JP2008083060A - Manufacturing method for gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも片面に電極が形成された板状の固体電解質を複数積層すると共に、該固体電解質間にペースト状の絶縁体を塗布し、焼成によって前記固体電解質と前記絶縁体とを一体化してなるガスセンサの製造方法、及びガスセンサに関する。 In the present invention, a plurality of plate-like solid electrolytes having electrodes formed on at least one surface are laminated, a paste-like insulator is applied between the solid electrolytes, and the solid electrolyte and the insulator are integrated by firing. The present invention relates to a gas sensor manufacturing method and a gas sensor.
従来より、自動車などの内燃機関に取り付けられ、排気ガス中に含まれている特定成分の濃度を検出する様々な形態のガスセンサが開発されている。そして、その中の1つとして、ジルコニアなどの固体電解質からなる長尺状のシート部材(以下、「グリーンシート」という。)を複数積層してなり、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物センサ(以下、「NOXセンサ」という。」が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various types of gas sensors that are attached to an internal combustion engine such as an automobile and detect the concentration of a specific component contained in exhaust gas have been developed. As one of them, a plurality of long sheet members (hereinafter referred to as “green sheets”) made of a solid electrolyte such as zirconia are stacked to detect the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas. Nitrogen oxide sensors (hereinafter referred to as “NO X sensors”) are known.
一般的に、このNOXセンサを製造するには、まず、長尺状に形成した複数のグリーンシートの両面にそれぞれ、ペースト状のアルミナをスクリーン印刷して乾燥させる。但し、この際、グリーンシートの長手方向の一端部における片面もしくは両面には、アルミナを印刷しない箇所を矩形状に形成する。 Generally, this order to manufacture the NO X sensor, first, on both sides of the plurality of green sheets formed in an elongated shape, drying the paste of the alumina by screen printing. However, at this time, a portion where no alumina is printed is formed in a rectangular shape on one side or both sides at one end in the longitudinal direction of the green sheet.
そして、アルミナを印刷していない箇所に、焼成すると多孔質体となる白金ペーストをスクリーン印刷して、矩形状の電極のパターン(以下、「電極パターン」という。)を形成し、酸素ポンプセルや酸素濃度検出セルを構成する。尚、この際、乾燥したアルミナの上にも、上記白金ペーストを塗布して、電極パターンから電極パターンの反対側の一端に向かう長尺状のリード部のパターン(以下、「リード部パターン」という。)を形成する。 Then, a platinum paste that becomes a porous body when screened is screen-printed at a place where alumina is not printed, to form a rectangular electrode pattern (hereinafter referred to as an “electrode pattern”), and an oxygen pump cell or oxygen A concentration detection cell is configured. At this time, the platinum paste is also applied onto the dried alumina, and a long lead pattern (hereinafter referred to as “lead pattern”) from the electrode pattern toward one end on the opposite side of the electrode pattern. .).
次に、電極パターンの周囲と、リード部パターンの上部及び周囲とに、電極パターンとリード部パターンとを周囲から絶縁すると共に、グリーンシート同士を貼り合わせるためのペースト状のアルミナを再度スクリーン印刷する。尚、各グリーンシートのリード部パターンは、アルミナを介して対面する他のグリーンシートのリード部パターンとアルミナを介して互いに重なり合うように形成されており、各電極から電気信号を取り出すための白金線を各リード部パターンの先端部にて互いに挟持するようにされている。 Next, the electrode pattern and the lead part pattern are insulated from the periphery around the electrode pattern and the upper part and the periphery of the lead part pattern, and paste-like alumina for bonding the green sheets together is screen-printed again. . In addition, the lead part pattern of each green sheet is formed so as to overlap with the lead part pattern of other green sheets facing each other through alumina, and a platinum wire for taking out an electric signal from each electrode. Are held between the leading ends of the lead pattern portions.
そして、排気ガスを導入するためのガス室をNOXセンサ内部に形成するためのカーボンを電極パターンが形成された部位にスクリーン印刷したのち、各々のグリーンシートを重ね合わせて圧着し、これらを例えば1480℃の雰囲気に曝して焼成して一体化させる。ここで、焼成により一体化したNOXセンサは、高温(例えば、650℃)の雰囲気に曝した状態で、当該NOXセンサの電極に電圧が印加され(所謂、エージング処理)、電極の活性化が行われる。 Then, after carbon printing for forming a gas chamber for introducing exhaust gas inside the NO x sensor on the portion where the electrode pattern is formed, the respective green sheets are superimposed and pressure-bonded. It is exposed to an atmosphere of 1480 ° C. and baked to be integrated. Here, NO X sensor integrated by firing, high temperature (e.g., 650 ° C.) in a state exposed to the atmosphere, a voltage is applied to the electrodes of the NO X sensor (so-called aging process), the activation of the electrode Is done.
