JP2800196B2 - 積層型酸素濃度センサの製造方法 - Google Patents

積層型酸素濃度センサの製造方法

Info

Publication number
JP2800196B2
JP2800196B2 JP63244992A JP24499288A JP2800196B2 JP 2800196 B2 JP2800196 B2 JP 2800196B2 JP 63244992 A JP63244992 A JP 63244992A JP 24499288 A JP24499288 A JP 24499288A JP 2800196 B2 JP2800196 B2 JP 2800196B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
layer
oxygen concentration
adhesive
electrolyte layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63244992A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0291557A (ja
Inventor
良隆 神戸
尚 加茂
和明 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP63244992A priority Critical patent/JP2800196B2/ja
Publication of JPH0291557A publication Critical patent/JPH0291557A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2800196B2 publication Critical patent/JP2800196B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、自動車の排気ガス中の酸素濃度を測定する
場合などに用いられる積層型酸素濃度センサの製造方法
に関し、詳しくは無機質接着剤を用いる方法の改良に関
する。
[従来の技術] 酸素濃度センサでは、ジルコニアなどの固体電解質層
の両表面に電極を形成し、一方の電極を大気に、他方の
電極を被測定ガスに接触させることにより酸素濃淡電池
を構成している。そして両電極間の酸素分圧比に応じた
起電力を測定することにより、被測定ガスの酸素濃度を
測定するものである。
この酸素濃淡電池の作動は、温度が低い場合には信頼
性に乏しいことがわかっている。従ってヒータを内蔵さ
せて加熱することが考えられる。しかし固体電解質層に
直接ヒータを形成すると、ヒータとして機能しないこと
があるばかりか、ヒータに流れる電流が酸素濃淡電池の
作動に影響をおよぼす不具合がある。そこで例えば実開
昭62−146955号公報などに見られるように、アルミナな
どの絶縁性セラミックにヒータを形成した絶縁体層を固
体電解質層と積層し、酸素濃淡電池を加熱して活性化さ
せてその作動を安定化させている。
このような積層型酸素濃度センサを製造する方法とし
ては、例えば特開昭56−22242号、特開昭61−54444号な
どの公報に開示されているように、固体電解質グリーン
シート(未焼成成形体)と絶縁体グリーンシートとを積
層した後、焼成して一体的に結合する方法が知られてい
る。また特開昭62−218851号公報にみられるように、固
体電解質層と絶縁体層とをガラス、アルミナを主成分と
する無機質接着剤などで接着する方法も知られている。
[発明が解決しようとする課題] 上記した製造方法のうち、固体電解質グリーンシート
と絶縁体グリーンシートとを積層して一体的に焼成する
方法では、両者の線膨張率の違い、焼成温度の違いなど
により、焼成後にヒビ、反り、クラックなどの不具合が
生じやすい。また無機質接着剤を用いる方法では、自動
車の排気ガス中の酸素濃度を測定する場合などの高温
(約700℃)条件で、接着剤層から剥離するという不具
合が生じる場合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてされたものであり、
無機質接着剤の組成および接着条件を改良して、良好な
積層型酸素濃度センサを形成することを技術的課題とす
るものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは無機質接着剤を用いた場合の接着剤層の
剥離部分を調査したところ、固体電解質層と接着剤層と
の界面で剥離していることを見出した。これは両者の親
和性が小さいこと、および線膨張率の違いなどによるも
のと考えられる。そこで無機質接着剤の固体電解質層と
絶縁体層の両層に対する親和性を向上させるために、両
層を構成する物質で接着剤を構成することを想到し、本
発明を完成するに至った。
すなわち本発明の積層型酸素濃度センサの製造方法
は、電極が形成された固体電解質セラミックよりなるグ
リーンシートを焼成して形成された固体電解質層と、ヒ
ータが形成された絶縁性セラミックよりなるグリーンシ
ートを焼成して形成された絶縁体層と、を無機質接着剤
を介して積層し焼成することで接着剤層を形成して固体
電解質層と絶縁体層を接着する積層型酸素濃度センサの
製造方法であって、 無機質接着剤は固体電解質セラミックと絶縁性セラミ
ックとの混合物を主成分とし、焼成後の接着剤層の厚さ
が0.1〜1.0mmとなるように用いられることを特徴とす
る。
固体電解質セラミックとは酸素イオン導電性を有する
物質であり、酸化カルシウム、酸化イットリウムなどで
安定化された安定化ジルコアまたは部分安定化ジルコニ
アが代表的な材料である。他にトリア、セリア系酸化物
固溶体なども用いることができる。この固体電解質セラ
ミックから固体電解質層を形成するには、結合剤、溶
媒、可塑剤などとともにスラリーを形成し、スリップキ
ャスティング法、ラバープレス法、射出成形法、ドクタ
ーブレード法など、従来と同様の方法でグリーンシート
を作製する。そして所定温度で焼成することにより形成
することができる。
絶縁性セラミックとしては、アルミナ、マグネシアな
ど電気絶縁性を有するものが用いられる。そして固体電
解質層を形成するのと同様の方法により絶縁体層を形成
することができる。なお、この絶縁体層にはヒータが形
成される。このヒータは通常白金から形成され、白金ペ
ーストをスクリーン印刷などにより絶縁性セラミックの
グリーンシート表面に印刷する。そしてグリーンシート
の焼成時に同時に焼成され、絶縁体層と一体的に結合さ
れる。
次に固体電解質層と絶縁体層とが無機質接着剤を介し
て積層され、焼成されるのであるが、本発明の最大の特
徴はこの無機質接着剤の組成にある。
すなわち無機質接着剤は固体電解質層を構成する固体
電解質セラミックと、絶縁体層を構成する絶縁性セラミ
ックとの混合物を主成分とする。その比率は特に制限さ
れないが、体積比でほぼ同量とするのが望ましい。これ
により両層は略同等の接着力で接着され、剥離が確実に
防止される。なお、この無機質接着剤の焼結性はやや悪
い程度に構成することが好ましい。このような無機質接
着剤を用いれば、焼成後の接着剤層は多孔質となるため
熱衝撃などが緩衝され、クラックの発生を一層防止する
ことができる。また無機質接着剤には、他にシリカ、マ
グネシアなど従来の接着剤に用いられる成分を含有させ
ることもできる。
固体電解質層と絶縁体層を接着するには、一方または
両方の層の表面に上記無機質接着剤のペーストを塗布
し、無機質接着剤層を中央にして両層を積層して焼成す
る。
