JP2002071629A - Layer-built gas sensor element manufacturing method - Google Patents

Layer-built gas sensor element manufacturing method

Info

Publication number
JP2002071629A
JP2002071629A JP2000264228A JP2000264228A JP2002071629A JP 2002071629 A JP2002071629 A JP 2002071629A JP 2000264228 A JP2000264228 A JP 2000264228A JP 2000264228 A JP2000264228 A JP 2000264228A JP 2002071629 A JP2002071629 A JP 2002071629A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unsintered
porous
porous body
binder
gas sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000264228A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4588853B2 (en
Inventor
Shinya Awano
真也 粟野
Yoshiaki Kuroki
義昭 黒木
Tomohiro Mabuchi
智裕 馬渕
Kunio Yanagi
邦夫 柳
Hiroyuki Hayashi
裕之 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2000264228A priority Critical patent/JP4588853B2/en
Publication of JP2002071629A publication Critical patent/JP2002071629A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4588853B2 publication Critical patent/JP4588853B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a layer-built gas sensor element manufacturing method capable of stably providing a layer-built gas sensor element with high durability wherein the occurrence of warpage of the layer-built gas sensor element itself is extremely reduced and exfoliation, cracks, etc., hardly occur when used. SOLUTION: A slurry is prepared by using an alumina powder, a zirconia powder, a binder resin, and a solvent, to make unbaked sheets for substrates by a doctor blade method. Meanwhile, similar ceramic material powders are used to make unbaked sheets for protection layers having the same amount of binder per unit surface area of the material powders. The sheets for substrates, which become dense after baking and serve as insulating substrates, are layered on one side of an unbaked body for a solid electrolytic body, and the sheets for protection layers, which become porous after baking and serve as insulating protection layers, are layered on the other side thereof. The layer- built body thus obtained is integrally baked.

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】本発明は積層型ガスセンサ素
子の製造方法に関する。更に詳しくは特に反り及び割れ
を生じ難く、得られる積層型ガスセンサ素子においては
使用時に剥がれ、クラック等を生ずることがほとんど無
い高い耐久性を有する積層型ガスセンサ素子を安定して
得ることができる積層型ガスセンサ素子の製造方法に関
する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing a laminated gas sensor element. More specifically, a laminated gas sensor element that is particularly resistant to warpage and cracking and that can be stably obtained is a highly durable laminated gas sensor element that hardly peels during use and hardly causes cracks or the like in the obtained laminated gas sensor element. The present invention relates to a method for manufacturing a gas sensor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関等において排ガス中の特定成分
を検出したり、その濃度を測定する各種のセンサ(酸素
センサ、HCセンサ、NOxセンサ等)に用いる積層型
ガスセンサ素子が知られている。これらの積層型ガスセ
ンサ素子においては、例えば、被測定ガスと接触する検
知電極を覆い、Si、P及びPb等や、これらの化合物
による検知電極の性能低下を生ずる被毒を防止する目的
等でセラミック質の多孔質体が形成されることがある。
一方、従来の素子では、このような多孔質な層を設けた
場合に、素子自体の反りを十分に防止することができ
ず、これらに起因するクラックを生じることがあった。
2. Description of the Related Art A laminated gas sensor element used for various sensors (oxygen sensor, HC sensor, NOx sensor, etc.) for detecting a specific component in exhaust gas and measuring the concentration thereof in an internal combustion engine or the like is known. In these stacked gas sensor elements, for example, ceramic electrodes are used to cover the detection electrodes that come into contact with the gas to be measured, and to prevent poisoning of Si, P, Pb, and the like, which may deteriorate the performance of the detection electrodes due to these compounds. Porous body may be formed.
On the other hand, in the case of the conventional device, when such a porous layer is provided, the warpage of the device itself cannot be sufficiently prevented, and cracks due to these may be caused.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するものであり、反りをほとんど生じることな
く、剥がれ及び割れ等を生じない高い耐久性を有する積
層型ガスセンサ素子を安定して製造する積層型ガスセン
サ素子の製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a highly durable laminated gas sensor element that hardly causes warpage and does not peel or crack. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a laminated gas sensor element to be manufactured.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】第1発明の積層型ガスセ
ンサ素子の製造方法は、基体用未焼成体と、多孔質体用
未焼成体とを、固体電解質体用未焼成体を挟んで対向す
るように積層して未焼成積層体を形成し、次いで、該未
焼成積層体を一体に焼成する積層型ガスセンサ素子の製
造方法であって、上記基体用未焼成体と上記多孔質体用
未焼成体との焼成時の収縮率の差が1200〜1550
℃において常に±3%以内であることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a laminated gas sensor element, wherein a green body for a substrate and a green body for a porous body are opposed to each other with the green body for a solid electrolyte body interposed therebetween. And forming an unfired laminate, and then integrally firing the unfired laminate. The method for manufacturing a laminated gas sensor element, comprising: The difference in shrinkage during firing with the fired body is 1200 to 1550
It is characterized by being always within ± 3% at ° C.

【0005】また、第2発明の積層型ガスセンサ素子の
製造方法は、少なくとも基体用原料粉末及び基体用バイ
ンダを混練し、次いで成形して得た基体用未焼成体と、
少なくとも多孔質体用原料粉末及び多孔質体用バインダ
を混練し、次いで成形して得た多孔質体用未焼成体と
を、固体電解質体用未焼成体を挟んで対向するように積
層して未焼成積層体を形成し、次いで、該未焼成積層体
を一体に焼成する積層型ガスセンサ素子の製造方法であ
って、上記基体用未焼成体の単位質量あたりに含有され
る上記基体用原料粉末の表面積を上記基体用バインダの
質量により除した値をA1(m2/g)とし、一方、上
記多孔質体用未焼成体の単位質量あたりに含有される上
記多孔質体用原料粉末の表面積を上記多孔質体用バイン
ダの質量により除した値をA2(m2/g)とした場合
に、上記式〔1〕で表される値Xを±0.1以内に調整
することを特徴とする。
[0005] A method of manufacturing a multilayer gas sensor element according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a multilayer gas sensor element, comprising: kneading at least a raw material powder for a substrate and a binder for the substrate;
At least the raw material powder for the porous body and the binder for the porous body are kneaded, and then the unfired body for the porous body obtained by molding is laminated so as to face each other with the unfired body for the solid electrolyte body therebetween. A method for producing a laminated gas sensor element comprising forming an unsintered laminate, and then integrally sintering the unsintered laminate, wherein the raw material powder for a base is contained per unit mass of the unsintered body for a base. A1 (m 2 / g) is defined as the value obtained by dividing the surface area of the raw material by the mass of the binder for the substrate, and the surface area of the raw material powder for the porous material contained per unit mass of the green body for the porous material Where A2 (m 2 / g) is a value obtained by dividing by the mass of the binder for a porous body, the value X represented by the formula [1] is adjusted to be within ± 0.1. I do.

【0006】第1及び第2発明における、上記「固体電
解質体用未焼成体」は、焼成されて酸素イオン伝導性を
発揮する固体電解質体となる。この固体電解質体用未焼
成体は、固体電解質体用原料粉末、バインダ及び溶剤等
を混練した混練物(ペースト又はスラリー等)を成形す
ることで得ることができる。この成形でスクリーン印刷
法を用いると膜状(厚さ50μm未満)の固体電解質体
用未焼成体を得ることができ、ドクターブレード法を用
いるとシート状(厚さ50μm以上)の固体電解質体用
未焼成体を得ることができる。
In the first and second aspects of the present invention, the “green body for solid electrolyte body” is fired to be a solid electrolyte body exhibiting oxygen ion conductivity. This green body for a solid electrolyte body can be obtained by molding a kneaded material (paste or slurry or the like) obtained by kneading a raw material powder for a solid electrolyte body, a binder, a solvent, and the like. When a screen printing method is used in this molding, a film-shaped (less than 50 μm thick) unfired body for a solid electrolyte body can be obtained, and when a doctor blade method is used, a sheet-shaped (50 μm or more) solid electrolyte body can be obtained. A green body can be obtained.

