JP2013217733A - Gas sensor element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば車両に搭載されて排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサを構成するガスセンサ素子の製造方法に係り、特に、ガスセンサ素子を構成する多孔質保護層の形成方法に特徴を有するガスセンサ素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a gas sensor element that constitutes a gas sensor that is mounted on a vehicle and detects oxygen concentration in exhaust gas, and more particularly, to a gas sensor characterized by a method for forming a porous protective layer that constitutes the gas sensor element. The present invention relates to a method for manufacturing an element.
各種産業界においては、環境影響負荷低減に向けた様々な取り組みが世界規模でおこなわれており、中でも、自動車産業においては、燃費性能に優れたガソリンエンジン車は勿論のこと、ハイブリッド車や電気自動車等のいわゆるエコカーの普及とそのさらなる性能向上に向けた開発が日々進められている。 Various industries are making various efforts to reduce environmental impact on a global scale. Among them, in the automobile industry, not only gasoline engine cars with excellent fuel efficiency, but also hybrid cars and electric cars. The development of the so-called eco-cars such as the above and the further improvement of its performance is being promoted every day.
車両の燃費性能の測定に関しては、排気ガス等の被測定ガス中の酸素濃度をガスセンサにて検知し、大気中の酸素を基準ガスとしてこの酸素濃度との差を求めることによっておこなわれている。 The measurement of the fuel consumption performance of a vehicle is performed by detecting the oxygen concentration in a gas to be measured such as exhaust gas with a gas sensor and obtaining the difference from this oxygen concentration using oxygen in the atmosphere as a reference gas.
このガスセンサ(排ガスセンサ)は、700℃以上もの高温雰囲気下で排気ガス中の酸素濃度を検知することから、この排気ガス中の水滴がガスセンサを構成するガスセンサ素子に衝突すると部分急冷による熱衝撃が生じ、温度変化に伴う体積変化によって該素子に被水時の温度低下に起因する出力異常が発生するといった課題を有している。 Since this gas sensor (exhaust gas sensor) detects the oxygen concentration in the exhaust gas at a high temperature atmosphere of 700 ° C or higher, if a water droplet in the exhaust gas collides with the gas sensor element constituting the gas sensor, thermal shock due to partial quenching occurs. This causes a problem that an output abnormality caused by a temperature drop at the time of flooding occurs in the element due to a volume change accompanying a temperature change.
この課題に対して、たとえば特許文献1で開示のガスセンサ素子においては、疎水性多孔質保護層で素子の周囲を包囲して水滴の衝突を抑制することとしている(耐被水性)。
For this problem, for example, in the gas sensor element disclosed in
この疎水性多孔質保護層は2重構造であるが、各層ともにその形成方法は、疎水性耐熱粒子と分散剤と無機バインダ等を水もしくは有機溶剤等の分散媒に分散させて疎水性スラリーを調製し、これにガスセンサ素子を浸漬(ディップ)し、乾燥することで、ガスセンサ素子の所定範囲に疎水性多孔質保護層が形成されたガスセンサ素子を得るものである。 Although this hydrophobic porous protective layer has a double structure, the formation method of each layer is to disperse hydrophobic slurry by dispersing hydrophobic heat-resistant particles, a dispersant, an inorganic binder, etc. in a dispersion medium such as water or an organic solvent. A gas sensor element in which a hydrophobic porous protective layer is formed in a predetermined range of the gas sensor element is obtained by preparing, immersing (dip) the gas sensor element in this, and drying.
また、特許文献2においても、ガスセンサ素子を構成する固体電解質体の周りにディップ法を適用して多孔質層を形成する方法が開示されており、この多孔質層の形成方法として、ディップ槽と粘度調製槽の間で循環ポンプを用いてスラリーを強制循環させつつ固体電解質体をディップ槽中のスラリーに浸漬し、固体電解質体の所定の箇所にスラリー膜を設けてこれを焼成によって多孔質層とするものである。
このように、ガスセンサ素子を構成するいわゆる検知部の周りにディップ法を適用して多孔質保護層を形成する場合に、ディップ後の乾燥工程の際にスラリーに作用する表面張力によって素子の部位ごとに多孔質保護層に膜厚分布が生じる可能性が高くなる。そして、このように多孔質保護層に膜厚分布が生じてしまうと、耐被水性が不十分な部位が発生する可能性が高くなり、製造歩留まりの低下に繋がる。 Thus, when the porous protective layer is formed by applying the dip method around the so-called detection part that constitutes the gas sensor element, the surface tension acting on the slurry during the drying process after the dip causes each part of the element. In addition, there is a high possibility that a film thickness distribution is generated in the porous protective layer. And when film thickness distribution arises in a porous protective layer in this way, possibility that the site | part with insufficient water resistance will generate | occur | produce will become high, and it will lead to the fall of a manufacturing yield.
