JP5097238B2 - Method for manufacturing gas sensor element - Google Patents
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本発明は、被測定ガス中に含まれる特定のガス成分の濃度を測定するために使用されるガスセンサ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a gas sensor element used for measuring the concentration of a specific gas component contained in a gas to be measured.
被測定ガス中に含まれる特定のガス成分の濃度を測定するために使用されるガスセンサ素子として、固体電解質層と、当該固体電解質層の表面に形成された被測定ガスと接触する電極と、当該電極を覆うように形成された多孔質の拡散律速部とを備えたガスセンサ素子が知られている。このようなガスセンサ素子において、拡散律速部は、被測定ガスに含まれている電極を被毒する物質が電極に付着しないように保護するとともに、被測定ガス中に含まれる特定のガス成分(濃度を測定しようとするガス成分)の電極への到達を制限するものであり、良好な拡散律速性を得られるよう被測定ガスが通過するための多数の気孔が形成されている。 As a gas sensor element used for measuring the concentration of a specific gas component contained in a gas to be measured, a solid electrolyte layer, an electrode in contact with the gas to be measured formed on the surface of the solid electrolyte layer, 2. Description of the Related Art A gas sensor element having a porous diffusion rate limiting portion formed so as to cover an electrode is known. In such a gas sensor element, the diffusion rate-determining part protects the electrode contained in the gas under measurement so that a substance that poisons the electrode does not adhere to the electrode, and at the same time a specific gas component (concentration) contained in the gas under measurement. The gas component to be measured is limited to reach the electrode, and a large number of pores are formed for the gas to be measured to pass therethrough so as to obtain a good diffusion rate-determining property.
従来、このようなガスセンサ素子の製造方法として、焼成により固体電解質層となる固体電解質層用グリーンシート(未焼成体)の表面に、電極の構成材料を含む電極用ペーストにて、電極を印刷形成した後、セラミックス骨材と造孔材とを含む拡散律速部用ペーストにて、前記電極を覆うように拡散律速部を印刷形成して、印刷積層体を作製する印刷工程と、前記印刷積層体を焼成する焼成工程とを含む製造方法が知られている(特許文献1及び2参照)。拡散律速部用ペーストに含まれる造孔材は、焼成工程における焼成により焼失し、その焼失痕が連通した気孔となることで、多孔質の拡散律速部が得られる。 Conventionally, as a method for manufacturing such a gas sensor element, an electrode is printed on the surface of a solid electrolyte layer green sheet (unfired body) that becomes a solid electrolyte layer by firing with an electrode paste containing an electrode constituent material. Then, a printing step for producing a printed laminate by printing and forming a diffusion-limited portion so as to cover the electrode with a paste for a diffusion-limited portion including a ceramic aggregate and a pore former, and the printed laminate There is known a manufacturing method including a firing step of firing (see Patent Documents 1 and 2). The pore-forming material contained in the diffusion-controlling part paste is burned off by firing in the firing step, and the burnt-out traces become pores that communicate with each other, whereby a porous diffusion-controlling part is obtained.
ところで、特許文献1及び2に開示された従来の製造方法においては、拡散律速部用ペーストに含有させる造孔材として、カーボン、黒鉛、テオブロミンの粉末粒子を用いているが、このような造孔材を用いた場合、造孔材の形状・寸法とは異なる微細気孔が多数形成されてしまい、細孔径分布が広くなる。被測定ガスが、例えば、エンジンから排出される排ガスである場合、エンジンや触媒に含まれる被毒成分が水溶液としてセンサ素子内部に侵入するが、拡散律速部の細孔径分布が広く、微細気孔が存在していると、前記水溶液は、毛管力により微細気孔に集まって来る。そして、通常、ガスセンサ素子は、ヒーター等の加熱手段により加熱した状態で駆動させるため、微細気孔に集まった前記水溶液は乾燥して被毒成分が析出し、その被毒成分によって微細気孔が閉塞する。
By the way, in the conventional manufacturing methods disclosed in
したがって、従来の製造方法で製造された、拡散律速部の細孔径分布が広く、拡散律速部に微細気孔が多数存在しているガスセンサ素子では、それら微細気孔の閉塞(目詰まり)によって、ガス感度が大きく変動してしまうという問題があった。なお、造孔材として、カーボン、黒鉛、テオブロミンの粉末粒子を用いた場合に、造孔材の形状・寸法とは異なる形状・寸法の微細気孔が多数形成されるのは、これら造孔材が焼失時に多量の気体(CO2)を発生させることにより、造孔材周囲のセラミックス骨材の配列が崩れるためであると考えられる。 Therefore, in a gas sensor element manufactured by a conventional manufacturing method and having a wide pore size distribution in the diffusion-controlling portion and a large number of fine pores exist in the diffusion-controlling portion, gas sensitivity is caused by blockage (clogging) of these fine pores. There was a problem that would fluctuate greatly. In addition, when carbon, graphite, and theobromine powder particles are used as the pore former, a large number of fine pores having shapes and dimensions different from those of the pore former are formed. It is thought that this is because the arrangement of ceramic aggregates around the pore former collapses by generating a large amount of gas (CO 2 ) at the time of burning.
また、特許文献3には、素地原料に、焼失可能物(造孔材)として、熱硬化性樹脂の粉体を混合したものを成形し、焼成することにより、軽量セラミックスを製造する方法が開示されているが、この製造方法で使用されている熱硬化性樹脂の粉体は、粒径が粗いものであるため、それをガスセンサ素子の製造の際に、造孔材として拡散律速部用ペーストに含ませた場合には、当該ペースト中で造孔材が沈降分離してしまうという問題があった。 Patent Document 3 discloses a method for manufacturing lightweight ceramics by molding and firing a mixture of a raw material and a thermosetting resin powder as a burnable material (pore forming material). However, since the thermosetting resin powder used in this manufacturing method has a coarse particle size, it is used as a pore-forming material in the production of a gas sensor element and used as a diffusion-controlling part paste. When it was included in the paste, there was a problem that the pore former was settled and separated in the paste.
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼失前の造孔材の形状・寸法がほぼ保たれた状態で気孔が形成されることにより、任意の形状・寸法の気孔を持った拡散律速部が得られ、被毒成分による気孔の閉塞を抑制することができるガスセンサ素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and the object of the present invention is that the pores are formed in a state where the shape and dimensions of the pore former before burning are substantially maintained. Another object of the present invention is to provide a method for producing a gas sensor element, in which a diffusion rate-determining part having pores having an arbitrary shape and size can be obtained, and blockage of pores due to poisoning components can be suppressed.
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のガスセンサ素子の製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the following method for manufacturing a gas sensor element is provided.
[1] 固体電解質層と、当該固体電解質層の表面に形成された被測定ガスと接触する電極と、当該電極を覆うように形成された多孔質の拡散律速部とを備えるガスセンサ素子の製造方法であって、焼成により前記固体電解質層となる固体電解質層用グリーンシートの表面に、前記電極の構成材料を含む電極用ペーストにて、電極を印刷形成した後、セラミックス骨材と造孔材とを含む拡散律速部用ペーストにて、前記電極を覆うように拡散律速部を印刷形成して、印刷積層体を作製する印刷工程と、前記印刷積層体を焼成する焼成工程とを含み、前記セラミックス骨材の平均粒子径が0.1〜9μmであり、前記造孔材が、平均粒子径0.15〜9μmの熱硬化性樹脂であり、前記拡散律速部用ペーストにおける前記造孔材の含有量が、前記セラミックス骨材と前記造孔材との合計体積の1〜50体積%であり、前記焼成工程における焼成温度が1200〜1500℃であるガスセンサ素子の製造方法。 [1] A method for manufacturing a gas sensor element, comprising: a solid electrolyte layer; an electrode in contact with a gas to be measured formed on the surface of the solid electrolyte layer; and a porous diffusion rate-limiting part formed so as to cover the electrode. The electrode is printed and formed on the surface of the solid electrolyte layer green sheet that becomes the solid electrolyte layer by firing with the electrode paste containing the constituent material of the electrode, and then the ceramic aggregate and the pore former A diffusion-controlling portion paste containing a printing step of printing and forming a diffusion-controlling portion so as to cover the electrode, and producing a printed laminate, and a firing step of firing the printed laminate. The average particle diameter of the aggregate is 0.1 to 9 μm, the pore former is a thermosetting resin having an average particle diameter of 0.15 to 9 μm, and the inclusion of the pore former in the diffusion-controlling part paste The amount is 1 to 50% by volume of the total volume of the La mix aggregate and the pore-forming material, manufacturing method of the gas sensor element firing temperature is 1200 to 1500 ° C. in the firing step.
[2] 前記熱硬化性樹脂が、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の熱硬化性樹脂である[1]に記載のガスセンサ素子の製造方法。 [2] The thermosetting resin is at least one selected from the group consisting of melamine resin, benzoguanamine / formaldehyde resin, benzoguanamine resin, urea resin, phenol resin, epoxy resin, nylon resin, urethane resin, and unsaturated polyester resin. The method for producing a gas sensor element according to [1], which is a thermosetting resin.
[3] 前記セラミックス骨材が、イットリア部分安定化ジルコニア、カルシア部分安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、α−アルミナ、Al2O3・MgOスピネル、ムライト、イットリア及びマグネシアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミックス粒子である[1]又は[2]に記載のガスセンサ素子の製造方法。 [3] The ceramic aggregate includes yttria partially stabilized zirconia, calcia partially stabilized zirconia, yttria stabilized zirconia, calcia stabilized zirconia, α-alumina, Al 2 O 3 .MgO spinel, mullite, yttria, and magnesia. The method for producing a gas sensor element according to [1] or [2], which is at least one kind of ceramic particles selected from the group.
[4] 前記焼成後の拡散律速部の気孔率が、5〜50%である[1]〜[3]の何れかに記載のガスセンサ素子の製造方法。 [4] The method for producing a gas sensor element according to any one of [1] to [3], wherein the porosity of the diffusion rate-determining part after firing is 5 to 50%.
[5] 前記焼成後の拡散律速部の平均細孔径が、0.05〜9μmである[1]〜[4]の何れかに記載のガスセンサ素子の製造方法。 [5] The method for producing a gas sensor element according to any one of [1] to [4], wherein an average pore diameter of the diffusion-controlling portion after firing is 0.05 to 9 μm.
[6] 前記焼成後の拡散律速部の平均細孔径に対する下限20%細孔径の比(下限20%細孔径/平均細孔径)が、0.5以上1未満である[1]〜[5]の何れかに記載のガスセンサ素子の製造方法。 [6] The lower limit 20% pore diameter ratio (lower limit 20% pore diameter / average pore diameter) to the average pore diameter of the diffusion-controlling portion after firing is 0.5 or more and less than 1 [1] to [5] The manufacturing method of the gas sensor element in any one of.
本発明によれば、造孔材に熱硬化性樹脂を用いたことにより、拡散律速部に、焼失前の造孔材の形状・寸法がほぼ保たれた状態で気孔が形成される。このため、目的とする気孔の形状・寸法と同等の形状・寸法を持つ造孔材を用いることで、任意の形状・寸法の気孔を持った拡散律速部が得られる。したがって、被毒成分による閉塞が生じやすい微細気孔の形成を抑制することが可能となり、その結果、微細気孔の閉塞によるガス感度の変動(感度低下)が生じにくいガスセンサ素子を製造することができる。 According to the present invention, by using a thermosetting resin for the pore former, pores are formed in the diffusion rate controlling portion in a state in which the shape and dimensions of the pore former before burning are substantially maintained. For this reason, by using a pore-forming material having a shape and size equivalent to the shape and size of the target pores, a diffusion rate controlling portion having pores having an arbitrary shape and size can be obtained. Therefore, it is possible to suppress the formation of fine pores that are likely to be clogged by poisoning components, and as a result, it is possible to manufacture a gas sensor element that is less susceptible to fluctuations (sensitivity reduction) in gas sensitivity due to clogging of the fine pores.
以下、本発明を具体的な実施形態に基づき説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments, but the present invention should not be construed as being limited thereto, and based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Various changes, modifications, and improvements can be added.
図1は、本発明の製造対象である、ガスセンサ素子の一例を示す断面図である。このガスセンサ素子100は、被測定ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサ素子であり、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性の固体電解質層からなる第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、下側からこの順に積層されて構成された基材101を有する。なお、このようなガスセンサ素子100の構造や作動原理は公知である(例えば特開2008−164411号公報参照)。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a gas sensor element, which is a manufacturing object of the present invention. This
このガスセンサ素子100において、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、この順に先端(図1にて左端)から奥へ連通するように形成されている。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をくり抜いて設けられた空間である。これらの空間は、上部が第2固体電解質層6の下面で区画され、下部が第1固体電解質層4の上面で区画され、側部がスペーサ層5のくり抜かれた空間の壁面で区画されている。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、何れも、2本の横長の(図面に垂直な方向が開口の長手方向と一致する)スリットとして設けられている。なお、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とも称する。
In this
また、ガス流通部よりも先端から遠い位置には、基準ガス導入空間43が設けられている。この基準ガス導入空間43は、第1固体電解質層4をくり抜いて設けられた空間であり、上部がスペーサ層5の下面で区画され、下部が第3基板層3の上面で区画され、側部が第1固体電解質層4のくり抜かれた空間の壁面で区画されている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。第1固体電解質層4と第3基板層3との間には、多孔質アルミナからなる大気導入層48が設けられている。この大気導入層48には、基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4の下面との間に形成された電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内や第2内部空所40内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。
Further, a reference
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ている。この酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。主ポンプセル21は、第1内部空所20内にてトンネル状に形成された内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6のうち内側ポンプ電極22と反対側の面に設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極22,23に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてな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、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。
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
外側ポンプ電極23は、外側ポンプ電極保護層(外周保護層)24により被覆されている。外側ポンプ電極保護層24は、厚みが10〜200μmの多孔質体からなる。この外側ポンプ電極保護層24は、多孔質体であれば、その材質は特に限定されないが、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体(ジルコニアは部分安定化ジルコニアでもよいし完全安定化ジルコニアでもよい)、スピネル多孔質体、コーディエライト多孔質体などが好適な材質として挙げられる。これらには、適宜、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、アルミニウム、ジルコニウム、シリコンなどを含有していてもよい。
The
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との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0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
また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用の酸素分圧検出センサセル80が構成されている。この酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。更に、起電力V0が一定となるように可変電源25(電圧Vp0)をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度を所定の一定値に保つことができる。
Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the
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被測定ガス中のNOx濃度の測定に係る処理を行うための空間である。第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。
The second
第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(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、更に補助ポンプセル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、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、精度の高いNOx濃度測定が可能となる。
In the second
補助ポンプセル50は、第2内部空所40内にてトンネル状に形成された補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6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
補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1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外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。
In the
また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51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、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用の酸素分圧検出センサセル81が構成されている。この酸素分圧検出センサセル81は、補助ポンプ電極51と基準電極42との間の起電力V1を検出する。補助ポンプセル50は、この起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52(電圧Vp1)によってポンピングを行う。これにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。また、これと共に、補助ポンプセル50のポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用の酸素分圧検出センサセル80の起電力V0の制御に用いられるようになっている。これにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。
Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second
測定用ポンプセル41は、第2内部空所40内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、測定電極44と、外側ポンプ電極23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とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極44は、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ている。この測定電極44は、平面視ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極である。また、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。更に、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されている。第4拡散律速部45は、セラミックスの多孔質体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うとともに、測定電極44の保護膜としても機能する。
The
この測定用ポンプセル41は、測定電極44の周囲の雰囲気中におけるNOxの分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量を測定電極44と外側ポンプ電極23との間を流れるポンプ電流Ip2として検出することができる。
The
また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、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、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用の酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプセル41の可変電源46(電圧Vp2)は、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82によって検出された起電力V2に基づいて制御される。
Further, in order to detect the oxygen partial pressure around the
第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部45を通じて測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中のNOxは還元されて酸素を発生する(2NO→N2+O2)。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2が一定となるように可変電源46の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中のNOxの濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中のNOx濃度が算出されることとなる。ここで、NOx濃度を導出する具体的な手順は以下のとおりである。すなわち、予めNOxを含まないサンプルガスを流したときのポンプ電流Ip2をオフセット電流とし、実際の被測定ガスを流したときのポンプ電流Ip2からオフセット電流を差し引いたポンプ電流差分ΔIp2を求め、このポンプ電流差分ΔIp2に対応する酸素量からNOx濃度を算出する。
The gas to be measured introduced into the second
このような構成を有するガスセンサ素子(NOxセンサ素子)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。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例してNOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出され、それによって流れるポンプ電流Ip2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 element (NO x sensor element) 100 having such a configuration, by operating the
また、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、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
The second
ヒーター70は、第2基板層2と第3基板層3との間に挟まれるようにして形成されている。このヒーター70は、各層の固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、ガスセンサ素子100を加熱して保温する温度調整の役割を担うものである。また、ヒーター70は、ヒーター電極71と、抵抗発熱体72と、ヒーター絶縁層74とを備えている。更に、ヒーター70は、第3基板層3を貫通する圧力放散孔75によって、基準ガス導入空間43に連通されて、ヒータ−70内の圧力上昇が緩和されるようになっている。ヒーター電極71は、第1基板層1の下面に接するように形成されている。このヒーター電極71は、図示しない外部電源と接続されることによって、外部から抵抗発熱体72へ給電するようになっている。抵抗発熱体72は、第1基板1と第2基板2とに穿設されたスルーホール73を通じてヒーター電極71と接続されている。この抵抗発熱体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、ガスセンサ素子100の全体を前記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。ヒーター絶縁層74は、抵抗発熱体72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されている。
The
次に、このようなガスセンサ素子を製造対象とする場合を例に、本発明のガスセンサ素子の製造方法を説明する。前述のとおり、本発明のガスセンサ素子の製造方法は、固体電解質層と、当該固体電解質層の表面に形成された被測定ガスと接触する電極と、当該電極を覆うように形成された多孔質の拡散律速部とを備えるガスセンサ素子の製造方法であって、焼成により前記固体電解質層となる固体電解質層用グリーンシートの表面に、前記電極の構成材料を含む電極用ペーストにて、電極を印刷形成した後、セラミックス骨材と造孔材とを含む拡散律速部用ペーストにて、前記電極を覆うように拡散律速層を印刷形成して、印刷積層体を作製する印刷工程と、前記印刷積層体を焼成する焼成工程とを含み、前記セラミックス骨材の平均粒子径が0.1〜9μmであり、前記造孔材が、平均粒子径0.15〜9μmの熱硬化性樹脂であり、前記拡散律速層部ペーストにおける前記造孔材の含有量が、前記セラミックス骨材と前記造孔材との合計体積の1〜50体積%であり、前記焼成工程における焼成温度が1200〜1500℃であることを特徴とするものである。 Next, the manufacturing method of the gas sensor element of the present invention will be described by taking as an example the case where such a gas sensor element is a manufacturing object. As described above, the method for manufacturing a gas sensor element of the present invention includes a solid electrolyte layer, an electrode in contact with a gas to be measured formed on the surface of the solid electrolyte layer, and a porous electrode formed so as to cover the electrode. A method of manufacturing a gas sensor element comprising a diffusion rate-determining part, wherein an electrode is printed on the surface of a solid electrolyte layer green sheet that becomes the solid electrolyte layer by firing with an electrode paste containing the constituent material of the electrode After that, a printing step of producing a printed laminate by printing and forming a diffusion-limited layer so as to cover the electrodes with a paste for a diffusion limited portion including a ceramic aggregate and a pore former, and the printed laminate The ceramic aggregate has an average particle size of 0.1 to 9 μm, the pore former is a thermosetting resin having an average particle size of 0.15 to 9 μm, and the diffusion Rate controlling layer The content of the pore former in the paste is 1 to 50% by volume of the total volume of the ceramic aggregate and the pore former, and the firing temperature in the firing step is 1200 to 1500 ° C. To do.
なお、前記ガスセンサ素子においては、第1固体電解質層4の上面に形成されている測定電極44が、本発明のガスセンサ素子の製造方法における「被測定ガスと接触する電極」に相当し、この測定電極44を覆うようにして、本発明のガスセンサ素子の製造方法における「拡散律速部」に相当する第4拡散律側部45が形成されている。
In the gas sensor element, the
まず、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて、後の焼成工程における焼成により、それぞれ第1基板層1、第2基板層2、第3基板層3、第1固体電解質層4、スペーサ層5、第2固体電解質層6となるグリーンシート(未焼成体)を作製する。
First, a first substrate layer 1, a
次いで、焼成により第2固体電解質層6となるグリーンシート(第2固体電解質層用グリーンシート)の上面に、電極構成材料を含む電極用ペーストにて、外側ポンプ電極23を、下面に内側ポンプ電極22a及び補助ポンプ電極51aを、それら各電極への配線とともに印刷形成し、更に、外周保護層用ペーストにて、外側ポンプ電極23を覆うように外側ポンプ電極保護層(外周保護層)24を形成する。
Next, the
同様に、焼成により第1固体電解質層4となるグリーンシート(第1固体電解質層用グリーンシート)の上面に、電極構成材料を含む電極用ペーストにて、内側ポンプ電極22b及び補助ポンプ電極51bを、測定電極構成材料を含む測定電極用ペーストにて、測定電極44を、それら各電極への配線とともに印刷形成し、更に、第4拡散律側部(測定電極保護層)45の構成材料を含む第4拡散律側部(測定電極保護層)用ペーストにて、測定電極44を覆うように第4拡散律側部(測定電極保護層)45を印刷形成する。また、このグリーンシートの一部には、基準ガス導入空間43を設けるためにパンチングを施す。
Similarly, the
また、焼成によりスペーサ層5となるグリーンシート(スペーサ層用グリーンシート)の一部に、ガス導入口10、緩衝空間12、第1内部空所20及び第2内部空所40を設けるためのパンチングを施すとともに、このグリーンシートの上面及び下面の一部に、第1拡散律速部11、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部30となるスリットを形成するため、昇華性物質を含む有機ペーストを印刷する。印刷された有機ペーストは、後の焼成により焼失し、焼失痕が第1拡散律速部11、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部30となる。
Further, punching for providing the
また、焼成により第3基板層3となるグリーンシート(第3基板層用グリーンシート)の上面に、電極構成材料を含む電極用ペーストにて、基準電極42を、当該電極への配線とともに印刷形成し、更に、大気導入層48の構成材料を含む大気導入層用ペーストにて、基準電極42を覆うように大気導入層48を形成する。更に、このグリーンシートの一部には、圧力拡散孔75を設けるためにパンチングを施す。
In addition, the
また、焼成により第2基板層2となるグリーンシート(第2基板層用グリーンシート)の上面に、発熱抵抗体用ペースト及びアルミナ材料等からなる絶縁層用ペーストにて、発熱抵抗体72を挟み込むようにして、ヒーター絶縁層74を印刷形成する。更に、このグリーンシートの一部には、スルーホール73を設けるためにパンチングを施し、ヒーター配線を形成する。
Further, the
また、焼成により第1基板層1となるグリーンシート(第1基板層用グリーンシート)の下面に、白金等からなるヒーター電極用ペーストにより、ヒーター電極71を印刷形成する。更に、このグリーンシートの一部には、スルーホール73を設けるためにパンチングを施し、ヒーター配線を形成する。
In addition, the
続いて、これら第1基板層用グリーンシート、第2基板層用グリーンシート、第3基板層用グリーンシート、第1固体電解質層用グリーンシート、スペーサ層用グリーンシート及び第2固体電解質層用グリーンシートを積層し、必要に応じて端部に切断加工を施した後、焼成することにより、ガスセンサ素子が得られる。この焼成により、前記6枚のグリーンシートが一体化するとともに、印刷形成された拡散律速部用ペースト中の造孔材が焼失し、焼失痕が気孔となって、多孔質の第4拡散律速部(測定電極保護層)45が形成される。 Subsequently, the green sheet for the first substrate layer, the green sheet for the second substrate layer, the green sheet for the third substrate layer, the green sheet for the first solid electrolyte layer, the green sheet for the spacer layer, and the green for the second solid electrolyte layer. A gas sensor element is obtained by laminating sheets and cutting the end portions as necessary, followed by firing. As a result of the firing, the six green sheets are integrated, and the pore-forming material in the paste for the diffusion rate-determining part that has been printed and burned out, and the burnout marks become pores, resulting in a porous fourth diffusion rate-determining part. (Measurement electrode protective layer) 45 is formed.
本発明において、拡散律速部用ペーストに含まれる造孔材には、熱硬化性樹脂を用いる。造孔材に熱硬化性樹脂を用いると、第4拡散律速部(測定電極保護層)45に、焼失前の造孔材の形状・寸法がほぼ保たれた状態で気孔が形成される。このように焼失前の造孔材の形状・寸法が保たれた状態で気孔が形成されるのは、熱硬化性樹脂が、低温(室温〜300℃)加熱時に変形しないことに加え、カーボンのように、焼失時に多量の気体を発生せず、焼失時の気体発生量が少量であることにより、造孔材周囲のセラミックス骨材の配列が崩れないためであると考えられる。 In the present invention, a thermosetting resin is used for the pore former contained in the diffusion-controlling part paste. When a thermosetting resin is used for the pore former, pores are formed in the fourth diffusion rate-determining portion (measurement electrode protective layer) 45 in a state where the shape and dimensions of the pore former before burning are substantially maintained. In this way, pores are formed in a state where the shape and dimensions of the pore former before burning are maintained. In addition to the fact that the thermosetting resin does not deform when heated at a low temperature (room temperature to 300 ° C.), Thus, it is considered that a large amount of gas is not generated at the time of burning, and the amount of gas generated at the time of burning is small, so that the arrangement of the ceramic aggregate around the pore former does not collapse.
造孔材として用いられる熱硬化性樹脂の種類は特に限定されないが、好適なものとしては、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の熱硬化性樹脂が挙げられる。なお、メラミン樹脂としては、メラミン−ホルムアルデヒド縮合物やメラミン−ベンゾグアミン縮合物が好ましい。 The type of thermosetting resin used as the pore former is not particularly limited, but preferred examples include melamine resin, benzoguanamine / formaldehyde resin, benzoguanamine resin, urea resin, phenol resin, epoxy resin, nylon resin, urethane resin and There may be mentioned at least one thermosetting resin selected from the group consisting of unsaturated polyester resins. In addition, as a melamine resin, a melamine-formaldehyde condensate and a melamine-benzoguanamine condensate are preferable.
造孔材とともに拡散律速部用ペーストに含まれるセラミックス骨材の種類も特に限定されないが、好適なものとしては、イットリア部分安定化ジルコニア、カルシア部分安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、α−アルミナ、Al2O3・MgOスピネル、ムライト、イットリア及びマグネシアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミックス粒子が挙げられる。 The type of ceramic aggregate contained in the diffusion-controlling part paste as well as the pore former is not particularly limited, but preferred examples include yttria partially stabilized zirconia, calcia partially stabilized zirconia, yttria stabilized zirconia, and calcia stabilized zirconia. , Α-alumina, Al 2 O 3 .MgO spinel, mullite, yttria, and at least one ceramic particle selected from the group consisting of magnesia.
本発明において、拡散律速部用ペーストに含まれる造孔材(熱硬化性樹脂)は、その平均粒子径が0.15〜9μm、好ましくは0.5〜7μm、更に好ましくは1〜5μmである。造孔材の平均粒子径が0.15μm未満であると、焼成後に連通した気孔が形成されず、被測定ガスが測定電極に到達できなくなり、被測定ガス中の特定成分の濃度を測定できなくなる。一方、造孔材の平均粒子径が9μmを超えると、拡散律速部用ペースト中で造孔材粒子が沈降してしまい、良好な拡散律速性を持った第4拡散律速部(測定電極保護層)を得ることができない。なお、ここで言う「平均粒子径」は、JIS R1629に準じ、レーザ回折・散乱法により測定された値である。 In the present invention, the pore-forming material (thermosetting resin) contained in the diffusion-controlling part paste has an average particle size of 0.15 to 9 μm, preferably 0.5 to 7 μm, more preferably 1 to 5 μm. . If the average particle size of the pore former is less than 0.15 μm, pores communicating after firing are not formed, the gas to be measured cannot reach the measurement electrode, and the concentration of a specific component in the gas to be measured cannot be measured. . On the other hand, if the average particle diameter of the pore former exceeds 9 μm, the pore former particles settle in the diffusion rate-determining part paste, and the fourth diffusion rate-determining part (measuring electrode protective layer having good diffusion rate-determining property) is obtained. ) Can not get. The “average particle size” referred to here is a value measured by a laser diffraction / scattering method in accordance with JIS R1629.
また、本発明において、拡散律速部用ペーストに含まれるセラミックス骨材は、その平均粒子径が0.1〜9μm、好ましくは0.1〜5μm、更に好ましくは0.1〜3μmである。セラミックス骨材の平均粒子径が9μmを超えると、拡散律速部用ペースト中でセラミックス骨材粒子が沈降してしまい、良好な拡散律速性を持った第4拡散律速部(測定電極保護層)を得ることができない。なお、ここで言う「平均粒子径」は、JIS R1629に準じ、レーザ回折・散乱法により測定された値である。 In the present invention, the ceramic aggregate contained in the diffusion-controlling part paste has an average particle size of 0.1 to 9 μm, preferably 0.1 to 5 μm, and more preferably 0.1 to 3 μm. If the average particle diameter of the ceramic aggregate exceeds 9 μm, the ceramic aggregate particles settle in the diffusion rate-determining part paste, and the fourth diffusion rate-determining part (measuring electrode protective layer) having a good diffusion rate-determining property is formed. Can't get. The “average particle size” referred to here is a value measured by a laser diffraction / scattering method in accordance with JIS R1629.
また、本発明においては、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、セラミックス骨材と造孔材との合計体積の1〜50体積%、好ましくは1〜40体積%、更に好ましくは1〜30体積%である。拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、セラミックス骨材と造孔材との合計体積の1体積%未満では、焼成後に連通した気孔が形成されず、被測定ガスが測定電極に到達できなくなり、被測定ガス中の特定成分の濃度を測定できなくなる。一方、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、セラミックス骨材と造孔材との合計体積の50体積%を超えると、焼成後の第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率が高くなりすぎて、強度が不十分となり、クラック等の損傷が生じやすくなる。 In the present invention, the content of the pore former in the diffusion rate controlling part paste is 1 to 50% by volume, preferably 1 to 40% by volume, more preferably the total volume of the ceramic aggregate and the pore former. 1 to 30% by volume. When the content of the pore former in the diffusion rate controlling part paste is less than 1% by volume of the total volume of the ceramic aggregate and the pore former, pores communicating after firing are not formed, and the gas to be measured reaches the measurement electrode. It becomes impossible to measure the concentration of the specific component in the gas to be measured. On the other hand, if the content of the pore-forming material in the diffusion-controlling part paste exceeds 50% by volume of the total volume of the ceramic aggregate and the pore-forming material, the fourth diffusion controlling part (measurement electrode protective layer) after firing The porosity becomes too high, the strength becomes insufficient, and damage such as cracks is likely to occur.
また、本発明においては、焼成工程における焼成温度が1200〜1500℃、好ましくは1250〜1450℃、更に好ましくは1300〜1400℃である。焼成温度が1200℃未満では、焼結不足により第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率が高くなりすぎて、強度が不十分となり、クラック等の損傷が生じやすくなる。一方、焼成温度が1500℃を超えると、過焼結により、第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率が低くなりすぎることにより、第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔が連通せず、NOxガスが測定電極に到達できなくなり、NOx濃度を測定できなくなる。 Moreover, in this invention, the calcination temperature in a baking process is 1200-1500 degreeC, Preferably it is 1250-1450 degreeC, More preferably, it is 1300-1400 degreeC. If the firing temperature is less than 1200 ° C., the porosity of the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) becomes too high due to insufficient sintering, and the strength becomes insufficient, and damage such as cracks tends to occur. On the other hand, when the firing temperature exceeds 1500 ° C., the porosity of the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) becomes too low due to oversintering. Cannot communicate with each other, so that the NO x gas cannot reach the measurement electrode, and the NO x concentration cannot be measured.
