JP2008256477A - Manufacturing method of sensing element, sensing element, and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ素子の製造方法及びセンサ素子並びにセンサに関する。更に詳しくは、本発明は、製造ロット番号等の識別マークがレーザーの照射により形成されるため、剥がれ等により読み取り困難になることがなく、未焼成のセラミック成形体にレーザーを照射するため、出力を高くする必要がなく、コストの面でも有利なセンサ素子の製造方法及びセンサ素子並びにセンサに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a sensor element, a sensor element, and a sensor. More specifically, since the identification mark such as the production lot number is formed by laser irradiation, the present invention does not become difficult to read due to peeling or the like, and the unfired ceramic molded body is irradiated with the laser. The present invention relates to a method for manufacturing a sensor element, a sensor element, and a sensor that are advantageous in terms of cost.
酸素センサ素子等を構成する有底筒状のセンサ素子は、焼成されて素子本体となるセラミック成形体の開口側の外側面に、製造履歴を追跡するための製造ロット番号等の識別マークが付されている。この識別マークは、通常、白金とジルコニア等のセラミック粉末とを含有するペーストを印刷し、その後、セラミック成形体とともに焼成することにより形成されている。 The bottomed cylindrical sensor element that constitutes the oxygen sensor element or the like is provided with an identification mark such as a manufacturing lot number for tracking the manufacturing history on the outer side surface of the ceramic molded body that is fired to become the element body. Has been. This identification mark is usually formed by printing a paste containing platinum and ceramic powder such as zirconia, and then firing the paste together with a ceramic molded body.
更に、ICカードの製造日及び製造ロット番号等を特定するための識別コード及びパターンを刻印又は印字するICカードの製造方法が知られており、この刻印又は印字の方法として、レーザー加工、インクジェット印字等が例示されている(例えば、特許文献1参照。)。 Furthermore, an IC card manufacturing method for stamping or printing an identification code and a pattern for specifying an IC card manufacturing date, a manufacturing lot number, etc. is known. As this stamping or printing method, laser processing, ink jet printing, etc. Etc. are exemplified (for example, refer to Patent Document 1).
しかし、白金とジルコニア等のセラミック粉末とを含有するペーストを印刷し、その後、セラミック成形体とともに焼成して識別マークを形成する方法では、白金のセラミック成形体に対する密着不足による剥離が懸念され、焼成後の工程において識別マークが装置及び他の物品と接触して剥離し、読み取り困難になることもある。また、白金は高価であるためコストの面で不利である。 However, in the method of printing a paste containing platinum and a ceramic powder such as zirconia, and then firing with a ceramic molded body to form an identification mark, there is a concern about peeling due to insufficient adhesion of platinum to the ceramic molded body, In the subsequent process, the identification mark may come into contact with the apparatus and other articles and peel off, making it difficult to read. Moreover, since platinum is expensive, it is disadvantageous in terms of cost.
また、特許文献1に記載されたICカードの製造方法では、レーザー加工等により製造ロット番号等を特定するための識別コード及びパターンを刻印又は印字することが記載されているが、セラミック成形体にICカード等を貼り付けることでセンサ特性等に影響を受けるため、ICカードをセラミック成形体に貼り付けられない。
In addition, in the IC card manufacturing method described in
そこで、特許文献2のように、部分安定化ジルコニア等のジルコニアセラミックスを用いてなる刃物などの肉厚の薄い物品に、その強度を低下させることなく、且つマークが剥がれることなく、ロット番号、商品マーク等を付与するレーザーマーキング方法も知られている。
Therefore, as in
しかしながら、センサ素子に用いられるセラミック成形体は小さく、筒状形状を有しているため、単純にレーザーマーキング方法を用いてセラミック成形体に製造ロット番号等の識別マークを形成しても、文字等をはっきり認識できにくく、読み取り困難となる可能性がある。 However, since the ceramic molded body used for the sensor element is small and has a cylindrical shape, even if an identification mark such as a production lot number is simply formed on the ceramic molded body by using a laser marking method, characters, etc. May not be clearly recognized and may be difficult to read.
本発明は上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、製造ロット番号等の識別マークがレーザーの照射により形成されたとしても、読み取り困難になることがないセンサ素子の製造方法及びこの方法により製造されるセンサ素子並びにセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and even if an identification mark such as a manufacturing lot number is formed by laser irradiation, a method for manufacturing a sensor element that does not become difficult to read and this method An object of the present invention is to provide a sensor element and a sensor manufactured by the above method.
本発明は以下のとおりである。
1.軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子の製造方法において、焼成後に上記固体電解質体となるセラミック成形体の上記鍔部となる未焼成鍔部よりも後端側の外側面に、レーザーを照射し、焼成後に識別マークとなる被照射部を形成するレーザー形成工程と、該被照射部に向かって気体を吹き付ける吹き付け工程とを備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。
2.上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、上記レーザー形成工程では、上記被照射部を焼成後に該外則電極リード部となる外側電極リードパターンに重ならない位置に設ける上記1.に記載のセンサ素子の製造方法。
3.上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記被照射部は、焼成後に該リングリード部となるリングリードパターンよりも先端側に形成されている上記2.に記載のセンサ素子の製造方法。
4.上記被照射部は、溝の深さが30〜100μmとなるように形成されている上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載のセンサ素子の製造方法。
5.軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子において、上記鍔部よりも後端側の外側面に、該センサ素子を窪ませた識別マークを備えることを特徴とするセンサ素子。
6.上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、上記識別マークは、該外側電極リード部に重ならない上記5.に記載のセンサ素子。
7.上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記識別マークは、該リングリード部よりも先端側に配置されている上記5.又は6.に記載のセンサ素子。
8.軸線方向に延びるセンサ素子と、該センサ素子の先端側を突出させるようにして、該センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、該センサ素子と該主体金具との間隙に配置された充填層と、を備えるセンサにおいて、上記センサ素子は上記5.乃至7.のうちのいずれか1項に記載されたセンサ素子であり、上記識別マークが、上記充填層と重ならないことを特徴とするセンサ。
The present invention is as follows.
1. A bottomed cylindrical solid electrolyte body extending in the axial direction and projecting in the radial direction and having a closed tip side, and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body on the tip side of the collar part In the manufacturing method of a sensor element having an outer electrode and an inner electrode arranged on the inner surface of the solid electrolyte body, an unfired collar part that becomes the collar part of the ceramic molded body that becomes the solid electrolyte body after firing A laser forming step of irradiating a laser on the outer side of the rear end side to form an irradiated portion that becomes an identification mark after firing, and a spraying step of blowing gas toward the irradiated portion A method for manufacturing a sensor element.
2. The sensor element includes an outer electrode lead portion electrically connected to the outer electrode and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion. And in the laser forming step, the irradiated portion is provided at a position that does not overlap the outer electrode lead pattern that becomes the external electrode lead portion after firing. The manufacturing method of the sensor element of description.
3. The outer electrode lead portion is connected to the connecting lead portion extending in the axial direction from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion, and is connected to the connection lead portion, and the rear end side of the flange portion. And a ring lead portion connected in the circumferential direction of the solid electrolyte body, and the irradiated portion is formed on the tip side of the ring lead pattern that becomes the ring lead portion after firing. The manufacturing method of the sensor element of description.
4). The said irradiated part is formed so that the depth of a groove | channel may be set to 30-100 micrometers. To 3. The manufacturing method of the sensor element of any one of these.
5. A bottomed cylindrical solid electrolyte body extending in the axial direction and projecting in the radial direction and having a closed tip side, and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body on the tip side of the collar part A sensor element having an outer electrode and an inner electrode disposed on an inner surface of the solid electrolyte body, the sensor element having an identification mark formed by recessing the sensor element on the outer surface on the rear end side of the flange. A sensor element characterized by that.
6). The sensor element includes an outer electrode lead portion electrically connected to the outer electrode and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion. The identification mark is not overlapped with the outer electrode lead portion. The sensor element according to 1.
7). The outer electrode lead portion is connected to the connecting lead portion extending in the axial direction from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion, and is connected to the connection lead portion, and the rear end side of the flange portion. And the ring lead portion connected in the circumferential direction of the solid electrolyte body, and the identification mark is disposed on the tip side of the ring lead portion. Or 6. The sensor element according to 1.
8). A sensor element extending in the axial direction; a metal shell surrounding the periphery of the sensor element so as to protrude from the tip side of the sensor element; and a filling layer disposed in a gap between the sensor element and the metal shell; The sensor element includes the above-mentioned 5. To 7. A sensor element according to any one of the preceding claims, wherein the identification mark does not overlap the filling layer.
本発明のセンサ素子の製造方法によれば、筒状形状を有したセラミック成形体に製造ロット番号等の識別マークとなる被照射部がレーザーの照射により形成された後、被照射部に向かって気体を吹き付けることで、セラミック成形体に含有されていた有機バインダの分解残渣が吹き飛ばされ、識別マークがより鮮明に表示される。よって、相対的に小さく、筒状形状を有するセンサ素子に対しても、文字等をはっきり認識することができ、剥がれ等により読み取り困難になることもない。
また、被照射部は、外側電極リードパターンに重ならない位置に設けられているため、識別マークの読み取りが更に容易である。なお、外側電極リードパターンは、レーザー形成工程前に、セラミック成形体の外側面に設けられていても良いし、レーザー形成工程後に、セラミック成形体の外側面に設けられていても良い。なお、レーザー形成工程後に外側電極リードパターンをセラミック成形体の外表面に形成する場合には、予め外側電極リードパターンが形成される位置を予測し、その位置に重ならないように形成する。そして、外側電極リードパターンは、レーザー形成工程前に、セラミック成形体の外側面に設けられていることが好ましい。これにより、外側電極リードパターンをレーザーマーキングによって削りとられることが無いため、焼成後の外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、外側電極リード部が、外側電極の後端から鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、接続用リード部に接続して鍔部よりも後端側にて固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有しており、被照射部がリングリードパターンよりも先端側に形成されているので、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リードパターンがレーザーマーキングによって削りとられることが無いため、焼成後の外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
また、被照射部の溝の深さが30〜100μmである場合は、識別マークの読み取りが容易であり、且つ強度の低下も十分に抑えられる。
本発明のセンサ素子は、相対的に小さく、筒状形状を有するセンサ素子に対しても、文字等をはっきり認識することができ、剥がれ等により読み取り困難になることもない。
また、センサ素子は、外側電極から後端側に延びる外側電極リード部を有し、識別マークは、外側電極リード部に重ならないように設けられているため、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、外側電極リード部が、外側電極の後端から鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、接続用リード部に接続して鍔部よりも後端側にて固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有しており、識別マークがリングリード部よりも先端側に形成されているので、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、識別マークが、センサ素子をガスセンサに組み込んで用いた場合に、ガスセンサの主体金具の内側面と、センサ素子の外側面との間に介装された充填層と重ならないことで、充填層にセラミック粉末を圧粉する際に大きな押圧力が識別マークが形成された部分に直接加わらないため、センサ素子の折損等が防止される。
According to the method for manufacturing a sensor element of the present invention, an irradiated portion that becomes an identification mark such as a manufacturing lot number is formed on a ceramic molded body having a cylindrical shape by laser irradiation, and then toward the irradiated portion. By blowing the gas, the decomposition residue of the organic binder contained in the ceramic molded body is blown off, and the identification mark is displayed more clearly. Therefore, characters and the like can be clearly recognized even for a relatively small sensor element having a cylindrical shape, and reading does not become difficult due to peeling or the like.
Moreover, since the irradiated portion is provided at a position that does not overlap the outer electrode lead pattern, it is easier to read the identification mark. The outer electrode lead pattern may be provided on the outer surface of the ceramic molded body before the laser forming step, or may be provided on the outer surface of the ceramic molded body after the laser forming step. When the outer electrode lead pattern is formed on the outer surface of the ceramic molded body after the laser forming step, the position where the outer electrode lead pattern is formed is predicted in advance and formed so as not to overlap the position. The outer electrode lead pattern is preferably provided on the outer surface of the ceramic molded body before the laser forming step. Thereby, since the outer electrode lead pattern is not scraped off by laser marking, the conductivity of the outer electrode lead portion after firing is not impaired.
Further, the outer electrode lead part is connected to the connecting lead part extending in the axial direction from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the collar part, and connected to the connecting lead part at the rear end side of the collar part. A ring lead portion connected in the circumferential direction of the electrolyte body, and since the irradiated portion is formed on the tip side of the ring lead pattern, it is easier to read the identification mark and Since the electrode lead pattern is not scraped off by laser marking, the conductivity of the outer electrode lead portion after firing is not impaired.
Moreover, when the depth of the groove of the irradiated portion is 30 to 100 μm, it is easy to read the identification mark, and the decrease in strength is sufficiently suppressed.
The sensor element of the present invention is relatively small and can clearly recognize characters and the like even with a sensor element having a cylindrical shape, and does not become difficult to read due to peeling or the like.
Further, the sensor element has an outer electrode lead portion extending from the outer electrode to the rear end side, and the identification mark is provided so as not to overlap the outer electrode lead portion, so that the identification mark can be read more easily. In addition, the conductivity of the outer electrode lead portion is not impaired.
Further, the outer electrode lead part is connected to the connecting lead part extending in the axial direction from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the collar part, and connected to the connecting lead part at the rear end side of the collar part. A ring lead connected in the circumferential direction of the electrolyte body, and the identification mark is formed on the tip side of the ring lead, so that the identification mark can be read more easily, and the outer electrode The conductivity of the lead part is not impaired.
Further, when the sensor element is incorporated in the gas sensor, the identification mark does not overlap with the filling layer interposed between the inner surface of the gas sensor metal shell and the outer surface of the sensor element. Further, when the ceramic powder is compacted, a large pressing force is not directly applied to the portion where the identification mark is formed, so that the sensor element can be prevented from being broken.
以下、本発明を図面を参照しながら詳しく説明する。
上記「センサ素子100」は、図1のように、セラミック成形体1’(図2、図3参照)が焼成されてなる有底筒状の固体電解質体1と、固体電解質体1表面に外側電極111と、外側電極リード部14とを備えている。固体電解質体1は、先端側の感知部11と、後端側の基体部12と、感知部11と基体部12との中間部である鍔部13とを備え、感知部11は先端側ほど壁厚が薄く、基体部12は感知部11に比べて壁厚が厚い。また、感知部11の外側面には外側電極111が設けられ、内側面には基準電極(図示せず)が設けられている。更に、図1のように、外側電極111に接続されるようにして、鍔部13を跨いで、基体部12の外側面に向かって外側電極リード部14が設けられている。この外側電極リード部14は、基体部12のうちの後端側121の外側面に設けられたリングリード部141と、外側電極111とリングリード部141とを導通するため、鍔部13を跨ぐ接続用リード部142とを有している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the “
上記「セラミック成形体1’」は、焼成されてセンサ素子100の固体電解質体1となる。このセラミック成形体1’は、図3のように、有底筒状であり、図2及び図3のように、センサ素子100の感知部11となる未焼成感知部11’と、基体部12となる未焼成基体部12’と、未焼成感知部11’と未焼成基体部12’との中間部であり、鍔部13となる未焼成鍔部13’とを備える。また、セラミック成形体1’の内部空間15’は、断面円形であり、外周面と内周面とは同心円状に形成されている。更に、図2及び図3のように、セラミック成形体1’の外径は未焼成基体部12’では同寸であり、鍔部13’直下から未焼成感知部11’に向かって徐々に径小になっている。
The “ceramic molded
セラミック成形体1’の作製に用いるセラミックとしては、固体電解質として作用するセラミックが挙げられる。例えば、酸素イオンを導電させる酸素センサ素子では、ジルコニア、特にイットリア等により安定化された安定化ジルコニアが用いられることが多い。
Examples of the ceramic used for producing the ceramic molded
セラミック成形体1’の外側面のうちのセンサ素子100の基体部12となる未焼成基体部12’にはレーザーが照射され、図2のように、識別マークを表示するための上記「被照射部2’」が形成されている。被照射部2’を形成する位置は、セラミック成形体1’の未焼成基体部12’の外側面であり、且つ焼成により形成される、図1のような、識別マーク2の読み取りが可能である限り特に限定されない。また、用いるレーザーも特に限定されず、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー等が挙げられる。更に、照射装置も特に限定されず、レーザー発振器、レーザー変調器、ハンドリングユニット、コントローラー等を備える一般的な照射装置を用いることができる。
なお、図1の識別マーク2及び図2の被照射部2’は、文字、図形、記号又はこれらの結合により構成され、具体的には、製造履歴を追跡するための製造ロット番号、製造年月日、商品マーク等が挙げられる。
The
Note that the
被照射部2’は上記のような位置に形成されるが、セラミック成形体1’の外側面に外側電極リードパターン14’が設けられているときは、図2のように、被照射部2’は、この外側電極リードパターン14’が設けられていない部分に形成されていることが好ましい。このようにすれば、識別マークの読み取りが容易であり、焼成後、外側電極リード部14の導通性が損なわれることもない。
The
また、外側電極リードパターン14’は、例えば、図2のように、セラミック成形体1’のセンサ素子100の基体部12となる未焼成基体部12’の後端側121’の外側面に設けられたリングリードパターン141’、及びこのリングリードパターン141’が焼成されてなるリングリード141と、センサ素子100の感知部11の外側面に設けられる外側電極111とを導通させることになる接続用リードパターン142’を有する。この場合、被照射部2’は、図2のように、リングリードパターン141’よりも先端側であり、且つ接続用リードパターン142’が設けられていない部分に形成することが好ましい。このように、被照射部2’を外側電極リードパターン14’と重ならないように形成すれば、識別マークの読み取りが容易であり、焼成後、外側電極リード部14の導通性が損なわれることもない。
Further, for example, as shown in FIG. 2, the outer
次に、酸素センサ200について図4を参照して説明する。図4に示すように、酸素センサ200は、上述のセンサ素子100、センサ素子100の内部空間に挿入されるセラミックヒータ3、及びセンサ素子100を自身の内側にて保持する主体金具5を備える。
Next, the
セラミックヒータ3は、棒状に形成されると共に、内部に発熱抵抗体を有する発熱部42を備えている。このセラミックヒータ3は、後述するヒータ用リード線19、22を介して通電されることにより発熱部42が発熱することになり、センサ素子100を活性化させるべく当該センサ素子100を加熱する機能を果たす。
The
主体金具5は、酸素センサ200を排気管の取付部に取り付けるためのネジ部66と、排気管の取付部への取り付け時に取付工具をあてがう六角部93とを有している。また、主体金具5は、センサ素子100を先端側から支持するアルミナ製の支持部材51と、支持部材51の後端側に充填される滑石粉末からなる充填層52と、充填層52を後端側から先端側に向けて押圧するアルミナ製のスリーブ53とを内部に収納可能に構成されている。
The
主体金具5には、先端側内周に径方向内側に向かって突出した金具側段部54が設けられており、この金具側段部54にパッキン55を介して支持部材51を係止させている。なお、センサ素子100は、鍔部13が支持部材51上に支持されることにより、主体金具5に支持される。支持部材51の後端側における主体金具5の内面とセンサ素子100の外面との間には、充填層52が配設され、更にこの充填層52の後端側にスリーブ53及び環状リング56が順次同軸状に内挿された状態で配置される。
The
また、主体金具5の後端側内側には内筒部材41の先端側が挿入されている。この内筒部材41は、先端側の拡径した開口端部(先端開口端部59)を環状リング56に当接させた状態で、主体金具5の金具側後端部60を内側先端方向に加締めることで、主体金具5に固定されている。なお、酸素センサ200においては、主体金具5の金具側後端部60を加締めることを通じて、充填層52がスリーブ53を介して圧縮充填される構造になっており、これによりセンサ素子100が筒状の主体金具5の内側に気密状に保持されている。
The front end side of the
内筒部材41は、軸線方向における略中間位置に内筒段付き部83が形成されており、内筒段付き部83よりも先端側が内筒先端側胴部61として形成され、内筒段付き部83よりも後端側が内筒後端側胴部62として形成される。内筒後端側胴部62は、内筒先端側胴部61よりも内径、外径がともに小さく形成され、その内径は後述するセパレータ7のセパレータ本体部85の外径よりも若干大きく形成されている。また、内筒後端側胴部62には、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔67が形成されている。
The
外筒部材16は、筒状に成型されており、後端側に外部から内部に通じる開口を含む外筒後端側部63、先端側に内筒部材41に対して後端側から同軸状に連結される外筒先端側部64、外筒後端側部63と外筒先端側部64とを繋ぐ外筒段部35が形成されている。なお、外筒後端側部63には、弾性シール部材40を気密状に固定するための加締め部88が形成されている。
The
また、主体金具5の先端側外周には、センサ素子100の主体金具5の先端から突出する先端部を覆うとともに、複数のガス取り入れ孔82を有する金属製のプロテクタ81が溶接によって取り付けられている。
Further, a
更に、内筒部材41の内筒後端側胴部62の外側には、大気導入孔67から水が侵入するのを防止するための筒状のフィルタ68が配置されている。なお、フィルタ68は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体(商品名:ゴアテックス(ジャパンゴアテックス(株))のように、水を主体とする液体の透過は阻止する一方、空気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成される。
Further, a
外筒部材16の外筒先端側部64は、フィルタ68が配置された内筒部材41(詳細には内筒後端側胴部62)を外側から覆う形状に形成されており、外筒先端側部64のうち、フィルタ68に対応する位置には周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔84が形成されている。
The outer cylinder front
なお、外筒部材16と内筒部材41とは、外筒部材16の外筒先端側部64のうちで大気導入孔84よりも後端側の少なくとも一部を、フィルタ68を介して径方向内側に加締めることで形成した第1加締め部57と、大気導入孔84よりも先端側の少なくとも一部を、同じくフィルタ68を介して径方向内側に加締めることで形成した第2加締め部58とによって固定されている。このとき、フィルタ68は、外筒部材16と内筒部材41との間で液密状に保持されることになる。また、外筒部材16の外筒先端側部64は内筒先端側胴部61に対し外側から重なりを生じるように配置されており、その重なり部の少なくとも一部が周方向の内側に向けて加締められることで、連結加締め部75が形成されている。
The
これにより、基準ガスとしての大気は、大気導入孔84、フィルタ68および大気導入孔67、内筒部材41の内部に導入され、センサ素子100の有底孔25に導入される。一方、水滴はフィルタ68を通過することができないため、内筒部材41の内側への侵入が阻止される。
Thereby, the atmosphere as the reference gas is introduced into the
外筒部材16の後端内側(外筒後端側部63)に配置される弾性シール部材40は、センサ素子100に電気的に接続される2本の素子用リード線20、21と、セラミックヒータ3に電気的に接続される2本のヒータ用リード線19、22とを挿通するための4つのリード線挿通孔17が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。
The
また、内筒部材41の内筒後端側胴部62に自身の先端側が挿入配置されるセパレータ7は、素子用リード線20、21と、ヒータ用リード線19,22とを挿通するためのセパレータリード線挿通孔71が先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。また、セパレータ7には、先端面に開口する有底状の保持孔95が軸線方向に形成されている。この保持孔95内には、セラミックヒータ3の後端部が挿入され、セラミックヒータ3の後端面が保持孔95の底面に当接することでセパレータ7に対するセラミックヒータ3の軸線方向の位置決めがなされる。
In addition, the
このセパレータ7は、内筒部材41の後端内側に挿入されるセパレータ本体部85を有するとともに、セパレータ本体部85の後端部から周方向外側に延設されたセパレータフ
ランジ部86を有している。つまり、セパレータ7は、セパレータ本体部85が内筒部材41に挿入されるとともに、セパレータフランジ部86が内筒部材41の後端面にフッ素ゴムからなる環状シール部材45を介して支持される状態で、外筒部材16の内側に配置される。
The
また、素子用リード線20、21及びヒータ用リード線19、22は、セパレータ7のセパレータリード線挿通孔71、弾性シール部材40のリード線挿通孔17を通じて、内筒部材41及び外筒部材16の内部から外部に向かって引き出されている。なお、これら4本のリード線19、20、21、22は外部において、図示しないコネクタに接続される。そして、このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線19、20、21、22とは電気信号の入出力が行なわれることになる。
In addition, the
また、各リード線19、20、21、22は、詳細は図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有しており、導線の後端側がコネクタに設けられるコネクタ端子に接続される。そして、素子用リード線20の導線の先端側は、センサ素子100の外面に対して外嵌される端子金具43の後端部と加締められ、素子用リード線21の導線の先端側は、センサ素子100の内面に対して圧入される端子金具44の後端部と加締められる。これにより、素子用リード線20は、センサ素子100の外側電極111(図1参照)と電気的に接続され、素子用リード線21は、内側電極と電気的に接続される。他方、ヒータ用リード線19、22の導線の先端部は、セラミックヒータ3の発熱抵抗体と接合された一対のヒータ用端子金具と各々接続される。
Further, although not shown in detail, each
そして、セパレータ7の後端側には、耐熱性に優れるフッ素ゴム等からなる弾性シール部材40が、外筒部材16を加締め、加締め部88を形成することにより、外筒部材16に固定されている。この弾性シール部材40は、本体部31、本体部31の先端側の側周面から径方向外側に向けて延びるシール部材鍔部32を有している。そして、この本体部31を軸線方向に貫くように4つのリード線挿通孔17が形成されている。
An
そして、被照射部2’は、センサ素子100を酸素センサ200に組み込んで用いた場合に、被照射部2’が焼成されてなる識別マーク2が、ガスセンサ(例えば、図4の酸素センサ200)の主体金具5の内側面と、センサ素子100の外側面との間に介装された充填層52と重ならないことが好ましい。
When the
主体金具5の内面側にセンサ素子100を固定するとき、主体金具5の金具側段部54に支持部材51をパッキン55を介して挿入し、その後、支持部材51の内面側にセンサ素子100を感知部11の側を先端側としてパッキン69を介して挿入し、次いで、支持部材51の後端側にセラミック粉末を供給して圧粉して充填層52を形成し、その後、スリーブ53を挿入し、その先端側を充填層52の後端に当接させセンサ素子100を固定するとともに、主体金具5の内側面とセンサ素子100の外側面との間を気密に封止する。
When the
センサ素子100は上記のようにして主体金具5の内面側に固定されるが、スリーブ53を先端側に押圧するときに、充填層52に特に大きな押圧力が加わる。そのため、識別マーク2が充填層52と接触する位置に形成されておらず、好ましくはスリーブ53と接触する位置に形成されていることが好ましい。これにより、センサ素子100を組み込むときの変形、折損等を防止することができる。
Although the
上記の充填層52の形成に用いられるセラミック粉末は特に限定されず、滑石が挙げられる。また、セラミック粉末の圧粉による充填層52の形成に代えて、バインダ等が配合されたセラミック粉末を用いてなるリング状の成形体を挿入し、これを押圧して充填層52を形成することもできる。
The ceramic powder used for formation of said filling
なお、本発明では、未焼成体であるセラミック成形体1’には有機バインダが含有されているが、この有機バインダがレーザーの照射により分解し、この分解残渣が被照射部2’に残留し、製造ロット番号等の識別マークが不鮮明になることがある。そのため、セラミック成形体の焼成の前に被照射部2’に気体を吹き付け、分解残渣を吹き飛ばす。これにより、識別マーク2をより鮮明に表示させることができる。なお、気体としては、空気、水素、窒素が好ましい。
In the present invention, the ceramic molded
また、被照射部2’の溝の深さは特に限定されないが、30〜100μm、特に40〜70μmであることが好ましい。溝の深さが30〜100μmであれば、製造ロット番号等の識別マーク2の読み取りが容易であり、且つ溝が形成されたことによる強度の低下も抑えられる。更に、この溝は、開口端面の幅が100〜500μm、特に100〜300μmであることが好ましい。開口端面の幅が100〜500μmであれば、識別マーク2の読み取りがより容易であり、且つ溝が形成されたことによる強度の低下も十分に抑えられる。また、溝はレーザーの照射により形成されるため、開口端面の幅が100〜500μmであれば、通常、底部近傍まで開口端面の幅より狭く形成される。
なお、被照射部2’は未焼成体であるセラミック成形体1’に形成され、その後、焼成されるため、焼成収縮により溝の深さ及び幅が僅かに変化するが、被照射部2’に形成された溝の深さ及び幅が上記の範囲内であれば、焼成後、識別マーク2を容易に読み取ることができる。
Further, the depth of the groove of the
The
更に、本発明のセンサ素子の製造方法では、被照射部2’を形成する工程の他に、通常、セラミック成形体1’となる成形体を作製する工程、この成形体の特に外側面を必要に応じて研削してセラミック成形体1’を作製する工程、焼成工程、外側電極、内側電極を形成する工程等の各種の工程を備えている。
Furthermore, in the manufacturing method of the sensor element of the present invention, in addition to the step of forming the
焼成の条件は特に限定されず、焼成温度及び焼成時間はセラミックの種類、粒径等によって設定することが好ましい。また、焼成雰囲気も、セラミックの種類等により、大気雰囲気等の酸化雰囲気、所定量の水素ガスを含有する還元雰囲気、並びに窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気などの不活性雰囲気のうちから選択することができる。 The firing conditions are not particularly limited, and the firing temperature and firing time are preferably set according to the ceramic type, particle size, and the like. Also, the firing atmosphere is selected from among an inert atmosphere such as an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere, a reducing atmosphere containing a predetermined amount of hydrogen gas, and an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere and an argon gas, depending on the type of ceramic. You can choose from.
本発明のセンサ素子100は、本発明の方法により製造され、図1のように、被照射部2’が焼成されてなる識別マーク2を有する。この識別マーク2は、センサ素子100の素子本体となるセラミック成形体1’の外側面のうちのセンサ素子100の基体部12となる開口側12’の外側面に、レーザーを照射して形成された上記の被照射部2’が焼成されてなるものであり、製造ロット番号等の識別マーク2を容易に読み取ることができ、且つ焼成及びその後の工程において識別マーク2が装置及び他の物品との接触等により読み取り困難になることが防止される。
The
このセンサ素子100は前記のようにしてガスセンサに組み込まれるが、識別マーク2が充填層52と接触する位置に形成されておらず、スリーブ53と接触する位置に形成されていることが好ましい。これにより、センサ素子100を組み込むときの変形、折損等を防止することができる。
Although the
本発明の方法により製造したセンサ素子は、各種ガスセンサに組み込んで用いることができる。このガスセンサとしては、酸素センサ、一酸化炭素センサ、炭化水素センサ及び酸化窒素センサ等の内燃機関の排気ガスセンサなどが挙げられる。 The sensor element manufactured by the method of the present invention can be used by being incorporated in various gas sensors. Examples of the gas sensor include an exhaust gas sensor of an internal combustion engine such as an oxygen sensor, a carbon monoxide sensor, a hydrocarbon sensor, and a nitrogen oxide sensor.
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
[1]センサ素子の製造
(1)セラミック成形体1’の作製
イットリアを固溶させた部分安定化ジルコニア粉末、有機バインダ及び有機溶剤を湿式混合してなるスラリーを、スプレードライ法により乾燥し、造粒した。その後、造粒物をラバープレス機を用いてプレス成形し、成形体を作製した。また、成形体の外側面を研削して、所定形状のセラミック成形体1’を作製した(図2及び図3参照)。次いで、セラミック成形体1’の外表面のうちの鍔部よりも先端側の所定位置に凹凸材(例えば、部分安定化ジルコニア粉末)を塗布し、その後、白金を主成分とする導電ペーストを所定のパターンに印刷し、リングリードパターン141’と接続用リードパターン142’とを有する外側電極リードパターン14’を形成した(図2参照)。
なお、セラミック成形体1’の未焼成基体部12’の外径は9mm、未焼成鍔部13’の外径は11mmであり、未焼成感知部11’の先端部111’は球面状であり、その径は5mmであった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[1] Manufacture of sensor element (1) Manufacture of ceramic molded
The outer diameter of the
(2)レーザーの照射
上記のようにして作製したセラミック成形体1’の未焼成基体部12’の外側面の、リングリードパターンと接続用リードパターンとに重ならない接続用リードパターンの側方に、レーザー照射装置によりFAYbレーザーを出力20Wで照射し、製造ロット番号(識別マーク)を表示する被照射部2’を形成した(図2参照)。この被照射部2’は、センサ素子100を前記のようにして酸素センサ200に組み込んだ場合に、(実施例1)製造ロット番号が充填層52と接触する位置、又は(実施例2)この製造ロット番号がスリーブ53と接触する位置に形成した。
(2) Laser irradiation On the lateral side of the connection lead pattern that does not overlap the ring lead pattern and the connection lead pattern on the outer surface of the
(3)センサ素子100の製造
上記(2)のようにして作製した被照射部2’の形成位置が異なる2つのセラミック成形体1’を各々500個、セラミック製のサヤに素子を詰めて、サヤとセラミック成形体1’とを焼成炉に収容し、大気雰囲気下、1500℃で2時間焼成し、その後、外側電極と内側電極とを設けてセンサ素子100を製造した。
(3) Manufacture of
[2]センサ素子の折損の有無
上記[1]、(3)のようにして製造したセンサ素子100を、前記のようにして酸素センサ200の主体金具5に固定して組み込んだ。そして、製造ロット番号が充填層52と接触する位置に形成した実施例1と、製造ロット番号がスリーブ53と接触する位置に形成した実施例2とで、センサ素子100が折損するか否かを比較検討した。その結果、製造ロット番号が充填層52と接触する位置に形成されている実施例1では、一部に折損が発生した。一方、製造ロット番号がスリーブ53と接触する位置に形成されているセンサ素子100では、折損はまったく発生しなかった。
[2] Presence / absence of breakage of sensor element The
100;センサ素子、1;セラミック焼結体、11;感知部、111;検知電極、12;基体部、121;開口部、13;鍔部、14;外側電極リード部、141;リングリード部、142;接続用リード部、1’;セラミック成形体、11’;未焼成検知部、111’;先端部、12’;未焼成基体部、121’;後端側、13’;未焼成鍔部、14’;外側電極リードパターン、141’;リングリードパターン、142’;接続用リードパターン、15’;内部空間、2;識別マーク、2’;被照射部、200;酸素センサ、3;ヒータ、5;主体金具、51;支持部材、52;充填層、53;スリーブ、56;環状リング、41;内筒部材、67;大気導入孔、68;フィルタ、16;外筒部材、84;大気導入孔、40;弾性シール部材、45;環状シール部材、7;セパレータ、81;プロテクタ、82;ガス取り入れ孔、20、21;素子用リード線、19、22;ヒータ用リード線。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
焼成後に上記固体電解質体となるセラミック成形体の焼成後に上記鍔部となる未焼成鍔部よりも後端側の外側面に、レーザーを照射し、焼成後に識別マークとなる被照射部を形成するレーザー形成工程と、
該被照射部に向かって気体を吹き付ける吹き付け工程とを備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。 A bottomed cylindrical solid electrolyte body extending in the axial direction and projecting in the radial direction and having a closed tip side, and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body on the tip side of the collar part In the manufacturing method of the sensor element having the outer electrode and the inner electrode disposed on the inner surface of the solid electrolyte body,
After firing the ceramic molded body that becomes the solid electrolyte body after firing, the outer surface on the rear end side is irradiated with a laser from the unfired collar part that becomes the collar part after firing, and an irradiated part that becomes an identification mark after firing is formed. Laser forming process;
And a blowing step of blowing a gas toward the irradiated portion.
上記レーザー形成工程では、上記被照射部を焼成後に該外側電極リード部となる外側電極リードパターンに重ならない位置に設ける請求項1に記載のセンサ素子の製造方法。 The sensor element includes an outer electrode lead portion electrically connected to the outer electrode and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion. Have
The method for manufacturing a sensor element according to claim 1, wherein in the laser forming step, the irradiated portion is provided at a position that does not overlap the outer electrode lead pattern that becomes the outer electrode lead portion after firing.
上記鍔部よりも後端側の外側面に、該センサ素子を窪ませた識別マークを備えることを特徴とするセンサ素子。 A bottomed cylindrical solid electrolyte body extending in the axial direction and projecting in the radial direction and having a closed tip side, and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body on the tip side of the collar part A sensor element having an outer electrode and an inner electrode disposed on an inner surface of the solid electrolyte body,
A sensor element comprising an identification mark formed by recessing the sensor element on an outer surface on the rear end side of the flange.
上記識別マークは、該外側電極リード部に重ならない請求項5に記載のセンサ素子。 The sensor element includes an outer electrode lead portion electrically connected to the outer electrode and disposed on the outer surface of the solid electrolyte body from the rear end of the outer electrode to the rear end side of the flange portion. Have
The sensor element according to claim 5, wherein the identification mark does not overlap the outer electrode lead portion.
該センサ素子の先端側を突出させるようにして、該センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、
該センサ素子と該主体金具との間隙に配置された充填層と、を備えるセンサにおいて、
上記センサ素子は請求項5乃至7のうちのいずれか1項に記載されたセンサ素子であり、
上記識別マークが、上記充填層と重ならないことを特徴とするセンサ。 A sensor element extending in the axial direction;
A metallic shell that surrounds the periphery of the sensor element so as to project the tip side of the sensor element,
In a sensor comprising a filling layer disposed in a gap between the sensor element and the metal shell,
The sensor element is a sensor element according to any one of claims 5 to 7,
The sensor, wherein the identification mark does not overlap the filling layer.
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