JP2002357589A

JP2002357589A - ガスセンサ素子及びガスセンサ

Info

Publication number: JP2002357589A
Application number: JP2002097563A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Mabuchi; 智裕馬渕; Yoshiaki Kuroki; 義昭黒木; Shinya Awano; 真也粟野; Hiroyuki Hayashi; 裕之林; Kunio Yanagi; 邦夫柳
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の全領域空燃比センサによると、新規
な構造であり、より自由に構造を設計できる全領域空燃
比センサ素子及びこのような全領域空燃比センサ素子を
備える全領域空燃比センサを提供する。【解決手段】アルミナを８０質量％、ジルコニアを２
０質量％含有する絶縁性基部１１上に、電極１４１１と
電極１４３と固体電解質体１５とを備える酸素ポンプセ
ル、及び、電極１４１２と電極１４２と固体電解質体１
５とを備える酸素濃淡電池セルを並列に形成する。これ
らセルの固体電解質体１５はジルコニアを６０質量％、
アルミナ４０質量％とすることで絶縁性基部１１との熱
膨張差が抑制され、高い耐久性を有することとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサ素子及び
ガスセンサに関する。更に詳しくは、新規な構造のガス
センサ素子及びこれを備えるガスセンサに関する。本発
明のガスセンサ素子及びガスセンサは、自動車等の内燃
機関の排気ガス中のガス成分を検出するためのガスセン
サ素子及びガスセンサとして好適であり、特に全領域の
空燃比を検出することができる全領域空燃比センサ素子
及び全領域空燃比センサとして好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガスセンサ素子として、幅広
い空燃比領域において空燃比測定が可能な全領域空燃比
センサ素子が知られている。この全領域空燃比センサ素
子は、センサ素子とヒータ素子とを備える。センサ素子
は、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルとが被測定ガス
検出室を挟んで、長さ方向に対して垂直な方向に積層さ
れた形状を呈している。また、ヒータ素子は、センサ素
子を加熱するためのものであり、急激且つ落差の大きな
冷熱間サイクルに晒されるためにアルミナを主成分とす
る耐熱性板体に発熱抵抗体が挟まれた構造を呈する。

【０００３】また、センサ素子の備える酸素ポンプセル
及び酸素濃度検出セルにはジルコニア系材料を用いる必
要があるため、センサ素子の大部分がこのジルコニア系
材料から構成されている。一方で、ヒータ素子は高い絶
縁性が要求されるためアルミナにより構成される。そし
て、これらセンサ素子及びヒータ素子は各々焼成後にセ
メントによって張り合わせるという手法が採用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように焼
成後に張り合わせる方法を用いると、センサ素子とヒー
タ素子（以下、これらを合わせたものを「素子体」とい
う）とを合わせた素子体全体は大きくなり、素子体を暖
めて測定を開始できるまでに要する暖気時間が長くな
る。このため、内燃機関の始動後早期に空燃比制御を開
始し、排気ガスの浄化率を更に高めようとする上で障害
となっている。また、素子体自体の構造も複雑であるこ
とはコスト面においても不利である。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、暖気時間を短くでき、且つより簡便に製造すること
ができるガスセンサ素子及びこのようなガスセンサ素子
を備えるガスセンサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のガスセンサ素子
は、絶縁性セラミックス内に発熱抵抗体が埋設された絶
縁性基部と、該絶縁性基部上に直接的又は他部材を介し
て間接的に接合された酸素ポンプセル及び酸素濃度検出
セルと、被測定ガスを拡散律速させて導入できる被測定
ガス拡散室とを備える一体に焼成されたガスセンサ素子
であって、該酸素ポンプセル及び該酸素濃度検知セルは
各々固体電解質体と一対の電極とを有し、該酸素ポンプ
セルの一方の電極と該酸素濃度検知セルの一方の電極と
は上記被測定ガス拡散室内に配置されていることを特徴
とする。

【０００７】また、上記絶縁性セラミックスはアルミナ
を７０質量％以上含有するものとすることができる。更
に、上記絶縁性セラミックスはジルコニアを１〜２０質
量％含有するものとすることができる。また、上記固体
電解質体は上記絶縁性セラミックスの主構成絶縁成分を
３０〜８０質量％含有するものとすることができる。本
発明のガスセンサは、本発明のガスセンサ素子を備える
ことを特徴とする。