この無機質接着剤は、焼成後の厚さが0.1〜1.0mmとな
るように用いられる。一般的に、接着剤層の厚さと剥離
強度およびせん断強度の間には、第4図に示すような関
係がある。すなわち接着剤層の厚さが所定厚さとなるま
では厚くなるにつれて剥離強度は増大するが、それ以上
厚くしても効果が飽和する。一方、せん断強度は接着剤
層の厚さが厚くなるにつれて徐々に低下する。すなわち
最適な厚さが存在する。本発明の場合にもこの法則が当
てはまり、本発明者らの研究によれば接着剤層の厚さが
上記範囲にあれば、使用温度が約700℃と高温であって
も剥離などの不具合は生じなかった。そこで焼成後の厚
さを0.1〜1.0mmと規定したものである。
接着剤層を上記範囲とするには、無機質接着剤のペー
ストを焼成時の収縮量を加味した厚さに塗布すればよ
い。このように塗布するには所定厚さのスペーサを無機
質接着剤層に入れる方法は、固体電解質層または絶縁体
層に所定厚さの段部を形成する方法などを採用すること
ができる。
なお、絶縁体層は固体電解質層の片側だけに形成して
もよいが、両側に形成することが望ましい。これにより
固体電解質層の温度分布が一層均一となり、被測定ガス
の温度変化が大きい場合にも精度高く測定することがで
きる。
[発明の作用および効果] 本発明の積層型酸素濃度センサの製造方法では、無機
質接着剤は固体電解質層を構成する固体電解質セラミッ
クと絶縁体層を構成する絶縁性セラミックの混合物を主
成分としている。従って無機質接着剤は固体電解質層お
よび絶縁体層の両方と親和性に優れ、優れた接着力を示
す。また固体電解質セラミックと絶縁性セラミックとは
焼結性があまり良くない。従ってこれらが共存する無機
質接着剤を焼成すると、形成される接着剤層は多孔質と
なる。これにより熱衝撃などの緩衝作用が生じ、センサ
のクラックなどの不具合が防止される。また接着剤層の
厚さは最適な範囲にあるため、高温使用時の剥離が防止
されている。
すなわち本発明の製造方法によれば、反り、クラック
などの不具合なく、高温使用時の寿命の長い積層型酸素
濃度センサを容易に、かつ確実に製造することができ
る。
[実施例] 以下、実施例により具体的に説明する。第1図に本実
施例により製造された積層型酸素濃度センサの構成を説
明する斜視図を、第2図にその断面図を示す。
(絶縁体層の形成) アルミナ粉末100重量部と溶媒(イソブチルアルコー
ル、トリクロロエチレン)100重量部および結合剤(ポ
リビニルブチラール)14重量部を混合してスラリーと
し、ドクターブレード法にてアルミナグリーンシートを
作製した。このアルミナグリーンシート表面に市販の白
金ペースト(白金含有量85重量%)をスクリーン印刷
し、その表面にさらにアルミナグリーンシートを積層し
た。またその裏面側に、短冊状に切断されたアルミナグ
リーンシートを積層した。そして1550℃で1時間焼成し
て絶縁体層1を形成した。この絶縁体層1は、中間部分
に白金からなるヒータ10が内蔵され、一表面に段状の凸
部11が形成されている。この絶縁体層1は2個形成さ
れ、そのうちの一方に表裏面に貫通する第1貫通孔12が
ドリルで穿設されている。
(固体電解質層の形成) 3mol%のイットリアで部分安定化されたジルコニア粉
末100重量部と、溶媒(イソブチルアルコール、トリク
ロロエチレン)90重量部および結合剤(ポリビニルブチ
ラール)14重量部とを混合してスラリーとし、ドクター
ブレード法にてジルコニアグリーンシートを形成した。
このジルコニアグリーンシートを用いて第2図に示す検
知部2を形成した。
この検知部2は第1固体電解質層21の表面に、第2固
体電解質層22、第3固体電解質層23が順次積層された構
成である。第1固体電解質層21と第2固体電解質層22の
間にはスペーサ24が挟持されて筒状をなし、一端は大気
に解放され他端は閉塞されている。第3固体電解質層23
は第2固体電解質層22に対向する表面に凹部25をもち、
この凹部25は第2固体電解質層22で閉塞された密閉空間
となっている。また凹部25の底には他表面に貫通する第
2貫通孔26が穿設されている。第2固体電解質層22の両
表面にはそれぞれスクリーン印刷法により白金電極27、
28が形成されている。そして第1固体電解質層21および
第3固体電解質層23の表面には、それぞれ絶縁体層1の
凸部11が嵌合する溝部29が形成されている。
この検知部2はそれぞれの固体電解質層を積層後、14
00℃で1時間焼成される。なお、凸部11および溝部29
は、焼成時の収縮率を考慮して大きさが決められてお
り、凸部11は焼成後の突出高さが1mmとなり、溝部29は
焼成後の深さが0.5mmとなるように計算されている。ち
なみに、アルミナグリーンシートの収縮率は20%、ジル
コニアグリーンシートの収縮率は25%である。
(接着) 上記で用いたアルミナ粉末およびジルコニア粉末をそ
れぞれ45重量部、シリカ10重量部、溶媒(イソブチルア
ルコール、トリクロロエチレン)90重量部、結合剤(ポ
リビニルブチラール)14重量部を混合して無機質接着剤
を調製した。この無機質接着剤を第1固体電解質層21お
よび第3固体電解質層23表面に塗布し、2個の絶縁体層
をそれぞれ第1固体電解質層21および第3固体電解質層
23に、凸部と溝部との嵌合により位置決めされ、第1貫
通孔12と第2貫通孔26が連通するように積層して、約15
00℃で1時間焼成した。これにより2つの絶縁体層1
は、厚さ0.5mmの接着剤層3を介してそれぞれ検知部2
の両表面に接着された。また得られた接着剤層3は多孔
質体となっていることが確認された。
(試験) 得られた積層型酸素濃度センサを自動車の排気系に取
付け、素子温700℃保持の条件で耐久試験を行なった。
その結果を第1表に示す。また比較のために凸部11と溝
部29の形状を変化させ ることにより接着剤層3の厚さを変化させたこと以外は
同様の酸素濃度センサを製造し、同様に耐久試験を施し
た。その結果も併せて第1表に示す。表より接着剤層3
の厚さが0.1〜1.0mmの範囲にあれば剥離が無く、耐久性
に優れていることがわかる。
(他の態様) 本実施例では凸部11と溝部29により接着剤層3の厚さ
を制御したが、第3図に示すように、絶縁体層1と検知
部2との間に所定の直径(Φ=0.5mm)を有するセラミ
ックビーズ4を介在させた状態で接着しても、同様に接
着剤層3の厚さを制御することができる。この方法によ
れば、セラミックビーズの径が接着剤層3の厚さとなる
ため、グリーンシート焼成時の収縮率を考慮する必要が
ない。なおセラミックビーズの材質としては、接着剤と
の接着性などを考慮するとアルミナ、またはジルコニア
から形成するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例により製造され
た酸素濃度センサに関し、第1図はその構成を説明する
斜視図、第2図はその断面図、である。第3図は他の実
施例により製造された酸素濃度センサの断面図である。
第4図は接着剤層の厚さと強度との関係を示すグラフで
ある。 1……絶縁体層、2……検知部 3……接着剤層、4……セラミックビーズ 10……ヒータ、11……凸部 12、20……貫通孔 21、22、23……固体電解質層 24……スペーサ、27、28……白金電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−218851(JP,A) 特開 昭62−50658(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/409 G01N 27/41 G01N 27/419

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極が形成された固体電解質セラミックよ
    りなるグリーンシートを焼成して形成された固体電解質
    層と、ヒータが形成された絶縁性セラミックよりなるグ
    リーンシートを焼成して形成された絶縁体層と、を無機
    質接着剤を介して積層し焼成することで接着剤層を形成
    して該固体電解質層と該絶縁体層を接着する積層型酸素
    濃度センサの製造方法であって、 前記無機接着剤は前記固体電解質セラミックと前記絶縁
    性セラミックとの混合物を主成分とし、焼成後の前記接
    着剤層の厚さが0.1〜1.0mmとなるように用いられること
    を特徴とする積層型酸素濃度センサの製造方法。
  2. 【請求項2】前記固体電解質層及び前記絶縁体層にはそ
    れぞれ段部が形成され、それぞれの段部が係合すること
    により焼成後の前記無機接着剤の厚さが0.1〜1.0mmとな
    るように調整されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の積層型酸素濃度センサの製造方法。
JP63244992A 1988-09-29 1988-09-29 積層型酸素濃度センサの製造方法 Expired - Fee Related JP2800196B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63244992A JP2800196B2 (ja) 1988-09-29 1988-09-29 積層型酸素濃度センサの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63244992A JP2800196B2 (ja) 1988-09-29 1988-09-29 積層型酸素濃度センサの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0291557A JPH0291557A (ja) 1990-03-30
JP2800196B2 true JP2800196B2 (ja) 1998-09-21

Family

ID=17126970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63244992A Expired - Fee Related JP2800196B2 (ja) 1988-09-29 1988-09-29 積層型酸素濃度センサの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2800196B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3873381B2 (ja) 1997-06-19 2007-01-24 株式会社デンソー 積層型空燃比センサ
DE19746516C2 (de) * 1997-10-22 2001-09-27 Bosch Gmbh Robert Planares Sensorelement
JP4693304B2 (ja) * 2001-08-30 2011-06-01 京セラ株式会社 酸素センサ
JP2003344348A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Kyocera Corp 酸素センサ素子
HU229848B1 (hu) * 2005-12-08 2014-10-28 Dutkay Gyoergy Dr Eljárás felületek között villamosan nem vezetõ anyaggal oldhatatlan mechanikai kötés létrehozására
JP7194694B2 (ja) * 2018-03-29 2022-12-22 日本碍子株式会社 ガスセンサ素子
JP6917349B2 (ja) * 2018-08-23 2021-08-11 株式会社Soken ガスセンサ素子

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6250658A (ja) * 1985-08-30 1987-03-05 Hitachi Ltd 固体電解質型酸素センサの酸素センサ素子およびその製造方法
JPS62218851A (ja) * 1986-03-20 1987-09-26 Japan Electronic Control Syst Co Ltd 内燃機関用酸素センサ

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0291557A (ja) 1990-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4655901A (en) Oxygen sensor element
JP3324195B2 (ja) 酸素センサの製造方法
EP0203351B1 (en) Oxygen sensor element and process for producing the same
JP2800196B2 (ja) 積層型酸素濃度センサの製造方法
JP4502991B2 (ja) 酸素センサ
JP3668050B2 (ja) ヒータ一体型酸素センサおよびその製造方法
JP2003279528A (ja) 酸素センサ素子
EP0166445B1 (en) Reinforced zirconia-base sintered body, process for producing the same, and plate-like zirconia-base electrolyte function element
JP2001281219A (ja) 空燃比センサ素子
JP3931783B2 (ja) ガスセンサ素子
JP3860768B2 (ja) 酸素センサ素子
JP3850286B2 (ja) 酸素センサ
JP4113479B2 (ja) 酸素センサ素子
JP4610127B2 (ja) 空燃比センサ素子
JP2003344350A (ja) 酸素センサ素子
JP2001041922A (ja) ヒータ一体型酸素センサ素子
JP4721593B2 (ja) 酸素センサ
JP4689859B2 (ja) ヒータ一体型酸素センサ素子
JP3694618B2 (ja) ヒータ一体型酸素センサ素子
JP4689860B2 (ja) ヒータ一体型酸素センサ素子
JPH0521425B2 (ja)
JP3987708B2 (ja) 理論空燃比センサ素子
JP2003130842A (ja) 酸素センサ
JP2001013101A (ja) ヒータ一体型酸素センサ素子およびその製造方法
JP3860771B2 (ja) 酸素センサ素子

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees