JP6613203B2 - ガスセンサ素子の製造方法及びガスセンサの製造方法 - Google Patents
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又、この多孔質保護層用のスラリーにガスセンサ素子を浸漬した後、焼成し、角部の多孔質保護層を研磨除去する技術が開発されている(特許文献1参照)。角部に多孔質保護層が無いと、角部に付着した水が角部近傍のヒータで加熱された際、瞬時に蒸発して素子割れを防止すると共に、多孔質保護層の熱容量を低減させてガスセンサ素子の早期活性を行うことができる。
そこで、本発明は、多孔質保護層の通気性を損なわずに、多孔質保護層の不要部分を除去できるガスセンサ素子の製造方法及びガスセンサの製造方法の提供を目的とする。
又、多孔質保護層の素形体は表面張力によって球状になるが、ガスセンサ素子の幅方向が最も広幅なために多孔質保護層の素形体の幅も広くなってしまい、筒状のプロテクタの内側に収容できなくなるおそれがある。
そこで、このガスセンサ素子の製造方法によれば、ガスセンサ素子の幅方向の両側の多孔質保護層の素形体を切断することで、切断後の多孔質保護層をプロテクタの内側に収容でき、ガスセンサを組み付けことができる。
又、このガスセンサ素子の製造方法によれば、多孔質保護層の素形体の不要部分のうち体積の大きい部分を切断するので、多孔質保護層の熱容量を更に低減させてガスセンサ素子の早期活性を行うことができる。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、切断面が平滑になるので後加工が不要になり、切断の作業時間もさらに削減できる。
このガスセンサの製造方法によれば、多孔質保護層をプロテクタの内側に確実に収容してガスセンサを組み付けことができる。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法によって製造されたガスセンサ素子を含むガスセンサ(酸素センサ)1の軸線L方向に沿う断面図、図2はガスセンサ素子100の検出素子部300及びヒータ部200の模式分解斜視図、図3は検出素子部300の軸線L方向に直交する断面図である。
図3は、図1のガスセンサ素子100の先端側の部分拡大断面図であり、検出素子部300とヒータ部200との積層体の外表面を覆って多孔質保護層20が形成されている。すなわち、多孔質保護層20は、ガスセンサ素子100の先端側部位に設けられた検知部150の全周を覆って設けられている。
なお、検知部150とは、検出素子部300が有する電極部(図2においては、第1電極部104a、第2電極部106a、第3電極部108a、及び第4電極部110aである)及び電極部に挟まれた固体電解質体(図2においては、第1固体電解質体105、及び第2固体電解質体109である)、更には測定室(図2の測定室107cである。)を指す。よって、検知部150の軸線L方向の最後端を越えて後端側まで多孔質保護層20が覆われていれば良い。
また、多孔質保護層20は検知部150の全周を覆っていればよく、検知部150が設けられる検出素子部300を被覆すればよいが、上記実施形態のように検出素子部300がヒータ部200と積層体を形成している場合、多孔質保護層20は検出素子部300を含む積層体(ガスセンサ素子100の先端側部位)を被覆することになる。
一方、ガスセンサ素子100がヒータ部200を備えていない場合、多孔質保護層20は検出素子部300(検知部150)の全周を被覆すればよい。
又、多孔質保護層20は、ガスセンサ素子100の先端面を含み、軸線L方向に沿って後端側に延びるように形成され、かつガスセンサ素子100(積層体)の表裏面及び両側面の4面を完全に囲んで形成されている。
本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法は、まず、多孔質保護層のスラリーにガスセンサ素子100の検知部150を浸漬してスラリー膜を形成する(浸漬工程)。スラリーとしては、上述のセラミック粒子等の無機粒子が分散したものを用いることできる。セラミック粒子としては、金属を担持したものであってもよい。
スラリー膜の形成は1層でも多層でもよく、多層の場合、各層のスラリー膜の組成や厚みは異なっていてもよい。
次に、スラリー膜を乾燥させた後、焼成する(焼成工程)。
これは、図5に示すように、検知部150をスラリーに浸漬すると、表面張力によってスラリー膜(多孔質保護層の素形体20x)が球状になるが、ガスセンサ素子100の幅方向が最も広幅なためにスラリー膜の幅も広くなってしまい、筒状の内側プロテクタ42の内側に収容できなくなるからである(図6参照)。そこで、少なくともガスセンサ素子100の幅方向の両側の多孔質保護層の素形体20xを切断することで、切断後の多孔質保護層20を内側プロテクタ42の内側に収容でき、ガスセンサ1を組み付けことができる。
なお、内側プロテクタ42が、特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。
但し、多孔質保護層の素形体20xのうち、ガスセンサ素子100の幅方向の両側の部位を切断面C1、C2で切断すればよく、図7に示すように、例えば切断面C1〜C4の4つの面で多孔質保護層の素形体20xを切断し、先端向き面側の素形体20xを切断せずに残してもよい。又、多孔質保護層の素形体20xの3つの面を切断し、その他の素形体20xを切断せずに残してもよい。
一方、ガスセンサ素子100の早期活性をより向上させたい場合には、素形体20xのうちガスセンサ素子100の幅方向の両側の部位でなく、少なくとも厚み方向の両側の部位を切断面C3、C4で軸線方向に沿って切断するのが好ましい。これは、素形体20xのうちガスセンサ素子100の厚み方向の両側の部位が体積が最も大きいので、この部位を切断することで多孔質保護層の熱容量を更に低減できるからである。
超音波振動切断装置500は、例えば図8に示すように、カッター(円盤状ブレード)502の回転軸504に超音波振動装置510が接続されており、超音波振動装置510で発生した所定振動の周波数が、回転軸504を介してカッター502に伝達され、適宜水を掛けながら、カッター502を超音波振動させた状態で切断面C1に当てて切断を行う。
ガスセンサ素子100としては、酸素センサ素子の他、NOxセンサ素子等を用いることができる。
多孔質保護層は、保護層としての機能に限られず、例えば多孔質保護層に被検出ガス中の特定ガス成分と反応する触媒機能を持たせてもよい。
20 多孔質保護層
20x 多孔質保護層の素形体
42 内側プロテクタ
100 ガスセンサ素子
150 検知部
502 カッター
L 軸線
Claims (3)
- 軸線方向に延びる板状のガスセンサ素子の先端側に配置された検知部に、多孔質保護層を被覆するガスセンサ素子の製造方法において、
前記多孔質保護層のスラリーに前記ガスセンサ素子の前記検知部を浸漬してスラリー膜を形成する浸漬工程と、
前記スラリー膜を焼成する焼成工程と、
前記焼成工程で得られた前記多孔質保護層の素形体のうち前記ガスセンサ素子の幅方向の両側の部位、及び前記ガスセンサ素子の厚み方向の両側の部位の少なくとも一方を前記軸線方向に沿って切断する切断工程と、
を有するガスセンサ素子の製造方法。 - 前記切断工程を、超音波振動させたカッターによって行う請求項1記載のガスセンサ素子の製造方法。
- 請求項1又は2に記載のガスセンサ素子の製造方法によって製造されたガスセンサ素子の前記多孔質保護層を、筒状のプロテクタに収容するガスセンサの製造方法。
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