【０００８】

【発明の効果】本発明のガスセンサ素子によると、新規
で簡易な構造とすることができ、更に必要な構成部分を
自由に設計でき、特にセンサ素子全体を薄く設計するこ
とが可能である。また、一体に発熱抵抗体を備える場合
にも熱膨張差に起因するクラック等の発生が無く高い耐
久性が得られる。また、絶縁性セラミックスはアルミナ
を７０質量％以上含有するものとすることにより、特に
十分に絶縁性及び耐熱性及び耐熱衝撃性等が発揮され
る。更に、絶縁性セラミックスがジルコニアを１〜２０
質量％含有することにより、ジルコニアを主成分とする
固体電解質体として用いるガスセンサ素子では、絶縁性
セラミックスからなる部分と固体電解質体との間の熱膨
張差を緩和でき、ガスセンサ素子にクラックや割れ等が
生じることを効果的に防止できる。また、上記固体電解
質体が絶縁性セラミックスの主構成絶縁成分を３０〜８
０質量％含有することにより、絶縁性セラミックスがジ
ルコニアを１〜２０質量％含有する場合と同様に、絶縁
性セラミックスからなる部分と固体電解質体との間の熱
膨張差を緩和でき、ガスセンサ素子にクラックや割れ等
が生じることを効果的に防止できる。更に、本発明のガ
スセンサは、本発明のガスセンサ素子を備えることによ
り、小型で且つ高い耐久性を有するものとすることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記「絶縁性セラミックス」は、
絶縁性基部の主要構成部材であり、酸素ポンプセル及び
酸素濃度検出セルが直接又は間接的に近傍に接合され
る。絶縁性セラミックスは酸素濃度検出セルに対して、
酸素ポンプセルから電流がリークし、酸素濃度の測定に
影響を与えないようにする役目を有する。

【００１０】この絶縁性セラミックスとしては、アルミ
ナ、ムライト及びスピネル等を主成分とするセラミック
スを挙げることができる。これらを主成分とする場合に
は十分な絶縁性及び耐熱性及び耐熱衝撃性等が発揮され
るように、絶縁性セラミックス全体に対してアルミナを
７０質量％以上含有することが好ましい。一方、その残
部は、絶縁性セラミックスに直接接して積層される部分
を構成する成分（例えば、ジルコニア）を１〜２０質量
％含有することができる。これにより、双方の熱膨張率
差を緩和できる。

【００１１】上記「絶縁性基部」は、主に絶縁性セラミ
ックスから構成され、内部に発熱抵抗体を備える。ま
た、後述する酸素ポンプセル及び酸素濃度検出セルを支
持する基体であり、両セル間を電気的に絶縁する役目を
有する。この絶縁性基部は、温度８００℃においてヒー
タと、酸素ポンプセル又は酸素濃度検知セルとの間の電
気抵抗値が１ＭΩ（好ましくは１０ＭΩ）以上となる程
度の絶縁性を有することが好ましい。この絶縁性基部
は、通常、未焼成の絶縁性セラミックスが層状に積層さ
れて形成された未焼成積層体が焼成されて得られ、各層
は異なる組成比の材料から形成されていてもよい。

【００１２】上記「発熱抵抗体」は、通電により発熱で
きるものであれば特に限定されない。例えば、貴金属、
タングステン、モリブデン及びレニウム等を含有する粉
末、バインダ及び可塑剤等から調合されたペーストをス
クリーン印刷法等により、薄く塗布した後、乾燥させて
得られる未焼成体を焼成して得ることができる。

【００１３】本発明のセンサ素子においては、絶縁性基
部内に発熱抵抗体を備え、更に、酸素ポンプセル及び酸
素濃度検出セルと一体に焼成されている。このため、各
セルを早期に活性温度まで加熱することができる。

【００１４】上記「酸素ポンプセル」（以下、単に「Ｉ
ｐセル」という）は、被測定ガス拡散室内への酸素の出
し入れと、これに必要とする電流量を出力するセルであ
る。一方、上記「酸素濃度検出セル」（以下、単に「Ｖ
ｓセル」という）は、被測定ガス拡散室内の酸素濃度を
電圧差として出力し、酸素濃度を検出するセルである。

