JP2015062000A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that detects the concentration of a gas to be detected.
自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサとして、軸線方向に延び、先端が閉じた略円筒状のガスセンサ素子を、筒状の主体金具の内側に挿通して保持するものが知られている(特許文献1)。このガスセンサ素子は、筒体の固体電解質体と、固体電解質体の内外表面にそれぞれ形成された内側電極及び外側電極とを有している。又、ガスセンサ素子の内部空間には、ガスセンサ素子を活性化温度に昇温するための棒状のヒータが挿入されている。
一方、固体電解質体の外表面は、外側電極を被毒等から保護するための多孔質の保護層で覆われている(特許文献2)。
As a gas sensor for detecting oxygen concentration in an exhaust gas of an automobile or the like, a gas sensor that extends in an axial direction and has a substantially cylindrical gas sensor element with a closed tip is inserted and held inside a cylindrical metal shell is known. (Patent Document 1). This gas sensor element has a cylindrical solid electrolyte body and inner and outer electrodes formed on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte body, respectively. Further, a rod-shaped heater for raising the temperature of the gas sensor element to the activation temperature is inserted in the internal space of the gas sensor element.
On the other hand, the outer surface of the solid electrolyte body is covered with a porous protective layer for protecting the outer electrode from poisoning (Patent Document 2).
ところで、上記したように筒状のガスセンサ素子の内部にヒータが挿入され、ガスセンサ素子がヒータにより加熱されている場合、ガスセンサ素子が排気管等の凝縮水等により被水すると、ヒータで加熱されたガスセンサ素子に大きな熱応力が掛かり、ガスセンサ素子(固体電解質体)が破損するおそれがある。特に、ガスセンサ素子のうち、ヒータの先端側に設けられた発熱部の近傍の部位は、ヒータからの熱をより受けやすく、より高温になっている。つまり、この部位が被水すると、より大きな熱応力が掛かり、ガスセンサ素子がより破損する虞がある。 By the way, as described above, when the heater is inserted into the cylindrical gas sensor element and the gas sensor element is heated by the heater, the gas sensor element is heated by the heater when it is flooded by condensed water such as an exhaust pipe. A large thermal stress is applied to the gas sensor element, and the gas sensor element (solid electrolyte body) may be damaged. In particular, in the gas sensor element, a portion in the vicinity of the heat generating portion provided on the front end side of the heater is more susceptible to heat from the heater and is at a higher temperature. That is, if this part is exposed to water, a greater thermal stress is applied and the gas sensor element may be more damaged.
一方、保護層は多孔質であるため、保護層にて水を浸透することができ、ガスセンサ素子(固体電解質体)への直接的な付着を防止することができるが、保護層に浸透した水が浸入し、ガスセンサ素子に付着するため、ガスセンサ素子の破損を防止することは困難である。なお、保護層の膜厚を厚くしても、ガスセンサ素子が被水に水が付着することを遅延させることは可能であるものの、ガスセンサ素子への水の付着を防止することは困難である。
従って、本発明は、ガスセンサ素子への水の付着を抑制し、ガスセンサ素子のヒータで加熱された部分に熱応力が掛かってガスセンサ素子が破損することを抑制できるガスセンサの提供を目的とする。
On the other hand, since the protective layer is porous, water can permeate in the protective layer, and direct adhesion to the gas sensor element (solid electrolyte body) can be prevented. Enters and adheres to the gas sensor element, it is difficult to prevent the gas sensor element from being damaged. Even if the protective layer is made thicker, it is possible to delay the adhesion of water to the water by the gas sensor element, but it is difficult to prevent the water from adhering to the gas sensor element.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor that suppresses the adhesion of water to the gas sensor element and suppresses the gas sensor element from being damaged due to thermal stress applied to the portion heated by the heater of the gas sensor element.
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端が閉じた有底筒状に形成された固体電解質体と、該固体電解質体の内表面に設けられた内側電極と、前記固体電解質体の外表面に設けられた外側電極と、該外側電極の周囲を取り囲む保護層と、該保護層の周囲を取り囲む多孔質層と、を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の内部空間に挿入され、通電により発熱する発熱体を有するヒータと、を備えたガスセンサであって、前記発熱体は、蛇行させて形成した発熱部と、該発熱部の両端から引き出した一対のリード部とを有しており、前記保護層と前記多孔質層とは離間部を隔てて形成されてなり、該離間部は、前記発熱部の少なくとも一部と軸線方向に重なるように形成され、かつ当該離間部より先端側と後端側でそれぞれ前記保護層と前記多孔質層とが少なくとも一部で接触している。
このガスセンサによれば、発熱部の少なくとも一部と軸線方向に重なるように離間部を設けている。これにより、固体電解質体のうち、ヒータからの熱をより受ける発熱部近傍(発熱部と軸線方向に重なる固体電解質体の部位)に水が付着することを抑制できる。これは、固体電解質体を覆う多孔質層が被水しても、離間部を超えて発熱部と軸線方向に重なる保護層の部位に直接浸透することはできず、多孔質層の面方向に沿って水が拡散する。そして、発熱部と軸線方向に離れた位置で、保護層と多孔質層との結合部位から水が保護層に浸透し、その後、固体電解質体に水が付着する。このとき、多孔質層を浸透する水は、ヒータからの熱により蒸発し、固体電解質体が被水する被水量を減少させることができる。また、固体電解質体のうち、結合部位と軸線方向に重なる部位は、発熱部から離れており、固体電解質体が比較的低温となっている。このため、結合部位と軸線方向に重なる位置で固体電解質体に水が付着しても、固体電解質体に過大な熱応力が掛かることが無く、ガスセンサ素子(固体電解質体)の破損を抑制することができる。
In order to solve the above problems, a gas sensor of the present invention includes a solid electrolyte body formed in a bottomed cylindrical shape extending in the axial direction and having a closed tip, and an inner electrode provided on the inner surface of the solid electrolyte body, A gas sensor element having an outer electrode provided on an outer surface of the solid electrolyte body, a protective layer surrounding the outer electrode, and a porous layer surrounding the protective layer; and an internal space of the gas sensor element And a heater having a heating element that generates heat when energized, wherein the heating element includes a heating part formed by meandering, and a pair of lead parts drawn from both ends of the heating part. The protective layer and the porous layer are formed with a spacing portion therebetween, and the spacing portion is formed to overlap with at least a part of the heat generating portion in the axial direction, and Tip side from the spacing Wherein respectively at the rear side the protective layer and the porous layer is in contact with at least a portion.
According to this gas sensor, the separating portion is provided so as to overlap at least a part of the heat generating portion in the axial direction. Thereby, it can suppress that water adheres to the heat generating part vicinity (part of the solid electrolyte body which overlaps with a heat generating part and an axial direction) which receives more the heat | fever from a heater among solid electrolyte bodies. This is because even if the porous layer covering the solid electrolyte body is submerged, it cannot penetrate directly into the part of the protective layer that overlaps the heat generating part and the axial direction beyond the separated part, and in the surface direction of the porous layer. Water diffuses along. Then, water penetrates into the protective layer from the bonding portion between the protective layer and the porous layer at a position away from the heat generating portion in the axial direction, and then the water adheres to the solid electrolyte body. At this time, the water that permeates the porous layer is evaporated by the heat from the heater, and the amount of water that the solid electrolyte body is exposed to can be reduced. Moreover, the site | part which overlaps with a coupling | bond part site | part and an axial direction among solid electrolyte bodies is separated from the heat generating part, and the solid electrolyte body is comparatively low temperature. For this reason, even if water adheres to the solid electrolyte body in a position overlapping with the binding site in the axial direction, excessive thermal stress is not applied to the solid electrolyte body, and damage to the gas sensor element (solid electrolyte body) is suppressed. Can do.
また、本発明のガスセンサでは、前記離間部が周方向に連続して形成されていてもよい。
このガスセンサによれば、ガスセンサ素子の外側の周方向のどの部分が被水しても発熱部近傍に離間部が介在するので、ガスセンサ素子(固体電解質体)の破損をより有効に抑制することができる。
Moreover, in the gas sensor of this invention, the said separation | spacing part may be formed continuously in the circumferential direction.
According to this gas sensor, even if any portion in the circumferential direction outside the gas sensor element is submerged, the spacing part is interposed in the vicinity of the heat generating part, so that the damage of the gas sensor element (solid electrolyte body) can be more effectively suppressed. it can.
さらに、本発明のガスセンサでは、前記離間部は、前記軸線方向における前記発熱部の先端の位置及び後端の位置を跨いで形成されていてもよい。
このガスセンサによれば、軸線方向において、発熱部近傍全体を離間部にて覆うこととなり、発熱部近傍での水の付着を確実に抑制し、ガスセンサ素子(固体電解質体)の破損をより有効に抑制することができる。
Furthermore, in the gas sensor of the present invention, the separation portion may be formed across the position of the front end and the rear end of the heat generating portion in the axial direction.
According to this gas sensor, in the axial direction, the entire vicinity of the heat generating portion is covered with the separation portion, and water adhesion in the vicinity of the heat generating portion is reliably suppressed, and damage to the gas sensor element (solid electrolyte body) is more effectively performed. Can be suppressed.
さらに、本発明のガスセンサでは、前記ヒータと前記内側電極の内面の一部とが当接する当接部を有し、前記離間部は、前記当接部と軸線方向に重なるように形成されていてもよい。
このガスセンサによれば、発熱部近傍と同様に、ヒータの熱が直接伝わる当接部において離間部を配置することで、水が付着することよって過大な熱応力が掛かりやすい当接部においても熱応力を低減することができ、ガスセンサ素子(固体電解質体)の破損をより有効に抑制することができる。
Furthermore, in the gas sensor of the present invention, the heater has a contact portion that contacts a part of the inner surface of the inner electrode, and the separation portion is formed to overlap the contact portion in the axial direction. Also good.
According to this gas sensor, similarly to the vicinity of the heat generating portion, the separation portion is arranged in the contact portion where the heat of the heater is directly transmitted, so that heat is also applied to the contact portion where excessive thermal stress is easily applied due to water adhesion. Stress can be reduced, and damage to the gas sensor element (solid electrolyte body) can be more effectively suppressed.
さらに、本発明のガスセンサでは、前記離間部の径方向の最大間隔よりも、前記離間部と軸線方向に重なる前記多孔質層の径方向の最小厚みの方が厚くてもよい。
このガスセンサによれば、離間部より厚い多孔質層に水を充分に保持して面方向に拡散することができ、保護層に浸透する水を減少させることができると共に、離間部にて保護層から浮いている多孔質層の強度をも向上させることができる。
Furthermore, in the gas sensor of the present invention, the minimum radial thickness of the porous layer that overlaps the spacing portion in the axial direction may be thicker than the maximum spacing in the radial direction of the spacing portion.
According to this gas sensor, water can be sufficiently retained in the porous layer that is thicker than the separation portion and diffused in the surface direction, water that permeates the protection layer can be reduced, and the protection layer can be formed at the separation portion. The strength of the porous layer floating from the surface can also be improved.
この発明によれば、ガスセンサ素子への水の付着を抑制し、ガスセンサ素子のヒータで加熱された部分に熱応力が掛かってガスセンサ素子が破損することを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the adhesion of water to the gas sensor element and to prevent the gas sensor element from being damaged due to thermal stress applied to the portion of the gas sensor element heated by the heater.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るガスセンサ100を軸線O方向に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ100は自動車の排気管内に挿入されて先端が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。ガスセンサ100に設けられるガスセンサ素子3は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。
なお、図1の下側をガスセンサ100の先端側とし、図1の上側をガスセンサ100の後端側とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a
In addition, let the lower side of FIG. 1 be the front end side of the
ガスセンサ100は、先端が閉じた略円筒状(中空軸状)のガスセンサ素子(この例では酸素センサ素子)3を、筒状の金具本体(主体金具)20の内側に挿通して保持するよう組み付けられている。センサ素子3は、先端に向かってテーパ状に縮径する筒状の固体電解質体3sと、固体電解質体の内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極50(図2参照)及び外側電極51(図2参照)とからなる。又、ガスセンサ素子3の中空部には丸棒状のヒータ15が挿入され、固体電解質体3sを活性化温度に昇温するようになっている。
金具本体20の後端部には、ガスセンサ素子3の後端側に設けられたリード線や端子(後述)を保持し、センサ素子3の後端部を覆う筒状の外筒40が接合されている。さらに、ガスセンサ素子3の後端側の外筒40内側には、絶縁性で円柱状のセパレータ121が加締め固定されている。一方、ガスセンサ素子3先端の検出部はプロテクタ7で覆われている。そして、このようにして製造されたガスセンサ100の金具本体20の雄ねじ部20dを排気管等のネジ孔に取付けることで、ガスセンサ素子3先端の検出部を排気管内に露出させて被検出ガス(排気ガス)を検知している。なお、金具本体20の中央付近には、六角レンチ等を係合するための多角形の鍔部20cが設けられ、鍔部20cと雄ねじ部20dとの間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット14が嵌挿されている。
The
A cylindrical
金具本体20の先端寄りの内周面には内側に縮径する段部20eが設けられている。この段部20eの後端向き面にはワッシャ12を介して筒状のセラミックホルダ5が配置されている。ガスセンサ素子3は金具本体20及びセラミックホルダ5の内側に挿通されており、セラミックホルダ5に後端側からワッシャ13を介してガスセンサ素子3の中央側に設けられた鍔部3aが当接している。
さらに、鍔部3aの後端側におけるガスセンサ素子3と金具本体20との径方向の隙間には、筒状の滑石粉末6、及び筒状のセラミックリーブ10が配置されている。そして、セラミックリーブ10の後端側に金属リング30を配し、金具本体20の後端部を内側に屈曲して加締め部20aを形成することにより、セラミックリーブ10が先端側に押し付けられる。これにより滑石リング6を押し潰し、セラミックリーブ10及び滑石粉末6が加締め固定されるとともに、ガスセンサ素子3と金具本体20の隙間がシールされている。
On the inner peripheral surface near the tip of the
Further, in the radial gap between the
ガスセンサ素子3の後端側に配置されたセパレータ121には、挿通孔(この例では4個)が設けられ、そのうち2個の挿通孔にそれぞれ内側端子金具71、外側端子金具91の板状基部74、94が挿入されて固定されている。各板状基部74、94の後端にはそれぞれコネクタ部75、95が形成され、コネクタ部75、95にそれぞれリード線41、41が加締め接続されている。又、セパレータ121の図示しない2個の挿通孔(ヒータリード孔)に、ヒータ15から引き出されたヒータリード線43(図1では1個のみ図示)が挿通されている。
セパレータ121よりも後端側の外筒40の内側には筒状のグロメット131が加締め固定され、グロメット131の4個の挿通孔からそれぞれ2個のリード線41、及び2個のヒータリード線43が外部に引き出されている。
なお、グロメット131の中心には貫通孔131aが形成され、ガスセンサ素子3の内部空間に連通している。そして、グロメット131の貫通孔131aに撥水性の通気フィルタ140が介装され、外部の水を通さずにガスセンサ素子3の内部空間に基準ガス(大気)を導入するようになっている。
The
A
A through hole 131 a is formed at the center of the
一方、金具本体20の先端側には筒状のプロテクタ7が外嵌され、金具本体20から突出するガスセンサ素子3の先端側がプロテクタ7で覆われている。プロテクタ7は、複数の孔部(図示せず)を有する有底筒状で金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外側プロテクタ7bおよび内側プロテクタ7aを、溶接等によって取り付けて構成されている。
On the other hand, a
次に、図2を参照してガスセンサ素子3の構成について説明する。図2に示すように、固体電解質体3sの内周面の先端側には、先端面を含む周方向全周にわたって内側電極50が形成されている。又、内側電極50から後端側へ向かって図示しないリード部が延びている。一方、固体電解質体3sの外周面の先端側には、先端面を含む周方向全周にわたって外側電極51が形成されている。又、外側電極51から後端側へ向かって図示しないリード部が延びている。
内側電極50は、ガスセンサ素子3の内部空間に導入される基準ガス雰囲気に曝される。一方、ガスセンサ素子3の外面に形成された外側電極51は被検出ガスに曝され、固体電解質体3sを介して内側電極50と外側電極51との間でガスの検知を行うようになっている。
なお、内側電極50及び外側電極51は、リード部を介してそれぞれ内側端子金具71及び外側端子金具91に電気的に接続されている。
Next, the configuration of the
The
The
さらに、固体電解質体3sの外周面の先端面から鍔部3a近傍までの領域には、外側電極51を覆う保護層60が形成されている。保護層60は例えばスピネル等のセラミックの溶射層からなり、多孔質層になっている。保護層60は、外側電極51を保護する機能を有する。
そして、保護層60のうち、少なくとも外側電極51を覆う部分の外表面を多孔質層80が覆っている。ここで、本実施形態では、多孔質層80の後端部は、外側電極51よりも後端側へ延び、保護層60よりも先端側に位置している。
多孔質層80は、例えばアルミナ、スピネル、ジルコニア、ムライト、ジルコン及びコージェライトの群から選ばれる1種以上のセラミック粒子を焼成等により結合して形成することができる。これらの粒子を含むスラリーを焼結することで、セラミック粒子間にガス透過が可能なように三次元網目構造をなす気孔を形成することができる。上記粒子を含むスラリーに焼失性の造孔材を添加したものを焼結し、造孔材が焼失した部分が気孔となるようにしてもよい。造孔材としては、例えばカーボン、樹脂製ビーズ、有機又は無機バインダの粒子を用いることができる。
Furthermore, a
The
The
一方、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)の中空部には、丸棒状のヒータ15が挿入されている。ヒータ15は、ヒータリード線43を介して外部からの通電により発熱する発熱体25を有する。発熱体25は、導体を軸線方向に蛇行させて形成した発熱部25aと、発熱部25aの両端から引き出した導体による一対のリード部25bとを有している。
より具体的には、ヒータ15は図3に示すようにして製造することができる。すなわち、発熱体25は、発熱部25aと、両リード部25bと、両リード部25bの他端に形成された電極パターン25cとを有し、この発熱体25は二枚のセラミックグリーンシート16b、16cの間に挟持される。なお、このセラミックグリーンシートとしては、アルミナが用いられる。また、発熱部25a、リード部25bはタングステンやレニウム等が用いられる。第1セラミックグリーンシート16cの表面にはヒータリード端子(図示せず)がロウ付けされる2つの電極パッド15pが形成され、電極パターン25cを電極パッド15pにスルーホールにて接続してセラミックグリーンシートの積層体を形成する。更に、この積層体を、第1セラミックグリーンシート16cを表側にして、アルミナ等を主成分とする棒状の基材16aに巻き付けて焼成することにより、ヒータ15を製造することができる。
On the other hand, a
More specifically, the
図2に戻り、軸線O方向における発熱部25aの先端25pの位置及び後端25sの位置を跨ぐ領域R1において、保護層60と多孔質層80とを離間する離間部Gが形成されている。又、離間部Gより先端側と後端側で、それぞれ保護層60と多孔質層80とが接触(本実施形態の場合には、結合)している。詳細には、離間部Gは周方向において、一部にのみ(図2における左側にのみ)形成されている。一方、保護層60と多孔質層80とは、離間部Gよりも後端側において、周方向にわたって接触している。また、保護層60と多孔質層80とは、離間部Gよりも先端側において、周方向にわたって接触している。なお、固体電解質体3sの先端部位(有底部位)においても、保護層60と多孔質層80とは接触している。さらに、離間部Gと軸線方向に重なる部位において、離間部G以外の部位についても、本実施形態では、保護層60と多孔質層80とは接触している。
Returning to FIG. 2, a separation portion G that separates the
発熱部25aが発熱すると、発熱部25aと軸線O方向に重なる固体電解質体3sの部位3sa(発熱部近傍3sa)がより加熱され、より高温となる。このため、ガスセンサ素子3が被水すると、発熱部近傍3saに大きな熱応力が掛かり、固体電解質体3sが破損するおそれがある。そこで、発熱部25aの少なくとも一部と軸線O方向に重なるよう(本実施形態では、領域域R1)に離間部Gを設けている。これにより、図4に示すように、固体電解質体3sを覆う多孔質層80に水Wが掛かっても、離間部Gを超えて発熱部25aと軸線O方向に重なる保護層600の部位60aに直接浸透することはできず、多孔質層80の面方向(図4の矢印の方向)に沿って水Wが拡散する。そして、発熱部25aaと軸線O方向に離れた位置で、保護層60と多孔質層80の結合部位(図4における、部位60b、60c)から水Wが保護層60に浸透し、その後、固体電解質体3sに水Wが付着する。このとき、多孔質層80を浸透する水Wは、ヒータ15からの熱により蒸発し、固体電解質体3sが被水する被水量を減少させることができる。また、固体電解質体3sのうち、結合部位60b、60cと軸線方向に重なる部位(図4における3sb、3sc)は、発熱部25aから離れており、固体電解質体3sが比較的低温となっている。このため、固体電解質体3sに過大な熱応力が掛かることが無く、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)の破損を抑制することができる。
一方、図5に示すように、発熱部25aと軸線O方向に重なるように離間部Gが形成されていない場合、多孔質層80に水Wが掛かると、そのまま直接保護層60に浸透し、発熱部25aで加熱された発熱部近傍3saが被水する。このため、固体電解質体3sに過大な熱応力が掛かり、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)が破損し易くなる。
When the
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the separation portion G is not formed so as to overlap the
なお、図2、図4に示すように、本実施形態では、離間部Gは、軸線O方向における発熱部25aの先端25pの位置及び後端25sの位置を跨いで形成されている。これにより、軸線O方向において、発熱部近傍3sa全体を離間部Gにて覆うこととなり、発熱部近傍3saでの水Wの付着を確実に抑制し、ガスセンサ素子3(固体電解質体3s)の破損をより有効に抑制することができる。
As shown in FIGS. 2 and 4, in the present embodiment, the separation portion G is formed across the position of the
又、図2、図4に示すように、本実施形態では、ヒータ15の側壁と内側電極50の内面とが当接する当接部15cを有している。これにより、ヒータ15にて発生した熱を有効に固体電解質体3sに伝熱させることができる。そして、本実施形態では、離間部Gは、当接部15cと軸線O方向に重なるように形成されている。このようにすると、発熱部近傍3saと同様に、ヒータ15の熱が固体電解質体3sに直接伝わる当接部15cにおいて、離間部Gを配置することで、水Wが付着することによって過大な熱応力が掛りやすい当接部15cにおいても熱応力を低減することができ、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)の破損をより有効に抑制することができる。
さらに、図2に示すように、本実施形態では、離間部Gの径方向の最大間隔t2よりも、離間部Gと軸線O方向に重なる多孔質層80の径方向の最小厚みt1の方が厚い。このようにすると、離間部Gより厚い多孔質層80に水を充分に保持して面方向に拡散することができ、保護層60に浸透する水Wを減少させることができると共に、離間部Gにて保護層60から浮いている多孔質層80の強度をも向上させることができる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 4, in the present embodiment, a
Furthermore, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the minimum radial thickness t1 of the
次に、本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法の一例について説明する。
まず、所定の固体電解質(例えば、ZrO2にY2O3を5mol%添加した部分安定化ジルコニア)の材料をスラリーとし、このスラリーをスプレードライ方式にて乾燥造粒する。その粉末を、油圧プレス法によって有底円筒形に形成し、所定の形状に研削した後に、例えば1500℃にて焼成して固体電解質体3sを形成する。
次に、固体電解質体3sの内周面に、無電解メッキ法により、Ptからなる内側電極50を形成するとともに、同様に、固体電解質体3sの外周面の先端側に、無電解メッキ法により、Ptからなる外側電極51を形成する。
次に、外側電極51を覆うようにして、セラミック(スピネル等)の溶射層からなる保護層60を形成する。
Next, an example of a method for manufacturing a gas sensor element according to an embodiment of the present invention will be described.
First, a material of a predetermined solid electrolyte (for example, partially stabilized zirconia in which 5 mol% of Y 2 O 3 is added to ZrO 2 ) is used as a slurry, and this slurry is dried and granulated by a spray drying method. The powder is formed into a bottomed cylindrical shape by a hydraulic press method, ground into a predetermined shape, and then fired at, for example, 1500 ° C. to form a
Next, the
Next, a
次に、保護層60のうち、離間部Gを形成する位置の上に焼失性シートを貼付し、焼失性シートの上から保護層60上に多孔質層80となるペーストを塗布し、全体を焼成する。この際、多孔質層80が多孔性となるよう、ペーストを形成するためのスラリーに焼失性の造孔材を添加したものを焼結するとよく、造孔材が焼失した部分が三次元網目構造の比較的大きな気孔を形成する。なお、ペーストは、ディップ法、スプレー法等により塗布することができる。
焼成により、保護層60と多孔質層80の間の焼失性シートが消失して離間部Gとなる間隙が形成される。焼失性シートとしては、例えばカーボンシートを用いることができる。
Next, in the
By baking, the burnable sheet between the
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、発熱部25aの形状は上記に限定されず、一例としてガスセンサ素子3の径方向(軸線Oに直交する方向)に蛇行して形成することもできる。
又、離間部Gは、発熱部25aの少なくとも一部と軸線O方向に重なるように形成されていればよい。但し、本実施形態のように、離間部Gが軸線O方向における発熱部25aの先端の位置25p及び後端の位置25sを跨いで形成されていると、軸線O方向において離間部Gと発熱部25a全体とが必ず重なり、発熱部25aによって加熱された固体電解質体3sへの被水を確実に防止するので好ましい。さらに、離間部Gが軸線O方向における発熱部25aの先端の位置25pのみを跨ぎ、後端の位置25sを跨いでいなくても良いし、離間部Gが軸線O方向における発熱部25aの後端の位置25sのみを跨ぎ、先端の位置25pを跨いでいなくても良い。
また、離間部Gより先端側と後端側で、それぞれ保護層60と多孔質層80の少なくとも一部(一箇所)が接触していればよい。
また、離間部Gは、本実施形態では、断面略円弧上であったが、これに限られることなく、断面略矩形状や、断面略三角形状であっても良い。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention. For example, the shape of the
Further, the separation portion G only needs to be formed so as to overlap with at least a part of the
Further, at least a part (one place) of the
Further, in the present embodiment, the separation portion G has a substantially circular cross section, but is not limited thereto, and may have a substantially rectangular cross section or a substantially triangular cross section.
さらに、本実施形態では、離間部Gは周方向において、一部にのみ(図2における左側にのみ)形成されていたが、図6に示すように、離間部Gが周方向に連続して形成されていても良い。図6は、変形例のガスセンサ素子の構成を示す部分断面図であり、図2に対応した図面である。図6に示すように、離間部Gを周方向に連続して形成すると、ガスセンサ素子3の外側の周方向のどの部分が被水しても発熱部近傍3saに離間部Gが介在するので、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)の破損をより有効に抑制することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the separation portion G is formed only in a part (only on the left side in FIG. 2) in the circumferential direction. However, as shown in FIG. 6, the separation portion G is continuous in the circumferential direction. It may be formed. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a gas sensor element according to a modification, and corresponds to FIG. As shown in FIG. 6, when the separation portion G is continuously formed in the circumferential direction, the separation portion G is interposed in the heat generating portion vicinity 3sa regardless of which portion of the outer circumferential direction of the
さらに、本実施形態では、当接部15cと発熱部近傍3sa(発熱部25aと軸線O方向に重なる固体電解質体3sの部位3sa)とが一部重なっていたが、これに限られることなく、図6に示すように、当接部150cと発熱部近傍3saとがずれていても良い。本実施形態では、図2に示すように、ヒータ15の側壁と内側電極50の内面とが当接し、当接部15cが形成されており、当接部15cと発熱部近傍3saとが一部重なっていた。しかしながら、図6に示すように、ヒータ150の先端から後端に向かって拡径した段部となる縁150zと内側電極50の内面とが当接し、当接部150cを形成させることも可能である。この場合、当接部150cと発熱部近傍3saとがずれて設けられることとなる、但し、この場合においても、離間部Gaは、当接部150cと軸線O方向に重なるように形成されている。このようにすると、発熱部近傍3saと同様に、ヒータ150の熱が固体電解質体3sに直接伝わる当接部150cにおいて、離間部Gaを配置することで、水Wが付着することによって過大な熱応力が掛りやすい当接部150cにおいても熱応力を低減することができ、ガスセンサ素子(固体電解質体3s)の破損をより有効に抑制することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
3 ガスセンサ素子
3s 固体電解質体
15、150 ヒータ
15c、150c 当接部
25 発熱体
25a 発熱部
25b リード部
25p 発熱部の先端
25s 発熱部の後端
50 内側電極
51 外側電極
60 保護層
80 多孔質層
100 ガスセンサ
G、Ga 離間部
O 軸線方向
t1 多孔質層の径方向の最小厚み
t2 離間部の径方向の最大間隔
3
Claims (5)
前記ガスセンサ素子の内部空間に挿入され、通電により発熱する発熱体を有するヒータと、を備えたガスセンサであって、
前記発熱体は、蛇行させて形成した発熱部と、該発熱部の両端から引き出した一対のリード部とを有しており、
前記保護層と前記多孔質層とは離間部を隔てて形成されてなり、該離間部は、前記発熱部の少なくとも一部と軸線方向に重なるように形成され、かつ当該離間部より先端側と後端側でそれぞれ前記保護層と前記多孔質層とが少なくとも一部で接触しているガスセンサ。 A solid electrolyte body formed in a bottomed cylindrical shape extending in the axial direction and having a closed tip, an inner electrode provided on the inner surface of the solid electrolyte body, and an outer electrode provided on the outer surface of the solid electrolyte body A gas sensor element having a protective layer surrounding the periphery of the outer electrode, and a porous layer surrounding the protective layer;
A gas sensor comprising a heater inserted into the internal space of the gas sensor element and having a heating element that generates heat when energized,
The heating element has a heating portion formed by meandering and a pair of lead portions drawn from both ends of the heating portion,
The protective layer and the porous layer are formed with a spacing portion therebetween, and the spacing portion is formed so as to overlap with at least a part of the heat generating portion in the axial direction, and the tip side from the spacing portion. A gas sensor in which the protective layer and the porous layer are in contact with each other at least partially on the rear end side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013196294A JP2015062000A (en) | 2013-09-22 | 2013-09-22 | Gas sensor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111656177A (en) * | 2018-02-06 | 2020-09-11 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor |
CN114026413A (en) * | 2019-06-27 | 2022-02-08 | 株式会社电装 | Gas sensor and method for manufacturing the same |
-
2013
- 2013-09-22 JP JP2013196294A patent/JP2015062000A/en active Pending
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