JP2003344351A - Oxygen sensor element - Google Patents

Oxygen sensor element

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JP2003344351A
JP2003344351A JP2002154413A JP2002154413A JP2003344351A JP 2003344351 A JP2003344351 A JP 2003344351A JP 2002154413 A JP2002154413 A JP 2002154413A JP 2002154413 A JP2002154413 A JP 2002154413A JP 2003344351 A JP2003344351 A JP 2003344351A
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air introduction
introduction hole
reference electrode
oxygen sensor
sensor element
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Masahiko Azuma
昌彦 東
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a fine crack from occurring at a corner section in an air introduction hole, and to provide a long-life oxygen sensor. <P>SOLUTION: In the oxygen sensor element provided with a flat substrate 1 made of an air introduction hole 2 having a ceramic solid electrolyte; a reference electrode 3 formed on the inner wall of the air introduction hole 2, and a measuring electrode 4 formed on the outer surface of the substrate 1 opposite to the reference electrode 3; a corner section 8 where the two wall surfaces of the air introduction hole 2 orthogonally crossing each other is formed by a curved surface having a radius of curvature of at least 0.03 mm. Additionally, the cross-section shape of the air introduction hole meets relationship where a/b becomes 0.2 to 5.0 when the maximum length in a direction in parallel with a surface where the reference electrode is formed is set to be (a) and the maximum length in a direction at right to a surface where the reference electrode 3 is formed is set to be (b). <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、自動車等の内燃機
関における空気と燃料の比率を制御するための酸素セン
サ素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor element for controlling the ratio of air to fuel in an internal combustion engine such as an automobile.

【0002】[0002]

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

【0003】この検出素子として、主として酸素イオン
伝導性を有するジルコニアを主分とする固体電解質から
なり、一端が封止された円筒型基体の外面および内面に
それぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素
センサ素子が用いられている。
As the detecting element, a solid electrolyte mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity is used, and a pair of electrode layers are formed on the outer surface and the inner surface of a cylindrical substrate whose one end is sealed. An electrolyte type oxygen sensor element is used.

【0004】このような酸素センサにおいて、一般に、
空気と燃料の比率が1付近の制御に用いられる、いわゆ
る理論空燃比センサ素子(λセンサ)では、外側の測定
電極の表面に保護層となる多孔質層が設けられており、
所定温度で円筒型基体両側に発生する酸素濃度差を検出
し、エンジン吸気系の空燃比の制御が行われている。
In such an oxygen sensor, generally,
In a so-called theoretical air-fuel ratio sensor element (λ sensor) used for controlling the ratio of air to fuel near 1, a porous layer serving as a protective layer is provided on the surface of the outer measuring electrode,
The air-fuel ratio of the engine intake system is controlled by detecting the oxygen concentration difference generated on both sides of the cylindrical substrate at a predetermined temperature.

【0005】一方、広範囲の空燃比を制御するために用
いられている、いわゆる広域空燃比センサ素子(A/F
センサ)は、図5に示すように、固体電解質からなり、
一端が封止された大気導入孔31が形成された板状基体
32に対して、基体32の内壁面と外側表面の相対する
位置に、測定電極33および基準電極34が被着形成さ
れている。そして、測定電極33の表面には、微細な細
孔を有するガス拡散律速層となるセラミック多孔質層3
5を設けてなり、測定電極33/基準電極34間に印加
電圧を加え、その際得られる限界電流値を測定して空燃
比を直接制御するものである。また、上記両酸素センサ
素子(λセンサ、A/Fセンサ)は発熱体により所定の
温度に加熱されることによって500℃以上に加熱され
ることによってセンサとして機能する。
On the other hand, a so-called wide range air-fuel ratio sensor element (A / F) used to control a wide range of air-fuel ratios.
Sensor) is made of a solid electrolyte, as shown in FIG.
The measurement electrode 33 and the reference electrode 34 are adhered to the plate-shaped base 32 having the air introduction hole 31 of which one end is sealed at the position where the inner wall surface and the outer surface of the base 32 face each other. . Then, on the surface of the measurement electrode 33, the ceramic porous layer 3 serving as a gas diffusion rate controlling layer having fine pores.
5, the applied voltage is applied between the measurement electrode 33 and the reference electrode 34, the limiting current value obtained at that time is measured, and the air-fuel ratio is directly controlled. Further, both of the oxygen sensor elements (λ sensor, A / F sensor) function as sensors by being heated to 500 ° C. or higher by being heated to a predetermined temperature by the heating element.

