CN108572210A - 气体传感器元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体传感器元件的制造方法，其能够维持多孔保护层的强度并且以低成本形成，并且能够确保检测部的角部的厚度。一种气体传感器元件的制造方法，对于沿轴线(O)方向延伸且在自身的前端侧具有检测部(10)的板状的气体传感器元件(100)，在该检测部的周围形成多孔保护层(20)，所述检测部(10)用于检测被测定气体中的特定气体成分，其中，通过原料粉末的加压成型形成至少最外层的多孔保护层。

Description

气体传感器元件的制造方法
技术领域
本发明涉及在气体传感器元件的检测部的周围形成多孔保护层的气体传感器元件的制造方法。
背景技术
作为提高汽车引擎等内燃机的燃油经济性、进行燃烧控制的气体传感器，公知有检测被测定气体(吸入气体、排出气体)中的氧浓度的氧传感器、空燃比传感器。
作为这样的气体传感器，一般使用具有板状的气体传感器元件的气体传感器，该气体传感器元件沿轴线方向延伸，并且在自身的前端侧具有检测部，该检测部用于检测被测定气体中的特定气体成分。另外，为了抑制排出气体中的水滴接触到检测部而施加热冲击，在检测部的周围形成有多孔保护层。
关于该多孔保护层，以往一直使用喷涂包括多孔保护层的材料的料浆的喷涂法(专利文献1)、将检测部浸渍到该料浆中的浸渍法(专利文献2)等，但多孔保护层的膜厚存在不均。因此，开发了通过将检测部收容在成型模内并注入料浆来控制膜厚的技术(专利文献3)。
专利文献1：日本特开2007-33374号公报(图5)
专利文献2：日本特开平8-50114号公报(图4)
专利文献3：日本特开2013-217733号公报(图2)
然而，在专利文献1的喷涂法的情况下，料浆向检测部的附着率低，料浆的使用量增加，导致成本上升。另外，在专利文献2的浸渍法的情况下，如图6所示，多孔保护层500的角部500R的膜厚变薄，气体传感器元件(检测部)1000的保护不充分。另外，如果想要增加角部500R的膜厚，则角部500R以外的多孔保护层500的膜厚变得过大，导致成本上升，并且，多孔保护层500变得过厚，热容增加，气体传感器元件1000的活性时间变长。
另外，在专利文献3的方法的情况下，为了将料浆注入到成型模内，需要使料浆中的液体成分(在干燥/烧制中的挥发成分)的比例增多。因此，在料浆干燥时，容易产生由收缩导致的龟裂，存在多孔保护层的强度变弱这样的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够维持多孔保护层的强度并且以低成本形成、并且能够确保检测部的角部的厚度的气体传感器元件的制造方法。
发明内容
为了解决上述课题，在本发明的气体传感器元件的制造方法中，对于沿轴线方向延伸且在自身的前端侧具有检测部的板状的气体传感器元件，在该检测部的周围形成多孔保护层，所述检测部用于检测被测定气体中的特定气体成分，其中，通过原料粉末的加压成型形成至少最外层的所述多孔保护层。
根据该气体传感器元件的制造方法，通过原料粉末的加压成型形成多孔保护层，因此，原料粉末的损失少，能够以低成本形成多孔保护层。另外，跟随加压模的空腔形状而压缩原料粉末，因此，如果将空腔的剖面形状设为与检测部的剖面形状基本相似的形状，则能够抑制多孔保护层的角部变薄，不使多孔保护层的角部以外的膜厚过大而确保多孔保护层的角部的厚度。由此，还能够抑制如下不良情况：多孔保护层的角部的膜厚变薄，检测部的保护变得不充分，或者，想要使角部的膜厚增加而角部以外的膜厚变得过大，导致成本上升，并且，气体传感器元件的活性时间变长。
进一步地，由于压缩原料粉末而形成多孔保护层，不需要做成料浆，因此，多孔保护层的强度也提高。
进一步地，通过改变加压压力，与以往的方法相比，能够使多孔保护层的强度、密度、气孔率在宽范围内变化。
在本发明的气体传感器元件的制造方法中，也可以还具有对所述原料粉末进行造粒的工序。
根据该气体传感器元件的制造方法，能够对原料粉末均匀地混合粘合剂、添加剂等，因此，多孔保护层的厚度、特性变得均匀。
在本发明的气体传感器元件的制造方法中，也可以通过使用橡胶模具的等静压制来进行所述加压成型。
根据该气体传感器元件的制造方法，加压压力均等(各向同性)地施加到橡胶模具的内部，因此，没有原料粉末的压缩不均等，多孔保护层的厚度、特性变得更均匀。
发明效果
根据本发明，得到一种能够维持多孔保护层的强度并且以低成本形成、并且确保了检测部的角部的厚度的气体传感器元件。
附图说明
图1是通过本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法制造而成的气体传感器元件的示意立体图。
图2是沿着图1的A-A线的图。
图3是示出在本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法中使用的加压成型机的一个例子的沿着上下方向的剖视图。
图4是图3的加压成型机的沿着水平方向的剖视图。
图5是示出在本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法中使用的加压成型机的另一例子的沿着水平方向的剖视图。
图6是示出以往的多孔保护层的形状的剖视图。
标号说明
10 检测部
20 多孔保护层
100 气体传感器元件
204 橡胶模具
O 轴线
具体实施方式
下面，说明本发明的实施方式。
图1是通过本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法制造而成的气体传感器元件100的示意立体图，图2是沿着图1的A-A线的图。
如图1所示，气体传感器元件100构成为沿轴线O方向延伸的板状，在前端侧具有用于检测被测定气体中的特定气体成分的检测部10，在检测部10的周围形成有多孔保护层20。气体传感器元件100等通过未图示的主体配件等组装到气体传感器。
另外，如图2所示，气体传感器元件100具备检测元件部300以及层叠于检测元件部300的加热器部200。
检测元件部300具备氧浓度检测单元130和氧泵单元140，实现根据被测定气体中的氧浓度来检测空燃比的、所谓的全区域空燃比传感器。氧浓度检测单元130由第1固体电解质体105以及形成于该第1固体电解质105的两面的第1电极104和第2电极106形成。另一方面，氧泵单元140由第2固体电解质体109以及形成于该第2固体电解质体109的两面的第3电极108、第4电极110形成。
并且，在上述氧泵单元140与氧浓度检测单元130之间形成有测定室107c，第2电极106以及第3电极108分别面对测定室107c。测定室107c在元件的宽度方向上与外部连通，在该连通部分处，配置有在规定的限速条件下实现外部与测定室107c之间的气体扩散的扩散阻力部115。
另外，第4电极110的外表面被多孔的电极保护部113a覆盖，电极保护部113a在元件的外表面露出。由此，从第4电极110经由电极保护部113a以及多孔保护层20，从外部吸入氧或者向外部抽出氧。
多孔保护层20覆盖检测元件部300与加热器部200的层叠体的外表面而形成。即，多孔保护层20覆盖设置于气体传感器元件100的前端侧部位的检测部10的整周地设置。
此外，检测部10是指检测元件部300所具有的电极104～110以及被电极104～110夹着的固体电解质体105、109，进一步地，是指测定室107c。因此，跨过检测部10的轴线O方向的最后端地覆盖多孔保护层20直至后端侧即可。
另外，多孔保护层20覆盖检测部10的整周即可，被覆设置有检测部10的检测元件部300即可，但如上述实施方式所示，在检测元件部300与加热器部200形成层叠体的情况下，多孔保护层20被覆包括检测元件部300的层叠体(气体传感器元件100的前端侧部位)。
另一方面，在气体传感器元件100不具备加热器部200的情况下，多孔保护层20被覆检测元件部300(检测部10)的整周即可。
接下来，说明本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法。
图3是示出在本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法中使用的加压成型机2000的一个例子的沿着上下方向的剖视图，图4是加压成型机2000的沿着水平方向的剖视图。
如图3所示，加压成型机2000是具备橡胶模具(橡胶模)204的冷等静压制(CIP)机，橡胶模具204设置于水槽202内，通过水槽202内的等静压力(静水压力)P1而进行加压成型。
如图4所示，橡胶模具204的内孔为矩形截面的圆筒状，在该内孔中，分离地配置气体传感器元件100的检测部10，在将多孔保护层的原料粉末20x装入到内孔与检测部10之间的空隙(空腔)之后，从外侧将静水压力P1作用于橡胶模具204，从而将橡胶模具204、进而原料粉末20x压缩，固化成多孔保护层20的形状而成型。其后，从橡胶模具204取出气体传感器元件100，对多孔保护层20进行烧制。
此外，如图3所示，将橡胶衬套208以及液压活塞206插入到橡胶模具204的上表面侧开口，气体传感器元件100的后端侧从橡胶模具204的下表面侧开口向下方突出，并且将环状的橡胶密封件210以及支撑筒212插入到两者的间隙。由此，不透液体地密封橡胶模具204的上下表面。另外，液压活塞206也由于液压P3而向下方下降，压缩橡胶模具204内的原料粉末20x。
原料粉末20x包括多孔保护层20的成分(例如，氧化铝等陶瓷粉末)以及PVA等粘合剂，进一步地，根据需要，能够含有挥发性的颗粒、润滑材料(脱模剂)、分散剂等添加剂。
如上所述，根据本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法，通过原料粉末20x的加压成型形成多孔保护层20，因此，原料粉末20x的损失少，能够以低成本形成多孔保护层。
另外，跟随加压模(在上述例子中是橡胶模具204的内孔)的空腔形状而压缩原料粉末20x，因此，如果将空腔的剖面形状设为与检测部10的剖面形状基本相似的形状，则能够抑制多孔保护层20的角部变薄，确保多孔保护层20的角部20R(参照图2)的厚度。由此，还能够抑制如下不良情况：多孔保护层20的角部的膜厚变薄，检测部10的保护不充分，或者，想要使角部的膜厚增加而角部以外的膜厚变得过大，导致成本上升，并且，气体传感器元件的活性时间变长。
例如，在图2中，多孔保护层20的角部20R的圆形部少，得到可靠地覆盖检测部10的角部的厚度。
进一步地，压缩原料粉末20x而形成多孔保护层20，因此，不需要做成料浆，因此，多孔保护层20的强度也提高。
进一步地，通过改变加压压力，与以往的方法相比，能够使多孔保护层20的强度、气孔率在宽范围内变化。
此外，如果在加压成型中使用橡胶模具204来进行等静压制，则如图4所示，将作为加压压力的静水压力P1从橡胶模具204的外侧均等(各向同性)地施加到内部，因此，存在没有原料粉末20x的压缩不均等、多孔保护层20的厚度、特性更均匀这样的优点。
另外，如果对原料粉末20x进行造粒之后用于加压成型，则能够对原料粉末20x均匀地混合粘合剂、添加剂等，因此，多孔保护层20的厚度、特性变得均匀，因此是优选的。作为造粒方法，可列举如下方法：通过喷涂干燥(喷雾干燥)法将混合有粘合剂、添加剂等的原料粉末20x的料浆向气体中进行喷雾而成为颗粒状。
此外，本发明不限于上述各实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，多孔保护层是1层，但也可以设为2层以上。在该情况下，至少对最外层的多孔保护层应用本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法即可，但当然也可以对2层以上或者所有层的多孔保护层应用本发明的实施方式的气体传感器元件的制造方法。在将多孔保护层设为2层以上的情况下，各层的材质、厚度、气孔度等也可以不同。
此外，多孔保护层的每1层的厚度不受限定，但能够设为例如100～1000μm。
另外，作为加压成型，不限于使用橡胶模具的上述等静压制，也可以将例如图5所示的模具成型机300用作加压成型机。此外，图5的纸面方向相当于与气体传感器元件100的轴线O正交的方向。
在图5中，模具成型机300具备与气体传感器元件100的四个侧面相对的4个可动模304和与气体传感器元件100的前端面相对的未图示的上部可动模以及保持各可动模的壳体部302。
并且，在由各可动模包围的内部空间分离地配置气体传感器元件100的检测部10，在将多孔保护层的原料粉末20x装入到内部空间与检测部10之间的空隙(空腔)之后，向各可动模靠近而空腔缩小的方向对各可动模施加压力P2，从而从5个方向压缩原料粉末20x，成型为多孔保护层20的形状。其后，取出气体传感器元件100，对多孔保护层20进行烧制。
在模具成型机300的情况下，压力P2不是各向同性的，但能够准确地控制各可动模的进退位置，存在多孔保护层20的尺寸精度优良这样的优点。
另外，在本实施方式中，以全区域空燃比传感器为例进行了说明，但只要是板状，则也同样地能够应用于其他氧传感器元件、NOX传感器元件、HC传感器元件等。

Claims (3)

1.一种气体传感器元件的制造方法，
对于沿轴线方向延伸且在自身的前端侧具有检测部的板状的气体传感器元件，在该检测部的周围形成多孔保护层，所述检测部用于检测被测定气体中的特定气体成分，
所述气体传感器元件的制造方法的特征在于，
通过原料粉末的加压成型形成至少最外层的所述多孔保护层。
2.根据权利要求1所述的气体传感器元件的制造方法，其特征在于，
还具有对所述原料粉末进行造粒的工序。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器元件的制造方法，其特征在于，
通过使用橡胶模具的等静压制来进行所述加压成型。
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