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JP6586368B2 - Manufacturing method of sensor element, sensor element and gas sensor - Google Patents
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JP6586368B2 - Manufacturing method of sensor element, sensor element and gas sensor - Google Patents

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JP6586368B2 JP2016004240A JP2016004240A JP6586368B2 JP 6586368 B2 JP6586368 B2 JP 6586368B2 JP 2016004240 A JP2016004240 A JP 2016004240A JP 2016004240 A JP2016004240 A JP 2016004240A JP 6586368 B2 JP6586368 B2 JP 6586368B2
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Description

本発明は、センサ素子の製造方法、センサ素子及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a sensor element, a sensor element, and a gas sensor.

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxなどの所定のガスの濃度を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサのセンサ素子において、固体電解質層を貫通するように形成され内周面が絶縁層で被覆されたスルーホール内に導通電極を形成して、固体電解質層の表裏の導電部間を導通させたものが知られている。スルーホールの内周面を絶縁層で被覆する方法としては、スルーホールが形成された未焼成固体電解質シートの表面に絶縁層用ペーストをスクリーン印刷して、絶縁層用ペーストをスルーホール内に流下させる方法が知られている(例えば、特許文献1)。このような方法はスルーホール印刷とも呼ばれている。また、スルーホール内に導通電極を形成する方法としては、以下の方法が知られている。まず、貫通孔を有するメタルマスクとスルーホールが形成されたグリーンシートとを用意して、貫通孔とスルーホールとを位置合わせして両者を固定する。続いて、スキージを移動させることでメタルマスク上に供給された導電性ペーストをスルーホール内に充填する(例えば、特許文献2)。   Conventionally, a gas sensor that detects the concentration of a predetermined gas such as NOx in a gas to be measured such as an exhaust gas of an automobile is known. In the sensor element of this gas sensor, a conductive electrode is formed in a through hole formed so as to penetrate the solid electrolyte layer and the inner peripheral surface is covered with an insulating layer, thereby conducting between the conductive portions on the front and back of the solid electrolyte layer. Is known. As a method of covering the inner peripheral surface of the through hole with the insulating layer, the insulating layer paste is screen printed on the surface of the unfired solid electrolyte sheet on which the through hole is formed, and the insulating layer paste flows down into the through hole. The method of making it known is known (for example, patent document 1). Such a method is also called through-hole printing. Further, the following methods are known as methods for forming a conductive electrode in a through hole. First, a metal mask having a through hole and a green sheet on which a through hole is formed are prepared, the through hole and the through hole are aligned, and both are fixed. Subsequently, the conductive paste supplied on the metal mask is filled into the through hole by moving the squeegee (for example, Patent Document 2).

特許第4413362号Japanese Patent No. 4413362 特開2011−159839号公報JP 2011-159839 A

ところで、スルーホール内を絶縁層用ペーストで被覆した後にスルーホール内に導電性ペーストを充填する場合において、導電性ペーストがスルーホール内を移動するのに伴い絶縁層用ペーストが流されてしまう場合があった。そして、絶縁層用ペーストが流されることで、スルーホールの内周面の一部に絶縁層の厚さが不十分な箇所が生じ、絶縁層による導電体の絶縁が不十分な箇所が生じる場合があった。   By the way, when filling the through hole with the conductive paste after covering the inside of the through hole with the insulating layer paste, the insulating layer paste flows as the conductive paste moves through the through hole. was there. And when the insulating layer paste is poured, a part where the thickness of the insulating layer is insufficient is generated on a part of the inner peripheral surface of the through hole, and a part where the insulation of the conductor by the insulating layer is insufficient is generated. was there.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to prevent partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole.

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。   The present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.

本発明のセンサ素子の製造方法は、
(a)1枚のグリーンシート又は積層された複数のグリーンシートを有し、第1開口及び該第1開口とは反対側の第2開口を有するスルーホールが形成されたグリーン構造体を用意する工程と、
(b)前記スルーホールの内周面を絶縁性ペーストで被覆して未焼成絶縁層を形成する工程であって、前記スルーホールの中心軸に沿った断面視で、前記中心軸に垂直な方向を高さ方向とし、前記スルーホール内の前記軸方向の中央から前記第1開口側を第1領域,前記第2開口側を第2領域とし、前記第1領域内の前記未焼成絶縁層と前記中心軸との前記高さ方向の最短距離を距離D1とし、前記第2領域内の前記未焼成絶縁層と前記中心軸との前記高さ方向の最短距離を距離D2としたときに、距離D1<距離D2となるように前記被覆を行う工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記スルーホール内に前記第1開口側から導電性ペーストを充填して未焼成導電体を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記グリーン構造体を焼成して、前記未焼成絶縁層が絶縁層となり前記未焼成導電体が導電体となった構造体を有するセンサ素子を得る工程と、
を含むものである。
The manufacturing method of the sensor element of the present invention includes:
(A) A green structure having a single green sheet or a plurality of stacked green sheets and having a first opening and a through hole having a second opening opposite to the first opening is prepared. Process,
(B) A step of forming an unsintered insulating layer by coating the inner peripheral surface of the through hole with an insulating paste, in a direction perpendicular to the central axis in a sectional view along the central axis of the through hole The first opening side from the center of the axial direction in the through hole as a first region, the second opening side as a second region, and the unsintered insulating layer in the first region When the shortest distance in the height direction from the central axis is a distance D1, and the shortest distance in the height direction between the green insulating layer in the second region and the central axis is a distance D2, the distance Performing the coating so that D1 <distance D2.
(C) after the step (b), filling the through hole with a conductive paste from the first opening side to form an unfired conductor;
(D) after the step (c), firing the green structure to obtain a sensor element having a structure in which the unsintered insulating layer becomes an insulating layer and the unsintered conductor becomes a conductor; ,
Is included.

このセンサ素子の製造方法では、スルーホールの内周面を絶縁性ペーストで被覆して未焼成絶縁層を形成するにあたり、距離D1<距離D2となるように被覆を行う。すなわち、スルーホール内の軸方向の中央から第1開口側を第1領域,第2開口側を第2領域としたときに、第1領域内の未焼成絶縁層が第2領域内の未焼成絶縁層と比べてスルーホールの径方向内側に盛り上がった盛り上がり部を有するように、未焼成絶縁層を形成する。その後、スルーホール内に第1開口側から導電性ペーストを充填して未焼成導電体を形成する。ここで、第1開口側から導電性ペーストを充填する際には、第2領域と比べて第1領域の未焼成絶縁層が導電性ペーストの移動に伴って第2開口側に流されやすい。しかし、本発明のセンサ素子の製造方法では、第2開口側に流される分を考慮して、予め第1領域の未焼成絶縁層が盛り上がり部を有するようにしている。その結果、予めこのような盛り上がり部を形成しておかなかった場合と比べて、導電性ペーストの充填及び焼成後の絶縁層と導電体との境界は、比較的平坦な形状になる。そのため、スルーホール内の絶縁層の厚さが不十分な箇所が生じにくくなる。したがって、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できる。   In this method of manufacturing the sensor element, the inner peripheral surface of the through hole is coated with an insulating paste to form a green insulating layer, and the coating is performed so that distance D1 <distance D2. That is, when the first opening side is the first region and the second opening side is the second region from the axial center in the through hole, the unsintered insulating layer in the first region is unsintered in the second region. The unsintered insulating layer is formed so as to have a raised portion that swells radially inward of the through hole as compared with the insulating layer. Thereafter, a conductive paste is filled into the through hole from the first opening side to form an unfired conductor. Here, when the conductive paste is filled from the first opening side, the unfired insulating layer in the first region is more likely to flow toward the second opening side with the movement of the conductive paste than in the second region. However, in the method for manufacturing a sensor element of the present invention, the unfired insulating layer in the first region has a raised portion in advance in consideration of the amount that flows to the second opening side. As a result, the boundary between the insulating layer and the conductor after the filling and firing of the conductive paste becomes a relatively flat shape as compared with the case where such a raised portion is not formed in advance. Therefore, it is difficult to generate a portion where the thickness of the insulating layer in the through hole is insufficient. Therefore, partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole can be suppressed.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記工程(b)では、前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理と、前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理と、をそれぞれ1回以上行い、且つ前記第2処理では前記第1処理と比べて粘度の高い前記絶縁性ペーストを用いてもよい。ここで、第1処理を行う場合は絶縁性ペーストは第2領域側が盛り上がりやすく、第2処理を行う場合は第1領域側が盛り上がりやすい。そして、第1処理と比べて第2処理で粘度の高い絶縁性ペーストを用いることで、第1領域の未焼成絶縁層の盛り上がり部の高さが高くなりやすくなる。したがって、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層を形成して、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できる。   In the method for manufacturing a sensor element of the present invention, in the step (b), a first treatment for flowing the insulating paste into the inner peripheral surface from the first opening side, and the insulating paste on the second opening side. And the second treatment that flows into the inner peripheral surface is performed once or more, and the insulating paste having a higher viscosity than the first treatment may be used in the second treatment. Here, when the first treatment is performed, the insulating paste tends to swell on the second region side, and when the second treatment is performed, the first region side tends to swell. Then, by using an insulating paste having a higher viscosity in the second process than in the first process, the height of the raised portion of the unfired insulating layer in the first region is likely to increase. Therefore, it is possible to relatively easily form an unsintered insulating layer satisfying the distance D1 <distance D2, and to suppress partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記工程(b)では、前記スルーホール内を前記第2開口側から吸引しつつ前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理と、前記スルーホール内を前記第1開口側から吸引しつつ前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理と、をそれぞれ1回以上行い、且つ前記第2処理では前記第1処理と比べて前記吸引の力を弱くしてもよい。ここで、第1処理及び第2処理を行う際には、吸引の力が強すぎると、スルーホール内を通過してしまう絶縁性ペーストの量が多くなり、盛り上がり部の高さが低くなる場合がある。そのため、第1処理と比べて第2処理での吸引の力を弱くすることで、第1領域の未焼成絶縁層の盛り上がり部の高さが高くなりやすくなる。したがって、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層を形成して、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できる。   In the method for manufacturing a sensor element of the present invention, in the step (b), the insulating paste is caused to flow from the first opening side to the inner peripheral surface while sucking the inside of the through hole from the second opening side. One treatment and a second treatment for causing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the second opening side while sucking the inside of the through hole from the first opening side, respectively, and In the second process, the suction force may be weaker than that in the first process. Here, when the first treatment and the second treatment are performed, if the suction force is too strong, the amount of the insulating paste that passes through the through hole increases, and the height of the raised portion decreases. There is. Therefore, by reducing the suction force in the second process as compared with the first process, the height of the raised portion of the unfired insulating layer in the first region is likely to increase. Therefore, it is possible to relatively easily form an unsintered insulating layer satisfying the distance D1 <distance D2, and to suppress partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記工程(b)では、前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理を0回以上行い、前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理を1回以上行い、且つ該第2処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量を該第1処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量よりも多くしてもよい。上述したように、第1処理を行う場合は絶縁性ペーストは第2領域側が盛り上がりやすく、第2処理を行う場合は第1領域側が盛り上がりやすい。そのため、第1処理と比べて第2処理で内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量を多くすることで、第1領域の未焼成絶縁層の盛り上がり部の高さが高くなりやすくなる。したがって、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層を形成して、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できる。なお、第1処理の回数は0回でもよいが、1回以上とすることが好ましい。第1処理を1回以上行うことで、第2領域(特に第2開口側の端部)の絶縁が不十分になることをより抑制できる。また、前記工程(b)では、前記第2処理を行う回数を前記第1処理を行う回数よりも多くすることで、該第2処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量を該第1処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量よりも多くしてもよい。こうすれば、第1処理と第2処理とで1回の処理に用いる絶縁性ペーストの量を変える必要がないため、処理が行いやすい。   In the method for manufacturing a sensor element of the present invention, in the step (b), a first treatment for causing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the first opening side is performed zero or more times, and the insulating paste is The second treatment for flowing into the inner peripheral surface from the second opening side is performed one or more times, and the total amount of the insulating paste covering the inner peripheral surface by the second treatment is applied to the inner peripheral surface by the first treatment. You may increase more than the total amount of the insulating paste to coat | cover. As described above, when the first treatment is performed, the insulating paste tends to swell on the second region side, and when the second treatment is performed, the first region side tends to swell. Therefore, by increasing the total amount of the insulating paste that covers the inner peripheral surface in the second process as compared with the first process, the height of the raised portion of the unfired insulating layer in the first region is likely to increase. Therefore, it is possible to relatively easily form an unsintered insulating layer satisfying the distance D1 <distance D2, and to suppress partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole. Note that the number of times of the first processing may be zero, but it is preferable to be one or more times. By performing the first treatment at least once, it is possible to further suppress the insulation of the second region (particularly the end portion on the second opening side) from becoming insufficient. Further, in the step (b), the total number of insulating pastes covering the inner peripheral surface in the second process is increased by increasing the number of times of performing the second process more than the number of times of performing the first process. You may increase more than the total amount of the insulating paste which coat | covers the said internal peripheral surface by 1st process. By doing this, it is not necessary to change the amount of the insulating paste used for one process between the first process and the second process, and therefore the process is easy to perform.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記工程(a)では、前記第1開口の縁と前記第2開口の縁との少なくとも一方に面取り部が形成された前記グリーン構造体を用意してもよい。第1開口の縁に面取り部が形成されていることで、未焼成絶縁層の第1開口側の端部が厚くなりやすくなるため、スルーホール内の第1開口側の端部での絶縁層による導電体の絶縁が不十分になることを抑制できる。第2開口の縁の面取り部についても同様に、スルーホール内の第2開口側の端部での絶縁層による導電体の絶縁が不十分になることを抑制できる。   In the method for manufacturing a sensor element of the present invention, in the step (a), the green structure having a chamfered portion formed on at least one of an edge of the first opening and an edge of the second opening may be prepared. Good. Since the end portion on the first opening side of the unfired insulating layer is likely to be thick because the chamfered portion is formed at the edge of the first opening, the insulating layer at the end portion on the first opening side in the through hole It can suppress that the insulation of the conductor by becomes inadequate. Similarly, with respect to the chamfered portion of the edge of the second opening, it is possible to suppress insufficient insulation of the conductor by the insulating layer at the end portion on the second opening side in the through hole.

本発明のセンサ素子の製造方法において、前記工程(b)では、距離D3(=距離D2−距離D1)≧3.0μmとなるように前記被覆を行ってもよい。このように第1領域の未焼成絶縁層の盛り上がり部の高さをより高くしておくことで、上述したスルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制する効果がより確実に得られる。   In the method for manufacturing a sensor element of the present invention, in the step (b), the covering may be performed so that the distance D3 (= distance D2−distance D1) ≧ 3.0 μm. In this way, by increasing the height of the raised portion of the unfired insulating layer in the first region, it is possible to prevent partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole described above. The effect to do is acquired more reliably.

本発明のセンサ素子は、
1層以上の層を貫通するスルーホールが形成された積層体と、
前記スルーホール内に充填された導電体と、
前記スルーホールの内周面を被覆し該内周面と前記導電体との間に配設され、前記スルーホールの中心軸に沿った断面視で、該中心軸に垂直な方向を高さ方向としたときに、該高さ方向の最高点と最低点との差D4が0μm以上5.0μm未満である絶縁層と、
を備えたものである。
The sensor element of the present invention is
A laminate in which a through-hole penetrating one or more layers is formed;
A conductor filled in the through hole;
Covers the inner peripheral surface of the through hole and is disposed between the inner peripheral surface and the conductor, and in a cross-sectional view along the central axis of the through hole, a direction perpendicular to the central axis is a height direction The difference D4 between the highest point and the lowest point in the height direction is 0 μm or more and less than 5.0 μm,
It is equipped with.

このセンサ素子は、スルーホールの内周面を被覆し内周面と導電体との間に配設された絶縁層を有している。そして、この絶縁層は、高さ方向の最高点と最低点との差D4が0μm以上5.0μm未満となっている。すなわち、絶縁層と導電体との境界が比較的平坦な形状になっている。そのため、本発明のセンサ素子は、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できている。このようなセンサ素子は、例えば上述した本発明のセンサ素子の製造方法により得ることができる。この場合において、本発明のセンサ素子は、前記ガスセンサ素子を固定する固定部と、前記ガスセンサ素子の長手方向の一端を覆う保護カバーと、を備えていてもよい。   The sensor element has an insulating layer that covers the inner peripheral surface of the through hole and is disposed between the inner peripheral surface and the conductor. In this insulating layer, the difference D4 between the highest point and the lowest point in the height direction is 0 μm or more and less than 5.0 μm. That is, the boundary between the insulating layer and the conductor has a relatively flat shape. Therefore, the sensor element of the present invention can suppress the partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole. Such a sensor element can be obtained, for example, by the above-described method for manufacturing a sensor element of the present invention. In this case, the sensor element of the present invention may include a fixing portion that fixes the gas sensor element, and a protective cover that covers one end of the gas sensor element in the longitudinal direction.

本発明のガスセンサは、
上述したいずれかの態様の本発明の製造方法で製造されたセンサ素子又は上述した本発明のセンサ素子、
を備えたものである。
The gas sensor of the present invention is
The sensor element manufactured by the manufacturing method of the present invention according to any one of the aspects described above, or the sensor element of the present invention described above,
It is equipped with.

このガスセンサは、上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子を備えている。そのため、上述した本発明のセンサ素子の製造方法又は本発明のセンサ素子と同様の効果が得られる。例えば、本発明のガスセンサは、スルーホール内の絶縁層による導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できている。   This gas sensor includes the sensor element of the present invention according to any one of the aspects described above. Therefore, the same effect as the above-described method for producing the sensor element of the present invention or the sensor element of the present invention can be obtained. For example, the gas sensor of the present invention can suppress partial insulation of the conductor by the insulating layer in the through hole.

ガスセンサ100の縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of a gas sensor 100. FIG. センサ素子101の断面模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the sensor element 101. スルーホール73周辺の拡大断面模式図。The enlarged cross-sectional schematic diagram of the through-hole 73 periphery. 距離D4の説明図。Explanatory drawing of distance D4. 未焼成絶縁層96c及び未焼成導電体97aを形成する様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the unbaking insulating layer 96c and the unbaking conductor 97a are formed. 変形例の未焼成絶縁層96cを形成する様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the unsintered insulating layer 96c of a modification is formed. 変形例の未焼成絶縁層96cを形成する様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the unsintered insulating layer 96c of a modification is formed. 面取り部73f,73gが形成された変形例のグリーン構造体の説明図。Explanatory drawing of the green structure of the modification in which the chamfered parts 73f and 73g were formed.

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態であるガスセンサ100の縦断面図である。図2は、センサ素子101の断面模式図である。図3は、センサ素子101のスルーホール73周辺の拡大断面模式図である。なお、センサ素子101は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子101の長手方向(図2の左右方向)を前後方向とし、センサ素子101の厚み方向(図2の上下方向)を上下方向とする。また、センサ素子101の幅方向(前後方向及び上下方向に垂直な方向)を左右方向とする。また、図1に示したようなガスセンサ100の構造は公知であり、例えば特開2012−210637号公報に記載されている。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the sensor element 101. FIG. 3 is an enlarged schematic sectional view around the through hole 73 of the sensor element 101. The sensor element 101 has a long rectangular parallelepiped shape. The longitudinal direction of the sensor element 101 (left-right direction in FIG. 2) is the front-rear direction, and the thickness direction of the sensor element 101 (up-down direction in FIG. 2) is vertical. The direction. The width direction of sensor element 101 (the direction perpendicular to the front-rear direction and the up-down direction) is the left-right direction. Moreover, the structure of the gas sensor 100 as shown in FIG. 1 is well-known, for example, it describes in Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-210637.

ガスセンサ100は、センサ素子101と、センサ素子101の長手方向の一端側である前端側(図1の下端側)を覆って保護する保護カバー110と、センサ素子101を封入固定する素子封止体120(本発明の固定部に相当)と、素子封止体120に取り付けられたナット130と、を備えている。このガスセンサ100は、図示するように例えば車両の排ガス管などの配管140に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるNOxやO2等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ100は特定ガス濃度としてNOx濃度を測定するものとした。 The gas sensor 100 includes a sensor element 101, a protective cover 110 that covers and protects the front end side (the lower end side in FIG. 1) that is one end side in the longitudinal direction of the sensor element 101, and an element sealing body that encloses and fixes the sensor element 101 120 (corresponding to the fixing portion of the present invention) and a nut 130 attached to the element sealing body 120. This gas sensor 100 is attached to a pipe 140 such as an exhaust gas pipe of a vehicle as shown in the figure, and is used to measure the concentration of a specific gas such as NOx or O 2 contained in the exhaust gas as the gas to be measured. . In the present embodiment, the gas sensor 100 measures the NOx concentration as the specific gas concentration.

保護カバー110は、センサ素子101の一端を覆う有底筒状の内側保護カバー111と、この内側保護カバー111を覆う有底筒状の外側保護カバー112とを備えている。内側保護カバー111及び外側保護カバー112には、被測定ガスを保護カバー110内に流通させるための複数の孔が形成されている。センサ素子101の一端は、内側保護カバー111で囲まれた空間内に配置されている。   The protective cover 110 includes a bottomed cylindrical inner protective cover 111 that covers one end of the sensor element 101, and a bottomed cylindrical outer protective cover 112 that covers the inner protective cover 111. The inner protective cover 111 and the outer protective cover 112 are formed with a plurality of holes for allowing the gas to be measured to flow through the protective cover 110. One end of the sensor element 101 is disposed in a space surrounded by the inner protective cover 111.

素子封止体120は、円筒状の主体金具122と、主体金具122の内側の貫通孔内に封入されたセラミックス製のサポーター124と、主体金具122の内側の貫通孔内に封入されタルクなどのセラミックス粉末を成形した圧粉体126と、を備えている。センサ素子101は素子封止体120の中心軸上に位置しており、素子封止体120を前後方向に貫通している。圧粉体126は主体金具122とセンサ素子101との間で圧縮されている。これにより、圧粉体126が主体金具122内の貫通孔を封止すると共にセンサ素子101を固定している。   The element sealing body 120 includes a cylindrical metal shell 122, a ceramic supporter 124 sealed in a through hole inside the metal shell 122, and a talc or the like sealed in a through hole inside the metal shell 122. And a green compact 126 formed of ceramic powder. The sensor element 101 is located on the central axis of the element sealing body 120 and penetrates the element sealing body 120 in the front-rear direction. The green compact 126 is compressed between the metal shell 122 and the sensor element 101. Thereby, the green compact 126 seals the through hole in the metal shell 122 and fixes the sensor element 101.

ナット130は、主体金具122と同軸に固定されており、外周面に雄ネジ部が形成されている。ナット130の雄ネジ部は、配管140に溶接され内周面に雌ネジ部が設けられた取付用部材141内に挿入されている。これにより、ガスセンサ100は、センサ素子101の一端や保護カバー1100の部分が配管140内に突出した状態で、配管140に固定できるようになっている。   The nut 130 is fixed coaxially with the metal shell 122, and has an external thread portion on the outer peripheral surface. The male screw portion of the nut 130 is inserted into a mounting member 141 welded to the pipe 140 and provided with a female screw portion on the inner peripheral surface. As a result, the gas sensor 100 can be fixed to the pipe 140 in a state where one end of the sensor element 101 and the portion of the protective cover 1100 protrude into the pipe 140.

図2に示すように、センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。 As shown in FIG. 2, the sensor element 101 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, and a third substrate layer 3 each made of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2 ). The first solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the second solid electrolyte layer 6 are elements having a structure in which the layers are laminated in this order from the bottom in the drawing. The solid electrolyte forming these six layers is dense and airtight. The sensor element 101 is manufactured, for example, by performing predetermined processing and circuit pattern printing on a ceramic green sheet corresponding to each layer, stacking them, and firing and integrating them.

センサ素子101の一先端部(前方向の端部)であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。   One end portion (front end portion) of the sensor element 101, and between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, the gas inlet 10 and the first diffusion In a mode in which the rate-limiting portion 11, the buffer space 12, the second diffusion-controlling portion 13, the first internal space 20, the third diffusion-controlling portion 30, and the second internal space 40 are communicated in this order. Adjacently formed.

ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。   The gas introduction port 10, the buffer space 12, the first internal space 20, and the second internal space 40 are provided on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 with the upper portion provided in a state in which the spacer layer 5 is cut out. The space inside the sensor element 101 is defined by the lower part being the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 and the side parts being the side surfaces of the spacer layer 5.

第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位をガス流通部とも称する。   Each of the first diffusion rate controlling unit 11, the second diffusion rate controlling unit 13, and the third diffusion rate controlling unit 30 is provided as two horizontally long slits (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing). . In addition, the site | part from the gas inlet 10 to the 2nd internal space 40 is also called a gas distribution part.

また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。   Further, at a position farther from the front end side than the gas circulation part, the side part is partitioned by the side surface of the first solid electrolyte layer 4 between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5. The reference gas introduction space 43 is provided at the position. For example, the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas when measuring the NOx concentration.

大気導入層48は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。   The air introduction layer 48 is a layer made of porous ceramics, and a reference gas is introduced into the air introduction layer 48 through the reference gas introduction space 43. The air introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内や第2内部空所40内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。   The reference electrode 42 is an electrode formed in such a manner that it is sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4. As described above, the reference electrode 42 leads to the reference gas introduction space 43. An air introduction layer 48 is provided. Further, as will be described later, it is possible to measure the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 and the second internal space 40 using the reference electrode 42.

ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。   In the gas circulation part, the gas inlet 10 is a part opened to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas inlet 10. The first diffusion control unit 11 is a part that provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken from the gas inlet 10. The buffer space 12 is a space provided to guide the gas to be measured introduced from the first diffusion rate controlling unit 11 to the second diffusion rate controlling unit 13. The second diffusion rate limiting unit 13 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20. When the gas to be measured is introduced from the outside of the sensor element 101 to the inside of the first internal space 20, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (exhaust pressure pulsation if the gas to be measured is an automobile exhaust gas) ), The gas to be measured that is suddenly taken into the sensor element 101 from the gas inlet 10 is not directly introduced into the first internal space 20, but the first diffusion control unit 11, the buffer space 12, the second After the concentration variation of the gas to be measured is canceled through the diffusion control unit 13, the gas is introduced into the first internal space 20. As a result, the concentration fluctuation of the gas to be measured introduced into the first internal space 20 becomes almost negligible. The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion rate limiting unit 13. The oxygen partial pressure is adjusted by the operation of the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。   The main pump cell 21 includes an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20, and an upper surface of the second solid electrolyte layer 6. An electrochemical pump cell comprising an outer pump electrode 23 provided in a manner exposed to the external space in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. is there.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。   The inner pump electrode 22 is formed across the upper and lower solid electrolyte layers (the second solid electrolyte layer 6 and the first solid electrolyte layer 4) that define the first inner space 20, and the spacer layer 5 that provides side walls. Yes. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal space 20, and a bottom portion is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. Spacer layers in which the electrode portions 22b are formed and the side electrode portions (not shown) constitute both side walls of the first internal space 20 so as to connect the ceiling electrode portions 22a and the bottom electrode portions 22b. 5 is formed on the side wall surface (inner surface), and is disposed in a tunnel-shaped structure at the portion where the side electrode portion is disposed.

内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 containing 1% of Au). The inner pump electrode 22 in contact with the gas to be measured is formed using a material that has a reduced reduction ability for the NOx component in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。   In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp 0 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23, and the pump current is positive or negative between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23. By flowing Ip0, oxygen in the first internal space 20 can be pumped into the external space, or oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 20.

また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。   Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4. The third substrate layer 3 and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell, that is, a main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80.

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が一定となるように可変電源25のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。   By measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be known. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback-controlling the pump voltage Vp0 of the variable power source 25 so that the electromotive force V0 is constant. Thereby, the oxygen concentration in the first internal space 20 can be kept at a predetermined constant value.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。   The third diffusion control unit 30 provides a predetermined diffusion resistance to the gas under measurement whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and the gas under measurement is supplied to the gas under measurement. This is the part that leads to the second internal space 40.

第2内部空所40は、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、補助ポンプセル50により酸素濃度が調整された第2内部空所40において、さらに、測定用ポンプセル41の動作によりNOx濃度が測定される。   The second internal space 40 is provided as a space for performing a process related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration in the gas to be measured introduced through the third diffusion control unit 30. The NOx concentration is measured mainly in the second internal space 40 in which the oxygen concentration is adjusted by the auxiliary pump cell 50, and further by measuring the pump cell 41 for measurement.

第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。   In the second internal space 40, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in advance in the first internal space 20, the auxiliary pump cell 50 is further supplied to the gas to be measured introduced through the third diffusion control unit 30. The oxygen partial pressure is adjusted by the above. Thereby, since the oxygen concentration in the second internal space 40 can be kept constant with high accuracy, the gas sensor 100 can measure the NOx concentration with high accuracy.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101と外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。   The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, and an outer pump electrode 23 (outer pump electrode 23). The auxiliary electrochemical pump cell is configured by the second solid electrolyte layer 6 and the sensor element 101 and an appropriate electrode on the outside.

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第2固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。   The auxiliary pump electrode 51 is disposed in the second internal space 40 in the same tunnel configuration as the inner pump electrode 22 provided in the first internal space 20. That is, the ceiling electrode portion 51 a is formed on the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 40, and the second solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 40 is formed on the second solid electrolyte layer 6. The bottom electrode part 51b is formed, and the side electrode part (not shown) connecting the ceiling electrode part 51a and the bottom electrode part 51b is provided on the spacer layer 5 that provides the side wall of the second internal space 40. It has a tunnel-type structure formed on both wall surfaces. Note that the auxiliary pump electrode 51 is also formed using a material having a reduced reducing ability with respect to the NOx component in the gas to be measured, like the inner pump electrode 22.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。   In the auxiliary pump cell 50, by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is pumped to the external space, or It is possible to pump into the second internal space 40 from the space.

また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。   Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte. The layer 4 and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。   The auxiliary pump cell 50 performs pumping by the variable power source 52 that is voltage-controlled based on the electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81. Thereby, the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx.

また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。   At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for main pump control. Specifically, the pump current Ip1 is input as a control signal to the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, and the electromotive force V0 is controlled, so that the third diffusion rate limiting unit 30 controls the second internal space. The gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced into the gas 40 is controlled so as to be always constant. When used as a NOx sensor, the oxygen concentration in the second internal space 40 is maintained at a constant value of about 0.001 ppm by the action of the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50.

測定用ポンプセル41は、第2内部空所40内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第2内部空所40に面する第1固体電解質層4の上面であって第3拡散律速部30から離間した位置に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。   The measurement pump cell 41 measures the NOx concentration in the gas to be measured in the second internal space 40. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44 provided on a top surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the second internal space 40 and spaced from the third diffusion rate-determining portion 30, an outer pump electrode 23, The electrochemical pump cell is constituted by the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4.

測定電極44は、多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第2内部空所40内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。さらに、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。   The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode. The measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx present in the atmosphere in the second internal space 40. Further, the measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate controlling part 45.

第4拡散律速部45は、セラミックス多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うとともに、測定電極44の保護膜としても機能する。測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。   The 4th diffusion control part 45 is a film | membrane comprised with a ceramic porous body. The fourth diffusion control unit 45 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44 and also functions as a protective film for the measurement electrode 44. In the measurement pump cell 41, oxygen generated by the decomposition of nitrogen oxides in the atmosphere around the measurement electrode 44 can be pumped out, and the generated amount can be detected as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。   In order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, an electrochemical sensor cell, that is, a first solid electrolyte layer 4, a third substrate layer 3, a measurement electrode 44, and a reference electrode 42, that is, A measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 is configured. The variable power supply 46 is controlled on the basis of the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82.

第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部45を通じて測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された制御電圧V2が一定となるように可変電源46の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured introduced into the second internal space 40 reaches the measurement electrode 44 through the fourth diffusion rate-determining unit 45 under the condition where the oxygen partial pressure is controlled. Nitrogen oxide in the gas to be measured around the measurement electrode 44 is reduced (2NO → N 2 + O 2 ) to generate oxygen. The generated oxygen is pumped by the measurement pump cell 41. At this time, the variable power source is set so that the control voltage V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 becomes constant. 46 voltage Vp2 is controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxide in the gas to be measured, the nitrogen oxide in the gas to be measured using the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41. The concentration will be calculated.

また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と基準電極42を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。   In addition, if the measurement electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, and the reference electrode 42 are combined to form an oxygen partial pressure detecting means as an electrochemical sensor cell, The electromotive force according to the difference between the amount of oxygen generated by the reduction of the NOx component in the surrounding atmosphere and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere can be detected, thereby the concentration of the NOx component in the gas to be measured Is also possible.

また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。   The second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell 83. The oxygen partial pressure in the gas to be measured outside the sensor can be detected by the electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。   In the gas sensor 100 having such a configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx). A gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the NOx concentration in the measurement gas is determined based on the pump current Ip2 that flows when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out of the measurement pump cell 41 in proportion to the NOx concentration in the measurement gas. You can know.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータコネクタ電極71と、ヒータ72と、ヒータ用リード線76と、スルーホール73と、ホール内絶縁層96(本発明の絶縁層に相当)と、ホール内導電体97(本発明の導電体に相当)と、ヒータ絶縁層74と、下部絶縁層69と、圧力放散孔75と、を備えている。   Furthermore, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and maintaining the sensor element 101 in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater section 70 includes a heater connector electrode 71, a heater 72, a heater lead wire 76, a through hole 73, an in-hole insulating layer 96 (corresponding to the insulating layer of the present invention), and an in-hole conductor 97 Equivalent to a conductor of the invention), a heater insulating layer 74, a lower insulating layer 69, and a pressure dissipation hole 75.

ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。スルーホール73は、第1基板層1及び第2基板層2を上下に貫通する貫通孔である。特にこれに限定するものではないが、スルーホール73の内径は例えば0.3mm〜0.8mmである。ホール内導電体97は、スルーホール73内に充填された導電体である。ヒータコネクタ電極71は、第1基板層1の下面に配設された下部絶縁層69の下面に配設された電極である。下部絶縁層69は、第1基板層1とヒータコネクタ電極71とを絶縁している。ヒータ72は、ヒータ用リード線76及びホール内導電体97を介して、ヒータコネクタ電極71と接続されている。ヒータ72は、ヒータコネクタ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。ホール内導電体97は、例えば、白金等の貴金属又はタングステン、モリブデン等の高融点金属などの材質からなる。 The heater 72 is an electric resistor formed in a form sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The through hole 73 is a through hole that vertically penetrates the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2. Although not particularly limited thereto, the inner diameter of the through hole 73 is, for example, 0.3 mm to 0.8 mm. The in-hole conductor 97 is a conductor filled in the through hole 73. The heater connector electrode 71 is an electrode disposed on the lower surface of the lower insulating layer 69 disposed on the lower surface of the first substrate layer 1. The lower insulating layer 69 insulates the first substrate layer 1 and the heater connector electrode 71. The heater 72 is connected to the heater connector electrode 71 via the heater lead wire 76 and the in-hole conductor 97. The heater 72 generates heat when power is supplied from the outside through the heater connector electrode 71, and heats and keeps the solid electrolyte forming the sensor element 101. The in-hole conductor 97 is made of a material such as a noble metal such as platinum or a refractory metal such as tungsten or molybdenum.

また、ヒータ72は、第1内部空所20から第2内部空所40の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。   The heater 72 is embedded over the entire area from the first internal space 20 to the second internal space 40, and the entire sensor element 101 can be adjusted to a temperature at which the solid electrolyte is activated. ing.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。   The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed on the upper and lower surfaces of the heater 72 by an insulator such as alumina. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heater 72 and electrical insulation between the third substrate layer 3 and the heater 72.

圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。   The pressure dissipating hole 75 is a portion that is provided so as to penetrate the third substrate layer 3 and communicate with the reference gas introduction space 43, and is for the purpose of alleviating the increase in internal pressure accompanying the temperature increase in the heater insulating layer 74. Formed.

ホール内絶縁層96は、スルーホール73の内周面を被覆し、内周面とホール内導電体97との間に配設されている。ホール内導電体97は、スルーホール73の内周面を被覆するホール内絶縁層96で囲まれており、ホール内導電体97とスルーホール73の内周面とがホール内絶縁層96によって絶縁されている。ホール内絶縁層96及び下部絶縁層69は、ヒータ絶縁層74と同様に、アルミナ等の絶縁体によって形成されている。特にこれに限定するものではないが、ホール内絶縁層96の厚さは例えば10μm〜30μmである。   The in-hole insulating layer 96 covers the inner peripheral surface of the through hole 73, and is disposed between the inner peripheral surface and the in-hole conductor 97. The in-hole conductor 97 is surrounded by an in-hole insulating layer 96 that covers the inner peripheral surface of the through hole 73, and the in-hole conductor 97 and the inner peripheral surface of the through hole 73 are insulated by the in-hole insulating layer 96. Has been. Similar to the heater insulating layer 74, the in-hole insulating layer 96 and the lower insulating layer 69 are formed of an insulator such as alumina. Although not particularly limited to this, the thickness of the in-hole insulating layer 96 is, for example, 10 μm to 30 μm.

なお、センサ素子101のうち第1基板層1と、第2基板層2と、ホール内絶縁層96と、ホール内導電体97と、を含む部分を、構造体105と称する(図2,3参照)。   A portion of the sensor element 101 including the first substrate layer 1, the second substrate layer 2, the in-hole insulating layer 96, and the in-hole conductor 97 is referred to as a structure 105 (FIGS. 2 and 3). reference).

ここで、ホール内絶縁層96とホール内導電体97との境界の形状(図3参照)について説明する。図4は、距離D4の説明図である。図4では、説明の便宜上、ホール内絶縁層96とホール内導電体97との境界の起伏を極端な形状にして示している。図4に示すように、スルーホール73の中心軸73cに沿った断面視で、中心軸73cに垂直な方向(図4の左右方向)を高さ方向としたときに、ホール内絶縁層96の高さ方向の最高点と最低点との差を差D4と定義する。この差D4が小さいほど、ホール内絶縁層96とホール内導電体97との境界が平坦な形状であることを意味する。この距離D4の値は0μm以上5.0μm未満であることが好ましく、3.0μm以下であることがより好ましい。なお、距離D4の値は、センサ素子101を中心軸73cに沿って切断し、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて断面を観察して得られた画像(SEM画像)を用いて測定する。   Here, the shape of the boundary between the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 (see FIG. 3) will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of the distance D4. In FIG. 4, for the convenience of explanation, the undulation at the boundary between the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 is shown in an extreme shape. As shown in FIG. 4, when the direction perpendicular to the central axis 73 c (the left-right direction in FIG. 4) is the height direction in a cross-sectional view along the central axis 73 c of the through-hole 73, The difference between the highest point and the lowest point in the height direction is defined as a difference D4. A smaller difference D4 means that the boundary between the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 has a flat shape. The value of the distance D4 is preferably 0 μm or more and less than 5.0 μm, and more preferably 3.0 μm or less. The value of the distance D4 is measured using an image (SEM image) obtained by cutting the sensor element 101 along the central axis 73c and observing a cross section using a scanning electron microscope (SEM).

次に、こうしたガスセンサ100の製造方法について説明する。最初に、センサ素子101を製造する方法について説明する。まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。そして、第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各絶縁層、ヒータ部70などのパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。なお、このときにホール内絶縁層96となる未焼成絶縁層96の形成や、ホール内導電体97となる未焼成導電体97の形成を行うが、これについては後述する。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子101を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子101の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子101を得る。   Next, a method for manufacturing the gas sensor 100 will be described. First, a method for manufacturing the sensor element 101 will be described. First, six green ceramic green sheets containing an oxygen ion conductive solid electrolyte such as zirconia as a ceramic component are prepared. In this green sheet, a plurality of sheet holes and necessary through holes used for positioning during printing and lamination are formed in advance. And each corresponding to each of the 1st substrate layer 1, the 2nd substrate layer 2, the 3rd substrate layer 3, the 1st solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the 2nd solid electrolyte layer 6, Pattern printing and drying are performed to form various patterns on the ceramic green sheet. Specifically, the pattern to be formed is, for example, a pattern of each electrode, each insulating layer, or the heater unit 70 described above. Pattern printing is performed by applying a pattern forming paste prepared according to the characteristics required for each object to be formed on a green sheet using a known screen printing technique. At this time, the unfired insulating layer 96 to be the in-hole insulating layer 96 and the unfired conductor 97 to be the in-hole conductor 97 are formed, which will be described later. The drying process is also performed using a known drying means. When pattern printing / drying is completed, printing / drying processing of an adhesive paste for laminating / bonding the green sheets corresponding to each layer is performed. Then, the green sheets on which the adhesive paste is formed are stacked in a predetermined order while being positioned by the sheet holes, and are pressed by applying predetermined temperature and pressure conditions, thereby performing a pressing process to form a single laminate. The laminated body thus obtained includes a plurality of sensor elements 101. The laminated body is cut and cut into the size of the sensor element 101. Then, the cut laminate is fired at a predetermined firing temperature to obtain the sensor element 101.

ここで、上述したセンサ素子101の製造方法のうち、特にホール内絶縁層96及びホール内導電体97の形成に関する工程(a)〜(d)について詳細に説明する。図5は、未焼成絶縁層96c及び未焼成導電体97aを形成する様子を示す説明図である。   Here, in the manufacturing method of the sensor element 101 described above, steps (a) to (d) relating to the formation of the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 will be described in detail. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the unsintered insulating layer 96c and the unsintered conductor 97a are formed.

まず、工程(a)では、図5(a)に示すように、複数のグリーンシート1a,2aを有し、第1開口73a及び第1開口73aとは反対側の第2開口73bを有するスルーホール73が形成されたグリーン構造体105aを用意する。工程(a)では、予め作製されたグリーン構造体105aを用意してもよいし、グリーン構造体105aを作製することで用意してもよい。グリーン構造体105aを作製する場合には、まず、焼成後に第1基板層1,第2基板層2となる2枚のグリーンシート1a,2a(上述した6枚のセラミックスグリーンシートのうちの2枚)を用意する。続いて、例えばプレス機のパンチを用いた打ち抜き処理により、スルーホール73となる貫通孔をグリーンシート1a,2aのそれぞれに形成する。次に、グリーンシート1a,2aを接着層を介して厚さ方向に接合する。これにより、スルーホール73が形成されたグリーン構造体105aが得られる。なお、本実施形態では、スルーホール73のグリーンシート1a側(図5の下側)の開口を第1開口73aとし、スルーホール73のグリーンシート2a側(図5の上側)の開口を第2開口73bとする。また、スルーホール73は、グリーンシート1a,2aを接合してから形成してもよい。   First, in the step (a), as shown in FIG. 5A, a through-hole having a plurality of green sheets 1a and 2a and having a first opening 73a and a second opening 73b opposite to the first opening 73a. A green structure 105a in which holes 73 are formed is prepared. In step (a), a green structure 105a prepared in advance may be prepared, or may be prepared by manufacturing the green structure 105a. When the green structure 105a is manufactured, first, two green sheets 1a and 2a (two of the six ceramic green sheets described above) that become the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2 after firing are formed. ). Subsequently, through holes to be through holes 73 are formed in each of the green sheets 1a and 2a by a punching process using a punch of a press machine, for example. Next, the green sheets 1a and 2a are joined in the thickness direction via an adhesive layer. Thereby, the green structure 105a in which the through hole 73 is formed is obtained. In the present embodiment, the opening on the green sheet 1a side (lower side in FIG. 5) of the through hole 73 is the first opening 73a, and the opening on the green sheet 2a side (upper side in FIG. 5) of the through hole 73 is the second opening. Let it be the opening 73b. The through hole 73 may be formed after the green sheets 1a and 2a are joined.

続いて、工程(b)では、スルーホール73の内周面を絶縁性ペーストで被覆して未焼成絶縁層96cを形成する。本実施形態では、スルーホール73の内周面に絶縁性ペーストを塗布する処理を2回行うことで、未焼成絶縁層96cを形成する。まず、図5(b)に示すように、絶縁性ペースト96aを第1開口73a側からスルーホール73の内周面に流入させる処理(第1処理と称する)を行う。なお、図5(b)の白抜き矢印は、絶縁性ペースト96aの流入方向を示している。この第1処理では、まず、グリーン構造体105aの下面の第1開口73a付近に絶縁性ペースト96aを供給する。続いて、第2開口73b側の空間を負圧にすることで、スルーホール73内を第2開口73b側から吸引しつつ絶縁性ペースト96aを第1開口73a側からスルーホール73の内周面に流入させる。これにより、スルーホール73の内周面には絶縁性ペースト96aが塗布される。なお、第1処理では、グリーンシート1aの下面に絶縁性ペースト96aが付着しないように、グリーンシート1aの下面のうち第1開口73a以外の部分をマスクしておいてもよい。この場合、マスク上に絶縁性ペースト96aを供給すればよい。   Subsequently, in the step (b), the inner peripheral surface of the through hole 73 is covered with an insulating paste to form an unfired insulating layer 96c. In the present embodiment, the unbaked insulating layer 96c is formed by performing the process of applying the insulating paste on the inner peripheral surface of the through hole 73 twice. First, as shown in FIG. 5B, a process (referred to as a first process) for causing the insulating paste 96a to flow into the inner peripheral surface of the through hole 73 from the first opening 73a side is performed. In addition, the white arrow of FIG.5 (b) has shown the inflow direction of the insulating paste 96a. In the first treatment, first, an insulating paste 96a is supplied to the vicinity of the first opening 73a on the lower surface of the green structure 105a. Subsequently, by making the space on the second opening 73b side negative, the insulating paste 96a is sucked from the first opening 73a side to the inner peripheral surface of the through hole 73 while sucking the inside of the through hole 73 from the second opening 73b side. To flow into. Thereby, the insulating paste 96 a is applied to the inner peripheral surface of the through hole 73. In the first treatment, portions other than the first opening 73a on the lower surface of the green sheet 1a may be masked so that the insulating paste 96a does not adhere to the lower surface of the green sheet 1a. In this case, the insulating paste 96a may be supplied on the mask.

続いて、図5(c)に示すように、絶縁性ペースト96bを第2開口73b側からスルーホール73の内周面に流入させる処理(第2処理と称する)を行う。なお、図5(c)の白抜き矢印は、絶縁性ペースト96bの流入方向を示している。この第2処理では、まず、グリーン構造体105aの上面の第2開口73b付近に絶縁性ペースト96bを供給する。続いて、第1開口73a側の空間を負圧にすることで、スルーホール73内を第1開口73a側から吸引しつつ絶縁性ペースト96bを第2開口73a側からスルーホール73の内周面に流入させる。これにより、スルーホール73の内周面には絶縁性ペースト96aに重なるように絶縁性ペースト96bが塗布され、絶縁性ペースト96a,96bを備えた未焼成絶縁層96cが形成される。なお、第1処理と同様に、第2処理ではグリーンシート2aの上面のうち第2開口73b以外の部分をマスクしておいてもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 5C, a process (referred to as a second process) for causing the insulating paste 96b to flow into the inner peripheral surface of the through hole 73 from the second opening 73b side is performed. In addition, the white arrow of FIG.5 (c) has shown the inflow direction of the insulating paste 96b. In the second treatment, first, an insulating paste 96b is supplied near the second opening 73b on the upper surface of the green structure 105a. Subsequently, the space on the first opening 73a side is set to a negative pressure, so that the insulating paste 96b is sucked from the second opening 73a side to the inner peripheral surface of the through hole 73 while sucking the inside of the through hole 73 from the first opening 73a side. To flow into. As a result, the insulating paste 96b is applied to the inner peripheral surface of the through hole 73 so as to overlap the insulating paste 96a, and the unfired insulating layer 96c including the insulating pastes 96a and 96b is formed. Similar to the first process, in the second process, a portion of the upper surface of the green sheet 2a other than the second opening 73b may be masked.

工程(b)では、このようにして未焼成絶縁層96cを形成するにあたり、距離D1<距離D2となるように絶縁性ペースト96a,96bによるスルーホール73の内周面の被覆を行う。以下、距離D1及び距離D2について説明する。図5(c)に示すように、スルーホール73の中心軸73cに沿った断面視で、中心軸73cに垂直な方向(図5の左右方向)を高さ方向とし、スルーホール73内の軸方向73cの中央から第1開口73a側を第1領域73d,第2開口73b側を第2領域73eとする。そして、第1領域73d内の未焼成絶縁層96cと中心軸73cとの高さ方向の最短距離を距離D1とする。また、第2領域73e内の未焼成絶縁層96cと中心軸73cとの高さ方向の最短距離を距離D2とする。図5(c)からもわかるように、距離D1は、第1領域73d内の未焼成絶縁層96cの最も盛り上がった部分の高さが高いほど(中心軸73cに近いほど)、小さい値となる。同様に、距離D2は、第2領域73e内の未焼成絶縁層96cの最も盛り上がった部分の高さが高いほど(中心軸73cに近いほど)、小さい値となる。図5(c)では、第1領域73d内の未焼成絶縁層96cが第2領域73e内の未焼成絶縁層96cと比べてスルーホール73の径方向内側に盛り上がった盛り上がり部を有しており、距離D1<距離D2となっている。なお、距離D1,距離D2の値は、工程(b)を行った後のグリーン構造体105を中心軸73cに沿って切断し、距離D4と同様に断面のSEM画像を用いて測定した値とする。   In the step (b), in forming the unfired insulating layer 96c in this manner, the inner peripheral surface of the through hole 73 is covered with the insulating pastes 96a and 96b so that the distance D1 <the distance D2. Hereinafter, the distance D1 and the distance D2 will be described. As shown in FIG. 5C, in a cross-sectional view along the central axis 73c of the through hole 73, the direction perpendicular to the central axis 73c (the left-right direction in FIG. 5) is the height direction, and the axis in the through hole 73 From the center of the direction 73c, the first opening 73a side is defined as a first region 73d, and the second opening 73b side is defined as a second region 73e. The shortest distance in the height direction between the unsintered insulating layer 96c and the central axis 73c in the first region 73d is defined as a distance D1. The shortest distance in the height direction between the unfired insulating layer 96c and the central axis 73c in the second region 73e is a distance D2. As can be seen from FIG. 5C, the distance D1 becomes smaller as the height of the most raised portion of the unfired insulating layer 96c in the first region 73d is higher (closer to the central axis 73c). . Similarly, the distance D2 becomes smaller as the height of the most raised portion of the unfired insulating layer 96c in the second region 73e is higher (closer to the central axis 73c). In FIG. 5C, the unfired insulating layer 96c in the first region 73d has a raised portion that bulges inward in the radial direction of the through hole 73 compared to the unfired insulating layer 96c in the second region 73e. , Distance D1 <distance D2. Note that the values of the distance D1 and the distance D2 are values obtained by cutting the green structure 105 after performing the step (b) along the central axis 73c and using the SEM image of the cross section similarly to the distance D4. To do.

なお、工程(b)で距離D1<距離D2となるよう未焼成絶縁層96cを形成する方法としては、例えば、第2処理において第1処理と比べて粘度の高い絶縁性ペーストを用いることが挙げられる。ここで、第1処理を行う場合は絶縁性ペースト96aは第2領域73e側が盛り上がりやすく(図5(b)参照)、第2処理を行う場合は絶縁性ペースト96bは第1領域73d側が盛り上がりやすい(図5(c)参照)。そして、第1処理と比べて第2処理で粘度の高い絶縁性ペーストを用いることで、第1領域73dの未焼成絶縁層96cの盛り上がり部の高さが高くなりやすくなる。なお、絶縁性ペーストは、例えば常温時の粘度を10[Pa・s]〜70[Pa・s]の範囲内で調整してもよい。また、第1処理及び第2処理を行う際には、吸引の力が強すぎると、スルーホール内を通過してしまう絶縁性ペーストの量が多くなり、盛り上がり部の高さが低くなる場合がある。そのため、第2処理では第1処理と比べて吸引の力を弱くしてもよい。なお、例えば吸引する側の空間の気圧を0.2MPa〜0.8MPaの範囲内で調整することで、吸引の力を調整してもよい。また、第1処理及び第2処理を行う際には、スルーホール73内に流入して内周面を被覆する絶縁性ペーストの量が多いほど、盛り上がり部の高さが高くなりやすい。そのため、第2処理でスルーホール73の内周面を被覆する絶縁性ペースト96bの量を、第1処理でスルーホール73の内周面を被覆する絶縁性ペースト96aの量よりも多くしてもよい。このように、絶縁性ペーストの粘度,吸引の力,絶縁性ペーストの量の少なくとも1以上を第1処理と第2処理とで異ならせることで、距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを比較的容易に形成できる。   In addition, as a method of forming the unbaked insulating layer 96c so that the distance D1 <the distance D2 in the step (b), for example, an insulating paste having a higher viscosity than that of the first process is used in the second process. It is done. Here, when the first treatment is performed, the insulating paste 96a tends to rise on the second region 73e side (see FIG. 5B), and when the second treatment is performed, the insulating paste 96b tends to rise on the first region 73d side. (See FIG. 5 (c)). Then, by using an insulating paste having a higher viscosity in the second process than in the first process, the height of the raised portion of the unbaked insulating layer 96c in the first region 73d is likely to increase. The insulating paste may be adjusted, for example, to a viscosity at room temperature within a range of 10 [Pa · s] to 70 [Pa · s]. In addition, when performing the first treatment and the second treatment, if the suction force is too strong, the amount of the insulating paste that passes through the through hole increases, and the height of the raised portion may be lowered. is there. Therefore, in the second process, the suction force may be weaker than that in the first process. For example, the suction force may be adjusted by adjusting the air pressure in the space on the suction side within a range of 0.2 MPa to 0.8 MPa. Further, when the first process and the second process are performed, the height of the raised portion tends to increase as the amount of the insulating paste that flows into the through hole 73 and covers the inner peripheral surface increases. Therefore, even if the amount of the insulating paste 96b that covers the inner peripheral surface of the through hole 73 in the second process is larger than the amount of the insulating paste 96a that covers the inner peripheral surface of the through hole 73 in the first process. Good. In this way, the unsintered insulating layer 96c satisfying the distance D1 <distance D2 is obtained by making at least one of the viscosity, the suction force, and the amount of the insulating paste different between the first process and the second process. Can be formed relatively easily.

なお、工程(b)では、距離D1<距離D2すなわち距離D3(=距離D2−距離D1)>0となるように未焼成絶縁層96cを形成すればよいが、距離D3≧3.0μmとなるように未焼成絶縁層96cを形成することがより好ましい。なお、距離D3の上限は、ホール内絶縁層96の絶縁性能やホール内導電体97による導通が十分になるような値として、スルーホール73の径,形成するホール内導電体97の径(太さ),形成するホール内絶縁層96の厚さなどに基づいて定まる。距離D3は5.0μm以下としてもよい。また、第1領域73d内の未焼成絶縁層96cのうち中心軸73cに最も近い部分である最接近部96d(図5(c)では第1領域73d内の未焼成絶縁層96cの盛り上がり部の頂点)は、第1領域73dの軸方向の中央から第1開口73aまでの領域(スルーホール73内の軸方向で第1開口73aに近い1/4の領域)に位置することが好ましい。   In the step (b), the unfired insulating layer 96c may be formed so that the distance D1 <distance D2, that is, the distance D3 (= distance D2-distance D1)> 0, but the distance D3 ≧ 3.0 μm. Thus, it is more preferable to form the unsintered insulating layer 96c. It should be noted that the upper limit of the distance D3 is such that the insulation performance of the in-hole insulating layer 96 and the conduction by the in-hole conductor 97 are sufficient, and the diameter of the through-hole 73 and the diameter of the in-hole conductor 97 to be formed (thick). And the thickness of the in-hole insulating layer 96 to be formed. The distance D3 may be 5.0 μm or less. Further, the closest portion 96d that is the portion closest to the central axis 73c in the unfired insulating layer 96c in the first region 73d (in FIG. 5C, the raised portion of the unfired insulating layer 96c in the first region 73d). The apex) is preferably located in a region from the center in the axial direction of the first region 73d to the first opening 73a (a quarter region close to the first opening 73a in the axial direction in the through hole 73).

工程(c)では、工程(b)の後、スルーホール73内に第1開口73a側から導電性ペーストを充填して未焼成導電体97aを形成する(図5(d))。なお、図5(d)の白抜き矢印は、導電性ペーストの充填方向を示している。導電性ペーストは、例えば常温時の粘度が4000[Pa・s]〜8000[Pa・s]の範囲内となるように調整してもよい。この工程(c)は、例えば以下のように行う。まず、貫通孔を有する図示しないメタルマスクを用意する。続いて、メタルマスクの貫通孔とスルーホール73の第1開口73aとを位置合わせして両者を固定する。次に、メタルマスク上の貫通孔付近に導電性ペーストを供給し、スキージを例えば前後方向に移動させることで、メタルマスク上に供給された導電性ペーストをスルーホール73内に流入させて充填し、未焼成導電体97aとする。なお、その後に積層プレス機によりグリーン構造体105aを上下方向から均等に押圧して、スルーホール73内の導電性ペースト(未焼成導電体97a)の充填をより確実にしてもよい。   In the step (c), after the step (b), a conductive paste is filled into the through hole 73 from the first opening 73a side to form an unfired conductor 97a (FIG. 5D). In addition, the white arrow of FIG.5 (d) has shown the filling direction of the electrically conductive paste. For example, the conductive paste may be adjusted so that the viscosity at room temperature is in the range of 4000 [Pa · s] to 8000 [Pa · s]. This step (c) is performed as follows, for example. First, a metal mask (not shown) having a through hole is prepared. Subsequently, the through hole of the metal mask and the first opening 73a of the through hole 73 are aligned and fixed together. Next, the conductive paste is supplied to the vicinity of the through hole on the metal mask, and the squeegee is moved in the front-rear direction, for example, so that the conductive paste supplied on the metal mask flows into the through hole 73 and is filled. The unsintered conductor 97a. In addition, after that, the green structure 105a may be evenly pressed from above and below by a laminating press to make sure that the conductive paste (unfired conductor 97a) in the through hole 73 is filled.

ここで、工程(c)で第1開口73a側から導電性ペーストを充填する際には、第2領域73eと比べて第1領域73dの未焼成絶縁層96cが導電性ペーストの移動に伴って第2開口73b側に流されやすい。しかし、本実施形態では、第2開口73b側に流される分を考慮して未焼成絶縁層96cを意図的に距離D1<距離D2となるようにしている。すなわち、未焼成絶縁層96cは、第1領域73dに第2領域73eよりもスルーホール73の径方向内側に盛り上がった盛り上がり部が形成されている。その結果、予めこのような盛り上がり部を形成しておかなかった場合(距離D1≧距離D2となる場合)と比べて、工程(c)の後の未焼成絶縁層96cと未焼成導電体97aとの境界は、図5(d)に示すように比較的平坦な形状になる。   Here, when the conductive paste is filled from the first opening 73a side in the step (c), the unsintered insulating layer 96c in the first region 73d is moved with the movement of the conductive paste as compared with the second region 73e. It tends to flow toward the second opening 73b. However, in the present embodiment, the unsintered insulating layer 96c is intentionally set to satisfy the distance D1 <distance D2 in consideration of the amount that flows toward the second opening 73b. That is, the unsintered insulating layer 96c is formed with a raised portion that bulges inward in the radial direction of the through hole 73 from the second region 73e in the first region 73d. As a result, compared with the case where such a bulging portion has not been formed in advance (distance D1 ≧ distance D2), the unfired insulating layer 96c and the unfired conductor 97a after the step (c) The boundary of is a relatively flat shape as shown in FIG.

工程(b),(c)を行ってスルーホール73内に未焼成絶縁層96c及び未焼成導電体97aを形成すると、工程(d)では、グリーン構造体105aを焼成して、未焼成絶縁層96cがホール内絶縁層96(本発明の絶縁層に相当)となり未焼成導電体97aがホール内導電体96(本発明の導電体に相当)となった構造体105を有するセンサ素子101を得る。なお、工程(d)を行う前に、グリーン構造体105aや各層3〜6のそれぞれに対応するグリーンシートに上述したパターン印刷・乾燥処理を適宜行っておく。そして、これらを圧着させてグリーン構造体105aを含む一つの積層体を形成し、複数個のセンサ素子101に切り分ける。その後に、工程(d)の焼成を行って、センサ素子101を得る。   After the steps (b) and (c) are performed to form the unfired insulating layer 96c and the unfired conductor 97a in the through hole 73, in the step (d), the green structure 105a is fired to form the unfired insulating layer. A sensor element 101 having a structure 105 in which 96c is an in-hole insulating layer 96 (corresponding to the insulating layer of the present invention) and the unfired conductor 97a is an in-hole conductor 96 (corresponding to the conductor of the present invention) is obtained. . In addition, before performing a process (d), the pattern printing and drying process mentioned above is suitably performed to the green sheet | seat corresponding to each of the green structure 105a and each layer 3-6. Then, these are pressure-bonded to form one stacked body including the green structure 105 a and cut into a plurality of sensor elements 101. Thereafter, firing in the step (d) is performed to obtain the sensor element 101.

こうして製造されたセンサ素子101では、上述した未焼成絶縁層96cと未焼成導電体97aとの境界と同様に、ホール内絶縁層96とホール内導電体97との境界が比較的平坦な形状になっている。また、こうした製造方法では、図4で説明した距離D4の値を0μm以上5.0μm未満としやすい。   In the sensor element 101 manufactured in this way, the boundary between the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 has a relatively flat shape, similar to the above-described boundary between the unfired insulating layer 96c and the unfired conductor 97a. It has become. Further, in such a manufacturing method, the value of the distance D4 described in FIG. 4 is easily set to 0 μm or more and less than 5.0 μm.

センサ素子101を得ると、用意したサポーター124,厚粉体126内にこのセンサ素子101を貫通させ、図1の上側から主体金具122の内側の貫通孔内にこれらを挿入して、センサ素子101を素子封止体120で固定する。そして、ナット130や保護カバー110などを取り付けることで、ガスセンサ100が得られる。なお、このようなガスセンサの製造方法は公知であり、例えば国際公開2013/005491号に記載されている。   When the sensor element 101 is obtained, the sensor element 101 is passed through the prepared supporter 124 and the thick powder 126 and inserted into the through hole inside the metal shell 122 from the upper side in FIG. Is fixed by the element sealing body 120. And the gas sensor 100 is obtained by attaching the nut 130, the protective cover 110, etc. In addition, the manufacturing method of such a gas sensor is well-known, for example, it describes in the international publication 2013/005491.

以上説明した本実施形態のセンサ素子101の製造方法では、スルーホール73の内周面を絶縁性ペースト96a,96bで被覆して未焼成絶縁層96cを形成するにあたり、距離D1<距離D2となるようにする。その後、スルーホール73内に第1開口73a側から導電性ペーストを充填して未焼成導電体97aを形成する。こうすることで、導電性ペーストの充填及び焼成後のホール内絶縁層96とホール内導電体97との境界は、比較的平坦な形状になる。そのため、スルーホール73内のホール内絶縁層96の厚さが不十分な箇所が生じにくくなる。したがって、スルーホール73内のホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できる。   In the manufacturing method of the sensor element 101 of the present embodiment described above, the distance D1 <the distance D2 is satisfied when the inner peripheral surface of the through hole 73 is covered with the insulating pastes 96a and 96b to form the unfired insulating layer 96c. Like that. Thereafter, a conductive paste is filled into the through hole 73 from the first opening 73a side to form an unfired conductor 97a. By doing so, the boundary between the in-hole insulating layer 96 and the in-hole conductor 97 after filling and baking of the conductive paste becomes a relatively flat shape. Therefore, it is difficult to generate a portion where the thickness of the in-hole insulating layer 96 in the through hole 73 is insufficient. Therefore, partial insulation of the in-hole conductor 97 by the in-hole insulating layer 96 in the through hole 73 can be suppressed.

また、第1処理と比べて第2処理で粘度の高い絶縁性ペースト96bを用いることで、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを形成できる。第1処理と比べて第2処理での吸引の力を弱くすることで、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを形成できる。第1処理と比べて第2処理でスルーホール73の内周面に流入させる絶縁性ペースト96bの総量を多くすることで、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを形成できる。   In addition, the non-fired insulating layer 96c satisfying the distance D1 <distance D2 can be formed relatively easily by using the insulating paste 96b having a higher viscosity in the second process than in the first process. By reducing the suction force in the second process as compared with the first process, the unsintered insulating layer 96c satisfying the distance D1 <distance D2 can be formed relatively easily. By increasing the total amount of the insulating paste 96b that flows into the inner peripheral surface of the through hole 73 in the second process as compared with the first process, the unfired insulating layer 96c that satisfies the distance D1 <distance D2 can be formed relatively easily. it can.

さらに、距離D3(=距離D2−距離D1)≧3.0μmとなるように工程(b)での被覆を行うことで、第1領域73dの未焼成絶縁層96cの盛り上がり部の高さをより高くなり、スルーホール73内のホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が部分的に不十分になることを抑制する効果がより確実に得られる。   Furthermore, by performing the coating in the step (b) so that the distance D3 (= distance D2−distance D1) ≧ 3.0 μm, the height of the raised portion of the unfired insulating layer 96c in the first region 73d is further increased. As a result, the effect of suppressing the partial insulation of the in-hole conductor 97 by the in-hole insulating layer 96 in the through hole 73 is obtained more reliably.

さらにまた、本実施形態のセンサ素子101において、差D4が0μm以上5.0μm未満となっていることで、スルーホール73内のホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が部分的に不十分になることを抑制できている。   Furthermore, in the sensor element 101 of the present embodiment, since the difference D4 is not less than 0 μm and less than 5.0 μm, the in-hole conductor 97 is partially insulated by the in-hole insulating layer 96 in the through hole 73. It can be suppressed from becoming insufficient.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、工程(b)において第1処理を行ってから第2処理を行ったが、先に第2処理を行ってもよい。図6は、この場合の変形例の未焼成絶縁層96cを形成する様子を示す説明図である。図示するように、工程(b)において、先に第2処理を行ってスルーホール73の内周面に絶縁性ペースト96bを塗布し(図6(a))、その後に第1処理を行ってスルーホール73の内周面に絶縁性ペースト96aを塗布して(図6(b))、未焼成絶縁層96cを形成してもよい。この場合も、距離D1<距離D2となるように未焼成絶縁層96cを形成すれば、上述した実施形態と同様の効果が得られる。   For example, in the above-described embodiment, the second process is performed after the first process is performed in the step (b), but the second process may be performed first. FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which the unsintered insulating layer 96c of the modified example in this case is formed. As shown in the drawing, in the step (b), the second treatment is first performed to apply the insulating paste 96b to the inner peripheral surface of the through hole 73 (FIG. 6A), and then the first treatment is performed. An unfired insulating layer 96c may be formed by applying an insulating paste 96a to the inner peripheral surface of the through hole 73 (FIG. 6B). Also in this case, if the unfired insulating layer 96c is formed so that the distance D1 <the distance D2, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

上述した実施形態では、工程(b)において第1処理と第2処理とを1回ずつ行ったが、これに限らず第1処理を1回以上行い第2処理を1回以上行ってもよい。この場合も、例えば絶縁性ペーストの粘度,吸引の力,絶縁性ペーストの総量の少なくとも1以上を第1処理と第2処理とで異ならせることで、距離D1<距離D2を満たすように未焼成絶縁層96cを形成すればよい。なお、絶縁性ペーストの総量を第1処理と第2処理とで異ならせる場合、第2処理を行う回数を第1処理を行う回数よりも多くすることで、第2処理で内周面を被覆する絶縁性ペースト96bの総量を第1処理で内周面を被覆する絶縁性ペースト96aの総量よりも多くしてもよい。こうすれば、第1処理と第2処理とで1回の処理に用いる絶縁性ペーストの量を変える必要がないため、処理が行いやすい。   In the embodiment described above, the first process and the second process are performed once in the step (b). However, the present invention is not limited to this, and the first process may be performed once or more and the second process may be performed one or more times. . Also in this case, for example, at least one or more of the viscosity of the insulating paste, the suction force, and the total amount of the insulating paste is different between the first treatment and the second treatment, so that the distance D1 <distance D2 is satisfied. The insulating layer 96c may be formed. When the total amount of the insulating paste is different between the first process and the second process, the number of times of performing the second process is made larger than the number of times of performing the first process, thereby covering the inner peripheral surface with the second process. The total amount of the insulating paste 96b may be larger than the total amount of the insulating paste 96a that covers the inner peripheral surface in the first treatment. By doing this, it is not necessary to change the amount of the insulating paste used for one process between the first process and the second process, and therefore the process is easy to perform.

上述した実施形態では、工程(b)において第1処理と第2処理とを1回ずつ行ったが、工程(b)において第2処理を1回以上行えば、第1処理は行わなくてもよい。図7は、この場合の変形例の未焼成絶縁層96cを形成する様子を示す説明図である。図示するように、工程(b)において、第2処理を2回行ってスルーホール73の内周面に絶縁性ペースト96b1,96b2をこの順に重ねて塗布して、絶縁性ペースト96b1,96b2からなる未焼成絶縁層96cを形成してもよい。このように第1処理を省略することで、第2処理で内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量は第1処理で内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量(=0)よりも多くなるため、比較的容易に距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを形成できる。ただし、第2領域73e(特に第2開口73b側の端部)の絶縁が不十分になることをより抑制できるため、第1処理は1回以上行うことが好ましい。   In the embodiment described above, the first process and the second process are performed once in the step (b). However, if the second process is performed one or more times in the process (b), the first process is not performed. Good. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the unsintered insulating layer 96c of the modified example in this case is formed. As shown in the drawing, in the step (b), the second treatment is performed twice, and the insulating pastes 96b1 and 96b2 are applied in this order on the inner peripheral surface of the through hole 73 to form the insulating pastes 96b1 and 96b2. An unsintered insulating layer 96c may be formed. As described above, by omitting the first process, the total amount of the insulating paste covering the inner peripheral surface in the second process is larger than the total amount (= 0) of the insulating paste covering the inner peripheral surface in the first process. Therefore, the unfired insulating layer 96c satisfying the distance D1 <distance D2 can be formed relatively easily. However, since the insulation of the second region 73e (particularly the end portion on the second opening 73b side) can be further suppressed, the first treatment is preferably performed once or more.

上述した実施形態の工程(a)において、第1開口73aの縁と第2開口73bの縁との少なくとも一方に面取り部が形成されたグリーン構造体105を用意してもよい。図8は、面取り部73f,73gが形成された変形例のグリーン構造体105の説明図である。なお、図8は、工程(a)で変形例のグリーン構造体105を用意し、図7と同様の工程(b)を行った後の状態を示している。図7(b)と図8との比較からわかるように、第1開口73aの縁に面取り部73fが形成されていることで、未焼成絶縁層96cの第1開口73a側の端部(図8の下端)が厚くなりやすくなる。そのため、スルーホール73内の第1開口73a側の端部でのホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が不十分になることを抑制できる。同様に、第2開口73bの縁の面取り部73gが形成されていることで、未焼成絶縁層96cの第2開口73b側の端部(図8の上端)が厚くなりやすくなる。そのため、スルーホール73内の第2開口73b側の端部でのホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が不十分になることを抑制できる。なお、面取り部73f,73gはC面取りにより形成されているが、R面取りにより形成されていてもよいし、他の面取りにより形成してもよい。面取りの寸法は、例えば5μm〜50μm(C面取りであればC5μm〜C50μm)としてもよい。また、面取り部73f,73gはスルーホール73と同時に形成してもよいし、スルーホール73の形成後に形成してもよい。   In the step (a) of the embodiment described above, a green structure 105 in which a chamfered portion is formed on at least one of the edge of the first opening 73a and the edge of the second opening 73b may be prepared. FIG. 8 is an explanatory diagram of a modified green structure 105 in which chamfered portions 73f and 73g are formed. FIG. 8 shows a state after preparing the green structure 105 of a modified example in the step (a) and performing the step (b) similar to FIG. As can be seen from a comparison between FIG. 7B and FIG. 8, the chamfered portion 73f is formed at the edge of the first opening 73a, so that the end portion of the unfired insulating layer 96c on the first opening 73a side (see FIG. 8) tends to be thicker. Therefore, it is possible to suppress insufficient insulation of the in-hole conductor 97 by the in-hole insulating layer 96 at the end of the through hole 73 on the first opening 73a side. Similarly, since the chamfered portion 73g at the edge of the second opening 73b is formed, the end portion (upper end in FIG. 8) of the unfired insulating layer 96c on the second opening 73b side is likely to be thick. Therefore, it is possible to suppress insufficient insulation of the in-hole conductor 97 by the in-hole insulating layer 96 at the end of the through hole 73 on the second opening 73b side. The chamfered portions 73f and 73g are formed by C chamfering, but may be formed by R chamfering or may be formed by other chamfering. The dimension of the chamfer may be, for example, 5 μm to 50 μm (C 5 μm to C50 μm if C chamfering). Further, the chamfered portions 73f and 73g may be formed at the same time as the through hole 73 or after the through hole 73 is formed.

上述した実施形態では、工程(b)で距離D1<距離D2を満たす未焼成絶縁層96cを形成する方法として、絶縁性ペーストの粘度,吸引の力,絶縁性ペーストの総量の少なくとも1以上を第1処理と第2処理とで異ならせることを例示したが、これに限られない。工程(b)は、距離D1<距離D2を満たすように未焼成絶縁層96cを形成できれば、どのような工程としてもよい。また、工程(b)で形成される未焼成絶縁層96cは、距離D1<距離D2を満たしていればどのような形状であってもよい。例えば、図5(c),図7(b)で示したように、未焼成絶縁層96cの形状が、第1領域73d内の盛り上がり部の頂点から離れるほど中心軸73cとの高さ方向の距離が大きくなる傾向の形状(盛り上がりのピークが1つである形状)であってもよい。あるいは、図6(b)で示したように、未焼成絶縁層96cの形状が、盛り上がりのピークを複数有する形状(例えば、第1領域73d内と第2領域73e内との各々に1以上の盛り上がりのピークが存在する形状)であってもよい。また、未焼成絶縁層96cの形状がその他の形状であってもよい。例えば、図5(c),図6(b),図7(b),図8では、未焼成絶縁層96cの盛り上がり部の頂点は第1領域73d内に位置しており、頂点が最接近部96dになっているが、頂点が第1領域73外(図で第1開口73aよりも下側)に位置していてもよい。この場合、最接近部96dは第1領域73d内の未焼成絶縁層96cの形状に基づいて定まるため、盛り上がり部の頂点と最接近部96dとが別々に定まることになる。   In the embodiment described above, as a method of forming the unfired insulating layer 96c satisfying the distance D1 <distance D2 in the step (b), at least one of the viscosity of the insulating paste, the suction force, and the total amount of the insulating paste is the first. Although it is exemplified that the first process is different from the second process, the present invention is not limited to this. The step (b) may be any step as long as the green insulating layer 96c can be formed so as to satisfy the distance D1 <distance D2. Further, the unfired insulating layer 96c formed in the step (b) may have any shape as long as the distance D1 <the distance D2 is satisfied. For example, as shown in FIGS. 5C and 7B, the shape of the unsintered insulating layer 96c increases in the height direction with respect to the central axis 73c as the distance from the apex of the raised portion in the first region 73d increases. It may be a shape that tends to increase the distance (a shape that has one rising peak). Alternatively, as shown in FIG. 6B, the shape of the unsintered insulating layer 96c has a shape having a plurality of rising peaks (for example, one or more in each of the first region 73d and the second region 73e). It may be a shape in which a rising peak exists. Further, the shape of the unsintered insulating layer 96c may be other shapes. For example, in FIG. 5C, FIG. 6B, FIG. 7B, and FIG. 8, the peak of the raised portion of the unfired insulating layer 96c is located in the first region 73d, and the peak is closest. Although the portion 96d is formed, the apex may be located outside the first region 73 (below the first opening 73a in the drawing). In this case, since the closest part 96d is determined based on the shape of the unsintered insulating layer 96c in the first region 73d, the apex of the rising part and the closest part 96d are determined separately.

上述した実施形態では、スルーホール73は第1基板層1及び第2基板層2を上下に貫通する貫通孔としたが、これに限られない。各層1〜6のいずれか1以上の層を貫通する任意のスルーホールについても、上述した実施形態の工程(a)〜(d)を適用することで、同様の効果が得られる。   In the embodiment described above, the through hole 73 is a through hole that vertically penetrates the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2, but is not limited thereto. The same effect can be obtained by applying the steps (a) to (d) of the above-described embodiment to any through hole penetrating any one or more of the layers 1 to 6.

上述した実施形態では、工程(b)において未焼成絶縁層96cを形成したが、このときにヒータ絶縁層74や下部絶縁層69となる未焼成絶縁層を併せて形成してもよい。例えば、第1処理を行う際に、第1開口73a付近に絶縁性ペースト96aを供給すると共に、下部絶縁層69となる未焼成絶縁層を例えばスクリーン印刷によりグリーンシート1aの下面に形成してもよい。同様に、第2処理を行う際に、第2開口73b付近に絶縁性ペースト96bを供給すると共に、ヒータ絶縁層74となる未焼成絶縁層を例えばスクリーン印刷によりグリーンシート2aの上面に形成してもよい。なお、これに限らず、ヒータ絶縁層74や下部絶縁層69となる未焼成絶縁層は工程(b)の前後や工程(c)の後などのタイミングで形成してもよい。   In the above-described embodiment, the unfired insulating layer 96c is formed in the step (b). However, unfired insulating layers that become the heater insulating layer 74 and the lower insulating layer 69 may be formed at this time. For example, when the first treatment is performed, the insulating paste 96a is supplied in the vicinity of the first opening 73a, and an unfired insulating layer that becomes the lower insulating layer 69 is formed on the lower surface of the green sheet 1a by, for example, screen printing. Good. Similarly, when performing the second treatment, an insulating paste 96b is supplied near the second opening 73b, and an unfired insulating layer to be the heater insulating layer 74 is formed on the upper surface of the green sheet 2a by, for example, screen printing. Also good. However, the present invention is not limited to this, and the unfired insulating layer that becomes the heater insulating layer 74 and the lower insulating layer 69 may be formed before and after the step (b) or after the step (c).

上述した実施形態では、工程(c)において第1開口73a(スルーホール73の下側開口)から導電性ペーストを充填したが、第2開口73b(スルーホール73の上側開口)から充填してもよい。この場合、第1開口73aが本発明の第2開口に相当し、第2開口73bが本発明の第1開口に相当し、工程(b)は上述した実施形態とは上下を反転させた態様で行えばよい。   In the above-described embodiment, the conductive paste is filled from the first opening 73a (the lower opening of the through hole 73) in the step (c), but the conductive paste is filled from the second opening 73b (the upper opening of the through hole 73). Good. In this case, the first opening 73a corresponds to the second opening of the present invention, the second opening 73b corresponds to the first opening of the present invention, and the step (b) is an aspect in which the upper and lower sides are reversed from the above-described embodiment. Just do it.

以下には、センサ素子を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, an example in which a sensor element is specifically manufactured will be described as an example. In addition, this invention is not limited to a following example.

[実施例1]
上述した実施形態のセンサ素子101の製造方法に従って、図2,3に示したセンサ素子101を作成して実施例1とした。まず、工程(a)として、図5(a)に示したグリーン構造体105を作製した。グリーン構造体105は、前後方向の長さが70mm、左右方向の幅が6mm、上下方向の厚さ(=スルーホール73の軸方向長さ)が300μmとした。スルーホール73の内径は0.6mmとした。なお、グリーン構造体105を作製するにあたり、グリーンシート1a,2aは、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。
[Example 1]
According to the method for manufacturing the sensor element 101 of the above-described embodiment, the sensor element 101 shown in FIGS. First, as the step (a), the green structure 105 shown in FIG. The green structure 105 had a length in the front-rear direction of 70 mm, a width in the left-right direction of 6 mm, and a thickness in the vertical direction (= the length in the axial direction of the through hole 73) of 300 μm. The inner diameter of the through hole 73 was 0.6 mm. In producing the green structure 105, the green sheets 1a and 2a were formed by mixing zirconia particles to which 4 mol% of a stabilizer yttria was added, an organic binder, and an organic solvent, and then forming a tape.

続いて、工程(b)として、上述した実施形態と同様に第1処理と第2処理とをこの順で1回ずつ行って(図5(b),(c))、未焼成絶縁層96cを形成した。なお、第1処理で用いた絶縁性ペースト96aは、アルミナ粉末とバインダー溶液とを1:2の重量割合で混合して、常温時の粘度が20[Pa・s]となるように調整した。第2処理で用いた絶縁性ペースト96bは、アルミナ粉末とバインダー溶液とを2:3の重量割合で混合して、常温時の粘度が絶縁性ペースト96aよりも高い40[Pa・s]となるように調整した。第1処理及び第2処理では、吸引の力は同じとし、いずれも吸引する側の空間の気圧を0.6MPaとした。また、第1処理及び第2処理で用いる絶縁性ペースト96a,96bの量は同じとした。実施例1の工程(b)を行った後のグリーン構造体105の距離D3(=距離D2−距離D1)を測定したところ、3.0μmであった。   Subsequently, as the step (b), the first treatment and the second treatment are performed once in this order as in the above-described embodiment (FIGS. 5B and 5C), and the unfired insulating layer 96c is obtained. Formed. The insulating paste 96a used in the first treatment was prepared by mixing alumina powder and a binder solution at a weight ratio of 1: 2 so that the viscosity at normal temperature was 20 [Pa · s]. The insulating paste 96b used in the second treatment is a mixture of alumina powder and binder solution at a weight ratio of 2: 3, and the viscosity at normal temperature is 40 [Pa · s], which is higher than that of the insulating paste 96a. Adjusted as follows. In the first treatment and the second treatment, the suction force is the same, and the pressure in the space on the suction side is 0.6 MPa. The amounts of the insulating pastes 96a and 96b used in the first process and the second process are the same. When the distance D3 (= distance D2−distance D1) of the green structure 105 after performing the step (b) in Example 1 was measured, it was 3.0 μm.

次に、工程(c)として、上述した実施形態と同様にしてスルーホール73内に第1開口73a側から導電性ペーストを充填して、未焼成導電体97aを形成した(図5(d))。なお、導電性ペースト97aは、白金粉末とバインダー溶液とを25:1の重量割合で混合して、常温時の粘度が6000[Pa・s]となるように調整した。   Next, as a step (c), the conductive paste is filled into the through hole 73 from the first opening 73a side in the same manner as in the above-described embodiment to form an unfired conductor 97a (FIG. 5D). ). The conductive paste 97a was prepared by mixing platinum powder and a binder solution in a weight ratio of 25: 1 so that the viscosity at normal temperature was 6000 [Pa · s].

工程(c)の後、グリーン構造体105aや各層3〜6のそれぞれに対応するグリーンシートにパターン印刷・乾燥処理を行い、これらを圧着させてグリーン構造体105aを含む一つの積層体を形成し、複数個のセンサ素子101に切り分けた。その後に、工程(d)の焼成を行って、実施例1のセンサ素子101を得た。実施例1のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、3.0μmであった。   After the step (c), pattern printing / drying processing is performed on the green sheet corresponding to each of the green structure 105a and each of the layers 3 to 6, and these are pressed to form one laminate including the green structure 105a. The plurality of sensor elements 101 were cut. Then, the baking of the process (d) was performed and the sensor element 101 of Example 1 was obtained. The distance D4 of the sensor element 101 of Example 1 was measured and found to be 3.0 μm.

この実施例1のセンサ素子101において、ヒータ部70のリーク検査を行った。具体的には、ヒータコネクタ電極71を介してヒータ72に通電して温度を800℃とし、センサ素子101を加熱した。加熱後にヒータ72と外側ポンプ電極23との間に20Vの電圧を印加後、スルーホール73の周辺を観察して、第1基板層1,第2基板層2のいずれにも黒化した部分がない場合に良好と判定し、いずれかに黒化した部分がある場合に不良と判定した。なお、スルーホール73内のホール内絶縁層96によるホール内導電体97の絶縁が不十分な箇所があると、第1基板層1や第2基板層2に電圧が印加されてこれらが黒化する。実施例1のリーク検査の結果は良好であった。   In the sensor element 101 of Example 1, a leak inspection of the heater unit 70 was performed. Specifically, the sensor element 101 was heated by energizing the heater 72 through the heater connector electrode 71 to a temperature of 800 ° C. After heating, a voltage of 20 V is applied between the heater 72 and the outer pump electrode 23, and then the periphery of the through hole 73 is observed, and a blackened portion is observed in both the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2. When it was not, it was determined to be good, and when any part was blackened, it was determined to be bad. If there is a portion where the in-hole conductor 97 is not sufficiently insulated by the in-hole insulating layer 96 in the through hole 73, a voltage is applied to the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2 to blacken them. To do. The leak test result of Example 1 was good.

[比較例1]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例1と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例1とした。比較例1のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、5.0μmであった。比較例1のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 1]
A sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in the step (c), and Comparative Example 1 was obtained. It was 5.0 micrometers when the distance D4 of the sensor element 101 of the comparative example 1 was measured. The result of the leak test of Comparative Example 1 was poor.

[実施例2]
工程(b)において、第1処理と第2処理とで絶縁性ペースト96a,96bの常温時の粘度は同じ(30[Pa・s])とし、第2処理では第1処理と比べて吸引の力を弱くした点以外は、実施例1と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例2とした。なお、第1処理では吸引する側の空間の気圧を0.8MPaとし、第2処理では吸引する側の空間の気圧を0.2MPaとした。実施例2における距離D3は3.0μmであり、距離D4は3.0μmであった。実施例2のリーク検査の結果は良好であった。
[Example 2]
In the step (b), the viscosity at room temperature of the insulating pastes 96a and 96b is the same (30 [Pa · s]) in the first treatment and the second treatment, and the suction in the second treatment is higher than that in the first treatment. A sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the force was weakened, and Example 2 was obtained. In the first process, the pressure in the space on the suction side was set to 0.8 MPa, and in the second process, the pressure in the space on the suction side was set to 0.2 MPa. The distance D3 in Example 2 was 3.0 μm, and the distance D4 was 3.0 μm. The leak test result of Example 2 was good.

[比較例2]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例2と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例2とした。比較例2のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、10.0μmであった。比較例2のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 2]
The sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in Step (c), and Comparative Example 2 was obtained. When the distance D4 of the sensor element 101 of Comparative Example 2 was measured, it was 10.0 μm. The result of the leak test of Comparative Example 2 was poor.

[実施例3]
工程(b)において第1処理と第2処理との順序を逆にした(第2処理→第1処理)点以外は、実施例1と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例3とした。実施例3における距離D3は1.0μmであり、距離D4は2.0μmであった。実施例3のリーク検査の結果は良好であった。
[Example 3]
A sensor element 101 is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the order of the first process and the second process is reversed in the step (b) (second process → first process). did. The distance D3 in Example 3 was 1.0 μm, and the distance D4 was 2.0 μm. The result of the leak test of Example 3 was good.

[比較例3]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例3と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例3とした。比較例3のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、11.0μmであった。比較例3のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 3]
A sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in Step (c), and Comparative Example 3 was obtained. It was 11.0 micrometers when the distance D4 of the sensor element 101 of the comparative example 3 was measured. The result of the leak test of Comparative Example 3 was poor.

[実施例4]
工程(b)において第1処理と第2処理との順序を逆にした(第2処理→第1処理)点以外は、実施例2と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例4とした。実施例4における距離D3は1.0μmであり、距離D4は2.0μmであった。実施例4のリーク検査の結果は良好であった。
[Example 4]
A sensor element 101 is manufactured in the same manner as in Example 2 except that the order of the first process and the second process is reversed in the step (b) (second process → first process). did. The distance D3 in Example 4 was 1.0 μm, and the distance D4 was 2.0 μm. The result of the leak test of Example 4 was good.

[比較例4]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例4と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例4とした。比較例4のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、11.0μmであった。比較例4のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 4]
The sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in Step (c), and Comparative Example 4 was obtained. The distance D4 of the sensor element 101 of Comparative Example 4 was measured and found to be 11.0 μm. The leak test result of Comparative Example 4 was poor.

[実施例5]
工程(b)において、図7と同様に第1処理を行わず第2処理を2回行った点以外は、実施例2と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例5とした。実施例5における距離D3は4.0μmであり、距離D4は2.5μmであった。実施例5のリーク検査の結果は良好であった。
[Example 5]
In step (b), the sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the first process was not performed and the second process was performed twice as in FIG. In Example 5, the distance D3 was 4.0 μm, and the distance D4 was 2.5 μm. The result of the leak test of Example 5 was good.

[比較例5]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例5と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例5とした。比較例5のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、10.5μmであった。比較例5のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 5]
A sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 5 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in the step (c), and Comparative Example 5 was obtained. The distance D4 of the sensor element 101 of Comparative Example 5 was measured and found to be 10.5 μm. The result of the leak test of Comparative Example 5 was poor.

[実施例6]
工程(a)において、図8と同様にスルーホール73に面取り部73f,73gが形成されたグリーン構造体105aを用意した点以外は、実施例5と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例6とした。面取り部73f,73gの寸法は、C5.0μmとした。実施例6における距離D3は4.0μmであり、距離D4は2.5μmであった。実施例6のリーク検査の結果は良好であった。ホール内絶縁層96のうち、スルーホール73の面取り部73f,73g以外の内周面に形成された部分の平均膜厚は20μmであった。ホール内絶縁層96のうち、第1開口73a側の端部の膜厚は、この平均膜厚よりも厚い25μmであった。ホール内絶縁層96のうち、第2開口73b側の端部の膜厚は、この平均膜厚よりも厚い23μmであった。
[Example 6]
In the step (a), the sensor element 101 is manufactured and implemented in the same manner as in Example 5 except that the green structure 105a in which the chamfered portions 73f and 73g are formed in the through hole 73 is prepared in the same manner as in FIG. Example 6 was adopted. The dimensions of the chamfered portions 73f and 73g were C5.0 μm. The distance D3 in Example 6 was 4.0 μm, and the distance D4 was 2.5 μm. The result of the leak test of Example 6 was good. Of the in-hole insulating layer 96, the average film thickness of the portion formed on the inner peripheral surface of the through hole 73 other than the chamfered portions 73f and 73g was 20 μm. Of the in-hole insulating layer 96, the film thickness at the end on the first opening 73a side was 25 μm, which was thicker than this average film thickness. Of the in-hole insulating layer 96, the thickness of the end portion on the second opening 73b side was 23 μm, which was thicker than this average thickness.

[比較例6]
工程(c)においてスルーホール73内に第2開口73b側から導電性ペーストを充填した点以外は、実施例6と同様にしてセンサ素子101を製造し、比較例6とした。比較例5のセンサ素子101の距離D4を測定したところ、10.8μmであった。比較例6のリーク検査の結果は不良であった。
[Comparative Example 6]
A sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 6 except that the conductive paste was filled into the through hole 73 from the second opening 73b side in Step (c), and Comparative Example 6 was obtained. When the distance D4 of the sensor element 101 of Comparative Example 5 was measured, it was 10.8 μm. The result of the leak test of Comparative Example 6 was poor.

[不良率の測定]
実施例1〜6及び比較例1〜6について、それぞれセンサ素子を50本作製して、リーク検査の不良率を測定した。実施例1〜6及び比較例1〜6の、距離D3,D4及びリーク検査の不良率を表1に示す。表1に示す通り、実施例1〜6はいずれも不良率が0%であった。また、距離D4が5μm以上である比較例1〜6はいずれも複数本の少なくとも一部で不良が発生しており、距離D3,D4が大きい比較例ほど、不良率が高い傾向にあった。
[Measurement of defective rate]
About Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6, 50 sensor elements were produced, respectively, and the defect rate of the leak test was measured. Table 1 shows the distances D3 and D4 and the leak inspection defect rates of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6. As shown in Table 1, all of Examples 1 to 6 had a defect rate of 0%. Further, in Comparative Examples 1 to 6 in which the distance D4 is 5 μm or more, defects occurred in at least some of the plurality, and the comparative examples with larger distances D3 and D4 tended to have a higher defect rate.

Figure 0006586368
Figure 0006586368

[実施例7〜10]
導電性ペーストの常温時の粘度を6000[Pa・s]から種々変更した点以外は、実施例1と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例7〜10とした。具体的には、導電性ペーストの常温時の粘度を実施例7では4000[Pa・s]とし、実施例8では8000[Pa・s]とし、実施例9では2000[Pa・s]とし、実施例10では10000[Pa・s]とした。実施例7〜10のセンサ素子をそれぞれ50本作製して、リーク検査の不良率を測定した。実施例7〜10の、導電性ペーストの粘度、距離D3,D4及びリーク検査の不良率を表2に示す。表2には、実施例1の結果も併せて示した。なお、導電性ペーストの粘度を2000[Pa・s]とした実施例9では、乾燥後の導電性ペーストの収縮量が大きいため引け(へこみ)が発生し、スルーホール73内の焼成後のホール内導電体96の量が不足する傾向にあった。そのため、製造したセンサ素子101のうち16%は製造不良であった。残りの84%については、引けが発生したものの、いずれもリーク検査の結果は良好であった(不良率0%)。また、導電性ペーストの粘度を10000[Pa・s]とした実施例10では、製造を試みたセンサ素子101のうち20%については、そもそも導電性ペーストをスルーホール73内に充填することができなかった。残りの80%については、導電性ペーストがスルーホール73内に適切に充填されており、いずれもリーク検査の結果は良好であった(不良率0%)。以上の結果及び表2から、実施例7〜10のいずれもリーク検査は良好な結果が得られるが、製造上の観点から導電性ペーストの常温時の粘度は2000[Pa・s]超過が好ましく、4000[Pa・s]以上がより好ましいと考えられる。また、導電性ペーストの常温時の粘度は10000[Pa・s]未満が好ましく、8000[Pa・s]以下がより好ましいと考えられる。
[Examples 7 to 10]
A sensor element 101 was produced in the same manner as in Example 1 except that the viscosity at normal temperature of the conductive paste was variously changed from 6000 [Pa · s], and Examples 7 to 10 were obtained. Specifically, the viscosity at normal temperature of the conductive paste is 4000 [Pa · s] in Example 7, 8000 [Pa · s] in Example 8, 2000 [Pa · s] in Example 9, In Example 10, it was set to 10,000 [Pa · s]. Fifty sensor elements of Examples 7 to 10 were produced, respectively, and the defect rate of leak inspection was measured. Table 2 shows the viscosity of conductive paste, distances D3 and D4, and the defect rate of leak inspection in Examples 7 to 10. Table 2 also shows the results of Example 1. In Example 9 in which the viscosity of the conductive paste was 2000 [Pa · s], the shrinkage (dent) occurred due to the large shrinkage amount of the conductive paste after drying, and the hole after firing in the through hole 73. There was a tendency that the amount of the inner conductor 96 was insufficient. Therefore, 16% of the manufactured sensor elements 101 were defective in manufacturing. For the remaining 84%, although the shrinkage occurred, the leak inspection result was good (the defect rate was 0%). In Example 10 in which the viscosity of the conductive paste was 10,000 [Pa · s], about 20% of the sensor elements 101 that were manufactured, the conductive paste could be filled into the through holes 73 in the first place. There wasn't. For the remaining 80%, the conductive paste was appropriately filled in the through hole 73, and in all cases, the result of the leak inspection was good (the defect rate was 0%). From the above results and Table 2, all of Examples 7 to 10 have good leak test results, but the viscosity at normal temperature of the conductive paste is preferably more than 2000 [Pa · s] from the viewpoint of manufacturing. It is considered that 4000 [Pa · s] or more is more preferable. Further, the viscosity of the conductive paste at normal temperature is preferably less than 10,000 [Pa · s], and more preferably 8000 [Pa · s] or less.

Figure 0006586368
Figure 0006586368

[実施例11,比較例7]
スルーホール73の内径を0.6mmから種々変更した点以外は、実施例1と同様にしてセンサ素子101を製造し、実施例11,比較例7とした。具体的には、スルーホール73の内径を実施例11では0.5mmとし、比較例7では0.4mmとした。実施例11のセンサ素子を50本作製して、リーク検査の不良率を測定したところ、不良率は0%であった。また、比較例7では、スルーホール73の径が小さいことで導電性ペーストを充填することができず、センサ素子を作製できなかった。実施例11及び比較例7の、導電性ペーストの粘度、スルーホールの内径、距離D3,D4及びリーク検査の不良率を表3に示す。表3には、実施例1の結果も併せて示した。以上の結果及び表3から、導電性ペーストが充填しやすくなるためスルーホール73の内径は0.4mm超過が好ましく、0.5mm以上がより好ましいと考えられる。なお、例えば導電性ペーストの粘度を6000[Pa・s]より小さい値に調整するなど、充填時の条件を適正化することにより、スルーホールの73の内径が0.4mm以下であっても導電性ペーストを充填できる場合もある。
[Example 11, Comparative Example 7]
Except that the inner diameter of the through hole 73 was variously changed from 0.6 mm, the sensor element 101 was manufactured in the same manner as in Example 1 to obtain Example 11 and Comparative Example 7. Specifically, the inner diameter of the through hole 73 was 0.5 mm in Example 11 and 0.4 mm in Comparative Example 7. When 50 sensor elements of Example 11 were manufactured and the defect rate of the leak test was measured, the defect rate was 0%. Further, in Comparative Example 7, since the diameter of the through hole 73 was small, the conductive paste could not be filled and the sensor element could not be manufactured. Table 3 shows the viscosity of the conductive paste, the inner diameter of the through hole, the distances D3 and D4, and the defect rate of the leak test in Example 11 and Comparative Example 7. Table 3 also shows the results of Example 1. From the above results and Table 3, it is considered that the inner diameter of the through hole 73 is preferably more than 0.4 mm, and more preferably 0.5 mm or more because the conductive paste is easily filled. For example, by adjusting the filling conditions such as adjusting the viscosity of the conductive paste to a value smaller than 6000 [Pa · s], the conductive paste is conductive even if the inner diameter of the through hole 73 is 0.4 mm or less. In some cases, an adhesive paste can be filled.

Figure 0006586368
Figure 0006586368

[粘度の測定方法]
なお、上述した実施例及び比較例において、絶縁性ペースト及び導電性ペーストの粘度は、いずれもE型粘度計(AntonPaar製のMCR-102)を用いて測定した。より具体的には、絶縁性ペーストの粘度は、コーンの回転速度を30[1/秒]として30秒処理し、続いてコーンの回転速度を10[1/秒]として60秒処理し、次にコーンの回転速度を1[1/秒]として90秒処理する測定シーケンスを実行し、最後の5秒間での平均値として測定した。導電性ペーストの粘度は、コーンの回転速度を10[1/秒]として180秒処理し、続いてコーンの回転速度を1[1/秒]として240秒処理する測定シーケンスを実行し、最後の5秒間での平均値として測定した。
[Measurement method of viscosity]
In the examples and comparative examples described above, the viscosities of the insulating paste and the conductive paste were measured using an E-type viscometer (MCR-102 manufactured by Anton Paar). More specifically, the viscosity of the insulating paste is treated for 30 seconds with a cone rotation speed of 30 [1 / second], then treated for 60 seconds with a cone rotation speed of 10 [1 / second], Then, a measurement sequence was performed in which the cone rotation speed was 1 [1 / second] for 90 seconds, and the average value was measured for the last 5 seconds. The viscosity of the conductive paste was measured by performing a measurement sequence of 180 seconds with a cone rotation speed of 10 [1 / second] and then 240 seconds with a cone rotation speed of 1 [1 / second]. Measured as an average value over 5 seconds.

1 第1基板層、1a グリーンシート、2 第2基板層、2a グリーンシート、3 第3基板層、4 第1固体電解質層、5 スペーサ層、6 第2固体電解質層、7a〜7e 接着層、8 グリーン構造体、10 ガス導入口、11 第1拡散律速部、12 緩衝空間、13 第2拡散律速部、20 第1内部空所、21 主ポンプセル、22 内側ポンプ電極、22a 天井電極部、22b 底部電極部、23 外側ポンプ電極、25 可変電源、30 第3拡散律速部、40 第2内部空所、41 測定用ポンプセル、42 基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、45 第4拡散律速部、46 可変電源、48 大気導入層、50 補助ポンプセル、51 補助ポンプ電極、51a 天井電極部、51b 底部電極部、52 可変電源、69 下部絶縁層、69a 未焼成絶縁層、70 ヒータ部、71 ヒータコネクタ電極、72 ヒータ、73 スルーホール、73a 第1開口、73b 第2開口、73c 中心軸、73d 第1領域、73e 第2領域、73f,73g 面取り部、74 ヒータ絶縁層、74a 未焼成絶縁層、75 圧力放散孔、76 ヒータ用リード線、80 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83 センサセル、96 ホール内絶縁層、96a,96b,96b1,96b2 絶縁性ペースト、96c 未焼成絶縁層、96d 最接近部、97 ホール内導電体、97a 未焼成導電体、100 ガスセンサ、101 センサ素子、105 構造体、105a グリーン構造体、110 保護カバー、111 内側保護カバー、112 外側保護カバー、120 素子封止体、122 主体金具、124 サポーター、126 圧粉体、130 ナット、140 配管、141 取付用部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate layer, 1a green sheet, 2nd board | substrate layer, 2a green sheet, 3rd board | substrate layer, 4th 1st solid electrolyte layer, 5 spacer layer, 6 2nd solid electrolyte layer, 7a-7e adhesive layer, 8 Green Structure, 10 Gas Inlet, 11 First Diffusion Controlling Part, 12 Buffer Space, 13 Second Diffusion Controlling Part, 20 First Internal Space, 21 Main Pump Cell, 22 Inner Pump Electrode, 22a Ceiling Electrode Part, 22b Bottom electrode portion, 23 Outer pump electrode, 25 Variable power source, 30 Third diffusion rate limiting portion, 40 Second internal space, 41 Measurement pump cell, 42 Reference electrode, 43 Reference gas introduction space, 44 Measurement electrode, 45 Fourth diffusion Control part, 46 Variable power supply, 48 Air introduction layer, 50 Auxiliary pump cell, 51 Auxiliary pump electrode, 51a Ceiling electrode part, 51b Bottom electrode part, 52 Variable power supply, 6 9 Lower insulating layer, 69a Unsintered insulating layer, 70 Heater part, 71 Heater connector electrode, 72 Heater, 73 Through hole, 73a 1st opening, 73b 2nd opening, 73c Center axis, 73d 1st area | region, 73e 2nd area | region 73f, 73g chamfered portion, 74 heater insulating layer, 74a unfired insulating layer, 75 pressure dissipation hole, 76 heater lead wire, 80 oxygen partial pressure detection sensor cell for main pump control, 81 oxygen partial pressure detection sensor cell for auxiliary pump control 82, oxygen sensor for detecting pump partial pressure for measuring pump, 83 sensor cell, 96 in-hole insulating layer, 96a, 96b, 96b1, 96b2 insulating paste, 96c unsintered insulating layer, 96d closest part, 97 in-hole conductor, 97a Unsintered conductor, 100 gas sensor, 101 sensor element, 105 structure, 10 5a Green structure, 110 protective cover, 111 inner protective cover, 112 outer protective cover, 120 element sealing body, 122 metal shell, 124 supporter, 126 green compact, 130 nut, 140 pipe, 141 mounting member.

Claims (8)

(a)1枚のグリーンシート又は積層された複数のグリーンシートを有し、第1開口及び該第1開口とは反対側の第2開口を有するスルーホールが形成されたグリーン構造体を用意する工程と、
(b)前記スルーホールの内周面を絶縁性ペーストで被覆して未焼成絶縁層を形成する工程であって、前記スルーホールの中心軸に沿った断面視で、前記中心軸に垂直な方向を高さ方向とし、前記スルーホール内の前記軸方向の中央から前記第1開口側を第1領域,前記第2開口側を第2領域とし、前記第1領域内の前記未焼成絶縁層と前記中心軸との前記高さ方向の最短距離を距離D1とし、前記第2領域内の前記未焼成絶縁層と前記中心軸との前記高さ方向の最短距離を距離D2としたときに、距離D1<距離D2となるように前記被覆を行う工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記スルーホール内に前記第1開口側から導電性ペーストを充填して未焼成導電体を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記グリーン構造体を焼成して、前記未焼成絶縁層が絶縁層となり前記未焼成導電体が導電体となった構造体を有するセンサ素子を得る工程と、
を含むセンサ素子の製造方法。
(A) A green structure having a single green sheet or a plurality of stacked green sheets and having a first opening and a through hole having a second opening opposite to the first opening is prepared. Process,
(B) A step of forming an unsintered insulating layer by coating the inner peripheral surface of the through hole with an insulating paste, in a direction perpendicular to the central axis in a sectional view along the central axis of the through hole The first opening side from the center of the axial direction in the through hole as a first region, the second opening side as a second region, and the unsintered insulating layer in the first region When the shortest distance in the height direction from the central axis is a distance D1, and the shortest distance in the height direction between the green insulating layer in the second region and the central axis is a distance D2, the distance Performing the coating so that D1 <distance D2.
(C) after the step (b), filling the through hole with a conductive paste from the first opening side to form an unfired conductor;
(D) after the step (c), firing the green structure to obtain a sensor element having a structure in which the unsintered insulating layer becomes an insulating layer and the unsintered conductor becomes a conductor; ,
A method for manufacturing a sensor element including:
前記工程(b)では、前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理と、前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理と、をそれぞれ1回以上行い、且つ前記第2処理では前記第1処理と比べて粘度の高い前記絶縁性ペーストを用いる、
請求項1に記載のセンサ素子の製造方法。
In the step (b), a first treatment for causing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the first opening side, and a second process for causing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the second opening side. And the treatment is performed at least once, and the second treatment uses the insulating paste having a higher viscosity than the first treatment.
A method for manufacturing the sensor element according to claim 1.
前記工程(b)では、前記スルーホール内を前記第2開口側から吸引しつつ前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理と、前記スルーホール内を前記第1開口側から吸引しつつ前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理と、をそれぞれ1回以上行い、且つ前記第2処理では前記第1処理と比べて前記吸引の力を弱くする、
請求項1又は2に記載のセンサ素子の製造方法。
In the step (b), a first process for allowing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the first opening side while sucking the inside of the through hole from the second opening side; The second process of allowing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the second opening side while sucking from the first opening side is performed at least once, and the second process is compared with the first process. To weaken the suction force,
The manufacturing method of the sensor element of Claim 1 or 2.
前記工程(b)では、前記絶縁性ペーストを前記第1開口側から前記内周面に流入させる第1処理を0回以上行い、前記絶縁性ペーストを前記第2開口側から前記内周面に流入させる第2処理を1回以上行い、且つ該第2処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量を該第1処理で前記内周面を被覆する絶縁性ペーストの総量よりも多くする、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ素子の製造方法。
In the step (b), the first treatment for causing the insulating paste to flow into the inner peripheral surface from the first opening side is performed zero or more times, and the insulating paste is applied from the second opening side to the inner peripheral surface. The second treatment to be introduced is performed at least once, and the total amount of the insulating paste covering the inner peripheral surface in the second treatment is larger than the total amount of the insulating paste covering the inner peripheral surface in the first treatment. To
The manufacturing method of the sensor element of any one of Claims 1-3.
前記工程(a)では、前記第1開口の縁と前記第2開口の縁との少なくとも一方に面取り部が形成された前記グリーン構造体を用意する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサ素子の製造方法。
In the step (a), the green structure having a chamfered portion formed on at least one of an edge of the first opening and an edge of the second opening is prepared.
The manufacturing method of the sensor element of any one of Claims 1-4.
前記工程(b)では、距離D3(=距離D2−距離D1)≧3.0μmとなるように前記被覆を行う、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサ素子の製造方法。
In the step (b), the coating is performed so that the distance D3 (= distance D2−distance D1) ≧ 3.0 μm.
The manufacturing method of the sensor element of any one of Claims 1-5.
1層以上の層を貫通するスルーホールが形成された積層体と、
前記スルーホール内に充填された導電体と、
前記スルーホールの内周面を被覆し該内周面と前記導電体との間に配設され、前記スルーホールの中心軸に沿った断面視で、該中心軸に垂直な方向を高さ方向としたときに、該高さ方向の最高点と最低点との差D4が0μm以上5.0μm未満である絶縁層と、
を備えたセンサ素子。
A laminate in which a through-hole penetrating one or more layers is formed;
A conductor filled in the through hole;
Covers the inner peripheral surface of the through hole and is disposed between the inner peripheral surface and the conductor, and in a cross-sectional view along the central axis of the through hole, a direction perpendicular to the central axis is a height direction The difference D4 between the highest point and the lowest point in the height direction is 0 μm or more and less than 5.0 μm,
A sensor element comprising:
請求項7に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。   A gas sensor comprising the sensor element according to claim 7.
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