【００１５】これらＩｐセル及びＶｓセルは、各々、固
体電解質体とこの固体電解質体の表面に形成された一対
の電極とを備える。これらの固体電解質体及び電極等は
結果的にＩｐセル及びＶｓセルとして機能していれば、
一体物であってもよい。即ち、ＩｐセルとＶｓセルの備
える固体電解質体が１つの兼用された固体電解質体であ
ってもよい。また、電極についても同様である。しか
し、酸素ポンプセル及び酸素濃度検出セルを構成する固
体電解質体は別体であり、更には、個別に絶縁性基部に
離間して接合されていることが好ましい。これにより、
各セル間の絶縁を確実なものとすることができ、酸素ポ
ンプセルからの電流がリークし酸素濃度検出セルの測定
に対する影響を危惧する必要はなくなる。

【００１６】このＩｐセル及びＶｓセルに用いられる固
体電解質体としては、ジルコニア系焼結体（イットリア
等の安定化剤を含有できる）、ＬａＧａＯ_３系焼結体、
更には、これらの焼結体にハフニウムを含有するもの等
が挙げられる。中でも、酸素導電性に特に優れたイット
リアを安定化剤として含有するジルコニア系焼結体を用
いることが好ましい。また、固体電解質体は、全体の３
０〜８０質量％（より好ましくは３０〜５０質量％）に
上記絶縁性セラミックスを構成する絶縁性成分を含有す
ることができる。

【００１７】固体電解質体が、ジルコニア系焼結体であ
る場合には、このジルコニア系焼結体全体の２０質量％
以上（より好ましくは５０〜８０質量％）のジルコニア
を含有することが好ましい。更に、固体電解質体がジル
コニア系焼結体であり、絶縁性セラミックスがアルミナ
を主成分とする場合は、固体電解質体は固体電解質体全
体の２０質量％以上（より好ましくは５０〜８０質量
％）のジルコニアを含有し、絶縁性セラミックスは絶縁
性セラミックス全体の３０質量％以下（より好ましくは
１０〜３０質量％）のジルコニアを含有することが好ま
しい。また、固体電解質体の残部には固体電解質体全体
の３０〜８０質量％（好ましくは３０〜５０質量％）の
アルミナが含有されることが好ましい。これにより本発
明のセンサ素子において一体に焼成される絶縁性基部と
Ｉｐセル及びＶｓセルとの接合性が向上し、絶縁性基部
と両セル間の熱膨張差は大幅に緩和される。

【００１８】但し、Ｉｐセルに含有される絶縁性セラミ
ックスを構成する絶縁性成分は、Ｖｓセルに含有される
その含有量と同じか又は少ない方が好ましい。Ｉｐセル
用固体電解質体には、Ｖｓセル用固体電解質体に比べて
より大きな電圧を流す場合があり、この場合に絶縁性セ
ラミックスの含有量が過度に多いと、過電圧が印加され
るので、Ｉｐセル用固体電解質体が分解し、ブラックニ
ングと称される現象を生じることがあるためである。

【００１９】また、Ｉｐセル及びＶｓセルに用いられる
電極は特に限定されないが、その電気抵抗率が１０^−２
Ω・ｃｍ以下（Ω・ｃｍとは試料の大きさにおいて１×
１×１ｃｍ^３あたりの抵抗値を示す）であることが好ま
しい。更に、耐熱性及び耐食性に優れ、また、固体電解
質体との密着性に優れることが好ましい。このような電
極を形成できる材料としては、白金族に含まれる金属等
を挙げることができ、更に、固体電解質体を構成する主
成分を２０質量％以下含有することが好ましい。これに
より固体電解質体に対する高い密着性を得ることができ
る。

【００２０】これらの両セルの電極は、上記の一対以外
にも備えることができる。例えば、固体電解質体の温度
に相関する抵抗値を測定するための電極対を備えること
で、別体又は一体に有するヒータにこの抵抗値によるデ
ータをフィードバックし、固体電解質層体の温度を正確
に制御することもできる。これにより、常に固体電解質
体の導電性を目的の状態に維持することができる。

【００２１】上記「被測定ガス拡散室」は、センサ素子
外に存在する被測定ガスを導入でき、その内部で被測定
ガスが拡散できる程度に粗密な部位であれば特に限定さ
れない。従って、例えば、緻密なセラミックスにより区
切られた内部が空洞の空間であっても、また、緻密なセ
ラミックスにより区切られた空間内が連通孔を有する多
孔性セラミックにより充填された部位であってもよい。
また、複数の部屋に連通経路を介して区切られていても
よく、一連の所定の形状を有する経路であってよい。

【００２２】更に、この被測定ガス拡散室に導入される
被測定ガスは、センサ素子外における流速に関係なく略
一定の速度で被測定ガス拡散室内に導入できる（このよ
うに導入することを以下、単に「律速」という）ことが
好ましい。このため、被測定ガスを導入する導入部は連
通孔を有する多孔性セラミックからなる拡散律速経路で
あることが好ましい。また、被測定ガス拡散室とは別に
必要あれば基準ガス室等を設けることができるが、この
基準ガス室が被測定ガス室に連設されていてもよい。

【００２３】本発明のセンサ素子としては、例えば、図
１〜７に示すような構造とすることができる。図１及び
図２に示すセンサ素子は、絶縁性基部１１上にＩｐセル
及びＶｓセルに共通な固体電解質体１５を有し、この固
体電解質体１５上に４つの電極を備える。これらの電極
のうちの１つは直接又は間接的（被毒防止等の目的の保
護層を設ける場合）に被測定雰囲気に晒される電極１４
１１であり、１つは拡散律速経路１２により被測定雰囲
気（被測定ガスを含む）が侵入でき、絶縁性セラミック
スにより形成された被測定ガス拡散室１３内に設けられ
た電極１４３である。電極１４１１はＩｐセルの正電極
であり、電極１４３はＩｐセルの負電極である。従っ
て、固体電解質体１５と電極１４１１及び電極１４３に
よりＩｐセルを構成している。

【００２４】また、４つの電極のうちの残る２つの電極
のうちの一方は測定室内にＩｐセルの負電極１４３と共
に配置された電極１４１２であり、他方は緻密なセラミ
ック部に囲まれて配置された電極１４２である。電極１
４１２はＶｓセルの負電極であり、電極１４２はＶｓセ
ルの正電極である。従って、固体電解質体１５と電極１
４１２及び電極１４２によりＶｓセルを構成している。
Ｖｓセルは電極１４１２から電極１４２に向かって酸素
をポンピングすることにより電極１４２と固体電解質体
との界面に一定圧の酸素を充填することによって基準酸
素を自己生成して酸素濃度を測定することができる。ま
た、絶縁性基部１１内には発熱抵抗体１４４が埋設され
ており、この発熱抵抗体１４４に電圧を印加することで
Ｉｐセル及びＶｓセルを加熱できる。

【００２５】図３に示すセンサ素子は、図１に示すＶｓ
セルは基準酸素を自己生成して酸素濃度を測定するのに
対して、大気から基準酸素を供給することで酸素濃度を
測定する（以下、単に「大気導入方式」という）。従っ
て、大気導入経路１７を備える。その他は、図１におけ
ると同様である。

【００２６】図４に示すセンサ素子は、図１に示す固体
電解質体１５がＩｐセルとＶｓセルとで共通であるのに
対して、絶縁性基部の一部により２つの絶縁された固体
電解質体となっている。また、図１においては兼用電極
が用いられていないのに対して、図４ではＩｐセル用負
電極とＶｓセル用負電極とが兼用電極となっている。こ
れら以外は図４に示すセンサ素子は図１におけるセンサ
素子と同様である。

【００２７】図５に示すセンサ素子は、絶縁性基部１１
と各固体電解質層１５との間に導電性補助電極１４７が
設けられていること以外は図４に示すセンサ素子と同様
である。この導電性補助電極１４７が設けられることに
よりＩｐセルにおける電極１４１１と電極１４３との間
の酸素の移動、また、Ｖｓセルにおける電極１４１２と
電極１４２との間の酸素の移動を促進することができ
る。

