JPH11153564A - Carbon dioxide sensing element - Google Patents
Carbon dioxide sensing elementInfo
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- JPH11153564A JPH11153564A JP9317960A JP31796097A JPH11153564A JP H11153564 A JPH11153564 A JP H11153564A JP 9317960 A JP9317960 A JP 9317960A JP 31796097 A JP31796097 A JP 31796097A JP H11153564 A JPH11153564 A JP H11153564A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭酸ガス検知材である多孔質セラミックと電
極との付着性を向上し、数百℃の動作温度で剥離を生じ
ず、経時的な性能低下を抑制することが出来るととも
に、素子ごとの特性のばらつきの少ない炭酸ガス検知素
子の提供を目的とする。
【解決手段】 電極52を被着する炭酸ガス検知多孔質
セラミック1の表面の面粗度Rmax及び/又は凹凸段差の
隣接の最小ピッチが電極52を構成している粒子径以上
に、且つ凹凸段差の隣接の最大ピッチが電極52の膜厚
以下に、形成されている構成を有している。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To improve the adhesion between a porous ceramic which is a carbon dioxide gas detection material and an electrode, to prevent peeling at an operating temperature of several hundred degrees Celsius, and to suppress the deterioration of performance over time. It is an object of the present invention to provide a carbon dioxide gas sensing element that can be made and has little variation in characteristics of each element. SOLUTION: The surface roughness Rmax of the surface of the carbon dioxide sensing porous ceramic 1 on which the electrode 52 is deposited and / or the minimum pitch adjacent to the uneven step is larger than the particle diameter constituting the electrode 52, and the uneven step is formed. Is formed so that the maximum pitch adjacent thereto is less than or equal to the film thickness of the electrode 52.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガス検知材と
してセラミックを用いた炭酸ガス検知素子に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide sensing element using ceramics as a carbon dioxide sensing material.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、施設園芸や各種の生産設備等で炭
酸ガスの測定や制御を行うための炭酸ガス検知素子が種
々研究開発されている。2. Description of the Related Art In recent years, various carbon dioxide sensing elements for measuring and controlling carbon dioxide in facility horticulture and various production facilities have been researched and developed.
【0003】このような炭酸ガス検知素子としては、固
体電解質と炭酸ガスとの反応により発生する起電力を電
気信号として取り出して濃度を検知する固体電解質型の
ものや、金属酸化物から形成したセラミックと炭酸ガス
との可逆的炭酸塩形成反応による電気抵抗や静電容量等
のインピーダンス特性の変化を検知するインピーダンス
変化型のものが知られている。As such a carbon dioxide gas detecting element, a solid electrolyte type element which takes out an electromotive force generated by a reaction between a solid electrolyte and carbon dioxide gas as an electric signal to detect a concentration, and a ceramic formed from a metal oxide are used. There is known an impedance change type that detects a change in impedance characteristics such as electric resistance and capacitance due to a reversible carbonate formation reaction between carbon dioxide and carbon dioxide.
【0004】とりわけインピーダンス変化型の炭酸ガス
検知素子は、素子構造が簡単なため製造が容易であると
ともに、検出回路が簡単になるため、装置全体を容易に
小型計量化、低価格化する事が出来る。In particular, the impedance-change type carbon dioxide sensing element is easy to manufacture because of its simple structure, and the detection circuit is simple, so that the entire apparatus can be easily reduced in size and cost. I can do it.
【0005】これらの炭酸ガス検知素子はいずれも炭酸
ガス検知材に電極を接合させた基本構造を有しており、
動作温度が250〜900℃と高いため、セラミックと
電極の密着性は炭酸ガス検知素子の特性に大きな影響を
およぼすものである。[0005] Each of these carbon dioxide sensing elements has a basic structure in which an electrode is bonded to a carbon dioxide sensing material.
Since the operating temperature is as high as 250 to 900 ° C., the adhesion between the ceramic and the electrode has a great influence on the characteristics of the carbon dioxide gas detecting element.
【0006】例えば、固体電解質型の炭酸ガス検知素子
として、特開平4−309858には基準電極や検知電
極を形成するため、貴金属などを真空蒸着やスパッタリ
ングやメッキを行ったり、貴金属などを導電材とする導
電ペーストを印刷したものが開示されており、その動作
温度は550℃と記載されている。For example, as a solid electrolyte type carbon dioxide sensing element, Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-309858 discloses a method of forming a reference electrode and a sensing electrode by performing vacuum deposition, sputtering, or plating of a noble metal or a conductive material of a noble metal. Is disclosed, and the operation temperature is described as 550 ° C.
【0007】また、インピーダンス変化型の炭酸ガス検
知素子としては、特開平4−24548号公報や特開平
6−317551号公報に、種々の組成を有するものが
開示されており、電極として銀ペーストを付着させ焼成
し形成されている。動作温度はそれぞれ300℃〜90
0℃、250℃〜800℃と記載されている。As impedance-change type carbon dioxide sensing elements, those having various compositions are disclosed in JP-A-4-24548 and JP-A-6-317551, and silver paste is used as an electrode. It is formed by attaching and firing. Operating temperature is 300C ~ 90 each
0 ° C, 250 ° C to 800 ° C.
【0008】以下、従来のインピーダンス変化型の炭酸
ガス検知素子について図面を参照しながら説明する。Hereinafter, a conventional impedance-variable carbon dioxide sensing element will be described with reference to the drawings.
【0009】図11は従来のインピーダンス変化型の炭
酸ガス検知素子の構成を示す斜視図、図12は図11の
B部分の拡大図である。図11、図12において、51
はインピーダンス変化型の炭酸ガス検知多孔質セラミッ
ク、52は炭酸ガス検知多孔質セラミック51の表面ま
たは内部に設けられている1つ以上の電極、53はAl
2O3等で形成した基板、54は基板53上に配置された
白金ヒータ、55は電極52の少なくとも一つの表面ま
たは内部に接続されたリード線、56はリード線固定材
料、57は炭酸ガス検知多孔質セラミック51からのイ
ンピーダンス変化を伝達するために、基板53上に配置
された配線、58は炭酸ガス検知多孔質セラミック51
の表面と電極52との付着性が低いことにより、または
炭酸ガス検知多孔質セラミック51の表面が一部破壊し
たことにより生じた隙間である。FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of a conventional impedance-variable carbon dioxide sensing element, and FIG. 12 is an enlarged view of a portion B in FIG. 11 and 12, 51
Is a porous ceramic for detecting a carbon dioxide gas of an impedance change type, 52 is one or more electrodes provided on the surface or inside of the porous ceramic for detecting a carbon dioxide gas 51, 53 is Al
A substrate formed of 2 O 3 or the like; 54, a platinum heater disposed on the substrate 53; 55, a lead wire connected to at least one surface or inside of the electrode 52; 56, a lead wire fixing material; In order to transmit a change in impedance from the detection porous ceramic 51, a wiring 58 disposed on the substrate 53 is a carbon dioxide detection porous ceramic 51.
This is a gap generated due to low adhesion between the surface of the electrode 52 and the electrode 52 or a partial breakage of the surface of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51.
【0010】以下に図11の従来の炭酸ガス検知素子の
製造方法を説明する。炭酸ガス検知多孔質セラミック5
1は1種類以上の金属酸化物原料を焼成して形成され
る。金属酸化物原料には、市販の金属酸化物をボールミ
ル等により乾式または湿式粉砕した後、ふるいを通した
り、再度ボールミル等でバインダーを混合し、スプレー
ドライ法により乾燥し、造粒し、所定の粒度分布にした
ものを用いる。さらに仮焼き等の予備の熱処理を行った
後、各種プレス等による成形や、エチルセルロースやタ
ーピネオール等を加えて混合・混練してペースト化した
ものを印刷や打ち抜きすることによる成形を行った後、
焼成して炭酸ガス検知多孔質セラミックとする。A method for manufacturing the conventional carbon dioxide sensing element shown in FIG. 11 will be described below. Carbon dioxide detection porous ceramic 5
1 is formed by firing one or more metal oxide raw materials. For the metal oxide raw material, after a commercially available metal oxide is dry- or wet-pulverized with a ball mill or the like, it is passed through a sieve or a binder is again mixed with a ball mill or the like, dried by a spray dry method, granulated, and granulated. Use a particle size distribution. Furthermore, after performing preliminary heat treatment such as calcination, after performing molding by various presses and the like, by performing mixing or kneading by adding ethyl cellulose, terpineol, etc., mixing and kneading and forming a paste by printing or punching,
It is fired to obtain a carbon dioxide sensing porous ceramic.
【0011】電極52は、ペースト状のものをスピンコ
ーティングしたり、エッチングやスクリーン印刷等によ
り形成するか、蒸着やスパッタ等で形成する。パターン
形状としては円、多角形、くし形等から選ばれる。The electrode 52 is formed by spin-coating a paste, etching or screen printing, or by vapor deposition or sputtering. The pattern shape is selected from a circle, a polygon, a comb, and the like.
【0012】白金ヒータ54と配線57は基板53上に
白金ペースト等をスクリーン印刷等によって形成した
後、焼成によって固定される。The platinum heater 54 and the wiring 57 are fixed by baking after forming a platinum paste or the like on the substrate 53 by screen printing or the like.
【0013】電極52が塗布・印刷された熱処理前の炭
酸ガス検知多孔質セラミック51を、基板53上に配置
し、焼成する。これにより上面にも電極52を備えた炭
酸ガス検知多孔質セラミック51が基板53上に固定さ
れる。The carbon dioxide sensing porous ceramics 51 before the heat treatment, on which the electrodes 52 are applied and printed, are arranged on a substrate 53 and fired. Thus, the carbon dioxide sensing porous ceramic 51 having the electrode 52 also on the upper surface is fixed on the substrate 53.
【0014】リード線55は、バルク材のPt線、Au
線、Ni線等をリード線固定材料56の原料ペーストに
浸した後、電極52上に密着させ焼成により固定され
る。またリード線55は、ペースト状のものをスクリー
ン印刷してもよく、Pt、Au、RuO2、Ag、C
u、CuO、Ni等を蒸着やスパッタによって形成して
も良い。この時は炭酸ガス検知多孔質セラミック51と
Al2O3等で製作した基板53との段差により、リード
線55が断線しないように、リード線固定材料56を塗
布後焼成する。The lead wire 55 is made of a bulk material Pt wire, Au
After immersing a wire, a Ni wire, or the like in the raw material paste of the lead wire fixing material 56, the wire and the Ni wire are adhered to the electrode 52 and fixed by firing. The lead wires 55 may be paste-printed by screen printing, and may be made of Pt, Au, RuO 2 , Ag, C
u, CuO, Ni, etc. may be formed by vapor deposition or sputtering. At this time, the lead wire fixing material 56 is applied and baked so that the lead wire 55 is not broken due to a step between the carbon dioxide sensing porous ceramic 51 and the substrate 53 made of Al 2 O 3 or the like.
【0015】以上の製造工程を経て従来のインピーダン
ス変化型の炭酸ガス検知素子が得られる。Through the above manufacturing steps, a conventional impedance-change-type carbon dioxide sensing element can be obtained.
【0016】上記従来のインピーダンス変化型の炭酸ガ
ス検知材多孔質セラミックは、その表面に電極を付着性
良く、くまなく密着させることが困難である。また、比
較的良好に多孔質表面に電極を密着させたとしても、多
孔質セラミックの表面は粒子の結合が弱いものが多く、
数百℃の動作温度で発生する熱応力によって電極が多孔
質体表面の一部を密着させたままセラミック表面の粒子
の結合を破壊し、剥離を生じてしまうことがよくある。
また、多孔質セラミック表面と電極の密着性が良好な場
合でも、リード線固定材料と電極との間の機械的及び/
又は熱的な歪みが大きい場合は、やはり剥離が生じやす
い。In the above-mentioned conventional porous ceramics of the impedance-change type carbon dioxide gas detecting material, it is difficult to adhere electrodes to the surface thereof with good adhesiveness. Also, even if the electrode is relatively well adhered to the porous surface, the surface of the porous ceramic often has weak particles,
The electrode often breaks the bonding of the particles on the ceramic surface while keeping the part of the surface of the porous body in close contact by thermal stress generated at an operating temperature of several hundred degrees Celsius, and often causes separation.
Also, even when the adhesion between the porous ceramic surface and the electrode is good, the mechanical and / or
Alternatively, when thermal distortion is large, peeling is also likely to occur.
【0017】いずれの場合でも、各界面に隙間を生じる
と、炭酸ガス検知素子の経時的な性能低下が大きくなる
とともに、素子ごとの特性にばらつきが生じるため精度
が低くなりやすいという問題点を有している。In any case, if a gap is formed at each interface, there is a problem that the performance of the carbon dioxide sensing element deteriorates with time and the accuracy of the element tends to be low because the characteristic of each element varies. doing.
