JP2002365258A - Gas sensor element, its manufacturing method and gas sensor - Google Patents

Gas sensor element, its manufacturing method and gas sensor

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JP2002365258A
JP2002365258A JP2001173025A JP2001173025A JP2002365258A JP 2002365258 A JP2002365258 A JP 2002365258A JP 2001173025 A JP2001173025 A JP 2001173025A JP 2001173025 A JP2001173025 A JP 2001173025A JP 2002365258 A JP2002365258 A JP 2002365258A
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JP
Japan
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gas sensor
sensor element
layer
porous body
end side
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Withdrawn
Application number
JP2001173025A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Jo
伸明 城
Yoshiaki Kuroki
義昭 黒木
Shinya Awano
真也 粟野
Yusaku Hatanaka
祐作 畑中
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor element having high mechanical/thermal strength and superior durability, a method for manufacturing the gas sensor element, and a gas sensor with the gas sensor element. SOLUTION: The gas sensor element 1 formed thick at one end side to the other end side has a shift part X which is formed to have the thickness gradually reduced from the one end side to the other end side. At least a surface layer of the shift part X is formed of a porous body 12. Moreover, the porous body is formed of a porous body not baked yet which includes an aggregate powder to be an aggregate when baked and a burned powder as a carbon powder with predetermined grain characteristics which forms voids when baked, whereby the gas sensor element is made particularly superior in the durability.

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】本発明はセンサ素子及びその
製造方法並びにガスセンサに関する。更に詳しくは、高
い機械的・熱的強度を有し、耐久性に優れたガスセンサ
素子及びこのようなガスセンサ素子の製造方法並びにこ
のようなガスセンサ素子を備えるガスセンサに関する。
The present invention relates to a sensor element, a method for manufacturing the same, and a gas sensor. More specifically, the present invention relates to a gas sensor element having high mechanical / thermal strength and excellent durability, a method for manufacturing such a gas sensor element, and a gas sensor including such a gas sensor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスの検知及び濃度測定を行うためのガ
スセンサ素子として、平板状の基体の一方の側の表面に
検知部を備えるガスセンサ素子が知られている。このよ
うなガスセンサ素子では検知部を備える側の基体の厚さ
をある程度以上厚くすることが困難である事情を有する
ことが多い。更に、このようなガスセンサ素子では、保
護の目的等で検知部は多孔質性の材料(保護層)で覆わ
れていることが多く、ガスセンサ素子内において検知部
を備える側(一端側)と他端側では厚さが異ることとな
る。
2. Description of the Related Art As a gas sensor element for performing gas detection and concentration measurement, a gas sensor element having a detection portion on one surface of a flat substrate is known. In such a gas sensor element, it is often difficult to increase the thickness of the base on the side provided with the detecting portion to a certain degree or more. Further, in such a gas sensor element, the detecting portion is often covered with a porous material (protective layer) for protection purposes and the like. The thickness differs on the end side.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このようなガスセンサ
素子では、検知部及び保護層と基体との接触端縁付近の
角部は、振動に晒される時(機械的衝撃)、異物が外部
から衝突する時(機械的衝撃)、更には加熱中に被水さ
れる時(熱的衝撃)等に破壊起点になることがある。ま
た、上記のような厚さが略一定の平板状の基体の代わり
に、検知部を備えない一端側のみを階段状に厚く成形し
た基体を用いることができる。この階段状に成形した基
体は、通常シート状物の積層や印刷による厚膜の積層等
の方法で得られた未焼成体を焼成して得る。このためシ
ート状物の端面や厚膜の端面等が積層面に対して略直角
に形成されるため前記と同様に角部は破壊起点になると
考えられる。
In such a gas sensor element, when exposed to vibrations (mechanical shock), foreign matter collides with the corners near the edges of contact between the detecting portion and the protective layer and the substrate. In some cases, it may be the starting point of destruction (e.g., mechanical shock) or even when exposed to water during heating (thermal shock). Further, instead of the above-mentioned flat plate-like base having a substantially constant thickness, a base having only one end, which does not include the detecting portion, formed thick in a step-like shape can be used. The step-shaped substrate is usually obtained by firing an unfired body obtained by a method such as lamination of sheet materials or lamination of a thick film by printing. For this reason, since the end surface of the sheet-like material, the end surface of the thick film, and the like are formed substantially at right angles to the lamination surface, it is considered that the corner portion becomes a fracture starting point as described above.

【0004】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、高い機械的・熱的強度を有し、耐久性に優れた
ガスセンサ素子及びこのようなガスセンサ素子の製造方
法並びに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。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a high mechanical / thermal strength and a high durability, a gas sensor element, a method of manufacturing such a gas sensor element, and such a gas sensor. It is an object to provide a gas sensor including an element.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前述のような一端側と他
端側において厚さを異にする各種のガスセンサ素子で
は、特に厚さが急激に変化する部位における機械的・熱
的強度は他部に比べて低くなりがちであることが予測さ
れる。本発明者らは、このようなガスセンサ素子におい
て厚さがより緩やかに変化する移行部を設け、更には少
なくもその表層を多孔質体により形成することでガスセ
ンサ素子の機械的・熱的強度を向上させることができる
ことを見出し本発明を完成させた。
In the various gas sensor elements having different thicknesses at one end and the other end as described above, the mechanical and thermal strengths particularly at the portions where the thickness changes rapidly are different. It is expected that this will tend to be lower than the part. The present inventors have provided a transition portion in which the thickness changes more gradually in such a gas sensor element, and furthermore, the mechanical / thermal strength of the gas sensor element is reduced by forming at least the surface layer of the porous body. It has been found that the present invention can be improved, and the present invention has been completed.

【0006】本発明のガスセンサ素子は、一端側が他端
側に対して厚い形状のガスセンサ素子において、該一端
側から該他端側へ次第に厚さを減ずるように成形された
移行部を有し、該移行部の少なくとも表層は多孔質体か
らなることを特徴とする。
A gas sensor element according to the present invention is a gas sensor element having a shape in which one end is thicker than the other end, and has a transition portion formed so that the thickness is gradually reduced from the one end to the other end. At least the surface layer of the transition portion is made of a porous material.

【0007】上記「移行部」は、ガスセンサ素子の一部
であってもよく、全体であってもよい。また、上記他端
側に対して上記一端側が2倍以上の厚さである場合に本
発明のガスセンサ素子の形状及び構成であることが特に
望ましい。
[0007] The "transition section" may be a part of the gas sensor element or may be the whole. It is particularly desirable that the gas sensor element of the present invention has the shape and configuration when the one end side is twice or more the thickness of the other end side.

【0008】また、上記「次第に厚さを減ずる」とは、
移行部において連続的に厚さを減じていることを表す
が、その厚さの減じ具合は常に一定の割合であっても、
不規則な割合であってもよい。また、通常、階段状であ
ることは除く。即ち、移行部の表面は、例えば、湾曲面
状、傾斜面状等とすることができ、より滑らかで連続的
に厚さを減じる形状であることが好ましい。特に、湾曲
面状である場合はその湾曲面はR0.2以上であること
が好ましい。
[0008] The above "gradual decrease in thickness" means:
It indicates that the thickness is continuously reduced at the transition part, but even if the degree of the thickness reduction is always a constant rate,
The ratio may be irregular. In addition, it usually excludes that it is step-like. That is, the surface of the transition portion can be, for example, a curved surface, an inclined surface, or the like, and preferably has a shape that is smoother and has a continuously reduced thickness. In particular, in the case of a curved surface, the curved surface is preferably R0.2 or more.

