传感器元件、气体传感器以及传感器元件的制造方法技术

本发明专利技术提供抑制因多孔质保护层引起的检测精度降低的传感器元件、气体传感器以及传感器元件的制造方法。传感器元件(100)包括：检测元件部(300)，其设有至少一个元件(130、140)，该元件具有固体电解质体(105、109)和配置于该固体电解质体的一对电极(104、106、108、110)；测量室(107c)，其与一对电极中的一个电极面对；以及扩散电阻部(115)，其将测量对象气体从外部向测量室导入，该传感器元件还包括多孔质保护层(21)，该多孔质保护层与扩散电阻部直接接触且至少覆盖扩散电阻部，多孔质保护层具有成为骨架的陶瓷颗粒和在陶瓷颗粒的间隙形成的气孔，以气孔的平均直径D1(nm)/陶瓷颗粒的累计个数为50％的粒径D2(nm)表示的直径比R为100以下。100以下。100以下。

【技术实现步骤摘要】
传感器元件、气体传感器以及传感器元件的制造方法


[0001]本专利技术涉及适用于例如对燃烧器、内燃机等的燃烧气体、废气中所含的特定气体的气体浓度进行检测的传感器元件、气体传感器以及传感器元件的制造方法。

技术介绍

[0002]一直以来，使用对内燃机的废气中的特定成分(氧等)的浓度进行检测的气体传感器。该气体传感器在其内部具有传感器元件，传感器元件具有包括固体电解质体和一对电极的检测元件部。在此，传感器元件有时暴露于废气中所含的硅、磷等毒物或附着有废气中的水滴，因此，在传感器元件的外表面覆盖有多孔质保护层，以使其捕捉毒物、使水滴不与传感器元件直接接触。也就是说，利用多孔质保护层覆盖上述的层叠体中的暴露于测量对象气体(废气)的前端部的整周(参照专利文献1)。
[0003]另外，在传感器元件的内部形成有与上述一对电极中的一个电极面对的测量室，测量对象气体被从外部导入测量室。此外，扩散电阻部介于测量室和外部之间，调整被导入测量室的测量对象气体的扩散速度。因而，多孔质保护层与扩散电阻部直接接触。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2013－096792号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]如图8所示，多孔质保护层通过在将混合陶瓷颗粒2和烧除性碳等造孔材料410而成的涂布液400x涂布于传感器元件的扩散电阻部115附近的外表面之后，进行干燥和焙烧来制造。造孔材料410在焙烧时被烧除而成为气孔，另一方面，陶瓷颗粒2结合而成为多孔质保护层的网络构造的骨架。
[0009]在此，若涂布涂布液400x则水分被液透过性的扩散电阻部115吸收，涂布液21x中的陶瓷颗粒2和造孔材料410也如图8的箭头所示那样具有朝向扩散电阻部115聚集的倾向。
[0010]然而，若造孔材料410的平均粒径与陶瓷颗粒2的平均粒径相比变得相对过大，则小径的陶瓷颗粒2在形成于大径的造孔材料410的周围的大间隙G1大量聚集。另一方面，陶瓷颗粒2不太会聚集在其他小间隙G2，结果是焙烧后形成的骨架的粗细、骨架间的气孔的分布变得不均匀。与此相伴，透过多孔质保护层向测量室进入的废气的流动局部地偏差，有可能导致检测精度的降低。
[0011]因此，本专利技术的目的在于提供抑制因多孔质保护层引起的检测精度降低的传感器元件、气体传感器以及传感器元件的制造方法。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]为了解决上述问题，对于本专利技术的传感器元件，该传感器元件包括：检测元件部，其设有至少一个元件，该元件具有固体电解质体和配置于该固体电解质体的一对电极；测
量室，其与所述一对电极中的一个电极面对；以及扩散电阻部，其将测量对象气体从外部向所述测量室导入，其特征在于，该传感器元件还包括多孔质保护层，该多孔质保护层与所述扩散电阻部直接接触且至少覆盖所述扩散电阻部，所述多孔质保护层具有成为骨架的陶瓷颗粒和在所述陶瓷颗粒的间隙形成的气孔，以所述气孔的平均直径D1/所述陶瓷颗粒的累计个数为50％的粒径D2表示的直径比R为100以下，所述平均直径D1、所述粒径D2的单位是nm。
[0014]根据该传感器元件，由于直径比R为100以下，因此，用于形成多孔质保护层的涂布液中所含的、消失并成为气孔的造孔材料的平均直径(相当于D1)与陶瓷颗粒的粒径D2相比不会变得相对过大，在相邻的造孔材料的周围形成的多个间隙的大小变得均等。于是，陶瓷颗粒均等地聚集(分散)在各间隙，并且陶瓷颗粒能够存在的空间(各间隙)的大小受到限制，因此，陶瓷颗粒的聚集体难以变大。
[0015]其结果是，涂布液的焙烧后形成的骨架的粗细、骨架间的气孔的分布也变得均匀。由此，透过多孔质保护层向测量室进入的测量对象气体的流动不会局部地偏差，能够抑制检测精度的降低。
[0016]也可以是，在本专利技术的传感器元件中，所述气孔的平均直径D1为15μm以下，和/或所述粒径D2为150nm以上。
[0017]若粒径D1超过15μm，则得到的多孔质保护层的气孔变得过大，难以充分地抑制来自于外部的浸水、中毒。此外，若粒径D2小于150nm，则粒径变得过细，作为粉末的处理、涂布液的制作变得困难。
[0018]因此，根据该传感器元件，能够抑制上述的不良情况。
[0019]也可以是，在本专利技术的传感器元件中，所述气孔的最大直径M1(μm)小于所述气孔的平均直径D1(μm)的2倍。
[0020]根据该传感器元件，造孔材料的粒度分布变得更清晰，上述的间隙的大小变得更加均等，因此，气孔的分布也变得更加均匀。
[0021]对于本专利技术的气体传感器，该气体传感器包括：传感器元件，其检测被测量气体中的特定气体成分的浓度；以及壳体，其保持该传感器元件，其特征在于，所述传感器元件使用技术方案1～3中任一项所述的气体传感器元件。
[0022]对于本专利技术的传感器元件的制造方法，该传感器元件包括：检测元件部，其设有至少一个元件，该元件具有固体电解质体和配置于该固体电解质体的一对电极；测量室，其与所述一对电极中的一个电极面对；以及扩散电阻部，其将测量对象气体从外部向所述测量室导入，其特征在于，该传感器元件的制造方法具有：涂布液制作工序，在该涂布液制作工序中，制作混合陶瓷颗粒和造孔材料而成的涂布液；涂布工序，在该涂布工序中，以使所述涂布液与所述扩散电阻部直接接触且在所述传感器元件的外表面覆盖所述检测元件部的方式涂布所述涂布液；以及多孔质保护层形成工序，在该多孔质保护层形成工序中，对涂布的所述涂布液进行干燥和焙烧，并将所述造孔材料去除，形成具有成为骨架的所述陶瓷颗粒和在所述造孔材料的去除部位形成的气孔的多孔质保护层，作为所述涂布液，将以所述造孔材料的平均直径D3/所述陶瓷颗粒的累计个数为50％的粒径D2表示的直径比R设为100以下，所述平均直径D3、所述粒径D2的单位是nm。
[0023]也可以是，在本专利技术的传感器元件中，所述去除包括对涂布的所述涂布液进行干
燥和焙烧来烧除所述造孔材料，并且所述去除部位是所述造孔材料的烧除部分。
[0024]也可以是，在本专利技术的传感器元件中，所述去除包括溶解所述造孔材料，并且所述去除部位是所述造孔材料的溶解部分。
[0025]专利技术的效果
[0026]根据该专利技术，得到抑制因多孔质保护层引起的检测精度降低的传感器元件。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的实施方式的气体传感器(氧传感器)的沿着长度方向的剖视图。
[0028]图2是检测元件和加热器的示意分解立体图。
[0029]图3是图1的检测元件的前端侧的局部放大剖视图。
[0030]图4是传感器元件的与轴线方向正交的示意剖视图。
[0031]图5是表示通过本专利技术的实施方式的传感器的制造方法制造多孔质保护层时的陶瓷颗粒和造孔材料的聚集状态的示意图。
[0032]图6是表示D1的测量方法的图。
[0033]图7是表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器元件，包括：检测元件部，其设有至少一个元件，该元件具有固体电解质体和配置于该固体电解质体的一对电极；测量室，其与所述一对电极中的一个电极面对；以及扩散电阻部，其将测量对象气体从外部向所述测量室导入，其特征在于，该传感器元件还包括多孔质保护层，该多孔质保护层与所述扩散电阻部直接接触且至少覆盖所述扩散电阻部，所述多孔质保护层具有成为骨架的陶瓷颗粒和在所述陶瓷颗粒的间隙形成的气孔，以所述气孔的平均直径D1/所述陶瓷颗粒的累计个数为50％的粒径D2表示的直径比R为100以下，所述平均直径D1、所述粒径D2的单位是nm。2.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，所述气孔的平均直径D1为15μm以下，和/或所述粒径D2为150nm以上。3.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，所述气孔的最大直径M1小于所述气孔的平均直径D1的2倍，所述最大直径M1、所述平均直径D1的单位是μm。4.一种气体传感器，包括：传感器元件，其检测被测量气体中的特定气体成分的浓度；以及壳体，其保持该传感器元件，其特征在于，所述传感器元件使用权利要求1～3中任一项所述的传感器元件。5.一种传感器元件的制造方法，该传感器元件包括：检测元件部，其设有至少一个元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：榊原利真，村冈达彦，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：