DE102017200697A1 - Laminated gas sensor element, gas sensor and method for producing a laminated gas sensor element - Google Patents

Laminated gas sensor element, gas sensor and method for producing a laminated gas sensor element Download PDF

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Ai IGARASHI
Masaki Mizutani
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Abstract

[Ziel] Bei einem laminierten Gassensorelement kann eine große Spannung zwischen einer Elektrode und einem Festelektrolyten während des Brennens erzeugt werden. Wenn in diesem Fall der Festelektrolyt der Belastung nicht standhalten kann, kann der Festelektrolyt reißen und ein internes Brechen auftreten. [Mittel zur Lösung] Das laminierte Gassensorelement umfasst eine Mehrzahl von plattenförmigen Keramikkörpern, einschließlich eines plattenförmigen Aluminiumoxidkörpers, der Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält, wobei die plattenförmigen Keramikkörper übereinander laminiert sind. Das laminierte Gassensorelement weist einen Gasdetektionsabschnitt auf, der eine Festelektrolytzelle umfasst, und die Festelektrolytzelle umfasst einen Festelektrolytabschnitt, der Zirkoniumdioxid als eine Hauptkomponente enthält, und zwei Elektroden, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts angeordnet sind. Eine poröse Polsterschicht oder eine Polsterungsschicht, die eine größere Menge an Zirkoniumdioxid als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper enthält, ist in wenigstens einem Teil eines rahmenförmigen Umfangsbereichs entlang des Umfangs von mindestens einer der beiden Elektroden angeordnet, um zwischen dem Festelektrolytabschnitt und der einen der beiden Elektroden zu sein.[Objective] In a laminated gas sensor element, a large voltage can be generated between an electrode and a solid electrolyte during firing. In this case, if the solid electrolyte can not withstand the load, the solid electrolyte may crack and internal cracking occur. [Means for Solving] The laminated gas sensor element comprises a plurality of plate-shaped ceramic bodies including a plate-shaped alumina body containing alumina as a main component, the plate-shaped ceramic bodies being laminated one on another. The laminated gas sensor element has a gas detection portion including a solid electrolyte cell, and the solid electrolyte cell includes a solid electrolyte portion containing zirconia as a main component and two electrodes disposed on opposite surfaces of the solid electrolyte portion. A porous cushion layer or a cushioning layer containing a larger amount of zirconia than the plate-shaped alumina body is disposed in at least a part of a frame-shaped peripheral portion along the circumference of at least one of the two electrodes to be between the solid electrolyte portion and the one of the two electrodes ,

Description

[Technischen Bereich][Technical area]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes Gassensorelement und einen Gassensor, der dieses verwendet.The present invention relates to a laminated gas sensor element and a gas sensor using the same.

[Stand der Technik][State of the art]

Ein Gassensor wird verwendet, um die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente im Abgas von einem Verbrennungsmotor zu messen. Bei einigen bekannten Gassensoren wird ein laminiertes Gassensorelement verwendet, das durch Laminieren einer Vielzahl von langen, plattenförmigen Keramikschichten (z. B. Festelektrolyt- und Aluminiumoxid-Substrate) hergestellt wird (Patentdokumente 1 und 2). Ein Gasdetektionsabschnitt, der Messkammern umfasst, ist in einem vorderen Endabschnitt des laminierten Gassensorelements angeordnet, um die Konzentration einer zu messenden Gaskomponente zu erfassen. Der Gasdetektionsabschnitt enthält Festelektrolytzellen, die jeweils einen Festelektrolyt und Elektroden aufweisen, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolyten angeordnet sind.A gas sensor is used to measure the concentration of a specific gas component in the exhaust gas from an internal combustion engine. In some known gas sensors, a laminated gas sensor element made by laminating a plurality of long plate-shaped ceramic layers (e.g., solid electrolyte and alumina substrates) is used (Patent Documents 1 and 2). A gas detection portion including measurement chambers is disposed in a front end portion of the laminated gas sensor element to detect the concentration of a gas component to be measured. The gas detection section includes solid electrolyte cells each having a solid electrolyte and electrodes disposed on opposite surfaces of the solid electrolyte.

Im Allgemeinen wird ein laminiertes Gassensorelement durch Herstellen einer Vielzahl von langen, plattenförmigen Keramikschichten, Laminieren der Keramikschichten und Brennen des gesamten Laminats gebildet. Eine keramische Schicht, die einen Gasdetektionsabschnitt enthält, wird durch Aufbringen oder Drucken eines Elektrodenmaterials, wie einer elektrisch leitfähigen Paste, auf einem Festelektrolyten hergestellt und dann zusammen mit anderen keramischen Schichten laminiert und das Laminat wird dann gebrannt.In general, a laminated gas sensor element is formed by forming a plurality of long plate-shaped ceramic layers, laminating the ceramic layers, and firing the entire laminate. A ceramic layer containing a gas detection portion is prepared by applying or printing an electrode material such as an electrically conductive paste on a solid electrolyte, and then laminated together with other ceramic layers, and the laminate is then fired.

[Stand der Technik][State of the art]

[Patentdokumente][Patent Documents]

  • [Patentdokument 1] Japanische offengelegte Patentanmeldung (kokai) Nr. 2010-145214 [Patent Document 1] Japanese Laid-Open Patent Application (kokai) No. 2010-145214
  • [Patentdokument 2] Japanische offengelegte Patentanmeldung (kokai) Nr. 2014-149287 [Patent Document 2] Japanese Laid-Open Patent Application (kokai) No. 2014-149287

[Zusammenfassung der Erfindung]Summary of the Invention

[Durch die Erfindung zu lösendes Problem][Problem to be Solved by the Invention]

Im Allgemeinen ist das Schrumpfungsverhältnis des Elektrodenmaterials während des Brennens stark verschieden von dem des festen Elektrolyten, und daher kann eine große Spannung zwischen jeder Elektrode und dem festen Elektrolyten während des Brennens des laminierten Gassensorelements erzeugt werden. Wenn in diesem Fall der Festelektrolyt der Belastung nicht standhalten kann, wird der Festelektrolyt zerrissen und es tritt ein internes Brechen auf. Das interne Brechen kann zu Problemen wie einer Verringerung der Haltbarkeit des Sensorelements und einer abormalen Ausgabe führen.In general, the shrinkage ratio of the electrode material during firing is greatly different from that of the solid electrolyte, and therefore, a large voltage can be generated between each electrode and the solid electrolyte during firing of the laminated gas sensor element. In this case, if the solid electrolyte can not withstand the load, the solid electrolyte is ruptured and internal breakage occurs. The internal breakage can lead to problems such as a reduction of the durability of the sensor element and an abnormal output.

[Mittel zur Lösung der Probleme][Means for Solving the Problems]

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen und kann in den folgenden Modi ausgeführt werden.

