JP2003107043A - Oxygen pump and method of manufacturing the same - Google Patents

Oxygen pump and method of manufacturing the same

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JP2003107043A
JP2003107043A JP2001301721A JP2001301721A JP2003107043A JP 2003107043 A JP2003107043 A JP 2003107043A JP 2001301721 A JP2001301721 A JP 2001301721A JP 2001301721 A JP2001301721 A JP 2001301721A JP 2003107043 A JP2003107043 A JP 2003107043A
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JP
Japan
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oxygen pump
electrode film
metal foil
foil
metal
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Application number
JP2001301721A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nagai
彪 長井
Yu Fukuda
祐 福田
Naoko Ubukawa
直子 生川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that each of respective materials used is limited to a specific material because their coefficients of thermal expansion must be within mutually close ranges. SOLUTION: Since a metal foil is bonded to an oxygen ion-conductive substrate 2 via a conductive seal material 7 such as a sealing metal-paste burnt substance of the like, the damage of an oxygen pump element such as the exfoliation, the crack or the like of a seal part is not generated due to a thermal stress generated due to the difference in a coefficient of thermal expansion between the materials.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は酸素ポンプに関する
ものである。
[0001] The present invention relates to an oxygen pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の酸素ポンプは以下のよう
なものであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, this kind of oxygen pump is as follows.

【0003】特開2000−86204公報では、図2
に示す酸素ポンプが開示されている。酸素ポンプ素子1
は、酸素イオン導電性基板2の一方の表面にカソード電
極膜3、他の表面にアノード電極膜4を形成して構成さ
れる。酸素イオン導電性基板2の端部に絶縁性支持材5
を配置し、酸素イオン導電性基板2と連結材6を気密シ
ールした構成が開示されている。このとき、絶縁性支持
材5は、酸素イオン導電性基板2の熱膨張係数あるいは
連結材6の熱膨張係数と実質的に同じ熱膨張係数を有す
るべきであり、実質的に同じ熱膨張係数とは、これら3
種類の材料の熱膨張係数が(20〜5)x10ー7/℃の
範囲内で一致することを意味する。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-86204, FIG.
Are disclosed. Oxygen pump element 1
Is formed by forming a cathode electrode film 3 on one surface of an oxygen ion conductive substrate 2 and an anode electrode film 4 on the other surface. Insulating support material 5 at the end of oxygen ion conductive substrate 2
Are arranged, and the oxygen ion conductive substrate 2 and the connecting member 6 are hermetically sealed. At this time, the insulating support material 5 should have substantially the same thermal expansion coefficient as the thermal expansion coefficient of the oxygen ion conductive substrate 2 or the thermal expansion coefficient of the connecting member 6, and have substantially the same thermal expansion coefficient. Is these three
Means that the thermal expansion coefficient of the types of materials to match (20 to 5) within the x10 over 7 / ° C..

【0004】また、「ヤング率の小さな絶縁性支持材5
は、酸素イオン導電性基板2の熱膨張係数あるいは連結
材6の熱膨張係数と比べ、より大きな熱膨張係数を有す
ることを許容され、逆に、ヤング率の大きな絶縁性支持
材5は、酸素イオン導電性基板2の熱膨張係数あるいは
連結材6の熱膨張係数により近い熱膨張係数を有するこ
とが要求される」ことも開示されている。
[0004] Further, the insulating support material 5 having a small Young's modulus is used.
Is allowed to have a larger coefficient of thermal expansion than the coefficient of thermal expansion of the oxygen ion conductive substrate 2 or the coefficient of thermal expansion of the connecting member 6, and conversely, the insulating support member 5 having a large Young's modulus It is required to have a coefficient of thermal expansion closer to the coefficient of thermal expansion of the ion-conductive substrate 2 or the coefficient of thermal expansion of the connecting member 6 ".

【0005】また、代表的な酸素イオン導電性材料とし
て、イットリウムをドープしたジルコニア(YSZ)や
ガドリニアをドープしたセリア(GDC)などが開示さ
れている。また、絶縁性支持材5として、アルミノケイ
酸リチウムガラス系材料、連結材6として、ランタンス
トロンチウムクロマイトなどが開示されている。
Further, as typical oxygen ion conductive materials, yttrium-doped zirconia (YSZ) and gadolinia-doped ceria (GDC) are disclosed. Further, a lithium aluminosilicate glass-based material is disclosed as the insulating support material 5 and lanthanum strontium chromite is disclosed as the connecting material 6.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術の酸素ポンプでは、絶縁性支持材5、酸素イオ
ン導電性基板2および連結材6のそれぞれの熱膨張係数
が、互いに近い範囲内にあることが要求されるので、各
材料が特定の材質に限定されるという課題を有してい
た。また、上記連結材6は金属酸化物系材料であるの
で、種々の形状に仕上げるためには、その形状に対応し
た金型を必要とする。従って、形状変更に対する適応性
に欠け、また、製造工程が複雑になるという課題も派生
していた。
However, in the above-described conventional oxygen pump, the thermal expansion coefficients of the insulating support member 5, the oxygen ion conductive substrate 2 and the connecting member 6 are within a range close to each other. Therefore, there is a problem that each material is limited to a specific material. Further, since the connecting member 6 is a metal oxide-based material, in order to finish it in various shapes, a mold corresponding to the shape is required. Therefore, there has been a problem that the adaptability to the shape change is lacking and the manufacturing process is complicated.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、酸素イオン導電性基板の一方の表面にカ
ソード電極膜を、他の表面にアノード電極膜を対向して
形成した酸素ポンプ素子と、開口部を備えた金属箔とか
ら成り、開口部をカソード電極膜もしくはアノード電極
膜のどちらか一方の電極膜に対向して配置し、開口部周
囲の金属箔と酸素イオン導電性基板間に導電性シール材
を配置した酸素ポンプである。
According to the present invention, there is provided an oxygen ion conductive substrate comprising a cathode electrode film formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate and an anode electrode film formed on the other surface. A pump element and a metal foil having an opening, wherein the opening is disposed to face either the cathode electrode film or the anode electrode film, and the metal foil around the opening and the oxygen ion conductive film are formed. This is an oxygen pump in which a conductive sealing material is provided between substrates.

【0008】上記発明によれば、従来の連結材に代え
て、金属箔を用いているので、材料の選択自由度が高
い。また、加工性にも優れるので、形状変更に即応で
き、また、製造工程も簡素化される。
According to the above-mentioned invention, since the metal foil is used instead of the conventional connecting member, the degree of freedom in selecting the material is high. Further, since it is excellent in workability, it can respond to a shape change immediately, and the manufacturing process is simplified.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1にかかる酸素ポ
ンプでは、導電性シール材により酸素イオン導電性基板
を金属箔シール接続した構成である。従って、特殊な金
属酸化物材料を用いずに、金属箔を用いているので、材
料の選択自由度が高い。また、加工性にも優れるので、
形状変更に即応でき、また、製造工程も簡素化される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The oxygen pump according to the first aspect of the present invention has a configuration in which an oxygen ion conductive substrate is connected to a metal foil seal by a conductive seal material. Therefore, since a metal foil is used without using a special metal oxide material, the degree of freedom in selecting a material is high. Also, because it is excellent in workability,
The shape can be changed immediately, and the manufacturing process is simplified.

【0010】本発明の請求項2にかかる酸素ポンプで
は、金属箔としてニッケル箔、鉄ークロム合金箔、チタ
ン箔お、金箔よび白金箔から選ばれた一つの箔を用いて
いる。これら金属箔は酸素イオン導電性基板に比べ、ヤ
ング率が小さいので、両者の熱膨張係数差に起因して発
生する金属箔部の熱応力も小さい。従って、高温でも酸
素イオン導電性基板と金属箔間のシール性が保持され
る。
In the oxygen pump according to claim 2 of the present invention, one foil selected from nickel foil, iron-chromium alloy foil, titanium foil, gold foil and platinum foil is used as the metal foil. Since these metal foils have a smaller Young's modulus than the oxygen ion conductive substrate, the thermal stress of the metal foil portion generated due to the difference in thermal expansion coefficient between them is also small. Therefore, the sealing property between the oxygen ion conductive substrate and the metal foil is maintained even at a high temperature.

【0011】本発明の請求項3にかかる酸素ポンプで
は、金属箔が焼きなましされた箔である。従って、金属
箔中の加工歪が減少するので、そのヤング率も小さくで
きる。
In the oxygen pump according to claim 3 of the present invention, the metal foil is an annealed foil. Therefore, since the processing strain in the metal foil is reduced, its Young's modulus can be reduced.

【0012】本発明の請求項4にかかる酸素ポンプで
は、金属箔の厚さが(5〜50)μmである。従って、
金属箔の面に平行な方向に歪が発生したとき、金属箔生
じる応力を小さくできると共に実用的な物理的強度を確
保できる。
In the oxygen pump according to claim 4 of the present invention, the thickness of the metal foil is (5 to 50) μm. Therefore,
When strain occurs in a direction parallel to the surface of the metal foil, the stress generated by the metal foil can be reduced and practical physical strength can be ensured.

