(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプセルを使用する簡易化されたガスセンサの提供。【解決手段】ガスセンサ１０は、感知電極１２と基準電極１４との間に配設された固体電解質層１６を有する電気化学セルとヒータ２４とを含み、ヒータ２４は正のヒータリード線２４ａと負のヒータリード線２４ｂを有する。ガスセンサ１０は、基準ガスチャネルと、基準電極１４と流体連通している基準チャンバとを含み、基準ガスチャネルと流体連通している第１のポンプセル電極４０と、基準チャンバと流体連通している第２のポンプセル電極４４とを有するポンプセル３８をも含む。第１のポンプセル電極４０は、正のヒータリード線２４ａおよび負のヒータリード線２４ｂのいずれかと第１の電気接合部４２を形成する第１のリード線４０ａを有しており、第２のポンプセル電極４４は、同じヒータリード線２４ａと第２の電気接合部４６を形成する第２のリード線４４ａを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサ（１０）であって、
感知電極（１２）と基準電極（１４）との間に配設された固体電解質層（１６）を有する電気化学セル（１８）と、
前記電気化学セル（１８）と熱的に連通して配設されたヒータ（２４）とを備えており、前記ヒータ（２４）は、正のヒータリード線（２４ａ）と、負のヒータリード線（２４ｂ）とを有しており、
前記ガスセンサ（１０）は、また、
基準ガスチャネル（３２）と、
前記基準電極（１４）と流体連通している基準チャンバ（３６）と、
前記基準ガスチャネル（３２）と流体連通している第１のポンプセル電極（４０）を有し、前記基準チャンバ（３６）と流体連通している第２のポンプセル電極（４４）も有するポンプセル（３８）とを備えており、
前記第１のポンプセル電極（４０）が、前記正のヒータリード線（２４ａ）および前記負のヒータリード線（２４ｂ）のうちの一方のリード線によって、第１の電気接合部（４２）を形成するポンプセルの第１のリード線（４０ａ）を有しており、
前記第２のポンプセル電極（４４）が、前記正のヒータリード線（２４ａ）および前記負のヒータリード線（２４ｂ）のうちの前記一方のリード線によって、第２の電気接合部（４６）を形成するポンプセルの第２のリード線（４４ａ）を有している、ガスセンサ（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサ（１０）において、
前記固体電解質層（１６）上の保護絶縁層（４８）をさらに備え、前記保護絶縁層（４８）が電気絶縁性であり、
前記ガスセンサ（１０）は、また、前記保護絶縁層（４８）が前記固体電解質層（１６）と第２の固体電解質層（５０）との間にあるように、前記保護絶縁層（４８）上にある前記第２の固体電解質層（５０）を備えており、
前記第１のポンプセル電極（４０）および前記第２のポンプセル電極（４４）は、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第１のポンプセル電極（４０）と前記保護絶縁層（４８）との間にあるように、また、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第２のポンプセル電極（４４）と前記保護絶縁層（４８）との間にあるように、前記第２の固体電解質層（５０）に配設されている、ガスセンサ（１０）。
【請求項３】
請求項１に記載のガスセンサ（１０）において、さらに、
前記基準チャンバ（３６）からの流体連通を提供する圧力ブリード経路を備えている、ガスセンサ（１０）。
【請求項４】
請求項１に記載のガスセンサ（１０）において、
前記ガスセンサ（１０）は、さらに、保護絶縁層（２６）が前記ヒータ（２４）と前記電気化学セル（１８）との間に位置付けられるように、前記保護絶縁層（２６）を備えており、
前記ガスセンサ（１０）は、また、前記基準チャンバ（３６）からの流体連通を提供する圧力ブリード通路（５２）を備えている、ガスセンサ（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサ（１０）において、
前記圧力ブリード通路（５２）が、前記基準チャンバ（３６）から前記基準ガスチャネル（３２）への流体連通を提供する、ガスセンサ（１０）。
【請求項６】
請求項４に記載のガスセンサ（１０）において、
前記ポンプセルの第１のリード線（４０ａ）が前記保護絶縁層（２６）を貫通しており、前記ポンプセルの第２のリード線（４４ａ）が前記保護絶縁層（２６）を貫通している、ガスセンサ（１０）。
【請求項７】
請求項４に記載のガスセンサ（１０）において、
前記ガスセンサ（１０）は、さらに、第２の保護絶縁層（４８）が前記保護絶縁層（２６）と前記固体電解質層（１６）との間にあるように、前記固体電解質層（１６）上に前記第２の保護絶縁層（４８）を備えており、前記第２の保護絶縁層（４８）が電気絶縁性であり、
前記ガスセンサ（１０）は、また、前記第２の保護絶縁層（４８）が前記固体電解質層（１６）と第２の固体電解質層（５０）との間にあるように、前記第２の保護絶縁層（４８）上に前記第２の固体電解質層（５０）を備えており、
前記第１のポンプセル電極（４０）および前記第２のポンプセル電極（４４）は、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第１のポンプセル電極（４０）と前記第２の保護絶縁層（４８）との間にあるように、また、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第２のポンプセル電極（４４）と前記第２の保護絶縁層（４８）との間にあるように、前記第２の固体電解質層（５０）上に配設されている、ガスセンサ（１０）。
【請求項８】
請求項１に記載のガスセンサ（１０）において、
前記ガスセンサ（１０）は、さらに、第２の固体電解質層（５０）を備え、
前記第１のポンプセル電極（４０）および前記第２のポンプセル電極（４４）は、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第１のポンプセル電極（４０）と前記固体電解質層（１６）との間にあるように、また、前記第２の固体電解質層（５０）が前記第２のポンプセル電極（４４）と前記固体電解質層（１６）との間にあるように、前記第２の固体電解質層（５０）上に配設されている、ガスセンサ（１０）。
【請求項９】
請求項８に記載のガスセンサ（１０）において、
前記ガスセンサ（１０）は、さらに、前記固体電解質層（１６）上に保護絶縁層（４８）を備えており、
前記保護絶縁層（４８）が電気絶縁性であり、前記保護絶縁層（４８）が前記固体電解質層（１６）と前記第２の固体電解質層（５０）との間にある、ガスセンサ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明はガスセンサに関し、より詳細には、ポンプセルを有するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]自動車業界は、排気ガスの組成物、すなわち酸素を感知するために、長年にわたって自動車両で排気ガスセンサを使用してきた。例えばセンサは、燃焼のための空気燃料比の変更および最適化のために、排気ガス含有量を判定するために使用されている。
【０００３】
[0003]１つのタイプのセンサは、多孔質電極間でイオン伝導性の固体電解質を使用する。酸素については、未知のガス試料と既知のガス試料との間で酸素活量の差を測定するために固体電解質センサが使用される。自動車の排気に関してセンサを使用する場合、未知のガスは排気であり、既知の、すなわち基準ガスは、通常大気空気であるが、これは空気中の酸素含有量が、比較的一定であり、容易にアクセス可能であることによる。このタイプのセンサは、自動車エンジンの排気中に存在する酸素の相対量を検出するための、電位差モードで動作する電気化学ガルバニックセルに基づいている。このガルバニックセルの対向する表面が、異なる酸素分圧に暴露されると、ネルンストの式により、電極間で起電力（「ｅｍｆ」）が生じる。
【０００４】
[0004]ネルンストの原理を用いて、化学エネルギーが起電力に変換される。この原理に基づくガスセンサは、典型的には、イオン伝導性の固体電解質材料、排気ガスに暴露される多孔質保護オーバコートを有する多孔質電極（「排気ガス電極」）、および既知のガスの分圧に暴露される多孔質電極（「基準電極」）から成る。典型的に自動車用途で使用されるセンサは、電位差モードで動作する多孔質白金電極を有するイットリア安定化ジルコニアベースの電気化学ガルバニックセルを使用して、自動車エンジンの排気中に存在する例えば酸素などの特定のガスの相対量を検出する。また、典型的なセンサは、センサのイオン伝導性を維持しやすくするために取り付けられたセラミックヒータを有する。ガルバニックセルの対向する表面が異なる酸素分圧に暴露されたとき、以下のネルンストの式により、ジルコニア壁の対向する表面上の電極間で起電力が生じる。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
ここで
Ｅ＝起電力、
Ｒ＝一般ガス定数、
Ｆ＝ファラデー定数、および
Ｔ＝ガスの絶対温度
である。
【０００７】
[0005]燃料濃厚排気条件と燃料希薄排気条件との間で酸素分圧の差が大きいことから、起電力（ｅｍｆ）は、化学量論点において急速に変化し、これらのセンサの特性切替え挙動を生じさせる。その結果、これらの電位差酸素センサは、エンジンが燃料濃厚条件で動作しているか、または燃料希薄条件で動作しているかを、排気混合物の実際の空気燃料比を定量化せずに、定性的に示す。
【０００８】
[0006]例えば、ジルコニアなどの固体酸化物電解質を有する酸素センサは、未知のガスと既知の基準ガスの酸素活量の差を測定する。通常、既知の基準ガスは大気空気であり、未知のガスは、判定される均衡水準で酸素を含有している。典型的には、センサは、周囲空気に基準電極を連結させる内蔵式の基準ガスチャネルを有する。未知のガスによる基準空気の汚染を回避するために、センサは、基準空気と未知のガスとの間で十分なガス封止を提供するために、通常は複雑な構造部を有している高価なセンサパッケージを必要とする。従来、これらのガス封止されたセンサパッケージは、当分野において不十分な耐久性を呈してきた。この問題は、その場での電気化学的な酸素のポンピングを用いることによって、回避することができる。この方法では、空気基準電極チャンバは、酸素が排気ガスから電気化学的にポンピングされて入る封止された基準電極で置き換えられる。この方法によって、排気ガス汚染の問題はなくなるが、それ自体の欠点が生じる。すなわち、電気化学的な酸素のポンピングを行うためには、高価な電子回路が必要になる。Ｄｕｃｅらに対する米国特許第６，７２３，２１７号、および杉山らに対する米国特許第６，１５６，１７６号は、ポンプセルを含むガスセンサを開示しているが、何らかの技術の改善が常に望まれている。
【０００９】
[0007]当技術分野において必要とされているのは、ポンプセルを使用する簡易化されたガスセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，７２３，２１７号
【特許文献２】米国特許第６，１５６，１７６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
[0008]簡潔に記述すると、本発明によるガスセンサは、感知電極と基準電極との間に配設された固体電解質層を有する電気化学セルと、電気化学セルと熱的に連通して配設されたヒータとを含んでおり、ヒータは、正のヒータリード線および負のヒータリード線を有しており、ガスセンサは、また、基準ガスチャネルと、基準電極と流体連通している基準チャンバと、基準ガスチャネルと流体連通している第１のポンプセル電極を有し、基準チャンバと流体連通している第２のポンプセル電極も有するポンプセルとを含んでおり、第１のポンプセル電極は、正のヒータリード線および負のヒータリード線のうちの一方と第１の電気接合部を形成するポンプセルの第１のリード線を有しており、第２のポンプセル電極は、ポンプセルの第１のリード線と同じヒータリード線と第２の電気接合部を形成するポンプセルの第２のリード線を有している。
【００１２】
[0009]本発明のさらなる特徴および利点は、単なる非限定的な例として与えられる、添付図面を参照した本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な記述を読めば、より明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
[0010]本発明は、添付図面を参照しながらさらに記述される。
【図１】[0011]本発明によるガスセンサの分解等角概略図である。
【図２】[0012]図１のガスセンサの断面概略図である。
【図３】[0013]図２の断面概略図の拡大部分である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0014]本発明によるガスセンサ１０が、図１および図２を参照して示されており、図１および図２は、それぞれガスセンサ１０の分解等角概略図および断面概略図である。ガスセンサ１０は、単なる非限定的な例として、内燃機関（図示せず）の排気ストリーム１１内の排気ガス種の濃度を感知するガスセンサであり、より具体的には、排気ストリーム内の酸素の濃度を感知することができる。ガスセンサ１０は、第１の固体電解質層１６が感知電極１２と基準電極１４との間に配設されるように、感知電極１２および基準電極１４を含んでいる。また、ガスセンサ１０は、基準電極１４が第１の固体電解質層１６の一方の側に接触し、基準電極１４が接触している第１の固体電解質層１６の第１の側とは反対である第１の固体電解質層１６の別の側に感知電極１２が接触して配設されるように、感知電極１２および基準電極１４を含んでいる。感知電極１２、基準電極１４、および第１の固体電解質層１６は、ともに電気化学セル１８を画成している。感知電極１２は、感知電極１２と電気的に連通している、（図１にのみ示されている）電圧メータ２０に対する第１の入力部である感知電極リード線１２ａを含んでいる。その一方で、基準電極１４は、基準電極１４と電気的に連通している、電圧メータ２０に対する第２の入力部である基準電極リード線１４ａを同様に含んでいる。
【００１５】
[0015]またガスセンサ１０は、感知電極１２の、第１の固体電解質層１６とは反対の側に第１の保護絶縁層２２を含んでいる。第１の保護絶縁層２２は、密な区分２２ａと多孔質の区分２２ｂとを含んでおり、それにより多孔質区分２２ｂが、感知電極１２と排気ストリーム１１との間で流体連通を可能にし、それにより感知電極１２が排気ストリーム１１に暴露されることが可能になる。
【００１６】
[0016]また、ガスセンサ１０は、電気化学セル１８を所望の動作温度に維持するように、電気化学セル１８と熱的に連通して配置されたヒータ２４も含んでおり、所望の動作温度は、単なる非限定的な例として約６００℃〜約８００℃の範囲にある。ヒータ２４は、第２の保護絶縁層２６と第３の保護絶縁層２８との間に、それらに接触して配設されている。そのようにして、第２の保護絶縁層２６が、基準電極１４の方に面するヒータ２４の側にあり、第３の保護絶縁層２８が、基準電極１４から離れる方に面するヒータ２４の側にある。ヒータ２４は、ヒータ２４と電気的に連通しており電源３０の正の端子３０ａに電気的に接続された正のヒータリード線２４ａを含んでいる。また、ヒータ２４は、ヒータ２４と電気的に連通しており電源３０の負の端子３０ｂに電気的に接続された負のヒータリード線２４ｂを含んでいる。ヒータ２４は、単なる非限定的な例として、白金、アルミナ、パラジウムなど、ならびにこれらの金属のうちの少なくとも１つを備える混合物および合金、または任意の他の従来型ヒータを備えてもよい。ヒータ２４は、単なる非限定的な例として、材料を第３の保護絶縁層２８上に約５ミクロン〜約５０ミクロンの厚さまでスクリーン印刷することによって形成されてもよく、そこに正のヒータリード線２４ａおよび負のヒータリード線２４ｂが、ヒータ２４と同時に形成されてもよい。
【００１７】
[0017]基準ガスチャネル３２が、第１の固体電解質層１６と第２の保護絶縁層２６との間に画成されており、それにより、基準ガスチャネル３２は、単なる非限定的な例として第２の保護絶縁層２６を貫通して形成されてもよい基準ガスポート３４を通る基準ガスを受けることになる。さらに、基準ガスチャネル３２は、第１の固体電解質層１６および第２の保護絶縁層２６によって部分的に画成される。基準ガスは、単なる非限定的な例として、大気空気、または排気ストリーム１１の排気ガスとすることができる。本明細書において使用される場合、大気空気は、理解されている実質的に一定な酸素濃度約２１％を有する地球の大気中にある空気である。
【００１８】
[0018]基準チャンバ３６が、基準チャンバ３６が基準電極１４と流体連通するように、第１の固体電解質層１６と第２の保護絶縁層２６との間に画成されている。さらに、基準チャンバ３６は、第１の固体電解質層１６および第２の保護絶縁層２６によって部分的に画成されている。基準チャンバ３６は、以下でより詳細に記述されるように、基準ガスチャネル３２からポンピング（圧送）される酸素を受ける。
【００１９】
[0019]ポンプセル３８は、第１の固体電解質層１６と第２の保護絶縁層２６との間にあり、また基準ガスチャネル３２と基準チャンバ３６との間にポンプセル３８があるように、設けられる。ポンプセル３８は、基準ガスチャネル３２および基準チャンバ３６を部分的に画成する役割も果たしていることに留意すべきである。ポンプセル３８は、基準ガスチャネル３２と流体連通して配設された第１のポンプセル電極４０を含んでいる。第１のポンプセル電極４０は、ポンプセルの第１のリード線４０ａを有している。ポンプセルの第１のリード線４０ａは、第１のポンプセル電極４０と電気的に連通している。
また、ポンプセルの第１のリード線４０ａは、正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂにより、第１の電気接合部４２を形成している。図１は、正のヒータリード線２４ａで形成された第１の電気接合部４２を示している。また、ポンプセル３８は、基準チャンバ３６と流体連通して配設された第２のポンプセル電極４４を含んでおり、第２のポンプセル電極４４は、ポンプセルの第２のリード線４４ａを有している。ポンプセルの第２のリード線４４ａは、第２のポンプセル電極４４と電気的に連通している。また、ポンプセルの第２のリード線４４ａは、正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂによって、第２の電気接合部４６を形成している。第２の電気接合部４６は、第１の電気接合部４２と同じようにヒータリード線２４ａ、２４ｂで形成されている。第１の電気接合部４２は、正のヒータリード線２４ａで作られたものとして図１に示されていることから、図１は、第２の電気接合部４６も、正のヒータリード線２４ａで作られたものとして示している。しかし、第１の電気接合部４２および第２の電気接合部４６は、代替的に負のヒータリード線２４ｂで作られてもよいことが、強調されるべきである。図１に示されるように、ポンプセルの第１のリード線４０ａとポンプセルの第２のリード線４４ａは、正のヒータリード線２４ａに到達するために第２の保護絶縁層２６を貫通している。第１の電気接合部４２および第２の電気接合部４６は、正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂのうち第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間にある部分が、約０．０５Ｖから約０．７Ｖ、および好ましくは第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間で約０．２Ｖ〜約０．４Ｖの電圧降下を生成するように、正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂに沿って互いに離間している。分圧器用の式を使用して、
【００２０】
【数２】
2019117190.tif 000004
【００２１】
であることがわかっている。ここでＶｄｒｏｐ＝第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間の電圧降下、Ｖｓ＝電力供給電圧、すなわち電源３０の電圧、Ｒｘ＝正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂの第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間の区間の抵抗、Ｒｔｏｔａｌ＝正のヒータリード線２４ａと、負のヒータリード線２４ｂと、ヒータ２４と、正のヒータリード線２４ａおよび負のヒータリード線２４ｂを電源３０に接続する任意の配線との全抵抗である。電源３０が１３．５ＶおよびＲｔｏｔａｌ＝１０Ωの公称値を有する例を考える場合、正のヒータリード線２４ａまたは負のヒータリード線２４ｂの第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間の区間の抵抗は、約０．１２Ω〜約０．３Ω（約０．１２Ω乃至約０．３Ω）であり、約０．２Ｖ〜約０．４Ｖ（約０．２Ｖ乃至約０．４Ｖ）の好ましい電圧降下が達成される。また、ポンプセル３８は、第４の保護絶縁層４８と、第２の固体電解質層５０とを含んでいる。第４の保護絶縁層４８の第１の側が第１の固体電解質層１６に接触し、第２の固体電解質層５０の第１の側が、第４の保護絶縁層４８の第１の側とは反対である第４の保護絶縁層４８の第２の側に接触している。こうして、第４の保護絶縁層４８は、第１の固体電解質層１６と第２の固体電解質層５０との間で電気絶縁を提供する。第１のポンプセル電極４０および第２のポンプセル電極４４は、第４の保護絶縁層４８に接触している第２の固体電解質層５０の第１の側とは反対である第２の固体電解質層５０の第２の側と接触している。
【００２２】
[0020]第１の保護絶縁層２２、第２の保護絶縁層２６、第３の保護絶縁層２８、および第４の保護絶縁層４８は、単なる非限定的な例として、アルミナなどの誘電体材料を備えており、単なる非限定的な例として、セラミックテープ鋳造法、プラズマ噴霧堆積技法、スクリーン印刷、およびステンシリングを使用して形成されてもよい。第１の保護絶縁層２２、第２の保護絶縁層２６、第３の保護絶縁層２８、および第４の保護絶縁層４８の厚さは、約５０ミクロン〜約２００ミクロンであってもよく、以下の特徴のうちの１つまたは複数を提供してもよい。すなわち、ガスセンサ１０の様々な要素を摩耗、振動などから保護すること、ガスセンサ１０へ物理的強度を与えること、ガスセンサ１０の様々な要素を物理的に分離すること、およびガスセンサ１０の様々な要素間で電気絶縁を提供すること、である。
【００２３】
[0021]第１の固体電解質層１６および第２の固体電解質層５０は、排気ガスの物理的な通過を抑制しながら、酸素イオンの電気化学的な移動を許容することができ、ほぼ１のイオン伝導性／全伝導性の比を有し、ガスセンサ１０が利用されることになる環境（例えば最大約１０００℃）に適合性がある任意の材料から作られてもよい。第１の固体電解質層１６および第２の固体電解質層５０のための考えられる材料は、任意選択でカルシウム、バリウム、イットリウム、マグネシウム、アルミニウム、ランタン、セシウム、ガドリニウムなど、ならびにこれらのうちの少なくとも１つを備える組合せを用いて安定化することができるジルコニアを単なる非限定的な例として含む、センサ電解質として従来採用された任意の材料を備えてもよい。例えば第１の固体電解質層１６および第２の固体電解質層５０は、アルミニウムおよびイットリウムで安定化されたジルコニアとすることができる。第１の固体電解質層１６および第２の固体電解質層５０は、多くの従来の工程、例えばダイプレス、ロール圧縮、ステンシリング、スクリーン印刷、テープ鋳造技法などによって形成されてもよく、約２５ミクロン〜約５００ミクロンの厚さを有する。
【００２４】
[0022]すでに容易に明白であるように、様々な層、チャネル、チャンバの厚さは、明確にするために図では大幅に誇張されている。さらに図１は、一過性の材料、例えばガスセンサ１０の様々な層の積み重ね中に塗布されるカーボンブラックなどのカーボン材料によって形成される基準ガスチャネル３２および基準チャンバ３６を示しておらず、一過性の材料は、その後ガスセンサ１０の焼成中に焼失することに留意されたい。
【００２５】
[0023]感知電極１２、基準電極１４、第１のポンプセル電極４０、および第２のポンプセル電極４４は、
白金、パラジウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、金、およびルテニウムなどの金属、
ジルコニア、イットリア、セリア、カルシア、アルミナなどの金属酸化物、
シリコンなどの他の材料、および、
これらの触媒のうちの少なくとも１つを備える混合物および合金を含むが、これらに限定されない、酸素をイオン化することができる任意の触媒を備えることができる。
【００２６】
感知電極１２、基準電極１４、第１のポンプセル電極４０、および第２のポンプセル電極４４は、特に、スパッタリング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、またはスクリーン印刷を含む従来の技法を使用して形成することができる。ガスセンサ１０の形成に同時焼成プロセスが採用される場合には、簡易さ、経済性、および同時焼成プロセスとの適合性に起因して、電極を適切なテープ上にスクリーン印刷することが好ましい。
【００２７】
[0024]動作では、ガスセンサ１０は、感知されるガスに暴露され、この非限定的な例では、感知されるガスは内燃機関の排気ストリーム（排気流）１１である。電力は、電源３０から例えば１３．５Ｖでヒータ２４に供給され、それによりヒータ２４が、電気化学セル１８に伝達される熱を発生させる。第１の電気接合部４２と第２の電気接合部４６との間で、例えば約２００ｍＶ〜６００ｍＶの範囲の電圧降下が生じ、それにより第１のポンプセル電極４０と第２のポンプセル電極４４との間で電圧差が生じる。第１のポンプセル電極４０と第２のポンプセル電極４４との間のこの電圧差によって、電気化学的なポンピングにより、酸素イオンが第２の固体電解質層５０を通って基準ガスチャネル３２から基準チャンバ３６へポンピングされる。その結果、基準電極１４が基準チャンバ３６と流体連通していることから、基準電極１４に酸素が供給される。基準チャンバ３６の過剰な加圧を防止するために、圧力ブリード通路５２が設けられてもよく、圧力ブリード通路５２は、酸素が圧力ブリード通路５２から出られるように小さい漏れ経路を提供する。図３で最もよく見られるように、圧力ブリード通路５２は、基準チャンバ３６から基準ガスチャネル３２への流体連通を提供してもよいが、圧力ブリード通路５２は、基準ガスチャネル３２とは異なるロケーションにつながっていてもよく、例えば圧力ブリード通路５２は、基準チャンバ３６から排気ストリーム１１に戻る流体連通を提供してもよい。また、図３で最もよく見られるように、圧力ブリード通路５２は第２の保護絶縁層２６に形成されてもよいが、圧力ブリード通路５２は、代替的に他の層、または層の組合せに形成されてもよく、圧力ブリード通路５２がつながる場所に応じて形成されてもよいことを理解されたい。基準ガスチャネル３２からの基準ガスは、基準ガスチャネル３２から基準チャンバ３６へポンピングされる酸素イオンが原因で生じる圧力に起因して、すなわち、基準チャンバ３６内の圧力が基準ガスチャネル３２内の圧力よりも大きいことから、圧力ブリード通路５２を通って基準チャンバ３６へ直接通ることはできないことを理解されたい。電気化学セル１８が、ヒータ２４および排気ストリーム１１のうちの１つまたは複数からの熱によって十分に、例えば約６００℃以上の温度まで温められたとき、イオン酸素は、第１の固体電解質層１６を横切って流れることができ、ネルンストの式により起電力が生成され、その起電力が、感知電極１２に供給される酸素の濃度に基づいて変化し、その酸素の濃度は、排気ストリーム１１の酸素の濃度に依存している。その結果、排気ストリーム１１中の酸素濃度を判定するために、電圧メータ２０を使用して感知電極１２と基準電極１４との間の電圧を監視することができ、このことは、単なる非限定的な例として、排気ストリーム１１を生成する内燃機関を制御および診断するために、または、排気ストリーム１１が大気中に解放される前に排気ストリーム１１を浄化するために設けられたデバイスを制御または診断するために、有用であり得る。
【００２８】
[0025]本明細書に開示されているポンプセル３８を採用しているガスセンサ１０は、簡易化された回路および構造を実現し、コストを最小にする。より具体的には、ポンプセル３８はヒータ２４と同じ回路から電力供給されることから、ポンプセル３８を動作させるためだけの専用の回路は必要ない。さらにポンプセル３８は、第１のポンプセル電極４０および第２のポンプセル電極４４がガスセンサ１０内の単一の層上に置かれ得ることから、先行技術に比べて製造が簡易である。
【００２９】
[0026]本発明がその好ましい実施形態の観点から記述されたが、本発明はそのように制限されず、むしろ以下の特許請求の範囲に記載される範囲にのみ制限されることが意図される。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガスセンサ
１１  排気ストリーム
１２  感知電極
１２ａ  感知電極リード線
１４  基準電極
１４ａ  基準電極リード線
１６  第１の固体電解質層
２２  保護絶縁層
２２ｂ  多孔質の区分２２ｂ
２２ａ  密な区分２２ａ
２４  ヒータ
２４ａ  正のヒータリード線
２４ｂ  負のヒータリード線
２６  第２の保護絶縁層
２８  第３の保護絶縁層
２８  ヒータ
３０  電源
３０ａ  正極
３０ｂ  負極
４０  第１のポンプセル電極
４０ａ  ポンプセルの第１のリード線
４２  第１の電気接合部
４４  第２のポンプセル電極
４４ａ  ポンプセルの第２のリード線
４６  第２の電気接合部
４８  第４の保護絶縁層
５０  第２の固体電解質層
５２  圧力ブリード通路
【図１】
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【図２】
2019117190.tif 000006
【図３】
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【外国語明細書】
2019117190000001.pdf