JP2003294687A - Stacked gas sensor element, its manufacturing method, and gas sensor - Google Patents

Stacked gas sensor element, its manufacturing method, and gas sensor

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JP2003294687A
JP2003294687A JP2002097565A JP2002097565A JP2003294687A JP 2003294687 A JP2003294687 A JP 2003294687A JP 2002097565 A JP2002097565 A JP 2002097565A JP 2002097565 A JP2002097565 A JP 2002097565A JP 2003294687 A JP2003294687 A JP 2003294687A
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Nobuo Furuta
暢雄 古田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked gas sensor element capable of starting measurement at an early stage and achieving low power consumption, high resistance to heat, and compactness, and to provide its manufacturing method and a gas sensor. <P>SOLUTION: A first insulating base 11 having a heater 113, a second ion conductive part 13 having a solid electrolyte body 131 and electrodes 132 and 133, a cavity 15, a first ion conductive part 12 having a solid electrolyte body 121 and electrodes 122 and 123, and a second insulating base 16 having a porous part 161 having permeability, are stacked sequentially in this order. Part or the overall side surface of the porous part 161 is surrounded by a non-porous part 162, or the porous part 161 is provided in such a way that air permeates at least in the directions of its side surfaces. At least the end edge of the surface of the porous part 161 that does not face the first insulating base 11 is covered with the non-porous part 162. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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】本発明は積層型ガスセンサ素
子及び積層型ガスセンサ素子の製造方法並びにガスセン
サに関する。更に詳しくは、熱的強度及び機械的強度に
優れる積層型ガスセンサ素子及びこのような積層型ガス
センサ素子の製造方法並びにこのような積層型ガスセン
サ素子を備えるガスセンサに関する。本発明の積層型ガ
スセンサ素子及びガスセンサは、自動車等に用いられる
各種内燃機関の排気ガス中のガス成分の検知及び測定に
使用されるガスセンサ素子及びガスセンサとして好適で
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated gas sensor element, a method of manufacturing the laminated gas sensor element, and a gas sensor. More specifically, the present invention relates to a laminated gas sensor element having excellent thermal strength and mechanical strength, a method for manufacturing such a laminated gas sensor element, and a gas sensor including such a laminated gas sensor element. INDUSTRIAL APPLICABILITY The laminated gas sensor element and gas sensor of the present invention are suitable as a gas sensor element and a gas sensor used for detecting and measuring gas components in exhaust gas of various internal combustion engines used in automobiles and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ガスセンサ素子の最外層に形
成される電極(例えば、検知電極等)を保護する目的等
から、この電極の表面を覆うように多孔質部が設けられ
ることが一般的である(特開平11−223616号公
報等)。このような多孔質部は種々の方法で形成するこ
とができる。例えば、電極表面にスピネルを溶射して形
成することができる(特開平9−203717号公報
等)。また、未焼成ガスセンサ素子の所望部を焼成によ
り多孔質化されるペースト中に浸漬して、このペースト
を塗布した後、焼成して形成することができる(特開平
9−170999号公報)。これらに対して、製造工程
上簡便であること等から、焼失する成分を含有する未焼
成シートを所望の位置に張り付け、その後、焼成して多
孔質部を形成することもできる(特開2001−281
207号公報)。
2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of protecting an electrode (for example, a detection electrode) formed in the outermost layer of a gas sensor element, a porous portion is generally provided so as to cover the surface of the electrode. (Japanese Patent Laid-Open No. 11-223616, etc.). Such a porous portion can be formed by various methods. For example, it can be formed by spraying spinel on the electrode surface (Japanese Patent Laid-Open No. 9-203717, etc.). Alternatively, a desired portion of the unfired gas sensor element can be formed by immersing a desired portion of the unfired gas sensor element in a paste that is made porous by firing, applying the paste, and then firing (JP-A-9-170999). On the other hand, it is also possible to form a porous portion by sticking an unsintered sheet containing a component to be burned off at a desired position and then firing it because it is simple in the manufacturing process and the like (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001). 281
No. 207).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のような未焼成シ
ートを張り付けた後、焼成して得られる多孔質部161
は、通常、図26や図27に示されるような概形とな
る。しかし、多孔質部は非多孔質な部分に比べると熱的
強度及び機械的強度に劣り、特にその端部は可能であれ
ば保護することが好ましい。本発明は上記現状に鑑みて
なされたものであり、多孔質部の端部における強度の低
下を防止し、素子全体として熱的強度及び機械的強度に
優れる積層型ガスセンサ素子を提供することを目的とす
る。更に、このような積層型ガスセンサ素子を確実に安
定して得ることができる製造方法を提供することを目的
とする。また、このような積層型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 porous portion 161 obtained by sticking the above-mentioned unsintered sheet and then sintering it.
Usually has a general shape as shown in FIGS. However, the porous portion is inferior in thermal strength and mechanical strength to the non-porous portion, and it is particularly preferable to protect its end portion if possible. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to prevent a decrease in strength at the end of a porous portion, and to provide a laminated gas sensor element having excellent thermal strength and mechanical strength as a whole element. And Further, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of reliably and stably obtaining such a laminated gas sensor element. Moreover, it aims at providing the gas sensor provided with such a laminated gas sensor element.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の積層型ガスセン
サ素子は、第1絶縁性基部と、固体電解質体及び該固体
電解質体の表面に形成された一対の電極を有するイオン
導電部と、該第1絶縁性基部に対向する第2絶縁性基部
と、がこの順に積層されて備えられ、該第2絶縁性基部
は、少なくとも表裏方向に通気できる多孔質部を備え、
該多孔質部の側面の一部又は側面の全部は非多孔質部に
より囲まれ、且つ、該一対の電極のうちのいずれか一方
のみが該多孔質部を介して被測定雰囲気と接するように
配置されていることを特徴とする。また、上記多孔質部
の側面の全部が上記非多孔質部により囲まれ、且つ、該
多孔質部の側面を囲む該非多孔質部からなる枠部の幅は
0.2mm以上であるものとすることができる。更に、
上記第2絶縁性基部の上記第1絶縁性基部に対向しない
側に凹部を備え、該凹部及び上記多孔質部を通じて該第
2絶縁性基部の表裏方向に通気されるものとすることが
できる。
A laminated gas sensor element of the present invention comprises a first insulating base portion, an ion conductive portion having a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body, and A second insulating base portion facing the first insulating base portion and a second insulating base portion are laminated in this order, and the second insulating base portion is provided with a porous portion capable of venting at least in the front-back direction,
Part or all of the side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous portion, and only one of the pair of electrodes is in contact with the atmosphere to be measured through the porous portion. It is characterized by being arranged. Further, the entire side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous portion, and the width of the frame portion formed of the non-porous portion surrounding the side surface of the porous portion is 0.2 mm or more. be able to. Furthermore,
A recess may be provided on the side of the second insulating base that does not face the first insulating base, and air may be ventilated in the front-back direction of the second insulating base through the recess and the porous portion.

【0005】他の本発明の積層型ガスセンサ素子は、第
1絶縁性基部と、固体電解質体及び該固体電解質体の表
面に形成された一対の電極を有するイオン導電部と、該
第1絶縁性基部に対向する第2絶縁性基部と、がこの順
に積層されて備えられ、該第2絶縁性基部は、少なくと
も側面方向に通気できるように多孔質部を備え、更に、
該多孔質部の該第1絶縁性基部と対向しない側の面の少
なくとも端縁を覆う非多孔質部を備え、且つ、該一対の
電極のうちのいずれか一方のみが該多孔質部を介して被
測定雰囲気と接するように配置されていることを特徴と
する。
Another laminated gas sensor element of the present invention comprises a first insulating base portion, an ion conductive portion having a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body, and the first insulating layer. A second insulating base portion facing the base portion and a second insulating base portion are laminated in this order, and the second insulating base portion is provided with a porous portion that allows ventilation in at least a lateral direction, and
A non-porous portion that covers at least an edge of a surface of the porous portion that does not face the first insulating base portion, and only one of the pair of electrodes has the porous portion interposed therebetween. And is arranged so as to come into contact with the atmosphere to be measured.

【0006】また、本発明の積層型ガスセンサ素子及び
他の本発明の積層型センサ素子は、上記多孔質部の気孔
率は5〜80%であるものとすることができる。更に、
上記第1絶縁性基部と上記イオン導電部との間に参照ガ
ス導入室又は検知室となる空洞を備え、上記積層型セン
サ素子の幅方向において、該空洞の上記第2絶縁性基部
に対向する側の外周線の投影像は、該多孔質部の外周線
の投影像と重なるか又は該多孔質部の外周線の投影像の
内側に位置するものとすることができる。また、上記第
1絶縁性基部と上記イオン導電部との間に他のイオン導
電部を備え、且つ、該イオン導電部と該他のイオン導電
部との間に検知室となる空洞を備え、上記積層型センサ
素子の幅方向において、該空洞の上記第2絶縁性基部に
対向する側の外周線の投影像は、該多孔質部の外周線の
投影像と重なるか又は該多孔質部の外周線の投影像の内
側に位置するものとすることができる。
In the laminated gas sensor element of the present invention and another laminated sensor element of the present invention, the porosity of the porous portion may be 5 to 80%. Furthermore,
A cavity serving as a reference gas introduction chamber or a detection chamber is provided between the first insulating base portion and the ion conductive portion, and faces the second insulating base portion of the cavity in the width direction of the stacked sensor element. The projected image of the outer peripheral line on the side may overlap with the projected image of the outer peripheral line of the porous portion, or may be located inside the projected image of the outer peripheral line of the porous portion. Further, another ion conductive portion is provided between the first insulating base portion and the ion conductive portion, and a cavity serving as a detection chamber is provided between the ion conductive portion and the other ion conductive portion, In the width direction of the laminated sensor element, the projected image of the outer peripheral line of the cavity facing the second insulating base portion overlaps with the projected image of the outer peripheral line of the porous portion, or It may be located inside the projected image of the peripheral line.

【0007】本発明の積層型ガスセンサ素子の製造方法
は、上記第1絶縁性基部となる未焼成第1シートを備え
る第1積層体と、上記第2絶縁性基部となる未焼成第2
シート及び上記イオン導電部となる未焼成イオン導電部
を備える第2積層体と、を積層した後、焼成する工程を
備え、該未焼成第2シートは、焼成されて上記非多孔質
部となる未焼成非多孔質部と、焼成されて上記多孔質部
となる未焼成多孔質部とを備え、且つ、該未焼成非多孔
質部の焼成収縮率は該未焼成多孔質部の焼成収縮率と同
じか又は大きいことを特徴とする。また、本発明のガス
センサは、本発明及び他の本発明の積層型ガスセンサ素
子を備えることを特徴とする。
A method of manufacturing a laminated gas sensor element according to the present invention comprises a first laminate having an unfired first sheet which becomes the first insulating base, and an unfired second which becomes the second insulating base.
A step of stacking a sheet and a second laminated body having an unsintered ionic conductive part serving as the ionic conductive part and then sintering the stacked product is performed, and the unsintered second sheet is sintered to become the non-porous part. A non-sintered non-porous portion and a non-sintered porous portion that is calcined to become the above-mentioned porous portion are provided, and the non-sintered non-porous portion has a post-shrinkage shrinkage rate of the non-sintered porous portion. Is the same as or larger than. Further, the gas sensor of the present invention is characterized by including the laminated gas sensor element of the present invention and another one of the present invention.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明の積層型ガスセンサ素子(多孔質
部の側面の一部又は全部が非多孔質部に囲まれている第
2絶縁性基部を備える)によると、多孔質部の強度を効
果的に補うことができ、素子全体として優れた熱的強度
及び機械的強度を有することとなる。また、多孔質部の
側面の全部が幅0.2mm以上の非多孔質の枠により囲
まれることで、特に熱的強度及び機械的強度に優れたも
のとすることができる。更に、第2絶縁性基部に凹部を
備え、凹部通じて通気されるものとすることにより、多
孔質部の強度を効果的に補うことができ、素子全体とし
て優れた熱的強度及び機械的強度を有することとなる。
他の本発明の積層型ガスセンサ素子(複層型の第2絶縁
性基部を備える)によると、多孔質部の強度を効果的に
補うことができ、素子全体として優れた熱的強度及び機
械的強度を有することとなる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the laminated gas sensor element of the present invention (including the second insulating base portion in which a part or all of the side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous portion), the strength of the porous portion can be improved. It can be effectively supplemented, and the element as a whole has excellent thermal strength and mechanical strength. Further, since the entire side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous frame having a width of 0.2 mm or more, it is possible to obtain particularly excellent thermal strength and mechanical strength. Furthermore, by providing the second insulating base portion with a recess and allowing ventilation through the recess, the strength of the porous portion can be effectively supplemented, and the element as a whole has excellent thermal strength and mechanical strength. Will have.
According to another laminated gas sensor element of the present invention (which includes a multi-layered second insulating base portion), the strength of the porous portion can be effectively supplemented, and the element as a whole has excellent thermal strength and mechanical strength. It will have strength.

【0009】これら本発明の積層型ガスセンサ素子にお
いては、多孔質部の気孔率が所定のものであることによ
り、更に優れた熱的強度及び機械的強度が発揮される。
また、第1絶縁性基部と上記固体電解質体との間に空洞
を備え、この空洞の外周線の投影像が多孔質部の外周線
の投影像と重なるか又は内側に位置すること、即ち、他
部に比べて応力が集中し易い多孔質部と非多孔質部との
境界が空洞上に配置されない態様とすることにより、ク
ラックや割れに対する耐久性が向上し、更に、素子全体
としても機械的強度も向上させることができる。また、
第2絶縁性基部とイオン導電部との間に他のイオン導電
部を備え、且つ、イオン導電部と他のイオン導電部との
間に空洞を備え、この空洞の外周線の投影像が多孔質部
の外周線の投影像と重なるか又は内側に位置すること、
即ち、他部に比べて応力が集中し易い多孔質部と非多孔
質部との境界が空洞上に配置されない態様とすることに
より、クラックや割れに対する耐久性が向上し、更に、
素子全体としても機械的強度も向上させることができ
る。
In these laminated gas sensor elements of the present invention, the porosity of the porous portion is a predetermined value, so that more excellent thermal strength and mechanical strength are exhibited.
Further, a cavity is provided between the first insulating base portion and the solid electrolyte body, and the projected image of the outer peripheral line of this cavity overlaps with or is located inside the projected image of the outer peripheral line of the porous portion, that is, By adopting a mode in which the boundary between the porous portion and the non-porous portion where stress is more likely to be concentrated than other portions is not arranged on the cavity, durability against cracks and cracks is improved, and further, the mechanical properties of the entire device are improved. The physical strength can also be improved. Also,
Another ion conductive portion is provided between the second insulating base portion and the ion conductive portion, and a cavity is provided between the ion conductive portion and the other ion conductive portion, and the projected image of the outer peripheral line of this cavity is porous. Be located on or inside the projected image of the outer line of the quality part,
That is, compared to the other portion, by the mode in which the boundary between the porous portion and the non-porous portion where stress is more likely to be concentrated is not arranged on the cavity, the durability against cracks and cracks is improved, and further,
The mechanical strength of the entire device can be improved.

【0010】本発明の積層型ガスセンサ素子の製造方法
によると、安定して確実に本発明及び他の本発明の積層
型ガスセンサ素子を得ることができる。また、これらの
積層型ガスセンサ素子のような構造であることにより、
従来は第1絶縁性基部となる未焼成シート上に他部を積
層して形成された素子を、第2絶縁性基部となる未焼成
シート上に他部を積層して形成することが可能となり、
素子設計の自由度が大幅に広がる。また、本発明のガス
センサによると、高い耐久性を発揮させることができ
る。
According to the method of manufacturing a laminated gas sensor element of the present invention, the laminated gas sensor element of the present invention and other laminated gas sensor elements of the present invention can be obtained in a stable and reliable manner. In addition, due to the structure of these laminated gas sensor elements,
It is possible to form an element which is conventionally formed by laminating another portion on an unsintered sheet serving as a first insulating base portion, and is laminated with another portion on an unsintered sheet serving as a second insulating base portion. ,
Greater flexibility in element design. Further, according to the gas sensor of the present invention, high durability can be exhibited.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】[1]本発明の素子及び他の本発
明の素子を構成する部分 本発明の積層型ガスセンサ素子及び他の本発明の積層型
ガスセンサ素子は、第1絶縁性基部と、イオン導電部
と、第2絶縁性基部と、の少なくとも3つの部分を備え
る。以下、これらの部分、及び、その他、素子の備える
ことができる部分について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [1] Part constituting the element of the present invention and another element of the present invention The laminated gas sensor element of the present invention and the other laminated gas sensor element of the present invention include a first insulating base portion. , An ion conductive part, and a second insulating base part. Hereinafter, these portions and other portions that can be included in the element will be described.

