JP2013007642A - Gas sensor - Google Patents
Gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013007642A JP2013007642A JP2011140205A JP2011140205A JP2013007642A JP 2013007642 A JP2013007642 A JP 2013007642A JP 2011140205 A JP2011140205 A JP 2011140205A JP 2011140205 A JP2011140205 A JP 2011140205A JP 2013007642 A JP2013007642 A JP 2013007642A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas sensor
- protective layer
- ceria
- gas
- porous protective
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Description
本発明は、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するためのガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas component in a measurement target gas.
従来から、自動車から排出される排気ガス等の被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサ素子は、排気ガス中の酸素等の濃度を検出して外部に出力する板状のガスセンサ素子本体を備えている。また、このガスセンサ素子本体は、例えば、ジルコニアを主体とする固体電解質体に白金を主体とする一対の電極を備えたセルを、例えば2つ有している。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor having a gas sensor element whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas component in a gas to be measured such as exhaust gas discharged from an automobile is known. This gas sensor element includes a plate-shaped gas sensor element main body that detects the concentration of oxygen or the like in the exhaust gas and outputs it to the outside. The gas sensor element body has, for example, two cells each including a pair of electrodes mainly composed of platinum on a solid electrolyte body mainly composed of zirconia.
さらに、このようなガスセンサ素子本体におけるセルは、温度が低いと酸素濃度の検出を行えない(つまり活性化しない)ことから、これを加熱するために、ガスセンサ素子本体に板状のヒータを積層した積層型のガスセンサ素子も知られている。このようなヒータとしては、例えばアルミナを主体としたセラミック基板(絶縁層)と発熱抵抗体とから形成されたものが用いられている。 Furthermore, since the cell in such a gas sensor element body cannot detect oxygen concentration (that is, does not activate) when the temperature is low, a plate-like heater is laminated on the gas sensor element body in order to heat it. A stacked gas sensor element is also known. As such a heater, for example, a heater formed of a ceramic substrate (insulating layer) mainly composed of alumina and a heating resistor is used.
このようなガスセンサ素子では、ヒータにより高温とされるガスセンサ素子の先端部分に、排気ガス中に含まれる水滴や、ガスセンサが取り付けられる排気管等に付着した凝縮水等の水分が付着し、クラックが発生する虞がある。これに対し、ガスセンサ素子の先端部分を多孔質セラミックからなる多孔質保護層によって覆った構成としたものが知られている。このような多孔質保護層を形成することで、水分がガスセンサ素子の先端部分に付着した場合に、この水分を多孔質保護層内で分散させながら緩慢に浸透させることができ、ガスセンサ素子を構成するガスセンサ素子本体やヒータにおけるクラックの発生を抑制することができる(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)。
In such a gas sensor element, moisture such as water droplets contained in the exhaust gas or condensed water adhering to the exhaust pipe to which the gas sensor is attached adheres to the tip of the gas sensor element heated to a high temperature by the heater, and cracks are generated. May occur. On the other hand, a configuration in which the tip portion of the gas sensor element is covered with a porous protective layer made of porous ceramic is known. By forming such a porous protective layer, when moisture adheres to the tip portion of the gas sensor element, the moisture can be slowly permeated while being dispersed in the porous protective layer, thereby constituting the gas sensor element. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the gas sensor element body and the heater (see, for example,
上記のように、ガスセンサでは、ガスセンサ素子の先端部分を覆う多孔質保護層を設けることによって、ヒータにより高温とされたガスセンサ素子の先端部分に水分が付着してクラック等が発生することを防止している。 As described above, in the gas sensor, by providing a porous protective layer that covers the tip portion of the gas sensor element, it is possible to prevent the moisture from adhering to the tip portion of the gas sensor element that has been heated to a high temperature by the heater and causing cracks and the like. ing.
しかしながら、このようなガスセンサを、カーボン(C)が多く煤が多量に発生し易い雰囲気下(例えば、ディーゼルエンジン、直噴エンジンの雰囲気下や吸気側雰囲気下)又は煤が燃焼し難い雰囲気下(例えば、リッチエンジンの雰囲気下)に晒して測定を行うと、多孔質保護層内部に煤が侵入することによって以下のような問題が生じる。なお、通常の雰囲気下では、酸素量が十分に存在すると共に、ガスセンサ素子の先端部分をヒータにより高温化しているため、存在する煤の殆どをヒータの熱で燃焼することが可能であるが、上述の2つの雰囲気下では、存在する煤の殆どを燃焼することが可能となる酸素量が存在しておらず、多孔質保護層内部に煤が侵入する虞がある。 However, such a gas sensor is used in an atmosphere in which carbon (C) is abundant and soot is likely to be generated in a large amount (for example, in an atmosphere of a diesel engine or a direct injection engine or in an intake side atmosphere) or in an atmosphere in which soot is difficult to burn ( For example, when the measurement is performed under an atmosphere of a rich engine), the following problems occur due to the penetration of soot into the porous protective layer. In a normal atmosphere, there is a sufficient amount of oxygen, and the tip portion of the gas sensor element is heated to a high temperature by the heater, so that most of the soot can be burned by the heat of the heater. Under the two atmospheres described above, there is no oxygen amount that allows most of the present soot to burn, and soot may enter the porous protective layer.
多孔質保護層の孔を煤が塞ぎ(つまり煤による目詰まりを生じ)、被測定ガスがガスセンサ素子の表面(セルの表面)に到達しにくくなり、酸素等の特定ガスの成分を検出するための検出精度が低下する虞がある。さらには、多孔質保護層の内部に煤が侵入することで、絶縁されているはずである2つのセルの間で、煤を介した電流経路が形成され、電気的なリークが生じる虞がある。その上、多孔質保護層の孔を煤が塞ぐことで被測定ガスがガスセンサの表面に到達しにくい状態にも関わらず、2つのセル間に電流経路が形成されることで、固体電解質体中の酸素イオンの移動が生じ、固体電解質体がブラックニングを生じる虞がある。 To block pores in the porous protective layer (that is, clogging occurs due to soot), making it difficult for the gas to be measured to reach the surface of the gas sensor element (cell surface), and to detect components of specific gases such as oxygen There is a risk that the detection accuracy of the lowering. Furthermore, when a soot enters the inside of the porous protective layer, a current path through the soot may be formed between two cells that should be insulated, and an electrical leak may occur. . In addition, a current path is formed between the two cells in the solid electrolyte body in spite of the state in which the gas to be measured is difficult to reach the surface of the gas sensor by closing the pores of the porous protective layer. There is a possibility that the oxygen ions move and the solid electrolyte body is blackened.
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、多孔質保護層に煤が侵入することによって、特定ガスの成分を検出するための検出精度の低下、2つのセルの間での電気的なリーク、及び固体電解質体のブラックニングが発生することを抑制することのできるガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances. According to the present invention, when soot penetrates into the porous protective layer, the detection accuracy for detecting the component of the specific gas is lowered, electrical leakage between the two cells, and blackening of the solid electrolyte body. It aims at providing the gas sensor which can suppress generating.
本発明のガスセンサの一態様は、軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側に設けられた検出部が被測定ガス中に晒され、被測定ガス中の特定成分を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子の先端側を自身の先端から突出するようにして前記ガスセンサ素子を自身の内部に保持した筒状のハウジングとを有し、前記ガスセンサ素子が、板状の固体電解質体に一対の電極が配置された少なくとも2つのセルが少なくとも積層された素子本体、及び内部に発熱体を有するヒータが積層された積層体と、前記積層体のうちの少なくとも前記検出部を覆う、セラミックからなる多孔質保護層とを有するガスセンサであって、前記多孔質保護層中には、セリア又はセリアを主成分とする化合物が含まれていることを特徴とする。 One aspect of the gas sensor of the present invention has a plate-like shape extending in the axial direction, and a gas sensor element for detecting a specific component in the measurement gas by exposing the detection portion provided on the tip side to the measurement gas. And a cylindrical housing that holds the gas sensor element therein so that the front end side of the gas sensor element protrudes from the front end of the gas sensor element, and the gas sensor element is paired with a plate-shaped solid electrolyte body. An element main body in which at least two cells are arranged, a laminated body in which a heater having a heating element is laminated, and a ceramic that covers at least the detection portion of the laminated body. A gas sensor having a porous protective layer, wherein the porous protective layer contains ceria or a compound containing ceria as a main component.
本発明のガスセンサでは、多孔質保護層中に、セリア又はセリアを主成分とする化合物が含まれている。このように、多孔質保護層中に、セリア又はセリアを主成分とする化合物が存在することにより、酸素吸蔵作用(酸素を自身に取り込み蓄える作用)を有するセリアから放出される酸素によって、存在する煤の殆どを燃焼するための酸素が十分に多孔質保護層中に存在することとなり、煤が多量に発生し易い雰囲気下やリッチ雰囲気においても、煤の燃焼が可能となる。これによって、多孔質保護層に煤による目つまりを生じにくくし、被測定ガス中の特定ガスの成分を検出する検出精度が低下することを抑制できる。また、煤が多孔質保護層の内部に侵入することを抑制することができ、2つのセルの間での煤を介した電流経路が形成されて、電気的なリークが発生することを抑制することができる。さらに、多孔質保護層の目詰まりが生じにくくなり、また、2つのセル間に電流経路が形成されにくくなることで、固体電解質体のブラックニングが生じることを抑制できる。 In the gas sensor of the present invention, the porous protective layer contains ceria or a compound containing ceria as a main component. Thus, in the porous protective layer, the presence of ceria or a compound containing ceria as a main component exists due to oxygen released from ceria having an oxygen storage function (an action of taking oxygen into itself). Oxygen for burning most of the soot is sufficiently present in the porous protective layer, and soot can be burned even in an atmosphere where a large amount of soot is likely to be generated or in a rich atmosphere. As a result, it is difficult to cause eye clogging in the porous protective layer, and it is possible to suppress a decrease in detection accuracy for detecting a component of the specific gas in the gas to be measured. Moreover, it can suppress that a soot penetrate | invades into the inside of a porous protective layer, and suppresses generation | occurrence | production of an electrical leak by forming the electric current path through the soot between two cells. be able to. Furthermore, clogging of the porous protective layer is less likely to occur, and a current path is less likely to be formed between the two cells, thereby suppressing the occurrence of blackening of the solid electrolyte body.
なお、セリアを主成分とするセリア化合物とは、セリアが50%以上含有されている化合物のことであり、具体的には、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を指す。
また、多孔質保護層は検出部を覆うように設けられていればよく、更にはハウジング先端から突出するガスセンサ素子の先端側全体を覆うように設けられていても良い。
また、素子本体は2つのセルが少なくとも積層されていれば良く、その他に絶縁層等が介在していても良い。
The ceria compound containing ceria as a main component is a compound containing 50% or more of ceria, and specifically refers to a ceria-zirconia composite compound, a ceria-praseodymium composite compound, and the like.
Moreover, the porous protective layer should just be provided so that a detection part may be covered, and also it may be provided so that the whole front end side of the gas sensor element which protrudes from a housing front end may be covered.
Moreover, the element main body should just have at least two cells laminated | stacked, and an insulating layer etc. may intervene in addition.
本発明のガスセンサにおいて、多孔質保護層中のセリアの含有量が、0.001質量%〜5質量%となるように、多孔質保護層中にセリア及びセリアを主成分とするセリア化合物が含まれていることが好ましい。多孔質保護層中に含まれるセリアの含有量が0.001質量%未満の場合、セリアの酸素吸蔵作用が十分でなく、その結果、多孔質保護層の触媒能力(つまり、煤を燃焼する能力)を得られないことがある。一方、多孔質保護層中に含まれるセリアの含有量が5質量%を超えた場合、セリアから放出される酸素の影響で、特定成分の検出精度誤差が悪化することがある。なお、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等のセリアを含む化合物を使用した場合、「多孔質保護層中のセリアの含有量」とはセリアを主成分とする化合物の含有量でなく、多孔質保護層中に含まれるセリア化合物中のセリアの含有量が、上記した範囲内となることを指す。 In the gas sensor of the present invention, the porous protective layer contains ceria and a ceria compound containing ceria as a main component so that the content of ceria in the porous protective layer is 0.001% by mass to 5% by mass. It is preferable that When the content of ceria contained in the porous protective layer is less than 0.001% by mass, the oxygen storage effect of ceria is not sufficient, and as a result, the catalytic ability of the porous protective layer (that is, the ability to burn soot) ) May not be obtained. On the other hand, when the content of ceria contained in the porous protective layer exceeds 5% by mass, the detection accuracy error of a specific component may deteriorate due to the influence of oxygen released from ceria. In addition, when a compound containing ceria such as a ceria-zirconia composite compound or a ceria-praseodymium composite compound is used, the “content of ceria in the porous protective layer” is not the content of a compound containing ceria as a main component. It means that the content of ceria in the ceria compound contained in the porous protective layer is within the above-described range.
また、多孔質保護層の内表面側よりも多孔質保護層の外表面側に、セリア又はセリアを主成分とする化合物が多く含有していることが好ましい。煤は多孔質保護層の外表面側から内部に侵入するため、このように構成することによって、煤が付着する外表面側の部分で煤の燃焼を促進し、特定ガスの成分の検出するための検出精度の低下、2つのセルの間での電気的なリーク、及び固体電解質体のブラックニングが発生することを効果的に抑制することができる。 Moreover, it is preferable that ceria or a compound containing ceria as a main component is contained more on the outer surface side of the porous protective layer than on the inner surface side of the porous protective layer. Since soot penetrates into the inside from the outer surface side of the porous protective layer, by configuring in this way, combustion of soot is promoted in the part on the outer surface side to which soot adheres, and a specific gas component is detected. It is possible to effectively suppress the deterioration of the detection accuracy and the occurrence of electrical leakage between the two cells and blackening of the solid electrolyte body.
