JP2004085493A - Oxygen sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ素子に関し、特に自動車等の内燃機関における空気と燃料の比率を制御するための酸素センサ素子に関するものである。
【0002】
【従来技術】
現在、自動車等の内燃機関においては、排出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づいて内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御することにより、内燃機関からの有害物質、例えばCO、HC、NOxを低減させる方法が採用されている。
【0003】
この検出素子として、主として酸素イオン導電性を有するジルコニアを主成分とする固体電解質からなり、一端が封止された円筒管の外面および内面にそれぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素センサが用いられている。この酸素センサの代表的なものとしては、図9の概略断面図に示すように、ZrO2固体電解質からなり、先端が封止された円筒管41の内面には、センサ部として白金からなり空気などの基準ガスと接触する基準電極42が、また円筒管41の外面には排気ガスなどの被測定ガスと接触される測定電極43が形成されている。
【0004】
このような酸素センサにおいて、一般に、空気と燃料の比率が1付近の制御に用いられている、いわゆる理論空燃比センサ(λセンサ)としては、測定電極43の表面に、保護層としてセラミック多孔質層44が設けられており、所定温度で円筒管41両側に発生する酸素濃度差を検出し、エンジン吸気系の空燃比の制御が行われている。この際、理論空燃比センサは約700℃付近の作動温度までに加熱する必要があり、そのために、円筒管41の内側には、センサ部を作動温度まで加熱するため棒状ヒータ45が挿入されている。
【0005】
しかしながら、近年排気ガス規制の強化傾向が強まり、エンジン始動直後からのCO、HC、NOxの検出が必要になってきた。このような要求に対して、上述のように、棒状ヒータ45を円筒管41内に挿入してなる間接加熱方式の円筒型酸素センサでは、センサ部が活性化温度に達するまでに要する時間(以下、活性化時間という。)が遅いために排気ガス規制に充分対応できないという問題があった。
【0006】
近年、この問題を回避する方法として、図10の概略断面図に示すように、ジルコニア固体電解質からなる平板状の基板46の外面および内面に基準電極48と測定電極47をそれぞれ設けると同時に、アルミナセラミックスからなるセラミック絶縁層49の内部に白金やタングステンのヒータ50を埋設したヒータ一体型の酸素センサ素子が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10に示すような平板状のヒータ一体型酸素センサは、図9の間接加熱方式と異なり、直接加熱方式であるために、ヒータ50によるセンサ部の急速昇温が可能ではあるが、形状が平板形状であり、またジルコニア固体電解質の基板46とアルミナセラミック絶縁層49との熱膨張係数が異なるため、このような急速昇温の繰り返しによって、ジルコニア固体電解質基板46とアルミナセラミック絶縁層49の界面にクラックが発生し、このクラックの進展によって最終的には破壊に至る場合が発生するなどの問題があった。
【0008】
また、かかる問題は、素子の小型化によってジルコニア固体電解質基板46やアルミナセラミック絶縁層49の絶対強度が低下することによって、クラックや破壊の発生が非常に顕著になりつつあり、素子の小型化を阻害する大きな要因となっている。
【0009】
従って、本発明は、平板形状からなり、耐久性、耐熱性に優れ、且つ長時間運転に対してもクラックの発生や破壊することのない優れた安定性を有する平板状の酸素センサ素子を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題について検討した結果、大気導入孔を有する長尺平板状のジルコニア固体電解質基体における前記大気導入孔の内壁面とそれと対向する外表面に一対の電極対を有するセンサ部と、セラミック絶縁層内に発熱体を埋設したヒータ部を具備する酸素センサ素子において、前記ヒータ部の長手方向に対して直行する断面にて前記セラミック絶縁層の周囲がジルコニア固体電解質層によって覆われ、前記センサ部と一体的に形成されているとともに、素子先端部において前記ヒータ部の前記セラミック絶縁層を露出することによって、セラミック絶縁層と固体電解質の接合力を高め、平板形状のセンサ素子の問題点である急速昇温時の素子の破壊を防止するとともに、耐熱性、耐久性に優れた素子を提供できることを見出した。
【0011】
また、前記ヒータ部におけるセラミック絶縁層と前記ジルコニア固体電解質弾性表面波素子との間に、気孔率が3〜20%の多孔質ジルコニア固体電解質層を形成することによって、さらに耐熱性、耐久性に優れた素子を得ることができる。
【0012】
さらに、前記多孔質ジルコニア固体電解質層の厚みは、10〜300μmであることが効果的である。また、前記ヒータ部を覆うジルコニア固体電解質層の厚みを20μm以上とすることによって、耐湿性向上ができる。
【0013】
また、前記センサ部と前記ヒータ部とが同時焼成して形成されてなる場合に好適である。
【0014】
また、本発明の酸素センサ素子は、前記センサ部における一対の電極対のうち、被測定ガスと接触する電極の面積が8〜18mm2であり、且つ素子の長手方向に対して直交する方向の幅が、素子先端から少なくとも5mm以上が2.0〜3.5mmと小型化を図る上で好適であり、これによってセンサ部の小型化とともに耐久性を高めることができる。
【0015】
なお、小型化を図る上で、素子の先端付近にセンサ部の一対の電極対が形成され、素子の後端付近に端子を接続するための電極パッドを備えており、前記電極パッド形成部分における長手方向に対して直交する方向の幅が、素子先端の幅よりも大きいことが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸素センサ素子の基本構造の例を図面をもとに以下に説明する。
【0017】
図1は、本発明の酸素センサ素子の一例を説明するための概略断面図である。これらは、一般的に理論空撚比センサ素子と呼ばれるものであり、図1の例ではいずれもセンサ部1とヒータ部2が一体的に形成されてなるものである。
【0018】
図1の酸素センサ素子においては、ジルコニア固体電解質からなる酸素イオン導電性を有し、内部に先端が封止された大気導入孔3aが形成された基体3と、この基体3における大気導入孔3aの内壁と基体3の対向する両面には、空気に接する基準電極4と、排気ガスと接する測定電極5とが形成されており、酸素濃度を検知する機能を有するセンサ部1を形成している。
【0019】
また、排気ガスによる電極の被毒を防止する観点から、測定電極5表面には電極保護層としてセラミック多孔質層6が形成されていてもよい。
【0020】
一方、ヒータ部2は、セラミック絶縁層7の内部に、白金などからなる発熱体8が埋設されており、さらに、図1の酸素センサ素子においては、このヒータ部2はジルコニア固体電解質基体3の一部となるジルコニア固体電解質層9によりその周囲が覆われている。
【0021】
一方、ヒータ部2は、セラミック絶縁層7の内部に、発熱体8が埋設されており、このヒータ部2は、図1のヒータ部2の長手方向に対して直行する断面においては、セラミック絶縁層7の周囲がジルコニア固体電解質層9によって全体が覆われている。
【0022】
一方、図3のヒータ部2の長手方向に対して平行な断面においては、素子先端部においてヒータ部2のセラミック絶縁層7が露出していることが重要である。
【0023】
即ち、本発明は、素子先端部においてセラミック絶縁層7が露出する一方、他の部分は固体電解質層9に覆われていることによって、セラミック絶縁層7が外気と接することがなく、外気中の水蒸気の侵入を防止するとともに、セラミック絶縁層7を含むヒータ部とセンサ部との接合信頼性を高め、且つセラミック絶縁層7とジルコニア固体電解質層9との間に発生する熱応力を先端部から開放させ、緩和させることができる。
【0024】
また、本発明によれば、セラミック絶縁層7の周囲の一部または全部と、固体電解質層9との間に、気孔率が3〜20%の多孔質ジルコニア固体電解質層(以下、多孔質層という。)10が形成されていることが望ましい。このような多孔質層10を設けることによって、ジルコニア固体電解質層9とアルミナセラミック絶縁層7との熱膨張係数に起因する熱応力をさらに緩和することができる。多孔質層10の気孔率としては、3〜20%、特に5〜15%が優れる。この気孔率としては、多孔質層における縦断面に占める気孔の占める面積と定義する。
【0025】
また、多孔質層10の厚みとしては、10〜300μm、特に20〜50μmの範囲が効果的で、気孔の大きさとしては、直径が3〜10μm、特に3〜5μmの範囲が効果的である。
【0026】
多孔質層10の厚みが、10μmより小さくても、あるいは300μmを越えてもアルミナセラミック絶縁層7と固体電解質層9との接合力が低下しやすい。
【0027】
なお、この多孔質層は、ジルコニア粉末組成物に対して、樹脂ビーズ、炭素粉末などの気孔形成剤を5〜30体積%の割合で配合したスラリーを塗布したり、スラリーをドクターブレード法等によってシート化して、前記セラミック絶縁層とジルコニア固体電解質層9との間に配設し、焼成することによって形成することができる。気孔率や気孔径は、気孔形成剤の粒径や配合量によって容易に制御することができる。
【0028】
本発明の酸素センサ素子におけるジルコニア固体電解質基体3やジルコニア固体電解質層9、9’並びに、アルミナを含有するジルコニア固体電解質層10中のジルコニア固体電解質は、ZrO2を含有するセラミックスからなり、安定化剤として、Y2O3およびYb2O3、Sc2O3、Sm2O3、Nd2O3、Dy2O3の群から選ばれる少なくとも1種を1〜30モル%、好ましくは3〜15モル%含有する部分安定化ZrO2あるいは安定化ZrO2が用いられる。さらに、焼結性を改善する目的で、上記ZrO2に対して、SiO2を添加含有させることができるが、多量に含有させると高温におけるクリープ特性が悪くなることから、SiO2の添加量は総量で5質量%以下、特に2質量%以下であることが望ましい。
【0029】
さらに、本発明においては、ヒータ部2を覆うジルコニア固体電解質層9の最小厚さSが20μm以上、特に50μm以上、さらには100μm以上とすることが望ましい。これは、ジルコニア固体電解質層9の内部に気孔が存在する場合があり、この気孔を経由して水蒸気が浸入することを防止すると同時に、固体電解質間の接合力を強化する目的で形成される。
【0030】
なお、このジルコニア固体電解質層9は、センサ部1が形成される基板3を構成するジルコニア固体電解質と同じ材質からなることが望ましく、相対密度が90%以上、特に95%以上の緻密体からなることが望ましい。
【0031】
図1の酸素センサ素子においては、ヒータ部2は、センサ部1を有する基板3の下部に内蔵されることによって、ジルコニア固体電解質によって覆われており、センサ部1とともに焼成によって一体化された構造からなるものである。
【0032】
本発明においては、このヒータ部2を形成するセラミック絶縁層7は、a)アルミナを主体とする焼結体、b)少なくともAlとMgとを含む複合酸化物を主体とする焼結体、c)Alと、Yおよび希土類元素の群から選ばれる少なくとも1種との複合酸化物を主体とする焼結体の群から選ばれる少なくとも1種の焼結体によって構成することが望ましい。
【0033】
a)アルミナを主体とする焼結体としては、アルミナを90質量%以上含有し、さらには、焼結性を改善する目的で、前記主成分以外の成分として、Mg、Caなどのアルカリ土類金属の酸化物や、SiO2の群から選ばれる少なくとも1種を総和で1〜10質量%含有していることが望ましい。
【0034】
また、b)AlとMgとの複合酸化物を主成分とする焼結体は、AlとMgとの酸化物換算による2成分基準で、Alを酸化物換算で20〜90モル%、Mgを酸化物換算で10〜80モル%の割合で含有することが望ましい。
【0035】
この場合、用いる組成と焼成温度にもよるが、得られるセラミック絶縁層4中の結晶相としては、Al2O3相、MgO・Al2O3(スピネル)相、MgO相のうちの2種または3種の結晶から構成されている。上記の組成範囲のうち、Al量が酸化物換算50〜80モル%、Mg量が酸化物換算で20〜50モル%の範囲が特に好ましい。
【0036】
さらに、c)Alと、Yおよび希土類元素の群から選ばれる少なくとも1種との複合酸化物としては、Yおよび希土類元素量と、Alとの酸化物換算による2成分基準で、Alを酸化物換算で20〜90モル%、Yおよび希土類元素を10〜80モル%の範囲からなることが望ましい。上記の範囲の中で、Al量が50〜80モル%、Yおよび希土類元素の群から選ばれる少なくとも1種を20〜50モル%からなることが望ましい。希土類元素としては、具体的にLa、Yb、Nd、Dy、Sc、Sm、Scが好適に用いられる。
【0037】
また、この時の結晶相としては、Al2O3と、AlとYまたは希土類元素との複合酸化物、Yまたは希土類元素酸化物のうちの2種または3種から構成される。例えば、複合酸化物としては、例えば、Al2O3とY2O3を用いた場合、3Y2O3・5Al2O3、2Y2O3・Al2O3、およびY2O3等の結晶を組み合わせた結晶相からなる。
【0038】
なお、この発熱体8を埋設するセラミック絶縁層7を構成する焼結体は、相対密度が80%以上、特に90%以上、さらには95%以上、開気孔率が5%以下、特に3%以下の緻密質な焼結体によって構成することによって、セラミック絶縁層7を介したヒータ部2の強度を高め、素子全体の強度を高めることができる。
【0039】
また、このセラミック絶縁層7中には、Na、K等のアルカリ金属は、マイグレーションしてヒータ部2の電気絶縁性を悪くするため酸化物換算で総量で50ppm以下に制御することが望ましい。
【0040】
基体3の表面に被着形成される基準電極4、測定電極5は、いずれも白金、あるいは白金と、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれる1種との合金が用いられる。また、センサ動作時の電極中の金属の粒成長を防止する目的と、応答性に係わる白金粒子と固体電解質と気体との、いわゆる3相界面の接点を増大する目的で、上述のセラミック固体電解質成分を1〜50体積%、特に10〜30体積%の割合で上記電極中に混合してもよい。また、電極形状としては、四角形でも楕円形でもよい。また、電極の厚さは、3〜20μm、特に5〜10μmが好ましい。
【0041】
ヒータ部2におけるアルミナセラミック絶縁層7内に埋設されたヒータ8およびリード8a1、8a2は、金属として白金単味、あるいは白金とロジウム、パラジウム、ルテニウムの群から選ばれる1種との合金、またはW単体、あるいはWとMo、Reの群から選ばれる1種の合金を用いることができる。
【0042】
ヒータとして白金ヒータを用いる場合は、焼成中の白金の粒成長を防止する観点からアルミナの他に、セラミック絶縁層を形成する同じセラミック粉末を全量に対して、10〜40体積%、特に20〜30体積%添加することが好ましい。この場合、ヒータ8とリード8a1,8a2の抵抗比率は、いずれの場合も室温において、9:1〜7:3の範囲に制御することが好ましい。
【0043】
また、測定電極5の表面に形成されるセラミック多孔質層6は、厚さ10〜800μm、特に100〜500μmで、気孔率が10〜50%のジルコニア、アルミナ、γ−アルミナおよびスピネルの群から選ばれる少なくとも1種によって形成されていることが望ましい。
【0044】
また、本発明の酸素センサ素子は、小型の酸素センサ素子に最も好適に用いられる。具体的には、素子の小型化とともに優れたガス応答性を図る上で、測定電極5の電極面積が8〜18mm2であり、素子の先端から5mm以上、特に10mm以上の部分における長手方向に対して直交する方向の幅が、2.0〜3.5mmであることが望ましい。本発明によれば、測定電極5の面積および先端部の幅を上記の範囲に制御することによって、ヒータによる測定電極5の急速昇温性を高め、センサによるガス応答性を改善することができる。
【0045】
また、本発明の酸素センサ素子は、素子の先端付近にセンサ部1の一対の電極対5が形成され、素子の後端付近に端子を接続するための電極パッド11を備えているが、電極面積および幅を上記の範囲に設定する上で、前記素子後端の長手方向に対して直交する方向の幅L1が、素子先端の幅L2よりも大きいことが、あるいは、前記センサ素子の幅が、素子先端から後端に向かって連続的、または不連続的に大きくなっていることが望ましい。特に、電極パッド11が形成される後端部における最大幅は、3.7〜5mm、特に4.0〜4.5mmであることが適当である。
【0046】
この場合の、酸素センサ素子の具体的な構造としては、具体的には、図3(a)に示すように、素子の先端部から後端部にわたって連続して幅が大きくなるように、言い換えれば幅が広くなるようなもの、図3(b)に示すように、先端部から後端部の間で段差部vを境に素子の幅が広くなるようなもの、図3(c)に示すように、先端部から後端部の間でテーパ部pを設け、部分的に連続して幅が広くなるもの等が挙げられる。
【0047】
このように、電極パッド11が設けられる部分の幅を広くし、電極パッド11を形成している部分の幅L1を素子先端部の幅L2よりも大きくすることによって、センサ部の小型化とともに、電極パッド11にコネクタや金属ピンなどを容易に且つ強固に取り付けることができる。
【0048】
また、ヒータ部2における発熱体8の配置としては、通常、断面における一対の発熱体は、同一平面内に形成してもよいが、同一平面の場合には、小型化に伴い、ヒータパターンの形状が非常に制約されることから、図1に示すように、ヒータ部2の長手方向に対して直交する方向の断面における一対の発熱体8がセラミック絶縁層7aを介して形成すると、ヒータ部の小型化を図ることができる。
【0049】
より具体的には、図4の発熱体パターンの構造を説明する概略透過図に示すように、長尺状のセラミック絶縁層7内において、一端側からリード8a1が長手方向に伸び、セラミック絶縁層7の他端部付近のセンサ部1の電極形成部と対向する部分に発熱部8b1が形成され、素子の他端部で折り返された後、発熱部8b2を経由してリード8a2に接続されている。本発明においては、少なくとも発熱部8b1と8b2とがセラミック絶縁層7aを介して上下に形成されており、この発熱部8b1、8b2は、他端部においてセラミック絶縁層7aを貫通するビア8cなどの接続体によって電気的に接続されている。
【0050】
図4の発熱体パターンは、ミアンダ構造(波形)のパターンから構成され、発熱体の幅をxとした場合、図4のミアンダ構造では、発熱体8の幅xは、その波形の最大振幅に相当する。この発熱部8b1、8b2がそれぞれ所定の幅xを有する場合、一般に、これらを同一平面内に形成すると、素子全体の幅wは、発熱部8b1、8b2を絶縁層7内に埋設するためのしろ部分や発熱体8b1、8b2間のショートを防止するために、素子全体の幅wは、w≧3x程度は必要となる。
【0051】
これに対して、発熱部8b1、8b2をそれぞれ異なる層間に形成すると、平面的にみて、発熱部8b1、8b2が重なっていてもセラミック絶縁層7aによって絶縁性が保たれているために、素子全体の幅wは、3xよりも小さくできる。特に小型化を図る上で、w≦2.5x、さらにはw≦2xを満足することが望ましい。
【0052】
なお、上下の発熱部8a1、8b2間のセラミック絶縁層7aの厚みとしては、電気絶縁性の観点から1〜300μm、特に5〜100μm、さらには、5〜50μmが好ましい。
【0053】
なお、図4の例では、発熱体8は、素子の長手方向に直交する方向で折り返しを有するミアンダ(波形)形パターンからなるものであったが、この発熱体パターンは、これに限定されるものではなく、例えば、図5の発熱体のパターン図に示すように、素子の長手方向で折り返しを有するミアンダ形パターンであってもよい。
【0054】
さらに、本発明によれば、上記図3(c)の酸素センサ素子を用いて、例えば、図6に示すように、酸素センサ素子をホルダーに取り付ける場合の取り付け治具12をテーパ部pの部分に取り付けることができる。
【0055】
また、本発明の酸素センサ素子は、素子強度の観点から、素子全体の厚さとしては、0.8〜3mm、特に1〜2mm、素子の長さとしては45〜55mm、特に45〜50mmが急速昇温性と素子のエンジン中への取付け具合との関係から好ましい。
【0056】
また、本発明の酸素センサ素子は、図7のようなワイドレンジセンサ素子に対しても適用される。図7は、その代表的な構造を説明するための概略断面図である。この図7の酸素センサ素子によれば、基体3の対向する面に基準電極4、測定電極5の電極対が形成され、測定電極5の上側には基板13によって空間部14が形成されており、この基板13には排気ガスを取り込むための0.1〜0.5mmの大きさの拡散孔15が開けられている。
【0057】
かかる酸素センサにおいては、基体3を挟む一対の電極対4、5によってポンピングセルが形成されており、排気ガス中の酸素濃度に対応して電極対間に流れる電流を制御して排気ガス中の空燃比を制御する。
【0058】
なお、上記空間部14内には素子の強度を持たせるため多孔質のセラミックスを充填することもできる。また、上記の拡散孔15は、素子上面の他、側面や先端に形成することもできる。さらには、拡散孔15は空間内に一定の排気ガスを取り込むための孔として作用する。そのため、拡散孔15は、多数個の孔で形成してもよいし、またセラミック多孔質層で形成してもよい。
【0059】
また、基体3の下面に形成された基準電極4は、大気導入孔3aの内壁に形成されている。大気導入孔3aの直下には、さらにWあるいはPtからなる発熱体8を埋設したアルミナセラミック絶縁層7がジルコニア固体電解質層9によって覆われている。この発熱体8を加熱することにより、基体3と電極対4、5を加熱する仕組みとなっている。本発明の酸素センサにおいては、他の例として、上記の基板11の両面にポンピング電極を形成することもできる。
【0060】
かかる酸素センサ素子においても、アルミナセラミック絶縁層7とジルコニア固体電解質層9との間に、アルミナを5〜10質量%含有するジルコニア固体電解質層10を形成する。
【0061】
次に、本発明の酸素センサ素子の製造方法を、図1の酸素センサ素子の製造方法を例にして、発熱体としてPtを、またセラミック絶縁層として、アルミナを用いた場合について、図8の分解斜視図をもとに説明する。
【0062】
まず、固体電解質のグリーンシート21を作製する。このグリーンシート21は、例えば、ジルコニアの酸素イオン導電性を有するセラミック固体電解質粉末に対して、適宜、成形用有機バインダーを添加してドクターブレード法や、押出成形や、静水圧成形(ラバープレス)あるいはプレス形成などの周知の方法により作製される。
【0063】
次に、上記のグリーンシート21の両面に、それぞれ測定電極5および基準電極4となるパターン22やリードパターン23やスルーホール(図示せず)などを例えば、白金を含有する導電性ペーストを用いてスラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷形成した後、大気導入孔24を形成したグリーンシート25およびグリーンシート26をアクリル樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら機械的に接着することによりセンサ部用の積層体Aを作製する。
【0064】
さらに、この時に使用する白金を含有する導電性ペーストとしては、ジルコニアを1〜50体積%、特に10〜30体積%の割合で包含する白金粒子に、エチルセルロース等の有機樹脂成分を含有するものを用いることによって、電極の感度を高めることできる。なお、この時に測定電極5となるパターンの表面には、セラミック多孔質層6を形成するための多孔質スラリーを印刷塗布形成してもよい。
【0065】
次に、図8に示すようにジルコニアグリーンシート27表面に、グリーンシート21を形成するジルコニア粉末組成物に、平均粒径が5〜50μmの樹脂ビーズや炭素粉末などの気孔形成剤を5〜30体積%添加混合したペーストを用いて、スラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷して多孔質層28aを形成する。次にAl2O3粉末に有機樹脂および溶剤を加え混合した絶縁性ペーストをスラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷し、セラミック絶縁層29aを形成する。
【0066】
次に、図3のように、セラミック絶縁層29aの表面に、ヒータパターン30およびリードパターン31を印刷塗布する。そして、上記絶縁性ペーストを塗布してセラミック絶縁層29bを形成する。その後、再度、前記多孔質層形成用のペーストを用いて多孔質ジルコニア固体電解質層28bを形成する。
【0067】
その後、上記多孔質ジルコニア固体電解質層28a,28bを固体電解質で被覆するために、ジルコニア粉末からなるペーストを用いて、多孔質ジルコニア固体電解質層28a,28bの周囲に、セラミック絶縁層28a,28bとほぼ同じ高さにジルコニア固体電解質層32を印刷形成する。そして、再度、ジルコニアグリーンシート33を積層して、ヒータ部2の積層体Bを作製する。
【0068】
上記のヒータ部2の積層体を作製するにあたり、セラミック絶縁層28a、28b,29a,29bは、上記のように絶縁性ペーストの印刷塗布によって形成する他に、セラミックのスラリーを用いてドクターブレード法などのシート成形方法によってシート化して積層することもできる。
【0069】
また、図3の酸素センサ素子のように、白金ヒータを異なる面に形成する場合には、上側のヒータパターンおよびリードパターンと、上側のヒータパターンおよびリードパターンとを分離し、下側のヒータパターンおよびリードパターンを形成後に、セラミック絶縁層を塗布形成した後、上側のヒータパターンおよびリードパターンを形成すればよい。なお、下側のヒータパターンと上側ヒータパターンとは、介在するセラミック絶縁層に貫通孔を形成し、上側ヒータパターン形成時にこの貫通孔内に導電性ペーストを充填すればよい。または、介在するセラミック絶縁層の先端部を切り欠き、その切り欠き部に導電性ペーストを塗布して接続し、一本に繋がった白金ヒータを形成する。
【0070】
また、本発明においては、気孔形成剤を含有する固体電解質のグリーンシートをセラミック絶縁体表面に積層して形成することができる。
【0071】
この後、センサ部1の積層体Aとヒータ部2の積層体Bをアクリル樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら両者を機械的に接着することにより接着一体化した後、これらを焼成する。焼成は、大気中または不活性ガス雰囲気中、1300℃〜1700℃の温度範囲で1〜10時間焼成する。なお、焼成時には、焼成時のセンサ部Aの反りを抑制するため、錘として平滑なアルミナ等の基板を積層体の上に置くことにより反り量を低減することができる。
【0072】
その後、必要に応じて、焼成後の測定電極の表面に、プラズマ溶射法等により,アルミナ、ジルコニア、スピネルの群から選ばれる少なくとも1種のセラミックスを形成することによってヒータ部が一体化された酸素センサ素子を形成することができる。
【0073】
なお、上記の方法では、ヒータ部1はセンサ部2と同時焼成して形成した場合について説明したが、センサ部1とヒータ部2とはそれぞれ別体で焼成した後、ガラスなどの適当な無機接合材によって接合することによって一体化することも可能である。
【0074】
ヒータをWで形成する場合、積層体の作製方法は、上述の白金ヒータを用いた場合とどうようであるが、焼成は、還元雰囲気または不活性ガス雰囲気中、1300℃〜1700℃の温度範囲で1〜10時間焼成する必用がある。
【0075】
【実施例】
図1に示す理論空燃比センサ素子を、図8に従い以下のようにして作製した。
【0076】
まず、Al2O3粉末と、アルミナとシリカをそれぞれ0.1重量%含む5モル%Y2O3含有のジルコニア粉末と、気孔形成剤(フロービーズ;平均粒子径約4μm)を5〜40体積%含有する5モル%Y2O3含有のジルコニア粉末と、平均粒子径が0.1μmで8モル%のイットリアからなるジルコニアを30体積%結晶内に含有する白金粉末と、アルミナを10体積%含有する白金粉末をそれぞれ準備した。
【0077】
まず、アルミナとシリカをそれぞれ0.1重量%含む5モル%Y2O3含有のジルコニア粉末にポリビニルアルコール溶液を添加してスラリーを作製し、押出成形により焼結後の厚さが0.4mmになるようなジルコニアグリーンシート21を作製した。
【0078】
その後、ジルコニアグリーンシート21の両面に、平均粒子径が0.1μmで8モル%のイットリアからなるジルコニアを30体積%結晶内に含有する白金粉末を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷して、測定電極と基準電極のパターン22、リードパターン23を印刷形成した後、大気導入孔24を形成したジルコニアグリーンシート25、およびジルコニアグリーンシート26をアクリル樹脂の接着剤により積層しセンサ部用積層体Aを得た。
【0079】
次に、上記ジルコニアグリーンシート27表面に、必要に応じて、適宜気孔形成剤(フロービーズ;平均粒子径約4μm)を5〜40体積%含有する5モル%Y2O3含有のジルコニア粉末のスラリーを焼成後5〜400μmとなるように形成して多孔質ジルコニア層28aを形成した後、アルミナ粉末からなる絶縁性ペーストを作製して、厚みが焼成後20μmとなるようスクリーン印刷してセラミック絶縁層29aを素子先端部が露出するように形成した。そして、その表面にアルミナを10体積%含有する白金粉末のペーストを用いてヒータパターン30およびリードパターン31をスクリーン印刷した。
【0080】
さらに、このヒータパターン30、リードパターン31の表面に、上記アルミナ絶縁性ペーストを焼成後20μmになるようにスクリーン印刷してセラミック絶縁層29bを形成し、再度、上記気孔形成剤を含むジルコニアのスラリーを焼成後5〜400μmとなるように積層形成して多孔質ジルコニア層28bを形成した。
【0081】
そして、この積層体の周囲に、5モル%Y2O3含有のジルコニア粉末からなるペーストを用い、スクリーン印刷により積層体と同じ高さとなるように塗布してジルコニア固体電解質層32を形成した。そして、さらにジルコニアシート33を積層して、セラミック絶縁層29a、29b間にヒータパターン30を埋設したヒータ部用積層体を作製した。
【0082】
その後、センサ部積層体とヒータ部積層体とを積層し、1500℃で1時間焼成して、ヒータを一体化したセンサ素子を作製した。
【0083】
また、比較のために、セラミック絶縁層が素子先端部から露出せず、また、セラミック絶縁層とジルコニア固体電解質層との間に多孔質層を形成しないこと以外は全く同様にして酸素センサ素子(試料No.1)を作製した。
【0084】
なお、作製した酸素センサ素子は、図3(c)にもとづき、すべて測定電極の面積を12mm2、素子の長さ50mm,素子の先端部から20mmまでの部分の幅を3mmとし、電極パッド形成部分の幅を4.5mmとしその長さを10mmとした。なお、素子の厚みは1.5mmとした。
【0085】
上記の方法により多孔質体の気孔率およびその厚みの異なるセンサ素子をそれぞれ20個ずつ作製し、室温から約20秒で1000℃まで昇温した後、ファンで強制的に室温まで急冷するという温度サイクルを1サイクルとして、これを20万回程度行った後の破損率を求めた。この際、セラミック絶縁層に接する多孔質の固体電解質層の鏡面研磨した面を、2000倍の走査型電子顕微鏡写真を10点測定して、断面積に占め気孔の面積比率を測定しその平均値を気孔率とした。また、多孔質の固体電解質層の厚みも同様に走査型電子顕微鏡写真により測定した。結果を表1に示す。
【0086】
【表1】
【0087】
表1より、素子先端においてセラミック絶縁層を露出した試料No.2は、露出させない試料No.1に比較して素子の破損率が低下した。さらに、そのセラミック絶縁層の周囲に多孔質の固体電解質層を配置した試料No.2〜試料No.17は素子の破損率がさらに低いことがわかる。その中で、多孔質の固体電解質層の気孔率が3〜20%の試料および多孔質の固体電解質層の厚みが10〜300μmの試料については特に破損率が低かった。
【0088】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、ヒータ部におけるジルコニア固体電解質層と前記セラミック絶縁層の間に、多孔質のジルコニア固体電解質層を形成することによって、長時間運転に対してもクラックの発生や破壊することのない優れた安定性を有する平板状の酸素センサ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素センサ素子の一例を説明するための概略横断面図である。
【図2】本発明の酸素センサ素子の一例を説明するための概略縦断面図である。
【図3】本発明における酸素センサ素子の概略平面図である。
【図4】図3の酸素センサ素子の発熱体パターンの構造を説明するための概略斜視図である。
【図5】図3の酸素センサ素子の発熱体パターンの他の構造を説明するための概略斜視図である。
【図6】図4(c)の酸素センサ素子の応用例を説明するための概略斜視図である。
【図7】本発明の酸素センサ素子のさらに他の例を説明するために概略断面図である。
【図8】図1の酸素センサ素子の製造方法を説明するための分解斜視図である。
【図9】従来のヒータ一体型酸素センサ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図10】従来の他のヒータ一体型酸素センサ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
1 センサ部
2 ヒータ部
3 基板
4 基準電極
5 測定電極
6 セラミック多孔質層
7 セラミック絶縁層
8 発熱体
9 ジルコニア固体電解質層
10 多孔質ジルコニア固体電解質層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor element, and more particularly to an oxygen sensor element for controlling a ratio of air to fuel in an internal combustion engine such as an automobile.
[0002]
[Prior art]
Currently, in internal combustion engines such as automobiles, by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas and controlling the amount of air and fuel supplied to the internal combustion engine based on the detected value, harmful substances from the internal combustion engine, For example, a method of reducing CO, HC, and NOx has been adopted.
[0003]
As the detection element, a solid electrolyte type oxygen mainly composed of a solid electrolyte mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity and having a pair of electrode layers formed on an outer surface and an inner surface of a cylindrical tube having one end sealed. Sensors are used. As a typical example of this oxygen sensor, as shown in a schematic cross-sectional view of FIG. 9, an inner surface of a
[0004]
In such an oxygen sensor, a so-called stoichiometric air-fuel ratio sensor (λ sensor), which is generally used for controlling the ratio of air to fuel near 1, is a ceramic porous layer as a protective layer on the surface of the
[0005]
However, in recent years, the exhaust gas regulations have been strengthened, and it has become necessary to detect CO, HC, and NOx immediately after starting the engine. In response to such a demand, as described above, in the indirect heating type cylindrical oxygen sensor in which the rod-
[0006]
In recent years, as a method of avoiding this problem, as shown in a schematic cross-sectional view of FIG. 10, a
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the flat heater integrated oxygen sensor as shown in FIG. 10 is different from the indirect heating system of FIG. 9 in that it is a direct heating system. The zirconia
[0008]
In addition, such a problem is caused by the fact that the absolute strength of the zirconia
[0009]
Accordingly, the present invention provides a flat oxygen sensor element having a flat shape, having excellent durability and heat resistance, and having excellent stability without cracking or breakage even during long-time operation. It is intended to do so.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the above problem, the present inventor has found that a sensor section having a pair of electrode pairs on an inner wall surface of the air introduction hole and an outer surface facing the air introduction hole in a long flat zirconia solid electrolyte substrate having an air introduction hole. And a zirconia solid electrolyte layer surrounding the ceramic insulating layer in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the heater portion in the oxygen sensor element including a heater portion having a heating element embedded in the ceramic insulating layer. The sensor element is formed integrally with the sensor section, and the ceramic insulating layer of the heater section is exposed at the tip end of the element, thereby increasing the bonding strength between the ceramic insulating layer and the solid electrolyte. It has been found that it is possible to provide a device having excellent heat resistance and durability, while preventing the problem of destruction of the device at the time of rapid temperature rise. .
[0011]
Further, by forming a porous zirconia solid electrolyte layer having a porosity of 3 to 20% between the ceramic insulating layer and the zirconia solid electrolyte surface acoustic wave element in the heater section, heat resistance and durability are further improved. An excellent device can be obtained.
[0012]
Further, it is effective that the thickness of the porous zirconia solid electrolyte layer is 10 to 300 μm. The moisture resistance can be improved by setting the thickness of the zirconia solid electrolyte layer covering the heater portion to 20 μm or more.
[0013]
It is also suitable when the sensor section and the heater section are formed by simultaneous firing.
[0014]
Further, in the oxygen sensor element of the present invention, the electrode area of the pair of electrodes in the sensor section, which is in contact with the gas to be measured, is 8 to 18 mm 2 , and is in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the element. The width is preferably at least 5 mm or more from the tip of the element and is preferably 2.0 to 3.5 mm for miniaturization, so that the sensor unit can be miniaturized and durability can be improved.
[0015]
In order to reduce the size, a pair of electrodes of the sensor section is formed near the front end of the element, and an electrode pad for connecting a terminal is provided near the rear end of the element. It is desirable that the width in the direction orthogonal to the longitudinal direction is larger than the width of the element tip.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, examples of the basic structure of the oxygen sensor element of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining one example of the oxygen sensor element of the present invention. These are generally referred to as stoichiometric sensor elements. In the example of FIG. 1, the
[0018]
In the oxygen sensor element of FIG. 1, a
[0019]
Further, from the viewpoint of preventing the electrode from being poisoned by exhaust gas, a ceramic
[0020]
On the other hand, the
[0021]
On the other hand, the
[0022]
On the other hand, in the cross section parallel to the longitudinal direction of the
[0023]
That is, according to the present invention, the ceramic insulating
[0024]
Further, according to the present invention, a porous zirconia solid electrolyte layer having a porosity of 3 to 20% (hereinafter referred to as a porous layer) is provided between a part or the entire periphery of the ceramic insulating
[0025]
Further, the thickness of the
[0026]
Even if the thickness of the
[0027]
In addition, this porous layer is applied with a slurry in which a pore forming agent such as resin beads and carbon powder is blended at a ratio of 5 to 30% by volume with respect to the zirconia powder composition, or the slurry is applied by a doctor blade method or the like. It can be formed by forming a sheet, disposing it between the ceramic insulating layer and the zirconia
[0028]
The zirconia solid electrolyte in the zirconia
[0029]
Further, in the present invention, it is desirable that the minimum thickness S of the zirconia
[0030]
The zirconia
[0031]
In the oxygen sensor element shown in FIG. 1, the
[0032]
In the present invention, the ceramic insulating
[0033]
a) The sintered body mainly composed of alumina contains alumina in an amount of 90% by mass or more. Further, in order to improve sinterability, alkaline earth elements such as Mg and Ca are used as components other than the main components. It is desirable to contain at least one selected from the group consisting of metal oxides and SiO 2 in a total amount of 1 to 10% by mass.
[0034]
Also, b) a sintered body containing a composite oxide of Al and Mg as a main component is 20 to 90 mol% in terms of oxide and Mg in terms of two components based on oxide in terms of Al and Mg. It is desirable to contain it at a ratio of 10 to 80 mol% in terms of oxide.
[0035]
In this case, depending on the composition used and the firing temperature, the crystal phase in the obtained ceramic insulating
[0036]
Further, c) as a composite oxide of Al and at least one selected from the group consisting of Y and a rare earth element, Al is an oxide based on two components based on the amount of Y and the rare earth element and the conversion of Al to an oxide. It is desirable that the amount of Y and the rare earth element be in the range of 10 to 80 mol% in conversion. Within the above range, it is desirable that the Al content be 50 to 80 mol% and that at least one selected from the group consisting of Y and the rare earth elements be 20 to 50 mol%. As the rare earth element, specifically, La, Yb, Nd, Dy, Sc, Sm, and Sc are suitably used.
[0037]
The crystal phase at this time is composed of two or three of Al 2 O 3 , a composite oxide of Al and Y or a rare earth element, or Y or a rare earth element oxide. For example, when Al 2 O 3 and Y 2 O 3 are used as the composite oxide, for example, 3Y 2 O 3 .5Al 2 O 3 , 2Y 2 O 3 .Al 2 O 3 , and Y 2 O 3 Consisting of a crystal phase obtained by combining the above crystals.
[0038]
The sintered body constituting the ceramic insulating
[0039]
In the ceramic insulating
[0040]
Each of the
[0041]
The
[0042]
When a platinum heater is used as the heater, the same ceramic powder forming the ceramic insulating layer is used in an amount of 10 to 40% by volume, especially 20 to 40%, in addition to alumina, from the viewpoint of preventing the growth of platinum grains during firing. It is preferable to add 30% by volume. In this case, the resistance ratio between the
[0043]
The ceramic
[0044]
Further, the oxygen sensor element of the present invention is most suitably used for a small-sized oxygen sensor element. Specifically, in order to achieve excellent gas responsiveness as well as downsizing of the element, the electrode area of the
[0045]
Further, the oxygen sensor element of the present invention has a pair of electrode pairs 5 of the
[0046]
In this case, as a specific structure of the oxygen sensor element, specifically, as shown in FIG. 3A, in other words, the width is continuously increased from the front end to the rear end of the element. FIG. 3C shows a case where the width of the element becomes wider, as shown in FIG. 3B, and a case where the width of the element becomes wider at the step portion v between the front end and the rear end. As shown, a taper portion p is provided between the front end portion and the rear end portion, and the width is partially continuous and widened.
[0047]
As described above, by increasing the width of the portion where the
[0048]
In addition, as the arrangement of the
[0049]
More specifically, as shown in a schematic transmission diagram for explaining the structure of the heating element pattern in FIG. 4, in the long ceramic insulating
[0050]
The heating element pattern shown in FIG. 4 is composed of a meander structure (waveform) pattern. When the width of the heating element is x, the width x of the
[0051]
On the other hand, when the heat-generating portions 8b1 and 8b2 are formed between different layers, the insulating property is maintained by the ceramic insulating
[0052]
The thickness of the ceramic insulating
[0053]
In the example of FIG. 4, the
[0054]
Further, according to the present invention, using the oxygen sensor element shown in FIG. 3 (c), for example, as shown in FIG. Can be attached to
[0055]
Further, from the viewpoint of element strength, the oxygen sensor element of the present invention has a thickness of the entire element of 0.8 to 3 mm, particularly 1 to 2 mm, and an element length of 45 to 55 mm, particularly 45 to 50 mm. This is preferable from the relationship between the rapid temperature rise and the degree of attachment of the element to the engine.
[0056]
Further, the oxygen sensor element of the present invention is also applied to a wide-range sensor element as shown in FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a typical structure. According to the oxygen sensor element of FIG. 7, an electrode pair of the
[0057]
In such an oxygen sensor, a pumping cell is formed by a pair of
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
Also in such an oxygen sensor element, a zirconia
[0061]
Next, the manufacturing method of the oxygen sensor element of the present invention will be described with reference to the manufacturing method of the oxygen sensor element shown in FIG. 1 using Pt as the heating element and alumina as the ceramic insulating layer. Description will be made based on an exploded perspective view.
[0062]
First, a
[0063]
Next, on both surfaces of the
[0064]
Further, as a conductive paste containing platinum used at this time, a paste containing an organic resin component such as ethyl cellulose in platinum particles containing 1 to 50% by volume, particularly 10 to 30% by volume of zirconia is used. By using this, the sensitivity of the electrode can be increased. At this time, a porous slurry for forming the ceramic
[0065]
Next, as shown in FIG. 8, on the surface of the zirconia
[0066]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0067]
Thereafter, in order to coat the porous zirconia
[0068]
In manufacturing the laminate of the
[0069]
When the platinum heater is formed on a different surface as in the oxygen sensor element of FIG. 3, the upper heater pattern and the lead pattern are separated from the upper heater pattern and the lead pattern, and the lower heater pattern and the lead pattern are separated. After forming the lead pattern and applying the ceramic insulating layer, the upper heater pattern and the lead pattern may be formed. The lower heater pattern and the upper heater pattern may be formed by forming a through-hole in the intervening ceramic insulating layer and filling the through-hole with a conductive paste when forming the upper heater pattern. Alternatively, the leading end of the intervening ceramic insulating layer is cut out, and a conductive paste is applied to the cutout and connected to form a continuous platinum heater.
[0070]
Further, in the present invention, a green sheet of a solid electrolyte containing a pore-forming agent can be formed by laminating the green sheet on the surface of the ceramic insulator.
[0071]
Thereafter, the laminate A of the
[0072]
Thereafter, if necessary, at least one ceramic selected from the group consisting of alumina, zirconia, and spinel is formed on the surface of the calcined measurement electrode by a plasma spraying method or the like, so that the heater unit is integrated with oxygen. A sensor element can be formed.
[0073]
In the above method, the case where the
[0074]
When the heater is formed of W, the method of manufacturing the laminate is the same as that using the above-described platinum heater, but firing is performed in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere in a temperature range of 1300 ° C. to 1700 ° C. For 1 to 10 hours.
[0075]
【Example】
The stoichiometric air-fuel ratio sensor element shown in FIG. 1 was produced as follows according to FIG.
[0076]
First, Al 2 O 3 powder, 5 mol% Y 2 O 3 containing zirconia powder containing 0.1 wt% each of alumina and silica, and a pore-forming agent (flow beads; average particle diameter of about 4 μm) were added in an amount of 5 to 40. 5% by volume of Y 2 O 3 containing zirconia powder containing 30% by volume of zirconia having a mean particle diameter of 0.1 μm and 8% by mole of yttria in a crystal, and 10% by volume of alumina % Of platinum powder was prepared.
[0077]
First, a slurry was prepared by adding a polyvinyl alcohol solution to zirconia powder containing 5 mol% of Y 2 O 3 containing 0.1% by weight of alumina and silica, respectively. A zirconia
[0078]
Thereafter, on both surfaces of the zirconia
[0079]
Next, on the surface of the zirconia
[0080]
Further, on the surfaces of the
[0081]
Then, a zirconia
[0082]
Thereafter, the sensor unit laminate and the heater unit laminate were laminated and baked at 1500 ° C. for 1 hour to produce a sensor element with an integrated heater.
[0083]
For comparison, the oxygen sensor element (except that the ceramic insulating layer was not exposed from the tip of the element and that no porous layer was formed between the ceramic insulating layer and the zirconia solid electrolyte layer) Sample No. 1) was produced.
[0084]
In addition, based on FIG. 3 (c), all of the manufactured oxygen sensor elements had the measurement electrode area of 12 mm 2 , the element length of 50 mm, the width from the tip of the element to 20 mm to 3 mm, and the electrode pad formation. The width of the portion was 4.5 mm and its length was 10 mm. In addition, the thickness of the element was 1.5 mm.
[0085]
According to the above-described method, 20 sensor elements each having a different porosity of the porous body and a different thickness are produced, and the temperature is raised from room temperature to 1000 ° C. in about 20 seconds, and then rapidly cooled to room temperature by a fan. The cycle was defined as one cycle, and the damage rate after about 200,000 times was determined. At this time, the mirror-polished surface of the porous solid electrolyte layer in contact with the ceramic insulating layer was measured at 10 points on a 2000 × scanning electron micrograph to measure the area ratio of pores in the cross-sectional area, and the average value was obtained. Was defined as the porosity. In addition, the thickness of the porous solid electrolyte layer was similarly measured by a scanning electron microscope photograph. Table 1 shows the results.
[0086]
[Table 1]
[0087]
From Table 1, it can be seen that Sample No. with the ceramic insulating layer exposed at the tip of the element. Sample No. 2 was not exposed. The element breakage rate was lower than that of No. 1. Further, Sample No. 1 in which a porous solid electrolyte layer was arranged around the ceramic insulating layer. No. 2 to sample no. 17 shows that the breakage rate of the element was even lower. Among them, the samples having a porous solid electrolyte layer having a porosity of 3 to 20% and the samples having a porous solid electrolyte layer having a thickness of 10 to 300 μm had particularly low breakage rates.
[0088]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, by forming a porous zirconia solid electrolyte layer between the zirconia solid electrolyte layer and the ceramic insulating layer in the heater section, cracks can be prevented even for long-time operation. A flat oxygen sensor element having excellent stability without generation or destruction can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of an oxygen sensor element of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view for explaining an example of the oxygen sensor element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of an oxygen sensor element according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the structure of a heating element pattern of the oxygen sensor element of FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining another structure of the heating element pattern of the oxygen sensor element of FIG. 3;
FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining an application example of the oxygen sensor element of FIG. 4 (c).
FIG. 7 is a schematic sectional view for explaining still another example of the oxygen sensor element of the present invention.
FIG. 8 is an exploded perspective view for explaining a method for manufacturing the oxygen sensor element of FIG.
FIG. 9 is a schematic sectional view for explaining the structure of a conventional heater-integrated oxygen sensor element.
FIG. 10 is a schematic sectional view for explaining the structure of another conventional heater-integrated oxygen sensor element.
[Explanation of symbols]
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100625608B1 (en) * | 2004-07-21 | 2006-09-20 | 전자부품연구원 | Gas sensor with porous structure and method for fabricating the same |
CN112203889A (en) * | 2018-05-31 | 2021-01-08 | Iee国际电子工程股份公司 | Control system for vehicle |
US11400430B2 (en) | 2012-05-22 | 2022-08-02 | Covestro (Netherlands) B.V. | Hybrid organic-inorganic nano-particles |
Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59131158A (en) * | 1982-12-24 | 1984-07-27 | Ngk Insulators Ltd | Electrochemical cell and apparatus |
JPS6082952A (en) * | 1983-10-14 | 1985-05-11 | Hitachi Ltd | Oxygen concentration detector |
JPS60260842A (en) * | 1984-06-08 | 1985-12-24 | Hitachi Ltd | Heater temperature control circuit for air-fuel ratio sensor |
JPH01227955A (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Hitachi Ltd | Air-fuel ratio detector |
JPH01305350A (en) * | 1988-06-02 | 1989-12-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor |
JPH0432759A (en) * | 1990-05-30 | 1992-02-04 | Kyocera Corp | Oxygen sensor |
JPH0496056U (en) * | 1991-12-25 | 1992-08-20 | ||
JPH09196884A (en) * | 1996-01-17 | 1997-07-31 | Toyota Motor Corp | Laminated oxygen sensor of heating type |
JPH10160704A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor and air-fuel ratio detecting method |
JPH11248671A (en) * | 1998-02-26 | 1999-09-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2000206080A (en) * | 1999-01-20 | 2000-07-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor fitted with heater and its production |
JP2001124723A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor with heater and method for manufacturing the same |
JP2001296269A (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Assembly of ceramic element and electrode |
JP2002005875A (en) * | 2000-06-19 | 2002-01-09 | Denso Corp | Stacked gas sensor element and its manufacturing method |
JP2002071628A (en) * | 2000-06-16 | 2002-03-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Layer-built gas sensor element, manufacturing method thereof, and gas sensor equipped the same |
JP2002296222A (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-09 | Robert Bosch Gmbh | Sensor element |
JP2004003963A (en) * | 2002-04-03 | 2004-01-08 | Denso Corp | Gas sensor |
-
2002
- 2002-08-28 JP JP2002249807A patent/JP2004085493A/en active Pending
Patent Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59131158A (en) * | 1982-12-24 | 1984-07-27 | Ngk Insulators Ltd | Electrochemical cell and apparatus |
JPS6082952A (en) * | 1983-10-14 | 1985-05-11 | Hitachi Ltd | Oxygen concentration detector |
JPS60260842A (en) * | 1984-06-08 | 1985-12-24 | Hitachi Ltd | Heater temperature control circuit for air-fuel ratio sensor |
JPH01227955A (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Hitachi Ltd | Air-fuel ratio detector |
JPH01305350A (en) * | 1988-06-02 | 1989-12-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor |
JPH0432759A (en) * | 1990-05-30 | 1992-02-04 | Kyocera Corp | Oxygen sensor |
JPH0496056U (en) * | 1991-12-25 | 1992-08-20 | ||
JPH09196884A (en) * | 1996-01-17 | 1997-07-31 | Toyota Motor Corp | Laminated oxygen sensor of heating type |
JPH10160704A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor and air-fuel ratio detecting method |
JPH11248671A (en) * | 1998-02-26 | 1999-09-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2000206080A (en) * | 1999-01-20 | 2000-07-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor fitted with heater and its production |
JP2001124723A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor with heater and method for manufacturing the same |
JP2001296269A (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Assembly of ceramic element and electrode |
JP2002071628A (en) * | 2000-06-16 | 2002-03-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Layer-built gas sensor element, manufacturing method thereof, and gas sensor equipped the same |
JP2002005875A (en) * | 2000-06-19 | 2002-01-09 | Denso Corp | Stacked gas sensor element and its manufacturing method |
JP2002296222A (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-09 | Robert Bosch Gmbh | Sensor element |
JP2004003963A (en) * | 2002-04-03 | 2004-01-08 | Denso Corp | Gas sensor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100625608B1 (en) * | 2004-07-21 | 2006-09-20 | 전자부품연구원 | Gas sensor with porous structure and method for fabricating the same |
US11400430B2 (en) | 2012-05-22 | 2022-08-02 | Covestro (Netherlands) B.V. | Hybrid organic-inorganic nano-particles |
CN112203889A (en) * | 2018-05-31 | 2021-01-08 | Iee国际电子工程股份公司 | Control system for vehicle |
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