JP6703404B2 - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents

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本発明は、導電性酸化物焼結体、それを用いた導電用部材、ガスセンサ素子、および、ガスセンサに関する。 The present invention relates to a conductive oxide sintered body, a conductive member using the same, a gas sensor element, and a gas sensor.

電子部品としてのセラミックス製品は、セラミックス製の基材と、基材の上に設けられた電極とを備えており、電極は金属で形成されたものが一般的である。このような製品としては、例えば、Ni(ニッケル)電極、Pd(パラジウム)電極、又はPt(白金)電極を有する積層セラミックスコンデンサー、Ag(銀)電極、Cu(銅)電極、又はAg−Pd電極を有するLTCC部品(低温同時焼成セラミックス)、Pd電極を有するピエゾアクチュエータ、W(タングステン)電極を有する半導体パッケージ、並びに、Ir(イリジウム)電極、又はPt電極を有するスパークプラグなどがある。 A ceramic product as an electronic component includes a ceramic base material and an electrode provided on the base material, and the electrode is generally made of metal. Examples of such a product include a multilayer ceramic capacitor having a Ni (nickel) electrode, a Pd (palladium) electrode, or a Pt (platinum) electrode, an Ag (silver) electrode, a Cu (copper) electrode, or an Ag-Pd electrode. There are LTCC components (low-temperature co-fired ceramics) having Pd, piezo actuators having Pd electrodes, semiconductor packages having W (tungsten) electrodes, and spark plugs having Ir (iridium) electrodes or Pt electrodes.

但し、Ni、Cu、W等の金属をセラミックス基材と共に焼成する際には、用いる金属に応じた雰囲気制御が必要であるため、セラミックス基材の本来の性能を発揮し難くなり、また、製造コストが高くなるという問題がある。一方、Agは融点が低い(962℃)ため、低温で焼成する必要がある。その結果、セラミックス基材の材質が制限され、さらに、低温で焼成するためにセラミックス基材の特性が低下することがある。また、Pd、Ir、Ptといった貴金属材料は高価であるため、大面積を必要とする電極には適用し難い。 However, when firing a metal such as Ni, Cu, or W together with the ceramic base material, it is difficult to exhibit the original performance of the ceramic base material because it is necessary to control the atmosphere according to the metal used. There is a problem of high cost. On the other hand, since Ag has a low melting point (962° C.), it needs to be fired at a low temperature. As a result, the material of the ceramic base material is limited, and further, the characteristics of the ceramic base material may deteriorate due to firing at a low temperature. Further, since noble metal materials such as Pd, Ir and Pt are expensive, it is difficult to apply them to electrodes that require a large area.

セラミックス製品の電極を金属から形成すると上述のような種々の問題が生じるため、電極を導電性の酸化物(セラミックス)で置き換える構成も考えられる。導電性を示す酸化物として、特許文献1には、温度の上昇とともに抵抗値が減少する負の抵抗温度特性を有するランタンコバルト系酸化物が開示されている。また、特許文献2には、高温ではB定数の絶対値が大きいという特性を有するランタンコバルト系酸化物が開示されている。しかしながら、特許文献1,2に記載された導電性酸化物は、室温で抵抗率が高く、導電性が不十分である。 Since the above-mentioned various problems occur when the electrodes of the ceramic product are made of metal, a configuration in which the electrodes are replaced with a conductive oxide (ceramics) is also conceivable. As an oxide exhibiting conductivity, Patent Document 1 discloses a lanthanum cobalt-based oxide having a negative resistance-temperature characteristic in which the resistance value decreases with an increase in temperature. Further, Patent Document 2 discloses a lanthanum cobalt-based oxide having a characteristic that the absolute value of the B constant is large at high temperatures. However, the conductive oxides described in Patent Documents 1 and 2 have high resistivity at room temperature and insufficient conductivity.

上記のように、従来の酸化物は、金属に比べると導電率が極めて低く、かつB定数(温度係数)の絶対値が大きいため、金属と代替することは困難であった。なお、導電率が大きな酸化物として、ルテニウム系酸化物(RuO、SrRuO等)が知られているが、Ruが高価であるという問題がある。そこで、本願の出願人は、導電率が高く、かつB定数(温度係数)が小さく、導電性材料として適した酸化物焼結体を特許文献3で開示した。また、特許文献4〜6にも、各種のペロブスカイト型酸化物が開示されている。 As described above, conventional oxides have extremely low electric conductivity and large absolute value of B constant (temperature coefficient) as compared with metals, and thus it is difficult to substitute for metals. Note that ruthenium-based oxides (RuO 2 , SrRuO 3, etc.) are known as oxides having high conductivity, but there is a problem that Ru is expensive. Therefore, the applicant of the present application has disclosed in Patent Document 3 an oxide sintered body having a high conductivity and a small B constant (temperature coefficient), which is suitable as a conductive material. Further, Patent Documents 4 to 6 also disclose various perovskite type oxides.

特許第3286906号公報Japanese Patent No. 3286906 特開2002−87882号公報JP, 2002-87882, A 国際公開第2013/150779号公報International Publication No. 2013/150779 特開平02−269949号公報JP-A-02-269949 特開平03−165253号公報JP, 03-165253, A 特開2002−084006号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-084006

導電性酸化物から成る部材をセラミックス基材上に設ける場合には、導電性酸化物の導電率が高いことに加えて、例えばセラミックス製品の反りやクラックを抑制するとの観点から、導電性酸化物焼結体と基材の熱膨張係数を近づけることが好ましい。例えば、セラミックス製品の基材として一般的に用いられるアルミナとジルコニア(YSZ)の熱膨張係数は、それぞれ約8×10−6−1と約10×10−6−1であるため、導電性酸化物焼結体の熱膨張係数も、できる限りこれらに近づけることが好ましい。そのため、高い導電率を達成しつつ、熱膨張係数を適切に制御可能な導電性酸化物焼結体が望まれていた。 When a member made of a conductive oxide is provided on a ceramic substrate, in addition to the high conductivity of the conductive oxide, for example, from the viewpoint of suppressing warpage and cracks of the ceramic product, the conductive oxide It is preferable to make the thermal expansion coefficients of the sintered body and the base material close to each other. For example, the coefficient of thermal expansion of alumina and zirconia (YSZ), which are generally used as the base material of ceramic products, are about 8×10 −6 K −1 and about 10×10 −6 K −1 , respectively, and therefore, the conductivity It is preferable that the thermal expansion coefficient of the porous oxide sintered body be as close as possible to these. Therefore, a conductive oxide sintered body capable of appropriately controlling the thermal expansion coefficient while achieving high conductivity has been desired.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、導電性酸化物焼結体で形成された電極とセラミックスから成る基材とが一体焼成されて成る一体焼結体を備えるガスセンサ素子であって、前記導電性酸化物焼結体は、組成式:RECrFeNi(但し、REは希土類元素を表し、a+b+c+d=1、1.3≦x≦1.7)で表されるペロブスカイト型酸化物結晶構造を有する結晶相を含み、前記a,b,c,dが、0.459≦a≦0.524、0.025≦b≦0.100、0.125≦c≦0.250、0.200≦d≦0.300、を満たす。
このような形態であれば、100S/cm以上の室温導電率を達成しつつ、熱膨張係数を11.6×10−6−1から12.4×10−6−1の範囲で制御可能になる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
The present invention has been made to solve the above problems, and can be implemented as the following modes.
One aspect of the present invention is a gas sensor element including an integral sintered body obtained by integrally firing an electrode formed of a conductive oxide sintered body and a base material made of ceramics. The aggregate is a perovskite type oxide crystal represented by the composition formula: RE a Cr b Fe c Ni d O x (where RE represents a rare earth element, a+b+c+d=1, 1.3≦x≦1.7). A crystalline phase having a structure, wherein a, b, c, d are 0.459≦a≦0.524, 0.025≦ b≦0.100, 0.125≦c≦0.250, 0. 200≦d≦0.300 is satisfied.
With such a configuration, the thermal expansion coefficient is controlled in the range of 11.6×10 −6 K −1 to 12.4×10 −6 K −1 while achieving room temperature conductivity of 100 S/cm or more. It will be possible.
In addition, the present invention can also be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、導電性酸化物焼結体が提供される。この導電性酸化物焼結体は、組成式:RECrFeNi(但し、REは希土類元素を表し、a+b+c+d=1、1.3≦x≦1.7)で表されるペロブスカイト型酸化物結晶構造を有する結晶相を含み、前記a,b,c,dが、
0.459≦a≦0.524、
0<b≦0.100、
0.125≦c≦0.250、
0.200≦d≦0.300、
を満たす。
この導電性酸化物焼結体によれば、100S/cm以上の室温導電率を達成しつつ、熱膨張係数を11.6×10−6−1から12.4×10−6−1の範囲で制御可能になる。
(1) According to one aspect of the present invention, a conductive oxide sintered body is provided. This conductive oxide sintered body is represented by a composition formula: RE a Cr b Fe c Ni d O x (where RE represents a rare earth element, a+b+c+d=1, 1.3≦x≦1.7). Including a crystal phase having a perovskite type oxide crystal structure, wherein a, b, c and d are
0.459≦a≦0.524,
0<b≦0.100,
0.125 ≤ c ≤ 0.250,
0.200≦d≦0.300,
Meet
According to this conductive oxide sintered body, the thermal expansion coefficient is from 11.6×10 −6 K −1 to 12.4×10 −6 K −1 while achieving room temperature conductivity of 100 S/cm or more. It becomes controllable in the range of.