【0012】(1)第1絶縁性基部 上記「第1絶縁性基部」は、積層型ガスセンサ素子(以
下、単に「素子」ともいう)全体の強度を後述する第2
絶縁性基部と共に保障する部分である。この第1絶縁性
基部の形状及び大きさ等は特に限定されないが、通常、
その厚さは0.1mm以上(好ましくは0.2〜1.5
mm、更に好ましくは0.5〜1.0mm、通常2.0
mm以下)である。この厚さが0.1mm未満であると
素子強度の保障を十分に行うことが困難となることや、
製造時に第1絶縁性基部上に他の部分となる未焼成層を
積層する工程を行う場合には、この積層が困難となる場
合がある。また、第1絶縁性基部は単層体であっても複
層体であってもよい。
(1) First Insulating Base The above-mentioned "first insulating base" is a second type which will be described later in terms of the strength of the entire laminated gas sensor element (hereinafter also simply referred to as "element").
This is the part that guarantees it together with the insulating base. The shape and size of the first insulating base are not particularly limited, but usually,
The thickness is 0.1 mm or more (preferably 0.2 to 1.5
mm, more preferably 0.5-1.0 mm, usually 2.0
mm or less). If the thickness is less than 0.1 mm, it will be difficult to sufficiently secure the element strength.
When the step of laminating an unfired layer to be another portion is performed on the first insulating base during manufacturing, this lamination may be difficult. Further, the first insulating base portion may be a single-layer body or a multi-layer body.

【0013】また、第1絶縁性基部は絶縁性セラミック
スにより構成されて十分な絶縁性を発揮できる。この絶
縁性の程度は使用環境や素子の大きさ等により異なるた
め特に限定されないが、例えば、温度800℃において
後述するイオン導電部が備える一対の電極間の電気抵抗
値が1MΩ(好ましくは10MΩ)以上となる絶縁性を
発揮できることが好ましい。このような絶縁性を発揮さ
せることができる絶縁性セラミックスとしては、アルミ
ナ、ムライト、スピネル、ステアタイト及び窒化アルミ
ニウム等のうちの1種又は2種以上を主成分とするもの
等を挙げることができる。これらの中でもアルミナ又は
アルミナを主成分とする絶縁性セラミックスは安価であ
り、加工が比較的容易であるため好ましい。
The first insulative base is made of insulative ceramics and can exhibit a sufficient insulative property. The degree of this insulating property is not particularly limited because it varies depending on the use environment, the size of the element, etc., but for example, at a temperature of 800 ° C., the electric resistance value between a pair of electrodes included in the ion conductive part described later is 1 MΩ (preferably 10 MΩ) It is preferable that the above insulating properties can be exhibited. Examples of the insulating ceramics capable of exhibiting such insulating property include those containing one or more of alumina, mullite, spinel, steatite, aluminum nitride and the like as a main component. . Among these, alumina or insulating ceramics containing alumina as a main component is preferable because it is inexpensive and relatively easy to process.

【0014】絶縁性セラミックスとして、アルミナ又は
アルミナを主成分とするものを用いる場合には十分な絶
縁性及び耐熱性(耐熱衝撃性等)が発揮されるように、
その全体に対してアルミナを70質量%以上(より好ま
しくは80質量%以上、更に好ましく90質量%以上、
100質量%であってもよい)含有することが好まし
い。一方、その残部は、絶縁性セラミック部に直接接し
て積層される部位(例えば、固体電解質体等)を構成す
る成分を1〜20質量%含有することができる。残部に
絶縁性セラミック部に直接接して積層される部位を構成
する成分が含有されることにより、第1絶縁性基部と第
1絶縁性基部に直接接して積層される部位との間の熱膨
張差が緩和される。
When using alumina or a material containing alumina as a main component as the insulating ceramics, sufficient insulating properties and heat resistance (heat shock resistance, etc.) are exhibited.
70 mass% or more of alumina (more preferably 80 mass% or more, further preferably 90 mass% or more;
It may be 100% by mass). On the other hand, the remaining part may contain 1 to 20% by mass of a component that constitutes a part (for example, a solid electrolyte body or the like) to be laminated in direct contact with the insulating ceramic part. The remaining part contains a component that constitutes a portion to be laminated in direct contact with the insulating ceramic portion, so that the thermal expansion between the first insulating base portion and the portion to be laminated directly in contact with the first insulating base portion. The difference is eased.

【0015】しかし、絶縁性セラミック部が特に高い絶
縁性を発揮できることを要する場合は、その全体に対し
てアルミナを90質量%以上(より好ましくは95質量
%以上、更に好ましくは99.99質量%以上)含有
し、且つシリカを10000ppm以下(より好ましく
は1000ppm以下、更に好ましくは50ppm以
下)であるか又はシリカを含有しない(測定限界以下)
ものであることが好ましい。このような絶縁性セラミッ
クスであることにより、例えば、基部の表面又は内部に
ヒータを備える場合であっても、ヒータから電極への電
流のリークを確実に防止できる。
However, when it is necessary for the insulating ceramic portion to exhibit a particularly high insulating property, 90% by mass or more of alumina (more preferably 95% by mass or more, still more preferably 99.99% by mass) relative to the whole is required. Or more) and contains 10000 ppm or less of silica (more preferably 1000 ppm or less, further preferably 50 ppm or less) or does not contain silica (below the measurement limit)
It is preferably one. With such an insulating ceramic, for example, even when the heater is provided on the surface or inside of the base, it is possible to reliably prevent the leakage of current from the heater to the electrode.

【0016】(2)イオン導電部 上記「イオン導電部」は、固体電解質体と一対の電極と
を備え、所定のイオン又は気体を一方の電極の側から他
方の電極の側へ移動させることができる部分である。こ
のイオン導電部は、例えば、被測定ガスの濃度を電位差
として出力できる濃淡電池部や、一対の電極へ電圧を印
加することにより一方の電極の側から他方の電極の側へ
所定のイオン又は気体等を移動させることができるポン
プセル部等として機能させることができる。このイオン
導電部は、固体電解質体と一対の電極のみからなってい
てもよいが、その他にも例えば、固体電解質体の内部抵
抗を測定するための電極等の他の部分を備えることがで
きる。また、このイオン導電部は、素子内に1つだけを
備えていてもよいが、素子内に2つ以上を備えていても
よい。尚、被測定ガスは、被測定雰囲気を構成するガス
であって、本発明の素子又は他の本発明の素子による測
定目的ガスであり、1種又は2種以上の成分からなるも
のである。
(2) Ion Conducting Portion The above "ion conducting portion" comprises a solid electrolyte body and a pair of electrodes, and can move predetermined ions or gas from one electrode side to the other electrode side. It is the part that can be done. This ionic conductive part is, for example, a concentration battery part capable of outputting the concentration of the gas to be measured as a potential difference, or a predetermined ion or gas from one electrode side to the other electrode side by applying a voltage to a pair of electrodes. And the like can function as a pump cell unit or the like that can move the like. The ionic conductive portion may be composed of only the solid electrolyte body and the pair of electrodes, but may further include other portions such as electrodes for measuring the internal resistance of the solid electrolyte body. Further, only one ionic conductive portion may be provided in the element, but two or more ionic conductive portions may be provided in the element. The gas to be measured is a gas that constitutes the atmosphere to be measured, is a gas to be measured by the element of the present invention or another element of the present invention, and is composed of one kind or two or more kinds of components.

【0017】(2−1)固体電解質体 上記「固体電解質体」は、イオン導電性を有するもので
あれば特に限定されることなく用いることができる。こ
の固体電解質体としては、例えば、ジルコニア系焼結体
(イットリア等の安定化剤を含有できる)及びLaGa
系焼結体等を挙げることができる。これらの中で
も、酸素イオンを導電させる場合には、酸素イオン導電
性に特に優れたジルコニア系焼結体(イットリア等を安
定化剤として含有)を用いることが好ましい。この固体
電解質体(複数のイオン導電部を備える場合には、後述
の第1イオン導電部に備えられた固体電解質体を意味す
る)は、第1絶縁性基部及び/又は第2絶縁性基部に直
接接して積層されていてもよく、電極やその他の部材を
介して間接的に積層されていてもよい。
(2-1) Solid Electrolyte Body The above “solid electrolyte body” can be used without particular limitation as long as it has ionic conductivity. Examples of the solid electrolyte body include a zirconia-based sintered body (which may contain a stabilizer such as yttria) and LaGa.
An O 3 based sintered body and the like can be mentioned. Among these, in the case of conducting oxygen ions, it is preferable to use a zirconia-based sintered body (containing yttria or the like as a stabilizer) which is particularly excellent in oxygen ion conductivity. This solid electrolyte body (in the case of including a plurality of ionic conductive portions, means a solid electrolyte body provided in a first ionic conductive portion described later) is the first insulating base portion and / or the second insulating base portion. They may be laminated directly in contact with each other, or indirectly laminated via an electrode or another member.

【0018】また、固体電解質体の形状及び大きさは特
に限定されない。更に、その厚さも特に限定されないが
300μm以下(更に200μm以下、特に150μm
以下、とりわけ50μm以下、通常20μm以上)にす
ることができる。特に、固体電解質体を150μm以下
と薄くした場合には、素子を小型化でき、また熱伝導率
がアルミナ等に比べて小さいのが通常である固体電解質
体の体積を小さくでき、素子内の熱伝導性が向上し、ヒ
ータの熱がイオン導電部に伝わり易くなるため素子の更
なる早期始動が可能となる。更に、消費電力もより少な
く抑えることが可能となる等、種々の優れた効果を発揮
させることができる。この固体電解質体は300μmを
超えて厚い場合であっても素子としての機能は失われな
いが上記の優れた効果は得られ難くなる。一方、20μ
mより薄い場合には作製が困難となると共にイオン導電
性が十分に得られ難くなる傾向にある。
The shape and size of the solid electrolyte body are not particularly limited. Further, the thickness thereof is not particularly limited, but 300 μm or less (further 200 μm or less, particularly 150 μm).
In particular, it can be 50 μm or less, usually 20 μm or more). In particular, when the solid electrolyte body is thinned to 150 μm or less, the element can be downsized, and the thermal conductivity of the solid electrolyte body, which is usually smaller than that of alumina, can be reduced, and the heat inside the element can be reduced. Since the conductivity is improved and the heat of the heater is easily transferred to the ion conductive portion, the element can be started earlier. Furthermore, various excellent effects can be exhibited, such as the power consumption can be suppressed to a lower level. Even if the solid electrolyte body is thicker than 300 μm, its function as an element is not lost, but it is difficult to obtain the above-mentioned excellent effects. On the other hand, 20μ
When the thickness is less than m, it tends to be difficult to produce and it is difficult to obtain sufficient ionic conductivity.

【0019】(2−2)一対の電極 上記「一対の電極」は、固体電解質体の表面に形成され
た電極である。この一対の電極のうちの一方のみは、後
述する第2絶縁性基部の備える多孔質部を介して被測定
雰囲気と接することができる電極(複数のイオン導電部
を備える場合には、後述の第1イオン導電部が備える電
極のうちの一方を意味する)である。また、一対の電極
のうちの他方は、大気雰囲気や一定圧力の参照ガスと接
し、被測定雰囲気とは接しない電極(複数のイオン導電
部を備える場合には、後述の第1イオン導電部が備える
電極のうちの一方を意味する)である。また、一対の電
極は、各々固体電解質体の一面と他面に形成されること
で対向して配置されていてもよく、また、固体電解質体
の一面側に両方の電極が相互に接触しないように配置さ
れていてもよい。
(2-2) A pair of electrodes The above-mentioned "pair of electrodes" are electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body. Only one of the pair of electrodes is an electrode capable of coming into contact with the atmosphere to be measured through a porous part provided in a second insulating base described later (in the case of including a plurality of ion conductive parts, the electrode described below It means one of the electrodes included in one ionic conductive portion). The other of the pair of electrodes is in contact with the atmosphere or a reference gas having a constant pressure and is not in contact with the atmosphere to be measured (when a plurality of ion conductive parts are provided, the first ion conductive part described later is It means one of the electrodes provided). In addition, the pair of electrodes may be arranged so as to face each other by being formed on one surface and the other surface of the solid electrolyte body respectively, and both electrodes should not contact each other on the one surface side of the solid electrolyte body. It may be arranged in.

【0020】これら一対の電極の各々の形状は特に限定
されないが、例えば、幅広に形成された電極部と、幅細
に形成された電極リード部とから構成することができ
る。また、これらの電極の大きさも特に限定されない。
更に、これら一対の電極を構成する材質は特に限定され
ないが、例えば、白金、金、銀、パラジウム、イリジウ
ム、ルテニウム及びロジウムのうちの少なくとも1種を
主成分(通常、各電極全体の70質量%以上)にするこ
とができ、通常、白金を主成分とすることが好ましい。
また、固体電解質体を構成する主成分を含有していても
よい。これら一対の電極の一方の電極と他方の電極とは
異なる材質からなるものであっても、同じ材質からなる
ものであってもよい。
The shape of each of the pair of electrodes is not particularly limited, but may be composed of, for example, a wide electrode portion and a narrow electrode lead portion. Moreover, the size of these electrodes is not particularly limited.
Furthermore, the material forming the pair of electrodes is not particularly limited, but for example, at least one of platinum, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, and rhodium is the main component (usually 70% by mass of each electrode). Or more), and it is usually preferable to use platinum as the main component.
Moreover, the main component which comprises a solid electrolyte body may be contained. One electrode of the pair of electrodes and the other electrode may be made of different materials or the same material.

【0021】(3)第2絶縁性基部 上記「第2絶縁性基部」は、多孔質部と非多孔質部とか
らなる絶縁性セラミックスからなる部分を備え、イオン
導電部(複数のイオン導電部を備える場合には、後述の
第1イオン導電部を意味する)を直接又は他部材を介し
て間接的に支持する部分であり、素子全体の強度を第1
絶縁性基部と共に保障する部分である。この第2絶縁性
基部の形状及び大きさ等は特に限定されないが、通常、
その厚さは0.1mm以上(好ましくは0.2〜1.5
mm、更に好ましくは0.5〜1.0mm、通常2.0
mm以下)である。この厚さが0.1mm未満であると
素子強度の保障を十分に行うことが困難となる場合があ
る。また、第1絶縁性基部と同様に製造時の積層が困難
となる場合がある。また、この第2絶縁性基部は単層で
あってもよく、複層であってもよい。
(3) Second Insulating Base Part The above-mentioned "second insulating base part" is provided with a part made of insulating ceramics composed of a porous part and a non-porous part, and has an ionic conductive part (a plurality of ionic conductive parts). (Means a first ion conductive portion described later) is directly or indirectly supported through another member, and the strength of the entire element is
This is the part that guarantees it together with the insulating base. The shape and size of the second insulating base are not particularly limited, but usually,
The thickness is 0.1 mm or more (preferably 0.2 to 1.5
mm, more preferably 0.5-1.0 mm, usually 2.0
mm or less). If this thickness is less than 0.1 mm, it may be difficult to sufficiently secure the element strength. In addition, as with the first insulating base, it may be difficult to stack during manufacturing. The second insulating base may be a single layer or a multilayer.

【0022】第2絶縁性基部を構成する多孔質部及び非
多孔質部は、第1絶縁性基部を構成する絶縁性セラミッ
クスと同様な絶縁性及び耐熱性を十分に発揮できる絶縁
性セラミックスから形成されているものであることが好
ましい。但し、第1絶縁性基部を形成する絶縁性セラミ
ックスと、第2絶縁性基部を形成する絶縁性セラミック
スとは、同じ組成であっても、異なる組成であってもよ
い。
The porous portion and the non-porous portion forming the second insulating base portion are formed of insulating ceramics capable of sufficiently exhibiting the same insulating property and heat resistance as the insulating ceramics forming the first insulating base portion. It is preferable that they are However, the insulating ceramics forming the first insulating base and the insulating ceramics forming the second insulating base may have the same composition or different compositions.

【0023】(3−1)第2絶縁性基部の多孔質部 上記「多孔質部」は、第2絶縁性基部の一部であって、
イオン導電部(複数のイオン導電部を備える場合には、
後述の第1イオン導電部を意味する)を構成する一対の
電極のうちの一方と素子外の被測定雰囲気とを接触させ
るための部分である。この多孔質部は、電極を構成する
金属がリン、鉛及びケイ素等により被毒されることを防
止する作用や、素子外における被測定ガスの流速に関わ
らず電極に接触する時点での被測定ガスの流速を略一定
にする律速作用等を発揮することができる。この多孔質
部はこれらの作用を十分に発揮できるために、気孔率5
%以上(より好ましくは20%以上、更に好ましくは4
0%以上、通常80%以下)であることが好ましい。気
孔率が5%未満であると、十分な気孔率の多孔質部を備
える素子に比べると応答性が十分に向上しない傾向にあ
る。尚、この気孔率は、見掛け体積(気孔体積を含む)
Vと、空気中における質量m1と、水中に浸して気孔に
十分に水を含有させた含水質量m2とを用いて、下記式
より算出される。 {(m2−m1)/V}×100(%) ・・・・
(3-1) Porous Section of Second Insulating Base Section The "porous section" is a part of the second insulating base section,
Ion conductive part (If multiple ion conductive parts are provided,
This means a portion for contacting one of a pair of electrodes constituting a first ion conductive portion described later) with the atmosphere to be measured outside the element. This porous part acts to prevent the metal composing the electrode from being poisoned by phosphorus, lead, silicon, etc., and to be measured at the time of contact with the electrode regardless of the flow velocity of the measured gas outside the element. It is possible to exert a rate-controlling effect or the like that makes the gas flow rate substantially constant. Since this porous portion can sufficiently exert these effects, it has a porosity of 5
% Or more (more preferably 20% or more, further preferably 4
It is preferably 0% or more and usually 80% or less). If the porosity is less than 5%, the responsiveness tends not to be sufficiently improved as compared with an element including a porous portion having a sufficient porosity. The porosity is the apparent volume (including the pore volume).
It is calculated from the following equation using V, mass m1 in air, and water-containing mass m2 in which water is immersed in water so that pores sufficiently contain water. {(M2-m1) / V} × 100 (%) ...

【0024】また、本発明の積層型ガスセンサ素子で
は、この多孔質部は、その側面の一部又は全部が第2絶
縁性基部を構成する非多孔質部により囲まれている。こ
こでいう「側面の一部が取り囲まれる」とは、例えば、
図1に示すように多孔質部161が多角形板状体(角部
が丸みを帯びていてもよい)からなる場合に、その側面
が素子における三方から非多孔質部162により囲まれ
ている態様を挙げることができる。また、図2に示すよ
うに側面の一部が曲形である曲形板状体からなる場合
に、その側面が素子における三方から非多孔質部162
により囲まれている態様を挙げることができる。
Further, in the laminated gas sensor element of the present invention, a part or the whole of the side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous portion which constitutes the second insulating base portion. Here, "a part of the side face is surrounded" means, for example,
As shown in FIG. 1, when the porous portion 161 is formed of a polygonal plate-like body (the corners may be rounded), the side surfaces are surrounded by the non-porous portion 162 from three sides of the element. An aspect can be mentioned. In addition, as shown in FIG. 2, when a side surface is formed of a curved plate-like member having a curved shape, the side surface is formed from three sides of the element to the non-porous portion 162.
The aspect surrounded by is mentioned.

【0025】更に、図3に示すように多孔質部161が
多角形板状体からなる場合に、その側面が素子における
対向する二方向から非多孔質部162により挟み込むよ
うに囲まれている態様を挙げることができる。また、図
4に示すように多孔質部161が曲形板状体からなる場
合に、その側面を素子における対向する二方向から非多
孔質部162により挟み込むように囲まれている態様を
挙げることができる。これら図1〜4にも示されている
ように様に、素子の各角部(一面と他面とが交わる部
位)の頂部(3つの辺が交わる部位)は非多孔質部によ
り形成されていることが好ましく、更には、各角部も非
多孔質部により形成されていることが好ましい。この頂
部や角部は素子の使用時に最も激しい冷熱間サイクルに
晒される部位の一つであるからである。頂部や角部が非
多孔質部により形成されていることで、素子全体の熱的
強度及び機械的強度を効果的に向上させることができ
る。
Further, as shown in FIG. 3, when the porous portion 161 is formed of a polygonal plate-like body, the side surface is surrounded by the non-porous portion 162 from two opposing directions in the element. Can be mentioned. In addition, as shown in FIG. 4, when the porous portion 161 is formed of a curved plate-like body, the side surface of the porous portion 161 is surrounded by the non-porous portion 162 from two opposing directions in the element. You can As shown in FIGS. 1 to 4, the apex (the portion where the three sides intersect) of each corner portion (the portion where the one surface and the other surface intersect) of the element is formed by the non-porous portion. It is preferable that each corner portion is also formed of a non-porous portion. This is because the tops and corners are one of the parts that are exposed to the most intense cold-hot cycle when the device is used. Since the top and the corners are formed of the non-porous portion, the thermal strength and mechanical strength of the entire element can be effectively improved.

【0026】また、多孔質部の側面の全部が非多孔質部
により囲まれるとは、例えば、図5に示すように多孔質
部161が多角形板状体からなる場合に、その側面の全
面が非多孔質部162により囲まれている態様を挙げる
ことができる。また、例えば、図6に示すように多孔質
部161が円形板状体からなる場合に、その側面の全面
が非多孔質部162により囲まれている態様を挙げるこ
とができる。この場合にも、上記と同様に素子の角部が
非多孔質部により形成されていることによって、素子全
体の熱的強度及び機械的強度が効果的に向上させること
ができる。
The entire side surface of the porous portion is surrounded by the non-porous portion, for example, when the porous portion 161 is formed of a polygonal plate as shown in FIG. There may be mentioned a mode in which is surrounded by the non-porous portion 162. Further, for example, as shown in FIG. 6, when the porous portion 161 is formed of a circular plate-like body, the entire side surface is surrounded by the non-porous portion 162. Also in this case, since the corners of the element are formed by the non-porous portion as in the above case, the thermal strength and mechanical strength of the entire element can be effectively improved.

【0027】このような多孔質部の側面の一部又は全面
を取り囲む枠部(図1〜図6における168等)の幅は
0.2mm以上であることが好ましい(素子の幅が2〜
7mm程度において)。この枠部の最狭部における幅が
0.2mm未満となると、焼成時や使用時の冷熱間サイ
クルや衝撃等に対する耐久性が十分に得られ難くなる傾
向にある。また、製造時における未焼成体の取り扱いも
難しくなる場合がある。また、この多孔質部は、第1絶
縁性基部には対向していない側の面に開口する凹部を備
えることができる(図7における169)。この凹部を
形成する枠部の(図7における168)の幅も同様な理
由から0.2mm以上であることが好ましい(素子の幅
が2〜7mm程度において)。
The width of the frame portion (168 or the like in FIGS. 1 to 6) surrounding a part or the whole of the side surface of the porous portion is preferably 0.2 mm or more (the width of the element is 2 to 2 mm).
At about 7 mm). When the width of the narrowest part of the frame part is less than 0.2 mm, it tends to be difficult to obtain sufficient durability against a cold cycle and impact during firing or during use. In addition, handling of the unsintered body during manufacturing may be difficult. In addition, this porous portion can be provided with a concave portion that is open on the surface that does not face the first insulating base portion (169 in FIG. 7). For the same reason, the width of the frame portion (168 in FIG. 7) forming this recess is preferably 0.2 mm or more (when the width of the element is about 2 to 7 mm).

【0028】一方、他の本発明の積層型ガスセンサ素子
では、この第2絶縁性基部は、少なくとも側面方向に通
気できるように多孔質部を備え、更に、多孔質部の第1
絶縁性基部と対向しない側の面の少なくとも端縁を覆う
非多孔質部を備える。ここでいう「側面方向に通気でき
る」とは、例えば、図8〜13に示すように多孔質部が
素子の側面に露出するように形成されていることを表
す。但し、素子の側面の1方向のみに露出していてもよ
く(例えば、図8)、2方向に露出していてもよく(例
えば、図9)、更には3方向に露出していてもよい(例
えば、図10)。
On the other hand, in another laminated gas sensor element of the present invention, the second insulating base portion is provided with a porous portion so that air can be ventilated at least in the lateral direction, and further, the first portion of the porous portion is provided.
The non-porous portion covers at least the edge of the surface on the side not facing the insulating base. The phrase "breathable in the side surface direction" as used herein means that the porous portion is formed so as to be exposed on the side surface of the element, as shown in FIGS. However, it may be exposed only in one direction on the side surface of the element (for example, FIG. 8), may be exposed in two directions (for example, FIG. 9), or may be exposed in three directions. (For example, FIG. 10).

【0029】また、多孔質部の一面側は第1絶縁性基部
に対向しているが、他面側は第1絶縁性基部には対向し
ていない。この他面側における多孔質部の端縁が上記
「多孔質部の第1絶縁性基部に対向しない側の面」の
「端縁」である。この端縁の幅は、多孔質部を第1絶縁
性基部側へ押さえ込むための非多孔質部が形成できる幅
であれば特に限定されないが、0.2mm以上であるこ
とが好ましい(素子の幅が2〜7mm程度において)。
更に、他の本発明の素子では、少なくともこの端縁が非
多孔質部により覆われていればよく(例えば、図8〜1
3等)、また、多孔質部の第1絶縁性基部に対向しない
側の面の全面が非多孔質部により覆われていてもよい
(例えば、図8〜10等)。
The one surface side of the porous portion faces the first insulating base portion, but the other surface side does not face the first insulating base portion. The edge of the porous portion on the other surface side is the “edge” of the “surface of the porous portion on the side not facing the first insulating base”. The width of this edge is not particularly limited as long as it can form a non-porous portion for pressing the porous portion toward the first insulating base portion, but is preferably 0.2 mm or more (width of element Is about 2 to 7 mm).
Furthermore, in another element of the present invention, at least this edge may be covered with a non-porous portion (see, for example, FIGS.
3)), or the entire surface of the side of the porous portion that does not face the first insulating base portion may be covered with the non-porous portion (for example, FIGS. 8 to 10).

【0030】更に、この多孔質部は、第1絶縁性基部に
は対向していない側の面に開口する凹部を備えることが
できる(図11〜13における169)。この凹部を備
えることにより、素子側面からだけでなく、素子の積層
方向の一面側からも被測定ガスを導入することができ、
被測定ガスが素子側面のみから律速導入される場合に比
べると素子の応答性を向上させることができる。このよ
うな態様の素子としては、例えば、図11〜13を例示
することができる。この凹部を形成する枠部(図11〜
13における168)の幅も上記と同様な理由から0.
2mm以上であることが好ましい(素子の幅が2〜7m
m程度において)。
Further, the porous portion can be provided with a concave portion which is opened on the surface not facing the first insulating base portion (169 in FIGS. 11 to 13). By providing this concave portion, the gas to be measured can be introduced not only from the side surface of the element but also from one surface side in the stacking direction of the element,
The response of the device can be improved as compared with the case where the gas to be measured is introduced from only the side surface of the device at a rate-determining rate. 11 to 13 can be exemplified as the element of such an aspect. A frame portion that forms this recess (see FIGS.
The width of 168) in No. 13 is 0.
It is preferable that the width is 2 mm or more (the width of the element is 2 to 7 m).
about m).

【0031】(4)その他の部分 本発明の素子及び他の本発明の素子は、前述の第1絶縁
性基部、イオン導電部及び第2絶縁性基部以外にもその
他の部分を備えることができる。これらその他の部分と
しては、例えば、ヒータ、空洞、層間調節層及び律速導
入部等を挙げることができる。以下、これらその他の部
分について説明する。
(4) Other parts The element of the present invention and the other element of the present invention can be provided with other parts in addition to the above-mentioned first insulating base portion, ion conductive portion and second insulating base portion. . Examples of these other parts include a heater, a cavity, an interlayer adjustment layer, and a rate-controlling introduction part. Hereinafter, these other parts will be described.

【0032】(4−1)ヒータ 本発明の素子及び他の本発明の素子を構成するイオン導
電部は、通常、加熱により活性化されてイオン導電性を
発揮できる。このイオン導電部を加熱する方法は特に限
定されず、素子の設置される環境において自然に加熱
(例えば、内燃機関の排気管においては排気ガスにより
加熱される)されてもよく、また、別途素子内に加熱手
段としてヒータを備えることもできる。ヒータを備える
場合には、例えば、第1絶縁性基部及び第2絶縁性基部
の少なくとも一方の基部の表面又は内部に備えることが
できる。また、ヒータは発熱部とヒータリード部とから
構成することができ、発熱部は電力の供給により実際に
昇温する部位であり、ヒータリード部は外部回路からの
電力を発熱部まで導く部位である。これらの形状は特に
限定されないが、例えば、発熱部はヒータリード部と比
較して幅細に形成することができる。
(4-1) Heater The ionic conductive portion forming the element of the present invention and the other element of the present invention can be normally activated by heating to exhibit ionic conductivity. The method for heating the ion conductive part is not particularly limited, and may be naturally heated in the environment where the element is installed (for example, heated by exhaust gas in the exhaust pipe of the internal combustion engine), or separately provided. A heater may be provided as a heating means inside. When the heater is provided, for example, it can be provided on the surface or inside of at least one of the first insulating base portion and the second insulating base portion. Further, the heater can be composed of a heating portion and a heater lead portion, the heating portion is a portion where the temperature is actually raised by the supply of electric power, and the heater lead portion is a portion which leads the electric power from the external circuit to the heating portion. is there. Although these shapes are not particularly limited, for example, the heat generating portion can be formed narrower than the heater lead portion.

【0033】(4−2)空洞 また、本発明の素子及び他の本発明の素子は空洞を備え
ることができる。この空洞は検知室や参照ガス導入室等
として機能させることができる。この空洞の形状及び大
きさは特に限定されないが、積層方向の高さは1.0m
m以下(より好ましくは0.5mm以下、更に好ましく
は0.1mm以下、通常0.02mm以上)であること
が好ましい。また、素子内において空洞を備える位置は
特に限定されないが、例えば、第1絶縁性基部とイオン
導電部(複数のイオン導電部を備える場合には、後述の
第1イオン導電部を意味する)との間に備え、参照ガス
導入室又は検知室として機能させることができる。空洞
は全方向に閉じていてもよく、また、少なくとも一方向
で素子外に開放されていてもよい。更に、この空洞は1
つだけを備えていてもよいが、複数備えていてもよい
(例えば、複数のイオン導電部を備える場合に、一のイ
オン導電部と他のイオン導電部とに挟まれるように備え
ていてもよい)。
(4-2) Cavity Further, the element of the present invention and another element of the present invention can have a cavity. This cavity can function as a detection chamber, a reference gas introduction chamber, or the like. The shape and size of this cavity are not particularly limited, but the height in the stacking direction is 1.0 m.
It is preferably m or less (more preferably 0.5 mm or less, further preferably 0.1 mm or less, usually 0.02 mm or more). Further, the position where the cavity is provided in the element is not particularly limited, but, for example, a first insulating base portion and an ion conductive portion (when a plurality of ion conductive portions are provided, it means a first ion conductive portion described later) It can be made to function as a reference gas introduction chamber or a detection chamber. The cavity may be closed in all directions or may be open to the outside of the device in at least one direction. Furthermore, this cavity is 1
It may be provided with only one, but may be provided with a plurality (for example, in the case of having a plurality of ion conductive parts, it may be provided so as to be sandwiched between one ion conductive part and another ion conductive part). Good).

【0034】(4−3)層間調節層 更に、層間の高さ等を調節する層間調節層を備えること
もできる。例えば、図19においては、第1イオン導電
部12と第2イオン導電部13との間の一部に形成され
た空洞15と他部の高さをあわせるために層間調節層1
52及び154を備えている。 (4−4)律速導入部 また、前述のように素子が空洞を備える場合には、この
空洞内に被測定雰囲気を構成する被測定ガスを律速させ
て導入することができる律速導入部を備えことができ
る。この律速導入部はどのように形成されていてもよ
く、例えば、被測定ガスを律速させて導入できる程度の
通気性を有する律速導入用多孔質部(図17における1
51及び152)や、被測定ガスを律速させて導入でき
る程度に小さな貫通孔(図22及び図23における15
7)等により形成することができる。この様な律速導入
用多孔質部としては、気孔率が5〜40%(より好まし
くは5〜30%、更に好ましくは10〜20%)である
ものが挙げられる。一方、被測定雰囲気を構成する被測
定ガスを律速させて導入できる程度に小さな貫通孔とし
ては、素子外表面における開口面積が0.5mm以下
の貫通孔を挙げることができる。
(4-3) Interlayer adjusting layer Further, an interlayer adjusting layer for adjusting the height between layers may be provided. For example, in FIG. 19, the interlayer adjustment layer 1 is formed to match the height of the cavity 15 formed in a part between the first ion conductive portion 12 and the second ion conductive portion 13 with the height of the other portion.
52 and 154. (4-4) Rate-Controlling Introducing Section In the case where the element has a cavity as described above, a rate-controlling introducing section capable of rate-controlling and introducing the measurement gas constituting the measurement atmosphere is provided in the cavity. be able to. This rate-controlling introduction part may be formed in any manner. For example, the rate-controlling introduction porous part (1 in FIG. 17) having gas permeability enough to allow the gas to be measured to be rate-controlled and introduced.
51 and 152), or a small through-hole (15 in FIGS. 22 and 23) that allows the gas to be measured to be introduced at a rate-determining rate.
7) and the like. Examples of such a rate-controlling introduction porous portion include those having a porosity of 5 to 40% (more preferably 5 to 30%, further preferably 10 to 20%). On the other hand, examples of the through holes that are small enough to allow the gas to be measured constituting the atmosphere to be measured to be rate-controlled include a through hole having an opening area of 0.5 mm 2 or less on the outer surface of the element.

【0035】[2]各構成部分の位置及び大きさの相関 これまでに述べたように、本発明の素子及び他の本発明
の素子は、上述の各部を備えることができるが、以下で
は、これらの各部の素子内での位置及び各部分の大きさ
の相関を説明する。尚、以下において述べる各部分の投
影像は、各部分の大きさと位置を反映するものである。
従って、各部分の投影像を比較することにより、各部分
同士の位置の相関及び大きさの相関を同時に比較するこ
とができる。
[2] Correlation of Position and Size of Each Component As described above, the element of the present invention and another element of the present invention can be provided with the above-mentioned respective parts. The correlation between the position of each of these parts within the element and the size of each part will be described. The projected image of each part described below reflects the size and position of each part.
Therefore, by comparing the projected images of the respective parts, it is possible to simultaneously compare the position correlation and the size correlation of the respective parts.

【0036】(1)電極と多孔質部との相関 本発明の素子及び他の本発明の素子では、イオン導電部
(複数のイオン導電部を備える場合には、前述の第1イ
オン導電部を意味する)を構成する一対の電極のうちの
いずれか一方のみが多孔質部を介して被測定雰囲気と接
するように配置されている。素子がイオン導電部を複数
備える場合には、少なくともいずれかのイオン導電部の
備える一対の電極のうちのいずれか一方の電極のみが多
孔質部を介して被測定雰囲気と接するように配置されて
いる。即ち、一対の電極のうちの一方の電極の外周線の
投影像が多孔質部の外周線の投影像と少なくとも一部で
重なることを意味する。この重なりは、電極の見かけ面
積(多孔質を形成している凹凸を含まない面積)の30
%以上(より好ましくは60%以上、更に好ましくは全
面)であることが好ましい。
(1) Correlation between Electrode and Porous Portion In the element of the present invention and the other element of the present invention, the ion conductive portion (when a plurality of ion conductive portions are provided, the above-mentioned first ion conductive portion is used) Only one of the pair of electrodes constituting (meaning) is arranged so as to come into contact with the atmosphere to be measured via the porous portion. When the element is provided with a plurality of ion conductive parts, only one of the pair of electrodes of at least one of the ion conductive parts is arranged so as to be in contact with the atmosphere to be measured through the porous part. There is. That is, it means that the projected image of the outer peripheral line of one of the pair of electrodes at least partially overlaps the projected image of the outer peripheral line of the porous portion. This overlap is 30 times the apparent area of the electrode (area that does not include the irregularities forming the porosity).
% Or more (more preferably 60% or more, further preferably the entire surface).

【0037】上記の多孔質部と電極との相関以外、本発
明の素子及び他の本発明の素子が各々備える各部の相関
は特に限定されないが、各部の相関をより好ましいもの
とすることにより、素子の性能を大幅に向上させること
も可能である。 (2)発熱部と電極との相関 例えば、ヒータの発熱部とイオン導電部が有する各電極
との相関においては、発熱部からの熱をイオン導電部に
効率よく伝導させることができる位置であることが好ま
しい。即ち、イオン導電部の備える一対の電極の各々の
うち実際にイオン導電部の一部として機能しうる領域を
実電極領域とした場合に、一対の電極のうちの少なく一
方の実電極領域を投影した投影像は第1絶縁性基部の備
えるヒータの発熱部を投影した投影像と少なくとも一部
で重なることが好ましい。更に、この実電極領域の投影
像が発熱部の投影像の外形線内(ヒータは複雑な形状を
呈することもあるため外周線内には含まれない場合があ
る)にすべて含まれることが好ましく、特に、一対の電
極の両方の電極の実電極領域の投影像が発熱部の投影像
の外周縁内にすべて含まれることが好ましい。
Other than the above-mentioned correlation between the porous portion and the electrode, the correlation of each part provided in the element of the present invention and the other element of the present invention is not particularly limited, but by making the correlation of each part more preferable, It is also possible to significantly improve the performance of the device. (2) Correlation between heat generating portion and electrode For example, in the correlation between the heat generating portion of the heater and each electrode of the ion conductive portion, it is a position where heat from the heat generating portion can be efficiently conducted to the ion conductive portion. It is preferable. That is, when the area that can actually function as a part of the ion conductive section of each of the pair of electrodes included in the ion conductive section is the actual electrode area, at least one actual electrode area of the pair of electrodes is projected. It is preferable that the projected image overlaps at least partly with the projected image of the heating portion of the heater provided in the first insulating base. Further, it is preferable that all of the projected image of the actual electrode region is included in the outline of the projected image of the heat generating portion (the heater may have a complicated shape and thus may not be included in the outer peripheral line). In particular, it is preferable that the projected images of the real electrode regions of both electrodes of the pair of electrodes are all included in the outer peripheral edge of the projected image of the heating portion.

【0038】上記の実電極領域に関してより具体的に例
示すると、イオン導電部が備える電極において、例え
ば、一面側で固体電解質体と接触していない領域は実電
極領域に含まれない。また、例えば、図24に示すよう
に2つのイオン導電部を備える態様の素子を空燃比セン
サ素子として使用する場合、濃淡電池として機能するイ
オン導電部13が備える電極のうち検知電極として機能
する電極132においては、一面側で固体電解質体13
1と接触していても他面側が空洞(検知室)15に面し
てない部分は実電極領域に含まれない。また、酸素ポン
プとして機能するイオン導電部12が備える電極のうち
の一方の電極123においては、一面側が固体電解質体
121と接触していても他面側が多孔質部161に面し
ていない領域は実電極領域ではない。
More specifically exemplifying the above-mentioned actual electrode region, in the electrode provided in the ion conductive portion, for example, a region which is not in contact with the solid electrolyte body on one surface side is not included in the actual electrode region. Further, for example, when an element having two ion conductive parts as shown in FIG. 24 is used as an air-fuel ratio sensor element, an electrode functioning as a detection electrode among electrodes included in the ion conductive part 13 functioning as a concentration battery. In 132, the solid electrolyte body 13 is provided on one surface side.
Even if it is in contact with 1, the part where the other surface does not face the cavity (detection chamber) 15 is not included in the actual electrode area. Further, in one electrode 123 of the electrodes included in the ion conductive portion 12 that functions as an oxygen pump, a region where one surface side is in contact with the solid electrolyte body 121 and the other surface side is not facing the porous portion 161 is It is not a real electrode area.

【0039】(3)電極と固体電解質体との相関 また、イオン導電部が備える一対の電極は、固体電解質
体の一面側に両方の電極が形成されていてもよく、固体
電解質体の表裏面に各々の電極が対向するように形成さ
れていてもよい。 (4)固体電解質体と各絶縁性基部との相関 更に、固体電解質体と第1絶縁性基部又は第2絶縁性基
部との相関も特に限定されず、素子の長手方向及び幅方
向の各々の方向において固体電解質体は、各々の絶縁性
基部と同じであってもよく、固体電解質体の方が小さく
てもよい(通常、固体電解質体の方がこれら絶縁性基部
よりも大きいことはない)。
(3) Correlation between Electrode and Solid Electrolyte Body Further, the pair of electrodes provided in the ion conductive portion may have both electrodes formed on one surface side of the solid electrolyte body, and the front and back surfaces of the solid electrolyte body may be formed. The electrodes may be formed so as to face each other. (4) Correlation Between Solid Electrolyte Body and Each Insulating Base Further, the correlation between the solid electrolyte body and the first insulating base portion or the second insulating base portion is not particularly limited, and the correlation in the longitudinal direction and the width direction of the element In the direction, the solid electrolyte body may be the same as each insulating base, or the solid electrolyte body may be smaller (usually the solid electrolyte body is not larger than these insulating bases). .

【0040】(5)固体電解質体と多孔質部との相関 また、固体電解質体と多孔質部との大きさの相関も特に
限定されず、素子の長手方向及び幅方向の各々の方向に
おいて固体電解質体は、多孔質部に比べて大きくてもよ
く、同じであってもよく、小さくてもよいが、固体電解
質体は多孔質部と同じ大きさであるか又は多孔質部より
も小さいことが好ましい。更に、固体電解質体と多孔質
部との位置の相関も特に限定されないが、素子を構成す
る各部分の外周線は他部に比べてクラックや割れの起点
となる確率が高い部分であるため、各部分の外周線は相
互に接触しないように相互に位置していることが好まし
い。これにより、クラックや割れの起点となる可能性の
ある部位を素子内で分散させることとなり、素子のクラ
ックや割れが効果的に防止される。従って、大きさの相
関及び位置の相関から、固体電解質体の外周線の投影像
は多孔質部の外周線の投影像と一部で重なるか又は重な
らないように多孔質部の投影像の内部に位置することが
特に好ましい。
(5) Correlation Between Solid Electrolyte Body and Porous Portion The size correlation between the solid electrolyte body and the porous portion is also not particularly limited, and the solid body is solid in each of the longitudinal direction and the width direction of the device. The electrolyte body may be larger, the same or smaller than the porous part, but the solid electrolyte body may be the same size as the porous part or smaller than the porous part. Is preferred. Further, the correlation between the positions of the solid electrolyte body and the porous portion is not particularly limited, but the outer peripheral line of each part constituting the element is a part having a high probability of being a starting point of cracks or cracks compared to other parts, It is preferable that the peripheral lines of the respective parts are located so as not to contact each other. As a result, a portion which may be a starting point of a crack or a break is dispersed in the element, and the crack or the break of the element is effectively prevented. Therefore, from the size correlation and the position correlation, the projected image of the outer peripheral line of the solid electrolyte body may or may not partially overlap with the projected image of the outer peripheral line of the porous portion. It is particularly preferable to be located at.

【0041】(6)空洞と多孔質部との相関 更に、前述の図15、16及び19等に例示されるよう
な空洞を備える素子における空洞と多孔質部との相関も
特に限定されず、素子の長手方向及び幅方向の各々の方
向において空洞は、多孔質部に比べて大きくてもよく、
同じであってもよく、小さくてもよい。しかし、空洞は
過度に大きい必要はなく、むしろ、素子の強度を低下さ
せる傾向にあるため、空洞は小さい方が好ましい。従っ
て、空洞は、多孔質部に比べて素子の長手方向及び幅方
向の各々の方向で同じであるか、又は小さいことが好ま
しい。即ち、例えば、空洞の外周線の投影像は多孔質部
の外周線の投影像と一部で重なるか又は重ならないよう
に多孔質部の投影像の内部に位置する態様を挙げること
ができる。更に、上記固体電解質体と多孔質部との相関
におけると同様にクラックや割れの起点となる可能性の
ある部位が素子内で分散されることから、空洞の外周線
の投影像は多孔質部の投影像と重ならないようにその内
部に位置することが更に好ましい。
(6) Correlation between Cavity and Porous Part Furthermore, the correlation between the cavity and the porous part in the device having the cavities exemplified in FIGS. 15, 16 and 19 described above is not particularly limited, either. The cavity in each of the longitudinal direction and the width direction of the element may be larger than the porous portion,
It may be the same or smaller. However, the cavities need not be too large, but rather tend to reduce the strength of the device, so smaller cavities are preferred. Therefore, the cavities are preferably the same or smaller in each of the longitudinal direction and the width direction of the element than the porous portion. That is, for example, a mode in which the projected image of the outer peripheral line of the cavity is positioned inside the projected image of the porous part such that the projected image of the outer peripheral line of the porous part partially overlaps or does not overlap with the projected image of the outer peripheral line of the porous part can be mentioned. Furthermore, as in the correlation between the solid electrolyte body and the porous portion, the portion that may be the starting point of cracks or cracks is dispersed in the element, so that the projected image of the outer circumference of the cavity is the porous portion. It is more preferable that it is located inside such that it does not overlap with the projected image of.

【0042】[3]本発明及び他の本発明の素子の具体
的構成 本発明及び他の本発明の素子は、上記[1]において説
明した各部分を備え、更にこれらの各部分は上記[2]
において説明したように配置される。このような素子の
具体的構成は特に限定されないが、例えば、以下のよう
な、イオン導電部を1つ備える素子、イオン導電部を2
つ備える素子及びイオン導電部を3つ備える素子等を挙
げることができる。
[3] Specific Structure of the Element of the Present Invention and Other Elements of the Present Invention The element of the present invention and other elements of the present invention includes each part described in the above [1], and each of these parts further includes the above [ 2]
It is arranged as described in. Although the specific configuration of such an element is not particularly limited, for example, an element including one ionic conductive portion and two ionic conductive portions as described below are provided.
Examples thereof include an element provided with one and an element provided with three ion conductive parts.

【0043】(1)イオン導電部を1つ備える素子 図15(幅方向断面図)及び図16(分解斜視図)に例
示されるように、第1絶縁性基部11、1つの空洞1
5、第1イオン導電部12及び第2絶縁性基部16の各
々がこの順に積層されてなる、イオン導電部を1つのみ
備える素子である。この素子は、更に、例えば、第1イ
オン導電部を構成する第1イオン導電部用固体電解質体
として酸素イオン導電性を有するものを用いて、この第
1イオン導電部を酸素濃淡電池として機能させ、空洞を
参照ガス導入室として用いることで、酸素センサや空燃
比センサ等として用いることができる。尚、この素子で
いう参照ガス導入室は、測定に際して基準となるガスを
導入するための室である。この基準となるガスとして
は、大気や一定濃度に保たれた各種の気体等を用いるこ
とができる。
(1) Element Having One Ion Conducting Portion As illustrated in FIG. 15 (width direction sectional view) and FIG. 16 (exploded perspective view), a first insulating base portion 11 and one cavity 1
5, the first ionic conductive portion 12 and the second insulating base portion 16 are laminated in this order, and is an element having only one ionic conductive portion. This element further uses, for example, a solid electrolyte body for the first ionic conductive portion, which constitutes the first ionic conductive portion, having oxygen ionic conductivity, and causes the first ionic conductive portion to function as an oxygen concentration battery. By using the cavity as the reference gas introduction chamber, it can be used as an oxygen sensor, an air-fuel ratio sensor, or the like. The reference gas introduction chamber referred to in this element is a chamber for introducing a reference gas during measurement. As the reference gas, it is possible to use the atmosphere or various gases maintained at a constant concentration.

【0044】このような素子は、例えば、第1絶縁性基
部11は、第1絶縁性基部下部111と第1絶縁性基部
上部112との間に発熱部114及びヒータリード部1
15を備え、スルーホール116を介してヒータ取出パ
ッド117から外部と導通されるヒータ113を備える
ものとすることができる。また、第1空洞15は層間調
節層153により形成することができる。更に、第1イ
オン導電部12は、第1イオン導電部用固体電解質体1
21と、この第1イオン導電部用固体電解質体の表面に
形成された一対の第1イオン導電部用電極122及び1
23と、層間調節層124とを備えるものとすることが
できる。
In such an element, for example, the first insulative base 11 has the heat generating part 114 and the heater lead part 1 between the first insulative base lower part 111 and the first insulative base upper part 112.
15 may be provided, and the heater 113 that is electrically connected to the outside from the heater extraction pad 117 via the through hole 116 may be provided. In addition, the first cavity 15 may be formed by the interlayer adjustment layer 153. Further, the first ionic conductive portion 12 is the solid electrolyte body 1 for the first ionic conductive portion.
21 and a pair of first ion conductive part electrodes 122 and 1 formed on the surface of the first ion conductive part solid electrolyte body.
23 and the interlayer adjustment layer 124.

【0045】これらの第1イオン導電部用電極のうちの
一方の電極123は、層間調節層124の端部に形成さ
れたスルーホール125を介し、中間層非多孔質部17
2に形成されたスルーホール174を介し、後述する第
2絶縁性基部の非多孔質部162の端部に形成されたス
ルーホール163を介して電極取出パッド165に接続
されて、外部回路へと導出することができる。一方、電
極122は、後述する中間層非多孔質部172の端部に
形成されたスルーホール173を介し、後述する第2絶
縁性基部非多孔質部162の端部に形成されたスルーホ
ール163を介して電極取出パッド164に接続され
て、外部回路へと導出することができる。
One of the electrodes 123 for the first ion conductive portion is provided with a through hole 125 formed at an end portion of the interlayer adjusting layer 124, and the intermediate layer non-porous portion 17 is formed.
2 is connected to the electrode extraction pad 165 via a through hole 174 formed in No. 2 and a through hole 163 formed at the end of the non-porous portion 162 of the second insulating base, which will be described later, to an external circuit. Can be derived. On the other hand, the electrode 122 has a through hole 173 formed at the end of the intermediate layer non-porous portion 172 described later, and a through hole 163 formed at the end of the second insulating base non-porous portion 162 described later. It can be led to an external circuit by being connected to the electrode extraction pad 164 via.

【0046】また、多孔質材から形成された中間層多孔
質部171及び非多孔質材から形成された中間層非多孔
部172を備える中間層を備えることができる。更に、
多孔質材から形成された第2絶縁性基部多孔質部161
及び非多孔質材から形成された第2絶縁性基部非多孔部
162を有する第2絶縁性基部を備えることができる。
尚、中間層17は、第2絶縁性基部の境界167が第1
イオン導電部用電極のうちの一方の電極のリード部12
22と直接接しない構成とするための層である。尚、上
記にいう中間層とは、電極122と、第2絶縁性基部の
多孔質部161及び非多孔質部162との境界167と
が接することを防止するために設けられる層であり、電
極の細りや断線を防止するものである。
Further, an intermediate layer having an intermediate layer porous portion 171 formed of a porous material and an intermediate layer non-porous portion 172 formed of a non-porous material can be provided. Furthermore,
Second insulating base porous portion 161 made of porous material
And a second insulating base portion having a second insulating base portion non-porous portion 162 formed of a non-porous material.
In the intermediate layer 17, the boundary 167 of the second insulating base is the first
Lead portion 12 of one of the electrodes for the ion conductive portion
It is a layer for making a structure not in direct contact with 22. The above-mentioned intermediate layer is a layer provided to prevent the electrode 122 and the boundary 167 between the porous portion 161 and the non-porous portion 162 of the second insulating base from contacting each other. It is intended to prevent thinning and disconnection.

【0047】(2)イオン導電部を2つ備える素子 図17(幅方向断面図)、図18(長手方向断面図)及
び図19(分解斜視図)に例示されるように、第1絶縁
性基部11、第2イオン導電部13、1つの空洞15、
第1イオン導電部12及び第2絶縁性基部16の各々を
この順に積層して備える素子である。尚、図18は図1
7のA−A’における模式的な断面図であり、図17は
図18のB−B’における模式的な断面図である。この
素子は、更に例えば、第1イオン導電部及び第2イオン
導電部の各々を構成する固体電解質体として酸素イオン
導電性を有するものを用い、第1イオン導電部を酸素濃
淡電池として機能させ、第2イオン導電部を酸素ポンプ
として機能させ、空洞を参照ガス導入室として用いるこ
とで、空燃比センサ等として用いることができる。尚、
この素子でいう検知室は、被測定雰囲気中に含有される
酸素を第2イオン導電部の酸素ポンプ作用により導入及
び導出でき、また、第1イオン導電部の濃淡電池作用に
より、室内の酸素濃度を測定することができる室であ
る。
(2) Element having two ion conductive parts As shown in FIGS. 17 (widthwise sectional view), FIG. 18 (longitudinal sectional view) and FIG. 19 (exploded perspective view), the first insulating property is obtained. Base 11, second ion conductive portion 13, one cavity 15,
This is an element including the first ion conductive portion 12 and the second insulating base portion 16 which are laminated in this order. 18 is shown in FIG.
7 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 7, and FIG. 17 is a schematic cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 18. This element further uses, for example, one having oxygen ion conductivity as a solid electrolyte body constituting each of the first ion conductive portion and the second ion conductive portion, and the first ion conductive portion is caused to function as an oxygen concentration battery, By making the second ion conductive portion function as an oxygen pump and using the cavity as a reference gas introduction chamber, it can be used as an air-fuel ratio sensor or the like. still,
In the detection chamber referred to as this element, oxygen contained in the atmosphere to be measured can be introduced and derived by the oxygen pumping action of the second ionic conducting part, and the concentration of oxygen in the chamber can be increased by the concentration cell action of the first ionic conducting part. It is a room where you can measure.

【0048】(3)イオン導電部を3つ備える素子 図20(一部の分解斜視図)及び図21(他部の分解斜
視図)に例示されるように、第1絶縁性基部11、第3
イオン導電部14、第2空洞181及び第3空洞18
2、第2イオン導電部13、第1空洞15、第1イオン
導電部12及び第2絶縁性基部16の各々がこの順に積
層されてなる、イオン導電部を3つ備える素子である。
尚、図20と図21は、この2つの図面で一つの素子を
表すものであり、図20の最下層として示されている第
1空洞15、律速導入部151及び層間調節層154の
各部分は、図21の仮想的な最上層として点線で示され
ている位置に配置されるものである。
(3) Element Having Three Ion Conducting Parts As shown in FIGS. 20 (partially exploded perspective view) and FIG. 21 (other parts exploded perspective view), the first insulative base 11, Three
Ion conductive portion 14, second cavity 181, and third cavity 18
This is an element including three ionic conductive parts, in which each of the second ionic conductive part 13, the second ionic conductive part 13, the first cavity 15, the first ionic conductive part 12, and the second insulating base 16 is laminated in this order.
20 and 21 show one element in these two drawings, and each portion of the first cavity 15, the rate-controlling introduction portion 151 and the interlayer adjustment layer 154 shown as the bottom layer in FIG. Is arranged at the position shown by the dotted line as the virtual uppermost layer in FIG.

【0049】この素子は、第1イオン導電部、第2イオ
ン導電部及び第3イオン導電部の各々を構成する固体電
解質体として酸素イオン導電性を有するものを用い、第
1イオン導電部及び第3イオン導電部を酸素ポンプセル
として機能させ、第2イオン導電部を酸素濃淡電池とし
て機能させ、第1空洞を検知室として用い、第2空洞を
第1空洞に連通する一酸化窒素分解室とし、第3空洞を
参照ガス室として用いることで、窒素酸化物センサ素子
として用いることができる。
In this element, as the solid electrolyte body forming each of the first ionic conductive portion, the second ionic conductive portion and the third ionic conductive portion, one having oxygen ionic conductivity is used, and the first ionic conductive portion and the third ionic conductive portion are used. The 3 ionic conductive portion functions as an oxygen pump cell, the second ionic conductive portion functions as an oxygen concentration battery, the first cavity is used as a detection chamber, and the second cavity is used as a nitric oxide decomposition chamber communicating with the first cavity, By using the third cavity as a reference gas chamber, it can be used as a nitrogen oxide sensor element.

【0050】このような素子は、例えば、第1絶縁性基
部11は、第1絶縁性基部下部111と第1絶縁性基部
上部112との間に発熱部114及びヒータリード部1
15を備え、ヒータ取出線118により外部と導通され
るヒータ113を備えるものとすることができる。ま
た、第3イオン導電部14は、第3イオン導電部用固体
電解質体141と、この第3イオン導電部用固体電解質
層体の表面に形成された一対の第3イオン導電部用電極
142及び143と、これら一対の電極を外部回路へ各
々導出する電極取出線1461及び1462と、これら
一対の電極間を絶縁する絶縁層145と、層間調節層1
44とを備えるものとすることができる。
In such an element, for example, the first insulating base portion 11 is such that the heat generating portion 114 and the heater lead portion 1 are provided between the first insulating base portion lower portion 111 and the first insulating base portion upper portion 112.
It is possible to provide a heater 113 that is provided with 15, and is electrically connected to the outside by a heater lead-out line 118. Further, the third ionic conductive part 14 includes a third ionic conductive part solid electrolyte body 141, and a pair of third ionic conductive part electrodes 142 and a pair of third ionic conductive part electrodes 142 formed on the surface of the third ionic conductive part solid electrolyte layer body. 143, electrode lead-out lines 1461 and 1462 for leading out the pair of electrodes to an external circuit, an insulating layer 145 for insulating between the pair of electrodes, and the interlayer adjustment layer 1
44 may be provided.

【0051】更に、第2空洞及び第3空洞は層間調節層
183により形成することができる。また、第2イオン
導電部は、第2イオン導電部用固体電解質体131と、
この第2イオン導電部用固体電解質体の表面に形成され
た一対の第2イオン導電部用電極132及び133と、
これら一対の電極を外部回路へ各々導出する電極取出線
1361及び1362と、層間調節層134とを備える
ものとすることができる。更に、第1空洞から第2空洞
へ被測定ガスを導入するための経路であり、多孔質材か
ら形成された第1第2空洞連通路136を備えることが
できる。
Further, the second cavity and the third cavity can be formed by the interlayer adjusting layer 183. The second ionic conductive portion includes a second ionic conductive portion solid electrolyte body 131,
A pair of electrodes 132 and 133 for the second ion conductive portion formed on the surface of the solid electrolyte body for the second ion conductive portion;
Electrode lead lines 1361 and 1362 for leading out the pair of electrodes to an external circuit, respectively, and an interlayer adjustment layer 134 may be provided. Further, it is a path for introducing the gas to be measured from the first cavity to the second cavity, and can include first and second cavity communication passages 136 formed of a porous material.

【0052】また、第1空洞15は層間調節層154に
より形成することができる。この第1空洞には被測定ガ
スを律速させて導入できる律速導部151を備えること
ができる。更に、第1イオン導電部12は、第1イオン
導電部用固体電解質体121と、この第1イオン導電部
用固体電解質体の表面に形成された一対の第1イオン導
電部用電極122及び123と、これら一対の電極を外
部回路へ各々導出する電極取出線1281及び1282
と、層間調節層124とを備えるものとすることができ
る。また、多孔質材から形成された中間層多孔質部17
1及び非多孔質材から形成された中間層非多孔部172
を有する中間層を備えることができる。更に、多孔質材
から形成された第2絶縁性基部多孔質部161及び非多
孔質材から形成された第2絶縁性基部非多孔部162を
有する第2絶縁性基部を備えることができる。尚、中間
層17は、第2絶縁性基部の境界167が第1イオン導
電部用電極のうちの一方の電極のリード部1222と直
接接しない構成とするための層である。
The first cavity 15 can be formed by the interlayer adjustment layer 154. The first cavity can be provided with a rate-controlling part 151 capable of rate-controlling and introducing the gas to be measured. Further, the first ionic conductive part 12 includes a first ionic conductive part solid electrolyte body 121 and a pair of first ionic conductive part electrodes 122 and 123 formed on the surface of the first ionic conductive part solid electrolyte body 121. And electrode lead lines 1281 and 1282 for leading out the pair of electrodes to an external circuit, respectively.
And an interlayer adjustment layer 124. In addition, the intermediate layer porous portion 17 formed of a porous material
1 and an intermediate layer non-porous portion 172 formed of non-porous material
Can be provided. Further, a second insulating base portion having a second insulating base porous portion 161 made of a porous material and a second insulating base non-porous portion 162 made of a non-porous material can be provided. The intermediate layer 17 is a layer for making the boundary 167 of the second insulative base portion not in direct contact with the lead portion 1222 of one of the electrodes for the first ion conductive portion.

【0053】[4]本発明及び他の本発明の素子の製造
方法 以下では、本発明の素子及び他の本発明の素子の製造方
法について説明する。本発明の素子及び他の本発明の素
子を得る方法は特に限定されず、例えば、第1絶縁性基
部となる未焼成第1シート又は第2絶縁性基部となる未
焼成第2シートの一面側に、焼成されて各部となる未焼
成部分(未焼成イオン導電部や、未焼成第2シート又は
未焼成第1シート等)を順次積層し、得られる未焼成素
子を焼成して得ることができる。
[4] Method for Manufacturing Element of the Present Invention and Other Elements of the Present Invention Hereinafter, a method of manufacturing the element of the present invention and another element of the present invention will be described. The method of obtaining the element of the present invention and the other element of the present invention is not particularly limited, and for example, one surface side of the unsintered first sheet that becomes the first insulating base or the unsintered second sheet that becomes the second insulating base. Can be obtained by sequentially stacking the unsintered parts (unsintered ionic conductive part, unsintered second sheet, unsintered first sheet, etc.) that become each part by sintering, and sinter the resulting unsintered element. .

【0054】また、本発明の製造方法のように第1積層
体と第2積層体とに分けて積層する工程を経る製造方法
により得ることもでき、この製造方法においては更に第
1シート及び第2シートを除く他の部分となる未焼成部
分は、第1積層体及び第2積層体のいずれの積層体中に
形成されていてもよい。以下で説明する第1積層体と第
2積層体とに分けて積層する工程を備え、且つ、第2積
層体側に未焼成イオン導電部を形成する工程を備える製
造方法は、特にイオン導電部を2つ以上備える素子の製
造に適している。
Further, it can be obtained by a manufacturing method including a step of laminating into a first laminated body and a second laminated body as in the manufacturing method of the present invention. In this manufacturing method, the first sheet and the second sheet are further laminated. The non-fired portion other than the two sheets may be formed in either the first laminate or the second laminate. The manufacturing method including the step of separately laminating the first laminated body and the second laminated body, which are described below, and the step of forming the unsintered ionic conductive portion on the second laminated body side is It is suitable for manufacturing an element having two or more.

【0055】上記「未焼成第1シート」は、焼成されて
第1絶縁性基部となるものであり、焼成されて絶縁性セ
ラミック部となる未焼成絶縁性セラミック部を備える。
この未焼成絶縁性セラミック部は、焼成されて十分な絶
縁性を発揮できるものであれば特に限定されない。その
形成方法も特に限定されないが、例えば、セラミック原
料粉末(例えば、アルミナ、ムライト、スピネル、ステ
アタイト及び窒化アルミニウム等の1種又は2種以上か
らなる粉末、又は、これらの1種又は2種以上を主成分
とする粉末)、バインダ及び可塑剤等から調合されたペ
ーストをドクターブレード法等により、シート状に成形
した後、乾燥させて、得られるグリーンシートを所望の
大きさに切り出すことにより得られる素シートとして、
又は、この素シートを複数枚積層したものとして得るこ
とができる。
The above-mentioned "unfired first sheet" is to be fired to become the first insulating base portion, and is provided with the unfired insulating ceramic portion to be fired to become the insulating ceramic portion.
The unfired insulating ceramic portion is not particularly limited as long as it is fired and can exhibit sufficient insulating properties. The method for forming the same is not particularly limited, but for example, a ceramic raw material powder (for example, a powder composed of one or more kinds of alumina, mullite, spinel, steatite, aluminum nitride, etc., or one or more kinds thereof). Obtained by cutting the resulting green sheet into a desired size by forming a paste prepared from a powder containing as a main component), a binder, a plasticizer, etc. into a sheet by the doctor blade method, etc., and then drying it. As a raw sheet that can be
Alternatively, it can be obtained as a laminate of a plurality of these elementary sheets.

【0056】この未焼成第1シートには、焼成されてヒ
ータとなる未焼成ヒータを表面又は内部に形成すること
ができる。この未焼成ヒータは、焼成後に通電により発
熱する導電層であればよく、その形成方法は特に限定は
されないが、例えば、貴金属、モリブデン及びレニウム
の少なくとも1種の金属を含有する原料粉末、バインダ
及び可塑剤等から調合されたペーストをスクリーン印刷
法等により、素シートの表面に所望の形状に薄く塗布し
た後、乾燥させて得ることができる。表面にヒータを備
える第1絶縁性基部を得るためには、1枚の素シート又
は複数枚の素シートが積層された複層素シートの表面に
未焼成ヒータを形成することにより得ることができる。
更に、内部にヒータを備える第1絶縁性基部を得るため
には、素シート又は複層素シートの一面に未焼成ヒータ
を形成し、次いで、この未焼成ヒータを覆うように、更
に他の素シート又は複層素シートを積層圧着し、乾燥さ
せて得ることができる。
On this unsintered first sheet, an unsintered heater, which becomes a heater by sintering, can be formed on the surface or inside. The unfired heater may be a conductive layer that generates heat by being energized after firing, and its forming method is not particularly limited. For example, a raw material powder containing at least one metal of noble metal, molybdenum and rhenium, a binder, and It can be obtained by applying a paste prepared from a plasticizer or the like by a screen printing method or the like, thinly applying the paste into a desired shape on the surface of the raw sheet, and then drying. In order to obtain the first insulating base portion having the heater on the surface, it can be obtained by forming an unfired heater on the surface of a single element sheet or a multilayer element sheet in which a plurality of element sheets are laminated. .
Further, in order to obtain the first insulative base having the heater inside, a non-fired heater is formed on one surface of the raw sheet or the multi-layer raw sheet, and then another non-fired heater is covered so as to cover the non-fired heater. It can be obtained by laminating and pressing sheets or multilayer sheets and drying.

【0057】上記「第1積層体」は、未焼成第1シート
のみからなるか、又は、未焼成第1シートとその他の未
焼成部分を備えるものである。このその他の未焼成部分
とは、焼成されて第2絶縁性基部となる未焼成第2シー
ト及びイオン導電部となる未焼成イオン導電部(前述の
ようにイオン導電部を複数備える素子においては第1イ
オン導電部)を除く他の部分である。この他の未焼成部
分としては、例えば、焼成されて層間調節層となる未焼
成層間調節層や、複数のイオン導電部を備えることとな
る未焼成素子を形成する場合には、焼成されて第2イオ
ン導電部や第3イオン導電部となる未焼成イオン導電部
等を挙げることができる。
The "first laminated body" is composed of only the unsintered first sheet, or has the unsintered first sheet and other unsintered parts. The other unfired portions are the unfired second sheet that is fired to become the second insulating base and the unfired ionic conductive portion that becomes the ionic conductive portion (in an element including a plurality of ionic conductive portions as described above, It is the other part except one ion conductive part). Examples of the other unsintered portions include, for example, an unsintered interlayer adjustment layer that becomes an interlayer adjustment layer by baking, and an unsintered element that includes a plurality of ion conductive parts, the first unsintered portion is baked. Examples include a non-sintered ionic conductive part that becomes the second ionic conductive part and the third ionic conductive part.

【0058】上記「未焼成第2シート」は、焼成されて
第2絶縁性基部となるものであり、焼成されて多孔質部
となる未焼成多孔質部と焼成されて非多孔質部となる未
焼成非多孔質部とからなる。これら未焼成多孔質部及び
未焼成非多孔質部は、各々未焼成第1シートを構成する
未焼成絶縁性セラミック部と同様な材質から形成するこ
とができる。但し、未焼成多孔質部及び未焼成非多孔質
部は未焼成第1シートと同じ材質からなっていても、異
なる材質からなっていてもよい。また、未焼成第2シー
トは、未焼成第1シートと形状及び大きさ等が異なって
いてもよく、同じであってもよい。
The above "unfired second sheet" is fired to become the second insulating base portion, and is fired to become the porous portion and the non-fired porous portion to become the non-porous portion. It consists of an unfired non-porous part. These unsintered porous part and unsintered non-porous part can be formed of the same material as the unsintered insulating ceramic part constituting the unsintered first sheet. However, the unsintered porous part and the unsintered non-porous part may be made of the same material as the unsintered first sheet or different materials. The shape and size of the unfired second sheet may be different from or the same as those of the unfired first sheet.

【0059】未焼成第2シートを構成する未焼成多孔質
部は、焼成されて十分な通気性を発揮できるものであれ
ば特に限定されず、その形成方法も特に限定されない。
例えば、セラミック原料粉末(例えば、アルミナ、ムラ
イト、スピネル、ステアタイト及び窒化アルミニウム等
のうちの1種又は2種以上からなる粉末、又は、これら
のうちの1種又は2種以上を主成分とする粉末)、焼成
されて焼失する粉末(例えば、カーボン粉末、テオブロ
ミン等のキサンチン誘導体等からなる粉末又はこれらを
主成分とする粉末)、バインダ及び可塑剤等から調合さ
れたペーストをドクターブレード法等により、シート状
に成形した後、乾燥させて、得られるグリーンシートを
所望の大きさに切り出すことにより得られる素シートと
して、又は、この素シートを複数枚積層したものとして
得ることができる。
The unsintered porous portion constituting the unsintered second sheet is not particularly limited as long as it can be sintered to exhibit sufficient air permeability, and its forming method is not particularly limited.
For example, a ceramic raw material powder (for example, a powder made of one kind or two kinds or more of alumina, mullite, spinel, steatite, aluminum nitride, etc., or having one kind or two or more kinds thereof as main components). Powder), a powder that is burnt and burnt down (for example, carbon powder, a powder composed of xanthine derivatives such as theobromine or a powder containing these as a main component), a paste prepared from a binder, a plasticizer, etc. by a doctor blade method or the like. It is possible to obtain a green sheet obtained by cutting the obtained green sheet into a desired size after being formed into a sheet shape and then drying, or as a laminate of a plurality of these green sheets.

【0060】また、未焼成多孔質部と未焼成非多孔質部
との焼成収縮率は、特に限定されず、同じであってもよ
く、異なっていてもよいが、未焼成多孔質部の焼成収縮
率は、未焼成非多孔質部の焼成収縮率よりも小さい(よ
り好ましくは0.3〜1.5%小さく、更に好ましくは
0.3〜1.1%小さく、特に好ましくは0.3〜0.
7%小さく)することが好ましい。未焼成多孔質部の焼
成収縮率が未焼成非多孔質部の焼成収縮率よりも小さい
ことにより、焼成時に未焼成非多孔質部の方が未焼成多
孔質部よりも大きく収縮するため、多孔質部と非多孔質
部とがより強固に接合され、得られる素子全体の熱的強
度及び機械的強度を他の場合に比べて向上させることが
できる。
The firing shrinkages of the unfired porous portion and the unfired non-porous portion are not particularly limited and may be the same or different, but the firing of the unfired porous portion is not limited. The shrinkage rate is smaller than the firing shrinkage rate of the non-fired non-porous portion (more preferably 0.3 to 1.5% smaller, further preferably 0.3 to 1.1% smaller, and particularly preferably 0.3. ~ 0.
7% smaller) is preferable. Since the firing shrinkage of the unfired porous portion is smaller than that of the unfired non-porous portion, the unfired non-porous portion shrinks more than the unfired porous portion during firing, and The quality part and the non-porous part are more firmly bonded, and the thermal strength and mechanical strength of the entire device obtained can be improved as compared with other cases.

【0061】尚、上記にいう焼成収縮率(%)とは、未
焼成体の所定位置の長さをLとし、温度1300〜1
600℃において焼成して得られた焼成体の同じ位置の
長さをLとした場合に、下記式から算出される割合
X(%)をいうものとする。 X(%)={(L−L)/L)}×100 ・・・ 上記にいう一方の未焼成多孔質部の焼成収縮率が未焼成
非多孔質部の焼成収縮率よりもX%小さいとは、未焼
成多孔質部の焼成収縮率をX%とし、未焼成非多孔質
部の焼成収縮率をX%とした場合に、X=X−X
であることをいうものとする。
The term "calcining shrinkage rate (%)" used above means that the length of a predetermined position of the unsintered body is L 1 and the temperature is 1300 to 1
When the length of the same position of the fired body obtained by firing at 600 ° C. is L 2 , it means the ratio X (%) calculated from the following formula. X (%) = {(L 1 −L 2 ) / L 1 )} × 100 ... The firing shrinkage rate of one of the unfired porous portions described above is higher than the firing shrinkage rate of the unfired non-porous portion. the X 3% less, the sintering shrinkage of the unsintered porous portion and X 1%, a firing shrinkage of the green non-porous portion when the X 2%, X 3 = X 2 -X
It means that it is 1 .

【0062】上記「未焼成イオン導電部」は、焼成され
て固体電解質体となる未焼成固体電解質体と、焼成され
て一対の電極となる一対の未焼成電極とを備える。この
うち、未焼成固体電解質体は、焼成されてイオン導電性
を発揮できるものであれば特に限定されない。その形成
方法も特に限定されないが、例えば、セラミック原料粉
末(例えば、ジルコニア粉末及びイットリア粉末等から
なる粉末又はこれらを主成分とする粉末)、バインダ及
び可塑剤等から調合されたペーストをドクターブレード
法により成形した後、乾燥させて得られるグリーンシー
トを所定の大きさに切り出して得ることができる。ま
た、同様なペーストをスクリーン印刷法により成形した
後、乾燥させて得ることができる。
The "unbaked ionic conductive part" includes an unbaked solid electrolyte body that is baked to form a solid electrolyte body, and a pair of unbaked electrodes that are baked to form a pair of electrodes. Of these, the unsintered solid electrolyte body is not particularly limited as long as it is calcined to exhibit ionic conductivity. The forming method is also not particularly limited, but for example, a paste prepared from a ceramic raw material powder (for example, a powder made of zirconia powder and yttria powder or a powder containing these as the main components), a binder, a plasticizer, etc. is used as a doctor blade method. After being molded by, the green sheet obtained by drying can be obtained by cutting into a predetermined size. Further, it can be obtained by molding a similar paste by a screen printing method and then drying it.

【0063】一方、未焼成電極は、焼成されて導電性を
発揮できるものであれば特に限定されない。その形成方
法も特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、パラ
ジウム、イリジウム、ルテニウム及びロジウムのうちの
少なくとも1種の金属を含有する原料粉末、バインダ及
び可塑剤等から調合されたペーストをスクリーン印刷法
等により、未焼成固体電解質体の表面に、所望の形状に
薄く塗布した後、乾燥させて得ることができる。また、
この未焼成電極を、未焼成固体電解質体の表面に上記の
形成方法等により形成することで未焼成イオン導電部を
得ることができる。
On the other hand, the unfired electrode is not particularly limited as long as it can be fired to exhibit conductivity. The forming method is not particularly limited, but for example, a paste prepared from a raw material powder containing at least one metal selected from platinum, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium and rhodium, a binder, a plasticizer, etc. It can be obtained by applying a thin coating in a desired shape onto the surface of the unsintered solid electrolyte by a printing method or the like and then drying. Also,
The unsintered ionic conductive part can be obtained by forming this unsintered electrode on the surface of the unsintered solid electrolyte body by the above-mentioned forming method or the like.

【0064】上記「第2積層体」は、未焼成第2シート
及び未焼成イオン導電部のみからなるか、又は、未焼成
第2シート及び未焼成イオン導電部とその他の未焼成部
分を備えるものである。このその他の未焼成部分とは、
焼成されて第1絶縁性基部となる未焼成第1シートを除
く他の部分の未焼成体であれば特に限定されないが、例
えば、焼成されて層間調節層となる未焼成層間調節層
や、複数のイオン導電部を備えることとなる未焼成素子
を形成する場合には、焼成されて第2イオン導電部や第
3イオン導電部となる未焼成イオン導電部等を挙げるこ
とができる。
The above "second laminate" is composed of only the unsintered second sheet and the unsintered ionic conductive part, or has the unsintered second sheet and the unsintered ionic conductive part and other unsintered parts. Is. With this other unfired part,
It is not particularly limited as long as it is an unsintered body other than the unsintered first sheet that is sintered to become the first insulating base portion. In the case of forming an unsintered element having the ionic conductive part, an unsintered ionic conductive part which is calcined to become the second ionic conductive part and the third ionic conductive part can be exemplified.

【0065】また、検知室や参照ガス導入室等となる空
洞を備える素子を得る場合に、この空洞の形成方法は特
に限定されないが、例えば、空洞となる積層面にスペー
サを介して接合することで、焼成後に空洞を得ることが
できる。また、焼成により焼失するペーストを充填した
り、このようなペーストから得られる未焼成シートを積
層することにより、焼成後に空洞を得ることができる。
Further, when an element having a cavity to be a detection chamber, a reference gas introducing chamber, etc. is obtained, the method of forming this cavity is not particularly limited, but, for example, it is bonded to the laminated surface to be a cavity through a spacer. Thus, a cavity can be obtained after firing. Further, by filling a paste that is burned down by firing or stacking unfired sheets obtained from such a paste, it is possible to obtain a cavity after firing.

【0066】[5]本発明のガスセンサ 本発明のガスセンサは、本発明の素子又は他の本発明の
素子を備える。本発明のガスセンサは、これら以外につ
いての構成は特に限定されないが、例えば、以下のよう
なものとすることができる。即ち、素子1は、ホルダ2
11、タルク粉末等からなる緩衝材212及びスリーブ
213(素子1とスリーブ213との間に、素子1と後
述するリード線26とを電気的に接続するリードフレー
ム25を介する)等の熱による膨張収縮を緩和できる治
具類に固定され、更に、これら全体が主体金具22に固
定された構造とすることができる。また、主体金具22
の一端側には被測定ガスを導入できる複数の孔を有し、
且つ素子1の検知部(図25においては発熱部、濃淡電
池用固体電解質体及びポンプセル用固体電解質体等を備
える一端側部)近傍を覆ってガスセンサ2の一端側を保
護するプロテクタ23を配設し、主体金具22の他端側
にはガスセンサ2の他端側を保護する外筒24を配設す
ることができる。更に、外筒24の一端側からは、素子
1を外部回路へと接続するためのリード線26を分岐挿
通する貫通孔が設けられたセパレータ27及びガスセン
サ2内への水等の侵入を防止するグロメット28を備え
ることができる。
[5] Gas Sensor of the Present Invention The gas sensor of the present invention comprises the element of the present invention or another element of the present invention. The gas sensor of the present invention is not particularly limited in configuration other than these, but may be, for example, as follows. That is, the element 1 is the holder 2
11. Thermal expansion of the cushioning material 212 made of talc powder or the like and the sleeve 213 (the lead frame 25 electrically connecting the element 1 and a lead wire 26 described later is interposed between the element 1 and the sleeve 213) The structure may be fixed to jigs capable of relaxing the contraction, and further, the whole of them may be fixed to the metal shell 22. Also, the metal shell 22
Has a plurality of holes into which one side of the measured gas can be introduced,
In addition, a protector 23 is provided to cover the vicinity of the detection part of the element 1 (in FIG. 25, one end side including the heat generating part, the solid electrolyte body for the concentration battery, the solid electrolyte body for the pump cell, etc.) and protect one end side of the gas sensor 2. However, an outer cylinder 24 that protects the other end of the gas sensor 2 can be disposed on the other end of the metal shell 22. Further, from the one end side of the outer cylinder 24, water or the like is prevented from entering the separator 27 and the gas sensor 2 which are provided with through holes for branching and inserting the lead wires 26 for connecting the element 1 to an external circuit. A grommet 28 can be included.

【0067】このようなガスセンサ2を用いて内燃機関
から排出される排気ガスを測定しようとする場合には、
例えば、主体金具22の側面に螺子形状などの取付部2
21を設けることにより排気ガスの流通する排気管に素
子1の検知部が突出するように取り付け、素子1の検知
部を被測定ガスに曝して測定を行うことができる。
When the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is to be measured using the gas sensor 2 as described above,
For example, on the side surface of the metal shell 22, a mounting portion 2 having a screw shape or the like is attached.
By providing 21, the detector of the element 1 can be attached to the exhaust pipe through which the exhaust gas flows so as to project, and the detector of the element 1 can be exposed to the gas to be measured for measurement.

【0068】[0068]

【実施例】以下、本発明を図17〜図19を用いて更に
詳しく説明する。尚、以下では解かり易さのために各部
の符号を焼成前後で同じにした。 [1]積層型ガスセンサ素子の製造(図17及び図18
に示される模式的な断面構造を有する素子) 〈1〉第1積層体の作製(第1積層体形成工程) (1)未焼成第1シート11の作製 素シート111及び112の作製 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得
た。その後、このスラリーをドクターブレード法により
厚さ0.5mmのグリーンシート2枚に成形した。次い
で、一方のグリーンシートはそのまま未焼成第1シート
の一部である素シート112とした。他方のグリーンシ
ートには、その一端側の所定位置に2つのスルーホール
116を設けて素シート111とした。
The present invention will be described in more detail below with reference to FIGS. In the following, the reference numerals of each part are the same before and after firing for easy understanding. [1] Manufacturing of stacked gas sensor element (FIGS. 17 and 18)
Having a schematic cross-sectional structure shown in <1> Preparation of first laminated body (first laminated body forming step) (1) Preparation of unfired first sheet 11 Preparation of element sheets 111 and 112 Alumina powder, Butyral resin, dibutyl phthalate,
A slurry was obtained using toluene and methyl ethyl ketone. Then, this slurry was formed into two green sheets having a thickness of 0.5 mm by the doctor blade method. Next, one of the green sheets was directly used as the raw sheet 112 which is a part of the unfired first sheet. The other green sheet was provided with two through holes 116 at a predetermined position on one end side thereof to obtain a bare sheet 111.

【0069】 未焼成ヒータ113の形成 白金粉末とアルミナ粉末とを配合した混合粉末、ブチラ
ール樹脂及びブチルカルビトールを用いてスラリーを得
た。このスラリーを素シート111の一面に所定の形状
にスクリーン印刷し、発熱部114となる幅細の未焼成
発熱部114及びヒータリード部115となる幅広の未
焼成ヒータリード部115を備える未焼成ヒータ113
を形成した。
Formation of Unfired Heater 113 A slurry was obtained using a mixed powder of platinum powder and alumina powder, butyral resin and butyl carbitol. This slurry is screen-printed on one surface of the base sheet 111 in a predetermined shape, and a non-fired heater having a narrow non-fired heat generating portion 114 which becomes the heat generating portion 114 and a wide non-fired heater lead portion 115 which becomes the heater lead portion 115. 113
Was formed.

【0070】 未焼成ヒータ取出パッド117の形成
及び未焼成ヒータ113との接続 上記と同様にスラリーを得た。このスラリーを未焼成
ヒータ113が形成された素シート111の一面とは反
対の他面側に、スルーホール116上を通過するように
スクリーン印刷し、未焼成ヒータ取出パッド117を形
成した。次いで、同様なスラリーをスルーホール116
内に流し込むようにして、未焼成ヒータリード部115
と未焼成ヒータ取出パッド117とを焼成後に導通でき
るように接続した。
Formation of unfired heater extraction pad 117 and connection with unfired heater 113 A slurry was obtained in the same manner as above. This slurry was screen-printed on the other surface side of the raw sheet 111 on which the non-fired heater 113 was formed so as to pass over the through hole 116 to form a non-fired heater extraction pad 117. Then, a similar slurry is applied to the through holes 116.
The unfired heater lead portion 115 is poured into the inside.
And the unfired heater extraction pad 117 were connected so as to be electrically connected after firing.

【0071】 素シート111及び112の張り合わ
せ 上記までに得られた一方の素シート111の未焼成ヒ
ータ113が形成された一面に、上記で得られた他方
の素シート112をその一面に第2ブタノールとブチル
カルビトールとの混合液を塗布した後、積層し、圧着し
て未焼成ヒータ113を内部に備える未焼成第1シート
11を得た。
Lamination of Element Sheets 111 and 112 On one surface of the one element sheet 111 obtained up to the above where the unfired heater 113 is formed, the other element sheet 112 obtained above is attached to one surface of the second butanol. After applying a mixed liquid of butyl carbitol and butyl carbitol, they were laminated and pressure-bonded to obtain an unfired first sheet 11 having an unfired heater 113 therein.

【0072】(2)未焼成第2イオン導電部(未焼成濃
淡電池部)13の形成 未焼成電極(第2イオン導電部参照電極用)133
の形成 白金粉末とジルコニア粉末とを配合した混合粉末、ブチ
ラール樹脂及びブチルカルビトールを用いてスラリーを
得た。このスラリーを上記(1)で得られた積層体の素
シート112の表面にスクリーン印刷し、焼成されて電
極部となる幅広の未焼成電極部と、焼成されて電極リー
ド部となる幅細の未焼成電極リード部とを備える未焼成
電極133を形成した。
(2) Formation of unfired second ion conductive portion (unfired concentration cell portion) 13 Unfired electrode (for second ion conductive portion reference electrode) 133
A slurry was obtained by using a mixed powder prepared by mixing platinum powder and zirconia powder, butyral resin and butyl carbitol. This slurry is screen-printed on the surface of the raw sheet 112 of the laminated body obtained in (1) above, and a wide unsintered electrode portion that becomes an electrode portion when fired and a narrow width that becomes an electrode lead portion when fired. An unfired electrode 133 having an unfired electrode lead portion was formed.

【0073】 未焼成固体電解質体(第2イオン導電
部用)131の形成 ジルコニア粉末とアルミナ粉末とを配合した混合粉末、
分散剤、ブチルカルビトール、ジブチルフタレート及び
アセトンを用いてスラリーを得た。このスラリーを上記
(2)で形成された未焼成電極部上に30μmの厚さ
にスクリーン印刷し、乾燥させて未焼成固体電解質体1
31を得た。
Formation of Unfired Solid Electrolyte Body (for Second Ion Conducting Part) 131 Mixed powder prepared by mixing zirconia powder and alumina powder,
A slurry was obtained using a dispersant, butyl carbitol, dibutyl phthalate and acetone. This slurry is screen-printed to a thickness of 30 μm on the unfired electrode portion formed in (2) above and dried to give the unfired solid electrolyte body 1.
I got 31.

【0074】 未焼成層間調節層(第2イオン導電部
用)134の形成 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得
た。このスラリーを上記(2)で形成された未焼成固
体電解質体131を除く、素シート112及び未焼成電
極133の未焼成電極リード部上に、未焼成固体電解質
体131の表面と高さが合うようにスクリーン印刷し、
乾燥させて未焼成層間調節層134を得た。但し、後に
未焼成電極133の未焼成電極リード部と未焼成電極取
出パッド166とを接続するためのスルーホール135
が形成されるように印刷を行った。
Formation of Unbaked Interlayer Control Layer (for Second Ion Conductive Part) 134 Alumina powder, butyral resin, dibutyl phthalate,
A slurry was obtained using toluene and methyl ethyl ketone. This slurry is flush with the surface of the unsintered solid electrolyte body 131 on the unsintered electrode lead portions of the raw sheet 112 and the unsintered electrode 133, except for the unsintered solid electrolyte body 131 formed in (2) above. Screen print as
It was dried to obtain an unfired interlayer control layer 134. However, a through hole 135 for connecting the unsintered electrode lead portion of the unsintered electrode 133 to the unsintered electrode extraction pad 166 later.
Was printed so that

【0075】 未焼成電極(第2イオン導電部用)1
32の形成 上記(2)と同様にスラリーを得た。このスラリーを
未焼成固体電解質体131及び未焼成層間調節層134
の表面に印刷し、乾燥させて、焼成されて電極部となる
幅広の未焼成電極部(この未焼成電極部は未焼成固体電
解質体131の表面に形成した)と、焼成されて電極リ
ード部となる幅細の未焼成電極リード部(この未焼成電
極リード部は未焼成層間調節層134の表面に形成し
た)を備える未焼成電極132を形成した。このように
して未焼成第2イオン導電部13を、未焼成第1シート
11上に積層し、上記(1)及び上記(2)により第1
積層体を得た。
Unfired electrode (for second ion conductive portion) 1
Formation of 32 A slurry was obtained in the same manner as (2) above. The unsintered solid electrolyte body 131 and the unsintered interlayer control layer 134 are mixed with this slurry.
A wide unsintered electrode portion (which is formed on the surface of the unsintered solid electrolyte body 131) that is printed on the surface of the electrode, dried, and sintered to form an electrode portion, and an electrode lead portion that is sintered. The unsintered electrode 132 having a narrow unsintered electrode lead portion (this unsintered electrode lead portion was formed on the surface of the unsintered interlayer adjustment layer 134) was formed. In this way, the unsintered second ionic conductive portion 13 is laminated on the unsintered first sheet 11, and the first by the above (1) and (2).
A laminated body was obtained.

【0076】〈2〉空洞(検知室)15及び未焼成律速
導入用多孔質部151及び152の形成 (1)未焼成層間調節層(空洞形成用)153及び15
4の形成 上記〈1〉(2)と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記〈1〉(2)までに形成された第1積層体の
未焼成電極132と未焼成層間調節層134上にスクリ
ーン印刷し、乾燥させて未焼成層間調節層153及び1
54を得た。但し、後に未焼成電極132の未焼成電極
リード部と未焼成電極取出パッド165と接続するため
のスルーホール155が形成され、また、未焼成参照電
極133の未焼成電極リード部と未焼成電極取出パッド
166と接続するためのスルーホール156が形成され
るように印刷を行った。更に、焼成後に空洞15が形成
されるように未焼成層間調節層を153と154との2
つの部位に分け、その間に空間が形成されるように印刷
を行った。
<2> Formation of Cavity (Detection Chamber) 15 and Porous Parts 151 and 152 for Introducing the Undetermined Rate Control (1) Unbaked Interlayer Control Layers (for Cavity Formation) 153 and 15
Formation of 4 A slurry was obtained in the same manner as in the above <1> (2). This slurry is screen-printed on the unfired electrode 132 and the unfired interlayer adjusting layer 134 of the first laminated body formed up to the above <1> (2) and dried to obtain the unfired interlayer adjusting layers 153 and 1.
54 was obtained. However, a through hole 155 for connecting to the unfired electrode lead portion of the unfired electrode 132 and the unfired electrode extraction pad 165 later is formed, and the unfired electrode lead portion of the unfired reference electrode 133 and the unfired electrode extraction are formed. Printing was performed so that through holes 156 for connecting to the pads 166 were formed. Further, the unbaked interlayer adjusting layer 153 and 154 is formed so that the cavity 15 is formed after baking.
It was divided into two parts, and printing was performed so that a space was formed between them.

【0077】(2)未焼成律速導入用多孔質部151及
び152の形成 アルミナ粉末(焼成後に空隙を残存させることができる
粒径)、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、トルエ
ン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得た。こ
のスラリーを第1積層体の未焼成層間調節層134上で
あって、未焼成層間調節層153及び154の形成され
ていない部分に図19に示すような形状にスクリーン印
刷し、乾燥させて未焼成律速導入用多孔質部151及び
152を得た。尚、未焼成層間調節層153及び154
並びに未焼成律速導入用多孔質部151及び152に囲
まれた図19中の空洞15は検知室となる。
(2) Formation of unfired rate-controlling introduction porous parts 151 and 152 Alumina powder (particle size capable of leaving voids after firing), butyral resin, dibutyl phthalate, toluene and methyl ethyl ketone to obtain a slurry. It was This slurry is screen-printed in a shape as shown in FIG. 19 on the unbaked interlayer adjusting layer 134 of the first laminate, where the unbaked interlayer adjusting layers 153 and 154 are not formed, and is not dried. Porous parts 151 and 152 for introducing rate-limiting firing were obtained. In addition, the unfired interlayer adjustment layers 153 and 154
The cavity 15 in FIG. 19 surrounded by the unfired rate-controlling introduction porous portions 151 and 152 serves as a detection chamber.

【0078】〈3〉第2積層体の作製 (1)未焼成第2シート16の作製 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いて非多孔質部用
スラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法に
より厚さ500μmの非多孔質部用のグリーンシートに
成形した。一方、アルミナ粉末、カーボン粉末、ブチラ
ール樹脂、ジブチルフタレート、トルエン及びメチルエ
チルケトンを用いて多孔質部用スラリーを得た。このス
ラリーをドクターブレード法により厚さ500μmの多
孔質部用のグリーンシートに成形した。これら2種のグ
リーンシートから図19に示すような非多孔質部となる
未焼成非多孔質部162となるシートの一端側に多孔質
部161となる未焼成多孔質部161を備えるシートを
形成した。次いで、スルーホール153となる孔を3つ
設けて未焼成第2シート16を得た。
<3> Preparation of Second Laminate (1) Preparation of Unfired Second Sheet 16 Alumina powder, butyral resin, dibutyl phthalate,
A slurry for the non-porous portion was obtained using toluene and methyl ethyl ketone. This slurry was formed into a green sheet for a non-porous portion having a thickness of 500 μm by the doctor blade method. On the other hand, alumina powder, carbon powder, butyral resin, dibutyl phthalate, toluene and methyl ethyl ketone were used to obtain a slurry for a porous portion. This slurry was formed into a green sheet for a porous portion having a thickness of 500 μm by the doctor blade method. A sheet having an unsintered porous part 161 serving as the porous part 161 is formed from one of these two types of green sheets on one end side of the unsintered non-porous part 162 serving as the non-porous part as shown in FIG. did. Next, three holes to be the through holes 153 were provided to obtain the unfired second sheet 16.

【0079】(2)未焼成中間層17の形成 上記〈3〉(1)と同様の多孔質部用及び非多孔質部用
の2種のスラリーを得た。このうち多孔質部用のスラリ
ーを、上記〈3〉(1)で得られた未焼成第2シート1
6の備える未焼成多孔質部161を覆うようにスクリー
ン印刷し、乾燥させて中間層17の多孔質部171とな
る未焼成中間層多孔質部171を形成した。次いで、非
多孔質部用のスラリーを未焼成第2シート16上であっ
て、未焼成中間層多孔質部171が形成されていない表
面にスクリーン印刷し、乾燥させて中間層17の非多孔
質部172となる未焼成中間層非多孔質部172を形成
した。但し、後に未焼成電極133と未焼成電極取出パ
ッド166とを接続するためのスルーホール175が形
成され、また、未焼成電極132及び未焼成第電極12
3と未焼成電極取出パッド165とを接続するためのス
ルーホール174が形成され、更に、未焼成電極122
と未焼成電極取出パッド164とを接続するためのスル
ーホール173が形成されるように印刷を行った。この
未焼成中間層17からなる中間層17は、電極122
と、第2絶縁性基部の多孔質部161及び非多孔質部1
62との境界167とが接することを防止するために設
けられる層であり、電極の細りや断線を防止するもので
ある。
(2) Formation of Unfired Intermediate Layer 17 Two kinds of slurries for a porous portion and a non-porous portion similar to the above <3> (1) were obtained. Of these, the slurry for the porous portion is used as the unfired second sheet 1 obtained in the above <3> (1).
6 was screen-printed so as to cover the unsintered porous part 161 provided in No. 6, and dried to form the unsintered intermediate layer porous part 171 to be the porous part 171 of the intermediate layer 17. Next, the slurry for the non-porous portion is screen-printed on the surface of the unfired second sheet 16 on which the unfired intermediate layer porous portion 171 is not formed, and dried to form the non-porous portion of the intermediate layer 17. The non-fired intermediate layer non-porous portion 172 to be the portion 172 was formed. However, a through hole 175 for connecting the unfired electrode 133 and the unfired electrode extraction pad 166 later is formed, and the unfired electrode 132 and the unfired first electrode 12 are formed.
3 and the unfired electrode lead-out pad 165 are formed with through holes 174, and the unfired electrode 122 is formed.
Printing was performed so as to form a through hole 173 for connecting the unfired electrode extraction pad 164. The intermediate layer 17 composed of the unsintered intermediate layer 17 has the electrode 122.
And the porous portion 161 and the non-porous portion 1 of the second insulating base
It is a layer provided to prevent the boundary 167 from coming into contact with 62, and prevents the electrode from being thinned or broken.

【0080】(3)未焼成第1イオン導電部(未焼成ポ
ンプセル)12の形成 未焼成電極122の形成 上記〈1〉(2)と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成中間層17の表面にスクリ
ーン印刷し、焼成されて電極部となる幅広の未焼成電極
部と、焼成されて電極リード部となる幅細の未焼成電極
リード部を備える未焼成電極122を形成した。
(3) Formation of unfired first ionic conductive portion (unfired pump cell) 12 Formation of unfired electrode 122 A slurry was obtained in the same manner as in the above <1> (2). This slurry is screen-printed on the surface of the unfired intermediate layer 17 obtained above, and a wide unfired electrode portion is fired to form an electrode portion, and a narrow unfired electrode lead is fired to form an electrode lead portion. An unfired electrode 122 having a portion was formed.

【0081】 未焼成固体電解質体(第1イオン導電
部用)121の形成 上記〈1〉(2)と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成電極122の未焼成電極部
上に30μmの厚さにスクリーン印刷し、乾燥させて未
焼成固体電解質体121を得た。
Formation of Unfired Solid Electrolyte Body (for First Ion Conductive Part) 121 A slurry was obtained in the same manner as in the above <1> (2). This slurry was screen-printed to a thickness of 30 μm on the green electrode portion of the green electrode 122 obtained above and dried to obtain a green solid electrolyte body 121.

【0082】 未焼成層間調節層124の形成 上記〈1〉(2)と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成固体電解質体121を除
く、未焼成中間層17及び未焼成電極122の未焼成電
極リード部上に、未焼成固体電解質体121の表面と高
さが合うようにスクリーン印刷し、乾燥させて未焼成層
間調節層124を得た。但し、後に未焼成電極133と
未焼成電極取出パッド166とを接続するためのスルー
ホール126が形成され、また、未焼成電極132及び
未焼成電極123(この時点では未形成)と未焼成電極
取出パッド165とを接続するためのスルーホール12
5が形成されるように印刷を行った。
Formation of Unfired Interlayer Control Layer 124 A slurry was obtained in the same manner as in the above <1> (2). Except for the unsintered solid electrolyte body 121 obtained above, this slurry is placed on the unsintered electrode lead portions of the unsintered intermediate layer 17 and the unsintered electrode 122 so that the height of the surface of the unsintered solid electrolyte body 121 is matched. Was screen-printed and dried to obtain an unfired interlayer control layer 124. However, a through hole 126 for connecting the unfired electrode 133 and the unfired electrode extraction pad 166 later is formed, and the unfired electrode 132 and the unfired electrode 123 (not formed at this time) and the unfired electrode extraction are formed. Through hole 12 for connecting to the pad 165
Printing was carried out so that 5 was formed.

【0083】 未焼成電極123の形成 上記〈1〉(2)と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを未焼成固体電解質体121及び未焼成層間調節層
124の表面に印刷し、乾燥させて、焼成されて電極部
となる幅広の未焼成電極部(この未焼成電極部は未焼成
固体電解質体121の表面に形成した)と、焼成されて
電極リード部となる幅細の未焼成電極リード部(この未
焼成電極リード部は未焼成層間調節層124の表面に形
成した)を備える未焼成電極123を形成した。このよ
うにして、上記(1)〜(3)により第2積層体を得
た。
Formation of Unfired Electrode 123 A slurry was obtained in the same manner as in the above <1> (2). The slurry is printed on the surfaces of the unsintered solid electrolyte body 121 and the unsintered interlayer control layer 124, dried, and then sintered to form a wide unsintered electrode portion (the unsintered electrode portion is an unsintered solid electrolyte layer). (Formed on the surface of the body 121) and a thin unfired electrode lead portion (which is formed on the surface of the unfired interlayer adjustment layer 124) that is fired to form an electrode lead portion. The electrode 123 was formed. In this way, the second laminated body was obtained by the above (1) to (3).

【0084】〈4〉第1積層体と第2積層体との接合 一面側に空洞15と未焼成律速導入用多孔質部151及
び152等が形成された第1積層体のこの面と、第2積
層体の未焼成電極132が形成された面とに、第2ブタ
ノールとブチルカルビトールとの混合液を塗布した後、
接合し、圧着して未焼成素子1を得た。 〈5〉脱脂及び焼成 上記〈4〉までに得られた未焼成素子1を、大気雰囲気
において、脱脂処理を行った。その後、大気雰囲気にお
いて1300〜1600℃で焼成し積層型ガスセンサ素
子1を得た。
<4> Joining of First Laminated Body and Second Laminated Body This surface of the first laminated body in which the cavity 15 and the unfired rate-controlling introduction porous portions 151 and 152 are formed on one surface side, After applying the mixed solution of the second butanol and butyl carbitol to the surface of the two-layered body on which the unfired electrode 132 is formed,
The unfired element 1 was obtained by bonding and pressure bonding. <5> Degreasing and firing The unfired element 1 obtained up to the above <4> was subjected to a degreasing treatment in an air atmosphere. Then, the laminated gas sensor element 1 was obtained by firing at 1300 to 1600 ° C. in the air atmosphere.

【0085】〈6〉ガスセンサの製造 上記〈5〉までに得られた素子1を用いて図25に示す
ガスセンサ2を製造した。このガスセンサ2において、
素子1は主体金具22内に収められたセラミックホルダ
211、タルク粉末212及びセラミックスリーブ21
3(センサ素子1とセラミックスリーブ213との間に
はリードフレーム25を介し、センサ素子1の上端はセ
ラミックスリーブ213内に位置する)に支持されて固
定されている。この主体金具22の下部には、センサ素
子1の下部を覆う複数の孔を有する2重構造の金属製の
プロテクタ23が取設され、主体金具22の上部には外
筒213が取設されている。また、外筒24の上部に
は、センサ素子1を外部回路と接続するためのリード線
26を分岐挿通する貫通孔が設けられたセラミックセパ
レータ27及びグロメット28を備える。
<6> Manufacture of Gas Sensor A gas sensor 2 shown in FIG. 25 was manufactured using the element 1 obtained up to the above <5>. In this gas sensor 2,
The element 1 includes a ceramic holder 211, a talc powder 212 and a ceramic sleeve 21 which are housed in a metal shell 22.
3 (the lead frame 25 is provided between the sensor element 1 and the ceramic sleeve 213, and the upper end of the sensor element 1 is located in the ceramic sleeve 213). A metallic protector 23 having a double structure having a plurality of holes covering the lower portion of the sensor element 1 is attached to the lower portion of the metallic shell 22, and an outer cylinder 213 is attached to the upper portion of the metallic shell 22. There is. Further, a ceramic separator 27 and a grommet 28 provided with through holes for branching and inserting lead wires 26 for connecting the sensor element 1 to an external circuit are provided on the upper portion of the outer cylinder 24.

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

【図1】一例の第2絶縁性基部を備える本発明の積層型
ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including an example of a second insulating base.

【図2】他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積層型
ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of another example.

【図3】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図4】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図5】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図6】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図7】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図8】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図9】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の積
層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 9 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図10】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の
積層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 10 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図11】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の
積層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 11 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図12】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の
積層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 12 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図13】更に他例の第2絶縁性基部を備える本発明の
積層型ガスセンサ素子の模式的な斜視図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view of a laminated gas sensor element of the present invention including a second insulating base portion of yet another example.

【図14】本発明の積層型ガスセンサ素子の一例を示す
幅方向における模式的な断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing an example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図15】本発明の積層型ガスセンサ素子の他例を示す
幅方向における模式的な断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図16】図15に示す本発明の積層型ガスセンサ素子
の模式的な分解斜視図である。
16 is a schematic exploded perspective view of the laminated gas sensor element of the present invention shown in FIG.

【図17】本発明の積層型ガスセンサ素子の更に他例を
示す幅方向における模式的な断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing still another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図18】図17に示す本発明の積層型ガスセンサ素子
の長手方向における模式的な断面図である。
18 is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of the laminated gas sensor element of the present invention shown in FIG.

【図19】図17及び図18に示す本発明の積層型ガス
センサ素子の模式的な分解斜視図である。
FIG. 19 is a schematic exploded perspective view of the laminated gas sensor element of the present invention shown in FIGS. 17 and 18.

【図20】本発明の積層型ガスセンサ素子の他例の一部
を示す模式的な分解斜視図である。
FIG. 20 is a schematic exploded perspective view showing a part of another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図21】本発明の積層型ガスセンサ素子の他例の他部
を示す模式的な分解斜視図である。
FIG. 21 is a schematic exploded perspective view showing another portion of another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図22】本発明の積層型ガスセンサ素子の更に他例を
示す幅方向における模式的な断面図である。
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing still another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図23】本発明の積層型ガスセンサ素子の更に他例を
示す幅方向における模式的な断面図である。
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing still another example of the laminated gas sensor element of the present invention.

【図24】本発明の積層型ガスセンサ素子の更に他例を
示す幅方向における模式的な断面図であって、本発明に
おける実電極領域を説明するものである。
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view in the width direction showing still another example of the laminated gas sensor element of the present invention, for explaining the actual electrode region of the present invention.

【図25】本発明のガスセンサの一例の模式的な断面図
である。
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of an example of the gas sensor of the present invention.

【図26】従来の積層型ガスセンサ素子の一例を示す模
式的な斜視図である。
FIG. 26 is a schematic perspective view showing an example of a conventional laminated gas sensor element.

【図27】従来の積層型ガスセンサ素子の他例を示す模
式的な斜視図である。
FIG. 27 is a schematic perspective view showing another example of the conventional laminated gas sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;積層型ガスセンサ素子、11;第1絶縁性基部、1
11;第1絶縁性基部下部(素シート)、112;第1
絶縁性基部上部(素シート)、113;ヒータ、11
4;発熱部、115;ヒータリード部、117;ヒータ
取出パッド、118;ヒータ取出線、12;イオン導電
部(第1イオン導電部)、121;固体電解質体(第1
イオン導電部用)、122、123;電極(第1ポンプ
電極及び第2ポンプ電極)、1221;電極部、122
2;電極リード部、124;層間調節層(第1イオン導
電部用)、1271、1272;絶縁層、1281、1
282;電極取出線(第1イオン導電部用)、13;イ
オン導電部(第2イオン導電部)、131;固体電解質
体(第2イオン導電部用)、132;電極(検知電
極)、133;電極(参照電極)、134;層間調節層
(第2イオン導電部用)、136;第1第2内室連絡
路、1371、1372;絶縁層、1381、138
2;電極取出線(第2イオン導電部用)、14;イオン
導電部(第3イオン導電部)、141;固体電解質体
(第3イオン導電部用)、142;電極(検知電極)、
143;電極(参照電極)、144;層間調節層(第3
イオン導電部用)、145;絶縁層、1461、146
2;電極取出線(第3イオン導電部用)、15;空洞
(第1空洞)、151、152;律速導入多孔質部、1
53、154;層間調節層(第1空洞形成用)、15
7;貫通孔、16;第2絶縁性基部、161;多孔質
部、162;非多孔質部、164、165、166;電
極取出パッド、167;多孔質部と非多孔質部との境
界、168;枠部、169;凹部、17;中間層、17
1;中間層多孔質部、172;中間層非多孔質部、18
1;空洞(第2空洞)、182;空洞(第3空洞)、1
83;層間調節層(第2第3空洞形成用)、2;ガスセ
ンサ、211;ホルダ、212;緩衝材、213;スリ
ーブ、22;主体金具、221;取付部、23;プロテ
クタ、24;外筒、25;リードフレーム、26;リー
ド線、27;セパレータ、28;グロメット。
1; laminated gas sensor element, 11; first insulating base, 1
11; lower part of first insulating base (elementary sheet), 112; first
Insulating base upper part (elementary sheet), 113; heater, 11
4; Heat generating part, 115; Heater lead part, 117; Heater extraction pad, 118; Heater extraction line, 12; Ion conductive part (first ion conductive part), 121; Solid electrolyte body (first
(For ion conductive part), 122, 123; electrodes (first pump electrode and second pump electrode), 1221; electrode part, 122
2; electrode lead portion, 124; interlayer adjustment layer (for first ion conductive portion), 1271, 1272; insulating layer, 1281, 1
282; electrode lead wire (for first ion conductive portion), 13; ion conductive portion (second ion conductive portion), 131; solid electrolyte body (for second ion conductive portion), 132; electrode (detection electrode), 133 Electrode (reference electrode), 134; Interlayer control layer (for second ion conductive portion), 136; First and second inner chamber communication paths, 1371, 1372; Insulating layer, 1381, 138
2; electrode lead wire (for second ion conductive portion), 14; ion conductive portion (third ion conductive portion), 141; solid electrolyte body (for third ion conductive portion), 142; electrode (detection electrode),
143; electrode (reference electrode), 144; interlayer adjustment layer (third
(For ion conductive part), 145; insulating layer, 1461, 146
2; electrode lead wire (for third ionic conductive portion), 15; cavity (first cavity), 151, 152; rate-introducing porous portion, 1
53, 154; interlayer adjusting layer (for forming first cavity), 15
7: through-hole, 16; second insulating base portion, 161; porous portion, 162; non-porous portion, 164, 165, 166; electrode extraction pad, 167; boundary between porous portion and non-porous portion, 168; Frame part, 169; Recessed part, 17; Intermediate layer, 17
1; Intermediate layer porous part, 172; Intermediate layer non-porous part, 18
1; cavity (second cavity), 182; cavity (third cavity), 1
83; Interlayer control layer (for forming second and third cavities), 2; Gas sensor, 211; Holder, 212; Buffer material, 213; Sleeve, 22; Metal shell, 221; Mounting part, 23; Protector, 24; Outer cylinder , 25; lead frame, 26; lead wire, 27; separator, 28; grommet.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 雅道 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   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masamichi Hiraiwa             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Japan special             Within Toyo Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1絶縁性基部と、固体電解質体及び該
固体電解質体の表面に形成された一対の電極を有するイ
オン導電部と、該第1絶縁性基部に対向する第2絶縁性
基部と、がこの順に積層されて備えられ、 該第2絶縁性基部は、少なくとも表裏方向に通気できる
多孔質部を備え、該多孔質部の側面の一部又は側面の全
部は非多孔質部により囲まれ、且つ、該一対の電極のう
ちのいずれか一方のみが該多孔質部を介して被測定雰囲
気と接するように配置されていることを特徴とする積層
型ガスセンサ素子。
1. A first insulating base portion, an ion conductive portion having a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body, and a second insulating base portion facing the first insulating base portion. And 2 are laminated in this order, the second insulating base portion is provided with a porous portion that can ventilate at least in the front-back direction, and a part of the side surface of the porous portion or the entire side surface is a non-porous portion. A laminated gas sensor element, which is surrounded and arranged such that only one of the pair of electrodes is in contact with the atmosphere to be measured through the porous portion.
【請求項2】 上記多孔質部の側面の全部が上記非多孔
質部により囲まれ、且つ、該多孔質部の側面を囲む該非
多孔質部からなる枠部の幅は0.2mm以上である請求
項1記載の積層型ガスセンサ素子。
2. The side surface of the porous portion is entirely surrounded by the non-porous portion, and the width of a frame portion surrounding the side surface of the porous portion is 0.2 mm or more. The laminated gas sensor element according to claim 1.
【請求項3】 上記第2絶縁性基部の上記第1絶縁性基
部に対向しない側に凹部を備え、該凹部及び上記多孔質
部を通じて該第2絶縁性基部の表裏方向に通気される請
求項1記載の積層型ガスセンサ素子。
3. A concave portion is provided on a side of the second insulating base portion that does not face the first insulating base portion, and is ventilated through the concave portion and the porous portion in a front-back direction of the second insulating base portion. 1. The laminated gas sensor element according to 1.
【請求項4】 第1絶縁性基部と、固体電解質体及び該
固体電解質体の表面に形成された一対の電極を有するイ
オン導電部と、該第1絶縁性基部に対向する第2絶縁性
基部と、がこの順に積層されて備えられ、 該第2絶縁性基部は、少なくとも側面方向に通気できる
ように多孔質部を備え、更に、該多孔質部の該第1絶縁
性基部と対向しない側の面の少なくとも端縁を覆う非多
孔質部を備え、且つ、該一対の電極のうちのいずれか一
方のみが該多孔質部を介して被測定雰囲気と接するよう
に配置されていることを特徴とする積層型ガスセンサ素
子。
4. A first insulating base portion, an ion conductive portion having a solid electrolyte body and a pair of electrodes formed on the surface of the solid electrolyte body, and a second insulating base portion facing the first insulating base portion. Are laminated in this order, and the second insulating base portion is provided with a porous portion so that air can be ventilated at least in the lateral direction, and the side of the porous portion that does not face the first insulating base portion is further provided. A non-porous portion that covers at least an edge of the surface of the electrode, and only one of the pair of electrodes is arranged so as to come into contact with the atmosphere to be measured through the porous portion. And a laminated gas sensor element.
【請求項5】 上記多孔質部の気孔率は5〜80%であ
る請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の積層型
ガスセンサ素子。
5. The laminated gas sensor element according to claim 1, wherein the porous portion has a porosity of 5 to 80%.
【請求項6】 上記第1絶縁性基部と上記イオン導電部
との間に参照ガス導入室又は検知室となる空洞を備え、 上記積層型センサ素子の幅方向において、該空洞の上記
第2絶縁性基部に対向する側の外周線の投影像は、該多
孔質部の外周線の投影像と重なるか又は該多孔質部の外
周線の投影像の内側に位置する請求項1乃至5のうちの
いずれか1項に記載の積層型ガスセンサ素子。
6. A cavity serving as a reference gas introduction chamber or a detection chamber is provided between the first insulating base portion and the ion conductive portion, and the second insulation of the cavity is provided in the width direction of the laminated sensor element. The projected image of the outer peripheral line on the side opposite to the base portion overlaps with the projected image of the outer peripheral line of the porous portion or is located inside the projected image of the outer peripheral line of the porous portion. The laminated gas sensor element according to any one of 1.
【請求項7】 上記第1絶縁性基部と上記イオン導電部
との間に他のイオン導電部を備え、且つ、該イオン導電
部と該他のイオン導電部との間に検知室となる空洞を備
え、 上記積層型センサ素子の幅方向において、該空洞の上記
第2絶縁性基部に対向する側の外周線の投影像は、該多
孔質部の外周線の投影像と重なるか又は該多孔質部の外
周線の投影像の内側に位置する請求項1乃至5のうちの
いずれか1項に記載の積層型ガスセンサ素子。
7. A cavity provided with another ion conductive portion between the first insulating base portion and the ion conductive portion, and serving as a detection chamber between the ion conductive portion and the other ion conductive portion. In the width direction of the laminated sensor element, the projected image of the outer peripheral line of the cavity on the side facing the second insulating base portion overlaps with the projected image of the outer peripheral line of the porous portion, or The laminated gas sensor element according to any one of claims 1 to 5, which is located inside a projected image of an outer peripheral line of the quality portion.
【請求項8】 請求項1乃至7のうちのいずれか1項に
記載の積層型ガスセンサ素子の製造方法であって、上記
第1絶縁性基部となる未焼成第1シートを備える第1積
層体と、上記第2絶縁性基部となる未焼成第2シート及
び上記イオン導電部となる未焼成イオン導電部を備える
第2積層体と、を積層した後、焼成する工程を備え、 該未焼成第2シートは、焼成されて上記非多孔質部とな
る未焼成非多孔質部と、焼成されて上記多孔質部となる
未焼成多孔質部とを備え、且つ、該未焼成非多孔質部の
焼成収縮率は該未焼成多孔質部の焼成収縮率と同じか又
は大きいことを特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造
方法。
8. The method for manufacturing a laminated gas sensor element according to claim 1, wherein the first laminated body includes an unsintered first sheet that serves as the first insulating base. And a second laminate including the unsintered second sheet that serves as the second insulating base and the unsintered ionic conductive portion that serves as the ionic conductive portion. The 2 sheet includes an unsintered non-porous portion that is calcined to become the non-porous portion and an unsintered porous portion that is calcined to become the porous portion. A method for manufacturing a laminated gas sensor element, wherein the firing shrinkage is equal to or greater than the firing shrinkage of the unfired porous portion.
【請求項9】 請求項1乃至7のうちのいずれか1項に
記載の積層型ガスセンサ素子を備えることを特徴とする
ガスセンサ。
9. A gas sensor comprising the laminated gas sensor element according to any one of claims 1 to 7.
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