以上の工程によりNOXセンサは製造されている。
ところで、グリーンシートの材料であるジルコニアの熱膨張率が9.3×10-6/℃(20〜700℃)であるのに対し、アルミナの熱膨張率は7.7×10-6/℃(20〜700℃)である。このため、焼成やエージングの際に、アルミナによって、グリーンシートの膨張や収縮が妨げられてグリーンシートに応力が生じ、場合によっては、グリーンシートにクラックが発生することがあった。尚、このクラックの発生は、グリーンシートの厚みとアルミナの塗布厚とに関係することが実験的に確認されている。
The NO x sensor is manufactured by the above process.
By the way, the thermal expansion coefficient of zirconia which is a material of the green sheet is 9.3 × 10 −6 / ° C. (20 to 700 ° C.), whereas the thermal expansion coefficient of alumina is 7.7 × 10 −6 / ° C. (20 to 700 ° C.). For this reason, during firing and aging, the expansion and contraction of the green sheet are hindered by alumina, causing stress in the green sheet, and in some cases, cracks may occur in the green sheet. It has been experimentally confirmed that the occurrence of this crack is related to the thickness of the green sheet and the coating thickness of alumina.
ここで、図8は、グリーンシートの厚みとアルミナの塗布厚との比を変化させてクラックの発生率の確認を行った際の結果を示すグラフである。但し、グリーンシートの厚みとアルミナの塗布厚との比をグラフの横軸、クラックの発生率をグラフの縦軸に設定する。 Here, FIG. 8 is a graph showing the results when the crack generation rate is confirmed by changing the ratio of the thickness of the green sheet and the coating thickness of alumina. However, the ratio between the thickness of the green sheet and the coating thickness of alumina is set on the horizontal axis of the graph, and the occurrence rate of cracks is set on the vertical axis of the graph.
図8からは、アルミナの塗布厚がグリーンシートの厚み(325μm)の1/3.6倍(90μm)となるようにアルミナの塗布厚を設定すれば、グリーンシートにクラックが発生することがないことが分かる。 From FIG. 8, if the alumina coating thickness is set so that the alumina coating thickness is 1 / 3.6 times (90 μm) the thickness of the green sheet (325 μm), no cracks will occur in the green sheet. I understand that.
このような実験結果に基づいて、グリーンシート間のアルミナの塗布厚は、グリーンシートの厚みに応じて設定されていた。具体的には、ガスセンサの製造装置における塗布厚の誤差を考慮して、グリーンシートの厚みの1/4.1(79μm)をアルミナの目標塗布厚としていた。 Based on such experimental results, the coating thickness of alumina between the green sheets was set according to the thickness of the green sheets. Specifically, in consideration of the coating thickness error in the gas sensor manufacturing apparatus, 1/41 (79 μm) of the thickness of the green sheet was set as the target coating thickness of alumina.
ところで、リード部パターンとリード部パターンの周囲との境界部位(以下、「リード部近傍」という。)では、リード部パターンの厚み分だけアルミナの塗布厚が他の部位よりも大きくなってしまう。このため、アルミナの塗布厚がグリーンシートの厚みの1/4.1となるようにアルミナを塗布しても、リード部近傍では、アルミナの塗布厚がグリーンシートの厚みの1/3.6を越えてしまうことがあり、焼成時やエージング時にグリーンシートにクラックが発生することがあった。 By the way, at the boundary portion between the lead portion pattern and the periphery of the lead portion pattern (hereinafter referred to as “the vicinity of the lead portion”), the coating thickness of alumina is larger than the other portions by the thickness of the lead portion pattern. For this reason, even if alumina is applied so that the alumina coating thickness is 1 / 4.1 of the green sheet thickness, the alumina coating thickness is 1 / 3.6 of the green sheet thickness in the vicinity of the lead portion. In some cases, the green sheet cracked during firing or aging.
一方、上記問題を回避するためにアルミナの塗布厚をあまり薄く設定してしまうと、アルミナを介して互いに重なり合うリード部同士が電極から白金線に至るまでの部位にて短絡してしまう。この場合、各リード部を流れる各電極からの電流が白金線に至る途中で他のリード部に流出したり、他のリード部の電流が流入するため、各セルに発生する電圧が変動してしまい、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を正確に検出できなくなるといった問題点があった。 On the other hand, if the coating thickness of alumina is set too thin in order to avoid the above problem, the lead portions that overlap each other via alumina are short-circuited at the site from the electrode to the platinum wire. In this case, the current from each electrode flowing in each lead part flows out to the other lead part on the way to the platinum wire, or the current in the other lead part flows in, so the voltage generated in each cell fluctuates. Therefore, there is a problem that the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas cannot be detected accurately.
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合を低減したガスセンサの製造方法とガスセンサとを提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention reduces the rate of occurrence of cracks in the solid electrolyte during firing or aging due to variations in the thickness of the insulator or short-circuiting between the lead portions. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gas sensor and a gas sensor.