【００２８】図６に示すセンサ素子は、絶縁性基部上に
２つのセルを備える。図１〜図５における各セルは固体
電解質体に対して同一面側に一対の電極を備えるのに対
して、図６における各セルは固体電解質体１５を挟んで
一対の電極を備える。この他は図４におけるセンサ素子
と同様である。また、図７に示すセンサ素子は、Ｖｓセ
ルが大気導入方式であるために大気導入経路１７を備え
る以外は図６に示すセンサ素子と同様である。

【００２９】また、本発明のガスセンサ（以下、単に
「センサ」ともいう）は、上記本発明のガスセンサ素子
を備える。本発明のガスセンサ素子は、従来のセンサ素
子に比べて構造が簡易で、特により薄くすることができ
るためセンサ自体の小型化を図ることができる。また、
センサ素子は絶縁性基部中に発熱抵抗体を埋設すること
ができ、センサ素子全体を一体焼成物として得ることが
できるため熱伝導性に優れている。従って、このような
センサ素子を備えるセンサはエンジン始動直後の早期の
活性に優れた特性を有することとなる。即ち、小型で且
つ早期活性に優れた特性を有するセンサを得ることがで
きる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を図８〜２３を用いて更に詳し
く説明する。尚、以下では解かり易さのために各部の符
号を焼成前後で同じにした。また、素子１個を製造する
かのように説明するが、実際の工程では長さ６０ｍｍ、
幅４ｍｍの未焼成の素子が１０個切り出せる大きさの各
未焼成シートに１０個分の印刷パターンを形成し、積層
後に未焼成センサ素子を切り出している。また、各未焼
成シートには周縁部に位置合わせ用の孔を形成し、この
孔の各々に固定用ピンと挿通することで各々の未焼成シ
ートの位置合わせを行っている。

【００３１】［１］全領域空燃比センサ素子の製造〈１〉３種類の未焼成セラミックシートの作製（１）第１未焼成セラミックシートアルミナ粉末と、バインダであるブチラール樹脂及びジ
ブチルフタレートと、溶媒であるトルエン及びメチルエ
チルケトンとを混合し、スラリー状にした。その後、ド
クターブレード法により、厚さ０．４ｍｍのシートに成
形した。次いで、このシートの一端側の所定位置には３
つのスルーホール１１１１を設け図８に示す平面形状の
第１未焼成セラミックシート１１１（焼成後、絶縁性基
部の一部となる）を得た。

【００３２】（２）第２未焼成セラミックシート第１未焼成セラミックシートと同様にしてスラリーを
得、その後、ドクターブレード法により、厚さ０．２ｍ
ｍのシートに成形した。次いで、開口部１１２１を設け
て、図９に示す平面形状の第２未焼成セラミックシート
１１２（焼成後、絶縁性基部の一部を構成する）を得
た。尚、開口部１１２１は縦１．２ｍｍ、幅１．８ｍｍ
である。

【００３３】（３）第３未焼成セラミックシート第１未焼成セラミックシートと同様にしてスラリーを
得、その後、ドクターブレード法により第１未焼成セラ
ミックシートと同じ大きさのシートを得た。次いで、開
口部１１３１と２つのスルーホール１１３２を設けて、
図１０に示す平面形状の第３未焼成セラミックシート１
１３（焼成後、絶縁性基部の一部を構成する）を得た。
尚、開口部１１３１の大きさは第２未焼成セラミックシ
ート１１２の開口部１１２１と同じである。

【００３４】〈２〉未焼成積層体形成工程（１）拡散律速経路となる未焼成拡散律速経路の形成アルミナ粉末と、バインダであるブチラール樹脂及び可
塑剤であるジブチルフタレートと、溶媒であるトルエン
及びメチルエチルケトンとを混合したペーストに、更
に、所定量のブチルカルビトール及びアセトンとを加え
て、４時間混合してアセトンを蒸発させて得られたペー
ストに、平均粒径５μｍのカーボン粉末をアルミナとの
体積比で４５体積％混合した多孔質部用ペーストを調製
した。この多孔質部用ペーストを第１未焼成セラミック
シート上に図１１に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥
させて未焼成拡散律速経路１２（焼成後、拡散律速経路
となる）を形成した。