(2)上記形態の導電性酸化物焼結体において、前記bは、0.025≦b≦0.100を満たすこととしてもよい。
この形態の導電性酸化物焼結体によれば、熱膨張係数を所望の範囲内に抑えることがより容易になる。
(2) In the conductive oxide sintered body of the above-mentioned form, b may satisfy 0.025≦b≦0.100.
According to the conductive oxide sintered body of this aspect, it becomes easier to suppress the coefficient of thermal expansion within a desired range.

(3)上記形態の導電性酸化物焼結体において、前記希土類元素REは、Laであることとしてもよい。
この形態の導電性酸化物焼結体によれば、導電性酸化物焼結体の室温導電率をより高くすることができ、また、導電性酸化物焼結体のB定数の絶対値をより小さくできる。
(3) In the conductive oxide sintered body of the above aspect, the rare earth element RE may be La.
According to the conductive oxide sintered body of this aspect, the room temperature conductivity of the conductive oxide sintered body can be further increased, and the absolute value of the B constant of the conductive oxide sintered body can be further increased. Can be made smaller.

(4)上記形態の導電性酸化物焼結体において、前記aが、0.473≦a≦0.512を満たすこととしてもよい。
この形態の導電性酸化物焼結体によれば、導電性酸化物焼結体の焼結性および導電性をより高めることができる。
(4) In the conductive oxide sintered body of the above-mentioned form, the a may satisfy 0.473≦a≦0.512.
According to the conductive oxide sintered body of this aspect, the sinterability and conductivity of the conductive oxide sintered body can be further enhanced.

(5)上記形態の導電性酸化物焼結体において、アルカリ土類金属元素を実質的に無含有としてもよい。
この形態の導電性酸化物焼結体によれば、室温から900℃近傍までの広い温度範囲において導電性酸化物焼結体の重量変化を抑え、高温環境下で使用する導電性材料として適した酸化物焼結体とすることができる。
(5) The conductive oxide sintered body of the above-mentioned form may be substantially free of alkaline earth metal elements.
According to the conductive oxide sintered body of this embodiment, the weight change of the conductive oxide sintered body is suppressed in a wide temperature range from room temperature to around 900° C., and it is suitable as a conductive material used in a high temperature environment. It can be an oxide sintered body.

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、導電性酸化物焼結体、それを用いた各種の電極や、電気配線、導電用部材、ガスセンサ素子、ガスセンサ(具体的には、酸素センサ、NOxセンサなど)、熱電材料、ヒータ材料、及び、温度検知用素子、並びに、それらの製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, a conductive oxide sintered body, various electrodes using the same, electric wiring, a conductive member, a gas sensor element, a gas sensor (specifically, Can be realized in the form of an oxygen sensor, a NOx sensor, etc.), a thermoelectric material, a heater material, a temperature detecting element, and a manufacturing method thereof.

一実施形態における導電性酸化物焼結体の製造方法を示すフローチャート。3 is a flowchart showing a method for producing a conductive oxide sintered body according to an embodiment. ガスセンサ素子の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of a gas sensor element. ガスセンサの製造方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing method of a gas sensor. 酸素センサの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of an oxygen sensor. 複数のサンプルの組成および特性を示す図。The figure which shows the composition and characteristic of several samples. 代表的なサンプルのB定数および熱起電力を示す図。The figure which shows B constant and thermoelectromotive force of a typical sample. 代表的なサンプルのbの値と伝導率、あるいは熱膨張係数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the value of b of a typical sample, and conductivity, or a thermal expansion coefficient. 他の代表的なサンプルの焼成温度と比重の関係を示す図。The figure which shows the baking temperature of another typical sample, and the relationship of specific gravity.

A.導電性酸化物焼結体の組成
本発明の一実施形態としての導電性酸化物焼結体は、以下の組成式である(1)式を満たすペロブスカイト型酸化物結晶構造を有する結晶相を含む酸化物焼結体である。
A. Composition of Conductive Oxide Sintered Body A conductive oxide sintered body as one embodiment of the present invention includes a crystal phase having a perovskite type oxide crystal structure that satisfies the following composition formula (1). It is an oxide sintered body.

RECrFeNi … (1)
ここで、REは希土類元素を表し、a+b+c+d=1、1.3≦x≦1.7である。また、係数a,b,c,dは以下の関係を満たす。
0.459≦a≦0.524 … (2a)
0<b≦0.100 … (2b)
0.125≦c≦0.250 … (2c)
0.200≦d≦0.300 … (2d)
RE a Cr b Fe c Ni d O x ... (1)
Here, RE represents a rare earth element, a+b+c+d=1, and 1.3≦x≦1.7. Further, the coefficients a, b, c and d satisfy the following relationship.
0.459≦a≦0.524 (2a)
0<b≦0.100 (2b)
0.125≦c≦0.250 (2c)
0.200≦d≦0.300 (2d)

希土類元素REとしては、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)などの各種の希土類元素のうちの一種以上を含むことが可能であり、La、Pr、Ndのうちの一種以上を含むことが好ましい。特に、希土類元素REとしてLaのみを含むようにすれば、室温導電率がより高い導電性酸化物焼結体を得ることができる点で好ましい。また、希土類元素REとしてLaのみを含む場合は、B定数の絶対値がより小さくなる点でも好ましい。 The rare earth element RE may include one or more of various rare earth elements such as La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), and Sm (samarium). It is possible, and it is preferable to contain one or more of La, Pr, and Nd. In particular, it is preferable that La is contained as the rare earth element RE, because a conductive oxide sintered body having higher room temperature conductivity can be obtained. Further, it is preferable that the rare earth element RE contains La only, because the absolute value of the B constant becomes smaller.

上記(2a)〜(2d)式の関係を満たすようにすれば、100S/cm以上の室温導電率を達成しつつ、熱膨張係数を11.6×10−6−1から12.4×10−6−1の範囲で制御可能になる。ここで、「室温導電率」とは25℃における導電率を意味する。希土類元素REの係数aが0.459未満である場合、または、0.524を超える場合には、100S/cm以上の室温伝導率を得られない場合がある。また、上記係数aが0.524を超える場合には、焼結性に劣る場合がある。Crの係数bが0である場合には、熱膨張係数が大きくなりすぎる場合がある。また、上記係数bが0.100を超える場合には、100S/cm以上の室温伝導率を得られない場合がある。Feの係数cが0.125未満である場合、または、0.250を超える場合には、100S/cm以上の室温伝導率を得られない場合がある。Niの係数dが0.200未満である場合、または、0.300を超える場合には、100S/cm以上の室温伝導率を得られない場合がある。 If the relations of the above formulas (2a) to (2d) are satisfied, the coefficient of thermal expansion is 11.6×10 −6 K −1 to 12.4× while achieving room temperature conductivity of 100 S/cm or more. It becomes possible to control in the range of 10 −6 K −1 . Here, "room temperature conductivity" means the conductivity at 25°C. When the coefficient a of the rare earth element RE is less than 0.459 or exceeds 0.524, room temperature conductivity of 100 S/cm or more may not be obtained. If the coefficient a exceeds 0.524, the sinterability may be poor. When the coefficient b of Cr is 0, the coefficient of thermal expansion may become too large. Further, when the coefficient b exceeds 0.100, room temperature conductivity of 100 S/cm or more may not be obtained. When the coefficient c of Fe is less than 0.125 or exceeds 0.250, room temperature conductivity of 100 S/cm or more may not be obtained. When the coefficient d of Ni is less than 0.200 or exceeds 0.300, room temperature conductivity of 100 S/cm or more may not be obtained.

また、導電性酸化物の組成が上記(2a)〜(2d)式の関係を満たす場合には、基材として一般的に用いられるアルミナやジルコニア等の酸化物の焼成温度範囲において焼結させることが可能になる。具体的には、後述する焼結可能温度を、1525℃から1600℃で制御することができる。 When the composition of the conductive oxide satisfies the relationships of the above formulas (2a) to (2d), sintering should be performed within the firing temperature range of oxides such as alumina and zirconia generally used as a base material. Will be possible. Specifically, the sinterable temperature to be described later can be controlled at 1525°C to 1600°C.

さらに、導電性酸化物の組成が上記(2a)〜(2d)式の関係を満たす場合であって、希土類元素REがLaである場合には、118S/cm以上の室温導電率を達成しつつ、熱膨張係数を11.6×10−6−1から12.4×10−6−1の範囲で制御可能になる。なお、この場合には、後述する焼結可能温度を、1550℃から1600℃で制御することができる。 Furthermore, when the composition of the conductive oxide satisfies the above formulas (2a) to (2d) and the rare earth element RE is La, while achieving room temperature conductivity of 118 S/cm or more, , The coefficient of thermal expansion can be controlled in the range of 11.6×10 −6 K −1 to 12.4×10 −6 K −1 . In this case, the sinterable temperature described later can be controlled at 1550°C to 1600°C.

係数a,b,c,dが上記(2a)〜(2d)式の関係を満たす導電性酸化物焼結体において、係数aは、さらに以下の(3a)式を満たすことが好ましい。これにより、導電性酸化物焼結体の焼結性および導電性をより高めることができる。 In the conductive oxide sintered body in which the coefficients a, b, c and d satisfy the relationships of the above expressions (2a) to (2d), the coefficient a preferably further satisfies the following expression (3a). Thereby, the sinterability and conductivity of the conductive oxide sintered body can be further enhanced.

0.473≦a≦0.512 … (3a) 0.473≦a≦0.512 (3a)

また、係数a,b,c,dが上記(2a)〜(2d)式の関係を満たす導電性酸化物焼結体において、係数bは、さらに以下の(3b)式の関係を満たすことが好ましい。これにより、熱膨張係数を所望の範囲内に抑えることがより容易になる。 Further, in the conductive oxide sintered body in which the coefficients a, b, c, d satisfy the relationships of the above expressions (2a) to (2d), the coefficient b may further satisfy the relationship of the following expression (3b). preferable. This makes it easier to keep the coefficient of thermal expansion within a desired range.

