JP3486956B2 - Oxygen concentration detector - Google Patents
Oxygen concentration detectorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関において、燃
焼制御に使用されて有効な酸素濃度検出器(酸素センサ
ー、空燃比センサー、リーンセンサー等)に関する発明
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen concentration detector (oxygen sensor, air-fuel ratio sensor, lean sensor, etc.) effectively used for combustion control in an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、自動車内燃機関の排ガス中の
酸素濃度を検出するためのガス検出器として、ZrO2
固体電解質を用いた、例えば、酸素濃淡起電力式のもの
が良く知られており、そして、このようなものが広く実
用化されてきている。前記起電力式ガス検出器として
は、特公平2-15017 に開示されるような酸素濃度検出器
がある。2. Description of the Related Art Conventionally, ZrO 2 has been used as a gas detector for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile internal combustion engine.
For example, an oxygen concentration electromotive force type using a solid electrolyte is well known, and such a type has been widely put into practical use. As the electromotive force type gas detector, there is an oxygen concentration detector as disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-15017.
【0003】該酸素濃度検出器は、検出器の先端部分に
酸素検知素子が設けており、該酸素検知素子は、内側電
極,固体電解質焼結体,外側電極,電極保護層を順に形
成した構成からなる有底円筒体である。また、前記酸素
検知素子の内腔内にはヒーターが挿入されている。前記
電極保護層は、セラミックコーティング層、又はセラミ
ックコーティング層上に、例えば、γ−Al2 O3 層を
設けた層から形成されている。排気ガスは、前記セラミ
ックコーティング層、又は前記γ−Al2 O3層を通っ
て前記外側電極に達し、センサ出力を得る。 しかし、
ある種の実用条件下では、前記酸素検知素子の最外層の
表面が、排気ガスに由来する付着物により被覆される。
この付着物は、P,Ca,Zn,Si等のオイル成分、
及びK,Na,Pb等のガソリン混合成分からなる微細
な粒子や膜状のガラス質等よりなり、前記付着物により
前記電極保護層の表面が被覆され、排気ガスの前記外側
電極への拡散を妨げる。これが原因となって、センサ出
力の低下や応答性の低下といった品質劣化が生じる。従
って、このような付着物が付着した場合、前記ガス検出
器は長期間安定したセンサ特性が得られなくなるという
問題がある。The oxygen concentration detector is provided with an oxygen detecting element at the tip of the detector, and the oxygen detecting element has a structure in which an inner electrode, a solid electrolyte sintered body, an outer electrode and an electrode protective layer are formed in this order. It is a cylinder with a bottom. Further, a heater is inserted in the lumen of the oxygen detection element. The electrode protection layer is formed of a ceramic coating layer or a layer in which a γ-Al 2 O 3 layer is provided on the ceramic coating layer. The exhaust gas reaches the outer electrode through the ceramic coating layer or the γ-Al 2 O 3 layer to obtain a sensor output. But,
Under certain practical conditions, the surface of the outermost layer of the oxygen sensing element is coated with deposits derived from exhaust gas.
This deposit is an oil component such as P, Ca, Zn, Si,
And fine particles of a mixed gasoline component such as K, Na, and Pb, or a film-like vitreous material. The surface of the electrode protective layer is covered with the deposits to prevent the exhaust gas from diffusing to the outer electrode. Hinder. This causes quality deterioration such as a decrease in sensor output and a decrease in responsiveness. Therefore, when such an adhered substance adheres, there is a problem that the gas detector cannot obtain stable sensor characteristics for a long period of time.
【0004】そこで、上記問題点を解決するために、例
えば、比較的多孔質な溶射膜や粒径が数μmのγ−Al
2 O3 粒子からなる被毒物トラップ層を前記電極保護層
上に設け、目詰まりが起きないような改良案が提案され
ている。該提案の第1は、酸素検知素子における排気ガ
スに曝される側の表面に、耐熱性で、かつ多孔性であ
り、検出ガス透過可能な金属酸化物からなる絶縁被膜を
被覆し、該絶縁被膜に触媒を担持させた酸素検知素子が
提案されている(特開昭52-73089号)。前記絶縁被膜と
しては、γ−Al2 O3 ,ZrO2 ,MgO等が採用さ
れている。前記触媒としては、Pt,Pd,Rh等が採
用されている。前記絶縁被膜は、被毒成分が直接に前記
酸素検知素子に付着することを防止するので、ガス検出
器自体の耐久性が向上する。Therefore, in order to solve the above problems, for example, a relatively porous sprayed film or γ-Al having a particle size of several μm is used.
An improvement plan has been proposed in which a poisoning substance trap layer made of 2 O 3 particles is provided on the electrode protection layer so that clogging does not occur. The first of the proposals is to coat the surface of the oxygen detection element on the side exposed to exhaust gas with an insulating film made of a metal oxide that is heat-resistant and porous and is permeable to the detection gas. An oxygen sensing element in which a coating carries a catalyst has been proposed (JP-A-52-73089). As the insulating coating, γ-Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO or the like is used. As the catalyst, Pt, Pd, Rh or the like is adopted. The insulating coating prevents poisoning components from directly adhering to the oxygen detection element, so that the durability of the gas detector itself is improved.
【0005】前記提案の第2は、酸素検知素子の検出ガ
ス側電極の表面に、アルミナスピネルよりなる保護層を
設け、更に該保護層の外層面に吸着能力の高いγ−Al
2 O 3 よりなる被毒物最外層を設けた酸素センサがある
(特開昭61-153561 号)。前記アルミナスピネルは、検
出ガスの流量を制御し、電極での反応性を向上させると
共に、電極を保護する機能を有している。The second of the above-mentioned proposals is the detection gas of the oxygen detection element.
A protective layer made of alumina spinel on the surface of the electrode
Γ-Al having a high adsorption ability on the outer surface of the protective layer.
2O 3There is an oxygen sensor provided with the outermost layer of poisonous substances
(JP-A 61-153561). The alumina spinel is
By controlling the flow rate of the discharged gas and improving the reactivity at the electrode
Both have the function of protecting the electrodes.
【0006】以上に説明した前記提案の前記ガス検出器
は、特に内燃機関の排気ガスの検出に有効であり、即ち
Pb,P,S,Si,Zn等の被毒成分の捕獲に非常に
奏効している。また、内部の触媒成分の被毒劣化を防止
し、耐久性を大幅に向上させる効果も有している。しか
しながら、近年、地球環境政策に対応して、内燃機関に
おける燃費向上や性能向上のさらなる改善が推進され、
ガス検出器の使用環境は、より過酷になってきている。
即ち、ガス検出器の使用温度が高くなり、かつ被毒成分
量が増加している。そのため、捕獲された被毒成分が高
温下において互いに化学反応を起こしたり、或いは、溶
融を起こし、その後の冷却により、酸素検知素子表面に
それ自体通気性を持たない緻密なガラス状付着被膜を形
成し、目詰まりを起こす事態が発生してきている。The above-mentioned proposed gas detector described above is particularly effective for detecting exhaust gas of an internal combustion engine, that is, it is very effective in capturing poisoning components such as Pb, P, S, Si and Zn. is doing. It also has the effect of preventing poisoning and deterioration of the internal catalyst components and greatly improving durability. However, in recent years, in response to global environmental policy, further improvement of fuel efficiency and performance improvement in internal combustion engines has been promoted,
The usage environment of gas detectors is becoming more severe.
That is, the operating temperature of the gas detector is increasing and the amount of poisoning component is increasing. Therefore, the captured poisoning components cause a chemical reaction with each other at high temperature, or cause melting, and after cooling, form a dense glass-like adhered film that does not have air permeability on the surface of the oxygen sensing element. However, there is a situation that causes clogging.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の如き
事態に対応して、鋭意検討し、酸素検知素子表面に通気
性を持たない緻密なガラス状付着被膜の形成を防止し、
目詰まりを起こす事のない耐久性に優れた、即ち長期間
に渡って安定したセンサ出力を維持することが出来る酸
素濃度検出器の提供を課題とするものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been earnestly studied in response to the above situation, and prevents formation of a dense glass-like adhered film having no air permeability on the surface of an oxygen sensing element,
An object of the present invention is to provide an oxygen concentration detector having excellent durability without causing clogging, that is, capable of maintaining a stable sensor output for a long period of time.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、請求
項1、即ち、内側面及び外側面にそれぞれ内側電極及び
外側電極、該外側電極のさらに外側にセラッミックス多
孔質体からなる電極保護層を備えた酸素検知素子と、前
記酸素検知素子内側面の前記内側電極と電気的に接続さ
れた出力取り出し手段と、前記酸素検知素子を収納する
ためのハウジングを少なくとも備えており、しかも、前
記電極保護層のさらに外側にセラッミックス多孔質体で
あり、表面粗度がJIS十点平均粗さ(JIS B 0
601−1982:Rz )表示で20乃至100μmで
あるトラップ層を設けたことを特徴とする酸素濃度検出
器を採用することで課題解決するものである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides the electrode protection layer according to claim 1, that is, an inner electrode and an outer electrode on the inner and outer surfaces, respectively, and a ceramics porous body on the outer side of the outer electrode. At least an oxygen detection element having an output detection means electrically connected to the inner electrode on the inner surface of the oxygen detection element, and a housing for accommodating the oxygen detection element. A ceramic porous body is provided on the outer side of the protective layer, and has a surface roughness of JIS 10-point average roughness (JIS B 0
The problem is solved by adopting an oxygen concentration detector characterized in that a trap layer having a thickness of 60 to 1982: R z ) and a thickness of 20 to 100 μm is provided.