【0018】このような問題点を解決するための研究と
しては、例えば、ガス検知セラミックと電極との密着性
を向上させたものとして、特開昭55−24654号公
報には、緻密に焼結した安定化ジルコニアを用いた酸素
センサーの表面に、同じ安定化ジルコニアで特殊なバイ
ンダーを使用して多孔質膜を設け、その上にPt電極を
被着することが開示されている。また特開平5−180
797号公報には、酸素濃度センサの表面に、付着させ
る第2のセラミック粒子の粒子径と同程度の幅を有する
溝を設け、その上にPt電極を被着したものが開示され
ている。As a study for solving such a problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-24654 discloses a technique for improving the adhesion between a gas detection ceramic and an electrode. It discloses that a porous film is provided on the surface of an oxygen sensor using stabilized zirconia using the same stabilized zirconia using a special binder, and a Pt electrode is deposited thereon. Japanese Patent Laid-Open No. 5-180
Japanese Patent Publication No. 797 discloses that an oxygen concentration sensor is provided with a groove having a width substantially equal to the particle diameter of the second ceramic particles to be attached, on which a Pt electrode is attached.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセラミック製ガス検知素子の電極の密着性を向上さ
せたものには以下の様な課題を有していた。However, the above-mentioned conventional ceramic gas detecting element having improved electrode adhesion has the following problems.
【0020】特開昭55−24654号公報のように特
殊バインダーを使用し多孔質膜をセラミック表面に焼成
し、無電解メッキや電解メッキで白金電極を形成しても
多孔質焼結体の多孔度によっては、くまなく密着させる
ことができないという問題点を有していた。As described in JP-A-55-24654, a porous film is fired on a ceramic surface using a special binder, and a platinum electrode is formed by electroless plating or electrolytic plating. Depending on the degree, there was a problem that it could not be adhered all over.
【0021】また、特開平5−180797号公報のよ
うに多孔質セラミックの表面に溝を設けると、強度が著
しく低下するという問題点を有していた。Further, when grooves are provided on the surface of the porous ceramic as disclosed in JP-A-5-180797, there is a problem that the strength is significantly reduced.
【0022】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、炭酸ガス検知材である多孔質セラミックと、前記
多孔質セラミックの表面に設けられている1つ以上の電
極及び/又は前記電極表面に接続されたリード線との付
着性を向上し、剥離等の発生による経時的な性能低下を
生じない高い信頼性を得ることができるととともに、素
子ごとの特性のばらつきを大きく減らすことのできる炭
酸ガス検知素子の提供を目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and comprises a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, one or more electrodes provided on the surface of the porous ceramic, and / or the surface of the electrode. It is possible to improve the adhesion with the lead wire connected to the semiconductor device, obtain high reliability without deteriorating the performance over time due to the occurrence of peeling, etc., and greatly reduce the variation in the characteristics of each element. It is intended to provide a carbon dioxide sensing element.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るため本発明の炭酸ガス検知素子は炭酸ガス検知材であ
る多孔質セラミックと、前記多孔質セラミックの表面ま
たは内部に設けられている1つ以上の電極と、前記電極
の表面または内部に接続されたリード線と、前記電極と
前記リード線を接続固定するリード線固定材料と、前記
多孔質セラミックを動作温度に加熱できるヒータと、前
記多孔質セラミックと前記ヒータを配置できる基板と、
前記基板上に配置された通電用の配線と、を備えた炭酸
ガス検知素子であって、前記電極を被着する前記多孔質
セラミックの表面の面粗度Rmax及び/又は凹凸段差の隣
接の最小ピッチが前記電極を構成している粒子径以上
に、且つ凹凸段差の隣接の最大ピッチが前記電極の膜厚
以下に、形成されている構成を有している。In order to solve the above-mentioned conventional problems, a carbon dioxide sensing element according to the present invention comprises a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, and a ceramic provided on the surface or inside of the porous ceramic. One or more electrodes, a lead wire connected to the surface or inside of the electrode, a lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, and A substrate on which a porous ceramic and the heater can be arranged;
A current-carrying wiring disposed on the substrate, wherein the surface roughness of the surface of the porous ceramic on which the electrode is applied, the surface roughness Rmax and / or the minimum adjacent roughness. The pitch is set to be equal to or larger than the particle diameter of the electrode, and the maximum pitch adjacent to the uneven step is set to be equal to or smaller than the film thickness of the electrode.
【0024】この構成により、多孔質セラミックと電極
との付着性を向上し、500〜600℃の動作温度でも
剥離を生じず、経時的な性能低下を抑制することができ
るととともに、素子ごとの特性のばらつきの少ない炭酸
ガス検知素子を提供することができる。According to this structure, the adhesion between the porous ceramic and the electrode is improved, the peeling does not occur even at an operating temperature of 500 to 600 ° C., and the performance deterioration over time can be suppressed. It is possible to provide a carbon dioxide gas sensing element with less variation in characteristics.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、炭酸ガス検知材である多孔質セラミックと、前記多
孔質セラミックの表面または内部に設けられている1つ
以上の電極と、前記電極の表面または内部に接続された
リード線と、前記電極と前記リード線を接続固定するリ
ード線固定材料と、前記多孔質セラミックを動作温度に
加熱できるヒータと、前記多孔質セラミックと前記ヒー
タを配置できる基板と、前記基板上に配置された通電用
の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であって、前記電
極を被着する前記多孔質セラミックの表面の面粗度Rmax
及び/又は凹凸段差の隣接の最小ピッチが前記電極を構
成している粒子径以上に、且つ凹凸段差の隣接の最大ピ
ッチが前記電極の膜厚以下に、形成されてこととしたも
のであり、前記多孔質セラミック表面の凹凸形状の部分
に前記電極の構成粒子がくまなく、はまりこむことがで
き、且つ凹凸形状の部分が前記電極の膜厚によりそのほ
とんどが覆われるので、ガス濃度検知装置としての動作
温度が比較的高温である炭酸ガス濃度検知装置におい
て、炭酸ガス検知材である多孔質セラミックと1つ以上
の電極との付着性を顕著に向上させることができるた
め、数百℃の動作温度でも剥離を生じず、経時的な性能
低下を抑制することができるととともに、素子ごとの特
性のばらつきの少ない炭酸ガス検知素子を提供すること
ができるという作用を有する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention relates to a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, and one or more electrodes provided on or on the surface of the porous ceramic. A lead wire connected to the surface or inside of the electrode, a lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, the porous ceramic and the heater A carbon dioxide sensing element, comprising: a substrate on which the electrodes can be disposed; and a current-carrying wiring disposed on the substrate, wherein the surface roughness Rmax of the surface of the porous ceramic on which the electrodes are applied is
And / or the minimum pitch adjacent to the uneven steps is equal to or larger than the particle diameter constituting the electrode, and the maximum pitch adjacent to the uneven steps is equal to or less than the film thickness of the electrode, Since the constituent particles of the electrode can be fitted all over the uneven portion of the porous ceramic surface, and the uneven portion is almost entirely covered by the film thickness of the electrode, it is used as a gas concentration detecting device. In a carbon dioxide gas concentration detecting device whose operating temperature is relatively high, the adhesion between the porous ceramic as a carbon dioxide gas detecting material and one or more electrodes can be remarkably improved. At the same time, it is possible to provide a carbon dioxide gas sensing element that does not cause separation even at a temperature and can suppress a deterioration in performance over time, and that has a small variation in characteristics of each element. To.
【0026】ここで多孔質セラミックの表面加工として
は砥石を用いる研削、遊離砥粒を用いるラップ仕上げ、
耐水性の研磨紙を用いる研磨等が一般的に行われるが、
エッチング溶液やエッチングガスを用いて化学的に表面
をエッチングしても良い。またイオンミリングやサンド
ブラストのような表面加工法も用いられる。Here, the surface processing of the porous ceramic includes grinding using a grindstone, lap finishing using free abrasive grains,
Polishing using water-resistant abrasive paper is generally performed,
The surface may be chemically etched using an etching solution or an etching gas. A surface processing method such as ion milling or sand blasting is also used.
【0027】ここで、面粗度Rmax及び凹凸段差の隣接の
最小ピッチが電極を構成している粒子径より小さいと、
多孔質セラミックの表面の凹凸段差に電極の粒子が全く
はまりこむことができず、電極と多孔質セラミックの表
面との間に隙間が生じ、良好な密着状態を得ることがで
きなくなる。また、凹凸段差の隣接の最大ピッチが電極
の膜厚より大きくなると、電極が凹凸段差をくまなく密
着できず、焼成後には隙間が生じ、良好な密着状態を得
ることができない。隙間が生じていると、動作温度が比
較的高温な炭酸ガス濃度検知装置においては、多孔質セ
ラミックと電極の材料の違いによる熱的な歪みが多孔質
セラミックの表面の粒子の位置が変位するように作用し
て、インピーダンス特性に影響を与えやすいのでこのた
めいずれも好ましくない。Here, when the minimum roughness adjacent to the surface roughness Rmax and the unevenness step is smaller than the particle diameter constituting the electrode,
The particles of the electrode cannot fit into the unevenness of the surface of the porous ceramic at all, and a gap is formed between the electrode and the surface of the porous ceramic, so that a good adhesion state cannot be obtained. Further, if the maximum pitch adjacent to the uneven step is larger than the film thickness of the electrode, the electrode cannot be in close contact with the entire uneven step, and a gap is formed after firing, and a good adhesion state cannot be obtained. If a gap is formed, in a carbon dioxide gas concentration detection device whose operating temperature is relatively high, thermal distortion due to the difference in the material of the porous ceramic and the electrode causes the position of the particles on the surface of the porous ceramic to be displaced. , Which tends to affect the impedance characteristics, which is not preferable.
【0028】面粗度Rmax及び/又は凹凸段差の隣接の最
小ピッチは電極を構成している粒子径の1〜10倍好ま
しくは1〜5倍が望ましい。5倍より大きくなるにつ
れ、凹凸段差をくまなく覆うためには、膜厚を大きくせ
ざるを得なくなり、膜の内部応力の増加に伴い、剥離又
は多孔質表面の破壊がおきやすくなるため好ましくな
い。The surface roughness Rmax and / or the minimum pitch adjacent to the unevenness is preferably 1 to 10 times, preferably 1 to 5 times the particle diameter of the electrode. As it becomes larger than 5 times, in order to cover all the uneven steps, it is necessary to increase the film thickness, and with the increase of the internal stress of the film, peeling or destruction of the porous surface tends to occur, which is not preferable. .
【0029】また、凹凸段差の最大ピッチは前記電極の
膜厚の1〜0.1倍が好ましい。0.1倍より小さくな
るにつれ電極が凸部のエッジを覆いきれなくなる傾向を
生じるので好ましくない。The maximum pitch of the uneven steps is preferably 1 to 0.1 times the film thickness of the electrode. As the size becomes smaller than 0.1 times, the electrode tends to be unable to cover the edge of the projection, which is not preferable.
【0030】本発明の請求項2に記載の発明は、炭酸ガ
ス検知材である多孔質セラミックと、前記多孔質セラミ
ックの表面または内部に設けられている1つ以上の電極
と、前記電極の表面または内部に接続されたリード線
と、前記電極と前記リード線を接続固定するリード線固
定材料と、前記多孔質セラミックを動作温度に加熱でき
るヒータと、前記多孔質セラミックと前記ヒータを配置
できる基板と、前記基板上に配置された通電用の配線
と、を備えた炭酸ガス検知素子であって、前記電極を被
着する前記多孔質セラミックの表面に、SiO2、Al2
O3、ZrO2の少なくとも1種を含む酸化物層が焼結さ
れていることとしたものであり、SiO2、Al2O3、
ZrO2は炭酸ガスに対して感度を持たない材料であ
り、かつ各々の材料自体が焼結しやすいものであるた
め、無機材料のバインダーとして働くため、前記多孔質
セラミックの表面を強化することができるとともに、前
記電極が強固に密着するため、前記多孔質セラミックの
表面の粒子の結合が破壊されることによる電極の剥離を
防止できる作用を有する。According to a second aspect of the present invention, there is provided a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, at least one electrode provided on or inside the porous ceramic, and a surface of the electrode. Or, a lead wire connected inside, a lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, and a substrate on which the porous ceramic and the heater can be arranged And a wiring for energization disposed on the substrate, wherein the porous ceramic on which the electrode is to be adhered has SiO 2 , Al 2
An oxide layer containing at least one of O 3 and ZrO 2 is to be sintered, and SiO 2 , Al 2 O 3 ,
ZrO 2 is a material having no sensitivity to carbon dioxide gas, and since each material itself is easily sintered, it works as a binder for an inorganic material, and therefore, it is necessary to strengthen the surface of the porous ceramic. In addition, since the electrodes are firmly adhered to each other, the electrode has an effect of preventing separation of the electrodes due to breaking of the bonding of particles on the surface of the porous ceramic.
【0031】ここで、酸化物層としては、たとえばシリ
カゾルやアルミナゾルをスピンコーティングした後30
0℃〜900℃で焼成したり、SiO2、Al2O3、Z
rO2を主成分としてガラス成分を含むペーストを作成
して印刷・焼成して形成される。また、蒸着やスパッタ
により被着することもできる。ゾル状のものや粘性の低
いペースト状のものをスピンコーティングや印刷する際
は、多孔質セラミックの表面近傍だけに形成されること
が望ましい。内部まで浸透すると、炭酸ガスが多孔質セ
ラミックの粒子に直接接触しにくくなり、感度が低下す
る傾向を生じるので好ましくない。Here, the oxide layer is formed, for example, after spin-coating silica sol or alumina sol.
