传感器元件制造技术

本发明专利技术提供传感器元件，其以在与元件基体之间形成有空间的方式而具备的多孔质保护层相对于元件基体的密合性优异。具备在元件基体的一个端部侧至少围绕包含前端面的第一范围的多孔质的第一前端保护层，在第一前端保护层与元件基体的第一范围之间夹有一隔热空间，元件基体在至少第一范围内的整个侧面还具备由气孔率大于第一前端保护层的气孔率的多孔质构成的第二前端保护层，第一前端保护层的与一个端部侧相反一侧的端部为第一前端保护层的固定粘接于第二前端保护层的固定粘接部，第一前端保护层的固定粘接部与第二前端保护层之间的接触部分的面积为第一范围的面积的10％～50％，在一隔热空间的端部，第一前端保护层的固定粘接部与第二前端保护层的夹角、即端部角为5°～15°。

Sensor element

【技术实现步骤摘要】
传感器元件
本专利技术涉及对被测定气体中的规定气体成分进行检测的气体传感器，特别涉及在气体传感器中所具备的传感器元件中防止被水开裂的构成。
技术介绍
以往，作为用于获知被测定气体中的所期望气体成分的浓度的气体传感器，众所周知具备以下传感器元件的气体传感器，该传感器元件由氧化锆(ZrO2)等具有氧离子传导性的固体电解质构成，并在表面及内部具备若干电极。该传感器元件中，出于防止被水开裂的目的而设置有由多孔质体构成的保护层(多孔质保护层)，上述被水开裂是：由于水滴附着而导致传感器元件(更详细的为元件基体)因热冲击而开裂。防止该被水开裂的效果的程度也称为耐被水性。作为该传感器元件，已知如下构成，即，在长条平板状的元件基体的两个主面设置保护层，并在此基础上，在前端部进一步设置多孔质保护层(例如参见专利文献1)。另外，还已知一种传感器元件，其在长条平板状的元件基体的前端部以在与元件之间设置空间的方式形成有多孔质保护层(例如参见专利文献2及专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016－48230号公报专利文献2：日本特开2016－188853号公报专利文献3：日本特开2015－87161号公报
技术实现思路
专利文献1中公开如下内容，即，在传感器元件前端部的、在气体传感器使用时成为500℃以上的温度状态的区域形成多孔质保护层，而在使用时成为300℃以下的温度状态的区域没有形成多孔质保护层，由此，能够实现：因多孔质保护层的形成面积减少而减少耗电量及至检测出为止的待机时间，并且，因耐被水性的提高而抑制开裂。但是，专利文献1所涉及的传感器元件的耐被水性并不一定充分，在被水量较多的情况下，有时发生被水开裂。另外，专利文献2中公开如下传感器元件，其以与元件基体的一个前端面密合、且对与该前端面垂直的侧面在与元件基体之间设置有空间的方式具备多孔质保护层。该构成在减弱从多孔质保护层向元件基体的热传导方面是有效果的。但是，专利文献2中，虽然示意性地公开了在气体传感器使用时传感器元件中成为高温的部分与空间之间的位置关系，但是，没有详细公开气体传感器使用时的传感器元件的温度分布与多孔质保护层的形状及配置之间的关系。因此，在采用专利文献2中公开的构成的情况下，有时无法充分确保耐被水性。另外，专利文献2中公开的传感器元件中，以与致密的固体电解质层直接接合的方式设置有多孔质保护层。专利文献2中公开的构成并不一定可确保多孔质保护层相对于元件基体的侧面的密合性，还有可能发生多孔质保护层的剥离、甚至脱离。上述剥离或脱离的发生还会有损本来设想的传感器元件的耐被水性，所以不理想。另一方面，如专利文献3所公开那样，仅在传感器元件的一个端部的角部形成空间的方案有时在气体传感器使用时成为高温但没有设置空间的部分发生被水开裂，所以不理想。本专利技术是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，提供一种以在与元件基体之间形成有空间的方式具备多孔质保护层且多孔质保护层与元件基体的密合性优异的传感器元件。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案是配备于对被测定气体中的规定气体成分进行检测的气体传感器中的传感器元件，其特征在于，具备：元件基体和多孔质的第一前端保护层，其中，所述元件基体具有：长条板状的陶瓷体，该长条板状的陶瓷体包含氧离子传导性的固体电解质，且在一个端部具备气体导入口；至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔配备于所述陶瓷体的内部，在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；至少1个电化学泵单元，该至少1个电化学泵单元包括：在所述陶瓷体的外表面所形成的外侧泵电极、面向所述至少1个内部空腔而设置的内侧泵电极、以及所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间所存在的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的汲入及汲出；以及加热器，该加热器埋设于所述陶瓷体的所述一个端部侧的规定范围，所述多孔质的第一前端保护层在所述元件基体的所述一个端部侧至少围绕包括前端面的第一范围，在所述第一前端保护层与所述元件基体的所述第一范围之间夹有一隔热空间，所述元件基体在至少所述第一范围内的整个侧面还具备第二前端保护层，该第二前端保护层由气孔率大于所述第一前端保护层的气孔率的多孔质构成，所述第一前端保护层的与所述一个端部侧相反一侧的端部为所述第一前端保护层的固定粘接于所述第二前端保护层的固定粘接部，所述第一前端保护层的所述固定粘接部与所述第二前端保护层之间的接触部分的面积为所述第一范围的面积的10％～50％，在所述一隔热空间的端部，所述第一前端保护层的所述固定粘接部与所述第二前端保护层的夹角、即端部角为5°～15°。本专利技术的第二方案在第一方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述第一前端保护层的厚度为150μm～600μm。本专利技术的第三方案在第一方案或第二方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述一隔热空间的厚度为30μm～150μm。本专利技术的第四方案在第一方案至第三方案中的任一方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述一隔热空间存在于由所述第一前端保护层围绕的所述第一范围的整体。本专利技术的第五方案在第一方案至第四方案中的任一方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述第一范围包括所述元件基体中的、在所述气体传感器使用时被加热到500℃以上的所有区域。本专利技术的第六方案在第五方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述固定粘接部设置于所述元件基体中的、在所述气体传感器使用时保持在500℃以下的第二范围。本专利技术的第七方案在第一方案至第六方案中的任一方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述第一前端保护层的气孔率为15％～30％，所述第二前端保护层的气孔率为30％～50％。专利技术效果根据本专利技术的第一方案至第七方案，以使隔热空间介于与元件基体之间的方式设置作为多孔质层的第一前端保护层的情况下，能够很好地抑制该前端保护层的剥离、甚至脱离。特别是，根据第五方案及第六方案，能够实现耐被水性优异的传感器元件。附图说明图1是传感器元件10的示意性的外观立体图。图2是包括传感器元件10的沿着长度方向的截面图在内的气体传感器100的构成的示意图。图3是用于对外侧前端保护层2和隔热空间4的具体配置位置及其意义更详细地进行说明的图。图4是例示了将某一传感器元件10利用加热器150按照预先确定的该传感器元件10使用时的控制条件进行加热时的、传感器元件10中的温度曲线与传感器元件10的构成之间的关系的图。图5是示出了制作传感器元件10时的处理流程的图。图6是示意性地示出了隔热空间4以及外侧前端保护层2的形成的具体步骤的图。符号说明1…元件基体，2…外侧前端保护层，2a…喷镀膜，4…隔热空间，4a…(隔热空间的)第一空间，4b…(隔热空间的)第二空间，5…消失材料糊料，5a…消失材料图案，10…传感器元件，30…泵单元电源，40…加热器电源，50…控制器，100…气体传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器元件，其配备于对被测定气体中的规定气体成分进行检测的气体传感器中，/n所述传感器元件的特征在于，/n具备：元件基体和多孔质的第一前端保护层，/n其中，所述元件基体具有：/n长条板状的陶瓷体，该长条板状的陶瓷体包含氧离子传导性的固体电解质，且在一个端部具备气体导入口；/n至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔配备于所述陶瓷体的内部，在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；/n至少1个电化学泵单元，该至少1个电化学泵单元包括：在所述陶瓷体的外表面所形成的外侧泵电极、面向所述至少1个内部空腔而设置的内侧泵电极、以及所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间所存在的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的汲入及汲出；以及/n加热器，该加热器埋设于所述陶瓷体的所述一个端部侧的规定范围，/n所述多孔质的第一前端保护层在所述元件基体的所述一个端部侧至少围绕包括前端面的第一范围，/n在所述第一前端保护层与所述元件基体的所述第一范围之间夹有一隔热空间，/n所述元件基体在至少所述第一范围内的整个侧面还具备第二前端保护层，该第二前端保护层由气孔率大于所述第一前端保护层的气孔率的多孔质构成，/n所述第一前端保护层的与所述一个端部侧相反一侧的端部为所述第一前端保护层的固定粘接于所述第二前端保护层的固定粘接部，/n所述第一前端保护层的所述固定粘接部与所述第二前端保护层之间的接触部分的面积为所述第一范围的面积的10％～50％，/n在所述一隔热空间的端部，所述第一前端保护层的所述固定粘接部与所述第二前端保护层的夹角、即端部角为5°～15°。/n...

【技术特征摘要】
20180803 JP 2018-1466831.一种传感器元件，其配备于对被测定气体中的规定气体成分进行检测的气体传感器中，
所述传感器元件的特征在于，
具备：元件基体和多孔质的第一前端保护层，
其中，所述元件基体具有：
长条板状的陶瓷体，该长条板状的陶瓷体包含氧离子传导性的固体电解质，且在一个端部具备气体导入口；
至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔配备于所述陶瓷体的内部，在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；
至少1个电化学泵单元，该至少1个电化学泵单元包括：在所述陶瓷体的外表面所形成的外侧泵电极、面向所述至少1个内部空腔而设置的内侧泵电极、以及所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间所存在的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的汲入及汲出；以及
加热器，该加热器埋设于所述陶瓷体的所述一个端部侧的规定范围，
所述多孔质的第一前端保护层在所述元件基体的所述一个端部侧至少围绕包括前端面的第一范围，
在所述第一前端保护层与所述元件基体的所述第一范围之间夹有一隔热空间，
所述元件基体在至少所述第一范围内的整个侧面还具备第二前端保护层，该第二前端保护层由气孔率大于所述第一前端保护层的气孔率的多孔质构成，
所述第一前端保护层的与所述一个端部侧相反一侧的端部为所述第一前端保护层的固定粘接于所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边悠介，甲斐美佳，大西谅，铃木沙季，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP