氣體傳感器、氣體傳感器元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對被測定氣體進(jìn)行檢測的氣體傳感器元件、具有這種氣體傳感器元件的氣體傳感器以及氣體傳感器元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于氣體傳感器元件，例如，在專利文獻(xiàn)1中公開有如下的氣體傳感器元件，該氣體傳感器元件具有在絕緣部件(后述的周圍部)的貫通孔內(nèi)配置了固體電解質(zhì)體(后述的電解質(zhì)部)的層(后述的復(fù)合陶瓷層)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-278941號公報
[0006]但是，在上述的專利文獻(xiàn)1的氣體傳感器元件中，固體電解質(zhì)體(電解質(zhì)部)的外周面(后述的電解質(zhì)外周面)相對于絕緣部件(周圍部)的表面，與大致垂直的貫通孔的內(nèi)周面(后述的貫通孔內(nèi)周面)相接。因此，電解質(zhì)部的電解質(zhì)外周面與周圍部的貫通孔內(nèi)周面的在厚度方向上接觸的長度短，在制造時，不能充分確保電解質(zhì)部的電解質(zhì)外周面與周圍部的貫通孔內(nèi)周面之間的、厚度方向的密接長度，存在通過在它們之間產(chǎn)生的間隙，成為電解質(zhì)部的兩主面之間通過間隙而連通的氣體傳感器元件的情況。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，提供抑制了由電解質(zhì)部與周圍部之間的間隙引起的問題的可靠性高的氣體傳感器元件以及具有這種氣體傳感器元件的氣體傳感器。另夕卜，提供這種氣體傳感器元件的制造方法。
[0008]本發(fā)明的一方式，提供一種氣體傳感器元件，具有復(fù)合陶瓷層，該復(fù)合陶瓷層具有:電解質(zhì)部，是由固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含電解質(zhì)外周面；以及周圍部，是由絕緣性陶瓷構(gòu)成或由絕緣性陶瓷和上述固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含構(gòu)成在厚度方向上貫通的貫通孔的貫通孔內(nèi)周面，上述電解質(zhì)部配置在上述貫通孔內(nèi)，上述電解質(zhì)部的上述電解質(zhì)外周面與上述周圍部的上述貫通孔內(nèi)周面抵接，其中，在氣體傳感器元件中，上述電解質(zhì)部的上述電解質(zhì)外周面和上述周圍部的上述貫通孔內(nèi)周面中的彼此相對的相對面分別構(gòu)成越向上述厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面，在整周且整面上彼此密接。
[0009]在上述的氣體傳感器元件中，電解質(zhì)體的電解質(zhì)外周面的相對面與周圍部的貫通孔內(nèi)周面的相對面，分別具有構(gòu)成越向厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面的形態(tài)，因此能夠使電解質(zhì)部的相對面與周圍部的相對面在厚度方向上接觸的長度更長。而且，貫通孔內(nèi)周面和電解質(zhì)外周面的相對面彼此在整周且整面上密接。因此，能夠抑制在電解質(zhì)部與周圍部之間產(chǎn)生在電解質(zhì)部的兩主面之間連通的間隙，能夠成為防止由于氣體通過這種間隙流通而引起的精度降低的氣體傳感器元件。因此，能夠成為可靠性高的氣體傳感器元件。
[0010]另外，在復(fù)合陶瓷層中包含電解質(zhì)體的電解質(zhì)外周面整體、以及周圍部的貫通孔內(nèi)周面整體分別成為相對面的情況。除此以外，還包含如下形態(tài):由于電解質(zhì)體與周圍部之間的、厚度的不同或相互配置的偏差，在電解質(zhì)體的電解質(zhì)外周面和周圍部的貫通孔內(nèi)周面中，相比各自的相對面的厚度方向的一側(cè)和另一側(cè)的兩方或任意一側(cè)包含不相對的部位。
[0011 ]另外，關(guān)于“斜面”，在沿著電解質(zhì)部的厚度方向的縱截面中，優(yōu)選使電解質(zhì)部的一側(cè)主面與電解質(zhì)外周面的相對面(斜面)構(gòu)成的角度Θ (指構(gòu)成銳角(0°?90°的范圍)一側(cè)的角度)成為45° < Θ <80°。而且，更優(yōu)選為55° < Θ <75°。當(dāng)電解質(zhì)部的一側(cè)主面與電解質(zhì)外周面的相對面(斜面)構(gòu)成的角度Θ超過80°時，相對面雖然是斜面但接近垂直，不能充分確保其密接長度。另一面，當(dāng)電解質(zhì)部的一側(cè)主面與電解質(zhì)外周面的相對面(斜面)構(gòu)成的角度Θ小于45°時，很難確保電解質(zhì)部的另一側(cè)主面的面積，設(shè)置在該另一側(cè)主面上的電極變小，因此傳感器輸出變小。
[0012]另外，作為構(gòu)成復(fù)合陶瓷層的周圍部的材質(zhì)，除了由絕緣陶瓷(例如氧化鋁)構(gòu)成以外，還能夠使用由絕緣陶瓷和固體電解質(zhì)陶瓷(例如，氧化鋁與氧化鋯的混合陶瓷)構(gòu)成的材質(zhì)。
[0013]而且，在上述的氣體傳感器元件中，所述電解質(zhì)部是對包含所述固體電解質(zhì)陶瓷的電解質(zhì)片體進(jìn)行燒結(jié)而成的，所述電解質(zhì)片體的片體外周面構(gòu)成越向片厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面，所述周圍部是對與上述電解質(zhì)片體的上述片體外周面接觸的包含所述絕緣性陶瓷或包含上述絕緣性陶瓷和上述固體電解質(zhì)陶瓷的陶瓷漿料的層進(jìn)行燒結(jié)而成的。
[0014]在上述的氣體傳感器元件中，電解質(zhì)部是對電解質(zhì)片體進(jìn)行燒結(jié)而成，周圍部是對絕緣漿料的層進(jìn)行燒結(jié)而成。而且，在進(jìn)行燒結(jié)前，絕緣漿料的層與電解質(zhì)片體的片體外周面相接。因此，由于在維持片體外周面的斜面形狀的狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)，因此能夠使電解質(zhì)部的電解質(zhì)外周面的相對面可靠地成為構(gòu)成上述斜面的形狀。在此基礎(chǔ)上，在構(gòu)成電解質(zhì)外周面的片體外周面上密接絕緣漿料的層而形成。因此，能夠成為使電解質(zhì)外周面和周圍部的貫通孔內(nèi)周面的相對面彼此在整周且整面可靠地密接的氣體傳感器元件。
[0015]另外，作為陶瓷漿料的材質(zhì)，除了由絕緣陶瓷(例如氧化鋁)構(gòu)成以外，還能夠使用由包含絕緣陶瓷和固體電解質(zhì)陶瓷的陶瓷(例如氧化鋁和氧化鋯)構(gòu)成的材質(zhì)。
[0016]在上述的氣體傳感器元件中，在所述復(fù)合陶瓷層的所述厚度方向的所述一側(cè)具有對所述電解質(zhì)部進(jìn)行加熱的加熱器。
[0017]在該氣體傳感器元件中，在具有越向厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的相對面(斜面)的電解質(zhì)部的一側(cè)配置有加熱器。即，對于越是一側(cè)截面積越大的電解質(zhì)部，能夠從其一側(cè)通過加熱器進(jìn)行加熱，因此容易對電解質(zhì)部進(jìn)行加熱，能夠使其更快升溫和活性化。
[0018]而且，在上述的氣體傳感器元件中，所述氣體傳感器元件具有配置在所述復(fù)合陶瓷層與所述加熱器之間的第2復(fù)合陶瓷層，上述第2復(fù)合陶瓷層具有:第2電解質(zhì)部，是由所述固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含第2電解質(zhì)外周面；以及第2周圍部，是由所述絕緣性陶瓷構(gòu)成或由上述絕緣性陶瓷和上述固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含構(gòu)成在厚度方向上貫通的第2貫通孔的第2貫通孔內(nèi)周面，熱傳導(dǎo)率比上述第2電解質(zhì)部高，上述第2電解質(zhì)部配置在上述第2貫通孔內(nèi)，上述第2電解質(zhì)部的上述第2電解質(zhì)外周面與上述第2周圍部的上述第2貫通孔內(nèi)周面抵接，上述第2電解質(zhì)部與上述復(fù)合陶瓷層的所述電解質(zhì)部分開，在它們之間構(gòu)成導(dǎo)入被測定氣體的測定室，上述第2電解質(zhì)部的上述第2電解質(zhì)外周面和上述第2周圍部的上述第2貫通孔內(nèi)周面中的彼此相對的第2相對面分別構(gòu)成越向所述厚度方向的一側(cè)靠近越位于內(nèi)側(cè)的斜面，在整周且整面上彼此密接。
[0019]在該氣體傳感器元件中，除了上述的復(fù)合陶瓷層以外，還具有配置在該復(fù)合陶瓷層與加熱器之間的第2復(fù)合陶瓷層，第2復(fù)合陶瓷層在該第2電解質(zhì)部與復(fù)合陶瓷層的電解質(zhì)部之間構(gòu)成測定室。另外，第2周圍部的熱傳導(dǎo)率比第2電解質(zhì)部高，而且，與復(fù)合陶瓷層的相對面相反，第2復(fù)合陶瓷層的第2相對面構(gòu)成越向一側(cè)靠近越位于內(nèi)側(cè)的斜面。即，在第2復(fù)合陶瓷層中的、熱傳導(dǎo)率相對高的第2周圍部中，一側(cè)(即加熱器側(cè))的面積變大。
[0020]在該氣體傳感器元件中，在復(fù)合陶瓷層與加熱器之間介有第2復(fù)合陶瓷層，而且，還存在測定室，因此與第2復(fù)合陶瓷層的第2電解質(zhì)部相比，加熱器的熱很難到達(dá)復(fù)合陶瓷層的電解質(zhì)部，溫度很難上升。但是，在該氣體傳感器元件中，將從加熱器發(fā)出的熱，從熱傳導(dǎo)率高的第2周圍部中的面積比較大的一側(cè)的面，更多地取入到該第2周圍部，能夠使其高效地轉(zhuǎn)移到復(fù)合陶瓷層側(cè)。因此，與使第2相對面在厚度方向上平行、或者成為越向一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面的情況相比，能夠使復(fù)合陶瓷層的電解質(zhì)部更適當(dāng)?shù)丶訜岵⑸郎亍?br>[0021]而且，本發(fā)明的另一方式提供具有上述任意一個氣體傳感器元件的氣體傳感器。
[0022]上述的氣體傳感器具有上述的氣體傳感器元件，因此能夠成為抑制了在電解質(zhì)部與周圍部之間產(chǎn)生間隙的可靠性高的氣體傳感器。
[0023]而且，本發(fā)明的另一方式，一種氣體傳感器元件的制造方法，該氣體傳感器元件具有復(fù)合陶瓷層，該復(fù)合陶瓷層具有:電解質(zhì)部，是由固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含電解質(zhì)外周面；以及周圍部，是由絕緣性陶瓷構(gòu)成或由絕緣性陶瓷和上述固體電解質(zhì)陶瓷構(gòu)成的板狀，包含構(gòu)成在厚度方向上貫通的貫通孔的貫通孔內(nèi)周面，上述電解質(zhì)部配置在上述貫通孔內(nèi)，上述電解質(zhì)部的上述電解質(zhì)外周面與上述周圍部的上述貫通孔內(nèi)周面抵接，其中，在氣體傳感器元件的制造方法中，上述電解質(zhì)部的上述電解質(zhì)外周面和上述周圍部的上述貫通孔內(nèi)周面中的彼此相對的相對面分別構(gòu)成越向上述厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面，在整周且整面上彼此密接，上述氣體傳感器元件的制造方法包括:復(fù)合層形成工序，在由包含上述固體電解質(zhì)陶瓷的還片(greensheet)形成且成為片體外周面構(gòu)成越向片厚度方向的一側(cè)靠近越位于外側(cè)的斜面的形態(tài)的電解質(zhì)片體的周圍上，以與上述片體外周面接觸的方式配置包含上述絕緣性陶瓷或包含上述絕緣性陶瓷和上述固體電解質(zhì)陶瓷的陶瓷漿料的層并進(jìn)行干燥，從而形成未燒結(jié)復(fù)合陶瓷層；以及燒結(jié)工序，對上述未燒結(jié)復(fù)合陶瓷層進(jìn)行燒結(jié)，形成具有上述電解質(zhì)部和上述周圍部的上述復(fù)合陶瓷層。
[0024]在上述的氣體傳感器元件的制造方法中，在復(fù)合層形成工序中，以與構(gòu)成上述斜面的片體外周面接觸的方式，將絕緣漿料的層配置在電解質(zhì)片體的周圍。由此，能夠使絕緣漿料的層可靠地且以大的接觸面積密接到片體外周面。因此，防止在燒結(jié)后的電解質(zhì)外周面和周圍部的貫通孔內(nèi)周面的相對面彼此之間