JP6294800B2 - ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 - Google Patents
ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6294800B2 JP6294800B2 JP2014195496A JP2014195496A JP6294800B2 JP 6294800 B2 JP6294800 B2 JP 6294800B2 JP 2014195496 A JP2014195496 A JP 2014195496A JP 2014195496 A JP2014195496 A JP 2014195496A JP 6294800 B2 JP6294800 B2 JP 6294800B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- main surface
- insulating
- gas sensor
- sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 452
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 127
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 112
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 107
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 56
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 47
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 19
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 13
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 13
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 11
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 claims description 10
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 465
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 255
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 76
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 37
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 35
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 33
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 24
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 14
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011174 green composite Substances 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
従って、第1絶縁主面のうち突出部上の部位と第1電解質主面上の部位とに跨がって形成された第1導体層は、第1絶縁主面のうち突出部上と第1電解質主面上との境界でクラックや断線を生じ難く、信頼性の高いガスセンサ素子となる。
また、ガスセンサ素子としては、第1導体層との間で電解質部を介して電池素子あるいはポンプ素子を構成する第2導体層を、電解質部のうち第1電解質主面とは逆の第2電解質主面に形成した形態のほか、第1電解質主面に形成した形態、即ち、第1電解質主面に第1導体層及び第2導体層を形成した形態も挙げられる。
さらに複合セラミック層において、電解質部の第2電解質主面が、絶縁部の第2絶縁主面よりも厚み方向外側に位置する、即ち、突出している形態としても良い。また、電解質部の第2電解質主面が、絶縁部のうち第1絶縁主面とは逆の第2絶縁主面よりも厚み方向内側に位置する、即ち凹んでいる形態としても良いが、次述するように、電解質部の第2電解質主面が、絶縁部の第2絶縁主面と面一である形態とするのが好ましい。
絶縁部の突出部は、貫通孔の全周にわたって形成されていても良いが、貫通孔の周方向一部にのみ形成されていても良い。
なお、重なり面が貫通孔の外側ほど厚み方向内側に位置する形態、つまり、貫通孔の外側ほど第2電解質主面に近づく形態としては、例えば、重なり面の断面が、貫通孔の外側かつ厚み方向外側の斜め外側に向かって凸の円弧となる形状が挙げられる。また、重なり面の断面が、外側に向かって凸の円弧の一部に直線を有する形態や、全体が直線となる形態も含まれる。
しかも、電解質部は絶縁部よりも薄いので、製造時に積層などのために未焼成の複合セラミック層に、厚み方向に圧力をかけた場合でも、電解質部となる未焼成電解質部には圧力がかかりにくく、圧縮による、電解質部の厚みの変動が生じにくい。このため、ガスセンサ素子同士間の特性の変動を小さくすることができる。