  • (1) Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein laminiertes Gassensorelement vorgesehen mit einer Mehrzahl plattenförmigen Keramikkörpern, umfassend einen plattenförmigen Aluminiumoxidkörper, der Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält, wobei die Mehrzahl der plattenförmigen Keramikkörper übereinander laminiert sind. Das laminierte Gassensorelement weist einen Gasdetektionsabschnitt mit einer Festelektrolytzelle auf, wobei die Festelektrolytzelle einen Festelektrolytabschnitt enthält, der Zirkoniumdioxid (Zirkonia) als eine Hauptkomponente und zwei Elektroden enthält, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts angeordnet sind. Das das laminierte Gassensorelement weist ferner eine Polsterschicht auf, die zumindest an einem Teil eines rahmenförmigen Umfangsbereiches entlang eines Umfangs von mindestens einer der beiden Elektroden angeordnet ist, sodass diese zwischen dem Festelektrolytabschnitt und zumindest einer der beiden Elektroden liegt, wobei die Polsterschicht porös ist oder eine größere Menge an Zirkoniumdioxid enthält als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper. Bei diesem laminierten Gassensorelement ist die Polsterschicht in mindestens einem Bereich des rahmenförmigen Umfangsbereichs entlang des Umfangs von mindestens einer der beiden Elektroden angeordnet, um zwischen dem Festelektrolytabschnitt und der einen der beiden Elektroden einzugreifen. Daher kann die zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt erzeugte Spannung entspannt werden, und das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt kann unterdrückt werden.
  • (2) Bei dem oben beschriebenen laminierten Gassensorelement, kann die Polsterschicht porös sein. In dieser Konfiguration kann die Spannung, die zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt erzeugt wird, weiter entspannt werden, da die verwendete Polsterschicht porös ist.
  • (3) Bei dem oben beschriebenen laminierten Gassensorelement kann die Polsterschicht aus einem keramischen Material gebildet sein, das Zirkoniumdioxid als eine Hauptkomponente und Aluminiumoxid als Zubehörkomponente enthält. Da die Polsterschicht aus dem keramischen Material aufgebaut ist, das Zirkoniumdioxid als eine Hauptkomponente und Aluminiumoxid als eine Zusatzkomponente enthält, kann die Polsterschicht in dieser Konfiguration als ein Festelektrolyt ähnlich dem Festelektrolytabschnitt fungieren, so dass die Leistung der Festelektrolytzelle verbessert wird.
  • (4) Bei dem oben beschriebenen laminierten Gassensorelement kann an der einen der beiden Elektroden, die auf dem Festelektrolytabschnitt über die Polsterschicht angeordnet ist, eine Oberfläche der mindestens einen der beiden Elektroden, deren Oberfläche der Dämpfungsschicht gegenüberliegt vorgesehen sein, die von den mehreren plattenförmigen keramischen Körpern beabstandet ist. Mit dieser Konfiguration kann die Spannung, die zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt erzeugt wird, effektiv entspannt werden, und zwar auch dann, wenn eine große Spannung zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt in dieser Konfiguration erzeugt wird, und das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt unterdrückt werden.
  • (5) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gassensor mit dem vorstehend beschriebenen laminierten Gassensorelement vorgesehen. Bei diesem Gassensor kann die Spannung, die zwischen der Elektrode in der Festelektrolytzelle und dem Festelektrolytabschnitt erzeugt wird, entspannt werden, und das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt kann unterdrückt werden.
  • (6) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gassensorelements bereitgestellt, mit einer Mehrzahl plattenförmiger Keramikkörper, umfassend einen plattenförmigen Aluminiumoxidkörper, der Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält, wobei die Mehrzahl der plattenförmigen Keramikkörper übereinander laminiert sind.
The present invention has been made to solve the above problems and can be carried out in the following modes.
  • (1) According to a first aspect of the present invention, there is provided a laminated gas sensor element comprising a plurality of plate-shaped ceramic bodies comprising a plate-shaped alumina body containing alumina as a main component, wherein the plurality of plate-shaped ceramic bodies are laminated one upon the other. The laminated gas sensor element includes a gas detection portion having a solid electrolyte cell, the solid electrolyte cell containing a solid electrolyte portion containing zirconia as a main component and two electrodes disposed on opposite surfaces of the solid electrolyte portion. The laminated gas sensor element further includes a cushion layer disposed at least on a part of a frame-shaped peripheral portion along a circumference of at least one of the two electrodes so as to be between the solid electrolyte portion and at least one of the two electrodes, the cushion layer being porous or one contains greater amount of zirconia than the plate-shaped alumina body. In this laminated gas sensor element, the cushion layer is disposed in at least a portion of the frame-shaped peripheral portion along the circumference of at least one of the two electrodes to intervene between the solid electrolyte portion and the one of the two electrodes. Therefore, the stress generated between the electrode and the solid electrolyte portion can be relaxed, and the occurrence of internal breakage in the solid electrolyte portion can be suppressed.
  • (2) In the laminated gas sensor element described above, the cushion layer may be porous. In this configuration, the stress generated between the electrode and the solid electrolyte portion can be further relaxed since the cushioning layer used is porous.
  • (3) In the laminated gas sensor element described above, the cushion layer may be formed of a ceramic material containing zirconia as a main component and alumina as an accessory component. Since the cushion layer is made of the ceramic material, the zirconia as contains a main component and alumina as an additive component, the cushion layer in this configuration may function as a solid electrolyte similar to the solid electrolyte portion, so that the performance of the solid electrolyte cell is improved.
  • (4) In the laminated gas sensor element described above, on the one of the two electrodes disposed on the solid electrolyte portion above the cushion layer, a surface of the at least one of the two electrodes facing the surface of the cushion layer may be provided, which is one of the plurality of plate-shaped ceramic ones Bodies is spaced. With this configuration, the voltage generated between the electrode and the solid electrolyte portion can be effectively relaxed, even if a large voltage is generated between the electrode and the solid electrolyte portion in this configuration, and the occurrence of internal refraction in the Solid electrolyte section are suppressed.
  • (5) According to another aspect of the present invention, there is provided a gas sensor with the above-described laminated gas sensor element. In this gas sensor, the voltage generated between the electrode in the solid electrolyte cell and the solid electrolyte portion can be relaxed, and the occurrence of internal breakage in the solid electrolyte portion can be suppressed.
  • (6) According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a laminated gas sensor element comprising a plurality of plate-shaped ceramic bodies comprising a plate-shaped alumina body containing alumina as a main component, wherein the plurality of plate-shaped ceramic bodies are laminated one over the other.

Das Verfahren umfasst:
einen Herstellungsschritt zur Herstellung einer Mehrzahl von grünen plattenförmigen keramischen Elementen, umfassend ein grünes plattenförmiges Aluminiumoxid-Element, das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält;
einen Laminierungsschritt zum Laminieren der Mehrzahl von grünen plattenförmigen keramischen Elementen, um ein Laminat herzustellen; und
einen Brennschritt des Brennens des Laminats.The method comprises:
a manufacturing step of producing a plurality of green plate-shaped ceramic elements, comprising a green plate-shaped alumina element containing alumina as a main component;
a laminating step of laminating the plurality of green plate-shaped ceramic elements to produce a laminate; and
a firing step of firing the laminate.

Der Herstellungsschritt umfasst als Schritte zur Herstellung eines grünen plattenförmigen keramischen Elements, das einen grünen Festelektrolytabschnitt enthält, folgende Schritte, (a) einen Schritt der Herstellung des grünen Festelektrolytabschnitts, der Zirkoniumdioxid als Hauptkomponente enthält, (b) einen Schritt der Herstellung einer grünen Polsterschicht durch Aufdrucken einer Dämpfungspaste zum Bilden einer Dämpfungsschicht auf mindestens einer von zwei Oberflächen des grünen Festelektrolytabschnitts, die porös ist oder eine größere Menge an Zirkoniumdioxid als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper enthält, wobei die Oberfläche eine von einander gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts ist, auf der zwei Elektroden so gebildet werden, dass eine Elektrode auf der Oberfläche angeordnet ist,
wobei die Dämpfungspaste auf mindestens einen Teil eines Rahmens aufgedruckt wird, der sich entlang eines Umfangs eines Bereichs erstreckt, über dem die mindestens eine Elektrode gebildet werden soll, und (c) einen Schritt des Druckens einer elektrisch leitenden Paste zum Bilden der zwei Elektroden auf gegenüberliegende Oberflächen des Festelektrolytabschnitts, so dass die elektrisch leitfähige Paste die grüne Polsterschicht überlappt.The manufacturing step includes, as steps of producing a green plate-shaped ceramic member containing a green solid electrolyte portion, the steps of (a) a step of producing the green solid electrolyte portion containing zirconia as a main component, (b) a step of forming a green cushion layer Printing a cushioning paste to form a cushioning layer on at least one of two surfaces of the green solid electrolyte portion that is porous or contains a larger amount of zirconia than the plate-shaped alumina body, the surface being one of opposed surfaces of the solid electrolyte portion on which two electrodes are formed be that an electrode is placed on the surface,
wherein the damping paste is printed on at least a part of a frame extending along a circumference of a region over which the at least one electrode is to be formed, and (c) a step of printing an electrically conductive paste for forming the two electrodes on opposite ones Surfaces of the solid electrolyte portion so that the electrically conductive paste overlaps the green cushion layer.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird die Dämpfungspaste auf mindestens einem Teil des rahmenförmigen Umfangsbereiches entlang des Umfangs von mindestens einer der Elektroden gedruckt, um zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt zu intervenieren. Daher kann die zwischen der Elektrode und dem Festelektrolytabschnitt erzeugte Spannung entspannt werden, und das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt kann unterdrückt werden.In this manufacturing method, the damping paste is printed on at least a part of the frame-shaped peripheral portion along the circumference of at least one of the electrodes to intervene between the electrode and the solid electrolyte portion. Therefore, the stress generated between the electrode and the solid electrolyte portion can be relaxed, and the occurrence of internal breakage in the solid electrolyte portion can be suppressed.

Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in Formen wie laminierten Gassensorelementen, Gassensoren, Gasdetektoren einschließlich der Gassensoren, Fahrzeugen einschließlich der Gasdetektoren und Verfahren zur Herstellung derselben ausgeführt werden.The present invention may be embodied in various forms. For example, the present invention may be practiced in forms such as laminated gas sensor elements, gas sensors, gas detectors including gas sensors, vehicles including gas detectors, and methods of manufacturing the same.

[Kurze Beschreibung der Zeichnungen][Brief Description of the Drawings]

[1] Schematische Querschnittsansicht, die die innere Struktur eines laminierten Gassensors zeigt.[ 1 ] Schematic cross-sectional view showing the internal structure of a laminated gas sensor.

[2] Schematische perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild des laminierten Gassensorelements zeigt.[ 2 ] Schematic perspective view showing an external appearance of the laminated gas sensor element.

[3(A) bis 3(C)] Darstellungen eines Gasdetektionsabschnitts des laminierten Gassensorelements in der ersten Ausführungsform.[ 3 (A) to 3 (C) ] Representations of a gas detection portion of the laminated gas sensor element in the first embodiment.

[4(A) bis 4(C)] Darstellungen eines Gasdetektionsabschnitts eines laminierten Gassensorelements in einer zweiten Ausführungsform.[ 4 (A) to 4 (C) ] Representations of a gas detection portion of a laminated gas sensor element in a second embodiment.

[5] Darstellung eines Gasdetektionsabschnitts eines laminierten Gassensorelements in einer dritten Ausführungsform.[ 5 ] Representation of a gas detection portion of a laminated gas sensor element in a third embodiment.

[6] Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des laminierten Gassensorelements zeigt. [ 6 ] Flowchart showing a method of manufacturing the laminated gas sensor element.

[7] Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Festkörperelektrolytgrünkörpers zeigt.[ 7 ] Flowchart showing a process for producing a solid electrolyte green body.

[Ausführungsformen der Erfindung]Embodiments of the Invention

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die innere Struktur eines Gassensors in einer ersten Ausführungsform zeigt. Dieser Gassensor 200 umfasst ein laminiertes Gassensorelement 210, das sich in Richtung einer axialen Linie CL erstreckt. Das Gassensorelement 210 ist in einem Durchgangsloch 218 eines metallischen Mantels 217 so angeordnet, dass es durch einen keramischen Halter 219, Talk 220 und eine keramische Hülse 221 hindurchgeht. Eine Mehrzahl von Elektrodenpads 222 ist auf der äußeren Oberfläche von einem hinteren Endabschnitt des Gassensorelements 210 angeordnet. Diese Elektrodenpads 222 stehen in Kontakt zu und sind elektrisch mit Verbindungsanschlüssen 224 verbunden, die an den vorderen Enden der Zuleitungsdrähte 223 angeordnet sind, die mit einer externen Schaltung (nicht gezeigt) verbunden sind. Ein Gasdetektionsabschnitt 211 mit einer Festelektrolytzelle zur Messung der Konzentration eines spezifischen zu messenden Gases ist an einem vorderen Endabschnitt (dem unteren Endabschnitt in 1) des Gassensorelements 210 angeordnet. 1 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a gas sensor in a first embodiment. FIG. This gas sensor 200 comprises a laminated gas sensor element 210 which extends in the direction of an axial line CL. The gas sensor element 210 is in a through hole 218 a metallic coat 217 arranged so that it passes through a ceramic holder 219 , Talk 220 and a ceramic sleeve 221 passes. A plurality of electrode pads 222 is on the outer surface of a rear end portion of the gas sensor element 210 arranged. These electrode pads 222 are in contact with each other and are electrical with connection terminals 224 connected to the front ends of the lead wires 223 are arranged, which are connected to an external circuit (not shown). A gas detection section 211 with a solid electrolyte cell for measuring the concentration of a specific gas to be measured is provided at a front end portion (the lower end portion in FIG 1 ) of the gas sensor element 210 arranged.

2 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild des laminierten Gassensorelements 210 zeigt. Das Gassensorelement 210 ist ein Laminat, das durch Laminieren einer plattenförmigen Detektorelementeinheit 240 und einer plattenförmigen Heizeinrichtung 250 hergestellt wird. Der Gasdetektionsabschnitts 211 ist in dem vorderen Endabschnitt des Gassensorelements 210 angeordnet, und die Vielzahl von Elektrodenpads 222 sind auf einer ersten Hauptfläche 231 und einer zweiten Hauptfläche 232 an einem hinteren Endabschnitt des Gassensorelements 210 ausgebildet. 2 FIG. 15 is a perspective view showing the external appearance of the laminated gas sensor element. FIG 210 shows. The gas sensor element 210 is a laminate obtained by laminating a plate-shaped detector element unit 240 and a plate-shaped heater 250 will be produced. The gas detection section 211 is in the front end portion of the gas sensor element 210 arranged, and the plurality of electrode pads 222 are on a first major surface 231 and a second major surface 232 at a rear end portion of the gas sensor element 210 educated.

3(A) ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Teil des Gasdetektionsabschnitts 211 zeigt. Die Detektorelementeinheit 240 weist einen Aufbau auf, in dem ein Festelektrolytkörper 300 mit einem Festelektrolyt und einer Vielzahl von anderen plattenförmigen Keramikkörpern 241 bis 244 laminiert ist. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Mehrzahl plattenförmiger Keramikkörper 241 bis 244 aus einem keramischen Material auf Aluminiumoxidbasis gebildet, das Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält. Das verwendete Keramikmaterial auf Aluminiumoxidbasis kann beispielsweise ein Material sein, das 97 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) und 3 Gew.-% Zirkoniumdioxid (ZrO2) enthält. Die plattenförmige Heizeinrichtung 250 enthält eine elektrisch leitfähige Schicht 251, die als Heizeinrichtung dient. 3 (A) FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the gas detection section. FIG 211 shows. The detector element unit 240 has a structure in which a solid electrolyte body 300 with a solid electrolyte and a plurality of other plate-shaped ceramic bodies 241 to 244 is laminated. Preferably, at least a part of the plurality of plate-shaped ceramic body 241 to 244 formed of an alumina-based ceramic material containing alumina as a main component. The alumina-based ceramic material used may be, for example, a material containing 97% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) and 3% by weight of zirconia (ZrO 2 ). The plate-shaped heater 250 contains an electrically conductive layer 251 , which serves as a heating device.

Der Festelektrolytkörper 300 umfasst ein Aluminiumoxidsubstrat 310, das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält, und einen Festelektrolytabschnitt 320, der in ein Durchgangsloch eingeführt ist, das in dem Aluminiumoxidsubstrat 310 ausgebildet ist. Erste und zweite Elektroden 331 und 332 sind auf einander gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts 320 ausgebildet.The solid electrolyte body 300 includes an alumina substrate 310 containing alumina as a main component and a solid electrolyte portion 320 inserted in a through hole formed in the alumina substrate 310 is trained. First and second electrodes 331 and 332 are on opposite surfaces of the solid electrolyte portion 320 educated.

