JP2862934B2

JP2862934B2 - 酸素センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2862934B2
Application number: JP2031768A
Authority: JP
Inventors: 孝文鹿嶋; 秀男山本; 克明中村
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH03235053A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、地下室の酸欠事故防止、ボイラなどの燃
焼管理等に使用される限界電流式のセラミック酸素セン
サの改良に関する技術である。

「従来の技術」近年、安定化ジルコニアからなる固体電界質を用いた
限界電流式の酸素センサが実用化されている。

この酸素センサは、第４図に示すように、平面から視
た形状が円形に形成され、かつ中央部に気体拡散孔100
を有する安定化ジルコニア（例えば、ZrO₂−8Y₂O₃）等
の固体電解質101と、この固体電解質１の両面に設けら
れて、一定のセンサ監視電圧が印加される多孔質の白金
電極102・102と、前記固体電解質101の一方側の面に設
けられ、その内側に一定容積の空間を形成するガラス封
止材103とから構成されたものである。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上記のように構成された酸素センサでは、
円形に形成された固体電解質101の単体に対して個々に
白金ペーストを塗布し、更にこれを焼成することにより
白金電極102・102を形成させることにより構成されるも
のであり、しかも、前記白金ペーストを固体電解質101
に塗布するに際しては高い精度の位置決めを行って、前
記白金ペーストを固体電解質101の略中央部に位置させ
るようにしている。

しかしながら、上記のように作製される酸素センサで
は、白金ペーストを固体電解質101の単体に塗布するに
際し、逐一位置決めを行うようにしているので、電極形
成に時間が掛かり量産性に乏しいという問題が生じてい
た。

また、前記固体電解質101には貫通孔である気体拡散
孔100が設けられており、これによって、前記白金ペー
ストはこの気体拡散孔100を避けるように塗布すること
になり、この点においても、白金ペーストの個々の塗布
に際して高い位置決めが要求され、その結果、量産性が
悪くなるという問題が発生していた。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであっ
て、複数のイオン導電体に対して、一度の位置決めによ
り白金ペーストを確実に塗布することが可能であり、同
時に気体拡散孔を形成する作業を簡単に行うことが可能
であり、かつ、酸素の取り込み量も任意に調整可能な酸
素センサ及びその製造方法の提供を目的とする。

「課題を解決するための手段」上記の目的を達成するために、第１の発明では、イオン導電体の各面に所定電圧が印
加される電極を設け、この電極間に流れるイオン電流の
電流値から、周囲の酸素濃度が測定される酸素センサに
おいて、前記イオン導電体の一方側の面上の電極の上方
に、該電極との間に一定容積の空間を形成する封止材を
設け、この封止材に、同一軸線上にかつ略水平方向に向
けて、少なくとも一対の気体拡散孔を設けるようにし
て、酸素センサを構成させるようにしている。

第２の発明では、イオン導電体の上面を区画し、この
区画したイオン導電体の各個所に白金ペーストを塗布し
た後、これを焼成して電極を形成する工程と、前記イオ
ン導電体上に形成された電極上に、カーボン等の空間形
成材を塗布し、更に、前記電極及び空間形成材を全体的
に覆うように結晶化ガラス等の封止材を塗布する工程
と、前記電極上に塗布された空間形成材と封止材とを共
に経由するように有機繊維を配置した後、これを焼成す
る工程とから、酸素センサを製造させるようにしてい
る。

「作用」第１の発明に示す酸素センサによれば、イオン導電体
上の封止材に、同一軸線上にかつ略水平方向に向けて、
少なくとも一対の気体拡散孔を配置させる構成であるの
で、製造段階において、電極上に塗布されたカーボン等
の空間形成材と、結晶化ガラス等の封止材とを共に経由
するように有機繊維を配置しこれを焼成することによっ
て、前記気体拡散孔を簡易に形成させることができる。

そして更に、前記有機繊維の数を調整することによ
り、気体拡散孔の数、つまり酸素の取り込み量も任意に
調整できる。

第２の発明に示す酸素センサの製造方法によれば、イ
オン導電体を、例えば溝等のブレークラインにより複数
の箇所に区画し、この区画した箇所にそれぞれ電極を配
置させるようにしたので、この電極を配置させるための
白金ペーストの塗布作業において、前記イオン導電体を
一括して位置決めし、前記白金ペーストを一括して塗布
することが可能である。

「実施例」第１図（Ａ）〜第３図（Ｂ）を参照して酸素センサの
製造方法について工程順に説明する。

（１）安定化ジルコニア（例えば、ZrO₂−8Y₂O₃）等
の固体電解質からなる焼結シート１を、グリーンシート
を用いて、大きさが100mm×120mm、厚さが0.15mmとなる
ように作製する。

前記グリーンシートは、前記安定化ジルコニアを分散
層とし水を分散媒とするコロイドを調整し、このコロイ
ドからその分散媒を脱離してゲルを生成させ、更にこの
ゲルを焼成後3mm以下の厚さとなるようにシート状に成
形してなるものである。なお、このグリーンシートには
必要に応じて有機バインダを添加しても良い。

そして、このようにして形成されたグリーンシートに
は、第１図（Ａ）に示すように、矢印Ａ−Ｂ方向に対し
て5mm、矢印Ｃ−Ｄ方向に対して6mmの間隔を有するよう
に平行な溝を機械的に多数形成させておき、更に、焼成
することにより、安定化ジルコニアの焼結シート１を得
るものである。

なお、前記ブレークラインとしての溝はグリーンシー
トの段階で形成させても良く、グリーンシートが焼結さ
れた焼結シート１に対して形成させても良い。

（２）前記溝により格子状に区画した焼結シート１に
おいて、区画した各箇所（このものを抽出した図を第２
図（Ａ）に示す）の上面及び下面に白金ペーストを塗布
した後これを焼成し、これら焼結シート１の区画した各
箇所に多孔質な電極２を形成させる（第２図（Ｂ）参
照）。

なお、前記各電極２の大きさは3mm×4mmの大きさに設
定する。

（３）第２図（Ｃ）で示すように、前記焼結シート１
に形成された一方側（上面側）の電極２上にカーボンで
ある空間形成材３を塗布し、更に、第２図（Ｄ）で示す
ように、この空間形成材３と前記電極２・２・・との双
方を全体的に覆うように封止材４を塗布する。

なお、このときの封止材４としては、ステアタイトと
結晶化ガラス（旭ガラス;AP5750）とを5:3の重量比で混
合したものが使用される。

更に、第２図（Ｄ）及び第３図（Ａ）である第２図
（Ｄ）のIII−III線に沿う断面図に示すように、前記焼
結シート１上に重ねて塗布された空間形成材３と封止材
４とに、それらの内部を経由するように揮散性糸状物５
としてカーボ繊維を設置する。

なお、前記揮散性糸状物５は、第１図（Ｂ）の全体図
に示すように、焼結シート１を区画した各箇所に設けら
れた、複数の空間形成材３と封止材４とに対して連続的
に配置し、かつ略水平となるように配置する。

（４）前記空間形成材３、封止材４が塗布され、かつ
揮散性糸状物５が配置された焼結シート１を焼成する。

これによって、第３図（Ｂ）に示すように前記封止材
４は焼成されて硬化し、また、前記揮散性糸状物５は起
算し、その結果として前記封止材４に対して貫通孔であ
る気体拡散孔4A・4Aが形成される。また、前記空間形成
材３は、前記揮散性糸状物５と同様に揮散し、更にこの
とき生じたガスは前記気体拡散孔4A・4Aを通じて外部に
放出され、その結果、封止材４の内側に空間部６が形成
されるものである。

（５）第１図（Ｃ）の全体図に示すように、焼結シー
ト１上に溝により区画された各箇所に、電極２と、空間
部６及び気体拡散孔4A・4Aを有する封止材４とが形成さ
れてなる酸素センサＭを、区画された溝に沿って前記焼
結シートを割ることによりそれぞれ切り放す。これによ
って、多数の酸素センサＭが得られる。

以上説明したように本実施例に示す酸素センサの製造
方法によれば、イオン導電体により形成される焼結シー
ト１を溝により複数の箇所に区画し、この区画した箇所
にそれぞれ電極２を配置させるようにしたので、この電
極２を配置させるための白金ペーストの塗布作業におい
て、前記イオン導電体を一括して位置決めし、前記白金
ペーストを一括して塗布することが可能であり、これに
よって量産性が増し、電極形成のための作業時間を短縮
化することが可能となる。

また、前記電極２上に塗布された空間形成材３と封止
材４とを共に経由するように揮散性糸状物５を配置した
後、これを焼成して該揮散性糸状物５を揮散させるよう
にしたので、該揮散性糸状物５が配置されていた位置に
気体拡散孔4Aを簡易に形成させることができる。

そして、この場合、前記揮散性糸状物５を、焼結シー
ト１を区画した箇所にそれぞれ設けられた空間形成材３
及び封止材４に対して順次経由させることにより、前記
気体拡散孔4Aの形成作業をも一括して行うことができ、
この点においても量産性の向上（従来と比較して10倍の
効率で量産化できる）を図ることができる硬化が得られ
る。

製造段階において、電極２上に塗布された空間形成材
３と封止材４とを共に経由するカーボン繊維５の数、位
置等を調整することにより、外部からの酸素の取り込み
量も調整でき、これによって酸素センサの出力値をも任
意に調整可能であるという効果が得られる。

「発明の効果」以上詳細に説明したように、第１の発明に示す酸素センサによれば、イオン導電体
上の封止材に、同一軸線上にかつ略水平方向に向けて、
少なくとも一対の気体拡散孔を配置させる構成であるの
で、製造段階において、前記気体拡散孔を形成させる有
機繊維の数を適宜調整することにより、該気体拡散孔の
数、つまり酸素の取り込み量も任意に調整でき、これに
よって酸素センサの出力値をも任意に調整可能であると
いう効果が得られる。

第２の発明に示す酸素センサの製造方法によれば、イ
オン導電体を複数の箇所に区画し、この区画した箇所に
それぞれ電極を配置させるようにしたので、この電極を
配置させるための白金ペーストの塗布作業において、前
記イオン導電体を一括して位置決めし、前記白金ペース
トを一括して塗布することが可能であり、これによって
量産性が増し、電極形成のための作業時間を短縮化する
ことが可能となる。

また、前記電極上に塗布された空間形成材と封止材と
を共に経由するように有機繊維を配置し、更にこの有機
繊維を複数の空間形成材及び封止材に対して経由させる
ことにより、前記気体拡散孔の形成作業をも一括して行
うことができ、この点においても量産性の向上を図るこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜第３図（Ｂ）は本発明の一実施例を示す
図であって、第１図（Ａ）〜第１図（Ｃ）は製造工程を
順次示す全体斜視図、第２図（Ａ）〜第２図（Ｄ）は第
１図（Ａ）〜第１図（Ｃ）に対応した製造工程の要部を
示す斜視図、第３図（Ａ）は第２図（Ｄ）のIII−III線
に沿う断面図、第３図（Ｂ）は最終焼成後の酸素センサ
の構造を示す断面図、第４図は従来の酸素センサを示す
断面図である。１……焼結シート（イオン導電体）、２……電極、３…
…空間形成材、４……封止材、4A……気体拡散孔、５…
…揮散性糸状物、６……空間部、Ｍ……酸素センサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン導電体の各面に所定電圧が印加され
る電極を設け、この電極間に流れるイオン電流の電流値
から、周囲の酸素濃度が測定される酸素センサにおい
て、前記イオン導電体の一方側の面上の電極の上方に、該電
極との間に一定容積の空間を形成する封止材を設け、こ
の封止材に、同一軸線上にかつ略水平方向に向けて、少
なくとも一対の気体拡散孔を設けたことを特徴とする酸
素センサ。
【請求項２】イオン導電体の上面を区画し、この区画し
たイオン導電体の各箇所に白金ペーストを塗布した後、
これを焼成して電極を形成する工程と、前記イオン導電体上に形成された電極上に、カーボン等
の空間形成材を塗布し、更に、前記電極及び空間形成材
を全体的に覆うように結晶化ガラス等の封止材を塗布す
る工程と、前記電極上に塗布された空間形成材と封止材を共に経由
するように有機繊維を配置した後、これを焼成する工程
とからなる酸素センサの製造方法。