專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
定氣體成分的檢測(cè)元件的氣體傳感器。該氣體傳感器的例子是 具有通過同時(shí)燒結(jié)含有不同的主要成分的多個(gè)堆疊層而制成的 層疊檢測(cè)元件的氣體傳感器。
背景技術(shù)：
已知使用被安裝到汽車的排氣管并且包括被構(gòu)造成根據(jù)排 氣的特定成分(例如，氮氧化物、氧氣等)的濃度而改變電動(dòng) 勢(shì)或電阻值的檢測(cè)元件的氣體傳感器。還已知通過同時(shí)燒結(jié)具 有不同的主要成分的多個(gè)堆疊層而制造的層疊檢測(cè)元件。如果 通過同時(shí)燒結(jié)而形成檢測(cè)元件，則在同 一時(shí)間完成燒結(jié)處理， 且不需要層疊處理。因此，可以顯著地減少大量處理。例如，
曰本#爭(zhēng)開2007-33374號(hào)乂>凈艮或曰本凈爭(zhēng)開2007-139749號(hào)7>寺艮^兌 明了具有這種檢測(cè)元件的氣體傳感器。
日本特開2007-33374號(hào)公報(bào)(該參考文獻(xiàn)中的圖2和相關(guān)說 明)說明了包括氣體傳感元件的氣體傳感器，該氣體傳感元件 包括被構(gòu)造成檢測(cè)特定氣體成分的固體電解質(zhì)層。在固體電解 質(zhì)層的一個(gè)表面上堆疊主要成分與固體電解質(zhì)層的主要成分不 同的保護(hù)層。在固體電解質(zhì)層的另一個(gè)表面上堆疊主要成分與 固體電解質(zhì)層的主要成分不同的兩個(gè)絕緣層。兩個(gè)絕緣層的總 厚度與保護(hù)層的厚度不同。
如下所述制造氣體傳感元件。也就是說，形成含有氧化鋯
作為主要成分且燒結(jié)后變成固體電解質(zhì)層的未燒結(jié)固體電解質(zhì) 層。形成含有氧化鋁作為主要成分且燒結(jié)后變成絕緣層的兩個(gè)未燒結(jié)絕緣層。堆疊未燒結(jié)絕緣層。形成含有氧化鋁作為主要 成分且燒結(jié)后變成保護(hù)層的未燒結(jié)保護(hù)層。堆疊未燒結(jié)固體電 解質(zhì)層、兩個(gè)未燒結(jié)絕緣層和未燒結(jié)保護(hù)層而形成未燒結(jié)堆疊 體。其后， 一體燒結(jié)(同時(shí)燒結(jié))未燒結(jié)堆疊體以獲得氣體傳 感元件。
曰本特開2007-139749號(hào)7>才艮(該參考文獻(xiàn)中的圖2和相關(guān) 說明)說明了氣體傳感元件，該氣體傳感元件包括感測(cè)部， 其包括被構(gòu)造成檢測(cè)特定氣體成分的第一 固體電解質(zhì)層和第二 固體電解質(zhì)層；以及絕緣層，其堆疊在第一固體電解質(zhì)層和第 二固體電解質(zhì)層之間。在第二固體電解質(zhì)層上堆疊主要成分與 第一和第二固體電解質(zhì)層的主要成分不同的保護(hù)層。在第一固
體電解質(zhì)層上堆疊主要成分與第一和第二固體電解質(zhì)層的主要 成分不同的兩個(gè)絕緣層。兩個(gè)絕緣層的總厚度與保護(hù)層的厚度不同。
如下所述制造氣體傳感元件。形成含有氧化鋯作為主要成 分且燒結(jié)后變成第一固體電解質(zhì)層的未燒結(jié)第一固體電解質(zhì)層 以及含有氧化鋯作為主要成分且燒結(jié)后變成第二固體電解質(zhì)層 的未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層。形成含有氧化鋁作為主要成分且 燒結(jié)后變成第 一 固體電解質(zhì)層和第二固體電解質(zhì)層之間的絕緣 層的未燒結(jié)絕緣層。形成含有氧化鋁作為主要成分且燒結(jié)后變 成保護(hù)層的未燒結(jié)保護(hù)層。形成含有氧化鋁作為主要成分且燒 結(jié)后變成絕緣層的兩個(gè)未燒結(jié)絕緣層。順次堆疊兩個(gè)未燒結(jié)絕 緣層、未燒結(jié)第一固體電解質(zhì)層、未燒結(jié)絕緣層、未燒結(jié)第二 固體電解質(zhì)層和未燒結(jié)保護(hù)層而形成未燒結(jié)堆疊體。其后，一 體燒結(jié)(同時(shí)燒結(jié))未燒結(jié)堆疊體以獲得氣體傳感元件。
然而，根據(jù)日本特開2007-33374號(hào)公報(bào)和日本特開 2007-139749號(hào)公報(bào)的氣體傳感元件在燒結(jié)時(shí)可能翹曲(warp )。這是因?yàn)楹醒趸喿鳛橹饕煞值墓腆w電解質(zhì)層的與燒結(jié)有 關(guān)的收縮率(下文中被稱為"燒結(jié)收縮率")與含有氧化鋁作為 主要成分的其它層的與燒結(jié)有關(guān)的收縮率大不同。如果氣體傳 感元件變得翹曲，則氣體傳感元件可能產(chǎn)生破裂或破損。這是 因?yàn)楫?dāng)通過將其它構(gòu)件安裝到氣體傳感元件而制造氣體傳感器 時(shí)，氣體傳感元件與其它構(gòu)件接觸。
因此，可以認(rèn)為，為了防止燒結(jié)的氣體傳感元件翹曲，可 以通過改變構(gòu)成氣體傳感元件的各層的材料來減小固體電解質(zhì) 層和其它層之間的燒結(jié)收縮率的差異。然而，考慮到氣體傳感 元件的性能、強(qiáng)度和耐久性，在改變材料時(shí)存在限制。迄今為 止，充分減小燒結(jié)收縮率的差異從而在保持良好的傳感器性能 和物理特性的同時(shí)防止翹曲是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的 是提供一種具有高可靠性的氣體傳感器，在該氣體傳感器中， 檢測(cè)元件很少產(chǎn)生翹曲。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種包括通過同時(shí)燒結(jié)相互堆
氣體成分的板狀檢測(cè)元件的層疊型氣體傳感器。該檢測(cè)元件包
括感測(cè)部，其被構(gòu)造成檢測(cè)特定氣體成分且具有第一表面以 及與第 一表面相反的第二表面，該感測(cè)部包括含有第 一材料作 為主要成分的一個(gè)以上的固體電解質(zhì)層；第一部分，其堆疊在 感測(cè)部的第 一表面上且包括一個(gè)以上的第 一基層，該第 一基層 含有與第 一 材料不同的第二材料作為主要成分；以及第二部分，
其堆疊在感測(cè)部的第二表面上且包括一個(gè)以上的第二基層，該 第二基層含有第二材料作為主要成分，當(dāng)沿堆疊方向觀察時(shí)，一個(gè)以上的第二基層的沿感測(cè)部、第 一部分和第二部分的堆疊
方向的總厚度不小于 一 個(gè)以上的第 一 基層的總厚度的8 0 %但不 大于一個(gè)以上的第一基層的總厚度的120%。在優(yōu)選實(shí)施例中， 在檢測(cè)元件的至少 一部分，第 一部分的 一 個(gè)以上的第 一基層和 第二部分的 一個(gè)以上的第二基層在堆疊方向上關(guān)于感測(cè)部對(duì)稱布置。
在上述第一方面中，第一基層和第二基層由相同的主要成 分形成，且第一基層的厚度基本上等于第二基層的厚度(即， 一個(gè)以上的第二基層的總厚度不小于 一 個(gè)以上的第 一基層的總 厚度的80%但不大于 一 個(gè)以上的第 一基層的總厚度的120% )。 檢測(cè)元件的至少 一部分在堆疊第 一基層和第二基層的堆疊方向 上具有以感測(cè)部為中心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，由于由燒結(jié)收縮率 的差異產(chǎn)生的應(yīng)力在堆疊方向上以固體電解質(zhì)層為中心幾乎均 勻(對(duì)稱)，因此燒結(jié)時(shí)幾乎不產(chǎn)生翹曲。因此，可以防止整個(gè) 元件翹曲。因此，當(dāng)將其它構(gòu)件安裝到檢測(cè)元件時(shí)，檢測(cè)元件 幾乎不產(chǎn)生破裂或破損，這在制造氣體傳感器時(shí)可以提高組裝 性能，且可以提供高可靠性的氣體傳感器。
"感測(cè)部"可沿與各層的堆疊方向正交的方向在^^測(cè)元件 上部分延伸或在檢測(cè)元件的整個(gè)區(qū)域上延伸。此外，"第一部分" 和"第二部分"也可沿與各層的堆疊方向正交的方向在檢測(cè)元 件的區(qū)域上部分延伸或在檢測(cè)元件的整個(gè)區(qū)域上延伸。
此外，可沿與堆疊方向正交的方向以使感測(cè)部、第一部分 和第二部分中的每一 方在檢測(cè)元件的整個(gè)區(qū)域上延伸的方式布 置感測(cè)部、第一部分和第二部分中的每一方。也就是說，在檢 測(cè)元件的所有部分都堆疊感測(cè)部、第一部分和第二部分。這樣， 可以在廣范圍上形成堆疊以下三層的結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成感測(cè)部的 固體電解質(zhì)層、構(gòu)成第一部分的第一基層以及構(gòu)成第二部分的第二基層。為此，幾乎不產(chǎn)生檢測(cè)元件的翹曲。因此，可以提 供具有更高可靠性的氣體傳感器。
此外，氣體傳感器的第二部分可包括通過通電而發(fā)熱的被 埋設(shè)的加熱器元件。
因此，通過通電而發(fā)熱的加熱器元件被埋設(shè)在第二部分中， 從而力口熱感測(cè)部。因此，可以有效地加熱感測(cè)部(固體電解質(zhì) 層)。
作為固體電解質(zhì)層，感測(cè)部可包括具有第一表面的第一固 體電解質(zhì)層和具有第二表面的第二固體電解質(zhì)層，其中，第二
固體電解質(zhì)層的厚度不小于第一固體電解質(zhì)層的厚度的80%但 不大于第一固體電解質(zhì)層的厚度的120%。
因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，作為固體電解質(zhì)層，感測(cè)部包括 具有第一表面的第一固體電解質(zhì)層和具有第二表面的第二固體 電解質(zhì)層，且第一固體電解質(zhì)層的厚度基本上等于第二固體電 解質(zhì)層的厚度(即，第二固體電解質(zhì)層的厚度不小于第一固體 電解質(zhì)層的厚度的80%但不大于第一固體電解質(zhì)層的厚度的 120%)。因此，在燒結(jié)時(shí)，可以使第一固體電解質(zhì)層和第一部 分的第一基層之間產(chǎn)生的應(yīng)力等于第二固體電解質(zhì)層和第二部 分的第二基層之間產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，檢測(cè)元件很少產(chǎn)生翹曲， 從而當(dāng)將其它構(gòu)件安裝到檢測(cè)元件時(shí)，檢測(cè)元件幾乎不產(chǎn)生破 裂或破損。該構(gòu)造在制造氣體傳感器時(shí)可以提高組裝性能。此 外，可以提供高可靠性的氣體傳感器。
另外，固體電解質(zhì)層可由作為主要成分的氧化鋯形成，且 第一基層和第二基層可由作為主要成分的氧化鋁形成。
由于固體電解質(zhì)層采用氧化鋯作為主要成分，因此，可以 提高特定氣體成分的檢測(cè)性能。另一方面，由于第一基層和第 二基層采用氧化鋁作為主要成分，因此，可以提高檢測(cè)元件抗高溫的耐久性。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種包括通過同時(shí)燒結(jié)相互堆
分的板狀檢測(cè)元件的層疊型氣體傳感器。該檢測(cè)元件包括感
測(cè)部，其被構(gòu)造成檢測(cè)特定氣體成分且具有第一表面和與第一 表面相反的第二表面，該感測(cè)部包括含有第 一材沖+作為主要成
分的一個(gè)以上的固體電解質(zhì)層；多孔質(zhì)層，其堆疊在感測(cè)部的
第 一表面上且被構(gòu)造成使待測(cè)氣體暴露于感測(cè)部；第三基層，
其沿堆疊方向在與感測(cè)部相反的一側(cè)堆疊在多孔質(zhì)層上且含有 不同于第一材料的第二材料作為主要成分；導(dǎo)入孔形成層，其
堆疊在感測(cè)部的第二表面上且具有被構(gòu)造成〗吏感測(cè)部暴露于大
氣的大氣導(dǎo)入孔；以及第四基層，其沿堆疊方向在與感測(cè)部相
反的一側(cè)堆疊在導(dǎo)入孔形成層上且含有不同于第一材料的第三
材料作為主要成分；其中，第四基層的沿感測(cè)部、多孔質(zhì)層、
第三基層、導(dǎo)入孔形成層和第四基層的堆疊方向的總厚度不小
于第三基層的總厚度的80%但不大于第三基層的總厚度的
120%。在第二方面的優(yōu)選實(shí)施例中，在4全測(cè)元件的至少 一部分，
第三基層和第四基層在堆疊方向上關(guān)于感測(cè)部對(duì)稱布置。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，第三基層和第四基層由相同的主
要成分形成，且第三基層的厚度基本上等于第四基層的厚度
(即，第四基層的總厚度不小于第三基層的總厚度的80%但不
大于第三基層的總厚度的120% )。在檢測(cè)元件的至少 一部分，
第三基層和第四基層在堆疊方向上重疊并且關(guān)于感測(cè)部對(duì)稱布
置。由于由燒結(jié)收縮率的差異產(chǎn)生的應(yīng)力在堆疊方向上以固體
電解質(zhì)層為中心幾乎均勻(對(duì)稱)，因此，燒結(jié)時(shí)幾乎不產(chǎn)生翹
曲。因此，可以防止整個(gè)元件翹曲。特別地，可以防止在燒結(jié)
過程中由于燒結(jié)收縮率的差異產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致在檢測(cè)元件中產(chǎn)生破裂，否則在感測(cè)部的兩個(gè)表面上具有多孔質(zhì)層和大氣導(dǎo)入 孔的結(jié)構(gòu)中易于產(chǎn)生該破裂。因此，當(dāng)燒結(jié)或?qū)⑵渌鼧?gòu)件安裝 到檢測(cè)元件時(shí)， 一全測(cè)元件幾乎不產(chǎn)生破裂或石皮損。從而，可以 提高制造氣體傳感器時(shí)的組裝性能，且可以提供高可靠性的氣 體傳感器。
氣體傳感器的第四基層可包括通過通電而發(fā)熱的被埋設(shè)的 加熱器元件。
因此，通過通電而發(fā)熱的加熱器元件^U里設(shè)在第四基層中，
以加熱感測(cè)部。因此，可以有效地加熱感測(cè)部(固體電解質(zhì)層)。


圖l是示出根據(jù)實(shí)施例l的氣體傳感器的局部剖視圖； 圖2是示出根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器的檢測(cè)元件的分解立 體圖3是示出根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器的檢測(cè)元件的前端側(cè) 部分的剖視圖4是示出根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器的檢測(cè)元件的基端側(cè) 部分的剖視圖5是示出根據(jù)實(shí)施例2的氣體傳感器的檢測(cè)元件的分解立 體圖6是示出根據(jù)實(shí)施例2的氣體傳感器的檢測(cè)元件的前端側(cè) 部分的剖視圖7是示出根據(jù)實(shí)施例2的氣體傳感器的檢測(cè)元件的基端側(cè) 部分的剖視圖8是示出根據(jù)實(shí)施例3的氣體傳感器的檢測(cè)元件的分解立 體圖9是示出根據(jù)實(shí)施例3的氣體傳感器的檢測(cè)元件的前端側(cè)部分的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參照

本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不應(yīng)該被解 釋為限于這些實(shí)施例。 實(shí)施例1
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。圖l示出了根據(jù)實(shí)施
例1的氣體傳感器100。此外，圖2是示出氣體傳感器100的檢測(cè) 元件200的分解立體圖。此外，圖3和圖4是分別示出檢測(cè)元件200 的前端側(cè)部分和基端側(cè)部分的剖視圖。此外，在圖l中，圖中的 下側(cè)是軸線AX方向的前端側(cè)(以下也被稱為"前端側(cè)，，)，圖中 的上側(cè)是軸線AX方向的基端側(cè)(以下簡(jiǎn)稱"基端側(cè)")。此夕卜， 在圖2中，圖中的左側(cè)是前端側(cè)，圖中的右側(cè)是基端側(cè)。
本實(shí)施例示出了可安裝到汽車的排氣管(未示出)的寬量 程空燃比傳感器(wide band air-fuel ratio sensor)作為氣體傳 感器100的例子。氣體傳感器100基于排氣中所含有的氧氣(特
定氣體成分)的濃度測(cè)量排氣的空燃比。在本實(shí)施例中，檢測(cè)
元件200的檢測(cè)部201被保持在排氣管的內(nèi)部且暴露于在排氣管 中流動(dòng)的排氣(待測(cè)氣體)。如圖1所示，氣體傳感器100包括 筒狀金屬殼110，其沿軸線AX方向延伸；板狀檢測(cè)元件200,其 被安裝到金屬殼110的內(nèi)部；外筒151，其被牢固固定到金屬殼 U0的基端側(cè)；以及保護(hù)件160,其被牢固固定到金屬殼110的前 端側(cè)。
在這些部件之中，檢測(cè)元件200具有沿軸線AX方向延伸的 板(帶)狀(參照?qǐng)Dl至圖4)。檢測(cè)元件200的前端部包括用于 檢測(cè)排氣的氧氣成分的檢測(cè)部201 (參照?qǐng)D1 )。涂覆檢測(cè)部保護(hù) 層205以覆蓋檢測(cè)部201的外表面，從而保護(hù)檢測(cè)部201免受排氣的毒蝕(參照?qǐng)Dl。在圖2至圖4中，檢測(cè)部保護(hù)層被省略)。
五個(gè)電極片235 (圖l中僅示出其中一個(gè))被設(shè)在檢測(cè)元件 200的基端部209的正面和背面上。布置在檢測(cè)元件200和下面說 明的分隔件145之間的五個(gè)連接端子147與這些電極片235彈性 接觸且被電連接到電極片235。
如圖2至圖4所示，通過同時(shí)燒結(jié)含有不同的主要成分的相 互堆疊的多個(gè)層而形成一企測(cè)元件200,且4全測(cè)元件200設(shè)有板 狀感測(cè)部250，其具有檢測(cè)特定氣體成分的功能；板狀保護(hù)部 260,其用于保護(hù)感測(cè)部250;以及板狀加熱器部270,其用于加 熱激活感測(cè)部250。在感測(cè)部250的一個(gè)主表面(第一表面250a) 上堆疊保護(hù)部260,在感測(cè)部250的另 一個(gè)主表面(第二表面 250b )上堆疊力口熱器部270。此外，在實(shí)施例l中，感測(cè)部250 對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的以上方面的感測(cè)部，保護(hù)部260對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的 以上方面的第 一 部分，加熱器部270對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的以上方面的 第二部分。在本實(shí)施例中，層中所含有的"主要成分"意味著 在該層中含有50重量％的量以上的成分。
首先，說明感測(cè)部250。感測(cè)部250包括形成第一表面250a 的氧氣抽吸單元251 、形成第二表面250b的氧氣濃度一企測(cè)單元 253以及堆疊在氧氣抽吸單元251和氧氣濃度檢測(cè)單元253之間 的致密絕緣層219。
氧氣抽吸單元251包括具有第 一表面250a的致密第 一 固體 電解質(zhì)層215以及第一電極213和第二電極217,第一電極213和 第二電極217形成在第 一 固體電解質(zhì)層215的兩個(gè)表面上。第一 固體電解質(zhì)層215包括含有氧化鋯作為主要成分并且具有添加 的作為穩(wěn)定劑的氧化釔或者氧化鈣的部分穩(wěn)定氧化鋯燒結(jié)體。 第一固體電解質(zhì)層215的厚度t01 (參照?qǐng)D3)是0.2mm。第一通 孔導(dǎo)體215a和第二通孔導(dǎo)體215b形成在第 一 固體電解質(zhì)層215，貫通第一固體電解質(zhì)層215。
第一電極213采用鉑作為主要成分并且包括第一電極部 213a,其形成在第 一電極213的前端側(cè)的預(yù)定位置處且在俯視圖 中呈矩形；以及第一引線部213b，其從第一電極部213a延伸至 基端側(cè)。第一引線部213b被電連接到設(shè)在下面說明的保護(hù)主體 層211的基端處的第八通孔導(dǎo)體2Uc。
第二電極217采用鉑作為主要成分并且包括第二電極部 217a,其形成在第二電極217的前端側(cè)的預(yù)定位置處且在俯視圖 中呈矩形；以及第二引線部217b，其從第二電極部217a延伸至 基端側(cè)。第二引線部217b被電連接到設(shè)在第一 固體電解質(zhì)層215 的基端處的第二通孔導(dǎo)體215b，且被電連接到設(shè)在下面說明的 絕緣層219的第五通孔導(dǎo)體219b。
氧氣濃度檢測(cè)單元253包括具有第二表面250b的致密第二 固體電解質(zhì)層223以及第三電極221與第四電極225，第三電極 221和第四電極225形成在第二固體電解質(zhì)層223的兩個(gè)表面上。 如在第一固體電解質(zhì)層215中那樣，第二固體電解質(zhì)層223包括 含有氧化鋯作為主要成分并且具有添加的作為穩(wěn)定劑的氧化釔 或者氧化鈣的部分穩(wěn)定氧化鋯燒結(jié)體。第二固體電解質(zhì)層223 的厚度t02 (參照?qǐng)D3 )是0.2mm。因此，第二固體電解質(zhì)層223 的厚度t02不小于第 一 固體電解質(zhì)層215的厚度101的80%但不大 于第一固體電解質(zhì)層215的厚度t01的120。/。。在本實(shí)施例中，第 二固體電解質(zhì)層223的厚度t02與第一固體電解質(zhì)層215的厚度 t01相等(t01二t02 )。此外，第三通孔導(dǎo)體223a形成在第二固體 電解質(zhì)層223的基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通第二固體電解質(zhì)層 223。
第三電極221采用鉑作為主要成分并且包括第三電極部 221a，其形成在第三電極221的前端側(cè)的預(yù)定位置處且在俯視圖中呈矩形；以及第三引線部221b,其從第三電才及部221a延伸至 基端側(cè)。第三引線部2 21 b被電連接到設(shè)在下面說明的絕緣層219 的基端處的第五通孔導(dǎo)體219b。
第四電極225采用鉑作為主要成分并且包括第四電極部 225a，其形成在第四電極225的前端側(cè)的預(yù)定位置處且在俯視圖 中呈矩形；以及第四引線部225b，其從第四電極部225a延伸至 基端側(cè)。第四引線部225b被電連接到設(shè)在第二固體電解質(zhì)層223 的基端處的第三通孔導(dǎo)體223a。
由作為主要成分的氧化鋁形成絕緣層219。絕緣層219的厚 度是0.1mm。因此，感測(cè)部250的整體厚度t0(參照?qǐng)D3 )是0.5mm。
在絕緣層219中，貫通絕緣層219且在俯視圖中呈矩形的氣 體檢測(cè)室219d設(shè)置在與第二電極部217a和第三電極部221a對(duì)應(yīng) 的位置處。此外，在預(yù)定的速率控制條件下實(shí)現(xiàn)外側(cè)元件部和 氣體檢測(cè)室219d之間的氣體擴(kuò)散的擴(kuò)散速率控制部220分別設(shè) 置在氣體檢測(cè)室219d的寬度方向的兩側(cè)。擴(kuò)散速率控制部220 包括氧化鋁多孔質(zhì)體。
另外，第四通孔導(dǎo)體219a和第五通孔導(dǎo)體219b形成在絕緣 層219的基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通絕緣層219。第四通孔導(dǎo)體 219a被電連接到設(shè)在第 一 固體電解質(zhì)層215處的第 一通孔導(dǎo)體 215a,且被電連接到設(shè)在第二固體電解質(zhì)層223處的第三通孔導(dǎo) 體223a。另外，第五通孔導(dǎo)體219b被電連接到第二電極217的第 二引線部217b，且被電連接到第三電極221的第三引線部221b。
接著，說明保護(hù)部260。保護(hù)部260具有單一的致密保護(hù)主 體層(第一基層)211。保護(hù)主體層211包括主要成分為氧化鋁 的材料。保護(hù)主體層211的厚度tl (參照?qǐng)D3 )、即保護(hù)部260的 厚度tl為0.4mm。
在保護(hù)主體層211中，貫通保護(hù)主體層211且在俯視圖中呈矩形的開口 211d設(shè)置在與第一電極部213a對(duì)應(yīng)的位置處。主要 成分為氧化鋁的多孔質(zhì)氣體導(dǎo)入部212設(shè)置在開口 211d中，以閉 塞開口 211d。
度方向并置布置三個(gè)電極片235。此外，第六通孔導(dǎo)體211a、第 七通孔導(dǎo)體211b和第八通孔導(dǎo)體211c形成在保護(hù)主體層211的 基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通保護(hù)主體層211。第六通孔導(dǎo)體211a 被電連接到其中 一個(gè)電極片235 ，且被電連接到設(shè)在第 一 固體電 解質(zhì)層215的第一通孔導(dǎo)體215a。此外，第七通孔導(dǎo)體211b被電 連接到其中另 一個(gè)電極片235,且被電連接到設(shè)在第一固體電解 質(zhì)層215的第二通孔導(dǎo)體215b。此外，第八通孔導(dǎo)體211c被電連 接到上述兩個(gè)電極片之外的電極片235,且被電連接到第一電極 213的第一引線部213b。
接著，說明加熱器部270。加熱器部270包括具有電絕緣性 的致密第一加熱器絕緣層(第二基層)227、具有電絕緣性的致 密第二加熱器絕緣層(第二基層)231以及置于第一加熱器絕緣 層227和第二加熱器絕緣層23 l之間且通過通電而發(fā)熱的加熱器 元件(加熱器電阻器)229。第一加熱器絕緣層227由主要成分 為氧化鋁的材料形成并且堆疊在感測(cè)部250的第二表面250b上。 此外，第二加熱器絕緣層231由主要成分為氧化鋁的材料形成。 由于第一加熱器絕緣層227的厚度為0.2mm,第二加熱器絕緣層 231的厚度為0.2mm，因此，層227和231的厚度t2 (參照?qǐng)D3 )、 即加熱器部270的厚度t2為0.4mm。因此，第一和第二加熱器絕 緣層227和231的總厚度t2不小于保護(hù)主體層211的厚度tl的80% 但不大于保護(hù)主體層211的厚度tl的120%。在本實(shí)施例中，第 一和第二加熱器絕緣層227和231的總厚度t2與保護(hù)主體層211 的厚度tl相等(tl二t2)。第九通孔導(dǎo)體231a和第十通孔導(dǎo)體231b形成在第二加熱器 絕緣層231的基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通第二加熱器絕緣層231。 此外，在第二加熱器絕緣層231的表面的基端側(cè)的預(yù)定位置處沿 寬度方向并置布置兩個(gè)電極片235。 一個(gè)電才及片235被電連接到 第九通孔導(dǎo)體231a,另 一個(gè)電極片235被電連接到第十通孔導(dǎo)體 231b。
加熱器元件2 2 9包括布置在前端側(cè)的預(yù)定位置處的呈梳子 狀的曲折狀加熱器部229a、從加熱器部229a的 一 端延伸至基端 側(cè)的第 一加熱器引線部229b以及從加熱器部229a的另 一 端延伸 至基端側(cè)的第二加熱器引線部229c。第一加熱器引線部229b被 電連接到設(shè)在第二加熱器絕緣層231的基端處的第九通孔導(dǎo)體 231a。另外，第二加熱器引線部229c被電連接到設(shè)在第二加熱 器絕緣層231的基端處的第十通孔導(dǎo)體231b。
從而，根據(jù)實(shí)施例l的檢測(cè)元件200設(shè)置有感測(cè)部250，該感 測(cè)部250的主要成分為氧化鋯且具有用作檢測(cè)特定氣體成分的 第一和第二固體電解質(zhì)層215和223。此外，在感測(cè)部250的第一 表面250a上堆疊主要成分與第 一和第二固體電解質(zhì)層215和223 的主要成分不同(在本實(shí)施例中，氧化鋁用作主要成分)且具 有致密保護(hù)主體層211的保護(hù)部260。此外，在感測(cè)部250的第二 表面250b上堆疊加熱器部270,該加熱器部270的主要成分與保 護(hù)主體層211的主要成分相同(在本實(shí)施例中，主要成分為氧化 鋁)并且該加熱器部270具有致密的第一和第二加熱器絕緣層 227和231。
第一和第二加熱器絕緣層227和231的總厚度t2不小于保護(hù) 主體層211的厚度tl的80。/。但不大于保護(hù)主體層211的厚度tl的 120%。在本實(shí)施例中，第一和第二加熱器絕緣層227和231的總 厚度t2與保護(hù)主體層211的厚度tl相等(tl=t2)。此外，構(gòu)成感測(cè)部250的第二固體電解質(zhì)層223的厚度t02 不小于第一固體電解質(zhì)層215的厚度t01的80。/o但不大于第一固 體電解質(zhì)層215的厚度t01的120%。在本實(shí)施例中，第二固體電 解質(zhì)層223的厚度t02與第 一 固體電解質(zhì)層215的厚度t01相等 (t01=t02 )。
因此，；險(xiǎn)測(cè)元件200的除了設(shè)置有氣體導(dǎo)入部212的部分和 設(shè)置有第一至第十通孔導(dǎo)體211a、 211b、 211c等的部分之外的 所有部分呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在該對(duì)稱結(jié)構(gòu)中，在將感測(cè)部250的第一 和第二固體電解質(zhì)層215和223置于保護(hù)部260與加熱器部270之 間的狀態(tài)下相互堆疊保護(hù)部2 6 0的保護(hù)主體層211與加熱器部 270的第一和第二加熱器絕緣層227與231。
接著，說明4全測(cè)元件200的制造方法。此外，為了方1"更起見， 將用相同的附圖標(biāo)記說明燒結(jié)后的構(gòu)件和與燒結(jié)后的構(gòu)件對(duì)應(yīng) 的未燒結(jié)構(gòu)件(參照?qǐng)D2)。
首先，通過濕混和來分散第一原料粉末和增塑劑而制備漿 料，其中，該第一原料粉末含有97重量％的量的氧化鋁粉末和 作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅，并且該增塑劑包含 丁趁樹脂和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)。在利用刮刀裝置由片成 形方法使?jié){料成形為片之后，將該片狀材料切割成具有預(yù)定尺 寸，從而分別形成與絕緣層219對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)絕緣層219、與保 護(hù)主體層211對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)保護(hù)主體層211、與第一加熱器絕緣 層227對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第一加熱器絕緣層227以及與第二加熱器絕 緣層231對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二加熱器絕緣層231。此外，在未燒結(jié) 絕緣層219中形成氣體檢測(cè)室219d。此外，在未燒結(jié)保護(hù)主體層 2U中形成開口211d。
此外，通過濕混和來分散第二原料粉末和增塑劑而制備第 二漿料，其中，該第二原料粉末含有63重量％的量的氧化鋁粉末、作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅、和34重量％的 量的碳粉末，并且該增塑劑包含丁醛樹脂和DBP。由該漿料制 備與氣體導(dǎo)入部212對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)氣體導(dǎo)入部212。
此外，通過濕混和來分散100重量％的量的氧化鋁并分末以及 含有丁醛樹脂和DBP的增塑劑而制備第三漿料。由該漿料制備 與擴(kuò)散速率控制部220對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)擴(kuò)散速率控制部220。
另外，通過濕混和來分散第三原料粉末和增塑劑而制備第 四漿料，其中，該第三原料粉末含有97重量％的量的氧化鋯粉 末和作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的二氧化硅(Si02粉末和氧化鋁粉末合計(jì) 為3重量％的量)，并且該增塑劑含有丁醛樹脂和DBP。利用該 漿料形成與第 一 固體電解質(zhì)層215對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第 一 固體電解 質(zhì)層215和與第二固體電解質(zhì)層223對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二固體電解 質(zhì)層223。
如圖2所示從下方順次堆疊如下物質(zhì)來形成未燒結(jié)堆疊體 未燒結(jié)第二加熱器絕緣層231、與加熱器元件229對(duì)應(yīng)的未燒結(jié) 加熱器元件229、未燒結(jié)第一加熱器絕緣層227、與第四電極225 對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第四電極225、未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層223、與 第三電極221對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第三電極221、未燒結(jié)絕緣層219、與 第二電極217對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二電極217、未燒結(jié)第一 固體電解 質(zhì)層215、與第一電極213對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第一電極213以及未燒結(jié) 保護(hù)主體層211等。
具體地，利用主要成分為鉑的膏(paste)通過絲網(wǎng)印刷術(shù) (screen printing)在未燒結(jié)第二加熱器絕緣層23 1上形成未燒 結(jié)加熱器元件229。在未燒結(jié)第二加熱器絕緣層231和未燒結(jié)加 熱器元件229上堆疊未燒結(jié)第一加熱器絕緣層227。
另外，利用含有90重量％的量的鉑和10重量％的量的氧化 鋯粉末的柏膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層223的一個(gè)表面上形成未燒結(jié)第四電極225。在未燒結(jié)第 一加熱器絕 緣層227上堆疊帶未燒結(jié)第四電極225的未燒結(jié)第二固體電解質(zhì) 層2 2 3 ,使得未燒結(jié)第四電極2 2 5被置于未燒結(jié)第 一 加熱器絕緣 層227和未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層223之間。其后，利用含有90 重量％的量的鉑和IO重量％的量的氧化鋯粉末的鉑膏通過絲網(wǎng) 印刷術(shù)在未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層223上形成未燒結(jié)第三電極 221。
接著，在未燒結(jié)第二固體電解質(zhì)層223和未燒結(jié)第三電極 221上堆疊未燒結(jié)絕緣層219和未燒結(jié)擴(kuò)散速率控制部220。此 外，在燒結(jié)之后將變成氣體檢測(cè)室219d的部分上印刷主要成分
為碳的膏。
此外，利用含有90重量％的量的鉑和IO重量％的量的氧化 鋯粉末的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)第 一 固體電解質(zhì)層215 的一個(gè)表面上形成未燒結(jié)第二電極217。在未燒結(jié)絕緣層219上 堆疊帶未燒結(jié)第二電極217的未燒結(jié)第一 固體電解質(zhì)層215，使 得未燒結(jié)第二電極217被置于未燒結(jié)絕緣層219和未燒結(jié)第一 固 體電解質(zhì)層215之間。其后，利用含有90重量％的量的鉑和10 重量％的量的氧化鋯粉末的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)第一 固體電解質(zhì)層215上形成未燒結(jié)第一電極213。
接著，在未燒結(jié)第一固體電解質(zhì)層215和未燒結(jié)第一電極 213上堆疊未燒結(jié)保護(hù)主體層211。在未燒結(jié)保護(hù)主體層211上預(yù) 先形成與氣體導(dǎo)入部212對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)氣體導(dǎo)入部212。從而， 形成了未燒結(jié)堆疊體。
接著，在以lMPa對(duì)未燒結(jié)堆疊體加壓并且使其壓配合 (pressure-fitted)之后，將該未燒結(jié)層疊體切割成預(yù)定尺寸。 其后，從該未燒結(jié)堆疊體中除去樹脂，進(jìn)行將未燒結(jié)堆疊體保 持在1500。C的燒結(jié)溫度下一個(gè)小時(shí)的常規(guī)燒結(jié)，由此獲得檢測(cè)元件200。
其后，利用尖晶石粉末、鈦和氧化鋁溶膠的漿料在檢測(cè)元 件200的前端部201的周圍形成與檢測(cè)部保護(hù)層205對(duì)應(yīng)的未燒 結(jié)檢測(cè)部保護(hù)層205。其后，在1000。C的燒結(jié)溫度下對(duì)檢測(cè)元件 200進(jìn)行三個(gè)小時(shí)的熱處理，從而獲得具有檢測(cè)部保護(hù)層205的 4全測(cè)元件200。
接著，說明氣體傳感器100的其它部分。帶底的筒狀金屬杯 狀物131被布置在從檢測(cè)元件200的主干部207的中央稍稍偏向 前端側(cè)的位置，使得檢測(cè)元件200被插入到金屬杯狀物13 1中， 并且檢測(cè)元件200的檢測(cè)部201從筒狀底部131c的開口突出。金 屬杯狀物131將檢測(cè)元件200保持在金屬殼110中，前端周緣部 132呈直徑朝向前端側(cè)變小的錐狀。在金屬杯狀物131中容納氧 化鋁制的陶資環(huán)133和壓縮滑石粉的第 一滑石環(huán)135,使得檢測(cè) 元件200被插入到金屬杯狀物131中。在金屬杯狀物131中粉碎第 一滑石環(huán)135,并且將第 一滑石環(huán)135完全填充在金屬杯狀物131 中，由此，檢測(cè)元件200一皮定位和保持在金屬杯狀物131中。
與金屬杯狀物131形成為 一 體的檢測(cè)元件2 0 0被保持成使得 檢測(cè)元件的徑向周邊被筒狀金屬殼110圍繞。金屬殼110適于將 氣體傳感器100安裝固定到汽車的排氣管，并且金屬殼110由如 SUS 430等低碳鋼制成。外螺紋部111形成在金屬殼110的外周的 前端側(cè)，用于安裝到排氣管。此外，在外螺紋部lll的更前端側(cè)， 環(huán)狀前端固定部113突出，下面說明的保護(hù)件160被固定到該固 定部113。
另夕卜，在金屬殼110的外周的中央形成與安裝工具接合的工 具接合部117。此外，當(dāng)金屬殼110被安裝到排氣管時(shí)用于防止 氣體泄漏的墊圈119被插在工具接合部117和外螺紋部111之間。 此外，在工具接合部117的基端側(cè)形成基端固定部116,下面說明的外筒151被固定到該基端固定部116。此外，在更基端側(cè)， 形成用于將檢測(cè)元件200彎邊(crimp)保持在金屬殼110中的彎 邊部118。
此外，在金屬殼110的內(nèi)周的前端側(cè)形成直徑朝向前端側(cè)減 小的錐狀臺(tái)階部115。用于保持4全測(cè)元件200的金屬杯狀物131 的錐狀前端周緣部132與臺(tái)階部115接合。此外，在才全測(cè)元件200 被插入到第二滑石環(huán)137的狀態(tài)下將第二滑石環(huán)137布置在金屬 殼IIO內(nèi)部的金屬杯狀物131的基端側(cè)。筒狀套筒141被裝配在金 屬殼110中，并且從基端側(cè)加壓第二滑石環(huán)137。臺(tái)階狀的肩部 142形成在套筒141處。環(huán)狀彎邊填料143被布置在肩部142處。 金屬殼1 IO的彎邊部118被彎邊，以朝向前端側(cè)隔著彎邊填料143 加壓套筒141的肩部142。
在金屬殼110中粉碎由套筒141加壓的第二滑石環(huán)13 7并將 該第二滑石環(huán)137完全填充在金屬殼IIO中。借助于預(yù)先填充在 金屬杯狀物131中的第二滑石環(huán)137和第 一 滑石環(huán)135將金屬杯 狀物131和檢測(cè)元件200定位和保持在金屬殼IIO中。可以由夾在
殼110的氣密性，從而防止了燃燒氣體流出。
在檢測(cè)元件2 0 0中，檢測(cè)元件的基端部2 0 9從作為金屬殼110 的基端部的彎邊部118朝向基端側(cè)突出，由絕緣陶瓷制成的筒狀 分隔件145覆蓋基端部209。分隔件145在內(nèi)部保持五個(gè)連接端子 147(圖1中僅示出了其中一個(gè))，這些連接端子147與形成在檢 測(cè)元件200的基端部209的五個(gè)電極片235電連接。這些連接端子 147與被引出到氣體傳感器100的外部的五根導(dǎo)線149 (圖l中僅 示出了其中三根)電連接。分隔件145容納連接端子147和導(dǎo)線
149,同時(shí)使各連接部分彼此絕緣。
外筒151被布置成圍繞分隔件145的外周。外筒151由不銹鋼(在本實(shí)施例中是SUS 304 )制成，并且前端開口部152被布置 在金屬殼110的基端固定部116的徑向外側(cè)。^吏前端開口部152 從外部彎邊，繞外周激光焊接該前端開口部152,將該前端開口 部152接合到基端固定部116。
此外，金屬制的筒狀保持金屬配件(fitting) 153被布置在 外筒151和分隔件145之間的間隙中。保持金屬配件153具有通過 使保持金屬配件153的基端向內(nèi)彎曲而構(gòu)成的支撐部154。保持 金屬配件153通過使凸臺(tái)部146與支撐部154接合來支撐分隔件 145,該凸臺(tái)部146設(shè)置在分隔件145的基端側(cè)的外周。在該狀態(tài) 下，使布置保持金屬配件153的部分處的外筒151從外部彎邊， 并且支撐分隔件145的保持金屬配件153被固定到外筒151 。
另外，由氟基橡膠制成的密封圏155被裝配在外筒151的基 端側(cè)開口 。密封圏155具有五個(gè)插入孔156(圖l中僅示出了其中 一個(gè))，并且將從分隔件145延伸的五根導(dǎo)線149氣密性地插入到 各自插入孔156中。在該狀態(tài)下，在使密封圏155向前端側(cè)按壓 分隔件145的狀態(tài)下，使外筒151從密封圈155的外部彎邊，并且 將密封圈固定到外筒151。
保持在金屬殼U0處的檢測(cè)元件200具有從作為金屬殼110 的前端部的前端固定部113突出的檢測(cè)部201。通過激光焊接將 保護(hù)件！60裝配固定到前端固定部113，以保護(hù)4全測(cè)元件200的檢 測(cè)部201不會(huì)由于排氣中存在的沉著物(如燃料灰和油成分等毒 性附著物質(zhì))而污損并且不會(huì)由于與水接觸而破損。保護(hù)件160 具有包括帶底的筒狀內(nèi)側(cè)保護(hù)件161和形成筒的外側(cè)保護(hù)件171 的雙重結(jié)構(gòu)，該外側(cè)保護(hù)件171隔著氣隙包圍內(nèi)側(cè)保護(hù)件161的 徑向外周。
內(nèi)側(cè)保護(hù)件161形成帶底的筒狀且在檢測(cè)元件200的檢測(cè)部 201被布置在內(nèi)側(cè)保護(hù)件161的內(nèi)部的狀態(tài)下固定到金屬殼IIO。在內(nèi)側(cè)保護(hù)件161處，用于將排氣從外部導(dǎo)入到內(nèi)部的多個(gè)內(nèi)側(cè)
導(dǎo)入孔167相對(duì)于檢測(cè)元件200的前端200s纟皮設(shè)置在更基端側(cè)。 內(nèi)側(cè)導(dǎo)入孔167沿軸線AX方向被劃分成兩段并且分別沿圓周方 向并置。此外，在內(nèi)側(cè)保護(hù)件161的前端側(cè)沿圓周方向并置設(shè)置 向內(nèi)切入和開口的多個(gè)(三個(gè))排水孔166。這些排水孔166相 對(duì)于^^測(cè)元件200的前端200s位于更前端側(cè)。另外，用于向外排
另一方面，外側(cè)保護(hù)件171被固定到金屬殼110，從而隔著 氣隙包圍內(nèi)側(cè)保護(hù)件161的徑向外周。使外側(cè)保護(hù)件171的前端 部172朝向內(nèi)側(cè)保護(hù)件161向內(nèi)彎曲。因此，內(nèi)側(cè)保護(hù)件W1和外 側(cè)保護(hù)件171之間的氣隙在前端側(cè)處被閉塞。此外，在外側(cè)保護(hù) 件171的相對(duì)于纟全測(cè)元件200的前端200s的更前端側(cè)的預(yù)定位置 沿圓周方向并置形成多個(gè)(八個(gè))外側(cè)導(dǎo)入孔177,這些外側(cè)導(dǎo) 入孔177用于將排氣從外側(cè)保護(hù)件171的外部導(dǎo)入到外側(cè)保護(hù)件 171的內(nèi)部。向內(nèi)延伸的板狀引導(dǎo)體178被設(shè)置在各自的外側(cè)導(dǎo) 入孔177中。因此，經(jīng)由外側(cè)導(dǎo)入孔177^v外部導(dǎo)入到內(nèi)部的排 氣產(chǎn)生了回旋流，這樣，排氣在外側(cè)保護(hù)件171和內(nèi)側(cè)保護(hù)件161 之間的氣隙內(nèi)沿軸線AX的圓周方向回旋。
如上所述制造氣體傳感器IOO。也就是說，將由上述方法制 造的檢測(cè)元件200插入到金屬杯狀物131中，然后用陶瓷環(huán)133 和第一滑石環(huán)135固定該;險(xiǎn)測(cè)元件200,從而形成組件。接著， 將該組件插入到接合了保護(hù)件160的金屬殼110中，然后插入第 二滑石環(huán)137、套筒141和彎邊填料143,并且使金屬殼110的彎 邊部118彎邊，從而形成下部組件。另一方面，組裝外筒151、 分隔件141和密封圈155等，從而形成上部組件。將下部組件和 上部組件彼此安裝以完成氣體傳感器IOO。
如上所述，在實(shí)施例l中，保護(hù)主體層2U、第一和第二加熱器絕緣層227和231由相同的主要成分(在本實(shí)施例中為氧化 鋁)形成，且它們的厚度被制成彼此基本上相等(在本實(shí)施例 中是相等的厚度，即t卜t2)。采用保護(hù)主體層211、第一和第二 加熱器絕緣層227和231在厚度方向上以第一和第二固體電解質(zhì) 層215和223為中心重疊對(duì)稱的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，由燒結(jié)收縮率 的差異導(dǎo)致的應(yīng)力在以第 一和第二固體電解質(zhì)層215和223為中 心的厚度方向上幾乎均勻(對(duì)稱)。因此，幾乎不產(chǎn)生翹曲，并 且可以防止整個(gè)元件翹曲。因此，當(dāng)將其它構(gòu)件安裝到檢測(cè)元 件200時(shí)，檢測(cè)元件200幾乎不產(chǎn)生破裂或破損。從而，提高了 用于制造氣體傳感器IOO的組裝性能，且可以提供高可靠性的氣 體傳感器IOO。
另外，在實(shí)施例1中，沿與檢測(cè)元件200的各層的堆疊方向 正交的方向在整個(gè)檢測(cè)元件200上分別布置感測(cè)部250、保護(hù)部 260和加熱器部270。也就是說，感測(cè)部250、保護(hù)部260和加熱 器部270在檢測(cè)元件200的所有部分都相互重疊。這樣，可以在 寬范圍上形成重疊結(jié)構(gòu)，其中，感測(cè)部250、保護(hù)部260的保護(hù) 主體層211以及加熱器部2 7 0的第 一 和第二加熱器絕緣層2 2 7和 231這三個(gè)構(gòu)件相互重疊。具體地，在實(shí)施例l中，纟僉測(cè)元件200 的除了設(shè)置氣體導(dǎo)入部212的部分以及設(shè)置第一至第十通孔導(dǎo) 體211a、 211b、 211c等的部分之外的所有部分都形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。 因此，當(dāng)燒結(jié)檢測(cè)元件200時(shí)幾乎不產(chǎn)生翹曲，并且可以提供具 有更高可靠性的氣體傳感器100。
此外，在實(shí)施例l中，使構(gòu)成感測(cè)部250的第一固體電解質(zhì) 層215和第二固體電解質(zhì)層223具有相同的厚度(在本實(shí)施例中 是相同的厚度，即t01二t02)。因此，當(dāng)燒結(jié)時(shí)，可以使第一固 體電解質(zhì)層215與保護(hù)部260的保護(hù)主體層211之間產(chǎn)生的應(yīng)力 等于第二固體電解質(zhì)層223與加熱器部270的第一和第二加熱器絕緣層227、 231之間產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，即使考慮到這一點(diǎn)， 當(dāng)燒結(jié)時(shí)，在檢測(cè)元件200中也幾乎不產(chǎn)生翹曲。此外，當(dāng)將其 它構(gòu)件安裝到檢測(cè)元件200時(shí)，檢測(cè)元件200也幾乎不產(chǎn)生破裂 和破損，可以提高制造氣體傳感器100時(shí)的組裝性能，且可以提 供高可靠性的氣體傳感器IOO。
另外，由于第一和第二固體電解質(zhì)層215和223采用氧化鋯 作為主要成分，因此，可以提供特定氣體成分的良好檢測(cè)性能。 另 一方面，由于保護(hù)主體層211與第一和第二加熱器絕緣層227、 231采用氧化鋁作為主要成分，因此，可以提高檢測(cè)元件200的 抗高溫的耐久性。
實(shí)施例2
接著，說明實(shí)施例2。圖5是構(gòu)成^f艮據(jù)本發(fā)明的以上方面的 氣體傳感器300的檢測(cè)元件400的分解立體圖。此外，圖6和圖7 是分別示出檢測(cè)元件4 0 0的前端側(cè)部分和基端側(cè)的剖視圖。在根 據(jù)本實(shí)施例的氣體傳感器3 0 0中，檢測(cè)元件4 0 0的模式與根據(jù)實(shí) 施例1的氣體傳感器10 0的檢測(cè)元件2 0 0的模式不同。其它特征與 上述實(shí)施例l中的基本上類似。省略或簡(jiǎn)化與實(shí)施例l的部分類 似的部分的i兌明。
通過同時(shí)燒結(jié)含有不同的主要成分的相互堆疊的多個(gè)層而 形成根據(jù)實(shí)施例2的檢測(cè)元件400,且該檢測(cè)元件400具有沿軸線 AX方向延伸的板狀(即板帶)。檢測(cè)元件400包括感測(cè)部450、 保護(hù)部460和加熱器部470。在感測(cè)部450的一個(gè)主表面(第一表 面450a)上堆疊保護(hù)部460,在感測(cè)部450的另 一 個(gè)主表面(第 二表面450b)上堆疊加熱器部470。此外，感測(cè)部450對(duì)應(yīng)于根 據(jù)本發(fā)明的以上方面的感測(cè)部。保護(hù)部4 6 0對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的 以上方面的第一部分，加熱器部4 7 0對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的以上方 面的第二部分。首先，說明感測(cè)部450。感測(cè)部450包括構(gòu)成氧氣濃差電池 的致密固體電解質(zhì)層415以及第一電極413和第二電極417,第一 電極413和第二電極417形成在固體電解質(zhì)層415的兩個(gè)表面上。 固體電解質(zhì)層415包括部分穩(wěn)定氧化鋯燒結(jié)體，該部分穩(wěn)定氧化 鋯燒結(jié)體的主要成分為氧化鋯并且還含有添加的氧化釔或氧化 鈣作為穩(wěn)定劑。固體電解質(zhì)層415的厚度t3(參照?qǐng)D6 )為0.5mm, 且第 一通孔導(dǎo)體415a形成在固體電解質(zhì)層415的基端側(cè)的預(yù)定 位置處，貫通固體電解質(zhì)層415。
第一電極413采用鉑作為主要成分并且包括第一電極部 413a,其形成在第一電極413的前端側(cè)的預(yù)定位置處，并且在俯 視圖中呈矩形；以及第一引線部413b,其/人第一電極部413a向 基端側(cè)延伸。第一引線部413b被電連接到設(shè)在下面說明的保護(hù) 主體層411的基端的第三通孔導(dǎo)體411b。
第二電極417采用鉑作為主要成分并且包括第二電極部 417a,其形成在第二電極417的前端側(cè)的預(yù)定位置處，并且在俯 視圖中呈矩形；以及第二引線部417b,其/人第二電極部417a向 基端側(cè)延伸。第二引線部417b被電連接到設(shè)在固體電解質(zhì)層415 的基端的第一通孔導(dǎo)體415a。
接著，說明保護(hù)部460。保護(hù)部460具有單一的致密保護(hù)主 體層(第一基層)411。保護(hù)主體層411由主要成分為氧化鋁的 材料制成。保護(hù)主體層411的厚度t4 (參照?qǐng)D6)、即保護(hù)部460 的厚度t4為0.5mm。另外，在保護(hù)主體層411處，貫通保護(hù)主體 層411且在俯視圖中呈矩形的開口 411d被設(shè)置在與第 一電極部 413a對(duì)應(yīng)的位置。主要成分為氧化鋁的多孔質(zhì)氣體導(dǎo)入部412 被設(shè)置在開口 411d中以閉塞開口 411d。
此外，在保護(hù)主體層411的表面的基端側(cè)的預(yù)定位置處沿寬 度方向并置布置兩個(gè)電極片435。此外，第二通孔導(dǎo)體411a和第三通孔導(dǎo)體411b形成在保護(hù)主體層411的基端側(cè)的預(yù)定位置處， 貫通保護(hù)主體層411。第二通孔導(dǎo)體411a被電連接到其中一個(gè)電 極片435,且被電連接到設(shè)在固體電解質(zhì)層415的第一通孔導(dǎo)體 415a。另外，第三通孔導(dǎo)體411b被電連接到另一個(gè)電極片435， 且被電連接到第一電極413的第一引線部413b。
接著，說明加熱器部470。加熱器部470包括具有電絕緣性 的致密第一加熱器絕緣層427 (第二基層)、具有電絕緣性的致 密第二加熱器絕緣層431(第二基層)以及通過通電而發(fā)熱的加 熱器元件429。第 一加熱器絕緣層427由主要成分為氧化鋁的材 料形成并且被堆疊在感測(cè)部450的第二表面450b上。此外，第二 加熱器絕緣層431由主要成分為氧化鋁的材料形成。由于第一加 熱器絕緣層427和第二加熱器絕緣層431均具有0.25mm的厚度， 因此，加熱器絕緣層427和431的總厚度t5 (參照?qǐng)D6)、即加熱 器部470的厚度t5為0.5mm。因此，第 一 和第二加熱器絕緣層427 和431的總厚度t5 (加熱器部470的厚度t5 )與保護(hù)主體層411的 厚度t4 (保護(hù)部460的厚度t4 )相等。即，t4=t5。
此外，第四通孔導(dǎo)體431a和第五通孔導(dǎo)體431b形成在第二 加熱器絕緣層431的基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通第二加熱器絕緣 層431。此外，在第二加熱器絕緣層431的基端側(cè)的預(yù)定位置處 沿寬度方向并置布置兩個(gè)電極片435。 一個(gè)電極片435被電連接 到第四通孔導(dǎo)體431a，且另 一個(gè)電極片435被電連接到第五通孔 導(dǎo)體431b。
加熱器元件429包括布置在前端側(cè)的預(yù)定位置處的Z字狀 或梳子狀(曲折狀)加熱器部429a、從加熱器部429a的一端向 基端側(cè)延伸的第 一加熱器引線部429b以及從加熱器部"9a的另 一端向基端側(cè)延伸的第二加熱器引線部429c。第一加熱器引線 部4 2 9 b被電連接到設(shè)在第二加熱器絕緣層4 31的基端側(cè)的第四通孔導(dǎo)體431a。此外，第二加熱器引線部429c被電連接到設(shè)在 第二加熱器絕緣層431的基端側(cè)的第五通孔導(dǎo)體431b。
從而，根據(jù)實(shí)施例2的檢測(cè)元件40 0采用氧化鋯作為主要成 分并且包括具有用作檢測(cè)特定氣體成分的固體電解質(zhì)層415的 感測(cè)部450。此外，在感測(cè)部450的第一表面450a上堆疊保護(hù)部 460，該保護(hù)部460具有致密保護(hù)主體層411且其主要成分與固體 電解質(zhì)層415的主要成分不同(在本實(shí)施例中，使用氧化鋁作為 主要成分)。另外，在感測(cè)部450的第二表面450b上堆疊加熱器 部470 ，該加熱器部470具有致密第 一 和第二加熱器絕緣層 和431且其主要成分與保護(hù)主體層411的主要成分相同(在本實(shí) 施例中，使用氧化鋁作為主要成分)。
此外，第 一 和第二加熱器絕緣層427和43 1的總厚度t5不小 于保護(hù)主體層411的厚度t4的80。/。但不大于保護(hù)主體層411的厚 度t4的120。/。。在本實(shí)施例中，第一和第二加熱器絕緣層427和 431的總厚度t5與保護(hù)主體層411的厚度t4相等(即t4—5 )。
因此，檢測(cè)元件400的除了設(shè)置氣體導(dǎo)入部412的部分和設(shè) 置第一至第五通孔導(dǎo)體411a、 411b等的部分之外的所有部分都 呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。也就是說，提供感測(cè)部450、保護(hù)部460的保護(hù)主 體層411以及加熱器部470的第一和第二加熱器絕緣層427和431 這三個(gè)構(gòu)件在厚度方向上重疊對(duì)稱的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
接著，說明檢測(cè)元件400的制造方法。此外，為了方便起見， 將用相同的附圖標(biāo)記說明燒結(jié)后構(gòu)件和與燒結(jié)后構(gòu)件對(duì)應(yīng)的未 燒結(jié)構(gòu)件(參照?qǐng)D5)。
首先，通過濕混和來分散第一原料粉末和增塑劑而制備漿 料，其中，該第一原料粉末含有97重量％的量的氧化鋁粉末和 作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅，并且該增塑劑包含 丁酪樹脂和DBP。由該漿料分別形成與保護(hù)主體層411對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)保護(hù)主體層411、與第一加熱器絕緣層427對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第 一加熱器絕緣層427以及與第二加熱器絕緣層431對(duì)應(yīng)的未燒結(jié) 第二加熱器絕緣層431。此外，在未燒結(jié)保護(hù)主體層411中形成 開口 411d。
此外，通過濕混和來分散第二原料粉末和增塑劑而制備第 二漿料，其中，該第二原料粉末含有63重量％的量的氧化鋁粉 末、作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅和34重量％的量 的碳粉末，并且該增塑劑包含丁醛樹脂和DBP。由該漿料制備 與氣體導(dǎo)入部412對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)氣體導(dǎo)入部412。
另外，通過濕混和來分散第三原料粉末和增塑劑而制備第 三漿料，其中，該第三原料粉末含有97重量％的量的氧化鋯粉 末和作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的二氧化硅(Si02粉末和氧化鋁粉末合計(jì) 為3重量％的量)，并且該增塑劑含有丁醛樹脂和DBP。由該漿 料形成與固體電解質(zhì)層415對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415。
如圖5所示從下方順次堆疊如下物質(zhì)來制備未燒結(jié)堆疊體 未燒結(jié)第二加熱器絕緣層431 、與加熱器元件429對(duì)應(yīng)的未燒結(jié) 加熱器元件429、未燒結(jié)第一加熱器絕緣層427、與第二電極417 對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二電極417、未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415、與第一 電極413對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第 一 電極413以及未燒結(jié)保護(hù)主體層411 等。
具體地，利用主要成分為鉑的膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié) 第二加熱器絕緣層431上形成未燒結(jié)加熱器元件429。在未燒結(jié) 第二加熱器絕緣層431和未燒結(jié)加熱器元件429上堆疊未燒結(jié)第 一加熱器絕緣層427。
此外，利用含有90重量％的量的鉑和10重量％的量的氧化 鋯的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415上形成未 燒結(jié)第二電極417。在未燒結(jié)第一加熱器絕緣層427上堆疊帶未燒結(jié)第二電極417的未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415,使得未燒結(jié)第二 電極417被置于未燒結(jié)第一加熱器絕緣層427和未燒結(jié)固體電解 質(zhì)層415之間。其后，利用含有90重量％的量的鉑和10重量％的 量的氧化鋯的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415 上形成未燒結(jié)第 一電極413。
接著，在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層415和未燒結(jié)第一電極413上 堆疊未燒結(jié)保護(hù)層411。在未燒結(jié)保護(hù)主體層411中預(yù)先形成與 氣體導(dǎo)入部412對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)氣體導(dǎo)入部412。從而，形成未燒 結(jié)堆疊體。
接著，在以1M P a對(duì)未燒結(jié)堆疊體加壓并且使其壓配合之 后，將該未燒結(jié)層疊體切割成預(yù)定尺寸。其后，從該未燒結(jié)堆 疊體中除去樹脂，進(jìn)行將未燒結(jié)堆疊體保持在1 5 0 0 。C的燒結(jié)溫 度下 一 個(gè)小時(shí)的常規(guī)燒結(jié)，由此獲得檢測(cè)元件4 0 0 。
其后，利用尖晶石粉末、鈦和氧化鋁溶膠的漿料在檢測(cè)元 件400的前端側(cè)的周圍形成與檢測(cè)部保護(hù)層(未示出)對(duì)應(yīng)的未 燒結(jié)檢測(cè)部保護(hù)層。其后，在1000。C的燒結(jié)溫度下對(duì)檢測(cè)元件 400進(jìn)行三個(gè)小時(shí)的熱處理，從而獲得具有檢測(cè)部保護(hù)層的檢測(cè) 元件400。
此外，在根據(jù)實(shí)施例2的檢測(cè)元件400中，電極片435的數(shù)量 (4個(gè))與根據(jù)實(shí)施例1的檢測(cè)元件200的電極片235的數(shù)量(5 個(gè))不同。因此，構(gòu)成氣體傳感器300的與電極片435有關(guān)的構(gòu) 件例如連接端子147、導(dǎo)線149、分隔件145等(參照?qǐng)Dl)的數(shù) 量和模式取決于電極片435的數(shù)量而不同。
如上所述，在實(shí)施例2中，保護(hù)主體層411以及第一和第二 加熱器絕緣層427和431由相同的主要成分形成(在本實(shí)施例中 是氧化鋁)，且它們的厚度被制成彼此基本上相等(在本實(shí)施例 中是相同的厚度，即t4二t5)。此外，采用保護(hù)主體層411、第一和第二加熱器絕緣層427和431在厚度方向上以固體電解質(zhì)層 415為中心重疊對(duì)稱的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，由燒結(jié)收縮率的差異導(dǎo) 致的應(yīng)力在厚度方向上以固體電解質(zhì)層415為中心幾乎均勻(對(duì) 稱)，幾乎不產(chǎn)生翹曲，并且可以防止整個(gè)元件翹曲。因此，當(dāng) 將其它構(gòu)件安裝到檢測(cè)元件4 0 0時(shí)，；險(xiǎn)測(cè)元件4 0 0幾乎不產(chǎn)生破 裂或破損。這樣，提高了制造氣體傳感器300時(shí)的組裝性能，且 可以提供高可靠性的氣體傳感器300。
此外，與實(shí)施例l的部分類似的部分可以產(chǎn)生與實(shí)施例l的
作用和效果類似的作用和效果。 實(shí)施例3
接著，說明實(shí)施例3。圖8是示出根據(jù)實(shí)施例3的氣體傳感器 500的檢測(cè)元件600的分解立體圖。此外，圖9是示出才企測(cè)元件600 的前端側(cè)部分的剖視圖。在根據(jù)實(shí)施例3的氣體傳感器中，檢測(cè) 元件600的模式與根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器100的檢測(cè)元件200 的模式不同。其它特征與上述實(shí)施例l中的基本上類似，省略或 簡(jiǎn)化與實(shí)施例l的部分類似的部分的說明。
通過同時(shí)燒結(jié)含有不同的主要成分的相互堆疊的多個(gè)層而 形成根據(jù)實(shí)施例3的檢測(cè)元件600,且該檢測(cè)元件600具有沿軸線 AX方向延伸的板狀(即板帶)。檢測(cè)元件600包括感測(cè)部650、 多孔質(zhì)層612、遮蔽層610、導(dǎo)入孔形成層625以及加熱器部670。 在感測(cè)部650的一個(gè)主表面(第一表面650a)上堆疊多孔質(zhì)層612 和遮蔽層610，在感測(cè)部650的另 一個(gè)主表面(第二表面650b) 上堆疊導(dǎo)入孔形成層627和加熱器部670。此外，遮蔽層610對(duì)應(yīng) 于本發(fā)明的以上方面的第三基層。
首先，說明感測(cè)部650。感測(cè)部650包括構(gòu)成氧氣濃差電池 的致密固體電解質(zhì)層615以及第一電極613和第二電極617，第一 電極613和第二電極617形成在固體電解質(zhì)層615的兩個(gè)表面上。固體電解質(zhì)層615包括部分穩(wěn)定氧化鋯燒結(jié)體，該部分穩(wěn)定氧化 鋯燒結(jié)體的主要成分為氧化鋯并且還含有添加的作為穩(wěn)定劑的
氧化釔或氧化鈣。固體電解質(zhì)層615的厚度t6 (參照?qǐng)D9)為 0.5mm,且第 一通孔導(dǎo)體615a形成在固體電解質(zhì)層615的預(yù)定位 置處，貫通固體電解質(zhì)層615。
第一電極613含有柏作為主要成分并且包括第一電極部 613a，其形成在第一電極613的前端側(cè)的預(yù)定位置處，且在俯—見 圖中呈矩形；以及第一引線部613b，其從第一電極部613a向基 端側(cè)延伸。
第二電極617含有鉑作為主要成分并且包括第二電極部 617a,其形成在第二電極617的前端側(cè)的預(yù)定位置處，且在俯—見 圖中呈矩形；以及第二引線部617b,其/人第二電極部6"a向基 端側(cè)延伸。第二引線部617b被電連接到設(shè)在固體電解質(zhì)層615 的基端處的第 一通孔導(dǎo)體615a。
此外， 一個(gè)電極片635布置在固體電解質(zhì)層615的表面的基 端側(cè)的預(yù)定位置處。電極片635被連接到第一通孔導(dǎo)體615a且還 被電連接到第二電極417的第二引線部417b。
接著，說明多孔質(zhì)層612。多孔質(zhì)層612一皮布置在與第一電 極部613a對(duì)應(yīng)的位置處，且允許排氣通過多孔質(zhì)層612以使待測(cè) 氣體暴露于第一電極部613a。另外，多孔質(zhì)層612由主要成分為 氧化鋁的材料制成。
此外，遮蔽層610隔著多孔質(zhì)層612堆疊在固體電解質(zhì)層615 上，且由主要成分為氧化鋁的材料制成。保護(hù)主體層611的厚度 t7 (參照?qǐng)D9)為0.5mm。
接著，說明導(dǎo)入孔形成層625。導(dǎo)入孔形成層625被設(shè)置在 固體電解質(zhì)層615的第二表面650b上。導(dǎo)入孔形成層6"由主要 成分為氧化鋁的材料形成并且是具有電絕緣性的致密層。在與第二電極部617a對(duì)應(yīng)的位置朝向基端側(cè)形成大氣導(dǎo)入孔625a。 因此，允許大氣通過導(dǎo)入孔形成層625，使得大氣接觸第二電極 部617a。
接著，說明加熱器部670。加熱器部670包括具有電絕緣性 的致密第一加熱器絕緣層627 (第四基層)、具有電絕緣性的致 密第二加熱器絕緣層631 (第四基層)以及通過通電而發(fā)熱并且 置于第 一 加熱器絕緣層6 2 7和第二加熱器絕緣層6 31之間的加熱 器元件629。第 一加熱器絕緣層627由主要成分為氧化鋁的材料 形成并且堆疊在感測(cè)部650的第二表面650b上。此外，第二加熱 器絕緣層631由主要成分為氧化鋁的材料形成。由于第一加熱器 絕緣層627和第二加熱器絕緣層63 1均具有0.25mm的厚度，因 此，作為加熱器絕緣層627和631的總厚度的厚度t8 (參照?qǐng)D9) 是0.5mm。因此，第一和第二加熱器絕緣層627和631的總厚度 t8與遮蔽層611的厚度t7相等(即t7二t8)。
此外，第二通孔導(dǎo)體631a和第三通孔導(dǎo)體631b形成在第二 加熱器絕緣層6 3 1的基端側(cè)的預(yù)定位置處，貫通第二加熱器絕緣 層631。此外，在第二加熱器絕緣層631的基端側(cè)的預(yù)定位置處 沿寬度方向并置布置兩個(gè)電極片635 。 一個(gè)電極片635被電連接 到第二通孔導(dǎo)體631a,另 一個(gè)電極片635被電連接到第三通孔導(dǎo) 體631b。
加熱器元件629包括布置在前端側(cè)的預(yù)定位置處的Z字狀 或梳子狀(曲折狀)加熱器部629a、從加熱器部629a的一端向 基端側(cè)延伸的第 一 加熱器引線部629b以及從加熱器部629a的另 一端向基端側(cè)延伸的第二加熱器引線部629c。第一加熱器引線 部629b被電連接到設(shè)在第二加熱器絕緣層631的基端側(cè)的第二 通孔導(dǎo)體631a。此外，第二加熱器引線部629c被電連接到設(shè)在 第二加熱器絕緣層631的基端側(cè)的第三通孔導(dǎo)體631b。從而，根據(jù)實(shí)施例3的4全測(cè)元件600采用氧化鋯作為主要成 分且包括具有用作檢測(cè)特定氣體成分的固體電解質(zhì)層615的感 觀寸部650。此外，在感測(cè)部650的第一表面650a上堆疊多孔質(zhì)層 612和致密遮蔽層610，該多孔質(zhì)層612能夠使待測(cè)氣體暴露于感 測(cè)部650,該遮蔽層610的主要成分不同于固體電解質(zhì)層615的主 要成分(在本實(shí)施例中，氧化鋁用作主要成分)。此外，在感測(cè) 部650的第二表面650b上堆疊導(dǎo)入孔形成層625以及第 一加熱器 絕緣層627和第二加熱器絕緣層631,該導(dǎo)入孔形成層625具有能 夠使大氣暴露于感測(cè)部650的大氣導(dǎo)入孔625a,第一加熱器絕緣 層627和第二加熱器絕緣層631由主要成分不同于固體電解質(zhì)層 615的主要成分的致密材料制成。
此外，第 一 和第二加熱器絕緣層627和63 1的總厚度t8不小 于遮蔽層611的厚度t7的80%但不大于遮蔽層611的厚度t7的 120%。在本實(shí)施例中，第一和第二加熱器絕緣層627和631的總 厚度t8與遮蔽層611的厚度t7相等(即t7二t8 )。因此，提供感測(cè) 部650、遮蔽層611以及第 一 和第二加熱器絕緣層627和631這三 個(gè)構(gòu)件在厚度方向上重疊對(duì)稱的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
接著，說明檢測(cè)元件600的制造方法。此外，為了方便起見， 將用相同的附圖標(biāo)記表示燒結(jié)后構(gòu)件和與燒結(jié)后構(gòu)件對(duì)應(yīng)的未 燒結(jié)構(gòu)件(參照?qǐng)D8)。
首先，通過濕混和來分散第一原料粉末和增塑劑而制備漿 料，其中，該第一原料粉末含有97重量％的量的氧化鋁粉末和 作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅，并且該增塑劑包含 丁醛樹脂和DBP。利用該漿料分別形成與遮蔽層610對(duì)應(yīng)的未燒 結(jié)遮蔽層610、與導(dǎo)入孔形成層625對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)導(dǎo)入孔形成層 625、與第一加熱器絕緣層627對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第一加熱器絕緣層 627以及與第二加熱器絕緣層631對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二加熱器絕緣層631。
此外，通過濕混和來分散第二原料粉末和增塑劑而制備第 二漿料，其中，該第二原料粉末含有63重量％的量的氧化鋁粉 末、作為燒結(jié)調(diào)節(jié)劑的3重量％的量的二氧化硅和34重量％的量 的碳粉末，并且該增塑劑包含丁醛樹脂和DBP。利用該漿料制 備與多孔質(zhì)層612對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)多孔質(zhì)層612。
此外，通過濕混和來分散第三原料粉末和增塑劑而制備第 三漿料，其中，該第三原料粉末含有97重量％的量的氧化鋯粉 末和二氧化硅(Si02粉末和氧化鋁粉末合計(jì)為3重量。/。的量)， 并且該增塑劑含有丁醛樹脂和DBP。利用該漿料形成與固體電 解質(zhì)層615對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)固體電解質(zhì)層615。
如圖8所示從下方順次堆疊如下物質(zhì)來制備未燒結(jié)堆疊體 未燒結(jié)第二加熱器絕緣層631、 與加熱器元件629對(duì)應(yīng)的未燒結(jié) 加熱器元件629、未燒結(jié)第一加熱器絕緣層627、未燒結(jié)導(dǎo)入孔 形成層625、與第二電極617對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第二電極617、未燒結(jié) 固體電解質(zhì)層615、與第一電極613對(duì)應(yīng)的未燒結(jié)第 一電極613、 未燒結(jié)多孔質(zhì)層612以及未燒結(jié)遮蔽層610等。
具體地，利用主要成分為鉑的膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié) 第二加熱器絕緣層631上形成未燒結(jié)加熱器元件629。在未燒結(jié) 第二加熱器絕緣層631和未燒結(jié)加熱器元件629上堆疊未燒結(jié)第 一加熱器絕緣層627和未燒結(jié)導(dǎo)入孔形成層625。
此外，利用含有90重量％的量的鉑和10重量％的量的氧化 鋯粉末的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層615上形 成未燒結(jié)第二電極617。在未燒結(jié)導(dǎo)入孔形成層625上堆疊帶未 燒結(jié)第二電極617的未燒結(jié)固體電解質(zhì)層615,使得未燒結(jié)第二 電極617被置于未燒結(jié)導(dǎo)入孔形成層625和未燒結(jié)固體電解質(zhì)層 615之間。其后，利用含有90重量％的量的鉑和10重量％的量的氧化鋯粉末的鉑膏通過絲網(wǎng)印刷術(shù)在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層615
上形成未燒結(jié)第一電極613。
接著，在未燒結(jié)固體電解質(zhì)層615和未燒結(jié)第一電極613上 堆疊未燒結(jié)多孔質(zhì)層612和未燒結(jié)遮蔽層610。從而，形成未燒
結(jié)堆疊體。
接著，在以lMPa對(duì)未燒結(jié)堆疊體加壓且使其壓配合之后， 將該未燒結(jié)層疊體切割成預(yù)定尺寸。其后，從該未燒結(jié)堆疊體 中除去樹脂，進(jìn)行將未燒結(jié)堆疊體保持在15 0 (TC的燒結(jié)溫度下 一個(gè)小時(shí)的常規(guī)燒結(jié)，由此獲得檢測(cè)元件600。
其后，利用尖晶石粉末、鈦和氧化鋁溶膠的漿料在檢測(cè)元 件600的前端部分的周圍形成與檢測(cè)部保護(hù)層(未示出)對(duì)應(yīng)的 未燒結(jié)檢測(cè)部保護(hù)層。其后，在100(TC的燒結(jié)溫度下對(duì)檢測(cè)元 件6 0 0進(jìn)行三個(gè)小時(shí)的熱處理，從而獲得具有檢測(cè)部保護(hù)層的檢 測(cè)元件600。
如上所述，在實(shí)施例3中，遮蔽層610、第一和第二加熱器 絕緣層627和631由相同的主要成分形成且被制成具有基本上相 等的厚度。檢測(cè)元件的至少一部分在重疊遮蔽層610、第一和第 二加熱器絕緣層62 7和6 3 1的堆疊方向上具有以感測(cè)部6 5 0為中 心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此，由燒結(jié)收縮率的差異導(dǎo)致的應(yīng)力在堆疊 方向上以固體電解質(zhì)層615為中心幾乎均勻(對(duì)稱)，幾乎不產(chǎn) 生翹曲，并且可以防止整個(gè)元件翹曲。特別地，可以防止檢測(cè) 元件600由于燒結(jié)時(shí)由燒結(jié)收縮率的差異產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致的破 裂，否則在感測(cè)部650的兩個(gè)表面處具有多孔質(zhì)層612和大氣導(dǎo) 入孔625的結(jié)構(gòu)中易于發(fā)生該破裂。因此，當(dāng)燒結(jié)檢測(cè)元件600 時(shí)或?qū)⑵渌鼧?gòu)件安裝到檢測(cè)元件600時(shí)，檢測(cè)元件600幾乎不產(chǎn) 生破裂或破損。此外，可以提高用于制造氣體傳感器500的組裝 性能，可以提供高可靠性的氣體傳感器500。此外，與實(shí)施例l的部分類似的部分可以產(chǎn)生與實(shí)施例l的 作用和效果類似的作用和效果。
順便提及，在上述實(shí)施例中，第一基層、第二基層、第三 基層和第四基層中的每一方均由致密材料形成。該致密材料被
限定為例如具有2%以下的孔隙率的材料。用于測(cè)量孔隙率的方 法的例子包括水平(沿層的主面)研磨待測(cè)量的層；以5000 倍的倍率分析研磨面的SEM (掃描電子顯微照片)圖像；并且 基于分析結(jié)果算出孔隙率。
在上述說明中，根據(jù)各實(shí)施例說明了本發(fā)明。然而，本發(fā) 明不限于上述實(shí)施例1至3,當(dāng)然，可以對(duì)如上所述示出的本發(fā) 明進(jìn)行各種形式上和細(xì)節(jié)上的修改。這些修改包含在所附權(quán)壽'J 要求書限定的精神和范圍內(nèi)。
例如，在實(shí)施例1和2中，沿與檢測(cè)元件200和400的各層的 堆疊方向正交的方向在檢測(cè)元件200和400上分別整個(gè)布置感測(cè) 部250、 450以及保護(hù)部260、 460和力口熱器部270 、 470。然而， 可采用以下模式沿與檢測(cè)元件200和400的各層的堆疊方向正 交的方向僅布置這些部件的一部分。例如，可以在沿與檢測(cè)元 件200和400的各層的堆疊方向正交的方向整個(gè)布置感測(cè)部250、 450以及加熱器部270 、 470的同時(shí)沿與#r測(cè)元件200和400的各層 的堆疊方向正交的方向僅布置保護(hù)元件260、 460的一部分。此 外，在這些情況下，通過在至少一部分層疊結(jié)構(gòu)處提供部分對(duì) 稱結(jié)構(gòu)，可以防止檢測(cè)元件的該至少 一 部分在燒結(jié)時(shí)翹曲。
另外，在實(shí)施例1至3中，示出了寬量程空燃比傳感器作為 氣體傳感器100、 300和500。然而，本發(fā)明可適用于氧氣傳感器、 NOx傳感器、碳?xì)寤飩鞲衅鞯取?br> 本申請(qǐng)基于2007年11月6日提交的日本專利申請(qǐng) No.2007-288932,該日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用包含于此。
權(quán)利要求
1. 一種氣體傳感器，其包括板狀檢測(cè)元件，其被構(gòu)造成檢測(cè)待測(cè)氣體中所含有的特定氣體成分，所述檢測(cè)元件具有層疊結(jié)構(gòu)并且包括感測(cè)部，其被構(gòu)造成檢測(cè)所述特定氣體成分且具有第一表面以及與所述第一表面相反的第二表面，所述感測(cè)部包括含有第一材料作為主要成分的一個(gè)以上的固體電解質(zhì)層；第一部分，其堆疊在所述感測(cè)部的所述第一表面上且包括含有不同于所述第一材料的第二材料作為主要成分的一個(gè)以上的第一基層；以及第二部分，其堆疊在所述感測(cè)部的所述第二表面上且包括含有所述第二材料作為主要成分的一個(gè)以上的第二基層，其中，所述一個(gè)以上的第二基層的沿所述感測(cè)部、所述第一部分和所述第二部分的堆疊方向的總厚度不小于所述一個(gè)以上的第一基層的總厚度的80％但不大于所述一個(gè)以上的第一基層的總厚度的120％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣體傳感器，其特征在于，在所 述檢測(cè)元件的至少 一部分，所述第 一部分的所述一 個(gè)以上的第 一基層和所述第二部分的所述一個(gè)以上的第二基層在所述堆疊 方向上關(guān)于所述感測(cè)部對(duì)稱布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所 述感測(cè)部、所述第 一部分和所述第二部分中的每一 方沿與所述 堆疊方向正交的方向在所述檢測(cè)元件的整個(gè)區(qū)域上延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所 述感測(cè)部包括第一固體電解質(zhì)層，其具有限定所述第一表面的表面；以及第二固體電解質(zhì)層，其具有限定所述第二表面的 表面，其中，所述第二固體電解質(zhì)層的厚度不小于所述第一固體電解質(zhì)層的厚度的80%但不大于所述第一 固體電解質(zhì)層的厚度 的120%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述第一材料為氧化鋯，所述第二材料為氧化鋁。
7. —種氣體傳感器，其包括成分，所述檢測(cè)元件具有層疊結(jié)構(gòu)并且包括感測(cè)部，其被構(gòu)造成檢測(cè)所述特定氣體成分且具有第 一表面和與所述第 一 表面相反的第二表面，所述感測(cè)部包括含 有第 一材料作為主要成分的 一 個(gè)以上的固體電解質(zhì)層；多孔質(zhì)層，其堆疊在所述感測(cè)部的所述第一表面上且被構(gòu)造成使所述待測(cè)氣體暴露于所述感測(cè)部；第三基層，其沿堆疊方向在與所述感測(cè)部相反的 一側(cè) 堆疊在所述多孔質(zhì)層上且含有不同于所述第一材料的第二材料 作為主要成分；導(dǎo)入孔形成層，其堆疊在所述感測(cè)部的所述第二表面 上且具有被構(gòu)造成使所述感測(cè)部暴露于大氣的大氣導(dǎo)入孔；以 及第四基層，其沿堆疊方向在與所述感測(cè)部相反的一側(cè) 堆疊在所述導(dǎo)入孔形成層上且含有不同于所述第 一材料的第三 材料作為主要成分；其中，所述第四基層的沿所述感測(cè)部、所述多孔質(zhì)層、所 述第三基層、所述導(dǎo)入孔形成層和所述第四基層的堆疊方向的 總厚度不小于所述第三基層的總厚度的80。/。但不大于所述第三3基層的總厚度的120%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于，在所 述檢測(cè)元件的至少一部分，所述第三基層和所述第四基層在所 述堆疊方向上關(guān)于所述感測(cè)部對(duì)稱布置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述第四基層包括被構(gòu)造成通過通電而發(fā)熱的被埋設(shè)的加熱器 元件。
全文摘要
一種氣體傳感器，其包括具有層疊結(jié)構(gòu)且被構(gòu)造成檢測(cè)待測(cè)氣體中所含有的特定氣體成分的檢測(cè)元件。該檢測(cè)元件包括感測(cè)部，其包括含有第一材料作為主要成分的一個(gè)以上的固體電解質(zhì)層并且具有第一表面和與第一表面相反的第二表面；第一部分，其堆疊在第一表面上且包括含有與第一材料不同的第二材料作為主要成分的一個(gè)以上的第一基層；以及第二部分，其堆疊在第二表面上且包括含有第二材料的一個(gè)以上的第二基層。一個(gè)以上的第二基層的沿堆疊方向的總厚度不小于一個(gè)以上的第一基層的總厚度的80％但不大于一個(gè)以上的第一基層的總厚度的120％。
文檔編號(hào)G01N27/407GK101430301SQ200810175239
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者古田暢雄, 森茂樹 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社