また、第2導体層は、第2電解質主面と第2絶縁主面とに跨がって形成されている。即ち、第2導体層は、貫通孔の全周にわたって跨がっていても、周方向一部のみを跨がっていても良い。第2導体層としては、例えば、第2電解質主面上に形成された第2電極層と、この第2電極層から第2絶縁主面上に延びる第2延出層とを備える形態が挙げられる。このうち第2電極層は、その周縁全体が電解質部の第2電解質主面の外周縁よりも貫通孔の内側に引き下がった形状としても良いし、その周縁の一部または全部が、第2電解質主面の外周縁(絶縁部の第2絶縁主面)に届いていても良い。また、第2延出層としては、例えば、第2電極層の幅寸法よりも小さい幅寸法を有する帯状のリード層など、第2電極層の周縁の一部から貫通孔の外側に向けて第2絶縁主面上まで延びている形態が挙げられる。このほか、第2電極層が全周にわたり第2絶縁主面上にまで拡がった形態、即ち、第2電極層の全周縁から、貫通孔の外側に向けて、第2絶縁主面上を延び、第2電極層を囲んだ形態も挙げられる。
上述のガスセンサ素子では、第1電極層は、第1絶縁主面よりも厚み方向内側に位置する第1電解質主面上に形成されている。このため、未焼成あるいは焼成済みの電解質部の第1電解質主面に電極ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して、第1電極層を形成する場合、周囲の第1絶縁主面より低位の第1電解質主面にスクリーン印刷を行うこととなるので、その厚みをコントロールすることが難しく、その厚みにばらつきが生じやすい。
一方、上述のガスセンサ素子の第2電極層は、第2絶縁主面と面一に配置された第2電解質主面上に形成されている。このため、スクリーン印刷の際、第2絶縁主面上の電極ペーストの厚みと共に第2電解質主面上の電極ペーストの厚みを制御しやすい。従って、焼成後の第2電極層の厚みを適切にコントロールすることができる。かくして、第1電極層に基準ガスを接触させる一方、スクリーン印刷で形成した第2電極層に被測定ガスを接触させる上述のガスセンサ素子では、素子同士間で酸素濃淡電池の特性を揃えることができる。
また、基準ガスとしては、例えば、酸素イオン伝導性の固体電解質セラミック(例えばジルコニア)を用いた場合、外気(大気)や基準室に蓄えられた酸素ガスが挙げられる。
また、外気導入路は、外気をガスセンサ素子内を通って第1電極層に導く、外気(大気)の通気路である。具体的には、例えば、中空の通気路のみから構成された外気導入路のほか、外気の流通が可能な多孔質の金属体からなり、第1電極層に接続する第1延出層を兼用する通気路兼用第1延出層など、通気路の一部または全部を、外気が流通可能な金属やセラミックからなる多孔質体で塞いだ形態の外気導入路も挙げられる。また、外気導入路構成材には、自身のみであるいは自身と複合セラミック層とで、中空の外気導入路(通気路)を構成する気密性(緻密質)の絶縁セラミック層などの壁材や、通気路の一部または全部を塞ぐ、外気流通可能な多孔質金属体、外気流通可能な多孔質セラミック体などの多孔質体が含まれる。
また、 圧縮工程により、未焼成突出部を形成することで、焼成後の複合セラミック層を、容易に突出部を有する形態とすることができる。
またこれにより、形成した第1導体層が、第1電解質主面と第1絶縁主面との境界上でクラックや断線が生じ難い、信頼性の高いガスセンサ素子を製造できる。
またこれにより、第2絶縁主面と第2電解質主面とに跨がって形成した第2導体層も、2つの主面上の境界でクラックや断線が生じ難く、さらに信頼性の高いガスセンサ素子を製造できる。
その上、第2電解質シート主面が第2絶縁シート主面と面一となっているので、スクリーン印刷により形成した未焼成第2導体層の厚みを、従って、焼成後の第2導体層の厚み(特に第2電極層の厚み)を容易に制御できる。
まず、本実施形態にかかるガスセンサ素子10を備えるガスセンサ1について説明する。図1は、実施形態にかかるガスセンサ1を軸線AXに沿って切断した縦断面図である。図2は、実施形態にかかるガスセンサ素子10の平面図である。図3は、ガスセンサ素子10の分解斜視図である。図4は、図2のB−B矢視断面図である。
ガスセンサ1は、内燃機関の排気管(図示しない)に装着されて使用される酸素センサである(図1参照)。このガスセンサ1は、被測定ガスである排ガス中の酸素濃度を検出可能なガスセンサ素子10のほか、このガスセンサ素子10を自身の内部に保持する筒状の主体金具20を備える。また、この主体金具20の先端側(図1中、下方)には、外部プロテクタ31及び内部プロテクタ32が、後端側(図1中、上方)には、筒状の外筒51がそれぞれ配置されている。さらに、外筒51の内側に配置されてガスセンサ素子10の周囲を取り囲むと共に、4本のリード78,78,79,79の先端に取り付けられた4つの端子部材75,75,76,76を互いに離間して保持するセパレータ60を備える(図1参照)。
一方、複合セラミック層111の厚み方向一方側DT1(図4中、上方)には、第2導体層155、保護層160が積層されている。
また、保護部161上には、前述したセンサパッド部16,17が設けられている(図2,3参照)。センサパッド部16は、スルーホール112m,161mを通じて、第1延出層152の後端側DL2の端部152eに電気的に導通している。センサパッド部17は、スルーホール161nを通じて、第2延出層157の後端側DL2の端部157eに電気的に導通している。
一方、ガスセンサ素子10の先端部10sの周囲の被測定ガスは、保護層160の貫通孔161hに配置された多孔質部162を通じて、第2電極層156に到達する。保護層160(保護部161)の貫通孔161hは、第2電極層156に外部の被測定ガスを導くガス導入路GDとなっており、保護部161及び多孔質部162は、ガス導入路GDを構成するガス導入路構成材である。
