JP2002333422A - Oxygen concentration detector and its manufacturing method - Google Patents

Oxygen concentration detector and its manufacturing method

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JP2002333422A
JP2002333422A JP2002135955A JP2002135955A JP2002333422A JP 2002333422 A JP2002333422 A JP 2002333422A JP 2002135955 A JP2002135955 A JP 2002135955A JP 2002135955 A JP2002135955 A JP 2002135955A JP 2002333422 A JP2002333422 A JP 2002333422A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen concentration detector and its manufacturing method having the state wherein the porosity and the mean pore size of a protective layer are uniform and sufficient throttling effect and excellent poison- resistance can be acquired, having an excellent output characteristic, capable of utilizing raw material effectively in manufacturing, and manufacturing easily and inexpensively with simple manufacturing facilities. SOLUTION: In this oxygen concentration detector comprising a cup-shaped oxygen concentration detection element 1 and a housing for storing the element, a sprayed layer 14 is provided on the surface of an outside electrode 131, and the protective layer 11 is provided on the surface of the sprayed layer 14, and the value of the ratio (RB/RA) of the mean particle size RB of coarse particles to the mean particle size RA of fine particles in the protective layer 11 is thirty or more.

Description

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

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,内燃機関の燃焼制御等に使用さ
れる酸素濃度検出器およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen concentration detector used for controlling combustion of an internal combustion engine and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】従来,自動車内燃機関の排気ガス中の酸素
濃度を検出するためのガス検出器としては,ZrO2
体電解質を使用した,例えば,酸素濃淡起電力式の酸素
濃度検出器がよく知られており,広く実用化されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas detector for detecting the oxygen concentration in exhaust gas of an automobile internal combustion engine, for example, an oxygen concentration electromotive force type oxygen concentration detector using a ZrO 2 solid electrolyte is well known. Has been widely used.

【0003】上記酸素濃度検出器はその内部に酸素濃度
検出素子を有している。そして上記酸素濃度検出素子
は,例えば,ZrO2−Y23固溶体等の酸素イオン導
電性金属酸化物よりなる固体電解質よりなり,該固体電
解質が被測定ガスと対面する外側表面には外側電極を設
け,基準ガスと対面する内側表面には内側電極を設けて
ある。なお,上記外側電極および内側電極はPt等の触
媒金属よりなる。そして,上記外側電極を保護するため
に,該外側電極の表面には上記被測定ガスが導通可能で
ある多孔質の保護層を設けてある。なお,上記保護層は
耐熱性金属酸化物の被膜である。
The oxygen concentration detector has an oxygen concentration detecting element inside. The oxygen concentration detecting element is made of, for example, a solid electrolyte made of an oxygen ion conductive metal oxide such as a solid solution of ZrO 2 —Y 2 O 3 , and the solid electrolyte has an outer electrode on the outer surface facing the gas to be measured. And an inner electrode is provided on the inner surface facing the reference gas. The outer and inner electrodes are made of a catalytic metal such as Pt. In order to protect the outer electrode, a porous protective layer is provided on the surface of the outer electrode, through which the gas to be measured can flow. The protective layer is a coating of a heat-resistant metal oxide.

【0004】ところで,酸素濃度検出素子における上記
保護層は,被測定ガスである排気ガス中の未燃焼物質の
電極への付着を防止するために,また,上記外側電極上
において,上記排気ガス中に含まれる一酸化炭素および
炭化水素と残存酸素等との平衡反応を促進し,シャープ
な出力特性(図4参照)を得るための充分な絞り効果を
得ることができるように,適度に緻密に構成する必要が
ある。すなわち,上記保護層は気孔率および平均細孔径
が適度に小さいことが必要である。
Meanwhile, the protective layer in the oxygen concentration detecting element is provided to prevent unburned substances in the exhaust gas, which is the gas to be measured, from adhering to the electrode, and to prevent the unburned substance from adhering to the electrode on the outer electrode. In order to promote the equilibrium reaction between carbon monoxide and hydrocarbons contained in the water and residual oxygen, etc., and to obtain a sufficient throttling effect to obtain sharp output characteristics (see FIG. 4), Must be configured. That is, it is necessary that the porosity and the average pore diameter of the protective layer are appropriately small.

【0005】そして,上記保護層は,従来,例えば特開
昭51−145390号に示すごとく,プラズマ溶射等
の方法を利用し,高温状態でスピネル等の耐熱性金属酸
化物の粉末を上記外側電極の表面に吹付け,付着させる
ことにより構成されていた。
Conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. S51-145390, the protective layer is formed by applying a powder of a heat-resistant metal oxide such as spinel at a high temperature to the outer electrode. It was constructed by spraying and adhering to the surface of.

【0006】[0006]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来方法
による保護層には以下に示す問題がある。まず,上記耐
熱性金属酸化物の融点は高いため,プラズマ炎の中で充
分に溶融させることが難しく,細孔径を小さくすること
が困難である。このことから保護層において形成された
細孔の径が大きく,緻密な保護層が得られないおそれが
あった。このような保護層において,上述したごとき絞
り効果を得るためには,保護層の厚さを充分に厚くしな
くてはならなかった。
However, the above-mentioned conventional protective layer has the following problems. First, since the melting point of the heat-resistant metal oxide is high, it is difficult to sufficiently melt it in a plasma flame, and it is difficult to reduce the pore diameter. For this reason, there is a possibility that the diameter of the pores formed in the protective layer is large and a dense protective layer cannot be obtained. In such a protective layer, in order to obtain the above-described drawing effect, the thickness of the protective layer had to be sufficiently large.

【0007】また,プラズマ溶射という方法は,材料歩
留まりが悪く,また大電力を必要とする方法であり,よ
って,材料資源の有効活用ができない。また,その設備
は大がかりで経費もかかるといった好ましくない点を有
するものであった。
[0007] In addition, the method called plasma spraying has a low material yield and requires a large amount of electric power, and thus cannot effectively utilize material resources. In addition, the equipment had the disadvantage that it was large and expensive.

【0008】更に,特開平1−227955号には,溶
射により得られた気孔率の大きい粗粒子層を形成し,そ
の後,該粗粒子層の空隙を,真空含浸または加圧含浸を
利用して超微粒子により充填し,気孔率の小さい保護層
を形成することが提案されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-227955 discloses that a coarse particle layer having a high porosity obtained by thermal spraying is formed, and then the voids in the coarse particle layer are formed by vacuum impregnation or pressure impregnation. It has been proposed to form a protective layer with small porosity by filling with ultrafine particles.

【0009】しかしながら,上記粗粒子層の空隙にほぼ
均一となるよう含浸させるためには,超微粒子の平均粒
子径が0.01〜0.5μmである必要がある。しかし
ながら,上記平均粒子径が0.1μmより小さい超微粒
子を使用した場合には,得られた保護層に亀裂が発生す
るおそれがある。更に,上記真空含浸,加圧含浸におい
ては,特別な作業,装置が必要である上に,溶射層の空
隙に安定して確実に超微粒子を充填し難く,またその確
認も困難である。
[0009] However, in order to impregnate the voids of the coarse particle layer so as to be almost uniform, the average particle diameter of the ultrafine particles needs to be 0.01 to 0.5 µm. However, when the ultrafine particles having an average particle diameter of less than 0.1 μm are used, cracks may be generated in the obtained protective layer. Furthermore, in the vacuum impregnation and the pressure impregnation, special operations and equipment are required, and it is also difficult to stably and surely fill the voids of the sprayed layer with ultrafine particles, and it is also difficult to confirm the fact.

【0010】また,上記粗粒子層は溶射により形成され
ているため,上記粗粒子層は粗粒子同士が溶融結合する
ことにより構成されることとなる。すなわち,上記粗粒
子の形状は,溶融結合の過程において偏平状となり,保
護層の骨材として作用する。このため,上記保護層にお
いては,粗粒子と超微粒子との混在具合が場所毎に異な
り,全体として不均一な状態となるおそれがある。従っ
て,上記従来方法による保護層においては気孔率にばら
つきがみられ,出力特性を不安定とする原因となってい
た。
Further, since the coarse particle layer is formed by thermal spraying, the coarse particle layer is formed by fusion bonding of coarse particles. That is, the shape of the coarse particles becomes flat in the process of fusion bonding and acts as an aggregate of the protective layer. For this reason, in the protective layer, the mixing state of the coarse particles and the ultrafine particles varies from place to place, and there is a possibility that the protective layer becomes uneven as a whole. Therefore, in the protective layer according to the above-mentioned conventional method, the porosity varies, which causes unstable output characteristics.

【0011】また,従来からプラズマ溶射層を用いた酸
素濃度検出素子において,排気ガス中に含有されるP,
Ca,Zn,Si等のオイル成分,またK,Na,Pb
等のガソリン成分(両者を合わせて被毒成分と称する)
が多い場合には,こららが酸素濃度検出素子の表面に付
着し,保護層表面において目詰まりを生じせしめ,酸素
濃度検出素子の出力特性を悪化させるという問題があっ
た(被毒劣化)。
[0011] In a conventional oxygen concentration detecting element using a plasma sprayed layer, P,
Oil components such as Ca, Zn, Si, K, Na, Pb
And other gasoline components (collectively referred to as poisoned components)
When the amount is large, these adhere to the surface of the oxygen concentration detecting element, causing clogging on the surface of the protective layer, thereby deteriorating the output characteristics of the oxygen concentration detecting element (poisoning deterioration).

【0012】そこで,この被毒による目詰まりを防止す
るために特開平6−174683号に示すごとく,γ−
Al23等の耐熱性金属酸化物の多孔質層からなる,い
わゆるトラップ層を上記保護層の表面に設けることが提
案されている。しかしながら,上記トラップ層は被毒を
防止することはできるが,酸素濃度検出素子の構造を複
雑とし,その分製造工程に余分な工程が挿入される。こ
のことから,製造にかかるコストが増大するという問題
がある。
Therefore, in order to prevent clogging due to this poisoning, as shown in JP-A-6-174683, a γ-
It has been proposed to provide a so-called trap layer made of a porous layer of a heat-resistant metal oxide such as Al 2 O 3 on the surface of the protective layer. However, although the trap layer can prevent poisoning, it complicates the structure of the oxygen concentration detecting element, and an extra step is added to the manufacturing process. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost increases.

【0013】本発明は,かかる問題点に鑑み,保護層に
おける気孔率及び平均細孔径が均一であると共に充分な
絞り効果,優れた耐被毒性を得ることができる状態にあ
り,優れた出力特性を有し,更に,その製造にあたり原
材料を有効活用でき,その製造設備が簡便で,容易,安
価に製造することができる酸素濃度検出器及びその製造
方法を提供しようとするものである。
In view of the above problems, the present invention is in a state where the porosity and the average pore diameter in the protective layer are uniform, and a sufficient drawing effect and excellent poisoning resistance can be obtained. Another object of the present invention is to provide an oxygen concentration detector capable of effectively utilizing raw materials in the production thereof, and having a simple, easy and inexpensive production facility, and a method of producing the same.

【0014】[0014]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,固体電解質の内
側表面に内側電極を,外側表面に外側電極を設けてある
コップ型酸素濃度検出素子と,該コップ型酸素濃度検出
素子を収容するハウジングと,該ハウジングの排気通路
側に設ける排気カバーと,上記ハウジングの大気側に設
ける大気カバーとよりなる酸素濃度検出器において,上
記外側電極の表面に溶射層が設けられており,該溶射層
の表面に,粗粒子と細粒子とからなると共に,該粗粒子
間に形成される空隙部分に細粒子が充填されている構造
を有する保護層が設けられており,上記細粒子の平均粒
子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの比(RB/
RA)の値は30以上であることを特徴とする酸素濃度
検出器にある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cup type oxygen concentration detecting element having an inner electrode provided on an inner surface of a solid electrolyte and an outer electrode provided on an outer surface, and the cup type oxygen concentration detecting element. In an oxygen concentration detector comprising a housing, an exhaust cover provided on an exhaust passage side of the housing, and an air cover provided on an air side of the housing, a thermal spray layer is provided on a surface of the outer electrode. A protective layer comprising coarse particles and fine particles, and having a structure in which fine particles are filled in voids formed between the coarse particles, and an average particle diameter of the fine particles. The ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to RA (RB /
The value of RA) is 30 or more in the oxygen concentration detector.

【0015】上記RB/RAが30以上であることか
ら,粗粒子間の隙間部分を細粒子が充分充填することが
できる。このため,上記保護層における気孔率,平均細
孔径を充分小さくすることができる。なお,上記RB/
RAが30未満である場合には,粗粒子間の隙間部分を
細粒子が充分に充填することができなくなり,よって,
保護層の気孔率,平均細孔径が大きくなるおそれがあ
る。
Since RB / RA is 30 or more, fine particles can sufficiently fill gaps between coarse particles. Therefore, the porosity and the average pore diameter in the protective layer can be sufficiently reduced. The above RB /
When RA is less than 30, fine particles cannot sufficiently fill gaps between coarse particles, and therefore,
The porosity and the average pore diameter of the protective layer may increase.

【0016】また,上記RB/RAの上限は,500以
下であることが好ましい。これにより,緻密な保護層を
安定して得ることができ,上述したごとき,絞り効果を
得ることができ,RB/RAが500よりも大きい場合
には,上記保護層の付着力が低下し,亀裂や剥離が生
じ,緻密な保護層が得られず,上述した絞り効果が得ら
れないおそれがある。
The upper limit of the RB / RA is preferably 500 or less. As a result, a dense protective layer can be stably obtained, and as described above, a drawing effect can be obtained. When RB / RA is larger than 500, the adhesion of the protective layer decreases, Cracking or peeling may occur, and a dense protective layer may not be obtained, and the above-described drawing effect may not be obtained.

【0017】本発明の作用につき,以下に説明する。本
発明の酸素濃度検出器にかかるコップ型酸素濃度検出素
子の保護層は,粗粒子間に形成された空隙部分に細粒子
が充填された構造を有し,RB/RAは30以上である
(図2参照)。これにより,上記保護層における気孔率
および平均細孔径は小さく,かつ均一となる。
The operation of the present invention will be described below. The protective layer of the cup-type oxygen concentration detecting element according to the oxygen concentration detector of the present invention has a structure in which fine particles are filled in voids formed between coarse particles, and RB / RA is 30 or more ( (See FIG. 2). Thereby, the porosity and the average pore diameter in the protective layer are small and uniform.

【0018】このため,特に内燃機関から排出された排
気ガスを被測定ガスとした場合,上記保護層は,該被測
定ガス中に含まれる一酸化炭素および炭化水素と残存酸
素等との平衡反応を,外側電極の上において促進するた
めに充分な絞り効果を発揮することができる。従って,
本発明にかかる酸素濃度検出器は,後述の図4の実線に
示すごとき優れた出力特性を有する優れた酸素濃度検出
器である。
Therefore, particularly when the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is used as the gas to be measured, the protective layer serves as an equilibrium reaction between carbon monoxide and hydrocarbons contained in the gas to be measured and residual oxygen and the like. Can be exhibited on the outer electrode. Therefore,
The oxygen concentration detector according to the present invention is an excellent oxygen concentration detector having excellent output characteristics as shown by a solid line in FIG.

【0019】また,本発明にかかる酸素濃度検出器は上
記外側電極の表面に溶射層を有する。これにより,上記
溶射層と外側電極とが強く結合される。このため,酸素
濃度検出器の使用に際して,特に周囲の温度が高くなっ
た場合,外側電極の熱凝集による劣化を抑制することが
できる。
Further, the oxygen concentration detector according to the present invention has a sprayed layer on the surface of the outer electrode. Thereby, the sprayed layer and the outer electrode are strongly bonded. For this reason, when the oxygen concentration detector is used, particularly when the ambient temperature increases, the deterioration of the outer electrode due to thermal aggregation can be suppressed.

【0020】また,上記溶射層の厚さは30〜100μ
mであることが好ましい。上記厚さが30μmより薄い
場合には,外側電極の熱凝集による劣化を防止すること
ができず,上記酸素濃度検出器を高温で使用することに
より,その出力特性が悪化するおそれがある。一方,1
00μmよりも厚い場合には,溶射という手法における
材料歩留まりの悪さから,材料有効活用や製造経費等の
問題が生じるおそれがある。
The thickness of the sprayed layer is 30-100 μm.
m is preferable. If the thickness is smaller than 30 μm, deterioration of the outer electrode due to thermal aggregation cannot be prevented, and the output characteristics may be deteriorated by using the oxygen concentration detector at a high temperature. On the other hand, 1
When the thickness is larger than 00 μm, there is a possibility that problems such as effective use of materials and manufacturing costs may occur due to poor material yield in the method of thermal spraying.

【0021】次に,上記細粒子の平均粒子径RAは0.
1〜1μmであることが好ましい。上記RAが0.1μ
m未満である場合には,上記保護層を作成する際の乾燥
工程において,該保護層に亀裂が発生しやすくなる。上
記亀裂の発生した保護層は,気孔率,平均細孔径が大き
くなるため,優れた絞り効果を得られないおそれがあ
る。一方,上記RAが1μmより大きい場合には,上記
粗粒子間の空隙部分を上記細粒子が充填することができ
ないおそれがある。また,気孔率,平均細孔径が大きく
なるおそれがある。
Next, the average particle diameter RA of the fine particles is set at 0.1.
It is preferably from 1 to 1 μm. RA above 0.1μ
If it is less than m, cracks are likely to occur in the protective layer in the drying step when forming the protective layer. Since the porosity and the average pore size of the cracked protective layer are increased, an excellent drawing effect may not be obtained. On the other hand, if the RA is larger than 1 μm, the fine particles may not be able to fill the voids between the coarse particles. Further, the porosity and the average pore diameter may be increased.

【0022】また,上記粗粒子の平均粒子径RBは平均
粒子径RAよりも大であり,かつ3〜50μm以下であ
ることが好ましい。上記RBが3μm未満である場合に
は,上記粗粒子間の空隙部分を上記細粒子が充填できな
いおそれがある。また,上記保護層の気孔率,平均細孔
径が大きくなるおそれがある。一方,上記RBが50μ
mより大きい場合には,上記保護層を溶射層に対し焼付
ける際,上記粗粒子間における結合力が低下するおそれ
がある。この場合には,酸素濃度検出器の使用時に,上
記保護層が溶射層より剥離するおそれがある。
Further, the average particle size RB of the coarse particles is preferably larger than the average particle size RA and 3 to 50 μm or less. If the RB is less than 3 μm, the fine particles may not be able to fill gaps between the coarse particles. Further, the porosity and the average pore diameter of the protective layer may increase. On the other hand, the above RB is 50 μm.
If it is larger than m, the bonding force between the coarse particles may decrease when the protective layer is baked on the thermal sprayed layer. In this case, when the oxygen concentration detector is used, the protective layer may peel off from the sprayed layer.

【0023】また,上記細粒子における粒子径分布は,
平均粒子径RAに対して,0.5RA〜3RAの範囲内
に全体の80%の粒子が含まれていることが好ましい。
また,上記粗粒子における粒子径分布についても,同様
に,平均粒子径RBに対して,0.5RB〜3RBの範
囲内に全体の80%の粒子が含まれていることが好まし
い。
The particle size distribution of the fine particles is as follows:
It is preferable that 80% of the particles be contained in the range of 0.5 RA to 3 RA with respect to the average particle diameter RA.
Similarly, with respect to the particle size distribution of the coarse particles, it is preferable that 80% of all particles are contained in the range of 0.5 RB to 3 RB with respect to the average particle size RB.

【0024】粒子径分布が上記条件を満たさず,よりブ
ロードな状態となった場合には,まず,粗粒子間に形成
される隙間部分の大きさにばらつきが目立つようにな
る。また該隙間部分を充填している細粒子の大きさにも
ばらつきが目立つようになる。このため,全体として保
護層の気孔率,平均細孔径が大きくなるおそれがある。
When the particle size distribution does not satisfy the above conditions and becomes broader, first, the size of the gaps formed between the coarse particles becomes noticeable. In addition, the size of the fine particles filling the gap also becomes noticeable. For this reason, the porosity and the average pore diameter of the protective layer may increase as a whole.

【0025】次に,請求項2の発明のように,上記保護
層における細粒子の含有量WAおよび上記粗粒子の含有
量WBの合計量W(=WA+WB)に対する細粒子の含
有量WAの比(WA/W)の値は15〜80%であるこ
とが好ましい。
Next, as in the second aspect of the present invention, the ratio of the content WA of the fine particles to the total amount W (= WA + WB) of the content WA of the fine particles and the content WB of the coarse particles in the protective layer. The value of (WA / W) is preferably from 15 to 80%.

【0026】これにより,粗粒子間の隙間部分を細粒子
が充分に充填することができ,保護層の気孔率,平均細
孔径を小さくすることができる。上記WA/Wが15%
未満である場合には,粗粒子間の隙間部分を細粒子が充
分に充填することができなくなり,よって,保護層の気
孔率,平均細孔径が大きくなるおそれがある。
Thus, the gap between the coarse particles can be sufficiently filled with the fine particles, and the porosity and the average pore diameter of the protective layer can be reduced. The above WA / W is 15%
If the average particle diameter is smaller than the above range, the fine particles cannot sufficiently fill the gaps between the coarse particles, so that the porosity and the average pore diameter of the protective layer may increase.

【0027】また,上記WA/Wが80%よりも大きい
場合には,粗粒子間の隙間部分の体積に比べて細粒子全
体の体積が大きくなってしまい,粗粒子が殆どなく,細
粒子のみが存在するような部分が保護層内に形成されし
まう。この場合には,保護層の気孔率,平均細孔径が不
均一となり,充分な絞り効果を得ることができなくなる
おそれがある。なお,上記WA,WBおよびWの値は重
量によるものである。
When the ratio WA / W is larger than 80%, the volume of the entire fine particles is larger than the volume of the gap between the coarse particles, and there is almost no coarse particles, and only the fine particles are present. Is formed in the protective layer. In this case, the porosity and the average pore diameter of the protective layer become non-uniform, so that a sufficient drawing effect may not be obtained. The values of WA, WB and W are based on weight.

【0028】次に,請求項3の発明のように,上記粗粒
子および上記細粒子は,Al23,ZrO2,MgO・
Al23スピネル,ムライトのグループより選ばれる一
種以上の耐熱性粒子よりなることが好ましい。上記耐熱
粒子は,熱的,化学的に安定である。このため,酸素濃
度検出器の使用時において,保護層の劣化等のおそれが
なく,安定した特性を維持することができる。また,こ
の効果は,雰囲気が高温である場合に特に顕著である。
また,上記粗粒子および細粒子の形状は,例えば球状,
塊状,板状,柱状,針状等のグループより選ぶことがで
きる。
Next, as in the third aspect of the present invention, the coarse particles and the fine particles are made of Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO.
It is preferable to use one or more heat-resistant particles selected from the group consisting of Al 2 O 3 spinel and mullite. The heat-resistant particles are thermally and chemically stable. For this reason, when the oxygen concentration detector is used, there is no risk of deterioration of the protective layer, and stable characteristics can be maintained. This effect is particularly remarkable when the atmosphere is at a high temperature.
The shape of the coarse and fine particles is, for example, spherical,
It can be selected from groups such as block, plate, column, and needle.

【0029】次に,請求項4のように,上記保護層の気
孔率εは,50%以下であることが好ましい。これによ
り,緻密な保護層を得ることができ,上述した絞り効果
を確実に得ることができる。上記気孔率εが50%より
大きい場合には,緻密な保護層が得られず,上述した絞
り効果を得ることができないおそれがある。
Next, the porosity ε of the protective layer is preferably 50% or less. As a result, a dense protective layer can be obtained, and the above-described drawing effect can be reliably obtained. If the porosity ε is larger than 50%, a dense protective layer cannot be obtained, and the above-described drawing effect may not be obtained.

【0030】次に,請求項5のように,上記保護層の平
均細孔径dは,0.01〜0.3μmの範囲内にあるこ
とが好ましい。これにより,緻密な保護層を得ることが
でき,上述した絞り効果を安定して得ることができる。
上記dが0.01μm未満である場合には,保護層を形
成する際の乾燥時に亀裂が発生し,気孔率,細孔径が大
きくなり,充分な絞り効果が得られないおそれがある。
一方,dが0.3μmよりも大きい場合には,緻密な保
護層が得られず,上述した絞り効果を得ることができな
いおそれがある。
Next, the average pore diameter d of the protective layer is preferably in the range of 0.01 to 0.3 μm. Thereby, a dense protective layer can be obtained, and the above-described drawing effect can be stably obtained.
If the above d is less than 0.01 μm, cracks may occur during drying when forming the protective layer, the porosity and the pore diameter may be increased, and a sufficient drawing effect may not be obtained.
On the other hand, when d is larger than 0.3 μm, a dense protective layer cannot be obtained, and the above-described aperture effect may not be obtained.

【0031】次に,請求項6の発明は,固体電解質の内
側表面に内側電極を,外側表面に外側電極を設けてある
コップ型酸素濃度検出素子と,該コップ型酸素濃度検出
素子を収容するハウジングと,該ハウジングの排気通路
側に設ける排気カバーと,上記ハウジングの大気側に設
ける大気カバーとよりなる酸素濃度検出器の製造方法に
おいて,上記外側電極の表面に耐熱性金属酸化物を溶射
することにより溶射層を設け,該溶射層の表面に,粗粒
子と細粒子とからなると共に,該粗粒子間に形成される
空隙部分に細粒子が充填されている構造を有する保護層
が設けるに当たり,まず,耐熱性粒子よりなる粗粒子と
細粒子とを溶媒に分散することにより得られたスラリー
を上記溶射層に付着させ,その後,加熱,焼付すること
により保護層を形成することを特徴とする酸素濃度検出
器の製造方法にある。
Next, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided a cup-type oxygen concentration detecting element in which an inner electrode is provided on the inner surface of the solid electrolyte and an outer electrode is provided on the outer surface, and the cup-type oxygen concentration detecting element is accommodated. In a method for manufacturing an oxygen concentration detector comprising a housing, an exhaust cover provided on an exhaust passage side of the housing, and an air cover provided on an air side of the housing, a heat-resistant metal oxide is sprayed on a surface of the outer electrode. Thus, a thermal spray layer is provided, and a protective layer having a structure in which coarse particles and fine particles are formed and fine particles are filled in voids formed between the coarse particles is provided on the surface of the thermal spray layer. First, the slurry obtained by dispersing coarse particles and fine particles composed of heat-resistant particles in a solvent is applied to the sprayed layer, and then heated and baked to form a protective layer. In the manufacturing method of the oxygen concentration detector, characterized by.

【0032】上記製造方法によれば,スラリーを溶射層
に付着させ,加熱,焼き付けを行うという単純な方法に
より保護層を形成することができる。上記方法は,材料
が無駄になり難く,材料歩留まりに優れ,また特に大掛
かりな設備等を必要としない。即ち,酸素濃度検出器を
安価かつ容易に製造可能な方法である。特に,従来は上
記保護層を溶射等により形成していたが,これと比較し
た場合,上記保護層はコスト的に安価に製造することが
できる。
According to the above manufacturing method, the protective layer can be formed by a simple method of attaching the slurry to the thermal sprayed layer, heating and baking. In the above method, the material is hardly wasted, the material yield is excellent, and no large-scale equipment is required. That is, this is a method that can easily and inexpensively manufacture an oxygen concentration detector. In particular, conventionally, the protective layer was formed by thermal spraying or the like, but in comparison with this, the protective layer can be manufactured at a low cost.

【0033】更に,上記方法においては,粗粒子と細粒
子とをスラリー中において,均一に混合,分散させるこ
とができる。このようなスラリーを用いているため,溶
射層に対し上記粗粒子と細粒子とは均一に付着すること
ができる。従って,上記製造方法により,気孔率および
平均細孔径が均一である保護層を得ることができる。こ
のため,請求項1と同様に,充分な絞り効果を有し,後
述の図4の実線に示すごとき優れた出力特性を有する酸
素濃度検出器を製造することができる。
Further, in the above method, coarse particles and fine particles can be uniformly mixed and dispersed in the slurry. Since such a slurry is used, the coarse particles and the fine particles can uniformly adhere to the sprayed layer. Therefore, a protective layer having a uniform porosity and an average pore diameter can be obtained by the above production method. Therefore, as in the case of the first aspect, it is possible to manufacture an oxygen concentration detector having a sufficient aperture effect and excellent output characteristics as shown by a solid line in FIG.

【0034】また,本発明においては,上記保護層を形
成する前に,上記外側電極の表面に耐熱性金属酸化物を
溶射することにより溶射層を設ける。これにより,酸素
濃度検出器の使用に際して,特に周囲の温度が高くなっ
た場合,外側電極の熱凝集による劣化が殆どない優れた
酸素濃度検出器を製造することができる。
In the present invention, before forming the protective layer, a sprayed layer is provided by spraying a heat-resistant metal oxide on the surface of the outer electrode. Thus, when the oxygen concentration detector is used, it is possible to manufacture an excellent oxygen concentration detector that hardly deteriorates due to thermal aggregation of the outer electrode, particularly when the ambient temperature increases.

【0035】以上により,本発明によれば,保護層にお
ける気孔率及び平均細孔径が均一であると共に充分な絞
り効果を得ることができる状態にあり,優れた出力特性
を有し,更に,その製造にあたり原材料を有効活用で
き,その製造設備が簡便で,容易,安価に製造すること
ができる酸素濃度検出器の製造方法を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, the protective layer is in a state where the porosity and the average pore diameter are uniform and a sufficient drawing effect can be obtained, and the protective layer has excellent output characteristics. It is possible to provide a method of manufacturing an oxygen concentration detector that can effectively utilize raw materials in manufacturing, and whose manufacturing facilities are simple, easily and inexpensively manufactured.

【0036】上記スラリーの付着方法としては,ディッ
ピング,スプレー等の各種方法を利用することができ
る。また,上記スラリーを得るに当り,無機バインダー
を粗粒子および細粒子の総重量に対して1〜10%添加
することが好ましい。
Various methods such as dipping and spraying can be used as a method for applying the slurry. To obtain the slurry, it is preferable to add an inorganic binder in an amount of 1 to 10% based on the total weight of the coarse particles and the fine particles.

【0037】次に,請求項7の発明のように,上記細粒
子の平均粒子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの
比(RB/RA)の値は30以上であることが好まし
い。これにより,上記粗粒子間の隙間部分を上記細粒子
によって充分充填することができ,気孔率,平均細孔径
が充分小さい保護層を製造することができ,請求項1に
示すごとき優れた酸素濃度検出器を製造することができ
る。
Next, as in the invention of claim 7, the ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles (RB / RA) is preferably 30 or more. Thereby, the gap between the coarse particles can be sufficiently filled with the fine particles, and a protective layer having a sufficiently small porosity and average pore diameter can be manufactured. A detector can be manufactured.

【0038】次に,請求項8の発明のように,上記細粒
子の平均粒子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの
比(RB/RA)の値は10以上であり,かつ上記保護
層の気孔率をε(%),上記保護層の平均細孔径をd
(μm),上記保護層の厚さをL(μm)とした場合,
{(ε/100)×d/L}の値は2.0×10-5〜3
0×10-5の範囲内にあることが好ましい。
Next, the value of the ratio (RB / RA) of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles is 10 or more, and the protective layer Is the porosity of ε (%), and the average pore diameter of the protective layer is d.
(Μm), when the thickness of the protective layer is L (μm),
The value of {(ε / 100) × d / L} is 2.0 × 10 −5 to 3
It is preferably in the range of 0 × 10 −5 .

【0039】本請求項においては,上記RB/RAが1
0以上,また{(ε/100)×d/L}が上記範囲内
にある。これにより,上述の請求項1と同様に,上記粗
粒子間の隙間部分を上記細粒子が充分に充填し,気孔
率,平均細孔径が充分に小さい保護層を得ることができ
る。
In the present invention, the RB / RA is 1
0 or more, and {(ε / 100) × d / L} is within the above range. Thus, similarly to the first aspect, the gap between the coarse particles is sufficiently filled with the fine particles, and a protective layer having sufficiently small porosity and average pore diameter can be obtained.

【0040】上記RB/RAが10未満である場合に
は,上記粗粒子間の隙間部分を上記細粒子が充分に充填
することができず,該保護層の気孔率,平均細孔径が大
きくなるおそれがある。また,上記RB/RAの上限
は,500以下であることが好ましい。これにより,緻
密な保護層を安定して得ることができ,上述した絞り効
果を得ることができ,RB/RAが500よりも大きい
場合には,上記保護層の付着力が低下し,亀裂や剥離が
生じ,緻密な保護層が得られず,上述した絞り効果が得
られないおそれがある。
If the RB / RA is less than 10, the fine particles cannot sufficiently fill the gaps between the coarse particles and the porosity and average pore diameter of the protective layer increase. There is a risk. The upper limit of the RB / RA is preferably 500 or less. As a result, a dense protective layer can be stably obtained, and the above-described drawing effect can be obtained. When RB / RA is larger than 500, the adhesion of the protective layer is reduced, and cracks and Peeling may occur, a dense protective layer may not be obtained, and the above-described drawing effect may not be obtained.

【0041】また,上記{(ε/100)×d/L}が
2.0×10-5未満である場合には,絞り効果が大きい
ため,平衡反応に寄与する一酸化炭素及び炭化水素,残
存酸素等の外側電極上で充分に平衡化されシャープな出
力特性が得られるが,上記反応ガスの拡散が遅いため,
応答性が遅くなるおそれがある。一方,30×10-5
り大きい場合には,絞り効果が充分でないため,一酸化
炭素及び炭化水素,残存酸素等が外側電極上で充分に平
衡化されないため,シャープな出力特性が得られないお
それがある。
When the above {(ε / 100) × d / L} is less than 2.0 × 10 −5 , since the drawing effect is large, carbon monoxide and hydrocarbon, which contribute to the equilibrium reaction, Sharp output characteristics are obtained by equilibrating sufficiently on the outer electrode such as residual oxygen, but the diffusion of the above reaction gas is slow.
Response may be slow. On the other hand, if it is larger than 30 × 10 -5 , sharp output characteristics cannot be obtained because carbon monoxide, hydrocarbons, residual oxygen and the like are not sufficiently equilibrated on the outer electrode because the drawing effect is not sufficient. There is a risk.

【0042】次に,請求項9のように,上記細粒子の平
均粒子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの比(R
B/RA)の値は10以上であり,かつ上記保護層の気
孔率をε(%),上記保護層の平均細孔径をd(μ
m),上記保護層の厚さをL(μm)とした場合,
{(ε/100)×d/L}の値が30×10-5以下で
あり,かつεは15〜50%であると共に,{(ε/1
00)×d}の値が5.0×10-3以上であることが好
ましい。
Next, the ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles (R
B / RA) is 10 or more, the porosity of the protective layer is ε (%), and the average pore diameter of the protective layer is d (μ).
m), when the thickness of the protective layer is L (μm),
The value of {(ε / 100) × d / L} is 30 × 10 −5 or less, ε is 15 to 50%, and {(ε / 1
00) × d} is preferably 5.0 × 10 −3 or more.

【0043】ところで,従来技術において述べたごと
く,酸素濃度検出器のコップ型酸素濃度検出素子におけ
る保護層は,被測定ガスである排気ガス中の未燃焼物質
の電極への付着を防止するために,また,上記外側電極
上において,上記排気ガス中に含まれる一酸化炭素およ
び炭化水素と残存酸素等の平衡反応を促進し,シャープ
な出力特性(図4参照)を得るための充分な絞り効果を
得ることができるように,上記保護層は,気孔率および
平均細孔径の双方が適度に小さいことが必要である。
By the way, as described in the prior art, the protective layer in the cup-type oxygen concentration detecting element of the oxygen concentration detector is used to prevent unburned substances in the exhaust gas as the gas to be measured from adhering to the electrodes. Further, on the outer electrode, a sufficient throttling effect for promoting an equilibrium reaction between carbon monoxide and hydrocarbons contained in the exhaust gas and residual oxygen, etc. to obtain a sharp output characteristic (see FIG. 4). In order to obtain the protective layer, it is necessary that both the porosity and the average pore diameter of the protective layer are appropriately small.

【0044】また,従来からのプラズマ溶射を用いた保
護層を有するコップ型酸素濃度検出素子を備えた酸素濃
度検出器は,被毒成分が多い場合には,被毒成分がコッ
プ型酸素濃度検出素子の表面に付着し,保護層表面にお
いて目詰まりを生じ,酸素濃度検出器の出力特性を悪化
させる問題(被毒劣化)が生じる。
In addition, a conventional oxygen concentration detector having a cup-type oxygen concentration detecting element having a protective layer using plasma spraying can detect a cup-type oxygen concentration when the poisoning component is large. It adheres to the surface of the element, causes clogging on the surface of the protective layer, and causes a problem (poisoning deterioration) that deteriorates the output characteristics of the oxygen concentration detector.

【0045】そこで,本請求項においては,上記RB/
RAを10以上,{(ε/100)×d/L}を30×
10-5以下,かつεを15〜50%,かつ{(ε/10
0)×d}を5.0×10-3以上としたため,上記保護
層が,充分な絞り効果を得ることができると共にその表
面での目詰まりを生じなくなり,優れた耐被毒性を得る
ことができる。上記RB/RAの好ましい上限等は請求
項1と同様である。また,上記{(ε/100)×d/
L}の好ましい下限等は請求項8と同様である。
Therefore, in the present invention, the RB /
RA is 10 or more, {(ε / 100) × d / L} is 30 ×
10 −5 or less, ε is 15 to 50%, and {(ε / 10
0) × d} is 5.0 × 10 −3 or more, so that the protective layer can obtain a sufficient drawing effect, does not cause clogging on its surface, and obtains excellent poisoning resistance. Can be. Preferred upper limits of the RB / RA and the like are the same as those of the first aspect. In addition, the above {(ε / 100) × d /
Preferred lower limits of L} are the same as in claim 8.

【0046】また,上記εが15%未満である場合に
は,充分な絞り効果が得られるが,保護層が緻密である
ため,排気ガス中に含有される被毒成分が,保護層表面
に付着し容易に目詰まりが生じるおそれがある。一方,
上記εが50%より大である場合には,緻密な保護層を
得られず,上述した絞り効果が得られないおそれがあ
る。
When ε is less than 15%, a sufficient throttling effect can be obtained. However, since the protective layer is dense, the poisoning components contained in the exhaust gas are not deposited on the surface of the protective layer. There is a possibility that clogging may easily occur due to adhesion. on the other hand,
If the above ε is more than 50%, a dense protective layer cannot be obtained, and the above-described drawing effect may not be obtained.

【0047】更に,上記{(ε/100)×d}の値
が,5×10-3未満である場合には,充分な絞り効果が
得られるが,保護層が緻密であるため,排気ガス中に含
有される被毒成分が保護層表面に付着し,容易に目詰ま
りが生じるおそれがある。一方,上記{(ε/100)
×d}の値の上限は40×10-3以下であることが好ま
しく,{(ε/100)×d}の値が40×10-3を越
えた場合には,{(ε/100)×d/L}の値を実用
的な膜厚の範囲内で設定することができないおそれがあ
る。
Further, when the value of {(ε / 100) × d} is less than 5 × 10 −3 , a sufficient drawing effect can be obtained, but since the protective layer is dense, the exhaust gas Poisoning components contained therein may adhere to the surface of the protective layer and clogging may easily occur. On the other hand, the above {(ε / 100)
The upper limit of the value of × d} is preferably 40 × 10 −3 or less, and when the value of {(ε / 100) × d} exceeds 40 × 10 −3 , the value of {(ε / 100) There is a possibility that the value of × d / L} cannot be set within a practical range of the film thickness.

【0048】次に,請求項10の発明のように,上記保
護層における細粒子の含有量WAおよび上記粗粒子の含
有量WBの合計量W(=WA+WB)に対する細粒子の
含有量WAの比(WA/Wの値)は15〜80%である
ことが好ましい。これにより,上記粗粒子間の隙間部分
を上記細粒子によって充分充填することができ,気孔
率,平均細孔径が充分小さい保護層を製造することがで
き,請求項2に示すごとき優れた酸素濃度検出器を製造
することができる。
Next, as in the tenth aspect of the present invention, the ratio of the content WA of the fine particles to the total amount W (= WA + WB) of the content WA of the fine particles and the content WB of the coarse particles in the protective layer. (WA / W value) is preferably from 15 to 80%. Thereby, the gap between the coarse particles can be sufficiently filled with the fine particles, and a protective layer having a sufficiently small porosity and average pore diameter can be manufactured. A detector can be manufactured.

【0049】次に,請求項11のように,上記保護層の
形成時の加熱は,焼き付けの温度は500〜1000℃
の温度雰囲気において行うことが好ましい。これによ
り,強い付着力を有する保護層を得ることができる。上
記加熱,焼き付け温度が500℃未満である場合には,
無機バインダーの効果が発揮されないおそれがある。一
方,1000℃より高い場合には,粗粒子および細粒子
の焼結収縮が起こり,それにより保護層に亀裂が発生し
やすくなるおそれがある。
Next, the heating at the time of forming the protective layer is performed at a baking temperature of 500 to 1000 ° C.
It is preferable to carry out in an atmosphere of the following temperature. Thereby, a protective layer having a strong adhesive force can be obtained. If the heating and baking temperature is less than 500 ° C,
The effect of the inorganic binder may not be exhibited. On the other hand, when the temperature is higher than 1000 ° C., the sintering shrinkage of the coarse particles and the fine particles may occur, whereby cracks may easily occur in the protective layer.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】参考例1 参考例にかかる酸素濃度検出素子につき,図1〜図4を
用いて説明する。なお,本例の酸素濃度検出素子は酸素
濃淡起電力式の素子である。図1に示すごとく,本例の
酸素濃度検出素子1は,固体電解質12の内側表面に内
側電極132を,外側表面に外側電極131を設けてあ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference Example 1 An oxygen concentration detecting element according to a reference example will be described with reference to FIGS. Note that the oxygen concentration detecting element of this example is an element of the oxygen concentration electromotive force type. As shown in FIG. 1, the oxygen concentration detecting element 1 of the present embodiment has an inner electrode 132 on the inner surface of the solid electrolyte 12 and an outer electrode 131 on the outer surface.

【0051】そして,上記外側電極131の表面には,
図2に示すごとく,粗粒子112と細粒子111とから
なると共に,該粗粒子112間に形成される空隙部分に
細粒子111が充填されている構造を有する保護層11
を設けてある。なお,同図において符号4は酸素濃度検
出素子1を素子活性温度に加熱するためのヒータ,また
129は基準ガスとなる大気が導入される大気室であ
る。
Then, on the surface of the outer electrode 131,
As shown in FIG. 2, the protective layer 11 includes coarse particles 112 and fine particles 111 and has a structure in which fine particles 111 are filled in gaps formed between the coarse particles 112.
Is provided. In the figure, reference numeral 4 denotes a heater for heating the oxygen concentration detecting element 1 to the element activation temperature, and 129 denotes an atmosphere chamber into which the atmosphere serving as a reference gas is introduced.

【0052】次に,上記酸素濃度検出素子1の製造方法
につき,詳細に説明する。まず,一端が閉塞し,他端が
開口したコップ型固体電解質12を成形する。上記成形
に当たっては,95モル%のZrO2,5モル%のY2
3を混合,粉砕し,スプレードライヤーを用いて造粒,
原料粒子となす。
Next, a method for manufacturing the oxygen concentration detecting element 1 will be described in detail. First, a cup-shaped solid electrolyte 12 having one end closed and the other end opened is formed. In the above molding, 95 mol% of ZrO 2 and 5 mol% of Y 2 O
3 is mixed, pulverized, granulated using a spray drier,
Make raw material particles.

【0053】次いで,上記原料粒子を所望の形状に成形
し,その後研削し成形体となす。次いで,上記成形体を
1600℃,2時間において焼成する。以上により固体
電解質12を得る。次に,上記固体電解質12の内側表
面および外側表面をエッチング等により凹凸化し,化学
メッキにより,内側電極132および外側電極131を
形成する。
Next, the raw material particles are formed into a desired shape, and then ground to form a formed body. Next, the compact is fired at 1600 ° C. for 2 hours. Thus, the solid electrolyte 12 is obtained. Next, the inner surface and the outer surface of the solid electrolyte 12 are made uneven by etching or the like, and the inner electrode 132 and the outer electrode 131 are formed by chemical plating.

【0054】次に,上記外側電極131の表面に保護層
11を設ける。上記保護層11の形成に当たり,まず,
耐熱性粒子としてAl23よりなる粗粒子112と細粒
子111とを準備する。上記細粒子111および粗粒子
112の平均粒子径RA,RB,またWA/W等の値
は,後述の表1に示す,試料9と同様である。
Next, the protective layer 11 is provided on the surface of the outer electrode 131. In forming the protective layer 11, first,
Coarse particles 112 and fine particles 111 made of Al 2 O 3 are prepared as heat-resistant particles. The average particle diameters RA, RB, WA / W, etc. of the fine particles 111 and the coarse particles 112 are the same as those of the sample 9 shown in Table 1 described later.

【0055】次いで,上記粗粒子112と細粒子111
とを混合し,混合物となす。上記混合物100重量部に
対し,水を20重量部,無機バインダー2重量部を加
え,スラリーとなす。なお,上記無機バインダーはAl
(OH)3よりなる。
Next, the coarse particles 112 and the fine particles 111
And to form a mixture. 20 parts by weight of water and 2 parts by weight of an inorganic binder are added to 100 parts by weight of the mixture to form a slurry. The inorganic binder is Al
(OH) 3 .

【0056】次いで,上記スラリーを,上記外側電極1
31の表面にデッピングにより塗布する。その後,上記
スラリーを塗布した固体電解質12を乾燥し,次いで温
度700℃にて加熱,焼き付け,上記スラリーを表1に
記した気孔率,平均細孔径を有する保護層11となす。
以上により,酸素濃度検出素子1を得る。
Next, the slurry was applied to the outer electrode 1.
31 is applied by dipping. Thereafter, the solid electrolyte 12 coated with the slurry is dried, and then heated and baked at a temperature of 700 ° C. to form the protective layer 11 having a porosity and an average pore diameter shown in Table 1.
Thus, the oxygen concentration detecting element 1 is obtained.

