JP4795874B2 - ガスセンサ素子およびそれを用いたガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法 - Google Patents
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また、請求項2に係る発明のガスセンサ素子のように、絶縁層の跨設部が存在する領域内の材料の密度を他の領域よりも高めることにより、絶縁層に存在し得る貫通孔が潰され、貫通孔が形成されていない跨設部を実現することができる。よって請求項1と同様の効果を得ることができる。
図5に示すように、焼成後に固体電解質体114となる未焼成固体電解質体214は、ジルコニア粉末を主成分とする原料粉末と焼結調整材と可塑剤とを湿式混合により分散したスラリーから短冊状をなすように成形される。このとき、ビアホール115(図3参照)が形成され、さらにそのビアホール115内に、焼成後にビア導体134となる導電性ペーストが充填される。そして、スクリーン印刷により、未焼成固体電解質体214の一方の面上に、焼成後に電極130となる未焼成電極230が形成され、他方の面上に、焼成後に電極135,中継電極139となる未焼成電極,未焼成中継電極(図示外)がそれぞれ形成される。
上記のように形成された各材料と、別途作製された電極端子105,106,107とが、前述した構成をなすように積層され、例えば150MPaで加圧されることにより互いに圧着される。未焼成固体電解質体214の未焼成電極230が形成された主面上には未焼成絶縁基体210が配置されて、両者間に未焼成電極230を挟んだ状態で互いに圧着される。このとき、未焼成電極230の部位のうち、少なくともリード部132は、未焼成絶縁基体210により覆われることとなるが、電極部131は、未焼成絶縁基体210の開口部111内に配置されて、未焼成ポーラス層212を介して外気に晒されることとなる。
次に、未焼成絶縁基体210の主面(焼成後に貼り合わされるヒータ素子150側の面)上に、未焼成絶縁基体210と同一の材料から調製したペースト状の未焼成コート材285による層が形成される。この未焼成コート材285は、図6に示すように、未焼成絶縁基体210の主面上にて、未焼成絶縁基体210の裏面側に積層配置される未焼成固体電解質体214の主面上に形成されている未焼成電極230のリード部132が、積層方向に沿って見たときに未焼成絶縁基体210と重なる位置の一部を含む、保護領域80(図中1点鎖線で示す。)内に形成される。後述するが、検出素子100とヒータ素子150とを貼り合わせるため、セメント材塗布工程(図5参照)において検出素子100の絶縁基体110の主面上にセメント材204が塗布される。電極130の電極部131はポーラス層112を介して外気に晒される必要があるため、セメント材204は、ポーラス層112にかからないように塗布される。このため、未焼成検出素子200の未焼成絶縁基体210の主面上において、焼成後に上記セメント材204が塗布される予定位置である塗布予定領域90(図中2点鎖線で示す。)は、未焼成絶縁基体210の開口部111よりも未焼成検出素子200の後端側(図中右側)に設けられる。
次に、図5に示すように、未焼成検出素子200は焼成され、各部材が一体となった検出素子100が形成される。なお、図示しないが、未焼成検出素子200の焼成が行われる前には、未焼成検出素子200の側面にはアルミナを主体とする絶縁性のペーストがスクリーン印刷され、焼成後に検出素子100の固体電解質体114,120,122が、検出素子100の側面から露出されることがないように保護される。
そして、検出素子100を構成する絶縁基体110の主面上で、図6において未焼成検出素子200上の塗布予定領域90として示した領域に相当する部分に、セメント材204が塗布される。セメント材204としては、接着成分に加え、バインダ成分としてリンが含有されたリン酸系セメントが用いられている。塗布されるセメント材204の先端75は前述した絶縁基体110主面上の保護領域80内、すなわち、未焼成コート材285が焼成されてなるコート層85上に位置され、その位置から絶縁基体110の後端側にかけて、セメント材204が塗布される。
さらに、別工程で製造されたヒータ素子150が、セメント材204の塗布された検出素子100と、先端部分を揃えて貼り合わされ、ヒータ素子150と検出素子100とがセメント材204によって固着され、熱処理を行ってセメント材204を固化させてセメント部104を作成し、積層体として一体となったガスセンサ素子10が完成される。
次の加圧工程では、図6で説明した保護領域80に対し、未焼成検出素子400の主面側から積層方向に加圧がなされる。これにより、保護領域80内における未焼成絶縁基体210を構成する材料の密度が高められる。保護領域80内において存在し得るピンホール等の貫通孔は潰され、保護領域80は、貫通孔の形成されていない領域として構成される。
このように、第1の実施の形態では、絶縁基体の保護領域にコート層を形成した検出素子を得て、第2の実施の形態では、保護領域に押圧処理を施した検出素子を得たが、その保護領域おいて実際に、ピンホール等の貫通孔が存在しないことを確認するため評価試験を行った。この評価試験では、図5で説明した第1の実施の形態のガスセンサ素子10の製造方法に従って焼成工程までを行い、保護領域にコート層が形成された検出素子の第1のサンプルを作製した。同様に、図7で説明した第2の実施の形態のガスセンサ素子350の製造方法に従って焼成工程までを行い、保護領域を押圧処理した検出素子の第2のサンプルを作製した。さらに、比較対象として、図5で説明した第1の実施の形態のガスセンサ素子10の製造方法に従いつつも、コート層形成工程を省き、焼成工程までを行い、保護領域にコート層が形成されていない検出素子の第3のサンプルを作製した。次に、第1〜第3のサンプルそれぞれの保護領域を除く部分にマスキングを施し、各サンプルの保護領域にカーボンスプレーを塗布した。そして、第1実施の形態の電極130に相当する電極と、塗布されたカーボンスプレーとの間に100Vの電圧を印加し、1MΩのレンジにて導通試験を行った。
4 主体金具
10 ガスセンサ素子
71 先端側部位
72 後端側部位
75 先端
80 保護領域
85 コート層
90 塗布予定領域
100 検出素子
101 検出部
104 セメント部
110 絶縁基体
114 固体電解質体
130,135 電極
131,136 電極部
132,137 リード部
150 ヒータ素子
204 セメント材
Claims (7)
- 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
を有するガスセンサ素子において、
前記セメント部には、リンが含有されており、
前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられ、複数の層が積層されてなる、貫通孔が形成されていない跨設部を有することを特徴とするガスセンサ素子。 - 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
を有するガスセンサ素子において、
前記セメント部には、リンが含有されており、
前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられる領域をなす跨設部であって、当該領域内の材料の密度が前記絶縁層の他の領域よりも高められて貫通孔が形成されていない跨設部を有することを特徴とするガスセンサ素子。 - 前記跨設部は、前記絶縁層と同一の材料から形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
- 軸線方向に延びるガスセンサ素子と、
当該ガスセンサ素子を固定する筒状の主体金具と、
を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、請求項1乃至3のいずれかに記載のガスセンサ素子を用いることを特徴とするガスセンサ。
- 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
を有するガスセンサ素子の製造方法において、
前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、
前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層に貫通孔が形成されないように、前記絶縁層を積層方向に加圧する加圧工程と、
リンを含有し、前記セメント部となるセメント材を前記絶縁層上に塗布するセメント材塗布工程と、
前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、
を有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。 - 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
を有するガスセンサ素子の製造方法において、
前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、
前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上の前記セメント部の先端が予定される先端予定位置を、前記軸線方向に跨ぐようにして、コート層を形成するコート層形成工程と、
リンを含有するセメント材の先端を前記コート層上に位置させつつ、前記軸線方向後端側へ向けて、前記絶縁層上に前記セメント材を塗布するセメント材塗布工程と、
前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、
を有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。 - 前記検出素子は、前記軸線方向と直交する方向に複数の前記検出素子が連結されて一体となった板状体として形成され、
前記コート層形成工程では、前記コート層を前記板状体を構成する個々の前記検出素子の前記絶縁層上の前記先端予定位置を前記軸線方向に跨ぐようにして前記検出素子の直交方向に帯状に形成するものであり、
前記コート層形成工程後に、前記板状体を、個々の前記検出素子にあわせて切断する切断工程を有したことを特徴とする請求項6に記載のガスセンサ素子の製造方法。
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