上記目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、板状からなる固体電解質を複数積層すると共に、該固体電解質の少なくとも片面に電極を形成し、互いに対面する前記固体電解質の面に形成された前記電極から前記固体電解質の面に沿って延設するリード部を互いに重なり合うように配置して、前記固体電解質間にペースト状の絶縁体を塗布し、焼成により前記固体電解質と前記絶縁体とを一体化してなるガスセンサの製造方法であって、前記リード部近傍における前記絶縁体の塗布厚が前記固体電解質の厚みの1/8.1以上、且つ、1/5.4以下となるように前記絶縁体を塗布することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
このようなガスセンサの製造方法によれば、絶縁体の塗布厚が最もばらつき易いリード部近傍においても、絶縁体の塗布厚が固体電解質の厚みの1/3.6よりも大きくなることがない。 According to such a gas sensor manufacturing method, the insulating coating thickness does not become larger than 1 / 3.6 of the thickness of the solid electrolyte even in the vicinity of the lead portion where the insulating coating thickness is most likely to vary.
又、互いに重なり合うリード部間における絶縁体の塗布厚が、リード部間の短絡を招くような厚みとなる割合が低い。
即ち、本発明により、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合を低減できる。
In addition, the ratio of the coating thickness of the insulating material between the lead portions that overlap each other is low enough to cause a short circuit between the lead portions.
That is, according to the present invention, it is possible to reduce the rate at which cracks occur in the solid electrolyte during firing and aging due to variations in the thickness of the insulator, and short circuits occur between the lead portions.
次に、請求項2記載の発明は、板状からなる固体電解質を複数積層すると共に、該固体電解質の少なくとも片面に電極と該電極に延設するリード部とを形成して、該固体電解質間にペースト状の絶縁体を塗布し、焼成により前記固体電解質と前記絶縁体とを一体化してなるガスセンサの製造方法であって、前記絶縁体を挟んで互いに対面する前記固体電解質の面にそれぞれ形成する前記リード部を前記絶縁体を挟んで互いに重なり合わない位置に配置すると共に、前記リード部近傍における前記絶縁体の塗布厚が前記固体電解質の厚みの1/32以上、且つ、1/4.5以下となるように前記絶縁体を塗布することを特徴とする。
Next, the invention described in
このようなガスセンサの製造方法によれば、請求項1記載の発明と同様の効果が得られるだけでなく、絶縁体の塗布厚が最も大きくなるリード部近傍同士が重なり合うことがないため、絶縁体の塗布厚のばらつく範囲が狭くなる。しかも、上記のようにリード部を配置するため、絶縁体の塗布厚を薄く設定してもリード部間において短絡が生じることがない。
According to such a gas sensor manufacturing method, not only the same effect as the invention of
即ち、本発明により、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合を確実に低減することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to reliably reduce the rate of occurrence of cracks in the solid electrolyte during firing or aging due to variations in the thickness of the insulator or short-circuiting between the lead portions.
又、絶縁体の塗布厚のばらつく範囲が狭いので、従来よりも均一な品質のガスセンサを提供できる。ここで、上記「前記リード部を前記絶縁体を挟んで互いに重なり合わない位置に配置する」とは、リード部全体が互いに重なり合わない位置に配置されていても良いし、電極から電極の反対側に位置するリード部の先端部付近までの少なくとも一部区間が互い重なり合わない位置に配置されていても良い。 In addition, since the range in which the coating thickness of the insulator varies varies, it is possible to provide a gas sensor having a more uniform quality than conventional ones. Here, the phrase “arranging the lead portions at positions that do not overlap each other with the insulator interposed therebetween” may mean that the entire lead portions may be disposed at positions that do not overlap each other, or from the electrode to the opposite electrode. At least some sections up to the vicinity of the tip of the lead portion positioned on the side may be arranged at positions where they do not overlap each other.
尚、請求項3記載のように、前記固体電解質の主成分は、ジルコニアからなり、又、前記絶縁体の主成分は、アルミナからなっていても良い。
そして、請求項4記載の発明は、少なくとも片面に電極と該電極から延設するリード部が形成された板状の固体電解質を複数積層してなるガスセンサであって、互いに対面する前記固体電解質の面にそれぞれ形成された前記リード部が互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とする。
In addition, as described in
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gas sensor in which a plurality of plate-shaped solid electrolytes each having an electrode and a lead portion extending from the electrode are laminated on at least one side, the gas sensors facing each other. The lead portions respectively formed on the surfaces are arranged so as not to overlap each other.
このように構成されたガスセンサでは、製造時や使用時にリード部同士が短絡することがないため、リード部同士の短絡に起因する電極の電気信号の変動を防止できる。しかも、短絡の虞がないため、絶縁体の塗布厚を必要最小限に抑えることができ、ガスセンサをより薄く構成できる。尚、請求項2と同様、「前記リード部が互いに重なり合わない位置に配置する」とは、リード部全体が互いに重なり合わない位置に配置されていても良いし、電極から電極の反対側に位置するリード部の先端部付近までの少なくとも一部区間が互いに重なり合わない位置に配置されていても良い。 In the gas sensor configured as described above, the lead portions are not short-circuited at the time of manufacture or use, and therefore fluctuations in the electrical signal of the electrode due to the short-circuit between the lead portions can be prevented. And since there is no possibility of a short circuit, the application | coating thickness of an insulator can be suppressed to required minimum, and a gas sensor can be comprised thinner. As in the second aspect, “disposing the lead portions at positions where they do not overlap each other” means that the entire lead portions may be disposed at positions where they do not overlap each other, or from the electrode to the opposite side of the electrodes. You may arrange | position at the position where at least one partial area to the tip part vicinity of the located lead part does not mutually overlap.
