JP5073841B2 - Manufacturing method of sensor element - Google Patents

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本発明は、NOxセンサや酸素センサのようなガスセンサにおいて、被測定ガス中の所定ガス成分の検出に用いるセンサ素子、および、このようなセンサ素子を用いて製造するガスセンサに関する。   The present invention relates to a sensor element used for detecting a predetermined gas component in a gas to be measured in a gas sensor such as a NOx sensor or an oxygen sensor, and a gas sensor manufactured using such a sensor element.

従来、被測定ガス中の所望ガス成分の濃度を知るために、各種の測定装置が用いられている。例えば、燃焼ガス等の被測定ガス中のNOx濃度を測定する装置として、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質の層上にPt電極およびRh電極を形成したセンサが公知である(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。 Conventionally, various measuring devices are used to know the concentration of a desired gas component in a gas to be measured. For example, a sensor in which a Pt electrode and an Rh electrode are formed on a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity such as zirconia (ZrO 2 ) is known as an apparatus for measuring the NOx concentration in a measurement gas such as combustion gas. Yes (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開平8−271476号公報JP-A-8-271476 特開2004−37473号公報JP 2004-37473 A

特許文献1および特許文献2に開示されているようなガスセンサにおいて、被測定ガス中の所定ガス成分の検出に用いられるセンサ素子は、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質であるジルコニアをセラミックス成分とした複数のセラミックスグリーンシートのそれぞれに、所定の回路パターンをスクリーン印刷等により形成し、それらを積み重ねて一体化させることで積層体を形成し、さらに、該積層体を素子単位にカットした後に焼成を行うことによって製造される。   In the gas sensor as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the sensor element used for detecting the predetermined gas component in the gas to be measured includes, for example, zirconia, which is a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, as a ceramic component. A predetermined circuit pattern is formed on each of the ceramic green sheets formed by screen printing or the like, and a laminated body is formed by stacking and integrating them, and further, the laminated body is cut into element units. Manufactured by firing.

このように、センサ素子は、セラミックスグリーンシートに対して多数の処理が施され製造されており、製造されたセンサ素子の中には製造工程での処理に起因した曲がりやねじれといった変形が生じてしまうものがある。   As described above, the sensor element is manufactured by applying a number of processes to the ceramic green sheet, and some of the manufactured sensor elements are deformed such as bending or twisting due to the process in the manufacturing process. There is something that ends up.

特に、積層体を素子単位にカットしたもの(焼成前のセンサ素子)は、焼成によって収縮(焼成収縮)することになるが、この焼成収縮は、他の工程(例えば、セラミックスグリーンシートへの回路パターンの印刷を行う工程や、該印刷後の乾燥を行う工程など)で生じる収縮と比較して大きなものとなっている。このため、センサ素子の製造工程において、焼成工程では、他の工程と比較して曲がりやねじれといった変形がセンサ素子に生じやすくなっている。   In particular, the laminate cut into element units (sensor element before firing) is shrunk (fired shrinkage) by firing, and this firing shrinkage is caused by other steps (for example, circuit to ceramic green sheets). This is larger than the shrinkage that occurs in a pattern printing process, a drying process after printing, and the like. For this reason, in the manufacturing process of the sensor element, in the firing process, deformation such as bending and twisting is likely to occur in the sensor element as compared with other processes.

焼成工程での収縮等によって、製造されたセンサ素子に大きな変形が生じた場合、センサ素子を用いて製造するガスセンサの組み立てが精度よく行えないおそれや、センサの測定精度に影響が出るおそれがある。センサ素子およびガスセンサを製造するうえで、焼成収縮等によって生じるセンサ素子の変形は歩留まり低下の原因の1つとなっている。   If a large deformation occurs in the manufactured sensor element due to shrinkage or the like in the firing process, the gas sensor manufactured using the sensor element may not be assembled accurately, and the measurement accuracy of the sensor may be affected. . In manufacturing the sensor element and the gas sensor, the deformation of the sensor element caused by firing shrinkage or the like is one of the causes of the yield reduction.

一方で、センサ素子を用いて製造したガスセンサを自動車エンジン等の内燃機関の排気系に取り付けて、実際にガスセンサとして使用する際に、ガスセンサは様々な要因によって衝撃を受けることとなる。このような衝撃によって破損しないように、ガスセンサには衝撃に対する一定以上の強度(以下、単に強度とも称する)も必要となる。   On the other hand, when a gas sensor manufactured using a sensor element is attached to an exhaust system of an internal combustion engine such as an automobile engine and is actually used as a gas sensor, the gas sensor receives an impact due to various factors. In order not to be damaged by such an impact, the gas sensor also needs to have a certain level of strength (hereinafter also simply referred to as strength) against the impact.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ製造時の組み立てや測定精度に影響を及ぼすことが無く、かつ、大きな強度をもつセンサ素子、および、このようなセンサ素子を用いて製造するガスセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and does not affect assembly and measurement accuracy during gas sensor manufacturing, and has a high strength, and uses such a sensor element. An object is to provide a gas sensor to be manufactured.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサのセンサ素子を製造する方法であって、前記センサ素子が、複数層の積層構造を備え、長尺の板状体形状をなしており、外部の空間から被測定ガスを取り込むためのガス導入口長手方向の一端部に備えるものであり、かつ、長手方向の長さが62mm以上72mm以下であるものであって、前記複数層のそれぞれに対応する複数のセラミックスグリーンシートを積層することによって積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を複数の素子体に切断する切断工程と、前記複数の素子体を焼成することによって複数のセンサ素子を得る焼成工程と、を備え、前記長手方向において、前記一先端部側の端面から20mm離れた第1の位置と前記センサ素子の他端部側の端面との間を第1区間とし、前記センサ素子の厚さ方向における曲がりの程度を表すパラメータである曲がり量を、以下の定義(a)によって規定したとき、前記焼成工程を、前記素子体の表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、前記第1区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さ1360分の1以上670分の1以下とする、ことを特徴とする。定義(a):対象区間における前記センサ素子の長手方向の位置をX、前記センサ素子表面の前記厚さ方向の変位をYとしてXとYとの関係を測定し、これらXおよびYを2変数としたX−Y平面上に前記測定したデータ点をプロットした散布図から最小二乗法により回帰直線を算出し、前記X−Y平面上での前記回帰直線の上側および下側のそれぞれの領域において、前記対象区間で前記回帰直線からの距離が最大となるデータ点を上側最大変位点および下側最大変位点としたとき、前記回帰直線から前記上側最大変位点および前記下側最大変位点までのそれぞれの距離の和の値。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a method of manufacturing a sensor element of a gas sensor for detecting a predetermined gas component in a gas to be measured, wherein the sensor element has a multi-layer laminated structure, and a plate-like body elongated shape, are those comprising a gas inlet for taking in external space or al measurement gas to one destination end portion in the longitudinal direction and the length in the longitudinal direction 62mm A laminate forming step of forming a laminate by laminating a plurality of ceramic green sheets corresponding to each of the plurality of layers, and cutting the laminate into a plurality of element bodies. A cutting step and a firing step of obtaining a plurality of sensor elements by firing the plurality of element bodies, and in the longitudinal direction, a first position 20 mm away from the end surface on the one end portion side When the between the other end side end face of the sensor element and the first section, the curve amount is a parameter representing the degree of bending in the thickness direction of the sensor element, and defined by the following definitions (a), the firing step, by performing the calcination at a pressurized state of the surface of the element body, wherein the amount of flexure in the first section, of one or more 670 minutes of the longitudinal length of 1360 minutes the sensor element 1 hereinafter to, characterized in that. Definition (a): Measure the relationship between X and Y, where X is the position in the longitudinal direction of the sensor element in the target section and Y is the displacement in the thickness direction of the surface of the sensor element. The regression line is calculated by the least square method from the scatter diagram in which the measured data points are plotted on the XY plane, and the upper and lower regions of the regression line on the XY plane are calculated. When the data point having the maximum distance from the regression line in the target section is defined as the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement point, from the regression line to the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement point. The sum of each distance.

請求項2の発明は、請求項1に記載のセンサ素子の製造方法であって前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、前記第1区間の曲がり量前記センサ素子の厚さに対して72分の5以上146分の5以下とする、ことを特徴とする。 Invention of Claim 2 is a manufacturing method of the sensor element of Claim 1, Comprising: In the said baking process, by baking in the state which pressurized the said surface of the said element body, said 1st area | region and 5 or less 5 or 146 min 72 min bending amount of the thickness of the sensor element, characterized in that.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載のセンサ素子の製造方法であって、前記センサ素子の長手方向にいて、前記一先端部側の端面から前記第1の位置との間を第2区間とし、かつ、前記他端部側の端面と前記他端部側の端面から10mm離れた第2の位置との間を第3の区間としたときに、前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、前記第2区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第2区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さ1340分の21以下とし、前記第3区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第3区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さ1675分の6以下とすることを特徴とする。 The invention of claim 3 is a method of manufacturing a sensor element according to claim 1 or claim 2, in have you in the longitudinal direction of said sensor element, said first position from the end surface of the one tip side In the firing step, when the second section is between and the end section on the other end side and the second position 10 mm away from the end face on the other end side is the third section , by performing the sintering the surface of the element body in pressurized state, the amount of bend of the second section which is defined according to the definition of the second section by said target section (a), the sensor element longitudinal length of the 1340 minutes of 21 or less, the amount of bend of the third section defined according to the definition of the third section by said target section (a), the longitudinal length of the sensor element characterized in that the 6 following 1675 minutes.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のセンサ素子の製造方法であって前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面上に所定の質量の加圧部材を載置することにより前記表面に対する加圧を行う、ことを特徴とする。 Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the sensor element in any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising : In the said baking process, the pressurization member of predetermined mass on the said surface of the said element body The surface is pressurized by placing the surface .

請求項5の発明は、請求項に記載のセンサ素子の製造方法であって、前記焼成工程においては、所定の質量の加圧部材を、前記素子体の前記表面であって前記第2区間および前記第3区間に対応する位置に載置する、ことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the method for manufacturing a sensor element according to the third aspect , wherein, in the firing step, the pressing member having a predetermined mass is the surface of the element body and the second section. And it mounts in the position corresponding to the said 3rd area, It is characterized by the above-mentioned.

請求項6の発明は、請求項4または請求項5に記載のセンサ素子の製造方法であって前記焼成工程においては、前記加圧部材を、前記素子体の前記表面であって、前記センサ素子を用いたガスセンサの組み立て時に外部部材が接触する位置に載置する、ことを特徴とする。 Invention of Claim 6 is a manufacturing method of the sensor element of Claim 4 or Claim 5, Comprising: In the said baking process, the said pressurizing member is the said surface of the said element body, Comprising: The said sensor It is characterized in that it is placed at a position where an external member contacts when assembling the gas sensor using the element .

請求項1ないし請求項の発明によれば、センサ素子の第1区間の曲がり量をセンサ素子の長手方向の長さに基づいて好適な範囲のものとすることで、センサ素子の厚さ方向の曲がりを抑えつつ、かつ、大きな強度を持つセンサ素子を得ることができる。 According to the first to sixth aspects of the present invention, the bending amount of the first section of the sensor element is within a suitable range based on the length in the longitudinal direction of the sensor element, so that the thickness direction of the sensor element is increased. Thus, it is possible to obtain a sensor element having a large strength while suppressing the bending.

請求項2の発明によれば、センサ素子の曲がり量を、センサ素子の厚さおよび長手方向の長さに基づいて好適な範囲のものとすることで、センサ素子の厚さ方向の曲がりを抑えつつ、かつ、大きな強度を持つセンサ素子を得ることができる。   According to the second aspect of the invention, the bending amount of the sensor element is suppressed within the preferable range based on the thickness of the sensor element and the length in the longitudinal direction, thereby suppressing the bending of the sensor element in the thickness direction. In addition, a sensor element having high strength can be obtained.

請求項3の発明によれば、センサ素子の第2区間の曲がり量および第3区間の曲がり量を、センサ素子の厚さおよび長手方向の長さに基づいて好適な範囲のものとすることで、センサ素子の強度を大きなものとしつつ、かつ、センサ素子の各区間および全区間における曲がり量を、センサ素子を用いて製造するガスセンサの組み立てに好適なものとすることができる。   According to the invention of claim 3, by setting the bending amount of the second section and the bending amount of the third section of the sensor element within a suitable range based on the thickness of the sensor element and the length in the longitudinal direction. The strength of the sensor element can be increased, and the bending amount in each section and all sections of the sensor element can be suitable for assembling a gas sensor manufactured using the sensor element.

ガスセンサ100の構成を概略的に示す断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of the gas sensor 100. FIG. センサ素子101の主要な部分の寸法を示すためのセンサ素子101の側面図である。2 is a side view of the sensor element 101 for showing dimensions of main parts of the sensor element 101. FIG. センサ素子101の主要な部分の寸法を示すためのセンサ素子101の平面図である。3 is a plan view of the sensor element 101 for showing dimensions of main parts of the sensor element 101. FIG. 変位測定装置200の構成を概略的に示す模式図である。2 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a displacement measuring apparatus 200. FIG. 素子面101Bとヘッド部210との距離を変位測定装置200で測定した結果の例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a result of measuring a distance between an element surface 101B and a head unit 210 with a displacement measuring device 200. FIG. 第1、第2および第3区間の曲がり量の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the bending amount of a 1st, 2nd and 3rd area. 第1区間の曲がり量と落下強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the bending amount of a 1st area, and drop strength. 荷重棒Wの載置方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the mounting method of the load rod W. FIG.

<ガスセンサの構成概要>
図1は、本実施の形態に係るガスセンサ100の構成を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ100は、測定対象とするガス(被測定ガス)中の所定のガス成分を検出し、さらにはその濃度を測定するためのものである。本実施の形態においては、ガスセンサ100が窒素酸化物(NOx)を検出対象成分とするNOxセンサである場合を例として説明を行うが、本発明は、NOx以外のガス成分を測定対象とするガスセンサにおいても適用可能である。ガスセンサ100は、ジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質からなるセンサ素子101を有する。
<Outline of gas sensor configuration>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a gas sensor 100 according to the present embodiment. The gas sensor 100 detects a predetermined gas component in the gas to be measured (measurement gas) and further measures the concentration thereof. In the present embodiment, the case where the gas sensor 100 is a NOx sensor having nitrogen oxide (NOx) as a detection target component will be described as an example. However, the present invention is a gas sensor having a gas component other than NOx as a measurement target. It is also applicable to. The gas sensor 100 has a sensor element 101 made of an oxygen ion conductive solid electrolyte such as zirconia (ZrO 2 ).

図1に例示するセンサ素子101は、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する、細長な長尺の板状体形状の素子である。係るセンサ素子101は、例えば、上述したように、各層に対応するセラミックグリーンシートに所定の加工およびパターン印刷などを行った後に、それらを積層し焼成することによって製造される。   A sensor element 101 illustrated in FIG. 1 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, a first solid electrolyte layer 4, and a spacer each made of an oxygen ion conductive solid electrolyte. This is a long and slender plate-like element having a structure in which six layers of the layer 5 and the second solid electrolyte layer 6 are laminated in this order from the lower side in the drawing. For example, as described above, the sensor element 101 is manufactured by performing predetermined processing and pattern printing on a ceramic green sheet corresponding to each layer, and then laminating and firing them.

センサ素子101の一先端部であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。ガス導入口10と、緩衝空間12と第1内部空所20と第2内部空所40とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画された内部空間である。第1拡散律速部11と第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位を、ガス流通部(また、ガス導入口10、緩衝空間12、第1内部空所20および第2内部空所40の空間を含む領域をキャビティ部とも称する)とも称する。   One end of the sensor element 101, and between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, is a gas inlet 10, a first diffusion rate limiting unit 11, and a buffer space. 12, the second diffusion rate limiting part 13, the first internal space 20, the third diffusion rate limiting part 30, and the second internal space 40 are adjacently formed in such a manner that they communicate in this order. The gas introduction port 10, the buffer space 12, the first internal space 20, and the second internal space 40 are provided on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 with the upper portion provided in a state in which the spacer layer 5 is hollowed out, This is an internal space defined by the lower part on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 and the side part on the side surface of the spacer layer 5. Each of the first diffusion rate controlling unit 11, the second diffusion rate controlling unit 13, and the third diffusion rate controlling unit 30 is provided as two horizontally long slits (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing). A region from the gas inlet 10 to the second internal space 40 is defined as a gas distribution part (also including a region including the gas inlet 10, the buffer space 12, the first internal space 20, and the second internal space 40. Also referred to as a cavity portion).

また、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、基準ガス導入空間43が設けられてなる。基準ガス導入空間43は、上部をスペーサ層5の下面で、下部を第3基板層3の上面で、側部を第1固体電解質層4の側面で区画された内部空間である。基準ガス導入空間43には、基準ガスとして、例えば大気が導入される。   Further, a reference gas introduction space 43 is provided at a position between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5 and farther from the front end side than the gas flow part. The reference gas introduction space 43 is an internal space defined by an upper portion being the lower surface of the spacer layer 5, a lower portion being the upper surface of the third substrate layer 3, and a side portion being the side surface of the first solid electrolyte layer 4. For example, air is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas.

ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれる。   The gas introduction port 10 is a portion opened to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas introduction port 10.

第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。   The first diffusion control unit 11 is a part that provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken from the gas inlet 10.

緩衝空間12は、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によって生じる被測定ガスの濃度変動を、打ち消すことを目的として設けられてなる。   The buffer space 12 is provided for the purpose of canceling the concentration fluctuation of the gas to be measured caused by the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (exhaust pressure pulsation if the gas to be measured is an automobile exhaust gas). It becomes.

第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第2拡散律速部13に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。   The second diffusion rate controlling part 13 is a part that gives a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the second diffusion rate controlling part 13.

第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられる。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。   The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion rate limiting unit 13. The oxygen partial pressure is adjusted by the operation of the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の内側ポンプ電極22と対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成される電気化学的ポンプセルである。内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、平面視矩形状の多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2のサーメット電極)として形成される。なお、内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。 The main pump cell 21 corresponds to the inner pump electrode 22 provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20 and the inner pump electrode 22 on the upper surface of the second solid electrolyte layer 6. This is an electrochemical pump cell constituted by the outer pump electrode 23 provided in a manner exposed to the external space in the region to be formed, and the second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as a porous cermet electrode having a rectangular shape in plan view (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 containing 1% of Au). The inner pump electrode 22 is formed using a material that has weakened or has no reducing ability with respect to the NOx component in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間にセンサ素子101外部に備わる可変電源24により所望のポンプ電圧Vp1を印加して、外側ポンプ電極23と内側ポンプ電極22との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip1を流すことにより第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。   In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp 1 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 by the variable power supply 24 provided outside the sensor element 101, and the outer pump electrode 23 and the inner pump electrode 22 are connected. By passing a pump current Ip1 in the positive or negative direction in between, oxygen in the first internal space 20 can be pumped into the external space, or oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 20. It has become.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20から第2内部空所40に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。   The third diffusion control unit 30 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the first internal space 20 to the second internal space 40.

第2内部空所40は、第3拡散律速部30を通じて導入された該被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられる。NOx濃度の測定は、測定用ポンプセル41が作動することによって可能となる。   The second internal space 40 is provided as a space for performing a process related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration in the measurement gas introduced through the third diffusion control unit 30. The measurement of the NOx concentration becomes possible by operating the measurement pump cell 41.

測定用ポンプセル41は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる基準電極42と、第2内部空所40に面する第1固体電解質層4の上面であって、第3拡散律速部30から離間した位置に設けられた測定電極44と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。基準電極42と測定電極44は、いずれも平面視ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極である。なお、基準電極42の周囲には、多孔質アルミナからなり、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられてなる。測定電極44は、被測定ガス成分たるNOxを還元し得る金属と、ジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成される。これによって、測定電極44は、第2内部空所40内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。   The measurement pump cell 41 is a reference electrode 42 sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the second internal space 40, This is an electrochemical pump cell constituted by the measurement electrode 44 provided at a position separated from the third diffusion rate controlling part 30 and the first solid electrolyte layer 4. Each of the reference electrode 42 and the measurement electrode 44 is a porous cermet electrode having a substantially rectangular shape in plan view. An air introduction layer 48 made of porous alumina and connected to the reference gas introduction space 43 is provided around the reference electrode 42. The measurement electrode 44 is composed of a metal capable of reducing NOx as a gas component to be measured and a porous cermet made of zirconia. Accordingly, the measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx present in the atmosphere in the second internal space 40.

さらに、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。第4拡散律速部45は、アルミナを主成分とする多孔質体によって構成される膜であり、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担う。   Further, the measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate controlling part 45. The fourth diffusion rate controlling part 45 is a film made of a porous body mainly composed of alumina, and plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44.

測定用ポンプセル41においては、測定電極44と基準電極42との間に、直流電源46を通じて一定電圧であるポンプ電圧Vp2が印加されることによって、NOxを還元し、これによって発生した第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間43に汲み出せるようになっている。この測定用ポンプセル41の動作によって流れるポンプ電流Ip2は、電流計47によって検出されるようになっている。   In the measurement pump cell 41, the pump voltage Vp2 that is a constant voltage is applied between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 through the DC power supply 46, thereby reducing NOx and generating the second internal space generated thereby. The oxygen in the atmosphere in the station 40 can be pumped into the reference gas introduction space 43. The pump current Ip2 flowing by the operation of the measurement pump cell 41 is detected by an ammeter 47.

また、第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素分圧が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに、補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、ガスセンサ100においては、高精度でのNOx濃度測定が実現される。   Further, in the second internal space 40, after the oxygen partial pressure is adjusted in the first internal space 20 in advance, the measurement gas introduced through the third diffusion rate-determining unit 30 is further reduced by the auxiliary pump cell 50. The oxygen partial pressure is adjusted. Thereby, in the gas sensor 100, the NOx concentration measurement with high accuracy is realized.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全面に設けられた補助ポンプ電極51と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、基準電極42とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。   The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first This is an auxiliary electrochemical pump cell constituted by the solid electrolyte layer 4 and the reference electrode 42.

補助ポンプ電極51は、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。   As with the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51 is formed using a material that has a reduced reduction ability or no reduction ability with respect to the NOx component in the gas to be measured.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と基準電極42との間にセンサ素子101外部に備わる直流電源52を通じて一定電圧Vp3を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間43に汲み出せるようになっている。   In the auxiliary pump cell 50, by applying a constant voltage Vp3 between the auxiliary pump electrode 51 and the reference electrode 42 through a DC power source 52 provided outside the sensor element 101, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is changed. The reference gas introduction space 43 can be pumped out.

また、センサ素子101においては、内側ポンプ電極22と基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって電気化学的センサセルである制御用酸素分圧検出センサセル60が構成されている。   In the sensor element 101, the oxygen partial pressure for control, which is an electrochemical sensor cell, includes the inner pump electrode 22, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4. A detection sensor cell 60 is configured.

制御用酸素分圧検出センサセル60は、第1内部空所20内の雰囲気と基準ガス導入空間43の基準ガス(大気)との間の酸素濃度差に起因して生じる内側ポンプ電極22と基準電極42との間に発生する起電力V1に基づいて、第1内部空所20内の雰囲気中の酸素分圧を検出できるようになっている。検出された酸素分圧は可変電源24をフィードバック制御するために使用される。具体的には、第1内部空所20の雰囲気の酸素分圧が、第2内部空所40において酸素分圧制御が行え得る程度に十分低い所定の値となるように、主ポンプセル21に印加されるポンプ電圧が制御される。   The control oxygen partial pressure detection sensor cell 60 includes an inner pump electrode 22 and a reference electrode that are caused by an oxygen concentration difference between the atmosphere in the first internal space 20 and the reference gas (atmosphere) in the reference gas introduction space 43. 42, the oxygen partial pressure in the atmosphere in the first internal space 20 can be detected on the basis of the electromotive force V1 generated between the first internal space 20 and the electromotive force V1. The detected oxygen partial pressure is used for feedback control of the variable power source 24. Specifically, the oxygen partial pressure of the atmosphere in the first internal space 20 is applied to the main pump cell 21 so that the oxygen partial pressure in the second internal space 40 is sufficiently low to be able to perform the oxygen partial pressure control. The pump voltage to be controlled is controlled.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74とを備えている。   Furthermore, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and maintaining the sensor element 101 in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater unit 70 includes a heater electrode 71, a heater 72, a through hole 73, and a heater insulating layer 74.

ヒータ電極71は、第1基板層1の下面において、基準ガス導入空間43側の素子端部付近に形成されてなる電極である。ヒータ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。   The heater electrode 71 is an electrode formed on the lower surface of the first substrate layer 1 in the vicinity of the element end on the reference gas introduction space 43 side. By connecting the heater electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater unit 70 from the outside.

ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72は、スルーホール73を介してヒータ電極71と接続されており、該ヒータ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、固体電解質層を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。   The heater 72 is an electric resistor formed in a form sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The heater 72 is connected to the heater electrode 71 through the through-hole 73, and generates heat when power is supplied from the outside through the heater electrode 71, thereby heating and keeping the solid electrolyte forming the solid electrolyte layer.

また、ヒータ72は、第1内部空所20から第2内部空所40の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に加熱して保温できるようになっている。   The heater 72 is embedded over the entire area from the first internal space 20 to the second internal space 40 so that the entire sensor element 101 can be heated and maintained at a temperature at which the solid electrolyte is activated. It has become.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2および第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性、つまり、センサ素子101の各電極とヒータ72との電気的絶縁性を得る目的で形成されている。   The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed on the upper and lower surfaces of the heater 72 by an insulator such as alumina. The heater insulating layer 74 is used for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 and the heater 72, that is, electrical insulation between each electrode of the sensor element 101 and the heater 72. Is formed.

また、センサ素子101においては、コネクタ電極80が、第2固体電解質層6の上面において、基準ガス導入空間43側の素子端部付近に形成されている。   In the sensor element 101, the connector electrode 80 is formed in the vicinity of the element end portion on the reference gas introduction space 43 side on the upper surface of the second solid electrolyte layer 6.

コネクタ電極80は、上述のセンサ素子101の各電極(内側ポンプ電極22、外側ポンプ電極23、基準電極42、測定電極44および補助ポンプ電極51)と接続されており(接続については図示省略)、これらの各電極間に印加する電圧や各電極を流れる電流の検出は、コネクタ電極80を通じてセンサ素子101外部より制御される。   The connector electrode 80 is connected to each electrode (the inner pump electrode 22, the outer pump electrode 23, the reference electrode 42, the measurement electrode 44, and the auxiliary pump electrode 51) of the sensor element 101 described above (connection is not shown). Detection of the voltage applied between these electrodes and the current flowing through each electrode is controlled from the outside of the sensor element 101 through the connector electrode 80.

すなわち、ガスセンサ100を使用するにあたって、ポンプ電圧Vp1、Vp2およびVp3やポンプ電流Ip1の制御、また、起電力V1の検出やポンプ電流Ip2の検出の制御は、コネクタ電極80を通じてセンサ素子101外部より行われることとなる。   That is, when the gas sensor 100 is used, control of the pump voltages Vp1, Vp2 and Vp3 and the pump current Ip1, and detection of the electromotive force V1 and detection of the pump current Ip2 are performed from the outside of the sensor element 101 through the connector electrode 80. Will be.

また、センサ素子101を用いてガスセンサ100を製造するにあたっては、コネクタ電極80(あるいは、コネクタ電極80およびヒータ電極71)には、センサ素子101の外部とコネクタ電極80(あるいは、コネクタ電極80およびヒータ電極71)とを接続するためのコネクタ部品が接触する態様にて接続されることとなる。   In manufacturing the gas sensor 100 using the sensor element 101, the connector electrode 80 (or the connector electrode 80 and the heater electrode 71) includes the outside of the sensor element 101 and the connector electrode 80 (or the connector electrode 80 and the heater). The connector parts for connecting the electrodes 71) are connected in such a manner that they come into contact with each other.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。従って、NOxの還元によって発生する酸素が汲み出されることによって測定用ポンプセル41を流れるポンプ電流Ip2は、還元されるNOx濃度に比例することになる。これに基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。   In the gas sensor 100 having such a configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx). A gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Accordingly, the pump current Ip2 flowing through the measurement pump cell 41 by pumping out oxygen generated by the reduction of NOx is proportional to the NOx concentration to be reduced. Based on this, the NOx concentration in the gas to be measured can be known.

<センサ素子の寸法>
次に、センサ素子101の主要な部分の寸法について、図2および図3を参照しつつ説明する。図2は、図1と同方向から見たセンサ素子101の側面(素子面101A)図である。
<Dimensions of sensor element>
Next, the dimensions of the main part of the sensor element 101 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a side view (element surface 101A) of the sensor element 101 viewed from the same direction as FIG.

図2において、長さL1は、センサ素子101の長手方向の長さである。係るセンサ素子101において長さL1は67.0±5.0mmである。   In FIG. 2, the length L <b> 1 is the length of the sensor element 101 in the longitudinal direction. In the sensor element 101, the length L1 is 67.0 ± 5.0 mm.

また、長さL2は、センサ素子101の厚さである。センサ素子101の厚さは、図1における第1基板層1の下面から第2固体電解質層6の上面に至る距離を表す。係るセンサ素子101において長さL2は1.4±1.0mmである。   The length L2 is the thickness of the sensor element 101. The thickness of the sensor element 101 represents the distance from the lower surface of the first substrate layer 1 to the upper surface of the second solid electrolyte layer 6 in FIG. In the sensor element 101, the length L2 is 1.4 ± 1.0 mm.

また、係る実施の形態においては、センサ素子101の曲がりの程度を評価する際に(詳細は後述する)、センサ素子101の構造、および、センサ素子101を用いてガスセンサ100を製造するときに用いる部品とセンサ素子101との接触箇所を考慮して、センサ素子101を長手方向(長さL1)に、第1区間In1と、第2区間In2と、第3区間In3との3つの区間に分けて考えている。   In the embodiment, when the degree of bending of the sensor element 101 is evaluated (details will be described later), the structure of the sensor element 101 and when the gas sensor 100 is manufactured using the sensor element 101 are used. Considering the contact location between the component and the sensor element 101, the sensor element 101 is divided into three sections, ie, a first section In1, a second section In2, and a third section In3 in the longitudinal direction (length L1). I think.

第1区間In1は、センサ素子101を用いてガスセンサ100を製造する際に用いられる、センサ素子101をガスセンサ100の所定の位置に固定するための部品(封止固定するためのガス封止材)、あるいは、センサ素子101を外部と電気的に接続するための部品(コネクタ電極80やヒータ電極71とセンサ素子101外部とを接続するコネクタ部品)が、センサ素子101表面において接触する箇所を含む区間である。係るセンサ素子101において第1区間In1は、センサ素子101のガス導入口10側の端面からコネクタ電極80側の端面へ長手方向に20mmの位置(第1の位置)から、センサ素子101のコネクタ電極80側の端面までの長手方向の区間である。 The first section In1 is a component for fixing the sensor element 101 to a predetermined position of the gas sensor 100 (gas sealing material for sealing and fixing), which is used when the gas sensor 100 is manufactured using the sensor element 101. Alternatively, a section including a portion where a part for electrically connecting the sensor element 101 to the outside (connector part for connecting the connector electrode 80 or the heater electrode 71 and the outside of the sensor element 101) is in contact with the sensor element 101 surface. It is. The first section In1 in the sensor element 101 according the position of 20mm in the longitudinal direction from the end face of the gas inlet 10 side of the sensor element 101 to the end face of the connector electrode 80 side (first position), the connector electrodes of the sensor element 101 This is a section in the longitudinal direction up to the end face on the 80 side.

第2区間In2は、上述したガス流通部(ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位)を含む区間であって、また、ガスセンサ100を製造するうえで他の部品との接触のない区間である。係るセンサ素子101において第2区間In2は、センサ素子101のガス導入口10側の端面からコネクタ電極80側の端面へ長手方向に20mmの区間である。 The second section In2 is a section including the above-described gas circulation portion (portion extending from the gas inlet 10 to the second internal space 40), and is in contact with other components when the gas sensor 100 is manufactured. There is no section. The second section In2 in the sensor element 101 according is the interval of 20mm in the longitudinal direction from the end face of the gas inlet 10 side of the sensor element 101 to the end face of the connector electrode 80 side.

第3区間In3は、第1区間In1において、特に、コネクタ部品との接触がある区間である。すなわち、第3区間In3は、コネクタ電極80(および、ヒータ電極71)を含む区間でもある。係るセンサ素子101において第3区間In3は、センサ素子101のコネクタ電極80側の端面からガス導入口10側の端面へ長手方向に10mmの位置(第2の位置)までの区間である。 The third section In3 is a section where there is a contact with the connector component, in particular, in the first section In1. That is, the third section In3 is also a section including the connector electrode 80 (and the heater electrode 71). The third section In3 In the sensor element 101 according is a period from the end face of the connector electrode 80 side of the sensor element 101 to the position of 10mm in the longitudinal direction to the end face of the gas inlet 10 side (second position).

図3は、図2を第2固体電解質層6側から見た平面(素子面101B)図である。なお、上述した長さL1、L2および第1区間In1、第2区間In2、第3区間In3は、図2と図3とにおいて同様のものを示す。   FIG. 3 is a plan view (element surface 101B) when FIG. 2 is viewed from the second solid electrolyte layer 6 side. Note that the lengths L1 and L2 and the first section In1, the second section In2, and the third section In3 described above are the same in FIGS.

長さL3は、図3に示すように、センサ素子101の幅である。幅は、センサ素子101を第1基板層1上方からみたときの短手方向の長さを表す。係るセンサ素子101において長さL3は4.2±0.5mmである。   The length L3 is the width of the sensor element 101 as shown in FIG. The width represents the length in the short direction when the sensor element 101 is viewed from above the first substrate layer 1. In the sensor element 101, the length L3 is 4.2 ± 0.5 mm.

また、図3において、領域Aはガス流通部を含む領域であり、ガス流通部のおおよその位置を示す。なお、図3においてはコネクタ電極80を図示しており、また、第1基板層1の下面においてコネクタ電極80と対応する位置にはヒータ電極71が形成されている。   Moreover, in FIG. 3, area | region A is an area | region containing a gas distribution part, and shows the approximate position of a gas distribution part. In FIG. 3, the connector electrode 80 is illustrated, and a heater electrode 71 is formed at a position corresponding to the connector electrode 80 on the lower surface of the first substrate layer 1.

<変位測定装置>
次に、センサ素子101の素子面101B表面の変位を測定する変位測定装置200について説明する。なお、ここでは、変位測定装置200がレーザ式の変位計である場合を例として説明する。
<Displacement measuring device>
Next, the displacement measuring apparatus 200 that measures the displacement of the element surface 101B surface of the sensor element 101 will be described. Here, a case where the displacement measuring device 200 is a laser displacement meter will be described as an example.

図4は、変位測定装置200の構成を概略的に示す図である。変位測定装置200は、素子面101Bとヘッド部210との距離を測定するものであり、主として、ヘッド部210と、測定用光源220と、水平駆動機構(図示省略)とを備えている。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the displacement measuring apparatus 200. The displacement measuring device 200 measures the distance between the element surface 101B and the head unit 210, and mainly includes a head unit 210, a measurement light source 220, and a horizontal drive mechanism (not shown).

ヘッド部210は、測定用光源220より発せられた変位測定用の光を投光、および、受光可能に構成されている。   The head unit 210 is configured to be able to project and receive light for measuring displacement emitted from the measurement light source 220.

変位測定にあたっては、ヘッド部210は、測定用光源220より与えられる測定用の光を素子面101Bに照射するとともに、その測定用の光の素子面101Bからの反射光を受光する。ヘッド部210が受光した反射光に基づいて、ヘッド部210からの素子面101B表面への距離が導出される。   In the displacement measurement, the head unit 210 irradiates the element surface 101B with measurement light provided from the measurement light source 220, and receives reflected light from the element surface 101B of the measurement light. Based on the reflected light received by the head unit 210, the distance from the head unit 210 to the surface of the element surface 101B is derived.

なお、図4には、素子面101Bへ照射された光をILとして示し、反射されヘッド部210に受光される光をRLとして示している。   In FIG. 4, light irradiated on the element surface 101 </ b> B is indicated as IL, and light reflected and received by the head unit 210 is indicated as RL.

また、測定用光源220とヘッド部210とは一体的に構成され、図示しない水平駆動機構に接続されている。この水平駆動機構は、センサ素子101の長手方向に平行な方向である図中の方向D1に、ヘッド部210(および測定用光源220)を水平移動させることができる。   Further, the measurement light source 220 and the head unit 210 are integrally formed and connected to a horizontal drive mechanism (not shown). The horizontal drive mechanism can horizontally move the head unit 210 (and the measurement light source 220) in a direction D1 in the figure, which is a direction parallel to the longitudinal direction of the sensor element 101.

以上のような構成の変位測定装置200を用いて、ヘッド部210から素子面101Bへの距離をセンサ素子101の長手方向に沿って測定することができる。得られた測定結果、すなわち、ヘッド部210と素子面101B表面との距離の素子長手方向の変化から、素子面101B表面の変位がわかることとなる。   Using the displacement measuring apparatus 200 configured as described above, the distance from the head unit 210 to the element surface 101B can be measured along the longitudinal direction of the sensor element 101. The displacement of the element surface 101B surface can be understood from the obtained measurement result, that is, the change in the element longitudinal direction of the distance between the head portion 210 and the element surface 101B surface.

図5は、ヘッド部210と素子面101Bとの距離を変位測定装置200で測定した結果の一例を示す図である。図5においては、変位測定装置200によって、ヘッド部210と素子面101Bとの距離をセンサ素子101の長手方向に20μm間隔で測定し、その結果をプロットしてある。縦軸はヘッド部210から素子面101Bへの距離を示し、横軸はセンサ素子101の長手方向に沿った位置を示す。横軸の0mmはガス導入口10側の素子端面を示し、横軸の値が大きいほど基準ガス導入空間43側の素子端面に近い位置を示す(図1参照)。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of measuring the distance between the head unit 210 and the element surface 101 </ b> B by the displacement measuring apparatus 200. In FIG. 5, the distance between the head unit 210 and the element surface 101B is measured at 20 μm intervals in the longitudinal direction of the sensor element 101 by the displacement measuring apparatus 200, and the results are plotted. The vertical axis represents the distance from the head unit 210 to the element surface 101B, and the horizontal axis represents the position along the longitudinal direction of the sensor element 101. 0 mm on the horizontal axis indicates the element end face on the gas introduction port 10 side, and the larger the value on the horizontal axis, the closer to the element end face on the reference gas introduction space 43 side (see FIG. 1).

図5において、センサ素子101の厚み方向に変位が見られるが、このような変位は、センサ素子101を構成する固体電解質とその他の部位との焼成時の収縮差により生じたものである。   In FIG. 5, a displacement is observed in the thickness direction of the sensor element 101. Such a displacement is caused by a difference in shrinkage during firing between the solid electrolyte constituting the sensor element 101 and other portions.

<曲がり量の算出方法>
次に、センサ素子101の厚さ方向の曲がりの程度を表す量(以下、単に曲がり量とも称する)を算出する方法について説明する。
<Calculation method of bending amount>
Next, a method for calculating an amount representing the degree of bending of the sensor element 101 in the thickness direction (hereinafter also simply referred to as a bending amount) will be described.

まず、「曲がり量」の定義は、以下の通りである。   First, the definition of “bending amount” is as follows.

定義(a): 「曲がり量」とは、
1) 対象区間における前記センサ素子の長手方向の位置をX、センサ素子表面の厚さ方向の変位をYとしてXとYとの関係を測定し、
2) これらXおよびYを2変数としたX−Y平面上に前記測定したデータ点をプロットした散布図から最小二乗法により回帰直線を算出し、
3) 前記X−Y平面上での前記回帰直線の上側および下側のそれぞれの領域において、前記対象区間で前記回帰直線からの距離が最大となるデータ点を上側最大変位点および下側最大変位点としたとき、
4) 前記回帰直線から前記上側最大変位点および前記下側最大変位点までのそれぞれの距離の和の値を、「曲がり量」とする。
Definition (a): “Bend amount”
1) Measure the relationship between X and Y, where X is the longitudinal position of the sensor element in the target section and Y is the displacement in the thickness direction of the sensor element surface.
2) A regression line is calculated by the least square method from a scatter diagram in which the measured data points are plotted on the XY plane with X and Y as two variables.
3) In each of the regions above and below the regression line on the XY plane, the data point having the maximum distance from the regression line in the target section is the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement. When a point
4) The value of the sum of the distances from the regression line to the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement point is defined as “bending amount”.

本実施の形態において、曲がり量は、第1区間In1、第2区間In2および第3区間In3の各区間においてそれぞれ算出される。   In the present embodiment, the amount of bending is calculated in each of the first section In1, the second section In2, and the third section In3.

第1区間In1は、センサ素子101をガスセンサ100の所定の位置に固定するための部品(ガス封止材)、あるいは、センサ素子101を外部と電気的に接続するための部品(コネクタ部品)が、センサ素子101表面において接触する箇所が含まれる区間であるため、この区間の曲がり量が所定以上であると、ガスセンサ100を組み立てる際に部品と素子との接触による曲げ応力などを生じるおそれがある。   In the first section In1, there are parts for fixing the sensor element 101 at a predetermined position of the gas sensor 100 (gas sealing material) or parts for electrically connecting the sensor element 101 to the outside (connector parts). Since this is a section including a contact point on the surface of the sensor element 101, if the bending amount of this section is greater than or equal to a predetermined value, bending stress due to contact between the component and the element may occur when the gas sensor 100 is assembled. .

また、第2区間In2は、ガス流通部(ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位)を含む区間であるため、このような空間構造に依存した曲がりが生じるおそれがある。   Further, since the second section In2 is a section including a gas circulation part (a part extending from the gas introduction port 10 to the second internal space 40), there is a possibility that bending depending on such a spatial structure may occur.

第3区間In3は、第1区間In1において、特に、コネクタ部品との接触がある区間であるため、所定以上の曲がり量であると、応力が発生し折損するなどの不具合を生じるおそれがある。   Since the third section In3 is a section in the first section In1 that is particularly in contact with the connector part, if the bending amount is greater than or equal to a predetermined amount, there is a risk that a stress may be generated and breakage may occur.

従って、第1区間In1、第2区間In2および第3区間In3のそれぞれにおいて曲がり量を算出し、ガスセンサ100を組み立てる上で、算出された曲がり量を適切な範囲のものとする必要がある。   Therefore, in calculating the bending amount in each of the first section In1, the second section In2, and the third section In3 and assembling the gas sensor 100, the calculated bending amount needs to be within an appropriate range.

図6は、第1区間In1、第2区間In2および第3区間In3のそれぞれの曲がり量の算出方法を説明するための図である。図6においてプロットしてあるデータ点は図5のものと同様のものである。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating the amount of bending in each of the first section In1, the second section In2, and the third section In3. The data points plotted in FIG. 6 are the same as those in FIG.

以下、それぞれの区間における曲がり量の算出方法について説明する。第1区間In1においては、まず、該区間におけるデータ点に対して最小二乗法を用いて回帰直線LS1を算出する。続いて、該回帰直線LS1によって分割される2つの領域のうち、図面視で回帰直線LS1の上側の領域において、回帰直線LS1からの距離が最大となるデータ点(上側最大変位点)と該回帰直線LS1との距離をM1とし、下側の領域において、回帰直線LS1からの距離が最大となるデータ点(下側最大変位点)と該回帰直線LS1との距離を距離m1とする。これらの距離M1およびm1の和を用いて、第1区間In1における曲がり量(第1区間の曲がり量)B1を、
B1=M1+m1
として算出する。
Hereinafter, a method of calculating the bending amount in each section will be described. In the first interval In1, first, a regression line LS1 is calculated using the least square method for the data points in the interval. Subsequently, of the two regions divided by the regression line LS1, the data point (upper maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS1 in the region above the regression line LS1 in the drawing view and the regression The distance from the straight line LS1 is M1, and in the lower region, the distance between the data point (lower maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS1 and the regression line LS1 is the distance m1. Using the sum of these distances M1 and m1, the amount of bending in the first section In1 (the amount of bending in the first section) B1 is
B1 = M1 + m1
Calculate as

第2区間In2においても、第1区間In1での曲がり量B1の算出と同様に、まず、第2区間In2におけるデータ点に対して最小二乗法を用いて回帰直線LS2を算出する。続いて、該回帰直線LS2によって分割される2つの領域のうち、図面視で回帰直線LS2の上側の領域において、回帰直線LS2からの距離が最大となるデータ点(上側最大変位点)と該回帰直線LS2との距離をM2とし、下側の領域において、回帰直線LS2からの距離が最大となるデータ点(下側最大変位点)と該回帰直線LS2との距離を距離m2とする。これらの距離M2およびm2の和を用いて、第2区間In2における曲がり量(第2区間の曲がり量)B2を、
B2=M2+m2
として算出する。
Similarly to the calculation of the bending amount B1 in the first section In1, also in the second section In2, the regression line LS2 is first calculated using the least square method for the data points in the second section In2. Subsequently, of the two regions divided by the regression line LS2, in the region above the regression line LS2 in the drawing view, the data point (upper maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS2 and the regression The distance from the straight line LS2 is M2, and in the lower region, the distance between the data point (lower maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS2 and the regression line LS2 is the distance m2. Using the sum of these distances M2 and m2, the amount of bending in the second section In2 (the amount of bending in the second section) B2 is
B2 = M2 + m2
Calculate as

第3区間In3においても、第1区間In1および第2区間In2での曲がり量の算出と同様に、まず、第3区間In3におけるデータ点に対して最小二乗法を用いて回帰直線LS3を算出する。続いて、該回帰直線LS3によって分割される2つの領域のうち、図面視で回帰直線LS3の上側の領域において、回帰直線LS3からの距離が最大となるデータ点(上側最大変位点)と該回帰直線LS3との距離をM3とし、下側の領域において、回帰直線LS3からの距離が最大となるデータ点(下側最大変位点)と該回帰直線LS3との距離を距離m3とする。これらの距離M3およびm3の和を用いて、第3区間In3における曲がり量(第3区間の曲がり量)B3を、
B3=M3+m3
として算出する。
Also in the third section In3, similarly to the calculation of the amount of bending in the first section In1 and the second section In2, first, the regression line LS3 is calculated using the least square method for the data points in the third section In3. . Subsequently, of the two regions divided by the regression line LS3, in the region above the regression line LS3 in the drawing view, the data point (upper maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS3 and the regression The distance from the straight line LS3 is M3, and in the lower region, the distance between the data point (lower maximum displacement point) having the maximum distance from the regression line LS3 and the regression line LS3 is the distance m3. Using the sum of these distances M3 and m3, the amount of bending in the third section In3 (the amount of bending in the third section) B3,
B3 = M3 + m3
Calculate as

第1区間の曲がり量B1、第2区間の曲がり量B2および第3区間の曲がり量B3はそれぞれ、ガスセンサ100を製造する際に、それらの区間において必要な部品との接触や接続が良好になされるように、また、他の部品との干渉が生じないように、(すなわち、組み立て精度が落ちないように)好適な範囲とする必要がある。係るガスセンサ100においてこのような範囲は、第1区間の曲がり量B1は0.6mm以下、第2区間の曲がり量B2は1.05mm以下、第3区間の曲がり量B3は0.24mm以下である。   When the gas sensor 100 is manufactured, the bending amount B1 of the first section, the bending amount B2 of the second section, and the bending amount B3 of the third section are each made in good contact and connection with necessary parts in those sections. In addition, it is necessary to set a suitable range so that interference with other parts does not occur (that is, assembly accuracy does not decrease). In such a gas sensor 100, the bending amount B1 of the first section is 0.6 mm or less, the bending amount B2 of the second section is 1.05 mm or less, and the bending amount B3 of the third section is 0.24 mm or less. .

<曲がり量と落下強度との関係>
次に、センサ素子101の第1区間の曲がり量と強度との関係について説明する。係る実施の形態においては、センサ素子101の第1区間の曲がり量と落下強度との関係を、以下に説明する試験で評価する。
<Relationship between bending amount and drop strength>
Next, the relationship between the bending amount and strength of the first section of the sensor element 101 will be described. In this embodiment, the relationship between the bending amount of the first section of the sensor element 101 and the drop strength is evaluated by a test described below.

まず、センサ素子101において、上述した方法で、第1区間の曲がり量を算出する。続いて、曲がり量B1を算出したセンサ素子101を用いて、ガスセンサ100を製造する。ガスセンサ100は、センサ素子101に対して、ガスセンサ100におけるセンサ素子101のガス封止材による固定や、コネクタ電極80(およびヒータ電極71)とコネクタ部品との接続、さらにケーシングなどが行われることにより、製造される。   First, the sensor element 101 calculates the bending amount of the first section by the method described above. Subsequently, the gas sensor 100 is manufactured using the sensor element 101 for which the bending amount B1 is calculated. In the gas sensor 100, the sensor element 101 in the gas sensor 100 is fixed to the sensor element 101 with a gas sealing material, the connector electrode 80 (and the heater electrode 71) is connected to the connector component, and the casing and the like are performed. Manufactured.

次に、曲がり量B1が既知であるこのガスセンサ100を所定の高さより落下させ、ガスセンサ100(およびセンサ素子101)に衝撃を与える。   Next, the gas sensor 100 whose bending amount B1 is known is dropped from a predetermined height, and an impact is given to the gas sensor 100 (and the sensor element 101).

続いて、落下させた後のガスセンサ100において、センサ素子101の状態を評価する。具体的には、センサ素子101が折損していたり、センサとしての測定精度が著しく低下するような亀裂や破損が生じているかどうかの判定を行う。   Subsequently, in the gas sensor 100 after being dropped, the state of the sensor element 101 is evaluated. Specifically, it is determined whether or not the sensor element 101 is broken or cracks or breakage that significantly reduce the measurement accuracy of the sensor have occurred.

このような判定を、種々の曲がり量B1をもつセンサ素子101を有するガスセンサ100に対し、種々の高さから落下させて行う。センサ素子101が折損したり、亀裂や破損が生じたときの落下高さが高いものほど、落下強度が大きいセンサ素子101であるといえる。   Such a determination is performed by dropping the gas sensor 100 having the sensor element 101 having various bending amounts B1 from various heights. It can be said that the sensor element 101 having a higher drop strength has a higher drop height when the sensor element 101 is broken or cracked or broken.

図7は、上述の試験によって得られた結果を示しており、センサ素子101の第1区間の曲がり量B1と落下強度との関係である曲線C1を示す図である。図7において、横軸はセンサ素子101の曲がり量B1を示す。   FIG. 7 shows a result obtained by the above-described test, and is a diagram showing a curve C1 that is a relationship between the bending amount B1 of the first section of the sensor element 101 and the drop strength. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the bending amount B <b> 1 of the sensor element 101.

また、図7において横軸に示す、正方向曲がり量と負方向曲がり量とは、第1区間の曲がり量B1の値は同じであっても、実際のセンサ素子101においては、曲がり方に向きがあるのでそれを区別するためのものである。この区別は、厚さ方向の曲がりの向き(電極のある側の曲がりか、あるいは電極の内側の曲がりかの違い)によるものである。なお、曲線C1は、縦軸に対しておよそ左右対称になることが発明者によって確認されている。   In addition, the positive direction bending amount and the negative direction bending amount shown on the horizontal axis in FIG. 7 are directed to the bending direction in the actual sensor element 101 even if the value of the bending amount B1 in the first section is the same. Because there is, it is for distinguishing it. This distinction is based on the direction of the bending in the thickness direction (the difference between the bending on the side where the electrode is present or the bending on the inside of the electrode). The inventor has confirmed that the curve C1 is approximately symmetrical with respect to the vertical axis.

また、図7において、縦軸は、センサ素子101が折損していたり、センサとしての測定精度が著しく低下するような亀裂や破損が生じたときの、ガスセンサ100を落下させた高さ(複数のガスセンサ100についての高さの平均値)を示す。ガスセンサ100に亀裂や破損が生じたときに落下させた位置の高さが高いほど、センサ素子101の落下強度は強いといえ、縦軸のより上方がより落下強度が大きいことを示す。   In FIG. 7, the vertical axis indicates the height at which the gas sensor 100 is dropped when a sensor element 101 is broken or a crack or breakage occurs that significantly reduces the measurement accuracy of the sensor (a plurality of heights). The average height of the gas sensor 100) is shown. It can be said that the higher the height of the position where the gas sensor 100 is dropped when a crack or breakage occurs, the stronger the drop strength of the sensor element 101, and the higher the vertical axis, the higher the drop strength.

図7の曲線C1は、第1区間の曲がり量B1が小さくなるほどセンサ素子の強度は大きくなる傾向がことを示す。これは、曲がり量B1が大きくなるほど、落下等によりガスセンサ100(およびセンサ素子101)に衝撃が加わる際に、該衝撃がセンサ素子101の一点に集中しやすくなるためであると思われる。   A curve C1 in FIG. 7 indicates that the strength of the sensor element tends to increase as the bending amount B1 in the first section decreases. This is presumably because the greater the bending amount B1, the more easily the impact is concentrated on one point of the sensor element 101 when an impact is applied to the gas sensor 100 (and the sensor element 101) due to dropping or the like.

また、一方で、曲線C1は、第1区間の曲がり量B1の値が100μm〜50μmのときに落下強度が極大となった後、50μm〜0μmの範囲付近においては曲がり量B1が小さくなると落下強度が小さくなる傾向を示す。   On the other hand, the curve C1 indicates that the drop strength becomes maximum when the value of the bend amount B1 in the first section is 100 μm to 50 μm, and then the bend amount B1 decreases in the vicinity of the range of 50 μm to 0 μm. Shows a tendency to decrease.

このことは、センサ素子が真っ直ぐであると組み立て部品とセンサ素子101とがほぼ垂直に衝突し、少しの曲がり量であれば角度がついて衝撃が分散されるためであると推測される。従って、極大値付近の50μm〜100μm程度の第1区間の曲がり量B1を有するセンサ素子101が、第1区間の曲がり量B1が0μmに近いセンサ素子101より大きな強度を有するものと思われる。   This is presumed to be because if the sensor element is straight, the assembly part and the sensor element 101 collide almost vertically, and if the amount of bending is small, the impact is distributed with an angle. Therefore, it is considered that the sensor element 101 having the bending amount B1 in the first section of about 50 μm to 100 μm near the maximum value has higher strength than the sensor element 101 in which the bending amount B1 in the first section is close to 0 μm.

従って、高い強度を得るためには、センサ素子101の長手方向の長さ(67.0±5.0mm)に対して好適な第1区間の曲がり量B1の比率は、1360分の1以上670分の1以下である。さらに、センサ素子101の厚さ(1.4±1.0mm)に対して好適な第1区間の曲がり量B1の比率は72分の5以上146分の5以下である。   Therefore, in order to obtain high strength, the ratio of the bending amount B1 of the first section suitable for the length in the longitudinal direction of the sensor element 101 (67.0 ± 5.0 mm) is 1/360 or more 670. It is less than 1 / min. Furthermore, the ratio of the bending amount B1 of the first section suitable for the thickness (1.4 ± 1.0 mm) of the sensor element 101 is 5/72 or more and 5/146 or less.

以上から、係るガスセンサ100においては、上述したように、第1区間曲がり量B1は0.60mm以下(センサ素子101の長手方向の長さに対して335分の3以下)、第2区間曲がり量B2は1.05mm以下(センサ素子101の長手方向の長さに対して1340分の21以下)、第3区間曲がり量B3は0.24mm以下(センサ素子101の長手方向の長さに対して1675分の6以下)の範囲とし、さらに、第1区間の曲がり量B1を50μ〜100μmの範囲とすることで、ガスセンサ100の組み立てを精度よく行うことができ、かつ、衝撃に強いガスセンサ100を製造することができる。   From the above, in the gas sensor 100, as described above, the first section bending amount B1 is 0.60 mm or less (less than three thirds of 335 with respect to the longitudinal length of the sensor element 101), and the second section bending amount. B2 is 1.05 mm or less (21/1340 or less with respect to the length of the sensor element 101 in the longitudinal direction), and the third section bending amount B3 is 0.24 mm or less (with respect to the length of the sensor element 101 in the longitudinal direction). And the bend amount B1 of the first section is in the range of 50 μm to 100 μm, so that the gas sensor 100 can be assembled with high accuracy and is resistant to impact. Can be manufactured.

<曲がり量の制御>
次に、上述したような好適な範囲の曲がり量を実現するために、焼成収縮の際に生じるセンサ素子101の変形を制御する方法について説明する。
<Bending amount control>
Next, a method for controlling the deformation of the sensor element 101 that occurs during firing shrinkage in order to achieve the above-mentioned preferable range of bending amount will be described.

一つには、センサ素子101を構成する部材(例えば、基準電極42や測定電極44等の電極や、固体電解質の各層1〜6)の寸法や材質を考慮して、センサ素子101各部の焼成収縮の調整することによって、焼成収縮によってセンサ素子101に生じる曲がりやねじれを制御し低減することができる。   For example, in consideration of the dimensions and materials of members constituting the sensor element 101 (for example, electrodes such as the reference electrode 42 and the measurement electrode 44, and the layers 1 to 6 of the solid electrolyte), each part of the sensor element 101 is fired. By adjusting the shrinkage, it is possible to control and reduce bending and twisting that occur in the sensor element 101 due to firing shrinkage.

また、さらに、焼成前のセンサ素子101の表面を押圧しつつ焼成することによって、焼成収縮によるセンサ素子101の変形を低減することが可能である。本実施の形態においては、焼成前のセンサ素子101が平面上に載置された状態で、そのセンサ素子101の表面(焼成時に上面とする面の表面)上の複数の位置にそれぞれ、所定の質量を持つ長尺棒材W(以下、荷重棒Wと称する)を載置して焼成することで、センサ素子101の変形を制御し抑制するようにしている。なお、押圧を行う方法は、荷重棒Wの載置に限られるものではなく、既述したような好適な数値範囲の曲がり量が得られるように、焼成前のセンサ素子101を押圧する位置と、その押圧力の大きさとを実験的に特定することができる。   Furthermore, by firing while pressing the surface of the sensor element 101 before firing, it is possible to reduce deformation of the sensor element 101 due to firing shrinkage. In the present embodiment, in a state where the sensor element 101 before firing is placed on a flat surface, predetermined positions are respectively provided at a plurality of positions on the surface of the sensor element 101 (surface of the upper surface when firing). By mounting and firing a long bar W (hereinafter referred to as a load bar W) having a mass, deformation of the sensor element 101 is controlled and suppressed. Note that the method of pressing is not limited to the placement of the load rod W, and the position of pressing the sensor element 101 before firing so as to obtain a bending amount in a preferable numerical range as described above. The magnitude of the pressing force can be specified experimentally.

図8は、焼成前のセンサ素子101への荷重棒Wの載置方法を例示する図である。図8においては、複数の焼成前のセンサ素子101の素子面101B上の所定の位置に、荷重棒Wの長手方向とセンサ素子101の長手方向が垂直となるように、所定の間隔をおいて複数の荷重棒Wが載置される様子を例示するものである。なお、図8は荷重棒Wの載置方法の一例を示すものであって、載置方法はこれに限られるものではない。焼成前のセンサ素子101の所望の位置に所望の力を作用させることができるように、荷重棒Wの載置位置および載置方向は適宜に調整されてよい。   FIG. 8 is a diagram illustrating a method for placing the load rod W on the sensor element 101 before firing. In FIG. 8, at a predetermined position on the element surface 101B of the plurality of sensor elements 101 before firing, a predetermined interval is provided so that the longitudinal direction of the load rod W and the longitudinal direction of the sensor element 101 are perpendicular to each other. The manner in which a plurality of load bars W are placed is illustrated. FIG. 8 shows an example of a method for placing the load rod W, and the placement method is not limited to this. The placement position and the placement direction of the load rod W may be appropriately adjusted so that a desired force can be applied to a desired position of the sensor element 101 before firing.

荷重棒Wを載置する位置は、特に、第1内部空所20や第2内部空所40を含む第2空間In2、スルーホール73やコネクタ電極80を含む第3区間In3、各電極が形成されている部分に、所定の力を作用させられるように載置されるのが好適である。すなわち、センサ素子101において固体電解質ではない部分は、固体電解質との収縮の差が起きやすい部分、つまり、素子の変形が大きくなりやすい部分であるので、この部分に荷重棒Wを載置することが好ましい。   The position where the load rod W is placed is, in particular, the second space In2 including the first internal space 20 and the second internal space 40, the third section In3 including the through hole 73 and the connector electrode 80, and each electrode is formed. It is preferable that the unit is placed so that a predetermined force can be applied to the portion. That is, the portion that is not a solid electrolyte in the sensor element 101 is a portion where a difference in contraction from the solid electrolyte is likely to occur, that is, a portion where the deformation of the element is likely to be large, and the load rod W is placed on this portion. Is preferred.

また、上述したように、センサ素子101を用いてガスセンサ100を製造する際に用いられる、センサ素子101をガスセンサ100の所定の位置に固定するための部品(ガス封止材)、あるいは、センサ素子101を外部と電気的に接続するための部品(コネクタ部品)が、センサ素子101表面において接触する箇所がある。センサ素子101において、上記のような封止材やコネクタ部品との接触箇所の変形が大きいと、ガスセンサ100を組み立てる際に、接触箇所で部品とセンサ素子101との間に隙間が生じたり、接触箇所のある点に力が集中してかかってしまうといったおそれがある。したがって、このような接触箇所に荷重棒Wを載置することで、焼成収縮によるセンサ素子101の変形を抑制することができ、ひいてはガスセンサ100の組み立て精度を向上させることとなる。   In addition, as described above, a part (gas sealing material) for fixing the sensor element 101 to a predetermined position of the gas sensor 100, which is used when the gas sensor 100 is manufactured using the sensor element 101, or the sensor element A part (connector part) for electrically connecting 101 to the outside is in contact with the surface of the sensor element 101. If the sensor element 101 has a large deformation at the contact point with the sealing material or connector part as described above, a gap may be generated between the part and the sensor element 101 at the contact point when the gas sensor 100 is assembled. There is a risk that the force concentrates on a certain point. Therefore, by placing the load rod W at such a contact location, deformation of the sensor element 101 due to firing shrinkage can be suppressed, and as a result, the assembly accuracy of the gas sensor 100 can be improved.

<変形例>
荷重棒Wの載置方法としては、上述した態様以外に、例えば、焼成前のセンサ素子101の全面に均一な力が作用するように、センサ素子101全面を覆うように各素子の上に荷重棒Wを載置してもよい。このような載置方法を用いて焼成前のセンサ素子101の焼成を行った場合、焼成前のセンサ素子101全体に力を作用させることが可能であるので、素子全体の変形を抑制することができる。
<Modification>
As a mounting method of the load rod W, in addition to the above-described embodiment, for example, a load is applied on each element so as to cover the entire surface of the sensor element 101 so that a uniform force acts on the entire surface of the sensor element 101 before firing. A rod W may be placed. When the sensor element 101 before firing is baked using such a mounting method, it is possible to apply a force to the entire sensor element 101 before firing, so that deformation of the entire element can be suppressed. it can.

12 緩衝空間
20 第1内部空所
40 第2内部空所
71 ヒータ電極
73 スルーホール
80 コネクタ電極
100 ガスセンサ
101 センサ素子
101B 素子面
200 変位測定装置
In1 第1区間
In2 第2区間
In3 第3区間
L1 センサ素子101の長手方向の長さ
L2 センサ素子101の厚さ
L3 センサ素子101の幅
W 荷重棒
12 buffer space 20 first internal space 40 second internal space 71 heater electrode 73 through hole 80 connector electrode 100 gas sensor 101 sensor element 101B element surface 200 displacement measuring device In1 first section In2 second section In3 third section L1 sensor Length in the longitudinal direction of the element 101 L2 Thickness of the sensor element 101 L3 Width of the sensor element 101 W Load rod

Claims (6)

被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサのセンサ素子を製造する方法であって、
前記センサ素子が、
複数層の積層構造を備え、
長尺の板状体形状をなしており、
外部の空間から被測定ガスを内部に取り込むためのガス導入口を長手方向の一先端部に備えるものであり、かつ、
長手方向の長さが62mm以上72mm以下であるものであって、
前記複数層のそれぞれに対応する複数のセラミックスグリーンシートを積層することによって積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を複数の素子体に切断する切断工程と、
前記複数の素子体を焼成することによって複数のセンサ素子を得る焼成工程と、
を備え、
前記長手方向において、前記一先端部側の端面から20mm離れた第1の位置と前記センサ素子の他端部側の端面との間を第1区間とし、
前記センサ素子の厚さ方向における曲がりの程度を表すパラメータである曲がり量を、以下の定義(a)によって規定したとき、
前記焼成工程を、前記素子体の表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、前記第1区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さの1360分の1以上670分の1以下とする、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
定義(a): 対象区間における前記センサ素子の長手方向の位置をX、前記センサ素子表面の前記厚さ方向の変位をYとしてXとYとの関係を測定し、これらXおよびYを2変数としたX−Y平面上に前記測定したデータ点をプロットした散布図から最小二乗法により回帰直線を算出し、前記X−Y平面上での前記回帰直線の上側および下側のそれぞれの領域において、前記対象区間で前記回帰直線からの距離が最大となるデータ点を上側最大変位点および下側最大変位点としたとき、前記回帰直線から前記上側最大変位点および前記下側最大変位点までのそれぞれの距離の和の値。
A method of manufacturing a sensor element of a gas sensor for detecting a predetermined gas component in a gas to be measured,
The sensor element is
It has a multi-layer laminated structure,
It has a long plate shape,
A gas inlet for taking in the gas to be measured from an external space inside is provided at one end in the longitudinal direction; and
The length in the longitudinal direction is 62 mm or more and 72 mm or less,
A laminate forming step of forming a laminate by laminating a plurality of ceramic green sheets corresponding to each of the plurality of layers;
Cutting step of cutting the laminate into a plurality of element bodies;
A firing step of obtaining a plurality of sensor elements by firing the plurality of element bodies;
With
In the longitudinal direction, a first section is defined between the first position 20 mm away from the end surface on the one tip side and the end surface on the other end side of the sensor element,
When the amount of bending, which is a parameter indicating the degree of bending in the thickness direction of the sensor element, is defined by the following definition (a):
By performing the firing step in a state where the surface of the element body is pressurized, the bending amount of the first section is set to 1360 times or more and 1 / 670th of the length in the longitudinal direction of the sensor element. With the following,
A method for manufacturing a sensor element.
Definition (a): Measure the relationship between X and Y, where X is the longitudinal position of the sensor element in the target section, Y is the displacement in the thickness direction of the sensor element surface, and X and Y are two variables. The regression line is calculated by the least square method from the scatter diagram in which the measured data points are plotted on the XY plane, and the upper and lower regions of the regression line on the XY plane are calculated. When the data point having the maximum distance from the regression line in the target section is defined as the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement point, from the regression line to the upper maximum displacement point and the lower maximum displacement point. The sum of each distance.
請求項1に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、前記第1区間の曲がり量を前記センサ素子の厚さに対して72分の5以上146分の5以下とする、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the sensor element according to claim 1,
In the firing step, firing is performed in a state where the surface of the element body is pressurized, so that the bending amount of the first section is greater than or equal to 5/72 to 5/146 with respect to the thickness of the sensor element. With the following,
A method for manufacturing a sensor element.
請求項1または請求項2に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記センサ素子の長手方向において、前記一先端部側の端面から前記第1の位置との間を第2区間とし、かつ、前記他端部側の端面と前記他端部側の端面から10mm離れた第2の位置との間を第3区間としたときに、
前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面を加圧した状態で焼成を行うことにより、
前記第2区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第2区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さの1340分の21以下とし、
前記第3区間を前記対象区間として前記定義(a)に従って規定した前記第3区間の曲がり量を、前記センサ素子の長手方向の長さの1675分の6以下とする、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
A method of manufacturing a sensor element according to claim 1 or 2,
In the longitudinal direction of the sensor element, a portion between the end surface on the one end portion side and the first position is defined as a second section, and the end surface on the other end portion side and the end surface on the other end portion side are separated by 10 mm. When the third section is between the second position and
In the firing step, firing is performed in a state where the surface of the element body is pressurized,
The bending amount of the second section defined in accordance with the definition (a) with the second section as the target section is set to 21/1340 or less of the length in the longitudinal direction of the sensor element,
The amount of bending of the third section defined according to the definition (a) with the third section as the target section is set to 6/16/16 or less of the length in the longitudinal direction of the sensor element.
A method for manufacturing a sensor element.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記焼成工程においては、前記素子体の前記表面上に所定の質量の加圧部材を載置することにより前記表面に対する加圧を行う、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
A method for manufacturing a sensor element according to any one of claims 1 to 3,
In the firing step, pressure is applied to the surface by placing a pressing member having a predetermined mass on the surface of the element body.
A method for manufacturing a sensor element.
請求項に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記焼成工程においては、所定の質量の加圧部材を、前記素子体の前記表面であって前記第2区間および前記第3区間に対応する位置に載置する、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the sensor element according to claim 3 ,
In the firing step, a pressing member having a predetermined mass is placed on the surface of the element body at a position corresponding to the second section and the third section.
A method for manufacturing a sensor element.
請求項4または請求項5に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記焼成工程においては、前記加圧部材を、前記素子体の前記表面であって、前記センサ素子を用いたガスセンサの組み立て時に外部部材が接触する位置に載置する、
ことを特徴とするセンサ素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the sensor element according to claim 4 or 5,
In the firing step, the pressure member is placed on the surface of the element body at a position where an external member comes into contact when the gas sensor using the sensor element is assembled.
A method for manufacturing a sensor element.
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