なお、第1電極層151と第2電極層156との間には、電解質部131が配置されているので、第1電極層151に接触する大気の酸素濃度に対し、第2電極層156に接触する被測定ガスの酸素濃度が異なる場合、第1電極層151と電解質部131と第2電極層156とで酸素濃淡電池が構成され、第1電極層151と第2電極層156との間に電位差が生じる。本実施形態のガスセンサ1では、この電位差を用いて被測定ガス中の酸素濃度を検知する。
つまり、このガスセンサ素子10では、絶縁部112の突出部122が重なる、電解質部131の第1電解質主面133の重なり面133sが円弧状に変形しており、絶縁部112の突出部122が電解質部131の重なり面133sに密着したガスセンサ素子10となっている。これにより、電解質部131のうち突出部122が重なる部位に角部が形成されず、重なり面133sのいずれかの部位を起点に、突出部122内にクラックが発生するのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、電解質部131は絶縁部112よりも薄い(T2<T1)ので、製造時に未焼成電解質部231と未焼成絶縁部212との密着や積層などのために未焼成複合層211に厚み方向DTに圧力をかけた場合でも、電解質部131となる未焼成電解質部231には圧力がかかりにくく、圧縮による、電解質部131の厚みの変動が生じにくい。このため、ガスセンサ素子10同士間の特性の変動をさらに小さくすることができる。
本実施形態のガスセンサ素子10では、第1電極層151は、第1絶縁主面113よりも厚み方向内側DTNに位置する第1電解質主面133上に形成されている。このため、後述するように、周囲の第1絶縁主面113より低位の第1電解質主面133に電極ペーストをスクリーン印刷し、その後に焼成して第1電極層151を形成する場合、第1電極層151(電極ペースト)の厚みをコントロールすることが難しく、ばらつきが生じやすい。
一方、ガスセンサ素子10の第2電極層156は、第2絶縁主面114と面一に配置された第2電解質主面134上に形成されている。このため、焼成後に第2電極層156となる未焼成第2電極層256(後述する)をスクリーン印刷する際、電極ペースト(未焼成第2電極層256)の厚みを制御しやすい。かくして、基準ガス(大気)を第1電極層151に接触させ、被測定ガスが第2電極層156に接触させる構成の本実施形態のガスセンサ素子10では、ガスセンサ素子10同士間での、酸素濃淡電池の特性ばらつきを抑え、特性を揃えることができる。
具体的には、未焼成絶縁部212のうち、第1絶縁シート主面213側(図中、下方)の、シート貫通孔内周面215と第1絶縁シート主面213とがなす角部C1(図13中に破線で示す部位)は、シート貫通孔212h内に進入し、未焼成電解質部231を覆うように変形して、未焼成突出部222となる。この未焼成突出部222は、焼成後に絶縁部112の突出部122となる部位であり、未焼成電解質部231の第1電解質シート主面233に重なって、シート貫通孔212hの内側DR1(図中、左方)に向かって突出すると共に、内側DR1ほど厚みが薄い形態となっている。
続いて、第2印刷工程を行う。この第2印刷工程でも、スクリーン印刷により、未焼成電解質部231の第2電解質シート主面234、及び、未焼成絶縁部212の第2絶縁シート主面214に跨がって、未焼成第2導体層255(未焼成第2電極層256及び未焼成第2延出層257)を形成する(図14参照)。
しかも、未焼成突出部222を形成することで、焼成後の複合セラミック層111を、容易に突出部122を有する形態とすることができる(図5参照)。これにより、未焼成第1導体層250を焼成した第1導体層150が、第1電解質主面133と第1絶縁主面113との間でクラックや断線が生じ難い、信頼性の高いガスセンサ素子10を製造できる。
またこれにより、第2絶縁主面114と第2電解質主面134とに跨がって形成した未焼成第2導体層255を焼成した第2導体層155も、2つの主面の境界上でクラックや断線が生じ難い、さらに信頼性の高いガスセンサ素子10を製造できる。
その上、第2電解質シート主面234が第2絶縁シート主面214と面一となっているので、スクリーン印刷により形成した未焼成第2導体層255の厚みを、従って、焼成後の第2導体層155の厚み(特に第2電解質主面134上における第2電極層156の厚み)を容易に制御できる。
次に、変形形態にかかるガスセンサ401について、図7−14,16−23を参照しつつ説明する。本変形形態のガスセンサ401は、ガスセンサ素子410に、2つの複合セラミック層(後述する検出用複合セラミック層511,ポンプ用複合セラミック層611)を備えるいわゆる2セルタイプの素子を用いる点で、1セルタイプの素子10を用いた実施形態のガスセンサ1と異なる。そこで、実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略または簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容の部材、部位には同番号を付して説明する。
保護部561上には、前述した3つのセンサパッド部416,417,418が形成されている。センサパッド部416は、スルーホール561m,612m,571m,512mを通じて、第1延出層552の後端側DL2の端部552eに導通している。センサパッド部417は、スルーホール561nを通じて、第1延出層652の後端側DL2の端部652eに導通している(図18参照)。さらに、センサパッド部418は、スルーホール561p,612p,571pを通じて、第2延出層557の端部557eと、第2延出層657の端部657eとに導通している(図18参照)。