【0013】本発明の請求項5にかかる酸素ポンプで
は、導電性シール材がシール用金属ペーストの焼成体で
ある。従って、所定の形状に焼結体を形成できる。
[0013] In the oxygen pump according to claim 5 of the present invention, the conductive sealing material is a fired body of a sealing metal paste. Therefore, a sintered body can be formed in a predetermined shape.

【0014】本発明の請求項6にかかる酸素ポンプで
は、シール用金属ペーストがニッケルペースト、金ペー
スト、銀ーパラジウムペーストおよび白金ペーストから
選ばれた一つのペーストであるので、これらペーストの
焼成体は高温酸化雰囲気中で安定である。
In the oxygen pump according to claim 6 of the present invention, the metal paste for sealing is one paste selected from nickel paste, gold paste, silver-palladium paste and platinum paste. Stable in high-temperature oxidizing atmosphere.

【0015】本発明の請求項7にかかる酸素ポンプで
は、金属箔とシール用金属ペースト主成分が同じ金属で
ある。従って、両者の接着性に優れる。
In the oxygen pump according to claim 7 of the present invention, the main component of the metal foil and the sealing metal paste is the same metal. Therefore, the adhesion between them is excellent.

【0016】本発明の請求項8にかかる酸素ポンプで
は、金属箔と対向するカソード電極膜もしくはアノード
電極膜が導電性シール材に接続されている。従って、金
属箔をリード線として使用できる。
In the oxygen pump according to the present invention, the cathode electrode film or the anode electrode film facing the metal foil is connected to the conductive sealing material. Therefore, a metal foil can be used as a lead wire.

【0017】本発明の請求項9にかかる酸素ポンプで
は、金属箔に外部リード線が接続されている。従って、
外部リード線の接続が容易にできる。
In the oxygen pump according to the ninth aspect of the present invention, the external lead wire is connected to the metal foil. Therefore,
External lead wires can be easily connected.

【0018】本発明の請求項10にかかる酸素ポンプで
は、外部リード線が金属箔に溶接されている。従って、
外部リード線の接続が容易にできる。
In the oxygen pump according to the tenth aspect of the present invention, the external lead wire is welded to the metal foil. Therefore,
External lead wires can be easily connected.

【0019】本発明の請求項11にかかる酸素ポンプで
は、外部リード線と金属箔が同じ材質である。従って、
信頼性の高い接続が得られる。
In the oxygen pump according to the present invention, the external lead wire and the metal foil are made of the same material. Therefore,
A highly reliable connection is obtained.

【0020】本発明の請求項12にかかる酸素ポンプで
は、外部リード線と金属箔の材質がニッケルである。従
って、低価格で、信頼性の高い接続が得られる。
In the oxygen pump according to the twelfth aspect of the present invention, the material of the external lead wire and the metal foil is nickel. Therefore, a highly reliable connection can be obtained at a low cost.

【0021】本発明の請求項13にかかる酸素ポンプ
は、酸素イオン導電性基板の一方の表面にカソード電極
膜を、他の表面にアノード電極膜を対向して形成した
後、カソード電極膜およびアノード電極膜の形成温度よ
りも低い焼成温度でシール用金属ペーストを焼成して製
造される。従って、カソード電極膜やアノード電極膜を
劣化することなく、シール用金属ペーストを焼成でき
る。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an oxygen pump comprising: a cathode electrode film formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate and an anode electrode film formed on the other surface facing the cathode electrode film; It is manufactured by firing the sealing metal paste at a firing temperature lower than the electrode film forming temperature. Therefore, the sealing metal paste can be fired without deteriorating the cathode electrode film or the anode electrode film.

【0022】本発明の請求項14にかかる酸素ポンプで
は、シール用金属ペーストの焼成温度が(700〜80
0)℃である。従って。600℃以下の動作温度で安定
な酸素ポンプが得られる。
In the oxygen pump according to claim 14 of the present invention, the firing temperature of the sealing metal paste is (700 to 80).
0) ° C. Therefore. A stable oxygen pump can be obtained at an operating temperature of 600 ° C. or less.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】(実施例1)図1は本発明の実施例1の酸
素ポンプ1の構成を示す見取図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sketch drawing showing the configuration of an oxygen pump 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