Firing at 0 ° C. to 900 ° C., SiO 2 , Al 2 O 3 , Z
The paste is formed by preparing a paste containing rO 2 as a main component and a glass component, and printing and firing. Further, it can be applied by vapor deposition or sputtering. When spin-coating or printing a sol or low-viscosity paste, it is desirable to form the paste only near the surface of the porous ceramic. If it penetrates into the inside, it becomes difficult for carbon dioxide gas to directly contact the particles of the porous ceramic, and the sensitivity tends to decrease, which is not preferable.
【0032】本発明の請求項3に記載の発明は、炭酸ガ
ス検知材である多孔質セラミックと、前記多孔質セラミ
ックの表面または内部に設けられている1対以上の電極
と、前記電極の表面または内部に接続されたリード線
と、前記電極と前記リード線を接続固定するリード線固
定材料と、前記多孔質セラミックを動作温度に加熱でき
るヒータと、前記炭酸ガス検知多孔質セラミックと前記
ヒータを配置できる基板と、前記基板上に配置された通
電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であって、前
記電極と前記リード線固定材料が同一材料で形成されて
いることとしたものであり、焼成により容易に強固な化
学的結合が得られるとともに、前記電極と前記リード線
固定材料の材料の線熱膨張係数が同一となるため、比較
的高温な動作温度でも熱応力の発生を小さくできるた
め、多孔質セラミック表面と、被着された電極との密着
性を顕著に向上させることができるという作用を有す
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, at least one pair of electrodes provided on or inside the porous ceramic, and a surface of the electrode. Or a lead wire connected inside, a lead fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, the carbon dioxide sensing porous ceramic and the heater A carbon dioxide sensing element comprising a substrate that can be arranged, and a wiring for energization arranged on the substrate, wherein the electrode and the lead wire fixing material are formed of the same material. Yes, a strong chemical bond is easily obtained by firing, and the linear thermal expansion coefficient of the material of the electrode and the material of the lead wire fixing material is the same. Because it can reduce the generation of thermal stress, it has a porous ceramic surface, the effect that it is possible to remarkably improve the adhesion between the deposited electrode.
【0033】本発明の請求項4に記載の発明は、炭酸ガ
ス検知材である多孔質セラミックと、前記多孔質セラミ
ックの表面または内部に設けられている1つ以上の電極
と、前記電極の表面または内部に接続されたリード線
と、前記電極と前記リード線を接続固定するリード線固
定材料と、前記多孔質セラミックを動作温度に加熱でき
るヒータと、前記多孔質セラミックと前記ヒータを配置
できる基板と、前記基板上に配置された通電用の配線
と、を備えた炭酸ガス検知素子であって、前記多孔質セ
ラミックの線熱膨張係数αと、前記電極の線熱膨張係数
βと、前記リード線固定材料の線熱膨張係数γとが、α
≧β≧γの関係を有していることとしたものであり、前
記多孔質セラミックと前記電極、及び前記電極と前記リ
ード線固定材料の各接触面での線熱膨張係数の差を小さ
くすることができるため、熱応力を小さくできるととも
に、線熱膨張係数が小さい方が相対的に圧縮応力を示す
ため、被着している物体から剥がれない方向に力が加わ
るため、多孔質セラミック表面と、被着された電極との
密着性を顕著に向上させることができるという作用を有
する。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, one or more electrodes provided on or inside the porous ceramic, and a surface of the electrode. Or, a lead wire connected inside, a lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, and a substrate on which the porous ceramic and the heater can be arranged And a wire for energization disposed on the substrate, wherein the linear thermal expansion coefficient α of the porous ceramic, the linear thermal expansion coefficient β of the electrode, and the lead The linear thermal expansion coefficient γ of the wire fixing material is α
≧ β ≧ γ to reduce the difference in linear thermal expansion coefficient between the porous ceramic and the electrode, and between the contact surfaces of the electrode and the lead wire fixing material. Since the thermal stress can be reduced, the smaller the linear thermal expansion coefficient, the more the compressive stress indicates, and a force is applied in a direction that does not peel off from the object to be adhered. This has the effect that the adhesion to the deposited electrode can be significantly improved.
【0034】ここでα<β又はβ<γとなると、発生す
る熱応力が各々を剥離させる方向に働くため好ましくな
い。If α <β or β <γ, it is not preferable because the generated thermal stress acts in the direction of peeling off each other.
【0035】本発明の請求項5に記載の発明は、請求項
1乃至4の内いずれか1項に記載の発明において、前記
電極が貴金属及び/又は貴金属酸化物と、ガラス成分
と、を含むペーストを焼成して形成され、焼成後の電極
に前記ガラス成分が10〜65vol%好ましくは20
〜60vol%含有されていることとしたものであり、
貴金属及び/又は貴金属酸化物を含むため、比較的高温
な動作温度でも良好な導電性を保持することができると
ともに、ガラス成分が前記多孔質セラミックに対して強
固に密着するという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrode includes a noble metal and / or a noble metal oxide and a glass component. A paste is formed by firing, and the electrode after firing has the glass component in an amount of 10 to 65 vol%, preferably 20 to 20 vol%.
6060 vol%.
Since it contains a noble metal and / or a noble metal oxide, it can maintain good conductivity even at a relatively high operating temperature, and has an effect that a glass component firmly adheres to the porous ceramic.
【0036】ここで貴金属及び/又は貴金属酸化物とし
ては白金、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オ
スミウム、イリジウムやその酸化物のうちいずれか1種
以上が用いられ、好ましくは白金、金、ルテニウム、酸
化ルテニウム等が用いられる。また、ガラス成分として
はホウケイ酸ガラス等が用いられる。Here, as the noble metal and / or noble metal oxide, any one or more of platinum, gold, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and oxides thereof are used, and preferably platinum, gold, ruthenium, Ruthenium oxide or the like is used. Borosilicate glass or the like is used as the glass component.
【0037】ここで、白金、金、ルテニウム、酸化ルテ
ニウムの順に焼成時にガラスと分離することなくガラス
量を多く混合してペースト化することができる。また、
ルテニウムや酸化ルテニウムを含み、ガラス成分として
ホウケイ酸ガラスを主成分とした場合は、焼結されたペ
ーストの粒界にルテニウムや酸化ルテニウムが析出して
おり、ルテニウムや酸化ルテニウムの析出量を広い範囲
で調整することができるため、種々の抵抗値を有する抵
抗ペーストを作ることができるとともに、ガラス成分量
も白金、金と比べると広い範囲で使用することができる
ため好ましい。Here, the paste can be formed by mixing a large amount of glass without separating it from the glass during firing in the order of platinum, gold, ruthenium, and ruthenium oxide. Also,
When ruthenium or ruthenium oxide is contained and borosilicate glass is the main component as the glass component, ruthenium or ruthenium oxide is precipitated at the grain boundaries of the sintered paste, and the amount of ruthenium or ruthenium oxide deposited can be increased over a wide range. Therefore, resistance pastes having various resistance values can be produced, and the amount of glass components can be used in a wider range than platinum and gold, which is preferable.
【0038】ここで電極中のガラス成分含有量が20v
ol%より少なくなるにつれ貴金属成分とガラス成分
が、焼成時に分離し、均一な組成の電極を形成しにくく
なるとともに、貴金属成分が剥離したり、電極自身がイ
ンピーダンスのばらつきを持つ傾向を生じるので好まし
くない。また60vol%より多くなるにつれ、ガラス
自身の応力が大きくなり、多孔質セラミックの表面の粒
子の結合を破壊して、剥離が生じやすくなる傾向を生じ
るので好ましくない。ガラス成分が10%より少なくな
るか、65vol%より多くなるにつれこの傾向が著し
くなるので更に好ましくない。Here, the glass component content in the electrode is 20 v
As the amount becomes less than ol%, the noble metal component and the glass component separate during firing, making it difficult to form an electrode having a uniform composition, and causing the precious metal component to peel off or the electrode itself to have a variation in impedance. Absent. On the other hand, as the content exceeds 60% by volume, the stress of the glass itself increases, and the bonding of particles on the surface of the porous ceramic is broken, and the glass tends to be easily peeled, which is not preferable. This tendency becomes more remarkable as the glass component becomes less than 10% or more than 65% by volume, which is further undesirable.
【0039】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
1乃至5の内いずれか1項に記載の発明において、前記
電極が、貴金属及び/又は貴金属酸化物と、前記炭酸ガ
ス検知多孔質セラミックの原料のうち少なくとも1種を
含むガラス成分と、を含むペーストを焼成して形成され
ていることとしたものであり、これにより電極ペースト
材料を焼成したときに、多孔質セラミック表面と電極と
が、ガラス成分に含まれる少なくとも1種の前記多孔質
セラミックの原料が前記多孔質セラミックと強力な化学
親和力で密着することができるので、比較的高温な動作
温度においても多孔質セラミック表面と、被着された電
極との密着性を顕著に向上させることができるという作
用を有する。また、多孔質セラミック表面と電極の線熱
膨張係数の差を減少させる方向に作用するので、熱応力
を小さくすることができるため、剥離しにくくなるとい
う作用を有する。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrode is formed of a noble metal and / or a noble metal oxide and a carbon dioxide gas sensing porous material. And a glass component containing at least one of the raw materials of the porous ceramic, which is formed by firing a paste containing the glass component. Since the raw material of at least one of the porous ceramics contained in the glass component can adhere to the porous ceramic with strong chemical affinity, the porous ceramic surface even at a relatively high operating temperature, This has the effect that the adhesion to the deposited electrode can be significantly improved. In addition, since it acts in the direction of reducing the difference in linear thermal expansion coefficient between the surface of the porous ceramic and the electrode, the thermal stress can be reduced, so that it has the effect of making it difficult to peel off.
【0040】本発明の請求項7に記載の発明は、請求項
1に記載の発明において、炭酸ガス検知材である多孔質
セラミックと、前記多孔質セラミックの表面または内部
に設けられている1つ以上の電極と、前記電極の表面ま
たは内部に接続されたリード線と、前記電極と前記リー
ド線を接続固定するリード線固定材料と、前記多孔質セ
ラミックを動作温度に加熱できるヒータと、前記多孔質
セラミックと前記ヒータを配置できる基板と、前記基板
上に配置された通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知
素子であって、前記多孔質セラミックがCeO2,Ba
CO3,CuOの混合物を含有し、前記電極を被着する
表面の面粗度Rmaxが0.5μm以上5μm以下、隣接の
凹凸段差のピッチが3μm以上25μm以下、前記電極
を構成する粒子径が0.05μm以上3μm未満である
こととしたものであり、CeO2,BaCO3,CuOの
混合物は、炭酸ガスを流入させた時の電気容量変化が大
きいため、高感度の検知素子が得られる作用を有する。
また、従来の固体電解質型の炭酸ガス検知素子と比較し
て耐湿性がはるかに優れるという作用を有する。According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, there is provided a porous ceramic which is a carbon dioxide gas detecting material, and one of the porous ceramics provided on the surface or inside of the porous ceramic. The above electrode, a lead wire connected to the surface or inside of the electrode, a lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, A carbon dioxide sensing element comprising: a porous ceramic, a substrate on which the heater can be disposed, and a current-carrying wiring disposed on the substrate, wherein the porous ceramic is CeO 2 , Ba.
It contains a mixture of CO 3 and CuO, has a surface roughness Rmax of 0.5 μm or more and 5 μm or less on the surface on which the electrode is applied, a pitch of adjacent uneven steps of 3 μm or more and 25 μm or less, and a particle diameter of the electrode. Since the mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO has a large change in electric capacity when carbon dioxide gas is introduced, a high-sensitivity sensing element can be obtained. Having.
Further, it has an effect that moisture resistance is far superior to that of a conventional solid electrolyte type carbon dioxide gas sensing element.
【0041】また、表面の面粗度、凹凸段差のピッチ、
電極を構成する粒子径が各々上記範囲に収まることで前
記多孔質セラミックと前記電極との付着性を著しく高め
ることができる作用を有する。The surface roughness of the surface, the pitch of the uneven steps,
When the particle diameters of the electrodes fall within the above ranges, the adhesion between the porous ceramic and the electrode can be significantly improved.
【0042】ここで、CeO2,BaCO3,CuOの混
合物は粒子径が0.05〜1μmであり、粒子径分布の
頂点が0.5μm程度のものが入手、加工が容易であ
る。Here, a mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO has a particle size of 0.05 to 1 μm and a peak having a particle size distribution of about 0.5 μm is easily available and easily processed.
【0043】Rmaxを0.5μmより小さくするか、凹凸
段差のピッチを3μmより小さくすることは精密研磨等
を必要とするため好ましくない。また、Rmaxは5μmよ
り大きくなると、多孔質セラミックの強度が低下すると
ともに、電極の内部応力によって多孔質セラミック表面
にクラックが入りやすくなるため好ましくない。また、
凹凸段差のピッチが25μmより大きくなると電極と多
孔質セラミック表面との付着性が著しく低下するため好
ましくない。It is not preferable to make Rmax smaller than 0.5 μm or to make the pitch of the uneven steps smaller than 3 μm because precision polishing or the like is required. On the other hand, if Rmax is larger than 5 μm, the strength of the porous ceramic decreases, and cracks easily occur on the surface of the porous ceramic due to the internal stress of the electrode. Also,
If the pitch of the uneven steps is larger than 25 μm, the adhesion between the electrode and the surface of the porous ceramic is significantly reduced, which is not preferable.