【0006】図5に示したような平板状の酸素センサ素
子は、通常、固体電解質粉末を用いてシート化したもの
を積層して焼成することによって作製され、例えば、図
5に示すように、基体32は、32a、32b、32c
の3層構造から構成される。そのため、酸素センサ素子
における大気導入孔31の断面形状は、必然的に矩形状
になっている。
The flat oxygen sensor element as shown in FIG. 5 is usually produced by stacking sheets of solid electrolyte powder and firing them. For example, as shown in FIG. The base 32 includes 32a, 32b, 32c
It is composed of a three-layer structure. Therefore, the cross-sectional shape of the air introduction hole 31 in the oxygen sensor element is necessarily rectangular.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、大気導入孔
31の断面が矩形であると、シートを積層して焼成した
場合に、センサ部を形成するZrO2等の固体電解質
と、電極等の白金、さらにはアルミナ絶縁層のとの熱膨
張差によって応力が発生し、コーナー部にクラックが発
生しやすい。このクラックは外観検査では大気導入孔3
1の内部であるために発見することが非常に困難であ
り、また、超音波探傷、X線による方法でも、そのクラ
ックが小さいと同様に発見することが困難である。その
ために、使用中にクラックが成長し、センサが破壊する
という問題が生じた。従って、本発明によれば、大気導
入孔におけるコーナー部で発生する微細なクラックの発
生を防止し、長寿命の酸素センサ素子を提供することを
目的とするものである。
However, when the air introduction hole 31 has a rectangular cross section, when the sheets are stacked and fired, a solid electrolyte such as ZrO 2 forming a sensor portion and a platinum such as an electrode are formed. Further, stress is generated due to the difference in thermal expansion from the alumina insulating layer, and cracks are likely to occur at the corners. This crack was found in the visual inspection hole 3
Since it is inside 1, it is very difficult to find it, and it is also difficult to find it by ultrasonic flaw detection or X-ray method if the crack is small. As a result, a problem arises that cracks grow during use and the sensor breaks. Therefore, according to the present invention, it is an object of the present invention to provide a long-life oxygen sensor element by preventing the generation of fine cracks that occur at the corners of the air introduction hole.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
について検討した結果、大気導入孔を有するセラミック
固体電解質からなる板状の基体と、前記大気導入孔の内
壁に形成された基準電極と、該基準電極と対向する基体
外表面に形成された測定電極とを備えた酸素センサ素子
において、前記大気導入孔の互いに直交する2つの壁面
が交わるコーナー部を曲率半径が0.03mm以上の曲
面によって形成することによって、コーナー部における
クラックの発生が無く、目的のセンサを歩留まりよく製
造できることを見出し、本発明に至った。
As a result of studying the above problems, the present inventor has found that a plate-like substrate made of a ceramic solid electrolyte having an air introduction hole and a reference electrode formed on the inner wall of the air introduction hole. And a measurement electrode formed on the outer surface of the base body facing the reference electrode, the corner portion where two wall surfaces of the air introduction hole intersect each other has a radius of curvature of 0.03 mm or more. The present invention has been found out that by forming a curved surface, cracks do not occur at the corners, and the target sensor can be manufactured with high yield.

