气体传感器、气体传感器元件及其制造方法_4

文档序号:9706797阅读:来源:国知局
第1压缩模具311具有由构成平坦的第1压缩面313的矩形板状橡胶(橡胶状弹性体)构成的橡胶板部312和支撑该橡胶板部312的主体部315。另一方面,第2压缩模具316由金属体构成,在图11中,能够在上下方向上移动。
[0112]首先,将未烧结绝缘部212和插入到片贯通孔212h的未烧结电解质部231,以第1电解质片主表面233和第1绝缘片主表面213朝向第1压缩面313的方式(图中,向下)配置在第1压缩模具311上。并且,使第2压缩模具316从一侧ST1 (图中,上方)移动到另一侧ST2 (下方),通过第1压缩面313和第2压缩面317在片厚度方向ST上压缩未烧结绝缘部212而形成未烧结复合层211 (参照图12)。
[0113]另外,第2压缩模具316由平坦的金属构成,因此突出的未烧结电解质部231被压入到片贯通孔212h内,未烧结绝缘部212的第2绝缘片主表面214与未烧结电解质部231的第2电解质片主表面234处于同一平面(参照图12、图13)。另一方面,未烧结电解质部231的第1电解质片主表面233位于一侧ST1 (内侧STN)、即片贯通孔212h内。
[0114]如上所述,未烧结绝缘部212比未烧结电解质部231厚,因此未烧结绝缘部212被强烈地压缩。伴随于此,未烧结绝缘部212在与片厚度方向ST垂直的扩散方向(图13中,左右方向)上扩散,以片贯通孔212h缩径的方式变形。因此,未烧结绝缘部212的片贯通孔内周面215与未烧结电解质部231的电解质片外周面235紧密接触。
[0115]此外,第1压缩模具311的橡胶板部312由具有弹性的橡胶构成,因此通过按压,橡胶板部312自身变形。S卩,如图13中放大所示,橡胶板部312按压未烧结绝缘部212,并且与未烧结电解质部231的第1电解质片主表面233相对的部分变形,以与此接触的方式进入到片贯通孔212h内。
[0116]通过该橡胶板部312的变形和压缩,未烧结电解质部231和未烧结绝缘部212也变形。
[0117]具体地讲,未烧结绝缘部212中的第1绝缘片主表面213侧(图中,下方)的、由片贯通孔内周面215和第1绝缘片主表面213构成的角部C1 (图13中虚线所示的部位)进入到片贯通孔212h内,以覆盖未烧结电解质部231的方式变形而成为未烧结突出部222。该未烧结突出部222为在烧结后成为绝缘部112的突出部122的部位,重叠在未烧结电解质部231的第1电解质片主表面233上,向片贯通孔212h的内侧DR1 (图中,左方)突出,并且成为越靠内侧DR1厚度越薄的形态。
[0118]而且,伴随角部C1的变形,未烧结电解质部231中的、与片贯通孔内周面215相对的电解质片外周面235与第1电解质片主表面233构成的角部C2(图13中虚线所示的部位)也变形。具体地讲,第1电解质片主表面233中的、未烧结突出部222从片厚度方向外侧ST0(另一侧ST2)重叠的重叠面233s,具有越靠片贯通孔212h的外侧DR2,越位于片厚度方向内侧DTN(此处,片厚度方向一侧ST1)的形态。在本实施方式中,角部C2变形为以向外侧凸的1/4圆状弄圆的形状。
[0119]接着,进行第1印刷工序。在该第1印刷工序中,通过丝网印刷法,横跨未烧结电解质部231的第1电解质片主表面233和未烧结绝缘部212的第1绝缘片主表面213而形成未烧结第1导体层250 (未烧结第1电极层251和未烧结第1延伸层252)(参照图14)。另外,该未烧结第1导体层250 (未烧结第1延伸层252)与贯通未烧结绝缘部212的通孔112m连接(参照图15)。
[0120]接着,进行第2印刷工序。在该第2印刷工序中,也通过丝网印刷,横跨未烧结电解质部231的第2电解质片主表面234和未烧结绝缘部212的第2绝缘片主表面214而形成未烧结第2导体层255 (未烧结第2电极层256和未烧结第2延伸层257)(参照图14)。[0121 ] 接着,如图15所示,将未烧结绝缘层283、282、未烧结导入路径形成层270、未烧结复合层211、未烧结保护层260以该顺序进行层压,形成未烧结层压体210。另外,在未烧结绝缘层283上形成未烧结加热器图案281和通孔183m、183η。在未烧结导入路径形成层270上形成包含未烧结基准室槽276和未烧结通气槽277的未烧结导入槽275。另外,未烧结保护层260由在烧结后成为多孔质部162的未烧结多孔质部262和包围该未烧结多孔质部262并在烧结后成为保护部161的未烧结保护部261构成。在未烧结保护层260的后端侧DL2上形成有贯通未烧结保护部261而与通孔112m和未烧结第2导体层255连接的通孔161m、161η。另外,在未烧结层压体210上印刷在烧结后成为加热器焊盘部14、15和传感器焊盘部16、17的未烧结焊盘部(未图示)。
[0122]接着,通过公知的方法,对未烧结层压体210(参照图15)进行烧结,制作具有复合陶瓷层111、第1导体层150以及第2导体层155的气体传感器元件10 (参照图2?图4)。
[0123]在本实施方式的气体传感器元件10的制造方法中,在压缩工序中,在片厚度方向ST上压缩未烧结绝缘部212,使片贯通孔212h缩径,使片贯通孔内周面215与未烧结电解质部231的电解质片外周面235紧密接触。
[0124]而且,形成未烧结突出部222,从而能够使烧结后的复合陶瓷层111容易成为具有突出部122的形态(参照图5)。由此,对未烧结第1导体层250进行了烧结的第1导体层150,很难在第1电解质主表面133与第1绝缘主表面113之间产生裂纹和断线,能够制造可靠性高的气体传感器元件10。
[0125]在该制造方法中,在压缩工序中,将未烧结电解质部231的第1电解质片主表面233的未烧结重叠面233s,形成为越靠片贯通孔212h的外侧DR2越位于片厚度方向内侧STN的形态。因此,在烧结后的复合陶瓷层111中,能够适当地抑制以重叠面133s的任意一个部位为起点在突出部122内产生裂纹。
[0126]另外,在插入工序中,以比未烧结绝缘部212的第2绝缘片主表面214更向片厚度方向一侧ST1 (片厚度方向外侧ST0)突出的方式,将未烧结电解质部231插入到片贯通孔212h内。因此,在压缩工序中,通过第2压缩模具316的平坦的第2压缩面317进行按压,从而突出的未烧结电解质部231被压入到片贯通孔212h内,能够使未烧结电解质部231的第2电解质片主表面234与未烧结绝缘部212的第2绝缘片主表面214处于同一平面。因此,能够容易形成具有电解质部131的第2电解质主表面134与绝缘部112的第2绝缘主表面114处于同一平面的复合陶瓷层111的气体传感器元件10。
[0127]由此,对横跨第2绝缘主表面114和第2电解质主表面134而形成的未烧结第2导体层255进行了烧结的第2导体层155,也在两个主表面的边界上很难产生裂纹和断线,能够制造可靠性更高的气体传感器元件10。
[0128]在此基础上,第2电解质片主表面234与第2绝缘片主表面214处于同一平面,因此能够容易控制通过丝网印刷形成的未烧结第2导体层255的厚度,因此,能够容易控制烧结后的第2导体层155的厚度(特别是第2电解质主表面134上的第2电极层156的厚度)。
[0129](变形方式)
[0130]接着,参照图7-图14、图16-图23对变形方式的气体传感器401进行说明。本变形方式的气体传感器401与使用了 1单元类型的元件10的实施方式的气体传感器1不同的点在于,在气体传感器元件410中使用了具有两个复合陶瓷层(后述的检测用复合陶瓷层511、栗用复合陶瓷层611)的所谓的2单元类型的元件。因此,以与实施方式不同的点为中心进行说明,省略或简化相同部分的说明。另外,相同的部分产生相同的作用效果。另外,对相同内容的部件、部位标上相同标号而进行说明。
[0131]如图16所示,气体传感器401具有与气体传感器1相似的形态,具有气体传感器元件410和将该气体传感器元件410保持在自身内部的主体配件20。另外,与实施方式的气体传感器1不同,气体传感器元件410具有5个焊盘部14、15、416、417、418,因此分离器460保持分别弹性地抵接到这些焊盘部14、15、416、417、418的5个端子部件475、475、476、476、476(参照图16?图19)。另外,在实施方式的气体传感器1中,虽然在垫环73中嵌入有通过过滤器74f被覆的金属管74,但是在本变形方式的垫环473中没有设置有过滤器等。即,成为不将气体传感器401外的大气导入到内部的形态。
[0132]气体传感器元件410也具有长度方向DL (图16、图17中,上下方向)长的矩形板状。该气体传感器元件410也以自身的中心与轴线AX —致的形态配置在气体传感器401内(参照图16)。气体传感器元件410再朝向厚度方向另一侧DT2(图18、图19中,下方)的第2元件主表面410b上且后端部410k内具有两个加热器焊盘部14、15。另外,在朝向与此相反的厚度方向一侧DT1(图18、图19中,上方)的第1元件主表面410a上且后端部410k内具有三个传感器焊盘部416、417、418。
[0133]该气体传感器元件410也有在厚度方向DT上层压的多个陶瓷层和导体层构成。具体地讲,具有在被测定气体中的氧气浓度的检测中使用的检测用复合陶瓷层511、和比该检测用复合陶瓷层511更位于厚度方向一侧DT1 (图18、图19中,上方)且在测定室SP中的被测定气体中的氧气浓度的调整中使用的栗用复合陶瓷层611。另外,在这些检测用复合陶瓷层511和栗用复合陶瓷层611之间配置有绝缘层570。在检测用复合陶瓷层511的厚度方向另一侧DT2(图18、图19中,下方)上形成有第1导体层550,在一侧DT1 (图18、图19中,上方)上形成有第2导体层555。另外,在栗用复合陶瓷层611的一侧DT1上形成有第1导体层650,在另一侧DT2上形成有第2导体层655。而且,在检测用复合陶瓷层511和第1导体层550的另一侧DT2上层压有与实施方式相同的加热层180,在栗用复合陶瓷层611和第1导体层650的一侧DT1上层压有保护层560 (参照图18、图19)。
[0134]它们中的检测用复合陶瓷层511具有:检测用绝缘部512,是由氧化铝构成的矩形板状,具有在厚度方向DT上贯通自身的俯视时呈矩形状的贯通孔512h ;以及检测用电解质部531,是由氧化锆陶瓷构成的板状,配置在检测用绝缘部512的贯通孔512h内(参照图
18)。检测用绝缘部512具有朝向另一侧DT2的第1绝缘主表面513、朝向一侧DT1的第2绝缘主表面514以及构成贯通孔512h的贯通孔内周面515。另外,检测用电解质部531具有朝向另一侧DT2的第1电解质主表面533、朝向一侧DT1的第2电解质主表面534以及与检测用绝缘部512的贯通孔内周面515紧密接触的电解质外周面535 (参照图20、图21)。
[0135]第1导体层550由矩形状的第1电极层551和带状的第1延伸层552构成,该第1电极层551在检测用电解质部531的第1电解质主表面533上比贯通孔512h更向内侧退避而形成,该第1延伸层552从该第1电极层551向长度方向后端侧DL2延伸(参照图
18)。第1延伸层552横跨第1电解质主表面533和第1绝缘主表面513而从第1电解质主表面533上延伸到第1绝缘主表面513上(参照图21)。另外,第2导体层555与第1导体层550同样,由矩形状的第2电极层556和带状的第2延伸层557构成,该第2电极层556在检测用电解质部531的第2电解质主表面534上比贯通孔512h更向内侧退避而形成,该第2延伸层557从该第2电极层556向后端侧DL2延伸(参照图18)。第2延伸层557横跨第2电解质主表面534和第2绝缘主表面514而从第2电解质主表面534上延伸到第2绝缘主表面514上(参照图20)。
[0136]另一方面,栗用复合陶瓷层611也具有:栗用绝缘部612,是由氧化铝构成的矩形状,具有在在厚度方向DT上贯通自身的俯视时呈矩形状的贯通孔612h ;以及栗用电解质部631,是由氧化锆陶瓷构成的板状,配置在栗用绝缘部612的贯通孔612h内(参照图18)。栗用绝缘部612具有朝向厚度方向一侧DT1的第1绝缘主表面613、朝向厚度方向另一侧DT2的第2绝缘主表面614以及构成贯通孔612h的贯通孔内周面615。另外,栗用电解质部631具有朝向一侧DT1的第1电解质主表面633、朝向另一侧DT2的第2电解质主表面634以及与栗用绝缘部612的贯通孔内周面615紧密接触的电解质外周面635 (参照图20、图 22)。
[0137]第1导体层650由矩形状的第1电极层651和带状的第1延伸层652构成,该第1电极层651在栗用电解质部631的第1电解质主表面633上比贯通孔612h更向内侧退避而形成,该第1延伸层652从该第1电极层651延伸到后端侧DL2 (参照图18)。第1延伸层652横跨第1电解质主表面633和第1绝缘主表面613而从第1电解质主表面633上延伸到第1绝缘主表面613上(参照图22)。第2导体层655与第1导体层650同样,由矩形状的第2电极层656和带状的第2延伸层657构成,该第2电极层656在栗用电解质部631的第2电解质主表面634上比贯通孔612h更向内侧退避而形成,该第2延伸层657从该第2电极层656延伸到后端侧DL2 (参照图18)。第2延伸层657横跨第2电解质主表面634和第2绝缘主表面614而从第2电解质主表面634上延伸到第2绝缘主表面614上(参照图 20) ο
[0138]另外,绝
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