JP2000338078A - Heater one-piece type oxygen sensor and manufacture thereof - Google Patents

Heater one-piece type oxygen sensor and manufacture thereof

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JP2000338078A
JP2000338078A JP11150157A JP15015799A JP2000338078A JP 2000338078 A JP2000338078 A JP 2000338078A JP 11150157 A JP11150157 A JP 11150157A JP 15015799 A JP15015799 A JP 15015799A JP 2000338078 A JP2000338078 A JP 2000338078A
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zirconia
oxygen sensor
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雅英 秋山
Koji Ono
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an economical heater one-piece type oxygen sensor that relieves thermal stress caused by the difference of a thermal expansion coefficient, prevents an insulation layer from being easily released even when a sudden temperature cycle is added, and also can be manufactured at extremely low costs. SOLUTION: On the external surface of an oxygen sensor 1 where reference and measurement electrodes 3 and 4 are formed at opposing positions on the internal and external surfaces of a cylinder pipe 2 that is made of zirconia solid electrolyte and whose one end is sealed, a nonionic conductive porous insulation layer 5 such as spinel and a porous zirconia layer 6 are successively laminated, an electrical heating element 7 made of platinum is buried in the porous insulation layer 5 or between the insulation layer 5 and the zirconia layer 6, and at the same time the thickness of the porous insulation layer 5 from the electrical heating element 7 to the measurement electrode 4 is set to 1 to 100 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関における空気と燃料の比率を制御するためのヒータ一
体型酸素センサとその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater-integrated oxygen sensor for controlling the ratio of air to fuel in an internal combustion engine of an automobile or the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】現在、自動車等の内燃機関においては、排
出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づいて
内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御するこ
とにより、内燃機関からの有害物質、例えばCO、H
C、NOxを低減させる方法が採用されている。
2. Description of the Related Art At present, in an internal combustion engine of an automobile or the like, the oxygen concentration in exhaust gas is detected, and the amount of air and fuel supplied to the internal combustion engine is controlled based on the detected value. Hazardous substances such as CO, H
A method of reducing C and NOx has been adopted.

【0003】この検出素子として、主として酸素イオン
導電性を有するジルコニアを主成分とする固体電解質か
らなり、一端が封止された円筒管の外面および内面にそ
れぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素セ
ンサが用いられている。この酸素センサの代表的なもの
としては、図7(a)に示すように、ZrO2 固体電解
質からなり、先端が封止された円筒管31の内面には、
白金からなり空気などの基準ガスと接触する基準電極3
2が、また円筒管31の外面には排気ガスなどの被測定
ガスと接触される測定電極33が形成されている。
As the detection element, a solid electrolyte mainly composed of a solid electrolyte mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity and having a pair of electrode layers formed on an outer surface and an inner surface of a cylindrical tube having one end sealed. Type oxygen sensors are used. As a typical example of this oxygen sensor, as shown in FIG. 7A, an inner surface of a cylindrical tube 31 made of a ZrO 2 solid electrolyte and having a sealed end is provided with:
Reference electrode 3 made of platinum and in contact with a reference gas such as air
2 and a measurement electrode 33 formed on the outer surface of the cylindrical tube 31 to be in contact with a gas to be measured such as exhaust gas.

【0004】このような酸素センサにおいて、一般に、
空気と燃料の比率が1付近の制御に用いられている、い
わゆる理論空燃比センサ(λセンサ)としては、測定電
極33の表面に、保護層となるセラミック多孔質層34
が設けられており、所定温度で円筒管31両側に発生す
る酸素濃度差を検出し、エンジン吸気系の空燃比の制御
が行われている。
In such an oxygen sensor, generally,
As a so-called stoichiometric air-fuel ratio sensor (λ sensor) used for controlling the ratio of air and fuel to around 1, a ceramic porous layer 34 serving as a protective layer is provided on the surface of the measurement electrode 33.
Is provided to detect an oxygen concentration difference generated on both sides of the cylindrical tube 31 at a predetermined temperature, and control the air-fuel ratio of the engine intake system.

【0005】一方、広範囲の空燃比を制御するために用
いられている、いわゆる広域空燃比センサ(A/Fセン
サ)は、測定電極33の表面に微細な細孔を有するガス
拡散律速層となるセラミック多孔質層34を設け、固体
電解質からなる円筒管31に一対の電極32、33を通
じて印加電圧を加え、その際得られる限界電流値を測定
してリーンからリッチ領域の空燃比を制御するものであ
る。
On the other hand, a so-called wide-range air-fuel ratio sensor (A / F sensor) used to control a wide range of air-fuel ratio is a gas diffusion-controlling layer having fine pores on the surface of a measurement electrode 33. A method in which a ceramic porous layer 34 is provided, an applied voltage is applied to a cylindrical tube 31 made of a solid electrolyte through a pair of electrodes 32 and 33, and a limit current value obtained at that time is measured to control an air-fuel ratio in a lean to rich region. It is.

【0006】上記理論空燃比センサおよび広域空燃比セ
ンサともセンシング部を約700℃付近の作動温度まで
に加熱する必要があり、そのために円筒管31の内側に
は、センシング部を作動温度まで加熱するため棒状ヒー
タ35が挿入されている。
In both the stoichiometric air-fuel ratio sensor and the wide area air-fuel ratio sensor, it is necessary to heat the sensing section to an operating temperature of about 700 ° C. Therefore, inside the cylindrical tube 31, the sensing section is heated to the operating temperature. Therefore, the bar-shaped heater 35 is inserted.

【0007】しかしながら、近年排気ガス規制の強化傾
向が強まり、エンジン始動直後からのCO、HC、NO
xの検出が必要になってきた。このような要求に対し
て、上述のように、ヒータ35を円筒管31内に挿入し
てなる間接加熱方式の円筒型酸素センサでは、センシン
グ部が活性化温度に達するまでに要する時間(以下、活
性化時間という。)が遅いために排気ガス規制に充分対
応できないという問題があった。
However, in recent years, exhaust gas regulations have been strengthened, and CO, HC, NO
It has become necessary to detect x. In response to such a demand, as described above, in the cylindrical oxygen sensor of the indirect heating system in which the heater 35 is inserted into the cylindrical tube 31, the time required for the sensing unit to reach the activation temperature (hereinafter, referred to as “the activation temperature”). There is a problem that the exhaust gas control cannot be sufficiently performed because the activation time is long.

【0008】その問題を回避する方法として、図7
(b)に示すように、平板型の固体電解質36の表面に
測定電極37、基準電極38を形成した酸素センサ39
に対して平板型のセラミック絶縁基板40の内部発熱体
41を埋設したヒータ42を積層一体化してなる平板型
の積層型酸素センサが実開昭61−199666号公報
等にて提案されている。
As a method for avoiding the problem, FIG.
As shown in (b), an oxygen sensor 39 having a measurement electrode 37 and a reference electrode 38 formed on the surface of a flat solid electrolyte 36.
On the other hand, a laminated oxygen sensor of a flat plate type in which a heater 42 in which an internal heating element 41 of a ceramic insulating substrate 40 of a flat plate type is embedded is laminated and integrated is proposed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-199666.

【0009】また、最近では、図8に示すように、ジル
コニア固体電解質からなる円筒管43の内面および外面
に白金の基準電極44、測定電極45が設けられ、測定
電極45の表面にガス透過性の多孔質のスピネルからな
る絶縁層46を設け、その絶縁層46中に周囲がアルミ
ナなどの保護層47によって保護された白金からなる発
熱体48を埋設した円筒状のヒータ一体型の酸素センサ
も特開平10−206380号公報に記載されている。
Recently, as shown in FIG. 8, a platinum reference electrode 44 and a measurement electrode 45 are provided on the inner and outer surfaces of a cylindrical tube 43 made of a zirconia solid electrolyte. A cylindrical heater-integrated oxygen sensor in which an insulating layer 46 made of porous spinel is provided and a heating element 48 made of platinum whose periphery is protected by a protective layer 47 such as alumina is embedded in the insulating layer 46 is also available. It is described in JP-A-10-206380.

【0010】これらのヒータと一体化された酸素センサ
は、従来の間接加熱方式と異なり、直接加熱方式である
ために急速昇温が可能であり、センシング部の活性化時
間が早いという特徴を有する。
The oxygen sensor integrated with these heaters has a feature that, unlike the conventional indirect heating method, the temperature can be rapidly raised because of the direct heating method, and the activation time of the sensing section is short. .

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
平板型の酸素センサは、形状が平板形状であるために、
耐久性、耐熱性が悪く、その結果作動時においてセンサ
が破壊するという問題があった。
However, since the above-described flat oxygen sensor has a flat plate shape,
There was a problem that the durability and heat resistance were poor, and as a result, the sensor was broken during operation.

【0012】また、特開平10−206380号公報に
記載されるヒータ一体型酸素センサによれば、スピネル
やアルミナなどから構成される絶縁層46および保護層
47は、ジルコニア固体電解質43および白金からなる
電極44、45および白金からなる発熱体48と熱膨張
係数が大きく異なるためセンサ素子内に熱応力が発生し
易いために、急激な温度サイクルを加えると絶縁層が剥
離しやすいという構造的な欠点を有していた。
Further, according to the heater-integrated oxygen sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-206380, the insulating layer 46 and the protective layer 47 made of spinel, alumina or the like are made of the zirconia solid electrolyte 43 and platinum. Since the thermal expansion coefficient is greatly different from that of the electrodes 44 and 45 and the heating element 48 made of platinum, thermal stress is easily generated in the sensor element. Therefore, when a rapid temperature cycle is applied, the insulating layer is easily peeled off. Had.

