JP2002357580A - Humidity sensor and method for manufacturing sensor element - Google Patents

Humidity sensor and method for manufacturing sensor element

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JP2002357580A
JP2002357580A JP2001165320A JP2001165320A JP2002357580A JP 2002357580 A JP2002357580 A JP 2002357580A JP 2001165320 A JP2001165320 A JP 2001165320A JP 2001165320 A JP2001165320 A JP 2001165320A JP 2002357580 A JP2002357580 A JP 2002357580A
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JP
Japan
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powder
particle size
peak
ceramic
humidity sensor
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Application number
JP2001165320A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroteru Fujita
弘輝 藤田
Satoshi Sugaya
聡 菅谷
Takaharu Inoue
隆治 井上
Noboru Ishida
昇 石田
Takafumi Oshima
崇文 大島
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidity sensor for effectively preventing poisoning due to lead or the like of an electrode and a humidity sensitive layer, even an exhaust gas of an automobile ort the like and superior in durability or the like having stable humidity sensitive characteristic over a long period, and to provide a method for manufacturing a sensor element. SOLUTION: The humidity sensor S is provided with a poisoning prevention layer 6, where the circumference of coarse particle powder comprises composite powder covered by particulate powder an voids without filling a gap between the composite powders with the particulate powder disperse and exist. In addition, the coarse particle powder and the particulate powder comprise ceramic powder, and are particularly preferably titania powder, having a peak at 1 μm or shorter and the powder of the composite oxide containing aluminum atoms, such as spinel having a peak at 10 μm or longer. The poisoning preventing layer can be formed by applying slurry containing a solvent, such as ceramic powder different in a specific surface, an organic binder and methanol on the surface of a protective layer 5 to be dried.

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、被測定雰囲気にお
ける水蒸気の含有量を感湿層の電気抵抗変化によって検
出する湿度センサ及びセンサ素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidity sensor for detecting the content of water vapor in an atmosphere to be measured by a change in electric resistance of a moisture-sensitive layer, and a method of manufacturing a sensor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】センサ素子を備える湿度センサを排気ガ
ス中の湿分を測定する湿度センサ等として排気ガスに晒
した場合、電極及び感湿層は鉛、リン、ケイ素等の被毒
物質により被毒し、経時的に劣化して、感湿層の電気抵
抗が大幅に変化してしまう。このような問題を解決する
ため研究に邁進した結果、スピネル等の複合酸化物から
なる保護層を形成した湿度センサを使用することで自動
車等の排気ガス中の湿分を測定する湿度センサとして使
用した場合、初期特性は良好であった。しかし、これら
のセンサは自動車等の排ガス中に長時間晒した場合、被
毒物質による影響を十分に防止できないという問題が発
生した。
2. Description of the Related Art When a humidity sensor having a sensor element is exposed to exhaust gas as a humidity sensor for measuring moisture in the exhaust gas, the electrodes and the moisture-sensitive layer are exposed to poisonous substances such as lead, phosphorus and silicon. It poisons and deteriorates with time, and the electrical resistance of the moisture-sensitive layer changes significantly. As a result of studying to solve such problems, we used a humidity sensor with a protective layer made of a complex oxide such as spinel to use it as a humidity sensor to measure the moisture in the exhaust gas of automobiles. In this case, the initial characteristics were good. However, when these sensors are exposed to exhaust gas from automobiles or the like for a long time, there is a problem that the influence of poisoning substances cannot be sufficiently prevented.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するものであり、被毒物質による電極及び感湿
層の被毒が長期間にわたり防止され、耐久性に優れるセ
ンサ素子を備える湿度センサ及び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 has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sensor element having excellent durability, in which poisoning of an electrode and a moisture-sensitive layer by a poisoning substance is prevented for a long time. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a humidity sensor and a sensor element provided.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の湿度センサは、
感湿層、該感湿層に接して形成された一対の電極、保護
層、及び該保護層の表面に形成された被毒防止層を有す
るセンサ素子を備える湿度センサにおいて、該被毒防止
層が粒径の大きなセラミック粉末(以下、粗粒粉末とも
いう。)の周囲を小さいセラミック粉末(以下、微粒粉
末ともいう。)が覆ってなる複合粉末からなり、該複合
粉末同士の間隙に微粒粉末が充填されていない空孔が分
散して存在するように構成したものである。
The humidity sensor of the present invention comprises:
A humidity sensor comprising: a moisture-sensitive layer, a pair of electrodes formed in contact with the moisture-sensitive layer, a protective layer, and a sensor element having a poisoning-preventive layer formed on the surface of the protective layer. Is composed of a composite powder in which a ceramic powder having a large particle diameter (hereinafter, also referred to as a coarse powder) is covered with a small ceramic powder (hereinafter, also referred to as a fine powder). Are arranged so that pores not filled with are dispersed.

【0005】上記のように被毒防止層を形成すること
で、被毒物質は微粒粉末によってトラップされ、湿度セ
ンサの電極及び感湿層に到達しないので、被毒による湿
度センサの性能劣化を防止することができる。一方で微
粒粉末は粗粒粉末に担持されているので、微粒粉末だけ
で構成された被毒防止層のように、高温での連続使用に
より被毒防止層が焼き締まり、センサ素子表面から剥離
するという問題を防ぐことができる。更に、微粒粉末は
粗粒粉末の表面を覆うように担持されているが、複合粉
末間には適度に粗粒粉末程度の大きさの空孔が形成され
ており、微粒粉末は複合粉末間の間隙を完全に充填して
はいないので、被毒物質が堆積しても被毒防止層が目詰
まりを起こすことがなく、センサの応答性の低下も防止
することができる。
By forming the poisoning prevention layer as described above, the poisoning substance is trapped by the fine powder and does not reach the humidity sensor electrode and the moisture-sensitive layer. can do. On the other hand, since the fine powder is carried by the coarse powder, the poisoning prevention layer is hardened by continuous use at a high temperature and peels off from the sensor element surface as in the case of the poisoning prevention layer composed of only the fine powder. Problem can be prevented. Further, the fine powder is supported so as to cover the surface of the coarse powder, but pores having a size approximately equal to that of the coarse powder are formed between the composite powders. Since the gap is not completely filled, the poisoning prevention layer does not become clogged even if the poisoning substance is deposited, and a decrease in the response of the sensor can be prevented.

【0006】上記のような被毒防止層を構成するセラミ
ック粉末の一次粒子の粒度分布は、少なくとも二つのピ
ークを有し、最も粒径が小さい側のピークが10μm以
下にあり、最も粒径が大きい側のピークは0.1μm以
上であると、被毒に対する防止効果が高く望ましい被毒
防止層とすることができる。ここで、最も粒径が小さい
側のピークは1μm以下であることが好ましく、0.2
μm以下、特に0.05μm以下にすることもできる。
また、最も粒径が大きい側のピークは1μm以上、特に
10μm以上であることが好ましい。なお、被毒防止層
の下地である保護層がスクリーン印刷又は溶射によって
形成されていると、粗粒の食いつきが良く望ましい。
[0006] The particle size distribution of the primary particles of the ceramic powder constituting the poisoning prevention layer as described above has at least two peaks, the peak with the smallest particle size is 10 µm or less, and the particle size is the smallest. When the peak on the larger side is 0.1 μm or more, a highly effective poisoning prevention effect can be obtained as a desirable poisoning prevention layer. Here, the peak having the smallest particle size is preferably 1 μm or less, and 0.2 μm or less.
μm or less, particularly 0.05 μm or less.
The peak having the largest particle size is preferably 1 μm or more, particularly preferably 10 μm or more. When the protective layer, which is the base of the poisoning prevention layer, is formed by screen printing or thermal spraying, it is desirable that the coarse particles bite well.