【0044】本発明の請求項8に記載の発明は、請求項
7に記載の発明において、前記電極が、酸化ルテニウ
ム,白金,金のうちいずれか1種以上と、ガラス成分
と、を含有するペーストを焼成して形成され、焼成後の
電極に前記ガラス成分が10〜65vol%好ましくは
30〜45vol%含有されていることとしたものであ
り、請求項7に記載の発明の作用に加えて、酸化ルテニ
ウム,白金,金は、銀,パラジウム,銅等のガラス成分
を含有することのできる電極材料に比べると高温の動作
温度での耐熱性を有し、また、耐湿性が優れているの
で、炭酸ガス検知素子の特性が経時劣化し難いという作
用を有する。また、ガラス成分が上記範囲で含有されて
いるため多孔質セラミックと電極とが剥離せずに良好な
密着性を得ることができる作用を有する。According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the electrode contains at least one of ruthenium oxide, platinum and gold, and a glass component. The paste is formed by firing, and the electrode after firing contains 10 to 65 vol%, preferably 30 to 45 vol%, of the glass component. Since ruthenium oxide, platinum, and gold have higher heat resistance at high operating temperatures and better moisture resistance than electrode materials that can contain glass components such as silver, palladium, and copper. This has the effect that the characteristics of the carbon dioxide sensing element are unlikely to deteriorate with time. Further, since the glass component is contained in the above range, the porous ceramic and the electrode have an effect of obtaining good adhesion without peeling off.
【0045】ここで、電極中のガラス成分含有量が30
vol%より少なくなるにつれ酸化ルテニウム,白金,
金のうちいずれか1種以上の貴金属成分とガラス成分が
焼成時に分離し、均一な組成の電極を形成しにくくなる
とともに、上記貴金属成分が剥離したり、電極自身がイ
ンピーダンスのばらつきを持つ傾向を生じるので好まし
くない。また45vol%より多くなるにつれ、ガラス
自身の応力が大きくなり、多孔質セラミックの表面の粒
子の結合を破壊して、剥離が生じやすくなる傾向を生じ
るので好ましくない。ガラス成分が10%より少なくな
るか、65vol%より多くなるにつれこの傾向が著し
くなるので更に好ましくない。Here, the glass component content in the electrode is 30
vol%, ruthenium oxide, platinum,
One or more noble metal components of gold and the glass component are separated at the time of firing, making it difficult to form an electrode having a uniform composition. Also, the noble metal component peels off, and the electrode itself tends to have a variation in impedance. It is not preferable because it occurs. On the other hand, when the content is more than 45 vol%, the stress of the glass itself increases, and the bonding of the particles on the surface of the porous ceramic is broken, and the glass tends to be easily peeled. This tendency becomes more remarkable as the glass component becomes less than 10% or more than 65% by volume, which is further undesirable.
【0046】本発明の請求項9に記載の発明は、請求項
7に記載の発明において前記電極の膜厚が10〜50μ
m好ましくは10〜25μmに形成されていることとし
たものであり、請求項7に記載の発明の作用に加えて、
前記多孔質セラミックの凹凸の最大ピッチが電極の膜厚
より小さくなるため、付着性を著しく向上させることが
できるという作用を有する。According to a ninth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the electrode has a thickness of 10 to 50 μm.
m, preferably 10 to 25 μm, in addition to the effect of the invention according to claim 7,
Since the maximum pitch of the irregularities of the porous ceramic is smaller than the thickness of the electrode, it has the effect of significantly improving the adhesion.
【0047】ここで、前記電極の膜厚が10μmより薄
くなるにつれ前記多孔質セラミックの凹凸段差を埋める
ことが困難になる傾向を生じ、また、25μmより厚く
なるにつれガラス成分の熱応力が大きくなるため、多孔
質セラミック表面の破壊が起きやすくなる傾向を生じる
ので好ましくない。また、50μmより厚くなるにつれ
この傾向が著しくなるのでさらに好ましくない。Here, as the thickness of the electrode becomes thinner than 10 μm, it tends to become difficult to fill the uneven steps of the porous ceramic, and as the thickness becomes thicker than 25 μm, the thermal stress of the glass component increases. Therefore, it is not preferable because the surface of the porous ceramic tends to be easily broken. Further, as the thickness becomes larger than 50 μm, this tendency becomes more remarkable, so that it is not preferable.
【0048】本発明の請求項10に記載の発明は、請求
項7に記載の発明において、前記電極を形成するペース
ト材料にガラス成分としてCuO又はCu2Oが含有さ
れていることとしたものであり、これにより請求項7に
記載の発明の作用に加えて、電極ペースト材料を焼成し
たときに、前記多孔質セラミック表面と前記電極とが特
に強力な化学的結合力で密着することができるという作
用を有する。また、多孔質セラミックと電極の線熱膨張
係数の差を小さくする事が出来るとともに、CuO,C
u2Oは800〜900℃の熱処理で一部昇華し拡散し
易いためより強力に密着することができる作用を有す
る。According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the seventh aspect, the paste material for forming the electrode contains CuO or Cu 2 O as a glass component. With this, in addition to the effect of the invention according to claim 7, when the electrode paste material is fired, the porous ceramic surface and the electrode can be adhered with a particularly strong chemical bonding force. Has an action. In addition, the difference in linear thermal expansion coefficient between the porous ceramic and the electrode can be reduced, and CuO, C
u 2 O has an effect which could strongly adhere more liable to partially sublimated diffused by heat treatment at 800 to 900 ° C..
【0049】本発明の請求項11に記載の発明は、請求
項7に記載の発明において前記多孔質セラミックの線熱
膨張係数αと、前記電極の線熱膨張係数βと、前記リー
ド線固定材料の線熱膨張係数γとが、α≧β≧γの関係
を有しており、且つ(α−β)と、(α−γ)がそれぞ
れ5×10-6(/deg)以下であることとしたものであ
り、前記多孔質セラミックがCeO2,BaCO3,Cu
Oの混合物を含有した場合において前記多孔質セラミッ
クと前記電極、及び前記電極と前記リード線固定材料の
各接触面での線熱膨張係数の差を小さくすることができ
るため、熱応力を小さくできるとともに、線熱膨張係数
が小さい方が相対的に圧縮応力を示すため、被着してい
る物体から剥がれない方向に力が加わるため、多孔質セ
ラミック表面と、被着された電極との密着性を顕著に向
上させることができるという作用を有する。The eleventh aspect of the present invention is the invention according to the seventh aspect, wherein the linear thermal expansion coefficient α of the porous ceramic, the linear thermal expansion coefficient β of the electrode, and the lead wire fixing material. Has a relationship of α ≧ β ≧ γ, and (α−β) and (α−γ) are each 5 × 10 −6 (/ deg) or less. And the porous ceramic is made of CeO 2 , BaCO 3 , Cu
When a mixture of O is contained, the difference in linear thermal expansion coefficient between the porous ceramic and the electrode, and the contact surface between the electrode and the lead wire fixing material can be reduced, so that the thermal stress can be reduced. At the same time, the smaller the linear thermal expansion coefficient, the higher the compressive stress, so that a force is applied in a direction that does not peel off from the object to be attached, so that the adhesion between the porous ceramic surface and the attached electrode is Can be significantly improved.
【0050】ここで、α<βまたはβ<γとなると動作
温度に加熱する際に各々が剥離する方向に応力が発生す
るので好ましくない。また、(α−β)と、(α−γ)
がそれぞれ5×10-6(/deg)より大きくなるにつれ4
00〜600℃程度の動作温度で剥離が生じやすくなる
ため好ましくない。Here, it is not preferable that α <β or β <γ because stress is generated in a direction in which each of them peels when heated to the operating temperature. Also, (α-β) and (α-γ)
Becomes larger than 5 × 10 -6 (/ deg), respectively.
An operating temperature of about 00 to 600 ° C. is not preferable because peeling easily occurs.
【0051】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図6を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1による炭
酸ガス検知素子の斜視図、図2は図1のA部分の拡大図
である。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a carbon dioxide sensing element according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
【0052】図1、図2において、1は炭酸ガス検知材
である多孔質セラミック、6は多孔質セラミック1の表
面の面粗度Rmax、7は多孔質セラミック1の表面の凹凸
段差の隣接の最小ピッチ、8は多孔質セラミック1の表
面の凹凸段差の隣接の最大ピッチである。1 and 2, reference numeral 1 denotes a porous ceramic which is a carbon dioxide gas detecting material, 6 denotes a surface roughness Rmax of the surface of the porous ceramic 1, and 7 denotes an adjacent surface unevenness step of the surface of the porous ceramic 1. The minimum pitch 8 is the maximum pitch adjacent to the uneven steps on the surface of the porous ceramic 1.
【0053】電極52、基板53、白金ヒータ54、リ
ード線55、リード線固定材料56、配線57、隙間5
8は従来のものと同様なので同じ符号を付して説明を省
略する。Electrode 52, substrate 53, platinum heater 54, lead wire 55, lead wire fixing material 56, wiring 57, gap 5
8 is the same as the conventional one, so the same reference numeral is assigned and the description is omitted.
【0054】本実施の形態における炭酸ガス検知素子が
従来のものと異なる点は、図2において、面粗度Rmax6
または凹凸段差の隣接の最小ピッチ7が電極52を構成
している粒子径より大きく、且つ凹凸段差の隣接の最大
ピッチ8を電極52の膜厚より小さくなるように表面が
加工されていることである。The difference between the carbon dioxide sensing element of the present embodiment and the conventional one is that, in FIG.
Alternatively, the surface is processed so that the minimum pitch 7 adjacent to the uneven step is larger than the particle diameter constituting the electrode 52 and the maximum pitch 8 adjacent to the uneven step is smaller than the film thickness of the electrode 52. is there.
【0055】加工方法としては砥石を用いる研削、遊離
砥粒を用いるラップ加工、耐水性の研磨紙を用いる研磨
等が一般的であるが、エッチング溶液やエッチングガス
を用いて化学的に表面をエッチングしても良い。またイ
オンミリングやサンドブラストのように、機械的な加工
方法も使用される。As a processing method, grinding using a grindstone, lapping using free abrasive grains, polishing using a water-resistant abrasive paper, and the like are common, but the surface is chemically etched using an etching solution or an etching gas. You may. In addition, mechanical processing methods such as ion milling and sandblasting are also used.
【0056】これにより、ガス濃度検知装置としての動
作温度が比較的高温である炭酸ガス濃度検知装置におい
て、図1、図2の炭酸ガス検知素子は、多孔質セラミッ
ク表面と、被着された1つ以上の電極との付着性を顕著
に向上させ、、数百℃の動作温度でも剥離を生じず、経
時的な性能低下を抑制することができるととともに、素
子ごとの特性のばらつきの少ない炭酸ガス検知素子を提
供することができる。Thus, in the carbon dioxide gas concentration detecting device having a relatively high operating temperature as the gas concentration detecting device, the carbon dioxide gas detecting element shown in FIGS. It significantly improves the adhesion to one or more electrodes, prevents peeling even at an operating temperature of several hundred degrees Celsius, suppresses performance degradation over time, and has little variation in characteristics between elements. A gas sensing element can be provided.
【0057】(実施の形態2)図3は本発明の実施の形
態2による炭酸ガス検知素子の電極が被着されている部
分の端面図である。(Embodiment 2) FIG. 3 is an end view of a portion of a carbon dioxide gas sensing element according to Embodiment 2 of the present invention where electrodes are attached.
【0058】図3において51は炭酸ガス検知多孔質セ
ラミック、10は炭酸ガス検知多孔質セラミック51の
表面に形成・焼結されている、SiO2、Al2O3、Z
rO2の少なくとも1種を含む酸化物、52は電極であ
る。酸化物10はたとえばシリカゾルやアルミナゾルを
スピンコーティングした後300℃〜900℃で焼成し
たり、SiO2、Al2O3、ZrO2を主成分としてガラ
ス成分を含むペーストを作成して印刷・焼成しても良
い。また、蒸着やスパッタにより被着することもでき
る。ゾル状のものや粘性の低いペースト状のものをスピ
ンコーティングや印刷する際は、炭酸ガス検知多孔質セ
ラミック51の表面近傍だけに形成されることが望まし
い。内部まで浸透すると、炭酸ガスが炭酸ガス検知多孔
質セラミック51の粒子に直接接触しにくくなるので、
感度が低下する。In FIG. 3, reference numeral 51 denotes a carbon dioxide sensing porous ceramic, and reference numeral 10 denotes SiO 2 , Al 2 O 3 , Z formed and sintered on the surface of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51.
An oxide containing at least one kind of rO 2 , 52 is an electrode. The oxide 10 is, for example, spin-coated with silica sol or alumina sol and then baked at 300 ° C. to 900 ° C. or printed and baked by preparing a paste containing SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 as a main component and a glass component. May be. Further, it can be applied by vapor deposition or sputtering. When spin-coating or printing a sol or low-viscosity paste, it is desirable to form the paste only near the surface of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51. When it penetrates into the inside, it becomes difficult for the carbon dioxide gas to directly contact the particles of the carbon dioxide detection porous ceramic 51,
The sensitivity decreases.