【0007】また、固体電解質体用未焼成体には、固体
電解質体に接して積層される層(絶縁層等)の主要構成
成分を、固体電解質体用未焼成体全体を100質量%と
した場合に、10〜80質量%以下(より好ましくは3
0〜70質量%以下)の割合で含有させることが好まし
い。これにより得られる素子において固体電解質体と接
して積層される層との密着性を大幅に向上させることが
できる。
[0007] In the unsintered body for a solid electrolyte body, the main constituent components of layers (such as insulating layers) laminated in contact with the solid electrolyte body are set to 100% by mass of the whole unsintered body for a solid electrolyte body. In this case, 10 to 80% by mass or less (more preferably 3 to 80% by mass)
(0 to 70% by mass or less). Thereby, in the device obtained, the adhesion to the layer laminated in contact with the solid electrolyte body can be greatly improved.

【0008】この固体電解質体用未焼成体の一面又は表
裏面には基準電極及び検知電極となる電極用未焼成体を
形成することができる。電極用未焼成体は、例えば、P
tを主成分として、Au、Ag、Pd、Ir、Ru、P
h等を含有し、且つ焼結結合材として平均粒径1μm未
満の部分安定化ジルコニアを25質量%以下添加(外配
合)した導電性の混練物を塗布することで形成すること
ができる。また、基準電極の下側には多孔質層を形成す
るセラミックペースト(カーボン入り)又はカーボンペ
ーストが塗布されていて、焼成後にこのペースト中のカ
ーボンが消失して空隙を形成する。この空隙内には外気
より酸素を取り込んで、この雰囲気を基準酸素源として
用いることが出来る。基準電極とは、基準ガスと接する
電極、酸素ポンプ作用により形成された一定圧力の酸素
雰囲気下におかれる電極、又は、被測定ガス中の可燃性
ガス成分と接触した場合に検知電極よりも高い電位を示
す電極である。一方、被測定ガスに接する他方の電極が
検知電極である。
An unsintered body for an electrode serving as a reference electrode and a detection electrode can be formed on one surface or front and back surfaces of the unsintered body for a solid electrolyte body. The green body for an electrode is, for example, P
t, as a main component, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, P
h and the like, and a conductive kneaded material in which 25% by mass or less of partially stabilized zirconia having an average particle diameter of less than 1 μm is added (externally compounded) as a sintering binder. Further, a ceramic paste (containing carbon) or a carbon paste for forming a porous layer is applied to the lower side of the reference electrode, and after firing, carbon in the paste disappears to form voids. Oxygen is taken into this space from the outside air, and this atmosphere can be used as a reference oxygen source. The reference electrode is an electrode in contact with the reference gas, an electrode placed under an oxygen atmosphere at a constant pressure formed by an oxygen pump action, or higher than the detection electrode when it comes into contact with a combustible gas component in the gas to be measured. This is an electrode indicating a potential. On the other hand, the other electrode in contact with the gas to be measured is a detection electrode.

【0009】上記「基体用未焼成体」は焼成されて基体
となる。基体用未焼成体は、基体用原料粉末、基体用バ
インダ及び溶剤等を混練して得られた混練物を、ドクタ
ーブレード法等により成形した後、乾燥させることでシ
ート状の基体用未焼成体を得ることができる。通常、基
体用未焼成体の厚さは0.2mm以上とすることが好ま
しい。また、基体用未焼成体内には、焼成されて発熱抵
抗体及び発熱抵抗体用リード部となる未焼成導電パター
ンを形成することもできる。この場合、焼成後に得られ
る基体の発熱抵抗体に電圧を印加することで、固体電解
質体を活性化させるための加熱源として利用できる。
The above-mentioned “green body for base” is fired to form a base. The green body for a substrate is a sheet-shaped green body for a substrate, which is obtained by kneading a raw material powder for a base, a binder for a substrate, a solvent, and the like, forming a kneaded product by a doctor blade method, and then drying. Can be obtained. Usually, it is preferable that the thickness of the green body for the substrate is 0.2 mm or more. In the unsintered body for the base, unsintered conductive patterns that are fired to be the heating resistors and the lead portions for the heating resistors can also be formed. In this case, by applying a voltage to the heating resistor of the base obtained after firing, it can be used as a heating source for activating the solid electrolyte body.

【0010】基体用未焼成体から得られる基体は、素子
自体の機械的強度を補強する機能を有し、更に、高い絶
縁性を発揮できることが好ましい。特に、絶縁性は温度
900℃において固体電解質体の100倍以上の絶縁性
を有することが好ましい。また、第1及び第2発明の製
造方法により得られる積層型ガスセンサ素子(以下、単
に「素子」ともいう)中において、この基体と、上記固
体電解質体用未焼成から得られる固体電解質体とは直接
接して形成されていても、また、例えば、基体が発熱抵
抗体を備える場合には熱膨張を緩和する緩衝層等の他の
機能を有する層を挟んで形成してもよい。
It is preferable that the substrate obtained from the green body for a substrate has a function of reinforcing the mechanical strength of the element itself, and can exhibit high insulating properties. In particular, it is preferable that the insulating property at a temperature of 900 ° C. is 100 times or more that of the solid electrolyte body. Further, in the laminated gas sensor element (hereinafter, also simply referred to as “element”) obtained by the production method of the first and second inventions, the base and the solid electrolyte obtained from the unfired solid electrolyte are used. They may be formed in direct contact with each other, or may be formed, for example, with a layer having another function such as a buffer layer that reduces thermal expansion when the base includes a heating resistor.

【0011】上記「基体用原料粉末」としては、アルミ
ナ、ムライト、マグネシア・アルミナスピネル等のセラ
ミック系粉末を用いることができるが、特にアルミナを
主に用いることが好ましい。但し、他の層との焼成後の
密着性を向上させるためにジルコニア等の他の層に含有
される成分を、基体用原料粉末全体を100質量%とし
た場合に30質量%以下含有させることができる。ま
た、上記「基体用バインダ」は特に限定されず、アクリ
ル系ポリビニルブチラール樹脂、ステアリン酸アルコー
ル及びエチルセルロース等を適宜用いることができる。
尚、基体用バインダは、1種のバインダであっても、2
種以上が混合されたバインダであってもよい。
As the "raw material powder for the substrate", ceramic powders such as alumina, mullite, magnesia-alumina spinel and the like can be used, but it is particularly preferable to mainly use alumina. However, in order to improve the adhesion after firing with other layers, components contained in other layers such as zirconia should be contained in an amount of not more than 30% by mass when the whole raw material powder for the substrate is 100% by mass. Can be. The "binder for the substrate" is not particularly limited, and an acrylic polyvinyl butyral resin, an alcohol stearate, ethyl cellulose, or the like can be appropriately used.
It should be noted that the binder for the base may be one kind of binder,
A binder in which seeds or more are mixed may be used.

【0012】上記「多孔質体用未焼成体」は、焼成され
て多孔質体となる。多孔質体用未焼成体は、多孔質体用
原料粉末、多孔質体用バインダ及び溶剤等を混練して得
られた混練物を、スクリーン印刷等(必要であれば複数
回重ねて)により薄膜状に成形し、乾燥させて得られ
る。また、上記の混練物をドクターブレード法等により
シート状に成形し、乾燥させて得ることもできる。尚、
他の層との焼成後の密着性を向上させるためにジルコニ
ア等の他の層に含有される成分を、多孔質体用未焼成体
全体を100質量%とした場合に30質量%以下含有さ
せることができる。上記「多孔質体用バインダ」は特に
限定されず、前記基体用バインダと同様な化合物を適宜
用いることができる。
The above-mentioned "green body for porous body" is fired to form a porous body. The green body for a porous body is a thin film obtained by kneading a raw material powder for a porous body, a binder for a porous body, a solvent, and the like, by screen printing or the like (multiplying if necessary). It is obtained by molding into a shape and drying. Further, the above kneaded material can be formed into a sheet by a doctor blade method or the like and dried to obtain the kneaded material. still,
A component contained in another layer such as zirconia is contained in an amount of 30% by mass or less when the whole unfired body for a porous body is 100% by mass in order to improve the adhesion after firing with another layer. be able to. The “binder for a porous body” is not particularly limited, and a compound similar to the binder for the base can be appropriately used.