Eine Polsterschicht 341 ist entlang des Umfangs der ersten Elektrode 331 so angeordnet, dass sie zwischen der ersten Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 eingreift. Ähnlich ist eine Polsterschicht 342 entlang des Umfangs der zweiten Elektrode 332 so angeordnet, dass sie zwischen der zweiten Elektrode 332 und dem Festelektrolytabschnitt 320 eingreift. Erste und zweite Messkammerräume RM1 und RM2, wobei die Oberflächen der Elektroden 331 und 332 als Teil ihrer Wandflächen dienen, sind um die Elektroden 331 und 332 herum ausgebildet. Beispielsweise wird ein zu messendes Gas durch eine nicht dargestellte Diffusionskontrollschicht in den ersten Messkammerraum RM1 eingeführt. Luft, die als Referenzgas dient, wird durch einen nicht dargestellten Luftkanal in den zweiten Messkammerraum RM2 eingeführt. Die aus dem Festelektrolytabschnitt 320 und den beiden Elektroden 331 und 332 zusammengesetzte Festelektrolytzelle kann entsprechend der Konzentration des zu messenden Gases im ersten Messkammerraum RM1 eine Spannung erzeugen. Ein typischer Gasdetektionsabschnitt 211 umfasst zwei oder mehr Festelektrolytzellen. Jedoch ist eine vereinfachte Struktur mit nur einer Festelektrolytzelle oben gezeigt.A cushion layer 341 is along the circumference of the first electrode 331 arranged so that they are between the first electrode 331 and the solid electrolyte section 320 intervenes. Similar is a cushion layer 342 along the circumference of the second electrode 332 arranged so that they are between the second electrode 332 and the solid electrolyte section 320 intervenes. First and second measuring chamber spaces RM1 and RM2, wherein the surfaces of the electrodes 331 and 332 serve as part of their wall surfaces are around the electrodes 331 and trained 332 around. For example, a gas to be measured is introduced into the first measuring chamber space RM1 by a diffusion control layer (not shown). Air serving as a reference gas is introduced into the second measuring chamber space RM2 through an air passage, not shown. The from the solid electrolyte section 320 and the two electrodes 331 and 332 Composite solid electrolyte cell can generate a voltage corresponding to the concentration of the gas to be measured in the first measuring chamber space RM1. A typical gas detection section 211 includes two or more solid electrolyte cells. However, a simplified structure with only one solid electrolyte cell is shown above.

3(B) ist eine Draufsicht, die die Polsterschicht 341 zeigt, die auf dem Festelektrolytabschnitt 320 in dem Aluminiumoxidsubstrat 310 angeordnet ist, und die Elektrode 331 ist weggelassen. 3(C) zeigt die Elektrode 331 und ein Verdrahtungsmuster 350, die zu 3(B) hinzugefügt sind. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, ist die Polsterschicht 341 in einem rahmenförmigen Umfangsbereich entlang des Umfangs 331p der Elektrode 331 angeordnet (ein rechteckiger rahmenförmiger Bereich der den Umfang 331p einschließt, 3(C)), so dass ein Teil der Polsterschicht 341 sandwichartig zwischen der Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 angeordnet ist. Der Bereich der Polsterschicht 341 kann breiter sein als in 3(B) gezeigt. Jedoch ist die Polsterschicht 341 auf wenigstens einem Teil der Oberfläche des Festelektrolytabschnitts 320 nicht ausgebildet, und der nicht abgedeckte Teil der Oberfläche befindet sich in direktem Kontakt mit der Elektrode 331. Mit anderen Worten, ist es bevorzugt, dass die Polsterschicht 341 eine rahmenartige ebene Form mit einer inneren Öffnung aufweist. Die andere Polsterschicht 342 hat dieselbe Form wie die Polsterschicht 341 und weist dieselbe Zusammensetzung und Eigenschaften auf wie die der später beschriebenen Polsterschicht 341. 3 (B) is a plan view of the cushion layer 341 shows that on the solid electrolyte section 320 in the alumina substrate 310 is arranged, and the electrode 331 is omitted. 3 (C) shows the electrode 331 and a wiring pattern 350 that too 3 (B) are added. As can be seen from these figures, the cushion layer is 341 in a frame-shaped peripheral region along the circumference 331P the electrode 331 arranged (a rectangular frame-shaped area of the circumference 331P includes, 3 (C) ), so that part of the cushion layer 341 sandwiched between the electrode 331 and the solid electrolyte section 320 is arranged. The area of the cushion layer 341 can be wider than in 3 (B) shown. However, the cushion layer is 341 on at least a part of the surface of the solid electrolyte portion 320 not formed, and the uncovered part of the surface is in direct contact with the electrode 331 , In other words, it is preferable that the cushion layer 341 has a frame-like planar shape with an inner opening. The other upholstery layer 342 has the same shape as the cushion layer 341 and has the same composition and properties as those of the cushion layer described later 341 ,

Vorzugsweise ist das Aluminiumoxidsubstrat 310 aus einem keramischen Material auf Aluminiumoxidbasis gebildet, das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält. Das verwendete Keramikmaterial auf Aluminiumoxidbasis kann beispielsweise ein Material sein, das 97 +/– 2 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) enthält und ferner 3 +/– 2 Gew.-% Zirkoniumdioxid (ZrO2) enthält.Preferably, the alumina substrate is 310 formed of an alumina-based ceramic material containing alumina as a main component. The alumina-based ceramic material used may be, for example, a material containing 97 +/- 2 wt% alumina (Al 2 O 3 ) and further containing 3 +/- 2 wt% zirconia (ZrO 2 ).

Vorzugsweise ist der Festelektrolytabschnitt 320 aus einem Festelektrolytmaterial gebildet, das Zirkoniumdioxid als eine Hauptkomponente enthält. Das verwendete Festelektrolytmaterial kann beispielsweise ein Material sein, das 80 +/– 5 Gew.-% Zirconiumdioxid (ZrO2) enthält und ferner 20 +/– 5 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) enthält.Preferably, the solid electrolyte section 320 is formed of a solid electrolyte material containing zirconia as a main component. The solid electrolyte material used may be, for example, a material containing 80 +/- 5 wt% zirconia (ZrO 2 ) and further containing 20 +/- 5 wt% alumina (Al 2 O 3 ).

Die Elektroden 331 und 332 können zum Beispiel durch Drucken (z. B. Siebdruck) einer elektrisch leitenden Paste (Platinpaste) und anschließendes Brennen der elektrisch leitenden Paste gebildet werden.The electrodes 331 and 332 For example, they may be formed by printing (e.g., screen printing) an electrically conductive paste (platinum paste) and then baking the electrically conductive paste.

Die Polsterschicht 341 hat die Funktion, das Auftreten eines internen Brechen zu verhindern oder zu unterdrücken. Das interne Brechen tritt auf, wenn der Festelektrolytabschnitt 320 durch eine große Spannung reißt, die in dem Festelektrolytabschnitt 320 aufgrund des Unterschieds in der thermischen Schrumpfung zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 331 während des Brennens des laminierten Gassensorelements 210 erzeugt wird. Um diese Funktion zu erreichen, ist es bevorzugt, ein poröses Material für die Polsterschicht 341 zu verwenden. Durch Anordnen einer porösen Polsterschicht 341 zwischen der Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 wird die Spannung, die durch den Unterschied in der thermischen Schrumpfung zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und die Elektrode 331 während des Brennens verursacht wird, durch die Polsterschicht 341 absorbiert oder entspannt. Dies kann das Auftreten einer übermäßig großen Spannung im Festelektrolytabschnitt 320 verhindern, so dass das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt 320 unterdrückt werden kann. Zusätzlich kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Problemen, wie beispielsweise eine Verringerung der Haltbarkeit des laminierten Gassensorelements 210 und eine abnormale Ausgabe, die durch die interne Rissbildung verursacht wird, verringert werden.The cushion layer 341 has the function to prevent or suppress the occurrence of an internal break. The internal breakage occurs when the solid electrolyte section 320 cracked by a large voltage in the solid electrolyte section 320 due to the difference in thermal shrinkage between the solid electrolyte section 320 and the electrode 331 during firing of the laminated gas sensor element 210 is produced. In order to achieve this function, it is preferred to use a porous material for the cushion layer 341 to use. By placing a porous padding layer 341 between the electrode 331 and the solid electrolyte section 320 is the stress caused by the difference in the thermal shrinkage between the solid electrolyte section 320 and the electrode 331 during firing, through the cushion layer 341 absorbed or relaxed. This may be the occurrence of an excessively large voltage in the solid electrolyte section 320 so as to prevent the occurrence of internal breakage in the solid electrolyte portion 320 can be suppressed. In addition, the likelihood of occurrence of problems such as reduction in durability of the laminated gas sensor element may be increased 210 and an abnormal output caused by the internal cracking can be reduced.

Das Material der Polsterschicht 341 kann beispielsweise ein poröses Material sein, das 80 +/– 5 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) enthält und ferner 20 +/– 5 Gew.-% Zirkoniumoxid (ZrO2) enthält. Das oben beschriebene poröse Material kann zum Beispiel durch Herstellen einer Polsterpaste gebildet werden, die eine Pulvermischung enthält, hergestellt durch Mischen von 100 Gewichtsteilen einer Mischung aus grünem Aluminiumoxid und Zirconiumdioxid und 30 +/– 5 Gewichtsteilen eines brennbaren Pulvers, das während des Brennens verschwindet, Drucken der Polsterpaste auf einen gewünschten Bereich eines grünen Festenelektrolytabschnitts 320 und Brennen der Polsterpaste. Als brennbares Pulver kann beispielsweise Kohlenstoffpulver verwendet werden. Auf diese Weise kann eine poröse Polsterschicht 341 gebildet werden, in dem Abschnitte, die durch das brennbare Pulver besetzt werden, viele Poren bilden.The material of the cushion layer 341 For example, it may be a porous material containing 80 +/- 5 wt% alumina (Al 2 O 3 ) and further containing 20 +/- 5 wt% zirconia (ZrO 2 ). The above-described porous material may be formed, for example, by preparing an upholstery paste containing a powder mixture prepared by mixing 100 parts by weight of a mixture of green alumina and zirconia and 30 +/- 5 parts by weight of a combustible powder which disappears during firing. Printing the cushioning paste on a desired area of a green solid electrolyte section 320 and burning the upholstery paste. As a combustible powder, for example, carbon powder can be used. In this way, a porous padding layer 341 are formed in which portions which are occupied by the combustible powder, many pores.

Jede Polsterschicht 341 kann verwendet werden, solange sie die Spannung, die durch den Unterschied in der thermischen Schrumpfung zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 331 während des Brennens verursacht wird, entspannen kann auch eine nicht poröse Schicht (dichte Schicht) kann verwendet werden. Der Begriff „porös”, wie er hierin verwendet wird, bedeutet, dass das Verhältnis des Bereiches der Poren in einer mikroskopischen Aufnahme eines Querschnitts 20% oder mehr beträgt. Wenn das Verhältnis des Bereiches der Poren in einer mikroskopischen Aufnahme eines Querschnitts kleiner als 20% ist, wird der Ausdruck ”nicht porös” oder ”dicht” verwendet. Beispielsweise kann eine Polsterschicht, die eine größere Menge an Zirkoniumdioxid als ein plattenförmiger Aluminiumoxidkörper (das Aluminiumoxidsubstrat 310) enthält, als eine dichte Polsterschicht 341 verwendet werden. Die Zusammensetzung dieser Polsterschicht ist näher an der des Festelektrolytabschnitts 320 als an derjenigen des plattenförmigen Aluminiumoxidkörpers (des Aluminiumoxidsubstrats 310), so dass die Spannung, die durch den Unterschied in der thermischen Schrumpfung zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 331 während des Brennens verursacht wird, entspannt werden kann. Die Polsterschicht, die eine größere Menge an Zirkoniumdioxid als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper enthält kann porös sein. In einer anderen Form kann die Polsterschicht 341 durch Drucken einer Paste ausgebildet werden, die eine thermische Schrumpfung während des Brennens aufweist, die kleiner ist als die der elektrisch leitfähigen Paste, die verwendet wird, um die Elektrode 331 zu bilden. Auch in diesem Fall kann die Polsterschicht 341 porös oder dicht sein.Every cushion layer 341 can be used as long as they reduce the tension caused by the difference in thermal shrinkage between the solid electrolyte section 320 and the electrode 331 caused during firing, a non-porous layer (dense layer) can also be used to relax. The term "porous" as used herein means that the ratio of the area of the pores in a microscopic photograph of a cross section is 20% or more. When the ratio of the area of the pores in a micrograph of a cross section is smaller than 20%, the term "non-porous" or "dense" is used. For example, a cushion layer containing a larger amount of zirconia than a plate-shaped alumina body (the alumina substrate 310 ), as a dense cushion layer 341 be used. The composition of this cushion layer is closer to that of the solid electrolyte portion 320 as that of the plate-shaped alumina body (the alumina substrate 310 ), so that the tension caused by the difference in the thermal shrinkage between the solid electrolyte section 320 and the electrode 331 is caused during burning, can be relaxed. The cushion layer containing a larger amount of zirconia than the plate-shaped alumina body may be porous. In another form, the cushion layer 341 by printing a paste having a thermal shrinkage during firing smaller than that of the electrically conductive paste used to form the electrode 331 to build. Also in this case, the cushion layer 341 be porous or dense.

Vorzugsweise ist die Polsterschicht 341 ein Sinterkörper, der Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkoniumdioxid (ZrO2) enthält, unabhängig davon, ob die Polsterschicht 341 porös oder dicht ist. In diesem Fall ist die Polsterschicht 341 aus denselben Komponenten wie die Hauptkomponenten des Aluminiumoxidsubstrats 310 und des Festelektrolytabschnitts 320 gebildet. Wenn daher das Gassensorelement 210 während seiner Verwendung einen thermischen Zyklus durchläuft, kann eine thermische Spannung, die zwischen der Polsterschicht 341 und dem Aluminiumoxidsubstrat 310 und zwischen der Polsterschicht 341 und dem Festelektrolytabschnitt 320 erzeugt wird, entspannt werden. Insbesondere können, wenn ein Material mit Eigenschaften eines festen Elektrolyten als Material der Polsterschicht 341 verwendet wird, die Eigenschaften der Festelektrolytzelle weiter verbessert werden. Das Material mit den Eigenschaften eines festen Elektrolyten kann beispielsweise ein keramisches Material sein, das Zirkoniumdioxid als Hauptkomponente und Aluminiumoxid als Zubehörkomponente enthält.Preferably, the cushion layer 341 a sintered body containing alumina (Al 2 O 3 ) and zirconia (ZrO 2 ), irrespective of whether the cushioning layer 341 porous or dense. In this case, the cushion layer 341 from the same components as the main components of the alumina substrate 310 and the solid electrolyte portion 320 educated. Therefore, when the gas sensor element 210 during its use undergoes a thermal cycle, a thermal stress can occur between the cushion layer 341 and the alumina substrate 310 and between the cushion layer 341 and the solid electrolyte section 320 is generated, relaxed. In particular, when a material having properties of a solid electrolyte as the material of the cushion layer 341 is used, the properties of the solid electrolyte cell can be further improved. The material having the properties of a solid electrolyte may be, for example, a ceramic material containing zirconia as a main component and alumina as an accessory component.

4(A) bis 4(C) zeigen Darstellungen eines Teils eines Gasdetektionsabschnitts 211a in einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 3(A) bis 3(C) dargestellten ersten Ausführungsform nur dadurch, dass der gesamte Teil eines Festelektrolytkörpers 300a aus einem Festelektrolytabschnitt 320 gebildet ist und die anderen Komponenten in der zweiten Ausführungsform die gleichen sind, wie die in der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform ist, wie bei der ersten Ausführungsform, die Polsterschicht 341 in dem rahmenförmigen Umfangsbereich entlang des Umfangs der Elektrode 331 angeordnet und ist so ausgebildet, dass sie teilweise zwischen der Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 angeordnet ist. Die Polsterschicht 342 ist der Polsterschicht 341 ähnlich. Wie oben beschrieben, wird, wenn eine große Spannung in dem Festelektrolytabschnitt 320 aufgrund des Unterschieds in der thermischen Schrumpfung zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 331 erzeugt wird, der Festelektrolytabschnitt 320 zerrissen und ein internes Brechen tritt auf. Mit der obigen Konfiguration kann das Auftreten der internen Bruchbildung verhindert oder unterdrückt werden. 4 (A) to 4 (C) show representations of part of a gas detection section 211 in a second embodiment. The second embodiment is different from that in FIGS 3 (A) to 3 (C) shown first embodiment only in that the entire part of a solid electrolyte body 300a from a solid electrolyte section 320 is formed and the other components in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. In the second embodiment, as in the first embodiment, the cushion layer 341 in the frame-shaped peripheral region along the circumference of the electrode 331 arranged and is formed so that it partially between the electrode 331 and the solid electrolyte section 320 is arranged. The cushion layer 342 is the cushion layer 341 similar. As described above, when a large voltage in the solid electrolyte portion 320 due to the difference in thermal shrinkage between the solid electrolyte section 320 and the electrode 331 is generated, the solid electrolyte section 320 torn and an internal break occurs. With the above configuration, the occurrence of internal breakage can be prevented or suppressed.

5 ist eine Darstellung, die einen Teil eines Gasdetektionsabschnitts 211b in einer dritten Ausführungsform zeigt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 3(A) bis 3(C) dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass kein Messkammerraum an der Unterseite des Festelektrolytabschnitts 320 vorgesehen ist und dass die Polsterschicht zwischen der zweiten Elektrode 332 und dem Festelektrolytabschnitt 320 weggelassen ist, und die anderen Komponenten in der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Da bei der dritten Ausführungsform kein Messkammerraum auf der Unterseite des Festelektrolytabschnitts 320 vorhanden ist, ist die zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 332 während des Brennens erzeugte Spannung nicht so groß. Daher kann die Polsterschicht zwischen dem Festelektrolytabschnitt 320 und der Elektrode 332 weggelassen werden. Von den beiden Elektroden 331 und 332 ist die Elektrode 331 auf dem Festelektrolytabschnitt 320 über die Polsterschicht 341 angeordnet. Wenn eine Elektrodenoberfläche der Elektrode 331, die der Polsterschicht 341 gegenüberliegt, von den plattenförmigen Keramikkörpern beabstandet ist, ist die Schrumpfung der Elektrode 331 größer als, wenn gegenüberliegende Oberflächen der Elektrode 331 mit plattenförmigen keramischen Körpern in Kontakt stehen und die in dem festen Elektrolytabschnitt 320 erzeugte Spannung ist beträchtlich. In diesem Fall kann eine besonders vorteilhafte Wirkung erzielt, wenn Polsterschicht 341 bereitgestellt wird. 5 Fig. 13 is a diagram illustrating a part of a gas detection section 211b in a third embodiment. The third embodiment is different from that in Figs 3 (A) to 3 (C) illustrated first embodiment in that no measuring chamber space at the bottom of the solid electrolyte section 320 is provided and that the cushion layer between the second electrode 332 and the solid electrolyte section 320 is omitted, and the other components in the third embodiment are the same as in the first embodiment. As in the third embodiment, no measuring chamber space on the bottom of the solid electrolyte portion 320 is present, that between the solid electrolyte section 320 and the electrode 332 tension created during firing is not that great. Therefore, the cushion layer between the solid electrolyte portion 320 and the electrode 332 be omitted. From the two electrodes 331 and 332 is the electrode 331 on the solid electrolyte section 320 over the padding layer 341 arranged. If an electrode surface of the electrode 331 , the cushion layer 341 is opposite, is spaced from the plate-shaped ceramic bodies, the shrinkage of the electrode 331 greater than when opposing surfaces of the electrode 331 are in contact with plate-shaped ceramic bodies and in the solid electrolyte section 320 generated voltage is considerable. In this case, a particularly advantageous effect can be achieved when padding layer 341 provided.

6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements 210 zeigt. In der folgenden Beschreibung werden zur Vereinfachung der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen für plattenförmige Grünlinge und auch für gebrannte plattenförmige Körper verwendet. In Schritt S100 wird eine Vielzahl von plattenförmigen Grünlingen 241 bis 244, 250 und 300 (3(A)) hergestellt, welche in dem Gassensorelement 210 enthalten sind. In diesem Fall wird eine elektrisch leitfähige Paste auf die Oberfläche jedes plattenförmigen Grünlings, auf dem eine Elektrode oder ein Verdrahtungsmuster gebildet werden soll (z. B. die Elemente 250 und 300) gedruckt (z. B. Siebgedruckt). Im Schritt S200 wird die Mehrzahl der vorbereiteten plattenförmigen Grünlinge 241 bis 244, 250 und 300 laminiert, um ein Laminat zu erzeugen. In Schritt S300 wird das Laminat gebrannt, wodurch das Gassensorelement 210 vervollständigt wird. 6 FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the gas sensor element. FIG 210 shows. In the following description, to simplify the description, the same reference numerals are used for plate-shaped green sheets and also for fired plate-shaped bodies. In step S100, a plurality of plate-shaped green sheets are formed 241 to 244 . 250 and 300 ( 3 (A) ) produced in the gas sensor element 210 are included. In this case, an electrically conductive paste is to be formed on the surface of each plate-shaped green sheet on which an electrode or a wiring pattern is to be formed (for example, the elements 250 and 300 ) (eg screen printed). In step S200, the plurality of prepared plate-shaped green sheets are formed 241 to 244 . 250 and 300 laminated to produce a laminate. In step S300, the laminate is fired, whereby the gas sensor element 210 is completed.

