氧浓度检测元件制造技术

提供一种氧浓度检测元件，可以阻止测定气体通过固体电解质层，在富状态下得到稳定的输出。该氧浓度检测元件（１）包括：其外表面侧由绝缘性材料形成的基体部件（２）；在该基体部件（２）的外表面侧形成的氧离子传导性的固体电解质层（３）；与多孔体层（４）相邻且在该固体电解质层（３）的内表面和基体部件（２）的外表面之间设置的由多孔质材料形成的多孔体层（４）；在固体电解质层（３）的内表面上形成的内侧电极（５）；在固体电解质层（３）的外表面上由阻止氧通过的材料形成且具有电极用窗部（６ａ）的内侧致密层（６）；在该内侧致密层（６）的外表面和从电极用窗部（６ａ）露出的固体电解质层（３）的外表面上形成的外侧电极（７）；在该外侧电极（７）的外表面上由阻止氧通过的材料形成且在与电极用窗部（６ａ）相同的位置上具有氧导入窗部（８ａ）的外侧致密层（８）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在例如检测排出气体中的氧浓度的氧传感器中使用的氧浓度检测元件。
技术介绍
一般地，在汽车用发动机等中，在排气管的中途配置氧传感器，用氧传感器检测在排出气体中含的氧浓度，对吸入空气量进行控制使燃料和空气的混合比即空燃比成为预定的理论空燃比(A/F＝14.7)。作为在上述氧传感器中使用的现有的氧浓度检测元件有图4所示的元件。如图4所述，该氧浓度检测元件100包括基体部件101；在该基体部件101的外周侧形成的氧离子传导性的固体电解质层102；在固体电解质层102的内表面上形成的内侧电极104；在固体电解质层102的外表面上形成的外侧电极105；在该外侧电极105和固体电解质层102的外表面的全部区域上形成的、在外侧电极105和固体电解质层102的外表面的全部区域上形成的、在外侧电极105的外表面上具有氧导入窗部106a的致密层106；以及在该致密层106的外表面上和从氧导入窗部106a露出的外侧电极105的外表面上形成的保护层107。另外，以向致密层106和保护层107的外侧导入测定气体(例如排气管内的排出气体)的状态配置。基体部件101由实心圆柱的芯杆110、在其外周上形成的加热图形111、和以覆盖该加热图形111的方式在芯杆110的外周上形成的绝缘性材料的加热覆盖层112构成。内侧电极104和外侧电极105都由导电性且氧可通过的材料形成。在内侧电极104和外侧电极105上分别一体地延长设置引线部113(内侧电极104侧未图示)，用这些引线部113可以检测在内侧电极104和外侧电极105之间出现的输出电压。致密层106由测定气体中的氧可通过内表面侧的材料形成。保护层107由测定气体中的有害气体不能通过内表面侧而测定气体中的氧可以通过的材料形成。下面，说明氧浓度检测元件100的氧浓度的检测动作。测定气体中的氧透过保护层107，通过外侧电极105导入到固体电解质层102的外表面，作为基准的大气中的氧到达内侧电极104。如果在固体电解质层102的内外表面上氧浓度不同，通过把氧离子输送到固体电解质层102内，与氧浓度差相应地在内侧电极104和外侧电极105之间产生电动势E。因此，从内侧电极104和外侧电极105之间得到与氧浓度差相应的输出电压(V＝E-R×I)。在此，R是固体电解质层102的内部电阻，I是产生电动势E时在内侧电极104和外侧电极105间流过的电流。如果以在汽车发动机的排出气体的氧量检测中被使用的场合为例进行说明，上述输出电压(V)对空燃比(A/F)的特性曲线如图5所示。A/F值以理想空燃比状态14.7(λ＝1)作为基准，以燃料过多氧浓度差大的状态(A/F＜14.7的状态)作为富状态，相反地，以空气过多氧浓度差小的状态(A/F＞14.7的状态)作为稀状态，控制吸入空气量以成为理想空燃比状态。(专利文献1)日本专利特开平7-27737号公报上述现有的固体电解质层102是把由例如氧化锆和氧化钇构成的浆状物曲面印刷，然后通过烧制成为具有所期望的性质的材料，但在膜厚薄的固体电解质层102的端部附近存在烧制时的烧结不充分的部位A。在烧结不充分的部位A产生微裂纹等，在氧浓度差大的富状态中，如果从外侧电极105附近侵入的富气体通过微裂纹等侵入到固体电解质层102的内表面侧，则在固体电解质层102的内外表面上的氧浓度差降低，如图5的虚线所示，输出电压(V)下降。因此，存在在富状态下不能得到稳定的输出的问题。另外，输出电压(V)的特性以固体电解质层102的内部电阻R作为一个要素，内部电阻R与内侧电极104和外侧电极105的对置面积(重叠面积)有关。因此，在现有例中，通过使内侧电极104和外侧电极105形状相同且面积相同，并在正确的对置位置上形成它们，对所有的氧浓度检测元件100得到恒定的输出特性，是优选的。但是，在上述现有例中，由于在曲面印刷内侧电极104和外侧电极105时的掩模位置对准有偏差，且该偏差导致内侧电极104和外侧电极105的重叠面积有偏差，所以均匀地形成每个氧浓度检测元件100的重叠面积是非常困难的。如果固体电解质层102的内部元件电阻有偏差，则如图6的虚线所示，输出特性就会有偏差。这样，如果输出特征有偏差，理想空燃比状态14.7(λ＝1)的点就有偏差(δ)，检测该点的精度下降。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于防止测定气体向电极附近侵入，在富状态下得到稳定的输出。本专利技术的另一目的在于抑制固体电解质层的内部电阻的偏差，使输出特性几乎无偏差，得到稳定的输出。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面是一种氧浓度检测元件，其特征在于包括外表面侧由绝缘性材料形成的基体部件；在该基体部件的外表面侧上形成的氧离子传导性的固体电解质层；在该固体电解质层的内表面和上述基体部件的外表面之间设置的、用来使氧流通且由多孔质材料形成的多孔体层；在上述固体电解质层的内表面上形成的内侧电极；在上述固体电解质层的外表面上由阻止氧通过的材料形成且具有电极用窗部的内侧致密层；在该内侧致密层的外表面和从上述电极用窗部露出的上述固体电解质层的外表面上形成的外侧电极；在该外侧电极的外表面上由防止氧通过的材料形成且在与上述电极用窗部相同的位置上具有氧导入窗部的外侧致密层。根据上述结构，测定气体中的氧透过保护层，通过外侧电极导入到固体电解质层的外表面，作为基准的大气中的氧到达内侧电极。如果在固体电解质层的内外表面上氧浓度不同，基于该氧浓度差在内侧电极和外侧电极之间产生电动势。在此，由于用内侧致密层覆盖固体电解质层的端部附近，外侧电极在固体电解质层的端部以外形成，所以测定气体中的富气体(成分)不能通过外侧电极侵入固体电解质层。由此，通过排出气体向固体电解质层侵入且把接触位置控制到窗部的范围内，在富状态下得到稳定的输出。另外，本专利技术的第二方面是电极用窗部的面积设定成比上述内侧电极的面积小。根据上述结构，由于利用内侧致密层的电极用窗部把外侧电极的有效面积限定在比内侧电极的面积小的范围内，即使印刷时掩模位置有偏差，内侧电极和外侧电极的重叠面积总是恒定，抑制了固体电解质层的内部电阻的偏差。因此，输出特性几乎无偏差，得到稳定的输出。附图说明图1展示了本专利技术的一实施方式，是氧浓度检测元件的剖面图；图2展示了本专利技术的一实施方式，是展示内侧电极和内侧致密层的电极用窗部的配置状态的说明图；图3展示了本专利技术的一实施方式，是用来说明氧浓度检测元件的制造顺序的图；图4展示了现有例，是氧浓度检测元件的剖面图；图5是相对于空燃比(A/F)的输出电压的特性线图；图6是相对于空燃比(A/F)的输出电压的特性线，用虚线表示固体电解质层的内部电阻有偏差的特性线。具体实施例方式下面，参照附图说明本专利技术的具体实施方式。图1是氧浓度检测元件1的剖面图；图2是展示内侧电极5和内侧致密层6的电极用窗部6a的尺寸关系的说明图，图3是用来说明氧浓度检测元件1的制造顺序的图。图1中，氧浓度检测元件1包括基体部件2；在该基体部件2的外表面侧形成的氧离子传导性的固体电解质层3；在该固体电解质层3的内表面和基体部件2的外表面之间设置的由多孔质材料形成的多孔体层4；在固体电解质层3的内表面上形成的内侧电极5；在固体电解质层3的外表面上形成的具有电极用窗部6a的内侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧浓度检测元件，其特征在于包括：外表面侧由绝缘性材料形成的基体部件；在该基体部件的外表面侧上形成的氧离子传导性的固体电解质层；在该固体电解质层的内表面和上述基体部件的外表面之间设置的、用来使氧流通且由多孔质材料形成的多孔体层；在上述固体电解质层的内表面上形成的内侧电极；在上述固体电解质层的外表面上由阻止氧通过的材料形成且具有电极用窗部的内侧致密层；在该内侧致密层的外表面和从上述电极用窗部露出的上述固体电解质层的外表面上形成的外侧电极；在该外侧电极的外表面上由防止氧通过的材料形成且在与上述电极用窗部相同的位置上具有氧导入窗部的外侧致密层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：堺祥一，一柳太，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]