【0057】なお,図3に上記酸素濃度検出素子1を設
けた酸素濃度検出器90を示す。上記酸素濃度検出器9
0は,自動車エンジンにおける燃焼制御のために,該自
動車エンジンの排気通路に設置される。上記酸素濃度検
出器90は,酸素濃度検出素子1と,該酸素濃度検出素
子1を収容するハウジング92とを有している。上記ハ
ウジング92は,略中央部にフランジ931を設けた胴
部93を有し,該胴部93の下方には,排気通路に挿入
される排気カバー94を,一方,上記胴部93の上方に
は,大気と接する大気カバー95が設けてある。
FIG. 3 shows an oxygen concentration detector 90 provided with the oxygen concentration detection element 1 described above. The above oxygen concentration detector 9
0 is installed in the exhaust passage of the vehicle engine for combustion control in the vehicle engine. The oxygen concentration detector 90 has the oxygen concentration detection element 1 and a housing 92 that houses the oxygen concentration detection element 1. The housing 92 has a body portion 93 provided with a flange 931 at a substantially central portion. An exhaust cover 94 inserted into an exhaust passage is provided below the body portion 93, while an exhaust cover 94 is provided above the body portion 93. Is provided with an atmosphere cover 95 that is in contact with the atmosphere.

【0058】上記排気カバー94はステンレス製の内側
カバー941と外側カバー942を有し,上記内側カバ
ー941と外側カバー942には,それぞれ排気ガス導
入口944,943を設けてある。上記内側カバー94
1により区画された空間が,酸素濃度検出器90におけ
る被測定ガス室となる。
The exhaust cover 94 has an inner cover 941 and an outer cover 942 made of stainless steel, and the inner cover 941 and the outer cover 942 are provided with exhaust gas inlets 944 and 943, respectively. The inner cover 94
The space defined by 1 is a measured gas chamber in the oxygen concentration detector 90.

【0059】一方,上記大気カバー95には,上記胴部
93に取付けられたメインカバー951と,該メインカ
バー951の上部を覆うサブカバー952とを備えてお
り,上記メインカバー951および上記サブカバー95
2には図示しない大気取入れ口を設けてある。なお,上
記大気取入れ口より導入された大気は上記大気カバー9
5内を経て,上述した酸素濃度検出素子1における大気
室129(図1参照)に導入される。
On the other hand, the air cover 95 includes a main cover 951 attached to the body 93 and a sub cover 952 covering an upper part of the main cover 951. The main cover 951 and the sub cover 95
An air intake port (not shown) is provided in 2. The air introduced from the air intake is the above air cover 9
5, the oxygen gas is introduced into the atmosphere chamber 129 (see FIG. 1) of the oxygen concentration detecting element 1 described above.

【0060】上記酸素濃度検出素子1は,絶縁部材93
2を介して,上記胴部93の内側に対し,挟持されてい
る。また,上記酸素濃度検出素子1の外側電極131お
よび内側電極132には,これらを包むように挟持する
金属製の板状端子961,962が接続されている。
The oxygen concentration detecting element 1 includes an insulating member 93
2, it is sandwiched between the inside of the body 93. The outer electrode 131 and the inner electrode 132 of the oxygen concentration detecting element 1 are connected to metal plate terminals 961 and 962 sandwiching the outer electrode 131 and the inner electrode 132.

【0061】そして,上記板状端子961,962に
は,出力取出しリード線971,972が接続されてい
る。すなわち,上記板状端子961,962には,帯状
の端子片963,964が設けられている。上記端子片
963,964は,その他端を上記リード線971,9
72と接続したコネクタ981,982の一端985,
986に接続されている。
The output terminals 971 and 972 are connected to the plate terminals 961 and 962, respectively. That is, the plate-shaped terminals 961 and 962 are provided with strip-shaped terminal pieces 963 and 964, respectively. The other ends of the terminal pieces 963 and 964 are connected to the lead wires 971 and 9
One end 985 of connectors 981, 982 connected to
986.

【0062】上記板状端子961,962は,逆T字型
の金属板を筒状に変形し,上記内側電極132および外
側電極131を挟持する。そして,金属板のばね弾性力
により,上記板状端子961,962と上記内側電極1
32および外側電極131との間には,適切な接触圧力
が付与されている。
The plate-like terminals 961 and 962 are formed by deforming an inverted T-shaped metal plate into a cylindrical shape, and hold the inner electrode 132 and the outer electrode 131 therebetween. Then, the plate-like terminals 961 and 962 and the inner electrode 1 are formed by the spring elastic force of the metal plate.
An appropriate contact pressure is applied between the outer electrode 32 and the outer electrode 131.

【0063】一方,上記リード線971,972には,
上記酸素濃度検出器90の軸方向に向かう引っ張り力が
働くことから,上記コネクタ981,982を介して,
上記板状端子961,962が引っ張られ,軸方向にス
ライドすることがある。これを防止するために,上記酸
素濃度検出器90の端部には,ゴムブッシュ991,9
92に挟まれたストッパ993が設けてある。上記スト
ッパ993は,上記コネクタ981,982の移動を抑
止するものであり,また上記リード線971,972の
間の絶縁を保持するための樹脂材によって形成されてい
る。
On the other hand, the lead wires 971 and 972
Since a tensile force acts in the axial direction of the oxygen concentration detector 90, the connector 981, 982
The plate terminals 961 and 962 may be pulled and slide in the axial direction. In order to prevent this, rubber bushings 991, 9 are provided at the end of the oxygen concentration detector 90.
A stopper 993 sandwiched between the holes 92 is provided. The stopper 993 suppresses movement of the connectors 981 and 982, and is formed of a resin material for maintaining insulation between the lead wires 971 and 972.

【0064】なお,同図において,符号973は上記酸
素濃度検出素子1を加熱するために設けられたヒータ4
(図1参照)のワイヤである。そして,上記酸素濃度検
出器90は,上記排気カバー94を排気通路内に挿入
し,上記フランジ931によって排気通路に固定されて
いる。
In the drawing, reference numeral 973 denotes a heater 4 provided for heating the oxygen concentration detecting element 1.
(See FIG. 1). The oxygen concentration detector 90 has the exhaust cover 94 inserted into the exhaust passage, and is fixed to the exhaust passage by the flange 931.

【0065】次に,本例の作用効果につき説明する。本
例の酸素濃度検出素子1の保護層11は,粗粒子112
間に形成された空隙部分に細粒子111が充填された構
造を有している(図2参照)。これにより,上記保護層
11における気孔率および平均細孔径は小さく,かつ均
一となる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. The protective layer 11 of the oxygen concentration detecting element 1 of this embodiment
It has a structure in which the fine particles 111 are filled in the gaps formed between them (see FIG. 2). Thereby, the porosity and the average pore diameter in the protective layer 11 are small and uniform.

【0066】このため,特に自動車エンジンから排出さ
れた排気ガスを被測定ガスとした場合,該被測定ガスに
含まれる一酸化炭素および炭化水素と残存酸素との平衡
反応を外側電極131の上において促進するために充分
な絞り効果を上記保護層11は有することができる。従
って,上記酸素濃度検出素子1は,後述の図4の実線に
示すごとく,優れた出力特性を有することができる。
For this reason, particularly when the exhaust gas discharged from the automobile engine is used as the gas to be measured, the equilibrium reaction between carbon monoxide and hydrocarbons contained in the gas to be measured and the residual oxygen is measured on the outer electrode 131. The protective layer 11 can have a sufficient squeezing effect to promote it. Therefore, the oxygen concentration detecting element 1 can have excellent output characteristics as shown by a solid line in FIG.

【0067】また,本例の製造方法によれば,スラリー
を外側電極131に付着させ,加熱,焼き付けを行うと
いう単純な方法により保護層11を形成することができ
る。上記方法は材料歩留まりに優れ,また設備費等が安
価である。このため,安価に酸素濃度検出素子1を製造
することができる。更に,粗粒子112と細粒子111
をスラリー中において,均一に混合することができるた
め,気孔率および平均細孔径が均一である保護層11を
得ることができる。
Further, according to the manufacturing method of this embodiment, the protective layer 11 can be formed by a simple method of attaching the slurry to the outer electrode 131, heating and baking. The above method is excellent in material yield and inexpensive in equipment costs. Therefore, the oxygen concentration detecting element 1 can be manufactured at low cost. Further, coarse particles 112 and fine particles 111
Can be uniformly mixed in the slurry, so that the protective layer 11 having uniform porosity and average pore diameter can be obtained.

【0068】次に,本例にかかる酸素濃度検出素子の性
能を比較試料と共に,図4および表1を用いて説明す
る。まず,上述した製造方法により試料1〜18の酸素
濃度検出素子を作成した。なお,上記各試料は,細粒子
および粗粒子の粒径RAおよびRB,これらの比RB/
RA,また含有量の比WA/W,保護層の厚さを表1に
示すごとく違えて作成した。また,参考として,プラズ
マ溶射による保護層を設けた酸素濃度検出素子も準備し
た。これが試料19である。
Next, the performance of the oxygen concentration detecting element according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the oxygen concentration detecting elements of Samples 1 to 18 were prepared by the above-described manufacturing method. Each of the above samples has a particle size RA and RB of fine particles and coarse particles, and a ratio RB /
RA, the content ratio WA / W, and the thickness of the protective layer were made different as shown in Table 1. For reference, an oxygen concentration detecting element provided with a protective layer formed by plasma spraying was also prepared. This is Sample 19.

【0069】次に,上記試料1〜19の性能評価につき
説明する。上記各試料にかかる酸素濃度検出素子を,図
3に示した酸素濃度検出器に対し設置した。ここに,図
4に示すごとく,優れた絞り効果を有する酸素濃度検出
素子における空気余剰率λと出力電圧との間には,同図
に実線において示したごとき関係を得る。すなわち,λ
=1付近において急激に変化する階段状の関係であっ
て,リッチ側の出力電圧とリーン側の出力電圧との差が
大きい関係である。
Next, the performance evaluation of the samples 1 to 19 will be described. The oxygen concentration detecting element according to each of the above samples was installed in the oxygen concentration detector shown in FIG. Here, as shown in FIG. 4, the relationship shown by the solid line in FIG. 4 is obtained between the excess air ratio λ and the output voltage in the oxygen concentration detecting element having the excellent throttling effect. That is, λ
= 1, which is a step-like relationship that changes abruptly, with a large difference between the rich-side output voltage and the lean-side output voltage.

【0070】一方,絞り効果の悪い酸素濃度検出素子に
おける関係は,同図において破線で示したごとき関係で
ある。すなわち,λ=1付近において出力電圧の変化が
緩やかで,リッチ側およびリーン側における出力電圧の
差が小さい関係である。
On the other hand, the relationship in the oxygen concentration detecting element having a poor throttling effect is as shown by a broken line in FIG. That is, the output voltage changes slowly around λ = 1, and the difference between the rich and lean output voltages is small.

【0071】そこで,各試料1〜19を設けた上記酸素
濃度検出器をエンジンの排気管に取付け,空気余剰率を
徐々に変化させていき,その時の酸素濃度検出器の出力
を測定する。すなわち,λ=0.9からλ=1.1にお
ける酸素濃度検出素子の出力電圧を測定し,この時の出
力電圧の差が0.6V以上であった試料を◎,0.5〜
0.6V未満を○,0.5V未満を×と評価し,表1に
記した。
Therefore, the oxygen concentration detector provided with each of the samples 1 to 19 is attached to the exhaust pipe of the engine, and the excess air ratio is gradually changed, and the output of the oxygen concentration detector at that time is measured. That is, the output voltage of the oxygen concentration detecting element from λ = 0.9 to λ = 1.1 was measured, and the sample whose output voltage difference was 0.6 V or more at ◎, 0.5 to
The results were evaluated as ○ when the voltage was less than 0.6 V and X when the voltage was less than 0.5 V.

【0072】同表によれば,試料3〜5,8〜18は,
従来通りプラズマ溶射により設けた保護層を有する試料
19と同等またはそれ以上の絞り効果を有することが分
かった。特に試料9〜15においては,いずれも気孔率
および平均細孔径が特に低く,保護層の厚さが薄くと
も,充分な絞り効果を有することが分かった。一方,試
料1,2,6,7においては,絞り効果が悪いことが分
かった。
According to the table, samples 3 to 5 and 8 to 18
It was found that the drawing effect was equal to or higher than that of the sample 19 having the protective layer provided by plasma spraying as in the related art. In particular, it was found that Samples 9 to 15 all have particularly low porosity and average pore diameter, and have a sufficient drawing effect even when the protective layer is thin. On the other hand, in samples 1, 2, 6, and 7, it was found that the drawing effect was poor.

【0073】[0073]

【表1】 [Table 1]

【0074】実施形態例1 本例は,図5に示すごとく,外側電極131の表面に溶
射層14を設けた酸素濃度検出素子1について説明す
る。本例の酸素濃度検出素子1において,外側電極13
1の表面には,耐熱性金属酸化物を溶射することにより
形成された溶射層14を設けてあり,該溶射層14の表
面には,粗粒子112と細粒子111とからなると共
に,該粗粒子112間に形成される空隙部分に細粒子1
11が充填されている構造を有する保護層11(図2参
照)を設けてある。その他は参考例1と同様である。
Embodiment 1 In this embodiment, as shown in FIG. 5, an oxygen concentration detecting element 1 in which a sprayed layer 14 is provided on the surface of an outer electrode 131 will be described. In the oxygen concentration detecting element 1 of the present embodiment, the outer electrode 13
1 is provided with a thermal spray layer 14 formed by thermal spraying a heat-resistant metal oxide. The thermal spray layer 14 has coarse particles 112 and fine particles 111 on the surface thereof. Fine particles 1 are placed in the voids formed between the particles 112.
A protective layer 11 (see FIG. 2) having a structure filled with 11 is provided. Others are the same as in Reference Example 1.

【0075】また,本例の酸素濃度検出素子1を製造す
るに当たっては,まず固体電解質12を成形し,該固体
電解質12の内側表面に内側電極132を,外側表面に
外側電極131を設ける。次いで,上記外側電極131
の表面に,MgO・Al23スピネルをプラズマ溶射す
ることにより,溶射層14を設ける。その後,参考例1
と同様にして,上記溶射層14の表面に保護層11を設
け,酸素濃度検出素子1を得る。
In manufacturing the oxygen concentration detecting element 1 of this embodiment, first, the solid electrolyte 12 is formed, and the inner electrode 132 is provided on the inner surface of the solid electrolyte 12, and the outer electrode 131 is provided on the outer surface. Next, the outer electrode 131
The thermal spray layer 14 is provided on the surface of the substrate by plasma spraying MgO.Al 2 O 3 spinel. Then, Reference Example 1
In the same manner as described above, the protective layer 11 is provided on the surface of the thermal spray layer 14 to obtain the oxygen concentration detecting element 1.

【0076】次に,本例にかかる酸素濃度検出素子の性
能を比較試料と共に,表2を用いて説明する。まず,上
述した製造方法により試料20〜30の酸素濃度検出素
子を作成した。なお,上記各試料は,溶射層の厚さ,気
孔率,平均細孔径,また保護層を構成する細粒子および
粗粒子の粒径RAおよびRB,これらの比RB/RA,
また含有量の比WA/W,保護層の厚さを表2に示すご
とく違えて作成した。なお,比較のために上記試料2
0,30は溶射層を設けなかった。また,試料28〜3
0は保護層を設けなかった。
Next, the performance of the oxygen concentration detecting element according to this example will be described with reference to Table 2 together with comparative samples. First, oxygen concentration detecting elements of samples 20 to 30 were prepared by the above-described manufacturing method. Each of the above-mentioned samples includes the thickness of the sprayed layer, the porosity, the average pore diameter, and the particle diameters RA and RB of the fine particles and coarse particles constituting the protective layer, their ratio RB / RA,
Further, the content ratio WA / W and the thickness of the protective layer were made different as shown in Table 2 to prepare. For comparison, the above sample 2
Nos. 0 and 30 did not have a thermal spray layer. Samples 28 to 3
In No. 0, no protective layer was provided.

【0077】次に,上記試料20〜30の性能評価につ
き説明する。まず,参考例1と同様の方法により絞り効
果につき評価し,◎,○,×による評価を表2に記し
た。また,耐熱性を以下の試験により評価した。すなわ
ち上記各試料にかかる酸素濃度検出素子を電気炉に投入
し,温度1000℃,100時間にて加熱することによ
り,加速耐久試験を行った。上記加速耐久試験の結果,
凝集によって生じた外側電極の破孔の面積が外側電極の
全体面積の30%以上であるものを×,10〜30%未
満であるものを○,10%未満であるものを◎と,表2
に記した。
Next, the performance evaluation of the samples 20 to 30 will be described. First, the squeezing effect was evaluated by the same method as in Reference Example 1, and the results of ◎, ,, and × are shown in Table 2. The heat resistance was evaluated by the following test. That is, an acceleration durability test was performed by placing the oxygen concentration detecting element according to each sample in an electric furnace and heating at 1000 ° C. for 100 hours. As a result of the above accelerated durability test,
Table 2 shows the case where the area of the hole of the outer electrode caused by aggregation was 30% or more of the entire area of the outer electrode, ×, when it was less than 10 to 30%, and ◎ when it was less than 10%.
It was noted in.

【0078】同表によれば,本例にかかる溶射層を設け
た試料22〜27は,優れた絞り効果と共に優れた耐熱
性を有することが分かった。また,試料20,21よ
り,溶射層を持たない,または薄い溶射層しか持たない
場合には,耐熱性について,試料22〜27よりも少し
劣ることが分かった。
According to the table, it was found that Samples 22 to 27 provided with the sprayed layer according to the present example had excellent heat resistance as well as excellent drawing effect. Further, it was found from the samples 20 and 21 that when the thermal sprayed layer was not provided or only the thin thermal sprayed layer was provided, the heat resistance was slightly inferior to the samples 22 to 27.

【0079】更に,試料28,29より,溶射層が充分
に厚い場合には,上記溶射層が保護層と同様の役割を果
たし,ある程度の絞り効果と優れた耐熱性とを得ること
ができることが分かった。しかしながら,前述したごと
く,プラズマ溶射による層は,厚い層を作る場合程,材
料歩留まりが悪いこと等からの資源有効活用ができな
い。また,安定した性能を得ることが難しいという問題
を抱えている。更に,試料30は溶射層も保護層も持た
ない。従って,絞り効果,耐熱性が共に悪かった。
Further, when the thermal spray layer is sufficiently thicker than the samples 28 and 29, the thermal spray layer plays the same role as the protective layer, and it is possible to obtain a certain drawing effect and excellent heat resistance. Do you get it. However, as described above, a layer formed by plasma spraying cannot make effective use of resources due to a lower material yield as compared with a case where a thick layer is formed. In addition, there is a problem that it is difficult to obtain stable performance. Furthermore, sample 30 has neither a thermal spray layer nor a protective layer. Therefore, both the drawing effect and the heat resistance were poor.

【0080】以上により,本例にかかる溶射層(従来の
ように厚くする必要はない)と保護層とを共に設けるこ
とにより,優れた絞り効果と共に優れた耐熱性を有する
酸素濃度検出素子を得ることできることが分かった。
As described above, by providing both the thermal spray layer according to the present example (there is no need to increase the thickness as in the prior art) and the protective layer, it is possible to obtain an oxygen concentration detecting element having an excellent drawing effect and an excellent heat resistance. I found that I could do it.

【0081】[0081]

【表2】 [Table 2]

【0082】実施形態例2 本例は,図6,図7に示すごとく,保護層11の表面に
トラップ層15を設けた酸素濃度検出素子1について説
明する。図6に示す酸素濃度検出素子1は,固体電解質
12の内側表面に内側電極132を,外側表面に外側電
極131を有し,該外側電極131の表面には保護層1
1が,更に該保護層11の表面にはトラップ層15が設
けてある。なお,上記トラップ層15はγ−Al23
りなる多孔質層である。その他は参考例1と同様であ
る。
Embodiment 2 In this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, an oxygen concentration detecting element 1 in which a trap layer 15 is provided on the surface of a protective layer 11 will be described. The oxygen concentration detecting element 1 shown in FIG. 6 has an inner electrode 132 on the inner surface of the solid electrolyte 12, and an outer electrode 131 on the outer surface.
1 is provided with a trap layer 15 on the surface of the protective layer 11. The trap layer 15 is a porous layer made of γ-Al 2 O 3 . Others are the same as in Reference Example 1.

【0083】次に,図7に示す酸素濃度検出素子1は,
固体電解質12の内側表面に内側電極132を,外側表
面に外側電極131を有し,該外側電極131の表面に
は溶射層14が,該溶射層14の表面には保護層11
が,更に該保護層11の表面には,上記図6に示す酸素
濃度検出素子1と同様のトラップ層15が設けてある。
その他は参考例1と同様である。
Next, the oxygen concentration detecting element 1 shown in FIG.
An inner electrode 132 is provided on the inner surface of the solid electrolyte 12, and an outer electrode 131 is provided on the outer surface. The sprayed layer 14 is provided on the surface of the outer electrode 131, and the protective layer 11 is provided on the surface of the sprayed layer 14.
However, on the surface of the protective layer 11, a trap layer 15 similar to the oxygen concentration detecting element 1 shown in FIG.
Others are the same as in Reference Example 1.

【0084】本例の酸素濃度検出素子1においては,被
測定ガス中に含有されるP,Ca,Zn,Si等のオイ
ル成分,またK,Na,Pb等のガソリン成分等の被毒
物が,酸素濃度検出素子1の表面に付着し,保護層11
において目詰まりを生じせしめ,出力特性を悪化させ
る,いわゆる被毒を防止する効果を保護層11の表面に
設けたトラップ層15を有する。
In the oxygen concentration detecting element 1 of this embodiment, poisoning substances such as oil components such as P, Ca, Zn, and Si and gasoline components such as K, Na, and Pb contained in the gas to be measured are described. The protective layer 11 adheres to the surface of the oxygen concentration detecting element 1 and
Has a trap layer 15 provided on the surface of the protective layer 11 to prevent clogging and deteriorate output characteristics, that is, to prevent so-called poisoning.

【0085】すなわち,上記被毒物は,上記トラップ層
15においてトラップされる。このため,上記保護層1
1が目詰まりを起こすことがなく,よって,酸素濃度検
出素子1が長期間に渡り,安定した出力特性を維持する
ことができる。
That is, the poisoning substance is trapped in the trap layer 15. Therefore, the protective layer 1
1 does not cause clogging, so that the oxygen concentration detecting element 1 can maintain stable output characteristics for a long period of time.

【0086】参考例2 本例の酸素濃度検出素子2は,図8に示すごとく,板状
の固体電解質22に対して外側電極231および内側電
極232を設けた積層型の酸素濃度検出素子である。図
8に示す酸素濃度検出素子2は,板状の固体電解質22
の,被測定ガス室(図3参照)に対面する外側表面に外
側電極231を設け,更に,該外側電極231の表面に
保護層21を設けてある。
Reference Example 2 As shown in FIG. 8, the oxygen concentration detecting element 2 of this embodiment is a stacked oxygen concentration detecting element in which an outer electrode 231 and an inner electrode 232 are provided on a plate-like solid electrolyte 22. . The oxygen concentration detecting element 2 shown in FIG.
An outer electrode 231 is provided on the outer surface facing the gas chamber to be measured (see FIG. 3), and a protective layer 21 is provided on the surface of the outer electrode 231.

【0087】一方,上記外側表面の反対側となる内側表
面には内部にヒータ発熱体42を有する,Al23より
なるヒータ41が設けてある。上記ヒータ41はダクト
26を有してなり,該ダクト26に対面するよう内側電
極232が設けてある。なお,上記ダクト26は大気室
となる。その他は参考例1と同様である。また,本例の
酸素濃度検出素子2においては,参考例1と同様の作用
効果を有する。
On the other hand, a heater 41 made of Al 2 O 3 having a heater heating element 42 inside is provided on the inner surface opposite to the outer surface. The heater 41 has a duct 26, and an inner electrode 232 is provided so as to face the duct 26. The duct 26 is an atmosphere chamber. Others are the same as in Reference Example 1. Further, the oxygen concentration detecting element 2 of the present example has the same operation and effect as the reference example 1.

【0088】参考例3 次に,本例にかかる酸素濃度検出素子の性能を表3〜表
8を用いて説明する。まず,上述の参考例1において示
した製造方法により,試料31〜56にかかる酸素濃度
検出素子を作成した。なお,上記各試料は細粒子及び粗
粒子の粒子径RA及びRB,これらの比RB/RA,ま
た含有量の比WA/W,保護層の気孔率ε,平均細孔径
d,厚さLを表3,表4,表6,表7に示すごとく違え
て作成した。また,参考としてプラズマ溶射層による保
護層を設けた酸素濃度検出素子も準備した。これが試料
57である。
Reference Example 3 Next, the performance of the oxygen concentration detecting element according to this example will be described with reference to Tables 3 to 8. First, the oxygen concentration detecting elements according to the samples 31 to 56 were prepared by the manufacturing method shown in the above-mentioned Reference Example 1. Each of the above samples has a particle diameter RA and RB of fine particles and coarse particles, a ratio RB / RA thereof, a content ratio WA / W, a porosity ε of the protective layer, an average pore diameter d, and a thickness L. Table 3, Table 4, Table 6, Table 7 were made differently as shown in Table 7. For reference, an oxygen concentration detecting element provided with a protective layer formed by a plasma sprayed layer was also prepared. This is the sample 57.

【0089】次に,上記試料31〜57の性能評価につ
き,参考例1と同様に評価し,表5,表8に記した。同
表によれば,{(ε/100)×d/L}が2.0×1
-5〜30×10-5にある試料31〜33,38〜4
8,51,52,54〜56は,従来通りプラズマ溶射
により設けた保護層を有する試料57と同等,またはそ
れ以上の絞り効果を有することが分かった。特に,試料
39〜41,44〜46においては,いずれも気孔率及
び平均細孔径が特に低く,保護層の厚さが薄くとも,充
分な絞り効果を有することが分かった。
Next, the performance evaluation of Samples 31 to 57 was performed in the same manner as in Reference Example 1, and the results are shown in Tables 5 and 8. According to the table, {(ε / 100) × d / L} is 2.0 × 1
Samples 31 to 33, 38 to 4 at 0 -5 to 30 × 10 -5
8, 51, 52, and 54 to 56 were found to have a drawing effect equal to or higher than that of the sample 57 having the protective layer provided by plasma spraying as in the related art. In particular, it was found that in Samples 39 to 41 and 44 to 46, the porosity and the average pore diameter were particularly low, and that even if the thickness of the protective layer was small, a sufficient drawing effect was obtained.

【0090】一方,平均細孔径が大きい試料34,3
5,49,50,気孔率が大きい試料53においては,
保護層の厚さを厚くすることによって,従来どおり,プ
ラズマ溶射により設けた保護層を有する試料57と同等
の絞り効果を得ることができることが分かった。しかし
ながら,気孔率及び平均細孔径が共に大きい試料36,
37においては,保護層の厚さを厚くしても従来のプラ
ズマ溶射層と同等の絞り効果を得ることができないこと
が分かった。
On the other hand, samples 34 and 3 having a large average pore diameter
5, 49, 50, and sample 53 with a large porosity,
It was found that by increasing the thickness of the protective layer, the same drawing effect as that of the sample 57 having the protective layer provided by plasma spraying can be obtained as in the related art. However, the sample 36 having a large porosity and a large average pore diameter,
In No. 37, it was found that even if the thickness of the protective layer was increased, it was not possible to obtain the same drawing effect as the conventional plasma sprayed layer.

【0091】[0091]

【表3】 [Table 3]

【0092】[0092]

【表4】 [Table 4]

【0093】[0093]

【表5】 [Table 5]

【0094】[0094]

【表6】 [Table 6]

【0095】[0095]

【表7】 [Table 7]

【0096】[0096]

【表8】 [Table 8]

【0097】実施形態例3 次に,外側電極の表面に溶射層を設けた酸素濃度検出素
子の性能を表9〜表11を用いて説明する。まず,上述
の実施形態例1において示した製造方法により,試料6
0〜68にかかる酸素濃度検出素子を作成した。なお,
表9,表10に示すごとく,上記各試料は細粒子及び粗
粒子の粒子径RA及びRB,これらの比RB/RA,ま
た含有量の比WA/W,保護層の気孔率ε,平均細孔径
d,厚さLを違えて作成した。なお,比較試料として,
溶射層を設けていない試料59,試料71を準備した。
同様に,保護層を設けていない試料69〜71を準備し
た。
Embodiment 3 Next, the performance of an oxygen concentration detecting element having a sprayed layer on the surface of the outer electrode will be described with reference to Tables 9 to 11. First, the sample 6 was manufactured by the manufacturing method described in the first embodiment.
Oxygen concentration detecting elements ranging from 0 to 68 were prepared. In addition,
As shown in Tables 9 and 10, each of the above-mentioned samples has a particle diameter RA and RB of fine particles and coarse particles, a ratio RB / RA thereof, a content ratio WA / W, a porosity ε of the protective layer, and an average fine particle. It was created with different hole diameter d and thickness L. As a comparative sample,
Samples 59 and 71 having no thermal spray layer were prepared.
Similarly, samples 69 to 71 having no protective layer were prepared.

【0098】次に,上記試料59〜71の性能評価につ
き,参考例1と同様に評価し,表11に記した。また,
耐熱性については,以下の試験により評価した。即ち,
上記各試料にかかる酸素濃度検出素子を電気炉に投入
し,温度1000℃,100時間にて加熱することによ
り,加速耐久試験を行った。上記加速耐久試験の結果,
凝集によって生じた外側電極の破孔の面積が外側電極の
全体面積の30%以上であるものを×,10〜30%で
あるものを△,10%未満であるものを○とした。
Next, the performance evaluation of Samples 59 to 71 was performed in the same manner as in Reference Example 1, and the results are shown in Table 11. Also,
The heat resistance was evaluated by the following test. That is,
An accelerated endurance test was performed by placing the oxygen concentration detecting element according to each of the above samples in an electric furnace and heating at 1000 ° C. for 100 hours. As a result of the above accelerated durability test,
When the area of the hole of the outer electrode caused by the aggregation was 30% or more of the entire area of the outer electrode, it was evaluated as ×, when 10 to 30% was Δ, and when less than 10%.

【0099】同表によれば,本例にかかる溶射層を設け
た試料61〜68は,優れた絞り効果を有すると共に優
れた耐熱性を有することが分かった。また,試料59,
60より,溶射層を持たない,または薄い溶射層しか持
たない場合には,耐熱性について,試料61〜68より
も少し劣ることが分かった。
According to the table, it was found that Samples 61 to 68 provided with the sprayed layer according to the present example have an excellent drawing effect and an excellent heat resistance. Sample 59,
60, it was found that when the thermal sprayed layer was not provided or only the thin thermal sprayed layer was provided, the heat resistance was slightly inferior to the samples 61 to 68.

【0100】更に試料69,70より,溶射層が充分に
厚い場合には,上記溶射層が保護層と同様の役割を果た
し,ある程度の絞り効果と優れた耐熱性を得ることがで
きることが分かった。しかしながら,前述したごとく,
プラズマ溶射による層は,厚い層を作る場合程,材料歩
留まりが悪いこと等からの資源有効活用ができない。ま
た,安定した性能を得ることが難しいという問題を抱え
ている。更に,試料71は溶射層も保護層も持たない。
従って,絞り効果,耐熱性が共に悪いことが分かった。
Further, from the samples 69 and 70, it was found that when the sprayed layer is sufficiently thick, the sprayed layer plays a role similar to that of the protective layer, and a certain degree of drawing effect and excellent heat resistance can be obtained. . However, as mentioned above,
As for the layer formed by plasma spraying, the resources cannot be effectively used because the material yield is lower than when a thick layer is formed. In addition, there is a problem that it is difficult to obtain stable performance. Furthermore, sample 71 has neither a thermal spray layer nor a protective layer.
Therefore, it was found that both the drawing effect and the heat resistance were poor.

【0101】以上により,本例にかかる溶射層(従来の
ように厚くする必要はない)と保護層とを共に設けるこ
とにより,優れた絞り効果と共に優れた耐熱性を有する
酸素濃度検出素子を得ることできることが分かった。
As described above, by providing both the thermal sprayed layer according to the present example (there is no need to increase the thickness as in the prior art) and the protective layer, an oxygen concentration detecting element having excellent heat-resistance and excellent drawing effect can be obtained. I found that I could do it.

【0102】[0102]

【表9】 [Table 9]

【0103】[0103]

【表10】 [Table 10]

【0104】[0104]

【表11】 [Table 11]

【0105】参考例4 本例は参考例3において作成した各試料に対しトラップ
層を設け,これらの耐被毒性について調べたものであ
る。
Reference Example 4 In this example, a trap layer was provided for each of the samples prepared in Reference Example 3, and their poisoning resistance was examined.

【0106】上記トラップ層は,α−アルミナ,ムライ
ト,γ−Al23,MgO・Al23スピネル等の熱に
安定なセラミック粒子と,無機バインダーのアルミナゾ
ル,及び水を混合して,スラリーを作成し,次いでこの
スラリーを保護層の表面にディッピング法又はスプレー
により付着させ,熱処理を行うという方法により作成し
た。
The above trap layer is formed by mixing heat stable ceramic particles such as α-alumina, mullite, γ-Al 2 O 3 , MgO.Al 2 O 3 spinel, an inorganic binder alumina sol, and water. A slurry was prepared, and then the slurry was adhered to the surface of the protective layer by dipping or spraying, followed by heat treatment.

【0107】このようにして,トラップ層を設けた試料
31〜71につき,その耐被毒性を以下の要領にて測定
した。ただし,上記各試料のうちトラップ層を設け,耐
被毒性を測定したのは,保護層の厚さ200μmのもの
である。また,試料57はプラズマ溶射による保護層を
有するのみ,試料69,試料70は,保護層を有してお
らず,外側電極表面に設けた溶射層にトラップ層が,試
料71は保護層を有しておらず,直接外側電極の表面に
トラップ層が設けてある。
The resistance to poisoning of the samples 31 to 71 provided with the trap layers was measured in the following manner. However, in each of the above samples, the protective layer having a thickness of 200 μm was provided with a trap layer and the poisoning resistance was measured. Also, sample 57 has only a protective layer formed by plasma spraying, samples 69 and 70 do not have a protective layer, and the sprayed layer provided on the outer electrode surface has a trap layer, and sample 71 has a protective layer. However, the trap layer is provided directly on the surface of the outer electrode.

【0108】被毒耐久性は,加速被毒耐久試験前後のセ
ンサ応答性の変化率により判定した。即ち,初期の応答
性T0に対する,耐久後の応答性の変化率(T−T0)
/T0を算出する。この値が,0.5未満である場合は
○,0.5以上の場合は×と表5,表8に記した。
The poisoning durability was determined based on the rate of change in sensor response before and after the accelerated poisoning durability test. That is, the rate of change of the responsiveness after endurance with respect to the initial responsiveness T0 (T-T0)
/ T0 is calculated. When this value is less than 0.5, the result is indicated by ○, and when the value is 0.5 or more, the result is indicated by ×.

【0109】同表によれば,εが15%以上かつ
({(ε/100)×d})が5.0×10-3以上であ
る場合には,従来の保護層にトラップ層を設けた仕様で
ある試料58と有為差なく良好であることが分かった。
一方,εが15%未満または({(ε/100)×
d})が5.0×10-3未満の試料45,54,57,
63,64では変化率が大きく,耐被毒性に劣ることが
分かった。
According to the table, when ε is 15% or more and ({(ε / 100) × d}) is 5.0 × 10 −3 or more, a trap layer is provided on the conventional protective layer. It was found that the sample was excellent without significant difference from the sample 58 having the specified specifications.
On the other hand, ε is less than 15% or ({(ε / 100) ×
Samples 45, 54, 57, d57) of less than 5.0 × 10 −3
63 and 64 showed a high rate of change and poor poisoning resistance.

【0110】ところで,上述した実施形態例1〜3に示
す酸素濃度検出素子はすべて自動車内燃機関において理
論空燃比を検知するためのλセンサである。しかし,例
えば,限界電流式の酸素濃度検出素子,すなわちリーン
センサや,全域空燃比センサにおいても,本発明にかか
る保護層を拡散抵抗層として使用することもできる。
The oxygen concentration detecting elements shown in the first to third embodiments are λ sensors for detecting the stoichiometric air-fuel ratio in an automobile internal combustion engine. However, for example, also in a limiting current type oxygen concentration detecting element, that is, a lean sensor or a full range air-fuel ratio sensor, the protective layer according to the present invention can be used as a diffusion resistance layer.

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

【図1】参考例1における,酸素濃度検出素子の断面説
明図。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an oxygen concentration detecting element in Reference Example 1.

【図2】参考例1における,酸素濃度検出素子の要部断
面説明図。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of a main part of an oxygen concentration detecting element in Reference Example 1.

【図3】参考例1における,酸素濃度検出器の断面説明
図。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of an oxygen concentration detector in Reference Example 1.

【図4】参考例1における,空気余剰率と出力電圧との
関係を示す線図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an air surplus ratio and an output voltage in Reference Example 1.

【図5】実施形態例1における,溶射層を有する酸素濃
度検出素子の断面説明図。
FIG. 5 is an explanatory sectional view of an oxygen concentration detecting element having a sprayed layer according to the first embodiment.

【図6】実施形態例2における,トラップ層を有する酸
素濃度検出素子の断面説明図。
FIG. 6 is an explanatory sectional view of an oxygen concentration detecting element having a trap layer according to a second embodiment.

【図7】実施形態例2における,溶射層およびトラップ
層を有する酸素濃度検出素子の断面説明図。
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of an oxygen concentration detection element having a thermal spray layer and a trap layer according to a second embodiment.

【図8】参考例2における,積層型の酸素濃度検出素子
の断面説明図。
FIG. 8 is an explanatory sectional view of a stacked oxygen concentration detecting element in Reference Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2...酸素濃度検出素子, 11,21...保護層, 111...細粒子, 112...粗粒子, 12,22...固体電解質, 131,231...外側電極, 132,232...内側電極, 14...溶射層, 1,2. . . Oxygen concentration detecting element, 11, 21. . . Protective layer, 111. . . Fine particles, 112. . . Coarse particles, 12,22. . . Solid electrolyte, 131, 231. . . Outer electrode, 132,232. . . 13. inner electrode; . . Sprayed layer,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 泰道 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 三輪 直人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 佐藤 元昭 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2G004 BB01 BC02 BF03 BF04 BF05 BF08 BF09 BJ02 BM07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasumichi Hotta 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. (72) Inventor Motoaki Sato 1-1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in DENSO Corporation (reference) 2G004 BB01 BC02 BF03 BF04 BF05 BF08 BF09 BJ02 BM07

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質の内側表面に内側電極を,外
側表面に外側電極を設けてあるコップ型酸素濃度検出素
子と,該コップ型酸素濃度検出素子を収容するハウジン
グと,該ハウジングの排気通路側に設ける排気カバー
と,上記ハウジングの大気側に設ける大気カバーとより
なる酸素濃度検出器において,上記外側電極の表面に溶
射層が設けられており,該溶射層の表面に,粗粒子と細
粒子とからなると共に,該粗粒子間に形成される空隙部
分に細粒子が充填されている構造を有する保護層が設け
られており,上記細粒子の平均粒子径RAに対する粗粒
子の平均粒子径RBの比(RB/RA)の値は30以上
であることを特徴とする酸素濃度検出器。
1. A cup-shaped oxygen concentration detecting element having an inner electrode provided on an inner surface and an outer electrode provided on an outer surface of a solid electrolyte, a housing accommodating the cup-shaped oxygen concentration detecting element, and an exhaust passage of the housing. In an oxygen concentration detector comprising an exhaust cover provided on the side and an air cover provided on the atmosphere side of the housing, a sprayed layer is provided on the surface of the outer electrode, and coarse particles and fine particles are formed on the surface of the sprayed layer. And a protective layer having a structure in which fine particles are filled in gaps formed between the coarse particles, and a mean particle diameter of the coarse particles with respect to the average particle diameter RA of the fine particles is provided. An oxygen concentration detector, wherein the value of the ratio of RB (RB / RA) is 30 or more.
【請求項2】 請求項1において,上記保護層における
細粒子の含有量WAおよび上記粗粒子の含有量WBの合
計量W(=WA+WB)に対する細粒子の含有量WAの
比(WA/W)の値は15〜80%であることを特徴と
する酸素濃度検出器。
2. The ratio (WA / W) of the fine particle content WA to the total amount W (= WA + WB) of the fine particle content WA and the coarse particle content WB in the protective layer. Is between 15% and 80%.
【請求項3】 請求項1または2において,上記粗粒子
および上記細粒子は,Al23,ZrO2,MgO・A
23スピネル,ムライトのグループより選ばれる一種
以上の耐熱性粒子よりなることを特徴とする酸素濃度検
出器。
3. The method according to claim 1, wherein the coarse particles and the fine particles are made of Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO.A.
An oxygen concentration detector comprising one or more heat-resistant particles selected from the group consisting of l 2 O 3 spinel and mullite.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項において,
上記保護層の気孔率εは,50%以下であることを特徴
とする酸素濃度検出器。
4. The method according to claim 1, wherein:
An oxygen concentration detector, wherein the porosity ε of the protective layer is 50% or less.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項において,
上記保護層の平均細孔径dは,0.01〜0.3μmの
範囲内にあることを特徴とする酸素濃度検出器。
5. The method according to claim 1, wherein:
An oxygen concentration detector, wherein the average pore diameter d of the protective layer is in the range of 0.01 to 0.3 μm.
【請求項6】 固体電解質の内側表面に内側電極を,外
側表面に外側電極を設けてあるコップ型酸素濃度検出素
子と,該コップ型酸素濃度検出素子を収容するハウジン
グと,該ハウジングの排気通路側に設ける排気カバー
と,上記ハウジングの大気側に設ける大気カバーとより
なる酸素濃度検出器の製造方法において,上記外側電極
の表面に耐熱性金属酸化物を溶射することにより溶射層
を設け,該溶射層の表面に,粗粒子と細粒子とからなる
と共に,該粗粒子間に形成される空隙部分に細粒子が充
填されている構造を有する保護層が設けるに当たり,ま
ず,耐熱性粒子よりなる粗粒子と細粒子とを溶媒に分散
することにより得られたスラリーを上記溶射層に付着さ
せ,その後,加熱,焼付することにより保護層を形成す
ることを特徴とする酸素濃度検出器の製造方法。
6. A cup-shaped oxygen concentration detecting element provided with an inner electrode on an inner surface and an outer electrode on an outer surface of a solid electrolyte, a housing for accommodating the cup-shaped oxygen concentration detecting element, and an exhaust passage of the housing. In a method for manufacturing an oxygen concentration detector comprising an exhaust cover provided on the side of the housing and an air cover provided on the atmosphere side of the housing, a sprayed layer is provided by spraying a heat-resistant metal oxide on the surface of the outer electrode. In order to provide a protective layer having a structure in which coarse particles and fine particles are formed on the surface of the sprayed layer and fine particles are filled in the gaps formed between the coarse particles, first, heat-resistant particles are formed. An acid characterized in that a slurry obtained by dispersing coarse particles and fine particles in a solvent is adhered to the sprayed layer, and then heated and baked to form a protective layer. Manufacturing method of elemental concentration detector.
【請求項7】 請求項6において,上記細粒子の平均粒
子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの比(RB/
RA)の値は30以上であることを特徴とする酸素濃度
検出器。
7. The method according to claim 6, wherein the ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles (RB / RB)
An oxygen concentration detector wherein the value of RA) is 30 or more.
【請求項8】 請求項6において,上記細粒子の平均粒
子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの比(RB/
RA)の値は10以上であり,かつ上記保護層の気孔率
をε(%),上記保護層の平均細孔径をd(μm),上
記保護層の厚さをL(μm)とした場合,{(ε/10
0)×d/L}の値は2.0×10-5〜30×10-5
範囲内にあることを特徴とする酸素濃度検出器の製造方
法。
8. The method according to claim 6, wherein the ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles (RB /
RA) is 10 or more, and the porosity of the protective layer is ε (%), the average pore diameter of the protective layer is d (μm), and the thickness of the protective layer is L (μm). , {(Ε / 10
0) The method of manufacturing an oxygen concentration detector, wherein the value of xd / L} is in the range of 2.0 × 10 −5 to 30 × 10 −5 .
【請求項9】 請求項6において,上記細粒子の平均粒
子径RAに対する粗粒子の平均粒子径RBの比(RB/
RA)の値は10以上であり,かつ上記保護層の気孔率
をε(%),上記保護層の平均細孔径をd(μm),上
記保護層の厚さをL(μm)とした場合,{(ε/10
0)×d/L}の値が30×10-5以下であり,かつε
は15〜50%であると共に,{(ε/100)×d}
の値が5.0×10-3以上であることを特徴とする酸素
濃度検出器の製造方法。
9. The method according to claim 6, wherein the ratio of the average particle diameter RB of the coarse particles to the average particle diameter RA of the fine particles (RB / RB)
RA) is 10 or more, and the porosity of the protective layer is ε (%), the average pore diameter of the protective layer is d (μm), and the thickness of the protective layer is L (μm). , {(Ε / 10
0) × d / L} is 30 × 10 −5 or less and ε
Is 15 to 50% and {(ε / 100) × d}
Is a value of 5.0 × 10 −3 or more.
【請求項10】 請求項6〜9のいずれか一項におい
て,上記保護層における細粒子の含有量WAおよび上記
粗粒子の含有量WBの合計量W(=WA+WB)に対す
る細粒子の含有量WAの比(WA/Wの値)は15〜8
0%であることを特徴とする酸素濃度検出器の製造方
法。
10. The fine particle content WA based on the total amount W (= WA + WB) of the fine particle content WA and the coarse particle content WB in the protective layer according to any one of claims 6 to 9, Ratio (value of WA / W) is 15 to 8
A method for manufacturing an oxygen concentration detector, wherein the oxygen concentration is 0%.
【請求項11】 請求項6〜10のいずれか一項におい
て,上記保護層の形成時の加熱,焼き付けの温度は50
0〜1000℃の温度雰囲気において行うことを特徴と
する酸素濃度検出器の製造方法。
11. The heating and baking temperature according to claim 6, wherein the temperature of heating and baking at the time of forming the protective layer is 50.
A method for producing an oxygen concentration detector, wherein the method is performed in a temperature atmosphere of 0 to 1000 ° C.
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