JP6875505B2 - Gas sensor element and gas sensor - Google Patents
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Description
本国際出願は、2018年1月31日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2018−15573号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2018−15573号の全内容を参照により本国際出願に援用する。 This international application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-15573 filed with the Japan Patent Office on January 31, 2018, and Japanese Patent Application No. 2018-15573 The entire contents are incorporated in this international application by reference.
本開示は、有底筒状に形成された素子本体を備えるガスセンサ素子およびガスセンサに関する。 The present disclosure relates to a gas sensor element and a gas sensor including an element body formed in a bottomed tubular shape.
特許文献1のように、固体電解質体を主体として、軸線方向に延びて先端が閉じた有底筒状に形成されるとともに、径方向外側に突出する鍔部を有するように形成された素子本体を備えるガスセンサ素子が知られている。
As in
このようなガスセンサ素子では、ガスセンサ素子を保持する主体金具と電気的に接続するために、鍔部に鍔リード部が形成されている。この鍔リード部は、白金等の貴金属で形成されている。 In such a gas sensor element, a collar lead portion is formed in the collar portion in order to electrically connect to the main metal fitting that holds the gas sensor element. This brim reed portion is made of a precious metal such as platinum.
鍔リード部は、主体金具との電気的接続を確保するために、広範囲に形成する必要がある。このため、鍔リード部に高価な貴金属を用いると、ガスセンサ素子の製造コストが大幅に上昇してしまうという問題があった。 The collar lead portion needs to be formed over a wide range in order to secure an electrical connection with the main metal fitting. Therefore, if an expensive precious metal is used for the collar lead portion, there is a problem that the manufacturing cost of the gas sensor element increases significantly.
本開示は、ガスセンサ素子の製造コストを低減する。 The present disclosure reduces the manufacturing cost of gas sensor elements.
本開示の一態様は、素子本体と、外部電極と、鍔リード部とを備えるガスセンサ素子である。素子本体は、固体電解質体を主体として、軸線方向に延びて先端が閉じた有底筒状に形成されるとともに、径方向外側に突出する鍔部を有するように形成される。外部電極は、貴金属を含み、鍔部よりも先端側から鍔部へ向かって延びるようにして素子本体の外表面に形成される。鍔リード部は、外部電極と重なり、少なくとも鍔部において先端側に面する先端向き面上に、素子本体の周方向に沿って形成され、先端向き面上における素子本体の周方向に沿った長さが、外部電極と鍔リード部とが重なる重なり部における外部電極の周方向に沿った長さより長くなるように形成される。そして、本開示のガスセンサ素子では、鍔リード部は、導電性酸化物を主成分とする。なお、「主成分」とは、対象となる部位を構成する全成分に対し、50質量%を超える成分をいう。 One aspect of the present disclosure is a gas sensor element including an element body, an external electrode, and a collar lead portion. The element body is formed mainly of a solid electrolyte body in a bottomed tubular shape extending in the axial direction and having a closed tip, and having a flange portion protruding outward in the radial direction. The external electrode contains a noble metal and is formed on the outer surface of the element body so as to extend from the tip side of the flange portion toward the flange portion. The flange lead portion overlaps with the external electrode and is formed along the circumferential direction of the element body on the tip facing surface facing the tip side at least in the flange portion, and has a length along the circumferential direction of the element body on the tip facing surface. The length is formed so as to be longer than the length along the circumferential direction of the external electrode in the overlapping portion where the external electrode and the collar lead portion overlap. In the gas sensor element of the present disclosure, the collar lead portion contains a conductive oxide as a main component. The "main component" means a component exceeding 50% by mass with respect to all the components constituting the target portion.
このように構成された本開示のガスセンサ素子は、貴金属より安価な導電性酸化物を鍔リード部の主成分とすることにより、鍔リード部における貴金属の使用量を削減し、ガスセンサ素子の製造コストを低減することができる。 The gas sensor element of the present disclosure configured in this way uses a conductive oxide that is cheaper than the noble metal as the main component of the collar lead portion, thereby reducing the amount of the precious metal used in the collar lead portion and manufacturing cost of the gas sensor element. Can be reduced.
また、本開示の一態様では、鍔リード部および外部電極は、鍔部における先端向き面よりも後端側の外周面である後端側外周面まで延びるように形成され、鍔リード部および外部電極は互いに、後端側外周面で接触するようにしてもよい。 Further, in one aspect of the present disclosure, the flange lead portion and the external electrode are formed so as to extend to the rear end side outer peripheral surface which is the outer peripheral surface on the rear end side of the flange portion facing the tip end side, and the collar lead portion and the outside. The electrodes may be in contact with each other on the outer peripheral surface on the rear end side.
このように構成された本開示のガスセンサ素子では、ガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を保持する保持部材とを組み付ける製造工程時において先端向き面に荷重が掛かることに起因して、先端向き面に形成されている鍔リード部が鍔部から剥がれた場合であっても、後端側外周面で鍔リード部および外部電極が互いに接触している。これにより、本開示のガスセンサ素子は、上記の製造工程時において、鍔リード部と外部電極との導通の信頼性を向上させることができる。 The gas sensor element of the present disclosure configured in this way is formed on the tip facing surface due to a load being applied to the tip facing surface during the manufacturing process of assembling the gas sensor element and the holding member holding the gas sensor element. Even when the collar lead portion is peeled off from the collar portion, the collar lead portion and the external electrode are in contact with each other on the outer peripheral surface on the rear end side. As a result, the gas sensor element of the present disclosure can improve the reliability of conduction between the collar lead portion and the external electrode during the above manufacturing process.
本開示の別の態様は、本開示の一態様のガスセンサ素子と、このガスセンサ素子を保持する保持部材とを備えるガスセンサである。 Another aspect of the present disclosure is a gas sensor including the gas sensor element of one aspect of the present disclosure and a holding member that holds the gas sensor element.
このように構成された本開示のガスセンサは、本開示の一態様のガスセンサ素子を備えたガスセンサであり、本開示のガスセンサ素子と同様の効果を得ることができる。すなわち、本開示のガスセンサは、ガスセンサ素子の製造コストの低減により、ガスセンサの製造コストを低減することができる。 The gas sensor of the present disclosure configured in this way is a gas sensor including the gas sensor element of one aspect of the present disclosure, and can obtain the same effect as the gas sensor element of the present disclosure. That is, the gas sensor of the present disclosure can reduce the manufacturing cost of the gas sensor by reducing the manufacturing cost of the gas sensor element.
また、本開示の別の態様では、鍔リード部と保持部材とは、直接接触するか、鍔リード部と保持部材との間に導電部材を介することにより、互いに電気的に接続されているようにしてもよい。そして、本開示のガスセンサは、鍔リード部と保持部材とが直接接触する場合には、鍔リード部または外部電極と保持部材とが接触する第1接触面と、先端向き面との間に、鍔リード部の一部分および外部電極の一部分が配置されるようにしてもよい。また、本開示のガスセンサは、鍔リード部と保持部材との間に導電部材を介している場合には、鍔リード部または外部電極と導電部材とが接触する第2接触面と、先端向き面との間に、鍔リード部の一部分および外部電極の一部分が配置されるようにしてもよい。 Further, in another aspect of the present disclosure, the collar lead portion and the holding member are electrically connected to each other by direct contact or by an conductive member between the collar lead portion and the holding member. It may be. Then, in the gas sensor of the present disclosure, when the collar lead portion and the holding member come into direct contact, between the first contact surface where the collar lead portion or the external electrode and the holding member come into contact with each other and the tip facing surface. A part of the collar lead portion and a part of the external electrode may be arranged. Further, in the gas sensor of the present disclosure, when a conductive member is interposed between the collar lead portion and the holding member, the second contact surface and the tip facing surface in which the collar lead portion or the external electrode and the conductive member come into contact with each other. A part of the collar lead portion and a part of the external electrode may be arranged between the two.
このように構成された本開示のガスセンサは、上記の製造工程時において第1,2接触面の先端側端部よりも先端側で鍔リード部が剥がれた場合であっても、第1,2接触面の先端側端部よりも後端側において鍔リード部の一部分と外部電極の一部分とが接触した状態を維持することができる。なお、上記の製造工程時において、第1,2接触面の先端側端部より先端側は、第1,2接触面の先端側端部より後端側と比較して、鍔リード部の剥離が発生し易い。これにより、本開示のガスセンサは、上記の製造工程時において、鍔リード部と外部電極との導通の信頼性を向上させることができる。 In the gas sensor of the present disclosure configured in this way, even if the collar lead portion is peeled off on the tip side of the first and second contact surfaces on the tip side side of the tip side end portion during the above manufacturing process, the first and second contact surfaces are provided. It is possible to maintain a state in which a part of the collar lead portion and a part of the external electrode are in contact with each other on the rear end side of the contact surface on the distal end side side. In the above manufacturing process, the flange lead portion is peeled off from the distal end side of the first and second contact surfaces as compared with the rear end side of the distal end side of the first and second contact surfaces. Is likely to occur. As a result, the gas sensor of the present disclosure can improve the reliability of conduction between the collar lead portion and the external electrode during the above manufacturing process.
3…ガスセンサ素子、21…素子本体、23…素子鍔部、23b…先端向き面、27…外側電極、28…環状リード部、29…縦リード部 3 ... gas sensor element, 21 ... element body, 23 ... element flange, 23b ... tip facing surface, 27 ... outer electrode, 28 ... annular lead, 29 ... vertical lead
以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
本実施形態のガスセンサ1は、例えば自動車およびオートバイ等の車両の排気管に取り付けられ、排気管内の排気ガスに含まれる酸素濃度を検出する。
The
ガスセンサ1は、図1に示すように、ガスセンサ素子3、セパレータ5、閉塞部材7、端子金具9およびリード線11を備える。さらにガスセンサ1は、主体金具13と、プロテクタ15と、外筒16とを備えている。主体金具13、プロテクタ15および外筒16は、ガスセンサ素子3、セパレータ5および閉塞部材7の周囲を覆うように配置される。なお、外筒16は、内側外筒17および外側外筒19を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ガスセンサ1は、ガスセンサ素子3を加熱するためのヒータを備えていない。すなわち、ガスセンサ1は、排気ガスの熱を利用してガスセンサ素子3を活性化して酸素濃度を検出する。
The
ガスセンサ素子3は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体を用いて形成されている。ガスセンサ素子3は、図2に示すように、先端部25が閉塞された有底筒形状であり、軸線Oの方向(以下、軸線方向)に延びる円筒状の素子本体21を有している。この素子本体21の外周には、周方向に沿って径方向外向きに突出した素子鍔部23が形成されている。
The
なお、素子本体21を構成する固体電解質体は、ジルコニア(ZrO2)に安定化剤としてイットリア(Y2O3)またはカルシア(CaO)を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体を用いて構成されている。素子本体21を構成する固体電解質体は、これらに限られることはなく、「アルカリ土類金属の酸化物とZrO2との固溶体」、「希土類金属の酸化物とZrO2との固溶体」などを用いてもよい。さらには、これらにHfO2が含有された固体電解質体を、素子本体21を構成する固体電解質体として用いてもよい。The solid electrolyte constituting the
ガスセンサ素子3の先端部25には、素子本体21の外周面に外側電極27が形成されている。外側電極27は、PtあるいはPt合金を多孔質に形成した電極である。
An
素子鍔部23の表面は、頂面23aと、先端向き面23bと、後端向き面23cとにより形成されている。
The surface of the
頂面23aは、素子鍔部23において径方向の最も外側に位置し、軸線方向に対して平行な面である。先端向き面23bは、頂面23aの先端を起点として素子本体21の先端に向かって頂面23aから遠ざかるにつれて軸線Oに近付くように傾斜した面である。後端向き面23cは、頂面23aの後端を起点として素子本体21の後端に向かって頂面23aから遠ざかるにつれて軸線Oに近付くように傾斜した面である。
The
そして、素子鍔部23の頂面23aと先端向き面23bには、環状の環状リード部28が形成されている。
An
環状リード部28は、以下の組成式(1)を満たすペロブスカイト型酸化物結晶構造を有する結晶相(すなわち、ペロブスカイト相)を含有する導電性酸化物を主成分として含んでいる。
The
LaaMbNicOx ・・・(1)
ここで、元素MはCoとFeとCuのうちの一種以上を表し、a+b+c=1であり、1.25≦x≦1.75である。係数a,b,cはそれぞれ、以下の関係式(2a),(2b),(2c)を満たす。La a M b Ni c O x ... (1)
Here, the element M represents one or more of Co, Fe, and Cu, a + b + c = 1, and 1.25 ≦ x ≦ 1.75. The coefficients a, b, and c satisfy the following relational expressions (2a), (2b), and (2c), respectively.
0.459≦a≦0.535 ・・・(2a)
0.200≦b≦0.475 ・・・(2b)
0.025≦c≦0.350 ・・・(2c)
素子本体21の外周面のうち外側電極27と環状リード部28との間には、Pt等で形成された縦リード部29が軸線方向に延びるように形成されている。縦リード部29は、素子鍔部23の頂面23aまで延びる。縦リード部29は、外側電極27と環状リード部28とを電気的に接続している。図2において破線で示す矩形の重複領域ROは、縦リード部29と環状リード部28とが重なる領域である。0.459 ≤ a ≤ 0.535 ... (2a)
0.200 ≤ b ≤ 0.475 ... (2b)
0.025 ≤ c ≤ 0.350 ... (2c)
A
また、図1に示すように、ガスセンサ素子3の内周面には、内側電極30が形成されている。内側電極30は、Pt、Pt合金あるいは酸化物導電体を多孔質に形成した電極である。ガスセンサ素子3の先端部25において、外側電極27が排気ガスに晒され、内側電極30が基準ガスに晒されることで、ガスセンサ素子3は、排気ガス中の酸素濃度を検出している。本実施形態では、基準ガスは大気である。
Further, as shown in FIG. 1, an
セパレータ5は、電気絶縁性を有する材料(例えばアルミナ)で形成された円筒形状の部材である。セパレータ5は、その軸中心に、リード線11が挿入される貫通孔35が形成されている。セパレータ5は、その外周側を覆う内側外筒17との間に空隙18が設けられるように配置されている。
The
閉塞部材7は、電気絶縁性を有する材料(例えばフッ素ゴム)で形成された円筒形状のシール部材である。閉塞部材7は、その後端に径方向外向きに突出する突出部36を備える。閉塞部材7は、その軸中心にリード線11が挿入されるリード線挿入孔37を備えている。閉塞部材7の先端面95は、セパレータ5の後端面97に密着し、閉塞部材7のうち突出部36よりも先端側の側方外周面98は、内側外筒17の内面に密着している。すなわち、閉塞部材7は、外筒16の後端側を閉塞している。
The closing
閉塞部材7の後端向き面99と、外側外筒19の縮径部19gの先端向き面19aとの間で、リード線保護部材89の鍔部89bが挟まれた状態で、リード線保護部材89が支持される。
The lead wire protection member with the flange portion 89b of the lead
このうち、縮径部19gは、閉塞部材7よりも後端側にて、径方向内側に延びており、縮径部19gの先端向き面19aは、ガスセンサ1の先端側に向く面として形成されている。縮径部19gの中央領域には、リード線11およびリード線保護部材89を挿入するためのリード線挿入部19cが形成されている。
Of these, the reduced
リード線保護部材89は、リード線11を収容可能な内径寸法を有する筒状部材であり、可撓性、耐熱性および絶縁性を有する材料(例えば、ガラスチューブおよび樹脂チューブなど)で構成されている。リード線保護部材89は、リード線11を外部からの飛来物(例えば、石や水など)から保護するために取り付けられる。
The lead
リード線保護部材89は、先端側端部89aにおいて、軸線方向の垂直方向における外向きに突出する板状の鍔部89bを備える。鍔部89bは、リード線保護部材89の周方向の一部ではなく、全周にわたり形成されている。
The lead
リード線保護部材89の鍔部89bは、外側外筒19の縮径部19gの先端向き面19aと閉塞部材7の後端向き面99との間に挟まれている。
The flange portion 89b of the lead
端子金具9は、センサ出力を外部に取り出すために、導電性材料で形成される筒状部材である。端子金具9は、リード線11に電気的に接続されるとともに、ガスセンサ素子3の内側電極30に電気的に接触するように配置されている。端子金具9は、その後端側に径方向(すなわち、軸線方向に対して垂直の方向)の外向きに突出するフランジ部77を備えている。フランジ部77は、3枚の板状のフランジ片75を備えている。
The
リード線11は、芯線65と、芯線65の外周を覆う被覆部67とを備えている。
The lead wire 11 includes a
主体金具13は、金属材料(例えば鉄またはSUS430)で形成された円筒状の部材である。主体金具13には、内周面において径方向内側に向かって張り出した段部39が形成されている。段部39は、ガスセンサ素子3の素子鍔部23を支持するために形成されている。
The main metal fitting 13 is a cylindrical member made of a metal material (for example, iron or SUS430). The main metal fitting 13 is formed with a stepped
主体金具13のうち先端側の外周面には、ガスセンサ1を排気管に取付けるためのネジ部41が形成されている。主体金具13のうちネジ部41の後端側には、ガスセンサ1を排気管に着脱する際に取付工具を係合させる六角部43が形成されている。さらに、主体金具13のうち六角部43の後端側には、筒状部45が設けられている。
A
プロテクタ15は、金属材料(例えばSUS310S)で形成されており、ガスセンサ素子3の先端側を覆う保護部材であり、複数個形成されたガス流通孔を介して排気ガスをガスセンサ素子3に対して導入する。プロテクタ15は、その後端縁が、導電性材料で形成されたパッキン88を介して、ガスセンサ素子3の素子鍔部23と主体金具13の段部39との間に挟まれるようにして固定されている。
The
ガスセンサ素子3のうち素子鍔部23の後端側領域においては、主体金具13とガスセンサ素子3との間に、先端側から後端側にかけて、滑石で形成されたセラミック粉末47と、アルミナで形成されたセラミックスリーブ49とが配置されている。
In the rear end side region of the
さらに、主体金具13の筒状部45の後端部51の内側には、金属材料(例えばSUS430)で形成された金属リング53と、金属材料(例えばSUS304L)で形成された内側外筒17の先端部55とが配置されている。内側外筒17の先端部55は、径方向外向きに広がる形状に形成されている。つまり、筒状部45の後端部51が加締められることで、内側外筒17の先端部55が、金属リング53を介して筒状部45の後端部51とセラミックスリーブ49との間に挟まれて、内側外筒17が主体金具13に固定される。
Further, inside the
また、内側外筒17の外周には、樹脂材料(例えばPTFE)で形成された筒状のフィルタ57が配置されるとともに、フィルタ57の外周には、例えばSUS304Lで形成された外側外筒19が配置されている。フィルタ57は、通気は可能であるが水分の侵入は抑制できる。
Further, a
そして、外側外筒19の加締め部19bが外周側から径方向内向きに加締められることにより、内側外筒17とフィルタ57と外側外筒19とが一体に固定される。また、外側外筒19の加締め部19hが外周側から径方向内向きに加締められることにより、内側外筒17と外側外筒19とが一体に固定され、閉塞部材7の側方外周面98が、内側外筒17の内面に密着することとなる。
Then, the crimping
なお、内側外筒17および外側外筒19は、それぞれ通気孔59および通気孔61を備えている。すなわち、通気孔59,61とフィルタ57を介して、ガスセンサ1の内部と外部との通気が可能である。
The inner
図3に示すように、外側電極27と内側電極30は、ガスセンサ素子3の先端部25において、素子本体21を挟み込むように配置されている。素子本体21および一対の電極(すなわち、外側電極27および内側電極30)は、酸素濃淡電池を構成して、排気ガス中の酸素濃度に応じた起電力を発生させる。つまり、ガスセンサ素子3の先端部25において、外側電極27が排気ガスに晒され、内側電極30が基準ガスに晒されることで、ガスセンサ素子3は、排気ガス中の酸素濃度を検出する。
As shown in FIG. 3, the
外側電極27は、上述の通り、縦リード部29を介して環状リード部28に電気的に接続されている。環状リード部28は、導電性材料で形成されたパッキン88およびプロテクタ15を介して、主体金具13に電気的に接続されている。なお、外側電極27の形状および配置は単なる一例であり、これ以外の種々の形状および配置を採用可能である。
As described above, the
また、ガスセンサ素子3の素子本体21の内周面には、内側電極30が形成されている。内側電極30は、内側検知電極部30aと、内側リード部30bとを備える。
Further, an
内側検知電極部30aは、素子本体21の先端部25の内表面を覆うように形成されている。内側リード部30bは、内側検知電極部30a上に接触し、端子金具9と電気的に接続される。内側検知電極部30aおよび内側リード部30bは、全体として素子本体21の内面の全面を覆うように形成されている。
The inner
つまり、ガスセンサ素子3の素子本体21は、先端側領域F1に外側電極27および内側検知電極部30aが形成され、後端側領域F2に内側リード部30bが形成されている。素子本体21の先端側領域F1は、素子本体21の先端部25に相当する。
That is, in the element
図4に示すように、環状リード部28とパッキン88とが接触する接触面PC1と、先端向き面23bとの間に環状リード部28の一部分および縦リード部29の一部分が配置される。「接触面PC1と先端向き面23bとの間に環状リード部28の一部分および縦リード部29の一部分が配置される」とは、接触面PC1から先端向き面23bに向かって延びるとともに接触面PC1に対して垂直な直線(すなわち、接触面PC1の法線)が環状リード部28および縦リード部29を通過することに相当する。
As shown in FIG. 4, a part of the
次に、ガスセンサ素子3の製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the
第1工程では、未焼結成形体を作製する。具体的には、まず、素子本体21の材料である固体電解質体の粉末として、ジルコニア(ZrO2)に安定剤としてイットリア(Y2O3)を5mol%添加した粉末(以下、5YSZともいう)に対して、さらにアルミナ粉末を添加した粉末を用意する。素子本体21の材料粉末全体を100質量%としたとき、5YSZの含有量は99.6質量%であり、アルミナ粉末の含有量は0.4質量%である。この粉末をプレス加工した後に、筒形となるように切削加工を実施することで、未焼結成形体を得る。In the first step, an unsintered molded body is produced. Specifically, first, as a powder of a solid electrolyte body which is a material of the element
次に、第2工程では、外側電極27、縦リード部29および内側電極30のそれぞれの形成位置に対して、白金(Pt)およびジルコニアを含有するスラリーを塗布する。このとき、外側電極27、縦リード部29を形成するためのスラリーは、白金に対して15質量%の単斜晶ジルコニアを添加したスラリーを用いる。内側電極30を形成するためのスラリーは、白金に対して、「99.6質量%の5YSZ/0.4質量%アルミナの混合粉末」(すなわち、素子本体21と同じ組成)を15質量%添加したスラリーを用いる。
Next, in the second step, a slurry containing platinum (Pt) and zirconia is applied to the respective formation positions of the
次に、第3工程では、環状リード部28のスラリーを作製する。環状リード部28のスラリーの作製においては、まず、導電性酸化物の原料粉末を秤量した後、湿式混合して乾燥することにより、原料粉末混合物を調整し、700〜1300℃で1〜5時間仮焼して仮焼粉末を作製する。そして、この仮焼粉末を、湿式ボールミル等による粉砕を行い所定の粒度に調整する。このとき、ペロブスカイト相の原料粉末としては、例えば、La(OH)3又はLa2O3、並びに、Co3O4、Fe2O3、及びNiOを用いることができる。そして、所定の粒子サイズに調整された仮焼粉末を、湿式ボールミル等により混合し、ターピネオールやブチルカルビトール等の溶媒に、エチルセルロース等のバインダとともに溶解することにより、スラリーを作製する。Next, in the third step, a slurry of the
次に、第4工程では、環状リード部28の形成位置に対して、環状リード部28のスラリーを塗布する。
Next, in the fourth step, the slurry of the
次の第5工程では、各スラリーが塗布された未焼結成形体について、乾燥を行った後、所定の焼成温度で焼成する。この焼成温度は、例えば、1250℃以上であり且つ1450℃以下であり、1350±50℃が好ましい。 In the next fifth step, the unsintered molded body coated with each slurry is dried and then fired at a predetermined firing temperature. The firing temperature is, for example, 1250 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower, preferably 1350 ± 50 ° C.
上記の各工程を実施することで、ガスセンサ素子3を製造することができる。
By carrying out each of the above steps, the
このように構成されたガスセンサ素子3は、素子本体21と、外側電極27および縦リード部29と、環状リード部28とを備える。
The
素子本体21は、固体電解質体を主体として、軸線方向に延びて先端が閉じた有底筒状に形成されるとともに、径方向外側に突出する素子鍔部23を有するように形成される。縦リード部29は、貴金属を含み、素子鍔部23よりも先端側から素子鍔部23へ向かって延びるようにして素子本体21の外表面に形成される。環状リード部28は、縦リード部29と重なり、少なくとも素子鍔部23において先端側に面する先端向き面23b上に、素子本体21の周方向に沿って形成される。また環状リード部28は、先端向き面23b上における素子本体21の周方向に沿った長さが、縦リード部29と環状リード部28とが重なる重複領域ROにおける縦リード部29の周方向に沿った長さより長くなるように形成される。そしてガスセンサ素子3では、環状リード部28は、導電性酸化物を主成分とする。なお、「主成分」とは、対象となる部位(すなわち、環状リード部28)を構成する全成分に対し、50質量%を超える成分をいう。
The element
このようにガスセンサ素子3は、貴金属より安価な導電性酸化物を環状リード部28の主成分とすることにより、環状リード部28における貴金属の使用量を削減し、ガスセンサ素子3の製造コストを低減することができる。
As described above, the
また、環状リード部28および縦リード部29は、素子鍔部23における先端向き面23bよりも後端側の頂面23aまで延びるように形成され、環状リード部28および縦リード部29は互いに、頂面23aで接触する。
Further, the
これにより、ガスセンサ素子3では、ガスセンサ素子3と、ガスセンサ素子3を保持する主体金具13およびプロテクタ15とを組み付ける製造工程(以下、組付工程)時において先端向き面23bに荷重が掛かることに起因して、先端向き面23bに形成されている環状リード部28が素子鍔部23から剥がれた場合であっても、頂面23aで環状リード部28および縦リード部29が互いに接触している。このため、ガスセンサ素子3は、上記の組付工程時において、環状リード部28と縦リード部29との導通の信頼性を向上させることができる。なお、上記の組付工程時において、環状リード部28が素子鍔部23から剥がれるのは、環状リード部28の主成分である導電性酸化物が、白金等の貴金属と異なり、延性を有していないためである。
As a result, in the
またガスセンサ1は、ガスセンサ素子3と、このガスセンサ素子3を保持する主体金具13およびプロテクタ15とを備える。このようにガスセンサ1は、ガスセンサ素子3を備えているため、ガスセンサ素子3と同様の効果を得ることができる。すなわち、ガスセンサ1は、ガスセンサ素子3の製造コストの低減により、ガスセンサ1の製造コストを低減することができる。
Further, the
またガスセンサ1では、環状リード部28と主体金具13およびプロテクタ15とは、環状リード部28と主体金具13およびプロテクタ15との間にパッキン88を介することにより、互いに電気的に接続されている。そしてガスセンサ1は、環状リード部28とパッキン88とが接触する接触面PC1と、先端向き面23bとの間に、環状リード部28の一部分および縦リード部29の一部分が配置される。
Further, in the
このように構成されたガスセンサ1は、上記の組付工程時において接触面PC1の先端側端部よりも先端側(すなわち径方向内側)で環状リード部28が剥がれた場合であっても、接触面PC1の先端側端部よりも後端側(すなわち径方向外側)において環状リード部28の一部分と縦リード部29の一部分とが接触した状態を維持することができる。なお、上記の組付工程時において、接触面PC1の先端側端部より先端側は、接触面PC1の先端側端部より後端側と比較して、環状リード部28の剥離が発生し易い。図5は、環状リード部28を先端側から見た図であって、環状リード部28において、パッキン88が接触した領域RCの径方向内側端部EFより径方向内側にクラックCRが発生している状態を示している。これにより、ガスセンサ1は、上記の組付工程時において、環状リード部28と縦リード部29との導通の信頼性を向上させることができる。
The
以上説明した実施形態において、素子鍔部23は鍔部に相当し、外側電極27および縦リード部29は外部電極に相当し、環状リード部28は鍔リード部に相当し、頂面23aは後端側外周面に相当する。
In the embodiment described above, the
また、主体金具13およびプロテクタ15は保持部材に相当し、パッキン88は導電部材に相当し、接触面PC1は第2接触面に相当する。
Further, the main metal fitting 13 and the
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。 Although one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modifications.
例えば上記実施形態では、縦リード部29の上に環状リード部28が配置されている形態を示したが、環状リード部28の上に縦リード部29が配置されるようにしてもよい。但し、縦リード部29は薄いため、環状リード部28の上に縦リード部29が配置されていると、縦リード部29において断線が発生し易くなる。このため、縦リード部29の上に環状リード部28が配置されるのが望ましい。
For example, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、環状リード部28が導電性酸化物を主成分として含んでいる形態を示したが、導電性酸化物以外の成分(例えば、希土類添加セリア)を含むようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、素子鍔部23に形成されるリード部(すなわち、鍔リード部)が環状である形態を示したが、縦リード部29と環状リード部28とが重なる領域において素子本体21の周方向に沿った長さが縦リード部29より長い有端環状または円弧状であってもよい。また、上記の組付工程時において、鍔リード部とパッキン88との接触を確保するために、鍔リード部における軸線方向の長さを、パッキン88における軸線方向の長さより長くすることが望ましい。
Further, in the above embodiment, the lead portion (that is, the collar lead portion) formed on the
また上記実施形態では、環状リード部28が先端向き面23b上の全体に形成されている形態を示したが、先端向き面23bの一部の上に形成されるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、環状リード部28とプロテクタ15との間にパッキン88を介することにより、互いに電気的に接続される形態を示したが、図6に示すように、パッキン88を介することなく、環状リード部28とプロテクタ15とが直接接触するようにしてもよい。この場合には、環状リード部28とプロテクタ15とが接触する接触面PC2と、先端向き面23bとの間に環状リード部28の一部分および縦リード部29の一部分が配置される。「接触面PC2と先端向き面23bとの間に環状リード部28の一部分および縦リード部29の一部分が配置される」とは、接触面PC2から先端向き面23bに向かって延びるとともに接触面PC2に対して垂直な直線(すなわち、接触面PC2の法線)が環状リード部28および縦リード部29を通過することに相当する。なお、接触面PC2は第1接触面に相当する。
Further, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、素子鍔部23の表面が頂面23aと先端向き面23bとの境界で屈曲している形態を示した。しかし、図7に示すように、素子鍔部23において径方向の最も外側に位置する最外点POで湾曲しているようにしてもよい。この場合には、先端向き面23bの後端側端部は最外点POである。なお、先端向き面23bの先端側端部から後端側へ向かうにつれて、先端向き面23bの法線ベクトルVNと軸線Oとの成す角度θは徐々に90°に近付いていく。そして、この角度θが90°未満から90°に変化した箇所が先端向き面23bの後端側端部となる。最外点POにおける法線ベクトルVN1と軸線Oとの成す角θは90°である。
Further, in the above embodiment, the surface of the
上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 The function of one component in each of the above embodiments may be shared by a plurality of components, or the function of the plurality of components may be exerted by one component. Further, a part of the configuration of each of the above embodiments may be omitted. In addition, at least a part of the configuration of each of the above embodiments may be added or replaced with respect to the configuration of the other embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
Claims (4)
貴金属を含み、前記鍔部よりも先端側から前記鍔部へ向かって延びるようにして前記素子本体の外表面に形成される外部電極と、
前記外部電極と重なり、少なくとも前記鍔部において先端側に面する先端向き面上に、前記素子本体の周方向に沿って形成される鍔リード部であって、前記先端向き面上における前記素子本体の前記周方向に沿った長さが、前記外部電極と前記鍔リード部とが重なる重なり部における前記外部電極の前記周方向に沿った長さより長くなるように形成される鍔リード部と
を備えるガスセンサ素子であって、
前記鍔リード部は、導電性酸化物を主成分とするガスセンサ素子。An element body formed mainly of a solid electrolyte body in a bottomed tubular shape extending in the axial direction and having a closed tip, and having a flange portion protruding outward in the radial direction.
An external electrode containing a precious metal and formed on the outer surface of the element body so as to extend from the tip side of the collar portion toward the collar portion.
A flange lead portion that overlaps with the external electrode and is formed along the circumferential direction of the element body on a tip facing surface facing the tip side at least in the flange portion, and is the element body on the tip facing surface. The collar lead portion is formed so that the length along the circumferential direction of the external electrode is longer than the length along the circumferential direction of the external electrode in the overlapping portion where the external electrode and the collar lead portion overlap. It is a gas sensor element
The collar lead portion is a gas sensor element containing a conductive oxide as a main component.
前記鍔リード部および前記外部電極は、前記鍔部における前記先端向き面よりも後端側の外周面である後端側外周面まで延びるように形成され、
前記鍔リード部および前記外部電極は互いに、前記後端側外周面で接触するガスセンサ素子。The gas sensor element according to claim 1.
The collar lead portion and the external electrode are formed so as to extend to the outer peripheral surface on the rear end side, which is the outer peripheral surface on the rear end side of the flange portion facing the tip end.
A gas sensor element in which the collar lead portion and the external electrode are in contact with each other on the outer peripheral surface on the rear end side.
前記鍔リード部と前記保持部材とは、直接接触するか、前記鍔リード部と前記保持部材との間に導電部材を介することにより、互いに電気的に接続されており、
前記鍔リード部と前記保持部材とが直接接触する場合には、前記鍔リード部または前記外部電極と前記保持部材とが接触する第1接触面と、前記先端向き面との間に、前記鍔リード部の一部分および前記外部電極の一部分が配置され、
前記鍔リード部と前記保持部材との間に前記導電部材を介している場合には、前記鍔リード部または前記外部電極と前記導電部材とが接触する第2接触面と、前記先端向き面との間に、前記鍔リード部の一部分および前記外部電極の一部分が配置されるガスセンサ。The gas sensor according to claim 3.
The collar lead portion and the holding member are electrically connected to each other by direct contact or via a conductive member between the collar lead portion and the holding member.
When the collar lead portion and the holding member are in direct contact with each other, the collar is located between the first contact surface where the collar lead portion or the external electrode and the holding member come into contact with the tip facing surface. A part of the lead part and a part of the external electrode are arranged.
When the conductive member is interposed between the collar lead portion and the holding member, the second contact surface where the collar lead portion or the external electrode and the conductive member come into contact with each other, and the tip facing surface. A gas sensor in which a part of the collar lead portion and a part of the external electrode are arranged between the two.
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