JPH09203717A - 積層型酸素センサ及び積層型酸素センサ素子における溶射層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶射層を有する積層型酸素センサ素子の損傷を
低減する。 【解決手段】センサ素子１の表面に溶射層１２を形成す
る場合、センサ素子１の溶射面１４とその非溶射面１７
との間の温度差が所定値以下になる設定条件に基づき溶
射ガン１５の駆動状態を制御し、又は、熱源によりセン
サ素子１の非溶射面１７側を加熱し、又は、センサ素子
１の溶射面１４側と非溶射面１７側とを溶射熱により熱
媒体を介して同時に昇温して、溶射面１４と非溶射面１
７との間の温度差を所定値以下（１００℃以下）に維持
した状態で、溶射を行う。また、固体電解質シートと、
基底材シートと、それらの間で大気導入孔を形成する複
数の大気導入孔シートとを積層し、固体電解質シートの
両面に大気導入孔側の大気側電極と排気側電極を設け、
各大気導入孔シートの接着面積のうち、固体電解質シー
トから最も離れ且つ基底材シートに最も近い大気導入孔
シートの接着面積ほど、大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば内燃機関
の空燃比制御を行うために排気ガス中の酸素濃度を検出
する積層型酸素センサにおいて、センサ素子及びそのセ
ンサ素子に対する溶射層形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の酸素センサとしては、試験管型の
もの（例えば特開昭５５ー５７１４５号公報参照）や、
積層型のもの（例えば特開平２ー５５９４３号公報参
照）が開発されている。いずれの酸素センサにおいて
も、排気側電極の保護やセンシングガスの保持等を目的
として、センサ素子の表面に溶射層が形成されている。

【０００３】その場合、試験管型酸素センサ素子ではそ
の全周にスピネル（Ａｌ₂ Ｏ₃ ーＭｇＯ）を溶射する
が、積層型酸素センサ素子では排気側電極を有する固体
電解質シートの表面にのみスピネルを溶射する。その溶
射時、センサ素子の表面に対し溶射ガンを左右方向へ移
動させながら上下方向へ繰り返し移動させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記積層型酸素センサ
素子では、例えば、固体電解質シートと、基底材シート
と、それらの間で大気導入孔を形成する大気導入孔シー
トとが積層され、固体電解質シートの両面に大気導入孔
側の大気側電極と排気側電極とが設けられている。溶射
時、固体電解質シート側の溶射面と基底材シート側の非
溶射面で溶射による昇温レベルに差異が生じ、それらの
間に温度差が発生する。例えば、所定条件で溶射を行っ
た場合の温度履歴を図１１に示す。その場合、溶射面で
はＴｍａｘ（℃）まで昇温し、前記温度差ΔＴｍａｘ
（℃）が約２８０℃にまで上がる。そのため、積層型酸
素センサ素子にクラックや剥がれが発生し易くなる。

【０００５】本発明は、このクラックや剥がれ等の損傷
の発生を低減することを目的にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一発明にかかる積層型
酸素センサにおいては、積層型酸素センサ素子の溶射面
とその非溶射面との間の温度差を１００℃以下に維持し
た状態で溶射を行って形成した溶射層を有している。

【０００７】第二発明にかかる方法おいては、積層型酸
素センサの素子の表面に溶射層を形成する場合に、セン
サ素子の溶射面とその非溶射面との間の温度差を１００
℃以下に維持した状態で、溶射を行う。

【０００８】第三発明にかかる方法おいては、積層型酸
素センサの素子の表面に溶射層を形成する場合に、セン
サ素子の溶射面とその非溶射面との間の温度差が所定値
以下になる条件を設定し、その設定条件に基づき溶射ガ
ンの駆動状態を制御して溶射を行う。

【０００９】第四発明にかかる方法おいては、積層型酸
素センサの素子の表面に溶射層を形成する場合に、熱源
によりセンサ素子の非溶射面側を加熱した状態で、溶射
を行う。

【００１０】第五発明にかかる方法おいては、積層型酸
素センサの素子の表面に溶射層を形成する場合に、セン
サ素子の溶射面側と非溶射面側とを溶射熱により熱媒体
を介して同時に昇温する状態で、溶射を行う。

【００１１】上記第一発明から第五発明は、溶射面と非
溶射面との間の温度差をできる限り小さくすることに着
目したものであるが、第六発明にかかる積層型酸素セン
サ素子は、その構造の改良に着目したものである。すな
わち、固体電解質シートと、基底材シートと、それらの
間で大気導入孔を形成する複数の大気導入孔シートとを
積層し、固体電解質シートの両面に大気導入孔側の大気
側電極と排気側電極を設けている。そして、前記各大気
導入孔シートの接着面積のうち、固体電解質シートから
最も離れ且つ基底材シートに最も近い大気導入孔シート
の接着面積ほど、大きくしている。

【００１２】

【発明の実施形態】

〔請求項１，２，３に対応する第一実施形態〕まず、本
発明の第一実施形態にかかる積層型酸素センサ素子、並
びに、その溶射層を形成する方法を図１，２，３を参照
して説明する。

【００１３】（図１に示す積層型酸素センサ素子１につ
いて）この積層型酸素センサ素子１は、固体電解質シー
ト２、大気導入孔シート３及び基底材シート４を互いに
積層して接着したものである。固体電解質シート２の大
気側面（裏面）において、大気側電極５が所定の電極パ
ターンで印刷により形成されている。この大気側電極５
は、一端部の検出部６と、これに接続して他端部まで延
設したリード部７とからなる。また、固体電解質シート
２の排気側面（表面）において、排気側電極８が所定の
電極パターンで印刷により形成されている。この排気側
電極８は、一端部の検出部９と、これに接続して他端部
まで延設したリード部１０とからなる。基底材シート４
と固体電解質シート２との間で大気導入孔シート３の内
側空間には、排気ガス（燃焼ガス）と遮断する大気導入
孔１１が形成されている。

【００１４】前記積層型酸素センサ素子１においてその
固体電解質シート２の表面には排気側電極８の検出部９
を被覆する溶射層１２（スピネル、Ａｌ₂ Ｏ₃ ーＭｇ
Ｏ）が形成されている。この溶射層１２は、下記の各方
法により溶射を行って形成したものである。

【００１５】（図２に示す溶射装置の概略について）一
枚の積層型酸素センサ素子１（溶射層１２を形成する前
のもの）が、バイス１３にセットされ、固体電解質シー
ト２の表面にある溶射面１４が溶射ガン１５に対向した
状態で、バイス１３から上方へ突出している。固体電解
質シート２の表面のうちこの溶射面１４以外の部分は、
マスク板１６により溶射ガン１５の溶射範囲から隠され
ている。基底材シート４の非溶射面１７はこの溶射面１
４の反対側になる。

【００１６】（上記図２の溶射装置を使用して行う溶射
方法について）図２（ｂ）の一点鎖線で示すように、前
記溶射ガン１５は、溶射面１４の左縁１４ｂの外方にあ
る反転位置Ｐと右縁１４ｃの外方にある反転位置Ｐとの
間で水平方向へ所定移動距離（ｍｍ）だけ所定移動速度
（ｍｍ／ｓｅｃ）で往復移動しながら、溶射面１４の上
縁１４ａの上方とマスク板１６の上縁の下方との間で垂
直方向へ所定移動距離（ｍｍ）だけ所定移動速度（ｍｍ
／ｓｅｃ）で反復移動する。