【0013】また、製造方法に関しても、ジルコニア粉
末を用いて成形、焼成して固体電解質の円筒体を作製し
た後、その外面と内面に白金電極を形成する。その後、
電解質表面にプラズマ溶射にてスピネルからなる絶縁層
を形成し、さらにその表面にペースト状の白金ヒータを
塗布し、再度プラズマ溶射にて絶縁層を形成するもので
あるために、工程が複雑であり製造コストが高いなどの
問題がある。それに加えて、白金電極44、45および
絶縁層46ともプラズマ溶射法により形成されているた
め固体電解質43との接合強度が弱いという問題もあっ
た。
[0013] Regarding the production method, a zirconia powder is molded and fired to produce a solid electrolyte cylindrical body, and then platinum electrodes are formed on the outer and inner surfaces thereof. afterwards,
The process is complicated because an insulating layer made of spinel is formed on the electrolyte surface by plasma spraying, a paste-like platinum heater is applied to the surface, and the insulating layer is formed again by plasma spraying. There are problems such as high manufacturing costs. In addition, since the platinum electrodes 44 and 45 and the insulating layer 46 are also formed by the plasma spraying method, there is a problem that the bonding strength with the solid electrolyte 43 is weak.

【0014】従って、本発明は、円筒型酸素センサに対
してヒータが一体化されてなるとともに、活性化時間が
短く、且つ耐久性、耐熱性に優れたヒータ一体型酸素セ
ンサと、それを容易に作製するための製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
Accordingly, the present invention provides a heater-integrated oxygen sensor having a heater integrated with a cylindrical oxygen sensor, a short activation time, and excellent durability and heat resistance. It is an object of the present invention to provide a production method for producing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の円
筒状のヒータが一体化された酸素センサに関する問題に
ついて検討を重ねた結果、ジルコニア固体電解質からな
り一端が封止された円筒管の内面および外面の対向する
位置にそれぞれ基準電極および測定電極とが形成されて
なる酸素センサの外表面に、非イオン伝導性の多孔質絶
縁層と多孔質ジルコニア層とを順次積層し、前記多孔質
絶縁層中、あるいは前記絶縁層と前記ジルコニア層との
間に、白金からなる発熱体を埋設するとともに、前記測
定電極から前記発熱体までの前記多孔質絶縁層の厚さを
1〜100μmとする、またはジルコニア固体電解質か
らなり一端が封止された円筒管の内面および外面の対向
する位置にそれぞれ基準電極および測定電極とが形成さ
れてなる酸素センサの外表面に、厚さ1μm以上の非イ
オン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質ジルコニア層とを順
次積層し、前記多孔質ジルコニア層中に、白金からなる
発熱体を埋設するとともに、前記測定電極から前記発熱
体までの前記多孔質絶縁層と前記多孔質ジルコニア層の
合計厚さを100μm以下とすることにより、上記の目
的が達成できることを見いだした。
Means for Solving the Problems The present inventors have repeatedly studied the above-mentioned problems relating to the oxygen sensor in which the cylindrical heater is integrated, and as a result, a cylindrical tube made of a zirconia solid electrolyte and having one end sealed. A non-ion conductive porous insulating layer and a porous zirconia layer are sequentially laminated on the outer surface of an oxygen sensor in which a reference electrode and a measurement electrode are formed at opposing positions of an inner surface and an outer surface, respectively. A heating element made of platinum is embedded in the porous insulating layer or between the insulating layer and the zirconia layer, and the thickness of the porous insulating layer from the measurement electrode to the heating element is 1 to 100 μm. Or an oxygen sensor in which a reference electrode and a measurement electrode are formed at opposing positions on the inner surface and the outer surface of a cylindrical tube made of a zirconia solid electrolyte and sealed at one end. A non-ion conductive porous insulating layer having a thickness of 1 μm or more and a porous zirconia layer are sequentially laminated on the outer surface of the substrate, and a heating element made of platinum is embedded in the porous zirconia layer, and the measurement is performed. It has been found that the above object can be achieved by setting the total thickness of the porous insulating layer and the porous zirconia layer from the electrode to the heating element to 100 μm or less.

【0016】また、その製造方法としては、ジルコニア
固体電解質粉末を用いて成形された一端が封止された円
筒管の内面および外面の対向する位置に基準電極と測定
電極とをそれぞれ形成してセンサ素体を作製し、また、
非イオン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質ジルコニア層と
を積層するとともに、前記多孔質絶縁層中、あるいは前
記多孔質絶縁層と前記多孔質ジルコニア層との間に、白
金からなる発熱体を埋設し、焼成後の前記測定電極から
前記発熱体までの前記多孔質絶縁層の厚さが1〜100
μmとなるヒータ素体、または、焼成後の厚さが1μm
以上の非イオン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質ジルコニ
ア層とを積層し、前記多孔質ジルコニア層中に、白金か
らなる発熱体を埋設し、焼成後の前記測定電極から前記
発熱体までの前記多孔質絶縁層と前記多孔質ジルコニア
層の合計厚さが100μm以下であるヒータ素体を作製
した後、前記センサ素体の外表面に、前記ヒータ素体を
前記多孔質絶縁層が内側となるように巻き付けて円筒状
積層体を作製し、その後、これを同時焼成することによ
って、工程の簡略化を図り、製造コストを低減すること
ができる。
Further, as a manufacturing method, a reference electrode and a measurement electrode are formed at opposing positions of an inner surface and an outer surface of a cylindrical tube having one end sealed and formed using zirconia solid electrolyte powder. Make an elementary body,
A laminate of a non-ion conductive porous insulating layer and a porous zirconia layer, and a heating element made of platinum in the porous insulating layer or between the porous insulating layer and the porous zirconia layer. The thickness of the porous insulating layer from the measurement electrode to the heating element after burying and firing is 1 to 100.
μm heater element or 1 μm thick after firing
The above non-ion conductive porous insulating layer and the porous zirconia layer are laminated, and a heating element made of platinum is embedded in the porous zirconia layer, and the heating element from the measurement electrode to the heating element after firing. After producing a heater element in which the total thickness of the porous insulating layer and the porous zirconia layer is 100 μm or less, the heater element is placed on the outer surface of the sensor element, By forming a cylindrical laminated body by winding as described above and then firing the laminated body at the same time, the process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0017】[0017]

【作用】本発明のヒータ一体型酸素センサによれば、ジ
ルコニア固体電解質からなる円筒管の表面に形成された
測定電極の表面に、非イオン伝導性の多孔質絶縁層を介
して多孔質ジルコニア層を形成し、その多孔質絶縁層中
または多孔質ジルコニア層中、あるいは多孔質絶縁層と
多孔質ジルコニア層との間に白金からなる発熱体を形成
したので、固体電解質、基準電極、測定電極からなるセ
ンサ素子部を効率的に加熱することができ、活性化時間
を短縮することができる。
According to the heater-integrated oxygen sensor of the present invention, the porous zirconia layer is provided on the surface of the measurement electrode formed on the surface of the cylindrical tube made of the zirconia solid electrolyte via the non-ion conductive porous insulating layer. Was formed, and a heating element made of platinum was formed in the porous insulating layer or the porous zirconia layer, or between the porous insulating layer and the porous zirconia layer. The sensor element can be efficiently heated, and the activation time can be shortened.

【0018】また、ジルコニア固体電解質と非イオン伝
導性の絶縁層とで熱膨張特性が異なる場合においても多
孔質絶縁層の厚みを薄くすることができるとともに、さ
らに多孔質絶縁層の表面に多孔質ジルコニア層を形成し
ているために、多孔質絶縁層を2層のジルコニア層によ
って挟持した構造からなるために熱膨張差に起因する応
力がつりあい、絶縁層や発熱体の剥離等を防止すること
ができる。
Even when the zirconia solid electrolyte and the non-ion conductive insulating layer have different thermal expansion characteristics, the thickness of the porous insulating layer can be reduced, and the surface of the porous insulating layer can be made porous. Since the zirconia layer is formed, the porous insulating layer is sandwiched between the two zirconia layers, so that the stress caused by the difference in thermal expansion is balanced, and the insulating layer and the heating element are prevented from peeling off. Can be.

【0019】また、本発明では、上記のようなセンサ構
造に加えて、酸素センサ部と発熱体を具備するヒータ部
とを一括して焼成するため、従来のヒータ一体型酸素セ
ンサに比べて製造コストが極めて安価になり、経済性の
観点から優れているとともに、共焼結するために固体電
解質と電極を具備するセンサ本体に対して絶縁層、発熱
体およびジルコニア層を強固に固着することができる。
In addition, in the present invention, in addition to the above-described sensor structure, since the oxygen sensor section and the heater section having the heating element are fired at once, the manufacturing is made in comparison with the conventional heater-integrated oxygen sensor. The cost is extremely low, and it is excellent from the economical viewpoint. In addition, the insulating layer, the heating element, and the zirconia layer can be firmly fixed to the sensor body including the solid electrolyte and the electrode for co-sintering. it can.

