JPH04166757A - Oxygen sensor element and manufacture thereof - Google Patents

Oxygen sensor element and manufacture thereof

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JPH04166757A
JPH04166757A JP2294405A JP29440590A JPH04166757A JP H04166757 A JPH04166757 A JP H04166757A JP 2294405 A JP2294405 A JP 2294405A JP 29440590 A JP29440590 A JP 29440590A JP H04166757 A JPH04166757 A JP H04166757A
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sensor element
oxygen sensor
zirconia
solid electrolyte
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Takayuki Kawae
孝行 川江
Kazuyoshi Shibata
和義 柴田
Kunihiko Nakagaki
邦彦 中垣
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Abstract

PURPOSE:To realize a sensor characterized by excellent low-temperature operability and response by providing a porous cermet electrode structure wherein zirconia particles having the particle diameters of 2mum or less are distributed as a measuring electrode which is exposed to gas to be measured. CONSTITUTION:Of a pair of electrodes, at least the measuring electrode 4 which is exposed to gas to be measured is made to be a specified porous cermet electrode. Namely, the measuring electrode 4 is made to be the porous cermet electrode wherein catalyst metal and ZrO2 are main component. In the porous electrode, the ZrO2 component is present as the zirconia particles which comprise monoclinic ZrO2 or partially stabilized zirconia and have the particle diameters of 2mum or less at the ratio of 5 - 60 weight parts per 100 weight parts of the catalyst metal. The zirconia particle is constituted of the partially stabilized zirconia wherein at least one kind of CaO, Y2O3 and Yb2O3 is added at the ratio of 4mol% or less.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、酸素センサ素子及びその製造方法に係り、特
に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素子の低温作動性及び応答
性を向上せしめる技術に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention relates to an oxygen sensor element and a method for manufacturing the same, and in particular to a low-temperature oxygen sensor element for measuring the amount of oxygen contained in exhaust gas from internal combustion engines, boilers, etc. This invention relates to technology that improves operability and responsiveness.

(背景技術) 従来から、酸素イオン伝導性のジルコニア磁器からなる
固体電解質体を用いて、例えば酸素濃淡電池の原理等に
より、自動車等の内燃機関や工業炉における燃焼装置等
から排出される被測定ガスとしての排気ガスの酸素濃度
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。
(Background technology) Solid electrolytes made of oxygen ion conductive zirconia porcelain have traditionally been used to measure objects discharged from internal combustion engines such as automobiles, combustion equipment in industrial furnaces, etc., for example, based on the principle of oxygen concentration batteries. It is known to detect the oxygen concentration of exhaust gas as a gas and control the air-fuel ratio or combustion state of such an internal combustion engine.

而して、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に白金等の触媒金属からなる或い
はそれを含む電極の少なくとも一対を設け、そしてそれ
ら電極のうちの少なくとも一つを排気ガス等の被測定ガ
スに接触せしめるようにした構造が採用されている。
In this type of oxygen sensor, which is an oxygen concentration detector, the sensor element is made of or contains a catalytic metal such as platinum in a solid electrolyte body having a shape such as a bottomed cylinder or a plate. A structure is adopted in which at least one pair of electrodes is provided and at least one of the electrodes is brought into contact with a gas to be measured such as exhaust gas.

また、この種の酸素センサ素子において設けられる電極
としては、その長期間の或いは著しい高温というような
厳しい使用条件下での耐久性を向上するために、白金等
の触媒金属粉末と固体電解質体と共生地のジルコニア質
粉末とを混合してペーストを調製し、そしてこのペース
トを安定化或いは部分安定化ジルコニア等からなるセン
サ素体(素子本体)にスクリーン印刷して、該センサ素
体と同時一体焼成することにより形成したサーメット電
極が、知られている。
In addition, the electrodes provided in this type of oxygen sensor element are made of catalytic metal powder such as platinum and solid electrolyte to improve durability under severe usage conditions such as long periods of time or extremely high temperatures. A paste is prepared by mixing with a symbiotic zirconia powder, and this paste is screen printed on a sensor body (element body) made of stabilized or partially stabilized zirconia, etc., and is simultaneously integrated with the sensor body. Cermet electrodes formed by firing are known.

しかしながら、このようなサーメット電極は、その耐久
性を向上するために、一般に、少なくとも1000°C
以上、有利には1300 ’C以上の高温でのセンサ素
体との同時一体焼成が、大気中で行なわれるために、電
極表面の酸化が惹起される問題があり、またこの一体焼
成による電極においては、固体電解質原料の焼成温度が
比較的高いために、白金等の触媒金属の焼結が進行し易
い問題があり、更に固体電解質原料には、通常、焼結助
剤が添加されることとなるところから、かかる焼結助剤
が焼結時に電極層に入り込み、不純物として電極を構成
する触媒金属を覆うようになる問題がある。そして、こ
れらの理由により、従来の酸素センサ素子におけるサー
メット電極は、触媒活性が低く、また多孔性に欠けるも
のであって、このために酸素センサ素子の低温作動性や
応答性が悪いという問題を抱えていたのである。
However, such cermet electrodes are generally heated to at least 1000°C to improve their durability.
As mentioned above, since the simultaneous integral firing with the sensor body is advantageously carried out at a high temperature of 1300'C or more in the atmosphere, there is a problem that oxidation of the electrode surface is caused, and the electrode by this integral firing However, since the firing temperature of the solid electrolyte raw material is relatively high, sintering of catalyst metals such as platinum tends to proceed easily, and furthermore, a sintering aid is usually added to the solid electrolyte raw material. For this reason, there is a problem in that the sintering aid enters the electrode layer during sintering and becomes an impurity covering the catalyst metal constituting the electrode. For these reasons, the cermet electrode in conventional oxygen sensor elements has low catalytic activity and lacks porosity, which causes problems such as poor low-temperature operation and response of oxygen sensor elements. I was holding it.

特に、近年、排気ガス規制が厳しくなり、自動車にあっ
ては、そのアイドリング時においても作動する酸素セン
サ素子とか、センサ取付位置等の制約から、排気管後方
の低温部においても安定に作動する酸素センサ素子が要
求されるようになってきているが、従来の酸素センサ素
子では、例えば400“C以下の低温度の排気ガス下で
の安定な作動は望むべ(もなかったのである。
In particular, in recent years, exhaust gas regulations have become stricter, and due to constraints such as oxygen sensor elements that operate even when vehicles are idling, and sensor mounting positions, oxygen sensors that operate stably even in the low temperature area behind the exhaust pipe. Although sensor elements are increasingly required, conventional oxygen sensor elements cannot be expected to operate stably under exhaust gas at a low temperature of, for example, 400"C or less.

(解決課題) ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、低温の被測定ガス中においても安定に作動し、且つ応
答性に優れた酸素センサ素子を実現することにあり、ま
たそのような優れた特性を有する酸素センサ素子を有利
に製造する方法を提供することにある。
(Problem to be solved) The present invention has been made against this background, and the problem to be solved is to operate stably and respond even in low-temperature gas to be measured. The object of the present invention is to realize an oxygen sensor element with excellent properties, and to provide a method for advantageously manufacturing an oxygen sensor element having such excellent properties.

(解決手段) そして、本発明は、上記の如き課題を解決するために、
酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少なくと
も一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子におい
て、該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測
定ガスに晒される電極を、触媒金属とZrO□を主成分
する多孔質なサーメット電極と為すと共に、該多孔質電
極中Gこ、前記ZrO□成分を、単斜晶ZrO□または
部分安定化ジルコニアからなる、2μm以下の粒径のジ
ルコニア質粒子として、触媒金属の100重量部当り5
〜60重量部の割合で存在せしめたことを、その特徴と
するものである。
(Solution Means) In order to solve the above problems, the present invention has the following features:
In an oxygen sensor element comprising at least one pair of electrodes supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least the electrode exposed to the gas to be measured out of the at least one pair of electrodes is made of a catalyst metal and ZrO□. In addition to forming a porous cermet electrode, the ZrO□ component in the porous electrode is treated as zirconia particles of monoclinic ZrO□ or partially stabilized zirconia with a particle size of 2 μm or less as a catalyst. 5 per 100 parts by weight of metal
It is characterized in that it is present in a proportion of ~60 parts by weight.

なお、かかる本発明に従う酸素センサ素子において、ジ
ルコニア質粒子を構成する単斜晶Zr0zは、よく知ら
れているように、安定化剤を添加していない純粋なジル
コニアから形成されるものであり、また部分安定化ジル
コニアは、Cab、YzO3及びY b z O3のう
ちの少なくとも1種を4モル%以下の割合でジルコニア
に添加して形成されるものである。
In addition, in the oxygen sensor element according to the present invention, the monoclinic Zr0z constituting the zirconia particles is formed from pure zirconia to which no stabilizer is added, as is well known. Moreover, partially stabilized zirconia is formed by adding at least one of Cab, YzO3, and YbzO3 to zirconia in a proportion of 4 mol% or less.