この課題は、ディップ法の場合に膜厚の制御が往々にして成り行きに依存することに依拠するためであるが、このディップ法の有する課題を解消するべく、所望形状のキャビティを具備する成形型を使用して多孔質保護層の膜厚を容易に制御できるいわゆる成型法の適用が多用されるようになってきている。 This problem is due to the fact that the control of the film thickness often depends on the process in the case of the dip method, but in order to solve the problem of the dip method, a mold having a cavity of a desired shape. A so-called molding method that can easily control the film thickness of the porous protective layer by using a glass has been widely used.
成型法の適用によって多孔質保護層の膜厚制御が極めて容易なものとなっているが、この成型法の場合には成形型内にスラリーを注入するために成膜性が悪くなり易いといった固有の課題があり、この成膜性が悪いことに起因して多孔質保護層にひび割れが生じ易くなってしまい、衝撃耐久後の耐被水性が十分に得られないといった課題に繋がっている。 The application of the molding method makes it very easy to control the thickness of the porous protective layer. However, in this molding method, the slurry is injected into the mold so that the film formability tends to deteriorate. Due to this poor film forming property, the porous protective layer is easily cracked, which leads to the problem that the water resistance after impact durability cannot be obtained sufficiently.
そこで、本発明者等は成型法を適用する利点を活かしながら、この成型法を適用した際の上記従来の課題を解消することのできる多孔質保護層の形成方法、ひいてはこの形成方法に特徴を有するガスセンサ素子の製造方法の発案に至っている。 Therefore, the present inventors have made use of the advantage of applying the molding method, and the method for forming a porous protective layer that can eliminate the above-described conventional problems when this molding method is applied. It has come to the idea of a method for manufacturing a gas sensor element.
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、成型法を適用してガスセンサ素子を構成する多孔質保護層を形成するガスセンサ素子の製造方法に関し、精緻に膜厚が制御され、かつひび割れの生じ難い多孔質保護層を形成することのできるガスセンサ素子の製造方法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 problems, and relates to a method for manufacturing a gas sensor element that forms a porous protective layer constituting a gas sensor element by applying a molding method. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gas sensor element that can form a porous protective layer that is less likely to cause the occurrence of the above.
前記目的を達成すべく、本発明によるガスセンサ素子の製造方法は、一対の電極を両側に備えた固体電解質体と、発熱源を含む発熱体と、が積層されて検知部を成し、この検知部の周囲に多孔質保護層を有するガスセンサ素子の製造方法であって、成形型内に前記検知部を収容して多孔質保護層形成用のスラリーを注入する、もしくは成形型内に多孔質保護層形成用のスラリーを注入して前記検知部を収容し、該スラリーが硬化することで検知部の周囲にスラリーが硬化してなる多孔質保護層が形成されるものであり、前記スラリーは、セラミックス粒子からなる固形分がスラリー溶液に含有されており、固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下に調製されているものである。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a gas sensor element according to the present invention includes a solid electrolyte body having a pair of electrodes on both sides and a heating element including a heat source to form a detection unit. A method for manufacturing a gas sensor element having a porous protective layer around a part, wherein the detection part is accommodated in a mold and a slurry for forming a porous protective layer is injected, or porous protection is provided in the mold A slurry for forming a layer is injected to accommodate the detection unit, and the slurry is cured to form a porous protective layer formed by curing the slurry around the detection unit. The solid content of ceramic particles is contained in the slurry solution, the solid content is 77 mass% or more, and the pH is adjusted to 3.4 or less.
本発明のガスセンサ素子の製造方法は、検知部の周囲に多孔質保護層を形成してガスセンサ素子を製造するに当たり、成形型内に多孔質保護層の材料となるスラリーを注入するいわゆる成型法を適用するものであり、この成型法を適用することで多孔質保護層の膜厚を検知部の全周囲で均質に形成できることに加えて、使用するスラリーに改良を加えることで成膜性を良好なものとし、もってひび割れの生じ難い多孔質保護層を形成することのできる製造方法である。 The gas sensor element manufacturing method of the present invention is a so-called molding method in which a porous protective layer is formed around a detection portion to manufacture a gas sensor element by injecting slurry as a material for the porous protective layer into a mold. In addition to being able to form the thickness of the porous protective layer uniformly around the entire periphery of the detector by applying this molding method, the film formability is improved by improving the slurry used Therefore, it is a manufacturing method that can form a porous protective layer that is difficult to crack.
成形型に注入されるスラリーは、セラミックス粒子からなる固形分がスラリー溶液に含有されてなるスラリーであって、固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下を呈している。 The slurry to be injected into the mold is a slurry in which a solid content of ceramic particles is contained in a slurry solution, and the solid content is 77% by mass or more and has a pH of 3.4 or less.
セラミックス粒子としてはアルミナ粒子、炭化ケイ素粒子、もしくは窒化アルミ粒子などが適用でき、たとえばこのアルミナ粒子などに貴金属触媒粒子が担持された粒子がスラリー溶液内に含まれる。なお、貴金属触媒としては、パラジウムやロジウムを単独で、もしくはパラジウム、ロジウムおよび白金のうちの2種以上の合金を適用できる。 As the ceramic particles, alumina particles, silicon carbide particles, aluminum nitride particles, or the like can be applied. For example, particles in which noble metal catalyst particles are supported on the alumina particles are included in the slurry solution. As the noble metal catalyst, palladium or rhodium alone or two or more kinds of alloys of palladium, rhodium and platinum can be applied.
また、スラリー溶液としてはpHが調製されたシリカゾルや硝酸などからスラリー溶液を生成し、ここにセラミックス粒子からなる固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下となるようにスラリーを調製する。 Also, as the slurry solution, a slurry solution is produced from silica sol or nitric acid whose pH is adjusted, and the slurry is prepared so that the solid content of ceramic particles is 77 mass% or more and the pH is 3.4 or less. .
本発明者等の検証によれば、成型法を適用し、固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下のスラリーを使用して形成された多孔質保護層は、衝撃耐久後の耐被水性に優れ、ひび割れの生じ難い多孔質保護層となることが実証されている。 According to the verification by the present inventors, a porous protective layer formed by applying a molding method and using a slurry having a solid content of 77% by mass or more and a pH of 3.4 or less is resistant to impact after impact durability. It has been demonstrated that the porous protective layer is excellent in water repellency and hardly cracks.
なお、セラミックス粒子からなる固形分は79〜90質量%の範囲に調製されているのが望ましい。成型法を適用した際に固形分率が90質量%を超えた場合にはスラリーの流動性が悪くなり、流し込みが困難になるからである。 It is desirable that the solid content of the ceramic particles is prepared in the range of 79 to 90% by mass. This is because if the solid content exceeds 90% by mass when the molding method is applied, the fluidity of the slurry is deteriorated and casting becomes difficult.
本製造方法によって、多孔質保護層の厚みを例えば80μm程度かそれ以下の厚みで検知部の全周囲に厚み分布なく形成することができる。なお、検知部の部位ごとに膜厚を変化させながら形成することも当然に可能であり、たとえば膜厚が70μmの部位、10μmの部位などといった具合に検知部の全周に部位ごとに所望の膜厚を有する多孔質保護層を形成してもよい。このように制御の下で所望の膜厚分布を有するように形成された多孔質保護層は、ディップ法による場合の成り行きで形成された膜厚分布を有する多孔質保護層とは全く相違するものである。 By this manufacturing method, the thickness of the porous protective layer can be formed, for example, with a thickness of about 80 μm or less around the entire detection portion without thickness distribution. Of course, it is also possible to form the film by changing the film thickness for each part of the detection part.For example, a part having a film thickness of 70 μm, a part of 10 μm, etc. A porous protective layer having a film thickness may be formed. Thus, the porous protective layer formed to have a desired film thickness distribution under control is completely different from the porous protective layer having the film thickness distribution formed by the dip method. It is.
環境安全規制に関しては世界各国で固有の基準を有しているが、たとえば欧州に関して言えば、2014年以降に適用されるEuroVIにおけるエミッション排出量に関する規定を満足させるセンサ活性時間を下回ることが要求されている。多孔質保護層の厚みを厚くすることで耐被水性(被水割れ抑止性能)が向上するが、その一方でセンサ活性時間が長くなってしまう。しかしながら上記する本発明の製造方法で得られたガスセンサ素子を備えたガスセンサによれば、上記するEuroVIをはじめとして今後益々その基準が厳格になってくることが予想される各国もしくは各地域の環境基準である耐被水性とセンサ活性時間を十分に満足することができ、このことは、環境影響負荷低減を図ることができ、全世界的にその普及が望まれている環境フレンドリーな車両の提供に寄与できるものである。 Environmental safety regulations have their own standards around the world. For example, in Europe, it is required to be below the sensor activation time that satisfies the EuroVI emission emission regulations that apply after 2014. ing. Increasing the thickness of the porous protective layer improves water resistance (water cracking prevention performance), but on the other hand, sensor activation time becomes longer. However, according to the gas sensor provided with the gas sensor element obtained by the manufacturing method of the present invention described above, the environmental standards of each country or each region where the standards are expected to become increasingly strict in the future including the above-mentioned EuroVI. It is possible to sufficiently satisfy the moisture resistance and the sensor activation time, which can reduce the environmental impact load and provide an environment-friendly vehicle that is desired to spread worldwide. It can contribute.
以上の説明から理解できるように、本発明のガスセンサ素子の製造方法によれば、成形型内に多孔質保護層の材料となるスラリーを注入する成型法を適用し、さらに成形型に注入されるスラリーは、セラミックス粒子からなる固形分がスラリー溶液に含有されてなるスラリーであって固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下に調製されていることにより、検知部の全周に所望の膜厚(均質な膜厚のもの、部位ごとに膜厚が相違するもの)の多孔質保護層を形成できることに加えて、衝撃耐久後の耐被水性が向上し、ひび割れの生じ難い多孔質保護層を具備するガスセンサ素子を製造することができる。 As can be understood from the above description, according to the method for manufacturing a gas sensor element of the present invention, a molding method in which a slurry that is a material of a porous protective layer is injected into a molding die is applied, and further, the molding is injected into the molding die. The slurry is a slurry in which the solid content of ceramic particles is contained in the slurry solution, and the solid content is 77 mass% or more, and the pH is adjusted to 3.4 or less. In addition to being able to form a porous protective layer with a uniform thickness (thickness of the film is different for each part), the water resistance after impact durability is improved, and it is difficult to crack A gas sensor element having a protective layer can be manufactured.
以下、図面を参照して本発明のガスセンサ素子の製造方法とこの製造方法で製造されるガスセンサ素子の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of a gas sensor element manufacturing method and a gas sensor element manufactured by the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(ガスセンサ素子)
図1で示すガスセンサ素子100は、排気ガス中の酸素濃度を検知する検知部10と、この検知部10の周囲を排気ガス中の水分から防護して、この水分が検知部10に到達して検知部10の温度低下に起因する出力異常が発生するのを抑制するとともに、通過する水素ガスや一酸化炭素ガス等をトラップする多孔質保護層20から大略構成されている。
(Gas sensor element)
The
検知部10は、被測定ガス側電極41と基準ガス側電極42からなる一対の電極4を両側に備えた固体電解質層3と、被測定ガス側電極41を被測定ガス空間8を介して包囲する多孔質拡散抵抗層2と、多孔質拡散抵抗層2とともに被測定ガス空間8を画成する遮蔽層1と、基準ガス側電極42を基準ガス空間9を介して包囲する基準ガス空間保護層5と、発熱源6および発熱源基板7とから大略構成されている。
The
発熱源6は、その内部に発熱体となるヒータを備えており、ガスセンサ素子100の加熱領域を形成してその活性温度となるように加熱制御される。
The
検知部10は、図示する横断面形状において、その隅角部がテーパー状に切欠かれており、この切欠きによって、検知部10の当該箇所における多孔質保護層20の厚みを保証している。
In the cross-sectional shape shown in the figure, the
固体電解質層3はジルコニアから形成されており、被測定ガス側電極41と基準ガス側電極42はともに白金から形成されている。また、遮蔽層1と基準ガス空間保護層5はともにガス不透過な内部構造を呈し、ともにアルミナから形成されている。
The
一対の電極4に対し、酸素濃度差と電流がリニアな相関を有する電圧を印加し、被測定ガス側電極41に被測定ガスを接触させ、基準ガス側電極42には大気等の基準ガスを接触させ、双方の酸素濃度差に応じて電極間に生じる電流値を測定し、測定電流に基づいて車両エンジンの空燃比を特定することができる。
A voltage having a linear correlation between the oxygen concentration difference and the current is applied to the pair of
多孔質拡散抵抗層2は、被測定ガス側電極41に対する被測定ガスの導入量を抑制するために被測定ガス側電極41の周囲の被測定ガス空間8を画成する位置に設けてあり、検知部10の周囲の多孔質保護層20を介して導入された排気ガスを構成する水素ガスや一酸化炭素ガス、酸素ガスなどがさらに多孔質拡散抵抗層2を介して被測定ガス空間8に導入されるようになっている。
The porous
多孔質保護層20は、表面に不図示の貴金属触媒粒子が担持されたアルミナ粒子からなる多孔質層であり、多孔質保護層20における貴金属触媒粒子の分布態様は、多孔質保護層20の全領域であってもよいし、被測定ガス側電極41に近接する多孔質拡散抵抗層2に対応する側方領域のみであってもよい。また、多孔質保護層20内で貴金属触媒粒子の担持量に分布をもたせ、たとえば多孔質拡散抵抗層2に対応する領域に相対的に多くの量の貴金属触媒粒子を担持させるものであってもよい。ここで、貴金属触媒粒子としては、パラジウムやロジウムを単独で、もしくはパラジウム、ロジウムおよび白金のうちの2種以上の合金とするのがよい。
The porous
そして、多孔質保護層20を構成するアルミナ粒子は、可及的に小径(たとえば10μm以下程度の平均粒径)で低比表面積(たとえば10m2/g以下程度)に調製され、このように小径かつ低比表面積のアルミナ粒子から多孔質保護層20が構成されることにより、センサ活性時間が短く、耐被水性の良好なガスセンサ素子10を形成することができる。
The alumina particles constituting the porous
また、図示する多孔質保護層20の厚みは、検知部の全周で均質な厚み(たとえば70μm程度)に形成されたものであるが、検知部の部位ごとに膜厚が変化した多孔質保護層であってもよい。たとえば発熱源基板7側方の切欠きに対応する部位の膜厚が10μm程度であり、その他の部位の膜厚が70μm程度である形態などであってもよい。
The thickness of the porous
図示するガスセンサ素子100がたとえば絶縁素材の碍子を介してハウジング内に固定され、このハウジングの先端に素子カバーが設けられることによってガスセンサが形成される。
The
(ガスセンサ素子の製造方法)
次に、図2を参照してガスセンサ素子の製造方法を説明する。なお、図2a、bはその順でガスセンサ素子の製造方法のフロー図となっている。図示する製造方法は、成形型KのキャビティC内に容器Y内に収容された多孔質保護層形成用のスラリーSを注入して検知部の周囲に多孔質保護層を形成し、ガスセンサ素子を製造する成型法を適用しておこなうものである。
(Gas sensor element manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the gas sensor element will be described with reference to FIG. 2a and 2b are flowcharts of the method for manufacturing the gas sensor element in that order. In the manufacturing method shown in the figure, a porous protective layer forming slurry S contained in a container Y is injected into a cavity C of a mold K to form a porous protective layer around a detection portion, and a gas sensor element is formed. This is done by applying the molding method to be manufactured.
成型法を適用することにより、従来一般のディップ法を適用する際に問題となる多孔質保護層に生じる膜厚分布とこれに起因する耐被水性が不十分な部位が生じる可能性が高くなることが解消され、検知部の全周に均質な膜厚の多孔質保護層を形成することができる。なお、検知部の部位ごとに膜厚を変化させるような膜厚制御も容易であり、このようにして形成された多孔質保護層はディップ法による場合の予測可能性の低い成り行きによる膜厚分布とは全く異なるものである。 By applying the molding method, there is a high possibility that a film thickness distribution generated in the porous protective layer, which is a problem when applying the conventional general dip method, and a portion having insufficient water resistance due to this will occur. Thus, a porous protective layer having a uniform film thickness can be formed on the entire circumference of the detection unit. It is easy to control the film thickness by changing the film thickness for each part of the detection part, and the porous protective layer formed in this way has a film thickness distribution due to low predictability in the case of the dip method. Is completely different.
ここで、キャビティCに注入されるスラリーSは、シリカゾルや硝酸などからスラリー溶液が生成され、ここにセラミックス粒子からなる固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下に調製されている。 Here, the slurry S injected into the cavity C is a slurry solution produced from silica sol, nitric acid or the like, and contains a solid content of ceramic particles of 77 mass% or more, and is adjusted to a pH of 3.4 or less.
一般にスラリー中の固形分率が高くなるとスラリーの粘度が高くなり、成形型内における成膜性は不良になり易いが、図示例のスラリーはpHが3.4以下に調製されていることでその粘度が低下し、成膜性が良好となる。また、スラリー中の固形分率が77質量%以上と高いことでスラリーの収縮率が低くなり、このことによってひび割れ抑制効果が高くなる。このように、スラリーのpHと固形分率が規定されていることによって、成膜性が良好となり、かつひび割れの生じ難い多孔質保護層を形成することができる。 Generally, when the solid content ratio in the slurry increases, the viscosity of the slurry increases, and the film formability in the mold tends to be poor, but the viscosity of the slurry in the illustrated example is adjusted to pH 3.4 or less. The film forming property is reduced and the film formability is improved. Moreover, when the solid content rate in the slurry is as high as 77% by mass or more, the shrinkage rate of the slurry is lowered, and this increases the cracking suppression effect. Thus, by defining the pH and solid content ratio of the slurry, it is possible to form a porous protective layer that has good film formability and is less prone to cracking.
図2aで示すようにキャビティC内にスラリーSを注入後、図2bで示すように柱状で検知部を備えたガスセンサ素子前駆体100’をキャビティC内に挿入する。 After injecting the slurry S into the cavity C as shown in FIG. 2a, a gas sensor element precursor 100 'having a columnar shape and having a detector is inserted into the cavity C as shown in FIG.
このガスセンサ素子前駆体100’の挿入姿勢において、キャビティCの壁面と前駆体100’との間の離間が規定され、このことによって膜厚が精緻に制御された多孔質保護層を検知部周囲に形成することができる。なお、ガスセンサ素子の製造方法に関し、図示例とは逆の方法で、すなわち、キャビティ内にガスセンサ素子を収容した後にスラリーを注入する方法であってもよいことは勿論のことである。
In the insertion posture of the gas
[衝撃耐久後のセンサ被水寿命を測定した実験とその結果]
本発明者等は、以下の表1で示す種々の配合のスラリーを生成し、検知部相当の部材周囲に成型法を適用して多孔質保護層を形成して種々のガスセンサ素子試験体を製作した。
[Experiments and results of sensor wet life after impact durability]
The inventors create slurries with various blends shown in Table 1 below, and apply various molding methods around the members corresponding to the detectors to form a porous protective layer and produce various gas sensor element test specimens. did.
各ガスセンサ素子試験体に対し、耐衝撃試験として振子試験を適用し、加速度7400Gの衝撃を付与した。 A pendulum test was applied to each gas sensor element test body as an impact resistance test, and an impact with an acceleration of 7400 G was applied.
この耐衝撃試験後のガスセンサ素子試験体を700℃に加熱し、0.3μリットルの水滴を最大130000回滴下し、素子割れまでの滴下回数を測定した。以下、表2には各ガスセンサ素子試験体におけるスラリーの固形分率とpH、衝撃耐久後の被水割れまでの回数を示している。また、図3は衝撃耐久後のセンサ被水寿命を測定した実験結果のうち、多孔質保護層形成用のスラリー中の固形分率と素子割れに至る滴下回数の関係を示した図であり、図4は衝撃耐久後のセンサ被水寿命を測定した実験結果のうち、多孔質保護層形成用のスラリーのpHと素子割れに至る滴下回数の関係を示した図である。 The gas sensor element test body after the impact resistance test was heated to 700 ° C., 0.3 μL of water droplets were dropped a maximum of 130,000 times, and the number of drops until the element cracked was measured. Hereinafter, Table 2 shows the solid content ratio and pH of the slurry in each gas sensor element test piece, and the number of times until water cracking after impact durability. Moreover, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the solid content in the slurry for forming the porous protective layer and the number of times of dripping leading to element cracking, among the experimental results of measuring the sensor wet life after impact durability, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pH of the slurry for forming the porous protective layer and the number of times of dripping leading to element cracking, among the experimental results of measuring the sensor wet life after impact durability.
表2において、実施例の試験体はいずれも130000回で素子割れが無く、したがってこの評価を○とし、一方で比較例の試験体はいずれも1000回以下で素子割れが確認できたことから、この評価を×としている。同表と図3,4より、固形分率が77質量%以上の範囲で(79質量%以上が望ましい)、かつpHが3.4以下の範囲に調製されたスラリーから形成された多孔質保護層はそれ以外の数値範囲に調製されたスラリーからなる多孔質保護層に比して衝撃耐久後の被水割れまでの回数が1000回以下から130000回以上と飛躍的に向上し、耐ひび割れ性に優れた多孔質保護層となることが実証されている。なお、成型法を適用した際に固形分率が90質量%を超えた場合にスラリーの流し込みが極めて困難となるという理由をさら勘案し、スラリー溶液に含有される固形分は79〜90質量%の範囲に規定するのが望ましい。 In Table 2, since all of the test specimens of the examples had no element cracking at 130,000 times, this evaluation was evaluated as “good”, while all of the test specimens of the comparative examples could confirm element cracking at 1000 times or less. This evaluation is set as x. From the table and FIGS. 3 and 4, the porous protective layer formed from the slurry having a solid content of 77 mass% or more (preferably 79 mass% or more) and a pH of 3.4 or less is obtained. Compared to porous protective layers made of slurries prepared in other numerical ranges, the number of times of water cracking after impact durability has improved dramatically from 1000 times to 130,000 times and has excellent crack resistance. It has been demonstrated to be a porous protective layer. In addition, the solid content contained in the slurry solution is 79 to 90% by mass in consideration of the reason that the casting of the slurry becomes extremely difficult when the solid content rate exceeds 90% by mass when the molding method is applied. It is desirable to stipulate in the range.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1…遮蔽層、2…多孔質拡散抵抗層、3…固体電解質層、4…一対の電極、41…被測定ガス側電極、42…基準ガス側電極、5…基準ガス空間保護層、6…発熱源(ヒータ)、7…発熱源基板、8…被測定ガス空間、9…基準ガス空間、10…検知部、20…多孔質保護層、100…ガスセンサ素子、100’…ガスセンサ素子前駆体、S…スラリー、K…成形型
DESCRIPTION OF
Claims (1)
成形型内に前記検知部を収容して多孔質保護層形成用のスラリーを注入する、もしくは成形型内に多孔質保護層形成用のスラリーを注入して前記検知部を収容し、該スラリーが硬化することで検知部の周囲にスラリーが硬化してなる多孔質保護層が形成されるものであり、
前記スラリーは、セラミックス粒子からなる固形分がスラリー溶液に含有されており、固形分が77質量%以上含まれ、pHが3.4以下に調製されているガスセンサ素子の製造方法。 A method of manufacturing a gas sensor element in which a solid electrolyte body having a pair of electrodes on both sides and a heating element including a heat source are stacked to form a detection unit, and a porous protective layer is provided around the detection unit. And
The detection part is accommodated in the mold and the slurry for forming the porous protective layer is injected, or the slurry for forming the porous protective layer is injected into the mold and the detection part is accommodated, and the slurry is A porous protective layer is formed by curing the slurry around the detection unit by curing,
The slurry is a method for producing a gas sensor element in which a solid content of ceramic particles is contained in a slurry solution, the solid content is 77 mass% or more, and the pH is adjusted to 3.4 or less.
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