【0009】また、本発明においては、前記コーナー部
のであること、さらには前記大気導入孔の横断面形状
が、前記基準電極が形成された面と平行な方向の最大長
さをa、前記基準電極が形成された面と直角な方向の最
大長さをbとした時、a/bが0.2〜5.0の関係を
満足することが特に効果的である。
Further, in the present invention, the corner portion, and further, the cross-sectional shape of the atmosphere introducing hole is a maximum length in a direction parallel to the surface on which the reference electrode is formed, and the reference is It is particularly effective that a / b satisfies the relationship of 0.2 to 5.0, where b is the maximum length in the direction perpendicular to the surface on which the electrodes are formed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素センサ(理論
空燃比センサ)素子の基本構造の一例を図1の概略斜視
図、図2に示す図1の酸素センサ素子におけるX−X線
断面図をもとに説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of the basic structure of an oxygen sensor (theoretical air-fuel ratio sensor) of the present invention will be described below with reference to the schematic perspective view of FIG. 1 and the cross section of the oxygen sensor element of FIG. It will be described with reference to the drawings.

【0011】図1、2の酸素センサ素子によれば、酸素
イオン伝導性を有する固体電解質の基体1を具備してお
り、その内面および外面の互いに対向する位置には、セ
ンサ素子を構成するための第1の電極対が形成されてい
る。具体的には、基体1の内面に、一端が封止された大
気導入孔2が備えられ、開放端より空気が導入されてい
る。この大気導入孔2の内部には、空気などの基準ガス
と接触される基準電極3が形成され、また基体1の基準
電極3と対向する外面には、排気ガスなどの被測定ガス
と接触する測定電極4が形成されている。そして、測定
電極4は測定電極リード5により測定電極パッド6と電
気的に接続されている。同様に基準電極3は基準電極リ
ードやスルーホール(図示せず)を介して基準電極パッ
ド7と電気的に接続されている。
According to the oxygen sensor element of FIGS. 1 and 2, the solid electrolyte substrate 1 having oxygen ion conductivity is provided, and the sensor element is formed on the inner surface and the outer surface thereof at positions facing each other. A first electrode pair of is formed. Specifically, the inner surface of the substrate 1 is provided with an air introduction hole 2 with one end sealed, and air is introduced from the open end. A reference electrode 3 that is brought into contact with a reference gas such as air is formed inside the air introduction hole 2, and an outer surface of the substrate 1 facing the reference electrode 3 comes into contact with a measured gas such as exhaust gas. The measurement electrode 4 is formed. The measurement electrode 4 is electrically connected to the measurement electrode pad 6 by the measurement electrode lead 5. Similarly, the reference electrode 3 is electrically connected to the reference electrode pad 7 via a reference electrode lead or a through hole (not shown).

【0012】本発明においては、上記酸素センサ素子の
大気導入孔2の横断面形状において、大気導入孔2の互
いに直交する2つの壁面が交わるコーナー部8を曲面に
よって形成することが重要である。かかるコーナー部8
を曲面によって形成することによって、酸素センサに用
いられる異種材料間の熱膨張差によって発生する応力が
分散するために、コーナー部8におけるクラックの発生
を防止することができる。
In the present invention, in the cross-sectional shape of the air introducing hole 2 of the oxygen sensor element, it is important that the corner portion 8 where two wall surfaces of the air introducing hole 2 intersect with each other is formed by a curved surface. Such a corner part 8
By forming the curved surface with a curved surface, the stress generated by the difference in thermal expansion between different materials used for the oxygen sensor is dispersed, so that the generation of cracks in the corner portion 8 can be prevented.

【0013】この曲面は、好適には、図2に示す横断面
形状において、曲率半径が0.03mm以上、特に0.
05mm以上、さらには0.1mm以上であることが重
要であり、この曲率半径が0.03mmよりも小さいと
顕著な効果が得られない。
This curved surface preferably has a radius of curvature of 0.03 mm or more, particularly 0.
It is important that the thickness is 05 mm or more, further 0.1 mm or more, and if this radius of curvature is smaller than 0.03 mm, a remarkable effect cannot be obtained.

【0014】また、本発明においては、このコーナー部
8に対してクラックの発生を抑制する上で、大気導入孔
2の横断面形状が、基準電極3が形成された面と平行な
方向の最大長さをa、基準電極3が形成された面と直角
な方向の最大長さをbとした時、a/bが0.2〜5.
0の関係を満足することが望ましい。即ち、a/bが上
記範囲を逸脱すると、大気導入孔2を形成する段階で大
気導入孔2の断面形状が矩形から変形し、角部が鋭角と
なり、クラックの発生を助長しやすくなる。
Further, in the present invention, in order to suppress the generation of cracks in the corner portion 8, the cross-sectional shape of the air introduction hole 2 has the maximum value in the direction parallel to the surface on which the reference electrode 3 is formed. When the length is a and the maximum length in the direction perpendicular to the surface on which the reference electrode 3 is formed is b, a / b is 0.2 to 5.
It is desirable to satisfy the relationship of 0. That is, when a / b deviates from the above range, the cross-sectional shape of the atmosphere introducing hole 2 is deformed from a rectangular shape at the stage of forming the atmosphere introducing hole 2, the corner portion becomes an acute angle, and it is easy to promote the generation of cracks.

【0015】なお、本発明において用いられるセラミッ
ク固体電解質は、ZrO2を含有するセラミックスから
なり、安定化剤としてY23およびYb23、Sc
23、Sm23、Nd23、Dy23等の希土類酸化物
を酸化物換算で1〜30モル%、好ましくは3〜15モ
ル%含有する部分安定化ZrO2あるいは安定化ZrO2
が用いられている。
The ceramic solid electrolyte used in the present invention is composed of a ceramic containing ZrO 2, and Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 , Sc as stabilizers are used.
Partially stabilized ZrO 2 containing 1 to 30 mol%, preferably 3 to 15 mol% of a rare earth oxide such as 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Nd 2 O 3 , and Dy 2 O 3 in terms of oxide, or stable. ZrO 2
Is used.

【0016】また、基準電極3、基準電極リード、基準
電極パッド7、測定電極4、測定電極リード5、測定電
極パッド6を形成する各電極は、いずれも白金、ロジウ
ム、パラジウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれる
1種、または2種以上の合金、特に白金が好適に用いら
れる。
The electrodes forming the reference electrode 3, the reference electrode lead, the reference electrode pad 7, the measurement electrode 4, the measurement electrode lead 5 and the measurement electrode pad 6 are all made of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and gold. One kind or two or more kinds of alloys selected from the group, particularly platinum is preferably used.

【0017】次に、本発明の酸素センサ素子の製造方法
について、図3、4をもとに説明する。まず、図3に示
すように、ジルコニア等の酸素イオン伝導性を有するセ
ラミック固体電解質粉末に対して、適宜、成形用有機バ
インダーを添加して、シート10、11、12を作製
し、静水圧成形(ラバープレス)あるいはプレス形成な
どの周知の方法により、それら3枚を一体化させて積層
体Aを形成する。シート10の表面には測定電極4、測
定電極リード5、測定電極パッド6、基準電極パッド7
を例えば、白金を含有する導電性ペーストを印刷するこ
とによりあらかじめ形成する。またシート12の裏側に
は基準電極3、基準電極リードを同様に印刷する。また
シート10、11、12の基準電極パッド7の下部には
スルーホールを設け、上記導電性ペーストを注入するこ
とにより、基準電極パッド7と基準電極リードが電気的
に接続されるようにする。このようにして次に、同様に
大気導入孔2を形成するために、コの字型に内部を切り
抜いたテープ13、14、15を作製し、上記と同様の
方法により積層一体化して積層体Bを形成する。
Next, a method of manufacturing the oxygen sensor element of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, a molding organic binder is appropriately added to a ceramic solid electrolyte powder having oxygen ion conductivity such as zirconia to prepare sheets 10, 11 and 12, and isostatic pressing is performed. By a known method such as (rubber press) or press forming, these three sheets are integrated to form a laminated body A. On the surface of the sheet 10, the measurement electrode 4, the measurement electrode lead 5, the measurement electrode pad 6, the reference electrode pad 7
Is formed in advance by printing a conductive paste containing platinum, for example. The reference electrode 3 and the reference electrode lead are printed on the back side of the sheet 12 in the same manner. Further, through holes are provided below the reference electrode pads 7 of the sheets 10, 11 and 12, and the conductive paste is injected so that the reference electrode pads 7 and the reference electrode leads are electrically connected. In this way, next, in order to form the air introduction hole 2 in the same manner, tapes 13, 14, and 15 whose insides are cut out in a U-shape are produced, and are laminated and integrated by the same method as described above to form a laminated body. Form B.