また、本発明は、低温作動性及び応答性に優れた酸素セ
ンサ素子を有利に得るべく、酸素イオン伝導性のジルコ
ニア固体電解質体に少なくとも一対の電極を支持せしめ
てなる酸素センサ素子を製造するに際して、該少なくと
も一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガスに晒され
る電極を、触媒金属粉末と単斜晶ZrO□からなる粒径
が0.2〜2.5μmのジルコニア質粉末若しくは部分
安定化ジルコニアからなる粒径が0.2〜2.0 a 
mのジルコニア質粉末とから調製された電極形成材料を
前記固体電解質体に適用した後、焼成することにより、
多孔質なサーメット電極として形成せしめる工程を含む
ことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法を、その要
旨とするものである。
Further, the present invention provides a method for manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion-conducting zirconia solid electrolyte body in order to advantageously obtain an oxygen sensor element with excellent low-temperature operability and responsiveness. Of the at least one pair of electrodes, at least the electrode exposed to the gas to be measured is made of zirconia powder or partially stabilized zirconia with a particle size of 0.2 to 2.5 μm consisting of catalyst metal powder and monoclinic ZrO□. The particle size consists of 0.2~2.0a
By applying an electrode forming material prepared from the zirconia powder of m to the solid electrolyte body and firing it,
The gist of the present invention is a method for manufacturing an oxygen sensor element, which includes a step of forming a porous cermet electrode.

さらに、本発明にあっては、上記の如くして得られる酸
素センサ素子に対して、その焼成によって形成された多
孔質なサーメット電極を(a)酸処理、及び/又は(b
)還元性ガス雰囲気及び不飽和炭化水素雰囲気のうちの
少なくとも何れが一つのガス雰囲気下で熱処理する後処
理を施すことをも、その要旨とするものであり、これに
よって、そのような酸素センサ素子の低温作動性や応答
性の如き特性がより一層高められ得るのである。
Furthermore, in the present invention, the porous cermet electrode formed by firing the oxygen sensor element obtained as described above is subjected to (a) acid treatment and/or (b)
) The gist of the present invention is to perform a post-treatment of heat treatment in at least one of a reducing gas atmosphere and an unsaturated hydrocarbon atmosphere. Characteristics such as low-temperature operability and responsiveness can be further improved.

なお、このような酸素センサ素子の製造方法にあっても
、前記ジルコニア質粉末としては、単斜晶ZrO,或い
はCa O、YzCh及びYb2O3のうちの少なくと
も1種を4モル%以下の割合で添加して形成される部分
安定化ジルコニアからなるものが、有利に用いられるの
である。
In addition, even in such a method for manufacturing an oxygen sensor element, as the zirconia powder, at least one of monoclinic ZrO, CaO, YzCh, and Yb2O3 is added in a proportion of 4 mol% or less. Partially stabilized zirconia formed by this process is advantageously used.

(具体的構成・作用) 先ず、第1図は、本発明が適用される酸素センサ素子の
代表的な構造を、酸素濃淡電池の原理に基づくセンサ構
造において示している。
(Specific Structure/Operation) First, FIG. 1 shows a typical structure of an oxygen sensor element to which the present invention is applied, in a sensor structure based on the principle of an oxygen concentration battery.

すなわち、この第1図に示される酸素センサ素子は、公
知の積層手法によって一体的に形成された板状形態のも
のであって、所定長さの細幅、板状の固体電解質体2の
両側の面に、それぞれ測定電極4及び基準電極6が設け
られ、そして測定電極4には、多孔質保護層8を通じて
、排気ガス等の被測定ガスが接触せしめられるようにな
っている一方、固体電解質体2の基準電極6が設けられ
た側には、空気通路10を形成するためのスペーサ12
及び板状蓋部材14が積層されて、一体的な構造となっ
ている。なお、かかる素子の内部に形成される空気通路
1oは、素子の基端部側において開口し、大気に連通せ
しめられようになっており、この空気通路10を通して
導き入れられる空気が、基準電極6に対して、所定の基
準酸素濃度の基準ガスとして接触せしめられるようにな
っている。
That is, the oxygen sensor element shown in FIG. 1 has a plate-like shape integrally formed by a known lamination method, and has a narrow plate-like solid electrolyte body 2 of a predetermined length. A measuring electrode 4 and a reference electrode 6 are respectively provided on the surface of the measuring electrode 4, and a gas to be measured such as exhaust gas is brought into contact with the measuring electrode 4 through a porous protective layer 8. A spacer 12 for forming an air passage 10 is provided on the side of the body 2 where the reference electrode 6 is provided.
and the plate-like lid member 14 are stacked to form an integral structure. The air passage 1o formed inside the element is opened at the base end side of the element and communicated with the atmosphere, and the air introduced through this air passage 10 is connected to the reference electrode 6. is brought into contact with the gas as a reference gas having a predetermined reference oxygen concentration.

また、このような構造の酸素センサ素子には、蓋部材1
4の外側に、ヒータエレメント16がアルミナ等からな
る電気絶縁層18.20にて挟まれてなるヒータ層が、
その外側に位置する気密層22と共に、積層一体化せし
められており、かかるヒータエレメント16への外部か
らの通電によって、該ヒータエレメント16を発熱せし
めることにより、かかる酸素センサ素子の電極4,6埋
設部位が所定の温度に加熱せしめられるようになってい
る。
In addition, the oxygen sensor element having such a structure has a lid member 1.
On the outside of 4, there is a heater layer in which the heater element 16 is sandwiched between electrically insulating layers 18 and 20 made of alumina or the like.
The heater element 16 is laminated and integrated with the airtight layer 22 located on the outside thereof, and the electrodes 4 and 6 of the oxygen sensor element are buried by energizing the heater element 16 from the outside and causing the heater element 16 to generate heat. The parts are heated to a predetermined temperature.

そして、このような構造の酸素センサ素子にあぅては、
よく知られているように、多孔質保護層8を通じて測定
電極4に接触せしめられる雰囲気(被測定ガス)中の酸
素濃度と、基準電極6に接触せしめられる雰囲気(基準
ガス)中の酸素濃度との差に基づいて惹起される起電力
に従って、目的とする被測定ガス中の酸素濃度が検出さ
れることとなるのであるが、本発明にあっては、このよ
うな酸素センサ素子における少なくとも被測定ガスに接
触せしめられる電極4を、多孔質な所定のサーメット電
極としたのである。
And for an oxygen sensor element with such a structure,
As is well known, the oxygen concentration in the atmosphere (measured gas) brought into contact with the measurement electrode 4 through the porous protective layer 8 and the oxygen concentration in the atmosphere (reference gas) brought into contact with the reference electrode 6 are The oxygen concentration in the target gas to be measured is detected according to the electromotive force induced based on the difference in the oxygen sensor element. The electrode 4 that is brought into contact with the gas is a porous cermet electrode.

なお、本発明が、かかる第1図に示される如き構造のセ
ンサ素子にのみ適用されるものではなく、よく知られて
いるように、有底円筒形状を為すジルコニア固体電解質
体を用いたセンサ素子にも同様に適用され得るものであ
り、更には限界電流方式やポーラログラフイー弐等の各
種の測定原理に基づくところの公知の構造のセンサ素子
にも、適用可能であることは、言うまでもないところで
ある。
It should be noted that the present invention is not only applicable to the sensor element having the structure as shown in FIG. It goes without saying that it is also applicable to sensor elements with known structures based on various measurement principles such as the limiting current method and polarography. .

ところで、かかる酸素センサ素子を構成する酸素イオン
伝導性の固体電解質体(2)としては、公知のZrO2
固体電解質材料を用いて形成された、上側の如き板状形
状の他、有底円筒形状等の公知の形状のものが採用され
得、例えばCab。
By the way, as the oxygen ion conductive solid electrolyte body (2) constituting the oxygen sensor element, the well-known ZrO2
In addition to the plate-like shape shown above, which is formed using a solid electrolyte material, a known shape such as a cylindrical shape with a bottom may be employed, such as a Cab.

YzO3、Yb2(13等の所定の安定化剤を1種以上
添加した、ZrO2を主成分としてなる酸素イオン伝導
性の安定化若しくは部分安定化ジルコニア材料から、適
宜の成形手法に従って形成される。
It is formed from an oxygen ion conductive stabilized or partially stabilized zirconia material containing ZrO2 as a main component, to which one or more predetermined stabilizers such as YzO3 and Yb2 (13) are added, according to an appropriate molding method.

なお、このような固体電解質材料には、また、公知の如
く、所定の焼結助剤、例えばカオリン等の粘土や5iO
z、Affz○3.Fe2O,等が適宜に配合せしめら
れる。
As is well known, such solid electrolyte materials also contain certain sintering aids, such as clay such as kaolin and 5iO
z, Affz○3. Fe2O, etc. are appropriately blended.