【0020】その結果、本発明のヒータ―体型酸素セン
サによれば、活性化時間が短く、且つ耐久性、耐熱性に
優れたヒータ一体型酸素センサおよびその製造方法を提
供することができる。
As a result, according to the heater-body oxygen sensor of the present invention, it is possible to provide a heater-integrated oxygen sensor having a short activation time, excellent durability and heat resistance, and a method of manufacturing the same.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素センサの第1
の例を図1の概略斜視図(a)およびX1 −X1 断面図
(b)をもとに説明する。図1の酸素センサ1は、酸素
イオン導電性を有するジルコニア固体電解質からなり、
先端が封止された断面がU字状の円筒管2の内面に、第
1の電極として、空気などの基準ガスと接触される基準
電極3が被着形成され、また、円筒管2の基準電極3と
対向する外面には、第2の電極として、排気ガスなどの
被測定ガスと接触する測定電極4が被着形成されてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first embodiment of the oxygen sensor of the present invention will be described below.
Explaining the example schematic perspective view of FIG. 1 (a) and X 1 -X 1 cross-sectional view of (b) based. The oxygen sensor 1 of FIG. 1 is made of a zirconia solid electrolyte having oxygen ion conductivity,
A reference electrode 3 that is in contact with a reference gas such as air is formed as a first electrode on the inner surface of a cylindrical tube 2 having a U-shaped cross section with a sealed tip. On the outer surface facing the electrode 3, a measurement electrode 4 that is in contact with a gas to be measured such as exhaust gas is formed as a second electrode.

【0022】また、本発明によれば、先端が封止された
円筒管2の外面に形成された測定電極4の表面またはそ
の周囲には非イオン伝導性の多孔質絶縁層5および多孔
質ジルコニア層6が順次設けられており、多孔質絶縁層
5の内部には、白金からなる発熱体7が埋設されてい
る。
Further, according to the present invention, the non-ion conductive porous insulating layer 5 and the porous zirconia are formed on or around the surface of the measuring electrode 4 formed on the outer surface of the cylindrical tube 2 whose end is sealed. The layers 6 are sequentially provided, and a heating element 7 made of platinum is embedded in the porous insulating layer 5.

【0023】また、基準電極3、測定電極4および発熱
体7は、いずれも円筒管2の表面や絶縁層5やジルコニ
ア層6の表面や内部に設けられたリード電極(図示せ
ず)と電気的に接続されており、所定の電圧や電流が印
加される。
The reference electrode 3, the measuring electrode 4, and the heating element 7 are electrically connected to a lead electrode (not shown) provided on the surface of the cylindrical tube 2, the surface of the insulating layer 5, the surface of the zirconia layer 6, or the inside thereof. And a predetermined voltage or current is applied.

【0024】(固体電解質)本発明において円筒管2を
構成するジルコニア固体電解質は、具体的には、Y2
3 およびYb2 3 、Sc2 3 、Sm2 3 、Nd2
3 、Dy2 3 等の希土類酸化物の群から選ばれる少
なくとも1種を酸化物換算で1〜30モル%、好ましく
は3〜15モル%含有する部分安定化ZrO2 あるいは
安定化ZrO2 が用いられている。また、ZrO2 中の
Zrを1〜20原子%をCeで置換したZrO2 を用い
ることにより、電子伝導性が大きくなり、応答性がさら
に改善されるといった効果がある。
(Solid Electrolyte) In the present invention, the zirconia solid electrolyte constituting the cylindrical tube 2 is specifically Y 2 O
3 and Yb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2
O 3, Dy 2 O 3 1~30 mol% of at least one selected from the group consisting of rare earth oxide in terms of oxide, such as, preferably 3 to 15 mol% content to partially stabilized ZrO 2 or stabilized ZrO 2 Is used. Further, by using ZrO 2 in which Zr in ZrO 2 is substituted with 1 to 20 atomic% of Ce for Ce, there is an effect that electron conductivity is increased and responsiveness is further improved.

【0025】さらに、焼結性を改善する目的で、上記Z
rO2 に対して、Al2 3 やSiO2 を添加含有させ
ることができるが、多量に含有させると、高温における
クリープ特性が悪くなることから、Al2 3 およびS
iO2 の添加量は総量で5重量%以下、特に2重量%以
下であることが望ましい。
Further, in order to improve the sinterability, the above Z
Al 2 O 3 or SiO 2 can be added to and contained in rO 2 , but if it is contained in a large amount, the creep characteristics at high temperatures deteriorate, so that Al 2 O 3 and S 2
It is desirable that the total amount of iO 2 be 5% by weight or less, particularly 2% by weight or less.

【0026】(電極材質)円筒管2の内面および外面に
被着形成される基準電極3、測定電極4は、いずれも白
金、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよび金の群か
ら選ばれる1種、または2種以上の合金が用いられる。
また、センサ動作時の電極中の金属の粒成長を防止する
目的と、応答性に係わる金属粒子と固体電解質と気体と
の、いわゆる3相界面の接点を増大する目的で、上述の
ジルコニア固体電解質成分を1〜50体積%、特に10
〜30体積%の割合で上記電極中に混合してもよい。
(Electrode Material) Each of the reference electrode 3 and the measurement electrode 4 formed on the inner surface and the outer surface of the cylindrical tube 2 is one selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and gold, or 2 More than one alloy is used.
The zirconia solid electrolyte described above is used for the purpose of preventing the grain growth of the metal in the electrode during the operation of the sensor and to increase the contact point at the so-called three-phase interface between the metal particles, the solid electrolyte, and the gas related to the response. 1 to 50% by volume, especially 10%
You may mix in the said electrode in the ratio of 30 volume%.

【0027】(多孔質絶縁層)一方、測定電極4の表面
に形成される多孔質絶縁層5としては、それ自体が非イ
オン伝導性を有することが必要である。これは、固体電
解質からなる円筒管2と白金からなる発熱体7とを電気
的に完全に分離し絶縁化するためである。
(Porous Insulating Layer) On the other hand, it is necessary that the porous insulating layer 5 formed on the surface of the measuring electrode 4 itself has non-ionic conductivity. This is because the cylindrical tube 2 made of the solid electrolyte and the heating element 7 made of platinum are completely electrically separated from each other to insulate them.

【0028】また、かかる構造において、測定電極4表
面から発熱体7までの絶縁層5の厚さL1 が1〜100
μm、特に5〜50μm、さらには10〜40μmであ
ることが重要である。これは、上記厚さがL1 が1μm
よりも薄いと、発熱体7と測定電極4両者の電気的な絶
縁が不充分となりセンサが正常な出力電圧を示さなくな
り、また、厚みL1 が100μmを超えると、発熱体7
によるセンサ部の加熱効率が低下し、活性化時間が長く
なるとともに、固体電解質からなる円筒管2と絶縁層5
間に生じる熱応力に起因して絶縁層が剥離し易くなった
り、ヒータの抵抗の増加率が大きくなるである。
In this structure, the thickness L 1 of the insulating layer 5 from the surface of the measuring electrode 4 to the heating element 7 is 1 to 100.
It is important that it is in the order of μm, in particular 5 to 50 μm, more particularly 10 to 40 μm. This is because the thickness L 1 is 1 μm
When thinner than the electrical insulation becomes insufficient sensor and the heating element 7 measuring electrodes 4 both not exhibit the normal output voltage, and when the thickness L 1 of more than 100 [mu] m, the heating element 7
The heating efficiency of the sensor unit is reduced, the activation time is lengthened, and the cylindrical tube 2 made of solid electrolyte and the insulating layer 5
The insulation layer is easily peeled off due to the thermal stress generated between them, and the rate of increase in the resistance of the heater increases.

【0029】また、この多孔質絶縁層5としては、アル
ミナ、スピネル、フォルステライト、ガラス等のセラミ
ック材料が好適に用いられる。また、多孔質絶縁層5と
してガラスを用いる場合には、耐熱性の観点から、Ba
O、PbO、SrO、CaO、CdOのうちの少なくと
も1種を5重量%以上含有するガラス、特に、結晶化ガ
ラスであることが望ましい。
As the porous insulating layer 5, a ceramic material such as alumina, spinel, forsterite, or glass is preferably used. When glass is used as the porous insulating layer 5, Ba is used from the viewpoint of heat resistance.
A glass containing at least one of O, PbO, SrO, CaO, and CdO in an amount of 5% by weight or more, particularly a crystallized glass is desirable.

【0030】また、多孔質絶縁層5は、被測定ガスが測
定電極4に到達されるために、所定の気孔を有すること
が必要であり、また、気孔率が大きすぎると排ガス中の
P(リン)やPb(鉛)により電極が被毒を受ける恐れ
がある。かかる観点から多孔質絶縁層5の気孔率は7〜
35%であることが望ましい。
Further, the porous insulating layer 5 needs to have predetermined pores in order for the gas to be measured to reach the measurement electrode 4, and if the porosity is too large, P ( The electrodes may be poisoned by (phosphorus) or Pb (lead). From this viewpoint, the porosity of the porous insulating layer 5 is 7 to
Desirably, it is 35%.

【0031】(ジルコニア層)また、多孔質ジルコニア
層6としては、ジルコニアに対してY2 3 およびYb
2 3 、Sc2 3 、Sm2 3 、Nd2 3 、Dy2
3 等の希土類酸化物の群から選ばれる少なくとも1種
の酸化物を酸化物換算で1〜30モル%、特に強度を高
める上で3〜15モル%の割合で含有する部分安定化Z
rO2 あるいは安定化ZrO2 が好適に用いられる。ま
た、ZrO2 中のZrを1〜20原子%のCeで置換し
たZrO2 も好適に用いることが可能であるが、特に、
円筒管2を構成する固体電解質と同じ熱膨張特性を有す
ることが望ましいことから、円筒管2のジルコニア固体
電解質と同一の組成のものが最も好ましい。
(Zirconia Layer) The porous zirconia layer 6 is made of Y 2 O 3 and Yb
2 O 3 , Sc 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Dy 2
Partially stabilized Z containing at least one oxide selected from the group of rare earth oxides such as O 3 in an oxide equivalent of 1 to 30 mol%, particularly 3 to 15 mol% for enhancing strength.
rO 2 or stabilized ZrO 2 is preferably used. Further, ZrO 2 in which Zr in ZrO 2 is substituted with 1 to 20 atomic% of Ce can also be preferably used.
Since it is desirable to have the same thermal expansion characteristics as the solid electrolyte constituting the cylindrical tube 2, it is most preferable to have the same composition as the zirconia solid electrolyte of the cylindrical tube 2.

【0032】さらに、この多孔質ジルコニア層6も多孔
質絶縁層5と同様に、被測定ガスが測定電極4に到達で
きるように、気孔率が7〜35%の多孔質体からなるこ
とが望ましく、その全体厚さは50〜500μmで、ガ
ス透過性とヒータの保温性の観点から100〜200μ
mであることが望ましい。
Further, like the porous insulating layer 5, the porous zirconia layer 6 is preferably made of a porous material having a porosity of 7 to 35% so that the gas to be measured can reach the measuring electrode 4. The total thickness is 50 to 500 μm, and 100 to 200 μm from the viewpoint of gas permeability and heat retention of the heater.
m is desirable.

【0033】(発熱体)図1に示した酸素センサによれ
ば、多孔質絶縁層5中に発熱体7が埋設されているが、
この発熱体7としては、同時焼成の問題から大気中で安
定な白金(Pt)からなることが必要である。これによ
って、発熱体7および多孔質絶縁層5を同時焼成によっ
て形成することが可能である。
(Heating Element) According to the oxygen sensor shown in FIG. 1, although the heating element 7 is embedded in the porous insulating layer 5,
The heating element 7 needs to be made of platinum (Pt) which is stable in the air due to the problem of simultaneous firing. This makes it possible to form the heating element 7 and the porous insulating layer 5 by simultaneous firing.

【0034】(他の構造)図1の酸素センサによれば、
発熱体7は、多孔質絶縁層5中に埋設されたものである
が、発熱体7の埋設場所はこれに限られることなく、例
えば、図2の第2の例に基づく要部拡大断面図に示すよ
うに、多孔質絶縁層5と多孔質ジルコニア層6との間に
設けることも可能である。
(Other Structure) According to the oxygen sensor of FIG.
The heating element 7 is embedded in the porous insulating layer 5, but the location where the heating element 7 is embedded is not limited to this. For example, an enlarged sectional view of a main part based on the second example of FIG. As shown in (1), it is also possible to provide between the porous insulating layer 5 and the porous zirconia layer 6.

【0035】さらには、図3の第3の例に基づく要部拡
大断面図に示すように、発熱体7を多孔質ジルコニア層
6中に埋設してもよい。これは、前述した通り、発熱体
7と測定電極4両者の電気的な絶縁が不充分となりセン
サが正常な出力電圧を示さなくなるためである。また、
測定電極4表面から発熱体7までの多孔質絶縁層5およ
び多孔質ジルコニア層6との合計厚さL2 は100μm
以下であることが重要である。これは、厚みL2 が10
0μmを超えると、発熱体7によるセンサ部の加熱効率
が低下し、活性化時間が長くなるためである。
Further, as shown in an enlarged sectional view of a main part based on the third example of FIG. 3, the heating element 7 may be embedded in the porous zirconia layer 6. This is because, as described above, the electrical insulation between both the heating element 7 and the measurement electrode 4 is insufficient, and the sensor does not exhibit a normal output voltage. Also,
The total thickness L 2 of the porous insulating layer 5 and the porous zirconia layer 6 from the surface of the measurement electrode 4 to the heating element 7 is 100 μm.
It is important that: This is because the thickness L 2 is 10
If the thickness exceeds 0 μm, the heating efficiency of the sensor unit by the heating element 7 decreases, and the activation time becomes longer.

【0036】なお、本発明の酸素センサによれば、測定
電極4の表面に形成された多孔質絶縁層5および多孔質
ジルコニア層6の気孔の細孔径などを制御することによ
り理論空燃比センサ(λセンサ)、あるいは広域空燃比
センサ、(A/Fセンサ)として用いることができる。
後者の広域空燃比センサにおいては、多孔質ジルコニア
層6表面に、さらにプラズマ溶射法等を用いてスピネ
ル、ジルコニア、マグネシア、アルミナ等のガス拡散律
速層(図示せず)を設けるとさらに精度の高い空燃比の
制御が可能である。この際、多孔質ジルコニア層および
多孔質絶縁層の開気孔率を15〜30%の範囲に制御す
ることにより理論空燃比センサが、また開気孔率を7〜
12%の範囲に制御することにより広域空燃比センサが
作製できる。
According to the oxygen sensor of the present invention, the stoichiometric air-fuel ratio sensor is controlled by controlling the pore diameter of the pores of the porous insulating layer 5 and the porous zirconia layer 6 formed on the surface of the measuring electrode 4. λ sensor) or a wide-range air-fuel ratio sensor (A / F sensor).
In the latter wide-area air-fuel ratio sensor, when a gas diffusion-controlling layer (not shown) of spinel, zirconia, magnesia, alumina, or the like is further provided on the surface of the porous zirconia layer 6 by using a plasma spraying method or the like, higher accuracy is achieved. The air-fuel ratio can be controlled. At this time, the stoichiometric air-fuel ratio sensor controls the open porosity of the porous zirconia layer and the porous insulating layer in the range of 15% to 30%, and the open porosity of the porous zirconia layer and the porous insulating layer becomes 7% to 30%.
A wide-range air-fuel ratio sensor can be manufactured by controlling to 12%.

【0037】(製造方法)次に、本発明の酸素センサの
製造方法について、図1の酸素センサを例にして図4を
もとに説明する。 (センサ素体の作製)まず図4(a)に示すような円筒
型酸素センサ素体10を作製する。このセンサ素体10
は、酸素イオン伝導性を有するジルコニア固体電解質粉
末に対して、適宜、成形用有機バインダーを添加して押
出成形や、静水圧成形(ラバープレス)あるいはプレス
形成などの周知の方法により一端が封止された直径1〜
10mmの円筒状成形体11を作製する。
(Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing the oxygen sensor of the present invention will be described with reference to FIG. 4 taking the oxygen sensor of FIG. 1 as an example. (Production of Sensor Element) First, a cylindrical oxygen sensor element 10 as shown in FIG. 4A is produced. This sensor element 10
One end is sealed to a zirconia solid electrolyte powder having oxygen ion conductivity by a well-known method such as extrusion molding, isostatic pressing (rubber pressing) or press forming by appropriately adding an organic binder for molding. Diameter 1
A 10 mm cylindrical molded body 11 is produced.

【0038】この時、用いられる固体電解質粉末として
は、ジルコニア粉末に対して、安定化剤としてY2 3
およびYb2 3 、Sc2 3 、Sm2 3 、Nd2
3 、Dy2 3 等の希土類酸化物の群から選ばれる少な
くとも1種を酸化物換算で1〜30モル%、好ましくは
3〜15モル%の割合で添加した混合粉末、あるいはジ
ルコニアと上記安定化剤との共沈原料粉末が用いられ
る。また、ZrO2 中のZrを1〜20原子%をCeで
置換したZrO2 粉末、または共沈原料を用いることも
できる。
At this time, the solid electrolyte powder used was zirconia powder and Y 2 O 3 as a stabilizer.
And Yb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2 O
3 , a mixed powder in which at least one selected from the group of rare earth oxides such as Dy 2 O 3 is added at a ratio of 1 to 30 mol%, preferably 3 to 15 mol% in terms of oxide, or zirconia and the above-mentioned stable powder. Coprecipitated raw material powder with an agent is used. It is also possible to use ZrO 2 powder or coprecipitated material, a 1-20 atomic% of Zr in ZrO 2 was replaced by Ce.

【0039】さらに、焼結性を改善する目的で、上記固
体電解質粉末に、Al2 3 やSiO2 を5重量%以
下、特に2重量%以下の割合で添加することも可能であ
る。
Further, for the purpose of improving sinterability, it is possible to add Al 2 O 3 or SiO 2 to the solid electrolyte powder at a ratio of 5% by weight or less, particularly 2% by weight or less.

【0040】そして、上記固体電解質からなる円筒状成
形体11の内面および外面に、基準電極および測定電極
となるパターン12、13を例えば、白金を含有する導
電性ペーストを用いてスラリーデッィプ法、あるいはス
クリーン印刷、パット印刷、ロール転写で形成する。こ
の時、円筒管内面への印刷は、導体ペーストを充填して
排出してして、内面全面に塗布形成してもよい。
The patterns 12 and 13 serving as reference electrodes and measurement electrodes are formed on the inner and outer surfaces of the cylindrical molded body 11 made of the solid electrolyte by, for example, a slurry dipping method using a conductive paste containing platinum or a screen. It is formed by printing, pad printing, and roll transfer. At this time, for printing on the inner surface of the cylindrical tube, the conductor paste may be filled and discharged, and may be applied and formed on the entire inner surface.

【0041】(ヒータ素体)次に、図4(b)に示すよ
うなヒータ素体14を形成する。ヒータ素体14は、ま
ず、上記と同様なジルコニア粉末を用いてドクターブレ
ード法、押し出し成形法、プレス法などにより所定厚さ
の多孔質ジルコニア層用グリーンシート15を作製す
る。
(Heater Element) Next, a heater element 14 as shown in FIG. 4B is formed. For the heater element 14, first, a green sheet 15 for a porous zirconia layer having a predetermined thickness is prepared by a doctor blade method, an extrusion molding method, a pressing method, or the like using the same zirconia powder as described above.

【0042】そして、非イオン伝導性を有する多孔質絶
縁層を形成し得るアルミナ、スピネル、フォルステライ
ト、ガラス等のセラミック粉末に、適宜成形用有機バイ
ンダーを添加してスラリーを調製し、このスラリーを上
記グリーンシート15に塗布し、その後、白金粉末を含
む導電性ペーストを発熱体パターンにスクリーン印刷
法、パット印刷法、ロール転写法等により印刷した後、
その上にさらにスラリーを塗布し、乾燥することによ
り、発熱体16が埋設された多孔質絶縁層17とジルコ
ニア層用グリーンシート15との積層体からなるヒータ
素体14を作製できる。
Then, a slurry is prepared by appropriately adding an organic binder for molding to ceramic powder such as alumina, spinel, forsterite, or glass, which can form a porous insulating layer having non-ion conductivity. After applying to the green sheet 15 and then printing a conductive paste containing platinum powder on the heating element pattern by a screen printing method, a pad printing method, a roll transfer method, or the like,
By further applying a slurry thereon and drying the slurry, the heater element 14 composed of a laminate of the porous insulating layer 17 in which the heating element 16 is embedded and the zirconia layer green sheet 15 can be manufactured.

【0043】また、他の方法としては、多孔質ジルコニ
ア層用グリーンシート、多孔質絶縁層用グリーンシート
を作製し、そのいずれか一方に白金の発熱体を印刷塗布
した後、積層しても同様な積層体からなるヒータ素体1
4を作製することができる。なお、最終的に多孔質絶縁
層および多孔質ジルコニア層の気孔率を所定の範囲に制
御するためには、上記セラミック粉末組成物に対して、
例えば、ポア形成剤として市販のポリエチレン粉末を添
加して、焼成後の気孔率を制御することができる。
As another method, a green sheet for a porous zirconia layer and a green sheet for a porous insulating layer are prepared, and a heating element of platinum is applied to one of the green sheets by printing and then laminated. Heater element 1 made of a laminated body
4 can be produced. Incidentally, in order to finally control the porosity of the porous insulating layer and the porous zirconia layer to a predetermined range, with respect to the ceramic powder composition,
For example, a commercially available polyethylene powder can be added as a pore-forming agent to control the porosity after firing.

【0044】上記の各グリーンシート15の厚みとして
は60〜600μm、特に100〜300μmが好まし
い。シートの厚みが60μmより薄いとシートの取り扱
いが困難であり、600μmを超えるとシートの円筒状
成形体表面への巻き付けが難しくなるためである。
The thickness of each green sheet 15 is preferably from 60 to 600 μm, particularly preferably from 100 to 300 μm. If the thickness of the sheet is less than 60 μm, it is difficult to handle the sheet, and if it exceeds 600 μm, it becomes difficult to wind the sheet around the surface of the cylindrical molded body.

【0045】(巻き付け)次に、図4(c)に示すよう
に、上記円筒状のセンサ素体10の表面に、ヒータ素体
14を巻き付けて円筒状積層体18を作製する。この
際、ヒータ素体14をセンサ素体10に巻き付けるに
は、ヒータ素体14とセンサ素体10との間にアクリル
樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させて接着させた
り、あるいはローラ等で圧力を加えながら機械的に接着
することができる。この時、巻き付けされたヒータ素体
14の合わせ目は、焼成時の収縮を考慮し、シート端部
同志を重ねるか、あるいは所定の間隔をおいて接着して
もよい。
(Coiling) Next, as shown in FIG. 4C, the heater element 14 is wound around the surface of the cylindrical sensor element 10 to form a cylindrical laminate 18. At this time, in order to wind the heater element 14 around the sensor element 10, an adhesive such as an acrylic resin or an organic solvent is interposed between the heater element 14 and the sensor element 10, or a roller or the like is used. Can be mechanically bonded while applying pressure. At this time, the seams of the wound heater element 14 may be overlapped with each other at the end of the sheet or bonded at a predetermined interval in consideration of shrinkage during firing.

【0046】なお、ヒータ素体14を巻き付ける場合、
多孔質絶縁層用グリーンシートと多孔質ジルコニア層用
グリーンシートとの積層体を巻き付ける方法以外に、多
孔質絶縁層用グリーンシートを巻き付けた後に、多孔質
ジルコニア層用グリーンシートを巻き付けることも可能
である。
When the heater element 14 is wound,
In addition to winding the laminate of the porous insulating layer green sheet and the porous zirconia layer green sheet, it is also possible to wind the porous zirconia layer green sheet after winding the porous insulating layer green sheet. is there.

【0047】(同時焼成)そして、上記の円筒状積層体
18をセンサ素体10を構成する固体電解質およびヒー
タ素体14における多孔質絶縁層用グリーンシートおよ
び多孔質ジルコニア層用グリーンシートが同時に焼成可
能な温度で焼成することにより、ヒータ素体14とセン
サ素体10とが一体化された酸素センサが作製される。
焼成条件よしては、アルゴンガス等の不活性雰囲気中あ
るいは大気中1300〜1700℃で1〜10時間程度
焼成することが望ましい。
(Simultaneous Firing) Then, the cylindrical laminate 18 is simultaneously fired with the solid electrolyte constituting the sensor element 10 and the green sheet for the porous insulating layer and the green sheet for the porous zirconia layer in the heater element 14. By firing at a possible temperature, an oxygen sensor in which the heater element 14 and the sensor element 10 are integrated is manufactured.
Depending on the firing conditions, it is desirable to fire at 1300 to 1700 ° C. for about 1 to 10 hours in an inert atmosphere such as argon gas or the atmosphere.

【0048】(他の製造方法)なお、図2に示されるよ
うな発熱体7が多孔質絶縁層5と多孔質ジルコニア層6
との間に埋設した酸素センサを作製する場合には、前記
ヒータ素体14を作製する時に、多孔質ジルコニア用グ
リーンシートの表面に、白金ペーストを塗布した後、多
孔質絶縁層用のスラリーを塗布するか、またはグリーン
シートを積層してヒータ素体を作製した後、上記と同様
な方法で巻き付け、同時焼成して作製することができ
る。
(Other Manufacturing Method) The heating element 7 as shown in FIG. 2 is composed of the porous insulating layer 5 and the porous zirconia layer 6.
When the oxygen sensor buried in between is manufactured, a platinum paste is applied to the surface of the porous zirconia green sheet when the heater element 14 is manufactured, and then a slurry for the porous insulating layer is formed. A heater element may be prepared by applying or laminating green sheets, and then wound and fired in the same manner as described above.

【0049】また、図3に示されるような発熱体7が多
孔質ジルコニア層6内に埋設した酸素センサを作製する
場合には、前記ヒータ素体14を作製する時に、多孔質
ジルコニア層用グリーンシートの表面に、白金ペースト
を塗布した後、多孔質ジルコニア層用のグリーンシート
を積層するかまたはスラリーを塗布した後、さらに多孔
質絶縁層用のグリーンシートを積層するか、またはスラ
リーを塗布することによりヒータ素体を作製した後、上
記と同様な方法で巻き付け、同時焼成することにより作
製することができる。
When an oxygen sensor in which the heating element 7 as shown in FIG. 3 is embedded in the porous zirconia layer 6 is manufactured, when the heater element 14 is manufactured, the green for the porous zirconia layer is used. After applying a platinum paste to the surface of the sheet, laminating a green sheet for a porous zirconia layer or applying a slurry, and then further laminating a green sheet for a porous insulating layer or applying a slurry Thus, after the heater element body is manufactured, it can be manufactured by winding and simultaneous firing in the same manner as described above.

【0050】また、場合によっては、上記のようして焼
成した酸素センサの多孔質ジルコニア層の表面に、アル
ミナ、スピネル、ジルコニア等の粉末をゾルゲル法、ス
ラリーディップ法、印刷法などによって印刷塗布し、焼
き付け処理したり、上記セラミックスをスパッタ法ある
いはプラズマ溶射法により被覆してガス拡散律速層を形
成して、広域空燃比酸素センサを作製することも可能で
ある。
In some cases, a powder of alumina, spinel, zirconia, or the like is printed and coated on the surface of the porous zirconia layer of the oxygen sensor fired as described above by a sol-gel method, a slurry dipping method, a printing method, or the like. It is also possible to manufacture a wide range air-fuel ratio oxygen sensor by baking or coating the above ceramics by sputtering or plasma spraying to form a gas diffusion controlling layer.

【0051】なお、本発明の酸素センサは、固体電解質
からなる円筒管の形状において、封止された一端は、先
端が球状でも良いし、円柱状であってもよく、またセン
サ強度や作製の容易性から円筒管は先端に向かってテー
パ状に細くなるような構造のものであってもよい。
In the oxygen sensor of the present invention, in the shape of a cylindrical tube made of a solid electrolyte, the sealed one end may have a spherical tip or a cylindrical tip, and may have a sensor strength and a manufacturing efficiency. For the sake of simplicity, the cylindrical tube may have a structure tapering toward the tip.

【0052】また、ジルコニア固体電解質の内面および
外面に形成される基準電極および測定電極は、固体電解
質を挟んで対向する位置であれば、特にどこに形成して
もよい。さらに、発熱体としては、あるいは電極とヒー
タの位置がどのような関係になっていても上記の関係を
満足すれば本発明の素子に含まれることは言うまでもな
い。
The reference electrode and the measurement electrode formed on the inner surface and the outer surface of the zirconia solid electrolyte may be formed at any position as long as they are opposed to each other across the solid electrolyte. Furthermore, it goes without saying that the heating element or the position of the electrode and the heater may be included in the element of the present invention as long as the above-mentioned relation is satisfied, regardless of the relation.

【0053】[0053]

【実施例】本発明を実施例を用いて、説明する。 (実施例1)共沈法によって作製された平均粒径が0.
8μmの5モル%Y2 3 含有のジルコニア粉末にポリ
ビニルアルコール溶液を添加して坏土を作製し、押出成
形により外径が5mm、内径が3mmの一端を封じた中
空の円筒状成形体を作製した。そして、この円筒状成形
体の内外面に白金を分散させた導体ペーストを固体電解
質を介して対向する位置に塗布し、基準電極および測定
電極を形成し、センサ素体を作製した。
EXAMPLES The present invention will be described with reference to examples. (Example 1) The average particle size produced by the coprecipitation method is 0.
A polyvinyl alcohol solution is added to 8 μm of 5 mol% Y 2 O 3 containing zirconia powder to prepare a kneaded material, and a hollow cylindrical molded body having an outer diameter of 5 mm and an inner diameter of 3 mm sealed at one end is extruded. Produced. Then, a conductive paste in which platinum was dispersed was applied to the inner and outer surfaces of the cylindrical molded body at opposing positions via a solid electrolyte to form a reference electrode and a measurement electrode, thereby producing a sensor element body.

【0054】また、上記ジルコニア粉末にポア形成剤と
して、市販の3μmのポリエチレン粉末を加え、さらに
ポリビニルアルコール溶液を添加してスラリーを作製
し、ドクターブレード法によって種々の厚さの多孔質ジ
ルコニア層用グリーンシートを作製した。
A commercially available 3 μm polyethylene powder was added as a pore-forming agent to the zirconia powder, and a polyvinyl alcohol solution was further added to prepare a slurry. The slurry was prepared by a doctor blade method for a porous zirconia layer of various thicknesses. A green sheet was produced.

【0055】さらに、平均粒径が0.5μmのスピネル
粉末にポリエチレン粉末を加えて多孔質絶縁層形成用の
スラリーを調製した。そして、これらを用いて以下の3
種の酸素センサを作製し、下記の評価を行った。
Further, a slurry for forming a porous insulating layer was prepared by adding polyethylene powder to spinel powder having an average particle diameter of 0.5 μm. Then, using these, the following 3
Various kinds of oxygen sensors were produced and evaluated as follows.

【0056】(図1の酸素センサ)上記ジルコニア層用
グリーンシートの表面に、スピネルの多孔質絶縁層形成
用のスラリーを種々の厚さで塗布乾燥後、その表面に白
金粉末の導体ペーストをスクリーン印刷により焼成後の
厚さが約10μmとなるように発熱体パターンに印刷塗
布した。その後、発熱体パターンの表面に、スピネルの
多孔質絶縁層形成用のスラリーを種々の厚さで塗布し
て、シート状積層体からなるヒータ素体を作製した。そ
して、上記のセンサ素体に対して上記ヒータ素体を巻き
付け円筒状積層体を作製した。その後、この円筒状積層
体を大気中、1500℃で2時間焼成し、図1の発熱体
構造の理論空燃比制御用の酸素センサを作製した。作製
した酸素センサに対して、開気孔率をアルキメデス法に
よって測定した結果、多孔質絶縁層は18%、多孔質ジ
ルコニア層は19%であった。なお、作製した酸素セン
サにおける各層厚さは表1に示した。
(Oxygen sensor in FIG. 1) A slurry for forming a porous insulating layer of spinel is applied to the surface of the green sheet for zirconia layer in various thicknesses and dried, and then a conductive paste of platinum powder is screened on the surface. Printing was applied to the heating element pattern by printing so that the thickness after firing was about 10 μm. Thereafter, a slurry for forming a porous insulating layer of spinel was applied in various thicknesses on the surface of the heating element pattern to produce a heater element composed of a sheet-like laminate. Then, the heater element was wound around the sensor element to produce a cylindrical laminated body. Thereafter, the cylindrical laminate was fired in the air at 1500 ° C. for 2 hours to produce an oxygen sensor for controlling the stoichiometric air-fuel ratio having the heating element structure shown in FIG. The open porosity of the manufactured oxygen sensor was measured by the Archimedes method. As a result, the porous insulating layer was 18% and the porous zirconia layer was 19%. Table 1 shows the thickness of each layer in the manufactured oxygen sensor.

【0057】(図2の酸素センサ)上記ジルコニア層用
グリーンシート表面に、スクリーン印刷法により焼成後
の厚さが約10μmとなるように白金の導体ペーストを
発熱体パターンに印刷塗布した。その後、発熱体パター
ン部以外の領域にジルコニアのスラリーを塗布し、さら
に、その上に発熱体パターンを埋設するように多孔質絶
縁層形成用のスラリーを種々の厚さで塗布してシート状
積層体を作製した。この後、上述の方法に従い、センサ
素体の表面に巻き付けて円筒状積層体を作製した後、1
500℃で2時間行い、図2の発熱体構造の理論空燃比
制御の酸素センサを作製した。作製した酸素センサに対
して、開気孔率をアルキメデス法によって測定した結
果、多孔質絶縁層は18%、多孔質ジルコニア層は20
%であった。なお、作製した酸素センサにおける各層厚
さは表2に示した。
(Oxygen sensor of FIG. 2) A conductor paste of platinum was printed and applied on the surface of the green sheet for the zirconia layer by a screen printing method so that the thickness after firing was about 10 μm. Then, a zirconia slurry is applied to the area other than the heating element pattern portion, and a slurry for forming a porous insulating layer is applied thereon in various thicknesses so as to embed the heating element pattern thereon. The body was made. Thereafter, according to the above-described method, a cylindrical laminated body is formed by winding around the surface of the sensor element.
The operation was performed at 500 ° C. for 2 hours to produce an oxygen sensor having a stoichiometric air-fuel ratio control having a heating element structure in FIG. The open porosity of the fabricated oxygen sensor was measured by the Archimedes method. As a result, the porous insulating layer was 18%, and the porous zirconia layer was 20%.
%Met. Table 2 shows the thickness of each layer in the manufactured oxygen sensor.

【0058】(図3の酸素センサ)上記ジルコニア層用
グリーンシート表面に、ジルコニアのスラリーを塗布
し、その表面にスクリーン印刷法により白金の導体ペー
ストを発熱体パターンに印刷塗布した後、さらにその表
面に多孔質絶縁層形成用のスラリーを種々の厚さで塗布
してシート状積層体を作製した。この後、上述の方法に
従い、センサ素体の表面に巻き付けて円筒状積層体を作
製した後、1500℃で2時間行い、理論空燃比制御の
酸素センサを作製した。この際、多孔質絶縁層および多
孔質ジルコニア層の開気孔率はそれぞれ約18%と19
%であった。なお、作製した酸素センサにおける各層厚
さは表1に示した。
(Oxygen sensor in FIG. 3) A slurry of zirconia is applied to the surface of the green sheet for the zirconia layer, and a conductor paste of platinum is printed and applied on the surface of the green sheet for the heating element pattern by a screen printing method. Then, a slurry for forming a porous insulating layer was applied in various thicknesses to prepare a sheet-like laminate. Thereafter, according to the above-described method, a cylindrical laminate was wound around the surface of the sensor element body, and then performed at 1500 ° C. for 2 hours to produce an oxygen sensor having a stoichiometric air-fuel ratio control. At this time, the open porosity of the porous insulating layer and the porous zirconia layer was about 18% and 19%, respectively.
%Met. Table 1 shows the thickness of each layer in the manufactured oxygen sensor.

【0059】(評価方法)活性化時間 上記の酸素センサに対して、大気中でセンサが700℃
に達するまでの時間、即ち活性化時間を測定しその結果
を表1、2に示した。
(Evaluation method) Activation time The above oxygen sensor was measured at 700 ° C. in air.
, Ie, the activation time was measured, and the results are shown in Tables 1 and 2.

【0060】耐久性(抵抗変化) 作製した各酸素センサに対して、素子の耐久性評価のた
め、素子を大気中にて室温から700℃まで20秒で急
速昇温し60秒間その温度を保持した後、室温まで急冷
する温度サイクルを1サイクルとし、これを10万回繰
り返した時の発熱体の抵抗値の初期値からの増加率を測
定し、その結果を表1、2に示した。
Durability (resistance change) For each manufactured oxygen sensor, in order to evaluate the durability of the device, the device was rapidly heated from room temperature to 700 ° C. in the air in 20 seconds and maintained at that temperature for 60 seconds. After that, the temperature cycle of rapid cooling to room temperature was defined as one cycle, and when this cycle was repeated 100,000 times, the rate of increase of the resistance value of the heating element from the initial value was measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0061】耐久性(破損) また、温度サイクルを20万回繰り返した時の素子の破
損の有無も調べた。
Durability (Damage) Also, the presence or absence of damage of the element when the temperature cycle was repeated 200,000 times was examined.

【0062】表中の多孔質絶縁層、多孔質ジルコニア層
の厚み、測定電極から発熱体までの厚みL2 は、走査型
電子顕微鏡写真を用いて、それぞれ10点測定し、その
平均値を示したものである。結果を表1、2に示す。
The thicknesses of the porous insulating layer and the porous zirconia layer and the thickness L 2 from the measurement electrode to the heating element in the table were measured at 10 points using a scanning electron microscope photograph, and the average values were shown. It is a thing. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0063】(比較品)比較のために、図7aに示した
ような、円筒管内に発熱体を挿入してなる市販の酸素セ
ンサについて同様の評価を行った。
(Comparative Product) For comparison, a similar evaluation was performed on a commercially available oxygen sensor having a heating element inserted in a cylindrical tube as shown in FIG. 7A.

【0064】また、他の比較例として、図1および図2
の酸素センサにおいて多孔質ジルコニア層を全く設けな
いもの(試料No.17,21)、図3の酸素センサにお
いて絶縁層を全く形成しないもの(試料No.22)を作
製し、同様に評価した。
FIGS. 1 and 2 show another comparative example.
The oxygen sensor having no porous zirconia layer (sample Nos. 17 and 21) and the oxygen sensor of FIG. 3 having no insulating layer (sample No. 22) were prepared and evaluated in the same manner.

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】表1より、図1、図2の構造の酸素センサ
において、測定電極から発熱体までの多孔質絶縁層の厚
さが1μmより薄い試料No.2およびNo.3では素子が
正常な出力電圧を示さなかった。また、測定電極から発
熱体までの多孔質絶縁層の厚さが100μmを超える試
料No.15およびNo.16では、活性化時間が長くなっ
た。それに対して測定電極から発熱体までの多孔質絶縁
層の厚さが1〜100μmの本発明品は、いずれも活性
化時間が17秒以下と市販品よりも速い活性化時間を示
した。
As shown in Table 1, in the oxygen sensor having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the element was normal in the samples No. 2 and No. 3 in which the thickness of the porous insulating layer from the measurement electrode to the heating element was less than 1 μm. No output voltage was indicated. In Samples No. 15 and No. 16 in which the thickness of the porous insulating layer from the measurement electrode to the heating element exceeded 100 μm, the activation time was prolonged. On the other hand, the products of the present invention in which the thickness of the porous insulating layer from the measurement electrode to the heating element was 1 to 100 μm showed an activation time of 17 seconds or less, which was shorter than that of a commercially available product.

【0067】また、素子の耐久性に関して、10万サイ
クル後の素子の抵抗値の増加率は従来の酸素センサ(試
料No.1)が6.1%、測定電極から発熱体までの厚さ
が100μmより厚い試料No.15およびNo.16がそ
れぞれ5.1%、5.6%と大きかったが、上記厚さが
100μm以下の試料はいずれも2.1%以下と小さな
値であった。また、ジルコニア層がない試料No.17、
21は、それぞれ約13〜18万回の温度サイクルで破
損したが、本発明の素子は全て20万サイクルにおいて
も破損しなかった。
Regarding the durability of the element, the rate of increase in the resistance value of the element after 100,000 cycles was 6.1% for the conventional oxygen sensor (sample No. 1), and the thickness from the measurement electrode to the heating element was 6.1%. Samples No. 15 and No. 16 having a thickness of more than 100 μm were as large as 5.1% and 5.6%, respectively, but the samples having a thickness of 100 μm or less were as small as 2.1% or less. Sample No. 17 having no zirconia layer,
No. 21 failed in each of about 130 to 180,000 temperature cycles, but all of the devices of the present invention did not break in 200,000 cycles.

【0068】[0068]

【表2】 [Table 2]

【0069】表2より、図3の構造の酸素センサにおい
て、多孔質絶縁層の厚さが1μmよりも薄い試料No.2
2、23では、素子が正常な出力電圧を示さなかった。
また、測定電極から発熱体までの厚さが100μmを超
える試料No.29では、活性化時間が長くなった。それ
に対して、絶縁層の厚さが1μm以上、測定電極から発
熱体までの厚さが100μm以下の本発明品は、いずれ
も活性化時間が18秒以下と市販品よりも速い活性化時
間を示した。
As shown in Table 2, in the oxygen sensor having the structure shown in FIG. 3, the sample No. 2 in which the thickness of the porous insulating layer is thinner than 1 μm.
In Nos. 2 and 23, the element did not show a normal output voltage.
In Sample No. 29, in which the thickness from the measurement electrode to the heating element exceeded 100 μm, the activation time was prolonged. On the other hand, in the case of the present invention in which the thickness of the insulating layer is 1 μm or more and the thickness from the measurement electrode to the heating element is 100 μm or less, the activation time is 18 seconds or less and the activation time is shorter than that of the commercially available product. Indicated.

【0070】また、素子の耐久性に関して、絶縁層の厚
さが1μmよりも薄い試料No.22およびNo.23で
は、素子が作動しなかった。また、測定電極から発熱体
までの厚さが100μmより厚い試料No.29では、抵
抗の増加率が3.6%と高かったが、絶縁層の厚さが1
μm以上、測定電極から発熱体までの厚さが100μm
以下の本発明品は、いずれも1.8%以下と小さな値で
あった。
Regarding the durability of the device, the devices did not operate in the samples No. 22 and No. 23 in which the thickness of the insulating layer was thinner than 1 μm. In sample No. 29, in which the thickness from the measurement electrode to the heating element was greater than 100 μm, the rate of increase in resistance was as high as 3.6%, but the thickness of the insulating layer was 1%.
μm or more, the thickness from the measurement electrode to the heating element is 100 μm
Each of the following present invention products was a small value of 1.8% or less.

【0071】これより、図1〜図3の本発明の酸素セン
サは、センサの活性化時間の短い、耐久性に優れたもの
であることが理解出来る。
From this, it can be understood that the oxygen sensor of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 has a short activation time and is excellent in durability.

【0072】次に、表1中の試料No.5に対してセンシ
ング特性の評価を行った。センサの基準電極に空気を、
測定電極にHC、CO、H2 および空気を所定の空気過
剰率になるように供給し、700℃における出力電圧と
空気過剰率との関係を図5に示した。図5より出力電圧
が所定の空気過剰率、いわゆる理論空燃比付近で出力電
圧が急激に変化することがわかる。
Next, the sensing characteristics of Sample No. 5 in Table 1 were evaluated. Air to the sensor's reference electrode,
HC, CO, H 2, and air were supplied to the measurement electrodes at a predetermined excess air ratio, and the relationship between the output voltage at 700 ° C. and the excess air ratio was shown in FIG. From FIG. 5, it can be seen that the output voltage changes abruptly near the predetermined excess air ratio, that is, the so-called stoichiometric air-fuel ratio.

【0073】(実施例2)実施例1の方法に従い、図3
の発熱体構造を有する広域空燃比センサを作製した。こ
の際、円筒状積層物の焼成は大気中1550℃で2時間
行った。得られた絶縁層およびジルコニア層の開気孔率
は、それぞれ8%と10%であった。また、絶縁層の厚
みは27μmであった。その後、700℃において空燃
比センサの基準電極に空気を、測定電極にHC、CO、
2 および空気を所定の空燃比になるように供給しなが
ら、電圧を印加しその時の限界電流値を求めた。図7に
その限界電流値と空燃比との関係を示した。図6に示す
ように、限界電流値は空燃比に対して単一の曲線で示さ
れており、本発明の酸素センサが広域空燃比センサとし
て応用可能なことがわかった。
(Embodiment 2) According to the method of Embodiment 1, FIG.
A wide-range air-fuel ratio sensor having a heating element structure was fabricated. At this time, firing of the cylindrical laminate was performed at 1550 ° C. in the atmosphere for 2 hours. The open porosity of the obtained insulating layer and zirconia layer was 8% and 10%, respectively. The thickness of the insulating layer was 27 μm. Thereafter, at 700 ° C., air was supplied to the reference electrode of the air-fuel ratio sensor, and HC, CO,
A voltage was applied while supplying H 2 and air so as to have a predetermined air-fuel ratio, and a limit current value at that time was obtained. FIG. 7 shows the relationship between the limit current value and the air-fuel ratio. As shown in FIG. 6, the limit current value is shown by a single curve with respect to the air-fuel ratio, and it was found that the oxygen sensor of the present invention can be applied as a wide-range air-fuel ratio sensor.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、応
答性および検出精度とも優れたものであり、熱膨張係数
の差に起因する熱応力を緩和し、急激な温度サイクルを
加えても絶縁層が剥離しにくく耐久性に優れたヒータ―
体型酸素センサを提供できる。また、かかる酸素センサ
は、センサ素体およびヒータ素体とを同時焼成して作製
できるために、製造コストが極めて安価になり経済性の
観点から優れている。
As described above in detail, according to the present invention, the responsiveness and the detection accuracy are excellent, the thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion is relaxed, and a rapid temperature cycle is applied. -Insulation layer is hardly peeled off and heater has excellent durability-
A body oxygen sensor can be provided. In addition, since such an oxygen sensor can be manufactured by simultaneously firing the sensor element and the heater element, the manufacturing cost is extremely low and the oxygen sensor is excellent in terms of economy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のヒータ一体型酸素センサの一例を説明
するための概略斜視図(a)と、その要部拡大断面図
(b)である。
FIG. 1 is a schematic perspective view (a) for explaining an example of a heater-integrated oxygen sensor of the present invention, and an enlarged sectional view (b) of a main part thereof.

【図2】本発明のヒータ一体型酸素センサの他の例を説
明するための要部拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part for explaining another example of the heater-integrated oxygen sensor of the present invention.

【図3】本発明のヒータ一体型酸素センサのさらに他の
例を説明するための要部拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part for explaining still another example of the heater-integrated oxygen sensor of the present invention.

【図4】本発明の図1のヒータ一体型酸素センサの製造
方法を説明するための工程図である。
FIG. 4 is a process chart for explaining a method of manufacturing the heater-integrated oxygen sensor of FIG. 1 of the present invention.

【図5】本発明の実施例の試料No.5の酸素センサの出
力電圧と空気過剰率との関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the output voltage of the oxygen sensor of Sample No. 5 and the excess air ratio according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例2の酸素センサにおける限界電
流値と空燃比の関係を示す。
FIG. 6 shows a relationship between a limiting current value and an air-fuel ratio in the oxygen sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図7】従来の円筒型酸素センサの概略断面図(a)
と、ヒータ一体型の平板型酸素センサの概略断面図
(b)を示す。
FIG. 7 is a schematic sectional view of a conventional cylindrical oxygen sensor (a).
And a schematic cross-sectional view (b) of a heater-integrated flat plate type oxygen sensor.

【図8】従来のヒータ一体型の円筒型酸素センサの要部
拡大断面図を示す。
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part of a conventional cylindrical oxygen sensor integrated with a heater.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸素センサ 2 円筒管 3 基準電極 4 測定電極 5 多孔質絶縁層 6 多孔質ジルコニア層 7 発熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor 2 Cylindrical tube 3 Reference electrode 4 Measurement electrode 5 Porous insulating layer 6 Porous zirconia layer 7 Heating element

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニア固体電解質からなり一端が封止
された円筒管の内面および外面の対向する位置にそれぞ
れ基準電極および測定電極とが形成されてなる酸素セン
サの外表面に、非イオン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質
ジルコニア層とを順次積層し、前記多孔質絶縁層中、あ
るいは前記多孔質絶縁層と前記ジルコニア層との間に、
白金からなる発熱体を埋設するとともに、該発熱体から
前記測定電極までの前記多孔質絶縁層の厚さを1〜10
0μmとしたことを特徴とするヒータ一体型酸素セン
サ。
1. An oxygen sensor comprising a cylindrical tube made of a zirconia solid electrolyte and having one end sealed and having a reference electrode and a measurement electrode formed at opposing positions on an inner surface and an outer surface, respectively. Are sequentially laminated with a porous insulating layer and a porous zirconia layer, in the porous insulating layer, or between the porous insulating layer and the zirconia layer,
A heating element made of platinum is embedded, and the thickness of the porous insulating layer from the heating element to the measurement electrode is 1 to 10
A heater-integrated oxygen sensor having a thickness of 0 μm.
【請求項2】前記非イオン伝導性の多孔質絶縁層が、ス
ピネルを主体とすることを特徴とする請求項1記載のヒ
ータ一体型酸素センサ。
2. A heater-integrated oxygen sensor according to claim 1, wherein said non-ion conductive porous insulating layer is mainly composed of spinel.
【請求項3】ジルコニア固体電解質からなり一端が封止
された円筒管の内面および外面の対向する位置にそれぞ
れ基準電極および測定電極とが形成されてなる酸素セン
サの外表面に、厚さ1μm以上の非イオン伝導性の多孔
質絶縁層と多孔質ジルコニア層とを順次積層し、前記多
孔質ジルコニア層中に、白金からなる発熱体を埋設する
とともに、該発熱体から前記測定電極までの前記多孔質
絶縁層と前記多孔質ジルコニア層の合計厚さを100μ
m以下としたことを特徴とするヒータ一体型酸素セン
サ。
3. An outer surface of an oxygen sensor having a reference electrode and a measurement electrode formed at opposing positions of an inner surface and an outer surface of a cylindrical tube made of a zirconia solid electrolyte and having one end sealed, and having a thickness of 1 μm or more. A non-ion conductive porous insulating layer and a porous zirconia layer are sequentially laminated, and a heating element made of platinum is embedded in the porous zirconia layer, and the porous layer from the heating element to the measurement electrode is formed. The total thickness of the porous insulating layer and the porous zirconia layer is 100 μm.
m or less.
【請求項4】前記酸素イオン伝導性を有しない多孔質絶
縁層が、スピネルを主体とすることを特徴とする請求項
3記載のヒータ一体型酸素センサ。
4. The heater-integrated oxygen sensor according to claim 3, wherein said porous insulating layer having no oxygen ion conductivity is mainly composed of spinel.
【請求項5】ジルコニア固体電解質粉末を用いて成形さ
れた一端が封止された円筒管の内面および外面の対向す
る位置に基準電極と測定電極とをそれぞれ形成してセン
サ素体を作製する工程aと、 非イオン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質ジルコニア層と
を積層し、前記多孔質絶縁層中、あるいは前記多孔質絶
縁層と前記多孔質ジルコニア層との間に、白金からなる
発熱体を埋設してなり、焼成後の前記発熱体から前記測
定電極までの前記多孔質絶縁層の厚さが1〜100μm
であるヒータ素体、または、焼成後の厚さが1μmの非
イオン伝導性の多孔質絶縁層と多孔質ジルコニア層とを
積層し、前記多孔質ジルコニア層中に、白金からなる発
熱体を埋設してなり、焼成後の前記発熱体から前記測定
電極までの前記多孔質絶縁層と前記多孔質ジルコニア層
の合計厚さが100μm以下であるヒータ素体を作製す
る工程bと、 前記センサ素体の外表面に、前記ヒータ素体を前記多孔
質絶縁層が内側となるように巻き付けて円筒状積層体を
作製する工程cと、 前記円筒状積層体を焼成する工程dと、を具備すること
を特徴とするヒータ一体型酸素センサの製造方法。
5. A process for forming a sensor element by forming a reference electrode and a measurement electrode at opposing positions on an inner surface and an outer surface of a cylindrical tube having one end sealed and formed using zirconia solid electrolyte powder. a, a non-ion conductive porous insulating layer and a porous zirconia layer are laminated, and heat is generated from platinum in the porous insulating layer or between the porous insulating layer and the porous zirconia layer. The thickness of the porous insulating layer from the heating element after firing to the measurement electrode is 1 to 100 μm.
Or a non-ion conductive porous insulating layer having a thickness of 1 μm after firing and a porous zirconia layer, and a heating element made of platinum embedded in the porous zirconia layer. Forming a heater element in which the total thickness of the porous insulating layer and the porous zirconia layer from the heating element to the measurement electrode after firing is 100 μm or less; b. A step c of preparing a cylindrical laminate by winding the heater element on the outer surface of the heater so that the porous insulating layer is on the inside, and a step d of firing the cylindrical laminate. A method for manufacturing a heater-integrated oxygen sensor, comprising the steps of:
【請求項6】前記非イオン伝導性の多孔質絶縁層が、ス
ピネルを主体とすることを特徴とする請求項5記載のヒ
ータ一体型酸素センサの製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein said non-ion conductive porous insulating layer is mainly composed of spinel.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002195980A (en) * 2000-12-27 2002-07-10 Kyocera Corp Heater-embedded oxygen sensor device
JP2002296224A (en) * 2001-03-30 2002-10-09 Kyocera Corp Heater-integrated type oxygen sensor element
JP2003130840A (en) * 2001-10-29 2003-05-08 Kyocera Corp Theoretical air fuel ratio sensor element
JPWO2002082068A1 (en) * 2001-04-03 2004-07-29 東京窯業株式会社 Concentration cell type hydrogen sensor and method for producing solid electrolyte having proton conductivity
CN102455314A (en) * 2010-10-25 2012-05-16 王锡福 Current-type oxygen sensor
EP1101103B1 (en) * 1998-07-30 2015-09-09 Robert Bosch Gmbh Exhaust gas sensor in which the insulation layer separating the heater from the solid electrolyte is formed by sintering a material containing al2o3 charged with a pore forming material
CN108693233A (en) * 2017-03-31 2018-10-23 日本碍子株式会社 Sensor element

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6934310B2 (en) 2017-03-31 2021-09-15 日本碍子株式会社 Sensor element
JP6877219B2 (en) 2017-03-31 2021-05-26 日本碍子株式会社 Sensor element

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1101103B1 (en) * 1998-07-30 2015-09-09 Robert Bosch Gmbh Exhaust gas sensor in which the insulation layer separating the heater from the solid electrolyte is formed by sintering a material containing al2o3 charged with a pore forming material
JP2002195980A (en) * 2000-12-27 2002-07-10 Kyocera Corp Heater-embedded oxygen sensor device
JP4530529B2 (en) * 2000-12-27 2010-08-25 京セラ株式会社 Heater integrated oxygen sensor element
JP2002296224A (en) * 2001-03-30 2002-10-09 Kyocera Corp Heater-integrated type oxygen sensor element
JP4689859B2 (en) * 2001-03-30 2011-05-25 京セラ株式会社 Heater integrated oxygen sensor element
JPWO2002082068A1 (en) * 2001-04-03 2004-07-29 東京窯業株式会社 Concentration cell type hydrogen sensor and method for producing solid electrolyte having proton conductivity
JP2003130840A (en) * 2001-10-29 2003-05-08 Kyocera Corp Theoretical air fuel ratio sensor element
CN102455314A (en) * 2010-10-25 2012-05-16 王锡福 Current-type oxygen sensor
CN102455314B (en) * 2010-10-25 2014-07-23 王锡福 Current-type oxygen sensor
CN108693233A (en) * 2017-03-31 2018-10-23 日本碍子株式会社 Sensor element
CN108693233B (en) * 2017-03-31 2021-10-15 日本碍子株式会社 Sensor element

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