【0059】ガス濃度検知装置としての動作温度が比較
的高温である炭酸ガス濃度検知装置において、炭酸ガス
検知多孔質セラミック51の表面の粒子の機械的結合を
強化して、表面の粒子の結合の破壊や剥離を防止するこ
とができるとともに、被着された電極との密着性を顕著
に向上させて、高い信頼性を得ることができる。In a carbon dioxide gas concentration detector having a relatively high operating temperature as a gas concentration detector, the mechanical coupling of the particles on the surface of the carbon dioxide gas detecting porous ceramic 51 is strengthened, and the coupling of the particles on the surface is improved. Breakage and peeling can be prevented, and the adhesion to the deposited electrode can be significantly improved, so that high reliability can be obtained.
【0060】(実施の形態3)図4は本発明の実施の形
態3による炭酸ガス検知素子の要部断面図である。(Embodiment 3) FIG. 4 is a sectional view of a main part of a carbon dioxide sensing element according to Embodiment 3 of the present invention.
【0061】図4において11は電極と同一材料からな
るリード線固定材料である。リード線55は、電極を形
成するペーストと同一のペーストに浸した後、電極52
の上に密着させて焼成される。In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a lead wire fixing material made of the same material as the electrodes. After the lead wire 55 is dipped in the same paste as the paste forming the electrode,
And fired.
【0062】このように電極とリード線固定材料を同一
にしたことにより熱応力の発生を小さくすることができ
るため、ガス濃度検知装置としての動作温度が比較的高
温である炭酸ガス濃度検知装置においてリード線固定材
料と電極とが剥離しにくくなる。Since the generation of thermal stress can be reduced by using the same electrode and lead wire fixing material as described above, in a carbon dioxide gas concentration detecting device whose operating temperature is relatively high as a gas concentration detecting device. It becomes difficult for the lead wire fixing material and the electrode to peel off.
【0063】(実施の形態4)図5は本発明の実施の形
態4による炭酸ガス検知素子の要部断面図である。(Embodiment 4) FIG. 5 is a sectional view of a main part of a carbon dioxide sensing element according to Embodiment 4 of the present invention.
【0064】図5において51は炭酸ガス検知多孔質セ
ラミック、52は多孔質セラミック51の表面または内
部に設けられている1つ以上の電極、56はリード線固
定材料である。この炭酸ガス検知素子の製造方法は従来
のものと同じである。本実施の形態における炭酸ガス検
知素子が従来のものと異なる点は、炭酸ガス検知多孔質
セラミック51の線熱膨張係数α、電極52の線熱膨張
係数β、リード線固定材料56の線熱膨張係数γをそれ
ぞれα≧β≧γとなるように形成したことである。炭酸
ガス検知多孔質セラミック51と電極52の剥離を防止
するために、βはαと同じか、より小さい方が良く、ま
たγはβと同じか、より小さい方が良い。線熱膨張係数
が小さい方が相対的に圧縮応力を示すので、被着してい
る物体から剥がれないような方向に力が加わるからであ
る。しかしながら、αとγの差が大きすぎると剥離が生
じるため、2γ≧α≧γ程度が望ましい。In FIG. 5, 51 is a carbon dioxide sensing porous ceramic, 52 is one or more electrodes provided on the surface or inside of the porous ceramic 51, and 56 is a lead wire fixing material. The method for manufacturing the carbon dioxide gas sensing element is the same as the conventional one. The carbon dioxide sensing element in the present embodiment is different from the conventional carbon dioxide sensing element in that the linear thermal expansion coefficient α of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51, the linear thermal expansion coefficient β of the electrode 52, and the linear thermal expansion of the lead wire fixing material 56. That is, the coefficients γ are formed such that α ≧ β ≧ γ. In order to prevent separation of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51 and the electrode 52, β is preferably equal to or smaller than α, and γ is preferably equal to or smaller than β. This is because the smaller the linear thermal expansion coefficient, the higher the compressive stress, so that a force is applied in such a direction that the linear thermal expansion coefficient does not peel off from the object to be adhered. However, if the difference between α and γ is too large, peeling will occur, so that 2γ ≧ α ≧ γ is desirable.
【0065】(実施の形態5)図6は本発明の実施の形
態5による炭酸ガス検知素子の多孔質セラミック表面の
電極が被着されている部分の断面図である。(Embodiment 5) FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of a carbon dioxide sensing element according to Embodiment 5 of the present invention on which electrodes are adhered on a porous ceramic surface.
【0066】図6において、51は炭酸ガス検知材であ
る炭酸ガス検知多孔質セラミック、15は炭酸ガス検知
多孔質セラミック51の表面または内部に設けられてい
る1つ以上の電極である。In FIG. 6, reference numeral 51 denotes a carbon dioxide sensing porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, and reference numeral 15 denotes one or more electrodes provided on the surface or inside of the carbon dioxide sensing porous ceramic 51.
【0067】電極15は、貴金属として、金、白金、ル
テニウム、酸化ルテニウムのうちいずれか1種以上と、
ガラス成分としてホウケイ酸ガラスと、を含むペースト
を印刷・焼成して用いる。これらの材料のうち、白金、
金、ルテニウム、酸化ルテニウムの順に焼成時にガラス
と分離することなくガラス量を多く混合してペースト化
することができる。また、とくにルテニウムや酸化ルテ
ニウムを含み、ガラス成分としてホウケイ酸ガラスを主
成分としたペーストはガラス粒子の粒界にルテニウムや
酸化ルテニウムが析出しているので、耐熱性のある抵抗
体ペーストとして有用であり、ガラス成分量も白金、金
と比べると広い範囲で混合・混練することができる。電
極総体積に対して、ガラス体積が10vol%より少な
いと、ペースト中の金、白金、ルテニウム、酸化ルテニ
ウムの貴金属とガラスが、焼成時に分離しやすく、均一
な組成の電極を形成しにくくなり、貴金属部分が剥離し
たり、電極自身がインピーダンスのばらつきを持ったり
する。また70vol%に近くなると、ガラス自身の応
力により多孔質セラミックの表面の粒子の結合を破壊し
て、剥離が生じやすくなる。より好ましくは20〜60
vol%である。The electrode 15 is made of one or more of noble metals of gold, platinum, ruthenium and ruthenium oxide.
A paste containing borosilicate glass as a glass component is printed and fired for use. Of these materials, platinum,
Gold, ruthenium, and ruthenium oxide can be mixed into a large amount of glass to form a paste without being separated from glass during firing. In addition, a paste containing ruthenium or ruthenium oxide as a main component and borosilicate glass as a glass component is particularly useful as a heat-resistant resistor paste because ruthenium and ruthenium oxide are precipitated at the grain boundaries of glass particles. Yes, glass components can be mixed and kneaded in a wider range than platinum and gold. When the glass volume is less than 10 vol% with respect to the total electrode volume, the noble metal of gold, platinum, ruthenium, and ruthenium oxide in the paste and the glass are easily separated at the time of firing, and it is difficult to form an electrode having a uniform composition. The noble metal portion peels off, and the electrode itself has a variation in impedance. On the other hand, when it is close to 70 vol%, the bond of the particles on the surface of the porous ceramic is broken by the stress of the glass itself, and peeling is likely to occur. More preferably, 20 to 60
vol%.
【0068】[0068]
【実施例】次に、本発明を実施例を用いてより詳細に説
明する。Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【0069】(実施例1)市販の酸化セリウム(CeO
2),炭酸バリウム(BaCO3),酸化第一銅(Cu
O)をモル比5:2:3で全量が100gになるように
秤量した後、エタノール又はイソプロパノールを80m
l加え、遊星分離型ボールミル中でジルコニアボールを
用いて湿式粉砕を行った。Example 1 Commercially available cerium oxide (CeO)
2 ), barium carbonate (BaCO 3 ), cuprous oxide (Cu
O) was weighed at a molar ratio of 5: 2: 3 so that the total amount was 100 g, and ethanol or isopropanol was added to 80 m.
In addition, wet pulverization was performed using zirconia balls in a planetary separation type ball mill.
【0070】次に、オーブンやロータリーエバポレータ
等で乾燥させて粉体とした。これをメッシュ100μ
m、メッシュ50μmのふるいにかけて造粒した。Next, the powder was dried in an oven, a rotary evaporator or the like to obtain a powder. This is mesh 100μ
m, and sieved with a mesh of 50 μm.
【0071】この原料を所定量秤量して、金型に入れ
0.5ton/cm2程度のプレス圧で一軸乾式成形を
行った後、金型から取り出して、電気炉で、空気中80
0℃〜900℃で5時間程度焼成した。得られた焼成体
の両面をメッシュが1000番の耐水研磨紙で研磨する
か1000番のGC砥粒でラップ仕上げして厚みを0.
5mmに調整し多孔質セラミック1とした。A predetermined amount of this raw material is weighed, placed in a mold, subjected to uniaxial dry molding at a press pressure of about 0.5 ton / cm 2 , taken out of the mold, and placed in an electric furnace in an air oven.
It baked at 0 degreeC-900 degreeC for about 5 hours. Both surfaces of the obtained fired body are polished with water-resistant abrasive paper having a mesh of number 1000 or lap-finished with GC abrasive grains of number 1000 to achieve a thickness of 0.1 mm.
The porous ceramic 1 was adjusted to 5 mm.
【0072】このものの表面の面粗度Rmaxは3〜5μ
m、凹凸段差の隣接の最小ピッチは2〜5μm、凹凸段
差の隣接の最大ピッチは5〜20μmの範囲内になるよ
うに加工できた。The surface roughness Rmax was 3 to 5 μm.
m, the minimum pitch adjacent to the uneven step was 2 to 5 μm, and the maximum pitch adjacent to the uneven step was within 5 to 20 μm.
【0073】Al2O3等で製作した基板53上に白金ペ
ーストをスクリーン印刷等により形成し、焼成,固定し
て、白金ヒータ54と多孔質セラミック1の信号を伝達
するための配線57を得た。A platinum paste is formed on a substrate 53 made of Al 2 O 3 or the like by screen printing or the like, fired and fixed to obtain a wiring 57 for transmitting a signal of the platinum heater 54 and the porous ceramic 1. Was.
【0074】次に、市販の酸化ルテニウムとホウケイ酸
ガラスを混合・混練したペーストをスクリーン印刷によ
り、多孔質セラミック1の両方の研磨面に塗布し、12
0℃で30分程度乾燥した。そして電極52が塗布・印
刷された、熱処理前の炭酸ガス検知多孔質セラミック5
1を、基板53上に配置し、焼成した。ここで焼成は、
室温から昇温速度45℃/分で850℃まで昇温、10
分保持した後、60℃/分で降温により行った。これに
より多孔質セラミック1、電極52は、Al2O3基板5
3上に固定された。Next, a paste obtained by mixing and kneading commercially available ruthenium oxide and borosilicate glass was applied to both polished surfaces of the porous ceramic 1 by screen printing.
It was dried at 0 ° C. for about 30 minutes. The carbon dioxide sensing porous ceramic 5 before the heat treatment, on which the electrode 52 is applied and printed,
1 was placed on a substrate 53 and fired. Here firing is
The temperature was raised from room temperature to 850 ° C. at a rate of 45 ° C./min.
After holding the temperature for 60 minutes, the temperature was lowered at a rate of 60 ° C./minute. Thereby, the porous ceramic 1 and the electrode 52 are connected to the Al 2 O 3 substrate 5.
3 fixed on.
【0075】ここでヒータ54はバルク材のカンタル線
を多孔質セラミック1の回りを囲うように配置したり、
平面状に対向配置して構成しても良い。Here, the heater 54 is arranged so as to surround the bulky Kanthal wire around the porous ceramic 1,
You may comprise so that it may be opposingly arranged planarly.
【0076】電極52の原料である市販の酸化ルテニウ
ム及びガラスの粒子径はそれぞれ0.1〜0.5μmと
1〜1.5μmである。多孔質セラミック1の表面の面
粗度Rmax6または凹凸段差の隣接の最小ピッチ7は、電
極52の材料の粒子径より大きく、電極52の膜厚は凹
凸段差の隣接の最大ピッチ8より大きくしているので、
電極52は多孔質セラミック1の表面の凹凸に良好には
まりこめる。電極52の膜厚は、多孔質セラミック1の
表面の凹凸段差の隣接の最大ピッチ8より大きければよ
いというものではなく、大きすぎると電極自身の応力に
より、剥離を生じてしまう。実際的には10〜50μm
が良い。好ましくは10〜25μmである。The particle sizes of commercially available ruthenium oxide and glass which are the raw materials of the electrode 52 are 0.1 to 0.5 μm and 1 to 1.5 μm, respectively. The surface roughness Rmax6 of the surface of the porous ceramic 1 or the minimum pitch 7 adjacent to the uneven step is larger than the particle diameter of the material of the electrode 52, and the film thickness of the electrode 52 is larger than the maximum pitch 8 adjacent to the uneven step. Because
The electrode 52 fits well into the irregularities on the surface of the porous ceramic 1. The thickness of the electrode 52 need not be larger than the maximum pitch 8 adjacent to the uneven step on the surface of the porous ceramic 1. If it is too large, the electrode 52 itself will peel off due to stress. Practically 10 to 50 μm
Is good. Preferably it is 10 to 25 μm.
【0077】次に、バルク材のφ0.1mm程度のPt
線を、リード線固定材料56である白金ペーストにディ
ップした後、電極52に密着させて焼成し、リ−ド線5
5とした。焼成条件は、室温から昇温速度45℃/分で
900℃まで昇温、10分持した後、60℃/分で降
温、である。Next, the Pt of about 0.1 mm of the bulk material is used.
After the wire is dipped in a platinum paste, which is a lead wire fixing material 56, the wire is brought into close contact with the electrode 52 and fired.
It was set to 5. The firing conditions are as follows: the temperature is raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 45 ° C./min, held for 10 minutes, and then lowered at 60 ° C./min.
【0078】この熱処理により、電極52にリード線固
定材料56を用いて、リード線55を固定することがで
きた。By this heat treatment, the lead wire 55 could be fixed to the electrode 52 using the lead wire fixing material 56.
【0079】以上の製造工程を経て図1の本発明の炭酸
ガス検知素子が得られた。多孔質セラミック表面の研磨
条件等を変えて炭酸ガス検知素子を形成し、表面仕上げ
度と電極との接触界面の隙間の値を(表1)にまとめ
た。Through the above manufacturing steps, the carbon dioxide sensing element of the present invention shown in FIG. 1 was obtained. The carbon dioxide sensing element was formed by changing the polishing conditions of the porous ceramic surface and the like, and the value of the surface finish and the value of the gap at the contact interface with the electrode were summarized in (Table 1).
【0080】[0080]
【表1】 [Table 1]
【0081】(表1)によると、Rmaxと凹凸段差の最小
ピッチは電極を構成している粒子径以上でないと接触界
面の隙間を生じ、また凹凸段差の最大ピッチは電極の膜
厚以上でないと接触界面の隙間を生じることがわかる。According to (Table 1), the gap between the contact interfaces is generated unless Rmax and the minimum pitch of the uneven steps are not larger than the particle diameter of the electrode, and the maximum pitch of the uneven steps is not larger than the film thickness of the electrode. It can be seen that a gap at the contact interface occurs.
【0082】(実施例2)多孔質セラミックとして、C
eO2,BaCO3,CuOの混合物を含有した焼成体に
ついて説明する。(表2)はCeO2,BaCO3,Cu
Oの混合物を含有した焼成体の表面に各種ゾルを0.5
〜5μmの厚みにコーティングし600〜800℃で焼
成したものについて抗折強度を3点支持の治具を用いた
3点曲げ強さとして計算式(数1)により求めた。(Example 2) As a porous ceramic, C was used.
A fired body containing a mixture of eO 2 , BaCO 3 , and CuO will be described. (Table 2) shows CeO 2 , BaCO 3 , Cu
Various sols are applied to the surface of the fired body containing the mixture of O
The transverse rupture strength of a material coated to a thickness of 55 μm and fired at 600 to 800 ° C. was determined by a calculation formula (Equation 1) as a three-point bending strength using a three-point supporting jig.
【0083】[0083]
【数1】 (Equation 1)
【0084】この結果を(表2)にまとめた。The results are summarized in (Table 2).
【0085】[0085]
【表2】 [Table 2]
【0086】この(表2)からわかるようにシリカゾ
ル、アルミナゾル、ジルコニアゾル、ガラスペーストを
コーティングまたは印刷したものが、表面の抗折強度が
高くなり、粒子の機械的結合が強化されていることがわ
かる。As can be seen from (Table 2), the coated or printed silica sol, alumina sol, zirconia sol, or glass paste has a high surface bending strength and enhanced mechanical bonding of particles. Recognize.
【0087】図7は炭酸ガス検知多孔質セラミックを、
ゾルでコーティングしたものとしないものとについて、
動作温度で連続加熱したときの容量値の経時変化を示す
グラフである。これによるとシリカやアルミナやジルコ
ニアのゾルでコーティングしたものはコーティングしな
いものに比べて、容量値が劣化していない。このことは
多孔質セラミックと電極とが強固に密着していることを
示している。FIG. 7 shows a porous ceramic for detecting carbon dioxide gas.
For those coated and not coated with sol,
It is a graph which shows the time-dependent change of the capacity value at the time of continuous heating at an operating temperature. According to the results, the capacitance value of the material coated with the sol of silica, alumina or zirconia is not deteriorated as compared with the case of not coating. This indicates that the porous ceramic and the electrode are firmly adhered.
【0088】(実施例3)多孔質セラミックとして、た
とえばCeO2,BaCO3,CuOの混合物を含有した
焼成体について説明する。図8は炭酸ガス検知素子の電
極とリード線固定材料を変えたときの、動作温度で連続
加熱したときの容量値の経時変化を示すグラフである。
これによると電極とリード線固定材料に同一材料を用い
た方が経時変化が小さいことがわかる。Example 3 A fired body containing, for example, a mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO as a porous ceramic will be described. FIG. 8 is a graph showing the change over time of the capacitance value when the electrode of the carbon dioxide gas sensing element and the lead wire fixing material are changed and when the heating is continuously performed at the operating temperature.
According to this, it is understood that the change over time is smaller when the same material is used for the electrode and the lead wire fixing material.
【0089】また(表3)はCeO2,BaCO3,Cu
Oの混合物を含有した焼成体と電極とリード線固定材料
の室温から動作温度付近までの線熱膨張係数である。Table 3 shows CeO 2 , BaCO 3 , Cu
This is the linear thermal expansion coefficient of the fired body containing the mixture of O, the electrode, and the lead wire fixing material from room temperature to around the operating temperature.
【0090】[0090]
【表3】 [Table 3]
【0091】この(表3)の数値と図8を照らしてみる
と、できるだけα≧β≧γとなるように組み合わせた方
が、容量値の経時変化が少なく、多孔質セラミックと電
極とが強固に密着していることがわかる。Referring to the values in Table 3 and FIG. 8, it is clear that when the combination is made so that α ≧ β ≧ γ as much as possible, the change with time in the capacitance value is small and the porous ceramic and the electrode are firmly connected. It can be seen that it is closely adhered to.
【0092】(実施例4)多孔質セラミックとして、た
とえばCeO2,BaCO3,CuOの混合物を含有した
焼成体について説明する。(表4)は電極として、貴金
属部分が白金、金、酸化ルテニウムのうちいずれか一つ
を含有し、ホウケイ酸ガラス等のガラス成分と混合・混
練された貴金属ペーストを使用したときの、接触界面に
生じた最大隙間と剥離状況を示している。Example 4 A fired body containing, for example, a mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO as a porous ceramic will be described. (Table 4) shows the contact interface when a noble metal paste containing any one of platinum, gold, and ruthenium oxide is used as an electrode and mixed and kneaded with a glass component such as borosilicate glass. 5 shows the maximum gap and the peeling state that have occurred.
【0093】[0093]
【表4】 [Table 4]
【0094】この(表4)によると、ガラスの体積割合
が10〜65vol%であれば、剥離を生じないことが
わかる。また好ましくは25〜60vol%が接触界面
の最大隙間が1.0μm以下となって、良好な付着性が
得られる。[0094] According to Table 4, when the volume ratio of glass is 10 to 65 vol%, no peeling occurs. In addition, preferably, the maximum gap at the contact interface is 25 μm to 60 vol%, which is 1.0 μm or less, and good adhesion is obtained.
【0095】(実施例5)多孔質セラミックとして、た
とえばCeO2,BaCO3,CuOの混合物を含有した
焼成体について説明する。図9は電極に炭酸ガス検知多
孔質セラミックの構成材料の一つであるCuOを混合・
混練した場合の容量値の経時変化を示すグラフである。
これによると電極材料のガラス成分にCuOを混合・混
練した方が、経時変化が少ないことがわかった。すなわ
ち電極中のCuOが、多孔質セラミックの表面のCuO
と化学的に反応して、強固に密着していることを示して
いる。Example 5 A fired body containing, for example, a mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO as a porous ceramic will be described. FIG. 9 shows that the electrode is mixed with CuO, one of the constituent materials of the carbon dioxide sensing porous ceramic.
It is a graph which shows the time-dependent change of the capacity value at the time of kneading.
According to this, it was found that the change over time was smaller when CuO was mixed and kneaded with the glass component of the electrode material. That is, CuO in the electrode is changed to CuO on the surface of the porous ceramic.
Chemically reacts with, indicating that they are tightly adhered.
【0096】(実施例6)多孔質セラミックとして、た
とえばCeO2,BaCO3,CuOの混合物を含有した
焼成体について説明する。図10は、本発明の実施例6
による炭酸ガス検知素子を示す斜視図である。まず市販
のCeO2,BaCO3,CuOをそれぞれ、7:1:2
のモル比になるように100g秤量した。これにエタノ
ールやイソプロパノールの溶媒100mlに加え、遊星
分離型のボールミル中でφ2mmのジルコニアボールを
用いて湿式粉砕を行った。その後、オーブンやロータリ
ーエバポレータ等で乾燥させて、粉体を得た。これをメ
ッシュ100μm、メッシュ50μmのふるいにかけて
造粒した。造粒されたものを2g秤量して、φ20mm
の金型に入れ、プレス圧1ton/cm2程度で一軸乾
式成形を行った後、金型から取り出して、電気炉で80
0℃〜900℃で5時間程度、空気中で焼成した。焼成
後にメッシュが1000番の耐水研磨紙で焼成体のφ2
0の表面を両面研磨し、厚みを0.5mmにした。以上
のようにして多孔質セラミック1が得られた。(Example 6) A fired body containing, for example, a mixture of CeO 2 , BaCO 3 , and CuO as a porous ceramic will be described. FIG. 10 shows Embodiment 6 of the present invention.
It is a perspective view which shows the carbon dioxide detection element by using. First, commercially available CeO 2 , BaCO 3 , and CuO were respectively added to 7: 1: 2.
100 g was weighed so that the molar ratio was as follows. To this was added 100 ml of a solvent such as ethanol or isopropanol, and wet grinding was performed using a zirconia ball of 2 mm in a planetary separation type ball mill. Thereafter, the powder was dried in an oven, a rotary evaporator or the like to obtain a powder. This was sieved with a mesh of 100 μm and a mesh of 50 μm to granulate. 2 g of the granulated material is weighed and is
And subjected to uniaxial dry molding at a press pressure of about 1 ton / cm 2 , taken out of the mold, and placed in an electric furnace for 80 hours.
It baked in air at 0 degreeC-900 degreeC for about 5 hours. After firing, use a water-resistant abrasive paper with a mesh size of 1000
The surface of No. 0 was polished on both sides to a thickness of 0.5 mm. Thus, the porous ceramic 1 was obtained.
【0097】以上の操作によって多孔質セラミック1の
表面の面粗度Rmaxは3〜5μm、表面の凹凸段差の隣接
の最小ピッチは2〜5μm、凹凸段差の隣接の最大ピッ
チは5〜20μm、の範囲内になるように加工できた。By the above operation, the surface roughness Rmax of the surface of the porous ceramic 1 is 3 to 5 μm, the minimum pitch adjacent to the uneven surface is 2 to 5 μm, and the maximum pitch adjacent to the uneven surface is 5 to 20 μm. It could be processed to be within the range.
【0098】白金ヒータ54と配線57は基板53の上
に白金ペーストをスクリーン印刷等により形成し焼成固
定して得た。The platinum heater 54 and the wiring 57 were obtained by forming a platinum paste on the substrate 53 by screen printing or the like, and sintering and fixing the paste.
【0099】次に、市販の酸化ルテニウムとホウケイ酸
ガラスを混合・混練したペーストをスクリーン印刷によ
り、研磨された多孔質セラミック1の両方の研磨面に塗
布し、120℃で30分ほど乾燥した。このものを基板
53上に配置し、焼成固定した。焼成条件は、室温から
昇温速度45℃/分で850℃まで昇温、10分保持し
た後、60℃/分で降温で行った。これにより多孔質セ
ラミック1、電極52は、基板53上に固定された。Next, a paste obtained by mixing and kneading commercially available ruthenium oxide and borosilicate glass was applied to both polished surfaces of the polished porous ceramic 1 by screen printing, and dried at 120 ° C. for about 30 minutes. This was placed on a substrate 53 and fixed by firing. The firing conditions were as follows: the temperature was raised from room temperature to 850 ° C. at a rate of 45 ° C./min, held for 10 minutes, and then lowered at 60 ° C./min. Thus, the porous ceramic 1 and the electrode 52 were fixed on the substrate 53.
【0100】なお電極材料としては、白金または金、と
ガラス成分が混合された導電ペーストで、焼成後の電極
の総体積に対して、ガラス体積が10〜65vol%で
あるものを用いることにより、さらに多孔質セラミック
1と電極52が、付着性良く接触することができた。As the electrode material, a conductive paste obtained by mixing platinum or gold and a glass component and having a glass volume of 10 to 65 vol% with respect to the total volume of the fired electrode is used. Further, the porous ceramic 1 and the electrode 52 could be contacted with good adhesion.
【0101】また、電極52の材料のガラス成分に多孔
質セラミック1の構成原料の一つであるCuOを10v
ol%程度、混合・混練して、室温から昇温速度45℃
/分で950℃まで昇温、10分保持した後、60℃/
分で降温する焼成条件で焼成すると、多孔質セラミック
1の表面と化学的に反応して、強固に密着させることが
できた。他の多孔質セラミック成分であるCeO2やB
aCO3を混合しても、密着性は良くならず、むしろ悪
くなることが分かった。Further, CuO which is one of the constituent materials of the porous ceramic 1 is added to the glass component of the material of the electrode 52 by 10 V.
ol%, mixing and kneading, and the rate of temperature rise from room temperature to 45 ° C
/ Min after heating to 950 ° C for 10 minutes.
When sintering was performed under sintering conditions in which the temperature was lowered in minutes, it chemically reacted with the surface of the porous ceramic 1 and could be firmly adhered. Other porous ceramic components such as CeO 2 and B
It was found that even if aCO 3 was mixed, the adhesion did not improve, but rather worsened.
【0102】電極52の膜厚は10〜50μmになるよ
うに形成できた。市販の酸化ルテニウム及びガラスの粒
子径はそれぞれ0.1〜0.5μmと1〜1.5μmで
あった。多孔質セラミック1の表面の面粗度Rmaxまたは
凹凸段差の隣接の最小ピッチは、電極52の材料の粒子
径より大きく、電極52の膜厚は凹凸段差の隣接の最大
ピッチより大きくしているので、電極52は多孔質セラ
ミック1の表面の凹凸に良好にはまりこめる。電極52
の膜厚は、多孔質セラミック1の表面の凹凸段差の隣接
の最大ピッチより大きければよいというものではなく、
大きすぎると電極自身の応力により、剥離を生じてしま
うことが確認された。The electrode 52 was formed to have a thickness of 10 to 50 μm. The particle sizes of commercially available ruthenium oxide and glass were 0.1 to 0.5 μm and 1 to 1.5 μm, respectively. The surface roughness Rmax of the surface of the porous ceramic 1 or the minimum pitch adjacent to the uneven step is larger than the particle diameter of the material of the electrode 52, and the film thickness of the electrode 52 is larger than the maximum pitch adjacent to the uneven step. The electrode 52 fits well into the irregularities on the surface of the porous ceramic 1. Electrode 52
Is not necessarily larger than the maximum pitch adjacent to the uneven steps on the surface of the porous ceramic 1.
It has been confirmed that, if it is too large, peeling occurs due to the stress of the electrode itself.
【0103】次に、バルク材のφ0.1mmのPt線を
電極52の材料と同じリ−ド線固定材料56である酸化
ルテニウムペーストにディップした後、電極52に密着
させて焼成し、リ−ド線55とした。焼成条件は、室温
から昇温速度45℃/分で900℃まで昇温、10分保
持した後、60℃/分で降温で行った。Next, a Pt wire having a diameter of 0.1 mm of the bulk material is dipped in a ruthenium oxide paste, which is the same lead wire fixing material 56 as the material of the electrode 52, and then closely adhered to the electrode 52 and baked. The wire 55 was used. The firing conditions were as follows: the temperature was raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 45 ° C./min, held for 10 minutes, and then lowered at 60 ° C./min.
【0104】この熱処理により、リード線固定材料56
を用いて、リード線55を電極52に固定することがで
きる。そしてリード線55、リード線固定材料56が得
られた。By this heat treatment, the lead wire fixing material 56
, The lead wire 55 can be fixed to the electrode 52. And the lead wire 55 and the lead wire fixing material 56 were obtained.
【0105】以上のようにして形成された多孔質セラミ
ック1の熱膨張係数αは、室温から動作温度の550℃
までで、8.5〜9.5×10-6であった。一方、市販
の白金、金、酸化ルテニウムの貴金属ペーストは3.0
〜20.0×10-6であるが、βやγが、3.0×10
-6より小さかったり、15.0×10-6を越えたりする
と、炭酸ガス検知多孔質セラミック51と電極52は剥
離が生じやすくなることが分かった。本発明では(α−
β)と(α−γ)が5×10-6で良好な接着性が確認さ
れたが、(α−β)と(α−γ)がそれぞれ3.0×1
0-6程度の範囲にあることがさらに好ましいことがわか
った。The thermal expansion coefficient α of the porous ceramic 1 formed as described above ranges from room temperature to 550 ° C., which is the operating temperature.
Up to 8.5 to 9.5 × 10 −6 . On the other hand, commercially available noble metal pastes of platinum, gold, and ruthenium oxide are 3.0.
220.0 × 10 −6 , but β and γ are 3.0 × 10
It was found that, when it was smaller than −6 or exceeded 15.0 × 10 −6 , the carbon dioxide sensing porous ceramic 51 and the electrode 52 were easily peeled off. In the present invention, (α−
(β) and (α-γ) were 5 × 10 −6 and good adhesion was confirmed, but (α-β) and (α-γ) were 3.0 × 1 each.
Be in the range of about 0 -6 it has been found to be more preferable.
【0106】[0106]
【発明の効果】本発明の請求項1に記載の発明によれ
ば、多孔質セラミック表面の凹凸形状の部分に前記電極
の構成粒子がくまなく、はまりこむことができ、且つ凹
凸形状の部分が前記電極の膜厚によりそのほとんどを覆
うことができるので、動作温度が比較的高温である炭酸
ガス濃度検知装置において、炭酸ガス検知材である多孔
質セラミック表面の凹凸形状に隙間なく電極の構成粒子
が付着できるため、付着性を顕著に向上させることがで
きる。また、動作温度でも剥離を生じない高信頼性を得
ることができるとともに、炭酸ガス検知素子ごと接触面
積の均一化が可能になるため、素子ごとの特性ばらつき
の少ない炭酸ガス検知素子を提供することができる。According to the invention as set forth in claim 1 of the present invention, the constituent particles of the electrode can be fitted all over the uneven portion of the porous ceramic surface, and the uneven portion can be inserted. Since the most part can be covered by the thickness of the electrode, in a carbon dioxide gas concentration detecting device whose operating temperature is relatively high, the constituent particles of the electrode without any gaps in the uneven shape of the porous ceramic surface which is a carbon dioxide gas detecting material. Can be attached, so that the adhesion can be significantly improved. In addition, it is possible to provide a carbon dioxide sensing element that has high reliability without peeling even at an operating temperature and has a uniform contact area for each carbon dioxide sensing element, so that there is little characteristic variation among the elements. Can be.
【0107】本発明の請求項2に記載の発明によれば、
SiO2、AlO3、ZrO2が無機材料のバインダーと
して働くため、多孔質セラミックの表面を強化すること
ができるとともに、前記電極が強固に密着するため、前
記多孔質セラミッの表面の粒子の結合が破壊されること
による電極の剥離を防止することができる。According to the second aspect of the present invention,
Since SiO 2 , AlO 3 , and ZrO 2 serve as binders for inorganic materials, the surface of the porous ceramic can be strengthened, and the electrodes are firmly adhered to each other. It is possible to prevent the electrode from being separated due to the destruction.
【0108】本発明の請求項3に記載の発明によれば、
焼成により容易に強固な化学的結合が得られるととも
に、前記電極と前記リード線固定材料の材料の線熱膨張
係数が同一となるため、比較的高温な動作温度でも熱応
力の発生を小さくできるため、多孔質セラミック表面
と、被着された電極との密着性を顕著に向上させること
ができる。According to the third aspect of the present invention,
A strong chemical bond is easily obtained by firing, and the linear thermal expansion coefficient of the material of the electrode and the lead wire fixing material becomes the same, so that the generation of thermal stress can be reduced even at a relatively high operating temperature. In addition, the adhesion between the porous ceramic surface and the deposited electrode can be significantly improved.
【0109】本発明の請求項4に記載の発明によれば、
前記多孔質セラミックと前記電極、及び前記電極と前記
リード線固定材料の各接触面での線熱膨張係数の差を小
さくすることができるため、熱応力を小さくできるとと
もに、線熱膨張係数が小さい方が相対的に圧縮応力を示
すため、被着している物体から剥がれない方向に力が加
わるため、多孔質セラミック表面と、被着された電極と
の密着性を顕著に向上させることができる。According to the invention described in claim 4 of the present invention,
Since the difference in linear thermal expansion coefficient between each contact surface between the porous ceramic and the electrode, and between the electrode and the lead wire fixing material can be reduced, the thermal stress can be reduced, and the linear thermal expansion coefficient is small. Since the surface shows relatively compressive stress, a force is applied in a direction in which the porous ceramic surface is not peeled off from the object to be adhered, so that the adhesion between the porous ceramic surface and the electrode to be adhered can be significantly improved. .
【0110】本発明の請求項5に記載の発明によれば、
請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の発明の効果に
加えて、電極が貴金属及び/又は貴金属酸化物を含むた
め、比較的高温な動作温度でも良好な導電性を保持する
ことができるとともに、ガラス成分によって前記多孔質
セラミックに対して強固に密着する。According to the fifth aspect of the present invention,
In addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 4, the electrode contains a noble metal and / or a noble metal oxide, so that it can maintain good conductivity even at a relatively high operating temperature. As well as being firmly adhered to the porous ceramic by the glass component.
【0111】本発明の請求項6に記載の発明によれば、
請求項1乃至5の内いずれか1項に記載の発明の効果に
加えて、多孔質セラミック表面と電極とが、ガラス成分
に含まれる少なくとも1種の前記多孔質セラミックの原
料が前記多孔質セラミックと強力な化学親和力で密着す
ることができるので、比較的高温な動作温度においても
多孔質セラミック表面と、被着された電極との密着性を
顕著に向上させることができるとともに、熱応力の影響
の少ない電極と多孔質セラミック表面との密着性を得る
ことができるため、耐熱性が高まり、経時変化が小さく
なる。According to the invention described in claim 6 of the present invention,
In addition to the effects of the invention according to any one of claims 1 to 5, the porous ceramic surface and the electrode may be made of at least one kind of raw material of the porous ceramic contained in a glass component. With a strong chemical affinity, significantly improving the adhesion between the porous ceramic surface and the deposited electrode even at relatively high operating temperatures, and the effect of thermal stress. Since the adhesion between the electrode and the surface of the porous ceramic can be obtained, the heat resistance is increased and the change with time is reduced.
【0112】本発明の請求項7に記載の発明によれば、
請求項1に記載の発明の効果に加えて、CeO2,Ba
CO3,CuOの混合物を含有することで、炭酸ガスに
対して高感度の検知素子が得られるとともに、前記多孔
質セラミックと前記電極との付着性を著しく高めること
ができる。According to the seventh aspect of the present invention,
In addition to the effects of the invention described in claim 1, CeO 2 , Ba
By containing a mixture of CO 3 and CuO, a sensing element having high sensitivity to carbon dioxide gas can be obtained, and the adhesion between the porous ceramic and the electrode can be significantly increased.
【0113】本発明の請求項8に記載の発明によれば、
請求項7に記載の発明の効果に加えて、酸化ルテニウ
ム、白金、金等の電極材料が銀、パラジウム、銅等に比
べ動作温度での耐熱性や耐湿性に優れる。多孔質セラミ
ック表面と電極が剥離や破壊を生じることなく密着させ
ることができるため、経時変化が極めて少なく安定な炭
酸ガス検知素子が得られる。According to the invention described in claim 8 of the present invention,
In addition to the effects of the invention described in claim 7, the electrode materials such as ruthenium oxide, platinum, and gold are more excellent in heat resistance and moisture resistance at operating temperatures than silver, palladium, copper, and the like. Since the surface of the porous ceramic and the electrode can be brought into close contact with each other without peeling or destruction, a stable carbon dioxide sensing element with little change over time can be obtained.
【0114】本発明の請求項9に記載の発明によれば、
請求項7に記載の発明の効果に加えて前記多孔質セラミ
ックの凹凸の最大ピッチが電極の膜厚より小さくなるた
め、付着性を著しく向上させることができる。According to the ninth aspect of the present invention,
In addition to the effect of the invention according to claim 7, since the maximum pitch of the irregularities of the porous ceramic is smaller than the thickness of the electrode, the adhesion can be significantly improved.
【0115】本発明の請求項10に記載の発明によれ
ば、請求項7に記載の発明の効果に加えて、電極ペース
ト材料を焼成したときに、前記多孔質セラミック表面と
前記電極とが特に強力な化学的結合力で密着することが
できるとともに、多孔質セラミックと電極との線熱膨張
係数の差を小さくすることができる。またCuO又はC
u2Oが熱処理によって一部昇華し拡散し易いためより
強力に密着することができる。According to the tenth aspect of the present invention, in addition to the effect of the seventh aspect, when the electrode paste material is fired, the surface of the porous ceramic and the electrode are particularly It is possible to make close contact with a strong chemical bonding force and to reduce the difference in linear thermal expansion coefficient between the porous ceramic and the electrode. CuO or C
Since u 2 O is partially sublimated and easily diffused by the heat treatment, it can be adhered more strongly.
【0116】本発明の請求項11に記載の発明によれ
ば、請求項7に記載の発明の効果に加えて、前記多孔質
セラミックと前記電極、及び前記電極と前記リード線固
定材料の各接触面での線熱膨張係数の差を小さくするこ
とができるため、熱応力を小さくできるとともに、線熱
膨張係数が小さい方が相対的に圧縮応力を示すため、被
着している物体から剥がれない方向に力が加わるため、
多孔質セラミック表面と、被着された電極との密着性を
顕著に向上させることができる。According to the eleventh aspect of the present invention, in addition to the effects of the seventh aspect, each contact between the porous ceramic and the electrode, and between the electrode and the lead wire fixing material. The difference in coefficient of linear thermal expansion between the surfaces can be reduced, so that the thermal stress can be reduced. Because force is applied in the direction,
The adhesion between the porous ceramic surface and the deposited electrode can be significantly improved.
