JP4628920B2 - Gas sensor element - Google Patents
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Description
本発明は、ガスセンサ素子に係り、特に、少なくとも一つが固体電解質体である板状体が積層されると共に、かかる固体電解質体に複数の電極が形成されてなる積層型のガスセンサ素子の改良された構造に関するものである。 The present invention relates to a gas sensor element, and in particular, an improved multi-layer gas sensor element in which a plate-like body, at least one of which is a solid electrolyte body, is laminated and a plurality of electrodes are formed on the solid electrolyte body. Concerning structure.
従来より、固体電解質体のイオン伝導性を利用し、濃淡電池の原理に基づいて、被測定ガス雰囲気中の所定のガス成分の濃度(分圧)を測定するようしたガスセンサ素子が、知られている。例えば、高温において酸素イオン伝導性を有するジルコニア(ZrO2 )等の固体電解質体を用いると共に、この固体電解質体に対して、それに接触するように複数の電極を設けて、自動車用内燃機関の排気ガスや、工業炉、ボイラー等から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度(分圧)を測定するようにしたものや、ジルコニア等の固体電解質体に接触するように設けられる電極の材料として、特に、NOx(窒素酸化物)還元性乃至は分解性を有するPtやRh等の貴金属材料を選択、使用することによって、排気ガス中や燃焼排ガス中のNOx濃度(分圧)を測定可能としたもの等が、それである。また、その他、ジルコニア以外の各種のイオン伝導性を有する固体電解質体を用いて、被測定ガス雰囲気中の水素ガスや炭酸ガス、炭化水素ガス、SOx(硫黄酸化物)ガス、水蒸気等のそれぞれの濃度(分圧)を測定するようにしたものも、一般に知られている。 Conventionally, there has been known a gas sensor element that measures the concentration (partial pressure) of a predetermined gas component in a gas atmosphere to be measured based on the principle of a concentration cell using the ionic conductivity of a solid electrolyte body. Yes. For example, a solid electrolyte body such as zirconia (ZrO 2 ) having oxygen ion conductivity at a high temperature is used, and a plurality of electrodes are provided on the solid electrolyte body so as to be in contact therewith. As an electrode material provided to be in contact with a solid electrolyte body such as zirconia, or one that measures oxygen concentration (partial pressure) in combustion exhaust gas discharged from gas, industrial furnaces, boilers, etc. NOx (nitrogen oxide) NOx concentration (partial pressure) in exhaust gas and combustion exhaust gas can be measured by selecting and using noble metal materials such as Pt and Rh that have reducing or decomposing properties Etc. That is it. In addition, using a solid electrolyte body having various ion conductivity other than zirconia, each of hydrogen gas, carbon dioxide gas, hydrocarbon gas, SOx (sulfur oxide) gas, water vapor, etc. in the measurement gas atmosphere What measured a density | concentration (partial pressure) is also generally known.
ところで、このような固体電解質体を用いたガスセンサ素子の一種として、少なくとも一つが固体電解質体である複数の板状体を積層した積層体と、この積層体の一端部側の部位における固体電解質体の他の板状体との積層面に、固体電解質体に接して配置された複数の電極と、積層体の他端部側の部位において積層方向に対向位置する表面と裏面の少なくとも何れか一方の面上において外部に露出して配置された複数の端子部と、積層体に対して、複数の電極と複数の端子部とをそれぞれ接続するように配置された複数のリード部とが、焼結によって一体化されてなる、所謂積層型のガスセンサがある。 By the way, as a kind of gas sensor element using such a solid electrolyte body, a laminated body in which a plurality of plate-like bodies, at least one of which is a solid electrolyte body, and a solid electrolyte body in a portion on one end side of the laminated body are provided. A plurality of electrodes arranged in contact with the solid electrolyte body on the laminated surface with the other plate-like body, and at least one of the front surface and the back surface facing each other in the laminating direction at the other end side portion of the laminated body A plurality of terminal portions that are exposed to the outside on the surface, and a plurality of lead portions that are disposed so as to connect the plurality of electrodes and the plurality of terminal portions, respectively, to the laminate. There is a so-called laminated gas sensor that is integrated by bonding.
具体的には、この積層型ガスセンサ素子のうち、例えばNOxセンサ素子は、下記特許文献1等に示されるように、ジルコニア等の複数の固体電解質体を含む所定長さの板状体の複数が積層、一体化せしめられて、長さ方向の一端部が検知部とされる一方、他端部がコネクタ部とされた素子本体(積層体)を有している。そして、この素子本体の検出部の内部に、被測定ガスが拡散律速手段を通じて導かれる第一の被測定ガス室と、かかる第一の被測定ガス室内の雰囲気が拡散律速通路を通じて導入される第二の被測定ガス室と、大気中に連通せしめられた第一の大気室と、大気を基準ガスとして導入する第二の大気室と、第一の被測定ガス室に対して酸素をポンピングするポンプセルと、第二の被測定ガス室内の雰囲気の酸素濃度(分圧)を監視するモニタセルと、第二の被測定ガス室内の雰囲気中のNOx濃度を検出するセンサセルとが、それぞれ設けられている。
Specifically, among the stacked gas sensor elements, for example, the NOx sensor element includes a plurality of plate-like bodies having a predetermined length including a plurality of solid electrolyte bodies such as zirconia, as shown in
また、かかる検出部に設けられた3個の電気化学的セルのうち、ポンプセルは、検出部に位置する一つの固体電解質体の端部部位と、かかる固体電解質体の他の板状体との積層面(固体電解質体の両面)に対して、第一の大気室内と第一の被測定ガス室内とにそれぞれ露呈せしめられた状態で、固体電解質体に接触するように設けられた一対の電極とによって構成されている。モニタセルは、検出部に位置する別の固体電解質体の端部部位と、かかる固体電解質体の他の板状体との積層面(固体電解質体の両面)に対して、第二の被測定ガス室内と第二の大気室内とにそれぞれ露呈せしめられた状態で、固体電解質体に接触するように設けられた一対の電極とによって構成されている。センサセルも、モニタセルが設けられた固体電解質体の検出部側の端部部位と、かかる固体電解質体の他の板状体との積層面(固体電解質体の両面)に対して、第二の被測定ガス室内と第二の大気室内とにそれぞれ露呈せしめられた状態で、固体電解質体に接触するように設けられた一対の電極とによって構成されている。そして、センサセルを構成する一対の電極のうち、第二の被測定ガス室内に露呈せしめられた電極が、NOxの還元乃至は分解触媒として機能せしめられ得るように構成されている。 Of the three electrochemical cells provided in the detection unit, the pump cell includes an end portion of one solid electrolyte body located in the detection unit and another plate-like body of the solid electrolyte body. A pair of electrodes provided so as to be in contact with the solid electrolyte body in a state of being exposed to the first atmosphere chamber and the first measured gas chamber with respect to the laminated surface (both surfaces of the solid electrolyte body) And is composed of. The monitor cell has a second gas to be measured with respect to a laminated surface (both surfaces of the solid electrolyte body) of an end portion of another solid electrolyte body located in the detection unit and another plate-like body of the solid electrolyte body. It is comprised by a pair of electrode provided so that it might be exposed to the room | chamber interior and the 2nd air | atmosphere room | chamber respectively, and may be in contact with a solid electrolyte body. The sensor cell also has a second covered surface with respect to the laminated surface (both surfaces of the solid electrolyte body) of the end part on the detection unit side of the solid electrolyte body provided with the monitor cell and the other plate-like body of the solid electrolyte body. It is constituted by a pair of electrodes provided so as to be in contact with the solid electrolyte body in a state of being exposed to the measurement gas chamber and the second atmospheric chamber, respectively. Of the pair of electrodes constituting the sensor cell, the electrode exposed in the second gas chamber to be measured is configured to function as a NOx reduction or decomposition catalyst.
一方、素子本体のコネクタ部には、その表面と裏面の両面上に、複数の端子部がそれぞれ形成されており、それら各端子部が、素子本体内において検出部とコネクタ部との間に延びる複数のリード部を介して、3個の電気化学的セルの各電極に対して電気的に接続されている。 On the other hand, the connector portion of the element body is formed with a plurality of terminal portions on both the front and back surfaces, and each terminal portion extends between the detection portion and the connector portion in the element body. The electrodes are electrically connected to the electrodes of the three electrochemical cells through a plurality of leads.
かくして、かくの如き構造とされた積層型ガスセンサ素子にあっては、モニタセルにて検出される酸素濃度が、モニタセルにおける一対の電極に接続された端子部を通じて外部に取り出され、そして、この酸素濃度に基づいて、ポンプセルにおける一対の電極に対して、それに接続された端子部から所定の電圧が印加せしめられることで、ポンプセルによる酸素のポンピング作用にて、第二の被測定ガス室内の被測定ガス雰囲気中の酸素濃度が所望の値に制御されるようになる。また、そのような状態下において、第二の被測定ガス室内の被測定ガス雰囲気中のNOxが還元され、その際に生成する酸素が、センサセルにて第二の大気室にポンプアウトされる。そして、このとき、センサセルの一対の電極間に流れるポンプ電流値が、ポンプセルにおける一対の電極に接続される端子部に接続された電流計にて測定されることにより、その測定値に基づいて、被測定ガス雰囲気中のNOxの濃度が求められるようになっているのである。 Thus, in the laminated gas sensor element having such a structure, the oxygen concentration detected by the monitor cell is taken out through the terminal portion connected to the pair of electrodes in the monitor cell, and this oxygen concentration Based on the above, a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes in the pump cell from the terminal portion connected thereto, so that the measured gas in the second measured gas chamber is generated by the pumping action of oxygen by the pump cell. The oxygen concentration in the atmosphere is controlled to a desired value. In such a state, NOx in the measured gas atmosphere in the second measured gas chamber is reduced, and oxygen generated at that time is pumped out to the second atmospheric chamber by the sensor cell. And at this time, the pump current value flowing between the pair of electrodes of the sensor cell is measured by an ammeter connected to the terminal portion connected to the pair of electrodes in the pump cell, based on the measured value, The concentration of NOx in the measured gas atmosphere is required.
このような構造を有する積層型のガスセンサ素子においては、それまで一般的であった構造のもの、即ち、有底円筒状の固体電解質を用いてなる構造のものに比して、上記の如き複雑な構造の固体電解質体内への組込易さが十分に高められて、その生産性の向上と共に低コスト化が図られ、更にはコンパクト化が有利に達成され得るといった数々の利点が得られるのである。 The laminated gas sensor element having such a structure is more complicated as described above than the conventional structure, that is, the structure using a bottomed cylindrical solid electrolyte. Since the ease of incorporation into a solid electrolyte body with a simple structure is sufficiently enhanced, the productivity can be improved, the cost can be reduced, and further downsizing can be advantageously achieved. is there.
ところが、かかる従来の積層型ガスセンサ素子にあっては、例えば、下記特許文献2に記載される如く、積層体の他端側における複数の端子部の形成部分、つまりコネクタ部が、センサ本体のセンサ素子収納部の内部に対して、そこに設けられた、外部電源や所定の測定装置等に電気的に接続される複数の接続端子間に、押圧ばね等にて押圧せしめられつつ、挿入され、それによって、複数の端子部と複数の接続端子とが相互に接触せしめられて、それらの間の電気的導通が確保された状態で、センサ本体に組み付けられるようになっている。そのため、ガスセンサ素子のセンサ本体への組付の際に、外部に露出して設けられた端子部の一部が、接続端子にて削られる等して、コネクタ部から剥がれ落ちてしまい、その結果、端子部において導通不良が生ずるといった懸念があったのである。
However, in such a conventional laminated gas sensor element, for example, as described in
また、従来の積層型ガスセンサ素子では、一般に、コネクタ部に対して、固体電解質体の電極形成面から、複数の端子部が形成される素子本体の表面又は裏面に向かって延びる貫通孔、所謂スルーホールが形成され、このスルーホールを通じて、リード部が、固体電解質体の電極形成面から、素子本体の表面又は裏面に向かって延出せしめられて、それら電極と端子部とが、リード部を介して接続されるようになっているのであるが(例えば、下記特許文献1参照)、このようなスルーホールを利用した電極と端子部との接続構造を採用する場合、電極や端子部の個数が増えると、それに伴ってスルーホールが不可避的に増加し、それによって、ガスセンサ素子全体の強度が低下するといった不具合が惹起されることとなる。
Further, in the conventional laminated gas sensor element, generally, a through-hole extending from the electrode forming surface of the solid electrolyte body toward the front surface or the back surface of the element body where the plurality of terminal portions are formed with respect to the connector portion, a so-called through-hole. A hole is formed, and the lead portion is extended from the electrode formation surface of the solid electrolyte body toward the front surface or the back surface of the element body through the through hole, and the electrode and the terminal portion pass through the lead portion. (For example, refer to
そこで、近年では、リード部における端子部との接続側部位を、素子本体におけるコネクタ部の側面に対して、外部に露出するように設けて、これを側面導通部とすると共に、この側面導通部に対して、固体電解質体の電極形成面に設けられたリード部の電極との接続側部位を接続することで、電極と端子部とを、側面導通部を有するリード部を介して相互に接続するようにした構造が、考えられている(例えば、下記特許文献3参照)。このような電極と端子部との接続構造によれば、スルーホールの数をゼロとするか若しくは有利に減らすことが出来、その結果として、スルーホールの形成によるガスセンサ素子の強度低下を有利に防止することが可能となる。 Therefore, in recent years, a connection side portion with the terminal portion in the lead portion is provided so as to be exposed to the outside with respect to the side surface of the connector portion in the element body, and this is used as the side surface conduction portion. In contrast, the electrode and the terminal part are connected to each other via the lead part having the side conduction part by connecting the connection side part of the lead part provided on the electrode forming surface of the solid electrolyte body. The structure made to do is considered (for example, refer the following patent document 3). According to such a connection structure between the electrode and the terminal portion, the number of through holes can be reduced to zero or advantageously reduced, and as a result, a reduction in strength of the gas sensor element due to formation of the through holes is advantageously prevented. It becomes possible to do.
しかしながら、かくの如き側面導通部を備えたリード部による電極と端子部との接続構造を採用するガスセンサ素子にあっては、側面導通部が、端子部と同様に、外部に露出して設けられているため、コネクタ部のセンサ素子収納部への挿入に際して、端子部だけではなく、側面導通部の一部までもが、接続端子にて削られる等して、コネクタ部から剥がれ落ちてしまい、それによって、端子部に加えて、リード部でも導通不良が発生する恐れがあったのである。 However, in the gas sensor element adopting the connection structure between the electrode and the terminal portion by the lead portion having such a side surface conductive portion, the side surface conductive portion is provided to be exposed to the outside like the terminal portion. Therefore, when inserting the connector portion into the sensor element storage portion, not only the terminal portion, but also part of the side surface conductive portion is scraped off by the connection terminal, etc., and peeled off from the connector portion, As a result, in addition to the terminal portion, there is a possibility that poor conduction occurs in the lead portion.
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、積層型のガスセンサ素子において、外部に露出して設けられた端子部や側面導通部の剥離強さが有利に高められ得て、ガスセンサ本体への組付時における端子部や側面導通部の剥離に起因する導通不良の発生が有利に防止され得るようにした新規な構造を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of the circumstances as described above, and the problem to be solved is a terminal portion and a side surface that are exposed to the outside in a laminated gas sensor element. A novel structure in which the peeling strength of the conductive part can be advantageously increased and the occurrence of poor conduction due to peeling of the terminal part and side conductive part during assembly to the gas sensor body can be advantageously prevented. It is to provide.
そして、かかる課題の解決のために、本発明者等は、様々な検討を重ねる過程において、端子部や側面導通部の形成する導電性材料の組成について、着目した。従来のガスセンサ素子においては、一般に、端子部や側面導通部が、Pt、Pd、Rh等の貴金属粉末とジルコニア粉末との混合物からなる導電性材料を用いて形成されたサーメットにて構成されている。そこで、本発明者等は、そのようなサーメットのセラミックス成分として、ジルコニア粉末以外のセラミックス粉末を貴金属粉末と混合せしめて、導電性材料を得、これを焼成して、サーメットとすることによって、端子部や側面導通部の固体電解質体との密着性を高めることを着想したのである。 In order to solve this problem, the present inventors paid attention to the composition of the conductive material formed by the terminal portion and the side surface conductive portion in the course of various studies. In the conventional gas sensor element, the terminal portion and the side surface conductive portion are generally configured by a cermet formed using a conductive material made of a mixture of a noble metal powder such as Pt, Pd, Rh, and zirconia powder. . Therefore, the present inventors mixed a ceramic powder other than zirconia powder with a noble metal powder as a ceramic component of such a cermet to obtain a conductive material, which is fired to obtain a cermet. The idea was to improve the adhesion of the solid electrolyte body of the part and side conduction part.
そして、かかる着想を基に更に鋭意研究を重ねた結果、貴金属粉末とアルミナ(Al2O3)粉末との混合物からなる導電性材料を用いて、サーメットを構成することで、端子部や側面導通部の固体電解質体との密着強度を飛躍的に高め得ることを、見出したのである。なお、かかる密着強度の向上は、貴金属粉末とアルミナ粉末との混合物からなる導電性材料が、貴金属粉末とジルコニア粉末との混合物からなる導電性材料よりも優れた焼結性を発揮することによるものと考えられる。 As a result of further earnest research based on this concept, the cermet is composed of a conductive material made of a mixture of noble metal powder and alumina (Al 2 O 3 ) powder, so that the terminal portion and the side surface conduction It has been found that the adhesion strength with the solid electrolyte body of the portion can be dramatically increased. The improvement in adhesion strength is due to the fact that the conductive material made of a mixture of noble metal powder and alumina powder exhibits superior sinterability than the conductive material made of a mixture of noble metal powder and zirconia powder. it is conceivable that.
すなわち、本発明は、かくの如き知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、少なくとも一つが固体電解質体である複数の板状体を積層した積層体と、該積層体の一端部側の部位における該固体電解質体の他の板状体との積層面に、該固体電解質体に接して配置された複数の電極と、該積層体の他端部側の部位において積層方向に対向位置する表面と裏面の少なくとも何れか一方の面上において外部に露出して配置された複数の端子部と、該積層体に対して、該複数の電極と該複数の端子部とをそれぞれ接続するように配置された複数のリード部とが、焼結によって一体化されてなり、且つ該複数のリード部の少なくとも一つのものにおける該端子部との接続側の部位が、該積層体の側面において外部に露出させられて該積層体の積層方向に延びるように位置せしめられて、該端子部に接続せしめられた側面導通部とされたガスセンサ素子において、前記端子部と前記リード部の前記側面導通部とが、それぞれ、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて、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。
That is, the present invention has been completed based on such knowledge, and the gist of the present invention is that a laminate in which a plurality of plate-like bodies, at least one of which is a solid electrolyte body, is laminated, and the laminate A plurality of electrodes arranged in contact with the solid electrolyte body on the surface of the solid electrolyte body and the other plate-like body at the one end portion side of the body; a plurality of terminals disposed exposed Oite outside on at least one side of the front and back facing position in the stacking direction, relative to the laminate, the plurality of electrodes and the plurality of terminals and a plurality of lead portions which are arranged to connect each part is made are integrated I by the sintering, the connection side with the terminal portion of and those of at least one lead portion of the plurality of The part is exposed to the outside on the side surface of the laminate. If the position is allowed to extend in the stacking direction of the laminate, the gas sensor element which is a side conductive portion which is brought into connection to the terminal portion, and the said side conductive portions of the lead portions and the front Symbol pin portion, respectively using a conductive material obtained by mixing a noble metal powder and the alumina powder, in a gas sensor element, characterized by being made form.
そして、この本発明に従うガスセンサ素子にあっては、外部に露出せしめられる複数の端子部のそれぞれが、貴金属粉末とアルミナ粉末の混合物からなる導電性材料を用いて形成されているところから、各端子部の固体電解質体との密着強度が、より十分に高められ得、それによって、各端子部の固体電解質体に対する剥離強さが、効果的に向上せしめられ得る。 In the gas sensor element according to the present invention, each of the plurality of terminal portions exposed to the outside is formed using a conductive material made of a mixture of noble metal powder and alumina powder. The adhesion strength of the portion with the solid electrolyte body can be sufficiently increased, and thereby the peel strength of each terminal portion with respect to the solid electrolyte body can be effectively improved.
従って、かくの如き本発明に従うガスセンサ素子においては、ガスセンサ本体への組付時における端子部の剥離が未然に防がれ得て、この端子部の剥離に起因する導通不良の発生が、有利に防止され得る。そして、その結果、ガスセンサとして構成された状態下において、複数の端子部が設けられたコネクタ部における電気的導通が極めて安定的に確保され得、以て、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度の測定精度が効果的に安定化され得ると共に、かかる測定精度の信頼性が飛躍的に高められ得ることとなるのである。 Therefore, in the gas sensor element according to the present invention as described above, peeling of the terminal portion at the time of assembly to the gas sensor main body can be prevented in advance, and occurrence of poor conduction due to peeling of the terminal portion is advantageous. Can be prevented. As a result, in a state configured as a gas sensor, electrical continuity in the connector portion provided with a plurality of terminal portions can be secured extremely stably, and thus a predetermined gas concentration in the measured gas atmosphere The measurement accuracy can be effectively stabilized, and the reliability of the measurement accuracy can be dramatically improved.
ところで、本発明は、少なくとも、以下に列挙する如き各種の態様において、好適に実施され得るものである。 By the way, the present invention can be suitably implemented at least in various aspects as listed below.
(1) 少なくとも一つが固体電解質体である複数の板状体を積層した積層体と、該積層体の一端部側の部位における該固体電解質体の他の板状体との積層面に、該固体電解質体に接して配置された複数の電極と、該積層体の他端部側の部位において積層方向に対向位置する表面と裏面の少なくとも何れか一方の面上に、外部に露出して配置された複数の端子部と、該積層体に対して、該複数の電極と該複数の端子部とをそれぞれ接続するように配置された複数のリード部とが、焼結により一体化されて構成されたガスセンサ素子において、前記複数の端子部が、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いてそれぞれ形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。 (1) On a laminated surface of a laminate obtained by laminating a plurality of plate-like bodies, at least one of which is a solid electrolyte body, and another plate-like body of the solid electrolyte body at a portion on one end side of the laminate, A plurality of electrodes arranged in contact with the solid electrolyte body, and exposed to the outside on at least one of the front surface and the back surface facing each other in the laminating direction at the other end portion side of the laminated body A plurality of terminal portions, and a plurality of lead portions arranged so as to connect the plurality of electrodes and the plurality of terminal portions to the laminate, respectively, are integrated by sintering. The gas sensor element, wherein the plurality of terminal portions are each formed using a conductive material obtained by mixing a noble metal powder and an alumina powder.
(2) 上記せる態様(1)において、前記端子部が、2〜40μmの範囲内の厚さを有する薄膜にて構成されていること。 (2) In the aspect (1) described above, the terminal portion is formed of a thin film having a thickness in the range of 2 to 40 μm.
この本態様によれば、端子部が適度な厚さの薄膜とされて、端子部における抵抗値の安定化が有利に図られ得ると共に、例えばセンサ素子収納部内への挿入によるガスセンサ本体への組付時に、端子部とガスセンサ本体との間に生ずる摺動抵抗が効果的に抑えられ得て、端子部の剥離が有利に防止され得る。従って、端子部における導通不良の発生が、より確実に防止され得、以て、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度を更に正確に且つ安定的に測定し得るガスセンサが、確実に得られることとなる。 According to this aspect, the terminal portion is formed as a thin film having an appropriate thickness, and the resistance value in the terminal portion can be advantageously stabilized. For example, the terminal portion is assembled into the gas sensor main body by insertion into the sensor element housing portion. When attached, sliding resistance generated between the terminal portion and the gas sensor main body can be effectively suppressed, and peeling of the terminal portion can be advantageously prevented. Therefore, the occurrence of poor conduction at the terminal portion can be prevented more reliably, and therefore a gas sensor that can measure the predetermined gas concentration in the measured gas atmosphere more accurately and stably can be obtained with certainty. It becomes.
(3) 少なくとも一つが固体電解質体である複数の板状体を積層した積層体と、該積層体の一端部側の部位における該固体電解質体の他の板状体との積層面に、該固体電解質体に接して配置された複数の電極と、該積層体の他端部側の部位において積層方向に対向位置する表面と裏面の少なくとも何れか一方の面上において外部に露出して配置された複数の端子部と、該積層体に対して、該複数の電極と該複数の端子部とをそれぞれ接続するように配置された複数のリード部とが、焼結によって一体化されてなり、且つ該複数のリード部の少なくとも一つのものにおける該端子部との接続側の部位が、該積層体の側面において外部に露出して位置せしめられた側面導通部とされたガスセンサ素子において、前記複数の端子部と前記複数のリード部の前記側面導通部のうちの少なくとも何れか一方が、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いてそれぞれ形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。 (3) On the laminated surface of a laminate obtained by laminating a plurality of plate-like bodies, at least one of which is a solid electrolyte body, and the other plate-like body of the solid electrolyte body at a portion on one end side of the laminate, A plurality of electrodes arranged in contact with the solid electrolyte body, and arranged to be exposed to the outside on at least one of the front surface and the back surface opposed to each other in the stacking direction at the other end portion side of the stacked body. A plurality of terminal portions and a plurality of lead portions arranged so as to connect the plurality of electrodes and the plurality of terminal portions to the laminate, respectively, are integrated by sintering, In the gas sensor element in which at least one of the plurality of lead portions is connected to the terminal portion on a side-side conductive portion exposed to the outside on the side surface of the multilayer body. And the plurality of terminals Gas sensor element at least one of said side conductive portions of de unit, characterized in that it is formed respectively by using a conductive material obtained by mixing a noble metal powder and the alumina powder.
この本態様においては、外部に露出せしめられる複数の端子部や複数の側面導通部が、貴金属粉末とアルミナ粉末の混合物からなる導電性材料を用いて形成されているところから、各端子部の固体電解質体との密着強度や各側面導通部の固体電解質体との密着強度が、より十分に高められ得、それによって、各端子部の固体電解質体に対する剥離強さや各側面導通部の固体電解質体に対する剥離強さが、効果的に向上せしめられ得る。 In this embodiment, the plurality of terminal portions and the plurality of side surface conductive portions exposed to the outside are formed using a conductive material made of a mixture of noble metal powder and alumina powder. The adhesion strength with the electrolyte body and the adhesion strength with the solid electrolyte body of each side conduction part can be increased sufficiently, whereby the peel strength of each terminal part with respect to the solid electrolyte body and the solid electrolyte body of each side conduction part The peel strength against can be effectively improved.
従って、このような本態様によれば、ガスセンサ本体への組付時における端子部や側面導通部の剥離が有効に阻止され得て、かかる端子部や側面導通部の剥離に起因する導通不良の発生が、有利に防止され得る。そして、その結果、ガスセンサとして構成された状態下において、端子部や側面導通部が設けられたコネクタ部における電気的導通が極めて効果的に安定化され得、以て、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度の測定精度が効果的に安定化され得ると共に、かかる測定精度における信頼性が飛躍的に高められ得ることとなるのである。 Therefore, according to this aspect, the separation of the terminal portion and the side surface conduction portion during assembly to the gas sensor main body can be effectively prevented, and the conduction failure caused by the separation of the terminal portion and the side surface conduction portion can be prevented. Occurrence can be advantageously prevented. As a result, under the state of being configured as a gas sensor, the electrical continuity in the connector portion provided with the terminal portion and the side surface conductive portion can be extremely effectively stabilized, so that a predetermined amount in the measured gas atmosphere The measurement accuracy of the gas concentration can be stabilized effectively, and the reliability in the measurement accuracy can be dramatically improved.
(4) 上記せる態様(3)において、前記端子部と前記側面導通部のそれぞれが、2〜40μmの範囲内の厚さを有する薄膜にて構成されていること。 (4) In the mode (3) described above, each of the terminal portion and the side surface conductive portion is constituted by a thin film having a thickness in the range of 2 to 40 μm.
この本態様によれば、端子部と側面導通部とが、共に適度な厚さとされて、それら端子部や側面導通部における抵抗値の安定化が有利に図られ得ると共に、例えばセンサ素子収納部内への挿入によるガスセンサ本体への組付時に、端子部とガスセンサ本体との間や側面導通部とガスセンサ本体との間に生ずる摺動抵抗が効果的に抑えられ得て、端子部や側面導通部の剥離が有利に防止され得る。従って、端子部や側面導通部における導通不良の発生が、より確実に防止され得、以て、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度を更に正確に且つ安定的に測定し得るガスセンサが、確実に得られることとなる。 According to this aspect, both the terminal portion and the side surface conductive portion have an appropriate thickness, which can advantageously stabilize the resistance value in the terminal portion and the side surface conductive portion. The sliding resistance generated between the terminal part and the gas sensor body or between the side surface conduction part and the gas sensor body during assembly to the gas sensor body by insertion into the gas sensor body can be effectively suppressed. Can be advantageously prevented. Therefore, the occurrence of conduction failure in the terminal portion and the side surface conduction portion can be prevented more reliably, so that a gas sensor that can measure the predetermined gas concentration in the measured gas atmosphere more accurately and stably is ensured. Will be obtained.
(5) 上記せる態様(1)乃至態様(4)のうちの何れか一つにおいて、前記導電性材料が、容積比で、貴金属粉末/アルミナ粉末=95/5〜40/60の組成を有していること。この本態様によれば、導電性材料中に、アルミナ粉末が適度な量において含有せしめられ、それによって、端子部や側面導通部における導電性を十分に確保しつつ、それら端子部や側面導通部の固体電解質体に対する密着強度が効果的に高められ得る。 (5) In any one of the above-described embodiments (1) to (4), the conductive material has a composition of noble metal powder / alumina powder = 95/5 to 40/60 by volume ratio. Doing things. According to this aspect, alumina powder is contained in an appropriate amount in the conductive material, thereby ensuring sufficient conductivity in the terminal portion and the side surface conductive portion, while the terminal portion and the side surface conductive portion. The adhesion strength to the solid electrolyte body can be effectively increased.
(6) 上記せる態様(1)乃至態様(5)のうちの何れか一つにおいて、前記導電性材料に含まれる前記アルミナ粉末が、10〜80m2 /gの範囲内のBET比表面積を有していること。このような本態様によれば、アルミナ粉末と貴金属材料とがより均一に混合せしめられた状態で、導電性材料が構成され得ると共に、かかる導電性材料の焼結性が有利に高められ、以て、かかる導電性材料からなる端子部や側面導通部の固体電解質体に対する密着強度、更には剥離強さが、効果的に高められ得ることとなる。 (6) In any one of the above-described embodiments (1) to (5), the alumina powder contained in the conductive material has a BET specific surface area in the range of 10 to 80 m 2 / g. Doing things. According to this aspect, the conductive material can be configured in a state where the alumina powder and the noble metal material are more uniformly mixed, and the sinterability of the conductive material is advantageously enhanced. Thus, the adhesion strength to the solid electrolyte body of the terminal portion and the side surface conductive portion made of such a conductive material, and further the peel strength can be effectively increased.
(7) 上記せる態様(1)乃至態様(6)のうちの何れか一つにおいて、前記積層体の表面と裏面のうち、前記複数の端子部が形成される面において、かかる面と該複数の端子部との間に、アルミナ粉末からなる絶縁層が更に積層形成され、且つ該絶縁層が、該積層体と前記電極と前記端子部と前記リード部と共に焼結により一体化されることによって、緻密な構造とされていること。この本態様においては、複数の端子部同士の間での短絡が有利に防止され得るだけでなく、各端子部の固体電解質体に対する密着強度、更には剥離強さが、効果的に向上され得る。 (7) In any one of the modes (1) to (6) described above, in the surface on which the plurality of terminal portions are formed, of the surface and the back surface of the laminate, the surface and the plurality An insulating layer made of alumina powder is further laminated between the terminal portion and the insulating layer, and the insulating layer is integrated with the laminated body, the electrode, the terminal portion, and the lead portion by sintering. It must be a precise structure. In this embodiment, not only short-circuiting between a plurality of terminal portions can be advantageously prevented, but also the adhesion strength of each terminal portion to the solid electrolyte body and further the peel strength can be effectively improved. .
(8) 上記せる態様(7)において、前記絶縁層を形成する前記アルミナ粉末が、10〜80m2 /gの範囲内のBET比表面積を有していること。このような本態様によれば、絶縁層の焼結性が有利に高められて、かかる絶縁層が、更に一層効果的に緻密化され得る。そして、その結果として、端子部の固体電解質体に対する密着強度、更には剥離強さが、効果的に高められ得ることとなる。 (8) In the aspect (7) described above, the alumina powder forming the insulating layer has a BET specific surface area within a range of 10 to 80 m 2 / g. According to this aspect, the sinterability of the insulating layer is advantageously enhanced, and the insulating layer can be further densified more effectively. As a result, the adhesion strength of the terminal portion to the solid electrolyte body and further the peel strength can be effectively increased.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1及び図2には、本発明に従うガスセンサ素子の一実施形態に係るNOx(窒素酸化物)センサ素子が、その縦断面形態と分解斜視形態とにおいて、それぞれ概略的に示されている。それらの図において、1は、細長な長尺の板状体形状を呈するセンサ素子であって、このセンサ素子1は、緻密な気密の酸素イオン伝導性の板状体からなる複数の固体電解質体4a,4b,4c,4d,4eを含み、且つそれらの板状体が上下方向において相互に積層せしめられてなる積層体5を備えた一体的な積層構造を有している。また、かかるセンサ素子1にあっては、その長さ方向一端側の先端側部位が、被測定ガス雰囲気中のNOx成分の濃度(分圧)を検出する検出部2とされている一方、それとは反対の基部側部位が、図示しないNOxセンサのセンサ本体に取り付けられるコネクタ部3とされている。なお、各固体電解質体4a〜4eは、何れも、ジルコニア磁器等の公知の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて、形成される。
First, FIGS. 1 and 2 schematically show a NOx (nitrogen oxide) sensor element according to an embodiment of a gas sensor element according to the present invention in a vertical cross-sectional form and an exploded perspective form, respectively. . In these drawings,
そして、このセンサ素子1の検出部2内には、それぞれ矩形形状の平面形態を呈する第一の内部空所6と第二の内部空所8とが、後者をセンサ素子1の先端側に位置せしめた状態で、別個に並んで配設されていると共に、それら第一及び第二の内部空所6,8とは独立した形態において、基準空気導入通路10が、センサ素子1の長手方向に延びるように設けられている。また、この基準空気導入通路10は、センサ素子1のコネクタ部3側の端部において開口し、大気に連通せしめられている。なお、ここでは、第一、第二の内部空所6,8及び基準空気導入通路10は、固体電解質体4bに形成された対応する空所が上下の固体電解質体4a,4cにて覆蓋されることによって、略同一平面上に位置する状態において形成されている。
And in the
また、そのような第一の内部空所6を上方から覆蓋する固体電解質体4a部分には、それを板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔にて、第一の内部空所6を外部の空間に連通せしめる第一の拡散律速通路12が形成されている。これにより、第一の拡散律速通路12を通じて所定の拡散抵抗の下に、外部の雰囲気が、第一の内部空所6内に導かれるようになっている。更に、第一の内部空所6と第二の内部空所8との間に位置する固体電解質体4b部分には、それら二つの内部空所6,8を連通せしめる第二の拡散律速通路14が設けられており、この第二の拡散律速通路14を通じて、第一の内部空所6内の雰囲気が、所定の拡散抵抗の下に、第二の内部空所8内に導き入れられるようになっている。
In addition, the
また、固体電解質体4aの固体電解質体4bとの積層面(下面)において、第一の内部空所6内に露呈する部分には、それに接して、薄膜状の内側電極16が設けられている。更に、固体電解質体4aの積層面とは反対側の外面(上面)において内側電極16と対応する部位には、それに接するように、薄膜状の外側電極18が設けられている。そして、それら内側及び外側電極16,18と固体電解質体4aとによって、第一の電気化学的ポンプセル(ポンプセル)が構成されている。なお、これら内側電極16と外側電極18は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元/分解能力を弱めた、或いは還元/分解能力のない、例えば、Ptとジルコニアとからなる多孔質サーメット電極にて構成されている。
Further, on the layered surface (lower surface) of the
さらに、固体電解質体4cの固体電解質体4bとの積層面(上面)において、第一の内部空所6内に露呈する部分には、それに接して、薄膜状の測定電極20が設けられている。また、かかる固体電解質体4cの積層面における基準空気導入通路10内に露呈する部分には、それに接して、薄膜状の基準電極22が設けられている。そして、それら測定電極20と基準電極22と固体電解質体4cとによって、電気化学的センサセル(モニタセル)が構成されている。なお、この測定電極20と基準電極22も、前記内側電極16や外側電極18と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元/分解能力を弱めた、或いは還元/分解能力のない、例えば、Ptとジルコニアとからなる多孔質サーメット電極にて構成されている。
Further, on the surface (upper surface) of the
更にまた、固体電解質体4cの固体電解質体4bとの積層面において、第二の内部空所8内に露呈する部分には、それに接して、薄膜状の内部ポンプ電極24が設けられている。この内部ポンプ電極24は、例えば、NOxを還元/分解可能な貴金属たるRhとセラミックスとしてのジルコニアとからなる多孔質サーメットにて構成されており、それによって、第二の内部空所8内の雰囲気中に存在するNOxを還元/分解せしめ得るNOx還元触媒として機能せしめられ得るようになっている。そして、このような内部ポンプ電極24と前記基準電極22と固体電解質体4cとによって、第二の電気化学的ポンプセル(センサセル)が構成されているのである。
Furthermore, a thin film-like
一方、センサ素子1のコネクタ部3には、複数の端子部26〜38が、外部に露呈して、設けられている。即ち、互いに積層された複数の固体電解質体4a〜4eのうち、最上位に位置する固体電解質体4aの基部側部位における固体電解質体4bとの積層面とは反対側の外面(上面)に、薄膜形態を呈するI字状又はL字状の複数(ここでは4個)の端子部26,28,30,32が設けられており、また、それらのうちの最下位に位置する固体電解質体4eの基部側部位における固体電解質体4dとの積層面とは反対側の外面(下面)にも、薄膜形態を呈するI字状又はL字状の複数(ここでは3個)の端子部34,36,38が設けられている。
On the other hand, the
なお、ここでは、複数の端子部26〜38がそれぞれ設けられる固体電解質体4a,4eの各外面上に、薄膜状の電気絶縁層40,42が、それぞれ、直接に1個ずつ設けられている。これにより、それら各電気絶縁層40,42が、各固体電解質体4a,4eと各端子部26〜38との間に介在せしめられて、固体電解質体4aを通じての4個の端子部26〜32同士の短絡や、固体電解質体4eを通じての3個の端子部34〜38同士の短絡が、それぞれ阻止されるようになっている。
Here, one thin insulating
そして、センサ素子1の検出部2内に設けられた前記5個の電極16〜24のうち、外側電極18が、固体電解質体4aの外面上に、その長さ方向に連続して延びるように形成された薄膜状のリード部44を介して、固体電解質体4aの外面上に設けられた4個の端子部26〜32のうちの1個の端子部26に接続されている一方、内側電極16と測定電極20と基準電極22とが、残りの3個の端子部28〜32のそれぞれのものに対して、固体電解質体4a,4cの固体電解質体4bとの積層面上に、その長さ方向に連続して延びるように形成された薄膜状のリード部46,48,50を介して、それぞれ接続されている。更に、内部ポンプ電極24は、固体電解質体4cの固体電解質体4bとの積層面上に、その長さ方向に連続して延びるように形成された薄膜状のリード部52を介して、固体電解質体4eの外面上に設けられた3個の端子部34〜38のうちの1個の端子部34に接続されている。
And among the said 5 electrodes 16-24 provided in the
また、ここでは、特に、外側電極18を除く4個の電極16,20〜24と各端子部28〜36とをそれぞれ接続する4個のリード部46〜52が、各固体電解質体4a,4cの基部側部分において幅方向に屈曲して、延出せしめられ、且つかかる屈曲して延出する部分の先端部位に、固体電解質体4aの外面側や固体電解質体4eの外面側、つまりセンサ素子1の上面や下面に向かって延出する側面導通部54,56,58,60がそれぞれ設けられている。そして、図3及び図4に示されるように、それら各側面導通部54〜60が、センサ素子1(積層体5)のコネクタ部3の側面において外部に露出して位置せしめられて、それぞれの先端において、各端子部28〜34に接続されているのである。
Here, in particular, the four
さらに、図1及び図2に示されるように、かかるセンサ素子1内には、多孔質のアルミナからなる2個の絶縁性セラミックス層62a,62bが、固体電解質体4c,4eに挟まれ且つかかる固体電解質体4c,4eと固体電解質体4dとにて三方が囲まれた形態において、一体的に積層されている。そして、これら2個の絶縁性セラミックス層62a,62bの間には、ヒータエレメント64が挟まれて、位置せしめられており、以て、かかるヒータエレメント64が、センサ素子1の内部に埋設された構造とされている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in the
また、このヒータエレメント64は、発熱部66と2個のリード部68a,68bとを有して、構成されている。そして、発熱部66が、センサ素子1の検出部2において、第二の内部空所8の形成部位に対応位置せしめられている一方、2個のリード部68a,68bは、センサ素子1のコネクタ部3側に延出せしめられて、固体電解質体4eの外面上に設けられた前記3個の端子部34〜38のうちの2個の端子部36,38に対して、それぞれ接続されている。
The
さらに、かかるヒータエレメント64の2個のリード部68a,68bも、前記4個の電極16,20〜24と4個の端子部28〜34とをそれぞれ接続する4個のリード部46〜52と同様に、センサ素子1のコネクタ部3において幅方向に屈曲せしめられると共に、その先端部に、センサ素子1の下面に向かって延出する側面導通部70a,70bがそれぞれ設けられている。そして、図4に示されるように、それら各側面導通部70a,70bが、センサ素子1(積層体5)のコネクタ部3の側面において外部に露出して位置せしめられて、それぞれの先端において、各端子部36,38に接続されている。
Further, the two
なお、かくの如き積層構造を有するセンサ素子1は、従来と同様に、例えば、未焼成の固体電解質体4a,4b,4c,4eに対して、各電極16〜24と各端子部26〜38と各リード部44〜52と各側面導通部54〜60,71a,70bと各電気絶縁層40,42と各絶縁性セラミックス層62a,62bとヒータエレメント64とを、スクリーン印刷法等によって印刷形成した後、かかる未焼成の固体電解質体4a,4b,4c,4eと未焼成の固体電解質体4dとをそれぞれ積層し、その後、この積層物を焼成する(焼結せしめる)ことにより、それら全てを一体化すること等によって、容易に得られることとなる。
In the
かくして、かくの如きセンサ素子1にあっては、従来と同様に、例えば、NOxセンサのセンサ本体におけるセンサ素子収納部(図示せず)に対して、コネクタ部3において挿入されて、組み付けられることで、複数の端子部26〜38が、それぞれ所定の回路に接続され、また、かかるセンサ本体への組付状態下で、検出部2において、被測定ガス存在空間内に配置されることによって、被測定ガスが、第一の拡散律速通路12を通って、所定の拡散抵抗の下に、第一の内部空所6内に導き入れられるようになっている。
Thus, in the
そして、端子部26,28を通じて、前記第一の電気化学的ポンプセルの内側電極16と外側電極18との間に、外部の可変電源72にて所望の電圧が印加せしめられて、所定の方向に電流を流されることにより、第一の内部空所6内の雰囲気中の酸素が外部の被測定ガス存在空間に汲み出され、或いは、それとは逆に、外部の被測定ガス存在空間から酸素を第一の内部空所6内に汲み入れられ得るようになっている。
Then, a desired voltage is applied by the external
また、第一の内部空所6内の雰囲気と基準空気導入通路10内の基準空気との間の酸素濃度(分圧)差に基づいて、前記電気化学的センサセルの測定電極20と基準電極22との間に発生する起電力が、端子部30,32から取り出されて、電位差計74にて測定されることにより、かかる第一の内部空所6内の雰囲気中の酸素濃度(分圧)が検出されるようになっている。そして、この電位差計74にて検出された第一の内部空所6内の雰囲気中の酸素濃度の値に基づいて、可変電源72の電圧が制御され、以て第一の内部空所6内の雰囲気中の酸素濃度が一定の値に保持され得るように構成されている。
Further, based on the oxygen concentration (partial pressure) difference between the atmosphere in the first
さらに、第二の電気化学的ポンプセルの内部ポンプ電極24と基準電極22との間に、端子部34,32を通じて、定電圧電源76にて一定電圧が印加せしめられることによって、第二の内部空所8内の雰囲気中の酸素が基準空気導入通路10内に汲み出されるようになっている。また、第二の内部空所8内の雰囲気中に存在するNOxは、NOx還元触媒として機能せしめられる内部ポンプ電極24にて、還元せしめられるようになっている。なお、定電圧電源76は、第二の拡散律速通路14による制限されたNOx流入下において、第二の電気化学的ポンプセルによるNOx分解時に生成した酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさの電圧を印加せしめ得るようになっている。
Further, a constant voltage is applied between the
従って、かかるセンサ素子1にあっては、第一の拡散律速通路12を通じて、第一の内部空所6内に導かれた被測定ガス雰囲気中の酸素分圧(酸素濃度)が、電気化学的センサセルと第一の電気化学的ポンプセルとの協働作用により、NOxが還元されない、例えば1.01Pa(10-6atm )程度の低い値に制御されるようになっている。そして、この酸素分圧が制御された第一の内部空所6内の雰囲気が、第二の拡散律速通路14を通じて、第二の内部空所8内に導かれて、かかる雰囲気中のNOxが、内部ポンプ電極24にて還元され、その際に生成する酸素が、第二の電気化学的セルのポンピング作用により、第二の内部空所8内から基準空気導入通路10内に汲み出される。そしてまた、このとき、第二の内部空所8内の雰囲気中の酸素分圧が一定に制御されているため、第二の電気化学的セルの内部ポンプ電極24と基準電極22との間に、NOxの濃度に比例したポンプ電流が流されるようになっている。
Therefore, in the
そうして、このような内部ポンプ電極24と基準電極22との間に流れるポンプ電流が、端子部34,32から取り出されて、電流計78によって測定され、そして、この測定値に基づいて、被測定ガス雰囲気中のNOxの濃度が求められるようになっているのである。
Thus, the pump current flowing between the
ところで、このような構造とされた本実施形態のセンサ素子1にあっては、特に、NOxセンサのセンサ本体におけるセンサ素子収納部に内挿されて、センサ本体に組み付けられる際に、センサ素子収納部の内面に接触するコネクタ部3の上面や下面、或いは側面において外部に露呈して形成された全ての端子部26〜38と、外側電極18を除く4個の電極16,20〜24に接続されたリード部46〜52における側面導通部54〜60と、ヒータエレメント64のリード部68a,68bにおける側面導通部70a,70bとが、検出部2に設けられた各電極16〜24の形成材料とは異なる、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されている。そして、この貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料は、検出部2に設けられた各電極16〜24の形成材料たる貴金属粉末とジルコニア粉末とを混合して得られる導電性材料に比して、優れた焼結性が発揮される。
By the way, in the
それ故、そのような導電性材料を用いて、各固体電解質体4a〜4eと一体焼成せしめられることにより形成される各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bにおいては、固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着強度が、より十分に高められ得、以て、固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する剥離強さも、効果的に向上せしめられ得るようになるのである。なお、ここでは、リード部46〜52のうちの側面導通部54〜60,68a,68bを除く部位と、外側電極18に接続されたリード部44の全体は、各電極16〜24を形成する材料と同様な導電性材料を用いて形成されている。
Therefore, in each of the
ここにおいて、かくの如き各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとを形成する導電性材料に含まれる貴金属粉末としては、各電極16〜24の形成材料に含まれるものと同様な貴金属粉末が用いられる。即ち、例えば、Pt,Rh,Pd,Au,Hg等の貴金属の単体や、そのような貴金属の中から選択された複数種類のものの合金等からなるものが用いられるのである。
Here, the noble metal powder contained in the conductive material forming the
また、かかる導電性材料に含まれるアルミナ粉末には、好ましくは10〜80m2 /gの範囲内のBET比表面積を有するものが、用いられる。何故なら、80m2 /gを越えるBET比表面積を有するアルミナ粉末を用いる場合、アルミナ粉末が小さ過ぎるために、貴金属粉末との均一な混合が難しく、それらアルミナ粉末と貴金属粉末との混合が不均一となってしまい易い。そして、そうなると、そのような導電性材料が焼成されてなる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとにおいて、固体電解質体4a,4c,4eに対する密着強度にバラツキが生じ、それによって、固体電解質体4a,4c,4eに対する剥離強さが低下してしまう恐れが大きくなるからである。また、BET比表面積が10m2 /g未満の大きなアルミナ粉末を用いる場合には、貴金属粉末と混合して得られる導電性材料の焼結性が低下してしまい、そのために、かかる導電性材料が焼成されてなる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとにおいて、固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着強度、更には剥離強さを十分に高いレベルで確保することが困難となるといった懸念が生ずるからである。
Moreover, what has a BET specific surface area in the range of 10-80 m < 2 > / g is preferably used for the alumina powder contained in this electroconductive material. This is because when alumina powder having a BET specific surface area exceeding 80 m 2 / g is used, since the alumina powder is too small, uniform mixing with noble metal powder is difficult, and mixing of these alumina powder and noble metal powder is uneven. It is easy to become. And when it becomes so, in each terminal part 26-38 and each side surface conduction part 54-60, 68a, 68b by which such a conductive material is baked, the adhesion strength with respect to the
さらに、そのような各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとを形成する導電性材料は、貴金属粉末とアルミナ粉末の組成が、容積比で、貴金属粉末/アルミナ粉末=95/5〜40/60とされていることが、望ましい。導電性材料中に、容積比で、アルミナ粉末が60%を越える量において含有せしめられ、且つ貴金属粉末が40%を下回る量において含有せしめられる場合には、そのような導電性材料を焼成して得られる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとにおける抵抗値が増大して、導電性が低下する恐れがある。一方、導電性材料中に、容積比で、アルミナ粉末が5%を下回る量において含有せしめられ、且つ貴金属粉末が95%を越える量において含有せしめられる場合には、アルミナ粉末の添加効果が小さくなるため、そのような導電性材料を焼成して得られる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bの固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着性、更には剥離強さが低くなる懸念が生ずる。
Further, the conductive material forming each of the
従って、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとを形成する導電性材料にあっては、安定した導電性と、固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する十分な密着性、更には高い剥離強さとをバランス良く確保する上において、容積比で、貴金属粉末/アルミナ粉末=95/5〜40/60の組成を有していることが、好ましいのである。
Therefore, in the conductive material forming the
また、かくの如き貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合した導電性材料からなる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bは、前述せるように、例えばスクリーン印刷手法により、固体電解質体4a,4b,4c,4eに対して、薄膜形態をもって形成されるものであるが、その厚さが、好適には2〜40μmの範囲内の値とされる。
Moreover, each terminal part 26-38 and each side surface conduction | electrical_connection part 54-60, 68a, 68b which consist of an electroconductive material which mixed such a noble metal powder and alumina powder, as mentioned above, for example by a screen printing technique, The
何故なら、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bのそれぞれの厚さが2μmを下回る場合には、余りにも薄いために、それら各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bとにおける抵抗値が不安定なものとなって、安定した導通性を確保することが困難となる恐れがあるからであり、また、厚さが40μmを越えるようになると、今度は厚過ぎるため、センサ本体のセンサ素子収納部へのコネクタ部3の内挿時に、各端子部26〜38及び各側面導通部54〜60,68a,68bとセンサ素子収納部の内面との間に過大な摺動抵抗が生じて、それら各端子部26〜38及び各側面導通部54〜60,68a,68bがコネクタ部3の上下面及び側面から剥離してしまう恐れが大きくなるからである。
This is because when the thicknesses of the
さらに、本実施形態のセンサ素子1におけるコネクタ部3には、前述せるように、固体電解質体4aの上面と、そこに設けられた4個の端子部26〜32との間、及び固体電解質体4eの下面と、そこに設けられた3個の端子部34〜38との間に、それぞれ、薄膜状の電気絶縁層40,42が設けられているが、ここでは、それらの電気絶縁層40,42が、何れも、アルミナ粉末からなる薄膜層が固体電解質体4a,4eと一体焼成されることにより、緻密な構造とされたセラミックス層にて、構成されている。
Further, as described above, the
これにより、かかるセンサ素子1においては、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合した導電性材料からなる各端子部26〜38と固体電解質体4a,4eと電気絶縁層40,42との一体焼成に際して、各端子部26〜38と電気絶縁層40,42とが、それぞれのアルミナ粉末同士間で、より強固に結合され、以て、各端子部26〜38が、固体電解質体4a,4eに対して、各電気絶縁層40,42を介して、更に一層強固に密着され得るようになる。
Thereby, in the
また、このような電気絶縁層40,42を形成するアルミナ粉末としては、10〜80m2 /gの範囲内のBET比表面積を有するものが、好適に用いられる。何故なら、そのような範囲内のBET比表面積を有するアルミナ粉末は、かかる範囲外のBET比表面積を有するアルミナ粉末に比して、焼結性において優れるものであり、それ故に、電気絶縁層40,42の構造が、より一層緻密なものとされて、各端子部26〜38の固体電解質体4a,4eに対する密着強度、更には剥離強さが、更に効果的に高められ得ることとなるからである。
Further, as the alumina powder for forming such electrical insulating
なお、かかる電気絶縁層40,42の厚さは、特に限定されるものではないものの、十分な絶縁性を確保し、しかも、センサ本体のセンサ素子収納部へのコネクタ部3の内挿時に、各端子部26〜38及び各側面導通部54〜60,68a,68bとセンサ素子収納部の内面との間に過大な摺動抵抗が生ずることを防止する上において、5〜40μm程度の範囲内の値とされていることが、望ましい。
Although the thickness of the electrical insulating
このように、本実施形態のセンサ素子1では、コネクタ部3の上面と下面と側面とにおいて外部に露呈する各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bが、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合してなる導電性材料を用いて形成されていることによって、それらの各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bの固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着強度、更には剥離強さが効果的に高められているところから、例えば、コネクタ部3において、センサ本体のセンサ素子収納部に内挿されて、センサ本体に組み付けられる際に、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bの剥離が未然に防がれ得て、かかる剥離に起因する導通不良の発生が、有利に防止され得る。
Thus, in the
従って、かくの如き本実施形態に係るセンサ素子1にあっては、センサ本体に組み付けられて、NOxセンサとして構成された状態下において、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bが設けられたコネクタ部3における電気的導通が極めて安定的に確保され得る。そして、その結果として、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度の測定精度が効果的に安定化され得ると共に、かかる測定精度の信頼性が飛躍的に高められ得ることとなるのである。
Therefore, in the
また、かかるセンサ素子1においては、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bを形成する導電性材料における貴金属粉末とアルミナ粉末との組成や、それら各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bのそれぞれの厚さが、それぞれ特定の範囲内の値とされ、しかも、かかる導電性材料に含まれるアルミナ粉末として、所定範囲内のBET比表面積を有するものが用いられていることで、各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bの固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着強度及び剥離強さが、より一層効果的に高められ得る。
Further, in the
そして、それに加えて、各端子部26〜38が、コネクタ部3において、アルミナ粉末からなる緻密な構造の電気絶縁層40,42を介して、固体電解質体4a,4eの各外面上に設けられていることにより、各端子部26〜38の固体電解質体4a,4eに対する密着強度及び剥離強さが、より一層効果的に高められ得る。
In addition to this, the
従って、本実施形態では、かくして得られる各端子部26〜38と各側面導通部54〜60,68a,68bの固体電解質体4a,4b,4c,4eに対する密着強度及び剥離強さの向上作用によっても、コネクタ部3における電気的導通の安定化が、より有利に確保され得て、被測定ガス雰囲気中の所定のガス濃度の測定精度の安定化と信頼性の向上が、更に一層有効に図られ得ることとなるのである。
Accordingly, in the present embodiment, the
ところで、本実施形態では、本発明を、被測定ガス中のNOxの濃度を測定するのに使用されるNOxセンサに組み付けられて、使用されるNOxセンサ素子に適用したものの具体例が示されていたが、本発明は、被測定ガス中のNOx以外のガス、例えば、水素ガスや炭酸ガス、炭化水素ガス、SOxガス、水蒸気等の濃度を測定するのに使用されるガスセンサに組み付けられて、使用されるガスセンサ素子に対しても、有利に適用可能であることは、言うまでもないところである。 By the way, in this embodiment, the specific example of what was assembled | attached to the NOx sensor used in order to measure the density | concentration of NOx in to-be-measured gas, and was applied to the NOx sensor element used is shown. However, the present invention is assembled in a gas sensor used for measuring the concentration of a gas other than NOx in the gas to be measured, for example, hydrogen gas, carbon dioxide gas, hydrocarbon gas, SOx gas, water vapor, etc. It goes without saying that the present invention can be advantageously applied to the gas sensor element used.
また、NOxセンサ素子に適用される場合にあっても、固体電解質体の形状や個数、或いは固体電解質体に設けられる電極やリード部の形状や個数等も、例示されたものに、特に限定されるものではない。 Further, even when applied to a NOx sensor element, the shape and number of solid electrolyte bodies or the shape and number of electrodes and lead portions provided on the solid electrolyte body are particularly limited to those illustrated. It is not something.
さらに、前記実施形態では、全ての端子部26〜38と全ての側面導通部54〜60,68a,68bとが、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合してなる導電性材料を用いて形成されていたが、一つの電極に接続されるリード部の側面導通部と端子部のうちの少なくとも何れか一方が、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合してなる導電性材料を用いて形成されておれば良い。それによって、それら側面導通部や端子部の固体電解質への密着強度や剥離強さの低下に起因した固体電解質からの剥離、更には導通不良の発生が、有利に防止され得ることとなる。 Furthermore, in the said embodiment, all the terminal parts 26-38 and all the side surface conduction | electrical_connection parts 54-60, 68a, 68b are formed using the electroconductive material formed by mixing a noble metal powder and an alumina powder. However, if at least one of the side surface conduction part and the terminal part of the lead part connected to one electrode is formed using a conductive material obtained by mixing noble metal powder and alumina powder. good. As a result, peeling from the solid electrolyte due to a decrease in adhesion strength and peeling strength of the side surface conductive portion and terminal portion to the solid electrolyte, and further occurrence of poor conduction can be advantageously prevented.
更にまた、電極と端子部とを接続するリード部の一部若しくは全部が、公知のスルーホール構造をもって形成されていても、何等差し支えないのである。 Furthermore, even if a part or all of the lead part connecting the electrode and the terminal part is formed with a known through-hole structure, there is no problem.
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないのであって、本発明は、各種の形態において実施され得るものである。従って、当業者の知識に基づいて採用される本発明についての種々なる変更、修正、改良に係る各種の実施の形態が、何れも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。 The specific configuration of the present invention has been described in detail above. However, this is merely an example, and the present invention can be implemented in various forms. Accordingly, various embodiments relating to various changes, modifications, and improvements of the present invention adopted based on the knowledge of those skilled in the art are all within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that it belongs.
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によっても、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。 In the following, typical examples of the present invention will be shown to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying.
<実施例1>
先ず、供試用のガスセンサ素子として、図1乃至図4に示される如き構造を有し、全ての端子部と全てのリード部における側面導通部とが、Pt粉末と、BET比表面積が10m2 /gであるアルミナ粉末とを、容積比で、Pt粉末/アルミナ粉末=90/10の組成となるように混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子を準備した。そして、これを供試品1とした。
<Example 1>
First, as a gas sensor element for a test, it has a structure as shown in FIG. 1 to FIG. 4, and all terminal portions and side surface conductive portions in all lead portions are made of Pt powder and a BET specific surface area of 10 m 2 / The NOx sensor element formed using the electroconductive material obtained by mixing alumina powder which is g so that it may become a composition of Pt powder / alumina powder = 90/10 by volume ratio was prepared. This was designated as
なお、この供試品1のNOxセンサ素子においては、内部ポンプ電極を、NOxの還元/分解触媒として機能する、Ptとジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成する一方、内側電極と外側電極と測定電極と基準電極とリード部における側面導通部以外の部分とを、NOxに対する還元/分解能力を弱めた、或いは還元/分解能力のない、Ptとジルコニアとからなる多孔質サーメットにて構成した。そして、電極、リード部、端子部、及び側面導通部の全てのものの厚さを10〜30μmとした。
In the NOx sensor element of the
また、かかる供試品1とは別の供試用のガスセンサ素子として、全ての端子部と側面導通部とが、Pt粉末とアルミナ粉末とを、容積比で、Pt粉末/アルミナ粉末=85/15の組成となるように混合して得られた導電性材料を用いて形成される以外、供試品1と同様な構造及び構成を有するNOxセンサ素子を準備し、このNOxセンサ素子を供試品2とした。
Moreover, as a gas sensor element for a test different from the
さらに、それら供試品1や供試品2とは更に別の供試用のガスセンサ素子として、全ての端子部と側面導通部とが、Pt粉末とアルミナ粉末とを、容積比で、Pt粉末/アルミナ粉末=60/40の組成となるように混合して得られた導電性材料を用いて形成される以外、供試品1や供試品2と同様な構造及び構成を有するNOxセンサ素子を準備し、このNOxセンサ素子を供試品3とした。
Furthermore, as a gas sensor element for test, which is further different from those of the
また、比較のために、全ての端子部と側面導通部とが、Pt粉末とジルコニア粉末とを、容積比で、Pt粉末/ジルコニア粉末=60/40の組成となるように混合して得られた導電性材料を用いて形成される以外、供試品1、供試品2、及び供試品3と同様な構造及び構成を有するNOxセンサ素子を準備し、このNOxセンサ素子を比較品1とした。
For comparison, all terminal portions and side surface conductive portions are obtained by mixing Pt powder and zirconia powder in a volume ratio such that Pt powder / zirconia powder = 60/40. A NOx sensor element having the same structure and configuration as those of the
そして、かくして準備された供試品1〜3と比較品1の4個のNOxセンサ素子のそれぞれにおける側面導通部の剥離強さを調べるために、それら各NOxセンサ素子に対して、以下に示す如き剥離試験を、下記の手順に従って、それぞれ実施した。
And in order to investigate the peeling strength of the side surface conduction | electrical_connection part in each of four NOx sensor elements of the test samples 1-3 prepared in this way, and the
すなわち、先ず、図5に示されるように、水平方向に延びる案内レール100が上面に設けられた基台102と、この基台102上に、案内レール100に跨って位置せしめられて、案内レール100に案内されつつ、水平方向にスライド移動可能とされると共に、移動方向一方側の端面において、NOxセンサ素子をクランプ可能に構成されたサンプル固定治具104と、基台102上に、位置固定に立設された支持部材106と、基台102から上方に所定距離を隔てた位置において、支持部材106に対して、鉛直方向への移動は許容されるものの、水平方向への移動が阻止されるように支持された超硬刃108と、超硬刃108に対して任意の荷重を負荷せしめ得る構造をもって、支持部材106上に設けられた荷重負荷機構110とを含んで構成された試験装置を準備した。
That is, first, as shown in FIG. 5, a
次いで、供試品1のNOxセンサ素子1を、側面導通部が形成される側面が上下に位置せしめられるように、横向きに配した状態で、検出部2側の端部において、測定装置のサンプル固定治具104に対して、一体移動可能にクランプさせて、固定した。
Next, the
その後、供試品1のNOxセンサ素子1の側面導通部が形成される側面に、超硬刃108の先端を接触させると共に、荷重負荷機構110にて、予め設定された荷重を超硬刃108に負荷せしめた。これにより、供試品1のNOxセンサ素子1の側面導通部が形成される側面に対して、超硬刃108の先端を、予め設定された荷重に基づく押圧力をもって、押圧接触させた。このとき、超硬刃108の先端が、NOxセンサ素子1のコネクタ部3と検出部2との中間部分のうち、側面導通部の延長線上に位置する部分に接触せしめられるようにした。
Thereafter, the tip of the
その後、かかる状態から、サンプル固定治具104を、供試品1のNOxセンサ素子1と共に、基台102上を、案内レール100に沿って、NOxセンサ素子1の固定側とは反対側の方向(図5に矢印で示す方向)にゆっくりとスライド移動させた。これにより、側面導通部が、超硬刃108の先端にて、所定の押圧力で押圧されつつ、引っ掻かれるようにした。
Thereafter, from this state, the
そして、供試品1のNOxセンサ素子1の側面に対する超硬刃108の先端の接触状態が解消される位置(図5において二点鎖線で示される位置)まで、サンプル固定治具104がスライド移動せしめられたら、その時点で、サンプル固定治具104のスライド移動を停止せしめた。その後、供試品1のNOxセンサ素子1の側面に設けられた側面導通部が、超硬刃108による引っ掻きにより、側面から剥離せしめられたか否かを目視にて確認し、また、剥離が確認された場合には、側面導通部と端子部との間の電気抵抗値の増加の有無を調べた。
Then, the
そして、このように、超硬刃108に負荷せしめられる荷重値に基づく押圧力をもって、押圧接触せしめた状態で、サンプル固定治具104と供試品1のNOxセンサ素子1とを共にスライド移動させて、側面導通部を超硬刃108の先端にて引っ掻かいた後、側面導通部の剥離の有無と電気抵抗値の増加の有無とを調べる一連の操作を、荷重機構106にて超硬刃108に負荷せしめられる荷重値を徐々に増加させながら、繰り返し実施した。そうして、超硬刃108に負荷せしめられる荷重値、換言すれば、超硬刃108から側面導通部に対して作用せしめられる押圧力と、かかる超硬刃108による引っ掻きにより剥離せしめられる側面導通部と端子部との間の電気抵抗値の増加が発生する確率との関係を調べた。その結果を図6に示した。なお、図6のグラフにおける横軸の「荷重値」は、超硬刃108に負荷せしめられる荷重値を示しており、また、縦軸の「剥離発生率」は、超硬刃108による引っ掻きにより剥離せしめられる側面導通部と端子部との間の電気抵抗値の増加の発生する確率(百分率)を示している。
In this way, the
次に、上記せる如き供試品1のNOxセンサ素子に対する剥離試験と同様にして、供試品2と供試品3の各NOxセンサ素子と、比較品1のNOxセンサ素子とに対する剥離試験を、それぞれ実施した。それらの結果を、図6に併せて示した。
Next, in the same manner as the peel test for the NOx sensor element of the
かかる図6から明らかなように、荷重値が同一の値であるとき、供試品1〜供試品3のNOxセンサ素子のそれぞれにおける剥離発生率が、比較品1のNOxセンサ素子の荷重値に比して、明らかに小さな値となっていることが認められる。例えば、荷重値が80gのときの各NOxセンサ素子における剥離発生率を比較した場合、比較品1のNOxセンサでは、それが12%程度であるのに対して、供試品1のNOxセンサ素子では0.45%程度で、供試品2のNOxセンサ素子では0.27%程度、供試品3のNOxセンサ素子に至っては0.1%程度の極めて小さな値となっている。
As is clear from FIG. 6, when the load values are the same, the peeling occurrence rate in each of the NOx sensor elements of the
これは、NOxセンサ素子において、端子部とリード部における側面導通部とが、Pt粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成され、且つかかる導電性材料のPt粉末とアルミナ粉末の組成が本発明において規定される範囲内とされることによって、端子部と側面導通部の剥離強さが効果的に高められ得ることを、如実に示しているのである。 This is because, in the NOx sensor element, the terminal portion and the side surface conductive portion in the lead portion are formed using a conductive material obtained by mixing Pt powder and alumina powder, and the Pt powder of such conductive material is used. It clearly shows that the peeling strength between the terminal portion and the side surface conductive portion can be effectively increased by making the composition of the alumina powder within the range defined in the present invention.
<実施例2>
先ず、供試用のガスセンサ素子として、前記実施例1で準備された供試品1〜3と比較品1の4個のNOxセンサ素子を準備した。また、それらとは別に、全ての端子部と側面導通部とが、Pt粉末のみからなる導電性材料を用いて形成される以外、供試品1〜3及び比較品1と同様な構造及び構成を有するNOxセンサ素子を準備し、このNOxセンサ素子を比較品2とした。
<Example 2>
First, as the test gas sensor elements, four NOx sensor elements of the
次いで、かくして準備された供試品1〜3と比較品1及び2の5個のNOxセンサ素子のそれぞれにおける側面導通部の固体電解質体に対する密着強度を調べるために、それら各NOxセンサ素子に対する密着強度測定試験を、公知のセバスチャン法(「薄膜ハンドブック」日本学術振興会・薄膜第131委員会編[オーム社]参照)に従って、下記の手順で、それぞれ実施した。
Next, in order to examine the adhesion strength of the side conductive portion to the solid electrolyte body in each of the five NOx sensor elements of the
すなわち、先ず、供試品1のNOxセンサ素子を所定の大きさに切断して、側面導通部が側面に設けられてなる試験片を作製した後、この試験片の側面導通部に、銅製で、直径:1.3mmのスタッドピンを、エポキシ系接着剤にて接着した。その後、オートグラフを用いて、試験片とスタッドピンとを引き剥がし、側面導通部が剥離したときの強度を測定した。
That is, first, the NOx sensor element of the
次に、上記せる如き供試品1のNOxセンサ素子に対する密着強度試験と同様にして、供試品2及び供試品3の各NOxセンサ素子と、比較品1及び比較品2の各NOxセンサ素子とに対する密着強度試験を、それぞれ実施した。
Next, in the same manner as the adhesion strength test for the NOx sensor element of the
そして、供試品1〜3の各NOxセンサ素子に対する密着強度試験の結果と、比較比2のNOxセンサ素子に対する密着強度試験の結果とに基づいて、端子部と側面導通部とがPt粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子における導電性材料中のPt量(Pt粉末とアルミナ粉末の組成)と側面導通部の密着強度との関係を調べた。その結果を図7に示した。
And based on the result of the adhesion strength test with respect to each NOx sensor element of the
また、その一方で、比較品1のNOxセンサ素子に対する密着強度試験の結果と、比較比2のNOxセンサ素子に対する密着強度試験の結果とに基づいて、端子部と側面導通部とがPt粉末とジルコニア粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子における導電性材料中のPt量(Pt粉末とジルコニア粉末の組成)と側面導通部の密着強度との関係を調べた。その結果を図7に併せて示した。なお、図7におけるF(t)は、累積破壊確率を示す。
On the other hand, based on the result of the adhesion strength test with respect to the NOx sensor element of the
かかる図7から明らかなように、端子部とリード部における側面導通部とがPt粉末とジルコニア粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子Aにおいては、かかる導電性材料中のPt粉末の含有量の減少、つまりジルコニア粉末の含有量の増加に伴って、側面導通部の固体電解質体に対する密着強度が、導電性材料をPt粉末のみで構成したときの値から、徐々に減少することが認められる。これに対して、端子部とリード部における側面導通部とがPt粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子Bにあっては、かかる導電性材料中のPt粉末の含有量の減少、つまりアルミナ粉末の含有量の増加に拘わらず、側面導通部の固体電解質体に対する密着強度が、導電性材料をPt粉末のみで構成したときと略同一の値に維持されることが認められる。 As apparent from FIG. 7, in the NOx sensor element A in which the terminal portion and the side surface conductive portion in the lead portion are formed using a conductive material obtained by mixing Pt powder and zirconia powder, such a conductive property is obtained. With the decrease in the content of Pt powder in the conductive material, that is, the increase in the content of zirconia powder, the adhesion strength with respect to the solid electrolyte body of the side conduction part is from the value when the conductive material is composed only of Pt powder. It is observed that it gradually decreases. On the other hand, in the NOx sensor element B in which the terminal portion and the side surface conductive portion in the lead portion are formed using a conductive material obtained by mixing Pt powder and alumina powder, such a conductive material is used. Despite a decrease in the content of Pt powder in the inside, that is, an increase in the content of alumina powder, the adhesion strength of the side surface conductive portion to the solid electrolyte body is substantially the same value as when the conductive material is composed only of Pt powder. Is allowed to be maintained.
これによって、端子部とリード部における側面導通部とがPt粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子Aが、かかる導電性材料のPt粉末とアルミナ粉末の組成に拘わらず、端子部や側面導通部の固体電解質体に対する密着強度において、端子部とリード部における側面導通部とがPt粉末とジルコニア粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成されたNOxセンサ素子Bよりも十分に優れたものであることが、明確に認識され得る。 As a result, the NOx sensor element A in which the terminal portion and the side surface conductive portion in the lead portion are formed using the conductive material obtained by mixing the Pt powder and the alumina powder, the Pt powder and the alumina of the conductive material are formed. Regardless of the composition of the powder, a conductive material obtained by mixing the Pt powder and the zirconia powder in the terminal part and the side conductive part in the lead part in the adhesion strength of the terminal part and the side conductive part to the solid electrolyte body is used. It can be clearly recognized that this is sufficiently superior to the NOx sensor element B formed in this way.
<実施例3>
先ず、Pt粉末に対して、下記表1に示されたBET比表面積を有するアルミナ粉末を、容積比で、下記表1に示される組成(下記表1には、アルミナ粉末量のみを示す)となるように混合して得られた導電性材料を用いて、端子部と側面導通部とが形成される以外、前記実施例1で準備された供試品1と同様な構造及び構成を有する11個のNOxセンサ素子を、供試用のガスセンサ素子として、準備した。そして、それら11個のNOxセンサ素子を、下記表1に示されるように、それぞれ、供試品4〜14とした。また、比較のために、前記実施例1で準備された比較品1のNOxセンサ素子を準備した。
<Example 3>
First, with respect to the Pt powder, the alumina powder having the BET specific surface area shown in the following Table 1 is represented by the volume ratio in the composition shown in the following Table 1 (only the amount of the alumina powder is shown in the following Table 1). 11 having the same structure and configuration as the
次に、準備された供試品4〜14と比較品1の12個のNOxセンサ素子を用い、それらに対する剥離試験を、前記実施例1と同様にして、実施した。そして、それら各NOxセンサ素子に対する剥離試験のそれぞれの結果から、各NOxセンサ素子において、剥離発生率が0.1%となったときの荷重値の値をそれぞれ調べた。その結果を下記表2に示した。
Next, twelve NOx sensor elements of the prepared specimens 4 to 14 and the
かかる表2の結果から明らかなように、端子部とリード部における側面導通部とが、Pt粉末と、本発明において規定される範囲内のBET比表面積を有するアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて形成され、且つかかる導電性材料のPt粉末とアルミナ粉末の組成が本発明において規定される範囲内とされることによって、それら端子部と側面導通部の剥離強さが、Pt粉末とジルコニア粉末とからなる導電性材料を用いて形成される端子部や側面導通部の剥離強さよりも、効果的に高められ得るのである。 As is apparent from the results in Table 2, the terminal portion and the side surface conductive portion in the lead portion are obtained by mixing Pt powder and alumina powder having a BET specific surface area within the range defined in the present invention. When the conductive material is formed and the composition of the Pt powder and the alumina powder of the conductive material is within the range defined in the present invention, the peel strength between the terminal portion and the side surface conductive portion is The peel strength of the terminal portion and the side surface conductive portion formed using a conductive material made of Pt powder and zirconia powder can be effectively increased.
1 センサ素子 2 検出部
3 コネクタ部 4 固体電解質体
16 内側電極 18 外側電極
20 測定電極 22 基準電極
24 内部ポンプ電極
26,28,30,32,34,36,38 端子部
40,42 電気絶縁層
44,46,48,50,52,68 リード部
54,56,58,60,70 側面導通部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記端子部と前記リード部の前記側面導通部とが、それぞれ、貴金属粉末とアルミナ粉末とを混合して得られる導電性材料を用いて、形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。 The solid electrolyte body is provided on a laminate surface of a laminate in which a plurality of plate bodies, at least one of which is a solid electrolyte body, and another plate-like body of the solid electrolyte body at a portion on one end side of the laminate body. A plurality of electrodes arranged in contact with each other, and a plurality of electrodes arranged to be exposed to the outside on at least one of a front surface and a back surface facing each other in the stacking direction at a portion on the other end side of the stacked body A terminal part and a plurality of lead parts arranged so as to connect the plurality of electrodes and the plurality of terminal parts to the laminate, respectively, are integrated by sintering, and the plurality A portion of at least one of the lead portions connected to the terminal portion is exposed to the outside on the side surface of the laminate and is positioned so as to extend in the stacking direction of the laminate , a side conductive portion that is allowed to connect to In a gas sensor element,
Gas sensor element and the side conductive portion of said lead portion and said terminal portion, respectively, using a conductive material obtained by mixing a noble metal powder and the alumina powder, characterized in that it is made form.
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