【0009】また、請求項6、即ち、球状、塊状、ファ
イバー状、フォーム状、柱状、或いは針状のα−Al2
O3 、γ−Al2 O3 、ムライト、MgO・Al2 O3
スピネルの1種以上の耐熱性粒子と無機バインダーと分
散剤とを水に分散したスラリーを、内側面及び外側面に
それぞれ内側電極及び外側電極、該外側電極のさらに外
側にセラッミックス多孔質体からなる電極保護層を備え
た一端の閉塞した筒状の酸素検知素子の前記電極保護層
上に、ディッピング或いはスプレーにより前記スラリー
を付着させ、その後、500乃至900℃で焼き付ける
ことで、表面粗度がJIS十点平均粗さ(JIS B
0601−1982:R z )表示で20乃至100μm
であるトラップ層を形成することを特徴とする酸素濃度
検出器の製造法を採用することで、本発明の酸素濃度検
出器を提供するものである。 In addition, claim 6, that is, spherical, lump-shaped, fiber-shaped, foam-shaped, column-shaped or needle-shaped α-Al 2
O 3 , γ-Al 2 O 3 , mullite, MgO · Al 2 O 3
A slurry in which one or more kinds of heat-resistant particles of spinel, an inorganic binder and a dispersant are dispersed in water is formed of an inner electrode and an outer electrode on the inner and outer sides, respectively, and a ceramic porous body on the outer side of the outer electrode. The surface roughness can be determined according to JIS by depositing the slurry by dipping or spraying on the electrode protection layer of the cylindrical oxygen detection element having one end closed and provided with the electrode protection layer, and then baking at 500 to 900 ° C. Ten-point average roughness (JIS B
0601-1982: R z ) display 20 to 100 μm
Forming a trapping layer is by employing the manufacturing method of an oxygen concentration detector according to claim, there is provided an oxygen concentration detector of the present invention.
【0010】[0010]
【作用】トラップ層の表面を凹凸化することにより、過
酷な使用環境において使用して前記トラップ層の表面に
ガラス状付着物が付着した場合にも、凸部と凹部との間
で付着物が分断されて、前記トラップ層表面全体を覆う
ことがなく、表面付近における細孔の開孔部は確実に確
保され、目詰まりの発生がない。By making the surface of the trap layer uneven, even when a glass-like deposit adheres to the surface of the trap layer in a harsh environment of use, the deposit will not be present between the convex portion and the concave portion. It is not divided and does not cover the entire surface of the trap layer, and the opening portions of the pores near the surface are surely secured, and clogging does not occur.
【0011】即ち、前記トラップ層の表面に被毒成分由
来の付着物が付着し、ガラス状の緻密な層が生成して
も、常に多くの開孔部を維持し、被検出ガスが電極へ到
達することを妨げることを防止できる。また、前記付着
物が、トラップ層内部に形成された電極保護層まで到達
することも防止できる。これにより、被検出ガスが測定
雰囲気から前記トラップ層及び前記電極保護層を通り、
電極まで容易に到達でき、長期間に渡って安定したセン
サ出力を維持することができる。That is, even if deposits derived from poisoning components adhere to the surface of the trap layer to form a dense glassy layer, many open holes are always maintained, and the gas to be detected reaches the electrode. It can be prevented from reaching. Further, it is possible to prevent the attached matter from reaching the electrode protective layer formed inside the trap layer. Thereby, the gas to be detected passes from the measurement atmosphere through the trap layer and the electrode protective layer,
The electrodes can be easily reached and a stable sensor output can be maintained for a long period of time.
【0012】[0012]
【実施例】図1は、本発明の酸素濃度検出器90の構成
を説明するためのものである。図において、酸素濃度検
出器90は、電気化学的セルを形成する酸素検知素子9
1と、該酸素検知素子91を収容するハウジング92と
を有している。該ハウジング92は、略中央部にフラン
ジ931を設けた胴部93を有し、該胴部93の下方に
は排気通路に挿入される排気カバー94を有し、前記胴
部93の上方には大気と接する大気カバー95を有して
いる。前記排気カバー94は、ステンレス製の内部カバ
ー941と外部カバー942とを有し、前記内部カバー
941と前記外部カバー942には排気口943、94
4を設けてある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is for explaining the structure of an oxygen concentration detector 90 of the present invention. In the figure, an oxygen concentration detector 90 is an oxygen sensing element 9 forming an electrochemical cell.
1 and a housing 92 that houses the oxygen detection element 91. The housing 92 has a body portion 93 provided with a flange 931 at a substantially central portion thereof, an exhaust cover 94 inserted into the exhaust passage below the body portion 93, and an upper portion above the body portion 93. It has an atmosphere cover 95 in contact with the atmosphere. The exhaust cover 94 has an inner cover 941 and an outer cover 942 made of stainless steel. The inner cover 941 and the outer cover 942 have exhaust ports 943, 94.
4 is provided.
【0013】一方、前記大気カバー95は、前記胴部9
3に取り付けられたメインカバー951と、該メインカ
バー951の後端部を覆うサブカバー952とを備えて
おり、前記メインカバー951及び前記サブカバー95
2には図示しない大気取り入れ口を設けてある。そし
て、前記酸素濃度検出器90は、絶縁部材932を介し
て、前記胴部93に挟持されている。また、前記酸素検
知素子91の内部電極911と外部電極912(尚、内
部電極911と外部電極912は、以下の第1から第4
実施例においては、前記内部電極911を内部電極3
2、前記外部電極912を外部電極31として符号表示
してある)には、それらを包むように挟持する金属製の
板状端子961、962が接続されている。そして、該
板状端子961、962は、出力取り出しリード線97
1、972と接続されている。即ち、前記板状端子96
1、962には、帯状の端子片963、964が、接触
片965、966に対して突設されている。そして前記
端子片963、964は、他端983、984を前記リ
ード線971、972と接続したコネクタ981、98
2の一端985、986に接続されている。前記板状端
子961、962は、逆T字型の金属板を筒状に変形
し、前記内部電極911または前記外部電極912を挟
持する。そして、金属板のばね弾性力により、前記板状
端子961、962と前記内部電極911と前記外部電
極912との間には、適切な接触圧力が付与されてい
る。一方、前記リード線971、972には、前記酸素
センサ90の軸方向に向かう引っ張り力が働くことか
ら、前記コネクタ981、982を介して前記板状端子
961、962が引っ張られ、軸方向にスライドするこ
とがある。これを防止するために、前記酸素センサ90
の端部には、ゴムブッシュ991、992に挟まれたス
トッパ993が設けられている。該ストッパ993は、
前記コネクタ981、982の移動を抑止刷るものであ
り、また前記リード線971、972間の絶縁を保持す
るための樹脂材によって形成されている。尚、973
は、前記酸素検知素子91を加熱するヒータ用のワイヤ
である。そして、前記酸素センサ90は前記排気カバー
94を排気通路内に挿入し、前記フランジ931によっ
て排気通路に固定される。以上の構成のような前記酸素
センサ90は、酸素イオン伝導体である固体電解質の両
面に電極を設けて電気化学的セルを構成したものであ
り、電極の一方には排気ガスを導入し、他方には大気を
導入し、両者の酸素濃度差によって生じる電極間の電位
差から空燃比を検知するものである。On the other hand, the atmosphere cover 95 has the body portion 9
3 is provided with a main cover 951 and a sub cover 952 that covers a rear end portion of the main cover 951. The main cover 951 and the sub cover 95 are provided.
2 has an air intake port (not shown). The oxygen concentration detector 90 is sandwiched by the body 93 via an insulating member 932. Further, the internal electrode 911 and the external electrode 912 of the oxygen detection element 91 (the internal electrode 911 and the external electrode 912 are the following first to fourth electrodes, respectively).
In the embodiment, the internal electrode 911 is replaced by the internal electrode 3
2. The external electrodes 912 are indicated as the external electrodes 31 by reference numerals), and metal plate terminals 961 and 962 for sandwiching them so as to wrap them are connected. The plate-shaped terminals 961 and 962 are connected to the output lead wire 97.
1, 972 are connected. That is, the plate-shaped terminal 96
1, 962, strip-shaped terminal pieces 963, 964 are provided so as to project from the contact pieces 965, 966. The terminal pieces 963 and 964 have connectors 981 and 98 whose other ends 983 and 984 are connected to the lead wires 971 and 972.
2 is connected to one ends 985 and 986. The plate-shaped terminals 961 and 962 are formed by deforming an inverted T-shaped metal plate into a tubular shape and sandwiching the internal electrode 911 or the external electrode 912. An appropriate contact pressure is applied between the plate-shaped terminals 961 and 962, the internal electrode 911, and the external electrode 912 by the spring elastic force of the metal plate. On the other hand, a pulling force acting in the axial direction of the oxygen sensor 90 acts on the lead wires 971 and 972, so that the plate terminals 961 and 962 are pulled through the connectors 981 and 982 and slide in the axial direction. I have something to do. In order to prevent this, the oxygen sensor 90
A stopper 993 sandwiched between rubber bushes 991 and 992 is provided at the end of the. The stopper 993 is
The connector 981 and 982 are printed to prevent movement of the connectors 981 and 982, and are formed of a resin material for maintaining insulation between the lead wires 971 and 972. Incidentally, 973
Is a wire for a heater that heats the oxygen detection element 91. The oxygen sensor 90 has the exhaust cover 94 inserted into the exhaust passage and is fixed to the exhaust passage by the flange 931. The oxygen sensor 90 having the above structure is one in which an electrode is provided on both surfaces of a solid electrolyte that is an oxygen ion conductor to form an electrochemical cell, and exhaust gas is introduced into one of the electrodes and the other is introduced into the other. The atmosphere is introduced into the chamber and the air-fuel ratio is detected from the potential difference between the electrodes caused by the difference in oxygen concentration between the two.
【0014】以下、本発明の主要部分について説明す
る。
〔第1実施例〕第1実施例は、以下に詳細する被毒物ト
ラップ層(以下、トラップ層と言う)の表面を故意に凹
凸化させることにより、ガラス状付着物が凸部と凹部に
付着した際に、両者の間で付着物が分断されて、表面層
全体を覆うことがなく、排気ガスの通気経路が確保され
ることを見いだしたものである。The main part of the present invention will be described below. [First Example] In the first example, the surface of a poisoning substance trap layer (hereinafter referred to as a trap layer), which will be described in detail below, is intentionally made uneven so that a glassy deposit adheres to a convex portion and a concave portion. In doing so, it was found that the adhered matter was divided between the two and the whole surface layer was not covered, and the ventilation path of the exhaust gas was secured.