つまり、このガスセンサ素子10では、検出用複合セラミック層511において、第1電解質主面533の重なり面533sが円弧状に変形しており、検出用絶縁部512の突出部522が検出用電解質部531の重なり面533sに密着したガスセンサ素子10となっている。これにより、検出用電解質部531のうち突出部522が重なる部位に角部が形成されず、重なり面533sのいずれかの部位を起点に、突出部522内にクラックが発生するのを抑制できる。
また、ポンプ用複合セラミック層611においても、ポンプ用電解質部631の第1電解質主面633のうち、突出部622が厚み方向外側DTO2から重なる重なり面633sは、貫通孔612hの外側DR2ほど、厚み方向内側DTN2(ここでは、厚み方向他方側DT2)に位置する形態を有する。即ち、重なり面633sは、外側DR2ほど、第2電解質主面634に近づく,つまり傾きが大きくなる形状を有している(図22参照)。
このように、ポンプ用複合セラミック層611においても、第1電解質主面633の重なり面633sが円弧状に変形しており、ポンプ用絶縁部612の突出部622がポンプ用電解質部631の重なり面633sに密着したガスセンサ素子10となっている。これにより、ポンプ用電解質部631のうち突出部622が重なる部位に角部が形成されず、重なり面633sのいずれかの部位を起点に、突出部622内にクラックが発生するのを抑制できる。
しかも、検出用電解質部531は検出用絶縁部512よりも薄い(T4<T3)ので、製造時に厚み方向DTに圧力をかけても、検出用電解質部531となる未焼成検出用電解質部731には圧力がかかりにくく、検出用電解質部531の厚みの変動が生じにくい。このため、ガスセンサ素子410同士間の特性の変動をさらに小さくすることができる。
なお、シート貫通孔712h,812hは、いずれも実施形態と同様、厚み方向他方側DT2に向かって先細りの形態となる(図8,9参照)。
実施形態と同様にして、下型301及び上型303で、未焼成絶縁部712,812と未焼成電解質部用シート231sとを挟むと共に、パンチ305を用いて、未焼成電解質部用シート231sから未焼成電解質部731,831を打ち抜くと共に、この未焼成電解質部731,831を未焼成絶縁部712,812のシート貫通孔712h,812h内に挿入した(図10参照)。これにより、未焼成電解質部731,831を、未焼成電解質部731,831の一方側ST1(図中、上方)を向く第2電解質シート主面734,843が、未焼成絶縁部712,812の第2絶縁シート主面714,814よりも、一方側ST1(シート厚み方向外側STO)に位置させる(突出させる)と共に、他方側DT2を向く第1電解質シート主面733,833が、未焼成絶縁部712,812の第1絶縁シート主面713,813よりも、一方側ST1(シート厚み方向内側STN)に位置するように配置した(図10(b)参照)。
なお、この圧縮工程では、前述した第1圧縮型311及び第2圧縮型316を用い、実施形態と同様に行う(図11参照)。
しかも、未焼成突出部722,822を形成することで、焼成後の複合セラミック層511,611を、容易に突出部522,622を有する形態とすることができる。
またこれにより、未焼成第1導体層750,850を焼成した第1導体層550,650が、クラックや断線が生じ難い、信頼性の高いガスセンサ素子410を製造できる。
またこれにより、未焼成第2導体層755,855を焼成した第2導体層555,655も、2つの主面の境界上でクラックや断線が生じ難い、さらに信頼性の高いガスセンサ素子410を製造できる。
その上、第2電解質シート主面734,834が第2絶縁シート主面714,814と面一となっているので、スクリーン印刷により形成した未焼成第2導体層755,855の厚みを、従って、焼成後の第2導体層555,655の厚み(特に第2電解質主面534,634上における第2電極層556,656の厚み)を容易に制御できる。
10,410 ガスセンサ素子
78,79,478,479 リード線
111,511,611 複合セラミック層
112,512,612 絶縁部
112h (絶縁部の)貫通孔
113,513,613 第1絶縁主面
114,514,614 第2絶縁主面
115,515,615 貫通孔内周面
121,521,621 貫通孔内周部
122,522,622 突出部
122s,522s,622s (突出部の)突出面
131,531,631 電解質部
133,533,633 第1電解質主面
133s,533s,633s (第1電解質主面のうち)重なり面
134,534,634 第2電解質主面
135,535,635 電解質外周面
150,550,650 第1導体層
151,551,651 第1電極層
152,552,652 第1延出層
155,555,655 第2導体層
156,556,656 第2電極層
157,557,657 第2延出層
152e,157e,552e,557e,652e,657e (延出層の)端部
161 保護部(ガス導入路構成材)
161h (保護部の)貫通孔(ガス導入路)
162 多孔質部(ガス導入路構成材)
170 導入路形成層(外気導入路構成材)
175 大気導入溝(外気導入路)
182 絶縁層(外気導入路構成材)
211 未焼成複合層(未焼成複合セラミック層)
212 未焼成絶縁部
212h,712h,812h シート貫通孔
212s 未焼成絶縁部用シート(絶縁グリーンシート)
213 第1絶縁シート主面
214 第2絶縁シート主面
215,715,815 シート貫通孔内周面
222,722,822 未焼成突出部
222s,722s,822s (未焼成突出部の)未焼成突出面
231,731,831 未焼成電解質部
231s 未焼成電解質部用シート(電解質グリーンシート)
233,733,833 第1電解質シート主面
233s,733s,833s 未焼成重なり面
234 第2電解質シート主面
235,735,835 電解質シート外周面
250 未焼成第1導体層
251 未焼成第1電極層
252 未焼成第1延出層
255 未焼成第2導体層
256 未焼成第2電極層
257 未焼成第2延出層
311 第1圧縮型
312 ゴム板部
313 第1圧縮面
※315 本体部
316 第2圧縮型
317 第2圧縮面
511 検出用複合セラミック層(複合セラミック層)
512 検出用絶縁部(絶縁部)
512h (検出用絶縁部の)貫通孔
513 (検出用絶縁部の)第1絶縁主面
514 (検出用絶縁部の)第2絶縁主面
531 検出用電解質部(電解質部)
533 (検出用電解質部の)第1電解質主面
534 (検出用電解質部の)第2電解質主面
550 (検出用複合層の)第1導体層
551 (検出用複合層の)第1電極層
552 (検出用複合層の)第1延出層
555 (検出用複合層の)第2導体層
556 (検出用複合層の)第2電極層
557 (検出用複合層の)第2延出層
611 ポンプ用複合セラミック層(複合セラミック層)
612 ポンプ用絶縁部(絶縁部)
612h (ポンプ用絶縁部の)貫通孔
613 (ポンプ用絶縁部の)第1絶縁主面
614 (ポンプ用絶縁部の)第2絶縁主面
631 ポンプ用電解質部(電解質部)
633 (ポンプ用電解質部の)第1電解質主面
634 (ポンプ用電解質部の)第2電解質主面
650 (ポンプ用複合層の)第1導体層
651 (ポンプ用複合層の)第1電極層
652 (ポンプ用複合層の)第1延出層
655 (ポンプ用複合層の)第2導体層
656 (ポンプ用複合層の)第2電極層
657 (ポンプ用複合層の)第2延出層
711 未焼成検出用複合層(未焼成複合セラミック層)
712 (未焼成検出用複合層の)未焼成検出用絶縁部(未焼成絶縁部)
713 (未焼成検出用絶縁部の)第1絶縁シート主面
714 (未焼成検出用絶縁部の)第2絶縁シート主面
731 (未焼成検出用複合層の)未焼成検出用電解質部(未焼成電解質部)
733 (未焼成検出用電解質部の)第1電解質シート主面
734 (未焼成検出用電解質部の)第2電解質シート主面
750 (未焼成検出用複合層の)未焼成第1導体層
751 (未焼成検出用複合層の)未焼成第1電極層
752 (未焼成検出用複合層の)未焼成第1延出層
755 (未焼成検出用複合層の)未焼成第2導体層
756 (未焼成検出用複合層の)未焼成第2電極層
757 (未焼成検出用複合層の)未焼成第2延出層
811 未焼成ポンプ用複合層(未焼成複合セラミック層)
812 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成ポンプ用絶縁部(未焼成絶縁部)
813 (未焼成ポンプ用絶縁部の)第1絶縁シート主面
814 (未焼成ポンプ用絶縁部の)第2絶縁シート主面
831 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成ポンプ用電解質部(未焼成電解質部)
833 (未焼成ポンプ用電解質部の)第1電解質シート主面
834 (未焼成ポンプ用電解質部の)第2電解質シート主面
850 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第1導体層
851 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第1電極層
852 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第1延出層
855 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第2導体層
856 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第2電極層
857 (未焼成ポンプ用複合層の)未焼成第2延出層
DT (ガスセンサ素子の)厚み方向
DT1 厚み方向一方側
DT2 厚み方向他方側
DTN,DTN1,DTN2 (複合セラミック層の)厚み方向内側
DTO,DTO1,DTO2 (複合セラミック層の)厚み方向外側
DR1 貫通孔の)内側
DR2 貫通孔の)外側
ST (未焼成絶縁部の)シート厚み方向
ST1 シート厚み方向一方側
ST2 シート厚み方向他方側
STN (未焼成複合セラミック層の)厚み方向内側
STO (未焼成複合セラミック層の)厚み方向外側
AD 大気導入路(外気導入路)
GD ガス導入路
KS 基準室
T1,T2,T3,T4,T5,T6 厚み
T1 (絶縁部の)厚み
T2 (電解質部の)厚み
T3,T5 (未焼成絶縁部の)厚み
T4,T6 (未焼成電解質部の)厚み
TR 通気路
Claims (10)
- 厚み方向に貫通する貫通孔が形成された絶縁性セラミックからなる板状の絶縁部、及び上記貫通孔内に配置されると共に、固体電解質セラミックからなる板状の電解質部、を有する複合セラミック層と、
上記絶縁部の上記厚み方向に交差する第1絶縁主面と、上記電解質部の上記厚み方向に交差する第1電解質主面とに跨って形成された第1導体層と、を備える
ガスセンサ素子であって、
上記電解質部の厚みは、上記絶縁部の厚みよりも薄く、
上記電解質部の上記第1電解質主面は上記絶縁部の上記第1絶縁主面よりも厚み方向内側に位置してなり、
上記絶縁部は、その上記第1絶縁主面側に、上記電解質部の上記第1電解質主面に重なって、上記貫通孔の内側に向かって突出する突出部を有してなり、
上記突出部は、上記貫通孔の上記内側ほど厚みが薄く、上記突出部の上記厚み方向外側の突出面は、上記貫通孔の上記内側ほど上記厚み方向内側に位置する形態を有し、
上記第1導体層は、上記突出面と、上記第1電解質主面とに跨がって形成されてなる
ガスセンサ素子。 - 請求項1に記載のガスセンサ素子であって、
前記第1電解質主面のうち、前記突出部が前記厚み方向外側から重なる重なり面は、前記貫通孔の前記外側ほど、前記厚み方向内側に位置する形態を有する
ガスセンサ素子。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサ素子であって、
前記電解質部は、
電解質グリーンシートを焼成してなる
ガスセンサ素子。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記絶縁部のうち前記第1絶縁主面とは逆側の第2絶縁主面と、前記電解質部のうち前記第1電解質主面とは逆側の第2電解質主面とに跨って形成された第2導体層、を備え、
上記第2絶縁主面と上記第2電解質主面とは面一にされてなる
ガスセンサ素子。 - 請求項4に記載のガスセンサ素子であって、
前記第1導体層は、前記第1電解質主面上に形成された第1電極層を含み、
前記第2導体層は、前記第2電解質主面上に形成された第2電極層を含み、
上記第2導体層は、電極ペーストをスクリーン印刷した後に焼成してなり、
上記ガスセンサ素子は、
その使用時に、上記第1電極層に基準ガスが接触し、上記第2電極層に被測定ガスが接触する構成とされてなる
ガスセンサ素子。 - 請求項5に記載のガスセンサ素子であって、
前記第1電極層に外気を導く外気導入路を構成する外気導入路構成材と、
前記第2電極層に被測定ガスを導くガス導入路を構成するガス導入路構成材と、を備える
ガスセンサ素子。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ素子を備えるガスセンサ。
- 厚み方向に貫通する貫通孔が形成された絶縁性セラミックからなる板状の絶縁部、及び上記貫通孔内に配置されると共に、固体電解質セラミックからなる板状の電解質部、を有する複合セラミック層と、
上記絶縁部の上記厚み方向に交差する第1絶縁主面と、上記電解質部の上記厚み方向に交差する第1電解質主面とに跨って形成された第1導体層と、を備え
上記電解質部の厚みは、上記絶縁部の厚みよりも薄く、
上記電解質部の上記第1電解質主面は上記絶縁部の上記第1絶縁主面よりも厚み方向内側に位置してなり、
上記絶縁部は、その上記第1絶縁主面側に、上記電解質部の上記第1電解質主面に重なって、上記貫通孔の内側に向かって突出する突出部を有してなり、
上記突出部は、上記貫通孔の上記内側ほど厚みが薄く、上記突出部の上記厚み方向外側の突出面は、上記貫通孔の上記内側ほど上記厚み方向内側に位置する形態を有し、
上記第1導体層は、上記突出面と、上記第1電解質主面とに跨がって形成されてなる
ガスセンサ素子の製造方法であって、
上記絶縁性セラミックを含み、シート厚み方向に貫通するシート貫通孔が形成された板状の未焼成絶縁部の上記シート貫通孔内に、上記固体電解質セラミックからなり、上記未焼成絶縁部よりも薄い板状の未焼成電解質部を、上記未焼成電解質部の第1電解質シート主面が上記未焼成絶縁部の第1絶縁シート主面よりもシート厚み方向内側に位置するように、挿入する挿入工程と、
上記未焼成絶縁部を上記シート厚み方向に圧縮する圧縮工程と、
上記未焼成絶縁部の上記第1絶縁シート主面、及び上記未焼成電解質部の上記第1電解質シート主面を跨ぐ未焼成第1導体層を形成する第1印刷工程と、
上記未焼成絶縁部、上記未焼成電解質部、及び上記未焼成第1導体層を焼成して、上記絶縁部及び上記電解質部を有する上記複合セラミック層及び上記第1導体層を形成する焼成工程と、を備え、
上記圧縮工程は、
上記未焼成絶縁部の上記第1絶縁シート主面側に、上記未焼成電解質部の上記第1電解質シート主面に重なって、上記シート貫通孔の内側に向かって突出すると共に、上記内側ほど厚みが薄い未焼成突出部を形成する
ガスセンサ素子の製造方法。 - 請求項8に記載のガスセンサ素子の製造方法であって、
前記ガスセンサ素子は、
前記第1電解質主面のうち、前記突出部が前記厚み方向外側から重なる重なり面は、前記貫通孔の前記外側ほど、前記厚み方向内側に位置する形態を有し、
前記圧縮工程は、
前記第1電解質シート主面のうち、前記未焼成突出部が前記シート厚み方向外側から重なる未焼成重なり面を、前記シート貫通孔の前記外側ほど、前記シート厚み方向内側に位置する形態に形成する
ガスセンサ素子の製造方法。 - 請求項8または請求項9に記載のガスセンサ素子の製造方法であって、
前記ガスセンサ素子は、
前記絶縁部のうち前記第1絶縁主面とは逆側の第2絶縁主面と、前記電解質部のうち前記第1電解質主面とは逆側の第2電解質主面とに跨って形成された第2導体層、を備え、
上記第2絶縁主面と上記第2電解質主面とは面一にされてなり、
前記挿入工程は、
前記未焼成電解質部のうち前記第1絶縁シート主面とは逆側の第2絶縁シート主面側が、前記未焼成絶縁部の前記シート貫通孔から突出するように、上記未焼成電解質部を挿入し、
前記圧縮工程は、
前記未焼成絶縁部の上記第2絶縁シート主面と、前記未焼成電解質部の前記第1電解質シート主面とは逆側の第2電解質シート主面とが、面一となるように圧縮し、
前記焼成工程に先だって、
上記未焼成絶縁部の上記第2絶縁シート主面上、及び、上記未焼成電解質部の上記第2電解質シート主面上を跨ぐ未焼成第2導体層をスクリーン印刷により形成する第2印刷工程と、を備える