【0009】上記「多孔質体」は、多孔質であればその
材質等特に限定されない。移行部の少なくとも表層が多
孔質であることにより、表層が緻密である場合に比べて
耐機械的衝撃性は十分に有しつつ、特に熱的衝撃による
クラックの発生を効果的に抑制することができる。この
多孔質体の気孔率は25〜55%(特に30〜50%)
であることが好ましい。気孔率が25%未満では移行部
の表層において閉気孔が多くなり多孔質である効果が十
分に得られ難くなる傾向にあり、気孔率が55%を超え
るにつれて次第に移行部の表層自身の粒子連結部が少な
くなり機械的強度が十分でなくなる傾向にあるからであ
る。更に、移行部を構成する粒子の平均粒径が10μm
を超えると格子状粒子連結部の粗大化により耐熱衝撃性
において十分な効果が得られ難くなるため好ましくな
い。
The "porous body" is not particularly limited as long as it is porous. Since at least the surface layer of the transition portion is porous, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks due to thermal shock, in particular, while having sufficient mechanical impact resistance as compared with the case where the surface layer is dense. it can. The porosity of this porous body is 25 to 55% (particularly 30 to 50%)
It is preferable that If the porosity is less than 25%, the closed layer tends to have a large number of closed pores in the surface layer of the transition portion, making it difficult to sufficiently obtain the effect of being porous. This is because the number of parts tends to be small and the mechanical strength tends to be insufficient. Further, the average particle diameter of the particles constituting the transition portion is 10 μm.
Exceeding the range is not preferable because it is difficult to obtain a sufficient effect on thermal shock resistance due to coarsening of the lattice-like particle connecting portion.

【0010】尚、気孔率は以下の方法で測定するものと
する。即ち、多孔質体のみの見かけ体積(気孔体積を含
む)をVとし、多孔質体のみの空気中における質量をm
1とし、更に、多孔質体のみを水中において真空脱泡に
より十分に含水させた後の含水体積をm2とした場合
に、下記式(1)により算出される。 {(m2−m1)/V}×100(%) (1)
The porosity is measured by the following method. That is, the apparent volume (including the pore volume) of only the porous body is V, and the mass of only the porous body in air is m.
In the case where the volume of water after the porous body alone is sufficiently hydrated in water by vacuum defoaming in water is m2, it is calculated by the following equation (1). {(M2-m1) / V} × 100 (%) (1)

【0011】このような本発明のガスセンサ素子は、一
端側が他端側に対して厚い基体と、基体の他端側の表面
に形成された検知部とを備える形態を呈する場合の機械
的・熱的強度の向上に効果的である。即ち、ガスセンサ
素子の一端側が他端側に対して厚い形状が、ガスセンサ
素子を構成する基体の形状に由来し、更に、この基体の
厚さのより薄い側である他端側の表面に検知部を備える
ガスセンサ素子である。
Such a gas sensor element according to the present invention has a mechanical and thermal configuration in which the gas sensor element is provided with a base having one end side thicker than the other end side and a detection portion formed on the surface of the other end side of the base. It is effective for improving the target strength. That is, the shape in which one end of the gas sensor element is thicker than the other end is derived from the shape of the base constituting the gas sensor element, and furthermore, the detection portion is provided on the surface of the other end which is the thinner side of the base. It is a gas sensor element provided with.

【0012】後述する上記「基体」の表面に形成された
上記「検知部」は、ガスの検出又は濃度測定を行うこと
ができる性質を有する部位であり、その構成、材質及び
大きさ等は限定されない。例えば、酸素ガスセンサ素子
(λセンサ素子等)、可燃性ガスセンサ素子(炭化水素
ガスセンサ素子、窒素酸化物ガスセンサ素子等)などに
おいては少なくとも1つの固体電解質体と、この固体電
解質体の表面(表面と裏面とであってもよい)に備えら
れた少なくとも2つの電極から構成できる。
The "detecting portion" formed on the surface of the "substrate" described later is a portion having a property capable of detecting gas or measuring the concentration, and its structure, material, size, etc. are limited. Not done. For example, in an oxygen gas sensor element (such as a λ sensor element) and a combustible gas sensor element (such as a hydrocarbon gas sensor element and a nitrogen oxide gas sensor element), at least one solid electrolyte body and the front surface (front and back surfaces) of the solid electrolyte body And at least two electrodes provided in the above.

【0013】上記「基体」は、検知部を支持し、本発明
のガスセンサ素子の概形を構成できる。この基体の構
成、材料及び大きさ等は特に限定されない。また、この
基体は内部に発熱抵抗体を備えてヒータとしての目的を
備えるものであってもよく、また、検知部を構成する電
極のリード部等が内在するものであってもよい。尚、通
常、本発明のガスセンサ素子において基体を構成するこ
ととなる未焼成基体は他部と同時に一体に焼成されるた
め基体のみを一つの構成体として単独に取り外すことは
困難である。
The above-mentioned "base" supports the detecting portion, and can constitute a general shape of the gas sensor element of the present invention. The configuration, material, size and the like of the substrate are not particularly limited. Further, the base may be provided with a heating resistor inside to provide a purpose as a heater, or may have a lead portion or the like of an electrode constituting a detection unit. In general, the unfired substrate that constitutes the substrate in the gas sensor element of the present invention is integrally fired simultaneously with the other parts, and it is difficult to remove the substrate alone as a single component.

【0014】このような基体としては、例えば、アルミ
ナを95質量%以上含有するアルミナ焼結体、ジルコニ
アを95質量%以上含有するジルコニア焼結体、主要部
はジルコニア焼結体であり、表面及び内部の必要箇所が
アルミナを95質量%以上含有する絶縁膜で覆われた絶
縁ジルコニア焼結体、及び、アルミナとジルコニアを主
成分(95質量%以上)としアルミナとジルコニアの合
計を100質量%とした場合にジルコニアを30質量%
以下含有するアルミナ・ジルコニア混合焼結体等を用い
ることができる。但し、基体はその全体を同一の材料か
ら構成する必要は無く、例えば、積層して成形する場合
には傾斜的にアルミナの含有量が変化する複数種の未焼
成アルミナ・ジルコニア混合材が積層焼成された焼結体
を用いることもできる。
Examples of such a substrate include an alumina sintered body containing 95% by mass or more of alumina, a zirconia sintered body containing 95% by mass or more of zirconia, and a zirconia sintered body whose main part is a zirconia sintered body. Insulated zirconia sintered body in which necessary portions inside are covered with an insulating film containing alumina at 95% by mass or more, and alumina and zirconia as main components (95% by mass or more), and the total of alumina and zirconia is 100% by mass. 30% by mass of zirconia
An alumina / zirconia mixed sintered body contained below can be used. However, the entire substrate does not need to be made of the same material. For example, when laminating and molding, a plurality of types of unsintered alumina-zirconia mixed materials whose alumina content changes in a gradient manner are laminated and fired. A sintered body obtained can also be used.

【0015】また、このような積層型の基体の中でも、
機械的強度や耐熱衝撃性の向上等を目的として検知部を
直に備える層のこの検知部を除く部位に他層を積層する
ことで補強した階段状を呈する基体を用いることができ
る。即ち、少なくとも第1層と、この第1層の一面に積
層された第2層とを備える焼成積層体からなり、第1層
の一面と第2層の端面とで形成される角部を有する基体
を用いることができる。
[0015] Among such laminated substrates,
For the purpose of improving the mechanical strength and the thermal shock resistance, a step-like substrate reinforced by stacking another layer on a portion of the layer directly provided with the detecting portion except for the detecting portion can be used. That is, the fired laminate includes at least a first layer and a second layer laminated on one surface of the first layer, and has a corner formed by one surface of the first layer and an end surface of the second layer. Substrates can be used.

【0016】この場合、本発明のガスセンサ素子は、第
2層の端面から第1層の一面まで他端側に向かって次第
に厚さを減じながら角部を充填する多孔質体を備えるこ
とが好ましい。即ち、本発明のガスセンサ素子1が、図
1に示すような角部Aを備える基体11を備える場合、
移行部Xには角部Aを少なくとも充填するように多孔質
体12を備えることが好ましい。但し、図1の断面図で
は角部Aの全体が多孔質体により充填されているが、必
ずしも角部Aの全体が充填されている必要はない。
In this case, it is preferable that the gas sensor element of the present invention includes a porous body that fills corners while gradually reducing the thickness from the end face of the second layer to the one face of the first layer toward the other end. . That is, when the gas sensor element 1 of the present invention includes the base 11 having the corner A as shown in FIG.
Preferably, the transition portion X includes the porous body 12 so as to at least fill the corner portion A. However, in the cross-sectional view of FIG. 1, the entire corner A is filled with the porous body, but the entire corner A does not necessarily need to be filled.

【0017】更に、上記の様な角部を有さない積層型の
基体として、第1層上に積層される第2層の端部が一端
側に向かって次第に厚さを減ずる形状に成形されている
第2層を用いた基体では図2に示すような形状のものを
用いることができる。この場合、第2層112の次第に
厚さを減じている端部Bを構成する斜面から第1層11
1の一面の少なくとも一部までを覆う多孔質体12を備
えることが好ましい。但し、図2の断面図では端部Bを
構成する斜面の上端まで多孔質体により覆われている
が、必ずしも斜面全体が多孔質体により覆われている必
要はない。
Further, as a laminated base having no corners as described above, the end of the second layer laminated on the first layer is formed into a shape whose thickness gradually decreases toward one end. The substrate using the second layer may have a shape as shown in FIG. In this case, the first layer 11 is removed from the slope forming the end B of the second layer 112 whose thickness is gradually reduced.
It is preferable to provide the porous body 12 covering at least a part of one surface. However, in the cross-sectional view of FIG. 2, the upper end of the slope forming the end B is covered with the porous body, but the entire slope need not necessarily be covered with the porous body.

【0018】一方、検知部は、移行部を構成する多孔質
体により覆われていることが好ましい。即ち、通常、防
塵、検知部の備える検知電極の被毒防止及び被測定ガス
の拡散律速等を目的として検知部を多孔質性の材料によ
り覆う。この多孔質性の材料として移行部を構成する多
孔質体と焼成により一体化できる組成及び原材料粒径を
有する材料を用いることによりガスセンサ素子の機械的
強度を更に向上させることができる。また、更には移行
部を構成する多孔質体と、この多孔質体の接する基体表
面を構成する材料とを焼成により一体化できる組成及び
原材料粒径とすることが好ましい。これによりガスセン
サ素子の機械的強度をとりわけ向上させることができ
る。
On the other hand, it is preferable that the detecting section is covered with a porous body constituting the transition section. That is, the detection unit is usually covered with a porous material for the purpose of dust prevention, prevention of poisoning of the detection electrode provided in the detection unit, diffusion control of the gas to be measured, and the like. The mechanical strength of the gas sensor element can be further improved by using, as the porous material, a material having a composition and a raw material particle size that can be integrated with the porous body constituting the transition portion by firing. Further, it is preferable that the composition and the raw material particle size allow the porous body constituting the transition portion and the material constituting the surface of the base body in contact with the porous body to be integrated by firing. Thereby, the mechanical strength of the gas sensor element can be particularly improved.

【0019】ここまでに示したような自身の厚さが一端
側と他端側で異なる基体を用いない場合、即ち、厚さが
略均一である平板状の基体を用いる場合は、検知部を基
体の一端側に備え、更には、通常前述同様に防塵等の目
的で多孔質性の材料で検知部が覆われる。従って、図3
に示すようにガスセンサ素子の厚さは一端側と他端側と
で異なることとなる。このような場合にも、前記角部を
有する基体を備えるガスセンサ素子と同様に急激な厚さ
の変化を生じないように、次第に厚さを減じる形状の多
孔質体を備える移行部を設けることが好ましい。
In the case where a substrate having different thicknesses at one end and the other end as described above is not used, that is, when a plate-like substrate having a substantially uniform thickness is used, the detecting section is used. The detection unit is provided on one end side of the base, and the detection unit is usually covered with a porous material for the purpose of dust prevention or the like as described above. Therefore, FIG.
As shown in (1), the thickness of the gas sensor element differs between one end and the other end. In such a case, it is also possible to provide a transition portion provided with a porous body having a gradually reduced thickness so as not to cause a sudden change in thickness similarly to the gas sensor element including the base having the corners. preferable.

【0020】この際、多孔質体と、検知部を覆う多孔質
性の材料とは焼成により一体化できる組成及び原材料粒
径であることが好ましく、更には、同一組成及び同一原
材料粒径であることが好ましい。また、特にこの多孔質
体は、基体を構成する材料と共通なものを含有させるこ
とで焼成により多孔質体と基体との境界においても焼成
により一体化が進みガスセンサ素子全体の強度を向上さ
せることができ好ましい。
At this time, it is preferable that the porous body and the porous material covering the detection portion have a composition and a raw material particle size that can be integrated by firing, and further have the same composition and the same raw material particle size. Is preferred. In particular, by incorporating the same material as the material constituting the base, the porous body can be integrated at the boundary between the porous body and the base by firing to improve the strength of the entire gas sensor element. Is preferred.

【0021】本発明のガスセンサ素子としては、酸素セ
ンサ素子(λセンサ素子等)、全領域空燃比センサ素
子、窒素酸化物センサ素子、炭化水素ガスセンサ素子、
可燃性ガスセンサ素子、湿度センサ素子等を挙げること
ができる。
The gas sensor element of the present invention includes an oxygen sensor element (such as a λ sensor element), a full area air-fuel ratio sensor element, a nitrogen oxide sensor element, a hydrocarbon gas sensor element,
Examples include a combustible gas sensor element and a humidity sensor element.

【0022】本発明のガスセンサ素子の製造方法は、焼
成されて上記多孔質体の骨材となる骨材粉末と焼成によ
り揮散して上記多孔質体の空隙を形成する焼失粉末とを
含有する未焼成多孔質体を、上記基体及び/又は上記検
知部に塗布する工程を備えることを特徴とする。
The method for manufacturing a gas sensor element according to the present invention is characterized in that it comprises an aggregate powder which is fired to become an aggregate of the porous body and a burnt-off powder which volatilizes by firing to form voids in the porous body. A step of applying the fired porous body to the substrate and / or the detection unit.

【0023】上記「骨材粉末」としては、アルミナ粉
末、スピネル粉末、ジルコニア粉末等を用いることがで
きる。なかでも、多孔質体の機械的強度及び耐熱性等を
優れたものとすることができるためアルミナ粉末を用い
ることが好ましく、更には、骨材粉末全体の80質量%
以上がアルミナ粉末であることが好ましい。
As the "aggregate powder", alumina powder, spinel powder, zirconia powder and the like can be used. Above all, it is preferable to use alumina powder because the mechanical strength and heat resistance of the porous body can be excellent, and further, 80 mass% of the whole aggregate powder is used.
The above is preferably alumina powder.

【0024】一方、上記「焼失粉末」としてはカーボン
粉末、テオブロミン粉末、でんぷん粉末等を用いること
ができるが、特にカーボン粉末を用いることが好まし
い。更に、カーボン粉末の中でも、最大粒径が15μm
以下であり、且つ、体積基準の粒径分布において小さい
粒子側からの累積体積が50%となる粒径が10μm以
下である真球状のカーボン粉末であることが好ましい。
但し、真球状とは1個の粒子の任意の異なる5ヶ所の直
径の平均値をAとし、この5ヶ所の直径のうちの最大値
をLとし、最小値をMとした場合に、(A−L)/A及
び(A−M)/Aの各々が0.07以下であることを表
す。
On the other hand, carbon powder, theobromine powder, starch powder and the like can be used as the above-mentioned "burned powder", and it is particularly preferable to use carbon powder. Further, among carbon powders, the maximum particle size is 15 μm.
It is preferable that the carbon powder is a true spherical carbon powder having a particle size of 10 μm or less and a cumulative volume from the smaller particle side of 50% in the volume-based particle size distribution.
However, when the average value of the diameters of five different points of one particle is defined as A, the maximum value of the diameters of the five points is L, and the minimum value is M, (A -L) / A and (AM) / A represent 0.07 or less.

【0025】上記のカーボン粉末、更には特定のカーボ
ン粉末を用いて得られる多孔質体を備えることにより、
ガスセンサ素子の機械的・熱的強度をバランスよく向上
させることができる。特に耐熱衝撃性は緻密な移行部を
備えるガスセンサ素子と比べて大きく向上させることが
できる。尚、同様に上記の未焼成多孔質体は前記検知部
を覆う多孔性の層としても使用することが好ましい。こ
の場合、検知部の最外部に設置される検知電極をSi、
Mn、P及びPb等の被毒から保護する効果に優れ、耐
被毒特性は大幅に向上させることができる。また、上記
の塗布する工程は前記のガスセンサ素子の焼成前であれ
ばいつ行ってもよい。
By providing a porous body obtained by using the above-mentioned carbon powder and further a specific carbon powder,
The mechanical and thermal strength of the gas sensor element can be improved in a well-balanced manner. In particular, the thermal shock resistance can be greatly improved as compared with a gas sensor element having a dense transition portion. Similarly, it is preferable that the unfired porous body is also used as a porous layer covering the detection section. In this case, the detection electrode installed at the outermost part of the detection unit is Si,
Excellent protection from poisoning of Mn, P and Pb, etc., and the poisoning resistance can be greatly improved. Further, the above application step may be performed at any time before firing the gas sensor element.

【0026】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。これにより、例え
ば、内燃機関からの排気ガス成分の測定等のような冷熱
間サイクルに晒されるものにおいても高い耐久性を有す
ることとなる。
A gas sensor according to the present invention includes the gas sensor element according to the present invention. As a result, high durability can be obtained even in a system that is exposed to a cold / hot cycle such as measurement of an exhaust gas component from an internal combustion engine.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明を更に
詳しく説明する。以下の製造方法では、解かり易さのた
めに素子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42.85mm、幅3.93mm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1
0個数分の印刷パターンを形成し、積層後に未焼成ガス
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(図5参照)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. In the following manufacturing method, it is assumed that one element is manufactured for ease of unraveling. However, in the actual process, 10 unfired elements having a length of 42.85 mm and a width of 3.93 mm are cut. One for each unsintered sheet that can be put out
Zero printed patterns are formed, and the unsintered gas sensor elements are cut out after lamination. Further, in each unsintered sheet, a hole for alignment is formed in a peripheral portion, and each unsintered sheet is aligned by inserting a fixing pin into each of the holes (see FIG. 5).

【0028】尚、未焼成シートとは、下記でいう第1層
下部111a、未焼成第1層上部111b、未焼成第2
層下部112a及び未焼成第2層上部112bとなる各
未焼成シートである。更に、印刷パターンとは、下記で
いう緩衝層111c、絶縁層下部113a、絶縁層上部
113b、多孔質体12、基準電極131、固体電解質
体下部132a、固体電解質体上部132b、検知電極
133、電極端子133bp、131bp、発熱抵抗体
14、発熱抵抗体用端子142pである(図4参照)。
The unsintered sheet is defined as the first layer lower part 111a, the unsintered first layer upper part 111b, the unsintered second layer
Each unsintered sheet to be the lower layer 112a and the unsintered second layer upper 112b. Further, the printing pattern includes a buffer layer 111c, an insulating layer lower part 113a, an insulating layer upper part 113b, a porous body 12, a reference electrode 131, a solid electrolyte body lower part 132a, a solid electrolyte body upper part 132b, a detection electrode 133, an electrode The terminals 133 bp and 131 bp are the heating resistor 14 and the heating resistor terminal 142 p (see FIG. 4).

【0029】(1)未焼成シートの作製 アルミナ粉末(純度99.99%以上、平均粒径0.3
μm)100質量部(以下、「部」と略記する)、ブチ
ラール樹脂14部、及びジブチルフタレート7部を配合
し、トルエンとメチルエチルケトンとからなる混合溶媒
を用いて混合し、スラリーとした後、ドクターブレード
法及びパンチング加工により長さ90mm、幅60mm
の4枚の未焼成シートを作製した。第1層下部111a
及び第2層上部112bとなる各未焼成シートは各々厚
さ0.55mmであり、第1層上部111b及び第2層
下部112aとなる各未焼成シートは各々厚さ0.40
mmとした。
(1) Preparation of Unsintered Sheet Alumina powder (purity 99.99% or more, average particle size 0.3
μm) 100 parts by mass (hereinafter abbreviated as “parts”), 14 parts of butyral resin, and 7 parts of dibutyl phthalate were blended and mixed using a mixed solvent consisting of toluene and methyl ethyl ketone to form a slurry. 90mm long, 60mm wide by blade method and punching
Were produced. First layer lower part 111a
Each unsintered sheet to be the upper layer 112b and the second layer has a thickness of 0.55 mm, and each unsintered sheet to be the upper layer 111b and the lower layer 112a has a thickness of 0.40 mm.
mm.

【0030】(2)発熱抵抗体パターンの形成 アルミナ粉末(純度99.99%以上、平均粒径0.3
μm)4部と、白金粉末100部とを配合したペースト
を第1層下部となる未焼成シートの一面に印刷、乾燥さ
せて、発熱部パターン(焼成後、発熱部141)及び発
熱部リードパターン(焼成後、発熱部リード142)か
らなる発熱抵抗体パターン(焼成後、発熱抵抗体14)
を形成した。次いで、この第1層下部となる未焼成シー
トの一端側に発熱抵抗体の導通を図る第1層スルーホー
ル111asを形成し、この第1層スルーホールに対応
する未焼成シート裏面に、焼成後、端子を接続するため
の発熱抵抗体用端子142pとなるパッドパターンを上
記と同様なペーストで形成した。その後、発熱抵抗体パ
ターン上から第1上部111bとなる未焼成シートを積
層・圧着した。
(2) Formation of Heating Resistor Pattern Alumina powder (purity 99.99% or more, average particle size 0.3
μm) A paste containing 4 parts of platinum powder and 100 parts of platinum powder is printed and dried on one surface of the unsintered sheet serving as the lower part of the first layer, and a heating element pattern (after firing, heating element 141) and a heating element lead pattern are formed. Heating resistor pattern (after firing, heating resistor 14) composed of (heating portion leads 142)
Was formed. Next, a first layer through hole 111as for conducting the heating resistor is formed at one end of the unsintered sheet to be the lower part of the first layer, and the back of the unsintered sheet corresponding to the first layer through hole is fired on the back surface. A pad pattern to be the heating resistor terminal 142p for connecting the terminal was formed with the same paste as above. Thereafter, an unfired sheet to be the first upper portion 111b was laminated and pressed from above the heating resistor pattern.