【0015】本実施例の酸素濃度検出器90は、酸素濃
淡起電力式センサであり、図2に示す。酸素検知素子9
1は、一対の外側電極31及び内側電極32と前記外側
電極31を保護しガス拡散を制御する多孔質な電極保護
層2、さらに、該電極保護層2を覆うトラップ層1とを
有してなり、かつ該トラップ層1は、被毒成分捕獲用の
多孔質体で構成されている。前記電極保護層2は、Mg
O・Al2 O3 スピネル等の溶射より形成された多孔質
な保護層である。前記トラップ層1は、図3に示すよう
に多数の粒子により形成された多孔体である。その粒子
は、熱的に安定であり、連続的に結合して前記トラップ
層1を形成している。The oxygen concentration detector 90 of this embodiment is an oxygen concentration electromotive force type sensor and is shown in FIG. Oxygen sensing element 9
1 has a pair of outer electrode 31 and inner electrode 32, a porous electrode protective layer 2 that protects the outer electrode 31 and controls gas diffusion, and a trap layer 1 that covers the electrode protective layer 2. In addition, the trap layer 1 is composed of a porous body for capturing poisoning components. The electrode protection layer 2 is made of Mg
It is a porous protective layer formed by thermal spraying of O.Al 2 O 3 spinel or the like. The trap layer 1 is a porous body formed of a large number of particles as shown in FIG. The particles are thermally stable and continuously bond to form the trap layer 1.
【0016】前記トラップ層1の表面は、図4に示すよ
うに凹凸を有する構造となっている。前記トラップ層1
の表面を凹凸化することにより、該トラップ層1表面に
がラス状付着物が付着しても(図5に記す)、凸部と凹
部との間で付着物が分断されて、表面層全体を覆うこと
がなく、従って排気ガスの通気経路が確保される。この
凹凸の深さは、十点平均粗さ(JIS B 0601−
1982:Rz )で20μm以上にしないと効果が得ら
れない。凹凸の深さが十点平均粗さ(Rz )で20μm
未満では使用時間が短い場合には付着物の量が少なく前
記トラップ層1の表面付近の開孔部の開口は維持される
が、使用時間が長くなると付着物の量が多くなり、凸部
の付着物と凹部の付着物とがつながってしまい、目詰ま
りを起こすおそれがある。The surface of the trap layer 1 has a structure having irregularities as shown in FIG. The trap layer 1
Even if lath-like deposits adhere to the surface of the trap layer 1 (described in FIG. 5) by making the surface of the surface uneven, the deposits are divided between the convex portions and the concave portions, and the entire surface layer Is not covered, thus ensuring a ventilation path for exhaust gas. The depth of the unevenness is 10-point average roughness (JIS B 0601-
1982: R z ), the effect cannot be obtained unless it is 20 μm or more. The unevenness has a ten-point average roughness (R z ) of 20 μm.
If it is less than 1, the amount of deposits is small when the use time is short, and the opening of the opening near the surface of the trap layer 1 is maintained. The adhered matter and the adhered matter in the recess are connected to each other, which may cause clogging.
【0017】前記トラップ層1は、該トラップ層を形成
する粒子に水と、粒子の重量の3乃至20重量%の無機
バインダー及び分散剤を加えてスラリーを作製し、この
スラリーを酸素検知素子表面にディッピング又はスプレ
ーにより付着させ、さらに500〜900℃で焼き付け
ることによって形成する。前記スラリー作製に用いる粒
子を平均粒径20μm以上とし、かつ10μm以下の粒
子を10%以下にすることで、前記トラップ層1表面の
十点平均粗さ(Rz )を20μm以上にすることができ
る。The trap layer 1 is prepared by adding water and 3 to 20% by weight of the inorganic binder and dispersant to the particles forming the trap layer to prepare a slurry. It is attached by dipping or spraying and then baked at 500 to 900 ° C. By setting the particles used for preparing the slurry to have an average particle size of 20 μm or more and 10% or less of particles having a particle size of 10 μm or less, the ten-point average roughness (R z ) of the surface of the trap layer 1 can be 20 μm or more. it can.
【0018】また、10μm以下の粒子が10%以上の
場合においても、例えば50μm以上の粗い粒子を混合
することで十点平均粗さ(Rz )を20μm以上にする
ことができる。前記トラップ層1を形成する粒子の粒度
分布を制御することで十点平均粗さ(Rz )を調整でき
る。また、500〜900℃で燃焼等で飛散する樹脂剤
等の有機物をスラリーに混合し、ディッピング法等によ
り前記酸素検知素子91表面に付着させた後、焼き付け
ることによっても十点平均粗さ(Rz )を調整できる。Even when the proportion of particles having a size of 10 μm or less is 10% or more, the ten-point average roughness (R z ) can be made to be 20 μm or more by mixing coarse particles having a size of 50 μm or more. The ten-point average roughness (R z ) can be adjusted by controlling the particle size distribution of particles forming the trap layer 1. The ten-point average roughness (R) can also be obtained by mixing an organic substance such as a resin agent, which is scattered by combustion at 500 to 900 ° C., into the slurry, adhering it to the surface of the oxygen detecting element 91 by a dipping method or the like, and then baking it. z ) can be adjusted.
【0019】前記トラップ層1は、α−Al2 O3 ,γ
−Al2 O3 ,ムライト,MgO・Al2 O3 スピネル
の1種以上の耐熱粒子よりなることが好ましい。また、
粒子形状は、球状,塊状板状,ファイバー状,フォーム
状,柱状,針状等から選択できる。また、前記トラップ
層1は、1μm以下の緻密な1次粒子の集合により形成
された2次粒子を用いることもできる。前記トラップ層
1の平均細孔径dは、多孔質である電極保護層の平均細
孔径よりも大きい。電極保護層の平均細孔径以下の場合
には、被毒成分よりなる付着物が前記トラップ層1内で
目詰まりして、表面を覆い、排気ガスを通さなくなって
しまうおそれがある。The trap layer 1 is composed of α-Al 2 O 3 , γ
It is preferable to be composed of one or more heat-resistant particles of —Al 2 O 3 , mullite, and MgO · Al 2 O 3 spinel. Also,
The particle shape can be selected from spherical shape, massive plate shape, fiber shape, foam shape, column shape, needle shape and the like. In addition, the trap layer 1 can also use secondary particles formed by a collection of dense primary particles of 1 μm or less. The average pore diameter d of the trap layer 1 is larger than the average pore diameter of the porous electrode protection layer. If the average pore size of the electrode protective layer is less than the average pore size, the deposits of poisoning components may clog the trap layer 1 to cover the surface and prevent exhaust gas from passing through.
【0020】前記トラップ層1の平均細孔径dは、0.
5μm以上であることが好ましい。0.5μm未満で
は、使用時間が短い場合には付着物の量が少なく前記ト
ラップ層1の表面付近の開孔部の開口は維持されるが、
使用時間が長くなると付着物の量が多くなり、そのた
め、前記トラップ層1の表面付近に連続した付着物層を
形成し、目詰まりを起こすおそれがある。 また、平均
細孔径が大きいすぎると、従来からの微細な付着物が細
孔を通過して電極保護層に達し、電極保護層が目詰まり
を起こすおそれがある。従って、好ましくは、平均細孔
径dは、0.5〜50μmである。The average pore diameter d of the trap layer 1 is 0.
It is preferably 5 μm or more. If it is less than 0.5 μm, the amount of deposits is small when the usage time is short, and the opening of the opening near the surface of the trap layer 1 is maintained,
The longer the use time is, the larger the amount of deposits is. Therefore, a continuous deposit layer may be formed near the surface of the trap layer 1 to cause clogging. On the other hand, if the average pore diameter is too large, conventional fine deposits may pass through the pores and reach the electrode protective layer, and the electrode protective layer may be clogged. Therefore, the average pore diameter d is preferably 0.5 to 50 μm.
【0021】前記トラップ層1の厚みTは、付着物を分
断するのに必要な表面粗度Rz より大きくなるのは明ら
かであり、30〜500μmであることが好ましい。3
0μm未満では、前記トラップ層1の最も薄い部分が1
0μm未満となり、薄すぎて前記トラップ層1としての
効果を発揮することができないおそれがある。逆に、5
00μmより厚い場合には、前記トラップ層1が厚すぎ
て、電極保護層と前記トラップ層1との間の付着力が低
下するおそれがある。また、前記トラップ層1自体の排
気ガスの拡散を妨げ、センサ初期特性に悪影響を及ぼす
おそれがある。更に、好ましくは、50〜300μmで
ある。It is obvious that the thickness T of the trap layer 1 is larger than the surface roughness R z required to divide the deposit, and it is preferably 30 to 500 μm. Three
When the thickness is less than 0 μm, the thinnest part of the trap layer 1 is 1
The thickness is less than 0 μm, and there is a possibility that the effect as the trap layer 1 cannot be exhibited due to being too thin. Conversely, 5
If it is thicker than 00 μm, the trap layer 1 may be too thick, and the adhesion between the electrode protection layer and the trap layer 1 may be reduced. Further, the diffusion of the exhaust gas of the trap layer 1 itself may be hindered, and the initial characteristics of the sensor may be adversely affected. Furthermore, it is preferably 50 to 300 μm.
【0022】前記トラップ層1の気孔率は、40〜80
%であることが好ましい。40%未満の場合には、前記
トラップ層1が緻密すぎて目詰まりを起こすおそれがあ
るため、表面粗度を例えば50μm以上と大きくするこ
とで排気ガスの通気経路が確保される。また、80%を
越える場合には、前記トラップ層1の強度が低下するお
それがある。The trap layer 1 has a porosity of 40-80.
% Is preferable. If it is less than 40%, the trap layer 1 is too dense and may cause clogging. Therefore, by increasing the surface roughness to, for example, 50 μm or more, an exhaust gas ventilation path is secured. If it exceeds 80%, the strength of the trap layer 1 may decrease.
【0023】本実施例で説明したように、前記トラップ
層1の表面を凹凸化することにより、過酷な使用環境に
おいて使用して前記トラップ層1の表面に前期ガラス状
付着物が付着した場合にも、凸部と凹部との間で付着物
が分断されて、前記トラップ層1表面全体を覆うことが
なく、表面付近における細孔の開孔部は確実に確保さ
れ、目詰まりの発生がない。As described in this embodiment, by making the surface of the trap layer 1 uneven, when the glassy deposit adheres to the surface of the trap layer 1 in the harsh environment of use. In addition, the adhered matter is not divided between the convex portion and the concave portion to cover the entire surface of the trap layer 1, the open portion of the pores near the surface is surely secured, and clogging does not occur. .
【0024】即ち、前記トラップ層1の表面に被毒成分
由来の付着物が付着し、ガラス状の緻密な層が生成して
も、常に多くの開孔部を維持し、被検出ガスが電極へ到
達することを妨げることがない。また、前記付着物が、
前記トラップ層1内部に形成された電極保護層まで到達
することもない。これにより、被検出ガスが測定雰囲気
から前記トラップ層1及び電極保護層を通り、電極まで
容易に到達でき、長期間に渡って安定したセンサ出力を
維持することができる。That is, even if a deposit derived from a poisoning component adheres to the surface of the trap layer 1 to form a dense glassy layer, many open holes are always maintained, and the gas to be detected is the electrode. It does not prevent you from reaching. Further, the attached matter is
It does not reach the electrode protection layer formed inside the trap layer 1. As a result, the gas to be detected can easily reach the electrode from the measurement atmosphere through the trap layer 1 and the electrode protective layer, and a stable sensor output can be maintained for a long period of time.
【0025】前記で示した製造方法により、前記トラッ
プ層1の表面粗度Rz (μm),厚みT(μm),平均
細孔径d(μm),及び気孔率(%)を種々変化させた
センサを製造し、被毒耐久性及び初期応答性について測
定した。前記トラップ層1の表面粗度Rz は、5〜10
0μm,厚みTは、20〜300μm,平均細孔径d
は、2〜50μm,気孔率は、20〜80%の範囲で変
化させた。被毒耐久性は、加速被毒耐久試験前後のセン
サ応答性の変化率により判定した。変化率が5%未満の
場合を◎、5%以上10%未満の場合を○,10%以上
20%未満の場合を△,20%以上の場合を×と判定し
た。初期応答性は、100ms未満の場合を◎、100
ms以上150ms未満の場合を○,150ms以上2
00ms未満の場合を△,200ms以上場合を×と判
定した。The surface roughness R z (μm), thickness T (μm), average pore diameter d (μm), and porosity (%) of the trap layer 1 were variously changed by the manufacturing method described above. Sensors were manufactured and measured for poisoning durability and initial response. The surface roughness R z of the trap layer 1 is 5 to 10
0 μm, thickness T is 20 to 300 μm, average pore diameter d
Was 2 to 50 μm, and the porosity was changed in the range of 20 to 80%. Poisoning durability was determined by the rate of change in sensor responsiveness before and after the accelerated poisoning durability test. When the rate of change was less than 5%, it was evaluated as ⊚ when it was 5% or more and less than 10%, as Δ when it was 10% or more and less than 20%, and as X when it was 20% or more. Initial response is ◎, 100 when less than 100 ms
○ for ms and less than 150 ms, 150 ms or more 2
When it was less than 00 ms, it was determined as Δ, and when it was 200 ms or more, it was determined as x.
【0026】前記耐久試験における試験条件は、燃料噴
射装置付2000cc直列4気筒エンジンをアイドリン
グ30分の後に回転数4000r.p.m.にて30分回転さ
せるという条件を、連続的に繰り返した。耐久温度は、
500〜700℃である。使用ガソリンは、無鉛ガソリ
ンにエンジンオイルと洗浄剤を5wt%添加したものを用
いた。耐久時間は100時間である。The test conditions in the durability test were continuously repeated under the condition that a 2000 cc in-line 4-cylinder engine with a fuel injection device was rotated for 30 minutes at an engine speed of 4000 rpm after 30 minutes of idling. The endurance temperature is
It is 500-700 degreeC. The gasoline used was unleaded gasoline with 5 wt% of engine oil and detergent added. The durability time is 100 hours.
【0027】前記応答性の測定は、ガス応答時間、即ち
λ0.9からλ1.0への切換時において、出力が0.
6Vから0.3Vに変化する時間についての測定であ
る。測定は、燃料噴射装置付2000cc直列6気筒エ
ンジンを、無鉛ガソリンを用いて回転数1100r.p.m.
で運転させて行った。前記測定は、耐久試験の前後にて
行う。The measurement of the responsiveness shows that when the gas response time, that is, when switching from λ0.9 to λ1.0, the output is 0.
The measurement is for the time to change from 6V to 0.3V. The measurement was carried out on a 2000cc inline 6-cylinder engine with a fuel injection system, using unleaded gasoline, and a rotation speed of 1100 rpm.
I was driven by. The measurement is performed before and after the durability test.
【0028】この実験結果より、前記トラップ層1の表
面粗度Rz は、20〜100μm,厚みTは、50〜3
00μm,平均細孔径dは、0.5〜50μm,気孔率
は、40〜80%の範囲の場合には、初期応答性の劣化
が生じることなく、良好な被毒耐久性が得られた。この
実験結果例を表1に示す。From the results of this experiment, the surface roughness R z of the trap layer 1 is 20 to 100 μm and the thickness T is 50 to 3
In the case of 00 μm, average pore diameter d of 0.5 to 50 μm, and porosity of 40 to 80%, good poisoning durability was obtained without deterioration of initial responsiveness. Table 1 shows an example of the result of this experiment.
【0029】[0029]
【表1】 [Table 1]
【0030】〔第2実施例〕本実施例は、図4に示した
酸素濃度検出器90において、トラップ層1をその表面
を凹凸化させた構造を有する第2トラップ層12と、該
トラップ層12に比べ緻密な第1トラップ層11とを設
けた2層構造とすることで、被毒耐久性を向上させたも
のであり、以下にその内容を詳細する。Second Embodiment In this embodiment, in the oxygen concentration detector 90 shown in FIG. 4, the second trap layer 12 having a structure in which the surface of the trap layer 1 is made uneven, and the trap layer Compared with No. 12, the two-layer structure provided with the first trap layer 11 which is denser than that of No. 12 improves the poisoning durability, and the details will be described below.
【0031】図6に示すように、酸素検知素子91は、
一対の外側電極31及び内側電極32と前記外側電極3
1を保護しガス拡散を制御する多孔質な電極保護層2
と、該電極保護層2を覆う該電極保護層2より多孔質で
ある前記第1トラップ層11及び該第1トラップ層11
を覆う、該第1トラップ層1よりも多孔質でかつ粗い孔
を有する第2トラップ層12とからなっている。前記第
1トラップ層11及びの前記第2トラップ層12は、被
毒成分捕獲用の多孔質体で構成されている。前記電極保
護層2は、MgO・Al2 O3 スピネル等の溶射より形
成された多孔質な保護層である。前記第1トラップ層1
1及び前記第2トラップ層12は、図7に示すように多
数の粒子により形成された多孔体である。その粒子は、
熱的に安定であり、連続的に結合して前記第1トラップ
層11及び前記第2トラップ層12を形成している。
このような2層からなる前記トラップ層1は、例えば、
次のようにして形成される。まず、平均粒径4μmのγ
−Al2 O3 に無機バインダーとして、粒子の重量に対
して、3乃至20重量%のアルミナゾルと分散剤,水と
を加え、スラリーを作製し、このスラリーを酸素検知素
子表面にディッピング又はスプレーにより付着させ、さ
らに500〜900℃で焼き付して第1の前記トラップ
層11を形成する。次に、同様にして、平均粒径20μ
mのγ−Al2O3 に無機バインダーとして、粒子の重
量に対して、3乃至20重量%のアルミナゾル,分散
剤,水を加え、スラリーを作製し、このスラリーを前記
第1の前記トラップ層11の表面にディッピング又はス
プレーに付着させ、さらに500〜900℃で焼き付し
て第2の前記トラップ層12を形成する。As shown in FIG. 6, the oxygen detecting element 91 is
A pair of outer electrode 31 and inner electrode 32 and the outer electrode 3
Porous electrode protective layer 2 for protecting 1 and controlling gas diffusion
And the first trap layer 11 covering the electrode protection layer 2 and more porous than the electrode protection layer 2 and the first trap layer 11
And a second trap layer 12 that covers the above and is more porous than the first trap layer 1 and has rough pores. The first trap layer 11 and the second trap layer 12 of the first trap layer 11 are formed of a porous body for capturing poisoning components. The electrode protective layer 2 is a porous protective layer formed by thermal spraying of MgO.Al 2 O 3 spinel or the like. The first trap layer 1
1 and the second trap layer 12 are porous bodies formed of a large number of particles as shown in FIG. The particles are
It is thermally stable and is continuously bonded to form the first trap layer 11 and the second trap layer 12.
The trap layer 1 composed of such two layers is, for example,
It is formed as follows. First, γ with an average particle size of 4 μm
-Al 2 O 3 as an inorganic binder, 3 to 20 wt% of alumina sol, a dispersant, and water were added to the particles to prepare a slurry, and this slurry was applied to the surface of the oxygen detection element by dipping or spraying. The first trap layer 11 is formed by depositing and baking at 500 to 900 ° C. Then, similarly, the average particle size is 20 μm.
As an inorganic binder, 3 to 20 wt% of alumina sol, dispersant, and water are added to m of γ-Al 2 O 3 to prepare a slurry, and the slurry is prepared by using the slurry of the first trap layer. The surface of 11 is attached by dipping or spraying, and further baked at 500 to 900 ° C. to form the second trap layer 12.
【0032】前記の第2の前記トラップ層12の表面
は、実施例1と同様に凹凸を有する構造となっており、
この凹凸の深さは、十点平均粗さ(Rz )で20μm以
上である。第2の前記トラップ層12の平均細孔径d
は、0.5〜50μmである。第2の前記トラップ層1
2の厚みTは、30〜300μmである。第2の前記ト
ラップ層12の気孔率は、40〜80%である。The surface of the second trap layer 12 has an uneven structure as in the first embodiment.
