气体传感器、气体传感器元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对被测定气体进行检测的气体传感器元件、具有这种气体传感器元件的气体传感器以及气体传感器元件的制造方法。
【背景技术】
[0002]关于气体传感器元件，例如，在专利文献1中公开有如下的气体传感器元件，该气体传感器元件具有在绝缘部件(后述的周围部)的贯通孔内配置了固体电解质体(后述的电解质部)的层(后述的复合陶瓷层)。
[0003]现有技术
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献1:日本特开2007-278941号公报
[0006]但是，在上述的专利文献1的气体传感器元件中，固体电解质体(电解质部)的外周面(后述的电解质外周面)相对于绝缘部件(周围部)的表面，与大致垂直的贯通孔的内周面(后述的贯通孔内周面)相接。因此，电解质部的电解质外周面与周围部的贯通孔内周面的在厚度方向上接触的长度短，在制造时，不能充分确保电解质部的电解质外周面与周围部的贯通孔内周面之间的、厚度方向的密接长度，存在通过在它们之间产生的间隙，成为电解质部的两主面之间通过间隙而连通的气体传感器元件的情况。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于上述问题而完成的，提供抑制了由电解质部与周围部之间的间隙引起的问题的可靠性高的气体传感器元件以及具有这种气体传感器元件的气体传感器。另夕卜，提供这种气体传感器元件的制造方法。
[0008]本发明的一方式，提供一种气体传感器元件，具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有:电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，上述电解质部配置在上述贯通孔内，上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，其中，在气体传感器元件中，上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接。
[0009]在上述的气体传感器元件中，电解质体的电解质外周面的相对面与周围部的贯通孔内周面的相对面，分别具有构成越向厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面的形态，因此能够使电解质部的相对面与周围部的相对面在厚度方向上接触的长度更长。而且，贯通孔内周面和电解质外周面的相对面彼此在整周且整面上密接。因此，能够抑制在电解质部与周围部之间产生在电解质部的两主面之间连通的间隙，能够成为防止由于气体通过这种间隙流通而引起的精度降低的气体传感器元件。因此，能够成为可靠性高的气体传感器元件。
[0010]另外，在复合陶瓷层中包含电解质体的电解质外周面整体、以及周围部的贯通孔内周面整体分别成为相对面的情况。除此以外，还包含如下形态:由于电解质体与周围部之间的、厚度的不同或相互配置的偏差，在电解质体的电解质外周面和周围部的贯通孔内周面中，相比各自的相对面的厚度方向的一侧和另一侧的两方或任意一侧包含不相对的部位。
[0011 ]另外，关于“斜面”，在沿着电解质部的厚度方向的纵截面中，优选使电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度Θ (指构成锐角(0°?90°的范围)一侧的角度)成为45° < Θ <80°。而且，更优选为55° < Θ <75°。当电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度Θ超过80°时，相对面虽然是斜面但接近垂直，不能充分确保其密接长度。另一面，当电解质部的一侧主面与电解质外周面的相对面(斜面)构成的角度Θ小于45°时，很难确保电解质部的另一侧主面的面积，设置在该另一侧主面上的电极变小，因此传感器输出变小。
[0012]另外，作为构成复合陶瓷层的周围部的材质，除了由绝缘陶瓷(例如氧化铝)构成以外，还能够使用由绝缘陶瓷和固体电解质陶瓷(例如，氧化铝与氧化锆的混合陶瓷)构成的材质。
[0013]而且，在上述的气体传感器元件中，所述电解质部是对包含所述固体电解质陶瓷的电解质片体进行烧结而成的，所述电解质片体的片体外周面构成越向片厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，所述周围部是对与上述电解质片体的上述片体外周面接触的包含所述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层进行烧结而成的。
[0014]在上述的气体传感器元件中，电解质部是对电解质片体进行烧结而成，周围部是对绝缘浆料的层进行烧结而成。而且，在进行烧结前，绝缘浆料的层与电解质片体的片体外周面相接。因此，由于在维持片体外周面的斜面形状的状态下进行烧结，因此能够使电解质部的电解质外周面的相对面可靠地成为构成上述斜面的形状。在此基础上，在构成电解质外周面的片体外周面上密接绝缘浆料的层而形成。因此，能够成为使电解质外周面和周围部的贯通孔内周面的相对面彼此在整周且整面可靠地密接的气体传感器元件。
[0015]另外，作为陶瓷浆料的材质，除了由绝缘陶瓷(例如氧化铝)构成以外，还能够使用由包含绝缘陶瓷和固体电解质陶瓷的陶瓷(例如氧化铝和氧化锆)构成的材质。
[0016]在上述的气体传感器元件中，在所述复合陶瓷层的所述厚度方向的所述一侧具有对所述电解质部进行加热的加热器。
[0017]在该气体传感器元件中，在具有越向厚度方向的一侧靠近越位于外侧的相对面(斜面)的电解质部的一侧配置有加热器。即，对于越是一侧截面积越大的电解质部，能够从其一侧通过加热器进行加热，因此容易对电解质部进行加热，能够使其更快升温和活性化。
[0018]而且，在上述的气体传感器元件中，所述气体传感器元件具有配置在所述复合陶瓷层与所述加热器之间的第2复合陶瓷层，上述第2复合陶瓷层具有:第2电解质部，是由所述固体电解质陶瓷构成的板状，包含第2电解质外周面；以及第2周围部，是由所述绝缘性陶瓷构成或由上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的第2贯通孔的第2贯通孔内周面，热传导率比上述第2电解质部高，上述第2电解质部配置在上述第2贯通孔内，上述第2电解质部的上述第2电解质外周面与上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面抵接，上述第2电解质部与上述复合陶瓷层的所述电解质部分开，在它们之间构成导入被测定气体的测定室，上述第2电解质部的上述第2电解质外周面和上述第2周围部的上述第2贯通孔内周面中的彼此相对的第2相对面分别构成越向所述厚度方向的一侧靠近越位于内侧的斜面，在整周且整面上彼此密接。
[0019]在该气体传感器元件中，除了上述的复合陶瓷层以外，还具有配置在该复合陶瓷层与加热器之间的第2复合陶瓷层，第2复合陶瓷层在该第2电解质部与复合陶瓷层的电解质部之间构成测定室。另外，第2周围部的热传导率比第2电解质部高，而且，与复合陶瓷层的相对面相反，第2复合陶瓷层的第2相对面构成越向一侧靠近越位于内侧的斜面。即，在第2复合陶瓷层中的、热传导率相对高的第2周围部中，一侧(即加热器侧)的面积变大。
[0020]在该气体传感器元件中，在复合陶瓷层与加热器之间介有第2复合陶瓷层，而且，还存在测定室，因此与第2复合陶瓷层的第2电解质部相比，加热器的热很难到达复合陶瓷层的电解质部，温度很难上升。但是，在该气体传感器元件中，将从加热器发出的热，从热传导率高的第2周围部中的面积比较大的一侧的面，更多地取入到该第2周围部，能够使其高效地转移到复合陶瓷层侧。因此，与使第2相对面在厚度方向上平行、或者成为越向一侧靠近越位于外侧的斜面的情况相比，能够使复合陶瓷层的电解质部更适当地加热并升温。
[0021]而且，本发明的另一方式提供具有上述任意一个气体传感器元件的气体传感器。
[0022]上述的气体传感器具有上述的气体传感器元件，因此能够成为抑制了在电解质部与周围部之间产生间隙的可靠性高的气体传感器。
[0023]而且，本发明的另一方式，一种气体传感器元件的制造方法，该气体传感器元件具有复合陶瓷层，该复合陶瓷层具有:电解质部，是由固体电解质陶瓷构成的板状，包含电解质外周面；以及周围部，是由绝缘性陶瓷构成或由绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷构成的板状，包含构成在厚度方向上贯通的贯通孔的贯通孔内周面，上述电解质部配置在上述贯通孔内，上述电解质部的上述电解质外周面与上述周围部的上述贯通孔内周面抵接，其中，在气体传感器元件的制造方法中，上述电解质部的上述电解质外周面和上述周围部的上述贯通孔内周面中的彼此相对的相对面分别构成越向上述厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面，在整周且整面上彼此密接，上述气体传感器元件的制造方法包括:复合层形成工序，在由包含上述固体电解质陶瓷的还片(greensheet)形成且成为片体外周面构成越向片厚度方向的一侧靠近越位于外侧的斜面的形态的电解质片体的周围上，以与上述片体外周面接触的方式配置包含上述绝缘性陶瓷或包含上述绝缘性陶瓷和上述固体电解质陶瓷的陶瓷浆料的层并进行干燥，从而形成未烧结复合陶瓷层；以及烧结工序，对上述未烧结复合陶瓷层进行烧结，形成具有上述电解质部和上述周围部的上述复合陶瓷层。
[0024]在上述的气体传感器元件的制造方法中，在复合层形成工序中，以与构成上述斜面的片体外周面接触的方式，将绝缘浆料的层配置在电解质片体的周围。由此，能够使绝缘浆料的层可靠地且以大的接触面积密接到片体外周面。因此，防止在烧结后的电解质外周面和周围部的贯通孔内周面的相对面彼此之间