【００１７】下記表１は、ＮＯ．１〜７のサンプル（溶
射層１２を形成する前の積層型酸素センサ素子１）につ
いて、被膜品質を悪化させないために、プラズマ電流５
００Ａ、電圧８０Ｖ、溶射距離１５０ｍｍ（溶射ガン１
５と溶射面１４との間の距離）、溶射粉末供給量４５ｇ
ｒ／ｍｉｎを一定溶射条件とし、前記溶射ガン水平移動
距離ｍｍ、前記溶射ガン移動速度ｍｍ／ｓｅｃ、前記溶
射ガン垂直移動距離ｍｍ、溶射ガン固定時間ｓｅｃ（前
記溶射ガン１５の左右両反転位置Ｐでの停止時間）を変
更溶射条件として、溶射を行い、溶射面１４と非溶射面
１７との間の温度差ΔＴｍａｘ（℃）を測定するととも
に、積層型酸素センサ素子１の損傷状況を判別したもの
である。

【００１８】

【表１】 上記表１の検討結果により、前記温度差ΔＴｍａｘを１
００℃以下に設定した場合にクラックや剥がれの損傷が
発生しないことを見い出すことができる。このΔＴｍａ
ｘ≦１００℃を達成するには、前記溶射ガン固定時間す
なわち積層型酸素センサ素子１の冷却時間を４ｓｅｃ以
上にする必要があることも合わせて判明した。

【００１９】従って、積層型酸素センサ素子１の表面に
溶射層１２を形成する場合において、溶射面１４に対す
る非溶射時間すなわち積層型酸素センサ素子１の冷却時
間を所定時間（損傷が発生しない範囲での最小時間）以
上に設定できるように、溶射ガン１５の駆動を制御すれ
ば、センサ素子１の溶射面１４とその非溶射面１７との
間の温度差ΔＴｍａｘを１００℃以下に維持した状態
で、溶射を行うことができる。この所定値１００℃は各
種条件により異なるものと考えられる。

【００２０】（図３に示す溶射装置の概略及びこれを使
用して行う溶射方法について）図３に示す溶射装置は、
図２に示す溶射装置と比較して、複数枚の積層型酸素セ
ンサ素子１を水平方向へ直線的に並設した点で異なり、
量産に適している。この場合、互いに隣接する両積層型
酸素センサ素子１において溶射面１４の左右両縁１４
ｂ，１４ｃ間の間隔ｌは、両溶射層１２のつながりを防
止するために、０．２ｍｍ以上に設定される。図３の一
点鎖線で示すように、溶射ガン１５の移動パターンは、
図２の場合と同様である。図３の場合も、同一の積層型
酸素センサ素子１に対する溶射タイミング（溶射時間ピ
ッチ）すなわち溶射面１４に対する非溶射時間（冷却時
間）を４ｓｅｃ以上に設定して、温度差ΔＴｍａｘを１
００℃以下に維持した状態で、溶射を行う。

【００２１】（図２，３に示すもの以外の溶射装置の概
略について）図示しないが、複数枚の積層型酸素センサ
素子を水平方向へ円周状に並設してその円周方向へ回転
可能にし、その円周方向の一側に面して溶射ガンを垂直
方向へのみ反復移動させる。

【００２２】要するに、積層型酸素センサ素子と溶射ガ
ンとは、水平方向及び垂直方向へ互いに相対移動すれば
よく、各種構造の溶射装置を利用して溶射を行うことが
できる。

【００２３】第一実施形態は下記（イ）〜（ロ）の特徴
を有する。 （イ） 損傷が発生しない範囲での所定最大温度差ΔＴ
ｍａｘ以下（例えば１００℃以下）に維持した状態で溶
射を行うことにより、溶射層１２を有する積層型酸素セ
ンサ素子１の損傷を有効に防止することができる。

