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公開番号2024142545
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023054709
出願日2023-03-30
発明の名称センサ素子及びセンサ素子の製造方法
出願人日本碍子株式会社
代理人弁理士法人桐朋
主分類G01N 27/409 20060101AFI20241003BHJP(測定;試験)
要約【解決手段】センサ素子10は、ガスを取り込むキャビティ26を先端側に有する本体12と、本体12の先端側の外周面を覆う多孔質保護層14と、を備え、多孔質保護層14は、先端面12aにおいて、少なくともキャビティ26と長手方向に重なる部分を覆う水滴阻止構造と、水滴阻止構造の周囲で先端面12aを覆う肉薄部58と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ガスを取り込むキャビティを先端側に有する本体と、
前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層と、を備え、
前記多孔質保護層は、
前記本体の先端面において、少なくとも前記キャビティと前記先端面に垂直な長手方向に重なる部分を覆う水滴阻止構造と、
前記水滴阻止構造の周囲で前記先端面を覆う肉薄部と、
を備える、センサ素子。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１記載のセンサ素子であって、
前記キャビティは、前記長手方向に沿って延びており、
前記水滴阻止構造は、前記肉薄部よりも大きな厚みを有する前記多孔質保護層の凸部である、センサ素子。
【請求項３】
請求項１記載のセンサ素子であって、前記本体は、前記長手方向に長く延びた直方体状に形成され、かつ、前記本体は、前記長手方向に垂直な幅方向の寸法が前記長手方向及び前記幅方向に垂直な厚さ方向の寸法よりも大きな扁平な平板形状を有し、
前記水滴阻止構造は、前記先端面において前記幅方向及び前記厚さ方向の中央に位置する、センサ素子。
【請求項４】
請求項１記載のセンサ素子であって、前記肉薄部は、前記キャビティの前記長手方向の延長線上を避けた位置に形成される、センサ素子。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記肉薄部の厚みＣから前記水滴阻止構造の厚みＡとの差分値Ｂと、前記水滴阻止構造の厚みＡと、の比率Ｂ／Ａは、０．０５～０．６の範囲である、センサ素子。
【請求項６】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記肉薄部の厚みＣから前記水滴阻止構造の厚みＡとの差分値Ｂと、前記水滴阻止構造の厚みＡと、の比率Ｂ／Ａは、０．１～０．５８の範囲である、センサ素子。
【請求項７】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記キャビティは、前記先端面に開口する、センサ素子。
【請求項８】
ガス成分を取り込むキャビティを先端側に有する本体と、前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層と、を有するセンサ素子の製造方法であって、
前記本体の側面にプラズマ溶射で前記多孔質保護層を成膜する第１溶射工程と、
前記本体の先端面にプラズマ溶射で前記多孔質保護層を成膜する第２溶射工程と、を有し、
前記第２溶射工程は、前記先端面に向かい合うように、溶射ガンを配置し、かつ前記溶射ガンで成膜効率が最も高くなるノズル中心を前記キャビティの前記先端面に垂直な長手方向の延長線上に位置合わせしてプラズマ溶射を行うことで、前記先端面において、少なくとも前記キャビティと前記長手方向に重なる部分を覆う肉厚の凸部と、前記凸部の周囲の前記先端面を覆う肉薄部とを有する前記多孔質保護層を形成する、センサ素子の製造方法。
【請求項９】
ガス成分を取り込むキャビティを先端側に有する本体と、前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層とを有するセンサ素子の製造方法であって、
前記本体の側面にスプレー法で前記多孔質保護層を成膜する第１スプレー工程と、
前記本体の先端面にスプレー法で前記多孔質保護層を成膜する第２スプレー工程と、を有し、
前記第２スプレー工程は、前記先端面に向かい合うように、スプレーガンを配置し、かつ前記スプレーガンによる成膜効率が最も高くなるノズル中心を前記キャビティの前記先端面に垂直な長手方向の延長線上に位置合わせしてスプレーすることで、前記先端面において、少なくとも前記キャビティと前記長手方向に重なる部分を覆う肉厚の凸部と、前記凸部の周囲の前記先端面を覆う肉薄部とを有する前記多孔質保護層を形成する、センサ素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス成分を検出するセンサ素子及びセンサ素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘ又は酸素等のガス成分の濃度の検出に、セラミックスからなるセンサ素子が使用される。このようなセンサ素子は、高温で使用される。高温のセンサ素子の本体への水滴の付着は、熱衝撃で本体を破損させるおそれがある。
【０００３】
特許文献１は、本体の周囲を多孔質保護層で覆うことで、熱衝撃から本体を保護するセンサ素子を開示する。
【０００４】
特許文献２も多孔質保護層で本体を覆ったセンサ素子を開示する。この多孔質保護層は、表面に水滴を捉える凹部を有する。凹部は、水滴を素早く乾燥させて多孔質保護層の破損を防止する。
【０００５】
特許文献３も多孔質保護層で本体を覆ったセンサ素子を開示する。特許文献３には、水滴による多孔質保護層の損傷を防止するために、水滴に弱い角部の膜厚を厚くした多孔質保護層が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１６－１０９６８５号公報
特開２００９－０８０１１１号公報
特開２０１９－０３９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１～３のセンサ素子は、最も脆弱な部分である本体の先端部分を効率よく保護できないため、多孔質保護層を全体的に厚くする必要がある。厚い多孔質保護層は、生産に時間を要するとともに、熱容量の増大による起動時の消費電力の増加や、ガス拡散時間の増大に伴うセンサ素子の応答性の悪化といった問題を生ずる。
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［項目１］
本発明の一観点は、ガスを取り込むキャビティを先端側に有する本体と、前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層と、を備えるセンサ素子であって、前記多孔質保護層は、前記本体の先端面において、少なくとも前記キャビティと前記先端面に垂直な長手方向に重なる部分を覆う水滴阻止構造と、前記水滴阻止構造の周囲で前記先端面を覆う肉薄部と、を備える。上記のセンサ素子は、本体の中でも応力が集中して最も破損しやすい、先端面において、キャビティの長手方向に重なる部分を水滴阻止構造で保護し、その周囲に肉薄部を設けることで、必要な部分を効率よく多孔質保護層で保護できる。その結果、センサ素子は、先端の熱容量を低減でき、センサ素子の応答性を改善できる。
［項目２］
項目１記載のセンサ素子であって、前記キャビティは、前記長手方向に沿って延びており、前記水滴阻止構造は、前記肉薄部よりも大きな厚みを有する前記多孔質保護層の凸部であってもよい。このセンサ素子は、最も簡単な構造で水滴阻止構造を実現できる。
［項目３］
項目１又は２記載のセンサ素子であって、前記本体は、前記長手方向に長く延びた直方体状に形成され、かつ、前記本体は、前記長手方向に垂直な幅方向の寸法が前記長手方向及び前記幅方向に垂直な厚さ方向の寸法よりも大きな扁平な平板形状を有し、前記水滴阻止構造は、前記先端面において前記幅方向及び前記厚さ方向の中央に位置してもよい。
［項目４］
項目１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記肉薄部は、前記キャビティの前記長手方向の延長線上を避けた位置に形成されてもよい。このセンサ素子は、水滴の付着による本体の破損を防止できる。
［項目５］
項目１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記肉薄部の厚みＣから前記水滴阻止構造の厚みＡとの差分値Ｂと、前記水滴阻止構造の厚みＡと、の比率Ｂ／Ａは、０．０５～０．６の範囲であってもよい。このセンサ素子は、多孔質保護層の生産性と、水滴の付着に対する本体の破損しにくさとを両立できる。
［項目６］
項目１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記肉薄部の厚みＣから前記水滴阻止構造の厚みＡとの差分値Ｂと、前記水滴阻止構造の厚みＡと、の比率Ｂ／Ａは、０．１～０．５８の範囲でもよい。このセンサ素子は、生産性と、水滴付着に対する本体の破損しにくさと、においてより好適である。
［項目７］
項目１～６のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、前記キャビティは、前記先端面に開口してもよい。
［項目８］
本発明の別の一観点は、ガス成分を取り込むキャビティを先端側に有する本体と、前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層と、を有するセンサ素子の製造方法であって、前記本体の側面にプラズマ溶射で前記多孔質保護層を成膜する第１溶射工程と、前記本体の先端面にプラズマ溶射で前記多孔質保護層を成膜する第２溶射工程と、を有し、前記第２溶射工程は、前記先端面に向かい合うように、溶射ガンを配置し、かつ前記溶射ガンで成膜効率が最も高くなるノズル中心を前記キャビティの前記先端面に垂直な長手方向の延長線上に位置合わせしてプラズマ溶射を行うことで、前記先端面において、少なくとも前記キャビティと前記長手方向に重なる部分を覆う肉厚の凸部と、前記凸部の周囲の前記先端面を覆う肉薄部とを有する前記多孔質保護層を形成する。上記のセンサ素子の製造方法は、第２溶射工程において、溶射ガンのノズル中心を大きく移動させる必要がないため、多孔質保護層をより効率良く製造できる。
［項目９］
本発明の別の一観点は、ガス成分を取り込むキャビティを先端側に有する本体と、前記本体の前記先端側の外周面を覆う多孔質保護層と、を有するセンサ素子の製造方法であって、前記本体の側面にスプレー法で前記多孔質保護層を成膜する第１スプレー工程と、前記本体の先端面にスプレー法で前記多孔質保護層を成膜する第２スプレー工程と、を有し、前記第２スプレー工程は、前記先端面に向かい合うように、スプレーガンを配置し、かつ前記スプレーガンによる成膜効率が最も高くなるノズル中心を前記キャビティの前記先端面に垂直な長手方向の延長線上に位置合わせしてスプレーすることで、前記先端面において、少なくとも前記キャビティと前記長手方向に重なる部分を覆う肉厚の凸部と、前記凸部の周囲の前記先端面を覆う肉薄部とを有する前記多孔質保護層を形成する。上記のセンサ素子の製造方法は、第２スプレー工程において、スプレーガンのノズル中心を大きく移動させる必要がないため、多孔質保護層をより効率良く製造できる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のセンサ素子及びセンサ素子の製造方法は、熱衝撃から本体を保護しつつ、多孔質保護層を薄くできる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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