さらに、2つのセルの間には、被測定ガスを導入する測定室を有すると共に、測定室に外部から被測定ガスを導入するガス導入路には、ガス拡散多孔質が配置された構成の場合、多孔質保護層中のセリア又はセリアを主成分とする化合物は、ガス拡散多孔質上に設けられる多孔質保護層に他の部位よりも多く含有しているよう構成することが好ましい。ガス拡散多孔質上に設けられた多孔質保護層は、測定室に外部からガスを導入するガスの通過経路となるので、この部分にセリアを選択的に配置することによって、ガスの通過経路が煤によって詰まり、被測定ガス中の特定ガスの成分を検出する検出精度が低下することを抑制することができる。
なお、「ガス拡散多孔質上に設けられる多孔質保護層」とは、ガス導入路を流れる被測定ガスの流れ方向に見たときに、ガス拡散多孔質と重なる多孔質保護層のことを指す。
Further, in the case of a configuration in which a measurement chamber for introducing the gas to be measured is provided between the two cells, and a gas diffusion porous is disposed in the gas introduction path for introducing the gas to be measured from the outside into the measurement chamber It is preferable that the porous protective layer contains ceria or a compound containing ceria as a main component so as to be contained more in the porous protective layer provided on the gas diffusion porous than in other parts. The porous protective layer provided on the gas diffusion porous serves as a gas passage route for introducing gas from the outside into the measurement chamber. Therefore, by selectively disposing ceria in this portion, the gas passage route can be reduced. It can be suppressed that the detection accuracy for detecting the component of the specific gas in the gas to be measured is clogged with the soot, and decreases.
The “porous protective layer provided on the gas diffusion porous” refers to a porous protective layer that overlaps with the gas diffusion porous when viewed in the flow direction of the gas to be measured flowing through the gas introduction path. .
上記の多孔質保護層は、平均気孔径を0.01μm〜5.0μmとすることが好ましい。平均気孔径が0.01μmを下回ると耐被毒性が低下し、平均気孔径が5μmを上回ると、気孔が大きくなりすぎて、煤が多く多孔質保護層中に侵入し、多孔質保護層の触媒能力が低下するからである。 The porous protective layer preferably has an average pore diameter of 0.01 μm to 5.0 μm. When the average pore diameter is less than 0.01 μm, the poisoning resistance is reduced, and when the average pore diameter is more than 5 μm, the pores become too large, so that there are many soot and penetrates into the porous protective layer. This is because the catalytic ability is lowered.
また、多孔質保護層中に、さらに白金系貴金属(例えば、Pt、Pd、Rh、Pt−Pd、Pt−Ru、Pt−Rh)を含有させてもよい。これによって、煤の燃焼をさらに促進させることができる。この場合、多孔質保護層中に含まれるセリアの含有量が、白金系貴金属の含有量より多くなるようにすることが好ましい。これによって白金系貴金属の使用量を抑制し、コストの増大を抑制することができる。 Further, the porous protective layer may further contain a platinum-based noble metal (for example, Pt, Pd, Rh, Pt—Pd, Pt—Ru, Pt—Rh). Thereby, combustion of soot can be further promoted. In this case, it is preferable that the content of ceria contained in the porous protective layer is larger than the content of platinum-based noble metal. Thereby, the usage-amount of a platinum-type noble metal can be suppressed and the increase in cost can be suppressed.
ハウジングの先端側に固定され、ガスセンサ素子の先端側を覆うように設けられた、被測定ガスを導入するガス導入孔を有するプロテクタをさらに備え、ガス導入孔は、軸線方向における多孔質保護層に重なる位置に設けることが好ましい。これによって、プロテクタ内に導入される被測定ガスを検出素子に到達させることが容易となり、ガス検出の応答性が向上する。そのうえ、プロテクタ内に導入される煤の殆どが多孔質保護層に付着するが、多孔質保護層に含まれるセリアにより、煤の燃焼を促進することができる。 A protector having a gas introduction hole for introducing a gas to be measured, which is fixed to the front end side of the housing and is provided so as to cover the front end side of the gas sensor element, is provided on the porous protective layer in the axial direction. It is preferable to provide in the overlapping position. This facilitates the measurement gas introduced into the protector to reach the detection element, and improves the gas detection response. In addition, most of the soot introduced into the protector adheres to the porous protective layer, but the ceria contained in the porous protective layer can promote soot combustion.
また、ガスセンサ素子とハウジングとの間隙に設けられ、ガスセンサ素子をハウジングに保持するための保持部を備え、保持部と多孔質保護層とは、軸線方向において離間する構成の場合、前記保持部と前記多孔質保護層との間隙に位置するガスセンサ素子の表面の少なくとも一部に、セリア又はセリアを主成分とするセリア化合物を付着させた表面層を設けた構成とすることができる。このように、ガスセンサ素子が露出する保持部と多孔質保護層との間隙に表面層を設けることによって、間隙に付着する煤の燃焼が促進され、積層体中の電極(リード電極)とハウジング(主体金具)との間で電気的なリークが発生することを抑制することができる。上記表面層は、間隙に位置するガスセンサ素子の表面全体に設けることがさらに好ましい。 In addition, when the gas sensor element is provided in a gap between the gas sensor element and the housing and includes a holding part for holding the gas sensor element in the housing, the holding part and the porous protective layer are separated from each other in the axial direction. A surface layer in which ceria or a ceria compound containing ceria as a main component is attached to at least a part of the surface of the gas sensor element located in the gap with the porous protective layer may be provided. Thus, by providing the surface layer in the gap between the holding portion where the gas sensor element is exposed and the porous protective layer, combustion of soot adhering to the gap is promoted, and the electrode (lead electrode) and the housing ( It is possible to suppress the occurrence of electrical leakage with the metal shell). More preferably, the surface layer is provided on the entire surface of the gas sensor element located in the gap.
本発明によれば、多孔質保護層に煤が侵入することによって、特定ガスの成分を検出するための検出精度の低下、2つのセルの間での電気的なリーク、及び固体電解質体のブラックニングが発生することを抑制することのできるガスセンサを提供することができる。 According to the present invention, when soot penetrates into the porous protective layer, the detection accuracy for detecting the component of the specific gas is lowered, the electric leak between the two cells, and the black of the solid electrolyte body It is possible to provide a gas sensor that can suppress the occurrence of ning.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明のガスセンサの実施形態について図面を参照して説明する。以下では、本発明のガスセンサとして、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用されるものであって、測定対象気体となる排ガス中の特定ガス(酸素)の濃度を検出するガスセンサ素子が組みつけられると共に、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサを例に挙げて説明する。 Hereinafter, embodiments of a gas sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, as the gas sensor of the present invention, a gas sensor element that is used for air-fuel ratio feedback control in an automobile or various internal combustion engines and detects the concentration of a specific gas (oxygen) in exhaust gas that is a measurement target gas is assembled. A full range air-fuel ratio sensor that is found and mounted on an exhaust pipe of an internal combustion engine will be described as an example.
図1は、本発明のガスセンサ1の全体構成を示す断面図である。ガスセンサ1は、排気管に固定するためのネジ部14が外表面に形成された筒状のハウジング(主体金具)10と、軸線方向(ガスセンサ1の長手方向:図中上下方向)に延びる板状形状をなすガスセンサ素子20と、このガスセンサ素子20の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ27と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔31の内壁面がガスセンサ素子20の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材30と、ガスセンサ素子20と絶縁コンタクト部材30との間に配置される5個の接続端子36(図1では、1個図示)と、を備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a
主体金具10は、軸線方向に貫通する貫通孔12と、この貫通孔12の径方向内側に突出する棚部15とを有する略筒状形状に構成されている。この棚部15は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。また、ガスセンサ素子20は、検知部20aが主体金具10の先端11の外部に配置され、電極端子部301、302が主体金具10の後端部13の外部に配置されるようにして、主体金具10の貫通孔12内に挿入されている。
The
なお、主体金具10の貫通孔12の内部には、ガスセンサ素子20の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ24、粉末充填層25、26(以下、滑石リング25、26ともいう)、及び上述のセラミックスリーブ27が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ27と主体金具10の後端部13との間には、加締パッキン28が配置されており、セラミックホルダ24と主体金具10の棚部15との間には、セラミックホルダ24や滑石リング25を保持するための金属ホルダ23が配置されている。なお、主体金具10の後端部13は、加締パッキン28を介してセラミックスリーブ27を先端側に押し付けるように、加締められている。
In addition, inside the through
一方、主体金具10の先端側(図1における下方)外周には、ガスセンサ素子20の突出部分を覆うと共に、複数のガス導入孔42を有する金属製(例えば、ステンレス鋼製など)の二重の外部プロテクタ40及び内部プロテクタ41が、溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the
そして、主体金具10の後端側外周には、外筒50が固定されている。また、外筒50の後端側(図1における上方)の開口部には、ガスセンサ素子20の電極端子部301、302とそれぞれ電気的に接続される5本のリード線52(図1では3本図示)が押通されるリード線押通孔55が形成されたグロメット54が配置されている。
An
また、主体金具10の後端部13より突出されたガスセンサ素子20の後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材30が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材30は、ガスセンサ素子20の後端側の表面に形成される電極端子部301、302の周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材30は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔31を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部32が備えられている。絶縁コンタクト部材30は、鍔部32が保持部材58を介して外筒50に当接することで、外筒50の内部に配置される。
An insulating
次に、ガスセンサ素子20について詳細に説明する。ガスセンサ素子20は、測定対象となるガスに向けられる先端側(図中下方)が検出部とされ、後端側(図中上方)の表裏面に電極端子部301、302が形成された軸線方向に延びる板状形状の積層体21と、この積層体21の少なくとも検知部20aを覆うように形成された多孔質保護層22とから構成される。
Next, the
接続端子36は、ガスセンサ素子20と絶縁コンタクト部材30との間に配置されることで、ガスセンサ素子20の電極端子部301、302にそれぞれ電気的に接続される。また、接続端子36は、外部からセンサの内部に配設されるリード線52にも電気的に接続されており、リード線52が接続される外部機器と電極端子部301、302との間に流れる電流の電流経路を形成する。
The
図2は積層体21の分解斜視図であり、図3は積層体21の斜視図である。図2に示すように、積層体21は、ガスセンサ素子本体(検出素子)100とヒータ200とが積層されたものであり、さらにガスセンサ素子本体100は、酸素濃度検出セル110と酸素ポンプセル130とが積層されたものである。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
ヒータ200は、アルミナを主体とする第1基体201及び第2基体203と、第1基体201と第2基体203とに挟まれ、白金を主体とする発熱体202を有している。発熱体202は、先端側に位置する発熱部202aと、発熱部202aから第1基体201の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部202bとを有している。そして、ヒータリード部202bの端末は、第1基体201に設けられるヒータ側スルーホール201aを介して電極端子部302と電気的に接続される。
The
酸素濃度検出セル110は、第1固体電解質体112と、その第1固体電解質体112の両面に形成された第1電極111及び第2電極113とから構成されている。第1電極111は、第1電極部111aと、第1電極部111aから第1固体電解質体112の長手方向に沿って延びる第1リード部111bとから構成されている。第2電極113は、第2電極部113aと、第2電極部113aから第1固体電解質体112の長手方向に沿って延びる第2リード部113bとから構成されている。
The oxygen concentration detection cell 110 includes a first
第1リード部111bの端末は、第1固体電解質体112に設けられた第1スルーホール112a、後述する絶縁層120に設けられた第2スルーホール120a、第2固体電解質体132に設けられた第4スルーホール132a及び保護層140に設けられた第6スルーホール140aを介して電極端子部301と電気的に接続される。一方、第2リード部113bの端末は、後述する絶縁層120に設けられた第3スルーホール120b、第2固体電解質体132に設けられた第5スルーホール132b及び保護層140に設けられた第7スルーホール140bを介して電極端子部301と電気的に接続される。
Terminals of the
一方、酸素ポンプセル130は、第2固体電解質体132と、その第2固体電解質体132の両面に形成された第3電極131、第4電極133とから構成されている。第3電極131は、第3電極部131aと、この第3電極部131aから第2固体電解質体132の長手方向に沿って延びる第3リード部131bとから構成されている。第4電極133は、第4電極部133aと、この第4電極部133aから第2固体電解質体132の長手方向に沿って延びる第4リード部133bとから構成されている。
On the other hand, the
第3リード部131bの端末は、第2固体電解質体132に設けられた第5スルーホール132b及び保護層140に設けられた第7スルーホール140bを介して電極端子部301と電気的に接続される。一方、第4リード部133bの端末は、保護層140に設けられた第8スルーホール140cを介して電極端子部301と電気的に接続される。なお、第2リード部113bと第3リード部131bは第3スルーホール120bを介して同電位となっている。
A terminal of the
これら第1固体電解質体112、第2固体電解質体132は、ジルコニア(ZrO2)に安定化剤としてイットリア(Y2O3)又はカルシア(CaO)を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
The first
発熱体202、第1電極111、第2電極113、第3電極131、第4電極133、電極端子部301及び電極端子部302は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Pt、Rh、Pd等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
The
もっとも、発熱体202、第1電極111、第2電極113、第3電極131、第4電極133、電極端子部301及び電極端子部302は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとPtを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体202、第1電極111、第2電極113、第3電極131、第4電極133、電極端子部301及び電極端子部302は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。このセラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料(例えば、第1固体電解質体112、第2固体電解質体132の主体となる成分)と同様の成分であることが好ましい。
However, the
そして、上記酸素濃度検出セル110と酸素ポンプセル130との間に、絶縁層120が形成されている。絶縁層120は、絶縁部121と拡散律速部を構成するガス拡散多孔質122とからなる。この絶縁層120の絶縁部121には、第2電極部113a及び第3電極部131aに対応する位置にガス検出室120cが形成されている。このガス検出室120cは、絶縁層120の幅方向で外部と連通しており、該連通部分には、外部とガス検出室120cとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現するガス拡散多孔質122が配置されている。
An insulating
絶縁部121は、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。ガス拡散多孔質122は、アルミナからなる多孔質体である。このガス拡散多孔質122によって検出ガスがガス検出室120cへ流入する際の律速が行われる。
The insulating
また、第2固体電解質体132の表面には、第4電極133を挟み込むようにして、保護層140が形成されている。この保護層140は、第4電極部133aを挟み込む多孔質の電極保護部142を具備している。この電極保護部142は、第4リード部133bを挟み込む補強部141に形成された貫通孔141aに挿入されている。
Further, a
図4は、図3のA−A´線に沿って切断した切断面を示している。なお、図4は、積層体21に加えて多孔質保護層22を表示しており、実質的にガスセンサ素子20の切断面となるものである。
FIG. 4 shows a cut surface cut along the line AA ′ in FIG. 3. FIG. 4 shows a porous
なお、ガス検出室120c、第1電極111、第2電極113、第3電極131、第4電極133が配置される部位が検知部20aである。
In addition, the site | part in which the
多孔質保護層22は、例えば、スピネル、アルミナ、チタニア、コージェライト、ステアタイト、ムライト、ジルコニアのような多孔質セラミックからなり、積層体21の検知部20aの全周を覆っている。この多孔質保護層22は、検知部20aが被水したとき、ガスセンサ素子20にクラックが発生することを防止することを目的として形成されている。
The porous
本実施形態では、多孔質保護層22中に、セリア(単体)が含まれている。なお、セリア以外には、例えば、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物といったセリアを主成分とする化合物が含まれていても良い。このように、多孔質保護層22中に、セリア又はセリアを主成分とする化合物が存在することにより、酸素吸蔵作用を有するセリアから放出される酸素によって、存在する煤の殆どを燃焼するための酸素が十分に多孔質保護層中に存在することとなり、煤が多量に発生し易い雰囲気下やリッチ雰囲気においても、煤の燃焼が可能となる。これによって、多孔質保護層22に煤による目詰まりを生じにくくし、排ガス中の特定ガス(酸素)の濃度を検出する検出精度が低下することを抑制できる。また、煤が多孔質保護層22の内部に侵入することを抑制することができ、2つのセルの間での煤を介した電流経路が形成されて電気的なリークが発生することを抑制することができる。さらに、多孔質保護層22の目詰まりが生じにくくなり、また、2つのセル間に電流経路が形成されにくくなることで、第1固体電解質体112、第2固体電解質体132のブラックニングが生じることを抑制できる。
In the present embodiment, the porous
なお、セリア又はセリアを主成分とする化合物(例えば、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物)を含む上記多孔質保護層22は、例えば、以下のような方法で作製することができる。
In addition, the said porous
すなわち、スピネル、アルミナ、チタニア、コージェライト、ステアタイト、ムライト、ジルコン等の保護コート材料によって多孔質保護層22を形成した後、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等の溶液を含浸し、600〜1200℃で焼き付ける方法。或いは、上記した保護コート材料に、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を加えた溶液(例えば、ゾル)を調合し、これをディップ又はスプレーにより積層体21に塗布し、900〜1200℃で焼成して多孔質保護層22を形成する方法等である。
That is, after forming the porous
さらに、本実施形態では、多孔質保護層22中のセリアの含有量が、1.0質量%となるように、多孔質保護層22中にセリアが含まれている。
表1は、多孔質保護層22に含まれるセリアの量の異なるサンプルを作製して、触媒能力と、O2精度誤差を調査した結果を示すものである。触媒能力の調査では、コート破片とカーボン溶液(カーボン粉末:エタノール=1:1)を2:1で混合し、熱重量解析(TG(Thermal Gravity))にて、カーボンの減衰量が10%となった時の温度をT1、コート破片を含まないカーボンのみのTG(Thermal Gravity)にて、カーボンの減衰量が10%となった時の温度をT2とした時に、T2−T1=+50℃以上の場合に触媒能力を良好(○)とし、+50℃未満の場合を不良(×)とした。
Furthermore, in this embodiment, ceria is contained in the porous
Table 1 shows the results of investigating the catalyst capacity and the O 2 accuracy error by preparing samples with different amounts of ceria contained in the porous
また、O2精度誤差の調査では、ガス雰囲気の空燃比を、λ=1からλ=0.9(リッチ)に変更した時のO2出力の安定時間(飽和値±5%以内)をt1とした時、t1=2秒未満の場合O2精度誤差を良好(○)とし、t1=2秒以上の場合を不良(×)とした。 Further, in the investigation of the O 2 accuracy error, the stable time (within saturation value ± 5%) of the O 2 output when the air-fuel ratio of the gas atmosphere is changed from λ = 1 to λ = 0.9 (rich) t when a 1, t 1 = of less than 2 seconds O 2 accuracy errors as well (○), and the case of t 1 = 2 seconds or more and poor (×).
表1に示されるように、多孔質保護層22中に含まれるセリアの量が0.001質量%未満の0.0005質量%の場合、セリアの酸素吸蔵作用が十分でなく、多孔質保護層22の触媒能力が十分でなくなる。一方、多孔質保護層22中に含まれるセリアの量が5質量%を超えた7質量%の場合、セリアから放出される酸素の影響で、排ガス中の酸素の濃度を検出するO2精度誤差が悪化する。したがって、多孔質保護層22中に含まれるセリアの量は、0.001質量%以上、5質量%以下とすることが好ましい。
As shown in Table 1, when the amount of ceria contained in the porous
なお、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等のセリアを主成分とする化合物を使用した場合、多孔質保護層22に含まれるセリアを主成分とする化合物中に含まれるセリアの量が、上記した範囲内となるようにする。
In addition, when a compound containing ceria as a main component, such as a ceria-zirconia composite compound or a ceria-praseodymium composite compound, is used, the amount of ceria contained in the compound containing ceria as a main component contained in the porous
ところで、本実施形態では、多孔質保護層22に含まれるセリアの量は、煤が付着する面である外表面側の方が、内表面側よりも多く含有している。これによって、煤が付着する外表面側の部分で煤の燃焼を促進し、排ガス中の酸素の濃度を検出する検出精度が低下、2つのセルの間での煤を介しての電気的なリーク、及び第1固体電解質体112、第2固体電解質体132のブラックニングが発生することを効果的に抑制することができる。
By the way, in this embodiment, the amount of ceria contained in the porous
また、本実施形態では、図2に示した測定室120cに外部からガスを導入するガス導入路に配置されたガス拡散多孔質122上に設けられる多孔質保護層22中のセリアの量が、多孔質保護層22の他の部位より多い構成としている。ガス拡散多孔質122の外周部分に位置する多孔質保護層22は、測定室120cに外部からガスを導入するガスの通過経路となるからであり、この部分にセリアを選択的に配置することによって、ガスの通過経路が煤によって詰まり、排ガス中の酸素の濃度を検出する検出精度が低下することを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the amount of ceria in the porous
さらに、本実施形態では、多孔質保護層22中に、上記したセリア又はセリアを含む化合物の他、触媒としてのPtが20質量%含有されている。なお、Ptに限らず、白金系貴金属(例えば、Pd、Rh、Pt−Pd、Pt−Ru、Pt−Rh)を含有させることができる。これによって、煤の燃焼をさらに促進させることができる。この場合、多孔質保護層22中に含まれるセリアの含有量が、白金系貴金属の含有量より多くなっている。これによって白金系貴金属の使用量を抑制し、コストの増大を抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, 20 mass% of Pt as a catalyst is contained in the porous
ところで、セリア又はセリアを含む化合物の触媒能力は、多孔質保護層22の平均気孔径によって変化し、触媒能力の観点からは、平均気孔径がある程度小さい方が好ましい。一方、耐被毒性の観点からは、目詰まりを防止するため平均気孔径がある程度大きい方が好ましい。表2は、平均気孔径(μm)と上記した触媒能力及び耐被毒性を調査した結果を示すものである。なお、耐被毒性の調査は、P被毒耐久(ZnDTP:1.3cc/L、燃費:3.18L/hr、排ガス温度500℃、3000rpm)、300hr前後でのΔip(ポンプ電流の変化率)で判定した。Δipが2%未満なら良好(○)とし、Δipが2%以上は不良(×)とした。
By the way, the catalytic ability of ceria or a compound containing ceria varies depending on the average pore diameter of the porous
また、平均気孔径(μm)については、多孔質保護層22の断面を研磨後、SEM観察により気孔分布(横軸:気孔径、縦軸:気孔断面積)を算出し、気孔径のピーク強度が1つの場合は、ピーク気孔径を平均気孔径と定義し、気孔径のピーク強度が複数ある場合、最大ピーク強度の1/3以上のピークをピークとみなし、その中で最も気孔径が小さいピーク気孔径を平均気孔径と定義した。
As for the average pore diameter (μm), after polishing the cross section of the porous
表2に示されるように、平均気孔径が0.01μmを下回り、0.005μmになると、耐被毒性が低下する。一方、平均気孔径が5μmを上回り、7μmとなると、触媒能力が低下する。したがって、多孔質保護層22の平均気孔径は、0.01μm以上、5μm以下とすることが好ましい。なお、本実施形態では、平均気孔径が0.5μmである。
As shown in Table 2, when the average pore diameter is less than 0.01 μm and becomes 0.005 μm, the poisoning resistance decreases. On the other hand, when the average pore diameter exceeds 5 μm and becomes 7 μm, the catalytic ability is lowered. Therefore, the average pore diameter of the porous
さらに、本実施形態では、図1に示したように、多孔質保護層22の外側は、複数のガス導入孔42を有する外部プロテクタ40及び内部プロテクタ41で覆われた状態となっている。そして、ガスセンサ1の径方向から見た際に、ガス導入孔42の少なくとも一部は、多孔質保護層22の上に位置するように配設されている。つまり、ガス導入孔42が軸線方向における多孔質保護層22に重なる位置となっている。これによって、内部プロテクタ41内に導入される排気ガスをガスセンサ素子20(の検知部20a)に到達させることが容易となり、ガス検出の応答性が向上する。そのうえ、内部プロテクタ41内に導入される煤の殆どが多孔質保護層22に付着するが、多孔質保護層22に含まれるセリアにより、煤の燃焼を促進することができる。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the outer side of the porous
また、一般に、多孔質保護層22は、図1に示されるように、積層体21の先端からハウジング10の貫通孔12内に達するように形成される。しかし、セラミックホルダ24と多孔質保護層22とが接触することを避けるために、多孔質保護層22を、貫通孔12の奥まで到るようにガスセンサ素子20の後端側まで設けることができない。このため、多孔質保護層22と、セラミックホルダ24との間には、間隙が形成されており、積層体21が剥き出しの部分が形成されている。ここに煤が溜まると、積層体21中の電極(リード電極)と主体金具10との間で電気的なリークが発生する可能性がある。このため、多孔質保護層22の後端側の積層体21が剥き出しの部分の少なくとも一部に、セリアからなる表面層21aを設けている。なお、表面層21aは、セリア以外に、例えば、セリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物といったセリアを主成分とする化合物であってもよい。図1に示す例では、多孔質保護層22の後端側の積層体21が剥き出しの部分の全部に表面層21aが形成されている。このように、表面層21aを設けることによって、間隙に付着する煤の燃焼が促進され、積層体21中の電極(リード電極)と主体金具10との間で電気的なリークが発生することを抑制することができる。
In general, the porous
次に、上記したような多孔質保護層22を有するガスセンサ素子20の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、焼成前の部位と焼成後の部位とは同符号を用いて説明している。例えば、焼成後に第1固体電解質体112となる未焼成第1固体電解質体112のように説明している。
Next, a method for manufacturing the
まず、ガスセンサ素子本体100とヒータ200とが積層された積層体21の製造について説明する。初めに、第1原料粉末と可塑剤とを湿式混合することによりスラリーを用意する。第1原料粉末は、例えば、アルミナ粉末97質量%と、焼結調整剤としてのシリカ3質量%とからなるものである。また可塑剤は、例えばブチラール樹脂及びジブチルフタレート(DBP)からなるものである。
First, manufacture of the
そして、ドクターブレード装置を使用したシート成形法により、このスラリーを例えば厚さ0.4mmのシート状物に成形した後、140mm×140mmに切断し、未焼成補強部141、第1未焼成基体201、第2未焼成基体203、未焼成絶縁層120の未焼成絶縁部121を得る。そして、未焼成補強部141に貫通孔141aを形成する。また、未焼成絶縁部121に、ガス検出室120cを形成する。
Then, this slurry is formed into a sheet-like material having a thickness of 0.4 mm, for example, by a sheet forming method using a doctor blade device, and then cut into 140 mm × 140 mm, and the unfired reinforcing
一方、第2原料粉末と可塑剤とを湿式混合することによりスラリーを用意する。第2原料粉末は、例えば、アルミナ粉末63質量%と、焼結調整剤としてのシリカ3質量%と、カーボン粉末34質量%とからなるものである。また、可塑剤は、例えばブチラール樹脂及びDBPからなるものである。そして、このスラリーを用い、未焼成電極保護部142を得る。
On the other hand, a slurry is prepared by wet-mixing the second raw material powder and the plasticizer. The second raw material powder is composed of, for example, 63% by mass of alumina powder, 3% by mass of silica as a sintering regulator, and 34% by mass of carbon powder. Moreover, a plasticizer consists of butyral resin and DBP, for example. And the unsintered
また、第3原料粉末と可塑剤とを湿式混合することによりスラリーを用意する。第3原料粉末は、例えば、ジルコニア粉末97質量%と、焼結調整剤としてシリカ(SiO2粉末及びアルミナ粉末合計3質量%)とからなるものである。また、可塑剤は、例えばブチラール樹脂及びDBPからなるものである。このスラリーを用い、第1未焼成固体電解質体112及び第2未焼成固体電解質体132を得る。
Moreover, a slurry is prepared by wet-mixing the third raw material powder and the plasticizer. The third raw material powder is composed of, for example, 97% by mass of zirconia powder and silica (a total of 3% by mass of SiO 2 powder and alumina powder) as a sintering regulator. Moreover, a plasticizer consists of butyral resin and DBP, for example. Using this slurry, a first unfired
さらに、例えば、アルミナ粉末100質量%及び可塑剤を湿式混合することによりスラリーを用意する。可塑剤は、例えばブチラール樹脂及びDBPからなるものである。このスラリーを用い、未焼成絶縁層120の未焼成ガス拡散多孔質122を得る。
Furthermore, for example, a slurry is prepared by wet-mixing 100% by mass of alumina powder and a plasticizer. A plasticizer consists of butyral resin and DBP, for example. By using this slurry, the green gas diffusion
そして、下方から順に第1未焼成基体201、未焼成発熱体202、第2未焼成基体203、第1未焼成電極111、第1未焼成固体電解質体112、第2未焼成電極113、未焼成絶縁層120、第3未焼成電極131、第2未焼成固体電解質体132、第4未焼成電極133、未焼成保護層140等を積層する。
Then, in order from the bottom, the first
具体的には、第1未焼成基体201上に、白金を主体とするペーストを用い、スクリーン印刷により未焼成発熱体202を形成する。そして、未焼成発熱部102を挟み込むようにして第2未焼成基体203を積層する。
Specifically, an
そして、第1未焼成固体電解質体112上に、第1未焼成電極111を形成する。なお、第1未焼成電極111は、例えば白金90質量%及びジルコニア粉末10質量%の白金ペーストからなるものである。すなわち、この白金ペーストをスクリーン印刷法によって印刷することで、第1未焼成電極111が形成される。
Then, the first
さらに、第2未焼成基体203に、第1未焼成電極111を挟み込むようにして第1未焼成固体電解質体112を積層し、さらに、その第1未焼成固体電解質体112上に第2未焼成電極113を印刷して形成する。なお、第2未焼成電極113は第1未焼成電極111と同様の材料からなるものである。
Further, the first unsintered
そして、第2未焼成電極113上に未焼成絶縁層120を形成する。具体的には、未焼成絶縁部121、未焼成ガス拡散多孔質122を形成する。なお、焼成後、ガス検出室120cとなる部位、及び焼成後、多孔質保護層22が配置される第1固体電解質体と第2固体電解質体との間には、カーボンを主体とするペーストを印刷する。
Then, the green insulating
さらに、第2未焼成固体電解質体132上に、第3未焼成電極131を印刷し、第3未焼成電極131を挟み込むようにして、未焼成絶縁層120に積層する。そして、第2未焼成固体電解質体132上に第4未焼成電極133を印刷する。なお、第3未焼成電極131、第4未焼成電極133は、第1未焼成電極111と同様の材料からなるものである。そして、第4未焼成電極133上に、未焼成保護層140を積層する。未焼成保護層140は、予め未焼成電極保護部142を未焼成補強部141の貫通孔141aに挿入したものである。
Further, the third
そして、これらを1MPaで加圧して圧着後、所定の大きさに切断し、未焼成積層体21を得る。その後、未焼成積層体21を樹脂抜きし、さらに焼成温度1500℃で1時間保持し、積層体21を得る。
And after pressurizing these by 1 MPa and crimping | bonding, it cut | disconnects to a predetermined magnitude | size and the unbaking
次に、積層体21への多孔質保護層22の形成について説明する。
Next, formation of the porous
ディップ法によって未焼成多孔質保護層22を形成する場合、必要な厚みを得るためにディップと乾燥と複数回繰り返して行う必要があるが、スプレー法によれば数秒程度のスプレーで必要な厚みの未焼成多孔質保護層22を形成することができ、製造時間の大幅な短縮を図ることができる。
When the unfired porous
以下、具体的に多孔質保護層22の形成について説明する。まず、原料であるスピネル粉末と、チタニア粉末とを調合し、さらに揮発性溶剤としてのエタノールを加えてコート液を得る。さらに、このコート液に、セリアの含有量が0.001質量%以上、5質量%以下の範囲となるように、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を加える。そして、このコート液を積層体21にスプレーし、乾燥させ、焼成後に多孔質保護層22となる未焼成多孔質保護層22を形成する。
Hereinafter, the formation of the porous
スプレーは、図5に示すように、支持部材400によって積層体21の後端側を支持した状態で、まず先端側からニードル式のノズルを用いたスプレー装置401によってスプレーすることにより積層体21の先端部分にコート液を被着させた後(a)、積層体21を回転させつつスプレー装置401によって側方からスプレーして積層体21の側方部分にコート液を被着させる(b)。
As shown in FIG. 5, spraying is performed by first spraying from the front end side with a
なお、図5において、402は、周囲に飛散したセラミック粉末(コート液からエタノールが揮発したもの)を回収して再利用するための吸引装置を示している。この吸引装置402で回収されたセラミック粉末は再度エタノールに分散させることによって容易に再利用することができる。
In FIG. 5,
このように方向を変えて2段階のスプレーを行う方法によれば、積層体21の先端部分及び側方部分に均一に未焼成多孔質保護層22を形成することができる。また、先に先端部分に向けてスプレーを行うことで、先端部分に形成された未焼成多孔質保護層22の端部をその後に形成される側方部分の多孔質保護層22で覆うことができ、先端部分に形成された多孔質保護層22を剥がれ難くすることができる。
Thus, according to the method of performing the two-stage spraying by changing the direction, the unfired porous
以上、先端側および側方側から2段階に分けてスプレーする方法について説明したが、このような2段階に分けてスプレーする方法に替えて、これらの中間位置から斜めにスプレーする1段階のスプレーを行っても良い。 Although the method of spraying in two stages from the front end side and the side side has been described above, instead of the method of spraying in two stages, a one-stage spray spraying obliquely from these intermediate positions May be performed.
これらのスプレーにおいては、コート液に水ではなく、エタノール等の揮発性溶剤を使用し、回転速度やスプレーの噴霧時間等を適宜選択することで、積層体21の表面にコート液が付着した時点で揮発性溶媒を揮発させ、乾燥したセラミック原料粉末を積層体21の表面に容易に付着させることができる。これにより途中で乾燥時間を設けることなく、必要な厚みの未焼成多孔質保護層22を得ることができる。
In these sprays, a volatile solvent such as ethanol is used for the coating liquid instead of water, and the coating liquid adheres to the surface of the laminate 21 by appropriately selecting the rotation speed, spraying time, and the like. Thus, the volatile solvent is volatilized and the dried ceramic raw material powder can be easily attached to the surface of the laminate 21. Thereby, the unfired porous
そして、未焼成多孔質保護層22が形成された積層体21は大気雰囲気下にて昇温していき、最高温度1000℃で1時間保持する熱処理を行った後、空冷にて冷却することで、多孔質保護層22が形成された積層型のガスセンサ素子20とすることができる。なお、上記の例では、多孔質保護層22を構成するコート液に、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を加えてこれらを含む多孔質保護層22を形成した場合について説明したが、コート液にセリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物を含有させずに多孔質保護層22を形成した後、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を含む溶液を含浸させてもよい。
また、上述のスプレー法でなく、ディップ法により多孔質保護層22を形成しても良い。この場合、積層体21の先端部を、原料であるスピネル粉末と、チタニア粉末、セリア、又はセリア−ジルコニア複合化合物、セリア−プラセオジム複合化合物等を加えたディップ液に浸漬し、その後熱処理を行うことで、多孔質保護層22を形成する。
And the
Moreover, you may form the porous
その後は公知の製造方法によりガスセンサ1を作製する。具体的には、製造されたガスセンサ素子20を金属ホルダ23に挿入し、さらにセラミックホルダ24、滑石リング25で固定し、組立体を作製する。その後、この組立体を主体金具10に固定し、滑石リング26、セラミックスリーブ27を挿入し、主体金具10の後端部13にて加締めて下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめ外部プロテクタ40、内部プロテクタ41が取付けられている。一方、外筒50、絶縁コンタクト部材30、グロメット54等を組みつけ、上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体と接合し、ガスセンサ1を得る。
Thereafter, the
以上、本発明を実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated about embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, various deformation | transformation are possible.
1……ガスセンサ、10……ハウジング(主体金具)、20……ガスセンサ素子、20a……先端部、21……積層体、21a……表面層、22……多孔質保護層、40……外部プロテクタ、41……内部プロテクタ、42……ガス導入孔。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ガスセンサ素子が、板状の固体電解質体に一対の電極が配置された少なくとも2つのセルが少なくとも積層された素子本体、及び内部に発熱体を有するヒータが積層された積層体と、前記積層体のうちの少なくとも前記検出部を覆う、セラミックからなる多孔質保護層とを有するガスセンサであって、
前記多孔質保護層中には、セリア又はセリアを主成分とするセリア化合物が含まれていることを特徴とするガスセンサ。 It has a plate-like shape extending in the axial direction, and a detection part provided on the tip side is exposed to the gas to be measured, and a gas sensor element for detecting a specific component in the gas to be measured, and a tip side of the gas sensor element A cylindrical housing that holds the gas sensor element inside itself so as to protrude from its tip,
The gas sensor element includes a laminated body in which at least two cells each having a pair of electrodes arranged on a plate-shaped solid electrolyte body are laminated, a laminated body in which a heater having a heating element is laminated, and the laminated body A gas sensor having a porous protective layer made of ceramic and covering at least the detection part of
The gas sensor according to claim 1, wherein the porous protective layer contains ceria or a ceria compound containing ceria as a main component.
前記多孔質保護層中のセリアの含有量が、0.001質量%〜5質量%となるように、前記多孔質保護層中に、セリア又はセリアを主成分とするセリア化合物が含まれていることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1,
The porous protective layer contains ceria or a ceria compound containing ceria as a main component so that the content of ceria in the porous protective layer is 0.001% by mass to 5% by mass. A gas sensor characterized by that.
前記多孔質保護層の内表面側よりも前記多孔質保護層の外表面側に、セリア又はセリアを主成分とするセリア化合物が多く含有していることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1 or 2,
A gas sensor comprising ceria or a ceria compound containing ceria as a main component on the outer surface side of the porous protective layer rather than the inner surface side of the porous protective layer.
前記2つのセルの間には、前記被測定ガスを導入する測定室を有すると共に、該測定室に外部から前記被測定ガスを導入するガス導入路には、ガス拡散多孔質が配置されており、前記多孔質保護層中のセリア又はセリアを主成分とするセリア化合物は、前記ガス拡散多孔質上に設けられる前記多孔質保護層に他の部位よりも多く含有していることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
Between the two cells, there is a measurement chamber for introducing the measurement gas, and a gas diffusion porous is disposed in the gas introduction path for introducing the measurement gas from the outside into the measurement chamber. The ceria or the ceria compound containing ceria as a main component in the porous protective layer is contained more in the porous protective layer provided on the gas diffusion porous than in other parts. Gas sensor.
前記多孔質保護層は、平均気孔径が0.01μm〜5.0μmであることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
The porous protective layer has an average pore diameter of 0.01 μm to 5.0 μm.
前記多孔質保護層中に、さらに白金系貴金属を含有させたことを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 5,
A gas sensor comprising a platinum noble metal further contained in the porous protective layer.
前記ハウジングの先端側に固定され、前記ガスセンサ素子の先端側を覆うように設けられた、前記被測定ガスを導入するガス導入孔を有するプロテクタをさらに備え、前記ガス導入孔は、前記軸線方向における前記多孔質保護層に重なる位置に設けられていることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 6,
A protector having a gas introduction hole for introducing the gas to be measured, which is fixed to the distal end side of the housing and is provided so as to cover the distal end side of the gas sensor element, the gas introduction hole in the axial direction A gas sensor, wherein the gas sensor is provided at a position overlapping the porous protective layer.
前記ガスセンサ素子と前記ハウジングとの間隙に設けられ、前記ガスセンサ素子を前記ハウジングに保持するための保持部を備え、前記保持部と前記多孔質保護層とは、軸線方向において離間しており、前記保持部と前記多孔質保護層との間隙に位置する前記ガスセンサ素子の表面の少なくとも一部に、セリア又はセリアを主成分とするセリア化合物を付着させた表面層が設けられていることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 7,
Provided in a gap between the gas sensor element and the housing, and provided with a holding portion for holding the gas sensor element in the housing, the holding portion and the porous protective layer are spaced apart in an axial direction, A surface layer in which ceria or a ceria compound containing ceria as a main component is attached is provided on at least a part of the surface of the gas sensor element located in the gap between the holding portion and the porous protective layer. Gas sensor.
前記表面層が、前記間隙に位置する前記ガスセンサ素子の表面全体に設けられていることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 8, wherein
The gas sensor according to claim 1, wherein the surface layer is provided on the entire surface of the gas sensor element located in the gap.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011140205A JP2013007642A (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011140205A JP2013007642A (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Gas sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013007642A true JP2013007642A (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=47675112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011140205A Withdrawn JP2013007642A (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013007642A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016065852A (en) * | 2014-03-28 | 2016-04-28 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor production method |
US9976979B2 (en) | 2014-09-25 | 2018-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor element, gas sensor, and method of manufacturing gas sensor element |
-
2011
- 2011-06-24 JP JP2011140205A patent/JP2013007642A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016065852A (en) * | 2014-03-28 | 2016-04-28 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor production method |
US9976979B2 (en) | 2014-09-25 | 2018-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor element, gas sensor, and method of manufacturing gas sensor element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5390682B1 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP6533426B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP6059110B2 (en) | Sensor element and sensor | |
JP5496983B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP5173042B2 (en) | Manufacturing method of gas sensor | |
JP5373837B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
WO2013084097A2 (en) | Gas sensor element, and gas sensor | |
JP2015059758A (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP4578556B2 (en) | Gas sensor and manufacturing method thereof | |
JP2012189579A (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP2007139749A (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP5033017B2 (en) | Ammonia gas sensor | |
JP4109555B2 (en) | Oxygen concentration detector | |
JP2013234896A (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
US8828206B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor employing the gas sensor element | |
JP2013007642A (en) | Gas sensor | |
JP4567547B2 (en) | GAS SENSOR ELEMENT, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND GAS SENSOR | |
US11125715B2 (en) | Gas sensor | |
JP6776013B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP6560099B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP5097082B2 (en) | Gas sensor and manufacturing method thereof | |
JP6880179B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP7114701B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
JP6204252B2 (en) | Ammonia gas sensor | |
JP2010185891A (en) | Method of manufacturing gas sensor element, and method of manufacturing the gas sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140902 |