【0025】酸素イオン導電性基板2の一方の表面にカ
ソード電極膜3を形成し、他の表面にアノード電極膜4
を形成して酸素ポンプ素子1が形成される。酸素イオン
導電性基板2として、イットリウムをドープしたジルコ
ニア(YSZ)やサマリウムをドープしたセリア(SD
C)が用いられる。また、カソード電極膜3やアノード
電極膜4として、白金(Pt)、銀(Ag)、サマリウ
ムーストロンチウムーコバルトから成る複合金属酸化物
(SSCO)などの焼成膜、蒸着膜が用いられる。
The cathode electrode film 3 is formed on one surface of the oxygen ion conductive substrate 2 and the anode electrode film 4 is formed on the other surface.
Is formed to form the oxygen pump element 1. As the oxygen ion conductive substrate 2, yttrium-doped zirconia (YSZ) or samarium-doped ceria (SD
C) is used. Further, as the cathode electrode film 3 and the anode electrode film 4, a baked film such as platinum (Pt), silver (Ag), and a composite metal oxide (SSCO) composed of samarium strontium-cobalt, or a deposited film is used.

【0026】本発明の酸素ポンプは、酸素ポンプ素子1
を作成後、導電性シール材7を介して酸素イオン導電性
基板2に金属箔8を接着して製造される。このとき、金
属箔8に設けられた開口部81はカソード電極膜3また
はアノード電極膜4と対向するように配置される。ま
た、導電性シール材7は、金属箔8の開口部81の周辺
部に位置するように配置される。
The oxygen pump of the present invention comprises an oxygen pump element 1
Is manufactured by bonding a metal foil 8 to the oxygen ion conductive substrate 2 via the conductive sealing material 7. At this time, the opening 81 provided in the metal foil 8 is arranged so as to face the cathode electrode film 3 or the anode electrode film 4. Further, the conductive sealing material 7 is arranged so as to be located in the peripheral portion of the opening 81 of the metal foil 8.

【0027】カソード電極膜3を負電位、アノード電極
膜4を正電位にして直流電圧をカソードとアノード間に
印加したとき、カソード側外部空間の酸素分子は、カソ
ード電極膜3から酸素イオンとして酸素イオン導電性基
板2に取り込まれて、アノード電極膜4に到達する。ア
ノード電極膜4に到達した酸素イオンは酸素分子とな
り、アノード側の外部空間に散逸する。カソード側外部
空間とアノード側外部空間とは金属箔8で分離すること
により、酸素をカソード側外部空間からアノード側外部
空間に輸送できる。
When a DC voltage is applied between the cathode and the anode by setting the cathode electrode film 3 to a negative potential and the anode electrode film 4 to a positive potential, oxygen molecules in the cathode-side external space are converted from the cathode electrode film 3 to oxygen ions as oxygen ions. It is taken in the ion conductive substrate 2 and reaches the anode electrode film 4. The oxygen ions that reach the anode electrode film 4 become oxygen molecules and dissipate in the external space on the anode side. By separating the cathode-side external space and the anode-side external space by the metal foil 8, oxygen can be transported from the cathode-side external space to the anode-side external space.

【0028】酸素ポンプ素子は、(500〜800)℃
で動作する。酸素イオン導電性基板2、導電性シール材
7および金属箔8などの熱膨張係数は、それぞれ異なる
ので、動作時にはシール部に熱応力が発生する。本発明
では、後述するシール用金属ペーストの焼成体を導電性
シール材7として用いているので、導電性シール材7自
身に起因する熱応力は小さい。焼成体は多孔性であるの
で、その空隙部で熱膨張が吸収され、また、金属のヤン
グ率は小さいからである。また、金属のヤング率が小さ
いことは、金属箔8に起因する熱応力も小さいことを意
味する。導電性シール材7として、シール用金属ペース
トの焼成体以外にも、複合酸化物系ペーストの焼成体も
用いることができる。しかし、複合酸化物系ペーストの
焼成温度は1000℃以上の高温を必要とする。酸素ポ
ンプ素子1を作成後、導電性シール材7を介して金属箔
8を接着するとき、Pt焼成膜をカソード電極膜として
用いた場合、同電極膜が劣化し易くなる。
The oxygen pump element is (500-800) ° C.
Works with Since the thermal expansion coefficients of the oxygen ion conductive substrate 2, the conductive sealing material 7, the metal foil 8, and the like are different from each other, a thermal stress is generated in the sealing portion during operation. In the present invention, since a fired body of the sealing metal paste described later is used as the conductive sealing material 7, the thermal stress caused by the conductive sealing material 7 itself is small. This is because the fired body is porous, so that thermal expansion is absorbed in the voids, and the Young's modulus of the metal is small. A small Young's modulus of the metal means that the thermal stress caused by the metal foil 8 is also small. As the conductive sealing material 7, in addition to the fired body of the sealing metal paste, a fired body of the composite oxide-based paste can be used. However, the firing temperature of the composite oxide-based paste requires a high temperature of 1000 ° C. or higher. When the metal foil 8 is bonded via the conductive sealing material 7 after the preparation of the oxygen pump element 1, if the Pt fired film is used as the cathode electrode film, the electrode film is easily deteriorated.

