JP2016011884A - ガスセンサ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスセンサ素子1は、酸素イオン伝導性の固体電解質体2と、固体電解質体2の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極3及び基準電極4と、測定電極3に接続されると共に基端側へ延びる信号リード部5と、信号リード部5を固体電解質体2と反対側から覆う第1セラミック層61と、信号リード部5と固体電解質体2との間に介在した第2セラミック層62と、を有する。信号リード部5は、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金からなる。第2セラミック層62には、信号リード部5側から金属又は合金が染み込んだ染込み部7が形成されている。
【選択図】図1
Description
このようなガスセンサには、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、その固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス測定電極及び基準電極とを有するガスセンサ素子が内蔵されている。
該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極及び基準電極と、
上記測定電極に接続されると共に基端側へ延びる信号リード部と、
該信号リード部を上記固体電解質体と反対側から覆う第1セラミック層と、
上記信号リード部と上記固体電解質体との間に介在した第2セラミック層と、を有し、
上記信号リード部は、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金からなり、
上記第2セラミック層には、上記信号リード部側から上記金属又は合金が染み込んだ染込み部が形成されていることを特徴とするガスセンサ素子にある。
上記信号リード部を形成するにあたっては、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金を、無電解めっきにより上記第2セラミック層の外側表面に堆積させることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法にある。
なお、本明細書において、ガスセンサ素子を内蔵したガスセンサを排気系等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側という。
上記ガスセンサ素子の実施例につき、図1〜図7を用いて説明する。
本例のガスセンサ素子1は、図1に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体2と、固体電解質体2の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極3及び基準電極4とを有する。さらに、ガスセンサ素子1は、測定電極3に接続されると共に基端側へ延びる信号リード部5と、信号リード部5を固体電解質体2と反対側から覆う第1セラミック層61と、信号リード部5と固体電解質体2との間に介在した第2セラミック層62と、を有する。
そして、図3に示すごとく、第2セラミック層62には、信号リード部5側から上記金属又は合金(本例においては白金)が染み込んだ染込み部7が形成されている。
信号リード部5は、不可避的不純物以外の不純物を含まない純白金であり、信号リード部5における白金の純度は、90質量%以上である。
第1セラミック層61は、測定電極3への被測定ガスの供給を遮蔽することなく、測定電極3及び信号リード部5を、被測定ガスの熱等から保護すると共に、測定電極3及び信号リード部5を構成する白金の凝集を防いでいる。
上記ガスセンサ素子1は、白金からなる信号リード部5を有する。すなわち、信号リード部5が、白金ペーストのような、白金等と他の材料(バインダ等)との混合物ではなく、実質的に不純物を含まない白金によって構成されている。そのため、信号リード部5の電気抵抗を小さくすることができ、その結果、ガスセンサ素子1のセンサ出力信頼性を向上させることができる。
また、第2セラミック層62と固体電解質体2との界面11と、染込み部7との間の距離Eは、5μm以上である。これにより、第2セラミック層62による信号リード部5と固体電解質体2との間の酸素イオン電流のリーク防止効果を充分に確保することができる。したがって、高いセンサ出力信頼性を有するガスセンサ素子1をより確実に得ることができる。
本例は、図8に示すごとく、固体電解質体2の先端部に、第3セラミック層63を設けた例である。
第3セラミック層63は、第2セラミック層62と同様の構造、材質、厚み等を有する。そして、第3セラミック層63は、固体電解質体2の外表面における、測定電極3よりも先端側の領域に形成されている。
その他は、実施例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、表1に示すごとく、染込み部7の染込み深さDと、信号リード部の耐久性との関係を検証した例である。
試験に際しては、染込み深さDの異なる複数のガスセンサ素子をそれぞれ備えたガスセンサを用意した。また、染込み部7のないガスセンサ素子についても、同様に評価した。また、各水準につき、4つの試料を用意した。ガスセンサ素子の基本構成は、実施例1のガスセンサ素子と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例は、表2に示すごとく、第2セラミック層62と固体電解質体2との界面11と、染込み部7との間の距離Eと、信号リード部5と固体電解質体2との間の酸素イオン電流のリークとの関係を検証した例である。
また、上記実施例においては、信号リード部を白金によって構成した例を示したが、信号リード部は白金に限らず、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金からなるものであれば、他の材料とすることもできる。
2 固体電解質体
3 測定電極
4 基準電極
5 信号リード部
61 第1セラミック層
62 第2セラミック層
63 第3セラミック層
7 染込み部
Claims (10)
- 酸素イオン伝導性の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極(3)及び基準電極(4)と、
上記測定電極(3)に接続されると共に基端側へ延びる信号リード部(5)と、
該信号リード部(5)を上記固体電解質体(2)と反対側から覆う第1セラミック層(61)と、
上記信号リード部(5)と上記固体電解質体(2)との間に介在した第2セラミック層(62)と、を有し、
上記信号リード部(5)は、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金からなり、
上記第2セラミック層(62)には、上記信号リード部(5)側から上記金属又は合金が染み込んだ染込み部(7)が形成されていることを特徴とするガスセンサ素子(1)。 - 上記第2セラミック層(62)における上記信号リード部(5)側の表面からの上記染込み部(7)の深さである染込み深さ(D)は、0.2μm以上であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記第2セラミック層(62)と上記固体電解質体(2)との界面(11)と、上記染込み部(7)との間の距離(E)は、5μm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記信号リード部(5)は、Ptからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記信号リード部(5)は、めっきによって形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記信号リード部(5)は、該信号リード部(5)の幅方向における上記第2セラミック層(62)の一部に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサ素子(1)。
- 上記信号リード部(5)は、上記第2セラミック層(62)と上記信号リード部(5)との積層方向の厚みとして、5〜200μmの厚み領域(H)にわたりうねっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの一項に記載のガスセンサ素子(1)。
- 酸素イオン伝導性の固体電解質体(2)と、該固体電解質体(2)の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた測定電極(3)及び基準電極(4)と、上記測定電極(3)に接続されると共に基端側へ延びる信号リード部(5)と、該信号リード部(5)を上記固体電解質体(2)と反対側から覆う第1セラミック層(61)と、上記信号リード部(5)と上記固体電解質体(2)との間に介在した第2セラミック層(62)と、を有するガスセンサ素子(1)を製造する方法であって、
上記信号リード部(5)を形成するにあたっては、Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ni、Irのうちの1種の金属または2種以上による合金を、無電解めっきにより上記第2セラミック層(62)の外側表面に堆積させることを特徴とするガスセンサ素子(1)の製造方法。 - 上記信号リード部(5)を形成するにあたっては、Ptを無電解めっきにより上記第2セラミック層(62)の外側表面(621)に堆積させることを特徴とする請求項8に記載のガスセンサ素子(1)の製造方法。
- 上記信号リード部(5)は、該信号リード部(5)の幅方向における上記第2セラミック層(62)の一部に形成することを特徴とする請求項8又は9に記載のガスセンサ素子(1)の製造方法。
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