【0013】上記「多孔質体用原料粉末」は、1種の粉
末であっても、2種以上が混合された粉末であってもよ
く、前記基体用原料粉末と同様なセラミック系粉末を用
いることができる。更に、第3発明のように気孔化剤を
含み、気孔化剤を除く多孔質体用原料粉末の残部と多孔
質体用バインダとの合計を100体積%とした場合に、
気孔化剤は30〜55体積%(より好ましくは35〜5
0体積%)であることが好ましい。気孔化剤が30体積
%未満であると焼成後に十分な気孔が得ら難く、被測定
ガスが検知電極に到達し難くなる傾向にある。一方、5
5体積%を超えると得られる多孔質体の機械的強度が十
分に得られ難くなり、また、Si、P及びPb等や、こ
れらの化合物等により検知電極が被毒されることを十分
に防止し難くなる傾向にある。
The “raw material powder for a porous body” may be one kind of powder or a powder in which two or more kinds are mixed, and the same ceramic-based powder as the base material powder is used. be able to. Further, as in the third invention, when the total of the balance of the porous material binder and the remainder of the porous material raw material powder excluding the porosity agent is 100% by volume,
The porogen is 30 to 55% by volume (more preferably 35 to 5% by volume).
0% by volume). If the amount of the porogen is less than 30% by volume, it is difficult to obtain sufficient pores after firing, and the gas to be measured tends to hardly reach the detection electrode. 5
If the content exceeds 5% by volume, it is difficult to sufficiently obtain the mechanical strength of the obtained porous body, and the poisoning of the detection electrode by Si, P, Pb, or a compound thereof is sufficiently prevented. It tends to be difficult.

【0014】上記「気孔化剤」としては、(1)カーボ
ン粉末、(2)テオブロミン、カフェイン及びテオフィ
リンといった昇華性キサンチン誘導体、(3)キサント
プテリン、m−アミノ安息香酸、m−アセトアミド安息
香酸、4,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、アセト
ラセンカルボン酸、α−アミノ酪酸、イソニコチン酸、
イソパニリン酸、イソフタル酸、5−メチルイソフタル
酸、o−オキシ桂皮酸、3−オキシ−p−トルイル酸、
5−オキシ−1−ナフトエ酸、5−キノリンカルボン
酸、4,5−ジオキシ−2−アントラキノンカルボン
酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、3,5−ピ
リジンジカルボン酸、(4)ペレリン、フロログルシン
トリメチルエーテル、フルオレセイン、ビフタリジリデ
ン、テトラフェニルメタン、チミン、アリザリンブリ
ー、アロキサン、イサチン、インジゴ、オキシインジ
ゴ、インジルピン、カンタリジン、キノフタロン、2−
オキシアントラキノン、1,5−ジアミノアントラキノ
ン、1,5−ジオキシアントラキノン、1,7−ジオキ
シアントラキノン、アミノアントラキノン、2,4−ジ
オキシキノリン、アセナフテンキノン、5−オキシキノ
リン、2、2’−アゾナフタリン、アデニン、p−アセ
トトルイド、8−アミノ−2−ナフトール等を挙げるこ
とができる。また、これらは2種以上を併用することも
できる。
The "porous agent" includes (1) carbon powder, (2) sublimable xanthine derivatives such as theobromine, caffeine and theophylline, (3) xanthopterin, m-aminobenzoic acid, and m-acetamidobenzoic acid. Acid, 4,4′-benzophenone dicarboxylic acid, acetoracene carboxylic acid, α-aminobutyric acid, isonicotinic acid,
Isopanilic acid, isophthalic acid, 5-methylisophthalic acid, o-oxycinnamic acid, 3-oxy-p-toluic acid,
5-oxy-1-naphthoic acid, 5-quinolinecarboxylic acid, 4,5-dioxy-2-anthraquinonecarboxylic acid, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 3,5-pyridinedicarboxylic acid, (4) pererelin, Phloroglucin trimethyl ether, fluorescein, biphthalidylidene, tetraphenylmethane, thymine, alizarinbury, alloxan, isatin, indigo, oxindigo, indilpine, cantharidin, quinophthalone, 2-
Oxyanthraquinone, 1,5-diaminoanthraquinone, 1,5-dioxyanthraquinone, 1,7-dioxyanthraquinone, aminoanthraquinone, 2,4-dioxyquinoline, acenaphthenequinone, 5-oxyquinoline, 2, 2 ′ -Azonaphthalene, adenine, p-acetotoluid, 8-amino-2-naphthol and the like. These may be used in combination of two or more.

【0015】これらの気孔化剤のうち、第4発明のよう
に、カーボン粉末を用いることが特に好ましい。このカ
ーボン粉末の平均粒径は1〜15μm(より好ましくは
3〜10μm)のものを用いることが好ましい。更に、
カーボン粉末は真球状粉末であっても、不定形状粉末で
あってもよい。このうち不定形状粉末を用いるとSiに
対する被毒耐久性を特に向上させることができる。
Among these pore-forming agents, it is particularly preferable to use carbon powder as in the fourth invention. The average particle size of the carbon powder is preferably 1 to 15 μm (more preferably 3 to 10 μm). Furthermore,
The carbon powder may be a true spherical powder or an irregular shaped powder. Among them, the use of irregular shaped powder can particularly improve the poisoning durability against Si.

【0016】このような多孔質体用未焼成体から得られ
る多孔質体は、通常、固体電解質体及び検知電極と直接
接して形成される。この多孔質体は(1)被測定ガスに
接触する検知電極がSi、P及びPb等や、これらの化
合物等により被毒されることを防止する機能、(2)積
層型ガスセンサ素子の使用時に水滴の付着により割れを
防止する機能、及び(3)多孔質体内を被測定ガスが通
過することにより、被測定ガスの成分ガスを平衡化する
機能、の(1)〜(3)のうちの少なくとも1つの機能
を有する。
A porous body obtained from such a green body for a porous body is usually formed in direct contact with a solid electrolyte body and a sensing electrode. This porous body has (1) a function of preventing a detection electrode coming into contact with a gas to be measured from being poisoned by Si, P, Pb, or the like, or a compound thereof, and (2) a function of using a stacked gas sensor element. (1) to (3) a function of preventing cracks due to the attachment of water droplets and a function of (3) equilibrating a component gas of the gas to be measured by passing the gas to be measured through the porous body. It has at least one function.

【0017】第1発明における、上記「収縮率」とは、
基体用未焼成体及び多孔質体用未焼成体が焼成時の所定
温度に達した時の、焼成開始前の大きさからの収縮度合
いを百分率として表した値である。即ち、焼成開始前の
各未焼成体の長さをL1とし、この未焼成体を各々炉に
入れて、1100℃まで毎時100℃ずつ昇温させ、こ
の1100℃からは毎時60℃で所定温度(1250
℃、1400℃、1475℃及び1550℃)まで昇温
させた後、この所定温度で1時間保持し、次いで、炉冷
して炉から取り出した基体及び多孔質体の長さをL2と
した場合に、下記式〔2〕で示される割合S(%)を収
縮率とする。 S(%)=(L1−L2)/L1×100 〔2〕
In the first invention, the “shrinkage ratio” is
When the green body for a base and the green body for a porous body reach a predetermined temperature during firing, the degree of shrinkage from the size before the start of firing is expressed as a percentage. That is, the length of each unsintered body before the start of sintering is set to L1, the unsintered bodies are each placed in a furnace, and the temperature is increased by 100 ° C./hour to 1100 ° C., and from this 1100 ° C., a predetermined temperature of 60 ° C./hour (1250
C., 1400.degree. C., 1475.degree. C. and 1550.degree. C.), hold at this predetermined temperature for 1 hour, and then cool the furnace and take out the base and the porous body from the furnace to have a length of L2. The ratio S (%) represented by the following equation [2] is defined as the shrinkage ratio. S (%) = (L1−L2) / L1 × 100 [2]

【0018】固体電解質体を挟んで対向する基体用未焼
成体と、多孔質体用未焼成体との各未焼成体の収縮率の
差を、1200〜1550℃の間において常に±3%以
内とすることにより、焼成温度全域において収縮率の差
が小さく、反りの発生を大幅に抑制できる。収縮率の差
を常に±3%以内とすることにより、反りの発生率(反
り発生数/製造数)は6%以下、更には1%以下に減ら
すことができる。
The difference in shrinkage between the unsintered body for the base and the unsintered body for the porous body opposed to each other across the solid electrolyte body is always within ± 3% between 1200 and 1550 ° C. By doing so, the difference in shrinkage ratio is small in the entire firing temperature range, and the occurrence of warpage can be greatly suppressed. By always keeping the difference in shrinkage within ± 3%, the rate of warpage (the number of warpages / manufacturing number) can be reduced to 6% or less, and further to 1% or less.

【0019】また、第2発明では、前記「値X」を±
0.1以内(より好ましくは±0.07以内、更に好ま
しくは±0.04以内)とすることにより、第1発明と
同様に収縮率の差が小さくなり、反りの発生を大幅に抑
制することができる。Xを±0.1以内にすることによ
り、反りの発生率は6%以下、更には1%以下に減らす
ことができる。即ち、基体用原料粉末の表面積に対する
基体用バインダの量と、多孔質体用原料粉末の表面積に
対する多孔質体用バインダの量とを近づけることによ
り、焼成時の収縮率の差を小さくすることができる。ま
た、前記の第1発明及び第2発明を同時に満たすことが
特に好ましい。
In the second invention, the "value X" is ±
By making the difference within 0.1 (more preferably within ± 0.07, and still more preferably within ± 0.04), the difference in shrinkage rate becomes small as in the first invention, and the occurrence of warpage is largely suppressed. be able to. By keeping X within ± 0.1, the warpage occurrence rate can be reduced to 6% or less, and further to 1% or less. That is, by making the amount of the binder for the substrate relative to the surface area of the raw material powder for the substrate close to the amount of the binder for the porous body relative to the surface area of the raw material powder for the porous body, the difference in the shrinkage ratio during firing can be reduced. it can. It is particularly preferable that the first and second aspects of the invention are simultaneously satisfied.

【0020】第1発明及び第2発明の条件を達成するた
めには、例えば、基体用又は多孔質体用原料粉末の各々
に含有される成分の種類及びその含有割合を相互に近づ
けることで達成することができる。更に、各原料粉末の
平均粒径もより近いものとすることにより達成すること
ができる。
In order to achieve the conditions of the first invention and the second invention, for example, the types of the components contained in the raw material powders for the base material or the porous body and the proportions thereof are brought closer to each other. can do. Furthermore, it can be achieved by making the average particle size of each raw material powder closer.

【0021】尚、本明細書でいう反りとは、図2(i)
に示すように素子前段部(多孔質体に上部を覆われてい
る部分)の反りを含む高さをd1とし、図2(ii)に
示すように素子前段部の実際の高さをd2とした場合の
d1−d2が200μm以上であることをいう。このd
1−d2が200μmを超えると使用時に割れ及びクラ
ックを生じ易くなる傾向にある。
Incidentally, the warpage referred to in the present specification refers to FIG.
As shown in FIG. 2, the height including the warpage of the front part of the element (the part whose upper part is covered by the porous body) is d1, and the actual height of the front part of the element is d2 as shown in FIG. 2 (ii). D1-d2 in this case is 200 μm or more. This d
If 1-d2 exceeds 200 μm, cracks and cracks tend to occur during use.

【0022】これまでに述べたような、基体用未焼成
体、固体電解質体用未焼成体及び多孔質層用未焼成体が
積層されている未焼成積層体を一体に焼成する場合に、
その昇温速度、焼成温度及び焼成時間等は特に限定され
ないが、昇温速度は200℃/時間(より好ましくは1
00℃/時間)とすることが好ましい。焼成温度は14
00〜1550℃(より好ましくは1450〜1520
℃)とすることが好ましい。また、この温度に保持する
時間は1〜2時間とすることが好ましい。
When the unsintered laminate in which the unsintered body for the base, the unsintered body for the solid electrolyte body, and the unsintered body for the porous layer are laminated as described above,
The heating rate, firing temperature and firing time are not particularly limited, but the heating rate is 200 ° C./hour (more preferably 1 ° C./hour).
(00 ° C./hour). The firing temperature is 14
00 to 1550 ° C (more preferably 1450 to 1520
C). Further, the time for maintaining the temperature is preferably set to 1 to 2 hours.

【0023】第1発明及び第2発明の製造方法による
と、通常、固体電解質体の積層方向の厚さが30〜13
0μm(更に好ましくは50〜100μm)であり、ま
た、発熱抵抗体が埋設されている基体の積層方向の厚さ
が900〜1100μmであり、多孔質体の積層方向の
厚さが150〜400μm(更に好ましくは200〜3
00μm)である素子を得ることができる。特に、基体
及び多孔質体は、固体電解質体よりも積層方向に厚いこ
とが好ましく、上記の各積層方向の厚さを満たした上
で、基体及び多孔質体は固体電解質体の積層方向の厚さ
の1.15〜13.3倍(より好ましくは4.0〜8.
0倍)の厚さであることが好ましい。
According to the production methods of the first and second inventions, the thickness of the solid electrolyte body in the laminating direction is usually 30 to 13
0 μm (more preferably 50 to 100 μm), the thickness of the base in which the heating resistor is embedded in the stacking direction is 900 to 1100 μm, and the thickness of the porous body in the stacking direction is 150 to 400 μm ( More preferably, 200 to 3
00 μm). In particular, the substrate and the porous body are preferably thicker in the stacking direction than the solid electrolyte body. After satisfying the thicknesses in the respective stacking directions, the base and the porous body are thicker in the stacking direction of the solid electrolyte body. 1.15 to 13.3 times (more preferably 4.0 to 8.
0).

【0024】更に、基体の相対密度は96%以上(より
好ましくは98以上%、通常99.9%以下)とするこ
とが好ましい。また、多孔質体の相対密度は40〜85
%(より好ましくは50〜80%)とすることが好まし
く、気孔率は15〜65%(より好ましくは20〜50
%)とすることが好ましい。基体の相対密度が96%未
満であると得られる素子の機械的強度が十分でないこと
がある。一方、多孔質体の相対密度が40%未満又は気
孔率が65%を超えると十分な被毒防止効果が得られ難
く、相対密度が85%を超える又は気孔率が15%未満
であると被測定ガスが検知電極表面に到達するまでに時
間がかかり、正確な測定が行い難くなる傾向にある。
Further, the relative density of the substrate is preferably at least 96% (more preferably at least 98%, usually at most 99.9%). The relative density of the porous body is 40 to 85.
% (More preferably 50 to 80%), and the porosity is 15 to 65% (more preferably 20 to 50%).
%). If the relative density of the substrate is less than 96%, the resulting device may not have sufficient mechanical strength. On the other hand, if the relative density of the porous body is less than 40% or the porosity exceeds 65%, it is difficult to obtain a sufficient poisoning prevention effect, and if the relative density is more than 85% or the porosity is less than 15%, the porous body is coated. It takes time for the measurement gas to reach the detection electrode surface, which tends to make accurate measurement difficult.

【0025】尚、相対密度は、予め元素分析より組成を
求め、この組成から算出した理論密度をρ1とし、アル
キメデス法により測定した実密度をρ2とした場合に、
下記式〔2〕により算出された割合D(%)である。 D(%)={ρ2/ρ1}×100 〔2〕 また、気孔率は、多孔質体の見掛け体積(気孔体積を含
む)Vと、空気中における質量m1と、水中に浸漬した
だけの質量m2と、水中に浸漬後十分に気孔に水を含有
させた(真空脱泡、沸騰脱泡等による)質量m3と、を
用いて、下記式〔3〕により算出した割合P(%)であ
る。 P(%)={(m3−m1)/(m3−m2)}×100 〔3〕
The relative density is obtained by calculating the composition from elemental analysis in advance, setting the theoretical density calculated from the composition to ρ1, and the actual density measured by the Archimedes method to ρ2.
This is a ratio D (%) calculated by the following equation [2]. D (%) = {ρ2 / ρ1} × 100 [2] The porosity is the apparent volume (including the pore volume) V of the porous body, the mass m1 in the air, and the mass just immersed in water. It is a ratio P (%) calculated by the following formula [3] using m2 and a mass m3 (by vacuum defoaming, boiling defoaming, or the like) in which water is sufficiently contained in pores after immersion in water. . P (%) = {(m3-m1) / (m3-m2)} × 100 [3]

【0026】また、基体及び多孔質体は、アルミナ及び
ジルコニアのうちの少なくともアルミナを含有すること
が好ましい。このうち、基体は、その全体を100体積
%とした場合にアルミナを70体積%以上(より好まし
くは80体積%以上)含有することが好ましく、多孔質
体は、その全体を100質量%とした場合にアルミナを
56質量%以上(より好ましくは60質量%以上、更に
好ましくは70質量%以上)含有することが好ましい。
更に、基体と実質的に同じ組成により構成されているこ
とがとりわけ好ましい。
The substrate and the porous body preferably contain at least alumina of alumina and zirconia. Among them, the substrate preferably contains 70% by volume or more (more preferably 80% by volume or more) of alumina when the whole is 100% by volume, and the whole of the porous body is 100% by mass. In this case, it is preferable that alumina is contained in an amount of 56% by mass or more (more preferably 60% by mass or more, further preferably 70% by mass or more).
Furthermore, it is particularly preferable that the substrate be constituted by substantially the same composition.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、実施例、図1を用いて本発
明を更に詳しく説明する。 [1]素子の製造 以下の製造方法では、解かり易さのために素子1個の大
きさのシートに各パターンを印刷し、積層するかのよう
に説明する。しかし、実際の工程においては、10個の
素子を製造することができる大きさのグリーンシートに
所要個数分の印刷を施し、積層した後、素子形状の未焼
成積層体を切り出し、これらを脱脂し、焼成して素子を
製造した。更に、一回の製造工程では300個の素子を
一度に製造している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to an embodiment and FIG. [1] Manufacture of Element In the following manufacturing method, each pattern is printed on a sheet having the size of one element and the layers are stacked for easy understanding. However, in an actual process, a required number of prints are applied to a green sheet having a size capable of manufacturing ten elements, and after laminating, a green laminate having an element shape is cut out and degreased. Then, firing was performed to manufacture an element. Further, in one manufacturing process, 300 elements are manufactured at a time.

【0028】(1)基体用未焼成シートの作製 基体用原料粉末であるアルミナ粉末(純度99.99%
以上、平均粒径0.3μm、比表面積4.8m2/g)
を1000gと、基体用バインダであるブチラール樹脂
115g及びジブチルフタレート47.5gと、トルエ
ン及びメチルエチルケトンとからなる混合溶媒とを混合
し、スラリーとした後、ドクターブレード法により、第
1基体用未焼成体及び第2基体用未焼成体を作製した。
第1基体用未焼成体は厚さ0.4mm、長さ5cmであ
り、焼成後は第1基体11aとなる。第2基体用未焼成
体は厚さ0.25mm、長さ5cmであり、焼成後は第
2基体11bとなる。尚、この第1基体用未焼成体及び
第2基体用未焼成体のA1は41.74m2/gであ
る。
(1) Preparation of Unsintered Sheet for Substrate Alumina powder (purity 99.99%
As described above, the average particle size is 0.3 μm, and the specific surface area is 4.8 m 2 / g.
Was mixed with 115 g of butyral resin and 47.5 g of dibutyl phthalate, which are binders for the base, and a mixed solvent consisting of toluene and methyl ethyl ketone to form a slurry. And a green body for the second substrate was produced.
The unfired body for the first substrate has a thickness of 0.4 mm and a length of 5 cm, and after firing, becomes the first substrate 11a. The unfired body for the second substrate has a thickness of 0.25 mm and a length of 5 cm, and after firing, becomes the second substrate 11b. In addition, A1 of the unfired body for the first base and the unfired body for the second base is 41.74 m 2 / g.

【0029】(2)ヒータパターンの形成 アルミナ粉末(純度99.99%以上、平均粒径0.3
μm)4部と白金粉末100部を配合した導電層用ペー
ストを、第1基体用未焼成体(焼成後、第1基体11
a)の一方の面に発熱部パターン(焼成後、発熱部12
1)を印刷・乾燥させ、その後、アルミナ粉末(純度9
9.99%以上、平均粒径0.3μm)2質量部と白金
粉末100部を配合した導電層用ペーストにて、ヒータ
リードパターン(焼成後、ヒータリード部122)を印
刷・乾燥させ、ヒータパターン(焼成後、発熱抵抗体1
2)を形成した。次いで、基体用第1未焼成体の基端付
近に発熱抵抗体12の導通を図るためのスルーホール1
11aを形成し、裏面のスルーホール111aに対応す
る位置に発熱抵抗体用端子パターン(焼成後、発熱抵抗
体用端子19a)を印刷・乾燥させた。その後、ヒータ
パターン上から第2基体用未焼成体(焼成後、基体の上
半分)を積層し、圧着接合した。
(2) Formation of heater pattern Alumina powder (purity 99.99% or more, average particle size 0.3
μm) A conductive layer paste containing 4 parts of platinum powder and 100 parts of platinum powder was mixed with the green body for the first base (after firing, the first base 11
a) a heating element pattern (after firing, heating element 12
1) is printed and dried, and then alumina powder (purity 9)
A heater lead pattern (after firing, heater lead 122) is printed and dried with a conductive layer paste containing 2 parts by mass of 9.9% or more and an average particle size of 0.3 μm) and 100 parts of platinum powder. Pattern (after firing, heating resistor 1
2) was formed. Next, a through-hole 1 is provided near the base end of the first unfired body for a base to establish conduction of the heating resistor 12.
11a was formed, and a heating resistor terminal pattern (after firing, heating resistor terminal 19a) was printed and dried at a position corresponding to the through hole 111a on the back surface. Thereafter, the unfired body for the second substrate (after firing, the upper half of the substrate) was laminated from above the heater pattern and pressure-bonded.

【0030】(3)緩衝層パターンの形成 (2)で作製したセラミック積層体の第2基体用未焼成
体上に、アルミナ80部、ジルコニア20部を配合した
緩衝層用ペーストを用いて、緩衝層パターン(焼成後、
緩衝層13)を40±10μの厚さに印刷・乾燥させ
た。 (4)基準電極パターンの形成 (3)で形成した緩衝層パターン上に、白金粉末87質
量%と共沈イットリア含有ジルコニア粉末13質量%と
を含有する導電層用ペーストを用いて、基準電極部パタ
ーン(焼成後、基準電極部141a)及び基準電極リー
ド部パターン(焼成後、基準電極リード部142a)か
らなる基準電極パターン(焼成後、基準電極14a)を
20μm±10の厚さに印刷・乾燥させた。
(3) Formation of Buffer Layer Pattern A buffer layer paste containing 80 parts of alumina and 20 parts of zirconia mixed on the green body for the second substrate of the ceramic laminate prepared in (2) was prepared. Layer pattern (after firing,
The buffer layer 13) was printed and dried to a thickness of 40 ± 10μ. (4) Formation of Reference Electrode Pattern On the buffer layer pattern formed in (3), using a conductive layer paste containing 87 mass% of platinum powder and 13 mass% of coprecipitated yttria-containing zirconia powder, a reference electrode portion was formed. Printing and drying a reference electrode pattern (after firing, reference electrode 14a) composed of a pattern (after firing, reference electrode portion 141a) and a reference electrode lead portion pattern (after firing, reference electrode portion 142a) to a thickness of 20 μm ± 10. I let it.

【0031】(5)固体電解質体パターンの形成 ジルコニア粉末(純度99.9%以上、平均粒径0.3
μm)50部とアルミナ粉末(純度99.99%以上、
平均粒径0.3μm)50部を分散剤0.5部と共に適
量のアセトンの中に混合し、樹脂製のポットによって3
時間混練してスラリーを用意した。一方、バインダ20
部とブチルカルビトール33.3部、ジブチルフタレー
ト0.8部を適量のアセトンの中に混合したバインダ溶
液を用意した。このバインダ溶液をスラリーに加えて、
混練しながらアセトンを蒸発させて、固体電解質体用ペ
ーストを調合した。尚、調合後のペーストに適宜ブチル
カルビトールを更に加えてペーストの粘度を調整した。
この固体電解質体用ペーストを基準電極部パターンを覆
うように長さ方向に7.0mm、厚さ45±10μmに
印刷・乾燥させ、固体電解質体パターン(焼成後、固体
電解質体15)を形成した。
(5) Formation of solid electrolyte pattern Zirconia powder (purity 99.9% or more, average particle size 0.3
μm) 50 parts and alumina powder (purity 99.99% or more,
50 parts with an average particle size of 0.3 μm) was mixed with an appropriate amount of acetone together with 0.5 part of a dispersing agent, and 3 parts were mixed with a resin pot.
The mixture was kneaded for a time to prepare a slurry. On the other hand, the binder 20
A binder solution was prepared by mixing a mixture of 33.3 parts of butyl carbitol, 0.8 part of dibutyl phthalate, and 0.8 part of dibutyl phthalate in an appropriate amount of acetone. Add this binder solution to the slurry,
The acetone was evaporated while kneading to prepare a solid electrolyte paste. The viscosity of the paste was adjusted by further adding butyl carbitol to the prepared paste.
This solid electrolyte body paste was printed and dried in a length direction of 7.0 mm and a thickness of 45 ± 10 μm so as to cover the reference electrode portion pattern to form a solid electrolyte body pattern (solid electrolyte body 15 after firing). .