The ten-point average roughness (R z ) has a depth of 20 μm or more. Average pore diameter d of the second trap layer 12
Is 0.5 to 50 μm. Second trap layer 1
The thickness T of 2 is 30 to 300 μm. The porosity of the second trap layer 12 is 40 to 80%.
【0033】前記の第1の前記トラップ層11は、主と
して、従来からの微細な付着物を捕獲するためのもので
あり、その平均細孔径dは、多孔質体である電極保護層
の平均細孔径より大きいことが望ましく、0.1から
0.5μmが好ましい。平均細孔径が0.1μm未満の
場合には、被毒成分よりなる付着物が前記トラップ層1
1内で目詰まりして、排気ガスを通さなくなってしまう
おそれがある。また、微細な被毒物を捕獲することを考
慮すると平均細孔径は、0.5μm未満が望ましい。前
記第1トラップ層11の気孔率は、15から50%以上
が好ましい。15%未満では、前記第1トラップ層11
が緻密すぎて被毒成分により、目詰まりを起こすおそれ
がある。また、微細な被毒物を確実に捕獲するために
は、気孔率は、50%未満が好ましい。前記第1トラッ
プ層11の厚みTは、5〜100μmが好ましい。5μ
m未満では、薄すぎて前記トラップ層1としての効果を
発揮しないおそれがある。100μmより厚い場合に
は、センサ初期特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
前記第1トラップ層11及び前記第2トラップ層12
は、α−Al2 O3 ,γ−Al2 O3 ムライト,MgO
・Al2 O3 スピネル,TiO2 の1種以上の耐熱粒子
よりなることが好ましい。また、粒子形状は、球状,塊
状,板状,ファイバー状,フォーム状,柱状針状等から
選択できる。The first trap layer 11 is mainly for trapping fine deposits from the prior art, and the average pore diameter d thereof is the average fineness of the electrode protective layer which is a porous body. It is preferably larger than the pore size, and preferably 0.1 to 0.5 μm. When the average pore size is less than 0.1 μm, the deposits composed of poisonous components are trapped in the trap layer 1.
There is a risk of clogging in 1 and blocking the exhaust gas. In consideration of capturing fine poisonous substances, the average pore diameter is preferably less than 0.5 μm. The porosity of the first trap layer 11 is preferably 15 to 50% or more. If it is less than 15%, the first trap layer 11
Is too dense and may be clogged with poisonous components. Moreover, in order to reliably capture fine poisonous substances, the porosity is preferably less than 50%. The thickness T of the first trap layer 11 is preferably 5 to 100 μm. 5μ
If it is less than m, it may be too thin to exert the effect as the trap layer 1. If it is thicker than 100 μm, the initial characteristics of the sensor may be adversely affected.
The first trap layer 11 and the second trap layer 12
Is α-Al 2 O 3 , γ-Al 2 O 3 mullite, MgO
-It is preferable to be composed of one or more heat-resistant particles of Al 2 O 3 spinel and TiO 2 . Further, the particle shape can be selected from a spherical shape, a lump shape, a plate shape, a fiber shape, a foam shape, a columnar needle shape and the like.
【0034】前記のように、2層構造をもつ前記トラッ
プ層1を設けることにより、実用使用下でガラス状被毒
物が付着・堆積しても(図8に記す)、表面を凹凸化し
た前記第2トラップ層12により、付着物が凸部と凹部
との間で分断されることによって、前記トラップ層1の
表面全体を覆うことが防止され、排気ガスの通気経路が
確保される。さらに、前記第2トラップ層12が非常に
ポーラスなため、微細な被毒物がこれを通過してしま
い、比較的緻密な電極保護層を目詰まりさせてしまうこ
とが懸念されるが、これらは前記第1トラップ層11で
捕獲されるため問題ない。As described above, by providing the trap layer 1 having a two-layer structure, even if a glassy poisonous substance adheres and deposits (see FIG. 8) under practical use, the surface with the uneven surface is formed. The second trap layer 12 prevents the adhered matter from being divided between the convex portion and the concave portion, so that the entire surface of the trap layer 1 is prevented from being covered and a ventilation path for exhaust gas is secured. Further, since the second trap layer 12 is very porous, fine poisonous substances may pass through the second trap layer 12 and may clog the relatively dense electrode protective layer. Since it is captured by the first trap layer 11, there is no problem.
【0035】また、前記第1トラップ層11は、前記第
2トラップ層12に比べ、緻密な構造であるため、従来
からの微細な被毒物を効率的に捕獲することができ、実
施例1の構造に比べて、前記トラップ層1全体の膜厚を
薄くすることができる。即ち、前記トラップ層1を2層
構造にすることで、より一層の被毒物トラップ効果が期
待できさらに長期間に渡って安定したセンサ特性を維持
することがてきる。上記で示した製造方法により、前記
第1トラップ層11の平均細孔径d(μm),気孔率
(%),及び厚みT(μm)と前記第2トラップ層12
の平均細孔径d(μm),気孔率(%),及び厚みT
(μm)とを表2に示すごとく種々変化させた酸素濃度
検出器を製造し、被毒耐久性及び初期応答性について測
定した。その結果、前記第1トラップ層11の平均細孔
径dは、0.1〜0.5μm,,気孔率は、15〜50
%,厚みTは、10〜50μmの範囲で、前記第2トラ
ップ層12の表面粗度Rz は、20〜100μm,平均
細孔径dは、3〜50μm,気孔率は、50〜80%,
厚みTは、50〜300μmの範囲で良好な結果が得ら
れた。その、試験結果例を表2に示す。Further, since the first trap layer 11 has a denser structure than the second trap layer 12, it is possible to efficiently trap fine poisonous substances from the prior art. The thickness of the entire trap layer 1 can be reduced as compared with the structure. That is, when the trap layer 1 has a two-layer structure, a further poisoning substance trapping effect can be expected, and stable sensor characteristics can be maintained for a long period of time. By the manufacturing method described above, the average pore diameter d (μm), porosity (%), and thickness T (μm) of the first trap layer 11 and the second trap layer 12 are obtained.
Average pore diameter d (μm), porosity (%), and thickness T of
(Μm) and various oxygen concentration detectors as shown in Table 2 were manufactured, and the durability against poisoning and the initial response were measured. As a result, the average pore diameter d of the first trap layer 11 is 0.1 to 0.5 μm, and the porosity is 15 to 50.
%, The thickness T is in the range of 10 to 50 μm, the surface roughness R z of the second trap layer 12 is 20 to 100 μm, the average pore diameter d is 3 to 50 μm, and the porosity is 50 to 80%.
Good results were obtained when the thickness T was in the range of 50 to 300 μm. Table 2 shows an example of the test results.
【0036】被毒耐久性は、加速被毒耐久試験前後のセ
ンサ応答性の変化率により判定した。変化率5%未満の
場合を◎、5%以上10%未満の場合を○,10%以上
20%未満の場合を△,20%以上の場合を×と判定し
た。初期応答性は、100ms未満の場合を◎、100
ms以上150ms未満の場合を○,150ms以上2
00ms未満の場合を△,200ms以上場合を×と判
定した。耐久試験条件及び応答性の測定は、実施例1と
同様の方法を用いて行った。The poisoning durability was judged by the rate of change in sensor responsiveness before and after the accelerated poisoning durability test. A rate of change of less than 5% was rated as ⊚, a rate of 5% or more and less than 10% was rated as ◯, a rate of 10% or more and less than 20% was rated as Δ, and a rate of 20% or more was rated as x. Initial response is ◎, 100 when less than 100 ms
○ for ms and less than 150 ms, 150 ms or more 2
When it was less than 00 ms, it was determined as Δ, and when it was 200 ms or more, it was determined as x. The durability test conditions and the responsiveness were measured by the same method as in Example 1.
【0037】[0037]
【表2】 [Table 2]
【0038】〔第3実施例〕本実施例は、図4に示した
酸素濃度検出器において、トラップ層1をその気孔率が
電極保護層2から表面に向かって連続的に大きくなる傾
斜構造としたことにより、被毒物を段階的に捕獲するこ
とにより、耐久性を飛躍的に向上させたものであり、以
下にその内容を詳細する。[Third Embodiment] In this embodiment, in the oxygen concentration detector shown in FIG. 4, the trap layer 1 has an inclined structure whose porosity continuously increases from the electrode protective layer 2 toward the surface. By doing so, it is possible to dramatically improve the durability by capturing the poisonous substances step by step. The details will be described below.
【0039】図9に示すように、酸素検知素子91は、
一対の外側電極31及び内側電極32と前記外側電極3
1を保護しガス拡散を制御する多孔質な電極保護層2
と、該電極保護層2を覆うトラップ層1とを有してな
り、前記トラップ層1は、図9に示すように被毒成分捕
獲用の多孔質体で構成され、また、前記電極保護層2は
MgO・Al2 O3 スピネル等の溶射より形成された多
孔質な保護層である。前記トラップ層1は、図9に示す
ように多数の粒子により形成された多孔体である。その
粒子は、熱的に安定であり、連続的に結合して前記の前
記トラップ層1を形成している。As shown in FIG. 9, the oxygen detecting element 91 is
A pair of outer electrode 31 and inner electrode 32 and the outer electrode 3
Porous electrode protective layer 2 for protecting 1 and controlling gas diffusion
And a trap layer 1 covering the electrode protection layer 2, the trap layer 1 being composed of a porous body for trapping poisoning components as shown in FIG. Reference numeral 2 is a porous protective layer formed by thermal spraying of MgO.Al 2 O 3 spinel or the like. The trap layer 1 is a porous body formed of a large number of particles as shown in FIG. The particles are thermally stable and continuously bond to form the trap layer 1.
【0040】前記トラップ層1は、その最表面が粗い粒
子で構成され、表面粗度が十点平均粗さ(Rz )で20
μm以上であり、内側に向かうほど細かい粒子が多く緻
密になり、最も内側おいても電極保護層よりも気孔率が
大きい構造となっている。このような前記トラップ層1
は、例えば、次のようにして形成される。まず、平均粒
径が4μmから30μmとの間の値である粒度の異なる
粒子を均等な間隔になるように6種類用意する。この粒
度の異なる6種類の粒子の各々に、粒子の重量に対して
3から20重量%の無機バインダー,分散剤,水を加
え、平均粒径の異なるスラリーを用意する。そして、平
均粒径の小さいスラリーから平均粒径の大きいスラリー
に順にディッピング又はスプレーにより前記トラップ層
1を付着させ、さらに500〜900℃で焼き付して前
記トラップ層1を形成する。或いは、前記方法で用いた
粒度の異る粒子を混合したものに、粒子の重量に対して
3から20重量%の無機バインダー,分散剤,水を加
え、スラリーを作製する。このスラリーをセンサ素子表
面にディッピングより付着させ前記トラップ層1を形成
するわけであるが、このとき、スラリーをスターラー等
で攪拌すると、遠心力により粒径の大きい粒子が容器の
外周部分に集まり、粒径の小さい粒子が回転の中心部分
に集まり、容器の中で中心部分から外周部分に向かって
粒径が順番に大きくなる粒度分布が生じる。このスラリ
ーの粒径の小さい中心部分にセンサ素子をいれ、粒径の
大きい外周方向に向かって動かし、粒径の最も大きい最
外周部分でセンサ素子を引き上げることで前記トラップ
層1を付着させる。このようにして付着させた前記トラ
ップ層1をさらに500〜900℃で焼き付して前記ト
ラップ層1を形成する。The trap layer 1 has its outermost surface composed of coarse particles, and has a surface roughness of 10-point average roughness (R z ) of 20.
It is more than or equal to μm, and it becomes dense with many fine particles toward the inside, and has a structure having a porosity larger than that of the electrode protective layer even at the innermost side. Such a trap layer 1
Is formed as follows, for example. First, six types of particles having different average particle sizes of 4 μm to 30 μm and having different particle sizes are prepared so as to be evenly spaced. An inorganic binder, a dispersant, and water of 3 to 20% by weight based on the weight of the particles are added to each of the 6 types of particles having different particle sizes to prepare slurries having different average particle sizes. Then, the trap layer 1 is attached in order from the slurry having a small average particle diameter to the slurry having a large average particle diameter by dipping or spraying, and further baked at 500 to 900 ° C. to form the trap layer 1. Alternatively, a slurry is prepared by adding 3 to 20% by weight of the inorganic binder, dispersant, and water to the mixture of particles having different particle sizes used in the above method. The slurry is attached to the surface of the sensor element by dipping to form the trap layer 1. At this time, when the slurry is stirred with a stirrer or the like, particles having a large particle size are collected on the outer peripheral portion of the container by centrifugal force, Particles having a small particle size are gathered in the central part of the rotation, and a particle size distribution occurs in which the particle size increases in order from the central part to the outer peripheral part in the container. The trap layer 1 is attached by putting a sensor element in the central part of the slurry having a small particle size, moving it toward the outer peripheral direction having the largest particle size, and pulling up the sensor element at the outermost peripheral part having the largest particle size. The trap layer 1 thus attached is further baked at 500 to 900 ° C. to form the trap layer 1.
【0041】スラリーを作製する際に用いる粒子や混合
の仕方、あるいは、攪拌速度やディッピングする位置に
より前記トラップ層1の気孔率の分布や表面粗度Rz を
調整することができる。前記トラップ層1 の厚みT
は、前記トラップ層1の機能を発揮するためには最も薄
い部分で10μm以上必要であり、ガラス状被毒付着物
が堆積しても排気ガスの目詰まりを防止するためには、
表面粗度が十点平均粗さ(Rz )で20μm以上必要で
あることから、30μm以上が好ましく、センサの初期
応答性や前記トラップ層1と電極保護層との付着力がえ
られる500μm以下が好ましい。The distribution of the porosity and the surface roughness R z of the trap layer 1 can be adjusted by the particles used for preparing the slurry, the mixing method, the stirring speed and the dipping position. The thickness T of the trap layer 1
Requires 10 μm or more in the thinnest part in order to exert the function of the trap layer 1, and in order to prevent clogging of exhaust gas even if glassy poisoning deposits are deposited,
Since the surface roughness of the ten-point average roughness (R z ) is required to be 20 μm or more, 30 μm or more is preferable, and the initial response of the sensor and the adhesive force between the trap layer 1 and the electrode protective layer are 500 μm or less. Is preferred.
【0042】前記トラップ層1 は、α−Al2 O3 ,
γ−Al2 O3 ,ムライト,MgO・Al2 O3 スピネ
ル,TiO2 の1種以上の耐熱粒子よりなることが好ま
しい。また、粒子形状は、球状,塊状,板状,ファイバ
ー状,フォーム状,柱状,針状等から選択できる。前記
の構造にすることによって、実用使用下で被毒物が付着
・堆積しても、最表面の凹凸によりガラス状付着物が凸
部と凹部との間で分断され、前記トラップ層1表面全体
を連続して被覆することなく、開孔部が維持されるた
め、センサ出力の劣化を生じない。また微細な被毒物も
前記トラップ層1内部で捕獲されるため、被毒物が電極
保護層に達し目詰まりを起こすことも防止できる。ま
た、微細な被毒物が気孔の状態が異なる前記トラップ層
1内部で段階的に捕獲されるため、実施例1の構造や実
施例2の構造に比べて、前記トラップ層1全体を薄くす
ることができる。以上のことから実施例1及び実施例2
よりさらに長期間に渡って安定したセンサ特性を維持す
ることがてきる。The trap layer 1 is formed of α-Al 2 O 3 ,
It is preferable to be composed of one or more heat-resistant particles of γ-Al 2 O 3 , mullite, MgO.Al 2 O 3 spinel, and TiO 2 . The particle shape can be selected from spherical, lump, plate, fiber, foam, column, needle and the like. With the above structure, even if a poisonous substance adheres and accumulates under practical use, the glass-like adhered substance is divided between the convex portion and the concave portion due to the unevenness of the outermost surface, and the entire surface of the trap layer 1 is Since the opening is maintained without continuous coating, deterioration of the sensor output does not occur. Further, since minute poisonous substances are also captured inside the trap layer 1, it is possible to prevent the poisoning substances from reaching the electrode protection layer and causing clogging. Further, since fine poisonous substances are trapped stepwise inside the trap layer 1 having different pore states, it is necessary to make the entire trap layer 1 thinner than the structure of the first embodiment or the structure of the second embodiment. You can From the above, Example 1 and Example 2
It is possible to maintain stable sensor characteristics for a longer period of time.
【0043】以上で示した製造方法により、前記トラッ
プ層1を形成した本発明の酸素検知素子91を製造し
た。前記酸素検知素子91を備えた本発明の酸素濃度検
出器90を被毒耐久性し、応答性の変化を測定した結果
を図10に示す。耐久試験条件及び応答性の測定は、実
施例1と同様の方法を用いて行った。前記トラップ層1
の厚みTは、100μm,表面粗度Rz は、50μmで
あり、平均粒径の異なる6つのスラリーを用い、平均粒
径の小さいスラリーから平均粒径の大きいスラリに順に
ディッピングにより前記トラップ層1を付着させ、50
0〜900℃で焼き付して前記トラップ層1を形成し
た。各層の平均細孔径d及び気孔率を測定した結果を表
3に示す。The oxygen detecting element 91 of the present invention having the trap layer 1 formed was manufactured by the manufacturing method described above. FIG. 10 shows the result of measuring the change in responsiveness of the oxygen concentration detector 90 of the present invention equipped with the oxygen detecting element 91, which was poisoned and durable. The durability test conditions and the responsiveness were measured by the same method as in Example 1. The trap layer 1
Has a thickness T of 100 μm and a surface roughness R z of 50 μm. Using six slurries having different average particle sizes, the trap layer 1 is formed by dipping in order from a slurry having a small average particle size to a slurry having a large average particle size. Attach 50
The trap layer 1 was formed by baking at 0 to 900 ° C. Table 3 shows the results of measuring the average pore diameter d and the porosity of each layer.
【0044】[0044]
【表3】 [Table 3]
【0045】〔第4実施例〕本実施例は、実施例1〜3
に示した酸素濃度検出器90において、トラップ層1を
形成する粒子間の結合力を確保して、耐被毒性と耐久性
とを両立化させる方法を見いだしたものであり、以下に
その内容を詳細する。図12に示すように、酸素検知素
子91は、一対の外側電極31及び内側電極32と該外
側電極31を保護する多孔質な電極保護層2と、該電極
保護層2を覆う前記トラップ層1とを有してなり、前記
トラップ層1は図12に示すように被毒成分捕獲用の多
孔質体で構成されている。前記電極保護層2はMgO・
Al2O3 スピネル等の溶射より形成された多孔質な保
護層である。前記トラップ層1は、図12に示すように
多数の粒子により形成された多孔体である。その粒子
は、熱的に安定であり、連続的に結合して前記の前記ト
ラップ層1を形成している。前記トラップ層1は、その
最表面が粗い粒子で構成され、表面粗度が十点平均粗さ
(Rz )で20μm以上である。[Fourth Embodiment] This embodiment is based on the first to third embodiments.
In the oxygen concentration detector 90 shown in FIG. 5, a method for ensuring the binding force between particles forming the trap layer 1 and achieving both poisoning resistance and durability is found. Details. As shown in FIG. 12, the oxygen detection element 91 includes a pair of outer electrodes 31 and inner electrodes 32, a porous electrode protection layer 2 that protects the outer electrodes 31, and the trap layer 1 that covers the electrode protection layer 2. The trap layer 1 is composed of a porous body for capturing poisoning components as shown in FIG. The electrode protection layer 2 is made of MgO.
It is a porous protective layer formed by thermal spraying of Al 2 O 3 spinel or the like. The trap layer 1 is a porous body formed of a large number of particles as shown in FIG. The particles are thermally stable and continuously bond to form the trap layer 1. The outermost surface of the trap layer 1 is composed of coarse particles, and the surface roughness is 20 μm or more in ten-point average roughness (R z ).