【0007】上記「被毒防止層」に含有される上記「セ
ラミック粉末」としては、チタニア、アルミナ、シリ
カ、及びスピネル、ムライト等のアルミニウム原子を含
む複合酸化物などの、高温の排気ガス中で化学的に安定
である酸化物粉末から選択することが好ましい。但し、
化学的に安定であれば酸化物以外の粉末を使用すること
もできる。この場合、組成の異なる2種類以上のセラミ
ック粉末を混合してもよい。そして、一方の組成のセラ
ミック粉末を微粒粉末とし、他方の組成のセラミック粉
末を粗粒粉末とすると、粉末の選択において自由度が広
がり、望ましい粒度分布の粉末を用意することが容易と
なるし、被毒防止効果の高いセラミック粉末を微粒粉末
として用い、高温耐久性の高いセラミック粉末を粗粒粉
末として用いることもできるので都合が良い。
The "ceramic powder" contained in the "poisoning prevention layer" includes high-temperature exhaust gases such as titania, alumina, silica, and complex oxides containing aluminum atoms such as spinel and mullite. It is preferred to choose from oxide powders that are chemically stable. However,
Powders other than oxides can be used as long as they are chemically stable. In this case, two or more types of ceramic powders having different compositions may be mixed. When the ceramic powder of one composition is a fine powder and the ceramic powder of the other composition is a coarse powder, the degree of freedom in selecting the powder is widened, and it becomes easy to prepare a powder having a desired particle size distribution. This is convenient because ceramic powder having a high poisoning prevention effect can be used as fine powder, and ceramic powder having high durability at high temperatures can be used as coarse powder.

【0008】組成の異なる2種類以上のセラミック粉末
としては、1μm以下に粒度分布のピークを有するチタ
ニア粉末と、10μm以上に粒度分布のピークを有する
チタニア以外のセラミック粉末とが含有されることが好
ましい。チタニアは被毒物質を吸着する能力に優れてい
ると考えられる。特にアナターゼ型のチタニアは粒径の
小さな粉末が得られ易く、被毒防止効果が高い。チタニ
ア以外のセラミック粉末としては、特に、スピネル、ム
ライト等のアルミニウム原子を含む複合酸化物のように
熱収縮しにくいセラミック粉末が好ましい。
The two or more types of ceramic powders having different compositions preferably contain a titania powder having a particle size distribution peak at 1 μm or less and a ceramic powder other than titania having a particle size distribution peak at 10 μm or more. . Titania is considered to have excellent ability to adsorb poisonous substances. In particular, anatase-type titania is easy to obtain a powder having a small particle size, and has a high poisoning prevention effect. As the ceramic powder other than titania, a ceramic powder that is not easily thermally shrunk, such as a composite oxide containing an aluminum atom such as spinel or mullite, is particularly preferable.

【0009】また、チタニア粉末は0.003〜0.5
μmにピークを有し、チタニア以外のセラミック粉末は
15〜50μmにピークを有するように組み合わされる
と、被毒防止層に適度に空隙が形成されて特に好まし
い。このような粉末を含有すれば、被毒物質は十分に吸
着され、且つ被毒防止層が熱収縮により保護層から剥離
することがなく、且つ耐被毒性の劣化の少ないより優れ
た耐久性を有する被毒防止層とすることができる。
The titania powder is 0.003 to 0.5.
It is particularly preferable that the ceramic powder other than titania has a peak at 15 μm and is combined so as to have a peak at 15 to 50 μm, since an appropriate gap is formed in the poisoning prevention layer. When such a powder is contained, the poisoning substance is sufficiently adsorbed, and the poisoning prevention layer does not peel off from the protective layer due to heat shrinkage, and has better durability with less deterioration of poisoning resistance. It can be a poisoning prevention layer having.

【0010】即ち、1μm以下、好ましくは0.003
〜0.5μmに粒度分布のピークを有する粒子径の小さ
い粉末と、10μm以上、好ましくは15〜50μmに
粒度分布のピークを有する粒子径の大きい粉末とを使用
した場合、被毒防止層は、図1(a)及び(b)のよう
に、粒子径の大きい粉末の粒子表面に粒子径の小さい粉
末の粒子が多数付着した複合粒子からなる粉末が、適度
に粗粒粉末程度の大きさの空孔を形成した状態で形作ら
れるので、通気性は十分に維持され、且つ被毒物質は確
実に吸着され、非常に耐久性の高い被毒防止層とするこ
とができる。
That is, 1 μm or less, preferably 0.003
When a powder having a small particle size having a peak of particle size distribution at ~ 0.5 μm and a powder having a large particle size having a peak of particle size distribution of 10 μm or more, preferably 15 to 50 μm, the poisoning prevention layer is As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a powder composed of composite particles having a large number of particles having a small particle diameter adhered to the particle surface of a powder having a large particle diameter has a size of a moderately coarse powder. Since the shape is formed in a state in which the pores are formed, the air permeability is sufficiently maintained, and the poisoning substance is surely adsorbed, so that a highly durable poisoning prevention layer can be obtained.

【0011】なお、粗粒粉末と微粒粉末としては、同組
成であって結晶相の異なる粉末を選択することもでき
る。特に、微粒粉末としてアナターゼ型チタニア粉末を
用い、粗粒粉末としてルチル型チタニア粉末を用いるこ
とが好ましい。これらの粉末はいずれもチタニア粉末で
あるが結晶相を異にするものであり、粒度分布の狭い粒
子径を有する微粒粉末或いは粗粒粉末として提供されて
いるので、通気性の良い被毒防止層を形成するのに適し
ている。
As the coarse powder and the fine powder, powders having the same composition but different crystal phases can be selected. In particular, it is preferable to use an anatase titania powder as the fine powder and to use a rutile titania powder as the coarse powder. All of these powders are titania powders but have different crystal phases, and are provided as fine powder or coarse powder having a narrow particle size distribution, so that the poisoning prevention layer having good air permeability is provided. Suitable for forming

【0012】アナターゼ型チタニア粉末の粒子径は粒度
分布のピークが0.5μm以下であることが望ましく、
0.003〜0.5μmの範囲にあることが被毒防止効
果の点で更に好ましい。ルチル型チタニア粉末の粒子径
は粒度分布のピークが1μm以上であることが望まし
く、3〜8μmの範囲にあることが被毒防止効果の点で
更に好ましい。このように0.003〜0.5μm程度
の粒子径が極めて小さいアナターゼ型チタニア粉末と、
これに比べて粒子径が大きいルチル型チタニア粉末とを
組み合わせることにより、被毒物質を捕捉する作用に優
れる被毒防止層とすることができる。また、同じ組成の
セラミック粉末を用いることで複合粒子の形成が容易と
なり、被毒防止効果の高い被毒防止層を形成できる。
The particle size of the anatase type titania powder is preferably such that the peak of the particle size distribution is 0.5 μm or less,
It is more preferably in the range of 0.003 to 0.5 μm from the viewpoint of the poisoning prevention effect. The particle size of the rutile titania powder is preferably such that the peak of the particle size distribution is 1 μm or more, and more preferably in the range of 3 to 8 μm in view of the effect of preventing poisoning. Anatase titania powder having an extremely small particle size of about 0.003 to 0.5 μm,
By combining with rutile-type titania powder having a larger particle diameter than this, a poisoning prevention layer having an excellent action of trapping poisonous substances can be obtained. Further, by using ceramic powders having the same composition, formation of composite particles becomes easy, and a poisoning prevention layer having a high poisoning prevention effect can be formed.

【0013】製品の被毒防止層の粒度分布を評価する場
合には、一つには粒子径は電子顕微鏡の視野において、
又はこれを撮影した写真から読み取ることができる。電
子顕微鏡の視野から粒子径を読み取る場合は、目視で確
認できる1次粒子の各々について、その外接円径を測定
して粒子径とする。上記の粒子径の測定を多数(100
0個程度)の1次粒子について行い、粒度分布を算出す
る。組成の異なる酸化物粉末を用いた場合には、各組成
の酸化物粉末について、粒子径を測定し、粒度分布を測
定することもできるが、本発明の趣旨から考えて、微粒
粉末と粗粒粉末を混合した状態で粒子径を測定する場合
は、組成の異なるセラミック粉末毎に粒度分布を測定し
なくても、被毒防止層からランダムにサンプリングした
粒子径を用いて粒度分布を測定すればよい。その結果と
して最も粒子径が小さい側のピークが10μm以下にあ
り、最も粒子径が大きい側のピークが0.1μm以上に
あればよい。
When evaluating the particle size distribution of the anti-poisoning layer of a product, one of the factors is to determine the particle size in the field of view of an electron microscope.
Alternatively, it can be read from a photograph taken. When the particle diameter is read from the visual field of the electron microscope, the circumscribed circle diameter of each of the primary particles that can be visually confirmed is measured to determine the particle diameter. Many measurements of the above particle size (100
(About 0) of the primary particles, and the particle size distribution is calculated. When oxide powders having different compositions are used, for the oxide powders of the respective compositions, the particle diameter can be measured, and the particle size distribution can be measured. When measuring the particle size in a state where the powders are mixed, without measuring the particle size distribution for each ceramic powder having a different composition, if the particle size distribution is measured using the particle size randomly sampled from the poisoning prevention layer, Good. As a result, the peak having the smallest particle diameter should be 10 μm or less, and the peak having the largest particle diameter should be 0.1 μm or more.