ガスセンサ素子の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014195496A JP6294800B2 (ja) | 2014-09-25 | 2014-09-25 | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 |
DE102015216522.1A DE102015216522A1 (de) | 2014-09-25 | 2015-08-28 | Gassensorelement, Gassensor und Verfahren für die Herstellung eines Gassensorelementes |
US14/863,509 US10145816B2 (en) | 2014-09-25 | 2015-09-24 | Gas sensor element, gas sensor, and method of manufacturing gas sensor element |
CN201510624238.6A CN105466983B (zh) | 2014-09-25 | 2015-09-25 | 气体传感器、气体传感器元件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014195496A JP6294800B2 (ja) | 2014-09-25 | 2014-09-25 | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016065816A JP2016065816A (ja) | 2016-04-28 |
JP6294800B2 true JP6294800B2 (ja) | 2018-03-14 |
Family
ID=55486039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014195496A Active JP6294800B2 (ja) | 2014-09-25 | 2014-09-25 | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10145816B2 (ja) |
JP (1) | JP6294800B2 (ja) |
CN (1) | CN105466983B (ja) |
DE (1) | DE102015216522A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6320363B2 (ja) * | 2015-01-13 | 2018-05-09 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子、ガスセンサ、および、ガスセンサ素子の製造方法 |
CN110506202B (zh) * | 2017-04-05 | 2023-02-28 | 松下控股株式会社 | 气体传感器 |
JP6964532B2 (ja) * | 2018-02-14 | 2021-11-10 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子、及びそれを備えたガスセンサ |
JP6917349B2 (ja) * | 2018-08-23 | 2021-08-11 | 株式会社Soken | ガスセンサ素子 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003114210A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-04-18 | Denso Corp | ガスセンサ |
JP4050593B2 (ja) * | 2002-11-01 | 2008-02-20 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子及びこれを用いたガスセンサ |
US20060151338A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-13 | Wang Da Y | Multi-function sensor system and method of operation |
CN1892209B (zh) * | 2005-07-07 | 2010-05-26 | 日本特殊陶业株式会社 | 叠层型气体传感器元件和气体传感器 |
JP4430591B2 (ja) * | 2005-07-25 | 2010-03-10 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
JP4669429B2 (ja) * | 2006-04-10 | 2011-04-13 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子製造方法およびガスセンサ素子 |
US8656756B2 (en) * | 2007-10-17 | 2014-02-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
JP4966266B2 (ja) * | 2008-07-22 | 2012-07-04 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
JP5104744B2 (ja) | 2008-12-18 | 2012-12-19 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子及びその製造方法 |