なお、第1図の酸素センサ素子において、スペーサ12
、蓋部材14、気密層22は、何れも、公知のセラミン
ク材料を用いて形成され得るが、一般に、固体電解質体
2と同種の材料を用いて形成され、また多孔質保護N8
にあっても、固体電解質体2と同種の材料を用いて公知
の手法に従って形成されることとなるが、その際、焼結
助剤は含まれていても、含まれていな(でも、同等差支
えない。而して、多孔質保護層8の形成には、Yb20
1等の安定化剤で安定化されたZrO,固体電解質材料
を用いることが特に有効であり、そしてその場合におい
て、多孔質保護層8におけるYb20:+等の安定化剤
の量を固体電解質体2よりも多くして、多孔質保護層8
と固体電解質体2とのZr0zの結晶相を相違させるこ
とが好ましい。より具体的には、多孔質保護層8におけ
るZrozの結晶相が、熱サイクルや熱衝撃に対して安
定な、立方晶のみ、乃至は大部分が立方晶で、少量の正
方晶乃至は単斜晶を含む結晶相となるようにする一方、
固体電解質体2のZ r O2は、その大部分が正方晶
或いは正方晶と単斜晶と立方晶との混和相、或いは単斜
晶と立方晶との混和相から構成されるように為し、機械
的強度の高いものとするのが望ましいのである。
Note that in the oxygen sensor element shown in FIG. 1, the spacer 12
, the lid member 14, and the airtight layer 22 may all be formed using a known ceramic material, but generally they are formed using the same kind of material as the solid electrolyte body 2, and the porous protection N8
Even if the solid electrolyte body 2 is made of the same material as the solid electrolyte body 2, it will be formed according to a known method. There is no problem.For the formation of the porous protective layer 8, Yb20
It is particularly effective to use a solid electrolyte material such as ZrO stabilized with a stabilizer such as Yb20:+ in the porous protective layer 8. 2, the porous protective layer 8
It is preferable to make the crystal phases of Zr0z different between the solid electrolyte body 2 and the solid electrolyte body 2. More specifically, the crystalline phase of Zroz in the porous protective layer 8 is stable against thermal cycles and thermal shocks, with only or mostly cubic crystals, and a small amount of tetragonal or monoclinic crystals. while forming a crystalline phase containing crystals,
Most of the Z r O2 of the solid electrolyte body 2 is composed of a tetragonal crystal, a mixed phase of a tetragonal crystal, a monoclinic crystal, and a cubic crystal, or a mixed phase of a monoclinic crystal and a cubic crystal. It is desirable that the material has high mechanical strength.

また、固体電解質体2上の所定の部位に形成される測定
電極4及び基準電極6のうち、少なくとも被測定ガスに
晒される側の電極(4)を与える電極形成材料は、電極
導体となる触媒金属粉末とジルコニア質粉末とから構成
されている。なお、触媒金属としては公知のものが用い
られ、例えば白金または白金とニッケル、銀、金、ロジ
ウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム等の金属と
の合金等が用いられる。また、ジルコニア質粉末として
は、有利には、単斜晶Zr○2の粉末またはCaO、Y
20z、Ybz(13等の成分の1種以上を4モル%以
下の割合で添加してなる部分安定化ジルコニアの粉末が
用いられることとなるが、特に相変態を生じるZr0z
、より具体的には、室温下での結晶相が単斜晶であるZ
r0zを用いることが好ましい。
Further, among the measurement electrode 4 and the reference electrode 6 formed at a predetermined portion on the solid electrolyte body 2, the electrode forming material that provides at least the electrode (4) on the side exposed to the gas to be measured is a catalyst that becomes an electrode conductor. It is composed of metal powder and zirconia powder. Note that a known catalyst metal is used, such as platinum or an alloy of platinum and a metal such as nickel, silver, gold, rhodium, palladium, iridium, or ruthenium. Further, as the zirconia powder, monoclinic Zr○2 powder or CaO, Y
Partially stabilized zirconia powder containing one or more components such as 20z, Ybz (13, etc.) added in a proportion of 4 mol% or less will be used, but especially Zr0z, which causes phase transformation.
, more specifically, Z whose crystal phase is monoclinic at room temperature.
It is preferable to use r0z.

このような単斜晶Zr○2、即ち安定化剤を加えていな
い純粋なZr0zを用いることによる特性向上の理由と
しては、純粋なZrO□は、添加物を加えた安定化ジル
コニアよりも焼結性が低いために、電極を構成する触媒
金属の焼結を抑制することが出来ることに加えて、電極
の焼成、冷却の際に起こるZrO□の相転移に基づくと
ころの体積膨張の際に、電極を構成するジルコニア(Z
roz)や触媒金属にクラックが生し、多孔質で且つ表
面積の大きな電極が形成されるためであると推定されて
いる。
The reason for the improved properties by using monoclinic Zr○2, that is, pure Zr0z without any stabilizer added, is that pure ZrO□ has a higher sintering rate than stabilized zirconia with additives. In addition to being able to suppress the sintering of the catalyst metal constituting the electrode, due to the low Zirconia (Z
It is presumed that this is because cracks occur in the catalyst metal and the catalytic metal, forming a porous electrode with a large surface area.

従って、このような電極形成材料において、それを構成
するジルコニア質粉末の粒径があまりにも小さ過ぎると
、上記の如き相転移による微細化が生し難く、またサー
メット電極においては、触媒金属粉末との分散性(均一
混合性)が悪く、更にジルコニア質粉末の焼結が進行し
易くなるために、上記の如き相転移による微細化効果が
小さくなる等の問題を生じる。また、逆に、ジルコニア
質粉末の粒径が大き過ぎた場合にあっては、焼成して得
られる電極の固体電解質体に対する密着性が悪くなって
、かかる電極の耐久性が低下する問題に加えて、電極中
の触媒金属粉末の集結性が高まり、触媒金属の焼結が進
行するという問題が生じる。このため、本発明において
、単結晶ZrO2からなるジルコニア質粉末を用いる場
合には、その粒径は0,2〜2.5μmとする必要があ
り、より好ましくは0.2〜1.5μmの範囲、特に好
ましくは0.6〜1.2μmの範囲が選択されることと
なる。
Therefore, in such an electrode forming material, if the particle size of the zirconia powder constituting the material is too small, it is difficult for the above-mentioned refinement to occur due to phase transition, and in a cermet electrode, the catalytic metal powder The dispersibility (uniform mixing property) of the zirconia powder is poor, and the sintering of the zirconia powder tends to progress, resulting in problems such as the miniaturization effect due to the phase transition described above is reduced. Conversely, if the particle size of the zirconia powder is too large, the adhesion of the electrode obtained by firing to the solid electrolyte body will deteriorate, in addition to the problem of reduced durability of the electrode. Therefore, a problem arises in that the agglomeration of the catalyst metal powder in the electrode increases and sintering of the catalyst metal progresses. Therefore, in the present invention, when using zirconia powder made of single crystal ZrO2, the particle size must be 0.2 to 2.5 μm, more preferably in the range of 0.2 to 1.5 μm. A range of 0.6 to 1.2 μm is particularly preferably selected.

また、部分安定化ジルコニアからなるジルコニア質粉末
を用いる場合にあっては、その粒径は0.2〜2.0μ
mとする必要があり、より好ましくは0.2〜1.5μ
mの範囲、特に好ましくは0.6〜1.2μmの範囲が
採用されることとなる。なお、かかるジルコニア質粉末
の粒径は、レーザー散乱法による粒径測定手法に従って
測定されることとなる。
In addition, when using zirconia powder made of partially stabilized zirconia, the particle size is 0.2 to 2.0μ.
m, more preferably 0.2 to 1.5μ
A range of m, particularly preferably a range of 0.6 to 1.2 μm will be adopted. Note that the particle size of the zirconia powder is measured according to a particle size measurement method using a laser scattering method.

また、かかる電極形成材料における触媒金属粉末とジル
コニア質粉末との組成比は、焼成温度等の製造条件によ
って異なるが、触媒金属粉末の量が少ないと、電極とし
ての導電性がなくなり、また多過ぎると、触媒金属粉末
の焼結が進行して、電極が緻密化し、多孔性が低下する
という悪影響を及ぼすところから、一般に、触媒金属粉
末の100重量部に対して、ジルコニア質粉末は5〜6
0重量部の範囲内において用いられ、より好ましくはジ
ルコニア質粉末が10〜20重量部の割合において用い
られる。
In addition, the composition ratio of catalyst metal powder and zirconia powder in such an electrode forming material varies depending on manufacturing conditions such as firing temperature, but if the amount of catalyst metal powder is small, the electrode will not have conductivity, and if it is too large, As sintering of the catalytic metal powder progresses, the electrode becomes denser and the porosity decreases, which is an adverse effect.
The zirconia powder is used in an amount of 0 parts by weight, and more preferably 10 to 20 parts by weight of the zirconia powder.

そして、このような所定の触媒金属粉末とジルコニア質
粉末とからなる電極形成材料を用いて、固体電解質体の
所定の部位に、少なくとも被測定ガスに晒される電極を
形成すべく、かかる電極形成材料を、該固体電解質体の
所定の部位に付与するに際しては、公知の電極形成方法
が適宜に採用され、例えばスクリーン印刷法やスプレー
法等によって所定厚さの電極形成層を、固体電解質体上
に形成した後、加熱、焼成(焼付け)せしめることによ
って、目的とする多孔質なサーメット電極を形成するこ
とが出来る。より具体的には、スクリーン印刷法では、
前記した触媒金属粉末とジルコニア質粉末との混合ペー
ストを調製し、これをスクリーン印刷手法にて固体電解
質体りに印刷せしめて、加熱、焼付けするものであり、
またスプレー法では、所定の触媒金属粉末を含むスラリ
ー中にジルコニア質粉末を加え、それを固体電解質上の
所定部位にスプレー塗布した後、加熱することによって
、目的とする多孔質電極を焼付は形成することが出来る
Then, using the electrode forming material made of such a predetermined catalyst metal powder and zirconia powder, such an electrode forming material is used to form an electrode exposed to at least the gas to be measured at a predetermined portion of the solid electrolyte body. When applying the electrode to a predetermined portion of the solid electrolyte body, a known electrode forming method is appropriately adopted. For example, an electrode forming layer of a predetermined thickness is formed on the solid electrolyte body by a screen printing method or a spray method. After forming, the desired porous cermet electrode can be formed by heating and firing (baking). More specifically, in the screen printing method,
A mixed paste of the catalyst metal powder and zirconia powder described above is prepared, and this is printed on a solid electrolyte body using a screen printing method, and then heated and baked.
In addition, in the spray method, zirconia powder is added to a slurry containing a predetermined catalytic metal powder, and after spraying it onto a predetermined location on the solid electrolyte, the desired porous electrode is formed by heating. You can.

なお、かかる電極形成材料の適用される固体電解質体と
しては、既に焼成されたものであっても良いが、本発明
にあっては、好ましくは、焼成前のグリーンシート若し
くはグリーン体の状態であることが望ましく、そしてそ
のような固体電解質体の焼成操作と同時に、該固体電解
質体上に形成された電極形成層(電極形成材料)の加熱
、焼付は操作を実施することが望ましい。
The solid electrolyte body to which such an electrode forming material is applied may be one that has already been fired, but in the present invention, it is preferably in the state of a green sheet or green body before firing. It is desirable that the electrode forming layer (electrode forming material) formed on the solid electrolyte body be heated and baked simultaneously with the firing operation of the solid electrolyte body.

また、酸素センサ素子に設けられる電極の中でも、被測
定ガスに晒される電極以外の電極、例えば第1図の如き
構成における基準電極6を形成するには、酸素センサ素
子の構造やその製造方式等に従って、従来から知られて
いる、メツキ法、スパッタリング法、触媒金属等の電極
導体の塩の熱分解による方法、電極導体とセラミフクス
とのサーメットペーストを固体電解質体表面に焼き付け
るペースト焼付は法、更にはそのようなサーメットペー
ストを固体電解質体に印刷若しくは塗布した後、該固体
電解質体と共に焼成するサーノ・ントペーストの同時焼
成法等の種々の方法の中より、適当な方法が選択、採用
されるものであるが、本発明にあっては、測定電極4が
サーメット電極として構成される必要があるために、上
記の電極形成法の中でも、ペースト焼付は法或いはサー
メットペーストの同時焼成法の何れかが有利に採用され
ることとなる。
Among the electrodes provided in the oxygen sensor element, in order to form an electrode other than the electrode exposed to the gas to be measured, for example, the reference electrode 6 in the configuration shown in FIG. 1, the structure of the oxygen sensor element, its manufacturing method, etc. Accordingly, conventionally known plating methods, sputtering methods, methods using thermal decomposition of salts of electrode conductors such as catalytic metals, paste baking methods in which a cermet paste of electrode conductors and ceramic fuchs is baked onto the surface of the solid electrolyte body, and furthermore, An appropriate method is selected and adopted from among various methods such as a cermet paste simultaneous firing method in which such a cermet paste is printed or applied on a solid electrolyte body and then fired together with the solid electrolyte body. However, in the present invention, since the measurement electrode 4 needs to be configured as a cermet electrode, among the above electrode forming methods, either the paste baking method or the cermet paste simultaneous baking method is used. will be advantageously adopted.

そして、このようにして得られる酸素センサ素子におい
ては、少なくとも被測定ガスに晒される前記測定電極4
の如き電極が、触媒金属とZrO□を主成分とする多孔
質なサーメット電極として形成される一方、かかる多孔
質電極中には、ZrO□成分が、単斜晶ZrO2または
部分安定化ジルコニアからなる2μm以下のジルコニア
質粒子として、触媒金属の100重量部当り5〜60重
量部の側合で存在せしめられるものとなるところから、
かかる電極の多孔構造の微細化が有利に実現され、以て
表面積の大きな電極となり、有効な触媒活性が付与され
得て、酸素センサ素子の低温作動性や応答性が著しく改
善され得るのである。なお、かかる効果を充分に発揮さ
せる意味において、焼成後の電極中のジルコニア質粉末
(粒子)の粒径は、単結晶Zr○2または部分安定化ジ
ルコニアの何れからなるものであっても、電極断面のS
EM(走査型電子顕微鏡)像より、2μm以下であるこ
とが必要であるのである。また、かかる電極中のジルコ
ニア質粉末が単結晶ZrO2からなる場合においては、
好ましくは1.5μm以下、更に好ましくは0.6μm
以下の粒径であることが望ましく、更に部分安定化ジル
コニアからなる場合においては、好ましくは1.7μm
以下、更に好ましくは1.2μm以下の粒径であること
が望ましい。
In the oxygen sensor element obtained in this way, at least the measurement electrode 4 exposed to the gas to be measured is
Such electrodes are formed as porous cermet electrodes mainly composed of a catalyst metal and ZrO□, while in such porous electrodes, the ZrO□ component is composed of monoclinic ZrO2 or partially stabilized zirconia. Since it is present as zirconia particles of 2 μm or less in an amount of 5 to 60 parts by weight per 100 parts by weight of the catalyst metal,
The microporous structure of such an electrode can be advantageously realized, resulting in an electrode with a large surface area, which can impart effective catalytic activity and can significantly improve the low-temperature operability and responsiveness of the oxygen sensor element. In order to fully exhibit this effect, the particle size of the zirconia powder (particles) in the electrode after firing should be determined regardless of whether the electrode is made of single crystal Zr○2 or partially stabilized zirconia. S of cross section
According to an EM (scanning electron microscope) image, the thickness needs to be 2 μm or less. In addition, when the zirconia powder in such an electrode is made of single crystal ZrO2,
Preferably 1.5 μm or less, more preferably 0.6 μm
It is desirable that the particle size is as follows, and in the case of partially stabilized zirconia, it is preferably 1.7 μm.
Hereinafter, it is more preferable that the particle size is 1.2 μm or less.

また、本発明では、このようにして得られた酸素センサ
素子の焼成によって得られた多孔質なサーメット電極に
対して、(a)酸処理、及び/又は(b)還元性ガス及
び/又は不飽和炭化水素雰囲気下Qこおける熱処理を施
すことが、有利に採用され、そのような処理の実施によ
って、多孔質なサーメット電極、即ち被測定ガスに晒さ
れる電極の触媒活性が著しく高められ得て、酸素センサ
素子の低温作動性や応答性のより一層の向上が図られ得
るのである。
Further, in the present invention, the porous cermet electrode obtained by firing the oxygen sensor element thus obtained is subjected to (a) acid treatment and/or (b) reducing gas and/or A heat treatment in a saturated hydrocarbon atmosphere is advantageously employed; by carrying out such a treatment, the catalytic activity of the porous cermet electrode, i.e. the electrode exposed to the gas to be measured, can be significantly increased. Therefore, the low temperature operability and responsiveness of the oxygen sensor element can be further improved.

なお、上記の酸処理(a)は、多孔質な電極中に浸み込
んだ酸によって、かかる電極を構成する触媒金属の表面
を覆っている不純物を取り除くことにあり、また上記の
熱処理(b)は、その実施によって、多孔質電極の表面
に形成された金属酸化物を除去し、その触媒活性を高め
ることにあり、それら酸処理(a)、熱処理(b)を単
独で試みても、そのような処理に伴なう成る程度の効果
は期待され得るが、特にそれら(a)及び(b)の二つ
の処理を共に施すことが、本発明においては推奨される
。けだし、(a)の酸処理を行なわない状態では、不純
物が付着した電極に(b)の熱処理を施すことになり、
かかる(b)の熱処理が期待する触媒活性効果が低くな
るのであるが、かかる(a)の酸処理によって不純物を
取り除いた後では、電極表面がクリーンとなっているた
めに、前記(b)の熱処理を行なうことによって、充分
な触媒活性効果が発揮されるからである。
The purpose of the above acid treatment (a) is to remove impurities covering the surface of the catalyst metal constituting the electrode by the acid that has penetrated into the porous electrode, and the above heat treatment (b) ) is to remove the metal oxide formed on the surface of the porous electrode and increase its catalytic activity, and even if acid treatment (a) and heat treatment (b) are attempted alone, Although some effects can be expected from such treatments, it is particularly recommended in the present invention to perform the two treatments (a) and (b) together. However, if the acid treatment in (a) is not performed, the electrode with impurities attached will be subjected to the heat treatment in (b).
Although the expected catalytic activity effect of the heat treatment in (b) is lowered, the electrode surface is clean after removing impurities by the acid treatment in (a), so the effect of the heat treatment in (b) is lower. This is because a sufficient catalytic activity effect is exhibited by performing the heat treatment.

また、上記のような酸処理(a)や熱処理(b)は、酸
素センサ素子の単体の段階で、それぞれ素子の全体に対
して行なわれてもよく、またかかる素子の多孔質電極の
部分のみに対して、行なわれてもよいのであり、更に酸
素センサ素子を酸素センサとして組み立てた組立品(完
成品)の状態において、それを構成する酸素センサ素子
の被測定ガスに晒される電極部分(多孔質電極)のみに
対して行なっても、何等差支えない。また、かかる酸処
理(a)や熱処理(b)は、第1図に示される如く、酸
素センサ素子の被測定ガスに晒される電極(4)上に、
多孔質保護層(8)が設けられている場合においては、
かかる多孔質保護層(8)を通して、そのような酸処理
(a)や熱処理(b)が施されることとなる。
Further, the acid treatment (a) and heat treatment (b) as described above may be performed on the entire oxygen sensor element at the stage of a single unit, or may be performed on only the porous electrode portion of the element. Furthermore, in the state of the assembled product (finished product) in which the oxygen sensor element is assembled as an oxygen sensor, the electrode part (porous There is no problem even if it is performed only on the quality electrode). In addition, such acid treatment (a) and heat treatment (b) are performed on the electrode (4) of the oxygen sensor element exposed to the gas to be measured, as shown in FIG.
In the case where a porous protective layer (8) is provided,
The acid treatment (a) and heat treatment (b) are performed through the porous protective layer (8).

ところで、かかる酸処理(a)は、一般に、適当な酸溶
液中に酸素センサ素子を浸漬することにより実施される
こととなるが、また、そのような酸処理のための酸とし
ては、リン酸、フッ化水素酸、ホウフッ化水素酸、塩酸
、硝酸、王水等が適宜に選択使用されるか、なかでも、
フッ化水素酸処理またはホウフッ化水素酸処理すること
が最も望ましい。なお、かかる酸処理に用いられる酸の
濃度としては、電極表面を覆っている不純物を除去する
に通した濃度において適宜に選定されることとなるが、
例えば、フッ化水素酸の場合にあっては、その濃度は、
0.05〜40重量%、好ましくは0.1〜IO重量%
の範囲内において用いられることとなる。フッ化水素酸
の濃度が0.05重量%よりも低くなると、電極周囲の
不純物を除去することが困難であり、一方40重量%を
越えるようになると、固体電解質体自体にも、フッ化水
素酸が反応するようになり、固体電解質体の劣化が惹起
されるからである。
Incidentally, such acid treatment (a) is generally carried out by immersing the oxygen sensor element in a suitable acid solution, but phosphoric acid is also used as the acid for such acid treatment. , hydrofluoric acid, hydrofluoroboric acid, hydrochloric acid, nitric acid, aqua regia, etc. are appropriately selected and used, among others,
Hydrofluoric acid treatment or borofluoric acid treatment is most desirable. Note that the concentration of the acid used in such acid treatment is appropriately selected so as to remove impurities covering the electrode surface.
For example, in the case of hydrofluoric acid, its concentration is
0.05-40% by weight, preferably 0.1-IO% by weight
It will be used within the scope of. When the concentration of hydrofluoric acid is lower than 0.05% by weight, it is difficult to remove impurities around the electrode, while when it exceeds 40% by weight, hydrogen fluoride is present in the solid electrolyte body itself. This is because the acid starts to react, causing deterioration of the solid electrolyte body.

さらに、かかる酸処理に際しての処理温度も、その処理
効果を充分に発揮すべく、酸の種類に応じて適宜に選択
されるものであるが、例えば、フン化水素酸処理の場合
において、その温度は30〜50゛Cに保持することが
、フッ化水素酸の不純物を除去する効果を安定にするた
めに、特に好ましい。また、かかるフン化水素酸等の酸
処理が施された酸素センサ素子には、そのような酸処理
が施された素子を充分に流水洗浄したり、超音波洗浄を
行なう等の公知の洗浄工程が適宜に実施されることが好
ましいが、特にフッ化水素酸処理を施した場合にあって
は、M g (N (13 )2またはCa(NO3)
2等のアルカリ土類金属塩の溶液により酸素センサ素子
を処理すれば、フッ化物イオンが固定され、フッ化水素
酸の不純物を除去する効果を完全に遮断することが出来
るため、かかるフッ化水素酸の残留による弊害を回避す
ることが出来る。
Furthermore, the treatment temperature during such acid treatment is also selected appropriately depending on the type of acid in order to fully exhibit the treatment effect. For example, in the case of hydrofluoric acid treatment, the temperature It is particularly preferable to maintain the temperature at 30 to 50°C in order to stabilize the impurity removal effect of hydrofluoric acid. In addition, oxygen sensor elements that have been treated with acids such as hydrofluoric acid may be subjected to known cleaning processes such as thoroughly washing the acid-treated elements with running water or ultrasonic cleaning. It is preferable that M g (N (13 ) 2 or Ca (NO 3 )
If the oxygen sensor element is treated with a solution of an alkaline earth metal salt such as No. 2, fluoride ions are fixed and the impurity removal effect of hydrofluoric acid can be completely blocked. It is possible to avoid the harmful effects of residual acid.

また、本発明に従って多孔質なサーメント電極に対して
施される、前述の如き熱処理(b)は、還元性ガス及び
不飽和炭化水素のうちの少なくとも何れか一方の雰囲気
下において実施されることとなる。なお、この熱処理の
温度としては、300〜1100°Cの範囲が好ましく
、500〜950°Cの範囲がより好ましい。また、処
理中の温度は一定である必要はなく、300〜1100
°Cの間において熱サイクルをかけても、何等差支えな
い。この熱処理温度か300°Cよりも低くなると、酸
素センサ素子の上記した活性化効果が弱く、得られる製
品のバラツキが大きくなる可能性があり、また熱処理温
度が1100°Cを越えるようになると、電極に使用し
た金属の焼結や減耗か急激に進行する問題も生しる。ま
た、熱処理時間としては、1〜48時間程度が好ましく
、5〜16時間かより好ましい。この熱処理時間が1時
間未満の場合には、活性化効果が弱く、得られる製品の
バラツキが大きくなり、また熱処理時間が48時間を越
えるようになると、電極に使用した金属の焼結や減耗が
著しくなる。
Further, the above-described heat treatment (b) performed on the porous cerment electrode according to the present invention may be performed in an atmosphere of at least one of a reducing gas and an unsaturated hydrocarbon. Become. The temperature of this heat treatment is preferably in the range of 300 to 1100°C, more preferably in the range of 500 to 950°C. Also, the temperature during treatment does not need to be constant, and is between 300 and 1100.
There is no problem even if a thermal cycle is applied between .degree. If the heat treatment temperature is lower than 300°C, the above-mentioned activation effect of the oxygen sensor element will be weak, and the resulting products may vary widely; if the heat treatment temperature exceeds 1100°C, There is also the problem of rapid sintering and wear and tear of the metal used in the electrodes. Further, the heat treatment time is preferably about 1 to 48 hours, more preferably 5 to 16 hours. If the heat treatment time is less than 1 hour, the activation effect will be weak and the resulting products will vary widely, and if the heat treatment time exceeds 48 hours, the metal used for the electrode may be sintered or worn out. It becomes noticeable.

そして、このような熱処理(b)に用いられる還元性ガ
スとしては、N2.Co、またはこれらの混合ガスをN
2.CO2若しくはそれらの混合ガスにて希釈したもの
や、天然ガス、LPG等を不完全燃焼させて得られたガ
スが用いられることとなるが、特にN2が10〜40容
量%、N2が10〜40容量%、CO□が0.1〜5容
量%、及びC○が5〜40容量%の範囲の組成の混合ガ
スを用いることが望ましい。
The reducing gas used in such heat treatment (b) includes N2. Co or a mixture of these gases with N
2. Gas diluted with CO2 or a mixture thereof, or gas obtained by incomplete combustion of natural gas, LPG, etc., will be used, but in particular, N2 of 10 to 40% by volume and N2 of 10 to 40% by volume are used. It is desirable to use a mixed gas having a composition in the range of 0.1 to 5 volume % of CO□ and 5 to 40 volume % of C◯.

また、不飽和炭化水素としては、室温で気体状態である
アセチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン等が用い
られ、H2やHe等の中性ガスをバランスガスとして、
そのような不飽和炭化水素を1100pp 〜10容量
%、好ましくは500ppm〜5容量%の範囲の濃度で
含む雰囲気下において、目的とする酸素センサ素子の熱
処理が実施されることとなる。この不飽和炭化水素の濃
度が1100ppよりも少なくなると、酸素センサ素子
の前記した活性化効果が弱く、得られる製品のバラツキ
が大きくなり、また10容量%を越えるようになると、
熱処理中にカーボンが析出し、電極を劣化する場合があ
るからである。
In addition, as unsaturated hydrocarbons, acetylene, ethylene, propylene, butylene, etc., which are in a gaseous state at room temperature, are used, and a neutral gas such as H2 or He is used as a balance gas.
The target oxygen sensor element is heat-treated in an atmosphere containing such unsaturated hydrocarbons at a concentration in the range of 1100 ppm to 10% by volume, preferably 500 ppm to 5% by volume. When the concentration of this unsaturated hydrocarbon is less than 1100 pp, the above-mentioned activation effect of the oxygen sensor element becomes weak, and the variation in the obtained products increases, and when it exceeds 10% by volume,
This is because carbon may precipitate during heat treatment and deteriorate the electrode.

なお、上記のような熱処理時に採用される還元性ガス雰
囲気や不飽和炭化水素雰囲気は、一定である必要はなく
、例えば還元性ガス雰囲気においては、0□や空気等を
定期的に流入させたりすること等によって、リッチ雰囲
気とり−ン雰囲気を交互に実現する雰囲気サイクルを行
なっても、同等差支えない。
Note that the reducing gas atmosphere and unsaturated hydrocarbon atmosphere employed during the heat treatment described above do not need to be constant; for example, in a reducing gas atmosphere, 0□ or air may be periodically introduced. It is equally possible to perform an atmosphere cycle in which a rich atmosphere and a dark atmosphere are alternately achieved by, for example,

また、上記の如き還元性ガス雰囲気下における熱処理及
び不飽和炭化水素雰囲気下における熱処理は、それぞれ
、単独で行なっても所期の効果は得られるが、特にそれ
ら二つの処理を併わせで行なうことがより効果的である
。そして、これら二つの処理は、酸素センサ素子の製造
上において別々に行なうことも可能であるが、還元性ガ
スに所定量の不飽和炭化水素を含有せしめた混合ガスを
熱処理雰囲気として用いることにより、同時に行なうの
が効率的である。なお、その際の不飽和炭化水素の還元
性ガス中の存在量は、不飽和炭化水素単独の場合と同様
に、1100pp〜10容量%、好ましくは500pp
m〜5容量%の範囲内の濃度とされることとなる。
In addition, although heat treatment in a reducing gas atmosphere and heat treatment in an unsaturated hydrocarbon atmosphere as described above can be performed individually, the desired effect can be obtained, but it is particularly important to perform these two treatments in combination. is more effective. These two treatments can be performed separately in manufacturing the oxygen sensor element, but by using a mixed gas containing a predetermined amount of unsaturated hydrocarbon in a reducing gas as the heat treatment atmosphere, It is efficient to do both at the same time. In addition, the amount of unsaturated hydrocarbon present in the reducing gas at that time is 1100 pp to 10% by volume, preferably 500 pp, as in the case of unsaturated hydrocarbon alone.
The concentration will be within the range of m to 5% by volume.

(実施例) 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明に従う代表的な実施例を示すが、本発明が、そのよう
な実施例の記載によって可算限定的に解釈されるもので
ないことは、言うまでもないところである。
(Examples) In order to clarify the present invention more specifically, typical examples according to the present invention will be shown below, but the present invention should be construed in a limited manner by the description of such examples. It goes without saying that it is nothing.

また、本発明は、上述した本発明の詳細な説明、並びに
以下の実施例の他にも、各種の態様において実施され得
るものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて
、当業者の知識に基づいて種々なる態様において実施さ
れるものは、何れも、本発明の範晴に属するものである
ことが、理解されるべきである。
In addition, the present invention can be implemented in various embodiments other than the detailed description of the present invention described above and the following examples, and as long as it does not depart from the spirit of the present invention, it is possible to implement the present invention in various embodiments as well as within the knowledge of those skilled in the art. It should be understood that any of the various embodiments implemented based on the above belong to the scope of the present invention.

実施例 1 4モル%のY2O3と96モル%ZrO□カラなる混合
物の100重量部に対して、焼結助剤としての粘土を3
重量部加えてなるZrO□原料粉末を乾式粉砕し、次い
でこの粉末の100重量部に対して、バインダとしての
ポリビニルブチラールの10重量部、可塑剤としてのD
OPの5重量部を加え、更に100重量部のトルエン溶
剤を加えてスラリーを調製して、その粘度調整を行なっ
た。その後、この得られたスラリーから、ドクターブレ
ードを使って、厚み:0.4mmの固体電解質体用ジル
コニアグリーンシートを形成した。
Example 1 3 parts of clay as a sintering aid was added to 100 parts by weight of a mixture of 4 mol% Y2O3 and 96 mol% ZrO□.
ZrO□ raw material powder containing parts by weight is dry-pulverized, and then 10 parts by weight of polyvinyl butyral as a binder and D as a plasticizer are added to 100 parts by weight of this powder.
A slurry was prepared by adding 5 parts by weight of OP and further 100 parts by weight of toluene solvent, and its viscosity was adjusted. Thereafter, a zirconia green sheet for a solid electrolyte body having a thickness of 0.4 mm was formed from the obtained slurry using a doctor blade.

一方、上記のグリーンシートの作製方法と同様な手法に
よって、昇華性粉末(テオブロミン)の15重量%を含
む8モル%Y2O3−92モル%Zr0zのZrO2原
料からなる厚さ:0.2rnmの多孔質保護層用グリー
ンシートを形成した。
On the other hand, a porous sheet with a thickness of 0.2 rnm made of a ZrO2 raw material of 8 mol% Y2O3-92 mol% Zr0z containing 15% by weight of sublimable powder (theobromine) was prepared using a method similar to the method for producing the green sheet described above. A green sheet for a protective layer was formed.

次いで、第1図に示される構造の酸素センサ素子を得る
べく、上記の固体電解質体用ジルコニアグリーンシート
を用い、その上下面の所定の部位に、安定化剤を添加し
ないZrO2のみからなる下記第1表に示される各種平
均粒径のZrO,粉末の15重量%と触媒金属たるpt
の粉末の85重量%とからなるサーメットペーストを用
いて、それぞれ、スクリーン印刷法により、測定電極(
4)及び基準電極(6)を形成せしめ、各種の電極形成
固体電解質体用グリーンシートを得た。
Next, in order to obtain an oxygen sensor element having the structure shown in FIG. 1, the above-mentioned zirconia green sheet for a solid electrolyte body was used, and the following method consisting only of ZrO2 with no stabilizer added was applied to predetermined portions on the upper and lower surfaces of the zirconia green sheet. ZrO with various average particle sizes shown in Table 1, 15% by weight of powder and pt as catalyst metal
Using a cermet paste consisting of 85% by weight of powder of
4) and a reference electrode (6) were formed to obtain green sheets for various electrode-forming solid electrolyte bodies.

また、前記の固体電解質体用ジルコニアグリーンシート
を用い、それぞれ、空気通路(10)形成用のスペーサ
(12) 、板状蓋部材(14)を準備した。
Furthermore, a spacer (12) for forming an air passageway (10) and a plate-like lid member (14) were prepared using the zirconia green sheet for solid electrolyte body.

第  1  表 更にまた、気密層(22)を与えるヒータ用グリーンシ
ートとして、上記と同様な固体電解質体用ジルコニアグ
リーンシートを用い、その上に、A Rz O3の10
0重量部に対してMgO: 2重量部を加えてなるA 
l 2(13粉末原料の100重量部に対して、ポリビ
ニルブチラール35重量部、DOP 710重量部及び
ブチルカルピトール:20重量部を配合してなるアルミ
ナペーストを用いて、電気絶縁層(20)をスクリーン
印刷し、そしてこの電気絶縁層(20)の上に、Pt:
90重量%−Affi20.  : 10重量%からな
るサーメントペーストを使って、ヒータエレメント(1
6) ヲ形成し、更にこのヒータエレメント(16)が
埋設されるように、電気絶縁層(1B)を前記電気絶縁
層(20)と同様なサーノ・7トペーストにより形成し
た第四のシートを用意した。
Table 1 Furthermore, a zirconia green sheet for a solid electrolyte body similar to the above is used as a green sheet for a heater to provide an airtight layer (22), and on top of that a zirconia green sheet of A Rz O3 of 10
A obtained by adding 2 parts by weight of MgO to 0 parts by weight
An electrical insulating layer (20) is formed using an alumina paste prepared by blending 35 parts by weight of polyvinyl butyral, 710 parts by weight of DOP, and 20 parts by weight of butyl calpitol with respect to 100 parts by weight of powder raw material 12 (13). Screen print and onto this electrically insulating layer (20) Pt:
90% by weight - Affi20. : Heater element (1
6) Prepare a fourth sheet in which an electrically insulating layer (1B) is formed using the same Sarno-7 paste as the electrically insulating layer (20) so that the heater element (16) is embedded therein. did.

その後、上記の如くして準備された四つのシート(電極
形成固体電解質体用グリーンシート、スペーサ用グリー
ンシート、板状蓋部材用グリーンシート及び第四のシー
ト)と多孔質保護層用グリーンシート(8)とを積層し
て、一体化した後、1400 ”Cの温度で3時間、同
時一体焼成することにより、第1図に示される如き構造
の各種の酸素センサ素子を製造した。
Thereafter, the four sheets prepared as described above (green sheet for electrode forming solid electrolyte body, green sheet for spacer, green sheet for plate-like lid member, and fourth sheet) and the green sheet for porous protective layer ( 8) were laminated and integrated, and then fired simultaneously at a temperature of 1400''C for 3 hours to produce various oxygen sensor elements having structures as shown in FIG.

実施例 2 実施例1と同様にして得られた各種焼成素子を用いて、
これを30°Cに加熱された0、 5%のフッ化水素酸
水溶液中に10分間浸漬せしめた後、充分に流水洗浄し
た。次いで、かかる処理の施された素子を未乾燥のまま
で、10%c a (NO:l)Z水溶液中に浸し、減
圧して、Ca (Noい2水溶液を、かかる素子の多孔
質保護層中に充分に侵入せしめた後、超音波洗浄を施し
、更にその後、乾燥することにより、酸処理の施された
酸素センサ素子を作製した。
Example 2 Using various firing elements obtained in the same manner as Example 1,
This was immersed for 10 minutes in a 0.5% hydrofluoric acid aqueous solution heated to 30°C, and then thoroughly washed with running water. Next, the device subjected to such treatment is immersed in a 10% Ca (NO:l)Z aqueous solution while remaining undried, the pressure is reduced, and the Ca (No.2 aqueous solution is applied to the porous protective layer of the device). After sufficiently penetrating the inside, the oxygen sensor element was subjected to ultrasonic cleaning, and then dried, thereby producing an acid-treated oxygen sensor element.

実施例 3 実施例1と同様にして得られた各種焼成素子を用いて、
そのような素子(測定電極)の還元性ガス及び不飽和炭
化水素中での熱処理を行なった。
Example 3 Using various firing elements obtained in the same manner as Example 1,
Such an element (measuring electrode) was heat-treated in a reducing gas and an unsaturated hydrocarbon.

すなわち、NZ、H2及びCO2ガスを触媒変換炉に送
入し、そこで、CO/CO□/H2/N。
That is, NZ, H2 and CO2 gases are fed into a catalytic conversion reactor where CO/CO□/H2/N.

= lo/2150/38の容積割合に変換して、ベー
スガスを作製した後、このベースガスの100容量に対
して、不飽和炭化水素としてのプロピレンを0.5容量
部の割合にて添加し、還元処理炉内に供給し、この還元
処理炉内において、前記焼成素子に対して、800°C
の温度で5時間の熱処理を施すことにより、目的とする
熱処理の施された酸素センサ素子を作製した。
After converting the volume ratio to lo/2150/38 to prepare a base gas, propylene as an unsaturated hydrocarbon was added at a ratio of 0.5 part by volume to 100 volumes of this base gas. , into a reduction processing furnace, and in this reduction processing furnace, the firing element is heated at 800°C.
By performing heat treatment at a temperature of 5 hours, an oxygen sensor element subjected to the desired heat treatment was produced.

実施例 4 実施例2と同様にして得られた各種の酸処理素子を用い
、それに対して、実施例3と同様な還元性ガス中での熱
処理を実施することにより、酸処理及び熱処理の施され
た酸素センサ素子を作製した。
Example 4 Using various acid-treated elements obtained in the same manner as in Example 2, the elements were subjected to the same heat treatment in a reducing gas as in Example 3, thereby performing acid treatment and heat treatment. An oxygen sensor element was fabricated using the following method.

実施例 5〜8 実施例1における固体電解質体用ジルコニアグリーンシ
ートを構成するZrCh原料粉末(4モル%Y2O39
6モル%Zr0z)を用い、その平均粒径が下記第2表
に示される各種のもの15重量%と、PL(触媒金属)
粉末の85重量%からなるサーメントペーストを用いて
、スクリーン印刷法により、電極(4,6)を形成する
以外は、実施例1と同様にしで、酸素センサ素子を同時
−体焼成操作により作製した。
Examples 5 to 8 ZrCh raw material powder (4 mol% Y2O39) constituting the zirconia green sheet for solid electrolyte body in Example 1
6 mol% Zr0z), 15% by weight of various particles whose average particle diameter is shown in Table 2 below, and PL (catalytic metal)
An oxygen sensor element was produced by a simultaneous firing operation in the same manner as in Example 1, except that the electrodes (4, 6) were formed by screen printing using a cerment paste consisting of 85% by weight of powder. did.

第2表 次いで、この得られた焼成素子に対して、実施例2〜4
と同様な手法に従って、フッ化水素酸処理及び/又は還
元雰囲気中での熱処理を行なって、目的とする酸処理及
び/又は熱処理の施された酸素センサ素子を作製した。
Table 2 Next, Examples 2 to 4 were prepared for the obtained fired elements.
Hydrofluoric acid treatment and/or heat treatment in a reducing atmosphere were performed according to the same method as above to produce an oxygen sensor element subjected to the desired acid treatment and/or heat treatment.

このようにして得られた酸素センサ素子のうち、全く後
処理の施されていないものを実施例5の素子とする一方
、酸処理のみ、熱処理のみ、それら両者の施されたもの
を、それぞれ、実施例6,7゜8の素子とする。
Among the oxygen sensor elements thus obtained, those that were not subjected to any post-treatment were used as the elements of Example 5, while those that were subjected to only acid treatment, only heat treatment, or both were treated as the elements of Example 5. Examples 6 and 7 are elements of 8°.

瓜L」」月1反夏11律し凶肥価 上記の各実施例において製造された各種の酸素センサ素
子を用い、従来と同様にして、酸素センサに組み立てて
、それぞれの低温作動性及び応答性の評価を行なった。
The various oxygen sensor elements manufactured in each of the above examples were assembled into an oxygen sensor in the same manner as in the past, and their low-temperature operability and response were determined. We conducted a sex evaluation.

なお、低温作動性の評価は、各センサ素子を、その内部
に内蔵せしめたヒータエレメントにt圧を印加して発熱
せしめることにより、所定の温度下に保持し、Co、N
2.N2及び空気からなる被測定ガス中の空気過剰率を
種々変化させ、その間のセンサ起電力を測定し、センサ
起電力が0.45■となった時点の空気過剰率を:λ0
として、低温作動性の尺度とした。
Note that low-temperature operability is evaluated by maintaining each sensor element at a predetermined temperature by applying t pressure to a heater element built into the sensor element to generate heat.
2. The excess air ratio in the gas to be measured consisting of N2 and air was varied, the sensor electromotive force was measured, and the excess air ratio when the sensor electromotive force reached 0.45■ was: λ0
It was used as a measure of low temperature operability.

また、応答性の評価は、それぞれ、内蔵したヒータエレ
メントへの電圧の供給による発熱によって、各酸素セン
サ素子を所定の温度に保持した状態下において、実際の
エンジンを回転数=1150 rprrlで駆動させ、
かかるセンサ素子でフィードバック制御した際に、セン
サ起電力が一定時間内で0.30〜0.60 Vの間に
達するフィードハック周波数:FLCを求め、それを応
答性の尺度とした。
In addition, the responsiveness was evaluated by driving an actual engine at a rotation speed of 1150 rprrl while each oxygen sensor element was maintained at a predetermined temperature by heat generated by supplying voltage to the built-in heater element. ,
When performing feedback control using such a sensor element, the feed hack frequency (FLC) at which the sensor electromotive force reaches between 0.30 and 0.60 V within a certain period of time was determined and used as a measure of responsiveness.

実施例1〜実施例8において得られた酸素センサ素子の
低温作動性及び応答性の評価結果が、それぞれ、下記第
3〜4表並びに第2図乃至第7図に示されている。なお
、第2図及び第3図は、それぞれ、各実施例におけるN
o、 3のセンサ素子についての評価結果を示しており
、また第4図及び第5回に示される低温作動性の評価結
果は、実施例4において得られた各種の酸素センサ素子
における電極原料;単斜晶ZrO2粉末の粒径依存性及
び焼成電極中のジルコニア質粒子の粒径の依存性を示し
ている。更に、第6図及び第7図に示される作動性評価
結果は、実施例8において得られた各種の酸素センサ素
子についての空気過剰率(λD)に対する電極原料:ジ
ルコニア質粉末の粒径及び焼成電極中のジルコニア質粒
子の粒径との関係をこれら第3〜4表や第2図〜第7図
の結果から明らかなように、本発明に従って、被測定ガ
スに晒される電極中のジルコニア質粒子を2μm以下の
粒径で分布せしめてなる多孔質なサーメット電極とする
ことにより、またそのような多孔質電極に対して所定の
酸処理や熱処理を加えることにより、酸素センサ素子の
低温作動性及び応答性が共に大きく改善され得ることが
理解される。
The evaluation results of the low-temperature operability and responsiveness of the oxygen sensor elements obtained in Examples 1 to 8 are shown in Tables 3 to 4 below and FIGS. 2 to 7, respectively. In addition, FIG. 2 and FIG. 3 respectively show N in each example.
o. The evaluation results for the sensor elements of No. 3 are shown, and the evaluation results of low-temperature operability shown in FIG. The particle size dependence of monoclinic ZrO2 powder and the particle size dependence of zirconia particles in the fired electrode are shown. Furthermore, the operability evaluation results shown in FIG. 6 and FIG. As is clear from the results shown in Tables 3 and 4 and FIGS. 2 to 7, the relationship between the particle size of the zirconia particles in the electrode and the particle size of the zirconia particles in the electrode exposed to the gas to be measured is clear from the results shown in Tables 3 and 4 and FIGS. The low-temperature operability of the oxygen sensor element can be improved by using a porous cermet electrode made of particles distributed with a particle size of 2 μm or less, and by applying prescribed acid treatment or heat treatment to such a porous electrode. It is understood that both the response and responsiveness can be greatly improved.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明に従う酸素セン
サ素子においては、被測定ガスに晒される電極が、表面
積の大きな多孔質なサーメット電極構造とされ、触媒活
性が高められているところから、低温作動性及び応答性
に優れるという効果を奏するものであり、また本発明手
法に従えば、そのような低温作動性や応答性に優れた酸
素センサ素子を有利に製造することが出来、更にはその
ような酸素センサ素子の低温作動性や応答性の如き特性
を更に高め、低温の被測定ガスの検出を有利に行ない得
るという効果を奏するものである。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, in the oxygen sensor element according to the present invention, the electrode exposed to the gas to be measured has a porous cermet electrode structure with a large surface area, and the catalytic activity is increased. Therefore, the oxygen sensor element has excellent low-temperature operability and responsiveness, and according to the method of the present invention, it is possible to advantageously manufacture an oxygen sensor element with such excellent low-temperature operability and responsiveness. Moreover, the characteristics such as low-temperature operability and responsiveness of such an oxygen sensor element are further improved, and low-temperature measurement gases can be detected advantageously.

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

第1図は、本発明の適用される酸素センサ素子の代表的
な構造の一例を示す分解斜視図であり、また第2図及び
第4〜7図は、それぞれ、各実施例で作製された酸素セ
ンサ素子についてのセンサ素子温度と空気過剰率との関
係を示すグラフであり、更に第3図は、実施例1〜8に
おいて得られた各種酸素センサ素子についてのセンサ素
子温度と、フィードバック周波数との関係を示すグラフ
である。 2:固体電解質体  4:測定電極 6:基準電極    8:多孔質保護層10:空気通路
   12ニスペーサ 14:板状蓋部材  16:ヒータエレメント1B、2
0:電気絶縁層 22:気密層
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a typical structure of an oxygen sensor element to which the present invention is applied, and FIG. 2 and FIGS. 3 is a graph showing the relationship between sensor element temperature and excess air ratio for oxygen sensor elements, and FIG. 3 is a graph showing the relationship between sensor element temperature and feedback frequency for various oxygen sensor elements obtained in Examples 1 to 8. It is a graph showing the relationship between. 2: Solid electrolyte body 4: Measuring electrode 6: Reference electrode 8: Porous protective layer 10: Air passage 12 Varnish spacer 14: Plate lid member 16: Heater elements 1B, 2
0: Electrical insulation layer 22: Airtight layer

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
において、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属とZrO_2を主成分と
する多孔質なサーメット電極と為すと共に、該多孔質電
極中に、前記ZrO_2成分を、単斜晶ZrO_2また
は部分安定化ジルコニアからなる、2μm以下の粒径の
ジルコニア質粒子として、触媒金属の100重量部当り
5〜60重量部の割合で存在せしめたことを特徴とする
酸素センサ素子。
(1) In an oxygen sensor element formed by supporting at least one pair of electrodes on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least the electrode exposed to the gas to be measured out of the at least one pair of electrodes is made of a catalytic metal and ZrO_2. The ZrO_2 component is contained in the porous electrode as zirconia particles having a particle size of 2 μm or less and made of monoclinic ZrO_2 or partially stabilized zirconia. An oxygen sensor element characterized in that the oxygen sensor element is present in an amount of 5 to 60 parts by weight per 100 parts by weight of metal.
(2)前記ジルコニア質粒子が、CaO、Y_2O_3
及びYb_2O_3のうちの少なくとも1種を4モル%
以下の割合で添加して形成される部分安定化ジルコニア
にて構成されている請求項(1)記載の酸素センサ素子
(2) The zirconia particles are CaO, Y_2O_3
and 4 mol% of at least one of Yb_2O_3
The oxygen sensor element according to claim 1, wherein the oxygen sensor element is made of partially stabilized zirconia added in the following proportions.
(3)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
を製造するに際して、該少なくとも一対の電極のうち、
少なくとも、被測定ガスに晒される電極を、触媒金属粉
末と単斜晶ZrO_2からなる粒径が0.2〜2.5μ
mのジルコニア質粉末とから調製された電極形成材料を
前記固体電解質体に適用した後、焼成することにより、
多孔質なサーメット電極として形成せしめる工程を含む
ことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(3) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, among the at least one pair of electrodes,
At least, the electrode exposed to the gas to be measured is made of catalyst metal powder and monoclinic ZrO_2 with a particle size of 0.2 to 2.5μ.
By applying an electrode forming material prepared from the zirconia powder of m to the solid electrolyte body and firing it,
A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the step of forming a porous cermet electrode.
(4)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と単斜晶ZrO_2
からなる粒径が0.2〜2.5μmのジルコニア質粉末
とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体に適
用した後、焼成することにより、多孔質なサーメット電
極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を酸処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(4) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes, which is exposed to the gas to be measured, is Metal powder and monoclinic ZrO_2
A step of applying an electrode forming material prepared from a zirconia powder having a particle size of 0.2 to 2.5 μm to the solid electrolyte body and then firing it to form a porous cermet electrode; A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the step of treating the porous electrode formed by such firing with an acid.
(5)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と単斜晶ZrO_2
からなる粒径が0.2〜2.5μmのジルコニア質粉末
とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体に適
用した後、焼成することにより、多孔質なサーメット電
極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を還元性ガス
及び/又は不飽和炭化水素雰囲気下において熱処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(5) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes, which is exposed to the gas to be measured, is Metal powder and monoclinic ZrO_2
A step of applying an electrode forming material prepared from a zirconia powder having a particle size of 0.2 to 2.5 μm to the solid electrolyte body and then firing it to form a porous cermet electrode; A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the step of heat-treating the porous electrode formed by such firing in a reducing gas and/or unsaturated hydrocarbon atmosphere.
(6)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と単斜晶ZrO_2
からなる粒径が0.2〜2.5μmのジルコニア質粉末
とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体に適
用した後、焼成することにより、多孔質なサーメット電
極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を酸処理する
工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を還元性ガス
及び/又は不飽和炭化水素雰囲気下において熱処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(6) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes, which is exposed to the gas to be measured, is Metal powder and monoclinic ZrO_2
A step of applying an electrode forming material prepared from a zirconia powder having a particle size of 0.2 to 2.5 μm to the solid electrolyte body and then firing it to form a porous cermet electrode; It is characterized by comprising the steps of: treating the porous electrode formed by such firing with an acid; and heat-treating the porous electrode formed by such firing in a reducing gas and/or unsaturated hydrocarbon atmosphere. A method for manufacturing an oxygen sensor element.
(7)前記ジルコニア質粉末が、CaO、Y_2O_3
及びYb_2O_3のうちの少なくとも1種を4モル%
以下の割合で添加して形成される部分安定化ジルコニア
にて構成されている請求項(3)乃至は(6)の何れか
に記載の製造方法。
(7) The zirconia powder is CaO, Y_2O_3
and 4 mol% of at least one of Yb_2O_3
The manufacturing method according to any one of claims (3) to (6), comprising partially stabilized zirconia added in the following proportions.
(8)前記還元性ガス雰囲気下の熱処理と、前記不飽和
炭化水素雰囲気下における熱処理とが、同時に実施され
る請求項(5)または(6)に記載の製造方法。
(8) The manufacturing method according to claim (5) or (6), wherein the heat treatment under the reducing gas atmosphere and the heat treatment under the unsaturated hydrocarbon atmosphere are performed simultaneously.
(9)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に少
なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素子
を製造するに際して、該少なくとも一対の電極のうち、
少なくとも、被測定ガスに晒される電極を、触媒金属粉
末と部分安定化ジルコニアからなる粒径が0.2〜2.
0μmのジルコニア質粉末とから調製された電極形成材
料を前記固体電解質体に適用した後、焼成することによ
り、多孔質なサーメット電極として形成せしめる工程を
含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(9) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported by an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, among the at least one pair of electrodes,
At least the electrode exposed to the gas to be measured is made of catalyst metal powder and partially stabilized zirconia with a particle size of 0.2 to 2.
A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the step of applying an electrode forming material prepared from a 0 μm zirconia powder to the solid electrolyte body and then firing it to form a porous cermet electrode. .
(10)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に
少なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素
子を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と部分安定化ジルコ
ニアからなる粒径が0.2〜2.0μmのジルコニア質
粉末とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体
に適用した後、焼成することにより、多孔質なサーメッ
ト電極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を酸処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(10) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes is exposed to a gas to be measured using a catalyst. An electrode forming material prepared from a metal powder and a zirconia powder made of partially stabilized zirconia and having a particle size of 0.2 to 2.0 μm is applied to the solid electrolyte body and then fired to form a porous cermet. A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the steps of: forming an electrode; and treating the porous electrode formed by such firing with an acid.
(11)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に
少なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素
子を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と部分安定化ジルコ
ニアからなる粒径が0.2〜2.0μmのジルコニア質
粉末とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体
に適用した後、焼成することにより、多孔質なサーメッ
ト電極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を還元性ガス
及び/又は不飽和炭化水素雰囲気下において熱処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(11) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes, which is exposed to the gas to be measured, is An electrode forming material prepared from a metal powder and a zirconia powder made of partially stabilized zirconia and having a particle size of 0.2 to 2.0 μm is applied to the solid electrolyte body and then fired to form a porous cermet. A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising the steps of: forming an electrode; and heat-treating the porous electrode formed by such firing in a reducing gas and/or unsaturated hydrocarbon atmosphere.
(12)酸素イオン伝導性のジルコニア固体電解質体に
少なくとも一対の電極を支持せしめてなる酸素センサ素
子を製造するに際して、 該少なくとも一対の電極のうち、少なくとも、被測定ガ
スに晒される電極を、触媒金属粉末と部分安定化ジルコ
ニアからなる粒径が0.2〜2.0μmのジルコニア質
粉末とから調製された電極形成材料を前記固体電解質体
に適用した後、焼成することにより、多孔質なサーメッ
ト電極として形成せしめる工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を酸処理する
工程と、 かかる焼成によって形成された多孔質電極を還元性ガス
及び/又は不飽和炭化水素雰囲気下において熱処理する
工程とを、 含むことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
(12) When manufacturing an oxygen sensor element in which at least one pair of electrodes is supported on an oxygen ion conductive zirconia solid electrolyte body, at least one of the at least one pair of electrodes, which is exposed to the gas to be measured, is An electrode forming material prepared from a metal powder and a zirconia powder made of partially stabilized zirconia and having a particle size of 0.2 to 2.0 μm is applied to the solid electrolyte body and then fired to form a porous cermet. a step of forming an electrode, a step of acid-treating the porous electrode formed by such firing, and a step of heat-treating the porous electrode formed by such firing in a reducing gas and/or unsaturated hydrocarbon atmosphere. A method for manufacturing an oxygen sensor element, comprising:
(13)前記ジルコニア質粉末が、CaO、Y_2O_
3及びYb_2O_3のうちの少なくとも1種を4モル
%以下の割合で添加して形成される部分安定化ジルコニ
アにて構成されている請求項(9)乃至は(12)の何
れかに記載の製造方法。
(13) The zirconia powder is CaO, Y_2O_
3 and Yb_2O_3 in a proportion of 4 mol% or less. Method.
(14)前記還元性ガス雰囲気下の熱処理と、前記不飽
和炭化水素雰囲気下における熱処理とが、同時に実施さ
れる請求項(11)または(12)に記載の製造方法。
(14) The manufacturing method according to claim (11) or (12), wherein the heat treatment under the reducing gas atmosphere and the heat treatment under the unsaturated hydrocarbon atmosphere are performed simultaneously.
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