【0029】導電性シール材7として、シール用金属ペ
ーストの焼成体が望ましい。シール用金属ペーストとし
て、ニッケル・ペースト、金ペースト、銀ーパラジウム
・ペーストおよび白金ペーストなどが用いられる。これ
らペーストの焼成体は高温酸化雰囲気中で安定である点
で優れている。また、これら ペーストは工業的に多く
利用されているので、容易に入手でき、また、焼成条件
も確立されている。従って、安定な焼成体を得ることが
できる。これら焼成体の熱膨張係数は、少なくとも金属
単体のそれ[(90〜140)x10ー7/℃]と同等
か、もしくは、それよりも小さいと考えられる。他方、
酸素イオン導電性基板2の熱膨張係数は、(100〜1
20)x10ー7/℃の範囲であり、必ずしも、これら金
属焼成体のそれに近い熱膨張係数でない。しかし、これ
ら焼焼成体のヤング率は、酸素イオン導電性基板2のそ
れに比べ一桁以上小さいので、両者の熱膨張係数差によ
りこれら焼成体に熱応力が発生しても、その応力は酸素
イオン導電性基板2にクラックを発生させるほど大きく
ない。更に、これら焼成体は、脆性を示す酸素イオン導
電性基板2に比べ、弾性を示すので、大きな歪まで耐え
ることができる点でも優れている。
As the conductive sealing material 7, a fired body of a sealing metal paste is desirable. Nickel paste, gold paste, silver-palladium paste, platinum paste, or the like is used as the metal paste for sealing. The fired bodies of these pastes are excellent in that they are stable in a high-temperature oxidizing atmosphere. In addition, since these pastes are widely used industrially, they can be easily obtained, and firing conditions have been established. Therefore, a stable fired body can be obtained. Thermal expansion coefficients of these sintered bodies, it [(90 to 140) x10 over 7 / ° C.] and equal to or at least a single metal, or is believed to be smaller than that. On the other hand,
The thermal expansion coefficient of the oxygen ion conductive substrate 2 is (100 to 1).
20) x10 is in the range of over 7 / ° C., not necessarily a thermal expansion coefficient close to that of the metal sintered body. However, since the Young's modulus of these fired bodies is at least one order of magnitude smaller than that of the oxygen ion conductive substrate 2, even if a thermal stress is generated in these fired bodies due to a difference in thermal expansion coefficient between the two, the stress is reduced by oxygen ion It is not large enough to cause cracks in the conductive substrate 2. Furthermore, since these fired bodies show elasticity compared to the brittle oxygen ion conductive substrate 2, they are also excellent in that they can withstand large strains.

【0030】金属箔8として、ニッケル箔、鉄ークロム
合金箔、チタン箔、金箔および白金箔から選ばれた一つ
の箔であることが望ましい。金属箔8は、酸素イオン導
電性基板2に比べ、小さなヤング率を有する点で本質的
に望ましいが、本発明では、金属箔8は、その形状が箔
状であるので、熱的歪に起因する応力を低減できる。な
お、金属箔8の熱膨張係数ができるだけ酸素イオン導電
性基板2のそれに近ければ、一層好ましい。鉄ークロム
合金箔、チタン箔および白金箔は小さなヤング率である
点に加え、その熱膨張係数は(85〜120)x10ー7
/℃の範囲であり、酸素イオン導電性基板2のそれに近
い点で優れている。
The metal foil 8 is preferably one foil selected from nickel foil, iron-chromium alloy foil, titanium foil, gold foil and platinum foil. The metal foil 8 is essentially desirable in that it has a smaller Young's modulus than the oxygen-ion conductive substrate 2. However, in the present invention, the metal foil 8 has a foil-like shape, and thus is caused by thermal distortion. Stress can be reduced. It is more preferable that the coefficient of thermal expansion of the metal foil 8 be as close as possible to that of the oxygen ion conductive substrate 2. Iron Kuromu alloy foil, titanium foil and platinum foil in addition to that it is small Young's modulus, the thermal expansion coefficient (85 to 120) x10 -7
/ ° C., which is superior to that of the oxygen ion conductive substrate 2.

【0031】金属箔8は、厚い金属板を圧延して製造さ
れる場合がある。この場合、金属箔8中に加工歪が残留
して、硬化する。これは、実質的にヤング率を大きくし
たことと同じである。この残留加工歪は、焼きなましに
より除去できるので、焼きなましされた金属箔8を用い
る方が好ましい。また、金属箔の厚さは(5〜50)μ
mであることあ望ましい。5μm以下の厚さでは、物理的
な強度が小さくなり過ぎて実用的でない。また、50μ
m以上の厚さでは、熱的応力が大きくなり、導電性シー
ル材7部で剥離し易くなるからである。
The metal foil 8 may be manufactured by rolling a thick metal plate. In this case, processing strain remains in the metal foil 8 and is hardened. This is substantially the same as increasing the Young's modulus. Since the residual processing strain can be removed by annealing, it is preferable to use an annealed metal foil 8. The thickness of the metal foil is (5-50) μ
m is desirable. When the thickness is 5 μm or less, the physical strength becomes too small and is not practical. Also, 50μ
If the thickness is more than m, the thermal stress increases, and the conductive sealing material is easily peeled off at 7 parts.

【0032】金属箔8とシール用金属ペースト主成分が
同じ金属であることが望ましい。金属箔8を酸素イオン
導電性基板2に接着する場合、金属箔8に所定の形状で
シール用金属ペーストを印刷・乾燥後、その上に酸素イ
オン導電性基板2積層して、空気中焼成することによ
り、上記金属ペーストの焼成体7を介して金属箔8を酸
素イオン導電性基板2に接着できる。このとき、金属箔
8と金属ペーストの焼成体7の主成分が同じであるの
で、両者の接着性に優れる。
It is desirable that the metal foil 8 and the main component of the sealing metal paste be the same metal. When bonding the metal foil 8 to the oxygen ion conductive substrate 2, after printing and drying a metal paste for sealing in a predetermined shape on the metal foil 8, the oxygen ion conductive substrate 2 is laminated thereon and fired in the air. Thus, the metal foil 8 can be bonded to the oxygen ion conductive substrate 2 via the fired body 7 of the metal paste. At this time, since the main components of the metal foil 8 and the sintered body 7 of the metal paste are the same, the adhesion between them is excellent.

【0033】金属箔8と対向するカソード電極膜3もし
くはアノード電極膜4と導電性シール材7が電気的に接
続されることが好ましい。金属箔9がどちらかの電極膜
と電気的に接続されているので、金属箔8がリード線と
しても作用できる。しかし、金属箔8は形状的に大きく
することは、製造の効率を低下するので、好ましくな
い。このため金属箔8のリード線としての作用には、配
線の長さの点で限界がある。このような場合、金属箔8
に外部リード線を接続することが好ましい。外部リード
線の長さは、任意に調整可能であるので、配線の長さの
制限を受けない。金属箔8に外部リード線を接続する方
法として、ロウ付け法、溶接法、物理的なカシメ法など
があるが、溶接法が作業性の点でも、信頼性の点でも優
れている。溶接のとき、外部リード線と金属箔8が同じ
材質であることが最も好ましい。特に、外部リード線と
金属箔8の材質が、原料価格の安いニッケルである場
合、厚さ(10〜20)μmのニッケル箔および直径
0.1φ程度ののニッケル線は、工業的にも利用されて
いるので、低価格的である。
It is preferable that the conductive sealing material 7 is electrically connected to the cathode electrode film 3 or the anode electrode film 4 facing the metal foil 8. Since the metal foil 9 is electrically connected to one of the electrode films, the metal foil 8 can also function as a lead wire. However, enlarging the shape of the metal foil 8 is not preferable because it lowers the manufacturing efficiency. Therefore, the function of the metal foil 8 as a lead wire is limited in terms of the length of the wiring. In such a case, the metal foil 8
It is preferable that an external lead wire is connected to the external power supply. Since the length of the external lead wire can be arbitrarily adjusted, the length of the wiring is not limited. As a method of connecting the external lead wire to the metal foil 8, there are a brazing method, a welding method, a physical caulking method, and the like. The welding method is excellent in workability and reliability. At the time of welding, it is most preferable that the external lead wire and the metal foil 8 are made of the same material. In particular, when the material of the external lead wire and the metal foil 8 is nickel, which is inexpensive, the nickel foil having a thickness of (10 to 20) μm and the nickel wire having a diameter of about 0.1φ are used industrially. It is low-priced.

【0034】なお、導電性シール材7を介して金属箔9
を酸素イオン導電性基板2に接着する場合、カソード電
極膜3もしくはアノード電極膜4上に導電性シール材7
を形成してもよい。
The metal foil 9 is interposed via the conductive sealing material 7.
Is bonded to the oxygen ion conductive substrate 2, a conductive sealing material 7 is formed on the cathode electrode film 3 or the anode electrode film 4.
May be formed.

【0035】本発明の酸素ポンプを製造する場合、酸素
ポンプ素子1を作成した後、導電性シール材7を介して
金属箔8を酸素イオン導電性基板2に接着する製造工程
が好ましい。このとき、カソード電極膜3およびアノー
ド電極膜4の形成温度よりも低い焼成温度でシール用金
属ペーストを焼成して導電性シール材7を形成すること
が望ましい。酸素ポンプの動作において、酸素ポンプ素
子の性能は最も重要であり、その性能は、一定材質の酸
素イオン導電性基板2を用いる場合、カソード電極膜3
およびアノード電極膜4に依存する。通常、カソード電
極膜3およびアノード電極膜4として、多孔質焼成Pt
電極膜が多く用いられるが、この焼成温度は(800〜
1000)℃である。この焼成Pt電極膜の多孔度にを
低下させることなく、導電性シール材7を形成するには
シール用金属ペーストを(700〜800)℃で焼成す
ることが好ましい。シール用金属ペーストの焼成温度
は、同ペースト中に微量添加される硝子成分の融点を適
切に選択することにより、(700〜800)℃に調整
できる。シール用金属ペーストの焼成温度が、カソード
電極膜3およびアノード電極膜4のそれより高い場合、
熱的な凝集により多孔度は低下し易くなる。
In the case of manufacturing the oxygen pump of the present invention, it is preferable to form the oxygen pump element 1 and then bond the metal foil 8 to the oxygen ion conductive substrate 2 via the conductive sealing material 7. At this time, it is desirable to form the conductive sealing material 7 by firing the sealing metal paste at a firing temperature lower than the temperature at which the cathode electrode film 3 and the anode electrode film 4 are formed. In the operation of the oxygen pump, the performance of the oxygen pump element is the most important. When the oxygen ion conductive substrate 2 of a certain material is used, the performance of the oxygen
And the anode electrode film 4. Usually, a porous fired Pt is used as the cathode electrode film 3 and the anode electrode film 4.
Although an electrode film is often used, the firing temperature is (800 to
1000) ° C. In order to form the conductive sealing material 7 without lowering the porosity of the fired Pt electrode film, it is preferable to fire the sealing metal paste at (700 to 800) ° C. The firing temperature of the sealing metal paste can be adjusted to (700 to 800) ° C. by appropriately selecting the melting point of the glass component added in a small amount in the paste. When the firing temperature of the sealing metal paste is higher than those of the cathode electrode film 3 and the anode electrode film 4,
Porosity tends to decrease due to thermal aggregation.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、酸素イ
オン導電性基板、シール用金属ペーストの焼成体および
金属箔材料間の熱膨張係数が(10〜40)x10ー7
なっていても、シール部の剥離やクラックなど酸素ポン
プ素子の破損が生じない。
In the present invention, as described above, according to the present invention, the oxygen-ion conductive substrate, even if the thermal expansion coefficient between the sintered body and a metal foil material of the sealing metal paste (10 to 40) x10 -7 different, There is no breakage of the oxygen pump element such as peeling or cracking of the seal portion.

【0037】また、本発明では、導電性シール材が高温
酸化雰囲気中で安定であり、また、熱的歪に起因して導
電性シール材に発生する応力も小さくできる。
Further, according to the present invention, the conductive sealing material is stable in a high-temperature oxidizing atmosphere, and the stress generated in the conductive sealing material due to thermal strain can be reduced.

【0038】また、本発明では、金属箔を外部リード線
としても使用できる。
In the present invention, a metal foil can be used as an external lead.

【0039】また、本発明では、電極膜の多孔度にを低
下させることなく、導電性シール材を形成できる。
Further, according to the present invention, a conductive sealing material can be formed without reducing the porosity of the electrode film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における酸素ポンプの構成を
示す図
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an oxygen pump according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の酸素ポンプの断面図FIG. 2 is a sectional view of a conventional oxygen pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸素ポンプ素子 2 酸素イオン導電性基板 3 カソード電極膜 4 アノード電極膜 7 導電性シール材 8 金属箔 81 金属箔8に設けられた開口部 1 Oxygen pump element 2 Oxygen ion conductive substrate 3 Cathode electrode film 4 Anode electrode film 7 Conductive sealing material 8 Metal foil 81 Opening provided in metal foil 8

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生川 直子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Naoko Ikukawa             Matsushita Electric, 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka             Sangyo Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素イオン導電性基板の一方の表面にカ
ソード電極膜を、他の表面にアノード電極膜を対向して
形成した酸素ポンプ素子と、開口部を備えた金属箔とか
ら成り、前記開口部を前記カソード電極膜もしくは前記
アノード電極膜のどちらか一方の電極膜に対向して配置
し、前記開口部周囲の前記金属箔と前記酸素イオン導電
性基板間に導電性シール材を配置した酸素ポンプ。
An oxygen pump element having a cathode electrode film formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate and an anode electrode film formed on the other surface thereof, and a metal foil having an opening; An opening was disposed facing either one of the cathode electrode film and the anode electrode film, and a conductive sealing material was disposed between the metal foil and the oxygen ion conductive substrate around the opening. Oxygen pump.
【請求項2】 金属箔がニッケル箔、鉄ークロム合金
箔、チタン箔、金箔および白金箔から選ばれた一つの箔
である請求項1記載の酸素ポンプ。
2. The oxygen pump according to claim 1, wherein the metal foil is one foil selected from a nickel foil, an iron-chromium alloy foil, a titanium foil, a gold foil and a platinum foil.
【請求項3】 金属箔が焼きなましされた箔である請求
項2記載の酸素ポンプ。
3. The oxygen pump according to claim 2, wherein the metal foil is an annealed foil.
【請求項4】 金属箔の厚さが(5〜50)μmである
請求項2記載の酸素ポンプ。
4. The oxygen pump according to claim 2, wherein the thickness of the metal foil is (5 to 50) μm.
【請求項5】 導電性シール材がシール用金属ペースト
の焼成体である請求項1記載の酸素ポンプ。
5. The oxygen pump according to claim 1, wherein the conductive sealing material is a sintered body of a sealing metal paste.
【請求項6】 シール用金属ペーストがニッケル・ペー
スト、金ペースト、銀ーパラジウム・ペーストおよび白
金ペーストから選ばれた一つのペーストである請求項5
記載の酸素ポンプ。
6. The sealing metal paste is one paste selected from a nickel paste, a gold paste, a silver-palladium paste, and a platinum paste.
An oxygen pump as described.
【請求項7】 金属箔とシール用金属ペースト主成分が
同じ金属である請求項5記載の酸素ポンプ。
7. The oxygen pump according to claim 5, wherein the main component of the metal foil and the metal paste for sealing is the same metal.
【請求項8】 金属箔と対向するカソード電極膜もしく
はアノード電極膜と導電性シール材が電気的に接続され
た請求項1記載の酸素ポンプ。
8. The oxygen pump according to claim 1, wherein the cathode electrode film or the anode electrode film facing the metal foil and the conductive sealing material are electrically connected.
【請求項9】 外部リード線が金属箔に接続された請求
項8記載の酸素ポンプ。
9. The oxygen pump according to claim 8, wherein the external lead wire is connected to the metal foil.
【請求項10】 外部リード線が金属箔に溶接された請
求項9記載の酸素ポンプ。
10. The oxygen pump according to claim 9, wherein the external lead wire is welded to the metal foil.
【請求項11】 外部リード線と金属箔が同じ材質であ
る請求項10記載の酸素ポンプ。
11. The oxygen pump according to claim 10, wherein the external lead wire and the metal foil are made of the same material.
【請求項12】 外部リード線と金属箔の材質がニッケ
ルである請求項11記載の酸素ポンプ。
12. The oxygen pump according to claim 11, wherein the material of the external lead wire and the metal foil is nickel.
【請求項13】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に
カソード電極膜を、他の表面にアノード電極膜を対向し
て形成した後、カソード電極膜およびアノード電極膜の
形成温度よりも低い焼成温度でシール用金属ペーストを
焼成する酸素ポンプの製造方法。
13. A firing temperature lower than the formation temperature of the cathode electrode film and the anode electrode film after forming the cathode electrode film on one surface of the oxygen ion conductive substrate and the anode electrode film on the other surface. A method of manufacturing an oxygen pump for firing a metal paste for sealing by using the above method.
【請求項14】 シール用金属ペーストの焼成温度が
(700〜800)℃である請求項13記載の酸素ポン
プの製造方法。
14. The method for manufacturing an oxygen pump according to claim 13, wherein the firing temperature of the sealing metal paste is (700 to 800) ° C.
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