JP5500148B2 (ja) * | 2011-09-27 | 2014-05-21 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子とその製造方法並びにガスセンサ |
-
2014
- 2014-09-25 JP JP2014195496A patent/JP6294800B2/ja active Active
-
2015
- 2015-08-28 DE DE102015216522.1A patent/DE102015216522A1/de active Granted
- 2015-09-24 US US14/863,509 patent/US10145816B2/en active Active
- 2015-09-25 CN CN201510624238.6A patent/CN105466983B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105466983B (zh) | 2018-11-23 |
US10145816B2 (en) | 2018-12-04 |
JP2016065816A (ja) | 2016-04-28 |
DE102015216522A1 (de) | 2016-03-31 |
CN105466983A (zh) | 2016-04-06 |
US20160091457A1 (en) | 2016-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6294800B2 (ja) | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 | |
JP4623760B2 (ja) | ガスセンサ素子の製造方法 | |
JP6425960B2 (ja) | 積層型のガスセンサ素子、ガスセンサ、及びその製造方法 | |
JP2007278941A (ja) | ガスセンサ素子製造方法およびガスセンサ素子 | |
US9989487B2 (en) | Gas sensor | |
JP6382768B2 (ja) | ガスセンサ素子、ガスセンサ、および、ガスセンサ素子の製造方法 | |
CN105699460B (zh) | 气体传感器元件及气体传感器 | |
US10247698B2 (en) | Gas sensor element, gas sensor, and method for manufacturing gas sensor element | |
JP5706376B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP2006308545A (ja) | ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ | |
JP2019148545A (ja) | ガスセンサ | |
JP6718332B2 (ja) | ガスセンサ素子およびガスセンサ素子の製造方法 | |
JP6154306B2 (ja) | ガスセンサ素子およびガスセンサ | |
JP6320363B2 (ja) | ガスセンサ素子、ガスセンサ、および、ガスセンサ素子の製造方法 | |
JP2003294698A (ja) | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ | |
JP2003294690A (ja) | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ | |
US11016054B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor including same | |
JP2019002739A (ja) | センサ素子、及びそれを備えたガスセンサ | |
JP4780686B2 (ja) | ガスセンサ素子の製造方法及びガスセンサの製造方法 | |
JP6480876B2 (ja) | 積層型ガスセンサ素子、ガスセンサ、及び、積層型ガスセンサ素子の製造方法 | |
US20240151684A1 (en) | Gas sensor element, gas sensor, and manufacturing method for gas sensor element | |
JP7140059B2 (ja) | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法 | |
JP2008046111A (ja) | ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 | |
JP3965308B2 (ja) | ガスセンサの製造方法 | |
JP2016065858A (ja) | ガスセンサ素子、ガスセンサ及びガスセンサ素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170303 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171025 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180216 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6294800 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |