JPH02276956A - Oxygen sensor and production thereof and method for preventing poisoning - Google Patents

Oxygen sensor and production thereof and method for preventing poisoning

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JPH02276956A
JPH02276956A JP1048449A JP4844989A JPH02276956A JP H02276956 A JPH02276956 A JP H02276956A JP 1048449 A JP1048449 A JP 1048449A JP 4844989 A JP4844989 A JP 4844989A JP H02276956 A JPH02276956 A JP H02276956A
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protective layer
oxygen sensor
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solid electrolyte
magnesia
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Takayuki Ogasawara
孝之 小笠原
Fujio Ishiguro
石黒 不二男
Hiroshi Kurachi
寛 倉知
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration in the characteristics of the oxygen sensor by a gaseous or superfine particulate silicon compd. by sticking at least one kind of oxides of Mg, Ca, Sr, and Ba onto the surface or into pores of a protective layer. CONSTITUTION:The oxygen sensor is constituted of a blind cylindrical body 1 forming the partition wall of an oxygen ion conductive solid electrolyte, a reference electrode 2 and measuring electrode 3 provided in contact therewith and the protective layer 4 on the measuring electrode 3. The protective layer 4 is formed by sticking at least one kind among the oxides of the Mg, Ca, Sr, and Ba onto the surface or into the pores thereof. Stabilized or partially stabilized zirconia materials formed by compounding prescribed stabilizers, for example, yttria, calcia, magnesia, etc., with zirconia in particular are used as the solid electrolyte material. A pressure molding method, such as rubber press method, is adopted to form the above-mentioned material to the cylindrical body 1. Platinum catalyst metals, such as platinum, rhodium and palladium are used as the electrode material and plasma thermally sprayed layers, such as alumina and spinel are used as the protective layer 4.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、主として内燃機関やボイラー等の排気ガス中
に含まれる酸素量を測定するための酸素センサに係り、
特に耐久性の良い酸素センサおよびその製造法ならびに
被毒防止方法を提供しようとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention mainly relates to an oxygen sensor for measuring the amount of oxygen contained in exhaust gas from internal combustion engines, boilers, etc.
The present invention aims to provide a particularly durable oxygen sensor, a method for manufacturing the same, and a method for preventing poisoning.

(従来の技術) 従来から、ジルコニア磁器等の酸素イオン伝導性の固体
電解質を用いて、酸素濃淡電池の原理により、自動車等
の内燃機関やボイラー等から排出される、被測定ガスと
しての排気ガス中の酸素濃度を検知し、かかる内燃機関
等の空燃比乃至は燃焼状態を制御することが知られてい
る。
(Prior art) Exhaust gas, which is discharged from internal combustion engines such as automobiles, boilers, etc., as a gas to be measured has been conventionally used to measure oxygen ion conductive solid electrolytes such as zirconia porcelain, based on the principle of oxygen concentration batteries. It is known to detect the oxygen concentration in internal combustion engines and control the air-fuel ratio or combustion state of such internal combustion engines.

この種の酸素濃度検出器たる酸素センサにあっては、セ
ンサ素子として、有底円筒形状や板状等の形状を有する
固体電解質体の内外面に所定の電極を設け、そしてその
内側の電極を大気に接触せしめて、基準酸素濃度の基準
ガスに晒される基準電極とする一方、外側の電極を被測
定ガスである排気ガスに晒して、測定電極とする構造を
採用するものであって、それら基準電極と測定電極との
間の酸素濃度の差に基づ(起電力を検知することにより
、かかる排気ガス中の酸素濃度を測定している。
In this type of oxygen sensor, which is an oxygen concentration detector, predetermined electrodes are provided on the inner and outer surfaces of a solid electrolyte body having a bottomed cylindrical shape, plate shape, etc. as a sensor element, and the inner electrode is The structure is such that the reference electrode is exposed to the atmosphere and exposed to a reference gas with a reference oxygen concentration, while the outer electrode is exposed to exhaust gas, which is the gas to be measured, and used as the measurement electrode. The oxygen concentration in the exhaust gas is measured based on the difference in oxygen concentration between the reference electrode and the measurement electrode (by sensing the electromotive force).

ところで、従来のこの種の酸素センサにあっては、その
主要な要素である所定の酸素イオン伝導性の固体電解質
からなる所定形状の素子本体と、その表面に設けられた
複数の電極とを含む酸素センサ素子において、外面電極
である測定電極が、被測定ガスたる高温の排気ガスの作
用を受けて減耗したり、損傷を受けて、センサ機能が劣
化する等の問題を惹起するところから、かかる測定電極
を保護するために、スピネル等からなる多孔質の保護コ
ーティング層が、該測定電極上にプラズマ溶射法あるい
は印刷焼成法等によって所定厚さで形成されている。
By the way, a conventional oxygen sensor of this kind includes an element body having a predetermined shape and made of a solid electrolyte with predetermined oxygen ion conductivity, which is its main element, and a plurality of electrodes provided on the surface of the element body. In the oxygen sensor element, the measurement electrode, which is the outer electrode, is worn out or damaged by the action of the high-temperature exhaust gas that is the gas to be measured, causing problems such as deterioration of the sensor function. In order to protect the measurement electrode, a porous protective coating layer made of spinel or the like is formed on the measurement electrode to a predetermined thickness by plasma spraying, printing and baking, or the like.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような保護コーティング層を設けた
センサ素子においても、酸素センサとして、例えば自動
車の排気管に装着されて使用されるときに、有機シリコ
ン等を含む粗悪燃料の誤った使用により、またエンジン
パツキン等に含まれるシリコン化合物の燃焼により発生
するシリコンの有機、無機化合物の微粒子状あるいは気
体状の物質が、これら保護コーティング層の細孔を通り
ぬけ磁器表面についたり、測定電極表面あるいは磁器と
の界面に吸着し、センサ出力の不良あるいは応答性劣化
をひきおこすため、酸素センサのシリコン被毒として問
題となってきている。
(Problem to be Solved by the Invention) However, even in a sensor element provided with such a protective coating layer, when used as an oxygen sensor, for example, by being attached to the exhaust pipe of a car, it is difficult to detect inferior products containing organic silicon, etc. Particulate or gaseous substances of organic and inorganic silicon compounds, which are generated due to incorrect use of fuel or the combustion of silicon compounds contained in engine gaskets, pass through the pores of these protective coating layers and attach to the porcelain surface. Silicon poisoning of oxygen sensors has become a problem because it adsorbs to the surface of the measurement electrode or the interface with porcelain, causing defective sensor output or deterioration of response.

一方、シリコン化合物が測定電極にまで到達するのを防
ぐために保護コーティングを厚くしたり、細孔を細かく
する方法も考えられるが、この方法にあっても、シリコ
ン化合物成分微粒子の到達は防止できても気体状のもの
の到達を完全に防止することはできないこと、また保護
層を厚く、細孔を細かくすることで初期の応答性が悪く
なること、および細かい細孔が目づまりしやすく、使用
中に徐々に応答性が劣化すること等の問題があり、必ず
しも満足のいくものではな、かった。
On the other hand, in order to prevent the silicon compound from reaching the measurement electrode, it is possible to make the protective coating thicker or make the pores smaller, but even with this method, it is not possible to prevent the fine particles of the silicon compound component from reaching the measurement electrode. However, it is not possible to completely prevent the arrival of gaseous substances, and if the protective layer is made thicker and the pores are made smaller, the initial response will deteriorate, and the fine pores will easily become clogged. However, there were problems such as a gradual deterioration of responsiveness, and the results were not necessarily satisfactory.

本発明の目的は上述した課題を解消して、特にシリコン
成分に対する被毒耐久性が良好な酸素センサ及び被毒防
止方法を提供することにある。尚シリコンの被毒をうけ
た酸素センサは、実際に自動車にとりつけて排ガスのエ
ミッション値を測定するとシリコン被毒を受けていない
酸素センサに比べてNOXが規制値をオーバーすること
で容易に解る。従ってシリコン被毒とは、酸素センサが
シリコン化合物の雰囲気にさらされて、自動車の排ガス
規制特にNOXの規制値をオーバーすることと定義する
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide an oxygen sensor and a method for preventing poisoning, which have particularly good durability against poisoning of silicon components. It should be noted that when an oxygen sensor that has been poisoned by silicon is actually installed in a car and the emission value of exhaust gas is measured, it can be easily seen that NOx exceeds the regulation value compared to an oxygen sensor that has not been poisoned by silicon. Therefore, silicon poisoning is defined as the oxygen sensor being exposed to an atmosphere of silicon compounds and exceeding the exhaust gas regulations for automobiles, particularly the regulation values for NOx.

(課題を解決するための手段) 本発明の酸素センサは、酸素イオン導伝性固体電解質の
隔壁と、該隔壁に接して設けられた測定電極および基準
電極と、該測定電極上の保護層とからすくなくとも構成
され、前記保護層表面またはその気孔内にMg、 Ca
、 Sr、 Baの酸化物の中の少なくとも1種類を付
着することを特徴とする酸素センサ素子を使用するもの
である。
(Means for Solving the Problems) The oxygen sensor of the present invention includes a partition made of an oxygen ion conductive solid electrolyte, a measurement electrode and a reference electrode provided in contact with the partition, and a protective layer on the measurement electrode. Mg, Ca on the surface of the protective layer or in its pores.
, Sr, and Ba.

なお、このような本発明の酸素センサにあっては、前記
酸素センサの保護層の表面あるいはおよび内部気孔内に
Mg、 Ca、 Sr、 Baの酸化物とともに、酸化
アルミニウムあるいは酸化珪素あるいは両者の化合物酸
化物たとえばムライト等が付着されていればより好まし
いものである。また、酸素センサ素子の検知部を加熱す
る手段をそなえていれば好ましいものである。
In addition, in the oxygen sensor of the present invention, aluminum oxide, silicon oxide, or a compound of both may be present on the surface of the protective layer of the oxygen sensor or in the internal pores together with oxides of Mg, Ca, Sr, and Ba. It is more preferable if an oxide such as mullite is attached. Further, it is preferable that the oxygen sensor element has a means for heating the detection part of the oxygen sensor element.

またかかる酸素センサは、円筒状に巻くか又は平板状に
複数枚重ねることによって囲まれる基準ガスが存在する
空隙に露呈される基準電極と該板状固体電解質に接して
設けられ多孔質保護層を介して被測定ガスに露呈される
測定電極とにより構成される酸素センサであって、少な
くとも該測定電極と該多孔質保護層とが同時焼成されて
いて、少なくとも該多孔質保護層内の気孔に!Jg、 
Ca、 Sr。
In addition, such an oxygen sensor includes a reference electrode that is exposed to a gap in which a reference gas is surrounded by winding it into a cylindrical shape or stacking a plurality of layers in a flat plate shape, and a porous protective layer that is provided in contact with the plate-shaped solid electrolyte. and a measurement electrode exposed to a gas to be measured through the oxygen sensor, wherein at least the measurement electrode and the porous protective layer are co-fired, and at least the pores in the porous protective layer are ! Jg,
Ca, Sr.

Baのうちの少なくとも1つの成分を含む粒子が存在す
るものが好ましい。
Preferably, particles containing at least one component of Ba are present.

またかかる酸素センサ素子は、Mg、 Ca、 Sr、
 Ba化合物あるいは酸化物の溶液、懸濁液またはペー
ストを前記保護層に塗布あるいは含浸した後、加熱処理
することにより、各々の酸化物とすることにより製造す
ることができる。他の酸化物は同様の方法で同時に付与
するかあるいは前もって付与しておくことが好ましい。
Moreover, such an oxygen sensor element contains Mg, Ca, Sr,
It can be manufactured by coating or impregnating the protective layer with a solution, suspension, or paste of a Ba compound or oxide, and then heat-treating it to form each oxide. It is preferable that other oxides be applied simultaneously by a similar method or in advance.

また酸素センサ素子にMg、 Ca、 Sr、 Baを
化学的あるいは物理的方法で保護層表面あるいは内部に
付与した後、加熱して各々の酸化物とすることで製造し
ても良い。
Alternatively, the oxygen sensor element may be manufactured by applying Mg, Ca, Sr, or Ba to the surface or inside of the protective layer by a chemical or physical method, and then heating to form the respective oxides.

なお前記製造方法において、保護層への溶液等の付与は
エアースプレーガンを使用すること、およびディッピン
グする方法等適宜選択することが可能である。
In the above manufacturing method, the solution and the like can be applied to the protective layer by using an air spray gun, by dipping, etc. as appropriate.

(作 用) 酸素センサを構成する酸素センサ素子本体(基体)を形
成する酸素イオン伝導性の固体電解質材料としては、公
知の各種のものを挙げることが出来るが、本発明では、
特にジルコニアに所定の安定化剤、例えばイツ) IJ
ア(Y2O2)、カルシア(Cab)マグネシア(Mg
O) 、イッテルビア(yb2o3)等を配合させた安
定化若しくは部分安定化ジルコニア材料が好適に用いら
れる。なお、このような固体電解質材料には、公知の如
く、所定の焼結助剤、例えばカオリン等の粘土や5in
2. Al2O3,Fe2O3を配合することもできる
(Function) As the oxygen ion conductive solid electrolyte material forming the oxygen sensor element body (substrate) constituting the oxygen sensor, various known materials can be mentioned, but in the present invention,
In particular, zirconia has certain stabilizers, e.g. IJ
A (Y2O2), Calcia (Cab), Magnesia (Mg
A stabilized or partially stabilized zirconia material containing O), ytterbia (yb2o3), etc. is preferably used. In addition, as is well known, such a solid electrolyte material may contain a predetermined sintering aid, such as clay such as kaolin or 5in.
2. Al2O3 and Fe2O3 can also be blended.

そして、これら固体電解質材料のなかから選択された材
料を用いて、所定形状の酸素センサ素子の素子本体を与
える成形体を形成するには、従来から採用されているラ
バープレス法のような加圧成形法が採用され、それによ
って酸素センサ素子の主体となる有底円筒状等の形状の
素子本体(基体)を与える成形体が成形されることとな
る。
Using a material selected from these solid electrolyte materials, a pressurizing method such as the conventional rubber press method is used to form a molded body that provides the element body of the oxygen sensor element in a predetermined shape. A molding method is employed, whereby a molded body that provides an element body (substrate) having a shape such as a cylinder with a bottom, which is the main body of the oxygen sensor element, is molded.

また、他の方法としては、これら固体電解質材料に対し
て5wt%〜2Qwt%のバインダーと、溶剤等を加え
スラリー状として、ドクターブレード等によりテープ状
に成形した後、このテープを積層接着して板状酸素セン
サ素子の基体が成形されることとなる。
Another method is to add 5wt% to 2Qwt% of binder and a solvent to these solid electrolyte materials to form a slurry, form it into a tape using a doctor blade, etc., and then layer and bond the tape. The base body of the plate-shaped oxygen sensor element will be molded.

そして、これら成形体を焼成して緻密な磁器とした後、
電極、保護コーティングを付与するか成形体上に焼成に
より電極層となる電極材料を付与し、さらに保護層を該
電極材料上に付与して一体焼成される等の公知の方法に
より酸素センサ素子とされる。
After firing these molded bodies to make dense porcelain,
The oxygen sensor element is formed by a known method such as applying an electrode and a protective coating or applying an electrode material to become an electrode layer by firing on the molded body, and then applying a protective layer on the electrode material and integrally firing it. be done.