【0031】(3)緩衝層パターンの形成 (2)で積層した第1上部111bとなる未焼成シート
上に、アルミナ80部とジルコニア20部とを配合した
焼成後緩衝層111cとなる緩衝層用ペーストを30±
10μの厚さで印刷、乾燥させて緩衝層パターンを形成
した。
(3) Formation of Buffer Layer Pattern On the unsintered sheet to be the first upper portion 111b laminated in (2), 80 parts of alumina and 20 parts of zirconia are blended to form a buffer layer 111c after firing. Paste 30 ±
It was printed at a thickness of 10 μm and dried to form a buffer layer pattern.

【0032】(4)基準電極パターンの形成 (3)で形成した緩衝層パターン上に、ジルコニア粉末
(共沈法により得られ、Y23を5.4mol%含有
し、平均粒径が0.3〜0.4μmである)15部と白
金粉末100部とを配合したペーストを用いて、焼成後
基準電極131(基準電極部131a及び基準電極リー
ド部131bから構成される)となる厚さ20μm±1
0の基準電極パターンを形成した。
(4) Formation of reference electrode pattern On the buffer layer pattern formed in (3), zirconia powder (obtained by a coprecipitation method, containing 5.4 mol% of Y 2 O 3, and having an average particle diameter of 0) The thickness which becomes the reference electrode 131 (composed of the reference electrode portion 131a and the reference electrode lead portion 131b) after firing using a paste in which 15 parts of Pt and 100 parts of platinum powder are blended. 20μm ± 1
A reference electrode pattern of 0 was formed.

【0033】(5)固体電解質下部パターンの形成 ジルコニア粉末(純度99.9%以上、平均粒径0.3
μm)50部、アルミナ粉末(純度99.99%以上、
平均粒径0.3mm)50部、ブチルカルビトール3
3.3部、ジブチルフタレート0.8部、分散剤0.5
部及びバインダ15部に、所要量のアセトンを加えて、
4時間混合した後、アセトンを蒸発させてペーストを調
合した。このペーストを、基準電極部パターンを覆うよ
うに、第1層上部となる未焼成層の他端から長さ13m
m、厚さ25±10μmにわたって印刷、乾燥させて焼
成後固体電解質体132となる固体電解質体パターンを
形成した。
(5) Formation of Lower Pattern of Solid Electrolyte Zirconia powder (purity 99.9% or more, average particle size 0.3
μm) 50 parts, alumina powder (purity 99.99% or more,
50 parts, average particle size 0.3 mm), butyl carbitol 3
3.3 parts, dibutyl phthalate 0.8 part, dispersant 0.5
Parts and 15 parts of binder, add the required amount of acetone,
After mixing for 4 hours, the acetone was evaporated to prepare a paste. This paste is applied 13 m in length from the other end of the unfired layer on the first layer so as to cover the reference electrode pattern.
m, printed and dried over a thickness of 25 ± 10 μm to form a solid electrolyte pattern that would become the solid electrolyte 132 after firing.

【0034】(6)絶縁層下部パターンの形成 (1)で作製したスラリーに、ブチルカルビトール21
部と所要量のアセトンとを加えて、4時間混合した後、
アセトンを蒸発させてペーストを調合した。このペース
トを、固体電解質層下部パターンが形成された部分を除
く緩衝層パターン及び基準電極リードパターン上に厚さ
25±10μmで印刷、乾燥させて、焼成後絶縁層下部
113aとなる絶縁層下部パターンを形成した。
(6) Formation of lower pattern of insulating layer The slurry prepared in (1) was added to butyl carbitol 21
After adding 4 parts and the required amount of acetone and mixing for 4 hours,
The acetone was evaporated to prepare a paste. This paste is printed and dried at a thickness of 25 ± 10 μm on the buffer layer pattern and the reference electrode lead pattern excluding the portion where the solid electrolyte layer lower pattern is formed, and the insulating layer lower pattern that becomes the insulating layer lower 113a after firing. Was formed.

【0035】(7)固体電解質体上部パターンの形成 (5)で調合したペーストを、固体電解質体下部パター
ンの上から他端位置を揃えて長さ8mm(固体電解質下
部パターンよりも短い)、厚さ25±10μmにわたっ
て印刷、乾燥させて、焼成後固体電解質体上部132b
となる固体電解質体上部パターンを形成した。
(7) Formation of Upper Pattern of Solid Electrolyte Body The paste prepared in (5) is made to have a length of 8 mm (shorter than the lower pattern of the solid electrolyte body) by aligning the other end position from the lower pattern of the solid electrolyte body. Is printed over 25 ± 10 μm, dried, and fired, and the solid electrolyte body upper part 132b is fired.
A solid electrolyte body upper pattern was formed.

【0036】(8)絶縁層上部パターンの形成 (6)で調合したペーストを、固体電解質層上部パター
ンが形成されていない絶縁層下部パターン上に、印刷
し、乾燥させて、焼成後絶縁層上部113bとなる絶縁
層上部パターンを厚さ25±10μmで印刷し、乾燥さ
せた。
(8) Formation of Upper Pattern of Insulating Layer The paste prepared in (6) is printed on the lower pattern of the insulating layer on which the upper pattern of the solid electrolyte layer is not formed, dried, and fired to form the upper layer of the insulating layer. An insulating layer upper pattern to be 113b was printed with a thickness of 25 ± 10 μm and dried.

【0037】(9)検知電極パターンの形成 (7)及び(8)で形成した固体電解質体上部パターン
と絶縁層上部パターンの上に、(4)で調合したペース
トを印刷し、乾燥させて、焼成後検知電極133(検知
電極部133a及び検知電極リード部133bから構成
される)となる厚さ20±10μmの検知電極パターン
を形成した。
(9) Formation of the sensing electrode pattern The paste prepared in (4) is printed on the solid electrolyte body upper pattern and the insulating layer upper pattern formed in (7) and (8), and dried. After firing, a detection electrode pattern having a thickness of 20 ± 10 μm to be the detection electrode 133 (consisting of the detection electrode portion 133a and the detection electrode lead portion 133b) was formed.

【0038】(10)検知電極を覆う多孔質体パターン
の形成 焼失粉末として最大粒径が約17μmであり、且つ、体
積を基準とする粒径分布において小さい粒径側から累積
した体積が50%となる粒径が約5.5μmである真球
状のカーボン粉末(この焼失粉末であるカーボン粉末の
粒径分布を示すデータを図6に示す)と、骨材粉末とし
て未焼成シートと同材のアルミナとを、アルミナとカー
ボン粉末との合計を100質量%とした場合にカーボン
粉末が45質量%となるように混合した。その後、上記
アルミナとカーボン粉末との合計を100質量部とする
外配合で、ブチラール樹脂10.0質量部とジブチルフ
タレート5質量部とを加え、トルエンとメチルエチルケ
トンからなる溶媒を用いてスラリーとした。このスラリ
ーを用いて、ドクターブレード法により厚さ0.25〜
0.30mmのシートを成形した。得られたシートを固
体電解質体上部パターン上に、他端側から長さ10mm
となるように熱圧着し、焼成後多孔質層12の一部とな
る多孔質体パターンを形成した。
(10) Formation of a porous body pattern covering the sensing electrode The burned powder has a maximum particle size of about 17 μm, and the volume accumulated from the smaller particle size side in the particle size distribution based on the volume is 50%. A spherical carbon powder having a particle size of about 5.5 μm (data showing the particle size distribution of the carbon powder as the burnt-out powder is shown in FIG. 6) and an unsintered sheet of the same material as the aggregate powder Alumina was mixed so that the carbon powder was 45% by mass when the total of alumina and carbon powder was 100% by mass. After that, 10.0 parts by mass of butyral resin and 5 parts by mass of dibutyl phthalate were added in an external formulation in which the total of the alumina and the carbon powder was 100 parts by mass, and a slurry was formed using a solvent composed of toluene and methyl ethyl ketone. Using this slurry, the doctor blade method to 0.25-
A 0.30 mm sheet was formed. Place the obtained sheet on the solid electrolyte body upper pattern, 10 mm in length from the other end side.
Then, a porous body pattern to be a part of the porous layer 12 after firing was formed.

【0039】(11)第2層下部及び第2層上部となる
未焼成シートの積層 (10)で形成した多孔質体パターンを除く部分を覆う
ように、焼成後、第2層下部112aとなる未焼成シー
ト及び焼成後、第2層上部112bとなる未焼成シート
を積層した。尚、各々の未焼成シートの一端側には各電
極と導通を図るスルーホール112as及び112bs
を形成した後、第2層上部となる未焼成シートのスルー
ホールに対応する裏面に、焼成後、各電極のリード部端
部を接続するための電極端子131bp及び133bp
となるパッドパターンを形成した。
(11) Lamination of unfired sheets to be the lower and upper portions of the second layer The lower portion of the second layer 112a is fired so as to cover portions other than the porous material pattern formed in (10). The unsintered sheet and the unsintered sheet to be the upper second layer 112b after the sintering were laminated. In addition, through holes 112as and 112bs for conducting with each electrode are provided at one end side of each unsintered sheet.
Are formed, and after baking, the electrode terminals 131 bp and 133 bp for connecting the ends of the lead portions of the respective electrodes on the back surface corresponding to the through holes of the unfired sheet to be the upper part of the second layer.
Was formed.

【0040】(12)移行部を構成する多孔質体パター
ンの形成 (10)で得られたシートをブチルカルビトールを用い
て溶解させて得られたペーストを、(11)で積層され
た第2層下部となる未焼成シート及び第2層上部となる
未焼成シートと、(10)で形成された多孔質体パター
ンとの段差を埋めるように湾曲状に塗布した。
(12) Formation of a porous body pattern constituting a transition portion A paste obtained by dissolving the sheet obtained in (10) using butyl carbitol is used to form a second paste laminated in (11). It was applied in a curved shape so as to fill a step between the unsintered sheet to be the lower layer and the unsintered sheet to be the upper layer and the porous material pattern formed in (10).

【0041】(13)脱脂及び焼成 (1)〜(12)で得られた積層体を、大気雰囲気にお
いて、室温から420℃まで昇温速度10℃/時間で昇
温させ、2時間保持し、有機バインダーの脱脂処理を行
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、この温度で1時間
保持して焼成し、図1及び図4に示すようなガスセンサ
素子を300個得た。尚、得られたガスセンサ素子1の
多孔質体の前記の方法によりる気孔率は平均33%であ
った。
(13) Degreasing and firing The laminate obtained in (1) to (12) is heated from room temperature to 420 ° C. at a rate of 10 ° C./hour in an air atmosphere, and held for 2 hours. The organic binder was degreased. Thereafter, in the air atmosphere, the temperature is raised to 1100 ° C. at a rate of 100 ° C./hour, further raised to 1520 ° C. at a rate of 60 ° C./hour, and held at this temperature for 1 hour for firing. 300 gas sensor elements as shown in FIGS. 1 and 4 were obtained. In addition, the porosity of the obtained porous body of the gas sensor element 1 by the above method was 33% on average.

【0042】[2]移行部を構成する多孔質体の気孔率
が異なるガスセンサ素子の製造 アルミナと、カーボン粉末との質量比を表1に示す10
種となるように混合した以外は[1]の(10)と同様
にして多孔質体用のスラリーを調合した。[1]の(1
2)までと同様にして得られた未焼成ガスセンサ素子の
段差を埋めるように、上記で得られたスラリーを湾曲状
に塗布し、次いで、[1]の(13)と同様にして脱脂
及び焼成を行い多孔質体の気孔率の異なる10種類のガ
スセンサ素子1を得た。
[2] Manufacture of gas sensor element in which the porosity of the porous body constituting the transition portion is different from each other The mass ratio of alumina to carbon powder is shown in Table 1 below.
A slurry for a porous body was prepared in the same manner as in (10) of [1] except that the slurry was mixed as a seed. (1) (1
The slurry obtained above is applied in a curved shape so as to fill the steps of the unfired gas sensor element obtained in the same manner as in 2), and then degreased and fired in the same manner as in [13] of [1]. Was performed to obtain ten types of gas sensor elements 1 having different porosity of the porous body.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[3]移行部を有さないガスセンサ素子の
製造 [1]の(1)〜(11)までと同様にして未焼成ガス
センサ素子を得、その後、(12)を行うことなく(1
3)と同様に脱脂及び焼成を行い、階段状に厚さを急激
に変化する部位を備えた移行部を有さないガスセンサ素
子1’(比較例2)を得た。
[3] Manufacture of gas sensor element having no transition portion An unsintered gas sensor element was obtained in the same manner as in (1) to (1) to (11), and then (1) was performed without performing (12).
Degreasing and baking were performed in the same manner as in 3) to obtain a gas sensor element 1 '(Comparative Example 2) having no transition portion having a portion where the thickness rapidly changed stepwise.

【0045】[4]緻密な移行部を有するガスセンサ素
子の製造 [1]の(1)〜(11)までと同様にして未焼成ガス
センサ素子を得、その後、(12)でカーボン粉末を含
有しないペーストを同様に塗布し、次いで、(13)と
同様に脱脂及び焼成を行い、移行部は有するが移行部が
緻密であるガスセンサ素子1”(比較例1)を得た。
[4] Manufacture of gas sensor element having dense transition portion An unsintered gas sensor element is obtained in the same manner as in (1) to (1) to (11), and thereafter, no carbon powder is contained in (12). The paste was applied in the same manner, followed by degreasing and firing in the same manner as in (13) to obtain a gas sensor element 1 "(Comparative Example 1) having a transition portion but a dense transition portion.