0.025≦b≦0.100 … (3b) 0.025≦b≦0.100 (3b)

O(酸素)の係数xに関しては、上記組成を有する酸化物焼結体がすべてペロブスカイト相からなる場合には、理論上はx=1.5となる。ただし、ペロブスカイト型酸化物に含まれる各金属元素の割合や、環境温度あるいは雰囲気に応じて、酸素原子の量が量論組成からずれることがある。そのため、(1)式では、典型的な例としてxの範囲を1.3≦x≦1.7と規定している。 The coefficient x of O (oxygen) is theoretically x=1.5 when all the oxide sintered bodies having the above composition are made of a perovskite phase. However, the amount of oxygen atoms may deviate from the stoichiometric composition depending on the ratio of each metal element contained in the perovskite type oxide, the environmental temperature or the atmosphere. Therefore, in the formula (1), the range of x is defined as 1.3≦x≦1.7 as a typical example.

なお、本発明の実施形態に係る導電性酸化物焼結体は、上記組成のペロブスカイト相を含んでいればよく、他の酸化物を含んでいても良い。例えば、導電性酸化物焼結体の粉末X線回折(XRD)測定により、RE・MO(但し、Mは、Cr、Fe、又は、Ni)の酸化物のピークが検出された場合には、その導電性酸化物焼結体がペロブスカイト相を含んでいるものと判定することができる。但し、導電性酸化物焼結体は、上記組成のペロブスカイト相を50質量%以上含むことが好ましい。また、導電性酸化物焼結体は、導電性に影響を与えない範囲で極微量のアルカリ土類金属元素を含有することが許容されるが、アルカリ土類金属元素を実質的に無含有とすることが好ましい。こうすれば、室温から900℃近傍までの広い範囲の温度に導電性酸化物焼結体が晒された場合にも、酸素の吸収や放出が生じ難くなるので、当該焼結体の重量変化が小さくなる。これにより、高温環境下で使用する導電性材料として適した酸化物焼結体が得られる。なお、本明細書において、「アルカリ土類金属元素を実質的に無含有」とは、ICP発光分光分析により構成元素の含有割合を評価した場合に、アルカリ土類金属元素の含有割合が0.3%以下であることを意味する。このICP発光分析は、JIS K0116に基づいて行ない、焼結体に対する前処理に関して硝酸溶解法を適用している。 The conductive oxide sintered body according to the embodiment of the present invention only needs to contain the perovskite phase having the above composition, and may contain other oxides. For example, in the case where a powder X-ray diffraction (XRD) measurement of a conductive oxide sintered body detects an oxide peak of RE.MO 3 (where M is Cr, Fe, or Ni), It can be determined that the conductive oxide sintered body contains the perovskite phase. However, the conductive oxide sintered body preferably contains 50% by mass or more of the perovskite phase having the above composition. Further, the conductive oxide sintered body is allowed to contain an extremely small amount of alkaline earth metal element within a range that does not affect the conductivity, but it is substantially free of alkaline earth metal element. Preferably. By doing so, even when the conductive oxide sintered body is exposed to a wide range of temperatures from room temperature to around 900° C., it becomes difficult for oxygen to be absorbed or released, so that the weight change of the sintered body is suppressed. Get smaller. Thereby, an oxide sintered body suitable as a conductive material used in a high temperature environment can be obtained. In the present specification, "substantially free of alkaline earth metal element" means that the content ratio of the alkaline earth metal element is 0 when the content ratio of the constituent elements is evaluated by ICP emission spectroscopy. It means 3% or less. This ICP emission analysis is performed based on JIS K0116, and the nitric acid dissolution method is applied to the pretreatment of the sintered body.

B.導電性酸化物焼結体の製造方法
図1は、本発明の一実施形態としての導電性酸化物焼結体の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態では、導電性酸化物焼結体を固相反応法によって形成している。固相反応法とは、酸化物、炭酸塩、あるいは硝酸塩など、構成金属元素を含む化合物である原料粉末を、作製すべき酸化物の組成に応じて、上記原料粉末中の金属元素が所定の割合となるように秤量、混合した後、熱処理(焼成)を行って、所望の酸化物を合成する周知の方法である。
B. Method for Manufacturing Conductive Oxide Sintered Body FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a conductive oxide sintered body as one embodiment of the present invention. In this embodiment, the conductive oxide sintered body is formed by the solid-phase reaction method. The solid-phase reaction method is a raw material powder that is a compound containing constituent metal elements such as oxides, carbonates, or nitrates, and the metal element in the raw material powder has a predetermined content depending on the composition of the oxide to be produced. This is a well-known method of synthesizing a desired oxide by weighing and mixing so as to have a ratio and then heat-treating (baking).

導電性酸化物焼結体を製造する際には、まず、原料粉末を秤量し、混合する(工程T110)。本実施形態では、原料粉末を秤量した後、湿式混合して乾燥することにより、原料粉末混合物を調整する。原料粉末としては、例えば、La(OH)、Cr、Fe及びNiOを用いることができる。これらの原料粉末としては、すべて純度99%以上のものを用いることが好ましい。なお、La原料としては、La(OH)の代わりにLaを利用することも可能であるが、La(OH)を用いることが好ましく、Laを用いないことが好ましい。この理由は、Laには吸水性があるので正確に調合することが困難であり、導電率の低下や再現性の低下を招く可能性があるためである。 When manufacturing a conductive oxide sintered body, first, raw material powders are weighed and mixed (step T110). In the present embodiment, the raw material powder is weighed, and then wet-mixed and dried to prepare the raw material powder mixture. As the raw material powder, for example, La(OH) 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 and NiO can be used. It is preferable to use powders having a purity of 99% or more as the raw material powders. As the La raw material, it is also possible to use La 2 O 3 in place of La (OH) 3, it is preferable to use La (OH) 3, it is preferable not to use La 2 O 3 .. The reason for this is that La 2 O 3 has water absorption property, so that it is difficult to prepare it accurately, which may lead to a decrease in conductivity and a decrease in reproducibility.

その後、得られた原料粉末混合物を仮焼して、仮焼粉末を得る(工程T120)。仮焼は、例えば、大気雰囲気下、800〜1400℃で1〜5時間行なうことができる。 Then, the obtained raw material powder mixture is calcined to obtain a calcined powder (step T120). The calcination can be performed, for example, in the air atmosphere at 800 to 1400° C. for 1 to 5 hours.

仮焼の後、仮焼粉末に適量の有機バインダを加えて造粒する(工程T130)。具体的には、工程T130では、例えば、仮焼粉末に適量の有機バインダを加え、これを分散溶媒(例えばエタノール)と共に樹脂ポットに投入し、ジルコニア玉石を用いて湿式混合粉砕してスラリーを得ればよい。そして、得られたスラリーを80℃で2時間ほど乾燥し、さらに、250μmメッシュの篩を通して造粒することで、造粒粉末が得られる。 After the calcination, an appropriate amount of organic binder is added to the calcination powder to granulate (step T130). Specifically, in step T130, for example, an appropriate amount of an organic binder is added to the calcined powder, the mixture is put into a resin pot together with a dispersion solvent (for example, ethanol), and wet mixed and pulverized using zirconia cobblestone to obtain a slurry. Just do it. Then, the obtained slurry is dried at 80° C. for about 2 hours, and further granulated through a 250 μm mesh sieve to obtain a granulated powder.

その後、得られた造粒粉末を成形する(工程T140)。成形は、例えばプレス機(成形圧力;98MPa)を用いて行なうことができる。そして、得られた成形体を、仮焼温度よりも高い焼成温度で焼成して、導電性酸化物焼結体を得る(工程T150)。焼成は、例えば、大気雰囲気下、1300〜1700℃で1〜5時間行なうことができる。焼成の後には、必要に応じて導電性酸化物焼結体の平面を研磨してもよい。 Then, the obtained granulated powder is molded (step T140). The molding can be performed using, for example, a pressing machine (molding pressure; 98 MPa). Then, the obtained molded body is fired at a firing temperature higher than the calcination temperature to obtain a conductive oxide sintered body (step T150). The firing can be performed, for example, at 1300 to 1700° C. for 1 to 5 hours in the air atmosphere. After firing, the flat surface of the conductive oxide sintered body may be polished if necessary.

本実施形態では、製造の過程において、原料粉末中の金属元素が失われることがほとんどないため、得られる導電性酸化物焼結体に含まれる各金属元素の比率は、工程T110において混合した原料粉末中の各金属元素の比率と実質的に一致する。 In the present embodiment, since the metal elements in the raw material powder are hardly lost during the manufacturing process, the ratio of each metal element contained in the obtained conductive oxide sintered body is the raw material mixed in the step T110. It substantially corresponds to the ratio of each metal element in the powder.

導電性酸化物焼結体が、(1)式により規定する組成を満たすか否かは、当該導電性酸化物焼結体をICP分析することにより確認できる。分析の際には、試料を乳鉢等で粉状に粉砕し、50vol%の硝酸水溶液に溶解すればよい。試料中の測定対象となる元素が1000ppm以上の場合は、ICP−AES法(ICP発光分光分析法)を用い、1000ppmよりも少ない場合は、ICP−MS法(ICP質量分析法)を用いればよい。ICP−AES法には、iCAP6000(Thermo scientific社製)を使用することができ、ICP−MS法には、iCAPQ(Thermo scientific社製)を使用することができる。ICP−MS法による分析は、コリジョンモードにより行なえばよい。標準溶液を用いて検量線を作成し、分析値を補正することで、酸化物焼結体の組成比を求めることができる。 Whether or not the conductive oxide sintered body satisfies the composition defined by the equation (1) can be confirmed by ICP analysis of the conductive oxide sintered body. At the time of analysis, the sample may be pulverized in a mortar or the like and dissolved in a 50 vol% nitric acid aqueous solution. If the element to be measured in the sample is 1000 ppm or more, the ICP-AES method (ICP emission spectroscopy) may be used, and if it is less than 1000 ppm, the ICP-MS method (ICP mass spectrometry) may be used. .. ICAP6000 (manufactured by Thermo scientific) can be used for the ICP-AES method, and iCAPQ (manufactured by Thermo scientific) can be used for the ICP-MS method. The analysis by the ICP-MS method may be performed in the collision mode. The composition ratio of the oxide sintered body can be obtained by creating a calibration curve using the standard solution and correcting the analytical value.

C.センサ素子
図2(A)は、本発明の実施形態としてのガスセンサ素子であって、既述した実施形態の導電性酸化物焼結体を用いたガスセンサ素子の一例を示す正面図であり、図2(B)はその断面図である。本実施形態のガスセンサ素子100は、酸素センサを構成する酸素センサ素子である。ガスセンサ素子100は、軸線方向である長手方向に延びるとともに、有底筒状をなすセラミック(固体電解質)製の基材110と、基材110の外表面に形成された貴金属の外部電極120と、基材110の内表面に形成された基準電極130(参照電極)とを有する。
C. Sensor Element FIG. 2(A) is a gas sensor element as an embodiment of the present invention, and is a front view showing an example of a gas sensor element using the conductive oxide sintered body of the above-described embodiment. 2(B) is a sectional view thereof. The gas sensor element 100 of the present embodiment is an oxygen sensor element that constitutes an oxygen sensor. The gas sensor element 100 extends in the longitudinal direction, which is the axial direction, and has a bottomed cylindrical base material 110 made of ceramic (solid electrolyte), and a noble metal external electrode 120 formed on the outer surface of the base material 110. It has a standard electrode 130 (reference electrode) formed on the inner surface of the base material 110.

基準電極130は、既述した実施形態の導電性酸化物焼結体で形成された導電体層である。本実施形態のガスセンサ素子100では、基準電極130は、基材110の内表面のほぼ全面にわたって形成されている。なお、基準電極130は、基材110の内表面上に、当該基準電極130(導電性酸化物焼結体)と基材110との反応を防止するための反応防止層(例えば、GdとCeとを含む酸化物から形成された層)を設けた上で、この反応防止層上に設けるようにしてもよい。一方、外部電極120は、排気ガス等の被測定ガスに接する一方、基準電極130は酸素濃度検出にあたって基準となる酸素濃度を含んだ参照ガス(例えば、大気)に接する。基準電極130の軸線方向の長さは、ガスセンサ素子100の設計にもよるが、1〜10cmの長さが典型的である。 The reference electrode 130 is a conductor layer formed of the conductive oxide sintered body of the above-described embodiment. In the gas sensor element 100 of this embodiment, the reference electrode 130 is formed over almost the entire inner surface of the base material 110. The reference electrode 130 is a reaction prevention layer (for example, Gd and Ce) formed on the inner surface of the base material 110 for preventing a reaction between the reference electrode 130 (conductive oxide sintered body) and the base material 110. May be formed on the reaction preventing layer. On the other hand, the external electrode 120 is in contact with a measured gas such as exhaust gas, while the reference electrode 130 is in contact with a reference gas (for example, the atmosphere) containing an oxygen concentration serving as a reference for detecting the oxygen concentration. Although the length of the reference electrode 130 in the axial direction depends on the design of the gas sensor element 100, a length of 1 to 10 cm is typical.

基材110を構成する固体電解質は、例えば酸化イットリウム(Y)を添加した酸化ジルコニウム(ZrO)、すなわちイットリア安定化ジルコニア(YSZ)によって構成することができる。あるいは、酸化カルシウム(CaO)や酸化マグネシウム(MgO)、酸化セリウム(CeO)、酸化アルミニウム(Al)等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によってガスセンサ素子100を構成しても良い。ここで、安定化ジルコニアとは、完全安定化ジルコニアに限られず、部分安定化ジルコニアを含むものである。なお、ガスセンサ素子100(基材110)の軸線方向の中ほどには、径方向に突出した鍔部140が全周に渡って形成されている。 The solid electrolyte forming the substrate 110 can be formed of, for example, zirconium oxide (ZrO 2 ) to which yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is added, that is, yttria-stabilized zirconia (YSZ). Alternatively, by another solid electrolyte such as stabilized zirconia to which an oxide selected from calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), cerium oxide (CeO 2 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is added. The gas sensor element 100 may be configured. Here, the stabilized zirconia is not limited to fully stabilized zirconia, but includes partially stabilized zirconia. In addition, in the middle of the axial direction of the gas sensor element 100 (base material 110), a flange portion 140 protruding in the radial direction is formed over the entire circumference.

図3は、ガスセンサ素子100の製造方法を示すフローチャートである。ガスセンサ素子100を製造する際には、まず、基材110を成形する(工程T210)。具体的には、基材110の材料(例えばイットリア安定化ジルコニア粉末)をプレス成形し、図2に示す形状(筒状)となるように切削し、生加工体(未焼結成形体)を得る。 FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the gas sensor element 100. When manufacturing the gas sensor element 100, first, the base material 110 is molded (step T210). Specifically, the material of the base material 110 (for example, yttria-stabilized zirconia powder) is press-molded and cut into the shape (cylindrical shape) shown in FIG. 2 to obtain a green body (unsintered body). ..

その後、生加工体の外表面に、PtやAuペーストを用いて、印刷またはディップ法により外部電極120を形成する(工程T220)。 Then, an external electrode 120 is formed on the outer surface of the green body by printing or dipping using Pt or Au paste (step T220).

その後、基準電極130を形成するために、生加工体の内表面に導電性酸化物の仮焼粉末ペーストを塗布する(工程T230)。具体的には、図1の工程T110,T120に従って作製された電極材料の仮焼粉末を、ターピネオールやブチルカルビトール等の溶媒に、エチルセルロース等のバインダとともに溶解してペーストを作成し、生加工体の内側に塗布する。 Then, in order to form the reference electrode 130, a calcined powder paste of a conductive oxide is applied to the inner surface of the green body (step T230). Specifically, the calcined powder of the electrode material manufactured according to steps T110 and T120 of FIG. 1 is dissolved in a solvent such as terpineol or butyl carbitol together with a binder such as ethyl cellulose to prepare a paste, and a green body Apply to the inside of.

上記のように仮焼粉末ペーストを塗布した生加工体を乾燥させ、焼成することで、ガスセンサ素子100が完成する(工程T240)。工程T240の焼成は、大気雰囲気下、例えば1250〜1600℃で1〜5時間行なえばよい。なお、上述した図1および図3の製造方法における各種の製造条件は一例であり、製品の用途等に応じて適宜変更可能である。 The gas processing element 100 is completed by drying and firing the green body applied with the calcined powder paste as described above (step T240). The firing in step T240 may be performed in the air atmosphere at 1250 to 1600° C. for 1 to 5 hours. It should be noted that the various manufacturing conditions in the manufacturing methods of FIGS. 1 and 3 described above are examples, and can be changed as appropriate according to the application of the product.

D.ガスセンサ
図4は、本発明の実施形態としてのガスセンサの一例を示す断面図である。本実施形態のガスセンサ300は、例えば内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するために用いる酸素センサである。ガスセンサ300は、軸線Oに沿って伸長する細長形状を有している。以下の説明では、図4の下方側を先端側と呼び、上方側を後端側と呼ぶ。また、軸線Oと垂直な方向であって、軸線Oから外部に向かう方向を「径方向」と呼ぶ。ガスセンサ300は、既述した実施形態のガスセンサ素子100と、主体金具20と、プロテクタ62と、外筒40と、保護外筒38と、ガスセンサ素子100の基準電極130から引き出されるリード線60と、を備えている。
D. Gas Sensor FIG. 4 is a sectional view showing an example of a gas sensor as an embodiment of the present invention. The gas sensor 300 of the present embodiment is, for example, an oxygen sensor used to detect the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine. The gas sensor 300 has an elongated shape extending along the axis O. In the following description, the lower side of FIG. 4 is referred to as the front end side, and the upper side is referred to as the rear end side. Further, a direction that is perpendicular to the axis O and goes outward from the axis O is referred to as a “radial direction”. The gas sensor 300 includes the gas sensor element 100 of the above-described embodiment, the metal shell 20, the protector 62, the outer cylinder 40, the protective outer cylinder 38, and the lead wire 60 drawn from the reference electrode 130 of the gas sensor element 100. Is equipped with.

主体金具20は、ガスセンサ素子100を取り囲む金属(例えばステンレス鋼)製の部材であり、主体金具20の先端部からはガスセンサ素子100の先端部が突出している。主体金具20の内表面には、先端方向に向かって内径が縮径する段部20bが設けられている。また、主体金具20の中央付近には、六角レンチ等の取り付け工具を係合させるために、径方向外側に突出した多角形状の鍔部20cが設けられている。さらに、鍔部20cよりも先端側の外表面には、雄ねじ部20dが形成されている。主体金具20の雄ねじ部20dを、例えば内燃機関の排気管のネジ孔に取付けて、ガスセンサ素子100の先端を排気管内に配置することにより、被検出ガス(排気ガス)中の酸素濃度の検知が可能になる。鍔部20cの先端側の面と雄ねじ部20dの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ300を排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット29が嵌挿される。 The metal shell 20 is a member made of metal (for example, stainless steel) surrounding the gas sensor element 100, and the tip of the gas sensor element 100 projects from the tip of the metal shell 20. The inner surface of the metallic shell 20 is provided with a step portion 20b whose inner diameter is reduced toward the front end direction. Further, in the vicinity of the center of the metal shell 20, a polygonal flange portion 20c protruding outward in the radial direction is provided for engaging a mounting tool such as a hexagon wrench. Further, a male screw portion 20d is formed on the outer surface on the tip side of the collar portion 20c. By attaching the male screw portion 20d of the metal shell 20 to, for example, a screw hole of an exhaust pipe of an internal combustion engine and disposing the tip of the gas sensor element 100 in the exhaust pipe, it is possible to detect the oxygen concentration in the gas to be detected (exhaust gas). It will be possible. A gasket 29 for preventing gas leakage when the gas sensor 300 is attached to the exhaust pipe is further fitted and inserted into a step portion between the front surface of the flange portion 20c and the rear end of the male screw portion 20d.

プロテクタ62は、金属(例えばステンレス鋼)製の筒状の部材であり、主体金具20の先端部から突出するガスセンサ素子100の先端部を覆っている。プロテクタ62の後端部は、径方向外側に向かって屈曲されている。この後端部が、ガスセンサ素子100の鍔部140の先端側の面と、主体金具20の段部20bとに挟まれることによって、プロテクタ62が固定されている。主体金具20とガスセンサ素子100とを組み付ける際には、まず、主体金具20の後端側から、プロテクタ62を主体金具20内に挿入し、プロテクタ62の後端部を、主体金具20の段部20bに当接させる。そして、主体金具20の後端側から、ガスセンサ素子100をさらに挿入し、鍔部140の先端側の面をプロテクタ62の後端部に当接させる。ガスセンサ素子100の外表面に形成された外部電極120は、鍔部140においてプロテクタ62と接触し、プロテクタ62を介して主体金具20と導通する。なお、プロテクタ62には、排気ガスをプロテクタ62の内部に取り込むための複数の孔部が形成されている。この複数の孔部からプロテクタ62内に流入した排気ガスは、被検出ガスとして外部電極120に供給される。 The protector 62 is a tubular member made of metal (for example, stainless steel), and covers the tip of the gas sensor element 100 protruding from the tip of the metal shell 20. The rear end of the protector 62 is bent outward in the radial direction. The protector 62 is fixed by sandwiching the rear end portion between the front surface of the collar portion 140 of the gas sensor element 100 and the step portion 20b of the metal shell 20. When assembling the metal shell 20 and the gas sensor element 100, first, the protector 62 is inserted into the metal shell 20 from the rear end side of the metal shell 20, and the rear end of the protector 62 is connected to the step portion of the metal shell 20. Abut on 20b. Then, the gas sensor element 100 is further inserted from the rear end side of the metal shell 20, and the surface on the front end side of the collar portion 140 is brought into contact with the rear end portion of the protector 62. The external electrode 120 formed on the outer surface of the gas sensor element 100 comes into contact with the protector 62 at the collar portion 140 and is electrically connected to the metal shell 20 via the protector 62. It should be noted that the protector 62 is formed with a plurality of holes for taking the exhaust gas into the protector 62. The exhaust gas flowing into the protector 62 from the plurality of holes is supplied to the external electrode 120 as a gas to be detected.

ガスセンサ素子100の鍔部140の後端側と、主体金具20との間の空隙には、滑石粉末を含む粉体材料が圧縮充填された粉体充填部31が配置されており、ガスセンサ素子100と主体金具20の隙間がシールされている。そして、粉体充填部31の後端側には、筒状の絶縁部材(セラミックスリーブ)32が配置されている。 In the space between the rear end side of the collar portion 140 of the gas sensor element 100 and the metal shell 20, a powder filling portion 31 in which a powder material containing talc powder is compressed and filled is arranged. The gap between the metal shell 20 and the metal shell 20 is sealed. A cylindrical insulating member (ceramic sleeve) 32 is arranged on the rear end side of the powder filling portion 31.

外筒40は、ステンレス鋼等の金属材料で形成された部材であり、ガスセンサ素子100の後端部を覆うように、主体金具20の後端部に接合されている。主体金具20の後端部の内表面と、外筒40の先端部の外表面との間には、ステンレス鋼等の金属材料で形成された金属リング33が配置されている。そして、外筒40の先端部が主体金具20の後端部にて加締められることにより、主体金具20と外筒40とが固定されている。この加締めを行なうことにより、鍔部20cの後端側に屈曲部20aが形成される。主体金具20の後端部に屈曲部20aを形成することにより、絶縁部材32が先端側に押し付けられて粉体充填部31を押し潰し、絶縁部材32および粉体充填部31が加締め固定されるとともに、ガスセンサ素子100と主体金具20の隙間がシールされる。 The outer cylinder 40 is a member formed of a metal material such as stainless steel, and is joined to the rear end of the metal shell 20 so as to cover the rear end of the gas sensor element 100. A metal ring 33 made of a metal material such as stainless steel is arranged between the inner surface of the rear end of the metal shell 20 and the outer surface of the tip of the outer cylinder 40. Then, the metal shell 20 and the outer cylinder 40 are fixed by crimping the front end portion of the outer cylinder 40 at the rear end portion of the metal shell 20. By performing this caulking, the bent portion 20a is formed on the rear end side of the collar portion 20c. By forming the bent portion 20a at the rear end portion of the metal shell 20, the insulating member 32 is pressed toward the front end side to crush the powder filling portion 31, and the insulating member 32 and the powder filling portion 31 are caulked and fixed. At the same time, the gap between the gas sensor element 100 and the metal shell 20 is sealed.

外筒40の内側には、略円筒形状で絶縁性のセパレータ34が配置されている。セパレータ34には、セパレータ34を軸線O方向に貫通し、リード線60が挿通される挿通孔35が形成されている。リード線60は、接続端子70と電気的に接続している。接続端子70は、センサ出力を外部に取り出すための部材であり、基準電極130と接触するように配置されている。外筒40の内側には、さらに、セパレータ34の後端に接して、略円柱状のグロメット36が配置されている。グロメット36には、軸線Oに沿って、リード線60が挿通される挿通孔が形成されている。グロメット36は、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料によって形成することができる。 Inside the outer cylinder 40, a substantially cylindrical insulating separator 34 is arranged. The separator 34 is formed with an insertion hole 35 which penetrates the separator 34 in the direction of the axis O and into which the lead wire 60 is inserted. The lead wire 60 is electrically connected to the connection terminal 70. The connection terminal 70 is a member for taking out the sensor output to the outside, and is arranged so as to be in contact with the reference electrode 130. Inside the outer cylinder 40, a substantially columnar grommet 36 is arranged in contact with the rear end of the separator 34. An insertion hole through which the lead wire 60 is inserted is formed in the grommet 36 along the axis O. The grommet 36 can be formed of, for example, a rubber material such as silicon rubber or fluororubber.

外筒40の側面のうち、グロメット36が配置される位置よりも先端側の位置には、複数の第1通気孔41が周方向に並んで開口している。そして、外筒40の後端部の径方向外側には、第1通気孔41を覆うように、環状の通気性のフィルタ37が被せられ、さらに、フィルタ37を径方向外側から金属製筒状の保護外筒38が囲んでいる。この保護外筒38は、例えばステンレス鋼によって形成することができる。保護外筒38の側面には、複数の第2通気孔39が周方向に並んで開口している。その結果、保護外筒38の第2通気孔39と、フィルタ37と、外筒40の第1通気孔41とを介して、外筒40内部、さらにはガスセンサ素子100の基準電極130へと、外気を導入可能になっている。なお、第2通気孔39の先端側と後端側で外筒40及び保護外筒38を加締めることで、外筒40と保護外筒38の間にフィルタ37を保持している。フィルタ37は、例えばフッ素系樹脂等の撥水性樹脂の多孔質構造体によって構成することができ、撥水性を有しているため外部の水を通さずにガスセンサ素子100の内部空間に基準ガス(大気)を導入可能となっている。 On the side surface of the outer cylinder 40, a plurality of first vent holes 41 are opened side by side in the circumferential direction at a position closer to the tip side than the position where the grommet 36 is arranged. An annular breathable filter 37 is covered on the radially outer side of the rear end portion of the outer cylinder 40 so as to cover the first ventilation hole 41. The protective outer cylinder 38 is enclosed. The protective outer cylinder 38 can be formed of, for example, stainless steel. On the side surface of the protective outer cylinder 38, a plurality of second vent holes 39 are opened side by side in the circumferential direction. As a result, through the second ventilation hole 39 of the protective outer cylinder 38, the filter 37, and the first ventilation hole 41 of the outer cylinder 40, to the inside of the outer cylinder 40 and further to the reference electrode 130 of the gas sensor element 100, The outside air can be introduced. The filter 37 is held between the outer cylinder 40 and the protective outer cylinder 38 by swaging the outer cylinder 40 and the protective outer cylinder 38 on the front end side and the rear end side of the second ventilation hole 39. The filter 37 can be formed of, for example, a porous structure made of a water-repellent resin such as a fluorine-based resin. Since the filter 37 has water repellency, the reference gas (in the internal space of the gas sensor element 100 does not pass through external water). Atmosphere) can be introduced.