【0046】このような前記トラップ層1は、例えば、
次のようにして形成される。まず、平均粒径が20μm
であるγ−Al2 O3 の粒子に無機バインダー,分散
剤,水を加え、スラリーを作製する。このスラリーをセ
ンサ素子表面にディッピングより付着させ、さらに50
0〜900℃で焼き付して前記トラップ層1を形成す
る。前記トラップ層1を形成する粒子は、前記温度で焼
き付することにより粒子間の結合力を得るわけである
が、ここで粒子と無機バインダーとは同じ種類のもので
あることが不可欠である。つまり、前記トラップ層1の
焼き付けは,前記のような温度範囲で行わなければなら
ないが、このような温度範囲では粒子と粒子との付着力
が弱いものとなってしまう。そこで、粒子と同質の無機
バインダーを用いることにより、焼き付け過程で無機バ
インダーが粒子と同質化しすること、及び粒子と粒子と
の間に架橋構造を形成することにより、粒子間の結合力
が得られる。The above-mentioned trap layer 1 is, for example,
It is formed as follows. First, the average particle size is 20 μm
An inorganic binder, a dispersant, and water are added to the γ-Al 2 O 3 particles to prepare a slurry. This slurry is attached to the surface of the sensor element by dipping,
The trap layer 1 is formed by baking at 0 to 900 ° C. The particles forming the trap layer 1 obtain a bonding force between particles by baking at the temperature, but it is essential that the particles and the inorganic binder are of the same kind. That is, the baking of the trap layer 1 must be performed in the temperature range as described above, but the adhesion force between particles becomes weak in such a temperature range. Therefore, by using an inorganic binder of the same quality as the particles, the inorganic binder is homogenized with the particles in the baking process, and a cross-linking structure is formed between the particles to obtain a bonding force between the particles. .
【0047】しかし、有機系のバインダーを用いた場合
には、焼き付け過程で燃焼等により飛散してしまい、粒
子間の結合に寄与することができず、結合力が弱いた
め、前記トラップ層1が剥離してまう。また、前記トラ
ップ層1形成段階で剥離が生じない場合でも、使用中の
振動や熱応力等により、剥離してしまう。本実施例で用
いているγ−Al2 O3 の場合では、粒子と同じ種類で
あるアルミナゾルを用いることでディッピングにより付
着させた後の500〜900℃での焼き付けにおいて粒
子と無機バインダーとが同質化して強固な結合力が得ら
れる(図13に記す)。However, when an organic binder is used, it scatters due to combustion or the like during the baking process, cannot contribute to the bonding between particles, and the bonding force is weak, so that the trap layer 1 is Peel it off. Even if peeling does not occur in the step of forming the trap layer 1, the peeling may occur due to vibration or thermal stress during use. In the case of γ-Al 2 O 3 used in this example, the particles and the inorganic binder have the same quality in the baking at 500 to 900 ° C. after the alumina sol, which is the same type as the particles, is applied by dipping. To obtain a strong bonding force (described in FIG. 13).
【0048】また、使用する無機バインダーの量は、粒
子の重量に対して3〜20%が望ましい。即ち、バイン
ダーの量が少なすぎると、粒子と粒子との間に存在する
バインダーの量が僅かしかなく、粒子と粒子とをつなぎ
止める結合力が得られない。逆に、バインダーの量が多
すぎると、粒子間の結合力は得られるが、粒子の結合に
関与しない余分なバインダーが前記トラップ層1の気孔
に堆積して気孔を閉塞させたり、粒子を覆ってしまい、
被毒物のトラップ能力が損なわれるおそれがある。無機
バインダーの種類及び量を調整することで、前記トラッ
プ層1の平均細孔径0.5μm以上,気孔率40〜90
%,膜厚30〜500μmという良好な耐被毒耐久性が
得られる前記トラップ層1を形成することができる。前
記トラップ層1 は、α−Al2 O3 ,γ−Al
2 O3 ,ムライト,MgO・Al2 O3スピネル,Ti
O2 の1種以上の耐熱粒子よりなることが好ましい。The amount of the inorganic binder used is preferably 3 to 20% based on the weight of the particles. That is, if the amount of the binder is too small, the amount of the binder existing between the particles is very small, and the binding force for connecting the particles cannot be obtained. On the contrary, when the amount of the binder is too large, the binding force between the particles can be obtained, but the excess binder not involved in the binding of the particles is accumulated in the pores of the trap layer 1 to block the pores or cover the particles. And
The ability to trap poisonous substances may be impaired. By adjusting the type and amount of the inorganic binder, the average pore diameter of the trap layer 1 is 0.5 μm or more, and the porosity is 40 to 90.
%, And the film thickness is 30 to 500 μm, the trap layer 1 can be formed with good resistance to poisoning. The trap layer 1 is formed of α-Al 2 O 3 , γ-Al.
2 O 3 , mullite, MgO / Al 2 O 3 spinel, Ti
It is preferably composed of one or more heat-resistant particles of O 2 .
【0049】また、粒子形状は球状,塊状,板状,ファ
イバー状,フォーム状,柱状,針状等のものが用いられ
る。前記の材質及び粒子形状においても、粒子と同じ種
類の無機バインダーをもちいて、その量を粒子の重量に
対して3〜20%の範囲で調整することで耐被毒性と耐
久性を兼ね備えた前記トラップ層1を形成することがで
き、長期間に渡って安定した酸素濃度検知特性を維持す
ることがてきる。Further, the particle shape may be spherical, lump, plate, fiber, foam, column, needle or the like. Also in the above-mentioned materials and particle shapes, the same kind of inorganic binder as the particles is used, and the amount thereof is adjusted in the range of 3 to 20% with respect to the weight of the particles, whereby the poisoning resistance and the durability are combined. The trap layer 1 can be formed, and stable oxygen concentration detection characteristics can be maintained for a long period of time.
【0050】前記で示した製造方法により、前記トラッ
プ層1を形成し本発明の酸素検知素子91を製造した。
前記トラップ層1粒子としてγ−Al2 O3 を用い、無
機バインダーとして粒子と同じ種類であるアルミナゾル
を用いて、無機バインダーの量を1〜30%間で変化さ
せた。この実験結果より、前記トラップ層1を構成する
粒子と同じ種類の無機バインダーを粒子の重量の3〜2
0%添加した場合には、粒子間の結合力確保され、初期
特性の劣化が生じることなく、良好な被毒耐久性が得ら
れることがわかった。この実験結果の例を表4に記す。The oxygen detection element 91 of the present invention was manufactured by forming the trap layer 1 by the manufacturing method described above.
Γ-Al 2 O 3 was used as the particles of the trap layer 1 and alumina sol, which is the same type as the particles, was used as the inorganic binder, and the amount of the inorganic binder was varied between 1 and 30%. From the results of this experiment, the same kind of inorganic binder as the particles constituting the trap layer 1 was used in an amount of 3 to 2 times the weight of the particles.
It was found that when 0% was added, the bond strength between the particles was secured, the initial characteristics were not deteriorated, and good poisoning durability was obtained. Table 4 shows an example of the result of this experiment.
【0051】耐久試験条件及び応答性の測定は、実施例
1と同様の方法を用いて行った。また、初期応答性と被
毒耐久性の判定基準も実施例1と同様である。付着力の
測定は、テーピングにより評価し、前記トラップ層1が
剥離したものを×とし、前記トラップ層1が剥離しない
ものを○と判定した。The durability test conditions and the response were measured in the same manner as in Example 1. The criteria for determining the initial responsiveness and poisoning durability are the same as in Example 1. The adhesive force was evaluated by taping, and the case where the trap layer 1 was peeled off was determined as x, and the case where the trap layer 1 was not peeled off was determined as o.
【0052】尚、以上の第1から4実施例中の前記トラ
ップ層1は、本実施例のコップ型酸素検知素子に限ら
ず、積層型酸素検知素子であっても同様の効果が得られ
るのは言うまでもない。 また、酸素濃淡起電力式セン
サに限らず、酸化物半導体型の酸素濃度検出知器、さら
に、限界電流式酸素濃度検知器であるリーンセンサ、及
び空燃比センサ空燃比センサ等においても本構成とする
ことによって同様の効果が得られることは言うまでもな
い。The trap layer 1 in the above first to fourth embodiments is not limited to the cup-type oxygen detecting element of the present embodiment, and the same effect can be obtained even if it is a laminated oxygen detecting element. Needless to say. Further, not only the oxygen concentration electromotive force type sensor, but also the oxide semiconductor type oxygen concentration detection detector, further, the lean sensor is a limiting current type oxygen concentration detector, and the air-fuel ratio sensor air-fuel ratio sensor and the like. It goes without saying that the same effect can be obtained by doing so.
【0053】[0053]
【表4】 [Table 4]
【0054】[0054]
【発明の効果】以上より、酸素検知素子表面に通気性を
持たない緻密なガラス状付着被膜の形成を防止し、目詰
まりを起こす事のない耐久性に優れた、即ち長期間に渡
って安定したセンサ出力を維持することが出来る酸素濃
度検出器の提供が可能となる。As described above, it is possible to prevent the formation of a dense glass-like adhered film having no air permeability on the surface of the oxygen sensing element and to prevent clogging and to have excellent durability, that is, stable for a long period of time. It is possible to provide an oxygen concentration detector that can maintain the above sensor output.
【図1】本発明の酸素濃度検出器の断面図を記した図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional view of an oxygen concentration detector of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子の断面図を記した図である。FIG. 2 is a view showing a cross-sectional view of an oxygen detection element which is a part of the oxygen concentration detector of the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子の断面の拡大図を記した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a cross section of an oxygen detection element which is a part of the oxygen concentration detector of the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子のトラップ層の断面の拡大し、表面の
凹凸状態の概念を示した図である。FIG. 4 is an enlarged view of a cross section of a trap layer of an oxygen detection element, which is a part of an oxygen concentration detector according to a first embodiment of the present invention, showing a concept of a concavo-convex state on a surface.
【図5】本発明の第1実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子に付着物が付着した状況を断面図に記
した図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which deposits adhere to the oxygen detection element that is a part of the oxygen concentration detector of the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子の断面図を記した図である。FIG. 6 is a view showing a cross-sectional view of an oxygen detection element which is a part of the oxygen concentration detector of the second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子の断面の拡大図を記した図である。FIG. 7 is an enlarged view of a cross section of an oxygen detection element which is a part of an oxygen concentration detector according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子に付着物が付着した状況を断面図に記
した図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which deposits are attached to an oxygen detection element that is a part of the oxygen concentration detector of the second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3実施例の酸素濃度検出器の一部で
ある酸素検知素子の断面の拡大図を記した図である。FIG. 9 is a diagram showing an enlarged view of a cross section of an oxygen detection element which is a part of an oxygen concentration detector according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第3実施例の酸素濃度検出器の一部
である酸素検知素子に付着物が付着した状況を断面図に
記した図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which deposits adhere to the oxygen detection element that is a part of the oxygen concentration detector of the third embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第3実施例の酸素濃度検出器の耐久
時間に伴うセンサ応答性変化率を記したグラフである。FIG. 11 is a graph showing a sensor responsiveness change rate with the endurance time of the oxygen concentration detector of the third embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第4実施例の酸素濃度検出器の一部
である酸素検知素子の断面の拡大図を記した図である。FIG. 12 is a diagram showing an enlarged view of a cross section of an oxygen detection element which is a part of an oxygen concentration detector of a fourth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第4実施例の酸素濃度検出器のトラ
ップ層の耐熱性粒子の接合状態例を記した図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a joined state of heat-resistant particles in the trap layer of the oxygen concentration detector of the fourth example of the present invention.
1 トラップ層
11 第1トラップ層
12 第2トラップ層
2 電極保護層
3 電極
31 外側電極
32 内側電極
4 固体電解質焼結体
5 ヒーター
7 ガラス状付着物(ガラス状被毒物)
90 酸素濃度検知素子
91 酸素検知素子
92 ハウジング
93 出力取り出し手段(96 端子、97 リード、
98 コネクタ)
96 端子
961 板状端子
962 板状端子
97 リード
971 出力取り出しリード線
972 出力取り出しリード線
98 コネクタ
981 コネクタ
982 コネクタ1 Trap Layer 11 1st Trap Layer 12 2nd Trap Layer 2 Electrode Protective Layer 3 Electrode 31 Outer Electrode 32 Inner Electrode 4 Solid Electrolyte Sintered Body 5 Heater 7 Glassy Adhesive (Glass Poisonous) 90 Oxygen Concentration Detection Element 91 Oxygen detection element 92 Housing 93 Output extraction means (96 terminals, 97 leads,
98 connector) 96 terminal 961 plate terminal 962 plate terminal 97 lead 971 output lead wire 972 output lead wire 98 connector 981 connector 982 connector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 博美 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 柴田 真弘 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−25754(JP,A) 特開 昭53−13980(JP,A) 特開 昭49−125392(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/409 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiromi Sano 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Prefecture, Nippon Denso Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Shibata 1-1-cho, Showa-machi, Kariya city, Aichi Nippon Denso Co. (56) References JP-A-4-25754 (JP, A) JP-A-53-13980 (JP, A) JP-A-49-125392 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/409
Claims (11)
び外側電極、該外側電極のさらに外側にセラッミックス
多孔質体からなる電極保護層を備えた酸素検知素子と、
前記酸素検知素子内側面の前記内側電極と電気的に接続
された出力取り出し手段と、前記酸素検知素子を収納す
るためのハウジングを少なくとも備えており、しかも、
前記電極保護層のさらに外側にセラッミックス多孔質体
であり、表面粗度がJIS十点平均粗さ(JIS B
0601−1982:Rz )表示で20乃至100μm
であるトラップ層を設けたことを特徴とする酸素濃度検
出器。1. An oxygen sensing element comprising an inner electrode and an outer electrode on an inner surface and an outer surface, respectively, and an electrode protection layer made of a ceramic porous body on the outer side of the outer electrode.
At least an output take-out means electrically connected to the inner electrode on the inner surface of the oxygen sensing element and a housing for housing the oxygen sensing element are provided, and
On the outer side of the electrode protective layer is a ceramic porous body, and the surface roughness is JIS ten-point average roughness (JIS B
0601-1982: R z ) display 20 to 100 μm
An oxygen concentration detector characterized in that a trap layer is provided.
ング層多孔質体であり、しかも、トラップ層が球状、塊
状、ファイバー状、フォーム状、柱状、或いは針状のα
−Al2 O3 、γ−Al2 O3 、ムライト、MgO・A
l2 O3 スピネルの1種以上の耐熱性粒子であるセラッ
ミックス多孔質体であることを特徴とする請求項1記載
の酸素濃度検出器。2. The electrode protection layer is a thermal sprayed ceramic coating layer porous body, and the trap layer is spherical, lumpy, fiber-like, foam-like, columnar or needle-like α.
-Al 2 O 3 , γ-Al 2 O 3 , mullite, MgO · A
2. The oxygen concentration detector according to claim 1, which is a ceramics porous body which is one or more heat-resistant particles of l 2 O 3 spinel.
であることを特徴とする請求項1記載の酸素濃度検出
器。3. The trap layer has a thickness of 50 to 300 μm.
The oxygen concentration detector according to claim 1, wherein
0μmであることを特徴とする請求項1記載の酸素濃度
検出器。4. The trap layer has an average pore size of 0.5 to 5
The oxygen concentration detector according to claim 1, wherein the oxygen concentration detector has a diameter of 0 μm.
あることを特徴とする請求項1記載の酸素濃度検出器。5. The oxygen concentration detector according to claim 1, wherein the trap layer has a porosity of 40 to 80%.
状、柱状、或いは針状のα−Al2 O3 、γ−Al2 O
3 、ムライト、MgO・Al2 O3 スピネルの1種以上
の耐熱性粒子と無機バインダーと分散剤とを水に分散し
たスラリーを、内側面及び外側面にそれぞれ内側電極及
び外側電極、該外側電極のさらに外側にセラッミックス
多孔質体からなる電極保護層を備えた一端の閉塞した筒
状の酸素検知素子の前記電極保護層上に、ディッピング
或いはスプレーにより前記スラリーを付着させ、その
後、500乃至900℃で焼き付けることで、表面粗度
がJIS十点平均粗さ(JIS B 0601−198
2:R z )表示で20乃至100μmであるトラップ層
を形成することを特徴とする酸素濃度検出器の製造法。6. A spherical, lump, fiber, foam, column, or needle-shaped α-Al 2 O 3 , γ-Al 2 O
3 , a slurry in which one or more heat-resistant particles of mullite, MgO · Al 2 O 3 spinel, an inorganic binder, and a dispersant are dispersed in water, and an inner electrode, an outer electrode, and an outer electrode are provided on the inner surface and the outer surface, respectively. Of the cylindrical oxygen sensing element having one end closed and provided with an electrode protective layer made of a ceramic ceramic on the outer side of the electrode protective layer, the slurry is attached by dipping or spraying, and then at 500 to 900 ° C. Surface roughness by baking with
Is JIS ten-point average roughness (JIS B 0601-198
2: A method for manufacturing an oxygen concentration detector, which comprises forming a trap layer having a Rz value of 20 to 100 μm .
構成されたトラップ層を形成することを特徴とする請求
項6記載の酸素濃度検出器の製造法。7. The method for manufacturing an oxygen concentration detector according to claim 6, wherein a trap layer composed of heat-resistant particles having an average particle diameter of several kinds is formed.
ラップ層とから構成され、しかも、前記第1トラップ層
が電極保護層上に形成され、また前記第2トラップ層が
前記第1トラップ層上に形成され、そして前記第1トラ
ップ層が、前記電極保護層よりも多孔質であり、第2ト
ラップ層よりも緻密質であることを特徴とする請求項1
記載の酸素濃度検出器。8. The trap layer comprises a first trap layer and a second trap layer, the first trap layer is formed on an electrode protection layer, and the second trap layer is the first trap layer. A layer formed on the layer, and the first trap layer is more porous than the electrode protection layer and denser than the second trap layer.
The oxygen concentration detector described.
ラップ層の外表面側に向かうに連れて、前記トラップ層
の気孔率が大きくなる層構造としたことを特徴とする請
求項1記載の酸素濃度検出器。9. The layer structure according to claim 1, wherein a porosity of the trap layer increases from an electrode protective layer side of the trap layer toward an outer surface side of the trap layer. Oxygen concentration detector.
リーを用意し、平均粒径の小さいスラリーから順に、内
側面及び外側面にそれぞれ内側電極及び外側電極、該外
側電極のさらに外側にセラミックス多孔質体からなる電
極保護層を備えた一端の閉塞した筒状の酸素検知素子の
前記電極保護層上に、ディッピング或いはスプレーによ
り前記スラリーを付着させることを繰り返し、層構造を
有したトラップ層を形成することを特徴とする酸素濃度
検出器の請求項6記載の酸素濃度検出器製造法。10. Slurries of heat-resistant particles having different average particle sizes are prepared, and in order from the slurry having the smallest average particle size, an inner electrode and an outer electrode are respectively provided on the inner side surface and the outer surface, and a ceramic is further provided outside the outer electrode. the electrode protection layer of occluded cylindrical oxygen sensing element at one end provided with an electrode protective layer made of mix porous body, repeated to deposit the slurry by dipping or spraying, traps having a layer structure 7. The method for manufacturing an oxygen concentration detector according to claim 6, wherein the oxygen concentration detector comprises forming a layer.
インダーを用い、無機バインダーの量を前記耐熱性粒子
の100重量%に対して3乃至20重量%であることを
特徴とする酸素濃度検出器の請求項6または10記載の
酸素濃度検出器製造法。11. Oxygen concentration detection, wherein the same kind of inorganic binder as the kind of the heat resistant particles is used, and the amount of the inorganic binder is 3 to 20% by weight based on 100% by weight of the heat resistant particles. The method for manufacturing an oxygen concentration detector according to claim 6 or 10, which is a container.
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