JP2003130842A - Oxygen sensor - Google Patents

Oxygen sensor

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JP2003130842A
JP2003130842A JP2001330401A JP2001330401A JP2003130842A JP 2003130842 A JP2003130842 A JP 2003130842A JP 2001330401 A JP2001330401 A JP 2001330401A JP 2001330401 A JP2001330401 A JP 2001330401A JP 2003130842 A JP2003130842 A JP 2003130842A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen sensor that can solve the problem that a diffusion control layer or protection layer formed by flame spray coating is remarkably low in holding strength, and the diffusion control layer or protection layer on the surface of a zirconia solid-state electrolyte is easily peeled off by vibration of a real car. SOLUTION: A roughened surface of 1.0 μm in surface roughness (Ra) is formed around a measuring electrode, and a diffusion control layer is formed to cover the roughened surface portion and the measuring electrode.

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、自動車等の内燃
機関における空気と燃料の比率を検知するための酸素セ
ンサに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen sensor for detecting a ratio of air to fuel in an internal combustion engine of an automobile or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、自動車等の内燃機関においては、
排出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づい
て内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御する
ことにより、内燃機関からの有害物質、例えばCO、H
C、NOxを低減させる方法が採用されている。
2. Description of the Related Art Currently, in internal combustion engines such as automobiles,
By detecting the oxygen concentration in the exhaust gas and controlling the supply amount of air and fuel supplied to the internal combustion engine based on the detected value, harmful substances such as CO and H from the internal combustion engine can be controlled.
A method of reducing C and NOx is adopted.

【0003】このような酸素濃度を検出する酸素センサ
素子として、図4に示すように酸素イオン導電性を有す
るジルコニア固体電解質の内部に空気室28を有し、前
記ジルコニア固体電解質の外表面にPtからなる測定電
極24を有し、該測定電極24に対向する空気室側のジ
ルコニア固体電解質表面に、Ptからなる基準電極25
を有する固体電解質層23と、さらに空気室28および
空気導入孔29を挟んでセンサセルと対向する部分のジ
ルコニア固体電解質23と、空気室28および空気導入
孔29の側壁となる固体電解質層30とからなるセンサ
基板21と、セラミック絶縁体31に挟まれた発熱体3
2と電極引出部34を埋設したヒータ基板22とからな
る酸素センサが提案されている(特開平10−1327
80号公報参照)。測定電極24の上には、拡散律速層
37が形成され、基準電極25側が+、測定電極24側
が−となるように0.4〜0.8V程度の電圧を印加す
ることにより、排気ガス中の酸素濃度に見合った限界電
流を検知するようになっていた。
As an oxygen sensor element for detecting such oxygen concentration, as shown in FIG. 4, an air chamber 28 is provided inside a zirconia solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and Pt is provided on the outer surface of the zirconia solid electrolyte. And a reference electrode 25 made of Pt on the surface of the zirconia solid electrolyte on the air chamber side facing the measurement electrode 24.
From the solid electrolyte layer 23 having the above, the zirconia solid electrolyte 23 in the portion facing the sensor cell with the air chamber 28 and the air introduction hole 29 interposed therebetween, and the solid electrolyte layer 30 serving as the side wall of the air chamber 28 and the air introduction hole 29. Heating element 3 sandwiched between the sensor substrate 21 and the ceramic insulator 31.
2 and the heater substrate 22 in which the electrode lead-out portion 34 is embedded is proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-1327).
No. 80). In the exhaust gas, a diffusion rate controlling layer 37 is formed on the measurement electrode 24, and a voltage of about 0.4 to 0.8 V is applied so that the reference electrode 25 side is + and the measurement electrode 24 side is −. It was designed to detect the limiting current commensurate with the oxygen concentration of.

【0004】この酸素センサは、排気ガスが空気過多な
雰囲気であれば、排気ガス中から前記空気室28へ酸素
を汲み出すような動作をし、排気ガスが燃料過多であれ
ば、排気ガス中と前記空気室28との間の酸素濃度比に
より発生する起電力により、前記空気室28から排気ガ
ス中に酸素を汲み出すような動作をするようになってい
た。
This oxygen sensor operates so as to pump oxygen from the exhaust gas into the air chamber 28 if the exhaust gas is in an air-rich atmosphere, and in the exhaust gas if the exhaust gas is fuel-rich. The electromotive force generated by the oxygen concentration ratio between the air chamber 28 and the air chamber 28 operates to pump oxygen from the air chamber 28 into the exhaust gas.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、測定電
極の上に形成する拡散律速層は、通常溶射により形成す
るが、ジルコニアからなる固体電解質の表面は非常に平
滑になっており、溶射により形成する拡散律速層もしく
は保護層は、その保持強度が非常に低く、実車の振動に
よりジルコニア固体電解質の表面の拡散律速層もしくは
保護層が容易に剥離することが判った。
However, the diffusion-controlling layer formed on the measuring electrode is usually formed by thermal spraying, but the surface of the solid electrolyte made of zirconia is very smooth and is formed by thermal spraying. It was found that the diffusion-controlling layer or the protective layer had a very low holding strength, and the diffusion-controlling layer or the protective layer on the surface of the zirconia solid electrolyte was easily peeled off by the vibration of the actual vehicle.

【0006】また、このように拡散律速層が部分的に剥
離することにより、正確な空燃比を検知できなくなって
しまうという問題があった。
Further, there is a problem in that the air-fuel ratio cannot be accurately detected due to the partial separation of the diffusion-controlling layer.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】 本発明は、一端が封止
された大気導入孔を有する固体電解質基板の外表面に測
定電極を、該測定電極と対向する前記大気導入孔側内面
に基準電極をそれぞれ有し、前記測定電極の周囲に表面
粗さ(Ra)が1.0μm以上の粗面部を形成するとと
もに、この粗面部と前記測定電極を覆うように拡散律速
層を備えたことを特徴とする。なお、本発明における表
面粗さとは、算術平均粗さ(Ra)のことである。
Means for Solving the Problems According to the present invention, a measurement electrode is provided on the outer surface of a solid electrolyte substrate having an air introduction hole whose one end is sealed, and a reference electrode is provided on the air introduction hole-side inner surface facing the measurement electrode. And a diffusion rate controlling layer so as to cover the rough surface portion and the measuring electrode, while forming a rough surface portion having a surface roughness (Ra) of 1.0 μm or more around the measuring electrode. And The surface roughness in the present invention is the arithmetic average roughness (Ra).

【0008】また前記粗面部が、固体電解質基板上に形
成した被覆層からなることを特徴とする。
Further, the rough surface portion is composed of a coating layer formed on the solid electrolyte substrate.

【0009】そして、前記被覆層の厚みが5〜200μ
mであり、幅が0.5〜2.0mmであることを特徴と
する。
The thickness of the coating layer is 5 to 200 μm.
m, and the width is 0.5 to 2.0 mm.

【0010】さらに、前記被覆層がアルミナを主成分と
することを特徴とする。
Further, the coating layer is characterized by containing alumina as a main component.

【0011】また、前記被覆層が前記測定電極の外辺か
ら1.5mm以内に形成されていることを特徴とする。
Further, the coating layer is formed within 1.5 mm from the outer edge of the measuring electrode.

【0012】また、前記被覆層が破線状に前記測定電極
を周回していることを特徴とする。
Further, the coating layer is characterized in that it surrounds the measuring electrode in a broken line shape.

【0013】このような被覆層を形成することにより、
拡散律速層および測定電極の保護層の、測定電極に対す
る密着強度を上げ、耐久性良好な拡散律速層および保護
層を形成することが出来るようになる。
By forming such a coating layer,
By increasing the adhesion strength of the diffusion-controlling layer and the protective layer of the measuring electrode to the measuring electrode, it becomes possible to form the diffusion-controlling layer and the protective layer having good durability.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素センサ素子の
一例を図1、2に示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of the oxygen sensor element of the present invention is shown in FIGS.

【0015】この酸素センサ素子1は、ジルコニアから
なる固定電解質層3とその対抗する表面に形成された測
定電極4、基準電極5および電極引出部6電極パッド7
と、前記基準電極5を覆うように形成されている空気室
8およびそれに繋がり一端が開放された空気導入孔9
と、これらの側壁となる固体電解質層10と、前記固体
電解質層3に対抗する位置し前記空気室8および空気導
入孔9の蓋となる固体電解質層3とからなるセンサ素子
1と、セラミック絶縁体11中に発熱体12を内蔵する
ヒータ素子10とからなる。そして、センサ素子1とヒ
ータ素子2は、該ヒーター素子2の発熱部が接触するよ
うに組付け固定されている。
This oxygen sensor element 1 comprises a fixed electrolyte layer 3 made of zirconia and a measurement electrode 4, a reference electrode 5 and an electrode lead-out portion 6 electrode pad 7 formed on the opposing surface.
And an air chamber 8 formed so as to cover the reference electrode 5 and an air introduction hole 9 connected to it and having one end opened
A sensor element 1 comprising a solid electrolyte layer 10 serving as a side wall of these, a solid electrolyte layer 3 positioned to face the solid electrolyte layer 3 and serving as a lid for the air chamber 8 and the air introduction hole 9, and ceramic insulation It is composed of a heater element 10 in which a heating element 12 is built in a body 11. The sensor element 1 and the heater element 2 are assembled and fixed so that the heat generating portion of the heater element 2 is in contact with each other.

【0016】また、測定電極4の周囲には粗面部として
被覆層16が形成され、該被覆層16および測定電極4
の表面に多孔質ジルコニア、スピネル溶射膜やアルミナ
等からなる拡散律速層17が形成されている。この拡散
律速層17は、排気ガスからの被毒に対する保護層とし
ての役割と限界電流素子の拡散律速層17としての役割
を兼ねている。
A coating layer 16 is formed as a rough surface portion around the measuring electrode 4, and the coating layer 16 and the measuring electrode 4 are provided.
A diffusion-controlling layer 17 made of porous zirconia, a spinel sprayed film, alumina or the like is formed on the surface of the. The diffusion-controlling layer 17 serves both as a protection layer against poisoning from exhaust gas and as the diffusion-controlling layer 17 of the limiting current element.

【0017】拡散律速層17をセンサ基板1の測定電極
4の周囲に強固に固着させるためには、センサ基板1表
面の粗面部の表面粗さ(Ra)を1.0μm以上とする
ことが好ましい。表面粗さ(Ra)が1.0μm以下で
はアンカー効果が弱くなるので好ましくない。焼結した
固体電解質層3表面の表面粗さ(Ra)は、0.2μm
以下と非常に平滑になっている。また、測定電極4およ
び基準電極5の表面粗さ(Ra)は、2.0〜7.0μ
mとなっているので、溶射による拡散律速層17が固着
しやすくなっているものと考えている。前記表面粗さ
(Ra)は、さらに好ましくは2.0μm以上とするこ
とが良い。
In order to firmly fix the diffusion-controlling layer 17 around the measuring electrode 4 of the sensor substrate 1, the surface roughness (Ra) of the rough surface portion of the sensor substrate 1 is preferably 1.0 μm or more. . If the surface roughness (Ra) is 1.0 μm or less, the anchor effect becomes weak, which is not preferable. The surface roughness (Ra) of the surface of the sintered solid electrolyte layer 3 is 0.2 μm.
It is very smooth as below. The surface roughness (Ra) of the measurement electrode 4 and the reference electrode 5 is 2.0 to 7.0 μm.
Since it is m, it is considered that the diffusion-controlling layer 17 due to thermal spraying is easily fixed. The surface roughness (Ra) is more preferably 2.0 μm or more.

【0018】測定電極4周囲に形成する粗面部の表面粗
さ(Ra)を1μm以上とするためには、図1に示すよ
うに測定電極4の周囲に被覆層16を形成しても良い。
被覆層16は、拡散律速層17をセンサ基板1に固着さ
せるためのアンカーとしての機能を果たす。測定電極4
の表面多孔質になっているため拡散律速層17がアンカ
ー効果で強固に固着しているが、固体電解質層3の表面
は非常に平滑にできているため拡散律速層17の固着強
度が低く、前記被覆層16がないと使用中の熱サイクル
で固体電解質層3の剥離し、一部測定電極4の表面から
も部分的に剥離し、空燃比の測定が正確に検知できなく
なる。
In order to set the surface roughness (Ra) of the rough surface portion formed around the measurement electrode 4 to 1 μm or more, a coating layer 16 may be formed around the measurement electrode 4 as shown in FIG.
The coating layer 16 functions as an anchor for fixing the diffusion control layer 17 to the sensor substrate 1. Measuring electrode 4
However, since the surface of the solid electrolyte layer 3 is very smooth, the adhesion of the diffusion-controlling layer 17 is low. Without the coating layer 16, the solid electrolyte layer 3 peels off due to the heat cycle during use, and also partially peels off from the surface of the measurement electrode 4, which makes it impossible to accurately detect the air-fuel ratio.

【0019】また、被覆層16は、厚みを5〜200μ
mとすることが好ましい。厚み5μm以下では、表面粗
さRmaxが小さくなり十分なアンカー効果が期待でき
ない。また、厚みが200μmを越えると、センサ基板
1の反りに影響するので好ましくない。センサ基板1の
反りが100μmを越えると、ヒータ基板2との接触が
悪くなるため加熱時の昇温が遅くなるとともに、センサ
基板1とヒータ基板2が片当たりすることになり、磨耗
やクラックの発生の原因となるので好ましくない。
The coating layer 16 has a thickness of 5 to 200 μm.
It is preferably m. When the thickness is 5 μm or less, the surface roughness Rmax becomes small and a sufficient anchor effect cannot be expected. If the thickness exceeds 200 μm, the warpage of the sensor substrate 1 is affected, which is not preferable. When the warp of the sensor substrate 1 exceeds 100 μm, the contact with the heater substrate 2 becomes poor, and the temperature rise during heating is slowed, and the sensor substrate 1 and the heater substrate 2 come into partial contact, causing wear and cracks. It is not preferable because it causes the generation.

【0020】そして、被覆層16は、測定電極4の外辺
から1.5mm以内に形成することが好ましい。測定電
極4の外辺から1.5mmを越えて離れて形成すると、
被覆層16と測定電極4の間の部分が剥離してしまう場
合があるからである。
The coating layer 16 is preferably formed within 1.5 mm from the outer edge of the measuring electrode 4. When it is formed over 1.5 mm away from the outer periphery of the measuring electrode 4,
This is because the portion between the coating layer 16 and the measurement electrode 4 may peel off.

【0021】また、被覆層16は、アルミナセラミック
スを主成分とするペーストを固体電解質層3の表面に塗
布し、同時焼成することにより形成することが好まし
い。この時、焼結が進むにつれアルミナセラミックス中
に添加していた焼結助剤が固体電解質層3に拡散し、被
覆層16はアルミナが多孔質になってしまう。このよう
な反応により、被覆層16を固体電解質層3の表面に強
固に固着させることができる。また、この多孔質構造を
拡散律速層17のアンカーとして利用することが、拡散
律速層17の固着強度を向上させ耐久性を向上させるた
めに有効であることが判った。
The coating layer 16 is preferably formed by applying a paste containing alumina ceramics as a main component on the surface of the solid electrolyte layer 3 and simultaneously firing it. At this time, as the sintering proceeds, the sintering aid added to the alumina ceramics diffuses into the solid electrolyte layer 3, and the coating layer 16 becomes porous in alumina. By such a reaction, the coating layer 16 can be firmly fixed to the surface of the solid electrolyte layer 3. Further, it was found that utilizing this porous structure as an anchor for the diffusion-controlling layer 17 is effective for improving the fixing strength of the diffusion-controlling layer 17 and improving the durability.

【0022】また、被覆層16の別の製法として、固体
電解質層3の表面に固体電解質層3と同組成の原料に樹
脂製のポア材を添加したペーストをプリント形成し、固
体電解質層3と同時焼成して多孔質な被覆層16として
も構わない。この場合、同一組成であるため、被覆層1
6は、固体電解質層3の表面に強固に固着させることが
できる。また、測定電極4の上にマスクを被せて測定電
極4を保護しながらブラスト加工することにより、測定
電極4周囲の固体電解質層3の表面粗さ(Ra)が1μ
m以上となるようにしても構わない。
As another method for producing the coating layer 16, a paste obtained by adding a resin-made pore material to a raw material having the same composition as the solid electrolyte layer 3 is printed on the surface of the solid electrolyte layer 3 to form the solid electrolyte layer 3 with the solid electrolyte layer 3. The porous coating layer 16 may be formed by simultaneous firing. In this case, the coating layer 1 has the same composition.
6 can be firmly fixed to the surface of the solid electrolyte layer 3. Moreover, the surface roughness (Ra) of the solid electrolyte layer 3 around the measuring electrode 4 is 1 μm by covering the measuring electrode 4 with a mask and protecting the measuring electrode 4 by blasting.
It may be m or more.

【0023】また、図3に示すように、被覆層16が破
線状に測定電極4を周回するように設置しても構わな
い。このような構成にするメリットとしては、固体電解
質層3と被覆層16の焼成収縮や熱膨張率の差による反
りの発生を低減する効果がある。また、前記破線の形状
については、実線部分の長さは1mm以上とし、そのピ
ッチは1mm以下とすることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 3, the coating layer 16 may be installed so as to surround the measuring electrode 4 in a broken line shape. As a merit of such a configuration, there is an effect of reducing occurrence of warpage due to firing shrinkage of the solid electrolyte layer 3 and the coating layer 16 or a difference in coefficient of thermal expansion. Further, regarding the shape of the broken line, it is preferable that the length of the solid line portion is 1 mm or more and the pitch thereof is 1 mm or less.

【0024】また、基準電極4および測定電極4はPt
粉末に対し20〜70体積%のジルコニア粉末を添加し
て焼結させたものであり、いずれも多孔質の白金電極か
らなり、固体電解質−Pt−気相の三重点を多数形成す
ると共に、ガスが拡散しやすい構造となっている。ま
た、添加したジルコニア粉末が固体電解質層3と焼結し
電極を固体電解質層3に強固に固着させるようになって
いる。
The reference electrode 4 and the measurement electrode 4 are Pt.
20 to 70% by volume of zirconia powder was added to the powder and sintered, and each was composed of a porous platinum electrode and formed a large number of solid electrolyte-Pt-gas phase triple points, and gas. Has a structure that allows easy diffusion. Further, the added zirconia powder is sintered with the solid electrolyte layer 3 to firmly fix the electrode to the solid electrolyte layer 3.

【0025】一方、ヒータ基板2は、W、Mo、Re等
の高融点金属からなる発熱抵抗体12、リード電極14
を絶縁層11に挟みこんで密封した構造となっており、
上記のセンサ基板1と同様に、平板形状を有している。
また、発熱抵抗体12は絶縁層11の表面に形成した電
極パッド13に接続され、該電極パッド13に通電する
ことにより、発熱する構造となっている。発熱体12の
組成は、発熱容量と昇温速度により好適に選択すればよ
い。この場合、発熱抵抗体12とリード部14の抵抗比
率は室温において、9:1〜7:3の範囲に制御するこ
とが好ましい。
On the other hand, the heater substrate 2 includes a heating resistor 12 made of a high melting point metal such as W, Mo and Re, and a lead electrode 14.
It has a structure in which the
Like the sensor substrate 1, it has a flat plate shape.
The heating resistor 12 is connected to the electrode pad 13 formed on the surface of the insulating layer 11 and has a structure that heats when the electrode pad 13 is energized. The composition of the heating element 12 may be appropriately selected depending on the heating capacity and the temperature rising rate. In this case, it is preferable that the resistance ratio between the heating resistor 12 and the lead portion 14 be controlled within the range of 9: 1 to 7: 3 at room temperature.

【0026】次に、センサ基板1の作動について説明す
る。空燃比が空気過剰な場合は、測定電極4と基準電極
5に印加した電圧による正の電流が流れるが、空燃比が
燃料過多側になると測定電極4と基準電極5の間に空気
室7と排気ガスの酸素濃度比に応じた起電力が発生し、
該起電力が前記電圧より大きくなるため、空気室7側の
空気を排気ガス中にポンピングするような電流が流れ
る。
Next, the operation of the sensor substrate 1 will be described. When the air-fuel ratio is excessively air, a positive current due to the voltage applied to the measurement electrode 4 and the reference electrode 5 flows, but when the air-fuel ratio is on the fuel excess side, an air chamber 7 is formed between the measurement electrode 4 and the reference electrode 5. Electromotive force is generated according to the oxygen concentration ratio of the exhaust gas,
Since the electromotive force becomes larger than the voltage, a current that pumps the air on the air chamber 7 side into the exhaust gas flows.

【0027】そして、この酸素センサは、測定電極4が
マイナス、基準電極5がプラスになるような電圧0.4
〜0.8Vが印加され、排気ガス中の酸素を空気室8側
にポンピングするようになっている。このとき、拡散律
速層17があることにより空燃比に比例した電流が流
れ、この電流値を測定することにより空燃比を検知する
ことができる。従来、ヒータ部をセンサ基板1中に内蔵
させ、センサ基板1の加熱効率を高めることを目指して
開発が進められてきたが、ここに来て、コスト優先の方
向に転換しつつあり、高融点金属からなる発熱抵抗体1
2を内蔵するヒータ素子2を別に組合せる方向が主流と
なりつつある。
This oxygen sensor has a voltage of 0.4 so that the measuring electrode 4 becomes negative and the reference electrode 5 becomes positive.
A voltage of ˜0.8 V is applied to pump oxygen in the exhaust gas to the air chamber 8 side. At this time, a current proportional to the air-fuel ratio flows due to the presence of the diffusion control layer 17, and the air-fuel ratio can be detected by measuring this current value. Conventionally, the development has been advanced with the aim of increasing the heating efficiency of the sensor substrate 1 by incorporating the heater part in the sensor substrate 1, but now, it is shifting to the direction of cost priority and high melting point. Heating resistor 1 made of metal
The mainstream direction is to separately combine the heater elements 2 having the built-in elements 2.

【0028】また、本発明の他の実施形態として、ヒー
タ部をセンサ基板1に一体化することもできる。ヒータ
部を内蔵するヒータ一体型の酸素センサとする場合は、
発熱体12の材質は、Ptを主成分とするものにする。
As another embodiment of the present invention, the heater part may be integrated with the sensor substrate 1. When using a heater integrated oxygen sensor with a built-in heater,
The heating element 12 is made of Pt as a main component.

【0029】一方、センサ基板1とヒータ基板2を組合
せて使用するタイプの酸素センサ1のヒータ基板2は、
上記のセンサ基板1と同じ平板形状を有し、アルミナを
主成分とする絶縁層体11中にW、Mo、Re等からな
る発熱抵抗体12が埋設されている。本発明において
は、センサ基板1を効率良く過熱するために、発熱抵抗
体12からセンサ基板1に接するヒータ基板2の表面ま
での距離としては200〜600μmとすることが好ま
しい。前記距離が200μmより薄いとヒータ基板2の
耐熱性が悪くなる。また、距離が600μmを超えると
ヒータ基板2からセンサ基板1への熱の伝達が悪くな
り、その結果センサ基板1のガス応答性が悪くなる。ま
た、発熱抵抗体12からセンサ基板1に接するヒータ基
板2表面までの距離としては、特に300〜400μm
とすることが望ましい。
On the other hand, the heater substrate 2 of the oxygen sensor 1 of the type in which the sensor substrate 1 and the heater substrate 2 are used in combination,
The heating resistor 12 made of W, Mo, Re or the like is embedded in the insulating layer 11 having the same flat plate shape as that of the sensor substrate 1 and containing alumina as a main component. In the present invention, in order to efficiently overheat the sensor substrate 1, the distance from the heating resistor 12 to the surface of the heater substrate 2 in contact with the sensor substrate 1 is preferably 200 to 600 μm. If the distance is less than 200 μm, the heat resistance of the heater substrate 2 deteriorates. Further, if the distance exceeds 600 μm, the heat transfer from the heater substrate 2 to the sensor substrate 1 deteriorates, and as a result, the gas responsiveness of the sensor substrate 1 deteriorates. The distance from the heating resistor 12 to the surface of the heater substrate 2 in contact with the sensor substrate 1 is particularly 300 to 400 μm.
Is desirable.

【0030】また、ヒータ基板2の厚みとして0.7〜
2mm、特に1〜1.5mmが強度の観点から好まし
い。ヒータ基板2が0.7mmより薄くなるとヒータ基
板2の強度が低くなり、2mmを超えるとヒータ基板2
およびそれに隣接するセンサ基板1を加熱するため大き
な電気量が必要になるため好ましくない。
Further, the thickness of the heater substrate 2 is 0.7 to
2 mm, particularly 1 to 1.5 mm is preferable from the viewpoint of strength. When the thickness of the heater substrate 2 is less than 0.7 mm, the strength of the heater substrate 2 is low, and when it exceeds 2 mm, the heater substrate 2 is too thin.
Also, a large amount of electricity is required to heat the sensor substrate 1 adjacent thereto, which is not preferable.

【0031】また、ヒータ基板2に埋設された発熱抵抗
体12は、耐熱性と製造コストの関係からW、Mo、R
eの一種以上から構成されることが望ましい。発熱抵抗
体12の構造としては、左右で折り返す構造と長手方向
で折り返す構造のいずれも用いることが可能である。
Further, the heating resistor 12 embedded in the heater substrate 2 has W, Mo, R due to the relationship between heat resistance and manufacturing cost.
It is desirable to be composed of one or more of e. As the structure of the heating resistor 12, it is possible to use either a structure folded back to the left or the right or a structure folded back in the longitudinal direction.

【0032】次に、センサ基板2の構成エレメントにつ
いて説明する。
Next, the constituent elements of the sensor substrate 2 will be described.

【0033】排気ガスと直接接する測定電極4表面には
排気ガス中の被毒物質から電極を保護する役目と、もう
一つは排気ガス中から測定電極4への酸素の拡散量を制
御する目的で厚さ10〜800μm、気孔率が10〜5
0%のジルコニア、アルミナ、γ-アルミナおよびスピ
ネル等からなるセラミック多孔質層からなる拡散律速層
17が設けられている。この拡散律速層17の厚みが1
0μmより薄いか、あるいは気孔率が50%を超える
と、電極被毒物質P、Si等が容易に電極に達して電極
性能が悪くなる。それに対して、拡散律速層17の厚み
が800μmを超えるか、あるいは気孔率が10%より
小さくなるとガスの多孔質層中の拡散速度が遅くなり、
電極のガス応答性が悪くなる。特に、気孔径にもよるが
拡散律速層17の厚みとしては特に100〜500μm
が優れる。また、拡散律速層17は、大気中の限界電流
値が3〜10mA程度となるように拡散律速層15の気
孔径と厚みを制御すれば良い。
The surface of the measuring electrode 4 which is in direct contact with the exhaust gas has a function of protecting the electrode from poisonous substances in the exhaust gas, and the other is the purpose of controlling the diffusion amount of oxygen from the exhaust gas to the measuring electrode 4. With a thickness of 10 to 800 μm and a porosity of 10 to 5
A diffusion rate controlling layer 17 made of a ceramic porous layer made of 0% zirconia, alumina, γ-alumina, spinel and the like is provided. The thickness of the diffusion control layer 17 is 1
If the thickness is less than 0 μm or the porosity exceeds 50%, the electrode poisoning substances P, Si, etc. easily reach the electrode and the electrode performance deteriorates. On the other hand, if the thickness of the diffusion-controlling layer 17 exceeds 800 μm or the porosity becomes less than 10%, the diffusion rate of gas in the porous layer becomes slow,
The gas response of the electrode deteriorates. In particular, depending on the pore diameter, the thickness of the diffusion-controlling layer 17 is 100 to 500 μm.
Is excellent. Further, the diffusion-controlling layer 17 may be formed by controlling the pore diameter and the thickness of the diffusion-controlling layer 15 so that the limiting current value in the atmosphere is about 3 to 10 mA.

【0034】固体電解質層3の表面に被着形成される測
定電極4と基準電極5、電極引出部6、電極パッド7
は、いずれも白金、あるいは白金と、ロジウム、パラジ
ウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれる1種との合
金が用いられる。また、センサ動作時の電極中の金属の
粒成長を防止する目的と、応答性に係わる電極中に含ま
れる金属粒子と固体電解質と気体との、いわゆる3相界
面の接点を増大する目的で、上述のセラミック固体電解
質成分を1〜50体積%、特に10〜30体積%の割合
で上記電極中に混合してもよい。また、電極引出部6お
よび電極パッド9については、添加する固体電解質成分
が母材である固体電解質層3との密着強度を高める役割
を果たす。
The measuring electrode 4 and the reference electrode 5, which are adhered and formed on the surface of the solid electrolyte layer 3, the electrode lead-out portion 6, and the electrode pad 7.
In each case, platinum or an alloy of platinum and one kind selected from the group of rhodium, palladium, ruthenium and gold is used. Further, for the purpose of preventing grain growth of metal in the electrode during sensor operation, and for increasing the so-called three-phase interface contact point between the metal particles, solid electrolyte and gas contained in the electrode relating to responsiveness, The above-mentioned ceramic solid electrolyte component may be mixed in the electrode in a proportion of 1 to 50% by volume, particularly 10 to 30% by volume. Regarding the electrode lead-out portion 6 and the electrode pad 9, the solid electrolyte component to be added plays a role of increasing the adhesion strength with the solid electrolyte layer 3 as the base material.

【0035】電極の形状としては、四角形でも楕円形で
もよい。また、電極の厚みとしては、3〜20μm、特
に5〜10μmが好ましい。
The shape of the electrodes may be square or elliptical. Further, the thickness of the electrode is preferably 3 to 20 μm, and particularly preferably 5 to 10 μm.

【0036】次に、ヒータ基板2の作製法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the heater substrate 2 will be described.

【0037】アルミナのグリーンシートはアルミナ粉末
に、適宜、成形用有機バインダを添加してドクターブレ
ード法や、押出成形や、静水圧成形(ラバープレス)あ
るいはプレス形成などの周知の方法により作製する。こ
の際、アルミナ粉末としては、アルミナを主成分とし
て、焼結性を改善する目的でMg、Ca、Siを総和で
1〜10重量%添加した粉末が好適に用いられる。ま
た、Na、K等のアルカリ金属はマイグレーションして
陰極側に濃縮され、周辺のセラミック絶縁体12の融点
を下げ、その他のアルカリ土類金属の濃縮を助長し、こ
れらの金属元素を含有する酸化物の移動により陰極側の
セラミック絶縁体11にクラックが発生して電気絶縁性
および発熱体12の耐久性を悪くするため0.1重量%
以下に制御する必要がある。
The alumina green sheet is prepared by adding a molding organic binder to alumina powder as appropriate by a known method such as a doctor blade method, extrusion molding, hydrostatic molding (rubber press) or press forming. At this time, as the alumina powder, a powder containing alumina as a main component and containing Mg, Ca, and Si in a total amount of 1 to 10 wt% is preferably used for the purpose of improving sinterability. In addition, alkali metals such as Na and K migrate and are concentrated on the cathode side, lower the melting point of the surrounding ceramic insulator 12, promote the concentration of other alkaline earth metals, and oxidize these metal elements. 0.1 wt% because cracks are generated in the ceramic insulator 11 on the cathode side due to the movement of the object and the electrical insulation and the durability of the heating element 12 are deteriorated.
The following needs to be controlled.

【0038】上記のグリーンシートの片面にW、Mo、
Re等を含有する導電性ペーストを用いてスラリーデッ
ィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール
転写で発熱抵抗体12のパターン形成した後、アクリル
樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させてグリ−ンシー
トを接着させるか、あるいはローラ等で圧力を加えなが
ら機械的に接着することによりヒータ基板2の積層体を
作製する。
On one side of the above green sheet, W, Mo,
After forming a pattern of the heating resistor 12 by a slurry dip method, screen printing, pad printing, or roll transfer using a conductive paste containing Re or the like, a green sheet is formed by interposing an adhesive such as an acrylic resin or an organic solvent. Are bonded or mechanically bonded while applying pressure with a roller or the like to produce a laminated body of the heater substrates 2.

【0039】ヒータ基板2の焼成は、発熱抵抗体12の
酸化を防止する観点から水素等を含有するフォーミング
等の還元ガス雰囲気中、1400℃〜1650℃の温度
範囲で5〜10時間行う。この際、焼成時のヒータ基板
2の反りを抑制するため、錘として平滑なアルミナ等の
基板を積層体の上に加重を加えるように置くことにより
反り量を低減することが出来る。
The heating of the heater substrate 2 is performed for 5 to 10 hours in a temperature range of 1400 ° C. to 1650 ° C. in a reducing gas atmosphere such as forming containing hydrogen and the like from the viewpoint of preventing the heating resistor 12 from being oxidized. At this time, in order to suppress the warp of the heater substrate 2 during firing, the amount of warp can be reduced by placing a smooth substrate such as alumina as a weight on the laminated body so as to apply a weight.

【0040】次に、本発明のセンサ基板1の製造方法の
一例を説明する。本発明の酸素センサ1のセンサ基板1
は、図1に示すように上記のジルコニアグリーンシート
からなる固体電解質層3の両面に、測定電極4および基
準電極5を白金を含有する導電性ペーストを用いてスラ
リーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印
刷、ロール転写で形成し、この後、拡散律速層17とな
るセラミック多孔質層を測定電極4の表面に形成した
後、前記ジルコニアグリーンシートからなる固体電解質
層3の基準電極5側の面に空気室8と空気導入孔9の側
壁部となる固体電解質層10を形成した後、さらに別の
固体電解質層3を積層する。この際、積層は、アクリル
樹脂や有機溶媒などの接着剤をグリーンシート間に介在
させて接着させたり、あるいはローラ等で圧力を加えな
がら機械的に接着させたりすることにより行うことがで
きる。焼成は、大気中または不活性ガス雰囲気中、13
00℃〜1500℃の温度範囲で1〜10時間行う。
Next, an example of a method for manufacturing the sensor substrate 1 of the present invention will be described. Sensor substrate 1 of oxygen sensor 1 of the present invention
As shown in FIG. 1, the measurement electrode 4 and the reference electrode 5 are formed on the both surfaces of the solid electrolyte layer 3 made of the zirconia green sheet by using a conductive paste containing platinum, or by a slurry dip method, screen printing, or pad printing. Then, a ceramic porous layer that becomes the diffusion-controlling layer 17 is formed on the surface of the measurement electrode 4, and then air is formed on the surface of the solid electrolyte layer 3 made of the zirconia green sheet on the reference electrode 5 side. After forming the solid electrolyte layer 10 which becomes the side wall of the chamber 8 and the air introduction hole 9, another solid electrolyte layer 3 is further laminated. At this time, the lamination can be performed by interposing an adhesive such as an acrylic resin or an organic solvent between the green sheets for adhesion, or by mechanically adhering while applying pressure with a roller or the like. Firing is performed in the air or in an inert gas atmosphere at 13
It is carried out in the temperature range of 00 ° C to 1500 ° C for 1 to 10 hours.

【0041】この後、別体で作製したヒータ基板2と、
上記のセンサ基板1を固定して酸素センサを作製する。
After that, the heater substrate 2 produced separately,
The sensor substrate 1 is fixed and an oxygen sensor is manufactured.

【0042】[0042]

【実施例】実施例1 図1に示す空燃比センサ素子を例にして、本発明の実施
例を説明する。
EXAMPLE 1 An example of the present invention will be described by taking the air-fuel ratio sensor element shown in FIG. 1 as an example.

【0043】市販のSi、Mg、Caの酸化物を5重量
%含むアルミナ粉末と、Siを0.1重量%含む5モル
%Y23含有のジルコニア粉末と、8モル%のイットリ
アからなるジルコニア粉末を30体積%含有する白金粉
末と、W粉末をそれぞれ準備した。
It consists of commercially available alumina powder containing 5 wt% of oxides of Si, Mg and Ca, zirconia powder containing 5 wt% Y 2 O 3 containing 0.1 wt% of Si, and 8 mol% yttria. Platinum powder containing 30% by volume of zirconia powder and W powder were prepared.

【0044】まず、5モル%Y23含有のジルコニア粉
末にポリビニルアルコール溶液を添加して坏土を作製
し、押出成形により焼結後厚みが0.4mmになるよう
にジルコニアのグリーンシートを作製した。その後、該
グリーンシートの両面にジルコニア粉末を含有する白金
をスクリーン印刷して、測定電極4と基準電極5を作製
した後、粗面部となる被覆層16を測定電極4の外周か
ら0.5mmの位置に周回して形成し、さらに基準電極
5側の主面に空気室7および空気導入孔8の側壁となる
ジルコニアのグリーンシートをアクリル系のバインダを
含有する密着液を用いて密着し、さらに空気室7と空気
導入孔8の蓋となるグリーンシートを密着して積層体を
作製し、1450℃×2時間焼成してセンサ基板1を得
た。
First, a polyvinyl alcohol solution was added to zirconia powder containing 5 mol% Y 2 O 3 to prepare a kneaded material, and a green sheet of zirconia was formed by extrusion molding so as to have a thickness of 0.4 mm after sintering. It was made. After that, platinum containing zirconia powder was screen-printed on both sides of the green sheet to prepare the measurement electrode 4 and the reference electrode 5, and then the coating layer 16 to be the rough surface portion was formed 0.5 mm from the outer circumference of the measurement electrode 4. The zirconia green sheet forming the side wall of the air chamber 7 and the air introduction hole 8 is adhered to the main surface of the reference electrode 5 side by using an adhesion liquid containing an acrylic binder, The air chamber 7 and the green sheet that will be the lid of the air introduction hole 8 were brought into close contact with each other to form a laminate, which was then baked at 1450 ° C. for 2 hours to obtain the sensor substrate 1.

【0045】この時、被覆層16に使用するアルミナの
平均粒径を0.2〜2.0μmの間で変量したものを用
いた。また、被覆層16用に調整したペーストの濃度と
粘度を調整して、被覆層16の表面粗さ(Ra)を調整
した。また、アルミナもしくはジルコニアからなる被覆
層16用のペースト中に平均粒径30μmのポア材を3
0体積%添加して、これらのペーストの焼結後の表面粗
さ(Ra)を調整した試料も合わせて準備した。なお、
被覆層16の表面粗さ(Ra)は、拡散律速層17を形
成する前に表面粗さ計で測定した。
At this time, the alumina used for the coating layer 16 had a mean particle size varied from 0.2 to 2.0 μm. Further, the surface roughness (Ra) of the coating layer 16 was adjusted by adjusting the concentration and viscosity of the paste prepared for the coating layer 16. In addition, in the paste for the coating layer 16 made of alumina or zirconia, 3 parts of a pore material having an average particle diameter of 30 μm is used.
A sample in which 0 volume% was added to adjust the surface roughness (Ra) of these pastes after sintering was also prepared. In addition,
The surface roughness (Ra) of the coating layer 16 was measured with a surface roughness meter before forming the diffusion controlling layer 17.

【0046】その後、測定電極4および被覆層16の上
にスピネルからなる拡散律速層17を厚み400μm形
成した。
Then, a diffusion controlling layer 17 made of spinel was formed on the measuring electrode 4 and the coating layer 16 to a thickness of 400 μm.

【0047】一方、アルミナ粉末にポリビニルアルコー
ル溶液を添加して坏土を作製し、厚みが焼成後0.1〜
0.8mmの厚みに成るように押出し成形で種々アルミ
ナのグリーンシートを作製した。この後、グリーンシー
トにWからなる発熱体12を約40μmの厚みになるよ
うスクリーン印刷で印刷した後、さらにアクリルの密着
剤を用いてアルミナのグリーンシートを重ねて積層体を
形成した後、1500℃で10時間水素を10%含む窒
素ガス中で焼結し、センサ基板1と同じ幅で厚みが1.
5mmのヒータ基板2を作製した。
On the other hand, a polyvinyl alcohol solution was added to alumina powder to prepare a kneaded clay, which had a thickness of 0.1 to 10 after firing.
Green sheets of various aluminas were produced by extrusion so as to have a thickness of 0.8 mm. After that, the heating element 12 made of W is printed on the green sheet by screen printing so as to have a thickness of about 40 μm, and further, alumina green sheets are stacked using an acrylic adhesive to form a laminate, and then 1500 Sintered in nitrogen gas containing 10% of hydrogen at 10 ° C. for 10 hours to have the same width as the sensor substrate 1 and a thickness of 1.
A 5 mm heater substrate 2 was produced.

【0048】この後、上記のセンサ基板1とヒータ基板
2を係結して固定し、ヒータ基板2の加熱によりセンサ
基板1の拡散律速層17表面が1分間で1000℃にな
るように加熱し、2分間で40℃以下まで冷却するサイ
クルを5000サイクル繰り返した後の拡散律速層17
の剥離の有無を各条件10個づつ確認した。
After that, the sensor substrate 1 and the heater substrate 2 are linked and fixed, and the heater substrate 2 is heated so that the surface of the diffusion control layer 17 of the sensor substrate 1 is heated to 1000 ° C. in 1 minute. Diffusion rate controlling layer 17 after repeating a cycle of cooling to 40 ° C. or less for 2 minutes for 5000 cycles
The presence or absence of peeling was confirmed for each of the 10 conditions.

【0049】剥離の有無は、市販のガムテープを拡散律
速層17の表面に貼り付けたのち剥ぐ剥離テストを3サ
イクル繰り返して、20倍の双願を用いて剥離の有無を
確認した。
Regarding the presence or absence of peeling, a peeling test in which a commercially available gum tape was attached to the surface of the diffusion-controlling layer 17 and then peeling was repeated for 3 cycles, and the presence or absence of peeling was confirmed using a 20 times double application.

【0050】結果を、表1に示した。The results are shown in Table 1.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】表1から判るように、被覆層16の表面粗
さ(Ra)が1.0μm未満であるNo.1、2は昇温
テスト後の剥離テストにおいて、半数以上のものに拡散
律速層17の剥離が発生した。これに対し、被覆層16
の表面粗さ(Ra)が1.0μm以上であるNo.3〜
7は、剥離は殆ど発生せず良好な性能を示した。No.
3は、被覆層16の上の拡散律速層17の一部に剥離が
見られたが、拡散律速性能に影響の出ないレベルであっ
た。
As can be seen from Table 1, No. 1 whose surface roughness (Ra) of the coating layer 16 is less than 1.0 μm. In No. 1 and No. 2 in the peeling test after the temperature rising test, peeling of the diffusion-controlling layer 17 occurred in more than half of them. On the other hand, the coating layer 16
Whose surface roughness (Ra) is 1.0 μm or more. 3-
Sample No. 7 showed good performance with almost no peeling. No.
In No. 3, although peeling was observed in a part of the diffusion-controlling layer 17 on the coating layer 16, the diffusion-controlling performance was not affected.

【0053】実施例2 ここでは、被覆層16の厚みと幅に対する拡散律速層1
7の固着強度の変化を調査した。
Example 2 Here, the diffusion-controlling layer 1 with respect to the thickness and width of the coating layer 16 was used.
The change in fixing strength of No. 7 was investigated.

【0054】試料は、実施例1と同様な方法で作製し、
アルミナからなる被覆層16の厚みを2〜250μmの
間で変量し、幅を0.2〜2.5mmの間で変量した試
料を準備した。
A sample was prepared in the same manner as in Example 1,
A sample in which the thickness of the coating layer 16 made of alumina was varied between 2 and 250 μm and the width was varied between 0.2 and 2.5 mm was prepared.

【0055】この後、上記のセンサ基板2とヒータ基板
10を係結して固定し、振動試験機に自由端長20mm
となるように各条件10個づつセットし、振幅を1.0
mmに固定して0〜30Gまで20分間で上げ20分間
で下げる試験を100サイクル実施し、市販のガムテー
プを拡散律速層17の表面に貼り付けたのち剥ぐ剥離テ
ストを3サイクル繰り返して、20倍の双願を用いて剥
離の有無を確認した。
After that, the sensor substrate 2 and the heater substrate 10 are connected and fixed to each other, and a free end length of 20 mm is set in the vibration tester.
Set 10 conditions each and set the amplitude to 1.0
100 cycles of a test of fixing to mm and increasing from 0 to 30 G in 20 minutes and lowering in 20 minutes are carried out, and a peeling test of sticking a commercially available gum tape on the surface of the diffusion-controlling layer 17 and then peeling is repeated 3 times to obtain 20 times. The presence or absence of peeling was confirmed using the above-mentioned Sogan.

【0056】また、センサ基板1の反りを表面粗さ計を
用いて測定した。測定電極4の周囲について、1インチ
長さ当たりの反り量を測定した。測定電極4部分につい
ては、その端部の段差により電極厚みを測定し反り量を
修正した。反り量の判断基準は、200μmを越えるも
のはNGとし、200μm以下のものはOKとした。
The warpage of the sensor substrate 1 was measured using a surface roughness meter. The amount of warpage per inch of length was measured around the measuring electrode 4. Regarding the measurement electrode 4 portion, the thickness of the electrode was measured by the step difference at the end portion, and the amount of warpage was corrected. The criterion for the amount of warp was NG if it exceeded 200 μm, and OK if it was 200 μm or less.

【0057】結果は、表2に示した。The results are shown in Table 2.

【0058】[0058]

【表2】 [Table 2]

【0059】表2の結果から判るように、被覆層16の
厚みが5μm未満であるNo.1は、一部のサンプルに
拡散律速層17の剥離が発生した。また、被覆層16の
幅が0.5mm未満であるNo.9にも一部のサンプル
に剥離が発生した。また、被覆層16の厚みが200μ
mを越えるNo.8、および幅が2mmを越えるNo.
14は、センサ基板1に100μm以上の反りが発生
し、センサ基板1の一部にこれに対し、被覆層16の厚
みを5〜200μmとしたNo.2〜7、10〜13、
15は、拡散律速層17の剥離は発生しなかった。
As can be seen from the results in Table 2, the coating layer 16 having a thickness of less than 5 μm has a thickness of less than 5 μm. In No. 1, peeling of the diffusion-controlling layer 17 occurred in some samples. Moreover, the width of the coating layer 16 is less than 0.5 mm. In 9 as well, peeling occurred in some samples. In addition, the thickness of the coating layer 16 is 200μ
No. over m. No. 8 and a width of 2 mm or more.
In No. 14, warp of 100 μm or more occurred in the sensor substrate 1, and in part of the sensor substrate 1, the coating layer 16 had a thickness of 5 to 200 μm. 2-7, 10-13,
In No. 15, peeling of the diffusion control layer 17 did not occur.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、一
端が封止された大気導入孔を有する固体電解質基板の外
表面に測定電極を、該測定電極と対向する前記大気導入
孔側内面に基準電極をそれぞれ有し、前記測定電極の周
囲に表面粗さ(Ra)が1.0μm以上の粗面部を形成
するとともに、この粗面部と前記測定電極を覆うように
拡散律速層を形成することにより、測定電極の表面に形
成する拡散律速層もしくは保護層の固着強度を高め、耐
久性良好な酸素センサを提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, the measuring electrode is provided on the outer surface of the solid electrolyte substrate having the air introducing hole whose one end is sealed, and the side of the atmosphere introducing hole facing the measuring electrode is provided. A reference electrode is provided on each inner surface, and a rough surface portion having a surface roughness (Ra) of 1.0 μm or more is formed around the measurement electrode, and a diffusion rate controlling layer is formed so as to cover the rough surface portion and the measurement electrode. By doing so, the fixing strength of the diffusion-controlling layer or the protective layer formed on the surface of the measurement electrode can be increased, and an oxygen sensor with good durability can be provided.

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

【図1】本発明の酸素センサの一例を示す展開斜視図で
ある。
FIG. 1 is a developed perspective view showing an example of an oxygen sensor of the present invention.

【図2】本発明の酸素センサの他の実施形態を示す平面
図である。
FIG. 2 is a plan view showing another embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図3】本発明の酸素センサ他の実施形態を示す平面図
である。
FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図4】従来の酸素センサの他の例を示す展開斜視図で
ある。
FIG. 4 is a developed perspective view showing another example of a conventional oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ基板 2 ヒータ基板 3 固体電解質層 4 測定電極 5 基準電極 6 リード電極 7 電極パッド 8 空気室 9 空気導入孔 10 空気室側壁 11 絶縁層 12 発熱抵抗体 13 電極パッド 14 リード電極 15 ビアホール 16 被覆層 17 拡散律速層 1 sensor board 2 heater substrate 3 Solid electrolyte layer 4 measuring electrodes 5 Reference electrode 6 lead electrode 7 electrode pad 8 air chambers 9 Air introduction hole 10 Air chamber side wall 11 insulating layer 12 Heating resistor 13 electrode pads 14 Lead electrode 15 beer hall 16 coating layer 17 Diffusion rate controlling layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端が封止された大気導入孔を有する固体
電解質基板の外表面に測定電極を、該測定電極と対向す
る前記大気導入孔側内面に基準電極をそれぞれ有し、前
記測定電極の周囲に表面粗さ(Ra)が1.0μm以上
の粗面部を形成するとともに、この粗面部と前記測定電
極を覆うように拡散律速層を備えたことを特徴とする酸
素センサ。
1. A measurement electrode is provided on the outer surface of a solid electrolyte substrate having an air introduction hole whose one end is sealed, and a reference electrode is provided on the atmosphere introduction hole side inner surface facing the measurement electrode. An oxygen sensor, characterized in that a rough surface portion having a surface roughness (Ra) of 1.0 μm or more is formed around, and a diffusion-controlling layer is provided so as to cover the rough surface portion and the measurement electrode.
【請求項2】前記粗面部が、固体電解質基板上に形成し
た被覆層からなることを特徴とする請求項1記載の酸素
センサ。
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the rough surface portion comprises a coating layer formed on a solid electrolyte substrate.
【請求項3】前記被覆層の厚みが5〜200μmであ
り、幅が0.5〜2.0mmであることを特徴とする請
求項2記載の酸素センサ。
3. The oxygen sensor according to claim 2, wherein the coating layer has a thickness of 5 to 200 μm and a width of 0.5 to 2.0 mm.
【請求項4】前記被覆層がアルミナを主成分とすること
を特徴とする請求項2又は3記載の酸素センサ。
4. The oxygen sensor according to claim 2, wherein the coating layer contains alumina as a main component.
【請求項5】前記被覆層が破線状に前記測定電極を周回
していることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記
載の酸素センサ。
5. The oxygen sensor according to claim 2, wherein the coating layer surrounds the measuring electrode in a broken line shape.
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