以上のように構成された実施形態の導電性酸化物焼結体によれば、100S/cm以上の室温導電率を達成しつつ、熱膨張係数を11.6×10−6−1から12.4×10−6−1の範囲で制御可能になる。すなわち、高い室温導電率を達成しつつ、ガスセンサ素子の基材として一般的に用いられるセラミックス(例えばYSZ)の熱膨張係数に近い熱膨張係数を示すように制御することができる。そのため、導電性酸化物焼結体と基材とを組み合わせたガスセンサ素子100において、反りやクラック等の発生を抑えることができる。このように、ガスセンサ素子100の反りやクラック等の発生を抑えることにより、ガスセンサ素子100を備えるガスセンサ300の検出精度を高め、耐久性を向上させることができる。 According to the conductive oxide sintered body of the embodiment configured as described above, the coefficient of thermal expansion is 11.6×10 −6 K −1 to 12 while achieving room temperature conductivity of 100 S/cm or more. It becomes possible to control in the range of 4×10 −6 K −1 . That is, it can be controlled so as to have a thermal expansion coefficient close to that of ceramics (for example, YSZ) generally used as a base material of a gas sensor element while achieving high room temperature conductivity. Therefore, in the gas sensor element 100 in which the conductive oxide sintered body and the base material are combined, it is possible to suppress the occurrence of warpage, cracks and the like. By thus suppressing the occurrence of warpage, cracks, and the like of the gas sensor element 100, the detection accuracy of the gas sensor 300 including the gas sensor element 100 can be increased and the durability can be improved.

さらに、実施形態の導電性酸化物焼結体によれば、後述する焼結可能温度を1525℃から1600℃で制御することができ、このような高い温度範囲で焼成することができる。したがって、ガスセンサ素子100の基材110を構成するYSZ等の安定化ジルコニアのように、比較的高い温度で焼成すべきセラミックスと組み合わせて用いる場合であっても、基材を構成するセラミックスと同時に焼成して、製造工程を簡素化することができる。また、このように基材を構成するセラミックスと導電性酸化物焼結体の焼成温度(後述する焼結可能温度)が近いことにより、両者を組み合わせて得られるガスセンサ素子100等のセラミックス製品において、導電性酸化物焼結体の剥がれやクラックの発生を抑え、導電性酸化物焼結体の基材への密着性を向上させることができる。 Furthermore, according to the conductive oxide sintered body of the embodiment, the sinterable temperature described later can be controlled from 1525° C. to 1600° C., and firing can be performed in such a high temperature range. Therefore, even when it is used in combination with a ceramic that should be fired at a relatively high temperature, such as stabilized zirconia such as YSZ that constitutes the base material 110 of the gas sensor element 100, it is fired at the same time as the ceramic that constitutes the base material. Thus, the manufacturing process can be simplified. Further, since the ceramics constituting the base material and the conductive oxide sintered body are close in firing temperature (sinterable temperature described later) as described above, in a ceramic product such as a gas sensor element 100 obtained by combining the two, It is possible to suppress peeling and cracking of the conductive oxide sintered body and improve the adhesion of the conductive oxide sintered body to the base material.

E.変形例
・変形例1
上記実施形態のガスセンサ素子100では、導電性酸化物焼結体によって基準電極130を構成したが、異なる構成としてもよい。例えば、基準電極130に代えて、あるいは、基準電極130に加えて、外部電極120を導電性酸化物焼結体によって構成してもよい。
E. Modification /Modification 1
In the gas sensor element 100 of the above-described embodiment, the reference electrode 130 is made of a conductive oxide sintered body, but may have a different structure. For example, instead of the reference electrode 130 or in addition to the reference electrode 130, the external electrode 120 may be made of a conductive oxide sintered body.

・変形例2
上記実施形態では、ガスセンサ素子100は酸素濃度センサ用の素子としたが、他種のガスの濃度を測定するためのガスセンサ(例えばNOxセンサ)用の素子の電極において、実施形態と同様の導電性酸化物焼結体を適用してもよい。
-Modification 2
In the above embodiment, the gas sensor element 100 is the element for the oxygen concentration sensor, but the electrode of the element for the gas sensor (for example, the NOx sensor) for measuring the concentration of another type of gas has the same conductivity as that of the embodiment. An oxide sintered body may be applied.

・変形例3
本発明の実施形態に係る酸化物焼結体は、例えば、既述したガスセンサ用以外の各種の電極や、電気配線、導電用部材、熱電材料、ヒータ材料、及び、温度検知用素子に、金属の代替物として用いることができる。例えば、導電用部材は、セラミックス製の基材の表面に、導電性酸化物焼結体で形成された導電体層を有するものとして実現可能である。
-Modification 3
The oxide sintered body according to the embodiment of the present invention includes, for example, various electrodes other than those for the gas sensor described above, electric wiring, conductive members, thermoelectric materials, heater materials, and temperature detecting elements, and metal. Can be used as a substitute for For example, the conductive member can be realized by having a conductor layer formed of a conductive oxide sintered body on the surface of a ceramic base material.

図5および図6は、サンプルS1〜サンプルS20までの20種類の酸化物焼結体を作製し、各サンプルの組成およびその性能を調べた評価結果をまとめて示す説明図である。ここでは、サンプルS1〜S14は実施例であり、サンプルS15〜S20は比較例である。図5では、サンプルS1〜S20までの全てのサンプルについての、導電率、熱膨張係数、焼結可能温度を示している。また、図6では、図5に示したサンプルのうち代表的なサンプルS2,S3,S5,S15,S16についての、B定数および熱起電力を示している。各サンプルの製造方法は、以下の通りである。 FIG. 5 and FIG. 6 are explanatory diagrams collectively showing evaluation results obtained by producing 20 kinds of oxide sintered bodies of Sample S1 to Sample S20 and examining the composition and performance of each sample. Here, samples S1 to S14 are examples, and samples S15 to S20 are comparative examples. FIG. 5 shows the electrical conductivity, the coefficient of thermal expansion, and the temperature at which sintering is possible for all the samples S1 to S20. Further, FIG. 6 shows B constants and thermoelectromotive forces for representative samples S2, S3, S5, S15, and S16 among the samples shown in FIG. The method for producing each sample is as follows.

各サンプルの酸化物焼結体は、図1で説明した製造方法に従ってそれぞれ作製し、最後に平面研磨を行って、3.0mm×3.0mm×15mmの直方体状のサンプルを得た。なお、工程T110では、図5に示す組成に従って各原料粉末を秤量・混合した。希土類元素REは、サンプルS1〜S13,S15〜S20ではLaとし、サンプルS14ではPrとした。 The oxide sintered body of each sample was manufactured according to the manufacturing method described with reference to FIG. 1, and finally subjected to planar polishing to obtain a rectangular parallelepiped sample of 3.0 mm×3.0 mm×15 mm. In step T110, the raw material powders were weighed and mixed according to the composition shown in FIG. The rare earth element RE was La in samples S1 to S13 and S15 to S20, and Pr in sample S14.

評価の際には、各サンプルの組成に関して複数の焼成温度を用いて焼成を行なって、得られた焼結体について後述する吸水率を調べることによって、焼結可能温度を求め、さらに比重を求めた。なお、図5および図6に示した評価結果のうち、焼結可能温度以外の項目は、上記のように求めた焼結可能温度で焼成したサンプルについての評価結果である。評価方法は、以下の通りである。 At the time of evaluation, the composition of each sample was fired at a plurality of firing temperatures, and the water absorption rate of the obtained sintered body was examined to obtain the sinterable temperature and the specific gravity. It was Of the evaluation results shown in FIGS. 5 and 6, the items other than the sinterable temperature are the evaluation results of the sample fired at the sinterable temperature obtained as described above. The evaluation method is as follows.

<導電率の測定>
各サンプルについて、直流4端子法により導電率を測定した。測定に用いる電極及び電極線にはPtを用いた。また導電率測定は、電圧・電流発生器(エーディーシー社製のモニタ6242型)を用いた。
<Measurement of conductivity>
The conductivity of each sample was measured by the DC 4-terminal method. Pt was used for the electrodes and electrode wires used for the measurement. In addition, a voltage/current generator (monitor 6242 manufactured by ADC Corp.) was used for the conductivity measurement.

<熱膨張係数の測定>
各サンプルについて、室温から1000℃に変化させた際の熱膨張係数(線膨張率α)の測定を行った。測定条件は、以下の通りである。
測定装置:リガク社製TMA8310
標準試料:Al
測定雰囲気:大気雰囲気
昇温速度:10.0℃/min
<Measurement of thermal expansion coefficient>
For each sample, the coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient α) when the temperature was changed from room temperature to 1000° C. was measured. The measurement conditions are as follows.
Measuring device: Rigaku TMA8310
Standard sample: Al 2 O 3
Measurement atmosphere: Air atmosphere Temperature rising rate: 10.0°C/min

<焼結可能温度と比重の評価>
各サンプルの組成に関して複数の焼成温度を用いて焼成を行ない、JIS-R-1634に基づき焼結性(吸水率)を評価し、焼成可能温度を導出した。具体的には、まず、種々の焼成温度で焼成した後の各試料の乾燥重量W1、水中重量W2、飽水重量W3を測定し、これらの値と以下の(4)式および(5)式を用いて、吸水率と比重を算出した。そして、吸水率が0.10wt%以下となる最も低い焼成温度を、各サンプルの組成に関する焼結可能温度と定義した。ここで、(5)式中のρ1は、試験時の媒液(水)の密度である。なお、焼結体の焼結性が良いとは、焼結体の吸水性が低いことを指し、吸水性が低い焼結体ほど、一般に比重がより大きいということができる。
<Evaluation of sinterable temperature and specific gravity>
Firing was performed using a plurality of firing temperatures for the composition of each sample, the sinterability (water absorption) was evaluated based on JIS-R-1634, and the firing temperature was derived. Specifically, first, the dry weight W1, the underwater weight W2, and the saturated water weight W3 of each sample after firing at various firing temperatures are measured, and these values and the following equations (4) and (5) are measured. Was used to calculate the water absorption rate and the specific gravity. The lowest firing temperature at which the water absorption rate was 0.10 wt% or less was defined as the sinterable temperature for the composition of each sample. Here, ρ1 in the equation (5) is the density of the liquid medium (water) at the time of the test. The good sinterability of the sintered body means that the water absorption of the sintered body is low, and it can be said that a sintered body having a lower water absorption generally has a larger specific gravity.

吸水率(%)=(W3−W1)/W1×100 … (4)
比重(g/cm)=W1/(W3−W2)×ρ1 … (5)
Water absorption rate (%)=(W3−W1)/W1×100 (4)
Specific gravity (g/cm 3 )=W1/(W3-W2)×ρ1 (5)

<B定数の測定>
B定数は、上記<導電率の測定>で説明した方法で測定した75℃と870℃の導電率から、下記(6)式に従って算出した。
<Measurement of B constant>
The B constant was calculated according to the following equation (6) from the electric conductivity at 75° C. and 870° C. measured by the method described in <Measurement of electric conductivity>.

B定数=ln(ρ1/ρ2)/(1/T1−1/T2) …(6)
ρ1=1/σ1
ρ2=1/σ2
ρ1:絶対温度T1(K)における抵抗率(Ωcm)
ρ2:絶対温度T2(K)における抵抗率(Ωcm)
σ1:絶対温度T1(K)における導電率(S/cm)
σ2:絶対温度T2(K)における導電率(S/cm)
T1=348.15(K)
T2=1143.15(K)
B constant=ln(ρ1/ρ2)/(1/T1-1/T2) (6)
ρ1=1/σ1
ρ2=1/σ2
ρ1: Resistivity (Ωcm) at absolute temperature T1 (K)
ρ2: Resistivity (Ωcm) at absolute temperature T2 (K)
σ1: conductivity (S/cm) at absolute temperature T1 (K)
σ2: conductivity (S/cm) at absolute temperature T2 (K)
T1=348.15 (K)
T2 = 1143.15 (K)

<熱起電力の測定>
熱起電力は、定常直流法により測定した。各サンプル(3.0mm×3.0mm×15mm)の長手方向両端よりもやや中央寄りで互いに所定距離だけ離れた2箇所にPt線を巻きつけ、導電率の電位差測定用電極として利用した。また、サンプルの両端にスパッタでAuを蒸着し、その両端にPt板またはPt網で形成された外側白金電極をそれぞれ設けた状態でサンプルの両端を石英管で挟み込んでサンプルを固定した。測定時には、2つの外側白金電極の間に定電流を印加するとともに、片側の石英管に高温の空気を送り込むことによって外側白金電極間に温度差を発生させた。さらに、外側白金電極にR熱電対(Pt−Pt13Rh)を取り付けて、温度差を読み取った。空気流量を変化させることによって温度差を段階的に生じさせ、電位差−温度差の相関関係を求め、最小二乗法により770℃における熱起電力を算出した。なお、測定にはオザワ科学株式会社製RZ2001kを用いた。また、測定は大気雰囲気下で行った。
<Measurement of thermoelectromotive force>
The thermoelectromotive force was measured by the steady-state DC method. Each sample (3.0 mm×3.0 mm×15 mm) was wound at two positions slightly closer to the center than both ends in the longitudinal direction and separated from each other by a predetermined distance, and was used as an electrode for measuring the electric potential difference of conductivity. Further, Au was vapor-deposited on both ends of the sample by sputtering, and both ends of the sample were sandwiched by quartz tubes with the outer platinum electrodes formed of a Pt plate or Pt net being provided on both ends of the sample to fix the sample. During the measurement, a constant current was applied between the two outer platinum electrodes, and high temperature air was sent into the quartz tube on one side to generate a temperature difference between the outer platinum electrodes. Furthermore, an R thermocouple (Pt-Pt13Rh) was attached to the outer platinum electrode, and the temperature difference was read. The temperature difference was generated stepwise by changing the air flow rate, the potential difference-temperature difference correlation was determined, and the thermoelectromotive force at 770° C. was calculated by the least square method. In addition, RZ2001k by Ozawa Scientific Co., Ltd. was used for the measurement. Moreover, the measurement was performed in an air atmosphere.

図5および図6のサンプルS1〜S14は、いずれも既述した(1)、(2a)〜(2d)式で与えられる組成を満たしている。これらのサンプルS1〜S14は、室温導電率が十分に高く、熱膨張率および焼結可能温度についても十分良好な特性が得られた。なお、酸化物焼結体を導電体として用いる場合には、なるべく高い室温導電率を有することが好ましい。実施例のサンプルS1〜S14の室温導電率はすべて108S/cm以上であり、100S/cmを超える高い室温導電率を有している点で好ましい。一方、比較例のサンプルS16〜S18、S20は、室温導電率が100S/cm未満の低い値である。サンプルS15およびS19は、室温導電率は高いものの、焼結可能温度が低かった。 The samples S1 to S14 in FIGS. 5 and 6 all satisfy the compositions given by the expressions (1) and (2a) to (2d). These samples S1 to S14 had sufficiently high room-temperature conductivity, and had sufficiently good characteristics in terms of coefficient of thermal expansion and sinterable temperature. When the oxide sintered body is used as a conductor, it preferably has as high a room temperature conductivity as possible. The samples S1 to S14 of the examples all have room temperature conductivity of 108 S/cm or more, which is preferable in that they have a high room temperature conductivity of more than 100 S/cm. On the other hand, the samples S16 to S18 and S20 of the comparative examples have low room temperature conductivity of less than 100 S/cm. Samples S15 and S19 had high room temperature conductivity but low sinterable temperature.

実施例のサンプルS1〜S14のうち、サンプルS2とS14とは係数a,b,c,dが共通しているが、希土類元素REがそれぞれLa,Prである点で互いに異なる。これらの2つのサンプルS2,S14のうち、希土類元素REがLaであるサンプルS2は、希土類元素REがPrであるサンプルS14よりも室温導電率が高い点で好ましい。 Of the samples S1 to S14 of the example, the samples S2 and S14 have the same coefficients a, b, c, d, but differ from each other in that the rare earth elements RE are La and Pr, respectively. Of these two samples S2 and S14, the sample S2 in which the rare earth element RE is La is preferable because it has a higher room temperature conductivity than the sample S14 in which the rare earth element RE is Pr.

また、実施例のサンプルS1〜S14のうち、aの値が最も小さいa=0.459であるサンプルS10は、他の実施例のサンプルに比べて比較的焼結可能温度が低い結果となった。そのため、aを0.473以上とすることで(実施例のサンプルS1〜S14のうち、aの値が2番目に小さいa=0.473であるサンプルS11参照)、導電性酸化物焼結体の焼結性をより向上させることができるといえる。また、実施例のサンプルS1〜S14のうち、aの値が最も大きいa=0.524であるサンプルS13は、他の実施例のサンプルに比べて導電率が比較的低い結果となった。そのため、aを0.512以下とすることで(実施例のサンプルS1〜S14のうち、aの値が2番目に大きいa=0.512であるサンプルS12参照)、導電性酸化物焼結体の導電性をより高めることができるといえる。 Further, among the samples S1 to S14 of the examples, the sample S10 in which the value of a was a=0.459, which was the smallest, had a relatively low sinterable temperature as compared with the samples of the other examples. .. Therefore, by setting a to 0.473 or more (see the sample S11 in which the value of a is the second smallest value of a=0.473 among the samples S1 to S14 in the example), the conductive oxide sintered body can be obtained. It can be said that the sinterability can be further improved. Further, among the samples S1 to S14 of the examples, the sample S13 in which the value of a was a=0.524, which had the largest value of a, had a relatively low conductivity as compared with the samples of the other examples. Therefore, by setting a to 0.512 or less (see sample S12 in which the value of a is the second largest value of a=0.512 among samples S1 to S14 in the example), the conductive oxide sintered body can be obtained. It can be said that the conductivity of can be further improved.

図6に示した代表的な実施例のサンプルS2,S3,S5では、B定数の絶対値が110以下であって十分に小さく、温度が変化しても十分に高い導電率が得られることが確認された。実施例の他のサンプルについては図示を省略しているが、ほぼ同様の傾向を示すことが確認された。すなわち、実施例のサンプルS1〜S14は、導電体層として使用するのに適したB定数を有する。 In the samples S2, S3, and S5 of the representative example shown in FIG. 6, the absolute value of the B constant is 110 or less, which is sufficiently small, and sufficiently high conductivity can be obtained even when the temperature changes. confirmed. Although not shown in the drawings for the other samples of the example, it was confirmed that almost the same tendency was exhibited. That is, the samples S1 to S14 of the example have a B constant suitable for use as a conductor layer.

また、図6に示した代表的な実施例のサンプルS2,S3,S5では、770℃における熱起電力の絶対値が15μV/K以下と十分に小さかった。そのため、このような導電性酸化物焼結体を用いたセンサにおいて、センサ素子の軸線方向の長さをより長くしても、高い精度を維持できることが確認された。実施例の他のサンプルについては図示を省略しているが、ほぼ同様の傾向を示すことが確認された。すなわち、実施例のサンプルS1〜S14は、導電体層として使用するのに適した熱起電力を示す。 Further, in the samples S2, S3, and S5 of the representative examples shown in FIG. 6, the absolute value of the thermoelectromotive force at 770° C. was 15 μV/K or less, which was sufficiently small. Therefore, in the sensor using such a conductive oxide sintered body, it was confirmed that high accuracy can be maintained even if the length of the sensor element in the axial direction is made longer. Although not shown in the drawings for the other samples of the example, it was confirmed that almost the same tendency was exhibited. That is, the samples S1 to S14 of the examples show thermoelectromotive force suitable for use as the conductor layer.

図7(A)は、代表的なサンプル、具体的には、図5のサンプルのうち、d=0.275であるサンプルの測定結果に基づいて、組成式におけるCr原子の割合(bの値)と室温導電率との関係を示すグラフである。図7(B)は、同様に、d=0.275であるサンプルの測定結果に基づいて、組成式におけるCr原子の割合(bの値)と熱膨張係数との関係を示すグラフである。 FIG. 7A shows the proportion of Cr atoms in the composition formula (value of b) based on the measurement results of a representative sample, specifically, the sample of d=0.275 in the sample of FIG. ) And room temperature conductivity. Similarly, FIG. 7B is a graph showing the relationship between the ratio of Cr atoms (value of b) in the composition formula and the thermal expansion coefficient based on the measurement result of the sample with d=0.275.

図7(A)より、bの値が小さいほど(Crの含有量が少ないほど)室温導電率が高くなり、b≦0.100とすることで100S/cmを超える高い室温導電率が得られることが分かる。また、図7(B)から、bの値が0である(Crを含有しない)場合には、基材として一般的に用いられるアルミナや安定化ジルコニア等の酸化物に比べて高い熱膨張係数を示すが、bの値を正にする(Crを含有する)ことで、熱膨張係数を低下させて上記した酸化物の熱膨張係数に近づけることが可能であると分かる。そして、bの値を大きくするほど、熱膨張係数が小さくなることが分かる。以上より、既述した(2b)式を満たすことで、高い室温導電率を達成しつつ、導電性酸化物焼結体の基材として一般的に用いられるセラミックスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を示すように制御可能であるといえる。 From FIG. 7(A), the smaller the value of b (the smaller the content of Cr), the higher the room temperature conductivity, and by setting b≦0.100, the high room temperature conductivity exceeding 100 S/cm can be obtained. I understand. Further, from FIG. 7(B), when the value of b is 0 (does not contain Cr), the coefficient of thermal expansion is higher than that of oxides such as alumina and stabilized zirconia generally used as a base material. However, it is understood that the coefficient of thermal expansion can be lowered and brought close to the coefficient of thermal expansion of the above oxides by making the value of b positive (containing Cr). It can be seen that the thermal expansion coefficient decreases as the value of b increases. As described above, by satisfying the above-described formula (2b), a thermal expansion coefficient close to that of ceramics generally used as a base material of a conductive oxide sintered body while achieving high room temperature conductivity. Can be said to be controllable.

さらに、図7(B)から、bの値を0.025以上とすることで、熱膨張係数を低下させて、基材として一般的に用いられるアルミナや安定化ジルコニア等の酸化物の熱膨張係数に近づける効果が高まることが分かる。そのため、既述した(3b)式を満たすことで、高い室温導電率を達成しつつ、導電性酸化物焼結体の基材として一般的に用いられるセラミックスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を示すように制御できる効果をより高めることができる。 Further, from FIG. 7(B), by setting the value of b to 0.025 or more, the coefficient of thermal expansion is lowered, and the thermal expansion of oxides such as alumina and stabilized zirconia generally used as a base material is reduced. It can be seen that the effect of approaching the coefficient increases. Therefore, by satisfying the above-mentioned formula (3b), while achieving a high room temperature conductivity, a thermal expansion coefficient close to that of ceramics generally used as a base material of a conductive oxide sintered body is obtained. The controllable effect can be further enhanced as shown.

図8は、代表的なサンプルに関して、焼成温度と比重の関係を示すグラフである。図8に示す各サンプルは、組成式におけるCr原子の割合(bの値)がそれぞれ異なるため、bの値についても併せて示している。図8に示すように、いずれのサンプルにおいても、焼成温度を高くするほど比重は大きくなる(緻密性が高まる)。また、図8に示すように、bの値が大きいほどグラフは下側にシフトする傾向があるため、bの値が小さい(Cr原子の割合が少ない)ほど、より低い焼結温度で高い比重が実現できる(緻密性が高まる)といえる。なお、比重は高いほど良いが、5.0g/cm−3以上であることが好ましい。以上より、bの値を適切な範囲で制御することにより、導電性酸化物焼結体の焼成温度を調整できるため、基材として一般的に用いられるアルミナや安定化ジルコニア等の酸化物の焼成温度に適した導電性酸化物焼結体を選択することで、基材と同じ温度で焼成(同時に焼成)しても、導電性酸化物焼結体において十分に高い緻密性を実現することが可能になるといえる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between firing temperature and specific gravity for a representative sample. Since each sample shown in FIG. 8 has a different Cr atom ratio (value of b) in the composition formula, the value of b is also shown. As shown in FIG. 8, in any of the samples, the higher the firing temperature, the higher the specific gravity (the higher the denseness). Further, as shown in FIG. 8, the graph tends to shift to the lower side as the value of b increases, so that the smaller the value of b (the smaller the ratio of Cr atoms), the higher the specific gravity at the lower sintering temperature. Can be realized (increased precision). The higher the specific gravity, the better, but it is preferably 5.0 g/cm −3 or more. From the above, it is possible to adjust the firing temperature of the conductive oxide sintered body by controlling the value of b in an appropriate range. Therefore, firing of oxides such as alumina and stabilized zirconia generally used as a base material is performed. By selecting a conductive oxide sintered body that is suitable for the temperature, it is possible to achieve sufficiently high density in the conductive oxide sintered body even if it is fired at the same temperature as the base material (simultaneous firing). It will be possible.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modified examples, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each mode described in the section of the outline of the invention are to solve some or all of the above problems, or In order to achieve some or all of the above-mentioned effects, it is possible to appropriately replace or combine them. If the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

20…主体金具
20a…屈曲部
20b…段部
20c…鍔部
20d…部
29…ガスケット
31…粉体充填部
32…絶縁部材
33…金属リング
34…セパレータ
35…挿通孔
36…グロメット
37…フィルタ
38…保護外筒
39…第2通気孔
40…外筒
41…第1通気孔
60…リード線
62…プロテクタ
70…接続端子
100…ガスセンサ素子
110…基材
120…外部電極
130…基準電極
140…鍔部
300…ガスセンサ
O…軸線
20... Metal shell 20a... Bent part 20b... Step part 20c... Collar part 20d... Part 29... Gasket 31... Powder filling part 32... Insulation member 33... Metal ring 34... Separator 35... Insertion hole 36... Grommet 37... Filter 38 Protective outer cylinder 39... Second ventilation hole 40... Outer cylinder 41... First ventilation hole 60... Lead wire 62... Protector 70... Connection terminal 100... Gas sensor element 110... Base material 120... External electrode 130... Reference electrode 140... Tsuba Part 300... Gas sensor O... Axis

Claims (8)

導電性酸化物焼結体で形成された電極とセラミックスから成る基材とが一体焼成されて成る一体焼結体を備えるガスセンサ素子であって、
前記導電性酸化物焼結体は、
組成式:RECrFeNi(但し、REは希土類元素を表し、a+b+c+d=1、1.3≦x≦1.7)で表されるペロブスカイト型酸化物結晶構造を有する結晶相を含み、前記a,b,c,dが、
0.459≦a≦0.524、
0.025≦b≦0.100、
0.125≦c≦0.250、
0.200≦d≦0.300、
を満たすことを特徴とするガスセンサ素子。
A gas sensor element comprising an integral sintered body obtained by integrally firing an electrode formed of a conductive oxide sintered body and a base material made of ceramics ,
The conductive oxide sintered body,
Compositional formula: crystal having a perovskite type oxide crystal structure represented by RE a Cr b Fe c Ni d O x (where RE represents a rare earth element, a+b+c+d=1, 1.3≦x≦1.7) Phase, wherein a, b, c, d are
0.459≦a≦0.524,
0.025≦ b≦0.100,
0.125≦c≦0.250,
0.200≦d≦0.300,
A gas sensor element characterized by satisfying:
請求項1に記載のガスセンサ素子であって、
前記希土類元素REは、Laであることを特徴とするガスセンサ素子。
The gas sensor element according to claim 1 , wherein
The gas sensor element, wherein the rare earth element RE is La.
請求項に記載のガスセンサ素子であって、
前記aが、
0.473≦a≦0.512
を満たすことを特徴とするガスセンサ素子。
The gas sensor element according to claim 2 , wherein
Where a is
0.473≦a≦0.512
A gas sensor element characterized by satisfying:
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
アルカリ土類金属元素を実質的に無含有とすることを特徴とするガスセンサ素子。
The gas sensor element according to any one of claims 1 to 3 ,
A gas sensor element, which is substantially free of alkaline earth metal elements.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子は、酸素センサ素子である
ガスセンサ素子。
The gas sensor element according to any one of claims 1 to 4 ,
The gas sensor element is an oxygen sensor element.
請求項に記載のガスセンサ素子であって、
前記電極は、基準電極であることを特徴とするガスセンサ素子。
The gas sensor element according to claim 5 , wherein
A gas sensor element, wherein the electrode is a reference electrode.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子を備えることを特徴とするガスセンサ。 A gas sensor comprising the gas sensor element according to any one of claims 1 to 4 . 請求項またはに記載の酸素センサ素子を備えることを特徴とする酸素センサ。 Oxygen sensor, characterized in that it comprises an oxygen sensor element according to claim 5 or 6.
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