【0014】一方、微粒粉末の粒度分布は、一般的な走
査型電子顕微鏡等では測定が難しいこともあり、その場
合は、高解像度の電子顕微鏡を用いることで、上記と同
様に測定できるが、粉末の粒度分布を測定するX線小角
散乱法を用いてSchellerの式より算出すること
もできる。粒度分布は、他にもレーザ光回折法や遠心沈
降法など、一般的に利用されている方法でも測定でき
る。但し、同じ試料に対して、細かい領域から粗い領域
まで同じ測定法で粒度分布を測定することは難しいこと
が多い。その場合は、細かい領域と粗い領域の粒度分布
を別の測定法で測定してそれぞれの粒度分布から上記被
毒防止層の粒度分布を同定してもよい。
On the other hand, the particle size distribution of the fine powder may be difficult to measure with a general scanning electron microscope or the like. In this case, the measurement can be performed in the same manner as described above by using a high-resolution electron microscope. It can also be calculated from the Scheller equation using the small-angle X-ray scattering method for measuring the particle size distribution of the powder. The particle size distribution can also be measured by a commonly used method such as a laser beam diffraction method or a centrifugal sedimentation method. However, it is often difficult to measure the particle size distribution of the same sample from the fine region to the coarse region by the same measurement method. In that case, the particle size distribution of the poisoning prevention layer may be identified from the respective particle size distributions by measuring the particle size distribution of the fine region and the coarse region by another measuring method.

【0015】本発明の湿度センサのセンサ素子を製造す
る方法としては、(1)1種類以上の第1セラミック粉
末と、(2)一次粒子の粒度分布のピークが該第1セラ
ミック粉末の一次粒子の粒度分布のピークよりも粒径の
大きい側にあり、粒径の小さい側の10%の粒子の最大
粒径(以下、10%粒径又はd10という。)と粒径の
小さい側の90%の粒子の最大粒径(以下、90%粒径
又はd90という。)の差が、粒度分布のピーク値の粒
径の2倍以下である粒度分布を有する1種類以上の第2
セラミック粉末と、(3)有機バインダと、(4)溶剤
又は水と、を混練して被毒防止層形成用ペーストを調製
し、該被毒防止層形成用ペーストを湿度センサ素子の保
護層の表面に塗布して塗膜とし、その後、該塗膜を加熱
し、乾燥させ、上記被毒防止層を形成するという方法を
用いることができる。
The method for manufacturing the sensor element of the humidity sensor according to the present invention includes: (1) one or more types of first ceramic powder; and (2) primary particles of the first ceramic powder having a particle size distribution peak. The maximum particle size (hereinafter, referred to as 10% particle size or d10) of 10% of the particles having a smaller particle size than the peak of the particle size distribution and 90% of the particles having a smaller particle size is smaller than the peak of the particle size distribution. The difference in the maximum particle size (hereinafter, referred to as 90% particle size or d90) of the particles of the one or more second particles having a particle size distribution of not more than twice the particle size of the peak value of the particle size distribution.
A ceramic powder, (3) an organic binder, and (4) a solvent or water are kneaded to prepare a paste for forming a poisoning prevention layer, and the paste for forming a poisoning prevention layer is used as a protective layer for a humidity sensor element. A method can be used in which a coating film is formed by coating the surface, and then the coating film is heated and dried to form the poisoning prevention layer.

【0016】この製造方法によれば、被毒防止層中にお
ける粗粒粉末となる第2セラミック粉末として、粒度分
布のピーク近傍に粒径の揃った粉末を用いるので、被毒
防止層中に粗粒粉末程度の大きさの空孔が分散して存在
するような被毒防止層を形成することが容易に達成でき
る。なお、被毒防止層形成用ペーストには適宜無機バイ
ンダを混入させることで、微粒粉末が粗粒粉末の表面に
密着するので、良好な被毒防止層を形成することができ
る。また、微粒粉末となる第1セラミック粉末及び粗粒
粉末となる第2セラミック粉末は、いずれも耐熱性の高
い酸化物であることが望ましい。
According to this manufacturing method, a powder having a uniform particle size near the peak of the particle size distribution is used as the second ceramic powder which is a coarse particle powder in the poisoning prevention layer. It is easy to form a poisoning prevention layer in which pores having the size of a granular powder are dispersed. In addition, by mixing an inorganic binder into the paste for forming a poisoning prevention layer as appropriate, the fine powder adheres to the surface of the coarse powder, so that a good poisoning prevention layer can be formed. Further, it is desirable that both the first ceramic powder to be fine powder and the second ceramic powder to be coarse powder are oxides having high heat resistance.

【0017】特に、第1セラミック粉末として比表面積
が2〜500m2/gであるチタニア粉末等を用い、第
2セラミック粉末として比表面積が0.1〜100m2
/gであるアルミニウム原子を含む複合酸化物の粉末等
を用いることができる。更に、第1セラミック粉末とし
て比表面積が2〜500m2/gのアナターゼ型チタニ
ア粉末、及び第2セラミック粉末として比表面積が0.
1〜10m2/gのルチル型チタニア粉末を使用し、同
様にして被毒防止層を形成することもできる。
[0017] In particular, the specific surface area as the first ceramic powder is used titania powder or the like is 2~500m 2 / g, a specific surface area as the second ceramic powder 0.1 to 100 m 2
/ G of a composite oxide containing an aluminum atom. Furthermore, an anatase type titania powder having a specific surface area of 2 to 500 m 2 / g as the first ceramic powder, and a specific surface area of 0.2 as the second ceramic powder.
A poisoning prevention layer can be formed in the same manner by using rutile type titania powder of 1 to 10 m 2 / g.

【0018】第1セラミック粉末の比表面積は2〜50
0m2/gであり、特に5〜300m2/gであることが
好ましい。この比表面積が2m2/g未満であると、被
毒物質の物理的な捕捉及び反応がともに低下し、500
2/gを越える場合は、粉末が凝集し易くなり、ま
た、被毒物質との反応活性が高くなりすぎ、得られる湿
度センサが高温環境下で徐々に耐被毒性が劣化するため
好ましくない。
The first ceramic powder has a specific surface area of 2 to 50.
A 0 m 2 / g, it is particularly preferably 5 to 300 m 2 / g. When the specific surface area is less than 2 m 2 / g, both the physical capture and reaction of the poisoning substance decrease, and
If it exceeds m 2 / g, the powder is liable to agglomerate, the reaction activity with the poisoning substance becomes too high, and the obtained humidity sensor gradually deteriorates the poisoning resistance under a high temperature environment, which is not preferable. .

【0019】一方、第2セラミック粉末の比表面積は
0.1〜100m2/gであり、特に0.3〜10m2
gであることが好ましい。この比表面積が0.1m2
g未満であると、平滑な表面を有する均質な被毒防止層
を形成することができず、100m2/gを越える場合
は、被毒防止層の凝集を十分に抑えることができない。
また、第2セラミック粉末の比表面積が上記範囲である
と複合粉末の間隙に空孔が分散して形成されるので、通
気性が良好な被毒防止層とすることができる。尚、比表
面積はBET法によって測定することができる。また、
粉末の比表面積が特に大きい場合は、ユアサアイオニク
ス社製の全自動表面積測定装置、型式「マルチソーブ1
2」を用いて測定することができる。
Meanwhile, the specific surface area of the second ceramic powder is 0.1 to 100 m 2 / g, especially 0.3~10M 2 /
g is preferable. This specific surface area is 0.1 m 2 /
If it is less than g, a uniform poisoning preventing layer having a smooth surface cannot be formed, and if it exceeds 100 m 2 / g, aggregation of the poisoning preventing layer cannot be sufficiently suppressed.
Further, when the specific surface area of the second ceramic powder is in the above range, the pores are dispersedly formed in the gaps of the composite powder, so that the poisoning prevention layer having good air permeability can be obtained. The specific surface area can be measured by the BET method. Also,
When the specific surface area of the powder is particularly large, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Yuasa Ionics, Inc.
2 ".

【0020】第1セラミック粉末と第2セラミック粉末
とは、被毒防止層形成用ペーストを100質量部(以
下、単に「部」という。)とした場合に、それぞれ15
部以上であることが好ましい。いずれか一方、特に第1
セラミック粉末が15部未満であると、被毒物質を十分
に捕捉することができない。また、第2セラミック粉末
が15部未満であると被毒防止層中の複合粉末間に適度
に空孔が形成されず、通気性が維持できない。被毒防止
層中に適度な空孔を形成する為にはそれぞれ20〜50
部含まれていることがより好ましい。尚、セラミック粉
末には本発明の主要な構成成分である各々の粉末以外の
他のセラミック粉末を混合することもできるが、セラミ
ック粉末全体の粒度分布が本発明の主旨から外れるよう
なセラミック粉末の混合は望ましくない。
The first ceramic powder and the second ceramic powder are each 15 parts by weight when the poisoning prevention layer forming paste is 100 parts by mass (hereinafter simply referred to as “parts”).
Parts or more. Either one, especially the first
If the amount of the ceramic powder is less than 15 parts, the poisoning substance cannot be sufficiently captured. On the other hand, if the amount of the second ceramic powder is less than 15 parts, pores are not appropriately formed between the composite powders in the poisoning prevention layer, and air permeability cannot be maintained. In order to form appropriate pores in the poisoning prevention layer, 20 to 50
More preferably, it is contained. It should be noted that the ceramic powder may be mixed with other ceramic powders other than the respective powders which are the main constituent components of the present invention, but the particle size distribution of the entire ceramic powder deviates from the gist of the present invention. Mixing is undesirable.

【0021】また、第1セラミック粉末と第2セラミッ
ク粉末との混合量比は特に限定されないが、いずれか一
方を100部とした場合に、他方を40〜250部、特
に80〜130部とすることが好ましく、等量程度とす
ることもできる。これらの粉末の量比に大きな差がなけ
れば、被毒物質を捕捉する作用に優れ、空孔が適度に分
散して存在する被毒防止層をより効率的に形成すること
ができる。
The mixing ratio of the first ceramic powder and the second ceramic powder is not particularly limited, but when one of them is 100 parts, the other is 40 to 250 parts, especially 80 to 130 parts. It is preferable that the amount be about the same. If there is no large difference in the amount ratio of these powders, the effect of capturing the poisoning substance is excellent, and the poisoning prevention layer in which the holes are appropriately dispersed can be formed more efficiently.

【0022】上記「被毒防止層形成用ペースト」は、セ
ラミック粉末、有機バインダ及びメタノール、キシレン
等の溶剤又は水、更に適宜無機バインダなどを混合する
ことにより得られる。保護層の表面に形成される塗膜は
50〜150℃で5〜60分程度乾燥することにより、
十分に固化して硬くなり、乾燥の後、センサ素子を、3
00〜700℃、特に400〜600℃程度に調温され
たassy炉等によって還元雰囲気下又は大気中で、2
0〜60分程度加熱することで、所定の被毒防止作用及
び厚さ等を有する被毒防止層を有するセンサ素子とする
ことができる。
The above "paste for forming a poisoning prevention layer" can be obtained by mixing ceramic powder, an organic binder, a solvent such as methanol and xylene or water, and an inorganic binder as appropriate. The coating film formed on the surface of the protective layer is dried at 50 to 150 ° C. for about 5 to 60 minutes,
After solidification and hardening and drying, the sensor element is
In an asy furnace or the like whose temperature has been adjusted to about 00 to 700 ° C, particularly about 400 to 600 ° C, in a reducing atmosphere or in the air, 2
By heating for about 0 to 60 minutes, a sensor element having a poisoning prevention layer having a predetermined poisoning prevention action and thickness can be obtained.

【0023】被毒防止層の厚さは50〜500μm、特
に100〜300μm程度とすることが好ましい。この
厚さが過小であると、被毒物質を十分に捕捉することが
できないことがある。一方、500μmを超える場合
は、得られる湿度センサの応答性が低下し、更には被毒
防止層が保護層から剥離し易くなる傾向にあり好ましく
ない。
The thickness of the anti-poisoning layer is preferably 50 to 500 μm, particularly preferably about 100 to 300 μm. If the thickness is too small, the poisoning substance may not be sufficiently captured. On the other hand, if it exceeds 500 μm, the responsiveness of the obtained humidity sensor decreases, and furthermore, the poisoning prevention layer tends to be easily peeled off from the protective layer, which is not preferable.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を具体
的に説明する。 (1)湿度センサの製造 アルミナ粉末を含むスラリーを調製し、ドクターブレー
ド法により、厚さ400μmのアルミナグリーンシート
を形成した。その後、出力取り出しリードパターン、ヒ
ータパターン、測温抵抗体パターンを、それぞれのアル
ミナグリーンシート上にスクリーン印刷により形成し
た。次いで、これらのアルミナグリーンシートの所定面
を当接させ、圧着して積層体とし、脱脂後、1550℃
で2時間保持し、焼成して絶縁基板1を作製した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples. (1) Production of Humidity Sensor A slurry containing alumina powder was prepared, and an alumina green sheet having a thickness of 400 μm was formed by a doctor blade method. Thereafter, an output extraction lead pattern, a heater pattern, and a resistance temperature detector pattern were formed on each of the alumina green sheets by screen printing. Next, a predetermined surface of each of these alumina green sheets is brought into contact with each other and pressed to form a laminate.
For 2 hours, followed by firing to produce an insulating substrate 1.

【0025】その後、この絶縁基板の表面に、白金ペー
ストを印刷し、120℃で15分間乾燥後、1200℃
で10分間保持し、焼成して厚さ15μmの下部電極2
を形成した。次いで、下部電極2の表面に、Al23
末、TiO2粉末及びSnO2粉末を所定の質量比で配合
した混合粉末を含むペーストを印刷し、60℃で1時間
乾燥後、1200℃で2時間保持し、焼成して厚さ20
〜30μmの感湿層3を形成した。その後、感湿層3の
表面に、白金ペーストを印刷し、120℃で15分間乾
燥後、1200℃で10分間保持し焼成して厚さ15μ
mの上部電極4を形成した。次いで、上部電極の表面に
スピネル(MgAl24)からなるペーストを印刷し、
60℃で1時間乾燥後、1200℃で2時間保持し、焼
成して厚さ30μmの保護層5を形成した。
Then, a platinum paste is printed on the surface of the insulating substrate, dried at 120 ° C. for 15 minutes, and then dried at 1200 ° C.
For 10 minutes, and baked to form a lower electrode 2 having a thickness of 15 μm.
Was formed. Next, a paste containing a mixed powder in which Al 2 O 3 powder, TiO 2 powder and SnO 2 powder are blended at a predetermined mass ratio is printed on the surface of the lower electrode 2, dried at 60 ° C. for 1 hour, and dried at 1200 ° C. Hold for 2 hours and bake to a thickness of 20
A moisture-sensitive layer 3 having a thickness of 3030 μm was formed. Thereafter, a platinum paste is printed on the surface of the moisture-sensitive layer 3, dried at 120 ° C. for 15 minutes, held at 1200 ° C. for 10 minutes, and baked to a thickness of 15 μm.
m of upper electrodes 4 were formed. Next, a paste made of spinel (MgAl 2 O 4 ) is printed on the surface of the upper electrode,
After drying at 60 ° C. for 1 hour, it was kept at 1200 ° C. for 2 hours and fired to form a protective layer 5 having a thickness of 30 μm.

【0026】その後、表1乃至2に記載の種類及び量比
の、粉末と粉末、並びに所定量の溶媒とアルミナゾ
ルを、ナイロン玉石を使用し、ポットミルにより混合
し、スラリーを調製した。尚、スラリーを100質量%
とした場合に、実験例1〜9では、粉末との合計量
を70質量%、有機バインダを含むメタノールを23質
量%、アルミナゾルを7質量%とし、実験例10〜15
では、粉末との合計量を50質量%、水を40質量
%、アルミナゾルを10質量%とし、実験例16〜33
では、粉末との合計量を56質量%、水を35質量
%、アルミナゾルを9質量%とした。その後、保護層が
形成された基体をスラリー中に浸漬し、保護層の表面に
塗膜を形成し、120℃で乾燥して厚さ50〜300μ
m(望ましくは150〜250μm)の被毒防止層6を
形成し、センサ素子を作製した。次いで、このセンサ素
子を保護管ソケットに組み付ける等した後、500℃で
加熱して湿度センサSを得た。
Thereafter, a powder and a powder, and a predetermined amount of a solvent and an alumina sol having the types and ratios shown in Tables 1 and 2 were mixed by a pot mill using a nylon ball to prepare a slurry. In addition, 100% by mass of the slurry
In Experimental Examples 1 to 9, the total amount with powder was 70% by mass, methanol containing an organic binder was 23% by mass, and alumina sol was 7% by mass.
Then, the total amount with the powder was 50% by mass, water was 40% by mass, and alumina sol was 10% by mass.
Then, the total amount with the powder was 56% by mass, water was 35% by mass, and alumina sol was 9% by mass. Thereafter, the substrate on which the protective layer is formed is immersed in a slurry, a coating film is formed on the surface of the protective layer, and dried at 120 ° C. to a thickness of 50 to 300 μm.
m (preferably 150 to 250 μm) of the poisoning prevention layer 6 was formed to produce a sensor element. Next, after assembling the sensor element to a protective tube socket, the sensor was heated at 500 ° C. to obtain a humidity sensor S.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】(2)湿度センサの性能評価 被毒防止層の外観 (1)において得られた湿度センサの被毒防止層の外観
を目視で観察した。評価基準は、○;亀裂等は観察され
ない、△;一部に亀裂が発生するものがある、×;全数
に亀裂が発生する、である。 耐被毒性(耐久性) 1800ccのエンジンを使用し、耐久パターンはライ
フサイクルパターンによった。燃料としては、1リット
ル当たり0.4gの鉛を含む有鉛ガソリンを使用した。
センサ取付け位置は、エンジンにより近く500〜80
0℃の高温の排気ガスが通過する位置と、エンジンから
離れ350〜700℃の低温の排気ガスが通過する位置
とした。このようにして100時間の耐久試験を行った
後、各湿度センサの鉛耐久性の性能評価を、図5の模式
図に示す装置を用いた分流法により行った。結果を表1
乃至2に併記する。評価基準は、○;感湿特性はほとん
ど劣化しない、△;感湿特性が少し劣化する(耐久試験
前後の湿度40%時の抵抗値の差が10%以下であ
る。)、×;感湿特性が劣化する(耐久試験前後の湿度
40%時の抵抗値の差が10%を越える。)、である。
(2) Performance Evaluation of Humidity Sensor Appearance of Poisoning Prevention Layer The appearance of the poisoning prevention layer of the humidity sensor obtained in (1) was visually observed. The evaluation criteria are as follows: ;: no cracks or the like are observed, △: some cracks are generated, x: cracks are generated in all of them. Poisoning resistance (durability) An 1800 cc engine was used, and the durability pattern was based on a life cycle pattern. As the fuel, leaded gasoline containing 0.4 g of lead per liter was used.
The sensor mounting position is closer to the engine, 500-80
A position through which a high-temperature exhaust gas of 0 ° C passes and a position through which a low-temperature exhaust gas of 350 to 700 ° C pass away from the engine. After performing the durability test for 100 hours in this manner, the lead durability performance of each humidity sensor was evaluated by the flow splitting method using the apparatus shown in the schematic diagram of FIG. Table 1 shows the results
And 2 together. The evaluation criteria were as follows: ;: moisture sensitivity was hardly degraded, Δ: moisture sensitivity was slightly degraded (difference in resistance at 40% humidity before and after the endurance test was 10% or less), x: humidity sensitivity The characteristics are deteriorated (the difference between the resistance values before and after the durability test at a humidity of 40% exceeds 10%).

【0030】表1の結果によれば、微粒粉末となる粉末
及び粗粒粉末となる粉末が請求項14記載の発明の
好ましい範囲に入っている実験例3〜8、及び実験例1
1〜14では、被毒防止層の表面に亀裂等は殆ど観察さ
れず、且つ耐被毒性も優れていた。更に、被毒防止層の
内部には粗粒粉末程度の大きさの空孔が散在しているの
が観察された。また、粉末、のピーク値がいずれも
0.1μm未満である実験例1では、スラリーの粘度が
高すぎ、被毒防止層となる塗膜の形成ができなかった。
According to the results in Table 1, Experimental Examples 3 to 8 and Experimental Example 1 in which the powder to be the fine powder and the powder to be the coarse powder are within the preferred range of the invention described in claim 14.
In Nos. 1 to 14, cracks and the like were hardly observed on the surface of the poisoning prevention layer, and the poisoning resistance was excellent. Further, it was observed that pores having a size of the order of coarse powder were scattered inside the poisoning prevention layer. In Experimental Example 1 in which the peak values of the powders were all less than 0.1 μm, the viscosity of the slurry was too high, and a coating film serving as a poisoning prevention layer could not be formed.

【0031】更に、粉末が含まれていない実験例2で
は耐久性が大きく劣化し、粉末が含まれていない実験
例9及び15では全数に亀裂が発生し、実用に供し得な
いものであった。また、粉末の量比が低い実験例3及
び11では、外観は良好であるものの、粗粒粉末の表面
を十分に微粒粉末が覆っていない状態で被毒防止層が形
成されており、耐久性が劣化する傾向にある。なお、粉
末の量比が高い実験例8では、一部製品に被毒防止層
の表面に亀裂が観察された。但し、亀裂の無い物に関し
ては耐久後も良好な性能を示した。
Furthermore, in Experimental Example 2 where no powder was contained, the durability was greatly deteriorated, and in Experimental Examples 9 and 15 where no powder was contained, cracks were generated in all of them, making them impractical. . In Experimental Examples 3 and 11 in which the amount ratio of the powder was low, although the appearance was good, the poisoning prevention layer was formed in a state where the surface of the coarse powder was not sufficiently covered with the fine powder, and the durability was high. Tend to deteriorate. In Experimental Example 8 in which the amount ratio of the powder was high, cracks were observed on the surface of the poisoning prevention layer in some products. However, good performance was shown even after durability for the one without cracks.

【0032】表2の結果によれば、微粒粉末である粉末
の粒度分布のピーク値が表1の場合に比べて大きいも
のの、本発明の好ましい範囲に入っている実験例18〜
22、及び実験例25〜29では、被毒防止層の表面に
亀裂等はまったく観察されないセンサ素子が製造でき
た。そして、粉末と粉末の量比が望ましい範囲に有
る実験例20〜22及び27〜29では耐被毒性にも優
れていた。また、粉末、のピーク値がいずれも10
μmを越える実験例16では、粒子が大きすぎ、耐久性
が大きく劣化した。更に、粉末が含まれていない実験
例17及び24でも耐久性が大きく劣化し、粉末が含
まれていない23及び30では全数に亀裂が発生し、実
用に供し得ないものであった。また、粉末の量比が低
い実験例18、19及び25、26では、外観は良好で
あるものの、粗粒粉末の表面を十分に微粒粉末が覆って
いない状態で被毒防止層が形成されており、耐久性が劣
化する傾向にあった。
According to the results shown in Table 2, although the peak value of the particle size distribution of the powder, which is a fine powder, is larger than that in Table 1, the results are within the preferred range of the present invention.
22 and Experimental Examples 25 to 29, a sensor element in which no crack or the like was observed on the surface of the poisoning prevention layer could be manufactured. Experimental examples 20 to 22 and 27 to 29 in which the ratio of the powder to the powder was within a desirable range also exhibited excellent poisoning resistance. The peak values of the powders were all 10
In Experimental Example 16 exceeding μm, the particles were too large, and the durability was greatly deteriorated. Furthermore, even in Experimental Examples 17 and 24 containing no powder, the durability was greatly deteriorated, and in 23 and 30 containing no powder, cracks occurred in all of them, making them impractical. In Experimental Examples 18, 19, 25, and 26 in which the amount ratio of the powder was low, the poisoning prevention layer was formed in a state where the surface of the coarse powder was not sufficiently covered with the fine powder, although the appearance was good. And the durability tended to deteriorate.

【0033】更に、粉末の粒度分布が、本発明の望ま
しい範囲から外れて比較的広い粒度分布を持つ実験例3
1〜32では、被毒防止層中に適度に空孔が形成されな
いので、製造時に亀裂は生じないものの、耐被毒性は悪
く、被毒物質によってセンサの感湿特性が劣化する傾向
が見られた。
Further, Experimental Example 3 in which the powder has a relatively wide particle size distribution outside the desirable range of the present invention.
In Nos. 1 to 32, the pores are not appropriately formed in the poisoning prevention layer, so that cracks do not occur at the time of manufacture, but the poisoning resistance is poor, and the poisoning substance tends to deteriorate the humidity sensitivity of the sensor. Was.

【0034】実施例1 原料として、比表面積10m2/g、粒度分布のピーク
が0.2μmにあるアナターゼ型チタニア粉末を20
g、比表面積0.5m2/g、粒度分布のピークが34
μmにあるスピネル粉末を20g、水を28g及びアル
ミナゾルを3g使用し、ナイロン玉石を用いてポットミ
ルにより2時間攪拌し、混合して、ペーストを調製し
た。その後、このペースト中に、(1)において作製さ
れた保護層を有するセンサ素子を浸漬し、約20mgの
ペーストを保護層の表面に塗着させ、120℃で10分
乾燥して厚さ150〜250μmの被毒防止層を形成
し、センサ素子を作製した。次いで、保護管ソケットに
組み付ける等した後、500℃で30分加熱し、湿度セ
ンサを得た。
Example 1 As a raw material, an anatase type titania powder having a specific surface area of 10 m 2 / g and a particle size distribution peak at 0.2 μm was used.
g, specific surface area 0.5 m 2 / g, peak of particle size distribution is 34
20 g of spinel powder, 28 g of water, and 3 g of alumina sol having a diameter of μm were stirred by a pot mill using nylon balls for 2 hours and mixed to prepare a paste. Thereafter, the sensor element having the protective layer prepared in (1) is immersed in this paste, about 20 mg of the paste is applied to the surface of the protective layer, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to obtain a thickness of 150 to 150 μm. A 250 μm anti-poisoning layer was formed to produce a sensor element. Next, after assembling to a protective tube socket, heating was performed at 500 ° C. for 30 minutes to obtain a humidity sensor.

【0035】このようにして形成された被毒防止層の表
面は平滑であり、亀裂等もまったく観察されなかった。
そして、粗粒粉末の表面を十分に微粒粉末が覆っている
状態で被毒防止層が形成されており、更に被毒防止層の
内部には粗粒粉末程度の大きさの空孔が分散して存在し
ているのが観察された。また、(2)、と同様にして
評価した結果、耐被毒性も非常に優れていることが確認
された。
The surface of the anti-poisoning layer thus formed was smooth and no cracks were observed.
The anti-poisoning layer is formed in a state where the fine-grained powder sufficiently covers the surface of the coarse-grained powder, and pores of the same size as the coarse-grained powder are dispersed inside the poisoning-preventing layer. Was observed to be present. Further, as a result of evaluation in the same manner as in (2), it was confirmed that the poisoning resistance was also extremely excellent.

【0036】更に、この被毒防止層を有するセンサ素子
が組み込まれた湿度センサ(実施品)、及び微粒粉末を
含まない酸化物粉末(表2の実験例17)を用いて被毒
防止層を形成したセンサ素子が組み込まれた湿度センサ
(比較品)を、所定量のケイ素を添加した燃料から生成
する排気ガスに12時間晒した後、分流法にて感湿特性
を評価した。その結果、図2に示すように、比較品では
経時とともに感湿特性が相当に劣化するのに対し、実施
品では感湿特性の劣化が少ないことが分かった。また、
被毒防止層のX線粉末回折パターンによればアナターゼ
型チタニア、スピネル及びアルミナの結晶相が認められ
た。
Further, a humidity sensor (embodiment) incorporating the sensor element having the poisoning prevention layer and an oxide powder containing no fine powder (Experimental Example 17 in Table 2) were used to form the poisoning prevention layer. The humidity sensor (comparative product) in which the formed sensor element was incorporated was exposed to an exhaust gas generated from a fuel to which a predetermined amount of silicon was added for 12 hours, and then the moisture sensitivity was evaluated by a split flow method. As a result, as shown in FIG. 2, it was found that the moisture sensitivity was considerably deteriorated with time in the comparative product, whereas the moisture sensitivity was less deteriorated in the actual product. Also,
According to the X-ray powder diffraction pattern of the anti-poisoning layer, crystal phases of anatase-type titania, spinel and alumina were recognized.

【0037】実施例2 原料として、比表面積500m2/g、粒度分布のピー
クが0.007μmにあるアナターゼ型チタニア粉末を
22.5g、比表面積0.7m2/g、粒度分布のピー
クが7μmにあるルチル型チタニア粉末を22.5g、
メタノールを35ml及びアルミナゾルを2.8g使用
した他は、実施例1と同様にしてペーストを調製した
後、このペースト中に、(1)において作製された保護
層を有するセンサ素子を浸漬し、約20mgのペースト
を保護層の表面に塗着させ、120℃で10分乾燥して
厚さ150〜250μmの被毒防止層を形成し、センサ
素子を作製した。次いで、保護管ソケットに組み付ける
等した後、500℃で30分加熱し、湿度センサを得
た。
Example 2 As raw materials, 22.5 g of anatase type titania powder having a specific surface area of 500 m 2 / g and a particle size distribution peak of 0.007 μm, a specific surface area of 0.7 m 2 / g and a particle size distribution peak of 7 μm 22.5 g of rutile type titania powder in
After preparing a paste in the same manner as in Example 1 except that 35 ml of methanol and 2.8 g of alumina sol were used, the sensor element having the protective layer prepared in (1) was immersed in this paste, 20 mg of paste was applied on the surface of the protective layer, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to form a poisoning prevention layer having a thickness of 150 to 250 μm, thereby producing a sensor element. Next, after assembling to a protective tube socket, heating was performed at 500 ° C. for 30 minutes to obtain a humidity sensor.

【0038】このようにして形成された被毒防止層の表
面は平滑であり、亀裂等もまったく観察されなかった。
そして、粗粒粉末の表面を十分に微粒粉末が覆っている
状態で被毒防止層が形成されており、更に被毒防止層の
内部には粗粒粉末程度の大きさの空孔が分散して存在し
ているのが観察された。また、(2)、と同様にして
評価した結果、一部に熱収縮による亀裂の発生がみられ
るものの、実用に供し得る耐久性を有していることが確
認された。
The surface of the anti-poisoning layer thus formed was smooth and no cracks or the like were observed.
The anti-poisoning layer is formed in a state where the fine-grained powder sufficiently covers the surface of the coarse-grained powder, and pores of the same size as the coarse-grained powder are dispersed inside the poisoning-preventing layer. Was observed to be present. In addition, as a result of evaluation in the same manner as in (2), it was confirmed that although some cracks were generated due to thermal shrinkage, they had durability that could be put to practical use.

【0039】更に、この被毒防止層を有するセンサ素子
が組み込まれた湿度センサ(実施品)、及び微粒粉末を
含まないチタニア粉末(表1の実験例2)を用いて被毒
防止層を形成したセンサ素子が組み込まれた湿度センサ
(比較品)を、所定量のケイ素を添加した燃料から生成
する排気ガスに12時間晒した後、分流法にて感湿特性
を評価した。その結果、図2に示すように、比較品では
排気ガスに晒される時間が長くなると抵抗が高くなり、
感湿特性が相当に劣化するのに対し、実施品では抵抗の
変化が小さく感湿特性の劣化が少ないことが分かった。
また、被毒防止層のX線粉末回折パターンによればアナ
ターゼ型チタニア、ルチル型チタニア及びアルミナの結
晶相が認められた。
Further, a poisoning prevention layer is formed using a humidity sensor (embodiment) incorporating the sensor element having the poisoning prevention layer and a titania powder containing no fine powder (Experimental example 2 in Table 1). The humidity sensor (comparative product) incorporating the sensor element thus obtained was exposed to an exhaust gas generated from a fuel to which a predetermined amount of silicon was added for 12 hours, and then the humidity sensitivity was evaluated by a split flow method. As a result, as shown in FIG. 2, the resistance of the comparative product increases as the time of exposure to the exhaust gas increases,
It was found that while the moisture-sensitive properties were considerably deteriorated, the resistance of the actual product was small and the moisture-sensitive properties were little deteriorated.
Further, according to the X-ray powder diffraction pattern of the poisoning prevention layer, crystal phases of anatase titania, rutile titania and alumina were recognized.

【0040】図3は、実施例1及び2の湿度センサSの
外観を示す正面図である。また、図4は、絶縁基板上
に、下部電極、感湿層、上部電極、保護層及び被毒防止
層が積層され、形成されている様子を示す断面図であ
る。この図4のように、湿度センサSは、絶縁基板1、
並びにその表面に順次形成された下部電極2、感湿層
3、上部電極4、保護層5及び被毒防止層6により構成
されている。また、被毒防止層は、絶縁基板、下部電
極、感湿層、上部電極、保護層のすべてを覆っている。
FIG. 3 is a front view showing the appearance of the humidity sensors S of the first and second embodiments. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a lower electrode, a moisture-sensitive layer, an upper electrode, a protective layer, and a poisoning prevention layer are laminated and formed on an insulating substrate. As shown in FIG. 4, the humidity sensor S includes an insulating substrate 1,
The lower electrode 2, the moisture-sensitive layer 3, the upper electrode 4, the protective layer 5 and the poisoning prevention layer 6 are sequentially formed on the surface. The poisoning prevention layer covers all of the insulating substrate, the lower electrode, the moisture-sensitive layer, the upper electrode, and the protective layer.

【0041】尚、本発明においては、上記の具体的な実
施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明
の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即
ち、チタニア等のセラミック粉末の比表面積、被毒防止
層の厚さ及び通気性(気孔率)等は適宜調整することが
できる。また、被毒防止層の表面に、更に保護層と同様
の組成の保護層を形成することもできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but can be variously modified within the scope of the present invention in accordance with the purpose and application. That is, the specific surface area of the ceramic powder such as titania, the thickness of the poisoning prevention layer, the air permeability (porosity), and the like can be appropriately adjusted. Further, a protective layer having the same composition as the protective layer can be further formed on the surface of the poisoning prevention layer.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、特定の粒子径を有する
微細なセラミック粉末と比較的粒子径が大きく粒度分布
の狭いセラミック粉末とを含有する被毒防止層とするこ
とにより、排気ガスに含まれる鉛等の被毒物質と接触し
た場合であっても、被毒が効率的に防止され、且つこの
被毒防止層が保護層から剥離し難く、感湿特性の劣化の
少ない優れた性能の湿度センサを得ることができる。ま
た、比表面積の異なるセラミック粉末を含む被毒防止層
形成用ペーストを用いることにより、請求項1乃至13
に記載の湿度センサを容易に製造することができる。
According to the present invention, an exhaust poisoning prevention layer containing a fine ceramic powder having a specific particle size and a ceramic powder having a relatively large particle size and a narrow particle size distribution can reduce exhaust gas. Even if it comes in contact with a poisoning substance such as lead contained, poisoning is efficiently prevented, and this poisoning prevention layer is hardly peeled off from the protective layer, and excellent performance with less deterioration of moisture sensitivity is achieved. Humidity sensor can be obtained. Further, by using a paste for forming a poisoning prevention layer containing ceramic powders having different specific surface areas, claims 1 to 13 are provided.
Can easily be manufactured.

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

【図1】(a)は実験例20のセンサ素子に形成された
被毒防止層を倍率200倍の走査型電子顕微鏡写真によ
り示す説明図である。(b)は(a)の中心部を拡大
し、倍率2000倍の走査型電子顕微鏡写真により示す
説明図である。
FIG. 1A is an explanatory view showing a poisoning prevention layer formed on a sensor element of Experimental Example 20 by a scanning electron microscope photograph at a magnification of 200 ×. (B) is an explanatory view in which the central part of (a) is enlarged and shown by a scanning electron microscope photograph at a magnification of 2000 times.

【図2】実施例2の湿度センサの耐久性が優れているこ
とを示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing that the humidity sensor of Example 2 has excellent durability.

【図3】センサ素子の被毒防止層を形成した後の外観を
示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing the appearance of the sensor element after a poisoning prevention layer is formed.

【図4】図3のA−A’における断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図5】分流法により湿度センサの感湿特性を評価する
ために用いた装置の概略を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of an apparatus used for evaluating the humidity sensitivity of a humidity sensor by a split flow method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S;湿度センサ、1;絶縁基板、2;下部電極、3;感
湿層、4;上部電極、21、41;出力取り出しリード
線、5;保護層、6;被毒防止層、10;空気ボンベ、
201;マスフロー(ウェット)、202;マスフロー
(ドライ)、30;恒温水槽、40a;第1飽和槽、4
0b;第2飽和槽、50;評価槽、60;温湿度検定
器。
S; humidity sensor, 1; insulating substrate, 2; lower electrode, 3; moisture-sensitive layer, 4; upper electrode, 21, 41; output lead wire, 5; protective layer, 6; Cylinders,
201; mass flow (wet), 202; mass flow (dry), 30; constant temperature water bath, 40a; first saturation bath, 4
0b: second saturation tank, 50; evaluation tank, 60; temperature / humidity tester.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 隆治 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 石田 昇 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 大島 崇文 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) 2G046 AA09 BA01 BB02 BF01 EA02 EA08 EA09 EA12 FB02 FB03 FE03 FE20 FE38 FE39 FE44 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ryuji Inoue 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Inside Japan Specialty Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Takafumi Oshima 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya F-term (reference) 2G046 AA09 BA01 BB02 BF01 EA02 EA08 EA09 EA12 FB02 FB03 FE03 FE20 FE38 FE39 FE44

