JP6514055B2 - Method of manufacturing gas sensor element and mask - Google Patents

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Description

本発明は、有底筒状の固体電解質体の外表面に電極を形成してなるガスセンサ素子の製造方法と、このガスセンサ素子の製造方法に用いることができるマスクに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a gas sensor element in which an electrode is formed on the outer surface of a bottomed cylindrical solid electrolyte body, and a mask that can be used for the method of manufacturing this gas sensor element.

従来より、自動車等の内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出し、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御するものとして、酸素検出素子を内蔵する酸素センサが用いられている。酸素検出素子は、軸線方向の一端が閉塞され他端が開放されると共に、その軸線方向の略中間部に径方向外側に突出する鍔部が形成された固体電解質体(以下、基体と呼ぶ。)と、この基体の内表面及び外表面に白金からなる基準電極及び検知電極とを有している。   Conventionally, an oxygen sensor incorporating an oxygen detection element is used to detect the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a car and control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine There is. The oxygen detection element is a solid electrolyte body (hereinafter referred to as a base) in which one end in the axial direction is closed and the other end is opened, and a collar portion projecting outward in the radial direction is formed substantially in the middle in the axial direction. And a reference electrode and a detection electrode made of platinum on the inner surface and the outer surface of the substrate.

検知電極は、検知部とリード部と端子接続部とを有しており、検知部は、一般に、先端部(閉塞端部)から鍔部又はその近傍に至るまでの外表面全体に形成されている。また、リード部は、検知部から基体の後端部付近までに、軸線方向に延びる細線状を有している。さらに、端子接続部は、リード部の後端部に接続し、基体の周方向に一周して繋がるように形成されている。一方、基準電極は、基体の内表面全体に形成されている。   The detection electrode has a detection portion, a lead portion, and a terminal connection portion, and the detection portion is generally formed on the entire outer surface from the tip end (closed end) to the buttock or its vicinity There is. Further, the lead portion has a thin line shape extending in the axial direction from the detection portion to the vicinity of the rear end portion of the base. Furthermore, the terminal connection portion is formed so as to be connected to the rear end portion of the lead portion so as to be connected in a circumferential direction of the base. On the other hand, the reference electrode is formed on the entire inner surface of the base.

このような酸素検出素子は、一般には次のようにして形成されている。
まず、基体用材料(例えばZrO2)をプレス成形して成形体を作成する。次に、この成形体の外表面のうち、リード部および端子接続部が形成される部位に白金やパラジウム等を含む貴金属ペーストを印刷し、その後、成形体の焼成と同時にこの貴金属ペーストを焼成することで、リード部及び端子接続部が形成された基体(以下、素子中間体と呼ぶ。)を得る。
Such an oxygen detection element is generally formed as follows.
First, a base material (for example, ZrO 2 ) is press-formed to form a molded body. Next, a noble metal paste containing platinum, palladium or the like is printed on the outer surface of the molded body on the portion where the lead portion and the terminal connection portion are formed, and then the noble metal paste is baked simultaneously with the baking of the molded body. Thus, a base (hereinafter, referred to as an element intermediate) on which the lead portion and the terminal connection portion are formed is obtained.

次に、上記素子中間体の外表面のうち、検知部が形成される部分に核を付着させ(核付け工程)、この付着させた核に対して無電解メッキ法を用いて貴金属を析出させ(メッキ工程)、さらにエージング処理を行う。その後、検知部が形成された素子中間体の内表面全体に、上述と同様に核付け工程及びメッキ工程を行い、さらにエージング処理を行うことで、基体に検知電極及び基準電極が形成された酸素検出素子を得る。   Next, a nucleus is attached to a portion of the outer surface of the element intermediate on which a detection portion is to be formed (nucleating step), and a noble metal is deposited on the attached nucleus using electroless plating. (Plating step) Further, an aging process is performed. Thereafter, the entire inner surface of the element intermediate on which the detection portion is formed is subjected to a nucleation step and a plating step in the same manner as described above, and is further subjected to an aging treatment to form oxygen having a detection electrode and a reference electrode formed on the substrate. A detection element is obtained.

ところで、近年では、電極に使用される高価な貴金属の使用量を低減する等の目的で、各種の技術が提案されている。
例えば下記特許文献1には、酸素検出素子の先端の検知部の面積を従来より小さくし、例えば酸素検出素子の周方向の半分程度にのみに形成した形状の検知部とし、その検知部から延びるように帯状の先端側のリード部(第1リード部)を設け、この第1リード部と後端側のリード部(第2リード部)とを接続する技術が開示されている。
By the way, in recent years, various techniques have been proposed for the purpose of reducing the amount of use of the expensive noble metal used for the electrode.
For example, in Patent Document 1 below, the area of the detection portion at the tip of the oxygen detection element is made smaller than in the prior art, and for example, the detection portion has a shape formed only in about half of the circumferential direction of the oxygen detection element There is disclosed a technique of providing a strip-like lead portion (first lead portion) on the tip end side and connecting the first lead portion and a lead portion (second lead portion) on the rear end side.

特開2014−2130号公報JP 2014-2130 A

ところで、この特許文献1のような、酸素検出素子の周方向の半分程度にのみに形成した検知部及び第1リード部をメッキにて同時に形成するために、核を付着させた素子中間体の表面に、検知部及び第1リード部に対応したマスクを被せてメッキを行うことが考えられる。   By the way, in order to simultaneously form the detection portion and the first lead portion formed only in about a half of the circumferential direction of the oxygen detection element as in this patent document 1, an element intermediate body in which a nucleus is attached It is conceivable that plating is performed by covering the surface with a mask corresponding to the detection unit and the first lead unit.

このマスクとしては、例えば図10に示すように、素子中間体P1の先端側の一部を覆うように、開口部P2が形成された略円筒状のマスクP3が用いられる。詳しくは、マスクP3の開口部P2は、検知部P4の形状に対応した第1開口部P5(即ち軸線方向から見た場合に先端側が所定角度で開いている第1開口部P5)と、第1リード部P6の形状に対応した第2開口部P7(即ち第1開口部P5より幅が狭く軸線方向に延びる第2開口部P7)とから形成されている。   As this mask, for example, as shown in FIG. 10, a substantially cylindrical mask P3 in which an opening P2 is formed so as to cover a part of the tip end side of the element intermediate P1 is used. Specifically, the opening P2 of the mask P3 is a first opening P5 corresponding to the shape of the detection portion P4 (ie, the first opening P5 whose tip side is open at a predetermined angle when viewed from the axial direction), A second opening P7 (that is, a second opening P7 which is narrower in width than the first opening P5 and extends in the axial direction) corresponding to the shape of the one lead portion P6 is formed.

しかしながら、メッキを行う際には、マスクP3の開口部P2に沿ってメッキ液を供給するので、検知部P4と第1リード部P6とでメッキ膜厚に差が生ずることがあった。
つまり、第1開口部P5と第2開口部P7とでは、メッキ液の流入面積に大きな差があるので(即ち第1開口部P5の流入面積は第2開口部P7の流入面積より数倍程度大きいので)、メッキ液の流速の差も大きくなる。詳しくは、第1開口部P5におけるメッキ液の流速は、第2開口部P7におけるメッキ液の流速より小さく(遅くなる)ので、第1開口部P5に形成される検知部P4の膜厚は、第2開口部P7に形成される第1リード部P6の膜厚より小さくなる。
However, since the plating solution is supplied along the opening P2 of the mask P3 when plating is performed, a difference in plating film thickness may occur between the detection portion P4 and the first lead portion P6.
That is, since there is a large difference in the inflow area of the plating solution between the first opening P5 and the second opening P7 (that is, the inflow area of the first opening P5 is about several times larger than the inflow area of the second opening P7. Because it is large, the difference in the flow rate of the plating solution also becomes large. Specifically, since the flow velocity of the plating solution in the first opening P5 is smaller (slower) than the flow velocity of the plating solution in the second opening P7, the film thickness of the detection portion P4 formed in the first opening P5 is It becomes smaller than the film thickness of the 1st lead part P6 formed in the 2nd opening P7.

そのため、検知部P4の膜厚として必要な膜厚を確保するような条件にてメッキを行うと、第1リード部P6の膜厚が必要以上に大きくなって、電極を構成する貴金属が多く必要になるという問題があった。   Therefore, if plating is performed under the condition to secure the film thickness necessary for the film thickness of the detection part P4, the film thickness of the first lead part P6 becomes larger than necessary, and many precious metals constituting the electrode are necessary. There was a problem of becoming

この対策として、第1リード部P6の膜厚が過大とならないような条件にてメッキを行うと、逆に、検知部P4の膜厚を十分に確保できず、耐久性が低下するという問題があった。   As a countermeasure, if plating is performed under the condition that the film thickness of the first lead portion P6 does not become excessive, on the contrary, the film thickness of the detection portion P4 can not be sufficiently secured, and the durability is lowered. there were.

本発明は、上記したような課題を解決するためになされたものであって、電極材料を低減できるとともに、十分な耐久性を確保できるガスセンサ素子の製造方法とその製造方法に用いることができるマスクを提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the electrode material and ensure sufficient durability. A method of manufacturing a gas sensor element and a mask that can be used for the method of manufacturing The purpose is to provide.

(1)本発明の第1態様のガスセンサ素子の製造方法は、軸線方向の一方の側に底部を有し他方の側に開口を有する筒状の固体電解質体の外表面に電極を備えるとともに、その電極は、底部側に配置され、少なくとも一部が周方向の一部にのみ形成される検知部と検知部から開口側に延びると共に検知部より幅狭なリード部とを有するガスセンサ素子の製造方法に関するものである。   (1) A method of manufacturing a gas sensor element according to the first aspect of the present invention comprises an electrode on the outer surface of a cylindrical solid electrolyte body having a bottom on one side in the axial direction and an opening on the other side; The electrode is disposed on the bottom side, and at least a part thereof is a gas sensor element having a detection part formed in only a part in the circumferential direction and a lead part extending from the detection part to the opening side and narrower than the detection part It relates to the method.

このガスセンサ素子の製造方法では、スリットを有する筒状のマスクに固体電解質体を挿入して、固体電解質体の外表面のうち電極を形成する電極形成箇所にスリットを重ねると共に、電極形成箇所を除いた非電極形成箇所を、マスクで覆う第1工程と、マスクで覆われていない電極形成箇所にメッキ液を供給し、メッキ液中の金属を析出させて電極を形成する第2工程と、を有している。   In this method of manufacturing a gas sensor element, a solid electrolyte body is inserted into a cylindrical mask having a slit, and a slit is overlapped on an electrode formation portion on the outer surface of the solid electrolyte body to form an electrode, and the electrode formation portion is removed. A first step of covering the non-electrode-formed portion with a mask, and a second step of supplying a plating solution to the electrode-formed portion not covered by the mask and depositing metal in the plating solution to form an electrode; Have.

上述したメッキの際に用いられるマスクのスリットは、メッキ液が流通することで検知部が形成可能な第1開口部と、第1開口部に連通するとともに、メッキ液が流通することでリード部が形成可能な第2開口部と、を有している。   The slit of the mask used at the time of plating mentioned above communicates with the first opening which the detection section can be formed by the flow of the plating solution, and the lead opening by the flow of the plating solution. And the second opening which can be formed.

その上、軸線方向から見て、第1開口部を形成する両側面がなす開き角度の最大は、軸線と検知部の両端部とを結ぶ2つの直線がなす交差角度の最小より小さくしている。つまり、両側面の開き角度の最大は、交差角度の最小より狭い範囲に設定されている。   Furthermore, when viewed from the axial direction, the maximum of the opening angle formed by both side faces forming the first opening is smaller than the minimum of the crossing angle formed by the two straight lines connecting the axis and both ends of the detection unit . That is, the maximum of the opening angle of both side surfaces is set to a narrower range than the minimum of the crossing angle.

従って、前記第1工程にて、上述した構成のマスクを固体電解質体に被せ、前記第2工程にて、固体電解質体の露出部分であるマスクの第1開口部及び第2開口部にメッキ液を流通させて、固体電解質体上に検知部及びリード部を有する電極を形成する際には、検知部とリード部とにおける(メッキによって形成される)金属の膜厚を、従来より均一化することができる。   Therefore, in the first step, the mask of the above-described configuration is covered on the solid electrolyte body, and in the second step, the plating solution is applied to the first opening and the second opening of the mask which is the exposed portion of the solid electrolyte body. When forming an electrode having a detection portion and a lead portion on a solid electrolyte body by circulating the same, the film thickness of metal (formed by plating) in the detection portion and the lead portion is made more uniform than in the prior art be able to.

つまり、検知部に対応する第1開口部を形成する両側面は、従来のように開き角度が大きく広がっておらず、角度が規制されて狭くなっているので、メッキの際には、第1開口部と第2開口部とを流通するメッキ液の流速の差が小さくなる。そのため、検知部とリード部とにおける金属の膜厚を、従来より均一化することができる。   In other words, both side surfaces forming the first opening corresponding to the detection portion do not have a wide spread of the opening angle as in the prior art, and the angle is restricted and narrowed. The difference in flow velocity of the plating solution flowing through the opening and the second opening is reduced. Therefore, the film thickness of the metal in a detection part and a lead part can be equalized conventionally.

よって、検知部として耐久性に必要な膜厚を確保するためにメッキを行っても、リード部の膜厚が必要以上に大きくなることを抑制できる。その結果、電極材料を低減できるとともに、十分な耐久性を確保できるガスセンサ素子を製造することができるという顕著な効果を奏する。   Therefore, even if plating is performed to secure the film thickness necessary for durability as the detection unit, it is possible to suppress the film thickness of the lead portion from becoming larger than necessary. As a result, the electrode material can be reduced, and the gas sensor element having sufficient durability can be manufactured.

なお、「第1開口部を形成する両側面がなす開き角度の最大」とは、第1開口部の両側面が軸線方向に延びると共に軸線方向から見て交差するように延びる場合において、最も角度が大きくなる開き角度を指す。また、「交差角度の最小」とは、検知部の両端部が軸線方向に延びる共に軸線方向から見て交差するように延びる場合において、最も角度が小さくなる交差角度を指す。   Note that “the maximum opening angle formed by both side surfaces forming the first opening” means the most angle in the case where both side surfaces of the first opening extend in the axial direction and intersect as seen in the axial direction. Refers to the opening angle at which Further, “minimum of crossing angle” refers to a crossing angle at which the angle becomes the smallest when both ends of the detection unit extend in the axial direction and also cross as viewed in the axial direction.

(2)本発明の第2態様のガスセンサ素子の製造方法では、両側面の開き角度は、軸線方向から見て、両側面の全体において前記交差角度の最小よりも小さくしている。
本第2態様は、第1開口部を形成する両側面の好ましい形態を例示している。これにより、メッキの際には、第1開口部と第2開口部とを流通するメッキ液の流速の差がより小さくなる。そのため、検知部とリード部とにおける金属の膜厚を、より均一化することができる。
(2) In the method of manufacturing a gas sensor element according to the second aspect of the present invention, the opening angle of both side surfaces is smaller than the minimum of the crossing angle in the entire side surfaces as viewed from the axial direction.
The second aspect exemplifies a preferable form of both sides forming the first opening. Thereby, in plating, the difference in the flow velocity of the plating solution flowing through the first opening and the second opening becomes smaller. Therefore, the film thickness of the metal in a detection part and a lead part can be equalized more.

(3)本発明の第3態様のガスセンサ素子の製造方法では、マスクには、固体電解質体をマスクに挿入した際に、両側面と固体電解質体とをそれぞれ接続する2つの接続面を備え、2つの接続面の開き角度は、両側面の開き角度よりも大きくしている。   (3) In the method of manufacturing a gas sensor element according to the third aspect of the present invention, the mask is provided with two connection surfaces that respectively connect the two side surfaces and the solid electrolyte body when the solid electrolyte body is inserted into the mask, The opening angle of the two connection surfaces is larger than the opening angle of both side surfaces.

軸線方向から見た場合に、第1開口部を形成する両側面が、直接、固体電解質体に接続している場合(即ちメッキ液の流路がいきなり狭くなっている場合)には、メッキ液を供給する際に第1開口部が広がる方向(周方向)に大きな力がかかる。そのため、第1開口部を形成する両側面と固体電解質体との接触部分のシール性が低下して、メッキによるにじみが発生することがある。   When viewed from the axial direction, when the both side surfaces forming the first opening are directly connected to the solid electrolyte body (that is, when the flow path of the plating solution is suddenly narrowed), the plating solution When supplying H.sub.2, a large force is applied in the direction (circumferential direction) in which the first opening spreads. As a result, the sealability of the contact portion between the side surfaces forming the first opening and the solid electrolyte body may be reduced, which may cause bleeding due to plating.

それ対して、本第3態様では、両側面と固体電解質体との間に、両側面の開き角度よりも大きい2つの接続面を有している。これにより、第1開口部の周方向かかる力が両側面を直接固体電解質体に接触させる場合に比べて小さいので、十分なシール力を確保でき、メッキ滲みを抑制することができる。   On the other hand, in the third embodiment, two connecting surfaces which are larger than the opening angle of the two side surfaces are provided between the two side surfaces and the solid electrolyte body. As a result, the force applied in the circumferential direction of the first opening is smaller than in the case where both side surfaces are in direct contact with the solid electrolyte body, a sufficient sealing force can be secured, and plating bleeding can be suppressed.

これにより、メッキ厚のばらつきを低減できるので、電極(特に検知部)の耐久性を向上でき、電極(特に検知部)の幅を目的の寸法とすることも可能である。その結果、高いセンサ特性を実現できる。   As a result, since variations in plating thickness can be reduced, the durability of the electrode (particularly the detection portion) can be improved, and the width of the electrode (particularly the detection portion) can be made to have a target dimension. As a result, high sensor characteristics can be realized.

(4)本発明の第4態様のマスクは、軸線方向の一方の側に底部を有し他方の側に開口を有する筒状の固体電解質体の外表面に形成される電極であり、底部側に配置され、少なくとも一部が周方向の一部にのみ形成された検知部と検知部から開口側に延びると共に検知部よりも幅狭なリード部とを有する電極を、メッキ液を用いて形成する際に、固体電解質体を挿入して、固体電解質体の外表面のうち電極を形成する電極形成箇所に自身に形成されたスリットを重ねると共に、電極形成箇所を除いた非電極形成箇所を覆う筒状のマスクに関するものである。   (4) The mask according to the fourth aspect of the present invention is an electrode formed on the outer surface of a cylindrical solid electrolyte body having a bottom on one side in the axial direction and an opening on the other side, the bottom side An electrode, which is disposed at least a part of which is at least partially formed in only a part in the circumferential direction and has a lead portion extending from the detection portion to the opening side and narrower than the detection portion, is formed using a plating solution At the same time, a solid electrolyte body is inserted, and a slit formed in itself is overlapped on an electrode forming portion forming an electrode on the outer surface of the solid electrolyte body, and a non-electrode forming portion excluding the electrode forming portion is covered. It relates to a cylindrical mask.

このマスクのスリットは、メッキ液が流通することで検知部が形成される第1開口部と、第1開口部に連通するとともに、メッキ液が流通することでリード部が形成される第2開口部と、を有している。   The slit of the mask communicates with the first opening in which the detection portion is formed by the flow of the plating solution, and the first opening, and the second opening in which the lead portion is formed by the flow of the plating solution. Have a department.

さらに、軸線方向から見て、第1開口部を形成する両側面がなす開き角度の最大は、軸線と検知部の両端部とを結ぶ2つの直線がなす交差角度の最小より小さく設定されている。   Furthermore, when viewed from the axial direction, the maximum of the opening angle formed by both side surfaces forming the first opening is set smaller than the minimum of the crossing angle formed by two straight lines connecting the axis and both ends of the detection unit .

このマスクを用いてメッキを行うことによって、前記第1態様と同様な効果を奏する。
(5)本発明の第5態様のマスクでは、両側面の開き角度は、軸線方向から見て、両側面の全体において、前記交差角度の最小より小さく設定されている。
By performing plating using this mask, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
(5) In the mask of the fifth aspect of the present invention, the opening angle of both side surfaces is set to be smaller than the minimum of the crossing angle in the entire side surfaces as viewed from the axial direction.

このマスクを用いてメッキを行うことによって、前記第2態様と同様な効果を奏する。
(6)本発明の第6態様のマスクは、固体電解質体をマスクに挿入した際に、両側面と固体電解質体とをそれぞれ接続する2つの接続面を更に備え、軸線方向から見て、2つの接続面の開き角度は、両側面の開き角度よりも大きくされている。
By performing plating using this mask, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
(6) The mask according to the sixth aspect of the present invention further comprises two connection surfaces respectively connecting the two side surfaces and the solid electrolyte body when the solid electrolyte body is inserted into the mask, and viewed from the axial direction, 2 The opening angle of the two connection surfaces is greater than the opening angle of the two side surfaces.

このマスクを用いてメッキを行うことによって、前記第3態様と同様な効果を奏する。   By performing plating using this mask, the same effect as that of the third aspect can be obtained.

第1実施形態のガスセンサ素子の製造方法で製造されたガスセンサ素子を示し、(a)はガスセンサ素子の軸線方向先端側から見た平面図、(b)はガスセンサ素子の正面図、(c)はガスセンサ素子の側面図。The gas sensor element manufactured by the manufacturing method of the gas sensor element of 1st Embodiment is shown, (a) is the top view seen from the axial direction front end side of a gas sensor element, (b) is a front view of a gas sensor element, (c) is. The side view of a gas sensor element. 第1実施形態のガスセンサ素子の製造方法で用いられるマスクを示し、(a)はマスクの軸線方向先端側から見た平面図、(b)はマスクの正面図、(c)はマスクの側面図。The mask used by the manufacturing method of the gas sensor element of 1st Embodiment is shown, (a) is the top view seen from the axial direction tip side of a mask, (b) is a front view of a mask, (c) is a side view of a mask . (a)はマスクを拡大して示す平面図、(b)は(a)におけるA部分を拡大して示す図。(A) is a top view which expands and shows a mask, (b) is a figure which expands and shows A part in (a). ガスセンサ素子の製造途中の素子中間体を示す正面図。The front view which shows the element intermediate in the middle of manufacture of a gas sensor element. マスクを素子中間体に被せた組付体を示し、(a)は組付体の軸線方向先端側から見た平面図、(b)は組付体の正面図、(c)は組付体の側面図。The assembled body which put the mask on the element intermediate body is shown, (a) is the top view seen from the axial direction tip end side of the assembled body, (b) is a front view of the assembled body, (c) is an assembled body Side view. 組付体をマスク固定板の固定孔に固定した状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state which fixed the assembly body to the fixing hole of a mask fixed board. 組付体の素子中間体の表面にメッキした状態を示し、(a)はメッキ後の組付体の軸線方向先端側から見た平面図、(b)はメッキ後の組付体の正面図、(c)はメッキ後の組付体の側面図。The state which has plated the surface of the element intermediate body of an assembly body is shown, (a) is the top view seen from the axial direction front end side of the assembly body after plating, (b) is a front view of the assembly body after plating (C) is a side view of the assembly after plating. ガスセンサ素子が組み付けられた酸素センサを軸線方向に沿って破断した断面図。Sectional drawing which fractured | ruptured the oxygen sensor with which the gas sensor element was assembled | attached along the axial direction. (a)は第2実施形態のマスクを拡大して示す平面図、(b)は(a)におけるB部分を拡大して示す図。(A) is a top view which expands and shows the mask of 2nd Embodiment, (b) is a figure which expands and shows B part in (a). 従来技術のメッキ後の組付体を示し、(a)は組付体の軸線方向先端側から見た平面図、(b)は組付体の正面図、(c)は組付体の側面図。The assembled body after plating of a prior art is shown, (a) is the top view seen from the axial direction front end side of an assembled body, (b) is a front view of an assembled body, (c) is the side of an assembled body Figure.

以下、本発明のガスセンサ素子の製造方法及びその製造方法に用いられるマスクの実施形態について説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.ガスセンサ素子]
まず、第1実施形態のガスセンサ素子の製造方法によって製造されるガスセンサ素子の構成について説明する。
Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a gas sensor element of the present invention and a mask used in the method of manufacturing the same will be described.
[1. First embodiment]
[1-1. Gas sensor element]
First, the configuration of the gas sensor element manufactured by the method for manufacturing a gas sensor element of the first embodiment will be described.

図1に示すように、ガスセンサ素子1は、酸素センサ71(図8参照)の検出素子として用いられるものであり、ジルコニアを主成分とする固体電解質体からなる基体5を備えている。   As shown in FIG. 1, the gas sensor element 1 is used as a detection element of the oxygen sensor 71 (see FIG. 8), and includes a base 5 made of a solid electrolyte body mainly composed of zirconia.

基体5は、軸線Oの方向(軸線方向:図1(b)の上下方向)に延びる略円筒形状の部材であり、軸線方向の一方(図1(b)の上方)に閉塞された底部7を有するとともに、他方(図1(b)の下方)に開放された開口9を有している。   The base 5 is a substantially cylindrical member extending in the direction of the axis O (axial direction: the vertical direction in FIG. 1B), and the bottom 7 is closed in one of the axial directions (above the FIG. 1B). And an opening 9 opened at the other side (lower side of FIG. 1 (b)).

基体5の外周面には、軸線方向の略中央部において、基体5の周方向の全周にわたって基体5から径方向外側に突出する環状の鍔部11が設けられている。
なお、以下では、基体5の底部7側を先端側と称し、開口9側を後端側と称する。また、基体5のうち、鍔部11より先端側を先端部13と称し、鍔部11より後端側を後端部15と称する。
An annular flange 11 is provided on the outer peripheral surface of the base 5 at a substantially central portion in the axial direction, and protrudes radially outward from the base 5 over the entire circumference of the base 5 in the circumferential direction.
Hereinafter, the bottom 7 side of the base 5 will be referred to as the tip end side, and the opening 9 side will be referred to as the rear end side. Further, in the base body 5, the tip end side of the collar portion 11 is referred to as a tip end portion 13, and the rear end side of the collar portion 11 is referred to as a rear end portion 15.

また、基体5の外周面には、例えばPtからなる外側電極(検知電極)17が形成されるとともに(図1のハッチング部分)、内周面には、例えばPtからなる内側電極(基準電極)19が形成されている。   In addition, an outer electrode (detection electrode) 17 made of, for example, Pt is formed on the outer peripheral surface of the base 5 (hatched part in FIG. 1), and an inner electrode (reference electrode) made of, for example, Pt on the inner peripheral surface. 19 is formed.

検知電極17は、先端部13の先端側に形成された検知部21と、検知部21から軸線方向に沿って後端側に延びるリード部23と、リード部23に接続されるとともに基体5の周方向に形成された端子接続部25とからなる。   The detection electrode 17 is connected to a detection portion 21 formed on the tip end side of the tip end portion 13, a lead portion 23 extending from the detection portion 21 to the rear end side along the axial direction, and the lead portion 23 It consists of the terminal connection part 25 formed in the circumferential direction.

このうち、検知部21は、図1(a)に示すように、軸線方向から見て、軸線Oを中心として周方向に所定の角度(交差角度α1)となるように、即ち扇形となるように形成されている。   Among these, as shown in FIG. 1A, the detection unit 21 has a predetermined angle (crossing angle α1) in the circumferential direction around the axis O as viewed from the axial direction, that is, a fan shape Is formed.

詳しくは、検知部21は、リード部23の形成されている側(図1(a)の下方)から見て、軸線Oと左側の検知部端部とを繋ぐ左辺21Lと軸線Oと右側の検知部端部とを繋ぐ右辺21Rとの間の交差角度α1が、例えば90°〜180°の範囲に設定されている。   Specifically, when viewed from the side on which the lead portion 23 is formed (downward in FIG. 1A), the detection unit 21 connects the axis O to the end of the detection unit on the left side. The crossing angle α1 between the right side 21R connecting the end of the detection unit and the right side is set, for example, in the range of 90 ° to 180 °.

リード部23は、図1(b)に示すように、検知部21よりも幅狭に形成されており、検知部21から軸線方向に沿って鍔部11の中央部27まで伸びる第1リード部29と、第1リード部29より幅が狭く鍔部11の中央部27から後端側に延びる第2リード部31とから構成されている。なお、第1リード部29と第2リード部31とは、鍔部11の中央部27にて重なって電気的に接続されている。   The lead portion 23 is formed to be narrower than the detection portion 21 as shown in FIG. 1B, and is a first lead portion extending from the detection portion 21 to the central portion 27 of the collar portion 11 along the axial direction. A second lead portion 31 is narrower than the first lead portion 29 and extends from the central portion 27 of the collar portion 11 to the rear end side. The first lead portion 29 and the second lead portion 31 overlap at the central portion 27 of the collar portion 11 and are electrically connected.

端子接続部25は、第2リード部31の後端側に接続されており、第2リード部31に対して垂直に形成された環状の電極である。
[1−2.ガスセンサ素子の製造方法]
次に、本第1実施形態のガスセンサ素子1の製造方法を説明する。
The terminal connection portion 25 is an annular electrode connected to the rear end side of the second lead portion 31 and formed perpendicularly to the second lead portion 31.
[1-2. Method of manufacturing gas sensor element]
Next, a method of manufacturing the gas sensor element 1 of the first embodiment will be described.

<マスクの構造>
最初に、後述するメッキ工程にて使用されるマスク41の構造について説明する。
図2に示すように、本第1実施形態で使用されるマスク41は、基体5の先端部13から鍔部11を経て後端部15の一部(鍔部11に隣接する先端部分)に到る範囲を覆う円筒形状のメッキマスクであり、伸縮自在の弾性を有するゴム部材からなる。
<Structure of mask>
First, the structure of the mask 41 used in the plating step described later will be described.
As shown in FIG. 2, the mask 41 used in the first embodiment is a part of the rear end 15 (the tip adjacent to the ridge 11) from the tip 13 of the base 5 through the ridge 11 It is a cylindrical plating mask that covers the entire area, and is made of a rubber member having stretchable elasticity.

詳しくは、マスク41は、軸線方向に伸びるとともに基体5の外形形状に対応した形状の中空部43と、中空部43に連通するスリット48とを有している。このスリット48は、メッキ液が流通することで検知部21を形成する第1開口部45と、第1開口部45に連通するとともに第1開口部45より周方向の幅が狭く且つメッキ液が流通することで第1リード部29を形成する第2開口部47とを有している。   Specifically, the mask 41 has a hollow portion 43 which extends in the axial direction and has a shape corresponding to the outer shape of the base 5, and a slit 48 communicating with the hollow portion 43. The slit 48 communicates with the first opening 45 forming the detection unit 21 by the flow of the plating solution, and the first opening 45, and the width in the circumferential direction is narrower than the first opening 45, and the plating solution It has the 2nd opening 47 which forms the 1st lead part 29 by circulating.

図2(a)に示すように、第1開口部45は、軸線Oを中心として、検知部21と同じ交差角度α1にて扇形となるように開口している。なお、第1開口部45の後端側(図2(b)の下方)は、軸線方向と垂直の平面となっており、第2開口部47を挟む図2(b)の左右の壁部46L、46Rの左右の先端面46La、46Raが第1開口部45に露出している。   As shown in FIG. 2A, the first opening 45 is fan-shaped at the same crossing angle α1 as the detection unit 21 with the axis O at the center. The rear end side (the lower part in FIG. 2B) of the first opening 45 is a plane perpendicular to the axial direction, and the left and right wall parts in FIG. 2B sandwiching the second opening 47 Left and right tip surfaces 46La, 46Ra of 46L, 46R are exposed to the first opening 45.

また、マスク41は、第1開口部45を形成する一対の底面49を有している。具体的には、図2(b)に示すように、軸線方向の先端側に、軸線Oを中心として交差角度α1に形成された(図2(a)参照)一対の底面49(左側底面49L、右側底面49R)を有している。   The mask 41 also has a pair of bottom surfaces 49 forming the first opening 45. Specifically, as shown in FIG. 2B, a pair of bottom surfaces 49 (left bottom surface 49L) are formed on the tip end side in the axial direction at the intersection angle α1 about the axis O (see FIG. 2A). , Right bottom surface 49R).

更に、マスク41のスリット48には、第1開口部45を形成する両側面57(左側面57L、右側面57R)が形成されている。
また、マスク41のスリット48には、この両側面57と底面49とを接続するようにして、第1開口部45を形成する一対の接続面55(左側接続面55L、右側接続面55R)が形成されている。
Furthermore, on the slit 48 of the mask 41, both side surfaces 57 (left side surface 57L, right side surface 57R) forming the first opening 45 are formed.
The slit 48 of the mask 41 has a pair of connection surfaces 55 (left connection surface 55L, right connection surface 55R) forming the first opening 45 so as to connect the both side surfaces 57 and the bottom surface 49. It is formed.

つまり、右側底面49Rの右端部51Rに、右側接続面55R、右側面57Rが連接されている。同様に、左側底面49Lの左端部51Lに、左側接続面55L、左側面57Lが連接されている。   That is, the right side connection surface 55R and the right side surface 57R are connected to the right end 51R of the right bottom surface 49R. Similarly, the left connection surface 55L and the left surface 57L are connected to the left end 51L of the left bottom surface 49L.