7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Grünlings (grüner Festelektrolytkörper) zeigt, das später der Festelektrolytkörper 300 einschließlich des Festelektrolytabschnitts 320 wird und dieses Verfahren ist Teil des Vorbereitungsschritts S100 in 6. Im Schritt S110 wird ein plattenförmiger Grünling mit einem grünen Elektrolytabschnitt 320 hergestellt. Wenn beispielsweise der Festelektrolytkörper 300 einschließlich des Aluminiumoxidsubstrats 310 und des Festelektrolytabschnitts 320, der in das in dem Aluminiumoxidsubstrat 310 gebildete Durchgangsloch eingesetzt ist, verwendet wird, wie es in dem Beispiel in den 3(A) bis 3(C) gezeigt ist, wird ein grüner Aluminiumoxidbogen zur Bildung des Aluminiumoxidsubstrats 310 und ein grüner Festelektrolytbogen in Schritt S110 hergestellt. Dann wird ein Durchgangsloch in dem grünen Aluminiumoxidbogen durch Bearbeitung, wie Stanzen, gebildet, und der grüne Elektrolytabschnitt 320, der aus dem grünen Festelektrolytbogen gestanzt wird, wird in das Durchgangsloch eingeführt. Danach ist es bevorzugt, dass entgegengesetzte Oberflächen der grünen Aluminiumoxidschicht mit dem darin eingefügten grünen Elektrolytabschnitt 320 durch Zusammendrücken der gegenüberliegenden Flächen in der Dickenrichtung, abgeflacht werden. In Schritt S120 wird eine Polsterpaste zum Ausbilden der Polsterschichten 341 und 342 auf die Oberflächen des grünen Festelektrolytabschnitts 320 gedruckt. Insbesondere wird die Polsterpaste entlang der Umfänge der Elektroden 331 und 332 gedruckt, die auf den Oberflächen des grünen Festelektrolytabschnitts 320 ausgebildet werden sollen (d. h. entlang der Umfänge der Bereiche, in denen die Elektroden 331 und 332 gebildet werden sollen) (3(B)). In Schritt S130 wird eine elektrisch leitende Paste zum Bilden der Elektroden 331 und 332 aufgedruckt (3(C))). In diesem Fall wird die elektrisch leitfähige Paste auch auf einen Abschnitt gedruckt, auf dem das Verdrahtungsmuster 350 gebildet werden soll. 7 Fig. 10 is a flow chart showing a process for producing a plate-shaped green compact (green solid electrolyte body), which later becomes the solid electrolyte body 300 including the solid electrolyte section 320 and this procedure is part of the preparatory step S100 in 6 , In step S110, a plate-shaped green compact having a green electrolyte portion is formed 320 produced. For example, if the solid electrolyte body 300 including the alumina substrate 310 and the solid electrolyte portion 320 which is in the in the alumina substrate 310 formed through hole is used, as in the example in the 3 (A) to 3 (C) is shown, a green alumina sheet for forming the alumina substrate 310 and a green solid electrolyte sheet is produced in step S110. Then, a through hole is formed in the green alumina sheet by machining such as punching, and the green electrolyte portion 320 which is punched from the green solid electrolyte sheet is inserted into the through hole. Thereafter, it is preferable that opposite surfaces of the green alumina layer with the green inserted therein electrolyte portion 320 by flattening the opposing surfaces in the thickness direction. In step S120, a cushioning paste is formed to form the cushioning layers 341 and 342 on the surfaces of the green solid electrolyte section 320 printed. In particular, the cushioning paste along the peripheries of the electrodes 331 and 332 printed on the surfaces of the green solid electrolyte section 320 should be formed (ie along the perimeters of the areas where the electrodes 331 and 332 to be formed) ( 3 (B) ). In step S130, an electrically conductive paste for forming the electrodes 331 and 332 printed ( 3 (C) )). In this case, the electrically conductive paste is also printed on a portion on which the wiring pattern 350 should be formed.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Polsterschicht 341 in dem rahmenförmigen Umfangsbereich entlang des Umfangs von mindestens der Elektrode 331 angeordnet, um zwischen der Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 einzugreifen. Deshalb kann die Spannung, die zwischen der Elektrode 331 und dem Festelektrolytabschnitt 320 gebildet wird, entspannt werden, und das Auftreten eines internen Brechens in dem Festelektrolytabschnitt 320 kann dadurch unterdrückt werden.In the embodiments described above, the cushion layer is 341 in the frame-shaped peripheral region along the circumference of at least the electrode 331 arranged to be between the electrode 331 and the solid electrolyte section 320 intervene. Therefore, the voltage between the electrode 331 and the solid electrolyte section 320 is formed, relaxed, and the occurrence of internal breakage in the solid electrolyte portion 320 can be suppressed.

Abwandlungenmodifications

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.The present invention is not limited to the above-described embodiments and can be embodied in various other forms without departing from the scope of the invention.

Abwandlung 1Modification 1

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist jede rahmenförmige Polsterschicht über dem gesamten rahmenförmigen Umfangsbereich entlang des Umfangs einer entsprechenden Elektrode angeordnet. Es ist jedoch nicht erforderlich, die Polsterschicht über den gesamten Umfangsbereich der Elektrode anzuordnen und die Polsterschicht kann in einem Teil des Umfangsbereichs angeordnet sein. Wenn jedoch die Polsterschicht über dem gesamten Umfangsbereich der Elektrode angeordnet ist, ist die Wirkung der Entspannung der Spannung bedeutsamer. Um dies zu untersuchen, wurden Gassensorelemente 210 mit der gleichen Struktur wie bei der ersten Ausführungsform, die in den 3(A) bis 3(C) gezeigt ist, hergestellt und ein Experiment zur Untersuchung ihrer Leistung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Leistung, wenn die Polsterschichten 341 und 342 über den gesamten Umfangsbereichen der Elektroden 331 und 332 angeordnet waren, im Vergleich zu der Leistung, wenn die Polsterschichten 341 und 342 nicht vorgesehen waren, signifikant verbessert war. Wenn die Polsterschichten 341 und 342 nur an den oberen und unteren Seiten der Umfangsbereiche der Elektroden 331 und 332 angeordnet waren, lag die erhaltene Leistung zwischen den obigen Leistungen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Spannung entspannt werden kann, indem die Polsterschichten in zumindest einem Teil der Umfangsbereiche der Elektroden angeordnet werden und dass die Wirkung der Entspannung der Spannung signifikanter ist, wenn die Polsterschichten über den gesamten Umfangsbereichen der Elektroden angeordnet sind.In the above-described embodiments, each frame-shaped cushion layer is disposed over the entire frame-shaped peripheral portion along the circumference of a corresponding electrode. However, it is not necessary to arrange the cushioning layer over the entire peripheral area of the electrode, and the cushioning layer may be disposed in a part of the peripheral area. However, when the cushion layer is disposed over the entire peripheral portion of the electrode, the effect of relaxing the tension is more significant. To investigate this, gas sensor elements were used 210 with the same structure as in the first embodiment shown in FIGS 3 (A) to 3 (C) is shown, manufactured and performed an experiment to examine its performance. The results showed that the performance when the cushioning layers 341 and 342 over the entire peripheral areas of the electrodes 331 and 332 were arranged, compared to the performance when the cushioning layers 341 and 342 were not intended, was significantly improved. When the cushioning layers 341 and 342 only on the upper and lower sides of the peripheral areas of the electrodes 331 and 332 the performance received was in between the above performances. These results show that the stress can be relaxed by placing the cushioning layers in at least part of the peripheral regions of the electrodes and that the effect of stress relaxation is more significant when the cushioning layers are arranged over the entire peripheral regions of the electrodes.

Abwandlung 2Modification 2

Die Konfigurationen der laminierten Gassensorelemente in den oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur Beispiele und die vorliegende Erfindung ist auf laminierte Gassensorelemente mit verschiedenen Konfigurationen anwendbar, die sich von den oben beschriebenen Konfigurationen unterscheiden.The configurations of the laminated gas sensor elements in the above-described embodiments are only examples, and the present invention is applicable to laminated gas sensor elements having various configurations different from the configurations described above.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

200200
Gassensorgas sensor
210210
laminiertes Gassensorelementlaminated gas sensor element
211, 211a, 211b211, 211a, 211b
GasdetektionsabschnittGas detection section
217217
metallischer Mantelmetallic coat
218218
DurchgangslochThrough Hole
219219
Keramikhalterceramic holder
220220
Talktalc
221221
Keramikhülseceramic sleeve
222222
Elektrodenpadelectrode pad
223223
Leitungsdrahtlead wire
224224
Verbindungsanschlussconnection port
231231
erste Hauptflächefirst main area
232232
zweite Hauptflächesecond main surface
240240
DetektorelementeinheitDetector element unit
241 bis 244241 to 244
plattenförmiger keramischer Körperplate-shaped ceramic body
250250
Heizerstoker
251251
elektrisch leitende Schichtelectrically conductive layer
300, 300a300, 300a
FestelektrolytkörperSolid electrolyte body
310310
Aluminiumoxid-SubstratAlumina substrate
320320
FestelektrolytabschnittSolid electrolyte section
331, 332331, 332
Elektrodeelectrode
331p331P
Umfang der ElektrodeCircumference of the electrode
341, 342341, 342
Polsterschichtcushion layer
350350
Verdrahtungsmusterwiring pattern
RM1, RM2RM1, RM2
MesskammerraumMeasuring chamber space

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • JP 2014-149287 [0004] JP 2014-149287 [0004]

Claims (6)

Laminiertes Gassensorelement (210) mit einer Mehrzahl plattenförmigen Keramikkörpern (241–244, 250. 300), umfassend einen plattenförmigen Aluminiumoxidkörper (300), der Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält, wobei die Mehrzahl der plattenförmigen Keramikkörper übereinander laminiert sind, wobei das laminierte Gassensorelement (210) einen Gasdetektionsabschnitt (211, 211a, 211b) mit einer Festelektrolytzelle aufweist, wobei die Festelektrolytzelle einen Festelektrolytabschnitt (320) enthält, der Zirkoniumdioxid (Zirkonia) als eine Hauptkomponente und zwei Elektroden (331, 332) enthält, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts (320) angeordnet sind, und wobei das laminierte Gassensorelement (210) ferner eine Polsterschicht (341, 342) aufweist, die zumindest an einem Teil eines rahmenförmigen Umfangsbereiches entlang eines Umfangs von mindestens einer der beiden Elektroden (331, 332) angeordnet ist, sodass diese zwischen dem Festelektrolytabschnitt (320) und zumindest einer der beiden Elektroden (331, 332) liegt, wobei die Polsterschicht (341, 342) porös ist oder eine größere Menge an Zirkoniumdioxid enthält als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper.Laminated gas sensor element ( 210 ) having a plurality of plate-shaped ceramic bodies ( 241 - 244 . 250 , 300 ), comprising a plate-shaped alumina body ( 300 ) containing alumina as a main component, wherein the plurality of the plate-shaped ceramic bodies are laminated one upon the other, the laminated gas sensor element ( 210 ) a gas detection section ( 211 . 211 . 211b ) having a solid electrolyte cell, the solid electrolyte cell having a solid electrolyte portion ( 320 containing zirconia (zirconia) as a major component and two electrodes ( 331 . 332 ) on opposite surfaces of the solid electrolyte section ( 320 ) are arranged, and wherein the laminated gas sensor element ( 210 ) a padding layer ( 341 . 342 ), which at least on a part of a frame-shaped peripheral region along a circumference of at least one of the two electrodes ( 331 . 332 ) is arranged so that between the solid electrolyte section ( 320 ) and at least one of the two electrodes ( 331 . 332 ), wherein the cushion layer ( 341 . 342 ) is porous or contains a larger amount of zirconia than the plate-shaped alumina body. Laminiertes Gassensorelement (210) nach Anspruch 1, wobei die Polsterschicht (341, 342) porös ist.Laminated gas sensor element ( 210 ) according to claim 1, wherein the cushion layer ( 341 . 342 ) is porous. Laminiertes Gassensorelement (210) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polsterschicht (341, 342) aus einem keramischen Material besteht, das Zirkoniumdioxid als Hauptkomponente und Aluminiumoxid als Zubehörkomponente enthält.Laminated gas sensor element ( 210 ) according to claim 1 or 2, wherein the cushion layer ( 341 . 342 ) is made of a ceramic material containing zirconia as a main component and alumina as an accessory component. Laminiertes Gassensorelement (210) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei mindestens einer der beiden Elektroden (331, 332), die über die Polsterschicht (341, 342) auf dem Festelektrolytabschnitt (320) angeordnet ist, eine Oberfläche zumindest einer der beiden Elektroden (331, 332), welche Oberfläche der Polsterschicht (341, 342) gegenüberliegt, von der Mehrzahl plattenförmiger Keramikkörper (241–244, 250, 300) beabstandet ist.Laminated gas sensor element ( 210 ) according to one of Claims 1 to 3, in which at least one of the two electrodes ( 331 . 332 ) over the padding layer ( 341 . 342 ) on the solid electrolyte section ( 320 ), a surface of at least one of the two electrodes ( 331 . 332 ), which surface of the cushion layer ( 341 . 342 ) is opposed, of the plurality of plate-shaped ceramic body ( 241 - 244 . 250 . 300 ) is spaced. Gassensor (200) mit dem laminierten Gassensorelement (210) nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Gas sensor ( 200 ) with the laminated gas sensor element ( 210 ) according to one of claims 1 to 4. Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gassensorelementes (210) mit einer Mehrzahl plattenförmiger Keramikkörper, umfassend einen plattenförmigen Aluminiumoxidkörper, der Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält, wobei die Mehrzahl der plattenförmigen Keramikkörper übereinander laminiert sind, wobei das Verfahren umfasst: einen Herstellungsschritt (S100) zur Herstellung einer Mehrzahl von grünen plattenförmigen keramischen Elementen, umfassend ein grünes plattenförmiges Aluminiumoxid-Element (300), das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält; einen Laminierungsschritt (S200) zum Laminieren der Vielzahl von grünen plattenförmigen keramischen Elementen, um ein Laminat herzustellen; und einen Brennschritt (S300) des Brennens des Laminats; wobei der Herstellungsschritt (S100) als Schritte zur Herstellung eines grünen plattenförmigen keramischen Elements, das einen grünen Festelektrolytabschnitt enthält, folgende Schritte aufweist, (a) einen Schritt (S110) der Herstellung des grünen Festelektrolytabschnitts (320), der Zirkoniumdioxid als Hauptkomponente enthält, (b) einen Schritt (S120) der Herstellung einer grünen Polsterschicht (341, 342) durch Aufdrucken einer Dämpfungspaste zum Bilden einer Dämpfungsschicht auf mindestens einer von zwei Oberflächen des grünen Festelektrolytabschnitts (320), die porös ist oder eine größere Menge an Zirkoniumdioxid als der plattenförmige Aluminiumoxidkörper enthält, wobei die Oberfläche eine von einander gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytabschnitts (320) ist, auf der zwei Elektroden (331, 332) so gebildet werden, dass eine Elektrode auf der Oberfläche angeordnet ist, wobei die Dämpfungspaste auf mindestens einen Teil eines Rahmens aufgedruckt wird, der sich entlang eines Umfangs eines Bereichs erstreckt, über dem die mindestens eine Elektrode gebildet werden soll, und (c) einen Schritt des Druckens einer elektrisch leitenden Paste zum Bilden der zwei Elektroden (331, 332) auf gegenüberliegende Oberflächen des Festelektrolytabschnitts (320), so dass die elektrisch leitfähige Paste die grüne Polsterschicht (341, 342) überlappt.Method for producing a laminated gas sensor element ( 210 a plurality of plate-shaped ceramic bodies comprising a plate-shaped alumina body containing alumina as a main component, wherein the plurality of plate-shaped ceramic bodies are laminated one on another, the method comprising: a manufacturing step (S100) for producing a plurality of green plate-shaped ceramic elements comprising green plate-shaped alumina element ( 300 ) containing alumina as a main component; a laminating step (S200) for laminating the plurality of green plate-shaped ceramic elements to produce a laminate; and a firing step (S300) of firing the laminate; the manufacturing step (S100) comprising the following steps as steps for producing a green plate-shaped ceramic element containing a green solid electrolyte portion, (a) a step (S110) of producing the green solid electrolyte portion ( 320 ) containing zirconia as a main component, (b) a step (S120) of producing a green cushion layer ( 341 . 342 by printing a damping paste to form a cushioning layer on at least one of two surfaces of the green solid electrolyte portion ( 320 ) which is porous or contains a larger amount of zirconia than the plate-shaped alumina body, the surface being one of opposed surfaces of the solid electrolyte portion ( 320 ) is on the two electrodes ( 331 . 332 ) are formed so that an electrode is disposed on the surface, wherein the damping paste is printed on at least a part of a frame extending along a circumference of a region over which the at least one electrode is to be formed, and (c) a Step of printing an electrically conductive paste to form the two electrodes ( 331 . 332 ) on opposite surfaces of the solid electrolyte section ( 320 ), so that the electrically conductive paste the green cushion layer ( 341 . 342 ) overlaps.
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