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 感湿層、該感湿層に接して形成された一
対の電極、保護層、及び該保護層の表面に形成された被
毒防止層を有するセンサ素子を備える湿度センサにおい
て、 該被毒防止層は粒径の大きなセラミック粉末(以下、粗
粒粉末ともいう。)の周囲を粒径の小さいセラミック粉
末(以下、微粒粉末ともいう。)が覆ってなる複合粉末
からなり、該複合粉末同士の間隙に微粒粉末が充填され
ていない空孔が分散して存在していることを特徴とする
湿度センサ。
1. A humidity sensor comprising: a humidity sensitive layer, a pair of electrodes formed in contact with the moisture sensitive layer, a protective layer, and a sensor element having a poisoning prevention layer formed on a surface of the protective layer. The poisoning prevention layer is composed of a composite powder in which a ceramic powder having a large particle diameter (hereinafter, also referred to as coarse powder) is covered with a ceramic powder having a small particle diameter (hereinafter, also referred to as fine powder). A humidity sensor characterized in that voids not filled with fine powder are dispersed in gaps between composite powders.
【請求項2】 上記被毒防止層を構成するセラミック粉
末の一次粒子の粒度分布が少なくとも二つのピークを有
し、最も粒径が小さい側のピークは10μm以下にあ
り、最も粒径が大きい側のピークは0.1μm以上にあ
る請求項1記載の湿度センサ。
2. The particle size distribution of the primary particles of the ceramic powder constituting the poisoning prevention layer has at least two peaks, the peak with the smallest particle size is 10 μm or less, and the peak with the largest particle size is 2. The humidity sensor according to claim 1, wherein a peak of the humidity is 0.1 μm or more.
【請求項3】 上記保護層はスクリーン印刷又は溶射に
よって形成されている請求項1又は2に記載の湿度セン
サ。
3. The humidity sensor according to claim 1, wherein the protective layer is formed by screen printing or thermal spraying.
【請求項4】 上記セラミック粉末の少なくとも一部が
酸化物粉末である請求項1乃至3のいずれか1項に記載
の湿度センサ。
4. The humidity sensor according to claim 1, wherein at least a part of the ceramic powder is an oxide powder.
【請求項5】 上記セラミック粉末が、組成の異なる2
種類以上のセラミック粉末を含む請求項1乃至4のいず
れか1項に記載の湿度センサ。
5. The ceramic powder according to claim 2, wherein the ceramic powders have different compositions.
The humidity sensor according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least one type of ceramic powder.
【請求項6】 感湿層、該感湿層に接して形成された一
対の電極、保護層、及び該保護層の表面に形成された被
毒防止層を有するセンサ素子を備える湿度センサにおい
て、 該被毒防止層は、チタニア粉末とチタニア以外のセラミ
ック粉末とからなり、該チタニア粉末の一次粒子の粒度
分布が1μm以下にピークを有し、該チタニア以外のセ
ラミック粉末の一次粒子の粒度分布が10μm以上にピ
ークを有することを特徴とする湿度センサ。
6. A humidity sensor comprising: a humidity sensitive layer, a pair of electrodes formed in contact with the moisture sensitive layer, a protective layer, and a sensor element having a poisoning prevention layer formed on the surface of the protective layer. The poisoning prevention layer is composed of titania powder and ceramic powder other than titania, the particle size distribution of the primary particles of the titania powder has a peak at 1 μm or less, and the particle size distribution of the primary particles of the ceramic powder other than the titania is A humidity sensor having a peak at 10 μm or more.
【請求項7】 上記チタニア粉末が、アナターゼ型チタ
ニア粉末又はルチル型チタニア粉末である請求項6記載
の湿度センサ。
7. The humidity sensor according to claim 6, wherein the titania powder is an anatase-type titania powder or a rutile-type titania powder.
【請求項8】 上記チタニア以外のセラミック粉末がア
ルミニウム原子を含む複合酸化物の粉末である請求項6
又は7に記載の湿度センサ。
8. The ceramic powder other than titania is a powder of a composite oxide containing aluminum atoms.
Or the humidity sensor according to 7.
【請求項9】 上記チタニア粉末の一次粒子の粒度分布
が0.003〜0.5μmにピークを有し、上記チタニ
ア以外のセラミック粉末の一次粒子の粒度分布が15〜
50μmにピークを有する請求項6乃至8のいずれか1
項に記載の湿度センサ。
9. The particle size distribution of primary particles of the titania powder has a peak at 0.003 to 0.5 μm, and the particle size distribution of primary particles of the ceramic powder other than titania is 15 to
9. The method according to claim 6, which has a peak at 50 μm.
The humidity sensor according to the item.
【請求項10】 感湿層、該感湿層に接して形成された
一対の電極、保護層、及び該保護層の表面に形成された
被毒防止層を有するセンサ素子を備える湿度センサにお
いて、 該被毒防止層は、同組成であって結晶相の異なる2種類
以上のセラミック粉末からなり、一方の結晶相のセラミ
ック粒子が粒径の大きい粗粒粉末であり、他方の結晶相
のセラミック粒子が粒径の小さい微粒粉末であることを
特徴とする湿度センサ。
10. A humidity sensor comprising: a humidity sensitive layer, a pair of electrodes formed in contact with the moisture sensitive layer, a protective layer, and a sensor element having a poisoning prevention layer formed on the surface of the protective layer. The poisoning prevention layer is composed of two or more types of ceramic powders having the same composition and different crystal phases, wherein one of the ceramic particles is a coarse powder having a large particle size, and the other is a ceramic particle of the other crystal phase. Is a fine powder having a small particle diameter.
【請求項11】 上記セラミック粉末が、アナターゼ型
チタニア粉末とルチル型チタニア粉末である請求項10
記載の湿度センサ。
11. The ceramic powder according to claim 10, wherein said powder is anatase titania powder and rutile titania powder.
The humidity sensor as described.
【請求項12】 上記アナターゼ型チタニア粉末の一次
粒子の粒度分布が0.5μm以下にピークを有し、上記
ルチル型チタニア粉末の一次粒子の粒度分布が1μm以
上にピークを有する請求項11記載の湿度センサ。
12. The method according to claim 11, wherein the particle size distribution of primary particles of the anatase-type titania powder has a peak at 0.5 μm or less, and the particle size distribution of primary particles of the rutile-type titania powder has a peak at 1 μm or more. Humidity sensor.
【請求項13】 上記アナターゼ型チタニア粉末の一次
粒子の粒度分布が0.003〜0.5μmにピークを有
し、上記ルチル型チタニア粉末の一次粒子の粒度分布が
3〜8μmにピークを有する請求項11又は12に記載
の湿度センサ。
13. The particle size distribution of primary particles of said anatase type titania powder has a peak at 0.003 to 0.5 μm, and the particle size distribution of primary particles of said rutile type titania powder has a peak at 3 to 8 μm. Item 13. The humidity sensor according to item 11 or 12.
【請求項14】 感湿層、該感湿層に接して形成された
一対の電極、保護層、及び該保護層の表面に形成された
被毒防止層を有するセンサ素子の製造方法において、 (1)一次粒子の粒度分布のピークが10μm以下であ
る1種類以上の第1セラミック粉末、(2)一次粒子の
粒度分布のピークが、0.1μm以上であり且つ該第1
セラミック粉末の一次粒子の粒度分布のピークよりも粒
径の大きい側にあり、粒径の小さい側の10%の粒子の
最大粒径(以下、10%粒径という。)と粒径の小さい
側の90%の粒子の最大粒径(以下、90%粒径とい
う。)の差が粒度分布のピーク値の粒径の2倍以下であ
る粒度分布を有する1種類以上の第2セラミック粉末、
(3)有機バインダ、及び(4)溶剤又は水、を混練し
て被毒防止層形成用ペーストを調製し、該被毒防止層形
成用ペーストを上記保護層の表面に塗布して塗膜とし、
その後、該塗膜を加熱し、乾燥させ、上記被毒防止層を
形成することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
14. A method for manufacturing a sensor element having a moisture-sensitive layer, a pair of electrodes formed in contact with the moisture-sensitive layer, a protective layer, and a poisoning prevention layer formed on the surface of the protective layer. 1) one or more first ceramic powders having a particle size distribution peak of primary particles of 10 μm or less; (2) a first particle size distribution peak of primary particles of 0.1 μm or more and the first
The maximum particle size (hereinafter, referred to as 10% particle size) of 10% of the particles having the larger particle size than the peak of the particle size distribution of the primary particles of the ceramic powder, and the smaller particle size side. One or more second ceramic powders having a particle size distribution in which the difference in the maximum particle size (hereinafter referred to as 90% particle size) of 90% of the particles is not more than twice the particle size of the peak value of the particle size distribution;
(3) An organic binder and (4) a solvent or water are kneaded to prepare a paste for forming a poisoning prevention layer, and the paste for forming a poisoning prevention layer is applied to the surface of the protective layer to form a coating film. ,
Thereafter, the coating film is heated and dried to form the anti-poisoning layer.
【請求項15】 上記第1セラミック粉末及び上記第2
セラミック粉末の少なくとも一部が酸化物粉末である請
求項14記載のセンサ素子の製造方法。
15. The first ceramic powder and the second ceramic powder.
The method according to claim 14, wherein at least a part of the ceramic powder is an oxide powder.
【請求項16】 上記第1セラミック粉末が比表面積2
〜500m2/gのチタニア粉末であり、上記第2セラ
ミック粉末が比表面積0.1〜100m2/gのアルミ
ニウム原子を含む複合酸化物の粉末である請求項14又
は15に記載のセンサ素子の製造方法。
16. The first ceramic powder has a specific surface area of 2
A titania powder to 500m 2 / g, the sensor element according to claim 14 or 15 is a powder of a composite oxide containing aluminum atoms of the second ceramic powder is a specific surface area of 0.1 to 100 m 2 / g Production method.
【請求項17】 上記第1セラミック粉末が比表面積2
〜500m2/gのアナターゼ型チタニア粉末であり、
上記第2セラミック粉末が比表面積0.1〜10m2
gのルチル型チタニア粉末である請求項14又は15に
記載のセンサ素子の製造方法。
17. The method according to claim 17, wherein the first ceramic powder has a specific surface area of 2
~ 500 m 2 / g anatase titania powder,
The second ceramic powder has a specific surface area of 0.1 to 10 m 2 /
The method for producing a sensor element according to claim 14, wherein the rutile type titania powder is g.
【請求項18】 上記被毒防止層形成用ペーストを10
0質量部とした場合に、該第1セラミック粉末及び該第
2セラミック粉末が、それぞれ15〜50質量部含まれ
る請求項14乃至17のいずれか1項に記載のセンサ素
子の製造方法。
18. The paste for forming a poisoning prevention layer is
The method according to any one of claims 14 to 17, wherein the first ceramic powder and the second ceramic powder each include 15 to 50 parts by mass when the amount is 0 parts by mass.
【請求項19】 上記第1セラミック粉末と上記第2セ
ラミック粉末との質量比が、1:2〜2:1である請求
項14乃至18のいずれか1項に記載のセンサ素子の製
造方法。
19. The method according to claim 14, wherein the mass ratio of the first ceramic powder to the second ceramic powder is 1: 2 to 2: 1.
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