【００３５】（２）被測定ガス拡散室となる焼失部の形
成カーボン粉末と、バインダであるブチラール樹脂及び可
塑剤であるジブチルフタレートと、溶媒であるトルエン
及びメチルエチルケトンとを混合して焼失ペーストを調
製した。この焼失部用ペーストを第１未焼成セラミック
シート上に図１２に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥
させて焼失部１３（焼成により焼失し、被測定ガス拡散
室１３１、基準ガス室１３３及び基準ガス室に過充填さ
れた基準ガスの排出経路１３２となる）を形成した。

【００３６】（３）Ｉｐセル及びＶｓセル用未焼成電極
の形成ジルコニア粉末（共沈法により得られた安定化剤として
Ｙ_２Ｏ_３を５．４ｍｏｌ％含有し、平均粒径０．３〜
０．４μｍ）１５質量部と白金粉末１００質量部とを配
合した導電層用ペーストを調製した。得られた導電層用
ペーストを焼失部及び未焼成第１セラミックシート上に
図１３に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥させて未焼
成電極１４１及び１４２（焼成後、未焼成電極１４１は
Ｉｐセルの負電極とＶｓセルの負電極との兼用電極とな
り、未焼成電極１４２はＶｓセルの正電極となる）を形
成した。

【００３７】（４）未焼成固体電解質層下部の形成質量比においてジルコニア粉末（純度９９．９％以上）
７０質量％とアルミナ粉末（純度９９．９９％以上）３
０質量％とを配合した混合粉末と分散剤とをアセトン中
で混合してスラリーを得た。一方でバインダとブチルカ
ルビトール、ジブチルフタレートとアセトンとを混合し
たバインダ溶液を用意し、このバインダ溶液を先のスラ
リーに加え、混練しながらアセトンを蒸散させ、固体電
解質体用ペーストを得た。得られた固体電解質体用ペー
ストを未焼成電極と接触するように図１４に示す形状に
スクリーン印刷し、乾燥させて未焼成固体電解質体下部
１５１及び１５２（焼成後、未焼成固体電解質体下部１
５１はＩｐセルの固体電解質体下部となり、未焼成固体
電解質体下部１５２はＶｓセルの固体電解質体下部とな
る）を形成した。

【００３８】（５）未焼成第１絶縁層の形成アルミナ粉末と、バインダであるブチラール樹脂及び可
塑剤であるジブチルフタレートと、溶媒であるトルエン
及びメチルエチルケトンとを混合したペーストに、更
に、所定量のブチルカルビトール及びアセトンとを加え
て、４時間混合してアセトンを蒸発させ、絶縁層用ペー
ストを調製した。得られた絶縁層用ペーストを未焼成固
体電解質体下部を除く未焼成第１セラミックシート上に
図１５に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥させて開口
部１６１１、開口部１６１２及びスルーホール１６１３
を備える未焼成第１絶縁層１６１（焼成後、第１絶縁層
となる）を形成した。

【００３９】（６）未焼成固体電解質体上部の形成（４）で用いたと同様な固体電解質体用ペーストを未焼
成固体電解質体下部上に図１６に示す形状にスクリーン
印刷し、乾燥させて未焼成固体電解質層上部１５３及び
１５４を形成した（焼成後、未焼成固体電解質層上部１
５３はＩｐセルの固体電解質体上部となり、未焼成固体
電解質層上部１５４はＶｓセルの固体電解質体上部とな
る）。

【００４０】（７）未焼成第２絶縁層の形成（５）で用いたと同様な絶縁層用ペーストを未焼成固体
電解質体上部を除く未焼成第１絶縁層上に図１７に示す
位置にこの図に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥させ
てスルーホール１６２１を備える未焼成第２絶縁層１６
２（焼成後、第２絶縁層となる）を形成した。

【００４１】（８）Ｉｐセル用未焼成電極の形成（３）で用いたと同様な導電層用ペーストを未焼成固体
電解質体上部１５３に接するように未焼成第２絶縁層上
に図１８に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥させて未
焼成電極１４３（焼成後、Ｉｐセルの正電極となる）を
形成した。

【００４２】（９）未焼成第２セラミックシートの積層〈１〉の（２）で得られた未焼成第２セラミックシート
１１２を（８）で形成したＩｐセル用未焼成電極上に第
２ブタノールとブチルカルビトールとの混合液を用いて
積層し、圧着した。

【００４３】（１０）未焼成発熱抵抗体の形成白金粉末９４質量部とアルミナ粉末６質量部とを配合し
た混合粉末と、バインダであるブチラール樹脂と、溶媒
であるブチルカルビトールとを混合してスラリー状の未
焼成発熱抵抗体用ペーストを調製した。得られた未焼成
発熱抵抗体用ペーストを、積層された未焼成第２セラミ
ックシート上の図１９に示す位置に、この図に示す形状
で印刷し、乾燥させて未焼成発熱抵抗体１４４（焼成
後、発熱抵抗体となる）を形成した。

【００４４】（１１）未焼成第３セラミックシートの積
層〈１〉の（３）で得られた未焼成第３セラミックシート
１１３を（１０）で形成した未焼成発熱抵抗体１４４上
に第２ブタノールとブチルカルビトールとの混合液を用
いて積層し、圧着した。

【００４５】（１２）未焼成外側導体層の形成（３）で用いたと同様な導電層用ペーストを未焼成第３
セラミックシート上の図２０に示す形状にスクリーン印
刷し、乾燥させて未焼成発熱抵抗体用外側導電層１４５
（焼成後、発熱抵抗体用外側導電層となる）を形成し
た。次いで、これまでに形成された未焼成積層体の表裏
を反転させて、未焼成第１セラミックシート１１上の図
２１に示す形状にスクリーン印刷し、乾燥させて未焼成
電極用外側導電層１４６（焼成後、電極用外側導電層と
なる）を形成した。尚、図２２に図８〜図２１に示す各
層の積層位置を示した。

【００４６】〈３〉脱脂及び焼成〈２〉までに得られた未焼成積層体を、大気雰囲気にお
いて、室温から４２０℃まで昇温速度１０℃／時間で昇
温させ、４２０℃で２時間保持し、脱脂処理を行った。
その後、大気雰囲気において、１１００℃まで昇温速度
１００℃／時間で昇温させ、更に、１５２０℃まで昇温
速度６０℃／時間で昇温させ、１５２０℃で１時間保持
し焼成し全領域空燃比センサ素子１を得た。

【００４７】〈４〉全領域空燃比センサの製造〈３〉までに得られた全領域空燃比センサ素子１を用い
て図２３（紙面上をセンサ素子上方、紙面下をセンサ素
子下方とする）に示す全領域空燃比センサ２を製造し
た。この全領域空燃比センサ２において、センサ素子１
は主体金具２１１内に収められたセラミックホルダ２
２、タルク粉末２３及びセラミックスリーブ２４（セン
サ素子１とセラミックスリーブ２４との間にはリードフ
レーム２５を介し、センサ素子１の上端はセラミックス
リーブ２４内位置する）に支持されて固定されている。
この主体金具２１１の下部には、センサ素子１の下部を
覆う複数の孔を有する２重構造の金属製のプロテクタ２
１２が取設され、主体金具２１１の上部には外筒２１３
が取設されている。また、外筒２１３の上部には、セン
サ素子１を外部回路と接続するためのリード線２６を分
岐挿通する貫通孔が設けられたセラミックセパレータ２
７及びグロメット２８を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図２】図１に示す本発明のガスセンサ素子のＡ−Ａに
おける模式的な断面図である。

【図３】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図４】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図５】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図６】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図７】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な断面
図である。

【図８】実施例で使用する第１未焼成セラミックシート
の平面図である。

【図９】実施例で使用する第２未焼成セラミックシート
の平面図である。

【図１０】実施例で使用する第３未焼成セラミックシー
トの平面図である。

【図１１】実施例で形成した未焼成拡散律速経路の平面
図である。

【図１２】実施例で形成した焼失部の平面図である。

【図１３】実施例で形成した未焼成電極の平面図であ
る。

【図１４】実施例で形成した未焼成固体電解質体下部の
平面図である。

【図１５】実施例で形成した未焼成第１絶縁層の平面図
である。

【図１６】実施例で形成した未焼成固体電解質体上部の
平面図である。

【図１７】実施例で形成した未焼成第２絶縁層の平面図
である。

【図１８】実施例で形成した未焼成電極の平面図であ
る。

【図１９】実施例で形成した未焼成発熱抵抗体の平面図
である。

【図２０】実施例で形成した発熱抵抗体用未焼成外部導
体層の平面図である。

【図２１】実施例で形成した電極用未焼成外部導体層の
平面図である。

【図２２】図８〜図２１の各層の積層位置を表す説明図
である。

【図２３】本発明のガスセンサの一例である全領域空燃
比センサの断面図である。

【符号の説明】

１１１；未焼成第１セラミックシート（絶縁性基部）、
１１１１；スルーホール、１１２；未焼成第２セラミッ
クシート（絶縁性基部）、１１２１；開口部、１１３；
未焼成第３セラミックシート（絶縁性基部）、１１３
１；開口部、１１３２；スルーホール、１２；未焼成拡
散律速経路（拡散律速経路）、１３１；焼失部（被測定
ガス拡散室）、１３２；焼失部（基準ガス排出経路）、
１３３；焼失部（基準ガス室）、１４１；未焼成電極
（Ｉｐセル用負電極及びＶｓセル用負電極兼用電極）、
１４１１；Ｉｐセル用負電極、１４１２；Ｖｓセル用負
電極、１４２；未焼成電極（Ｖｓセル用正電極）、１４
３；未焼成電極（Ｉｐセル用正電極）、１４４；未焼成
発熱抵抗体（発熱抵抗体）、１４５；発熱抵抗体用未焼
成外部導体層（発熱抵抗体用外部導体層）、１４６；電
極用未焼成外部導体層（電極用外部導体層）、１４７；
導通補助電極、１５；固体電解質体、１５１；未焼成固
体電解質体下部（Ｉｐセル用固体電解質体下部）、１５
２；未焼成固体電解質体下部（Ｖｓセル用固体電解質体
下部）、１５３；未焼成固体電解質体上部（Ｉｐセル用
固体電解質体上部）、１５４；未焼成固体電解質体上部
（Ｖｓセル用固体電解質体上部）、１６１；未焼成第１
絶縁層（第１絶縁層）、１６１１、１６１２；開口部、
１６１３；スルーホール、１６２；未焼成第２絶縁層
（第２絶縁層）、１６２１；スルーホール、１７；基準
ガス導入経路、２；全領域空燃比センサ、１；全領域空
燃比センサ素子、２１１；主体金具、２１２；プロテク
タ、２１３；外筒、２２；セラミックホルダ、２３；タ
ルク粉末、２４；セラミックスリーブ、２５；リードフ
レーム、２６；リード線、２７；セラミックセパレー
タ、２８；グロメット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粟野真也名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者林裕之名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者柳邦夫名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミックス内に発熱抵抗体が埋
設された絶縁性基部と、該絶縁性基部上に直接的又は他
部材を介して間接的に接合された酸素ポンプセル及び酸
素濃度検出セルと、被測定ガスを拡散律速させて導入で
きる被測定ガス拡散室とを備える一体に焼成されたガス
センサ素子であって、該酸素ポンプセル及び該酸素濃度検知セルは各々固体電
解質体と一対の電極とを有し、該酸素ポンプセルの一方
の電極と該酸素濃度検知セルの一方の電極とは上記被測
定ガス拡散室内に配置されていることを特徴とするガス
センサ素子。
【請求項２】上記絶縁性セラミックスはアルミナを７
０質量％以上含有する請求項１記載のガスセンサ素子。
【請求項３】上記絶縁性セラミックスはジルコニアを
１〜２０質量％含有する請求項１又は２に記載のガスセ
ンサ素子。
【請求項４】上記固体電解質体は上記絶縁性セラミッ
クスの主構成絶縁成分を３０〜８０質量％含有する請求
項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のガスセンサ素
子。
【請求項５】請求項１乃至４のうちのいずれか１項に
記載のガスセンサ素子を備えることを特徴とするガスセ
ンサ。