傳感器元件和傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供傳感器元件和傳感器，減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力、并且能夠抑制針對探測部的基準電極的大氣供給量的不足的傳感器元件以及具有這種傳感器元件的傳感器?？杖急葌鞲衅?1)中的氣體傳感器元件(7)具有大氣導入部(307b)。大氣導入部(307b)中的導入部截面形狀的高寬比為0.0800以下，而且，導入部截面形狀的截面積為0.147mm2以下，能夠減少用于對氣體傳感器元件(7)進行加熱的加熱器消耗電力。大氣導入部(307b)中的導入部截面形狀的高寬比為0.0082以上，而且，導入部截面形狀的截面積為0.015mm2以上，從而能夠抑制針對第1電極部(308a)的大氣供給量的不足。
【專利說明】傳感器元件和傳感器
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及對包含在測定對象氣體中的特定氣體進行檢測的傳感器元件和具有 這種傳感器元件的傳感器。
【背景技術】
[0002] 作為具有對包含在測定對象氣體中的特定氣體進行檢測的傳感器元件的傳感器 的一例，公知有如下的氧傳感器：設置于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)，對排出氣體中的氧濃度進行檢 測而利用于內(nèi)燃機的燃燒控制。該氧傳感器例如具有筒狀的主體配件和保持在該主體配件 上的板形狀的傳感器元件。
[0003] 作為傳感器元件，公知有具有設置在長度方向的前端側(cè)的探測部和導入大氣的大 氣導入部的元件（專利文獻1)。
[0004] 探測部具有暴露在測定對象氣體中的測定電極、配置在大氣導入部上的基準電 極、分別與測定電極和基準電極接觸的板狀的固體電解質(zhì)體。
[0005] 傳感器元件根據(jù)接觸于測定電極的測定對象氣體中的特定氣體（氧）的濃度、與 接觸于基準電極的大氣中的特定氣體（氧）的濃度之間的濃度比例，隔著固體電解質(zhì)體而 在測定電極與基準電極之間產(chǎn)生電動勢。該電動勢能夠作為用于探測特定氣體的氣體探測 信號來利用。
[0006] 另外，傳感器元件是利用加熱器等將固體電解質(zhì)體加熱到活性化溫度從而成為能 夠檢測特定氣體的活性化狀態(tài)。
[0007] 并且，在專利文獻1中，公開有如下的傳感器元件：氣體響應性優(yōu)秀，能夠?qū)崿F(xiàn)基 于加熱器的急速升溫，對于重復的急速升溫強度高。
[0008] 現(xiàn)有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:日本特開2005-049115號公報
[0011] 但是，上述現(xiàn)有的傳感器元件存在如下問題：雖然能夠?qū)崿F(xiàn)基于加熱器的急速升 溫等，但是用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力（加熱器的消耗電力）變大。
[0012] 也就是說，在傳感器元件中大氣導入部形成得大時，傳感器元件整體的熱容量變 大，傳熱效率降低，因此為了實現(xiàn)急速升溫而加熱器的消耗電力變大。
[0013] 另外，作為消除這種問題的方法，雖然考慮縮小大氣導入部的方法，但是當大氣導 入部過小時，存在針對探測部的基準電極的大氣供給量不足的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供如下的傳感器元件和具有這種傳感器元件的傳感 器：減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力，并且能夠抑制針對探測部的基準電極的 大氣供給量的不足。
[0015] 本發(fā)明提供一種傳感器元件，形成為在長度方向上延伸的板形狀，對包含在測定 對象氣體中的特定氣體進行檢測，傳感器元件具有：探測部，設置于傳感器元件中的長度方 向的前端側(cè)；以及大氣導入部，具有開口部，形成為從開口部連接到探測部的形成位置的在 長度方向上延伸的長孔，從開口部導入大氣，探測部具有暴露在測定對象氣體中的測定電 極、配置于大氣導入部的基準電極、分別與測定電極和基準電極接觸的板狀的固體電解質(zhì) 體。
[0016] 另外，其特征在于，在從與傳感器元件的長度方向垂直的截面觀察時的基準電極 的配置位置上的大氣導入部的導入部截面形狀中，導入部截面形狀的高寬比為0. 0082? 0. 0800的范圍內(nèi)，導入部截面形狀的截面積為0. 015?0. 147 [mm2]的范圍內(nèi)。
[0017] 在后述的表1的測定結(jié)果中，如從實施例3與比較例3的比較可知，大氣導入部中 的導入部截面形狀的截面積為〇. 147 [mm2]以下，從而能夠抑制作為傳感器元件整體的熱容 量的增大，傳熱效率提高，因此能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力。而且，如 從實施例9與比較例1的比較可知，導入部截面形狀的高寬比為0. 0800以下，從而能夠抑 制作為傳感器元件整體的熱容量的增大，傳熱效率提高，因此能夠減少用于對傳感器元件 進行加熱的消耗電力。
[0018] 另外，在后述的表1的測定結(jié)果中，如實施例7與比較例4的比較可知，大氣導入 部中的導入部截面形狀的截面積為0.015[mm2]以上，從而能夠充分地導入大氣，能夠抑制 針對基準電極的大氣供給量的不足。而且，如從實施例1與比較例2的比較可知，導入部截 面形狀的高寬比為〇. 0082以上，從而能夠充分導入大氣，能夠抑制針對基準電極的大氣供 給量的不足。
[0019] 如果是導入部截面形狀中的截面積、高寬比被如上所述規(guī)定的傳感器元件，則能 夠使減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力、和抑制針對基準電極的大氣供給量的不 足同時成立。
[0020] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電 力，并且針對探測部的基準電極能夠充分地供給大氣。
[0021] 接著，在上述傳感器元件中，能夠采用如下結(jié)構(gòu)：導入部截面形狀中的與固體電解 質(zhì)體的板面垂直的高度尺寸為0. 015?0. 080 [mm]的范圍內(nèi)。
[0022] 在后述的表1的測定結(jié)果中，如實施例3、6、9與比較例1的比較可知，大氣導入部 中的導入部截面形狀的高度尺寸為〇. 080 [mm]以下，從而能夠抑制作為傳感器元件整體的 熱容量的增大，傳熱效率提高，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力。
[0023] 另外，如從實施例1、4、7可知，大氣導入部中的導入部截面形狀的高度為 0. 015 [mm]以上，從而能夠充分地導入大氣，能夠抑制針對基準電極的大氣供給量的不足。
[0024] 如果是導入部截面形狀中的高度被如上所述規(guī)定的傳感器元件，則能夠使減少用 于對傳感器元件進行加熱的消耗電力、和抑制針對基準電極的大氣供給量的不足同時成 立。
[0025] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電 力，并且針對探測部的基準電極能夠充分地供給大氣。
[0026] 接著，在上述傳感器元件中，在從傳感器元件中的與長度方向垂直的截面觀察時 的、探測部的形成位置中的傳感器元件的元件截面形狀中，能夠采用如下結(jié)構(gòu)：元件截面形 狀的高寬比為〇. 111?〇. 400的范圍內(nèi)，元件截面形狀的截面積為0. 80?4. 32 [mm2]的范 圍內(nèi)。
[0027] 在后述的表2的測定結(jié)果中，如從實施例11與比較例11的比較可知，傳感器元件 中的元件截面形狀的截面積為4. 32 [mm2]以下，從而能夠抑制作為傳感器元件整體的熱容 量的增大，傳熱效率提高，因此能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力。而且，如 實施例17、20與比較例14的比較可知，元件截面形狀的高寬比為0. 400以下，從而能夠抑 制作為傳感器元件整體的熱容量的增大，傳熱效率提高，因此能夠減少用于對傳感器元件 進行加熱的消耗電力。
[0028] 另外，在后述的表2的測定結(jié)果中，如實施例21與比較例15的比較可知，傳感器 元件中的元件截面形狀的截面積為0. 80 [mm2]以上，從而能夠確保傳感器元件的強度，能夠 抑制傳感器元件的破損。而且，如實施例13與比較例13的比較可知，元件截面形狀的高寬 比為0. 111以上，從而能夠確保傳感器元件的強度，能夠抑制傳感器元件的破損。
[0029] 如果是元件截面形狀中的截面積、高寬比被如上所述規(guī)定的傳感器元件，則能夠 減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力，并且，確保傳感器元件的強度而能夠抑制傳 感器元件的破損。
[0030] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電 力，并且確保傳感器元件的強度而能夠抑制傳感器元件的破損。
[0031] 接著，在上述傳感器元件中，能夠采用如下的結(jié)構(gòu)：元件截面形狀中的與該傳感器 元件的板面平行的寬度尺寸為2. 0?3. 6 [mm]的范圍內(nèi)。
[0032] 在后述的表2的測定結(jié)果中，如從實施例11、12、13與比較例11、12的比較可知， 傳感器元件中的元件截面形狀的寬度尺寸為3. 6 [mm]以下，從而能夠抑制作為傳感器元件 整體的熱容量的增大，傳熱效率提高，因此能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電 力。
[0033] 另外，如從實施例20、21可知，傳感器元件中的元件截面形狀的寬度尺寸為 2. 0 [mm]以上，從而能夠確保傳感器元件的強度，能夠抑制傳感器元件的破損。
[0034] 如果是元件截面形狀中的寬度尺寸被如上所述規(guī)定的傳感器元件，則能夠減少用 于對傳感器元件進行加熱的消耗電力，并且，確保傳感器元件的強度而能夠抑制傳感器元 件的破損。
[0035] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電 力，并且確保傳感器元件的強度而能夠抑制傳感器元件的破損。
[0036] 另外，在上述傳感器元件中，能夠采用如下結(jié)構(gòu)：基準電極中的與固體電解質(zhì)體 的板面垂直的高度尺寸為〇.〇〇2[mm]以上，而且，是從導入部截面形狀的高度尺寸減去了 0.005 [mm]的差分值以下。
[0037] 也就是說，在基準電極中，如果其高度尺寸為從導入部截面形狀的高度尺寸減去 了 0.005[_]的差分值以下，則能夠確保與大氣導入部的內(nèi)表面中的相對于基準電極的形 成面的相對面之間的間隙。如上所述，在基準電極與相對面之間確保間隙，從而能夠大幅確 ?；鶞孰姌O中的與大氣接觸的面積，能夠可靠地形成以大氣中的特定氣體濃度為基準的基 準電極。
[0038] 另外，在基準電極中，如果其高度尺寸為0.002[_]以上，則能夠確保與特定氣體 的反應所需的體積，能夠發(fā)揮作為在與測定電極之間產(chǎn)生電動勢的電極的功能。
[0039] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件，能夠大幅確?；鶞孰姌O中的與大氣接觸的面積， 并且能夠在測定電極與基準電極之間產(chǎn)生與特定氣體對應的電動勢。
[0040] 另外，本發(fā)明提供傳感器，具有：傳感器元件，對包含在測定對象氣體中的特定氣 體進行檢測；加熱器，形成為在長度方向上延伸的板形狀，至少對探測部進行加熱；以及筒 狀的主體配件，保持傳感器元件，其特征在于，傳感器元件為上述任意一個傳感器元件。
[0041] 如上所述，具有上述任意一個傳感器元件的傳感器，具有至少元件截面形狀中的 截面積、高寬比被如上所述規(guī)定的傳感器元件，因此與上述傳感器元件同樣，能夠使減少用 于對傳感器元件進行加熱的消耗電力、和確保傳感器元件的強度而抑制傳感器元件的破損 同時成立。
[0042] 而且，具有元件截面形狀中的高度尺寸被如上所述規(guī)定的傳感器元件，從而本發(fā) 明的傳感器與該傳感器元件同樣，能夠使減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力、和 確保傳感器元件的強度而抑制傳感器元件的破損同時成立。
[0043] 由此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗電力，并 且對探測部的基準電極充分地供給大氣。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件或傳感器，能夠減少用于對傳感器元件進行加熱的消耗 電力，并且針對探測部的基準電極能夠充分地供給大氣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]圖1是表示空燃比傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0046] 圖2是表示氣體傳感器元件的外觀的立體圖。
[0047] 圖3是分解示出氣體傳感器元件的立體圖。
[0048] 圖4是表示氣體傳感器元件的圖2中的B-B視端面的端面圖。
[0049] 圖5是與氣體傳感器元件的基材的制造方法有關的說明圖。
[0050] 圖6是示出氣體傳感器元件的制造中途階段的說明圖。
【具體實施方式】
[0051] 以下，使用附圖對應用了本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0052] 另外，在以下所示的實施方式中，作為例子舉出作為氣體傳感器一種的氧傳感器 中的空燃比傳感器。具體地講，為了在汽車和各種內(nèi)燃機中的空燃比反饋控制中使用，組裝 有對成為測定對象的排出氣體中的特定氣體（氧）進行檢測的氣體傳感器元件（檢測元 件），并且作為例子舉出安裝在內(nèi)燃機的排氣管上的空燃比傳感器而進行說明。
[0053] [1?第1實施方式]
[0054] [1-1?整體結(jié)構(gòu)]
[0055] 根據(jù)圖1對使用了本實施方式的氣體傳感器元件的空燃比傳感器的整體的結(jié)構(gòu) 進行說明。圖1是表示空燃比傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0056] 如圖1所示，本實施方式中的空燃比傳感器1具有：筒狀的主體配件5,在外表面 形成有用于固定于排氣管的螺釘部3;在軸線方向（空燃比傳感器1的長度方向：圖1的上 下方向）上延伸的板狀形狀的氣體傳感器元件7;以包圍氣體傳感器元件7的徑向周圍的 方式配置的筒狀的陶瓷套筒9 ;絕緣接點部件13 (分離器13)，以在軸線方向上貫通的插通 孔11的內(nèi)壁面包圍氣體傳感器元件7的后端部的周圍的狀態(tài)配置；以及在氣體傳感器元件 7與分離器13之間配置的多個（在圖1中僅圖示兩個）連接端子15。
[0057] 如后所述，氣體傳感器元件7具有：在長度方向上延伸的板狀的元件部71(以下， 也稱為氧泵單元71);同樣在長度方向上延伸的板狀的加熱器73 ;以及覆蓋元件部71和加 熱器73的前端側(cè)（后述的圖2的左側(cè)）的保護層17。元件部71和加熱器73的前端側(cè)是 面向作為測定對象的氣體的探測部70。另外，在氣體傳感器元件7中，在后端側(cè)（圖1的上 方：長度方向后端部）的外表面中的具有正背位置關系的第1主面21和第2主面23上形 成有電極焊盤25、27、31、33(詳細地講，參照后述的圖2、圖3)。
[0058] 連接端子15分別與氣體傳感器元件7的電極焊盤25、27、31、33電連接，并且還與 從外部配置到傳感器內(nèi)部的引線35電連接，形成在連接有引線35的外部設備與電極焊盤 25、27、31、33之間流過的電流的電流路徑。
[0059] 主體配件5具有在軸線方向上貫通的貫通孔37,構(gòu)成為具有向貫通孔37的徑向內(nèi) 側(cè)突出的架部39的大致筒狀形狀。該主體配件5構(gòu)成為，在將氣體導入部322比貫通孔37 的前端更配置于前端側(cè)、將電極焊盤25、27、31、33比貫通孔37的后端更配置于后端側(cè)的狀 態(tài)下，對插通到貫通孔37的氣體傳感器元件7進行保持。
[0060] 另外，在包圍氣體傳感器元件7的徑向周圍的狀態(tài)下，環(huán)狀形狀的陶瓷支架41、滑 石環(huán)43、滑石環(huán)45以及上述陶瓷套筒9以該順序從前端側(cè)到后端側(cè)層壓在主體配件5的貫 通孔37的內(nèi)部。
[0061]在該陶瓷套筒9與主體配件5的后端部47之間配置有嵌縫填料49,另一方面，在 陶瓷支架41與主體配件5的架部39之間，配置有用于保持滑石環(huán)43和陶瓷支架41的金 屬支架51。另外，主體配件5的后端部47被嵌縫為隔著嵌縫填料49將陶瓷套筒9推壓到 前端側(cè)。
[0062] 而且，在主體配件5的前端部53的外周，通過焊接等而安裝有覆蓋氣體傳感器元 件7的突出部分的金屬制（例如，不銹鋼等）的雙重構(gòu)造的保護器55。
[0063] 另一方面，在主體配件5的后端側(cè)外周固定有外筒57。另外，在外筒57的后端側(cè) 的開口部上配置有索環(huán)61，該索環(huán)61中形成有分別與各電極焊盤25、27、31、33電連接的5 根引線35(圖1中圖示了 3根）插通的引線插通孔59。
[0064] 另外，在分離器13的外周形成有突出部63,突出部63通過保持部件65而固定于 外筒57。
[0065] [1-2?氣體傳感器元件的結(jié)構(gòu)]
[0066] 接著，根據(jù)圖2?圖4詳細地說明氣體傳感器元件7的結(jié)構(gòu)。
[0067]圖2是表示氣體傳感器元件7的外觀的立體圖。另外，在圖2中，用虛線表示保護 層17的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0068] 圖3是分解示出氣體傳感器元件7的立體圖。另外，下述說明的關系上，在圖3中 省略了保護層17的圖示。
[0069] 圖4是表示氣體傳感器元件7的圖2中的B-B視端面的端面圖。
[0070] 如圖2所示，氣體傳感器元件7具有在軸線方向（圖2的左右方向）上延伸的板 狀形狀的元件部71 (氧泵單元71)、同樣在軸線方向上延伸的板狀形狀的加熱器73、覆蓋元 件部71和加熱器73的前端側(cè)（圖2的左方：長度方向前端部）的保護層17。元件部71和 加熱器73的前端側(cè)是面向作為測定對象的氣體的探測部70。
[0071]探測部70具有用于導入排氣（測定對象氣體）的氣體導入部322 (參照圖4)。探 測部70在其內(nèi)部具有經(jīng)由氣體導入部322導入排氣的氣體測定室316 (參照圖4)。
[0072] 如圖3所示，氣體傳感器元件7是由遮蔽層312、擴散限速部315、元件部71、絕緣 層307、加熱器73層壓而構(gòu)成。
[0073] 加熱器73具有以氧化鋁為主體的第1基體301和第2基體303、夾在第1基體 301與第2基體303之間的以鉬為主體的發(fā)熱體302。發(fā)熱體302具有位于前端側(cè)的發(fā)熱 部302a、從發(fā)熱部302a沿著第1基體301的長度方向延伸的一對加熱器導線部302b。并 且，加熱器導線部302b的末端經(jīng)由設置于第1基體301的加熱器側(cè)通孔301a而與電極焊 盤31、33電連接。
[0074] 元件部71具有第1固體電解質(zhì)體309、形成于該第1固體電解質(zhì)體309的兩面的 第1電極308、第2電極310而形成。第1電極308具有第1電極部308a、從該第1電極部 308a沿著第1固體電解質(zhì)體309的長度方向而延伸的第1引線部308b而形成。第2電極 310具有第2電極部310a、從該第2電極部310a沿著第1固體電解質(zhì)體309的長度方向而 延伸的第2引線部310b而形成。并且，第1引線部308b的末端經(jīng)由設置于第1固體電解 質(zhì)體309上的第1通孔309a而與電極焊盤25電連接。第2引線部310b的后端部作為電 極焊盤27而具備。
[0075] 第1固體電解質(zhì)體309由在氧化鋯（ZrO2)中作為穩(wěn)定化劑添加氧化釔（Y2O3)或 氧化鈣（CaO)而成的部分穩(wěn)定化氧化鋯燒結(jié)體構(gòu)成。
[0076] 發(fā)熱體302、第1電極308、第2電極310、電極焊盤25、27以及電極焊盤31、33能 夠由鉬族元素形成。作為形成這些的優(yōu)選的鉬族元素，能夠例舉Pt、Rh、Pd等，對于這些能 夠單獨使用其一種，也能夠并用兩種以上。
[0077] 并且，在加熱器73與元件部71之間形成有絕緣層307。絕緣層307具有絕緣部 307a和大氣導入部307b。關于絕緣層307,只要是具有絕緣性的陶瓷燒結(jié)體則不特別限定， 例如，能夠例舉氧化鋁或莫來石等氧化物類陶瓷。
[0078] 大氣導入部307b在絕緣層307的后端側(cè)具有開口部307c，形成為從開口部307c 連接到探測部70(詳細地講，第1電極部308a)的形成位置的沿著長度方向的長孔。大氣 導入部307b通過開口部307c與外部連通，從開口部307c導入大氣。另外，如圖4所示，大 氣導入部307b中的與氣體傳感器元件7的長度方向垂直的截面形狀、且第1電極部308a 的配置位置中的導入部截面形狀為四邊形。另外，大氣導入部307b的導入部截面形狀為由 第2基體303、絕緣部307a、第1固體電解質(zhì)體309圍繞的區(qū)域，是包含第1電極部308a的 截面形狀。
[0079] 另外，在第1固體電解質(zhì)體309的表面，以覆蓋第2電極310的第2電極部310a 的方式設置有氣體測定室316 (參照圖4)，氣體測定室316通過擴散限速部315而被覆蓋。 而且，在擴散限速部315的表面中的與第1固體電解質(zhì)體309相反一側(cè)的面上層壓有遮蔽 層 312。
[0080] 擴散限速部315是由氧化鋁構(gòu)成的多孔質(zhì)體，不與遮蔽層312和第1固體電解質(zhì) 體309接觸的四個側(cè)面露出到后述的空間部323。擴散限速部315中的該露出部分成為氣 體傳感器元件7的探測部70中的用于導入排氣（測定對象氣體）的氣體導入部322。
[0081] 也就是說，氣體傳感器元件7的探測部70中的氣體導入部322朝向不同的四個方 向形成。
[0082] 在探測部70中的遮蔽層312和氣體導入部322 (擴散限速部315)的外側(cè)，設置有 由多孔質(zhì)狀的氧化鋁形成的保護層17。
[0083] 保護層17以從擴散限速部315分開的狀態(tài)覆蓋氣體導入部322的方式形成。具 體地講，保護層17在與探測部70相對的內(nèi)表面中的與氣體導入部322相對的部分上具有 空間部323。由此，在保護層17與擴散限速部315之間存在有空間部323,保護層17與擴 散限速部315成為彼此分開的狀態(tài)。
[0084] 也就是說，氣體傳感器元件7構(gòu)成為，排氣（測定對象氣體）經(jīng)由保護層17和空 間部323到達氣體導入部322之后，該排氣經(jīng)由擴散限速部315而導入到氣體測定室316。
[0085] 另外，關于氣體傳感器元件7,在保護層17與擴散限速部315之間存在有空間部 323,以保護層17與擴散限速部315彼此分開的狀態(tài)構(gòu)成，因此當在保護層17上附著有水 時，能夠抑制水通過所謂的毛細現(xiàn)象從保護層17浸透到擴散限速部315。
[0086] 另外，保護層17由擴散阻力比擴散限速部315小的多孔質(zhì)材料構(gòu)成。
[0087] [1-3?氣體傳感器的制造方法]
[0088] 對本實施方式的空燃比傳感器1的制造方法進行說明。
[0089] 在制造氣體傳感器元件7時，首先，使成為氣體傳感器元件7的材料的各種層壓材 料、即成為元件部71的第1固體電解質(zhì)體309的未燒制固體電解質(zhì)片和成為絕緣層307的 絕緣部307a、加熱器73的第1基體301以及第2基體303的未燒制絕緣片等成為層壓狀 態(tài)，得到未壓接層壓體。另外，在該未壓接層壓體上形成有成為電極焊盤25、27、31、33的未 燒制電極焊盤等。
[0090] 其中，例如，在形成未燒制固體電解質(zhì)片時，首先，對于以氧化鋯為主體的陶瓷粉 末，除了氧化鋁粉末和縮丁醛樹脂等以外，還混合混合溶劑（甲苯和甲乙酮），生成漿料。并 且，通過刮刀法使該漿料成為片狀，通過使混合溶劑揮發(fā)而制作未燒制固體電解質(zhì)片。
[0091] 另外，在形成未燒制絕緣片時，首先，對于以氧化鋁為主體的陶瓷粉末，除了縮丁 醛樹脂和苯二甲酸正丁酯以外，還混合混合溶劑（甲苯和甲乙酮），生成漿料。并且，通過刮 刀法使該漿料成為片狀，通過使混合溶劑揮發(fā)而制作未燒制絕緣片。
[0092] 另外，例如，關于絕緣層307的絕緣部307a，在將其高度尺寸（厚度尺寸）形成得 更小時，不限定于基于刮刀法的使用了未燒制絕緣片的制造方法，也可以采用使用了絲網(wǎng) 印刷的制造方法。也就是說，通過絲網(wǎng)印刷對上述漿料進行印刷，從而成為與基于刮刀法的 片相比厚度尺寸更小的片而能夠進行層壓。
[0093] 另外，在如大氣導入部307b那樣在燒制后成為空洞的區(qū)域上，配置通過燒制而升 華或燃燒消失的插入體（例如，以碳為主體的漿糊等）。
[0094] 而且，在形成未燒制的擴散限速部時，首先，生成通過濕式混合而分散了100質(zhì) 量％的氧化鋁粉末和塑化劑的漿料。塑化劑由縮丁醛樹脂和DBP構(gòu)成。使用該漿料，在燒 制后成為擴散限速部315的部位上形成未燒制的擴散限速部。
[0095]并且，以IMPa對該未壓接層壓體進行加壓，從而得到如圖5所示的被壓接的成型 體 141。
[0096]圖5是與氣體傳感器元件的基材的制造方法有關的說明圖，表示從氣體傳感器元 件的基材中的從加熱器側(cè)觀察時的外觀而不是從元件部側(cè)觀察時的外觀。
[0097] 并且，以預定的大小切斷通過加壓得到的成型體141，從而得到大小與氣體傳感器 元件7的元件部71和加熱器73大致一致的多個（例如10個）的未燒制層壓體。
[0098] 之后，對該未燒制層壓體進行去樹脂，而且在燒制溫度1500°C下進行1小時的正 式燒制，得到如圖6所示的燒制層壓體143。該燒制層壓體143為氣體傳感器元件7的元件 部71和加熱器73。圖6是示出氣體傳感器元件的制造中途階段的說明圖。
[0099] 在如上所述得到燒制層壓體143之后，進行用于以擴散限速部315的擴散阻力 (擴散限速部特性）成為預定的目標值的方式進行調(diào)整的修整作業(yè)。作為修整作業(yè)，具體地 講，進行針對多孔質(zhì)部的修整液的涂布作業(yè)和多孔質(zhì)部的削掉作業(yè)等。
[0100] 在如上所述得到燒制層壓體143之后，在該燒制層壓體143的前端側(cè)的周圍，形成 在燒制后成為具有空間部323的保護層17 (參照圖4)的未燒制保護層。
[0101] 具體地講，首先，以覆蓋擴散限速部315露出的氣體導入部322的方式，印刷以碳 為主體的漿糊。也就是說，對于在燒制后成為空間部323的部位，印刷以碳為主體的漿糊。 [0102] 之后，制作包括尖晶石粉末、二氧化鈦且剩余部分為氧化鋁溶膠的漿料，使用該漿 料，在燒制層壓體143的前端側(cè)在全周上形成未燒制保護層。作為此時的形成手段，使用噴 射和涂布等。
[0103] 之后，對形成有該未燒制保護層的燒制層壓體143,在燒制溫度KKKTC下，進行3 小時燒制時間的熱處理，碳揮發(fā)，從而得到形成有保護層17的氣體傳感器元件7,該保護層 17具有空間部323。
[0104] 在如上所述得到了氣體傳感器元件7之后，進行將氣體傳感器元件7組裝到主體 配件5的組裝工序。
[0105] 即，在該工序中，將通過上述制造方法制作的氣體傳感器元件7插入到金屬支架 51，而且通過陶瓷支架41、滑石環(huán)43固定氣體傳感器元件7并制作組裝體。之后，將該組裝 體固定于主體配件5,使氣體傳感器元件7的軸線方向后端部側(cè)插通到滑石環(huán)45、陶瓷套筒 9,并且將這些插入到主體配件5。
[0106] 并且，將陶瓷套筒9嵌縫到主體配件5的后端部47,制作下部組合體。另外，在下 部組合體上預先安裝有保護器55。
[0107] 另一方面，組裝外筒57、分離器13、索環(huán)61等，制作上部組合體。并且，將下部組 合體與上部組合體接合，得到空燃比傳感器1。
[0108] [1-4.測定]
[0109] 接著，對在將氣體傳感器元件7中的大氣導入部307b的導入部截面形狀變更為一 些圖案時測定了加熱器消耗電力、通氣量的第1測定的測定結(jié)果進行說明。
[0110] 另外，大氣導入部307b的導入部截面形狀為大氣導入部307b中的與氣體傳感器 元件7的長度方向垂直的截面形狀，且是第1電極部308a的配置位置上的截面形狀。
[0111] 在該測定中，作為本發(fā)明的實施例使用9種類的氣體傳感器元件，作為比較例使 用了 4種類的氣體傳感器元件。
[0112] 在各氣體傳感器元件中的大氣導入部307b中，將第1電極部308a的配置位置（形 成區(qū)域）上的導入部截面形狀的厚度尺寸（高度尺寸）、寬度尺寸、高寬比、截面積分別示出 在[表1]，并且示出關于9種類的實施例和4種類的比較例的測定結(jié)果。
[0113] 【表1】
[0114]
【權(quán)利要求】
1. 一種傳感器元件，形成為在長度方向上延伸的板形狀，對包含在測定對象氣體中的 特定氣體進行檢測，該傳感器元件的特征在于，具有： 探測部，設置于該傳感器元件中的所述長度方向的前端側(cè)；W及 大氣導入部，具有開口部，形成為從該開口部連接到所述探測部的形成位置的在長度 方向上延伸的長孔，從該開口部導入大氣， 所述探測部具有暴露在所述測定對象氣體中的測定電極、配置于所述大氣導入部的基 準電極、分別與所述測定電極和所述基準電極接觸的板狀的固體電解質(zhì)體， 在從與該傳感器元件的所述長度方向垂直的截面觀察時的、所述基準電極的配置位置 上的所述大氣導入部的導入部截面形狀中， 所述導入部截面形狀的高寬比為0. 0082?0. 0800的范圍內(nèi)， 所述導入部截面形狀的截面積為0. 015?0. 147平方毫米的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器元件，其特征在于， 所述導入部截面形狀中的與所述固體電解質(zhì)體的板面垂直的高度尺寸為0. 015? 0.080毫米的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器元件，其特征在于， 在從與該傳感器元件中的所述長度方向垂直的截面觀察時的、所述探測部的形成位置 中的所述傳感器元件的元件截面形狀中， 所述元件截面形狀的高寬比為0. 111?0. 400的范圍內(nèi)， 所述元件截面形狀的截面積為0. 80?4. 32平方毫米的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器元件，其特征在于， 所述元件截面形狀中的與所述傳感器元件的板面平行的寬度尺寸為2. 0?3. 6毫米的 范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器元件，其特征在于， 在從與該傳感器元件中的所述長度方向垂直的截面觀察時的、所述探測部的形成位置 中的所述傳感器元件的元件截面形狀中， 所述元件截面形狀的高寬比為0. 111?0. 400的范圍內(nèi)， 所述元件截面形狀的截面積為0. 80?4. 32平方毫米的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器元件，其特征在于， 所述元件截面形狀中的與所述傳感器元件的板面平行的寬度尺寸為2. 0?3. 6毫米的 范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項所述的傳感器元件，其特征在于， 所述基準電極中的與所述固體電解質(zhì)體的板面垂直的高度尺寸為0. 002毫米W上，而 且，是從所述導入部截面形狀的所述高度尺寸減去了 0. 005毫米的差分值W下。
8. -種傳感器，具有： 傳感器元件，對包含在測定對象氣體中的特定氣體進行檢測； 加熱器，形成為在長度方向上延伸的板形狀，至少對所述探測部進行加熱；W及 筒狀的主體配件，保持所述傳感器元件， 所述傳感器元件為權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的傳感器元件。
【文檔編號】G01N27/409GK104345081SQ201410384015
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】大矢誠二 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社
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