JP4591033B2 - ガスセンサ素子及びその製造方法 - Google Patents
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該ガスセンサ素子9は、図12〜図14に示すごとく、平板状の酸素イオン伝導性の固体電解質体91と、該固体電解質体91の先端部における一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極921及び基準ガス側電極931とを有する。そして、上記被測定ガス側電極921は、被測定ガス側リード部922を介して、固体電解質体91の基端部に設けた被測定ガス側端子923に電気的に接続されている。
上記ガスセンサ素子9においては、通常、被測定ガス側電極921は多孔質拡散抵抗層952に覆われる形で被測定ガス雰囲気(排ガス雰囲気)と導通している。
しかし、図15に示すごとく、印刷法によって形成された上記リード保護材94には、どうしても微小貫通孔941が形成されるおそれがある。この場合、微小貫通孔941を通じて排ガスが侵入して、被測定ガス側リード部922が被毒するおそれがある。また、ガスセンサ素子9の冷却時に、センサ表面に結露した水分等の液体が、リード保護材94と被測定ガス側リード部922との間の空隙942に吸引されることがある。この状態で、ガスセンサを始動して、ガスセンサ素子9が加熱されるとき、内部に吸引された液体が突沸して、被測定ガス側リード部922を破断させるおそれもある。
該ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の基端部に設けた被測定ガス側端子と上記被測定ガス側電極とを電気的に接続する被測定ガス側リード部を、上記固体電解質体の表面に設けてなり、
該ガスセンサ素子は、絶縁碍子によって保持され、該絶縁碍子よりも先端側の領域が被測定ガスに曝されるよう構成されており、
上記ガスセンサ素子は、上記被測定ガスに曝される領域に形成された上記被測定ガス側リード部を全て覆う絶縁性保護層を設けてなり、
該絶縁性保護層は、CVD又はPVDにより形成した、微小貫通孔のない緻密な膜であることを特徴とするガスセンサ素子にある(請求項1)。
上記ガスセンサ素子は、被測定ガスに曝される領域に、上記被測定ガス側リード部を覆う絶縁性保護層を設けてなる。そのため、上記被測定ガス側リード部に、被測定ガスが接触することを防ぎ、該被測定ガスに含まれる被毒物質によって被毒することを防ぐことができる。
そのため、上記絶縁性保護層に微小貫通孔が形成されることを防ぎ、被測定ガスの侵入を防ぐことができる。
また、CVD又はPVDにより形成される上記絶縁性保護層は、厚みを小さくすることができるため、ガスセンサ素子の熱容量を小さくすることができ、早期活性化を図ることができる。また、ガスセンサ素子にかかる熱応力を低減することができる。
平板状の酸素イオン伝導性の固体電解質体の先端部における一方の面と他方の面とに、それぞれ被測定ガス側電極と基準ガス側電極とを形成し、上記固体電解質体の基端部の表面には被測定ガス側端子を形成し、該被測定ガス側端子と上記被測定ガス側電極との間には、両者を電気的に接続する被測定ガス側リード部を形成し、
上記固体電解質体を焼成した後、上記ガスセンサ素子における上記被測定ガスに曝される領域に、CVD法又はPVD法によって成膜することにより、上記被測定ガス側リード部を覆う絶縁性保護層を形成することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法にある(請求項6)。
そのため、上記絶縁性保護層に微小貫通孔が形成されることを防ぎ、被測定ガスの侵入を防ぐことができる。
また、上記絶縁性保護層は、厚みを小さくすることができるため、ガスセンサ素子の熱容量を小さくすることができ、早期活性を図ることができる。また、ガスセンサ素子にかかる熱応力を低減することができる。
この場合には、絶縁性保護層を被測定ガスが通過することを確実に防ぐことができる。
この場合には、ガスセンサ素子の熱容量を小さくすることができ、早期活性なガスセンサ素子を得ることができる。
この場合には、絶縁性保護層の絶縁性を確保することができる。
この場合には、絶縁性保護層の絶縁性を一層向上させることができる。
Layer Epitaxy)により形成することが好ましい(請求項7)。
この場合には、薄膜原子層を、下地の形状に合わせて成膜することができるため、より緻密な絶縁性保護層を形成することができる。
この場合には、絶縁性に優れた絶縁性保護層を形成することができる。
本発明の実施例にかかるガスセンサ素子及びその製造方法につき、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〜図3に示すごとく、平板状の酸素イオン伝導性の固体電解質体11と、該固体電解質体11の先端部における一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極121及び基準ガス側電極131とを有する。
該ガスセンサ素子1は、上記固体電解質体11の基端部に設けた被測定ガス側端子123と上記被測定ガス側電極121とを電気的に接続する被測定ガス側リード部122を、上記固体電解質体11の表面に設けてなる。
該絶縁性保護層14は、PVD(物理堆積法)により形成した膜である。
絶縁性保護層14は、10nm〜1μmの厚みを有し、アルミナ(Al2O3)を50重量%以上含む絶縁材料からなる。
上記スペーサ151は、固体電解質体11と多孔質拡散抵抗層152との間に、被測定ガスを導入する被測定ガス室161を形成している。該被測定ガス室161に被測定ガス側電極121が配設されている。
また、上記遮蔽層153及びスペーサ151は、被測定ガスを透過させない程度に緻密に形成されている。
なお、上記スペーサ151、多孔質拡散抵抗層152、遮蔽層153、及びヒータ基板21は、それぞれアルミナセラミックにより形成されている。
そして、被測定ガス側リード部122の表面を含めた固体電解質体11の表面には、絶縁性保護層14が形成されている。該絶縁性保護層14は、図2に示すごとく、遮蔽層153の表面にも形成されているが、多孔質拡散抵抗層152の端面154には形成されていない。
