CN105466990B - 气体传感器、气体传感器元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器、气体传感器元件及其制造方法，抑制了由电解质部与周围部之间的间隙引起的问题且可靠性高。气体传感器元件(10)具有复合陶瓷层(111)，该复合陶瓷层(111)具有：周围部(112)，是由绝缘性陶瓷构成的板状，包含构成贯通孔(112h)的贯通孔内周面(115)；以及电解质部(121)，是由固体电解质陶瓷构成的板状，配置在贯通孔(112h)内，包含与贯通孔内周面(115)抵接的电解质外周面(125)。电解质部(121)具有电解质外周面(125)构成越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于外侧的斜面的形态，贯通孔内周面(115)与电解质外周面(125)在整周上密接而成。

Description

气体传感器、气体传感器元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及对被测定气体进行检测的气体传感器元件、具有这种气体传感器元件的气体传感器以及气体传感器元件的制造方法。

背景技术

关于气体传感器元件，例如，在专利文献1中公开有如下的气体传感器元件，该气体传感器元件具有在绝缘部件(后述的周围部)的贯通孔内配置了固体电解质体(后述的电解质部)的层(后述的复合陶瓷层)。

现有技术

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-278941号公报

但是，在上述的专利文献1的气体传感器元件中，固体电解质体(电解质部)的外周面(后述的电解质外周面)相对于绝缘部件(周围部)的表面，与大致垂直的贯通孔的内周面(后述的贯通孔内周面)相接。因此，电解质部的电解质外周面与周围部的贯通孔内周面的在厚度方向上接触的长度短，在制造时，不能充分确保电解质部的电解质外周面与周围部的贯通孔内周面之间的、厚度方向的密接长度，存在通过在它们之间产生的间隙，成为电解质部的两主面之间通过间隙而连通的气体传感器元件的情况。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，提供抑制了由电解质部与周围部之间的间隙引起的问题的可靠性高的气体传感器元件以及具有这种气体传感器元件的气体传感器。另外，提供这种气体传感器元件的制造方法。

本发明的一方式，提供一种气体传感器元件，具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有：电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，上述电解质部配置在上述贯通孔内，上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，其中，在气体传感器元件中，上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接。

在上述的气体传感器元件中，电解质体的电解质外周面的相对面与周围部的贯通孔内周面的相对面，分别具有构成越向厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面的形态，因此能够使电解质部的相对面与周围部的相对面在厚度方向上接触的长度更长。而且，贯通孔内周面和电解质外周面的相对面彼此在整周且整面上密接。因此，能够抑制在电解质部与周围部之间产生在电解质部的两主面之间连通的间隙，能够成为防止由于气体通过这种间隙流通而引起的精度降低的气体传感器元件。因此，能够成为可靠性高的气体传感器元件。

另外，在复合陶瓷层中包含电解质体的电解质外周面整体、以及周围部的贯通孔内周面整体分别成为相对面的情况。除此以外，还包含如下形态：由于电解质体与周围部之间的、厚度的不同或相互配置的偏差，在电解质体的电解质外周面和周围部的贯通孔内周面中，相比各自的相对面的厚度方向的一侧和另一侧的两方或任意一侧包含不相对的部位。

另外，关于“斜面”，在沿着电解质部的厚度方向的纵截面中，优选使电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度θ(指构成锐角(0°～90°的范围)一侧的角度)成为45°≤θ≤80°。而且，更优选为55°≤θ≤75°。当电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度θ超过80°时，相对面虽然是斜面但接近垂直，不能充分确保其密接长度。另一面，当电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度θ小于45°时，很难确保电解质部的另一侧主面的面积，设置在该另一侧主面上的电极变小，因此传感器输出变小。

另外，作为构成复合陶瓷层的周围部的材质，除了由绝缘陶瓷(例如氧化铝)构成以外，还能够使用由绝缘陶瓷和固体电解质陶瓷(例如，氧化铝与氧化锆的混合陶瓷)构成的材质。

而且，在上述的气体传感器元件中，所述电解质部是对包含所述固体电解质陶瓷的电解质片体进行烧结而成的，所述电解质片体的片体外周面构成越向片厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，所述周围部是对与上述电解质片体的上述片体外周面接触的包含所述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层进行烧结而成的。

在上述的气体传感器元件中，电解质部是对电解质片体进行烧结而成，周围部是对绝缘浆料的层进行烧结而成。而且，在进行烧结前，绝缘浆料的层与电解质片体的片体外周面相接。因此，由于在维持片体外周面的斜面形状的状态下进行烧结，因此能够使电解质部的电解质外周面的相对面可靠地成为构成上述斜面的形状。在此基础上，在构成电解质外周面的片体外周面上密接绝缘浆料的层而形成。因此，能够成为使电解质外周面和周围部的贯通孔内周面的相对面彼此在整周且整面可靠地密接的气体传感器元件。

另外，作为陶瓷浆料的材质，除了由绝缘陶瓷(例如氧化铝)构成以外，还能够使用由包含绝缘陶瓷和固体电解质陶瓷的陶瓷(例如氧化铝和氧化锆)构成的材质。

在上述的气体传感器元件中，在所述复合陶瓷层的所述厚度方向的所述一侧具有对所述电解质部进行加热的加热器。

在该气体传感器元件中，在具有越向厚度方向的一侧靠近越位于外侧的相对面(斜面)的电解质部的一侧配置有加热器。即，对于越是一侧截面积越大的电解质部，能够从其一侧通过加热器进行加热，因此容易对电解质部进行加热，能够使其更快升温和活性化。

而且，在上述的气体传感器元件中，所述气体传感器元件具有配置在所述复合陶瓷层与所述加热器之间的第2复合陶瓷层，上述第2复合陶瓷层具有：第2电解质部，是由所述固体电解质陶瓷构成的板状，包含第2电解质外周面；以及第2周围部，是由所述绝缘性陶瓷构成或由上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的第2贯通孔的第2贯通孔内周面，热传导率比上述第2电解质部高，上述第2电解质部配置在上述第2贯通孔内，上述第2电解质部的上述第2电解质外周面与上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面抵接，上述第2电解质部与上述复合陶瓷层的所述电解质部分开，在它们之间构成导入被测定气体的测定室，上述第2电解质部的上述第2电解质外周面和上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面中的彼此相对的第2相对面分别构成越向所述厚度方向的一侧靠近越位于内侧的斜面，在整周且整面上彼此密接。

在该气体传感器元件中，除了上述的复合陶瓷层以外，还具有配置在该复合陶瓷层与加热器之间的第2复合陶瓷层，第2复合陶瓷层在该第2电解质部与复合陶瓷层的电解质部之间构成测定室。另外，第2周围部的热传导率比第2电解质部高，而且，与复合陶瓷层的相对面相反，第2复合陶瓷层的第2相对面构成越向一侧靠近越位于内侧的斜面。即，在第2复合陶瓷层中的、热传导率相对高的第2周围部中，一侧(即加热器侧)的面积变大。

在该气体传感器元件中，在复合陶瓷层与加热器之间介有第2复合陶瓷层，而且，还存在测定室，因此与第2复合陶瓷层的第2电解质部相比，加热器的热很难到达复合陶瓷层的电解质部，温度很难上升。但是，在该气体传感器元件中，将从加热器发出的热，从热传导率高的第2周围部中的面积比较大的一侧的面，更多地取入到该第2周围部，能够使其高效地转移到复合陶瓷层侧。因此，与使第2相对面在厚度方向上平行、或者成为越向一侧靠近越位于外侧的斜面的情况相比，能够使复合陶瓷层的电解质部更适当地加热并升温。

而且，本发明的另一方式提供具有上述任意一个气体传感器元件的气体传感器。

上述的气体传感器具有上述的气体传感器元件，因此能够成为抑制了在电解质部与周围部之间产生间隙的可靠性高的气体传感器。

而且，本发明的另一方式，一种气体传感器元件的制造方法，该气体传感器元件具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有：电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，上述电解质部配置在上述贯通孔内，上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，其中，在气体传感器元件的制造方法中，上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接，上述气体传感器元件的制造方法包括：复合层形成工序，在由包含上述固体电解质陶瓷的坯片(greensheet)形成且成为片体外周面构成越向片厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面的形态的电解质片体的周围上，以与上述片体外周面接触的方式配置包含上述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层并进行干燥，从而形成未烧结复合陶瓷层；以及烧结工序，对上述未烧结复合陶瓷层进行烧结，形成具有上述电解质部和上述周围部的上述复合陶瓷层。

在上述的气体传感器元件的制造方法中，在复合层形成工序中，以与构成上述斜面的片体外周面接触的方式，将绝缘浆料的层配置在电解质片体的周围。由此，能够使绝缘浆料的层可靠地且以大的接触面积密接到片体外周面。因此，防止在烧结后的电解质外周面和周围部的贯通孔内周面的相对面彼此之间产生间隙，能够制造可靠性高的气体传感器元件。

另外，作为电解质片体，例如，可以例举使用打孔模具对电解质片进行冲裁的片体，使用激光束等能量束和切割刀片从电解质片切出的片体。

另外，关于“片体外周面为越向片厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面”，优选在沿着电解质片体的片厚度方向的纵截面中，电解质片体的主面与片体外周面(斜面)构成为的角度θs为45°≤θs≤80°。而且，更优选为55°≤θs≤75°。当电解质片体的主面与片体外周面的斜面构成的角度θs超过80°时，斜面大致接近垂直，不能充分确保与周围的陶瓷浆料的层之间的密接长度。另一面，当电解质片的主面与片外周面的斜面构成的角度θs小于45°时，很难确保烧结后的电解质部的另一侧主面的面积，设置在该另一侧主面上的电极变小，因此传感器输出变小。

而且，在上述的气体传感器元件的制造方法中，在所述复合层形成工序之前具有切出工序，将CW激光器的以圆锥状收敛的激光束照射到所述坯片，并且在上述坯片的扩散方向上移动，从而切出所述电解质片体。

上述的气体传感器元件的制造方法具有上述的切出工序，因此能够可靠地形成剖切面(片体外周面)成为斜面的电解质片体。因此，能够可靠地使用片体外周面成为上述的斜面的电解质片体而制造气体传感器元件。

附图说明

图1是使用了实施方式和变形方式的气体传感器元件的气体传感器的纵截面图。

图2是实施方式和变形方式的气体传感器元件的平面图。

图3是实施方式和变形方式的气体传感器元件的分解立体图(示意图)。

图4是示出实施方式的气体传感器元件的构造的纵截面说明图。

图5是实施方式的气体传感器元件的制造方法中的切出工序的说明图。

图6是实施方式的气体传感器元件的制造方法的说明图。

图7是实施方式的气体传感器元件的制造方法中的、复合层形成工序的说明图。

图8是实施方式的气体传感器元件的制造方法的说明图。

图9是示出变形方式的气体传感器元件的构造的纵截面说明图。

具体实施方式

(实施方式)

首先，对具有本实施方式的气体传感器元件10的气体传感器1进行说明。图1是沿着轴线AX剖切实施方式的气体传感器1的纵截面图。图2是实施方式的气体传感器元件10的平面图。图3是气体传感器元件10的分解立体图。图4是与图2的B-B箭头截面对应的纵截面说明图，示出气体传感器元件10的内部构造。

气体传感器1是安装在内燃机的排气管(未图示)上而使用的氧气传感器(参照图1)。该气体传感器1除了能够检测作为被测定气体的排气体中的氧气浓度的矩形板状的气体传感器元件10以外，还具有将该气体传感器元件10保持在自身的内部的筒状的主体配件20。另外，该主体配件20的、沿着轴线AX的轴线方向DA的前端侧(图1中，下方)上配置有外部保护器31和内部保护器32，在轴线方向DA的后端侧(图1中，上方)上配置有筒状的外筒51。而且，具有配置在外筒51的内侧而保持气体传感器元件10的分离器60和配置在该分离器60和气体传感器元件10之间的五个端子部件75、75、76、76、76(参照图1)。这五个端子部件75、75、76、76、76分别弹性地抵接到气体传感器元件10的后述的焊盘部14、15、16、17、18中的任意一个并电连接。

其中，主体配件20在使气体传感器元件10的前端部10s比自身更向前端侧(图1中，下方)突出，并且使气体传感器元件10的后端部10k比自身更向轴线方向DA的后端侧(图1中，上方)突出的状态下，保持气体传感器元件10。另外，金属制的外部保护器31和内部保护器32覆盖气体传感器元件10的前端部10s。外部保护器31和内部保护器32具有多个孔31h、32h，能够通过该孔31h、32h将外部保护器31的外部的被测定气体，导入到配置在内部保护器32的内侧的气体传感器元件10的前端部10s的周围。

另一面，在主体配件20的轴线方向DA的后端侧被覆有外筒51。在该外筒51内，通过保持器具79保持由绝缘陶瓷构成且将分别设置在5根引线74的前端的五个端子部件75、76彼此分开保持的分离器60。分离器60具有在轴线AX方向上贯通且插入气体传感器元件10的后端部10k的插入孔62(参照图1)。

另外，外筒51的后端侧(图1中，上方)的后端开口部51c通过插通有5根引线74的垫圈73而被闭合。

气体传感器元件10为矩形板状且以自身的中心与轴线AX一致的形态配置在气体传感器1内(参照图1)。另外，该气体传感器元件10的长度方向DL与沿着轴线AX的轴线方向DA平行，长度方向DL的前端侧DL1对应于上述的轴线方向DA的前端侧，长度方向DL的后端侧DL2对应于上述的轴线方向DA的后端侧。

气体传感器元件10在朝向厚度方向DT的另一侧DT2(图3、4中，上方)的第1元件主面10a上且后端部10k内具有三个传感器焊盘部16、17、18。另外，在朝向厚度方向一侧DT1(图3、4中，下方)的第2元件主面10b上且后端部10k内具有两个加热器焊盘部14、15。

加热器焊盘部14、15在元件10内与后述的加热器181导通并连接。另外，传感器焊盘部16在元件10内与后述的第4导体层195导通并连接，传感器焊盘部17在元件10内与后述的第1导体层150导通并连接，传感器焊盘部18在元件10内与后述的第2导体层155和第3导体层190导通并连接。

该气体传感器元件10由在厚度方向DT上层压的多个陶瓷层和导体层构成。具体地讲，如图3、图4所示，从厚度方向一侧DT1，加热器层180、第4导体层195、第2复合层131、第3导体层190、绝缘层170、第2导体层155、第1复合层111、第1导体层150以及保护层160以该顺序层压而成。

其中，第2复合层131具有：第2周围部132，是由绝缘性陶瓷(氧化铝陶瓷)构成的板状，具有在其厚度方向DT上贯通的俯视时呈矩形状的贯通孔132h；以及第2电解质部141，是由氧化锆陶瓷构成的板状，配置在第2周围部132的贯通孔132h内(参照图3)。该第2电解质部141具有朝向厚度方向另一侧DT2的电解质主面143、朝向厚度方向一侧DT1的电解质主面144(参照图4)。另外，配置在第2复合层131的厚度方向另一侧DT2(图4中，上方)的第3导体层190，由配置在第2电解质部141的电解质主面143上而且比贯通孔132h更向内侧退避的矩形状的第3电极层191和从该第3电极层191向长度方向后端侧DL2(图3、图4中右方)延伸的带状的第3延伸层192构成。配置在第2复合层131的厚度方向一侧DT1(图4中，下方)的第4导体层195，由配置在第2电解质部141的电解质主面144上而且比贯通孔132h更向内侧退避的矩形状的第4电极层196和从该第4电极层196向长度方向后端侧DL2延伸的带状的第4延伸层197构成。第4电极层196在使用时被吸入后述的测定室SP中的氧气而还作为基准氧气室发挥功能。

另一面，第1复合层111具有：第1周围部112，是由绝缘性陶瓷(氧化铝陶瓷)构成的板状，具有在其厚度方向DT上贯通的俯视时呈矩形状的贯通孔112h；以及第1电解质部121，是由氧化锆陶瓷构成的板状，配置在第1周围部112的贯通孔112h内，气密地堵住该贯通孔112h(参照图3)。其中，第1周围部112具有构成贯通孔112h的贯通孔内周面115(参照图4)。

另外，第1电解质部121具有朝向厚度方向另一侧DT2的电解质主面123、朝向厚度方向一侧DT1的电解质主面124以及抵接到第1周围部112的贯通孔内周面115的电解质外周面125(参照图4)。

第1周围部112的贯通孔内周面115中的相对面115k与第1电解质部121的电解质外周面125中的相对面125k彼此相对，而且在整周且整面上密接。

另外，配置在第1复合层111的厚度方向另一侧DT2的第1导体层150，由配置在第1电解质部121的电解质主面123上而且比第1周围部112的贯通孔112h更向内侧退避的矩形状的第1电极层151和从该第1电极层151向长度方向后端侧DL2(图3、图4中右方)延伸的带状的第1延伸层152构成。

配置在第1复合层111的厚度方向一侧DT1的第2导体层155由配置在第1电解质部121的电解质主面124上而且比贯通孔112h更向内侧退避的矩形状的第2电极层156和从该第2电极层156向后端侧DL2延伸的带状的第2延伸层157构成。

绝缘层170具有以与上述的第1复合层111的贯通孔112h和第2复合层131的贯通孔132h重叠的方式贯通自身的矩形状的贯通孔170h。该贯通孔170h除了绝缘层170以外被第1复合层111(第1电解质部121)和第2复合层131(第2电解质部141)包围而构成中空的测定室SP(参照图4)。该绝缘层170由本体部171和两个多孔质部172、172构成，该本体部171由致密的氧化铝构成，两个多孔质部172、172由多孔质陶瓷构成，分别形成在贯通孔170h中的沿着长度方向DL延伸的边，向元件10的外侧露出(参照图3)。该多孔质部172是以预定的限速条件将被测定气体从元件10的外部导入到测定室SP内的扩散限速层。

另外，在第1复合层111的另一侧DT2，覆盖第1导体层150而层压有保护层160。该保护层160由覆盖第1电极层151和第1电解质部121的多孔质部162、包围该多孔质部162并与第1周围部112重叠而对其进行保护的保护部161构成(参照图3)。

如图3所示，在保护部161中，在朝向另一侧DT2的第1主面160a(上述的第1元件主面10a)上且长度方向后端侧DL2，配置有上述的三个传感器焊盘部16、17、18。传感器焊盘部16通过形成在贯通孔161m、112m、171m、132m内的通孔导体BC与第4延伸层197的后端侧DL2的后端部197e导通，该贯通孔161m、112m、171m、132m贯通保护层160、第1复合层111、绝缘层170以及第2复合层131。传感器焊盘部17通过形成在贯通保护层160的贯通孔161n内的通孔导体BC，与第1延伸层152的后端侧DL2的后端部152e导通(参照图3)。而且，传感器焊盘部18通过形成在贯通保护层160、第1复合层111以及绝缘层170的贯通孔161p、112p、171p内的通孔导体BC，与第2延伸层157的后端部157e和第3延伸层192的后端部192e导通(参照图3)。

加热器层180具有比第1复合层111更位于一侧DT1且由氧化铝构成的两个板状的绝缘层182、183和埋设在它们之间的主要由Pt构成的加热器181(参照图3、图4)。加热器181分别连接在蛇行状的发热部181d和该发热部181d的两端，由以直线状延伸的第1引线部181b和第2引线部181c构成。第1引线部181b的后端部181e通过形成在贯通绝缘层183的贯通孔183m内的通孔导体BC与加热器焊盘部14导通，第2引线部181c的后端部181f通过形成在贯通孔183n内的通孔导体BC与加热器焊盘部15导通(参照图3)。通过使该加热器181通电，对第1复合层111的第1电解质部121和第2复合层131的第2电解质部141进行加热并使其活性化，从而使其作为气体传感器元件10发挥功能。

另外，在本实施方式的气体传感器元件10中，预先向第4电极层196供给氧气而形成基准氧气室。在此基础上，以在夹着第2电解质部141的第3电极层191与第4电极层196之间产生的电位差成为预定的值(测定室SP内的氧气浓度恒定)的方式，调整在夹着第1电解质部121的第1电极层151与第2电极层156之间流过的电流的方向和大小，使得在第1电解质部121中从测定室SP将氧气吸出到多孔质部162或者相反从多孔质部162将氧气吸入到测定室SP。另外，在第1电极层151与第2电极层156之间流过的电流的大小、和通过多孔质部172流入到测定室SP内的被测定气体中的氧气浓度成比例，因此能够从该电流的大小检测被测定气体中的氧气浓度。

其中，在本实施方式的气体传感器元件10中，第1复合层111具有以下的特征。即，在第1电解质部121的电解质外周面125和第1周围部112的贯通孔内周面115中的彼此相对的相对面115k、125k，构成越向厚度方向一侧DT1(图4中，下方)靠近越位于第1电解质部121的外侧的斜面(参照图4)。另外，如该图4所示，在本实施方式的第1电解质部121中，位于厚度方向DT的一侧DT1的电解质主面124与电解质外周面125的相对面(斜面)125k构成的角度θ为70°。

而且如上所述，第1周围部112的贯通孔内周面115的相对面115k与第1电解质部121的电解质外周面125的相对面125k彼此相对，而且，在整周且整面上无间隙地密接(参照图3)。

该第1电解质部121是对具有构成与上述的电解质外周面125同样的斜面的片体外周面225(后述)的电解质片体221(后述)进行烧结而成。另一面，第1周围部112是对被电解质片体221的片体外周面225湿式接触的状态的绝缘浆料层212(后述)进行烧结而成。

如以上所述，本实施方式的气体传感器元件10具有电解质外周面125和贯通孔内周面115的相对面125k、115k构成越向厚度方向一侧DT1靠近越位于第1电解质部121的外侧的斜面的形态。因此，能够使第1电解质部121的相对面125k与第1周围部112的相对面115k在厚度方向DT上接触的长度更长。而且，贯通孔内周面115和电解质外周面125的相对面115k、125k彼此在整周且整面上密接。因此，能够抑制在第1电解质部121与第1周围部112之间产生在第1电解质部121的两主面123、124之间连通的间隙，能够成为防止了由通过这样的间隙的气体的流通引起的精度降低的气体传感器元件10。因此，能够成为可靠性高的气体传感器元件10。

另外，第1电解质部121是对电解质片体221进行烧结而成，第1周围部112是对绝缘浆料层212进行烧结而成。而且，在烧结前，绝缘浆料层212与电解质片体221的片体外周面225接触。因此，由于在维持片体外周面225的斜面的形状的状态下进行烧结，因此能够使第1电解质部121的电解质外周面125的相对面125k可靠地成为构成上述的斜面的形状。在此基础上，在构成电解质外周面125的片体外周面225上密接形成绝缘浆料层212。因此，能够成为使电解质外周面125和第1周围部112的贯通孔内周面115的相对面125k、115k在整周且整面上可靠地密接的气体传感器元件10。

另外，本实施方式的气体传感器1具有上述的气体传感器元件10，因此能够成为抑制了在第1电解质部121与第1周围部112之间产生间隙的可靠性高的气体传感器1。

而且，在该气体传感器元件10中，在具有越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于外侧的相对面125k(斜面)的第1电解质部121的一侧DT1(在图3中下方)，配置有加热器181。即，对于越是一侧DT1截面积越变大的第1电解质部121，能够通过加热器181从其一侧DT1进行加热。因此，容易加热第1电解质部121，与相对面的倾斜相反的情况相比，能够使其更快升温且活性化。

接着，参照图5～图8对本实施方式的气体传感器1中的气体传感器元件10的制造方法进行说明。另外，在本实施方式中，对于表示下述的电解质片体221等的厚度方向中使用了片厚度方向DZ。

首先，进行如下的切出工序：从由固体电解质陶瓷构成的电解质片(坯片)221B切出电解质片体221，该电解质片体221具有构成与上述的电解质外周面125同样的形态的斜面的片体外周面225。

在该切出工序中，使用CW激光器(具体地讲，YAG激光器)的激光束LB，从电解质片221B切出电解质片体221。具体地讲，将上述激光束LB垂直地照射到主面221X。并且，使该激光束LB与电解质片221B的扩散方向(例如，图5的(a)中的第1方向DX和第2方向DY)平行地移动并连续地进行照射。

在本实施方式中，由于使激光束LB具有以圆锥状收敛的形状，因此如图5的(b)所示，所切出的电解质片体221的剖切面(片体外周面225)成为角度θs＝70°的斜面。另外，在使用该电解质片体221形成未烧结第1复合层211时，使电解质片体221与图5的(b)反转(上下相反)而使用。在图5的(b)中，将该电解质片体221中的、朝向另一侧(上方)的主面作为电解质片主面223，将朝向一侧(下方)且比电解质片主面223宽的面积的主面作为电解质片主面224。

接着，准备未烧结保护层260。该未烧结保护层260具有在烧结后成为多孔质部162的未烧结多孔质部262以及包围该未烧结多孔质部262且在烧结后成为保护部161的未烧结保护部261。另外，在未烧结保护部261的后端侧DL2(在图6中右方)设置有上述的贯通孔161m、161n、161p。

在该未烧结保护层260的一个主面上形成有未烧结第1导体层250(参照图6)。具体地讲，以未烧结第1电极层251位于未烧结多孔质部262上的方式，通过公知的丝网印刷法形成未烧结第1导体层250(参照图6)。接着，在将包含固体电解质陶瓷的电解质浆料层CP，以覆盖未烧结第1导体层250的未烧结第1电极层251和未烧结保护层260的未烧结多孔质部262的方式进行了涂布的基础上，进一步重叠电解质片体221。另外，电解质浆料层CP包含与电解质片体221相同的固体电解质陶瓷，用于使未烧结第1电极层251和未烧结多孔质部262与电解质片体221粘结。在将电解质片体221重叠在未烧结多孔质部262等上时，将电解质片体221的电解质片主面223朝向电解质浆料层CP(朝向下方)而配置(参照图6)。

接着，如图7所示，进行在电解质片体221的周围配置绝缘浆料层212而形成未烧结第1复合层211的复合层形成工序。

具体地讲，使包含绝缘性陶瓷的绝缘浆料覆盖未烧结保护层260和未烧结第1导体层250，并且以与电解质片体221的片体外周面225湿式接触的方式进行涂布并干燥，从而形成绝缘浆料层212(参照图7)。另外，在进行涂布时，具有流动性的绝缘浆料与构成上述的斜面的片体外周面225湿式接触，因此在干燥后，也能够使绝缘浆料层212可靠地且以大的接触面积密接到片体外周面225。

因此，在未烧结保护层260上形成由电解质片体221和绝缘浆料层212构成的未烧结第1复合层211(参照图7)。

而且，在形成于未烧结保护层260上的未烧结第1复合层211上形成未烧结第2导体层255。具体地讲，以未烧结第2电极层256位于电解质片体221的电解质片主面224上且未烧结第2延伸层257位于绝缘浆料层212上的方式，通过丝网印刷法形成未烧结第2导体层255(参照图8)。其中，在图8中，以与图7反转(上下相反)的状态示出未烧结保护层260、未烧结第1复合层211、未烧结第2导体层255等。另外，在图8中，图8中，将上下方向作为片厚度方向DZ，在图中，将从下方朝向上方的方向作为片厚度方向DZ的另一侧DZ2，相反在图中，将从上方朝向下方的方向作为片厚度方向DZ的一侧DZ1。另外，与此相反，在图6、图7中，将从下方朝向上方的方向作为片厚度方向DZ的另一侧DZ2，相反在图中，将从上方朝向下方的方向作为片厚度方向DZ的一侧DZ1。于是，在图6～图8中，未烧结第1复合层211具有构成越向片厚度方向DZ的一侧DZ1靠近越位于电解质片体221的外侧的斜面的片体外周面225。

接着，通过公知的方法，在由绝缘性坯片(未图示)构成的未烧结周围部232的片贯通孔232h内，形成配置有由上述的电解质片221B构成的矩形板状的未烧结电解质部241的未烧结第2复合层231。另外，未烧结周围部232在烧结后成为第2周围部132，未烧结电解质部241在烧结后成为第2电解质部141。

之后，在未烧结周围部232上形成了贯通孔132m的基础上，使用丝网印刷在未烧结第2复合层231的两主面上形成未烧结第3导体层290和未烧结第4导体层295(参照图8)。具体地讲，未烧结第3导体层290的未烧结第3电极层291位于上述的未烧结第2复合层231的朝向未烧结电解质部241的另一侧DZ2的电解质主面243上，以未烧结第3延伸层292位于未烧结周围部232上的方式，形成在朝向未烧结第2复合层231的另一侧DZ2的第1主面231a上。另外，未烧结第4导体层295的未烧结第4电极层296位于朝向未烧结电解质部241的一侧DZ1的电解质主面244上，以未烧结第4延伸层297位于未烧结周围部232上的方式，形成在朝向未烧结第2复合层231的一侧DZ1的第2主面231b上。

除此以外，在未烧结绝缘层283上形成贯通孔183m、183n，在未烧结绝缘层270的未烧结本体部271上形成贯通孔171m、171n。另外，形成未烧结绝缘层270，除了通过烧结而成为致密的本体部171的未烧结本体部271以外，由通过烧结成为多孔质的多孔质部172的未烧结多孔质部272构成，具有矩形状的贯通孔270h。其中，未烧结多孔质部272构成贯通孔270h中的向长度方向DL延伸的两边的一部分，向侧方(与长度方向DL和片厚度方向DZ垂直的方向)露出。另外，还能够通过丝网印刷法将该未烧结绝缘层270(未烧结本体部271、未烧结多孔质部272)形成在未烧结第1复合层211上或者未烧结第2复合层231上。

接着，如图8所示，将未烧结绝缘层283、未烧结加热器281、未烧结绝缘层282、未烧结第2复合层231、未烧结绝缘层270以及层压有未烧结保护层260的未烧结第1复合层211以该顺序进行层压而形成未烧结元件210。

之后，在该未烧结元件210的各贯通孔内配置未烧结通孔导体(未图示)，而且，以从未烧结元件210的外侧闭合各贯通孔的方式，使用丝网印刷法将未烧结焊盘部(未图示)形成在未烧结元件210上。

接着，进行了对包含未烧结第1复合层211(电解质片体221、绝缘浆料层212)的未烧结元件210进行烧结的烧结工序。

电解质片体221是以维持片体外周面225的斜面的形状的状态被烧结。由此，制作了如下的气体传感器元件10，该气体传感器元件10具有第1复合层111，该第1复合层111具有包含斜面(电解质外周面125的相对面125k和与此相对的贯通孔内周面115的相对面115k)的第1电解质部121和第1周围部112(参照图2、图3)。

在本实施方式的气体传感器元件10的制造方法中，在复合层形成工序中，以与构成上述的斜面、即越向电解质片221B的片厚度方向一侧DZ1(在图6、图7中，上方，在图8中，下方)靠近越位于电解质片体221的外侧的斜面的片体外周面225接触的方式，将绝缘浆料层212配置在电解质片体221的周围。由此，能够使绝缘浆料层212可靠地且以大的接触面积密接到片体外周面225。因此，防止烧结后的电解质外周面125和第1周围部112的贯通孔内周面115的相对面125k、115k彼此之间产生间隙，能够制造可靠性高的气体传感器元件10。

另外，通过复合层形成工序之前的切出工序，能够可靠地形成剖切面(片体外周面225)成为上述的斜面的电解质片体221。因此，能够可靠地使用片体外周面225成为上述的斜面的电解质片体221而制造气体传感器元件10。

(变形方式)

如图4所示，在上述的实施方式的气体传感器1中，仅使气体传感器元件10的两个复合层111、131中的、第1复合层111中的第1电解质部121与第1周围部112之间的相对面115k、125k成为越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于外侧的斜面。即，第2复合层131的第2电解质部141与第2周围部132之间的第2相对面135k、145k成为与厚度方向DT平行的面。

相对于此，在本变形方式的气体传感器301的气体传感器元件310中，如图9所示，除了第1复合层111以外，使第2复合层331的第2电解质部341与第2周围部332之间的第2相对面335k、345k成为斜面。而且，与第1复合层111相反，在使第2相对面335k、345k成为越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于内侧的斜面的点上不同。因此，以与实施方式不同的部分为中心对本变形方式进行说明，对于相同的部分，使用相同的标号，省略或简化说明。

如上所述，本变形方式的气体传感器301的气体传感器元件310是从厚度方向一侧DT1将加热器层180、第4导体层195、第2复合层331、第3导体层190、绝缘层170、第2导体层155、第1复合层111、第1导体层150以及保护层160以该顺序进行层压而成。其中，除了第2复合层331的各层具有与实施方式的气体传感器元件10相同的结构。

另一面，第2复合层331与实施方式的第2复合层131同样，具有：第2周围部332，是由绝缘性陶瓷(氧化铝陶瓷)构成的板状，具有在其厚度方向DT上贯通的俯视时呈矩形状的贯通孔332h；以及第2电解质部341，是由氧化锆陶瓷构成的板状，配置在第2周围部332的贯通孔332h内(参照图3)。第2电解质部341配置在第2周围部332的贯通孔332h内，第2电解质部341的第2电解质外周面345与第2周围部332的第2贯通孔内周面335抵接。如能够从图3、图9容易理解，该第2复合层331配置在第1复合层111与加热器181之间。第1复合层111与第2复合层331隔着绝缘层170而分开。因此，第2复合层131的第2电解质部341与第1复合层111的第1电解质部121分开，在它们之间构成导入被测定气体的测定室SP。

在该气体传感器元件10中，第1复合层111中的第1电解质部121的电解质外周面125与第1周围部112的贯通孔内周面115中的彼此相对的相对面115k、125k，构成越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于“外侧”的斜面，在整周且整面上彼此密接而成。

除此以外，第2复合层331中的第2电解质部341的电解质外周面345与第2周围部332的贯通孔内周面335中的彼此相对的第2相对面335k、345k，构成越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于“内侧”的斜面。即，在第2复合层331中的、热传导率相对高的第2周围部332中，厚度方向DT的一侧DT1(即加热器181侧)的面积变大。

另外，如图9所示，在本变形方式的第2电解质部341中，位于厚度方向DT的一侧DT1的电解质主面344与电解质外周面345的第2相对面(斜面)345k构成的角度θ2(锐角侧的角度)为70°。

另外，构成第1周围部112、第2周围部332的氧化铝陶瓷(热传导率σp＝20～30(W/mK))的热传导率比构成第1电解质部121、第2电解质部341的氧化锆陶瓷(热传导率σs＝3(W/mK))的热传导率高。即，在第2复合层331中，在其中的热传导率相对高的第2周围部332中，厚度方向DT的一侧DT1(即加热器181侧)的面积变大。

在上述的实施方式和本变形方式的气体传感器元件10、310(参照图4、图9)中，在第1复合层111与加热器181之间介有第2复合层131、331，而且还介有作为空隙的测定室SP。因此，与第2复合层131、331的第2电解质部141、341相比，来自加热器181的热很难到达第1复合层111的第1电解质部121，温度很难上升。

因此，在实施方式和本变形方式的气体传感器元件10、310中，如上所述，使相对面115k、125k成为越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于“外侧”的斜面，传递比第1电解质部121更多的热。

除此以外，在本变形方式的气体传感器元件310中，在第2复合层331中，使第2相对面335k、345k成为越向厚度方向DT的一侧DT1靠近越位于“内侧”的斜面。于是，能够从与第2周围部332中的、朝向厚度方向DT的另一侧DT2的另一面332r相比面积比较大的、朝向厚度方向DT的一侧DT1的一面332s，将从加热器181发出的热更多地取入到该第2周围部332，从另一面332r通过绝缘层170而高效地转移到第1复合层111侧。因此，如上述的实施方式所述，与使第2相对面135k、145k与厚度方向DT平行的情况、或者越向一侧DT1靠近越位于“外侧”的斜面的情况相比，能够使第1复合层111的第1电解质部121更适当地加热并升温。

另外，第2电解质部341靠近加热器181，因此能够容易加热并升温。

另外，第2周围部332的第2贯通孔内周面335的第2相对面335k与第2电解质部341的第2电解质外周面345的第2相对面345k彼此相对而构成斜面，而且，在整周且整面上无间隙地密接(参照图3)。因此，能够成为抑制了在第2电解质部341与第2周围部332之间产生间隙的可靠性高的气体传感器301。

另外，第2复合层331只要与实施方式中的第1复合层111同样形成即可，因此简单进行说明。首先，对由固体电解质陶瓷构成的电解质片(坯片)照射以圆锥状收敛的激光束LB，切出所切出的剖切面成为角度θs＝70°的斜面的第2电解质片体。之后，在第2电解质片体的周围以与第2电解质片体的外周面湿式接触的方式涂布包含绝缘性陶瓷的绝缘浆料而进行干燥，从而形成绝缘浆料层(参照图7)。于是，在进行涂布时，具有流动性的绝缘浆料与构成上述的斜面的片体外周面225湿式接触，因此在干燥后，也可以使绝缘浆料层可靠地且以大的接触面积密接到电解质片体的片体外周面。

以上，虽然根据实施方式和变形方式对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式等，当然可以在不脱离其要旨的范围内适当进行变更而应用。

在本实施方式中，关于具有两个复合陶瓷层(第1复合层111、第2复合层131)的气体传感器元件10中的第1复合层111，例示了使电解质外周面125的相对面125k成为越向一侧DT1靠近越位于“外侧”的斜面的形态。另外在变形方式中，关于具有两个复合陶瓷层(第1复合层111、第2复合层331)的气体传感器元件310中的第1复合层111，例示了成为使电解质外周面125的相对面125k越向一侧DT1靠近越位于“外侧”的斜面的形态，关于第2复合层331，例示了成为使第2电解质外周面345的第2相对面345k越向一侧DT1靠近越位于“内侧”的斜面的形态。

但是，关于第1复合层、第2复合层，也可以是使电解质外周面、第2电解质外周面分别成为越向一侧靠近越位于“外侧”的斜面、越向一侧靠近越位于“内侧”的斜面的元件。如果是该元件，则能够使电解质部(第1电解质部、第2电解质部)的相对面与周围部(第1周围部、第2周围部)的相对面在厚度方向上接触的长度更长。而且，贯通孔内周面和电解质外周面的相对面彼此在整周且整面上密接，因此能够抑制在电解质部与周围部之间产生连通电解质部的两主面之间的间隙。

另外，虽然示出了对具有两个复合陶瓷层的气体传感器元件应用了本发明的例子，但是也可以应用到具有一个复合陶瓷层的气体传感器元件、或具有三个复合陶瓷层的气体传感器元件。另外，关于具有三个复合陶瓷层的气体传感器元件，只要将至少一个复合陶瓷层的电解质部中的电解质外周面成为上述的斜面的形态即可。

而且，作为第1、第2复合层的第1、第2周围部的材质，使用了绝缘陶瓷(氧化铝陶瓷)，但是也能够使用氧化铝与氧化锆的混合陶瓷。

另外，在本实施方式中示出了如下的例子：构成第1复合层(复合陶瓷层)111的第1电解质部(电解质部)121和第1周围部(周围部)112具有相同的厚度，第1电解质部121的电解质外周面125的整体构成相对面125k，第1周围部112的贯通孔内周面115的整体构成相对面115k。但是，由于电解质部与周围部的厚度不同，或者，电解质部与周围部的厚度方向的位置不同，还存在电解质外周面的一部分成为相对面、或者贯通孔内周面的一部分成为相对面的形态。

Claims (7)

1.一种气体传感器元件，具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有：

电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及

周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，

上述电解质部配置在上述贯通孔内，

上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，

其中，

上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧前进越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接，

在沿着上述电解质部的厚度方向的纵截面中，上述电解质部的一侧主面与上述电解质外周面的上述相对面构成的角度θ处于45°≤θ≤80°的范围。

2.根据权利要求1所述的气体传感器元件，其中，

所述电解质部是对包含所述固体电解质陶瓷的电解质片体进行烧结而成的，所述电解质片体的片体外周面构成越向片厚度方向的一侧前进越位于外侧的斜面，

所述周围部是对与上述电解质片体的上述片体外周面接触的包含所述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层进行烧结而成的。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器元件，其中，

在所述复合陶瓷层的所述厚度方向的所述一侧具有对所述电解质部进行加热的加热器。

4.根据权利要求3所述的气体传感器元件，其中，

所述气体传感器元件具有配置在所述复合陶瓷层与所述加热器之间的第2复合陶瓷层，

上述第2复合陶瓷层具有：

第2电解质部，是由所述固体电解质陶瓷构成的板状，包含第2电解质外周面；以及

第2周围部，是由所述绝缘性陶瓷构成或由上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的第2贯通孔的第2贯通孔内周面，所述第2周围部的热传导率比上述第2电解质部高，

上述第2电解质部配置在上述第2贯通孔内，

上述第2电解质部的上述第2电解质外周面与上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面抵接，

上述第2电解质部与上述复合陶瓷层的所述电解质部分开，在上述第2电解质部与上述复合陶瓷层的所述电解质部之间构成导入被测定气体的测定室，

上述第2电解质部的上述第2电解质外周面和上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面中的彼此相对的第2相对面分别构成越向所述厚度方向的一侧前进越位于内侧的斜面，在整周且整面上彼此密接。

5.一种气体传感器，具有权利要求1～4中的任意一项所述的气体传感器元件。

6.一种气体传感器元件的制造方法，该气体传感器元件具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有：

电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及

周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，

上述电解质部配置在上述贯通孔内，

上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，

其中，

上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧前进越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接，

上述气体传感器元件的制造方法包括：

复合层形成工序，在由包含上述固体电解质陶瓷的坯片形成且成为片体外周面构成越向片厚度方向的一侧前进越位于外侧的斜面的形态的电解质片体的周围，以与上述片体外周面接触的方式配置包含上述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层并进行干燥，从而形成未烧结复合陶瓷层；以及

烧结工序，对上述未烧结复合陶瓷层进行烧结，形成具有上述电解质部和上述周围部的上述复合陶瓷层。

7.根据权利要求6所述的气体传感器元件的制造方法，其中，

在所述复合层形成工序之前具有切出工序，将CW激光器的以圆锥状收敛的激光束照射到上述坯片，并且在上述坯片的扩展方向上移动，从而切出所述电解质片体。