【0032】(6)絶縁層パターンの形成 (1)で作製した未焼成基体にブチルカルビトール50
部及び所要量のアセトンを加えて溶解させ、4時間混合
した後、アセトンを蒸発させて、絶縁層用ペーストを調
合した。この絶縁層用ペーストを緩衝層パターン上であ
り、固体電解質体パターンが印刷されていない部分に4
5±10μmの厚さで印刷・乾燥させ、絶縁層パターン
(焼成後、絶縁層16)を形成した。但し、スルーホー
ル161にあたる部分には印刷していない。
(6) Formation of insulating layer pattern The unfired substrate prepared in (1) was treated with butyl carbitol 50
A part and a required amount of acetone were added and dissolved, and after mixing for 4 hours, the acetone was evaporated to prepare an insulating layer paste. This paste for the insulating layer was applied to the portion on the buffer layer pattern where the solid electrolyte pattern was not printed.
Printing and drying were performed at a thickness of 5 ± 10 μm to form an insulating layer pattern (after firing, the insulating layer 16). However, the portion corresponding to the through hole 161 is not printed.

【0033】(7)検知電極パターンの形成 (5)及び(6)で形成した固体電解質体パターンと絶
縁層パターンの上に、(4)で調合した導電層用ペース
トを用いて、検知電極部パターン(焼成後、検知電極部
141b)及び検知電極リード部パターン(焼成後、検
知電極リード部142b)からなる検知電極パターン
(焼成後、検知電極14b)を20±10μmの厚さに
印刷・乾燥させた。
(7) Forming the sensing electrode pattern On the solid electrolyte pattern and the insulating layer pattern formed in (5) and (6), using the conductive layer paste prepared in (4), the sensing electrode portion is formed. A detection electrode pattern (after firing, the detection electrode 14b) composed of a pattern (after firing, the detection electrode portion 141b) and a detection electrode lead portion pattern (after firing, the detection electrode portion 142b) is printed and dried to a thickness of 20 ± 10 μm. I let it.

【0034】(8)補強層用未焼成体の作製及び積層 (1)と同様な原料及び配合割合にて調合したスラリー
を用いてドクターブレード法により、第1補強層用未焼
成体及び第2補強層用未焼成体を作製した。第1補強層
用未焼成体は厚さ0.25mm、長さ4cmであり、焼
成後第1補強層18aとなり、基端部にはスルーホール
181aが形成されている。第2補強層用未焼成体は、
厚さ0.4mm、長さ4.0cmであり、焼成後、第2
補強層18bとなり、基端部にはスルーホール181b
が形成されている。その後、第1補強層用未焼成体を
(7)で形成した検知電極パターンの電極リード部パタ
ーンを覆うように積層し、その後、更に、第2補強層用
未焼成体を、第1補強層用未焼成体上に積層した。
(8) Preparation and lamination of unsintered body for reinforcing layer Using a slurry prepared with the same raw materials and mixing ratio as in (1), the unsintered body for the first reinforcing layer and the second A green body for a reinforcing layer was produced. The unsintered body for the first reinforcing layer has a thickness of 0.25 mm and a length of 4 cm, becomes the first reinforcing layer 18a after the sintering, and has a through hole 181a formed at the base end. The green body for the second reinforcing layer is
0.4 mm in thickness and 4.0 cm in length.
It becomes the reinforcing layer 18b, and the through hole 181b is provided at the base end.
Are formed. Thereafter, the green body for the first reinforcing layer is laminated so as to cover the electrode lead portion pattern of the detection electrode pattern formed in (7), and then the green body for the second reinforcing layer is further laminated with the first reinforcing layer. It was laminated on a green body for use.

【0035】(9)電極端子用パターンの形成 (2)で調合した導電性ペーストを用いて、基準電極及
び検知電極の各々と信号の入出力を行う電極端子用パタ
ーン(焼成後、電極端子19b)を、スルーホール18
1bに対応する位置に印刷・乾燥させた。
(9) Formation of electrode terminal pattern Using the conductive paste prepared in (2), an electrode terminal pattern for inputting and outputting signals to and from each of the reference electrode and the detection electrode (after firing, the electrode terminal 19b ), Through hole 18
Printing and drying were performed at the position corresponding to 1b.

【0036】(10)多孔質体用未焼成体の作製及び積
層 (1)と同様に、多孔質体用原料粉末であるアルミナ粉
末(純度99.99%以上、平均粒径0.3μm、比表
面積4.8m2/g)780gと、気孔化剤であるカー
ボン粉末(真球状粒子、平均粒径5μm)220gと、
分散剤と、トルエン及びメチルエチルケトンとからなる
混合溶媒とを混合し、次いで、多孔質体用バインダであ
るブチラール樹脂97g及びジブチルフタレート47g
を加えて更に混合してスラリーとした。その後、ドクタ
ーブレード法により、厚さ250μmのグリーンシート
を作製し、長さ10mm、幅4mmの多孔質体用未焼成
体に成形した。尚、この多孔質体用未焼成体のA2は4
2.09m2/gである。その後、得られたこの多孔質
体用未焼成体(焼成後、多孔質体17)を(7)で形成
した検知電極部パターンを覆うように積層した。
(10) Preparation and Lamination of Unfired Body for Porous Body As in (1), alumina powder (purity of 99.99% or more, average particle diameter of 0.3 μm, 780 g of a surface area of 4.8 m 2 / g) and 220 g of carbon powder (spherical particles, average particle size of 5 μm) as a pore-forming agent;
A dispersant and a mixed solvent of toluene and methyl ethyl ketone are mixed, and then 97 g of butyral resin as a binder for a porous body and 47 g of dibutyl phthalate are mixed.
And further mixed to obtain a slurry. Thereafter, a green sheet having a thickness of 250 μm was prepared by a doctor blade method, and formed into a green body for a porous body having a length of 10 mm and a width of 4 mm. A2 of the unfired body for a porous body is 4
2.09 m 2 / g. Then, the obtained unsintered body for a porous body (sintered, porous body 17) was laminated so as to cover the detection electrode portion pattern formed in (7).

【0037】(1)で得られた第1基体用未焼成体及び
第2基体用未焼成体のA1は41.74m2/gであ
り、(10)で得られた多孔質体用未焼成体のA2は4
2.09m2/gである。従って、上記式〔1〕で表さ
れるXは−0.008となり、±0.1以内におさまっ
ている。
A1 of the green body for the first base and the green body for the second base obtained in (1) is 41.74 m 2 / g, and the green body for the porous body obtained in (10) is A2 of the body is 4
2.09 m 2 / g. Therefore, X represented by the above formula [1] is -0.008, which is within ± 0.1.

【0038】(11)脱脂及び焼成 (1)〜(10)で得られた積層体を、大気雰囲気にお
いて、室温から420℃まで昇温速度10℃/時間で昇
温させ、2時間保持し、脱脂処理を行った。その後、大
気雰囲気において、1100℃まで昇温速度100℃/
時間で昇温させ、更に、1520℃まで昇温速度60℃
/時間で昇温させ、1時間保持し焼成を行い、素子1を
得た。得られた素子には反りは認められず、クラック及
び割れも確認されなかった。
(11) Degreasing and firing The laminate obtained in (1) to (10) was heated from room temperature to 420 ° C. at a rate of 10 ° C./hour in an air atmosphere, and held for 2 hours. A degreasing treatment was performed. Thereafter, in an air atmosphere, the temperature is raised to 1100 ° C. at a rate of 100 ° C. /
The temperature is raised over time, and the temperature is raised to 1520 ° C at a rate of 60 ° C.
The temperature was raised for 1 hour, the temperature was maintained for 1 hour, and calcination was performed. No warpage was observed in the obtained device, and no cracks and cracks were observed.

【0039】[2]収縮率の異なる基体用未焼成体及び
多孔質体用未焼成体の製造 [1]における(1)〜(11)の工程のうち(1)及
び(10)において配合するバインダの量を変化させる
ことにより、表1に示す収縮率の異なる13種類の基体
用未焼成体と、収縮率の異なる7種類の多孔質体用未焼
成体とを製造した。
[2] Production of green body for base and green body for porous body having different shrinkage ratios In the steps (1) to (11) in [1], they are blended in (1) and (10). By changing the amount of the binder, thirteen types of green bodies for bases having different shrinkage rates and seven types of green bodies for porous bodies having different shrinkage rates shown in Table 1 were produced.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】これら基体用未焼成体及び多孔質体用未焼
成体の1200〜1550℃における収縮率は、前述の
条件において〔2〕式を用いて1100℃、1250
℃、1400℃、1475℃及び1550℃の各温度に
おける値として算出した。
The shrinkage rate of these unsintered bodies for a substrate and unsintered bodies for a porous body at 1200 to 1550 ° C. can be determined at 1100 ° C. and 1250 ° C. using the equation (2) under the above-mentioned conditions.
° C, 1400 ° C, 1475 ° C, and 1550 ° C.

【0042】[3]未焼成積層体の作製 [2]で得られた表1に示す各基体用未焼成体及び多孔
質体用未焼成体を各々表2に示す組み合わせで[1]に
おけると同様に積層して未焼成積層体を得た。この実験
例1〜13の組み合わせの未焼成積層体の各温度におけ
る収縮率差の最大値を[2]で求めた値から算出して表
2に併記した。更に、基体用未焼成体の各A1及び各多
孔質体用未焼成体の各A2を各々算出し、表2に併記し
た。また、実験例1〜13の基体用未焼成体と多孔質体
用未焼成体との組み合わせによるXも算出し、表2に併
記した。
[3] Preparation of unfired laminate The unfired body for each substrate and the unfired body for a porous body shown in Table 1 and obtained in [2] were combined with each other as shown in Table 2 in [1]. Lamination was performed in the same manner to obtain a green laminate. The maximum value of the difference in the shrinkage rate at each temperature of the unsintered laminated body of the combination of Experimental Examples 1 to 13 was calculated from the value obtained in [2] and is also shown in Table 2. Further, each A1 of the green body for the base and each A2 of the green body for each porous body were calculated, and are also shown in Table 2. Further, X based on the combination of the green body for the base and the green body for the porous body in Experimental Examples 1 to 13 was also calculated, and is also shown in Table 2.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】[4]焼成及び評価 [3]で得られた未焼成積層体を[1]の(11)と同
様にして焼成して積層型ガスセンサ素子を得た。得られ
た各実験例1〜13素子の各々の300個の素子を、水
に溶かした赤色インク内に浸漬した後乾燥させて、残存
した赤色部により、素子に生じたクラック又は割れを観
察した。この結果を表2に併記した。
[4] Firing and Evaluation The unfired laminate obtained in [3] was fired in the same manner as in [11] of [1] to obtain a laminated gas sensor element. 300 elements of each of the obtained Experimental Examples 1 to 13 were immersed in a red ink dissolved in water and then dried, and a crack or a crack generated in the element was observed by a remaining red portion. . The results are shown in Table 2.

【0045】表2の結果より、収縮率差が±3%を超え
る実験例1〜9の素子ではクラック及び割れがいずれに
おいても認められた。これに対して、収縮率差が±3%
以内である実験例10〜13の素子ではクラック及び割
れは全く観察されなかった。即ち、素子を製造する場合
に、バインダ量を第1発明又は第2発明の範囲となるよ
うに調整することにより、クラック及び割れのほとんど
生じない素子を得ることができることが分かる。
From the results shown in Table 2, cracks and cracks were observed in all of the devices of Experimental Examples 1 to 9 in which the difference in shrinkage ratio exceeded ± 3%. In contrast, the difference in shrinkage is ± 3%
Cracks and cracks were not observed at all in the devices of Experimental Examples 10 to 13 which were within. In other words, it can be seen that when manufacturing the device, by adjusting the amount of the binder so as to fall within the range of the first invention or the second invention, it is possible to obtain the device with almost no cracks and cracks.

【0046】尚、本発明の素子は概してその長さが32
〜34mmであり、図1における多孔質体の後端側(後
端とは長さ方向において多孔質体が形成されていない一
端)から素子の後端に向かって10mm付近からはガス
センサの主体金具内に配設される固定具に固定されて使
用される。このため、被測定ガスに曝されることはな
く、また、使用時に反り及び割れが生じることもほとん
どない。
The device of the present invention generally has a length of 32.
From about 10 mm from the rear end side of the porous body in FIG. 1 (the rear end is one end where the porous body is not formed in the length direction) to the rear end of the element. It is used by being fixed to a fixing device disposed therein. Therefore, it is not exposed to the gas to be measured, and warping and cracking hardly occur during use.

【0047】[0047]

【発明の効果】第1発明及び第2発明によると、多孔質
体を備えても、ほとんど反り及び割れを生じない積層型
ガスセンサ素子を安定して得ることができる。
According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to stably obtain a laminated gas sensor element which hardly causes warping or cracking even when a porous body is provided.

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

【図1】本発明の製造方法により得られる素子の分解斜
視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an element obtained by a manufacturing method of the present invention.

【図2】(i)は素子の反りの判定に用いるd1を説明
する模式図である。また、(ii)は素子の反りの判定
に用いるd2を説明する模式図である。
FIG. 2 (i) is a schematic diagram illustrating d1 used for determining the warpage of an element. (Ii) is a schematic diagram for explaining d2 used for determining the warpage of the element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;ガスセンサ素子、11a;第1基体、11b;第2
基体、111a;スルーホール、12;発熱抵抗体、1
21;発熱部、122;ヒータリード部、13;緩衝
層、14a;基準電極、14b;検知電極、15;固体
電解質層、16;絶縁層、17;多孔質体、18a;第
1補強層、18b第2補強層。
1; gas sensor element, 11a; first base, 11b; second
Substrate, 111a; Through hole, 12; Heating resistor, 1
Reference numeral 14b; Detection electrode, 15; Solid electrolyte layer, 16; Insulating layer, 17; Porous body, 18a; 18b second reinforcing layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬渕 智裕 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 柳 邦夫 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 林 裕之 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Fターム(参考) 2G004 BB04 BJ03 BM07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomohiro Mabuchi 14-18, Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Inside Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Kunio Yanagi 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City Japan Special Ceramic (72) Inventor Hiroyuki Hayashi 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya Japan F-term (reference) 2G004 BB04 BJ03 BM07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体用未焼成体と、多孔質体用未焼成体
とを、固体電解質体用未焼成体を挟んで対向するように
積層して未焼成積層体を形成し、次いで、該未焼成積層
体を一体に焼成する積層型ガスセンサ素子の製造方法で
あって、上記基体用未焼成体と上記多孔質体用未焼成体
との焼成時の収縮率の差が1200〜1550℃におい
て常に±3%以内であることを特徴とする積層型ガスセ
ンサ素子の製造方法。
An unsintered body for a substrate and an unsintered body for a porous body are laminated so as to face each other across the unsintered body for a solid electrolyte body to form an unsintered laminate. A method for manufacturing a laminated gas sensor element, in which an unfired laminate is integrally fired, wherein a difference in shrinkage ratio between the unfired body for a base and the unfired body for a porous body during firing is 1200 to 1550 ° C. A method for manufacturing a laminated gas sensor element, wherein the value is always within ± 3%.
【請求項2】 少なくとも基体用原料粉末及び基体用バ
インダを混練し、次いで成形して得た基体用未焼成体
と、少なくとも多孔質体用原料粉末及び多孔質体用バイ
ンダを混練し、次いで成形して得た多孔質体用未焼成体
とを、固体電解質体用未焼成体を挟んで対向するように
積層して未焼成積層体を形成し、次いで、該未焼成積層
体を一体に焼成する積層型ガスセンサ素子の製造方法で
あって、上記基体用未焼成体の単位質量あたりに含有さ
れる上記基体用原料粉末の表面積を上記基体用バインダ
の質量により除した値をA1(m2/g)とし、一方、
上記多孔質体用未焼成体の単位質量あたりに含有される
上記多孔質体用原料粉末の表面積を上記多孔質体用バイ
ンダの質量により除した値をA2(m2/g)とした場
合に、下記式〔1〕で表される値Xを±0.1以内に調
整することを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方
法。 X=(A1−A2)/A1 〔1〕
2. Kneading at least a raw material powder for a substrate and a binder for a substrate, and then kneading the green body for a substrate obtained by molding, and at least a raw material powder for a porous material and a binder for a porous material, and then forming The unsintered body for a porous body obtained in this way is laminated so as to face each other with the unsintered body for a solid electrolyte body therebetween to form an unsintered laminate, and then the unsintered laminate is integrally fired. Wherein the surface area of the base material powder contained per unit mass of the base green body is divided by the mass of the base binder to obtain a value A1 (m 2 / m 2 ). g), while
When the value obtained by dividing the surface area of the raw material powder for a porous body contained per unit mass of the green body for a porous body by the mass of the binder for a porous body is A2 (m 2 / g), Wherein the value X represented by the following formula [1] is adjusted within ± 0.1. X = (A1-A2) / A1 [1]
【請求項3】 上記多孔質体用原料粉末は気孔化剤を含
み、該気孔化剤を除く該多孔質体用原料粉末の残部と上
記多孔質体用バインダとの合計を100体積%とした場
合に、該気孔化剤は30〜55体積%である請求項1又
は2に記載の積層型ガスセンサ素子の製造方法。
3. The raw material powder for a porous body contains a porogen, and the total of the remainder of the raw material powder for a porous body excluding the porogen and the binder for the porous body is 100% by volume. 3. The method according to claim 1, wherein the porogen is 30 to 55% by volume. 4.
【請求項4】 上記気孔化剤はカーボン粉末である請求
項3記載の積層型ガスセンサ素子の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the porosifying agent is carbon powder.
JP2000264228A 2000-08-31 2000-08-31 Manufacturing method of laminated gas sensor element Expired - Fee Related JP4588853B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000264228A JP4588853B2 (en) 2000-08-31 2000-08-31 Manufacturing method of laminated gas sensor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000264228A JP4588853B2 (en) 2000-08-31 2000-08-31 Manufacturing method of laminated gas sensor element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002071629A true JP2002071629A (en) 2002-03-12
JP4588853B2 JP4588853B2 (en) 2010-12-01

Family

ID=18751675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000264228A Expired - Fee Related JP4588853B2 (en) 2000-08-31 2000-08-31 Manufacturing method of laminated gas sensor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4588853B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004085494A (en) * 2002-08-28 2004-03-18 Kyocera Corp Oxygen sensor element
JP2007108094A (en) * 2005-10-17 2007-04-26 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element, gas sensor, and manufacturing methods therefor
JP2008069020A (en) * 2006-09-12 2008-03-27 Ngk Spark Plug Co Ltd Method for producing porous sheet
JP2010281831A (en) * 2010-08-18 2010-12-16 Ngk Insulators Ltd Sensor element and gas sensor
CN102608182A (en) * 2012-02-20 2012-07-25 曾咏平 Oxygen sensor chip and manufacturing method thereof
JP2016053475A (en) * 2014-09-02 2016-04-14 株式会社日本自動車部品総合研究所 Gas sensor element
JP2016095287A (en) * 2014-03-28 2016-05-26 日本碍子株式会社 Method for manufacturing gas sensor and gas sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5578245A (en) * 1978-12-06 1980-06-12 Bosch Gmbh Robert Production of layer system provided on solid electrolyte used electrochemically
JPS60228955A (en) * 1984-04-26 1985-11-14 Ngk Insulators Ltd Electrochemical apparatus and its preparation
JPS63290952A (en) * 1987-05-25 1988-11-28 Hitachi Ltd Oxygen concentration detector
JPH02276956A (en) * 1988-03-03 1990-11-13 Ngk Insulators Ltd Oxygen sensor and production thereof and method for preventing poisoning
JPH05148039A (en) * 1991-11-25 1993-06-15 Nippondenso Co Ltd Production of ceramic film
JPH0985894A (en) * 1995-07-18 1997-03-31 Denso Corp Manufacture of ceramic laminate
WO2000007006A1 (en) * 1998-07-30 2000-02-10 Robert Bosch Gmbh Exhaust gas sonde in which the insulation layer separating the heater from the solid electrolytes is formed by sintering a material containing al203 charged with a pore forming material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5578245A (en) * 1978-12-06 1980-06-12 Bosch Gmbh Robert Production of layer system provided on solid electrolyte used electrochemically
JPS60228955A (en) * 1984-04-26 1985-11-14 Ngk Insulators Ltd Electrochemical apparatus and its preparation
JPS63290952A (en) * 1987-05-25 1988-11-28 Hitachi Ltd Oxygen concentration detector
JPH02276956A (en) * 1988-03-03 1990-11-13 Ngk Insulators Ltd Oxygen sensor and production thereof and method for preventing poisoning
JPH05148039A (en) * 1991-11-25 1993-06-15 Nippondenso Co Ltd Production of ceramic film
JPH0985894A (en) * 1995-07-18 1997-03-31 Denso Corp Manufacture of ceramic laminate
WO2000007006A1 (en) * 1998-07-30 2000-02-10 Robert Bosch Gmbh Exhaust gas sonde in which the insulation layer separating the heater from the solid electrolytes is formed by sintering a material containing al203 charged with a pore forming material

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004085494A (en) * 2002-08-28 2004-03-18 Kyocera Corp Oxygen sensor element
JP2007108094A (en) * 2005-10-17 2007-04-26 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element, gas sensor, and manufacturing methods therefor
JP4618681B2 (en) * 2005-10-17 2011-01-26 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor element and gas sensor
JP2008069020A (en) * 2006-09-12 2008-03-27 Ngk Spark Plug Co Ltd Method for producing porous sheet
JP4681519B2 (en) * 2006-09-12 2011-05-11 日本特殊陶業株式会社 Porous sheet manufacturing method
JP2010281831A (en) * 2010-08-18 2010-12-16 Ngk Insulators Ltd Sensor element and gas sensor
JP4703777B2 (en) * 2010-08-18 2011-06-15 日本碍子株式会社 Sensor element and gas sensor
CN102608182A (en) * 2012-02-20 2012-07-25 曾咏平 Oxygen sensor chip and manufacturing method thereof
JP2016095287A (en) * 2014-03-28 2016-05-26 日本碍子株式会社 Method for manufacturing gas sensor and gas sensor
JP2016053475A (en) * 2014-09-02 2016-04-14 株式会社日本自動車部品総合研究所 Gas sensor element

Also Published As

Publication number Publication date
JP4588853B2 (en) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5075937B2 (en) Gas sensor element and manufacturing method thereof
JP4409581B2 (en) Oxygen sensor element
JPH07270375A (en) Exhaust gas sensor containing detecting element made of composite tile and manufacture thereof
JP2011214853A (en) Method for manufacturing gas sensor element
JP2766029B2 (en) Ceramic green sheet material, electrochemical device, and method of manufacturing the same
JP5747801B2 (en) Multilayer ceramic exhaust gas sensor element, exhaust gas sensor using the same, and method of manufacturing multilayer ceramic exhaust gas sensor element
US6746586B2 (en) Multi-layer gas sensor element and gas sensor comprising the same
US10564139B2 (en) Sensor element
JP4730722B2 (en) Method for manufacturing laminated gas sensor element and laminated gas sensor element
JP4588853B2 (en) Manufacturing method of laminated gas sensor element
JP4125849B2 (en) Oxygen sensor element
JP2003294697A (en) Stacked gas sensor element, its manufacturing method, and gas sensor
JP2003279528A (en) Oxygen sensor electrode
JP2001064082A (en) Ceramic sintered body, its production, gas sensor element and its production
JP2584881B2 (en) Ceramic green sheet and method for producing electrochemical element using the same
JP4473471B2 (en) Laminated gas sensor element and gas sensor including the same
JP3981307B2 (en) Oxygen sensor element
JP5097238B2 (en) Method for manufacturing gas sensor element
JP2005283285A (en) Oxygen concentration detection sensor
JP2004043197A (en) Process for producing ceramic slurry, ceramic green sheet and ceramic sintered compact
JP3748408B2 (en) Oxygen sensor and manufacturing method thereof
JP2001348265A (en) Alumina-based sintered compact, method of producting the same, ceramic heater and gas sensor element using the sintered compact, and gas sensor using the gas sensor element
JP3101649B2 (en) Composition for porous ceramic diffusion barrier layer, heater-integrated oxygen sensor using the same, and method of manufacturing the same
JP2002365258A (en) Gas sensor element, its manufacturing method and gas sensor
JP3137128B2 (en) Manufacturing method of ceramic coating

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090818

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100511

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100817

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees