传感器元件制造技术

传感器元件具备：元件基体，其在含有氧离子传导性固体电解质且在一个端部具备气体导入口的陶瓷体、且在对置的2个主面上具备气孔率为30％～65％的内侧前端保护层；中间前端保护层，其至少一部分在元件基体的4个侧面侧与内侧前端保护层接触，该中间前端保护层的气孔率为25％～80％且为内侧前端保护层的气孔率以下；以及外侧前端保护层，其在元件一个端部侧的最外周部围绕元件基体，在元件基体的侧面侧与中间前端保护层及内侧前端保护层接触，并且，在前端面侧与该前端面或中间前端保护层接触，该外侧前端保护层的气孔率为15％～30％且小于中间前端保护层的气孔率，内侧前端保护层与外侧前端保护层的气孔率差设为10％～50％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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，特别涉及针对气体传感器所具备的传感器元件而防止浸水开裂的结构。
技术介绍
以往，作为用于获知被测定气体中的期望气体成分的浓度的气体传感器，广泛已知具有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、内部具备若干电极。关于这种传感器元件，出于防止所谓的浸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)，上述浸水开裂是：由于水滴附着而导致传感器元件(更详细而言为元件基体)因热冲击而开裂。防止该浸水开裂的效果的程度也称为耐浸水性。作为这种传感器元件，已知如下结构，即，在长条平板状的元件基体的两个主面设置有保护层，在此基础上，针对前端部进一步设置有多孔质保护层(例如参见专利文献1)。另外，还已知如下气体传感器元件，该气体传感器元件具备：长条的板状元件，在其前端侧具有检测部；多孔质的第一保护层，其将检测部的整体覆盖；以及多孔质的第二保护层，其将第一保护层的外周覆盖，并且，至少将第一保护层的前端侧至比将位于元件外侧的电极覆盖的多孔质层更靠后端侧的部位的区域覆盖(例如参见专利文献2)。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：日本特许第6014000号公报
技术实现思路
专利文献1中公开了如下内容，即，在传感器元件前端部的、使用气体传感器时达到500℃以上的温度状态的区域形成多孔质保护层，另一方面，在使用时变为300℃以下的温度状态的区域未形成多孔质保护层，由此能够实现：因多孔质保护层的形成面积减小而减少耗电量、直至检测为止的等待时间，并且，因耐浸水性的提高而能够抑制裂纹。但是，专利文献1所涉及的传感器元件的耐浸水性并不充分，在浸水量较多的情况下，有时会发生浸水开裂。另外，专利文献2公开的气体传感器元件中，外侧的第二保护层将内侧的第一保护层整体覆盖，由于第二保护层的气孔率较小，因此，第二保护层有可能在后端侧未与元件主体充分密接而剥离，还有可能在高温下使用时发生浸水开裂。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种在具备被测定气体的导入口的一个端部侧具有多孔质的保护层、且耐浸水性与以往相比更加优异的传感器元件。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的传感器元件，其特征在于，所述传感器元件具备元件基体、多孔质的中间前端保护层以及多孔质的外侧前端保护层，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含有氧离子传导性的固体电解质，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中形成于所述至少1个内部空腔以外的部位的外侧泵电极、设置为面对所述至少1个内部空腔的内侧泵电极、以及存在于所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的吸入及吸出；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，并且，至少在所述一个端部侧的对置的2个主面上具备气孔率为30％～65％的多孔质的内侧前端保护层，所述中间前端保护层的至少一部分与所述内侧前端保护层接触，所述中间前端保护层的气孔率为25％～80％且为所述内侧前端保护层的气孔率以下，所述外侧前端保护层在所述传感器元件的所述一个端部侧的最外周部围绕所述元件基体，在所述元件基体的4个侧面侧与所述中间前端保护层及所述内侧前端保护层接触，并且在所述元件基体的前端面侧与该前端面或所述中间前端保护层接触，所述外侧前端保护层的气孔率为15％～30％且小于所述中间前端保护层的气孔率，所述内侧前端保护层与所述外侧前端保护层的气孔率差为10％～50％。另外，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，所述中间前端保护层设置成与所述元件基体的、预先确定的需要应对浸水开裂的区域接触，所述外侧前端保护层在所述元件基体的、预先确定的不发生浸水开裂的区域与所述内侧前端保护层接触。另外，本专利技术的第三方案在第二方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述需要应对浸水开裂的区域为所述元件基体的、使用所述气体传感器时加热至500℃以上的区域，所述外侧前端保护层与所述内侧前端保护层的接触部分配置于使用所述气体传感器时保持为500℃以下的部分。另外，本专利技术的第四方案在第二方案或第三方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述中间前端保护层与所述内侧前端保护层的外表面的一部分及所述元件基体的前端面接触，所述外侧前端保护层在所述元件基体的前端面侧也与所述中间前端保护层接触。另外，本专利技术的第五方案在第二方案或第三方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述中间前端保护层与所述内侧前端保护层的外表面的一部分接触，所述外侧前端保护层在所述元件基体的前端面侧与该前端面接触。另外，本专利技术的第六方案在第一方案至第五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，所述内侧前端保护层的厚度为20μm～50μm，所述中间前端保护层的厚度为100μm～700μm，所述外侧前端保护层的厚度为100μm～400μm。另外，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，所述外侧前端保护层与所述内侧前端保护层的接触部分的面积为所述元件基体中由所述外侧前端保护层围绕的范围的面积的10％以上50％以下。专利技术效果根据本专利技术的第一方案至第七方案，可实现耐浸水性与以往相比更加优异且保护层的剥离得以抑制的传感器元件。附图说明图1是第一实施方式所涉及的传感器元件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的结构的示意图。图3是用于对外侧前端保护层2和中间前端保护层3的具体配置位置及其意义更详细地进行说明的图。图4是举例示出针对某传感器元件10利用加热器150按照预先规定的使用该传感器元件10时的控制条件进行加热时的、传感器元件10的温度曲线与传感器元件10的结构的关系的图。图5是示出制作传感器元件10时的处理流程的图。图6是第二实施方式所涉及的传感器元件10的沿着长度方向的截面图。图7是用于对外侧前端保护层12和中间前端保护层3的具体配置位置及其意义更详细地进行说明的图。图8是举例示出针对某传感器元件20利用加热器150按照预先规定的使用该传感器元件20时的控制条件进行加热时的、传感器元件20的温度曲线与传感器元件20的结构的关系的图。具体实施方式＜第一实施方式＞＜传感器元件以及气体传感器的概要＞图1是本专利技术的第一实施方式所涉及的传感器元件(气体传感器元件)10的示意性的外观立体图。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，/n所述传感器元件的特征在于，/n所述传感器元件具备元件基体、多孔质的中间前端保护层以及多孔质的外侧前端保护层，/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含有氧离子传导性的固体电解质，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所述陶瓷体中在所述至少1个内部空腔以外的部位形成的外侧泵电极、设置为面对所述至少1个内部空腔的内侧泵电极、以及存在于所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的吸入及吸出；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并且，至少在所述一个端部侧的对置的2个主面上具备气孔率为30％～65％的多孔质的内侧前端保护层，/n所述中间前端保护层的至少一部分与所述内侧前端保护层接触，所述中间前端保护层的气孔率为25％～80％且为所述内侧前端保护层的气孔率以下，/n所述外侧前端保护层在所述传感器元件的所述一个端部侧的最外周部围绕所述元件基体，在所述元件基体的4个侧面侧与所述中间前端保护层及所述内侧前端保护层接触，并且，在所述元件基体的前端面侧与该前端面或所述中间前端保护层接触，所述外侧前端保护层的气孔率为15％～30％且小于所述中间前端保护层的气孔率，/n所述内侧前端保护层与所述外侧前端保护层的气孔率差为10％～50％。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181003 JP 2018-1878341.一种传感器元件，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，
所述传感器元件的特征在于，
所述传感器元件具备元件基体、多孔质的中间前端保护层以及多孔质的外侧前端保护层，
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含有氧离子传导性的固体电解质，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所述陶瓷体中在所述至少1个内部空腔以外的部位形成的外侧泵电极、设置为面对所述至少1个内部空腔的内侧泵电极、以及存在于所述外侧泵电极与所述内侧泵电极之间的固体电解质，在所述至少1个内部空腔与外部之间进行氧的吸入及吸出；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，
并且，至少在所述一个端部侧的对置的2个主面上具备气孔率为30％～65％的多孔质的内侧前端保护层，
所述中间前端保护层的至少一部分与所述内侧前端保护层接触，所述中间前端保护层的气孔率为25％～80％且为所述内侧前端保护层的气孔率以下，
所述外侧前端保护层在所述传感器元件的所述一个端部侧的最外周部围绕所述元件基体，在所述元件基体的4个侧面侧与所述中间前端保护层及所述内侧前端保护层接触，并且，在所述元件基体的前端面侧与该前端面或所述中间前端保护层接触，所述外侧前端保护层的气孔率为15％～30％且小于所述中间前端保护层的气孔率，
所述内侧前端保护层与所述外侧前端保护层的气孔率差为1...

【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，日野隆志，
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