JP2013117428A - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1固体電解質体105及び一対の電極104、106からなる酸素濃度検出セル130と、酸素濃度検出セルに積層される多孔質部115と、第2固体電解質体109及び一対の電極108、110からなり、多孔質部を介して酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセル140と、電極106、108が対向して配置された測定室107cと、を有するガスセンサ素子100と、主体金具30と、を有するガスセンサ1であって、対向して配置された電極位置における第1固体電解質体と第2固体電解質体との間の距離H2は、多孔質部の位置における第1固体電解質体と第2固体電解質体の積層方向の長さH6より短く、対向して配置された電極間の距離H3は、多孔質部の積層方向の長さH1より短い。
【選択図】図3
Description
又、ガスセンサ素子の小型化に相俟って排気ガスを導入する測定室が小さくなる傾向にあることから、固体電解質体を測定室と反対側に湾曲させて測定室の容積を大きくした技術が開発されている(例えば、特許文献2参照)。
従って、本発明は、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルとをそれぞれ有するガスセンサにおいて、応答性を向上させたガスセンサ及びガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
このガスセンサによれば、対向して配置された各電極自身が平坦になり、電極の位置によって電極間距離(つまり、応答性)が変化しないので好ましい。
このガスセンサによっても、電極の厚みを厚くせずとも、対向して配置された電極の近傍で測定室の容積を最も小さくし、応答性を向上させることができる。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線L方向)に沿う断面図、図2はガスセンサ素子100(検出素子部300及びヒータ部200)の模式分解斜視図、図3はガスセンサ素子100の軸線L方向に直交する断面図である。
なお、軸線L方向に見て、プロテクタ24側を「先端」とし、ゴムキャップ52側を「後端」とする。
なお、基準電極104及び検知電極106が特許請求の範囲の「(酸素濃度検出セルの)一対の電極」に相当する。又、検知電極106が特許請求の範囲の「(酸素濃度検出セルの)一方の電極」に相当する。
なお、第3電極108、第4電極110が特許請求の範囲の「(酸素ポンプセルの)一対の電極」に相当する。又、第3電極108が特許請求の範囲の「(酸素ポンプセルの)一方の電極」に相当する。
なお、絶縁層107の表裏には、それぞれ上記酸素ポンプセル140と酸素濃度検出セル130と張り合わせるための接着層116(図3参照)が設けられている。
図3において、検知電極106と第3電極108がそれぞれ測定室107cに臨みつつ対向して配置され、これら各電極の位置における第1固体電解質体105と第2固体電解質体109との間の距離H2は、多孔質部115の位置における第1固体電解質体105と第2固体電解質体109の積層方向の長さH6より短くなっている。さらに、対向して配置された検知電極106と第3電極108との間の距離H3は、多孔質部115の積層方向の長さH1より短い。
ここで、図3の場合、検知電極106と第3電極108のそれぞれの電極位置にて、第1固体電解質体105及び第2固体電解質体109が互いに向かって周囲よりも段状に突出している。
なお、本発明において、H2、H3は、いずれも検知電極106と第3電極108の中央位置(センサ素子の軸線方向及びその垂直方向の各中心が交わる位置)における値とする。又、H1は、被測定ガスが出入する部位である多孔質部115のうち、測定室107cに面する位置における多孔質部115単体の値とし、被測定ガスが出入しない接着層116の厚みは含まない。又、H6は、被測定ガスが出入する部位である多孔質部115のうち、測定室107cに面する位置における多孔質部115の位置における第1固体電解質体105と第2固体電解質体109の積層方向の長さであるため、多孔質部115の厚みと接着層116の厚みを含んだ長さと同義である。又、「積層方向」とは、各固体電解質体105,109を貫く方向であり、図3の上下方向である。
又、検知電極106と第3電極108の厚みは5〜30μm程度とすることができ、H1−H3を0〜30μm程度とすることができる。
図4の場合においても、H4<H6かつH5<H1となるので、検知電極106と第3電極108の厚みを厚くせずに、応答性を向上させることができる。なお、H4は図3のH2に対応し、H5は図3のH3に対応する寸法である。
但し、図4の例の場合、検知電極106と第3電極108も湾曲しているので、各電極の中央部と周縁部とで電極間距離が変わり、応答性も電極の位置によって若干変わる傾向にある。従って、図3のように、第1固体電解質体105及び第2固体電解質体109を周囲よりも段状に突出させ、検知電極106と第3電極108自身を平坦にすると、電極の位置によって電極間距離(つまり、応答性)が変化しないので好ましい。
次に、未焼成の第2固体電解質体109xの表裏にそれぞれ未焼成の第3電極108x及び第4電極110xをペースト印刷し、未焼成の酸素ポンプセル140xを得る。さらに、第4電極110x側の第2固体電解質体109xに未焼成の保護層111x及び電極保護部113axをペースト印刷する(図5(c))。
なお、未焼成の第1基体、第2基体、第1固体電解質体105x、第2固体電解質体109xは、例えばドクターブレード装置を使用したシート成形法により、これらシートの材料を含むスラリーからシートを成形して切り出すことで作製することができる。又、発熱体、各電極、多孔質等は、これらの材料を含むペーストを用いた印刷法で作製することができる。
具体的には、検知電極106xの反対側に位置する基準電極104xがヒータ部200xの面で押圧されて第1固体電解質体105xに陥入する。そして、それに応じて基準電極104xの陥入した部分の第1固体電解質体105xが上方(第2固体電解質体109x側)に向かって段状に突出する。ここで、基準電極104xと検知電極106xは同一寸法で互いに重なる位置に配置されているので、基準電極104xが陥入した第1固体電解質体105xの部分が、ちょうど検知電極106xの直下となる。
同様に、第3電極108xの反対側に位置する第4電極110xが、電極保護部113axの面で押圧されて第2固体電解質体109xに陥入する。そして、それに応じて第4電極110xの陥入した部分の第2固体電解質体109xが下方(第1固体電解質体105x側)に向かって段状に突出する。ここで、第4電極110xと第3電極108xは同一寸法で互いに重なる位置に配置されているので、第4電極110xが陥入した第2固体電解質体109xの部分が、ちょうど第3電極108xの直下となる。
そして、この状態で全体を焼成してガスセンサ1(ガスセンサ素子100)を製造する。
但し、上記に限らず、例えば未焼成の酸素ポンプセル140xを作製した後、酸素ポンプセル140xを型押しして変形させ、これを酸素濃度検出セル130xと積層し、全体を焼成してもよい。この場合、酸素ポンプセル140側の第2固体電解質体109のみを酸素濃度検出セル130側に向かって突出又は湾曲させ、第1固体電解質体105は平坦としてもよく、その逆としてもよい。
また、上記実施形態では、多孔質部がガスセンサ素子の短手方向(軸線方向に垂直な方向)に設けたが、多孔質部をガスセンサ素子の先端に設けてもよい。但し、ガスセンサ素子の短手方向には固体電解質体が撓み難いので、ガスセンサ素子の短手方向に多孔質部を設ける場合に、本発明は特に有効である。
30 主体金具
100 ガスセンサ素子
105 第1固体電解質体
109 第2固体電解質体
104、106 (酸素濃度検出セル)の一対の電極
108、110 (酸素ポンプセル)の一対の電極
106、108 一方の電極
107c 測定室
107cx 定室となる部位
115 多孔質部
115x 多孔質ペースト
130 酸素濃度検出セル
130x 未焼成酸素濃度検出セル
140 酸素ポンプセル
140x 未焼成酸素ポンプセル
400 焼失性ペースト
L 軸線方向
H1 多孔質部の積層方向の長さ
H2、H4 電極位置における第1固体電解質体と第2固体電解質体との間の距離
H3、H5 対向して配置された電極間の距離
H6 多孔質部の位置における前記第1固体電解質体と前記第2固体電解質体の積層方向の長さ
Claims (4)
- 板状の第1固体電解質体及び該第1固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、
前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、
板状の第2固体電解質体及び該第2固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、
前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、
を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサであって、
前記対向して配置された電極位置における前記第1固体電解質体と前記第2固体電解質体との間の距離は、前記多孔質部の位置における前記第1固体電解質体と前記第2固体電解質体の積層方向の長さより短く、
前記対向して配置された電極間の距離は、前記多孔質部の積層方向の長さより短いガスセンサ。 - 前記対向して配置された電極位置にて、前記第1固体電解質体又は前記第2固体電解質体が互いに向かって周囲よりも段状に突出する請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記対向して配置された電極位置にて、前記第1固体電解質体又は前記第2固体電解質体が互いに近づくよう、当該第1固体電解質体及び第2固体電解質体が前記積層方向に湾曲する請求項1に記載のガスセンサ。
- 板状の第1固体電解質体及び該第1固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、
前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、
板状の第2固体電解質体及び該第2固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、
前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、
を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサの製造方法であって、
焼成前の前記酸素濃度検出セルである未焼成酸素濃度検出セルと、焼成前の前記酸素ポンプセルである未焼成酸素ポンプセルとの間であって、前記測定室となる部位に連通した所定位置に、焼成前の前記多孔質である多孔質ペーストを塗布し、
前記測定室となる部位に、カーボンを主体とする焼失性ペーストを前記測定室となる容積より少なく塗布し、
前記未焼成酸素濃度検出セルと前記未焼成酸素ポンプセルとをその積層方向に加圧した後、
全体を焼成するガスセンサの製造方法。
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