電極材料としては、白金、ロジウム、パラジウム等の白
金族系触媒金属、あるいは金、銀等の合金、あるいはセ
ラミック粒子(一般に酸素イオン導電性固体電解質が使
用される)と前記耐熱金属との混合層(サーメット)等
が使用される。
The electrode material may be a platinum group catalyst metal such as platinum, rhodium, or palladium, or an alloy of gold or silver, or a mixed layer of ceramic particles (generally an oxygen ion conductive solid electrolyte is used) and the above heat-resistant metal. (cermet) etc. are used.

保護層としてはセラミックのプラズマ溶射層があり、ア
ルミナ、スピネル等が一般に使用される。
As the protective layer, there is a ceramic plasma sprayed layer, and alumina, spinel, etc. are generally used.

また一体焼成するような方法では、アルミナの印刷層、
あるいは固体電解質のポーラステープの接着層を使用す
ることもできる。この場合保護層となるポーラステープ
の成形法としては、前記した固体電解質材料の基体と同
様なドクターブレード法等で良いが、焼成後ポーラス体
となる様に、有機物、炭素等の加熱により消失する物を
保護層を構成するジルコニア、アルミナ等に対して10
〜40wt%に添加した混合物を用いることになり、焼
成後O11〜1μm程度(水銀圧入法による)の気孔を
全気孔に対して40%以上含んだものが電極の耐久性と
応答性の両立にとって望ましい。保護層の厚みは10μ
m〜l mmで良いが厚くなると保護層内のガス透過性
が悪化しセンサの応答性も悪化する為厚くなるに従って
5%〜60%の範囲で適宜気孔2率の調整を行うことが
望ましい。又保護層は単一層である必要は無く例えば電
極側から表面に向けて気孔率が増大する様に複数の保護
層とすれば保護層の目詰まり防止効果が高くなる。又、
特に、保護層にセラミックのグリーンシートを用い基板
の固体電解買上に設けられた測定電極と同時に焼成して
形成した多孔質保護層はプラズマ溶射法によって形成さ
れた多孔質保護層に比べてより効率良<MgO等の析出
物を担持てきるため、シリコン被毒防止効果が一層優れ
たものとなる。その理由は、プラズマ溶射法によって形
成される多孔質層内の気孔は比較的小さいので、MgO
等の析出物を担持させると目詰まりし易いために小量し
か担持てきないのに対して、セラミックグリ−シートを
用いた多孔質保護層は、加熱により消失する有機物、炭
素等を混合して形成されるため多孔質層内の気孔を比較
的大きく保つことができ、MgO等の析出物を多く担持
させることができるためである。
In addition, in the method of integral firing, the printed layer of alumina,
Alternatively, an adhesive layer of porous tape of solid electrolyte may be used. In this case, the method for forming the porous tape that will become the protective layer may be the same doctor blade method as used for the solid electrolyte material base described above, but the organic matter, carbon, etc. will disappear by heating so that it becomes a porous body after firing. 10 for zirconia, alumina, etc. that make up the protective layer
In order to achieve both durability and responsiveness of the electrode, a mixture containing 40% or more of pores of about 11 to 1 μm (by mercury intrusion method) based on the total pores after firing is used. desirable. The thickness of the protective layer is 10μ
A thickness of ml to 1 mm is sufficient, but as the thickness increases, the gas permeability within the protective layer deteriorates and the responsiveness of the sensor deteriorates, so it is desirable to adjust the porosity ratio appropriately within the range of 5% to 60% as the thickness increases. The protective layer does not need to be a single layer; for example, if a plurality of protective layers are used so that the porosity increases from the electrode side toward the surface, the clogging prevention effect of the protective layer will be enhanced. or,
In particular, the porous protective layer formed by using a ceramic green sheet as the protective layer and firing it at the same time as the measurement electrode installed on the solid electrolytic substrate of the substrate is more efficient than the porous protective layer formed by plasma spraying. Since it can support precipitates such as MgO, the silicon poisoning prevention effect becomes even more excellent. The reason is that the pores in the porous layer formed by plasma spraying are relatively small, so MgO
On the other hand, a porous protective layer using ceramic green sheets is a mixture of organic matter, carbon, etc. that disappears when heated, and can only be supported in small amounts because they tend to clog. This is because the pores in the porous layer can be kept relatively large and a large amount of precipitates such as MgO can be supported.

そして、これら保護層は、プラズマ溶射法であれ一体焼
成であっても、保護層材料の溶融温度以上の温度あるい
は焼結温度の如く比較的高い温度にさらされ、その保護
層外表面および層内気孔(被測定ガスが透過する)表面
はいたって活性の低い、すなわちガス吸着能等のない安
定な表面となっている。
Whether by plasma spraying or integral firing, these protective layers are exposed to a relatively high temperature such as the melting temperature of the protective layer material or the sintering temperature, and the outer surface of the protective layer and the inside of the layer are The surface of the pores (through which the gas to be measured permeates) has very low activity, that is, it is a stable surface with no gas adsorption ability.

従ってガス状の物質は、吸着されることなくスムーズに
電極表面および電極と酸素イオン導電性磁器との界面(
三相界面)へ到達することとなり、酸素センサは被測定
ガスの0□分圧に応じた出力を示すこととなる。又一方
、たとえば自動車エンジンから排出される異物質、エン
ジンオイルの燃えかす、ガソリン中に含まれるPb等の
うち比較的大きな酸化物の形態の粒子として酸素センサ
素子表面に飛来したものは、前記保護層表面およびその
気孔内の一部に堆積することとなるが、保護層の気孔率
気孔径分布を適正に調節してやることで目づまり等によ
る応答性劣化を伴うことなくまた電極の被毒も防止され
ることとなる。
Therefore, gaseous substances can be smoothly transferred to the electrode surface and the interface between the electrode and the oxygen ion conductive porcelain (
(three-phase interface), and the oxygen sensor will show an output according to the 0□ partial pressure of the gas to be measured. On the other hand, foreign substances emitted from automobile engines, combustion residue of engine oil, Pb contained in gasoline, etc., which fly to the surface of the oxygen sensor element as relatively large particles in the form of oxides, are Although it will deposit on the layer surface and some of its pores, by appropriately adjusting the porosity and pore size distribution of the protective layer, there will be no response deterioration due to clogging, etc., and electrode poisoning will also be prevented. It will be done.

しかしながら、粗悪燃料等に含まれる有機シリコンはエ
ンジンのシリンダー中で燃焼あるいは分解して、ガス状
のシリコン化合物および粒状の化合物ないしシリカ(S
102)粒子として酸素センサ素子保護層表面へ飛来し
て、その表面への堆積と同時に、そのガスは保護層を透
過して電極表面および三相界面に付着し、電極を被毒さ
せることとなる。
However, the organic silicon contained in inferior fuel etc. burns or decomposes in the cylinder of the engine, producing gaseous silicon compounds and granular compounds or silica (S).
102) At the same time that the gas flies to the surface of the oxygen sensor element protective layer as particles and is deposited on the surface, the gas passes through the protective layer and adheres to the electrode surface and three-phase interface, poisoning the electrode. .

本発明者の観察および実験結果によれば、特にシリコン
化合物の場合保護層へのシリコン系粒子の比較的微量な
堆積状態(目づまりによる応答劣化等はありえない)に
おいてさえも、センサ特性が不良となるため、その原因
は電極の被毒であることが推定されシリコン被毒は特に
問題であった。
According to the inventor's observations and experimental results, especially in the case of silicon compounds, the sensor characteristics are poor even when a relatively small amount of silicon-based particles are deposited on the protective layer (response deterioration due to clogging is unlikely). Therefore, it was assumed that the cause was poisoning of the electrode, and silicon poisoning was a particular problem.

本願発明は、最も好ましい態様として保護層表面または
気孔中に主としてマグネシアからなる活性な粒子を付与
することにより、このガス状又は超微粒状シリコン化合
物による酸素センサ特性劣化を特に効果的に防止するも
のである。
In the most preferred embodiment, the present invention particularly effectively prevents deterioration of oxygen sensor characteristics caused by gaseous or ultrafine silicon compounds by providing active particles mainly made of magnesia on the surface of the protective layer or in the pores. It is.

保護層内のマグネシアが有効である理由は、活性なシリ
コン(シリコン化合物中の)をその表面にとらえ、マグ
ネシア(MgO)中の酸素によりシリコンを安定なシリ
カ(S10□)とし、さらにマグネシアとシリカの化合
物としてしまい、シリコンが磁器表面、電極表面あるい
は電極と磁器との界面にまで到達するのを防止するため
であると考えられる。
The reason why magnesia in the protective layer is effective is that it captures active silicon (in a silicon compound) on its surface, converts silicon into stable silica (S10□) with oxygen in magnesia (MgO), and further binds magnesia and silica. This is thought to be to prevent silicon from reaching the porcelain surface, the electrode surface, or the interface between the electrode and the porcelain.

従って、マグネシア表面を活性の高い付着状態とするた
め、その好ましい付着方法、形態が存在する。以下にそ
の状態を説明する。
Therefore, in order to bring the magnesia surface into a highly active adhesion state, there are preferable adhesion methods and forms. The state will be explained below.

■保護層外表面上に層状に付着した状態(第6図)マグ
ネシアの粉末を用意し、水または有機溶媒中にバインダ
ーとともに分散し、エアガンによるスプレー、素子のデ
ィッピング、筆ぬり、印刷等で固体電解質23表面の電
極24を保護する保護層22の所定部分に付着した後、
乾燥し、焼成してマグネシアを主体とする層を形成する
■Layered state attached to the outer surface of the protective layer (Figure 6) Magnesia powder is prepared, dispersed with a binder in water or an organic solvent, and solidified by spraying with an air gun, dipping the device, brush painting, printing, etc. After adhering to a predetermined portion of the protective layer 22 that protects the electrode 24 on the surface of the electrolyte 23,
It is dried and fired to form a layer mainly composed of magnesia.

マグネシア粉末のかわりに炭酸マグネシウム(MgCO
s) 、水酸化マグネシウム等の粉末を使用してもよい
。これらはたとえば水に対してわずかに溶解するため、
保護層22に対する付着性が良好となる。マグネシア粉
末は溶融マグネシアなどの粗粒を粉砕し、微細粒とすれ
ば活性な表面が得られ好ましい。
Magnesium carbonate (MgCO) instead of magnesia powder
s) Powders such as magnesium hydroxide may be used. For example, these are slightly soluble in water, so
Adhesion to the protective layer 22 is improved. For magnesia powder, it is preferable to grind coarse particles such as molten magnesia to form fine particles because an active surface can be obtained.

マグネシアの層21は保護層22と比較し、酸素センサ
の応答性を考えれば著しくガス透過性の良い状態で付着
されることが好ましい。このためにはマグネシアの付着
剤として、たとえばアルミナゾノペシリカゾル等を混合
することができる。
Compared to the protective layer 22, the magnesia layer 21 is preferably deposited with significantly better gas permeability in view of the responsiveness of the oxygen sensor. For this purpose, as an adhesive for magnesia, for example, alumina zonopesilica sol or the like can be mixed.

また微細なマグネシアであれば、その凝集作用を利用し
て層状にしておいても良い。ガス透過性が著しく良好と
なると同時に、排気ガス中に含まれる他の付着量づまり
成分をとらえた表面から順番に層がはげおちていくこと
により、目づまり防止の効果もある。
Further, if the magnesia is fine, it may be formed into a layer by utilizing its agglomeration effect. In addition to significantly improving gas permeability, the layer also peels off from the surface that captures other adhesion-clogging components contained in the exhaust gas, thereby preventing clogging.

マグネ27層の厚さは10μm以上300μm以下が良
好である。また、焼付温度は1500℃以下好ましくは
1000℃以下である。1500℃以上の熱を加えると
、マグネシアの活性度が低下する傾向があり、1000
℃以下であれば活性度にほとんど変化がない。
The thickness of the Magne 27 layer is preferably 10 μm or more and 300 μm or less. Further, the baking temperature is 1500°C or less, preferably 1000°C or less. When heat is applied above 1500℃, the activity of magnesia tends to decrease,
If the temperature is below ℃, there is almost no change in activity.

素子成形体、電極、保護層が一体焼成されるようなセン
サ素子の場合は、このマグネシア層も一体焼成すれば良
好な付着強度を得ることができる。
In the case of a sensor element in which the element molded body, electrode, and protective layer are integrally fired, good adhesion strength can be obtained if this magnesia layer is also integrally fired.

金属マグネシウムを保護層外表面に蒸着、あるいはスパ
ッタ後酸化してマグネシアとする方法もあり、これをく
りかえせば所定の厚さを得ることができる。またマグネ
シア層性磁器する層21の上に再度保護層22を形成し
更にマグネシア層を形成するという操作を繰り返してマ
グネシア層保護層のサンドイッチ状の積層構造としても
良い。
There is also a method of vapor depositing metallic magnesium on the outer surface of the protective layer, or oxidizing it after sputtering to form magnesia, and by repeating this process, a predetermined thickness can be obtained. Alternatively, the operation of forming the protective layer 22 again on the magnesia layered porcelain layer 21 and then forming another magnesia layer may be repeated to obtain a sandwich-like laminated structure of magnesia protective layers.

■保護層表面および気孔内へ付着した状態(第7図) 塩化マグネシウム溶液、水酸化マグネシウムの塩酸水溶
液等の水溶液、あるいは有機溶剤溶液を保護層22中に
含浸した後500〜600℃の各々のマグネシウム塩が
分解する温度以上に加熱して、微細かつ活性なMgO粒
子25を付着させることができる。この場合は比較的少
量であっても十分な効果を示す。又、水溶性のマグネシ
ウム塩を一旦不溶性のマグネシウム塩として保護層内に
析出させた後、所定の分解温度以上に加熱してMgO粒
子としても良い。いずれの場合であっても、析出するM
gO粒子の比表面積が大きくなるほどシリコン被毒防止
効果も優れたものとなるため、0.1Atm以下の微粒
なM g o粒子を多数存在させることが望ましい。
■ State of adhesion to the surface of the protective layer and inside the pores (Fig. 7) After impregnating the protective layer 22 with an aqueous solution such as a magnesium chloride solution, an aqueous hydrochloric acid solution of magnesium hydroxide, or an organic solvent solution, each Fine and active MgO particles 25 can be attached by heating above the temperature at which the magnesium salt decomposes. In this case, even a relatively small amount shows sufficient effects. Alternatively, a water-soluble magnesium salt may be precipitated in the protective layer as an insoluble magnesium salt, and then heated to a predetermined decomposition temperature or higher to form MgO particles. In either case, the precipitated M
The larger the specific surface area of the gO particles, the better the effect of preventing silicon poisoning, so it is desirable to have a large number of fine Mgo particles of 0.1 Atm or less.

あらかじめ保護層22内にたとえばアルミニウム塩の溶
液を含浸加熱して、アルミナ粒子26を付着後、上記の
方法でマグネシアを付着すればより一層良好な効果を示
す。アルミナ粒子26に変えてたとえばシリカ、スピネ
ル、ジルコニア等の粒子も使用できる。
If the protective layer 22 is impregnated with, for example, an aluminum salt solution and heated in advance to adhere the alumina particles 26, and then magnesia is applied by the above method, an even better effect will be obtained. Instead of the alumina particles 26, particles of silica, spinel, zirconia, etc. can also be used.

保護層22の厚さは50μm以上あることが好ましい。The thickness of the protective layer 22 is preferably 50 μm or more.

また保護層22の気孔率が測定電極に近いほうが小さく
、遠い方が大きいコーティングとすればマグネシアの効
果はいっそう良好となる。マグネシアの保護層に対する
付着あるいは担持重量の割合は、0.05%〜60%が
良く、より好ましくは0.5%〜20%である。公知の
酸素センサであれば素子1本あたり0.1〜200 m
gの付着量に相当する量である。
Furthermore, if the protective layer 22 is coated with a smaller porosity closer to the measurement electrode and larger closer to the measurement electrode, the effect of magnesia will be even better. The weight ratio of magnesia attached or supported on the protective layer is preferably 0.05% to 60%, more preferably 0.5% to 20%. If it is a known oxygen sensor, it is 0.1 to 200 m per element.
This amount corresponds to the adhesion amount of g.

又担持量を調整する為には溶液濃度を変化させても良い
し同一濃度の溶液を使って複数回含浸と焼付をくり返し
ても良い。又マグネシアは、必ずしも保護層内に均一に
分散される必要は無く測定極側から表面へ向かってマグ
ネシアの担持量に勾配があってもかまわない。この場合
表面へ向かって担持量が多くなれば耐被毒性で有効であ
り、逆に少な(なれば目詰まりに対して有効である。
In order to adjust the amount of support, the concentration of the solution may be varied, or the impregnation and baking may be repeated multiple times using solutions of the same concentration. Furthermore, magnesia does not necessarily need to be uniformly dispersed within the protective layer, and the amount of magnesia supported may have a gradient from the measurement electrode side to the surface. In this case, if the amount of support increases toward the surface, it is effective against poisoning, and conversely, if the amount of support increases toward the surface, it is effective against clogging.

保護層をグリーンシート積層法によって設ける場合は、
グリーンシート成形時に、マグネシアあるいは焼成後マ
グネシアに変化するマグネシウム化合物を保護層を構成
するセラミック等と共に混合することによって、保護層
内にマグネシアを設けることもできる。この場合全ての
マグネシアが多孔質の気孔に露出しないので前記した焼
成後に溶液等によって7グネシアを担持させる場合に比
較して多量のマグネシアが必要となる。
When the protective layer is provided by the green sheet lamination method,
Magnesia can also be provided in the protective layer by mixing magnesia or a magnesium compound that changes to magnesia after firing with the ceramic forming the protective layer during green sheet molding. In this case, since not all of the magnesia is exposed to the porous pores, a larger amount of magnesia is required than in the case where 7 gnesia is supported by a solution or the like after firing as described above.

■アルミナコート層中へ分散付着した状態(第8図) 保護層22の表面へ多孔質アルミナによるセラミック粒
子層27を付着してマグネシア粒子25を担持しても良
い。アルミナ層27としては比較的粗粒かつ多孔性のT
−アルミナを使用すればより良好である。またアルミナ
に変えて他の安定なセラミック粒子たとえばジルコニア
、スピネル、シリカ等であってもよい。
(2) State where magnesia particles 25 are dispersed and attached to the alumina coat layer (FIG. 8) A ceramic particle layer 27 made of porous alumina may be attached to the surface of the protective layer 22 to support the magnesia particles 25. The alumina layer 27 is made of relatively coarse grained and porous T.
- It is better to use alumina. Further, instead of alumina, other stable ceramic particles such as zirconia, spinel, silica, etc. may be used.

■pt族金属触媒を付着した状態(第9図)保護層22
内に触媒層28が形成された状態では、その外表面へマ
グネシアを主体とした層21を付着させることで、触媒
層28の耐久性が向上する。
■Protective layer 22 with pt group metal catalyst attached (Fig. 9)
In a state where the catalyst layer 28 is formed inside, the durability of the catalyst layer 28 is improved by attaching the layer 21 mainly made of magnesia to the outer surface thereof.

マグネシア層21内に触媒金属28を付着することも可
能であり、この場合には、マグネシアのシリコン吸着能
を向上でき、より一層の効果がある。
It is also possible to attach the catalyst metal 28 within the magnesia layer 21, and in this case, the silicon adsorption ability of magnesia can be improved, resulting in an even more effective effect.

■ヒーター付酸素センサとした状態 マグネシアの効果を高めるためには、センサ表面温度を
やや高めに保ったほうが良い。従って加熱ヒーター付セ
ンサーとすることが好ましい。
■Condition of oxygen sensor with heater In order to enhance the effect of magnesia, it is better to keep the sensor surface temperature a little higher. Therefore, it is preferable to use a sensor with a heater.

また、ヒーター付酸素センサーの場合は、使用途中に一
時的にヒーター人力をあげまたは排気ガスの時はその排
気温度の高い時を利用して、素子温度を850℃以上好
ましくは900℃以上で5分〜30分保つことで、シリ
コンによるセンサ特性劣化の回復ができる。シリコン成
分が多量に飛来し、マグネシア層の効果のみではセンサ
特性の劣化が防止できない時に有効である。
In addition, in the case of an oxygen sensor with a heater, temporarily increase the power of the heater during use, or in the case of exhaust gas, take advantage of the high exhaust temperature to raise the element temperature to 850°C or higher, preferably 900°C or higher. By keeping it for 30 minutes to 30 minutes, the deterioration of sensor characteristics caused by silicon can be recovered. This is effective when a large amount of silicon components fly in and the effect of the magnesia layer alone cannot prevent deterioration of sensor characteristics.

電極表面に付着したシリコン化合物が、加熱により、安
定なシリカ(Si20)になること、あるいはシリコン
化合物が焼結等をしてその表面活性が低下することなど
により、センサ特性が回復するものと考えられる。最も
好ましい態様としてMg酸化物について詳述したがCa
、 Sr、 Baの各々の酸化物の付与あるいは複数種
の酸化物の関与もMg酸化物の場合と同様にして実施で
きることは言うまでもないことである。
It is thought that the sensor characteristics are restored by the silicon compound attached to the electrode surface turning into stable silica (Si20) by heating, or by sintering the silicon compound and reducing its surface activity. It will be done. Although Mg oxide has been described in detail as the most preferred embodiment, Ca
It goes without saying that the provision of oxides of , Sr, and Ba, or the involvement of a plurality of oxides, can be carried out in the same manner as in the case of Mg oxide.

(実施例) 第1図〜第3図(a)、 Q))はそれぞれ本発明の酸
素センサ素子の素子本体の一例を示す図である。先ず、
例えば94モル%のジルコニアと6モル%のイツ) I
Jアとからなる固体電解質原料に対して、焼結助剤とし
て粘土を少量加え、よく混合した後、1000℃×3時
間の仮焼をおこなった。そして、この得られた仮焼物を
ボールミルを用いて20時時間式粉砕し、次いで得られ
たスラリーにバインダーとしてポリビニルアルコールを
1重量%(対固形分)の割合において加えた後、スプレ
ードライヤーにて造粒することにより、50μm程度の
粒径の固体電解質材料粉末(造粒粉)を製造した。
(Example) FIGS. 1 to 3(a) and Q) are diagrams each showing an example of an element main body of an oxygen sensor element of the present invention. First of all,
For example, 94 mol% zirconia and 6 mol% zirconia) I
A small amount of clay was added as a sintering aid to the solid electrolyte raw material consisting of JA, and after thorough mixing, calcining was performed at 1000° C. for 3 hours. The obtained calcined product was milled for 20 hours using a ball mill, and then polyvinyl alcohol was added as a binder at a ratio of 1% by weight (based on solid content) to the resulting slurry, and then a spray dryer was used to mill the calcined product. By granulating, solid electrolyte material powder (granulated powder) having a particle size of about 50 μm was produced.

次いで、得られた固体電解質材料の造粒粉を用いてラバ
ープレス成形を行い、有底円筒体と板状シートを作製し
た。有底円筒体1は焼成後所定部分に基準電極2、測定
電極3および保護層4を設けて有底円筒状の酸素センサ
素子本体5を作製するとともに、板状シートは焼成前に
電極2.3および保護層6.7を設けて積層した後、一
体焼成して板状の酸素センサ素子本体10を作製した。
Next, rubber press molding was performed using the obtained granulated powder of the solid electrolyte material to produce a bottomed cylindrical body and a plate-like sheet. After firing, the bottomed cylindrical body 1 is provided with a reference electrode 2, a measurement electrode 3, and a protective layer 4 at predetermined portions to produce a bottomed cylindrical oxygen sensor element main body 5, and the plate-like sheet is provided with electrodes 2. 3 and a protective layer 6.7 were provided and laminated, and then integrally fired to produce a plate-shaped oxygen sensor element main body 10.

すなわち、第2図に第1図に示す有底円筒体状の酸素セ
ンサ素子5の検知部を拡大して示すように、酸素イオン
導電性固体電解質からなる有底円筒体1を介して、基準
ガス側に基準電極2として白金多孔質層があり、被測定
ガス側に測定電極3として同じく白金多孔質層が付与さ
れている。そして、測定電極3はその保護のために多孔
質の保護層4でおおわれている。多孔質保護層4はスピ
ネルの粉末をAr/N2溶射ガスを使用してプラズマ溶
射した。その厚さ及び気孔率、気孔径はスピネル粉末粒
度、溶射パワー等により調整した。
That is, as shown in FIG. 2 as an enlarged view of the detection part of the bottomed cylindrical oxygen sensor element 5 shown in FIG. A porous platinum layer is provided as a reference electrode 2 on the gas side, and a porous platinum layer is provided as a measurement electrode 3 on the gas side to be measured. The measurement electrode 3 is covered with a porous protective layer 4 for protection. The porous protective layer 4 was formed by plasma spraying spinel powder using Ar/N2 thermal spray gas. The thickness, porosity, and pore diameter were adjusted by adjusting the spinel powder particle size, thermal spraying power, etc.

また、第3図(a)に板状酸素センサ素子10の外観を
示し、第3図(b)にその検知部のA−A’断面を示す
ように、測定電極3は多孔質セラミック印刷層からなる
下側多孔質保護層6および多孔質セラミックテープ成形
体を接着後一体焼成した上側多孔質保護層7で二重に被
覆保護されている。本実施例では、下側保護層6は上側
保護層7よりも密であり、被測定ガスの透過性が小さく
なっている。
Further, as shown in FIG. 3(a) showing the external appearance of the plate-shaped oxygen sensor element 10, and FIG. 3(b) showing the AA' cross section of the detection part, the measuring electrode 3 is made of a porous ceramic printed layer. It is doubly covered and protected by a lower porous protective layer 6 consisting of a porous ceramic tape molded body and an upper porous protective layer 7 formed by bonding and integrally firing the porous ceramic tape molded body. In this embodiment, the lower protective layer 6 is denser than the upper protective layer 7, and has lower permeability to the gas to be measured.

また、ヒーター発熱部8が絶縁層9を介して板状センサ
素子本体10中に一体に組み込まれている。
Furthermore, a heater heat generating section 8 is integrated into the plate-shaped sensor element main body 10 via an insulating layer 9.

次に、第4図を用いて有底円筒状の酸素センサ素子を利
用した酸素センサの組立構造について説明する。板状酸
素センサ素子の例については、例えば特開昭60−15
0450号公報において開示されたものが使用できるた
め、その説明を省略する。
Next, an assembly structure of an oxygen sensor using a bottomed cylindrical oxygen sensor element will be described with reference to FIG. For examples of plate-shaped oxygen sensor elements, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-15
Since the one disclosed in Publication No. 0450 can be used, its explanation will be omitted.

第4図において、有底円筒状の酸素センサ素子本体5は
排気ガス管(図示せず)内を通る排気ガス(図示せず)
に対して、その筒内が気密に@離されるように、ハウジ
ング11内にタルクからなる封止剤12、金属製ワッシ
ャ13、および金属製リング14を用いて収納され、ま
た、かかる酸素センサ素子本体50筒内には加熱ヒータ
ー15が収納されている。そして、かかる酸素センサ素
子本体5の閉鎖端側の外周部には、排気ガスが酸素セン
サ素子検知部に直接に当たるのを防ぐための有底筒状の
金属カバー16が設けられ、その上端側がハウジング1
1の底面に固着されている。また、この金属カバー16
には、その側壁面において金属カバー16の内側に向か
ってルーパー17が切り起こされ、排気ガス導入口18
が形成されている。
In FIG. 4, the oxygen sensor element main body 5, which has a cylindrical shape with a bottom, is connected to an exhaust gas (not shown) passing through an exhaust gas pipe (not shown).
The oxygen sensor element is housed in a housing 11 using a sealant 12 made of talc, a metal washer 13, and a metal ring 14 so that the inside of the cylinder is airtightly separated from the oxygen sensor element. A heating heater 15 is housed within the cylinder of the main body 50. A bottomed cylindrical metal cover 16 is provided on the outer periphery of the closed end side of the oxygen sensor element main body 5 to prevent the exhaust gas from directly hitting the oxygen sensor element detection section, and the upper end thereof is attached to the housing. 1
It is fixed to the bottom of 1. In addition, this metal cover 16
, a looper 17 is cut out toward the inside of the metal cover 16 on the side wall surface thereof, and an exhaust gas inlet 18 is formed.
is formed.

また、第4図において酸素センサ素子本体5の筒内に挿
入、配置された加熱ヒーター15は、第5図に示される
ように、例えばアルミナ質よりなるセラミック19中に
リード線20a と例えばタングステンよりなる発熱線
20bを埋設して構成したセラミックヒータ−が使用で
きる。
The heating heater 15 inserted and arranged in the cylinder of the oxygen sensor element main body 5 in FIG. A ceramic heater constructed by embedding a heating wire 20b can be used.

実施例1 以下に示す■〜■の酸素センサ素子を作製して、それら
を酸素センサに組み立てて酸素センサ性能の耐久性を調
査した。
Example 1 Oxygen sensor elements (1) to (4) shown below were manufactured, assembled into an oxygen sensor, and the durability of the oxygen sensor performance was investigated.

■平均粒径0.7 μmのマグネシア粉末をバインダー
分散剤および有機溶剤を加えペースト状とし、第3図の
板状センサ素子の多孔質保護層上に印刷した後、120
 ℃で30分乾燥、気中で600℃1時間の焼付処理を
実施した。マグネシア層の厚さは平均30μmである。
■ Magnesia powder with an average particle size of 0.7 μm was made into a paste by adding a binder dispersant and an organic solvent, and after printing on the porous protective layer of the plate-shaped sensor element shown in Fig. 3,
It was dried at ℃ for 30 minutes and baked at 600℃ for 1 hour in the air. The thickness of the magnesia layer is 30 μm on average.

■平均粒径0.3 μmのマグネシア粉末をバインダー
を加えた水の中にゆっくりかきまぜながら分散させ、そ
の中に第1図のセンサ素子を測定電極が浸るまで入れた
後、引きあげ乾燥したこの模作を3回実施した。800
℃で30分気中で焼付けた。厚さは平均50μmである
■This replica was made by dispersing magnesia powder with an average particle size of 0.3 μm in water with a binder added while stirring slowly, and placing the sensor element shown in Figure 1 in the solution until the measurement electrode was submerged, then pulling it out and drying it. was carried out three times. 800
Baked in air at ℃ for 30 minutes. The average thickness is 50 μm.

■希塩酸水溶液中に水酸化マグネシウムを溶解し、室温
で飽和溶液を作成した。この溶液中に第3図の板状セン
サ素子の検知部を浸した後600℃で1時間気中で処理
して、マグネシアを保護層内気孔中および表面上に付着
した。
(2) Magnesium hydroxide was dissolved in a dilute aqueous hydrochloric acid solution to create a saturated solution at room temperature. The sensing portion of the plate-shaped sensor element shown in FIG. 3 was immersed in this solution, and then treated in air at 600° C. for 1 hour to deposit magnesia in the pores in the protective layer and on the surface.

■平均粒径3.7 μmの多孔質γアルミナ粉末にアル
ミナゾルと水を加えた後、その液中に第1図のセンサ素
子をひたした後、500℃で焼付けた。
(2) Alumina sol and water were added to porous γ-alumina powder with an average particle size of 3.7 μm, and the sensor element shown in FIG. 1 was immersed in the solution and baked at 500°C.

そしてこのセンサ素子を前記■で使用した溶液にひたし
た後、600℃で1時間気中焼付をおこなった。
This sensor element was immersed in the solution used in (1) above, and then baked in the air at 600°C for 1 hour.

■第3図の板状センサ素子の検知部コーティング上にア
ルミナに白金およびロジウムを10 : 1 :0.1
の重量比で付与した触媒付アルミナ多孔層を10μm形
成した。
■ Platinum and rhodium are added to alumina on the detection part coating of the plate-shaped sensor element shown in Figure 3 in a ratio of 10:1:0.1.
A catalyzed alumina porous layer with a thickness of 10 μm was formed at a weight ratio of 10 μm.

さらに、平均粒径3μmのマグネシア粉末にアルミナゾ
ルを全体の5wt%となるように加えた懸濁液を作成し
た。この懸濁液中に前記板状センサ素子をひたし、厚さ
25μmのマグネシア層を形成した。
Further, a suspension was prepared by adding alumina sol to magnesia powder having an average particle size of 3 μm so that the amount was 5 wt % of the total. The plate-shaped sensor element was immersed in this suspension to form a magnesia layer with a thickness of 25 μm.

■■の条件で厚さ150μmのマグネシア層を形成した
A magnesia layer with a thickness of 150 μm was formed under the conditions of ■■.

■■の条件で粒径1,3 μmのシリカ粉末をマグネシ
アに対し12wt%添加した。
Silica powder with a particle size of 1.3 μm was added at 12 wt % to magnesia under the conditions of ■■.

前記のとおり酸素センサ素子■〜■を作製し、エンジン
ベンチを使用して、耐久試験を実施した。
Oxygen sensor elements (1) to (2) were prepared as described above, and a durability test was conducted using an engine bench.

耐久試験には、4気筒1.51EGI付ガソリンエンジ
ンを使用し、排気ガス温度が400℃〜700℃の間を
30分サイクルで変化する運転条件を選定した。
For the durability test, a four-cylinder gasoline engine with 1.51 EGI was used, and operating conditions were selected in which the exhaust gas temperature varied between 400°C and 700°C in a 30-minute cycle.

ガソリン中には81分として1β当たり0.03gを含
有するよう、有機シリコン(B、 P、約80℃)を添
加した。耐久前、10時間耐久後でλ特性および応答時
間(TRL)を測定した。
Organic silicones (B, P, about 80°C) were added to the gasoline so that the content was 0.03 g per 1β at 81 minutes. The λ characteristics and response time (TRL) were measured before durability and after 10 hours of durability.

λ特性は前記エンジンの排気ガスのλ値を外部からの信
号により0.95から1.05まで変化させセンサ出力
が0.4Vになった時のλの値を測定した。
The λ characteristic was determined by changing the λ value of the engine exhaust gas from 0.95 to 1.05 using an external signal, and measuring the λ value when the sensor output reached 0.4V.

排気ガスのλ値はガス分析計により求めている。The λ value of exhaust gas is determined using a gas analyzer.

また排気ガス温度は350℃±10℃でコントロールし
ている。
Additionally, the exhaust gas temperature is controlled at 350°C ± 10°C.

応答時間(TRL)は同じエンジンでλを0.95から
1.05まで変化させた時の出力が0.4Vとなるまで
の時間として求めた。そしてその結果をΔTRL(−T
RL耐久後−TRL耐久前)で表示する。
The response time (TRL) was determined as the time required for the output to reach 0.4V when λ was changed from 0.95 to 1.05 using the same engine. And the result is ΔTRL(-T
Displayed as (after RL durability - before TRL durability).

なお、サンプル数は各条件3個であり、試験N。The number of samples was 3 for each condition, test N.

1、 4. 6. 8. 9.11.13.15はヒー
ター加熱電圧をり、 C113V一定とするとともに、
No、2.5゜12はヒーター加熱電圧を第1表に表示
した各素子温度となるよう調節した。また、λ値、AT
R5の測定でヒーター加熱ありのものはすべて入力をり
、 C。
1, 4. 6. 8. On 9.11.13.15, the heater heating voltage was set to constant C113V, and
For No. 2.5°12, the heater heating voltage was adjusted so that each element temperature was as shown in Table 1. Also, the λ value, AT
For all R5 measurements that involve heater heating, input C.

13Vで測定した。さらに、素子温度はセンサ素子の耐
久中の最高温度であり、素子外表面を0.2mm直径の
素線のR熱電対により測定した。結果を第1表に示す。
Measured at 13V. Further, the element temperature was the maximum temperature of the sensor element during durability, and the outer surface of the element was measured using an R thermocouple with a wire having a diameter of 0.2 mm. The results are shown in Table 1.

第1表の結果から、本発明の酸素センサは、いずれも比
較例とくらべて良好な耐久性を示している。
From the results in Table 1, all the oxygen sensors of the present invention exhibit better durability than the comparative examples.

実施例2 Mg、 Ca、 Sr、 Baの各硝酸塩の飽和水溶液
中およびMgとCaの混合液中に、第3図の板状センサ
素子の検知部を浸した後、900℃で1時間大気中にて
処理して各々i、!gO,Cab、 SrO,BaOお
よび!AgO,CaO複合体を保護層および測定電極内
の空隙中ないし表面上に付着させた、5種類の素子を作
製し、第4図の如くに酸素センサとして組み立てた。
Example 2 After immersing the detection part of the plate-shaped sensor element shown in Fig. 3 in a saturated aqueous solution of each nitrate of Mg, Ca, Sr, and Ba and a mixed solution of Mg and Ca, it was exposed to air at 900°C for 1 hour. Each i,! gO, Cab, SrO, BaO and! Five types of devices were prepared in which AgO, CaO composites were adhered to the protective layer and the voids in the measuring electrodes or on the surface thereof, and assembled as oxygen sensors as shown in FIG. 4.

これら5種類と特別な処理をしていない比較センサの計
6種類の酸素センサをエンジンベンチを使用して耐久試
験を実施した。耐久試験には4気筒1.51EGI付ガ
ソリンエンジンを使用し、排ガス温度をほぼ500℃で
一定に保ち、ガソリン中にシリコン分として1βあたり
約0.02gを含有する様有機シリコンを添加して20
時間の耐久試験をした。
A total of six types of oxygen sensors, including these five types and a comparative sensor without any special treatment, were subjected to durability tests using an engine bench. For the durability test, a 4-cylinder gasoline engine with 1.51 EGI was used, the exhaust gas temperature was kept constant at approximately 500°C, and organic silicon was added to the gasoline so that the silicon content was approximately 0.02 g per 1 β.
I did a time durability test.

結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

λ特性、応答時間(TRいについて前実施例と同様にし
て測定した。
The λ characteristics and response time (TR) were measured in the same manner as in the previous example.

第2表より明らかな通り、Ca、 Sr、 Baの酸化
物およびこれらの複合体であっても比較例に比べて)A
gの酸化物と同様にシリコン被毒に対しても良好な結果
を示した。但しλ値の変化はMgの酸化物を付与したも
のが最も小さく、シリコン被毒に対して最も良好な結果
を示した。
As is clear from Table 2, even the oxides of Ca, Sr, and Ba and their composites have a higher
Similar to the oxide of g, it also showed good results against silicon poisoning. However, the change in λ value was the smallest in the case where Mg oxide was added, and showed the best results against silicon poisoning.

(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明かなように、本発明の
酸素センサおよびその製造方法によれば、保護層表面ま
たは気孔内にMg、Ca、Sr、 Baの酸化物の中の
少なくとも1種類を付着することにより、ガス状または
超微粒状のシリコン化合物による酸素センサの特性劣化
を防止できる。また、Mg、Ca。
(Effects of the Invention) As is clear from the above detailed explanation, according to the oxygen sensor and the manufacturing method thereof of the present invention, oxides of Mg, Ca, Sr, and Ba are present on the surface of the protective layer or in the pores. By attaching at least one type of silicon compound, deterioration of the characteristics of the oxygen sensor due to gaseous or ultrafine silicon compounds can be prevented. Also, Mg, Ca.

Sr、 Baの酸化物を保護層上ないし保護層中に添加
するという簡便な方法であるため、安価かつ生産が容易
である。
Since it is a simple method of adding oxides of Sr and Ba onto or into the protective layer, it is inexpensive and easy to produce.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の酸素センサに使用する酸素センサ素子
本体の一例を示す部分断面図、第2図は第1図に示す実
施例の部分を詳細に示す断面図、 第3図(a)、 (b)はそれぞれ本発明の酸素センサ
に使用する酸素サンサ素子本体の他の例を示す斜視図お
よび断面図、 第4図は本発明の酸素センサに使用する酸累すンサ素子
の一例の構成を示す断面図、 第5図は本発明で使用する加熱ヒーターの一例を示す部
分断面図、 第6図〜第9図はそれぞれ本発明におけるマグネシアの
付着状態を示す断面図である。 1・・・有底円筒体   2・・・基準電極3・・・測
定電極    4・・・保護層5・・・酸素センサ素子
本体 6・・・下側多孔質保護層 7・・・上側多孔質保護層 訃・・ヒーター発熱部 9・・・絶縁層     10・・・板状センサ素子本
体11・・・ハウジング   12・・・封止剤13・
・・金属製ワッシャー 14・・・金属製リング  15・・・加熱ヒーター1
6・・・1カバー    17・・・ルーバー18・・
・排気ガス導入口 19・・・セラミック   20a・・・リード線20
b・・・発熱線 21・・・マグネシアを主体とする層
FIG. 1 is a partial sectional view showing an example of the oxygen sensor element main body used in the oxygen sensor of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing details of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3(a) , (b) are respectively a perspective view and a sectional view showing another example of the oxygen sensor element main body used in the oxygen sensor of the present invention, and FIG. 4 is an example of the oxygen sensor element used in the oxygen sensor of the present invention. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of the heating heater used in the present invention, and FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views showing the adhesion state of magnesia in the present invention. 1... Bottomed cylindrical body 2... Reference electrode 3... Measuring electrode 4... Protective layer 5... Oxygen sensor element body 6... Lower porous protective layer 7... Upper porous Quality protective layer...Heater heating part 9...Insulating layer 10...Plate sensor element body 11...Housing 12...Sealant 13...
...Metal washer 14...Metal ring 15...Heating heater 1
6...1 cover 17...louver 18...
・Exhaust gas inlet 19...Ceramic 20a...Lead wire 20
b...Heating wire 21...Layer mainly composed of magnesia

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、酸素イオン導伝性固体電解質の隔壁と、該隔壁に接
して設けられた測定電極および基準電極と、該測定電極
上の保護層とからすくなくとも構成され、前記保護層表
面またはその気孔内にMg、Ca、Sr、Baの酸化物
の中の少なくとも1種類が付着したことを特徴とする酸
素センサ素子を使用した酸素センサ。 2、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化アルミニウムと
酸化珪素の化合物の三種の酸化物のいずれかと、Mg、
Ca、Sr、Baの酸化物の中の少なくとも1種類との
混合物が付着した請求項1記載の酸素センサ。 3、加熱用ヒータをそなえた請求項1記載の酸素センサ
。 4、Mg、Ca、Sr、Ba化合物あるいは酸化物の溶
液、懸濁液またはペーストを前記保護層に塗布あるいは
含浸した後、加熱処理することにより、Mg、Ca、S
r、Baの酸化物とすることを特徴とする請求項1また
は2記載の酸素センサの製造方法。 5、Mg、Ca、Sr、Baを化学的あるいは物理的方
法で保護層表面あるいは内部に付与した後、加熱処理す
ることにより各々の酸化物とする請求項1または2記載
の酸素センサの製造方法。 6、酸素イオン導伝性固体電解質と該固体電解質に接し
て設けられた測定電極および基準電極と該測定電極上の
保護層とから少なくとも構成される酸素センサの被毒防
止方法であって、 被測定ガス中に存在するシリコン化合物に よる測定電極の被毒を防止するために該保護層表面また
はその気孔内にMg、Ca、Sr、Baの酸化物の中の
少なくとも1種類を付着させる工程を含むことを特徴と
する酸素センサの被毒防止方法。 7、固体電解質とこれに接する基準電極と、該固体電解
質に接して設けられ多孔質保護層を介して被測定ガスに
露呈される測定電極とにより構成される酸素センサであ
って、 少なくとも該測定電極と該多孔質保護層と が同時に焼成されていて、少なくとも該多孔質保護層内
の気孔にMg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1つ
の成分を含む粒子が存在することを特徴とする酸素セン
サ。
[Scope of Claims] 1. Consisting of at least a partition wall of an oxygen ion conductive solid electrolyte, a measuring electrode and a reference electrode provided in contact with the partition wall, and a protective layer on the measuring electrode, and the protective layer An oxygen sensor using an oxygen sensor element characterized in that at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba oxides is attached to the surface or in the pores thereof. 2. Any of the three oxides of aluminum oxide, silicon oxide, and a compound of aluminum oxide and silicon oxide, Mg,
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein a mixture with at least one of Ca, Sr, and Ba oxides is attached. 3. The oxygen sensor according to claim 1, further comprising a heating heater. 4. After coating or impregnating the protective layer with a solution, suspension or paste of Mg, Ca, Sr, Ba compounds or oxides, Mg, Ca, Sr.
3. The method for manufacturing an oxygen sensor according to claim 1, wherein the oxygen sensor is an oxide of r, Ba. 5. The method for manufacturing an oxygen sensor according to claim 1 or 2, wherein Mg, Ca, Sr, and Ba are applied to the surface or inside of the protective layer by a chemical or physical method, and then heated to form each oxide. . 6. A method for preventing poisoning of an oxygen sensor comprising at least an oxygen ion conductive solid electrolyte, a measuring electrode and a reference electrode provided in contact with the solid electrolyte, and a protective layer on the measuring electrode, the method comprising: In order to prevent the measurement electrode from being poisoned by silicon compounds present in the measurement gas, the method includes a step of depositing at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba oxides on the surface of the protective layer or in its pores. A method for preventing poisoning of an oxygen sensor, characterized by: 7. An oxygen sensor composed of a solid electrolyte, a reference electrode in contact with the solid electrolyte, and a measurement electrode provided in contact with the solid electrolyte and exposed to a gas to be measured through a porous protective layer, the oxygen sensor comprising at least the measurement The electrode and the porous protective layer are fired at the same time, and particles containing at least one of Mg, Ca, Sr, and Ba are present in the pores of the porous protective layer. sensor.
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