ここで、請求項5記載のように、全ての前記固体電解質が同じ厚みに設定されていると良い。
このようなガスセンサでは、厚みの異なる複数種類の固体電解質を製造する必要がないため、容易に大量生産することができる。
Here, as in
Such a gas sensor can be easily mass-produced because it is not necessary to manufacture a plurality of types of solid electrolytes having different thicknesses.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
まず、図1は、本発明に係る製造方法により製造されたNOXセンサの外観形状を示す斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, FIG. 1 is a perspective view showing the external shape of a NO x sensor manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
図1に示すように、NOXセンサ1は、ジルコニアを主成分とする長さ50mm、幅4.5mm、厚さ325μmの長尺状の3枚のグリーンシート2,3,4が順に積層されてなると共に、グリーンシート2,3の間、及び、グリーンシート3,4の間には、長さ10mm、径200μmの白金線5,6,7,8が当該NOXセンサ1の長手方向の一端から突出するように挟持されている。そして、グリーンシート2の外側の面には、外部からNOXセンサ1内部に酸素を汲み入れると共に、NOXセンサ1内部の酸素を外部に汲み出す多孔質の電極21が、白金線突出端とは反対側の一端(以下、「電極形成端」という。)付近に備えられている。
As shown in FIG. 1, the NO X sensor 1 is formed by sequentially laminating three long
ここで、図2は、図1におけるA−A断面図である。
図2に示すように、NOXセンサ1は、グリーンシート2の両面に多孔質の電極21,22を形成してなる第1酸素ポンプセル(以下、「第1ポンプセル」という。)20と、グリーンシート3の両面に多孔質の電極31,32を形成してなる酸素濃度検出セル(以下、「検出セル」という。)30と、グリーンシート4におけるNOXセンサ1内部側の面に電極41,42を形成してなる第2酸素ポンプセル(以下、「第2ポンプセル」という。)40とを有し、各セルの間には、アルミナを主体とする絶縁層50,60が介挿されている。
Here, FIG. 2 is an AA cross-sectional view in FIG.
As shown in FIG. 2, the NO X sensor 1 includes a first oxygen pump cell (hereinafter referred to as “first pump cell”) 20 in which
尚、NOXセンサ1の電極形成端における第1酸素ポンプセル20と検出セル30との間には、多孔質体で構成された第1拡散抵抗体25と、第1拡散抵抗体25を介して外部から被測定ガスを導入する第1室26とが形成されている。又、第1室26の奥部には、多孔質体からなる中空状の第2拡散抵抗体35が形成されている。
Between the first
そして、検出セル30には、第2拡散抵抗体2の中空部分と合同な平面形状を有し、第1室26に導入された被測定ガスを第2拡散抵抗体35を介して取り込む拡散孔36が形成されている。
The
又、絶縁層60には、拡散孔36に取り込まれた被測定ガスを導入する第2室61が形成されており、第2ポンプセル40の電極41が第2室61に露出するようにされている。
The insulating
このような構造を有するNOXセンサ1は、グリーンシート2における電極21が形成されている面に長尺状のヒータ(図示せず)が積層され、このヒータにより活性温度(例えば、750℃)まで加熱された状態で被測定ガス中のNOXの濃度の検出を行う。尚、検出方法の詳細は、例えば、特開平10−221298号公報などに詳述されており、本発明の要旨とも関係がないため、その説明を省略する。
In the NO x
以下、図3に示すNOXセンサ1の分解斜視図を用いてNOXセンサ1の製造方法について説明する。
まず、グリーンシート2の図中下面の白金線5を挟持する箇所(グリーンシート2の図中における手前右端)に、当該グリーンシート2の厚み方向に当該グリーンシート2を貫通するスルーホール27を形成し、スルーホール27の両端が電気的な導通を有するように、スルーホール27の内壁面に白金ペーストを塗布する。
Hereinafter, a manufacturing method of the NO X sensor 1 will be described with reference to exploded perspective view of the NO X sensor 1 shown in FIG.
First, a through
次に、グリーンシート2の両面に、ペースト状のアルミナ(図示せず)を10μmの塗布厚でスクリーン印刷して乾燥させる。但し、グリーンシート2における電極形成端の両面にはそれぞれ、アルミナを印刷しない箇所を矩形状に形成する。又、グリーンシート2の両面におけるスルーホール27の形成部分にもアルミナを印刷しない。
Next, paste-like alumina (not shown) is screen-printed with a coating thickness of 10 μm on both sides of the
そして、アルミナを印刷していない矩形状の箇所に、触媒機能を有する白金を材料としたペースト(以下、「電極用ペースト」という。)をスクリーン印刷して、矩形状の電極21,22のパターンを形成する。尚、この際、乾燥したアルミナの上にも、電極21,22のパターンから白金線突出端に向かって電極用ペーストを塗布して、電極21,22よりも幅が細い長尺状のリード部23,24のパターンを形成する。但し、リード部23のパターンは、電極21から白金線突出端付近に至る区間では、グリーンシート2の短手方向の中央部分に位置するように形成される。そして、白金線突出端において、リード部23のパターンは、グリーンシート2の図中における手前側に位置し、その先端部がスルーホール27を覆うように形成される。又、リード部24のパターンは、電極22から白金線突出端にかけてグリーンシート2の図中における奥側に位置するように形成される。
Then, a paste made of platinum having a catalytic function (hereinafter referred to as “electrode paste”) is screen-printed on a rectangular portion where alumina is not printed, and the pattern of the
このようにして、グリーンシート2に電極パターンとリード部パターンとを形成したのち、白金線5,6,7,8をリード部パターンに一体化させるための白金ペースト(以下、「白金線用ペーストという。)70をグリーンシート2の下面におけるリード部24のパターンの先端部と、スルーホール27が形成され、白金線5を挟持する部位とに10〜30μmの厚さで塗布する。
After forming the electrode pattern and the lead portion pattern on the
白金線用ペースト70の塗布を終了すると、グリーンシート2の上面における電極21のパターンを除いた箇所に、ペースト状のアルミナを10〜30μmの厚さで塗布し(図示せず)、リード部23のパターンを外部から絶縁する。
When the application of the
以上のようにして第1ポンプセル20を作製する。
次に、グリーンシート3の長手方向の中央付近に当該グリーンシート3の厚み方向に当該グリーンシート3を貫通する孔をあけ、拡散孔36を形成する。又、グリーンシート3の白金線突出端付近におけるグリーンシート2のリード部24と対面する部位に、当該グリーンシート3を貫通するスルーホール37を形成し、スルーホール37の両端が電気的な導通を有するように、スルーホール37の内壁面に白金ペーストを塗布する。
The
Next, a hole penetrating the
そして、グリーンシート3の両面にそれぞれ、焼成すると絶縁層50,60となるペースト状のアルミナ(図示せず)を10μmの塗布厚でスクリーン印刷して乾燥させる。但し、グリーンシート3の両面における拡散孔36よりも電極形成端寄りにはそれぞれ、アルミナを印刷しない箇所を矩形状に形成する。又、グリーンシート3の両面における拡散孔36及びスルーホール37の形成部分にもそれぞれ、アルミナを印刷しない。
Then, paste-like alumina (not shown), which becomes the insulating
アルミナを乾燥し終えると、アルミナを印刷していない箇所に、電極用ペーストをスクリーン印刷して、矩形状の電極31,32のパターンを形成する。尚、この際、乾燥したアルミナの上にも、電極31,32のパターンから白金線突出端に向かって電極用ペーストを塗布して、電極31,32よりも幅が細い長尺状のリード部33,34のパターンを形成する。但し、リード部33のパターンは、グリーンシート2のリード部24と対面すると共に、スルーホール37を覆うように形成される。又、リード部34のパターンは、電極32から白金線突出端付近に至る区間では、グリーンシート3の図中における手前側に位置するように形成され、白金線突出端では、その先端部がグリーンシート3の図中における奥側に位置するように形成される。
When the alumina has been dried, electrode paste is screen-printed on the areas where the alumina is not printed, thereby forming
以上のようにして検出セル30を作製する。
続いて、グリーンシート4の図中上面に、焼成すると絶縁層60となるペースト状のアルミナ(図示せず)を10μmの塗布厚でスクリーン印刷して乾燥させる。但し、グリーンシート4の長手方向の中央付近には、アルミナを印刷しない箇所を矩形状に2箇所、互いに隣り合うように形成する。
The
Subsequently, paste-like alumina (not shown), which becomes the insulating
そして、アルミナを印刷していない矩形状の箇所に、電極用ペーストをスクリーン印刷して、矩形状の電極41,42のパターンを形成する。尚、この際、乾燥したアルミナの上にも、電極41,42のパターンから白金線突出端に向かって電極用ペーストを塗布して、電極41,42よりも幅が細い長尺状のリード部43,44のパターンを形成する。但し、電極41は、電極42よりもグリーンシート4の長手方向の中央寄りに形成される。そして、リード部43のパターンは、電極41から白金線突出端にかけてグリーンシート4の図中における奥側に位置するように形成される。又、リード部43のパターンは、リード部44よりも短く設定され、グリーンシート4における電極41のパターンが形成された部位からグリーンシート3のスルーホール37と対面する部位まで形成されている。又、リード部44のパターンは、電極42から白金線突出端にかけてグリーンシート4の図中における手前側に位置するように形成される。
Then, an electrode paste is screen-printed on a rectangular portion where alumina is not printed to form a pattern of
電極パターン及びリード部パターンの形成を終了すると、白金線7を挟持するリード部44の先端部と、白金線突出端近傍におけるリード部43の延長線上に位置する部位とにそれぞれ、白金線用ペースト70を10〜30μmの厚さで塗布する。
When the formation of the electrode pattern and the lead part pattern is finished, the platinum wire paste is applied to the tip part of the
又、グリーンシート4の図中における下面全体に、グリーンシート4を補強するためのアルミナを10〜26μmの厚さで塗布する(図示せず)。
以上のようにして第2ポンプセル40を作製する。
Further, alumina for reinforcing the
The
このように各セルを作製したのち、グリーンシート2の下面における電極22や白金線用ペースト70を塗布した部分と、グリーンシート2の電極形成端の下面における当該グリーンシート2の短手方向の中央とを除く箇所に、再度、焼成すると絶縁層50となるペースト状のアルミナ(図示せず)をスクリーン印刷により塗布する。又、同様にして、グリーンシート3の両面、及びグリーンシート4の上面のそれぞれにおける電極及び白金線用ペースト70を塗布した部分を除いた箇所に、焼成すると絶縁層50,60となるペースト状のアルミナ(図示せず)を再度、スクリーン印刷により塗布する。
After each cell is manufactured in this way, the portion where the
但し、各グリーンシートにアルミナを再度塗布する際、上記工程にてグリーンシート2の下面やグリーンシート3の両面、グリーンシート4の上面に塗布したアルミナの塗布厚を表面粗さ計で測定する。ここで、アルミナの塗布厚が目標塗布厚(10μm)から大きくずれていた場合には、アルミナの塗布厚と目標塗布厚との誤差が小さくなるように、製造装置の印刷スピードや印刷圧力、印刷ギャップなどを調整する。又、グリーンシート2,3,4を積層した際に、互いに対面するリード部同士に挟まれる箇所の近傍におけるアルミナの塗布厚が、上記工程にて塗布したアルミナの塗布厚も含めグリーンシート2,3,4の厚みの1/8.1以上、且つ、1/5.4以下(ここでは、50μm)となるようにアルミナをスクリーン印刷する。尚、スクリーン印刷する際、一度に目標塗布厚分のアルミナを塗布してしまうのではなく、途中で表面粗さ計による塗布厚の測定を行いながら数回(例えば、4回)に分けて行うと良い。
However, when alumina is applied again to each green sheet, the thickness of the alumina applied to the lower surface of the
そして、グリーンシート3に第1拡散抵抗体25、第2拡散抵抗体35を形成する多孔質体(図示せず)や、第1室26、第2室61を形成するカーボン材(図示せず)などを塗布したのち、白金線5,6,7,8を挟持させながら、全てのグリーンシートを積層し、所定の圧力(4.9×105Pa)にて圧着させる。
Then, a porous body (not shown) for forming the
ここで、圧着させたグリーンシート2,3,4を1480℃の雰囲気に1時間曝して焼成させ、更に、650℃の雰囲気に曝した状態で白金線5,6間に電圧を印加して電極21,22をエージング処理することによりNOXセンサ1を得る。
Here, the
以上のようにして製造されたNOXセンサ1では、絶縁層50,60を構成するアルミナの塗布厚が最も厚くなるリード部近傍において、アルミナをグリーンシートの厚みの1/8.1以上、且つ、1/5.4以下となるように塗布しているため、リード部近傍におけるアルミナの塗布厚がグリーンシート2,3,4の厚みの1/3.6(90μm)よりも大きくなることがない。又、互いに重なり合うリード部24,33の間におけるアルミナの塗布厚が、リード部24,33間の短絡を招くような厚みとなる割合が低い。
In the NO x
即ち、本実施形態の製造方法によれば、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合を低減できる。
[第2実施形態]
次に第2実施形態について説明する。
That is, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to reduce the rate at which cracks occur in the solid electrolyte during firing or aging due to variations in the thickness of the insulator, or short circuits occur between the lead portions.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
尚、本実施形態のNOXセンサは、第1実施形態のNOXセンサ1とは検出セルの上面におけるリード部のパターンの配置が異なるだけである(絶縁層50,60を構成するペースト状のアルミナの目標塗布厚は第1実施形態と同様。)。従って、ここでは、第1実施形態と同一の部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
Incidentally, NO X sensor of the present embodiment, the NO X sensor 1 of the first embodiment is different only arrangement of the pattern of the lead portion of the upper surface of the detection cell (pasty constituting the insulating
ここで、図4は、本実施形態のNOXセンサ10の分解斜視図である。
図4に示すように、NOXセンサ10の検出セル90において、グリーンシート9の上面に形成された矩形状の電極91から延設される長尺状のリード部93のパターンは、電極91から白金線突出端付近に至る区間では、グリーンシート9の図中における手前側に位置するように形成される。そして、白金線突出端の近傍では、リード部93のパターンは、スルーホール37を覆うと共に、グリーンシート2の下面のリード部24のパターンと対面するように、グリーンシート9の図中奥側に位置するように形成される。
Here, FIG. 4 is an exploded perspective view of the NO X sensor 10 of the present embodiment.
As shown in FIG. 4, in the
このようにリード部93のパターンを形成することにより、電極91から白金線突出端の近傍に至るまでの部位では、グリーンシート2,9を積層した際に、リード部24とリード部93とが重なり合うことがないため、アルミナの塗布厚のばらつく範囲が狭くなる。しかも、アルミナの塗布厚を薄く設定しても、電極91から白金線突出端の近傍に至るまでの部位にてリード部24とリード部93との間において短絡が生じることがない。又、たとえリード部24とリード部93とが重なり合う白金線突出端近傍にて、リード部24とリード部93とが短絡しても、白金線6に至るまでの区間が短いため、大きな電圧降下を生じることがない。
By forming the pattern of the
即ち、本実施形態の製造方法によれば、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合を確実に低減することができる。又、アルミナの塗布厚のばらつく範囲が狭いので、従来よりも均一な品質のNOXセンサを提供できる。 That is, according to the manufacturing method of the present embodiment, the rate of occurrence of cracks in the solid electrolyte during firing or aging due to variations in the thickness of the insulator or short-circuit between the lead portions is reliably reduced. be able to. In addition, since the variation range of the coating thickness of alumina is narrow, it is possible to provide a NO x sensor having a more uniform quality than conventional ones.
又、上記のようにリード部93のパターンが配置されたNOXセンサ10では、製造時や使用時にリード部24とリード部93とが短絡することがないため、リード部24とリード部93との短絡に起因する電極22,91の電気信号の変動を防止できる。しかも、第1ポンプセル20と検出セル90との間においては、アルミナの塗布厚を必要最小限に抑えることができるため、NOXセンサ10をより薄く構成できる。
Further, in the NO x sensor 10 in which the pattern of the
以下、上記効果を実証するために発明者が行った実証実験の結果を表1,2に示す。
この実証実験では、上記第1実施形態の製造方法により製造されたNOXセンサ1を実施例1、上記第2実施形態の製造方法により製造されたNOXセンサ10を実施例2、従来の製造方法(絶縁層を構成するアルミナの目標塗布厚を79μmに設定)により製造されたNOXセンサを比較例としている。
Tables 1 and 2 show the results of verification experiments conducted by the inventors to verify the above effects.
In this demonstration experiment, the NO X sensor 1 manufactured by the manufacturing method of the first embodiment is used in Example 1, the NO X sensor 10 manufactured by the manufacturing method of the second embodiment is used in Example 2, and the conventional manufacturing is performed. A NO x sensor manufactured by the method (the target coating thickness of alumina constituting the insulating layer is set to 79 μm) is used as a comparative example.
そして、実証実験は、実施例1,2及び比較例を各々10個製造し、製造した各NOXセンサの断面を調べ、第1ポンプセルと検出セルとの間におけるリード部近傍のアルミナの塗布厚t1〜t3と、互いに対面する第1ポンプセルのリード部と検出セルのリード部との間におけるアルミナの塗布厚t4,t5を測定するものである(図5〜7参照)。 Then, in the demonstration experiment, Examples 1 and 2 and Comparative Example 10 were manufactured, the cross section of each manufactured NO X sensor was examined, and the alumina coating thickness in the vicinity of the lead portion between the first pump cell and the detection cell. The coating thicknesses t4 and t5 of alumina between t1 to t3 and the lead portions of the first pump cell and the detection cell facing each other are measured (see FIGS. 5 to 7).
ここで、表1は、各NOXセンサにおける第1ポンプセルと検出セルとの間におけるリード部近傍のアルミナの塗布厚t1〜t3の測定結果である。そして、表2は、互いに対面する第1ポンプセルのリード部と検出セルのリード部との間におけるアルミナの塗布厚t4,t5の測定結果である。 Here, Table 1 shows the measurement results of the lead portion coating thickness of the alumina in the vicinity of t1~t3 between the first pump cell and a detection cell in the NO X sensor. Table 2 shows measurement results of the alumina coating thicknesses t4 and t5 between the lead portion of the first pump cell and the lead portion of the detection cell facing each other.
表1に示すように、比較例では、アルミナの塗布厚t3が30%の割合でグリーンシートの厚み(325μm)の1/3.6より大きくなることがあったのに対し、実施例1,2では、アルミナの塗布厚t1,t2がグリーンシートの厚みの1/3.6より大きくなることがなかった。又、実施例2は実施例1よりもアルミナの塗布厚と目標塗布厚との標準偏差が小さく、アルミナの塗布厚のばらつきが小さかった。 As shown in Table 1, in the comparative example, the coating thickness t3 of alumina sometimes became larger than 1 / 3.6 of the thickness of the green sheet (325 μm) at a rate of 30%, whereas in Example 1, In No. 2, the coating thicknesses t1 and t2 of alumina did not become larger than 1 / 3.6 of the thickness of the green sheet. In Example 2, the standard deviation between the alumina coating thickness and the target coating thickness was smaller than that in Example 1, and the variation in the alumina coating thickness was small.
そして、表2に示すように、実施例1は、比較例と同じく、互いに対面するリード部の短絡を防止するのに十分なアルミナの塗布厚を確保していた。
この実証実験の結果により、本発明に係る製造方法を用いることで、絶縁体の厚みのばらつきに起因して焼成時やエージング時に固体電解質にクラックが発生したり、リード部間に短絡が発生する割合が低減することが実証された。
As shown in Table 2, Example 1 ensured a sufficient coating thickness of alumina to prevent a short circuit between the lead portions facing each other, as in the comparative example.
As a result of this demonstration experiment, by using the manufacturing method according to the present invention, cracks occur in the solid electrolyte during firing or aging due to variations in the thickness of the insulator, or short circuits occur between the lead portions. It has been demonstrated that the rate is reduced.
尚、第2実施形態では、アルミナの目標塗布厚を50μmに設定していたが、上記実験結果から、第2実施形態の製造方法では、アルミナの目標塗布厚を72.2μm(グリーンシートの厚みの1/4.5)に設定しても、リード部近傍におけるアルミナの塗布厚が90μmを越えてしまうことがないことが分かった。 In the second embodiment, the target coating thickness of alumina is set to 50 μm. However, from the above experimental results, in the manufacturing method of the second embodiment, the target coating thickness of alumina is 72.2 μm (the thickness of the green sheet). 1 / 4.5), it was found that the alumina coating thickness in the vicinity of the lead portion does not exceed 90 μm.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various forms can be taken as long as they belong to the technical scope of the present invention. .
例えば、上記実施形態では、本発明をNOXセンサの製造に用いたが、板状からなる固体電解質を複数積層してなる他のガスセンサの製造に適用しても良い。
又、上記実施形態では、グリーンシートがジルコニアからなっていたが、ジルコニアとイットニアとの固溶体やジルコニアとカルシアとの固溶体、ハフニアの固溶体、ペロブスカイト型酸化物固溶体、3価金属酸化物固溶体などからなっていても良い。
For example, in the above embodiment, the present invention is used for manufacturing a NO x sensor. However, the present invention may be applied to manufacturing another gas sensor in which a plurality of plate-shaped solid electrolytes are stacked.
In the above embodiment, the green sheet is made of zirconia. May be.
又、上記第2実施形態では、電極91から電極91の反対側に位置するリード部93の先端部付近までがグリーンシート2におけるリード部24と互いに重なり合わないように配置されていたが、リード部93全体がリード部24と互いに重なり合わないように配置されていても良い。この場合、リード部93に接続させる白金線を1つ追加すれば良い。
Further, in the second embodiment, the
1,10…NOXセンサ、 2,3,4,9…グリーンシート、 5,6,7,8…白金線、 20…第1ポンプセル、 21,22,31,32,41,42,91…電極、 23,24,33,34,43,44,93…リード部、 25…第1拡散抵抗体、 26…第1室、 27,37…スルーホール、 30,90…検出セル、 35…第2拡散抵抗体、 36…拡散孔、 40…第2ポンプセル、 50,60…絶縁層、 61…第2室、 70…白金線用ペースト。
1, 10 ... NO X sensor, 2,3,4,9 ...
Claims (5)
前記リード部近傍における前記絶縁体の塗布厚が前記固体電解質の厚みの1/8.1以上、且つ、1/5.4以下となるように前記絶縁体を塗布することを特徴とするガスセンサの製造方法。 A plurality of plate-shaped solid electrolytes are stacked, and an electrode is formed on at least one surface of the solid electrolyte, and extends along the surface of the solid electrolyte from the electrodes formed on the surfaces of the solid electrolyte facing each other. A lead sensor is disposed so as to overlap each other, a paste-like insulator is applied between the solid electrolytes, and the solid electrolyte and the insulator are integrated by firing, and the gas sensor manufacturing method comprises:
A gas sensor characterized in that the insulator is applied so that a coating thickness of the insulator in the vicinity of the lead portion is 1 / 8.1 or more and 1 / 5.4 or less of a thickness of the solid electrolyte. Production method.
前記絶縁体を挟んで互いに対面する前記固体電解質の面にそれぞれ形成する前記リード部を前記絶縁体を挟んで互いに重なり合わない位置に配置すると共に、前記リード部近傍における前記絶縁体の塗布厚が前記固体電解質の厚みの1/32以上、且つ、1/4.5以下となるように前記絶縁体を塗布することを特徴とするガスセンサの製造方法。 A plurality of plate-shaped solid electrolytes are stacked, and an electrode and a lead portion extending to the electrode are formed on at least one surface of the solid electrolyte, and a paste-like insulator is applied between the solid electrolytes, followed by firing. A method of manufacturing a gas sensor by integrating the solid electrolyte and the insulator,
The lead portions respectively formed on the surfaces of the solid electrolytes facing each other with the insulator interposed therebetween are arranged at positions that do not overlap each other with the insulator interposed therebetween, and the coating thickness of the insulator in the vicinity of the lead portion is A method for producing a gas sensor, comprising applying the insulator so that the thickness of the solid electrolyte is 1/32 or more and 1 / 4.5 or less.
互いに対面する前記固体電解質の面にそれぞれ形成された前記リード部が互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor formed by laminating a plurality of plate-shaped solid electrolytes on which electrodes and lead portions extending from the electrodes are formed on at least one surface,
A gas sensor, wherein the lead portions respectively formed on the surfaces of the solid electrolytes facing each other are arranged so as not to overlap each other.
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