ガスセンサ3は、ガスセンサ素子1を挿嵌保持する絶縁碍子31と、該絶縁碍子31を挿嵌保持するハウジング32と、該ハウジング32の先端側に設けられガスセンサ素子1の先端側を覆う被測定ガス側カバー33と、ハウジング32の基端側に設けられた大気側カバー34とを有する。上記被測定ガス側カバー33には通気孔331が形成されている。
そして、ガスセンサ素子1は、主に、上記絶縁碍子31よりも先端側の領域が、被測定ガスに曝されることとなる。従って、この領域における被測定ガス側リード部122を覆うように、上記絶縁性保護層14が形成されている。
本例の製造方法においては、被測定ガス側電極121、基準ガス側電極131等を表面に形成した固体電解質体11を焼成した後、ガスセンサ素子1における被測定ガスに曝される領域に、PVD法によって成膜することにより、被測定ガス側リード部122を覆う絶縁性保護層14を形成する。
上記固体電解質体11の焼成は、上記スペーサ151、多孔質拡散抵抗層152、遮蔽層153、及びヒータ基板21を積層した後に、この積層体全体について行う。
また、本例において使用するPVD法は、スパッタリング法である。
また、絶縁碍子31の先端側において露出している被測定ガス側リード部122を、ターゲット44に対向させる。
ターゲット44は、アルミナを50重量%以上含む絶縁材料からなる。
また、仮に多孔質拡散抵抗層152の端面154にアルミナが堆積した場合には、絶縁性保護層14の形成後に端面部近傍のみ研磨することにより、容易に除去することができる。
図1、図3、図4に示すごとく、ガスセンサ素子1は、被測定ガスに曝される領域に、被測定ガス側リード部122を覆う絶縁性保護層14を設けてなる。そのため、被測定ガス側リード部14に、被測定ガスが接触することを防ぎ、該被測定ガスに含まれる被毒物質によって被毒することを防ぐことができる。
そのため、絶縁性保護層14に微小貫通孔が形成されることを防ぎ、被測定ガスの侵入を防ぐことができる。
また、上記絶縁性保護層14は1μm以下の厚みを有するため、ガスセンサ素子1の熱容量を小さくすることができ、早期活性なガスセンサ素子1を得ることができる。
また、絶縁性保護層14は、アルミナを50重量%以上含む絶縁材料からなるため、絶縁性保護層14の絶縁性を一層向上させることができる。
本例は、図8〜図10に示すごとく、絶縁性保護層14を、CVD法の一種である原子層堆積法により形成した例である。
具体的には、図10に示すごとく、実施例1と同様に、積層体(ガスセンサ素子1)を絶縁碍子31に挿嵌保持させた状態で、成膜装置40に固定する。
上記原料ガスは、例えば、アルミニウム(Al)或いはアルミニウムの有機化合物と、酸素(O2)或いは水蒸気(H2O)との混合ガスを用いることができる。
以上により、図8、図9に示すごとく、アルミナを堆積させて、絶縁性保護層14を形成する。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
11 固体電解質体
121 被測定ガス側電極
122 被測定ガス側リード部
123 被測定ガス側端子
131 基準ガス側電極
132 基準ガス側リード部
133 基準ガス側端子
14 絶縁性保護層
2 セラミックヒータ
3 ガスセンサ
4、40 成膜装置
Claims (7)
- 平板状の酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の先端部における一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極とを有するガスセンサ素子において、
該ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の基端部に設けた被測定ガス側端子と上記被測定ガス側電極とを電気的に接続する被測定ガス側リード部を、上記固体電解質体の表面に設けてなり、
該ガスセンサ素子は、絶縁碍子によって保持され、該絶縁碍子よりも先端側の領域が被測定ガスに曝されるよう構成されており、
上記ガスセンサ素子は、上記被測定ガスに曝される領域に形成された上記被測定ガス側リード部を全て覆う絶縁性保護層を設けてなり、
該絶縁性保護層は、CVD又はPVDにより形成した、微小貫通孔のない緻密な膜であることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1において、上記絶縁性保護層は、10nm以上の厚みを有することを特徴とするガスセンサ素子。
- 請求項1又は2において、上記絶縁性保護層は、1μm以下の厚みを有することを特徴とするガスセンサ素子。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記絶縁性保護層は、アルミナを含む絶縁材料からなることを特徴とするガスセンサ素子。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記絶縁性保護層は、アルミナを50重量%以上含む絶縁材料からなることを特徴とするガスセンサ素子。
- 被測定ガス中の特定ガス濃度を検知する、請求項1に記載のガスセンサ素子を製造する方法において、
平板状の酸素イオン伝導性の固体電解質体の先端部における一方の面と他方の面とに、それぞれ被測定ガス側電極と基準ガス側電極とを形成し、上記固体電解質体の基端部の表面には被測定ガス側端子を形成し、該被測定ガス側端子と上記被測定ガス側電極との間には、両者を電気的に接続する被測定ガス側リード部を形成し、
上記固体電解質体を焼成した後、上記ガスセンサ素子における上記被測定ガスに曝される領域に、CVD法又はPVD法によって成膜することにより、上記被測定ガス側リード部を覆う絶縁性保護層を形成することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。 - 請求項6において、上記絶縁性保護層は、原子層堆積法により形成することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
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