【００２４】（ロ） 積層型酸素センサ素子１の溶射面
１４とその非溶射面１７との間の温度差ΔＴｍａｘが所
定値以下か否かを推定する。ここに推定とは、「溶射装
置の各種溶射条件や積層型酸素センサ素子１の構造条件
などを予め設定し、その条件で実際に溶射を行い、どの
条件で温度差ΔＴｍａｘが所定値以下になるかを求め、
その条件では所定値以下になると予測する」ことを意味
する。例えば、前述したように、所定条件のもとで溶射
を行った場合、ΔＴｍａｘ≦１００℃を達成するには、
溶射ガン固定時間（非溶射時間、溶射タイミング、溶射
時間ピッチ、積層型酸素センサ素子１の冷却時間）を４
ｓｅｃ以上にする必要があることを意味し、この「４ｓ
ｅｃ以上」が温度差管理上必要な設定条件になる。そし
て、この設定条件「４ｓｅｃ以上」に基づき、溶射ガン
１５の駆動状態を前述したように制御して溶射を行う。
従って、ΔＴｍａｘ≦１００℃を必ず満たすか否かは不
明だが、温度差ΔＴｍａｘが小さくなることは確実であ
り、溶射層１２を有する積層型酸素センサ素子１の損傷
を低減することができる。

【００２５】〔請求項１，２，４に対応する第二実施形
態〕次に、本発明の第二実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子、並びに、その溶射層を形成する方法を図４を
参照して説明する。

【００２６】積層型酸素センサ素子１の非溶射面１７側
に対向して熱源１８（例えばヒータやガスバーナ）を配
置する。そのほか、図示しないが、溶射粉末を供給する
前記溶射ガン１５と同一の溶射ガン（溶射粉末供給な
し）を素子１を挟んで互いに対向させて熱源として配置
し、これらの溶射ガンを対向状態で同期させて移動させ
てもよい。

【００２７】第二実施形態は下記（イ）〜（ロ）の特徴
を有する。 （イ） 溶射ガン１５からの溶射熱とは別に、この熱源
１８により非溶射面１７側が加熱される。従って、積層
型酸素センサ素子１の溶射面１４とその非溶射面１７と
の間の温度差ΔＴｍａｘが確実に小さくなり、溶射層１
２を有する積層型酸素センサ素子１の損傷を低減するこ
とができる。

【００２８】（ロ） この熱源１８を含めた溶射装置の
各種溶射条件や積層型酸素センサ素子１の構造条件など
を予め設定し、その条件で実際に溶射を行い、どの条件
で温度差ΔＴｍａｘが所定値以下（例えば１００℃以
下）になるかを求め、その条件では所定値以下になると
予測する。従って、この設定条件のもとでは、損傷が発
生しない範囲での所定最大温度差ΔＴｍａｘ以下（例え
ば１００℃以下）に維持した状態で溶射を行うことがで
き、溶射層１２を有する積層型酸素センサ素子１の損傷
を有効に防止することができる。

【００２９】〔請求項１，２，３に対応する第三実施形
態〕次に、本発明の第三実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子、並びに、その溶射層を形成する方法を図５，
６を参照して説明する。

【００３０】図５（ａ）または図６（ｂ）の一点鎖線で
示すように、溶射ガン１５の移動パターンは、図２
（ｂ）または図３の場合とほぼ同様である。そして、損
傷が発生しない範囲での所定最大温度差ΔＴｍａｘ（各
種条件により異なるが、例えば１００℃）以下で溶射を
行うと、溶射部１２を有する積層型酸素センサ素子１の
損傷を有効に防止することができる点は、第一実施形態
で述べた通りである。下記の点で、第一実施形態または
第二実施形態と異なる。

【００３１】（図５に示す溶射装置の概略及びこれを使
用して行う溶射方法について）図４に示す溶射装置（第
二実施形態）では、図２に示す溶射装置と同様に、溶射
面１４の左右両縁１４ｂ，１４ｃの外方が開放されてい
るため、この外方空間を通って溶射粒子が非溶射面１７
側に至る。この非溶射面１７側に面してヒータ等の熱源
１８があると、この熱源１８が溶射粒子の付着により悪
影響を受ける。

【００３２】そこで、図２に示すマスク板１６の上縁の
左右両側からマスク板１９を溶射面１４の左右両縁１４
ｂ，１４ｃに沿って溶射面１４の上縁１４ａの上方へ延
設した。この場合、溶射面１４の上縁１４ａの真上は、
図示するように空間であっても、図示しないが同様なマ
スク板で閉塞してもよい。従って、このマスク板１９に
より、熱源１８に対する溶射粒子の付着を防止すること
ができる。溶射面１４の左右両縁１４ｂ，１４ｃと左右
両マスク板１９との間の間隔ｌについては、溶射層１２
のつながりを防止するために０．２ｍｍ以上に設定し、
溶射粒子付着防止効果を高めるために１ｍｍ以下に設定
する。

【００３３】（図６に示す溶射装置の概略及びこれを使
用して行う溶射方法について）図３に示す溶射装置を一
対組み合わせて上下逆に設置し、上下両積層型酸素セン
サ素子１にあってそれらの溶射面１４の上縁１４ａを互
いに対向させる。両上縁１４ａ間の間隔ｌや、左右両縁
１４ｂ，１４ｃ間の間隔ｌについては、前述した理由に
より、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定する。互いに隣
接する溶射面１４が前記マスク板１９の機能を果たす。

【００３４】〔請求項１，２，５に対応する第四実施形
態〕次に、本発明の第四実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子、並びに、その溶射層を形成する方法を図７を
参照して説明する。

【００３５】図４に示す第二実施形態においては溶射ガ
ン１５からの溶射熱とは別の熱源１８（ヒータ等）を利
用しているが、第四実施形態では溶射ガン１５からの溶
射熱を直接利用する熱媒体としての反射板２０をこの熱
源１８に代えて配置する。そして、プラズマ炎１５ａ
（溶射熱）は、積層型酸素センサ素子１の溶射面１４側
から空気層を通ってこの反射板２０で跳ね返り、さらに
空気層を通って同素子１の非溶射面１７側に伝導され
る。従って、センサ素子１の溶射面１４側と非溶射面１
７側とを溶射熱により同時に昇温させながら、非溶射面
１７側を溶射熱により加熱して、溶射面１４と非溶射面
１７との間の温度差ΔＴｍａｘを所定値以下に維持した
状態で、溶射を行うことができる。

【００３６】第四実施形態は、第二実施形態の特徴
（イ）〜（ロ）と同様な特徴を有する。さらに、溶射時
に必然的に発生する溶射熱を有効に利用するので、溶射
熱とは別の熱源１８を利用する場合と比較して、設備費
を削減することができる。

【００３７】〔請求項１，２，５に対応する第五実施形
態〕次に、本発明の第五実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子、並びに、その溶射層を形成する方法を図８，
９を参照して説明する。

【００３８】溶射時に必然的に発生する溶射熱を有効に
利用する点は、第四実施形態と同様であるが、第四実施
形態の反射板２０に該当する熱媒体を下記のように変更
している。この第五実施形態も、第二実施形態の特徴
（イ）〜（ロ）と同様な特徴を有する。

【００３９】（図８に示す熱媒体について）積層型酸素
センサ素子１の大気導入孔１１は空気層であるため、そ
の熱伝導率は比較的低い。そのため、この空気層よりも
熱伝導率の高い熱伝導体２１（例えば純銅）をこの大気
導入孔１１（特に溶射面１４及び非溶射面１７に対応す
る部分）に治具として充填する。そして、溶射面１４側
の熱は、この熱伝導体２１を通って非溶射面１７側に伝
導される。従って、センサ素子１の溶射面１４側と非溶
射面１７側とを溶射熱により同時に昇温させながら、非
溶射面１７側をこの伝導熱により加熱して、溶射面１４
と非溶射面１７との間の温度差ΔＴｍａｘを所定値以下
に維持した状態で、溶射を行うことができる。

【００４０】（図９に示す熱媒体について）図８に示す
熱伝導体２１に加え、積層型酸素センサ素子１の外側
に、溶射面１４側の熱を非溶射面１７側に伝導する熱伝
導体２２（例えば純銅）を治具として追加する。この熱
伝導体２２は、非溶射面１７に当てがわれる部分と、溶
射面１４と非溶射面１７との間で基底材シート４及び大
気導入孔シート３の外側面に当てがわれて溶射面１４の
左右両縁１４ｂ，１４ｃに対向する部分とからなる。そ
して、溶射面１４側の熱は、この熱伝導体２２も通って
非溶射面１７側に伝導される。

【００４１】なお、前記大気導入孔１１内の熱伝導体２
１を省略し、積層型酸素センサ素子１の外側にこの熱伝
導体２２のみを設けてもよい。 〔請求項６に対応する第六実施形態〕次に、本発明の第
六実施形態にかかる積層型酸素センサ素子を図１０を参
照して説明する。

【００４２】前記第一実施形態から第五実施形態におい
ては、溶射面１４と非溶射面１７との間の温度差ΔＴｍ
ａｘを、損傷が発生しない範囲での所定値以下に維持す
るか、またはできるだけ小さくした状態で、溶射を行う
ことにより、溶射層１２を有する積層型酸素センサ素子
１の損傷を低減することができる。

【００４３】この第六実施形態では、例えば溶射時に固
体電解質シート２側と基底材シート４側との間で温度差
が生じた場合、同じく積層型酸素センサ素子１の損傷を
低減することを目的にして、下記に詳述するように大気
導入孔シート３の構造を改良している。

【００４４】（図１２に示す従来の積層型酸素センサ素
子１について）この積層型酸素センサ素子１は、大気導
入孔シート３の枚数及び溶射層１２の形成方法を除いて
図１に示す積層型酸素センサ素子１と同様である。この
各シート３の接着面積はいずれも同一になっている。

【００４５】溶射時に生じる溶射面１４と非溶射面１７
との間の温度差により、固体電解質シート２から最も離
れ且つ基底材シート４に最も近いシート３において、図
示する角部Ｓから亀裂が発生し易い。

【００４６】（図１０に示す第六実施形態の積層型酸素
センサ素子１について）第六実施形態の積層型酸素セン
サ素子１は、大気導入孔シート３の枚数及び形状を除い
て図１に示す積層型酸素センサ素子１と同様である。

【００４７】大気導入孔シート３は、基底材シート４か
ら最も離れ且つ固体電解質シート２に最も近い電極側シ
ート２３と、基底材シート４に最も近い底側シート２５
と、これらのシート２３，２５間の中間シート２４とを
互いに積層したものである。この電極側シート２３、中
間シート２４及び底側シート２５は、それぞれ、断面コ
字形状の枠体であり、前記溶射面１４の上縁１４ａに沿
って延びる上枠部２３ａ，２４ａ，２５ａと、この上枠
部２３ａ，２４ａ，２５ａの左右両端から溶射面１４の
左右両縁１４ｂ，１４ｃに沿って延びる左右両側枠部２
３ｂ，２４ｂ，２５ｂとにより形成されている。

【００４８】ちなみに、前記上枠部２３ａ，２４ａ，２
５ａにおいて溶射面１４の上縁１４ａに沿って延びる方
向の幅の半分をｍ₄ 、前記左右両側枠部２３ｂ，２４
ｂ，２５ｂにおいて溶射面１４の上縁１４ａに沿って延
びる方向の幅をそれぞれｍ₂₃，ｍ₂₄，ｍ₂₅、前記上枠部
２３ａ，２４ａ，２５ａにおいて溶射面１４の左右両縁
１４ｂ，１４ｃに沿って延びる方向の幅をそれぞれ
ｎ₂₃，ｎ₂₄，ｎ₂₅とした場合、下記の関係を満足するよ
うになっている。

【００４９】 ｍ₄ ＞ｍ₂₅≧（３／４）ｍ₄ 、ｍ₄ ＞ｎ₂₅≧（３／４）ｍ₄ ｍ₂₅＞ｍ₂₄≧（３／４）ｍ₂₅、ｎ₂₅＞ｎ₂₄≧（３／４）ｎ₂₅ ｍ₂₄＞ｍ₂₃≧（３／４）ｍ₂₄、ｎ₂₄＞ｎ₂₃≧（３／４）ｎ₂₄ すなわち、各シート２３，２４，２５を段差状に積層
し、各シート２３，２４，２５の接着面積のうち、固体
電解質シート２から最も離れ且つ基底材シート４に最も
近いものの接着面積ほど、大きくなっている。換言すれ
ば、基底材シート４から最も離れ且つ固体電解質シート
２に最も近いものの接着面積ほど、小さくなっている。

【００５０】第六実施形態は下記（イ）〜（ロ）の特徴
を有する。 （イ） 溶射時に生じる溶射面１４と非溶射面１７との
間の温度差により、固体電解質シート２から最も離れ且
つ基底材シート４に最も近い底側シート２５において、
亀裂が発生し易いことに鑑み、この底側シート２５の接
着面積を最も大きくした。従って、積層型酸素センサ素
子１の剛性や接着強度を向上させることができる。ま
た、各シート２３，２４，２５の各角部Ｓにアールを形
成すれば、応力集中を防止して、積層型酸素センサ素子
１の損傷をより一層低減することができる。さらに、固
体電解質シート２に最も近い電極側シート２３におい
て、固体電解質シート２に対する大気側電極５の印刷面
積や、大気導入孔１１の容積を大きくすることができ
る。

【００５１】（ロ） 上記（イ）の効果を確認するため
に、前記条件（ｍ₂₅／ｍ₄ ）の異なるＮＯ．１〜１０の
サンプル（溶射層１２を形成する前の積層型酸素センサ
素子１）について、プラズマ電流５００Ａ、電圧８０
Ｖ、溶射距離１５０ｍｍ（溶射ガン１５と溶射面１４と
の間の距離）、溶射粉末供給量４０ｇｒ／ｍｉｎ（溶射
粉末；スピネル、Ａｌ₂ Ｏ₃ ーＭｇＯ）、溶射ガン垂直
移動距離２ｍｍ、溶射ガン水平移動距離１４０ｍｍ、溶
射ガン移動速度３６００ｍｍ／ｓｅｃで、溶射を行い、
厚み１００μｍの溶射層１２を形成した。そして、積層
型酸素センサ素子１に発生する損傷（剥がれ、割れ、ク
ラックなど）を下記のように判別した。

【００５２】 ｍ₂₅／ｍ₄ ＝１／４の場合； ＮＯ．１〜１０のサンプルすべてに発生 ｍ₂₅／ｍ₄ ＝２／４の場合； 上記サンプル中の５個に発生 ｍ₂₅／ｍ₄ ＝３／４の場合； 発生せず ｍ₂₅／ｍ₄ ＝４／４の場合； 発生せず なお、第六実施形態において、大気導入孔シート３の枚
数を適宜変更してもよい。

【００５３】〔他の技術的思想〕各実施形態から把握で
きる技術的思想（請求項以外）を効果と共に記載する。 （イ） 請求項６にかかる積層型酸素センサ素子の溶射
面に対し、請求項２〜５にかかる溶射層形成方法によ
り、溶射を行う。従って、溶射層を有する積層型酸素セ
ンサ素子の損傷をより一層低減することができる。

【００５４】

【発明の効果】各発明によれば、溶射層を有する積層型
酸素センサ素子の損傷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は第一実施形態から第五実施形態にか
かる積層型酸素センサ素子を示す斜視図であり、（ｂ）
は同じく断面図である。

【図２】 第一実施形態の積層型酸素センサ素子におい
て溶射層の形成方法を示す説明図である。

【図３】 第一実施形態の積層型酸素センサ素子におい
て溶射層の形成方法を示す説明図である。

【図４】 第二実施形態の積層型酸素センサ素子におい
て溶射層の形成方法を示す説明図である。

【図５】 （ａ）は第三実施形態の積層型酸素センサ素
子において溶射層の形成方法を示す説明図であり、
（ｂ）は同じく溶射層形成方法を示す（ａ）のＡーＡ線
断面図である。

【図６】 第三実施形態の積層型酸素センサ素子におい
て溶射層の形成方法を示す説明図である。

【図７】 （ａ）は第四実施形態の積層型酸素センサ素
子において溶射層の形成方法を示す説明図であり、
（ｂ）は同じく溶射層形成方法を示す（ａ）のＢーＢ線
断面図である。

【図８】 （ａ）は第五実施形態の積層型酸素センサ素
子において溶射層の形成方法を示す説明図であり、
（ｂ）は同じく溶射層形成方法を示す（ａ）のＣーＣ線
断面図である。

【図９】 （ａ）は第五実施形態の積層型酸素センサ素
子において溶射層の形成方法を示す説明図であり、
（ｂ）は同じく溶射層形成方法を示す（ａ）のＤーＤ線
断面図である。

【図１０】 （ａ）は第六実施形態の積層型酸素センサ
素子を示す部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥーＥ
線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦーＦ線断面図であ
る。

【図１１】 従来の方法により積層型酸素センサ素子の
溶射層を形成する場合に溶射面及び非溶射面の温度履歴
を示すグラフである。

【図１２】 （ａ）は従来の積層型酸素センサ素子を示
す部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧーＧ線断面図
であり、（ｃ）は（ａ）のＨーＨ線断面図である。

【符号の説明】

１…積層型酸素センサ素子、２…固体電解質シート、３
…大気導入孔シート、４…基底材シート、５…大気側電
極、６…排気側電極、１１…大気導入孔、１２…溶射
層、１４…溶射面、１５…溶射ガン、１７…非溶射面、
１８…熱源、２０…熱媒体としての反射板、２１，２２
…熱媒体としての熱伝導体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層型酸素センサ素子の溶射面とその非
   溶射面との間の温度差を１００℃以下に維持した状態で
   溶射を行って形成した溶射層を有することを特徴とする
   積層型酸素センサ。
2. 【請求項２】 積層型酸素センサの素子の表面に溶射層
   を形成する方法において、センサ素子の溶射面とその非
   溶射面との間の温度差を１００℃以下に維持した状態
   で、溶射を行うことを特徴とする積層型酸素センサ素子
   における溶射層の形成方法。
3. 【請求項３】 積層型酸素センサの素子の表面に溶射層
   を形成する方法において、センサ素子の溶射面とその非
   溶射面との間の温度差が所定値以下になる条件を設定
   し、その設定条件に基づき溶射ガンの駆動状態を制御し
   て溶射を行うことを特徴とする積層型酸素センサ素子に
   おける溶射層の形成方法。
4. 【請求項４】 積層型酸素センサの素子の表面に溶射層
   を形成する方法において、熱源によりセンサ素子の非溶
   射面側を加熱した状態で、溶射を行うことを特徴とする
   積層型酸素センサ素子における溶射層の形成方法。
5. 【請求項５】 積層型酸素センサの素子の表面に溶射層
   を形成する方法において、センサ素子の溶射面側と非溶
   射面側とを溶射熱により熱媒体を介して同時に昇温する
   状態で、溶射を行うことを特徴とする積層型酸素センサ
   素子における溶射層の形成方法。
6. 【請求項６】 固体電解質シートと、基底材シートと、
   それらの間で大気導入孔を形成する複数の大気導入孔シ
   ートとを積層し、固体電解質シートの両面に大気導入孔
   側の大気側電極と排気側電極を設けた積層型酸素センサ
   素子において、 前記各大気導入孔シートの接着面積のうち、固体電解質
   シートから最も離れ且つ基底材シートに最も近い大気導
   入孔シートの接着面積ほど、大きくしたことを特徴とす
   る積層型酸素センサ。