そして、図3(a)に拡大して示すように、軸線方向から見て、両側面57がなす角度(開き角度α2)は、交差角度α1より小さく設定されている(例えば、0°を超えて90°以下)。   Then, as shown in an enlarged manner in FIG. 3A, when viewed from the axial direction, the angle (opening angle α2) formed by the both side surfaces 57 is set smaller than the intersection angle α1 (for example, more than 0 ° Less than 90 °).

なお、両側面57のなす開き角度α2は、軸線方向から見て、両側面57の全体において、交差角度α1の最小よりも小さく設定されている。
一方、一対の接続面55のなす角度(開き角度α3)は、検知部21の交差角度α1以下で(第1実施形態では交差角度α1より小さい)、しかも、両側面57のなす開き角度α2より大きく設定されている(例えば、0°を超えて180°以下)。
The opening angle α2 of the side surfaces 57 is set to be smaller than the minimum of the intersection angle α1 in the entire side surface 57 as viewed in the axial direction.
On the other hand, the angle (opening angle α3) formed by the pair of connection surfaces 55 is less than or equal to the intersection angle α1 of the detection unit 21 (in the first embodiment, smaller than the intersection angle α1). It is set large (for example, more than 0 ° and less than 180 °).

なお、図3(b)に更に拡大して示すように(ハッチング部分はスリット48に対応した部分)、一対の接続面55(例えば左側接続面55L)は、一対の底面49(例えば左側底面49L)に対して、第4角度α4傾斜しており、両側面57(例えば左側面57L)は、一対の接続面55(例えば左側接続面55L)に対して、第5角度α5傾斜している。   3B (the hatched portion corresponds to the slit 48), the pair of connection surfaces 55 (for example, the left connection surface 55L) has a pair of bottom surfaces 49 (for example, the left bottom surface 49L). , And both side surfaces 57 (eg, left side surface 57L) are inclined at a fifth angle α5 with respect to the pair of connection surfaces 55 (eg, left connection surface 55L).

<ガスセンサ素子の製造手順>
次に、前記マスク41を用いて行われるガスセンサ素子1の製造手順について説明する。
<Production procedure of gas sensor element>
Next, a manufacturing procedure of the gas sensor element 1 performed using the mask 41 will be described.

まず、鍔部11を備えた基体5を作製するために、従来と同様に、セラミック材料(例えばジルコニアを主体とした固体電解質体の材料)を型に入れて、公知のプレス成型法によって所定の成形体を作製する。   First, in order to produce the base 5 provided with the ridge portion 11, a ceramic material (for example, a material of a solid electrolyte body mainly composed of zirconia) is put in a mold as in the conventional case, and predetermined by a known press molding method. A molded body is produced.

次に、この成形体の表面に、周知のように、白金ペーストを用いた印刷により、第2リード部31及び端子接続部25となるパターンを形成する。
その後、これを例えば1500℃にて2時間程度焼成して、図4に示すように、第2リード部31及び端子接続部25を備えた基体5(即ち素子中間体61)を製造する。
Next, as is well known, a pattern to be the second lead portion 31 and the terminal connection portion 25 is formed on the surface of the molded body by printing using platinum paste.
Thereafter, this is baked, for example, at 1500 ° C. for about 2 hours to manufacture the base 5 (that is, the element intermediate 61) having the second lead portion 31 and the terminal connection portion 25 as shown in FIG.

或いは、セラミック材料を型に入れて基体5の母材を作製した後に、その母材の表面を切削して、鍔部11を備えた基体5の形状とし、第2リード部31及び端子接続部25となるパターンを形成した後に、焼成して素子中間体61を製造することができる。   Alternatively, after the ceramic material is put in a mold and the base material of the base 5 is manufactured, the surface of the base material is cut to form the base 5 provided with the ridge portion 11, and the second lead portion 31 and the terminal connection portion After forming a pattern to be 25, the element intermediate 61 can be manufactured by firing.

次に、素子中間体61の外表面のうち、先端部13と鍔部11の中央部27より先端側とに対して(図4のドット部分)、メッキの前処理として周知の核付けを行う。
例えば、素子中間体61の核付け部分を、白金錯塩水溶液(例えば、4価白金アンミン水溶液や2価白金アンミン水溶液)(白金濃度;45g/m3)に浸漬する。さらに、この素子中間体61を浸漬させた白金錯塩水溶液を60℃に加熱し、水素化硼素ナトリウムの水溶液を添加する。そして、この混合液である核付与液中で、素子中間体61を10分間、揺動しながら放置し、半素子61の外表面に白金の核を析出させる。
Next, on the outer surface of the element intermediate body 61, a known nucleation as a pretreatment for plating is performed on the tip end portion 13 and the tip end side of the center portion 27 of the ridge portion 11 (dot portion in FIG. 4). .
For example, the nucleated part of the element intermediate 61 is immersed in a platinum complex salt aqueous solution (for example, a tetravalent platinum ammine aqueous solution or a divalent platinum ammine aqueous solution) (platinum concentration: 45 g / m 3 ). Further, the platinum complex aqueous solution in which the element intermediate 61 is immersed is heated to 60 ° C., and an aqueous solution of sodium borohydride is added. Then, the element intermediate 61 is left for 10 minutes while being shaken in the nucleation solution which is the mixed solution, and platinum nuclei are deposited on the outer surface of the half element 61.

次に、図5に示すように、前記マスク41を、素子中間体61の先端側より被せる。詳しくは、マスク41の中空部43の後端側の後端開口部43aを、素子中間体61の先端に合わせてから、マスク41を図5(b)の上方から下方に押し込む。   Next, as shown in FIG. 5, the mask 41 is placed from the tip side of the element intermediate 61. Specifically, after the rear end opening 43a on the rear end side of the hollow portion 43 of the mask 41 is aligned with the front end of the element intermediate 61, the mask 41 is pushed downward from above in FIG. 5 (b).

なお、押し込む際には、マスク41の第2開口部47の周方向における中央と第2リード部31との位置を一致させるようにする。
このマスク41の中空部43は、素子中間体61の外形形状と一致するように形成されているので、マスク41を素子中間体61に被せると、マスク41は素子中間体61の表面に密着する。
When the second lead portion 31 is pressed, the center of the second opening 47 of the mask 41 in the circumferential direction is made to coincide with the position of the second lead portion 31.
The hollow portion 43 of the mask 41 is formed to match the outer shape of the element intermediate 61, and therefore, when the mask 41 is placed on the element intermediate 61, the mask 41 adheres to the surface of the element intermediate 61. .

また、マスク41には、図5(b)に示すように、上述した第1開口部45及び第2開口部47からなるスリット48が形成されているので、このスリット48の部分では素子中間体61が露出している。詳しくは、第2開口部47の中央に、第2リード部31が見えている状態となっている。   Further, as shown in FIG. 5 (b), the mask 48 is formed with the slit 48 consisting of the first opening 45 and the second opening 47 described above. 61 is exposed. Specifically, the second lead portion 31 is visible at the center of the second opening 47.

なお、マスク41は、素子中間体61の後端部15のうち、先端側のみを覆っているだけなので、それより後端側では半素子61は露出している。
次に、図6に示すように、マスク41を素子中間体61とともにマスク固定板63の固定孔65に押し込んで固定する。
Since the mask 41 only covers only the front end side of the rear end portion 15 of the element intermediate 61, the half element 61 is exposed at the rear end side.
Next, as shown in FIG. 6, the mask 41 is pressed together with the element intermediate 61 into the fixing holes 65 of the mask fixing plate 63 and fixed.

この状態(即ちマスク41を素子中間体61に被せた組付体の状態)で、周知の方法によって、素子中間体61の核付けした表面にメッキを行う。
例えばメッキ工程では、素子中間体61及びマスク41を一体的に固定したマスク固定板63を、白金錯塩水溶液(例えば、4価白金アンミン水溶液や2価白金アンミン水溶液)(白金濃度;600g/m3)に浸漬し、加熱する。そして、この素子中間体61を浸漬した白金錯塩水溶液に、核が付着した部位以外に白金が析出しない程度の還元力を有するヒドラジン水溶液(濃度;85質量%)を添加し、これらの混合液であるメッキ液中で素子中間体61を2時間程度揺動しながら放置し、素子中間体61の外表面に付着している核に対して白金を析出させる。
In this state (that is, in the state of an assembled body in which the mask 41 is placed on the element intermediate 61), plating is performed on the nucleated surface of the element intermediate 61 by a known method.
For example, in the plating step, the mask fixing plate 63 on which the element intermediate 61 and the mask 41 are integrally fixed is formed of a platinum complex salt aqueous solution (for example, tetravalent platinum ammine solution or divalent platinum ammine solution) (platinum concentration: 600 g / m 3 Soak in) and heat. Then, to the platinum complex salt aqueous solution in which this element intermediate 61 is immersed, add a hydrazine aqueous solution (concentration: 85 mass%) having a reducing power to such an extent that platinum does not precipitate other than the part where the nucleus is attached. The element intermediate 61 is left to swing for about 2 hours in a plating solution, and platinum is deposited on the nuclei adhering to the outer surface of the element intermediate 61.

このメッキ工程では、図7に示すように、素子中間体61の外表面のうち、マスク41が装着されていない箇所(電極形成箇所42)、即ち検知部21に対応した第1開口部45にて露出している箇所と第1リード部29に対応した第2開口部47にて露出している箇所のうち、核付けがなされている箇所(左斜めのハッチング箇所)に、白金が析出する。   In this plating step, as shown in FIG. 7, in the outer surface of the element intermediate 61, the portion where the mask 41 is not attached (electrode forming portion 42), that is, the first opening 45 corresponding to the detecting portion 21. Among the exposed portion and the exposed portion of the second opening 47 corresponding to the first lead portion 29, platinum is deposited at the nucleused portion (hatched hatched portion at the left). .

このようにしてメッキ工程が終わったら、マスク固定板63からマスク41が装着された素子中間体61を取り外し、さらに素子中間体61からマスク41を取り外す。その後、素子中間体61の外表面を水で洗浄し、乾燥させる。   When the plating process is completed in this manner, the element intermediate 61 to which the mask 41 is attached is removed from the mask fixing plate 63, and the mask 41 is removed from the element intermediate 61. Thereafter, the outer surface of the element intermediate 61 is washed with water and dried.

そして、素子中間体61の外表面における白金の核を成長させた部分に対し、周知のエージング処理を行って、ガスセンサ素子1を完成する。
なお、ガスセンサ素子1の検知部21の表面を保護するために、プラズマ溶射法によってスピネル粉末を溶射し、電極保護層(図示せず)を形成する。
Then, a well-known aging process is performed on a portion of the outer surface of the element intermediate 61 on which platinum nuclei are grown, to complete the gas sensor element 1.
In addition, in order to protect the surface of the detection part 21 of the gas sensor element 1, spinel powder is thermally sprayed by the plasma spraying method, and an electrode protective layer (not shown) is formed.

また、ガスセンサ素子1の内表面に対しても、同様なメッキ処理によって基準電極19を形成するが、従来と同様な方法であるので、その説明は省略する。
[1−3.酸素センサ]
次に、上述したガスセンサ素子1を備えたガスセンサである酸素センサ71について説明する。なお、以下の「上」、「下」は、図8における「上」、「下」を示している。
Further, although the reference electrode 19 is formed on the inner surface of the gas sensor element 1 by the same plating process, the method is the same as the conventional method, so the description thereof is omitted.
[1-3. Oxygen sensor]
Next, the oxygen sensor 71 which is a gas sensor provided with the gas sensor element 1 mentioned above is demonstrated. Note that “upper” and “lower” below indicate “upper” and “lower” in FIG.

図8に示すように、酸素センサ71は、軸線方向(同図上下方向)に延びて先端側(図8の下方)が閉じた有底筒状の前記ガスセンサ素子1と、ガスセンサ素子1の内部に配置されてガスセンサ素子1を加熱する棒状のセラミックヒータ75と、酸素センサ71の内部構造物を収容するとともに酸素センサ71を排気管等の取付部に固定するケーシング77などを備えている。   As shown in FIG. 8, the oxygen sensor 71 extends in the axial direction (vertical direction in FIG. 8) and has the bottomed cylindrical gas sensor element 1 closed at the tip end (downward in FIG. 8) and the inside of the gas sensor element 1. A rod-shaped ceramic heater 75 arranged to heat the gas sensor element 1 and a casing 77 for accommodating the internal structure of the oxygen sensor 71 and fixing the oxygen sensor 71 to a mounting portion such as an exhaust pipe are provided.

これらのうち、ケーシング77は、ガスセンサ素子1を保持するとともに、その先端部13の検知部21を排気管等の内部に突出させる主体金具81と、主体金具81の後端側(図8の上方)に延設されてガスセンサ素子1との間で基準ガス空間を形成する金属製の外筒83などを備えている。   Among these, the casing 77 holds the gas sensor element 1 and causes the detection portion 21 of the tip end portion 13 of the end portion 13 to project inside the exhaust pipe etc., and the rear end side of the metal shell 81 (the upper side of FIG. And a metal outer cylinder 83 that forms a reference gas space with the gas sensor element 1.

また、主体金具81は、ガスセンサ素子1を下方から支持するセラミックからなる円筒状のホルダ85と、ホルダ85の上部に充填される滑石粉末からなる円筒状の充填部材87と、充填部材87を上方から押圧するセラミックからなる円筒状のスリーブ89などを、内部に収容する。   The metal shell 81 includes a cylindrical holder 85 made of ceramic for supporting the gas sensor element 1 from below, a cylindrical filling member 87 made of talc powder filled on the upper portion of the holder 85, and the filling member 87. The cylindrical sleeve 89 etc. which consist of a ceramic pressed from are accommodated in an inside.

即ち、主体金具81の下端側の内周には、内向きに突出した段部91が設けられており、この段部91に金属製のパッキン93を介してホルダ85が係止されることにより、ガスセンサ素子1の鍔部11が下方から支持されている。   That is, on the inner periphery of the lower end side of the metal shell 81, an inward projecting step portion 91 is provided, and the holder 85 is locked to the step portion 91 via a metal packing 93. The flange portion 11 of the gas sensor element 1 is supported from below.

そして、ホルダ85の上側における主体金具81の内周面とガスセンサ素子1の外周面との間に充填部材87が配設され、さらに、この充填部材87の上側にスリーブ89及び金属製のパッキン95が順次同軸状に内挿された状態で、主体金具81の上端部が内方(下方)に加締められることで、充填部材87が加圧充填される。それにより、ガスセンサ素子1が主体金具81に対してしっかりと固定されている。   A filling member 87 is disposed between the inner peripheral surface of the metal shell 81 on the upper side of the holder 85 and the outer peripheral surface of the gas sensor element 1, and further, a sleeve 89 and a packing 95 made of metal on the upper side of the filling member 87. The upper end portion of the metal shell 81 is crimped inward (downward) in a state in which the upper end portion is sequentially coaxially inserted, and the filling member 87 is pressurized and filled. Thus, the gas sensor element 1 is firmly fixed to the metal shell 81.

また、主体金具81の下端側外周には、ガスセンサ素子1の突出部分(先端部13)を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ97が溶接によって取り付けられている。   In addition, a metal dual protector 97 having a plurality of holes is attached to the outer periphery of the lower end side of the metal shell 81 while covering the projecting portion (tip 13) of the gas sensor element 1 by welding.

一方、主体金具81の上部開口部を覆うように、外筒83の下部開口端部が当該主体金具81に外挿された後、この下部開口端部に外方から溶接が施され、外筒83が主体金具81に装着されている。   On the other hand, after the lower opening end of the outer cylinder 83 is extrapolated to the metal shell 81 so as to cover the upper opening of the metal shell 81, welding is applied to the lower opening end from the outside, and the outer cylinder Reference numeral 83 is attached to the metal shell 81.

また、外筒83における上部開口部の近傍には、電気絶縁性を有するセラミックからなる円筒状のセパレータ99が内挿されている。
セパレータ99は、その軸方向中央付近の外周面に、径方向外側に突出したフランジ部101を有している。このセパレータ99は、フランジ部101に係止する金属製の筒状の保持部材103を介して、外筒83の内部に保持されている。
In the vicinity of the upper opening of the outer cylinder 83, a cylindrical separator 99 made of ceramic having electrical insulation is inserted.
The separator 99 has a flange portion 101 protruding radially outward on an outer peripheral surface near the axial center. The separator 99 is held inside the outer cylinder 83 via a metal cylindrical holding member 103 locked to the flange portion 101.

また、セパレータ99は、自身の後端面105から先端面107に向けて貫通する複数の挿通孔109と、セラミックヒータ75の後端部111を収容可能に先端面107に形成された凹部113とを備えている。   Further, the separator 99 has a plurality of insertion holes 109 penetrating from the rear end surface 105 to the tip surface 107 and a recess 113 formed in the tip surface 107 so as to be able to accommodate the rear end 111 of the ceramic heater 75. Have.

そして、セパレータ99は、外側電極用端子115と内側電極用端子117との後端側を、それぞれ異なる挿通孔109の内部に収容して、外側電極用端子115と内側電極用端子117との絶縁性、外側電極用端子115と外筒83との絶縁性、および内側電極用端子117と外筒83との絶縁性を保持している。   Then, the separator 99 accommodates the rear end sides of the outer electrode terminal 115 and the inner electrode terminal 117 in different insertion holes 109 to insulate the outer electrode terminal 115 and the inner electrode terminal 117 from each other. , The insulation between the outer electrode terminal 115 and the outer cylinder 83, and the insulation between the inner electrode terminal 117 and the outer cylinder 83.

外側電極用端子115は、ガスセンサ素子1の外周面に配置された検知電極17とリード線121とを電気的に接続するように配置されており(ガスセンサ素子1の端子接続部25に接触しており)、内側電極用端子117は、ガスセンサ素子1の内周面に配置された基準電極19とリード線125とを電気的に接続するように配置されている。   The outer electrode terminal 115 is disposed to electrically connect the detection electrode 17 disposed on the outer peripheral surface of the gas sensor element 1 and the lead wire 121 (in contact with the terminal connection portion 25 of the gas sensor element 1). The inner electrode terminal 117 is disposed to electrically connect the reference electrode 19 disposed on the inner peripheral surface of the gas sensor element 1 and the lead wire 125.

また、外筒83の上部開口部は、フッ素系樹脂製のグロメット129により閉塞されており、このグロメット129を貫いて、リード線121、123やセラミックヒータ75に接続されたリード線125、127が配置されている。   Further, the upper opening of the outer cylinder 83 is closed by a grommets 129 made of fluorine resin, and the lead wires 125 and 127 connected to the lead wires 121 and 123 and the ceramic heater 75 penetrate the grommet 129. It is arranged.

なお、このリード線121、123、125、127は、酸素センサ71とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置(ECU)と電気的に接続されている。   The lead wires 121, 123, 125, and 127 are electrically connected to a sensor control device (not shown) provided at a distance from the oxygen sensor 71 or an electronic control unit (ECU) of a vehicle.

[1−4.効果]
本第1実施形態では、メッキの際に用いられるマスク41のスリット48は、メッキ液が流通することで検知部21が形成可能な第1開口部45と、第1開口部45に連通するとともにメッキ液が流通することで第1リード部29が形成可能な第2開口部47と、を有している。
[1-4. effect]
In the first embodiment, the slit 48 of the mask 41 used for plating communicates with the first opening 45 that can be formed by the detection unit 21 by the flow of the plating solution, and to the first opening 45. And a second opening 47 in which the first lead portion 29 can be formed by the flow of the plating solution.

さらに、軸線方向から見て、第1開口部45を形成する両側面57がなす開き角度α2は、軸線Oと検知部21の各端部51(左端部51L、右端部51R)とを結ぶ直線21L、21R(図2(a)参照)がなす交差角度α1より小さく設定されている。   Furthermore, when viewed from the axial direction, an opening angle α2 formed by both side surfaces 57 forming the first opening 45 is a straight line connecting the axis O and each end 51 (left end 51L, right end 51R) of the detection unit 21. It is set smaller than the crossing angle α1 formed by 21L and 21R (see FIG. 2A).

従って、上述した構成のマスク41を基体5(詳しくは素子中間体61)に被せて、素子中間体61の露出部分であるマスク41の第1開口部45及び第2開口部47からメッキ液を供給して、素子中間体61上に検知部21及び第1リード部29を有する電極を形成することにより、検知部21と第1リード部29とにおける(メッキによって形成される)金属の膜厚を、従来より均一化することができる。   Therefore, the mask 41 having the above-described configuration is covered on the base 5 (specifically, the element intermediate 61), and the plating solution is applied from the first opening 45 and the second opening 47 of the mask 41 which is the exposed portion of the element intermediate 61. The film thickness of the metal (formed by plating) in the detection unit 21 and the first lead unit 29 by supplying and forming an electrode having the detection unit 21 and the first lead unit 29 on the element intermediate body 61 Can be made more uniform than before.

つまり、検知部21に対応する第1開口部45を形成する両側面57は、従来のように大きく広がっておらず、角度が規制されて狭くなっているので、メッキの際には、第1開口部45と第2開口部47とを流れるメッキ液の流速の差が小さくなる。そのため、検知部21と第1リード部29とにおける金属の膜厚を、従来より均一化することができる。   That is, both side surfaces 57 forming the first opening 45 corresponding to the detection unit 21 are not widely spread as in the prior art, and the angle is restricted and narrowed. The difference in flow velocity of the plating solution flowing through the opening 45 and the second opening 47 is reduced. Therefore, the film thickness of the metal in the detection part 21 and the 1st lead part 29 can be equalized conventionally.

よって、検知部21として耐久性に必要な膜厚を確保するためにメッキを行っても、第1リード部29の膜厚が必要以上に大きくなることはない。その結果、電極材料を低減できるとともに、十分な耐久性を確保できるガスセンサ素子1を製造することができるという顕著な効果を奏する。   Therefore, even if plating is performed as the detection unit 21 in order to secure the film thickness necessary for durability, the film thickness of the first lead portion 29 will not be larger than necessary. As a result, the electrode material can be reduced, and the gas sensor element 1 capable of securing sufficient durability can be produced.

しかも、本第1実施形態では、マスク41には、固体電解質体(基体5、素子中間体61)にマスク41を挿入した際に、両側面57と固体電解質体とをそれぞれ接続する2つの接続面55であり、開き角度α3が開き角度α2よりも大きくなる2つの接続面55が設けられているので、シール力を確保でき、メッキ滲みを抑制することができる。   Moreover, in the first embodiment, when the mask 41 is inserted into the solid electrolyte body (the base 5 and the element intermediate 61) in the mask 41, two connections for connecting the both side surfaces 57 and the solid electrolyte body are provided. Since two connection surfaces 55 which are the surfaces 55 and in which the opening angle α3 is larger than the opening angle α2 are provided, the sealing force can be secured and the plating bleeding can be suppressed.

これにより、メッキ厚のばらつきを低減できるので、電極(特に検知部21)の耐久性を向上できるとともに、電極(特に検知部21)の幅も目的とする大きさにでき、高いセンサ特性を実現することができる。   As a result, since variations in plating thickness can be reduced, the durability of the electrode (particularly the detection portion 21) can be improved, and the width of the electrode (particularly the detection portion 21) can be made to a target size, realizing high sensor characteristics. can do.

[2.他の実施形態]
次に、他の実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様な構成には、同様な番号を使用して説明する。
[2. Other embodiments]
Next, another embodiment will be described. The same components as those in the first embodiment will be described using the same reference numerals.

図9(a)に示すように、第2実施形態では、第1実施形態と同様なメッキ工程で使用されるマスク131の形状が異なっている。
本第2実施形態で使用されるマスク131は、第1実施形態と同様に、軸線方向の先端側に、軸線Oを中心として交差角度α1に形成された一対の底面49(左側底面49L、右側底面49R)を有している。
As shown in FIG. 9A, in the second embodiment, the shape of the mask 131 used in the plating step similar to that of the first embodiment is different.
As in the first embodiment, the mask 131 used in the second embodiment has a pair of bottom surfaces 49 (left bottom surface 49L, right side) formed at the intersection angle α1 with the axis O at the center on the tip side in the axial direction. Bottom surface 49R).

また、一対の底面49の一対の端部51(左端部51L、右端部51R)より径方向に延びるように、両側面133(左側面133L、右側面133R)が連接されている。
本第2実施形態では、前記第1実施形態と同様な一対の接続面が形成されておらず、両側面133全体が、一対の第1端部51から折れ曲がるようにして、図9(a)の上下方向に延びている。
Further, both side surfaces 133 (left side surface 133L, right side surface 133R) are connected so as to extend in the radial direction from a pair of end portions 51 (left end portion 51L, right end portion 51R) of the pair of bottom surfaces 49.
In the second embodiment, a pair of connection surfaces similar to those of the first embodiment is not formed, and the entire side surface 133 is bent from the pair of first ends 51, as shown in FIG. Extends vertically.

詳しくは、図9(b)に示すように、両側面133(例えば左側面133L)は、一対の底面49(例えば左側底面49L)に対して、(前記第4角度α4と第5角度α4とを合計した)第6角度α6傾斜している。   More specifically, as shown in FIG. 9B, the side surfaces 133 (for example, the left side surface 133L) have the fourth angle α4 and the fifth angle α4 with respect to the pair of bottom surfaces 49 (for example, left bottom surface 49L). And the sixth angle α6 is inclined.

本第2実施形態においても、検知部21と第1リード部29との膜厚を均一化できるという効果がある。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
Also in the second embodiment, the film thickness of the detection unit 21 and the first lead unit 29 can be made uniform.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various aspect can be taken.

例えば、第1実施形態、第2実施形態のガスセンサ素子1では、検知部21の全体(先端から後端に亘って)が、軸線方向から見て、軸線Oを中心として周方向に所定の角度となるように基体5に形成されていたが、これに限られず、検知部の先端側が、基体の先端側の周方向の全周に設けられており、この全周に設けられた検知部の先端側に接続するようにして、検知部の後端側が周方向に所定の角度となるように基体に設けられていても良い。この場合においても、検知部の後端側にのみに第1実施形態や第2実施形態のマスクを配置することで、本発明を達成することができる。   For example, in the gas sensor element 1 of the first embodiment and the second embodiment, the entire detection unit 21 (from the front end to the rear end) has a predetermined angle circumferentially about the axis O when viewed from the axial direction Although it is formed on the base 5 so as to become, without being limited thereto, the tip end side of the detection portion is provided on the entire circumference in the circumferential direction on the tip end side of the base, and the detection portion provided on the entire circumference The rear end side of the detection unit may be provided on the base so as to have a predetermined angle in the circumferential direction so as to be connected to the front end side. Also in this case, the present invention can be achieved by disposing the mask of the first embodiment or the second embodiment only on the rear end side of the detection unit.

1…ガスセンサ素子
5…基体(固体電解質体)
17…検知電極(外側電極)
21…検知部
23…リード部
29…第1リード部
31…第2リード部
41、131…マスク
42…電極形成箇所
45…第1開口部
47…第2開口部
55…接続面
57、133…側面
1 ... gas sensor element 5 ... substrate (solid electrolyte body)
17 ... detection electrode (outside electrode)
21 detection portion 23 lead portion 29 first lead portion 31 second lead portion 41, 131 mask 42 electrode formation portion 45 first opening portion 47 second opening portion 55 connection surface 57, 133 side

Claims (6)

軸線方向の一方の側に底部を有し他方の側に開口を有する筒状の固体電解質体の外表面に電極を備えるとともに、該電極は、前記底部側に配置され、少なくとも一部が周方向の一部にのみ形成される検知部と該検知部から前記開口側に延びると共に前記検知部よりも幅狭なリード部とを有するガスセンサ素子の製造方法であり、
スリットを有する筒状のマスクに前記固体電解質体を挿入して、前記固体電解質体の外表面のうち前記電極を形成する電極形成箇所に前記スリットを重ねると共に、前記電極形成箇所を除いた非電極形成箇所をマスクで覆う第1工程と、
前記マスクで覆われていない前記電極形成箇所にメッキ液を供給し、該メッキ液中の金属を析出させて前記電極を形成する第2工程と、
を有するガスセンサ素子の製造方法であって、
前記マスクのスリットは、
前記メッキ液が流通することで前記検知部が形成される第1開口部と、前記第1開口部に連通するとともに、前記メッキ液が流通することで前記リード部が形成される第2開口部と、を有し、
前記軸線方向から見て、前記第1開口部を形成する両側面がなす開き角度の最大は、前記軸線と前記検知部の両端部とを結ぶ2つの直線がなす交差角度の最小より小さいことを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
An electrode is provided on the outer surface of a cylindrical solid electrolyte body having a bottom on one side in the axial direction and an opening on the other side, the electrode being disposed on the bottom side, at least a part of which is circumferentially A method of manufacturing a gas sensor element, comprising: a detection part formed only in a part of the part; and a lead part extending from the detection part to the opening and narrower than the detection part,
The solid electrolyte body is inserted into a cylindrical mask having a slit, and the slit is overlapped on an electrode formation portion forming the electrode on the outer surface of the solid electrolyte body, and the non-electrode excluding the electrode formation portion A first step of covering the formation location with a mask;
A second step of supplying a plating solution to the electrode formation portion not covered by the mask and depositing a metal in the plating solution to form the electrode;
A method of manufacturing a gas sensor element having
The slit of the mask is
The plating solution is communicated with the first opening in which the detection unit is formed by circulating the plating solution, and the second opening in which the lead is formed by circulating the plating solution. And
When viewed from the axial direction, the maximum of the opening angle formed by both side faces forming the first opening is smaller than the minimum of the crossing angle formed by the two straight lines connecting the axis and both ends of the detection unit. The manufacturing method of the gas sensor element characterized by the above.
前記軸線方向から見て、前記両側面の開き角度は、前記両側面全体において、前記交差角度の最小より小さいことを特徴とする請求項1記載のガスセンサ素子の製造方法。   The method for manufacturing a gas sensor element according to claim 1, wherein an opening angle of the both side surfaces is smaller than a minimum of the crossing angle in the entire side surfaces as viewed from the axial direction. 前記マスクには、前記固体電解質体を前記マスクに挿入した際に、前記両側面と前記固体電解質体とをそれぞれ接続する2つの接続面を備え、
前記軸線方向から見て、前記2つの接続面の開き角度は、前記両側面の開き角度よりも大きいことを特徴とする請求項1または請求項2記載のガスセンサ素子の製造方法。
The mask includes two connection surfaces respectively connecting the both side surfaces and the solid electrolyte body when the solid electrolyte body is inserted into the mask,
The method for manufacturing a gas sensor element according to claim 1 or 2, wherein an opening angle of the two connection surfaces is larger than an opening angle of the both side surfaces when viewed from the axial direction.
軸線方向の一方の側に底部を有し他方の側に開口を有する筒状の固体電解質体の外表面に形成される電極であり、前記底部側に配置され、少なくとも一部が周方向の一部にのみ形成された検知部と該検知部から前記開口側に延びると共に前記検知部よりも幅狭なリード部とを有する電極を、メッキ液を用いて形成する際に、前記固体電解質体を挿入して、前記固体電解質体の外表面のうち前記電極を形成する電極形成箇所に自身に形成されたスリットを重ねると共に、前記電極形成箇所を除いた非電極形成箇所を覆う筒状のマスクであって、
前記スリットは、前記メッキ液が流通することで前記検知部が形成可能な第1開口部と、前記第1開口部に連通するとともに、前記メッキ液が流通することで前記リード部が形成可能な第2開口部と、を有し、
前記軸線方向から見て、前記第1開口部を形成する両側面がなす開き角度の最大は、前記軸線と前記検知部の両部とを結ぶ2つの直線がなす交差角度の最小より小さいことを特徴とするマスク。
An electrode formed on the outer surface of a cylindrical solid electrolyte body having a bottom on one side in the axial direction and an opening on the other side, the electrode being disposed on the bottom side, at least a part of which is one of the circumferential directions. When forming an electrode having a detection part formed only in the part and a lead part extending from the detection part to the opening side and having a narrower width than the detection part using a plating solution, the solid electrolyte body is formed. While inserting the slit formed in the electrode formation location which forms the said electrode among the outer surface of the said solid electrolyte body, it is a cylindrical mask which covers the non-electrode formation location except the said electrode formation location. There,
The slit communicates with the first opening, which can be formed by the detection section by the flow of the plating solution, and the first opening, and the lead can be formed by the flow of the plating solution. And a second opening,
When viewed from the axial direction, said maximum sides open angle to form a first opening is smaller than the minimum intersection angle of the two straight lines connecting the both ends of the detection portion and the axis forms A mask characterized by
前記軸線方向から見て、前記両側面の開き角度は、前記両側面の全体において、前記交差角度の最小より小さいことを特徴とする請求項4記載のマスク。   5. The mask according to claim 4, wherein an opening angle of the both side surfaces is smaller than a minimum of the crossing angle in the entire side surface as viewed from the axial direction. 前記固体電解質体を前記マスクに挿入した際に、前記両側面と前記固体電解質体とをそれぞれ接続する2つの接続面を更に備え、
前記軸線方向から見て、前記2つの接続面の開き角度は、前記両側面の開き角度よりも大きいことを特徴とする請求項4または請求項5記載のマスク。
When the solid electrolyte body is inserted into the mask, the method further comprises two connection faces respectively connecting the two side faces and the solid electrolyte body,
The mask according to claim 4 or 5, wherein an opening angle of the two connection surfaces is larger than an opening angle of the both side surfaces when viewed from the axial direction.
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