【図1】本発明の実施の形態1による炭酸ガス検知素子
を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing a carbon dioxide sensing element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のA部分の拡大図FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
【図3】本発明の実施の形態2による炭酸ガス検知素子
の電極が被着されている部分の端面図FIG. 3 is an end view of a portion of a carbon dioxide gas sensing element according to a second embodiment of the present invention where electrodes are attached.
【図4】本発明の実施の形態3による炭酸ガス検知素子
の要部断面図FIG. 4 is a sectional view of a main part of a carbon dioxide sensing element according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態4による炭酸ガス検知素子
の要部断面図FIG. 5 is a sectional view of a main part of a carbon dioxide sensing element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態5による炭酸ガス検知素子
の多孔質セラミック表面の電極が被着されている部分の
断面図FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of a carbon dioxide sensing element according to a fifth embodiment of the present invention, on which electrodes are attached on the surface of a porous ceramic.
【図7】多孔質セラミック表面を、ゾルでコーティング
したものとしないものについて、動作温度で連続加熱し
たときの容量値の経時変化を示すグラフFIG. 7 is a graph showing the change over time of the capacitance value when the porous ceramic surface is continuously heated at the operating temperature with and without the sol coating.
【図8】炭酸ガス検知多孔質セラミック素子の電極とリ
ード線固定材料を変えたときの、動作温度で連続加熱し
たときの容量値の経時変化を示すグラフFIG. 8 is a graph showing the change over time of the capacitance value when continuously heated at the operating temperature when the electrode of the carbon dioxide sensing porous ceramic element and the lead wire fixing material are changed.
【図9】電極に炭酸ガス検知多孔質セラミックの構成材
料の一つであるCuOを混合・混練した場合の容量値の
経時変化を示すグラフFIG. 9 is a graph showing the change over time of the capacitance value when CuO, which is one of the constituent materials of the carbon dioxide sensing porous ceramic, is mixed and kneaded in the electrode.
【図10】本発明の実施例6による炭酸ガス検知素子を
示す斜視図FIG. 10 is a perspective view showing a carbon dioxide sensing element according to Embodiment 6 of the present invention.
【図11】従来のインピ−ダンス変化型の炭酸ガス検知
素子の構成を示す斜視図FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a conventional impedance change type carbon dioxide gas detecting element.
【図12】図11のB部分の拡大図FIG. 12 is an enlarged view of a portion B in FIG. 11;
1 多孔質セラミック 6 面粗度Rmax 7 凹凸段差の隣接の最小ピッチ 8 凹凸段差の隣接の最大ピッチ 10 酸化物 11 リード線固定材料 15 電極 51 炭酸ガス検知多孔質セラミック 52 電極 53 基板 54 白金ヒータ 55 リード線 56 リード線固定材料 57 配線 58 隙間 α 炭酸ガス検知多孔質セラミックの線熱膨張係数 β 電極の線熱膨張係数 γ リード線固定材料の線熱膨張係数 Reference Signs List 1 Porous ceramic 6 Surface roughness Rmax 7 Minimum pitch adjacent to uneven step 8 Maximum pitch adjacent to uneven step 10 Oxide 11 Lead wire fixing material 15 Electrode 51 Carbon dioxide sensing porous ceramic 52 Electrode 53 Substrate 54 Platinum heater 55 Lead wire 56 Lead wire fixing material 57 Wiring 58 Gap α Linear thermal expansion coefficient of carbon dioxide sensing porous ceramic β Linear thermal expansion coefficient of electrode γ Linear thermal expansion coefficient of lead wire fixing material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 正吾 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shogo Matsubara 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (11)
と、前記多孔質セラミックの表面または内部に設けられ
ている1つ以上の電極と、前記電極の表面または内部に
接続されたリード線と、前記電極と前記リード線を接続
固定するリード線固定材料と、前記多孔質セラミックを
動作温度に加熱できるヒータと、前記多孔質セラミック
と前記ヒータを配置できる基板と、前記基板上に配置さ
れた通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であっ
て、前記電極を被着する前記多孔質セラミックの表面の
面粗度Rmax及び/又は凹凸段差の隣接の最小ピッチが前
記電極を構成している粒子径以上に、且つ凹凸段差の隣
接の最大ピッチが前記電極の膜厚以下に、形成されてい
ることを特徴とする炭酸ガス検知素子。1. A porous ceramic as a carbon dioxide sensing material, one or more electrodes provided on or on the surface of the porous ceramic, and a lead wire connected to the surface or on the inside of the electrode. A lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, a substrate on which the porous ceramic and the heater can be arranged, and a power supply arranged on the substrate And a wiring for use in the carbon dioxide gas detection element, wherein the electrode has a surface roughness Rmax of the surface of the porous ceramic on which the electrode is adhered and / or an adjacent minimum pitch of the uneven steps constitutes the electrode. A carbon dioxide gas detecting element, wherein the maximum pitch adjacent to the uneven step is equal to or less than the thickness of the electrode.
と、前記多孔質セラミックの表面または内部に設けられ
ている1つ以上の電極と、前記電極の表面または内部に
接続されたリード線と、前記電極と前記リード線を接続
固定するリード線固定材料と、前記多孔質セラミックを
動作温度に加熱できるヒータと、前記多孔質セラミック
と前記ヒータを配置できる基板と、前記基板上に配置さ
れた通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であっ
て、前記電極を被着する前記多孔質セラミックの表面
に、SiO2、Al2O3、ZrO2の少なくとも1種を含
む酸化物層が焼結されていることを特徴とする炭酸ガス
検知素子。2. A porous ceramic which is a carbon dioxide sensing material, one or more electrodes provided on or on the surface of the porous ceramic, and a lead wire connected to the surface or on the inside of the electrode. A lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, a substrate on which the porous ceramic and the heater can be arranged, and a power supply arranged on the substrate A sensing layer comprising: an oxide layer containing at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , and ZrO 2 on a surface of the porous ceramic on which the electrode is adhered. A carbon dioxide sensing element characterized by being sintered.
と、前記多孔質セラミックの表面または内部に設けられ
ている1対以上の電極と、前記電極の表面または内部に
接続されたリード線と、前記電極と前記リード線を接続
固定するリード線固定材料と、前記多孔質セラミックを
動作温度に加熱できるヒータと、前記炭酸ガス検知多孔
質セラミックと前記ヒータを配置できる基板と、前記基
板上に配置された通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検
知素子であって、前記電極と前記リード線固定材料が同
一材料で形成されていることを特徴とする炭酸ガス検知
素子。3. A porous ceramic which is a carbon dioxide detecting material, one or more electrodes provided on or on the surface of the porous ceramic, and a lead wire connected to the surface or on the inside of the electrode. A lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, a substrate on which the carbon dioxide sensing porous ceramic and the heater can be arranged, and an arrangement on the substrate And a wiring for energization, wherein the electrode and the lead wire fixing material are formed of the same material.
と、前記多孔質セラミックの表面または内部に設けられ
ている1つ以上の電極と、前記電極の表面または内部に
接続されたリード線と、前記電極と前記リード線を接続
固定するリード線固定材料と、前記多孔質セラミックを
動作温度に加熱できるヒータと、前記多孔質セラミック
と前記ヒータを配置できる基板と、前記基板上に配置さ
れた通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であっ
て、前記多孔質セラミックの線熱膨張係数αと、前記電
極の線熱膨張係数βと、前記リード線固定材料の線熱膨
張係数γとが、α≧β≧γの関係を有していることを特
徴とする炭酸ガス検知素子。4. A porous ceramic serving as a carbon dioxide sensing material, one or more electrodes provided on or on the surface of the porous ceramic, and a lead wire connected to the surface or on the inside of the electrode. A lead wire fixing material for connecting and fixing the electrode and the lead wire, a heater capable of heating the porous ceramic to an operating temperature, a substrate on which the porous ceramic and the heater can be arranged, and a power supply arranged on the substrate A wire for thermal expansion, comprising: a linear thermal expansion coefficient α of the porous ceramic; a linear thermal expansion coefficient β of the electrode; and a linear thermal expansion coefficient γ of the lead wire fixing material. Have a relationship of α ≧ β ≧ γ.
と、ガラス成分と、を含むペーストを焼成して形成さ
れ、焼成後の電極に前記ガラス成分が10〜65vol
%好ましくは20〜60vol%含有されていることを
特徴とする請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の炭
酸ガス検知素子。5. The electrode is formed by firing a paste containing a noble metal and / or a noble metal oxide and a glass component, and the fired electrode contains 10 to 65 vol of the glass component.
The carbon dioxide sensing element according to any one of claims 1 to 4, wherein the content is preferably 20 to 60 vol%.
物と、前記炭酸ガス検知多孔質セラミックの原料のうち
少なくとも1種を含むガラス成分と、を含むペーストを
焼成して形成されていることを特徴とする請求項1乃至
5の内いずれか1項に記載の炭酸ガス検知素子。6. The electrode is formed by firing a paste containing a noble metal and / or a noble metal oxide and a glass component containing at least one of raw materials of the carbon dioxide sensing porous ceramic. The carbon dioxide sensing element according to any one of claims 1 to 5, wherein:
と、前記多孔質セラミックの表面または内部に設けられ
ている1つ以上の電極と、前記電極の表面または内部に
接続されたリード線と、前記電極と前記リード線を接続
固定するリード線固定材料と、前記多孔質セラミックを
動作温度に加熱できるヒータと、前記多孔質セラミック
と前記ヒータを配置できる基板と、前記基板上に配置さ
れた通電用の配線と、を備えた炭酸ガス検知素子であっ
て、前記多孔質セラミックがCeO 2,BaCO3,Cu
Oの混合物を含有し、前記電極を被着する表面の面粗度
Rmaxが0.5μm以上5μm以下、隣接の凹凸段差のピ
ッチが3μm以上25μm以下、前記電極を構成する粒
子径が0.05μm以上3μm未満であることを特徴と
する請求項1に記載の炭酸ガス検知素子。7. A porous ceramic material for detecting carbon dioxide gas.
Provided on the surface or inside of the porous ceramic
One or more electrodes, on or in the electrodes
Connect the connected lead wire, the electrode and the lead wire
Lead wire fixing material to be fixed, and the porous ceramic
A heater capable of heating to an operating temperature, and the porous ceramic
And a substrate on which the heater can be disposed, and a substrate disposed on the substrate.
Carbon dioxide sensing element with
And the porous ceramic is CeO Two, BaCOThree, Cu
Surface roughness of a surface containing a mixture of O and on which the electrode is deposited
Rmax is not less than 0.5 μm and not more than 5 μm.
The switch is 3 μm or more and 25 μm or less,
Characterized in that the diameter is 0.05 μm or more and less than 3 μm.
The carbon dioxide sensing element according to claim 1.
うちいずれか1種以上と、ガラス成分と、を含有するペ
ーストを焼成して形成され、焼成後の電極に前記ガラス
成分が10〜65vol%好ましくは30〜45vol
%含有されていることを特徴とする請求項7に記載の炭
酸ガス検知素子。8. The electrode is formed by firing a paste containing at least one of ruthenium oxide, platinum, and gold and a glass component, and the electrode after firing has a glass component of 10 to 10%. 65 vol%, preferably 30 to 45 vol
The carbon dioxide sensing element according to claim 7, wherein the carbon dioxide sensing element is contained.
は10〜25μmに形成されていることを特徴とする請
求項7に記載の炭酸ガス検知素子。9. The carbon dioxide sensing element according to claim 7, wherein said electrode has a thickness of 10 to 50 μm, preferably 10 to 25 μm.
ス成分としてCuO又はCu2Oが含有されていること
を特徴とする請求項7に記載の炭酸ガス検知素子。10. The carbon dioxide sensing element according to claim 7, wherein the paste material for forming the electrode contains CuO or Cu 2 O as a glass component.
と、前記電極の線熱膨張係数βと、前記リード線固定材
料の線熱膨張係数γとが、α≧β≧γの関係を有してお
り、且つ(α−β)と、(α−γ)がそれぞれ5×10
-6(/deg)以下であることを特徴とする請求項7に記載
の炭酸ガス検知素子。11. The coefficient of linear thermal expansion α of the porous ceramic
And the linear thermal expansion coefficient β of the electrode and the linear thermal expansion coefficient γ of the lead wire fixing material have a relationship of α ≧ β ≧ γ, and (α−β) and (α− γ) is 5 × 10
The carbon dioxide sensing element according to claim 7, wherein the temperature is -6 (/ deg) or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9317960A JPH11153564A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Carbon dioxide sensing element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9317960A JPH11153564A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Carbon dioxide sensing element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11153564A true JPH11153564A (en) | 1999-06-08 |
Family
ID=18093924
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9317960A Pending JPH11153564A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Carbon dioxide sensing element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11153564A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1327214C (en) * | 2002-07-29 | 2007-07-18 | 株式会社山武 | Electrostatic capacitive sensor |
| CN109900749A (en) * | 2019-03-13 | 2019-06-18 | 华中科技大学 | A kind of micro-hotplate Gas Sensor Array device and manufacturing method based on ceramic substrate |
-
1997
- 1997-11-19 JP JP9317960A patent/JPH11153564A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1327214C (en) * | 2002-07-29 | 2007-07-18 | 株式会社山武 | Electrostatic capacitive sensor |
| CN109900749A (en) * | 2019-03-13 | 2019-06-18 | 华中科技大学 | A kind of micro-hotplate Gas Sensor Array device and manufacturing method based on ceramic substrate |
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