本発明においては、前記のとおり、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、セラミックス骨材と造孔材との合計体積の1〜50体積%であることにより、焼成後の拡散律速部の気孔率は、5〜50%程度となる。第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率が、このような範囲であると、良好な拡散律速性が得られるとともに、クラック等の損傷も発生しにくい。なお、ここで言う「気孔率」は、第4拡散律速部(測定電極保護層)の断面を研磨し、その研磨面の走査型電子顕微鏡(SEM)の写真から、画像解析により骨材部分と気孔部分を白黒に2値化することで、気孔部分の面積を算出し、全面積(骨材部分と気孔部分の合計)に対する気孔部分の面積の割合から算出された値である。 In the present invention, as described above, the content of the pore-forming material in the diffusion-controlling part paste is 1 to 50% by volume of the total volume of the ceramic aggregate and the pore-forming material, so that the diffusion-controlled material after firing is controlled. The porosity of the part is about 5 to 50%. When the porosity of the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) is in such a range, good diffusion rate-determining property is obtained and damage such as cracks hardly occurs. Note that the “porosity” mentioned here means that the cross section of the fourth diffusion rate-determining part (measuring electrode protective layer) is polished, and the aggregate portion is analyzed by image analysis from a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of the polished surface. By binarizing the pore portion into black and white, the area of the pore portion is calculated, and is a value calculated from the ratio of the area of the pore portion to the total area (total of the aggregate portion and the pore portion).
また、本発明においては、前記のとおり、拡散律速部用ペーストに含まれる造孔材(熱硬化性樹脂)の平均粒子径が0.15〜9μmであり、焼失前の造孔材の形状・寸法がほぼ保たれた状態で気孔が形成されることにより、焼成後の第4拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径は、0.05〜9μm程度となる。第4拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径が、このような範囲であると、良好な拡散律速性が得られるとともに、被毒物質による気孔の閉塞が生じにくく、気孔閉塞によるガスセンサ素子の感度低下が生じにくい。なお、ここで言う「平均細孔径」は、センサ素子の拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径を直接測定できないことから、拡散律速部用ペーストにより、センサ素子に形成される拡散律速部と同等厚みの拡散律速部の成形体シートを作製し、センサ素子と同じ温度にて焼成を行うことで、拡散律速部の焼成体シートを作製し、その焼成体シートについて水銀ポロシメーターを用いて測定された値である。 In the present invention, as described above, the average particle diameter of the pore former (thermosetting resin) contained in the paste for diffusion rate-limiting part is 0.15 to 9 μm, and the shape of the pore former before burnout By forming the pores in a state in which the dimensions are substantially maintained, the average pore diameter of the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) after firing becomes about 0.05 to 9 μm. When the average pore diameter of the fourth diffusion-controlling portion (measurement electrode protective layer) is in such a range, a good diffusion-controlling property can be obtained, and the pores are not easily blocked by poisonous substances. It is difficult for the sensitivity of the element to decrease. The “average pore diameter” here means that the average pore diameter of the diffusion limiting part (measuring electrode protective layer) of the sensor element cannot be directly measured. Therefore, the diffusion limiting part formed in the sensor element by the diffusion limiting part paste is used. A diffusion-controlled part molded body sheet having the same thickness as the part is prepared and fired at the same temperature as the sensor element to produce a diffusion-controlled part fired body sheet, and the fired body sheet is used with a mercury porosimeter It is a measured value.
更に、本発明においては、焼成後の拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径に対する下限20%細孔径の比(下限20%細孔径/平均細孔径)が、0.5以上1未満であることが好ましい。ここで、「下限20%細孔径」とは、水銀ポロシメーターにより測定された全細孔容積のうち小気孔側から細孔容積が20%の細孔径を意味する。また、ここで言う「下限20%細孔径」及び「平均細孔径」は、センサ素子の拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径を直接測定できないことから、拡散律速部用ペーストにより、センサ素子に形成される拡散律速部と同じ厚みの拡散律速部の成形体シートを作製し、センサ素子と同じ温度にて焼成を行うことで、拡散律速部の焼成体シートを作製し、その焼成体シートについてを水銀ポロシメーターを用いて測定された値である。焼成後の拡散律速部の平均細孔径に対する下限20%細孔径の比が、0.5以上1未満であると、下限側の微細気孔の形成が抑制されていると判断でき、微細気孔の閉塞による感度低下が生じにくいガスセンサ素子が得られていると言える。なお、造孔材として、平均粒子径0.15〜9μmの熱硬化性樹脂を用いれば、当該比の値は概ね前記範囲内となる。 Furthermore, in the present invention, the ratio of the lower limit 20% pore diameter to the average pore diameter (lower limit 20% pore diameter / average pore diameter) of the diffusion rate controlling portion (measurement electrode protective layer) after firing is 0.5 or more and less than 1. It is preferable that Here, the “lower limit 20% pore diameter” means a pore diameter having a pore volume of 20% from the small pore side in the total pore volume measured by the mercury porosimeter. Moreover, since the "lower limit 20% pore diameter" and the "average pore diameter" referred to here cannot directly measure the average pore diameter of the diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) of the sensor element, A molded body sheet of a diffusion rate controlling part having the same thickness as the diffusion rate controlling part formed on the sensor element is produced, and a fired body sheet of the diffusion rate controlling part is produced by firing at the same temperature as the sensor element. It is the value measured about the body sheet using the mercury porosimeter. If the ratio of the lower limit 20% pore diameter to the average pore diameter of the diffusion rate controlling part after firing is 0.5 or more and less than 1, it can be determined that the formation of the fine pores on the lower limit side is suppressed, and the fine pores are blocked. It can be said that a gas sensor element is obtained in which the sensitivity is not easily lowered. If a thermosetting resin having an average particle size of 0.15 to 9 μm is used as the pore former, the value of the ratio is generally within the above range.
本発明の製造対象となるガスセンサ素子は、図1に示すような構造のものには限定されず、固体電解質層と、当該固体電解質層の表面に形成された被測定ガスと接触する電極と、当該電極を覆うように形成された多孔質の拡散律速部とを備えるガスセンサ素子であれば、図1とは異なる構造のガスセンサ素子であっても本発明の製造対象となる。また、本発明の製造対象となるガスセンサ素子は、被測定ガス中の濃度を測定しようとするガス成分が限定されるものではなく、NOx濃度を測定するためのNOxセンサ素子やO2濃度を測定するためのO2センサ素子等の様々なガスセンサ素子を、その製造対象とすることができる。 The gas sensor element to be manufactured according to the present invention is not limited to the structure as shown in FIG. 1, and includes a solid electrolyte layer and an electrode that is in contact with a gas to be measured formed on the surface of the solid electrolyte layer. If the gas sensor element includes a porous diffusion rate-determining portion formed so as to cover the electrode, even a gas sensor element having a structure different from that shown in FIG. Further, the gas sensor element to be manufactured according to the present invention is not limited to the gas component whose concentration in the gas to be measured is to be measured. The NO x sensor element or the O 2 concentration for measuring the NO x concentration is not limited. Various gas sensor elements such as an O 2 sensor element for measuring the above can be manufactured.
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1〜37及び比較例1〜12)
それぞれ、表1及び2に示す平均粒子径を持った各種のセラミックス骨材と、同表に示す平均粒子径及びD20粒子径とを持った各種の造孔材とを、同表に示す割合で調合した原料粉末に、分散媒としてアセトンを適量加えて予備混合を行い、予備混合液を得た。ポリビニルブチラール20質量%を、ブチルカルビトール80質量%に溶解させて得た有機バインダー液を、予備混合液中のセラミックス骨材と造孔材との合計体積に対して50体積%の割合となるように、予備混合液に添加して混合した後、分散媒であるアセトンの除去し、適宜ブチルカルビトールを添加して粘度を調整することにより、No.1〜35の拡散律速部用ペーストを得た。なお、表1及び2に示す骨材の平均粒子径並びに造孔材の平均粒子径及びD20粒子径は、JIS R1629に準じ、レーザ回折・散乱法により測定を行った。ここで、「D20粒子径」とは、レーザ回折・散乱法により測定される粒子径であって、粒状物の累積体積が粒状物の全体積に対して微粒側から20%となる体積における粒子径を意味する。
(Examples 1-37 and Comparative Examples 1-12)
The various ceramic aggregates having the average particle diameters shown in Tables 1 and 2 and the various pore formers having the average particle diameters and the D20 particle diameters shown in the same table, respectively, at the ratios shown in the same table. An appropriate amount of acetone as a dispersion medium was added to the prepared raw material powder and premixed to obtain a premixed solution. An organic binder liquid obtained by dissolving 20% by mass of polyvinyl butyral in 80% by mass of butyl carbitol is 50% by volume with respect to the total volume of the ceramic aggregate and the pore former in the premixed liquid. Thus, after adding to the premixed liquid and mixing, acetone as the dispersion medium is removed, and butyl carbitol is added as appropriate to adjust the viscosity. 1 to 35 diffusion-controlling part pastes were obtained. In addition, the average particle diameter of the aggregate shown in Tables 1 and 2, the average particle diameter of the pore former, and the D20 particle diameter were measured by a laser diffraction / scattering method according to JIS R1629. Here, “D20 particle size” is a particle size measured by a laser diffraction / scattering method, and particles in a volume in which the accumulated volume of the granular material is 20% from the fine particle side with respect to the total volume of the granular material. Means diameter.
前記のようにして得られたNo.1〜35の拡散律速部用ペーストを用いて、図1に示すような構造のガスセンサ素子を作製した。作製手順としては、まず、固体電解質材料としてイットリア部分安定化ジルコニアを用いて、後の焼成工程における焼成により、それぞれ第1基板層1、第2基板層2、第3基板層3、第1固体電解質層4、スペーサ層5、第2固体電解質層6となるグリーンシート(未焼成体)を作製した。
No. obtained as described above. A gas sensor element having a structure as shown in FIG. 1 was produced using 1 to 35 diffusion-controlling part pastes. As a production procedure, first, yttria partially stabilized zirconia is used as a solid electrolyte material, and the first substrate layer 1, the
次いで、焼成により第2固体電解質層6となる固体電解質層用グリーンシート(第2固体電解質用グリーンシート)の上面に、部分安定化ジルコニア及び白金、バインダー溶液からなる電極用ペーストにて、外側ポンプ電極23を、下面に内側ポンプ電極22a及び補助ポンプ電極51aを、それら各電極への配線とともに印刷形成し、更に、アルミナ材料等からなる電極保護層用ペーストにて、外側ポンプ電極23を覆うように外側ポンプ電極保護層24を印刷形成した。
Next, on the upper surface of the solid electrolyte layer green sheet (second solid electrolyte green sheet) that becomes the second
同様に、焼成により第1固体電解質層4となる固体電解質層用グリーンシート(第1固体電解質用グリーンシート)の上面に、前記電極用ペーストにて、内側ポンプ電極22b及び補助ポンプ電極51bを、それら各電極への配線とともに印刷形成し、部分安定化ジルコニア及び白金、ロジウム、バインダー溶液からなる測定電極用ペーストにて、測定電極44を、それら各電極への配線とともに印刷形成し、更に、前記No.1〜35の拡散律速部用ペーストにて、測定電極44を覆うように第4拡散律速部(測定電極保護層)45を印刷形成した。
Similarly, the
また、焼成によりスペーサ層5となるグリーンシート(スペーサ層用グリーンシート)の一部に、ガス導入口10、緩衝空間12、第1内部空所20及び第2内部空所40を設けるためのパンチングを施すとともに、このグリーンシートの上面及び下面の一部に、第1拡散律速部11、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部30となるスリットを形成するため、昇華性物質を含む有機ペーストを印刷した。印刷された有機ペーストは、後の焼成により焼失し、焼失痕が第1拡散律速部11、第2拡散律速部13及び第3拡散律速部30となる。
Further, punching for providing the
また、焼成により第3基板層3となるグリーンシート(第3基板層用グリーンシート)の上面に、電極用ペーストにて、基準電極42を、当該電極への配線とともに印刷形成し、更に、大気導入層48の構成材料であるアルミナ材料等からなる大気導入層用ペーストにて、基準電極42を覆うように大気導入層48を形成した。更に、このグリーンシートの一部に、圧力拡散孔75を設けるためにパンチングを施した。
In addition, a
また、焼成により第2基板層2となるグリーンシート(第2基板層用グリーンシート)の上面に、白金等からなる発熱抵抗体用ペースト及びアルミナ材料等からなる絶縁層用ペーストにて、発熱抵抗体72を挟み込むようにして、発熱抵抗体72およびヒーター絶縁層74を印刷形成した。更に、このグリーンシートの一部に、スルーホール73を設けるためにパンチングを施し、ヒーター配線を形成した。
In addition, a heating resistor is formed on the upper surface of the green sheet (second substrate layer green sheet) that is to be the
また、焼成により第1基板層1となるグリーンシート(第1基板層用グリーンシート)の下面に、ヒーター電極用ペーストにて、ヒーター電極71を印刷形成した。更に、このグリーンシートの一部には、スルーホール73を設けるためにパンチングを施し、ヒーター配線を形成した。
Moreover, the
続いて、これら第1基板層用グリーンシート、第2基板層用グリーンシート、第3基板層用グリーンシート、第1固体電解質層用グリーンシート、スペーサ層用グリーンシート及び第2固体電解質層用グリーンシートを積層し、端部に切断加工を施した後、焼成工程として、表3〜8に示す焼成温度で、5時間焼成を行って、拡散律速部用ペースト中の造孔材を焼失させて、厚さ80μmである多孔質の第4拡散律速部(測定電極保護層)45を形成させ、実施例1〜37及び比較例1〜12のガスセンサ素子(NOxセンサ素子)を得た。 Subsequently, the green sheet for the first substrate layer, the green sheet for the second substrate layer, the green sheet for the third substrate layer, the green sheet for the first solid electrolyte layer, the green sheet for the spacer layer, and the green for the second solid electrolyte layer. After laminating the sheets and cutting the end portions, as a firing step, firing is performed for 5 hours at the firing temperatures shown in Tables 3 to 8 to burn away the pore former in the diffusion rate limiting portion paste. A porous fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) 45 having a thickness of 80 μm was formed, and gas sensor elements (NO x sensor elements) of Examples 1 to 37 and Comparative Examples 1 to 12 were obtained.
これら実施例1〜37及び比較例1〜12のガスセンサ素子について、第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率、平均細孔径、下限20%気孔径、及び下限20%気孔径/平均細孔径の値を求め、それらを表3〜8に示した。また、実施例1〜37及び比較例1〜12のガスセンサ素子の第4拡散律速部(測定電極保護層)の形成に用いた拡散律速部用ペーストについて、ペースト安定性を評価し、結果を表3〜8に示した。更に、実施例1〜37及び比較例1〜12のガスセンサ素子について、耐久試験を実施し、耐久試験後の感度低下率、第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔の閉塞の有無及びクラックの有無を調べ、結果を同表に示した。なお、第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率、平均細孔径、下限20%細孔径の測定方法、ペースト安定性の評価方法、ガスセンサ素子の耐久試験の方法は、下記のとおりである。 For the gas sensor elements of Examples 1 to 37 and Comparative Examples 1 to 12, the porosity, average pore diameter, lower limit 20% pore diameter, and lower limit 20% pore diameter / average of the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) The values of the pore diameters were determined and are shown in Tables 3-8. Moreover, paste stability was evaluated about the paste for diffusion control parts used for formation of the 4th diffusion control part (measurement electrode protective layer) of the gas sensor element of Examples 1-37 and Comparative Examples 1-12, and a result was represented. It was shown in 3-8. Furthermore, about the gas sensor element of Examples 1-37 and Comparative Examples 1-12, an endurance test was implemented, the sensitivity fall rate after an endurance test, the presence or absence of the obstruction | occlusion of the pore of a 4th diffusion control part (measurement electrode protective layer), and The presence or absence of cracks was examined, and the results are shown in the same table. The porosity, average pore diameter, lower limit 20% pore diameter measurement method, paste stability evaluation method, and gas sensor element durability test method of the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) are as follows. is there.
[第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔率の測定方法]
第4拡散律速部の断面を研磨し、その研磨面の走査型電子顕微鏡(SEM)の写真から、画像解析により骨材部分と気孔部分を白黒に2値化することで、気孔部分の面積を算出し、全面積(骨材部分と気孔部分の合計)に対する気孔部分の面積の割合から算出した。
[Measurement Method of Porosity of Fourth Diffusion Controlling Part (Measurement Electrode Protective Layer)]
By polishing the cross section of the fourth diffusion rate-determining part and binarizing the aggregate part and the pore part into black and white by image analysis from the scanning electron microscope (SEM) photograph of the polished surface, the area of the pore part can be reduced. Calculated from the ratio of the area of the pore portion to the total area (total of the aggregate portion and the pore portion).
[第4拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径、下限20%細孔径の測定方法]
センサ素子の第4拡散律速部(測定電極保護層)の平均細孔径及び下限20%細孔径を直接測定できないことから、各拡散律速部用ペーストにより、センサ素子に形成された拡散律速部と同じ厚みの第4拡散律速部の成形体シートを作製し、センサ素子と同じ温度にて焼成を行い、第4拡散律速部の焼成体シートを作製し、その焼成体シートについて水銀ポロシメーターを用いて測定した。平均細孔径は、全細孔容積のうち小気孔側から50%の細孔容積となる細孔径であり、下限20%細孔径は、全細孔容積のうち小気孔側から20%の細孔容積となる細孔径である。
[Measuring Method of Average Pore Diameter, Lower Limit 20% Pore Diameter of Fourth Diffusion Controlling Part (Measurement Electrode Protective Layer)]
Since the average pore diameter and the lower limit 20% pore diameter of the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) of the sensor element cannot be directly measured, the same as the diffusion rate-limiting part formed in the sensor element with each diffusion rate-determining part paste A molded body sheet of a fourth diffusion rate-limiting part having a thickness is prepared, and fired at the same temperature as the sensor element, a sintered body sheet of the fourth diffusion rate-limiting part is prepared, and the fired body sheet is measured using a mercury porosimeter. did. The average pore diameter is a pore diameter that is 50% of the total pore volume from the small pore side, and the lower limit 20% pore diameter is 20% of the total pore volume from the small pore side. It is the pore diameter that becomes the volume.
[ペースト安定性の評価方法]
拡散律速部用ペーストの作製から24時間後に、ペースト中の造孔材粒子と液体との沈降分離の発生の有無を調べ、沈降分離の発生が確認されなかった場合を「○」、沈降分離の発生が確認された場合を「×」とした。
[Paste stability evaluation method]
24 hours after the preparation of the diffusion-controlling part paste, the presence or absence of sedimentation separation between the pore former particles and the liquid in the paste was examined. If no sedimentation separation was confirmed, “○” When the occurrence was confirmed, it was set as “x”.
[ガスセンサ素子の耐久試験方法]
作製した各ガスセンサ素子を使用して、500ppmのNOxモデルガス中でNOx感度測定を行い、この感度を初期NOx感度とした。次に、各ガスセンサ素子のガス導入口にMgイオンを含む水溶液(Mgイオン濃度5mmol/L)を1μL滴下し、1分間静置後、ガスセンサを800℃で10分間駆動させるというサイクルを100回繰り返し、合計100μLのMgイオン溶液を滴下した。その後、このガスセンサ素子を使用して、再びNOxモデルガス中でNOx感度の測定を行い、測定されたNOx感度を初期NOx感度と比較して、感度低下率を算出した。また、これらの測定の後に、ガスセンサ素子を解体し、第4拡散律速部(測定電極保護層)のクラックの有無の確認を行い、更に第4拡散律速部(測定電極保護層)断面(研磨面)のEPMA測定を行って、Mg化合物による第4拡散律速部(測定電極保護層)の気孔の閉塞の有無を確認した。
[Durability test method of gas sensor element]
Using each gas sensor element manufactured performs NO x sensitivity measured in 500 ppm NO x model gas, it was the sensitivity and initial NO x sensitivity. Next, a cycle of dropping 1 μL of an aqueous solution containing Mg ions (Mg ion concentration: 5 mmol / L) at the gas inlet of each gas sensor element, letting it stand for 1 minute, and then driving the gas sensor at 800 ° C. for 10 minutes is repeated 100 times. A total of 100 μL of Mg ion solution was dropped. Then, using the gas sensor element, was measured of the NO x sensitivity NO x model gas again, the measured NO x sensitivity compared to the initial NO x sensitivity was calculated sensitivity decrease rate. Further, after these measurements, the gas sensor element is disassembled, the presence or absence of cracks in the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) is confirmed, and the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) cross section (polished surface) ) Was measured, and it was confirmed whether or not the pores of the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) were blocked by the Mg compound.
表3に示すとおり、拡散律速部用ペーストの造孔材として、熱硬化性樹脂を用いた実施例1〜9は、第4拡散律速部(測定電極保護層)において、閉塞しやすい下限側の微細気孔の形成が抑制され、ガスセンサ素子の耐久試験後の感度低下率が低く抑えられた。一方、拡散律速部用ペーストの造孔材として、従来使用されてきたカーボン、黒鉛、テオブロミンを用いた比較例1〜3は、平均細孔径に対する下限20%細孔径の比(下限20%細孔径/平均細孔径)が0.5未満となり、耐久試験後の感度低下率が大きくなった。また、耐久試験後の第4拡散律速部(測定電極保護層)には、Mg化合物による気孔の閉塞が見られた。 As shown in Table 3, Examples 1 to 9 using a thermosetting resin as the pore-forming material of the diffusion rate-determining part paste were, in the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer), on the lower limit side that was easily clogged. The formation of fine pores was suppressed, and the sensitivity reduction rate after the durability test of the gas sensor element was suppressed to a low level. On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 using carbon, graphite, and theobromine, which have been conventionally used as a pore-forming material for the diffusion-controlling part paste, have a ratio of the lower limit 20% pore diameter to the average pore diameter (lower limit 20% pore diameter). / Average pore diameter) was less than 0.5, and the rate of decrease in sensitivity after the durability test was increased. In addition, the pores were blocked by Mg compounds in the fourth diffusion rate-determining part (measurement electrode protective layer) after the durability test.
表4に示すとおり、拡散律速部用ペーストの造孔材として、平均粒子径が0.15〜9μmの範囲内にある熱硬化性樹脂を用いた実施例10〜13は、ガスセンサ素子の耐久試験後の感度低下率が低く抑えられた。一方、拡散律速部用ペーストの造孔材として、平均粒子径が0.15μm未満の熱硬化性樹脂を用いた比較例4は、連通した気孔が形成されず、NOxガスが測定電極に到達することができなくなり、NOx濃度を測定することができなかった。また、拡散律速部用ペーストの造孔材として、平均粒子径が9μmを超える熱硬化性樹脂を用いた比較例5は、拡散律速部用ペースト中で造孔材粒子が沈降してしまい、第4拡散律速部(測定電極保護層)を作製することができなかった。 As shown in Table 4, Examples 10 to 13 using a thermosetting resin having an average particle size in the range of 0.15 to 9 μm as the pore-forming material of the diffusion-controlling part paste are durability tests of gas sensor elements. The subsequent sensitivity reduction rate was kept low. On the other hand, in Comparative Example 4 using a thermosetting resin having an average particle diameter of less than 0.15 μm as the pore-forming material for the diffusion-controlling part paste, no continuous pores were formed, and NO x gas reached the measurement electrode. it can not be, could not be measured concentration of NO x. Further, as Comparative Example 5 using a thermosetting resin having an average particle diameter of more than 9 μm as the pore-forming material of the diffusion-controlling part paste, the pore-forming material particles settled in the diffusion-controlling part paste. 4 Diffusion rate limiting part (measurement electrode protective layer) could not be produced.
表5に示すとおり、実施例14〜22は、拡散律速部用ペーストの骨材の種類が異なっているが、何れの骨材を用いた場合においても、第4拡散律速部(測定電極保護層)に、閉塞しやすい微細な気孔はほとんど形成されず、ガスセンサ素子の耐久試験後の感度低下率は3%以下で、拡散律速部の気孔の閉塞及び耐久試験後のクラックも見られなかった。 As shown in Table 5, although Examples 14-22 differed in the kind of aggregate of the diffusion rate-determining part paste, the fourth diffusion rate-determining part (measuring electrode protective layer) was measured when any aggregate was used. ), The fine pores that were easily closed were hardly formed, the rate of decrease in sensitivity after the durability test of the gas sensor element was 3% or less, and the pores in the diffusion-controlling portion were not blocked and cracks after the durability test were not observed.
表6に示すとおり、焼成温度を1200〜1500℃の範囲に設定して焼成を行った実施例23〜28は、ガスセンサ素子の耐久試験後に第4拡散律速部(測定電極保護層)のクラックが見られず、感度低下率も低かった。一方、1200℃未満の焼成温度で焼成を行った比較例6及び8は、焼結不足により気孔率が高くなりすぎて、第4拡散律速部(測定電極保護層)の強度が低下し、耐久試験中にクラックが発生した。また、1500℃を超える焼成温度で焼成を行った比較例7及び9は、過焼結により、第4拡散律速部(測定電極保護層)に連通した気孔が形成されず、NOxガスが測定電極に到達することができなくなり、NOx濃度を測定することができなかった。 As shown in Table 6, in Examples 23 to 28 in which the firing temperature was set in the range of 1200 to 1500 ° C., the cracks of the fourth diffusion rate controlling part (measurement electrode protective layer) were observed after the durability test of the gas sensor element. It was not seen and the sensitivity reduction rate was also low. On the other hand, in Comparative Examples 6 and 8, which were fired at a firing temperature of less than 1200 ° C., the porosity was too high due to insufficient sintering, and the strength of the fourth diffusion rate-determining part (measuring electrode protective layer) was lowered, and durability Cracks occurred during the test. In Comparative Examples 7 and 9, which were fired at a firing temperature exceeding 1500 ° C., pores communicating with the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) were not formed by oversintering, and NO x gas was measured. The electrode could not be reached and the NO x concentration could not be measured.
表7に示すとおり、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、骨材と造孔材との合計体積の1〜50体積%の範囲内にある実施例29〜32は、ガスセンサ素子の耐久試験後の感度低下率が低く抑えられた。一方、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、骨材と造孔材との合計体積の1体積%未満である比較例10は、連通した気孔が形成されず、NOxガスが測定電極に到達することができなくなり、NOx濃度を測定することができなかった。また、拡散律速部用ペーストにおける造孔材の含有量が、骨材と造孔材との合計体積の50体積%を超える比較例11は、気孔率が高くなりすぎて、第4拡散律速部(測定電極保護層)の強度が低下し、耐久試験中にクラックが発生した。 As shown in Table 7, Examples 29 to 32 in which the content of the pore former in the diffusion rate limiting portion paste is in the range of 1 to 50% by volume of the total volume of the aggregate and the pore former are gas sensor elements. The sensitivity decrease rate after the durability test was kept low. On the other hand, in Comparative Example 10 in which the content of the pore-forming material in the diffusion-controlling portion paste is less than 1 volume% of the total volume of the aggregate and the pore-forming material, no continuous pores are formed, and NO x gas is generated. The measurement electrode could not be reached, and the NO x concentration could not be measured. Further, in Comparative Example 11 in which the content of the pore former in the diffusion rate limiting part paste exceeds 50% by volume of the total volume of the aggregate and the pore former, the porosity becomes too high, and the fourth diffusion rate limiting part. The strength of the (measurement electrode protective layer) decreased, and cracks occurred during the durability test.
表8に示すとおり、拡散律速部用ペーストにおける骨材の平均粒子径が0.1〜9μmの範囲内にある実施例33〜37は、ガスセンサ素子の耐久試験後の感度低下率が低く抑えられた。一方、拡散律速部用ペーストにおける骨材の平均粒子径が9μmを超える比較例12では、拡散律速部用ペースト中で骨材粒子が沈降してしまい、第4拡散律速部(測定電極保護層)を作製することができなかった。 As shown in Table 8, in Examples 33 to 37, in which the average particle diameter of the aggregate in the diffusion rate limiting portion paste is in the range of 0.1 to 9 μm, the sensitivity decrease rate after the durability test of the gas sensor element is kept low. It was. On the other hand, in Comparative Example 12 in which the average particle diameter of the aggregate in the diffusion rate-limiting part paste exceeds 9 μm, the aggregate particles settle in the diffusion rate-limiting part paste, and the fourth diffusion rate-limiting part (measurement electrode protective layer) Could not be produced.
本発明は、被測定ガス中に含まれる特定のガス成分の濃度を測定するために使用されるガスセンサ素子の製造方法として好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used as a method for producing a gas sensor element used for measuring the concentration of a specific gas component contained in a gas to be measured.
1:第1基板層、2:第2基板層、3:第3基板層、4:第1固体電解質層、5:スペーサ層、6:第2固体電解質層、10:ガス導入口、11:第1拡散律速部、12:緩衝空間、13:第2拡散律速部、20:第1内部空所、21:主ポンプセル、22:内側ポンプ電極(22a:上側の内側ポンプ電極、22b:下側の内側ポンプ電極)、23:外側ポンプ電極、24:外側ポンプ電極保護層(外周保護層)、25:可変電源、30:第3拡散律速部、40:第2内部空所、41:測定用ポンプセル、42:基準電極、43:基準ガス導入空間、44:測定電極、45:第4拡散律速部(測定電極保護層)、46:可変電源、48:大気導入層、50:補助ポンプセル、51:補助ポンプ電極(51a:上側の補助ポンプ電極、51b:下側の補助ポンプ電極)、52:可変電源、70:ヒーター、71:ヒーター電極、72:抵抗発熱体、73:スルーホール、74:ヒーター絶縁層、75:圧力放散孔、80:主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81:補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82:測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83:センサ外部酸素分圧検出センサセル、100:ガスセンサ素子、101:基材。 1: first substrate layer, 2: second substrate layer, 3: third substrate layer, 4: first solid electrolyte layer, 5: spacer layer, 6: second solid electrolyte layer, 10: gas inlet, 11: First diffusion limiting part, 12: buffer space, 13: second diffusion limiting part, 20: first internal space, 21: main pump cell, 22: inner pump electrode (22a: upper inner pump electrode, 22b: lower side Inner pump electrode), 23: outer pump electrode, 24: outer pump electrode protective layer (peripheral protective layer), 25: variable power source, 30: third diffusion rate limiting part, 40: second inner space, 41: for measurement Pump cell, 42: reference electrode, 43: reference gas introduction space, 44: measurement electrode, 45: fourth diffusion control part (measurement electrode protective layer), 46: variable power supply, 48: air introduction layer, 50: auxiliary pump cell, 51 : Auxiliary pump electrode (51a: Upper auxiliary pump electrode, 51b Lower auxiliary pump electrode), 52: variable power supply, 70: heater, 71: heater electrode, 72: resistance heating element, 73: through hole, 74: heater insulating layer, 75: pressure dissipation hole, 80: main pump control 81: oxygen partial pressure detection sensor cell for auxiliary pump control, 82: oxygen partial pressure detection sensor cell for measurement pump control, 83: sensor external oxygen partial pressure detection sensor cell, 100: gas sensor element, 101: base Wood.
Claims (6)
焼成により前記固体電解質層となる固体電解質層用グリーンシートの表面に、前記電極の構成材料を含む電極用ペーストにて、電極を印刷形成した後、セラミックス骨材と造孔材とを含む拡散律速部用ペーストにて、前記電極を覆うように拡散律速部を印刷形成して、印刷積層体を作製する印刷工程と、
前記印刷積層体を焼成する焼成工程とを含み、
前記セラミックス骨材の平均粒子径が0.1〜9μmであり、
前記造孔材が、平均粒子径0.15〜9μmの熱硬化性樹脂であり、
前記拡散律速部用ペーストにおける前記造孔材の含有量が、前記セラミックス骨材と前記造孔材との合計体積の1〜50体積%であり、
前記焼成工程における焼成温度が1200〜1500℃であるガスセンサ素子の製造方法。 A method for producing a gas sensor element, comprising: a solid electrolyte layer; an electrode in contact with a gas to be measured formed on the surface of the solid electrolyte layer; and a porous diffusion rate-limiting part formed so as to cover the electrode. ,
After the electrode is printed and formed on the surface of the solid electrolyte layer green sheet that becomes the solid electrolyte layer by firing with the electrode paste containing the constituent material of the electrode, the diffusion rate-limiting including the ceramic aggregate and the pore former A printing process for producing a printed laminate by printing and forming a diffusion-limiting part so as to cover the electrode with a part paste,
A firing step of firing the printed laminate,
The ceramic aggregate has an average particle size of 0.1 to 9 μm,
The pore former is a thermosetting resin having an average particle size of 0.15 to 9 μm,
The content of the pore former in the diffusion-controlling part paste is 1 to 50% by volume of the total volume of the ceramic aggregate and the pore former,
The manufacturing method of the gas sensor element whose baking temperature in the said baking process is 1200-1500 degreeC.
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