を停止し、この通電停止時のセンサ出力電流を検出した。 (Confirmation test)
In this confirmation test, it was confirmed whether the gas sensor 100 (test product) including the sensor element 1 provided with the noise absorbing layer 7 has an effect of absorbing induction noise generated from the heating element 6. For comparison, a gas sensor (comparative product) including a sensor element not provided with the noise absorbing layer 7 was also confirmed in the same manner. In this confirmation test, the test and comparative gas sensors are placed in the atmosphere, the heating element is energized to heat and hold the sensor element at the activation temperature of 750 ° C., and then the heating element is energized. The sensor output current was detected when the power supply was stopped.

図８は、比較品について、発熱体への印加電圧Ｖの変化を上段に示し、センサ出力電流Ｉの変化を下段に示す。同図に示すように、発熱体への印加電圧ＶがＯＮ状態（通電状態）からＯＦＦ状態（通電停止状態）に変化するときには、センサ出力電流Ｉに、１μＡ程度の電流変化の山が生じた。この電流変化の山は、発熱体から生じる誘導ノイズが、センサ出力電流Ｉに重畳していることを示している。 FIG. 8 shows the change in the applied voltage V to the heating element in the upper stage and the change in the sensor output current I in the lower stage for the comparative product. As shown in the figure, when the applied voltage V to the heating element changes from the ON state (energized state) to the OFF state (energized stop state), the sensor output current I has a peak of a current change of about 1 μA. . The peak of this current change indicates that the induction noise generated from the heating element is superimposed on the sensor output current I.

図９は、試験品について、発熱体６への印加電圧Ｖの変化を上段に示し、センサ出力電流Ｉの変化を下段に示す。同図に示すように、発熱体６への印加電圧ＶがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化するときであっても、センサ出力電流Ｉに大きな変化は見られなかった。この結果より、センサ素子１にノイズ吸収層７が設けられた試験品のガスセンサ１００によれば、誘導ノイズがセンサ出力電流Ｉに与える影響を抑制できることが分かった。
本確認試験により、センサ素子１に設けられたノイズ吸収層７が、発熱体６から生じる誘導ノイズを吸収する効果を有することが確認でき、試験品のガスセンサ１００によれば、ガス濃度の検出精度が向上することが確認できた。 FIG. 9 shows the change in the applied voltage V to the heating element 6 in the upper stage and the change in the sensor output current I in the lower stage for the test product. As shown in the figure, even when the voltage V applied to the heating element 6 changes from the ON state to the OFF state, no significant change was observed in the sensor output current I. From this result, it was found that the influence of the induced noise on the sensor output current I can be suppressed according to the test gas sensor 100 in which the noise absorption layer 7 is provided in the sensor element 1.
By this confirmation test, it can be confirmed that the noise absorbing layer 7 provided in the sensor element 1 has an effect of absorbing the induction noise generated from the heating element 6. According to the test gas sensor 100, the detection accuracy of the gas concentration Was confirmed to improve.

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。 The present invention is not limited only to each embodiment, and further different embodiments can be configured without departing from the scope of the invention.

１ガスセンサ
２，２Ａ，２Ｂ固体電解質層
３１，３２，３３，３４電極
４１，４２，４３，４４，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ絶縁層
６発熱体
７ノイズ吸収層 1 Gas Sensor 2, 2A, 2B Solid Electrolyte Layer 31, 32, 33, 34 Electrode 41, 42, 43, 44, 41A, 42A, 43A, 44A, 45A Insulating Layer 6 Heating Element 7 Noise Absorbing Layer

Claims

A gas sensor (100) comprising a sensor element (1) for detecting gas concentration,
The sensor element includes one or a plurality of solid electrolyte layers (2, 2A, 2B) made of zirconia material and a plurality of electrodes (31, 32, 33, 34) provided on both main surfaces of the solid electrolyte layers. And an insulating layer (41, 42, 43, 44, 41A, 42A, 43A, 44A, 45A) made of an alumina material having a purity of 98% or more laminated on the solid electrolyte layer, and embedded in the insulating layer Heating element (6)
The portion of the insulating layer located between the solid electrolyte layer and the heating element is made of a zirconia material having an electric conductivity higher than that of the alumina material constituting the insulating layer, and has a thickness ( t) is 5 to 25 μm, and a noise absorbing layer (7) for absorbing induced noise generated from the heating element is disposed,
The noise absorbing layer is laminated on the insulating layer, and the potential thereof is independent.

The gas sensor according to claim 1, wherein an insulation resistance value between the solid electrolyte layer and the heating element is 20 MΩ or more at 900 ° C.

The noise absorbing layer, the heating portion of the heating body the outer shape of (61), when projected in the noise absorbing layer toward the stacking direction between the solid electrolyte layer and the insulating layer (D), the heating unit The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is formed in a position and a size that cover the entire outer shape of the gas sensor.

The noise absorbing layer is configured such that when the outer shapes of the plurality of electrodes are projected onto the noise absorbing layer in the stacking direction (D) of the solid electrolyte layer and the insulating layer, the entire outer shape of the plurality of electrodes is The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas sensor is formed in a position and a size that cover the surface.

Total of the noise absorbing layer is embedded in the insulating layer, a gas sensor according to any one of claims 1-4.

The distance (D2) between the heating element and the noise absorbing layer is narrower than the distance (D1) between the electrode closest to the noise absorbing layer and the noise absorbing layer among the plurality of electrodes. The gas sensor according to any one of 5 .

On the first main surface (201) of the solid electrolyte layer (2), a measurement gas chamber (51) for bringing the measurement gas (G) into contact with the measurement electrode (31) which is one of the plurality of electrodes. ) Are formed adjacent to each other,
The measurement gas chamber is formed by being surrounded by a diffusion resistance layer (40) made of a porous metal oxide for introducing the measurement gas into the measurement gas chamber at a predetermined diffusion rate, and the insulating layer. And
The second main surface (202) of the solid electrolyte layer (2) is surrounded by the insulating layer, and the reference gas (A) is brought into contact with the reference electrode (32) which is one of the other of the plurality of electrodes. The gas sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein a reference gas duct (52) is formed adjacently.

The sensor element includes a plurality of the solid electrolyte layers,
A measurement gas chamber (51) into which a measurement gas (G) is introduced is formed between the solid electrolyte layers,
The measurement gas chamber is formed by being surrounded by a diffusion resistance layer (40B) made of a porous metal oxide for introducing the measurement gas into the measurement gas chamber at a predetermined diffusion rate, and the insulating layer. The gas sensor according to any one of claims 1 to 6.