【0046】[5]評価 (1)抗折強度試験(機械的強度の評価) [1]〜[4]で得られた各ガスセンサ素子1(10
種)、ガスセンサ素子1’(1種)及びガスセンサ素子
1”(1種)の各々30本について、図7に示すように
ガスセンサ素子をバイスにより固定し、ガスセンサ素子
の先端から1mmの位置を荷重点として、荷重を毎分1
0mmの速度で負荷した。そして、移行部で折損させた
時の抗折強度を測定した。同様に測定した30本の抗折
強度の平均値を算出し、この結果を表2に示し、図8に
グラフとして表した。
[5] Evaluation (1) Flexural Strength Test (Evaluation of Mechanical Strength) Each gas sensor element 1 (10) obtained in [1] to [4]
Seed), gas sensor element 1 ′ (one kind) and gas sensor element 1 ″ (one kind), each of which is fixed with a vise as shown in FIG. 7, and a load of 1 mm from the tip of the gas sensor element is applied as shown in FIG. As a point, the load is 1 per minute
Loading was performed at a speed of 0 mm. And the bending strength at the time of breaking at the transition part was measured. Similarly, the average value of the transverse rupture strengths of the 30 specimens was calculated, and the results are shown in Table 2 and shown as a graph in FIG.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】(2)被水試験(熱衝撃強度の評価) [1]〜[4]で得られた各ガスセンサ素子1(10
種)、ガスセンサ素子1’(1種)及びガスセンサ素子
1”(1種)の各々10本について各々以下の試験を行
った。即ち、150℃に加熱・保温(定電力制御)した
ガスセンサ素子の移行部を構成する多孔質体にマイクロ
シリンジにより水3μlを滴下した後、基準電極と検知
電極との間から得られる酸素分圧の出力を測定し、測定
値の異常の有無を観測することでクラックの発生の有無
を調べた。更に、赤色の水溶性インクを塗布してクラッ
クの有無を調べた。この結果、試験を行った各10本の
いずれにもクラックが認められなかったガスセンサ素子
に関しては加熱・保持する温度を25℃ずつ上昇させな
がら同じ試験を繰り返し450℃まで行った。この結果
を表2に併記し、図8にグラフとして表した。
(2) Water Wet Test (Evaluation of Thermal Shock Strength) Each gas sensor element 1 (10) obtained in [1] to [4]
Species), 10 gas sensor elements 1 ′ (1 type) and 10 gas sensor elements 1 ″ (1 type), respectively. The following tests were performed. That is, a gas sensor element heated and maintained at 150 ° C. (constant power control) was tested. After dripping 3 μl of water with a micro syringe into the porous material constituting the transition part, the output of the oxygen partial pressure obtained between the reference electrode and the detection electrode is measured, and the presence or absence of abnormality in the measured value is observed. The presence or absence of cracks was examined, and the red water-soluble ink was applied, and the presence or absence of cracks was examined. The same test was repeated up to 450 ° C. while increasing the heating / holding temperature by 25 ° C. The results are also shown in Table 2 and shown as a graph in FIG.

【0049】表2及び図8より、気孔率が高い程、抗折
強度は低くなることが分かる。但し、気孔率が57%を
超えると、気孔率の増加に伴い急激に抗折強度は低下す
ることが分かる。また、被水試験では気孔率が高い程、
クラックの発生温度は高くなることが分かる。特に、気
孔率が23%以上では熱衝撃特性が安定し始めることが
分かる。従って、機械的にも熱的にも特に高い強度を発
揮するために気孔率が25〜55%の間であることが特
に好ましいことが分かる。
From Table 2 and FIG. 8, it can be seen that the higher the porosity, the lower the bending strength. However, it can be seen that when the porosity exceeds 57%, the transverse rupture strength sharply decreases as the porosity increases. In the wet test, the higher the porosity,
It can be seen that the temperature at which cracks occur increases. In particular, it can be seen that when the porosity is 23% or more, the thermal shock characteristics start to be stabilized. Therefore, it is understood that the porosity is particularly preferably in the range of 25 to 55% in order to exhibit particularly high mechanical and thermal strength.

【0050】[5]ガスセンサの製造 アルミナ製のアダプタ211に[1]で得られたガスセ
ンサ素子1を嵌挿し、アダプタとガスセンサ素子との隙
間に接着体未硬化物(硬化後、接着体212)を充填し
た。その後、この組立体を加熱して接着体未硬化物を硬
化させた。次いで、アルミナからなり内部にアダプタを
挿入でき、一端においてこのアダプタを係止できるよう
に内径が細径化されたホルダ21に、先に得られた組立
体を挿入し、同軸的に保持した。
[5] Manufacture of gas sensor The gas sensor element 1 obtained in [1] is fitted into an adapter 211 made of alumina, and the adhesive uncured material (the adhesive 212 after curing) is inserted into the gap between the adapter and the gas sensor element. Was charged. Thereafter, the assembly was heated to cure the uncured adhesive. Next, the assembly obtained above was inserted into a holder 21 made of alumina and having an inner diameter reduced so that the adapter could be locked at one end and the adapter at one end, and held coaxially.

【0051】その後、加熱・固化後に緩衝材213とな
る滑石とガラスとの混合粉末をホルダとガスセンサ素子
との間に充填した。次いで、シール材214となるガラ
ス粉末を更に充填した。これらの充填中は下部から振動
を加えて高充填を図った。次いで、加熱炉において粉末
及びシール材のガラス成分を溶融させた後、放冷して固
化させた。
Thereafter, a mixed powder of talc and glass, which becomes the buffer material 213 after heating and solidification, was filled between the holder and the gas sensor element. Next, glass powder to be a sealing material 214 was further filled. During these fillings, vibration was applied from below to achieve high filling. Next, the powder and the glass component of the sealing material were melted in a heating furnace, and then allowed to cool and solidify.

【0052】その後、ガスセンサ素子を内包するホルダ
を、プロテクタ221及び222が溶接された主体金具
22に挿入し、ホルダと主体金具との隙間に滑石223
を充填した後、止め金具224を嵌め込んだ。次いで、
主体金具と止め金具との間に内筒225の一端側を嵌め
込み、主体金具の端部を加締めて内筒を固定した。その
後、ガスセンサ素子から導出された取出線を、更にコネ
クタへ導通させるリード線等が組み立てられたリード線
側組立体23を、内筒の上方から外筒231を嵌着する
ことにより取り付け、内筒と外筒との嵌着部を加締めて
酸素センサ2を得た。
Thereafter, the holder enclosing the gas sensor element is inserted into the metal shell 22 to which the protectors 221 and 222 are welded, and a talc 223 is inserted into a gap between the holder and the metal shell.
After filling, the stopper 224 was fitted. Then
One end of the inner cylinder 225 was fitted between the metal shell and the stopper, and the inner cylinder was fixed by caulking the end of the metal shell. Thereafter, a lead wire side assembly 23 in which a lead wire or the like for conducting the lead wire led out from the gas sensor element to the connector is attached by fitting an outer cylinder 231 from above the inner cylinder to the inner cylinder. The oxygen sensor 2 was obtained by caulking the fitting portion between the and the outer cylinder.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明のガスセンサ素子によると、高い
機械的・熱的強度を有し、特に高い耐熱衝撃性を有し、
耐久性に優れる。また、本発明の製造方法によるとこの
ような優れたガスセンサ素子を安定して、確実に得るこ
とができる。更に、本発明のガスセンサは上記ガスセン
サ素子を備えるため優れた耐久性を有する。
According to the gas sensor element of the present invention, it has high mechanical and thermal strength, especially high thermal shock resistance,
Excellent durability. Further, according to the manufacturing method of the present invention, such an excellent gas sensor element can be stably and reliably obtained. Furthermore, the gas sensor of the present invention has excellent durability because it has the above-mentioned gas sensor element.

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

【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。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of a gas sensor element of the present invention.

【図2】本発明のガスセンサ素子の他例の模式的な断面
図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of another example of the gas sensor element of the present invention.

【図3】本発明のガスセンサ素子の更にその他の例の模
式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of still another example of the gas sensor element of the present invention.

【図4】本発明のガスセンサ素子の一例の模式的な分解
斜視図である。
FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of an example of the gas sensor element of the present invention.

【図5】本発明のガスセンサ素子の製造過程の一部を模
式的に説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view schematically illustrating a part of the manufacturing process of the gas sensor element of the present invention.

【図6】実施例で用いた焼失粉末の粒径分析結果の説明
図であり、aは実測粒径分布を表し、bはaをグラフに
表したものである。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a particle size analysis result of burnt powder used in the examples, where a represents a measured particle size distribution and b represents a in a graph.

【図7】実施例で行った抗折強度試験を解説する解説図
である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a bending strength test performed in an example.

【図8】実施例で得られた気孔率と抗折強度及び気孔率
と被水試験によるクラックの発生温度との相関を表すグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing the correlation between the porosity, bending strength, and porosity obtained in the examples and the crack generation temperature in the wet test.

【図9】本発明のガスセンサの模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view of the gas sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;ガスセンサ素子、111;第1層、111a;第1
層下部、111b;第1層上部、111as;第1層ス
ルーホール、111c;緩衝層、112;第2層、11
2a;第2層下部、112b;第2層上部、112b
s;第2層スルーホール、113a;絶縁層下部、11
3b;絶縁層上部、113as;絶縁層下部スルーホー
ル、113bs;絶縁層上部スルーホール、12;多孔
質体、131;基準電極、131a;基準電極部、13
1b;基準電極リード部、132a;固体電解質体下
部、132b;固体電解質上部、133;検知電極、1
33a;検知電極部、133b;検知電極リード部、1
33bp、131bp;電極端子、14;発熱抵抗体、
141;発熱部、142;発熱抵抗体リード部、142
p;発熱抵抗体用端子、2;酸素センサ、21;ホル
ダ、211;アダプタ、212;接着体、213;緩衝
材、214;シール材、22;主体金具、221、22
2;プロテクタ、223;滑石、224;止め金具、2
25;内筒、23;リード線側組立体、231;外筒、
3;バイス。
1: gas sensor element, 111; first layer, 111a; first
Lower layer, 111b; First layer upper, 111as; First layer through hole, 111c; Buffer layer, 112; Second layer, 11
2a; lower part of second layer, 112b; upper part of second layer, 112b
s; second layer through hole, 113a; lower part of insulating layer, 11
3b; insulating layer upper portion, 113as; insulating layer lower through hole, 113bs; insulating layer upper through hole, 12; porous body, 131; reference electrode, 131a; reference electrode portion, 13
1b; reference electrode lead portion, 132a; lower portion of solid electrolyte body, 132b; upper portion of solid electrolyte, 133; detection electrode, 1
33a; detection electrode section, 133b; detection electrode lead section, 1
33 bp, 131 bp; electrode terminal, 14; heating resistor,
141; heat generating portion, 142; heat generating resistor lead portion, 142
p; terminal for heating resistor, 2; oxygen sensor, 21; holder, 211; adapter, 212; adhesive, 213; cushioning material, 214; sealing material, 22;
2; protector, 223; talc, 224;
25; inner cylinder; 23; lead wire side assembly; 231: outer cylinder;
3: Vice.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粟野 真也 愛知県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 畑中 祐作 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Fターム(参考) 2G004 BB04 BC02 BD04 BE04 BE10 BE13 BF04 BF05 BF09 BF18 BF27 BH09 BJ03 BM04 BM07 BM10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinya Awano 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Inside Nihon Tokuhoku Tougyo Co., Ltd. No. 18 F-term in Japan Special Ceramics Co., Ltd. (reference) 2G004 BB04 BC02 BD04 BE04 BE10 BE13 BF04 BF05 BF09 BF18 BF27 BH09 BJ03 BM04 BM07 BM10

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一端側が他端側に対して厚い形状のガス
センサ素子において、該一端側から該他端側へ次第に厚
さを減ずるように成形された移行部を有し、該移行部の
少なくとも表層は多孔質体からなることを特徴とするガ
スセンサ素子。
1. A gas sensor element having one end side thicker than the other end side, the gas sensor element having a transition portion formed so as to gradually reduce the thickness from the one end side to the other end side, and at least one of the transition portions. A gas sensor element wherein the surface layer is made of a porous material.
【請求項2】 一端側が他端側に対して厚い基体と、該
基体の該他端側の表面に形成された検知部とを備える請
求項1記載のガスセンサ素子。
2. The gas sensor element according to claim 1, further comprising: a base body having one end side thicker than the other end side; and a detection unit formed on a surface of the base body on the other end side.
【請求項3】 上記基体は少なくとも第1層と、該第1
層の一面に積層された第2層とを備える焼成積層体から
なり、該一面と該第2層の端面とで形成される角部を有
し、該端面から該一面まで上記他端側に向かって次第に
厚さを減じる形状をもって該角部を充填する上記多孔質
体を備える請求項2記載のガスセンサ素子。
3. The substrate according to claim 1, wherein the substrate comprises at least a first layer,
A fired laminate comprising a second layer laminated on one surface of the layer, having a corner formed by the one surface and an end surface of the second layer, and from the end surface to the one surface on the other end side. The gas sensor element according to claim 2, further comprising the porous body filling the corner with a shape whose thickness gradually decreases.
【請求項4】 上記基体は少なくとも第1層と、該第1
層の一面に積層された上記他端側に向かって次第に厚さ
を減ずる端部を有する第2層とを備える焼成積層体から
なり、該端部を構成する斜面から該一面の少なくとも一
部までを覆う上記多孔質体を備える請求項2記載のガス
センサ素子。
4. The substrate according to claim 1, wherein the base comprises at least a first layer,
And a second layer having an end portion whose thickness is gradually reduced toward the other end side, which is stacked on one surface of the layer, from a slope constituting the end portion to at least a part of the one surface. The gas sensor element according to claim 2, further comprising the porous body that covers the gas sensor.
【請求項5】 上記多孔質体は延設されて上記検知部を
覆う請求項2乃至4のうちのいずれか1項に記載のガス
センサ素子。
5. The gas sensor element according to claim 2, wherein the porous body extends to cover the detection unit.
【請求項6】 平板状の基体と該基体の一端側表面に形
成された検知部とを備え、該検知部は上記多孔質体によ
り覆われ、更に、該多孔質体は上記他端側に向かって次
第に厚さを減ずるように該基体表面までを覆う請求項1
記載のガスセンサ素子。
6. A flat substrate and a detector formed on one end surface of the substrate, wherein the detector is covered with the porous body, and the porous body is provided on the other end side. 2. The method according to claim 1, wherein the substrate is covered up to the surface of the substrate so as to gradually reduce its thickness.
The gas sensor element according to any one of the preceding claims.
【請求項7】 上記多孔質体は、気孔率25〜55%で
ある請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載のガス
センサ素子。
7. The gas sensor element according to claim 1, wherein the porous body has a porosity of 25% to 55%.
【請求項8】 焼成されて上記多孔質体の骨材となる骨
材粉末と焼成により揮散して上記多孔質体の空隙を形成
する焼失粉末とを含有する未焼成多孔質体を、上記基体
及び/又は上記検知部に塗布する工程を備えることを特
徴とする請求項1乃至7のうちのいずれか1項に記載の
ガスセンサ素子の製造方法。
8. An unfired porous body containing an aggregate powder that is fired to become an aggregate of the porous body and a burnt powder that volatilizes by firing to form voids in the porous body, The method according to any one of claims 1 to 7, further comprising a step of applying the gas sensor element to the detection unit.
【請求項9】 上記焼失粉末は、最大粒径が15μm以
下であり、且つ、体積基準の粒径分布において小さい粒
子側からの累積体積が50%となる粒径が10μm以下
である真球状のカーボン粉末である請求項8記載のガス
センサ素子の製造方法。
9. The burnt powder has a true spherical shape having a maximum particle size of 15 μm or less, and a particle size of 10 μm or less at which the cumulative volume from the small particle side in the volume-based particle size distribution becomes 50%. 9. The method according to claim 8, wherein the gas sensor element is carbon powder.
【請求項10】 請求項1乃至7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。
10. A gas sensor comprising the gas sensor element according to claim 1. Description:
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