【0018】そして、大気導入孔2の底を形成するシー
ト16、17、18を作製し、上記と同様に積層一体化
した積層体Cを形成する。
Then, the sheets 16, 17 and 18 for forming the bottom of the air introduction hole 2 are prepared, and the laminated body C is formed by laminating and integrating in the same manner as above.

【0019】そして、上記方法で作製された3つの積層
体A、B、Cを一体化し、焼成する。
Then, the three laminated bodies A, B and C produced by the above method are integrated and fired.

【0020】本発明によれば、大気導入孔2のコーナー
部8に、基体1を形成する成分と実質的に同じ固体電解
質粉末組成物を含有するスラリーをコーナー部8に塗布
することによってコーナー部8を曲面によって形成す
る。このようなスラリーを塗布するには、例えば、焼成
前の積層成形体に形成された大気導入孔2内にスラリー
を流し込んだ後、スラリーを排出させることによって、
スラリーの粘度でコーナー部8にスラリーを付着させる
ことができる。
According to the present invention, the corner portion 8 of the air introduction hole 2 is coated with a slurry containing a solid electrolyte powder composition which is substantially the same as the component forming the substrate 1 to form the corner portion 8. 8 is formed by a curved surface. To apply such a slurry, for example, by pouring the slurry into the air introduction hole 2 formed in the laminated molded body before firing, and then discharging the slurry,
The viscosity of the slurry allows the slurry to adhere to the corner portion 8.

【0021】しかしながら、酸素センサ素子が小型化す
るに伴い、大気導入孔2の大きさの小さくなると、上記
のようなスラリー充填、排出が難しくなり、大気導入孔
2が充填したスラリーで詰まってしまう場合がある。
However, if the size of the atmosphere introducing hole 2 becomes smaller as the oxygen sensor element becomes smaller, it becomes difficult to fill and discharge the slurry as described above, and the slurry filling the atmosphere introducing hole 2 becomes clogged. There are cases.

【0022】そのような場合には、次の方法で行う。ま
ず、上記方法で作製された3つの積層体A、B、Cを一
体化させる前に、図4(a)に示すカーボンからなる中
子19を積層体Aの基準電極パターン3の表面に配置す
る。さらに、図4(a)に示すように、この中子19の
表面に上記固体電解質粉末をアルコールなどの溶剤で希
釈したスラリーを塗布して固体電解質層20を形成す
る。
In such a case, the following method is used. First, before the three laminated bodies A, B, and C manufactured by the above method are integrated, a carbon core 19 shown in FIG. 4A is arranged on the surface of the reference electrode pattern 3 of the laminated body A. To do. Further, as shown in FIG. 4A, a slurry obtained by diluting the solid electrolyte powder with a solvent such as alcohol is applied to the surface of the core 19 to form a solid electrolyte layer 20.

【0023】そして中子19および固体電解質層20を
形成した積層体A、積層体B、Cを積層、圧着して一体
化させる。このとき中子19が大気導入孔2に挿入され
るために、大気導入孔2は圧力を加えられても大きく変
形することはない。さらに、上記中子19の表面に形成
された固体電解質層20がこのときに大気導入孔2のコ
ーナー部8に蓄積され、曲面からなるコーナー部8を形
成する。
Then, the laminate A having the core 19 and the solid electrolyte layer 20, and the laminates B and C are laminated and pressure-bonded to be integrated. At this time, since the core 19 is inserted into the atmosphere introducing hole 2, the atmosphere introducing hole 2 is not largely deformed even if pressure is applied. Further, at this time, the solid electrolyte layer 20 formed on the surface of the core 19 is accumulated in the corner portion 8 of the air introduction hole 2 to form the curved corner portion 8.

【0024】そして、この積層物を窒素雰囲気で焼成す
る。そして、大気導入孔2内に設置されたカーボン製の
中子19は熱によって除去されるとともに、大気導入孔
2のコーナー部8に所定の曲率半径の曲面が形成され、
本発明の酸素センサ素子を形成することができる。
Then, the laminate is fired in a nitrogen atmosphere. The carbon core 19 installed in the air introduction hole 2 is removed by heat, and a curved surface having a predetermined radius of curvature is formed at the corner portion 8 of the air introduction hole 2.
The oxygen sensor element of the present invention can be formed.

【0025】[0025]

【実施例】図3、4の製造方法の例に基づき酸素センサ
素子を作製した。
EXAMPLE An oxygen sensor element was manufactured based on the example of the manufacturing method shown in FIGS.

【0026】まず、5モル%Y23含有のジルコニア粉
末にアクリル系バインダーとトルエン溶液を加えてスラ
リーを作製し、ドクターブレード法により厚みが約20
0μmのジルコニアグリーンシートを作製し、焼成後の
寸法が幅5mm、長さ50mmになるようにカッターで
切断した。 (a)3枚のグリーンシート10、11、12を準備
し、1枚のシート10の表面に白金ペーストを印刷し、
測定電極4、測定電極リード5、測定電極パッド6、基
準電極パッド7を形成した。また、もう1枚のシート1
2には、基準電極3、基準電極リード5を印刷した。そ
して、上記2枚のシート10、12、印刷を施していな
い1枚のシート11の3枚のシートに、基準電極パッド
下部に位置するところにスルーホールを形成し、上記白
金ペーストを充填した。その後、プレス成形により、上
記3枚のシート10、11、12をプレス成形により一
体化させて積層体Aを作製した。 (b)3枚のグリーンシート13、14、15を準備
し、大気導入孔の断面形状が表1のa×bとなるよう
に、いずれもコの字型に切断した。そして、上記コの字
型のシート13、14、15をプレス成形によって、一
体化させて積層体Bを作製した。 (c)3枚のグリーンシート16、17、18を準備
し、プレス成形によって、一体化させて積層体Cを作製
した。 (d)次に、積層体Aの基準電極3を形成した面上に、
カーボンからなる幅0.8mm長さ40mmの中子19
を基準電極3上に配置した。さらにこの中子19の表面
に5モル%Y23含有のジルコニア粉末とトルエンを混
合したスラリーを霧吹きにより塗布し固体電解質層20
を形成した。この時、スラリーの塗布量を調節すること
により最終的に大気導入孔のコーナー部の曲率を制御し
た。
First, an acrylic binder and a toluene solution are added to zirconia powder containing 5 mol% Y 2 O 3 to prepare a slurry, and a slurry is prepared by a doctor blade method to a thickness of about 20.
A 0 μm zirconia green sheet was produced and cut with a cutter so that the dimensions after firing were 5 mm in width and 50 mm in length. (A) Prepare three green sheets 10, 11 and 12 and print platinum paste on the surface of one sheet 10,
The measurement electrode 4, the measurement electrode lead 5, the measurement electrode pad 6, and the reference electrode pad 7 were formed. Also, another sheet 1
The reference electrode 3 and the reference electrode lead 5 were printed on 2. Then, through holes were formed in the three sheets of the above-mentioned two sheets 10 and 12 and the one sheet 11 which was not printed, at positions below the reference electrode pads, and the platinum paste was filled therein. After that, the above three sheets 10, 11, and 12 were integrated by press molding by press molding to produce a laminate A. (B) Three green sheets 13, 14 and 15 were prepared and cut into a U-shape so that the cross-sectional shape of the air introduction hole was a × b in Table 1. Then, the U-shaped sheets 13, 14, and 15 were integrated by press molding to produce a laminated body B. (C) Three green sheets 16, 17, and 18 were prepared and integrated by press molding to produce a laminate C. (D) Next, on the surface of the laminated body A on which the reference electrode 3 is formed,
Core 19 made of carbon with a width of 0.8 mm and a length of 40 mm
Was placed on the reference electrode 3. Further, a slurry in which zirconia powder containing 5 mol% Y 2 O 3 and toluene is mixed is applied to the surface of the core 19 by atomization to form a solid electrolyte layer 20.
Was formed. At this time, the curvature of the corner portion of the air introduction hole was finally controlled by adjusting the coating amount of the slurry.

【0027】その後、上記中子19を配置した積層体
A、大気導入孔2を形成した積層体B、積層体Cをこの
順序で積み重ねた後、プレス成形によって一体化し、セ
ンサ積層成形体を作製した。そして、このセンサ積層成
形体を窒素雰囲気で1500℃、2時間焼成させた。ま
た、比較例として、工程(d)による中子19や固体電
解質層20の形成を全く行わない従来法によって同様に
して酸素センサ素子(試料No.1)を作製した。
After that, a laminated body A having the core 19 arranged therein, a laminated body B having the air introduction hole 2 formed therein, and a laminated body C are stacked in this order and then integrated by press molding to produce a sensor laminated molded body. did. Then, this sensor laminated compact was fired in a nitrogen atmosphere at 1500 ° C. for 2 hours. In addition, as a comparative example, an oxygen sensor element (Sample No. 1) was similarly prepared by a conventional method in which the core 19 and the solid electrolyte layer 20 were not formed at all in the step (d).

【0028】このようにして、大気導入孔2のコーナー
部8の曲率半径や、大気導入孔2の形状の異なる数種の
酸素センサ素子を作製した。各酸素センサ素子につき、
50本作製し、高温800℃、低温30℃の温度サイク
ル試験を5000サイクル行なった後、切断して大気導
入孔2のコーナー部8のクラックの発生の有無を調べ、
クラックが発生した素子の個数を調査した。
In this way, several kinds of oxygen sensor elements having different radiuses of curvature of the corner portion 8 of the air introduction hole 2 and different shapes of the air introduction hole 2 were produced. For each oxygen sensor element,
Fifty pieces were manufactured and subjected to a temperature cycle test at a high temperature of 800 ° C. and a low temperature of 30 ° C. for 5000 cycles, and then cut to check whether or not a crack was generated in the corner portion 8 of the air introduction hole 2,
The number of cracked devices was investigated.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1より、従来の大気導入孔のコーナー部
が角張った曲率半径が0.03mmよりも小さい酸素セ
ンサ素子では、熱サイクル試験で80%のものにクラッ
クが観察された。
From Table 1, in the conventional oxygen sensor element in which the corner portion of the air introduction hole is angular and the curvature radius is smaller than 0.03 mm, cracks were observed in 80% of the oxygen sensor elements in the thermal cycle test.

【0031】これに対して、本発明に従い、大気導入孔
のコーナー部を曲面によって形成することによってクラ
ックの発生率は30%以下に低減した。特に、曲率半径
が0.05mm以上、大気導入孔の形状a/b比が0.
2〜5.0のものは、クラックの発生率が10%以下に
低減することができた。
On the other hand, according to the present invention, the incidence rate of cracks was reduced to 30% or less by forming the corner portion of the air introduction hole by the curved surface. In particular, the radius of curvature is 0.05 mm or more, and the shape a / b ratio of the air introduction hole is 0.
In the case of 2 to 5.0, the crack occurrence rate could be reduced to 10% or less.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の酸素センサ
素子によれば、大気導入孔のコーナー部を所定の曲面に
よって形成することによって、応力の集中を抑制するこ
とができ、大気導入孔のコーナー部にクラックが発生せ
ず、安定性に優れた酸素センサ素子を提供することがで
きる。
As described in detail above, according to the oxygen sensor element of the present invention, the concentration of stress can be suppressed by forming the corner portion of the atmosphere introducing hole with a predetermined curved surface, and the atmosphere introducing hole can be suppressed. It is possible to provide an oxygen sensor element having excellent stability without cracks at the corners.

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

【図1】本発明の酸素センサ素子の一例を説明するため
の概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining an example of an oxygen sensor element of the present invention.

【図2】図1の酸素センサにおけるX−X縦断面図であ
る。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along the line XX of the oxygen sensor of FIG.

【図3】本発明の酸素センサ素子を製造するための方法
を説明するための分解図を示す。
FIG. 3 shows an exploded view for explaining a method for manufacturing the oxygen sensor element of the present invention.

【図4】本発明の酸素センサ素子における大気導入孔の
コーナー部に曲面によって形成するための方法を説明す
るための(a)概略斜視図と、(b)Y−Y線断面図で
ある。
FIG. 4A is a schematic perspective view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line YY for explaining a method for forming a curved surface at a corner portion of an air introduction hole in the oxygen sensor element of the present invention.

【図5】従来の酸素センサ素子の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional oxygen sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体 2 大気導入孔、 3は基準電極 4 測定電極、 5 測定電極リード、 6 測定電極パッド、 7 基準電極パッド、 8 コーナー部、 1 base 2 atmosphere introduction hole, 3 is a reference electrode 4 measuring electrodes, 5 measuring electrode lead, 6 measuring electrode pad, 7 Reference electrode pad, 8 corners,

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】大気導入孔を有するセラミック固体電解質
からなる板状の基体と、前記大気導入孔の内壁に形成さ
れた基準電極と、該基準電極と対向する基体外表面に形
成された測定電極とを備えた酸素センサ素子において、
前記大気導入孔の互いに直交する2つの壁面が交わるコ
ーナー部が曲率半径が、0.03mm以上の曲面によっ
て形成されていることを特徴とする酸素センサ素子。
1. A plate-shaped substrate made of a ceramic solid electrolyte having an air introduction hole, a reference electrode formed on the inner wall of the air introduction hole, and a measurement electrode formed on the outer surface of the substrate facing the reference electrode. In the oxygen sensor element having and,
An oxygen sensor element, characterized in that a corner portion where two wall surfaces of the air introduction hole intersect each other at right angles is formed by a curved surface having a curvature radius of 0.03 mm or more.
【請求項2】前記大気導入孔の横断面形状が、前記基準
電極が形成された面と平行な方向の最大長さをa、前記
基準電極が形成された面と直角な方向の最大長さをbと
した時、a/bが0.2〜5.0の関係を満足すること
を特徴とする請求項1記載の酸素センサ素子。
2. A cross-sectional shape of the air introduction hole has a maximum length in a direction parallel to a surface on which the reference electrode is formed, and a maximum length in a direction perpendicular to the surface on which the reference electrode is formed. The oxygen sensor element according to claim 1, wherein a / b satisfies a relation of 0.2 to 5.0, where b is b.
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