JP2866396B2 - 限界電流式酸素センサの製造方法 - Google Patents
限界電流式酸素センサの製造方法Info
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- JP2866396B2 JP2866396B2 JP1204432A JP20443289A JP2866396B2 JP 2866396 B2 JP2866396 B2 JP 2866396B2 JP 1204432 A JP1204432 A JP 1204432A JP 20443289 A JP20443289 A JP 20443289A JP 2866396 B2 JP2866396 B2 JP 2866396B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミックスのポンピング作用を利用し、電
圧−電流特性のフラット域により酸素濃度を検出する限
界電流式酸素センサの製造方法に関する。
圧−電流特性のフラット域により酸素濃度を検出する限
界電流式酸素センサの製造方法に関する。
［従来の技術］ 限界電流式酸素センサにおいては、所定の限界電流特
性を得るために、基板に設けられた気体拡散孔を通過し
た気体がカソード電極の周囲に自然に通流するための内
部空間が封止部材と電極との間に必要である。
性を得るために、基板に設けられた気体拡散孔を通過し
た気体がカソード電極の周囲に自然に通流するための内
部空間が封止部材と電極との間に必要である。
第３図は従来の限界電流式酸素センサの製造方法を示
す断面図である。
す断面図である。
先ず、その中央部に気体拡散孔14が設けられた固体電
解質基板11の上面及び下面の所定領域に、夫々例えば多
孔質白金からなるカソード電極12及びアノード電極13を
形成する。
解質基板11の上面及び下面の所定領域に、夫々例えば多
孔質白金からなるカソード電極12及びアノード電極13を
形成する。
次に、この固体電解質基板11の上面に、カソード電極
12を覆うようにしてアルミナ（Al2O3）等のセラミック
ス粉で中間層15を印刷形成する。
12を覆うようにしてアルミナ（Al2O3）等のセラミック
ス粉で中間層15を印刷形成する。
次いで、この中間層15を囲むようにして封止ガラスを
印刷し、基板11上に封止部16を形成する。これにより、
カソード電極12の周囲は多孔質の中間層15内に存在する
状態で空気（又はその他の気体）により覆われることに
なる。
印刷し、基板11上に封止部16を形成する。これにより、
カソード電極12の周囲は多孔質の中間層15内に存在する
状態で空気（又はその他の気体）により覆われることに
なる。
上述した従来の限界電流式酸素センサの製造方法にお
いては、中間層15を構成するセラミックス粒子間の結合
が全くないため、中間層15の形成工程が煩雑である。ま
た、封止部16を形成するときに、封止ガラスが中間層15
を通過してポーラスなカソード電極12を被覆してしま
い、カソード電極12の電極効率を低下させてしまうこと
がある。
いては、中間層15を構成するセラミックス粒子間の結合
が全くないため、中間層15の形成工程が煩雑である。ま
た、封止部16を形成するときに、封止ガラスが中間層15
を通過してポーラスなカソード電極12を被覆してしま
い、カソード電極12の電極効率を低下させてしまうこと
がある。
上述の欠点を回避するためには、セラミックス粒子を
相互に結合させて固定化させる必要がある。このため
に、中間層15の材質として、セラミックス粉と結晶化ガ
ラスとを混合したものが使用される場合もある。例え
ば、従来、中間層15の材質として、ジルコニア粒子と結
晶化ガラスとを混合したものが公知である。
相互に結合させて固定化させる必要がある。このため
に、中間層15の材質として、セラミックス粉と結晶化ガ
ラスとを混合したものが使用される場合もある。例え
ば、従来、中間層15の材質として、ジルコニア粒子と結
晶化ガラスとを混合したものが公知である。
このような材質により中間層15を形成すると、酸素セ
ンサの製造は極めて容易になり、製品の再現性も良好に
なる。
ンサの製造は極めて容易になり、製品の再現性も良好に
なる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ジルコニア粒子と結晶化ガラスとを混
合した中間層は白金電極とその膨張係数が略々等しいた
め、従来方法により製造された酸素センサはカソード電
極12と中間層15とが接合してしまい、電極上方の空間が
減少するという欠点がある。このようにカソード電極と
中間層が接合すると、電極効率が劣化する。また、カソ
ード電極12の上部の空間が減少するため、限界電流式酸
素センサのカソード電極12上の気体の拡散抵抗が大きく
なる。従って、酸素センサの応答速度が遅くなる。
合した中間層は白金電極とその膨張係数が略々等しいた
め、従来方法により製造された酸素センサはカソード電
極12と中間層15とが接合してしまい、電極上方の空間が
減少するという欠点がある。このようにカソード電極と
中間層が接合すると、電極効率が劣化する。また、カソ
ード電極12の上部の空間が減少するため、限界電流式酸
素センサのカソード電極12上の気体の拡散抵抗が大きく
なる。従って、酸素センサの応答速度が遅くなる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、一方の電極上に気体のみの空間を形成することがで
き、電極効率が高いと共に応答速度が速い限界電流式酸
素センサを製造できる限界電流式酸素センサの製造方法
を提供することを目的とする。
て、一方の電極上に気体のみの空間を形成することがで
き、電極効率が高いと共に応答速度が速い限界電流式酸
素センサを製造できる限界電流式酸素センサの製造方法
を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る限界電流式酸素センサの製造方法は、基
板上に電極を形成する工程と、セラミックス粉及び結晶
化ガラスの混合物であって前記電極と膨張係数が異なる
ものを前記電極に被覆して中間層を形成する工程と、前
記中間層を焼成する工程と、前記中間層を覆う封止部を
形成する工程とを有することを特徴とする。
板上に電極を形成する工程と、セラミックス粉及び結晶
化ガラスの混合物であって前記電極と膨張係数が異なる
ものを前記電極に被覆して中間層を形成する工程と、前
記中間層を焼成する工程と、前記中間層を覆う封止部を
形成する工程とを有することを特徴とする。
［作用］ 本発明においては、セラミックス粉と結晶化ガラスと
の混合物で電極を被覆して中間層を形成する。この場
合、前記セラミックス粉及び結晶化ガラスはその膨張係
数が前記電極の膨張係数と異なるものを使用する。この
ため、この混合物を前記電極に被覆した後、焼成する
と、電極と中間層との間に両者の膨張係数の差に起因し
て空間が形成される。その後、例えば、この中間層を封
止部により被覆する。このようにして製造された限界電
流式酸素センサは、電極と接触する中間層を有しないた
め、電極効率が高いと共に気体の拡散抵抗が小さく、応
答速度が極めて速い。
の混合物で電極を被覆して中間層を形成する。この場
合、前記セラミックス粉及び結晶化ガラスはその膨張係
数が前記電極の膨張係数と異なるものを使用する。この
ため、この混合物を前記電極に被覆した後、焼成する
と、電極と中間層との間に両者の膨張係数の差に起因し
て空間が形成される。その後、例えば、この中間層を封
止部により被覆する。このようにして製造された限界電
流式酸素センサは、電極と接触する中間層を有しないた
め、電極効率が高いと共に気体の拡散抵抗が小さく、応
答速度が極めて速い。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して
説明する。
説明する。
第１図は本発明の実施例方法を示す断面図である。
先ず、中央部に気体拡散孔４が穿設された板状の固体
電解質基板１の上面及び下面に、夫々白金を主成分とす
るポーラスな状態のカソード電極２及びアーノド電極３
を形成する。その後、このカソード電極２を被覆するよ
うに中間層５を塗工するが、この中間層５は、カソード
電極２と膨張係数が異なるセラミックス及び結晶化ガラ
スの混合物を使用して形成する。
電解質基板１の上面及び下面に、夫々白金を主成分とす
るポーラスな状態のカソード電極２及びアーノド電極３
を形成する。その後、このカソード電極２を被覆するよ
うに中間層５を塗工するが、この中間層５は、カソード
電極２と膨張係数が異なるセラミックス及び結晶化ガラ
スの混合物を使用して形成する。
次に、中間層５を所定の温度で焼成する。これによ
り、カソード電極２と中間層５との間に、両者の熱膨張
率の差に起因して空間が形成される。
り、カソード電極２と中間層５との間に、両者の熱膨張
率の差に起因して空間が形成される。
次いで、この中間層５を被覆するようにして結晶化ガ
ラスを塗工することにより、封止部６を形成する。これ
により、カソード電極２の周囲に空間を有する限界電流
式酸素センサが製造される。
ラスを塗工することにより、封止部６を形成する。これ
により、カソード電極２の周囲に空間を有する限界電流
式酸素センサが製造される。
このようにして製造された酸素センサを高温に加熱し
てカソード電極２とアノード電極３との間に電圧を印加
すると、酸素ポンピング作用により、中間層５とカソー
ド電極２との間の空間に存在する気体中に含有されてい
る酸素分子は、カソード電極２を通過して電子を得て酸
素イオンとなり、固体電解質基板１内に入る。この酸素
イオンは固体電解質基板１中の酸素イオン空孔を介して
固体電解質基板１中をその厚さ方向に移動する。そし
て、アノード電極３に到達して、再び酸素分子になり外
部に放散される。この酸素イオンの移動により、カソー
ド電極２とアノード電極３との間に電流が流れる。とこ
ろで、酸素の移動により酸素センサの内部空間は負圧と
なり、気体拡散孔４を介して外部から気体が流入する。
この場合、気体の流入量は気体拡散孔４により制限され
るため、電極間に印加する電圧を増大させた場合に、電
流値が変化しないフラット域が生じ、所謂限界電流特性
を示す。この限界電流値は雰囲気中の酸素濃度に依存す
るため、予め電流値と酸素濃度との関係を求めておけ
ば、電流値を測定することにより雰囲気中の酸素濃度を
知ることができる。
てカソード電極２とアノード電極３との間に電圧を印加
すると、酸素ポンピング作用により、中間層５とカソー
ド電極２との間の空間に存在する気体中に含有されてい
る酸素分子は、カソード電極２を通過して電子を得て酸
素イオンとなり、固体電解質基板１内に入る。この酸素
イオンは固体電解質基板１中の酸素イオン空孔を介して
固体電解質基板１中をその厚さ方向に移動する。そし
て、アノード電極３に到達して、再び酸素分子になり外
部に放散される。この酸素イオンの移動により、カソー
ド電極２とアノード電極３との間に電流が流れる。とこ
ろで、酸素の移動により酸素センサの内部空間は負圧と
なり、気体拡散孔４を介して外部から気体が流入する。
この場合、気体の流入量は気体拡散孔４により制限され
るため、電極間に印加する電圧を増大させた場合に、電
流値が変化しないフラット域が生じ、所謂限界電流特性
を示す。この限界電流値は雰囲気中の酸素濃度に依存す
るため、予め電流値と酸素濃度との関係を求めておけ
ば、電流値を測定することにより雰囲気中の酸素濃度を
知ることができる。
次に、本実施例方法により、実際に限界電流式酸素セ
ンサを製造した結果について説明する。
ンサを製造した結果について説明する。
先ず、固体電解質基板１の両面に、白金によりカソー
ド電極２及びアノード電極３を形成した。次に、このカ
ソード電極２上を含む所定領域に中間層５を形成した。
この中間層５は、セラミックスとしてアルミナを使用
し、結晶化ガラスとしてAP5710（商品名；旭硝子（株）
製）を使用して、セラミックスと結晶化ガラスとを重量
比で5:1に混合したものを塗工することにより形成した
ものである。その後、これを900℃の温度で30分間焼成
した。次いで、中間層５を被覆するように、結晶化ガラ
スを塗工して封止部６を形成した。この結晶化ガラスに
はＫ−4006A（商品名；岩城硝子（株）製）を使用し
た。
ド電極２及びアノード電極３を形成した。次に、このカ
ソード電極２上を含む所定領域に中間層５を形成した。
この中間層５は、セラミックスとしてアルミナを使用
し、結晶化ガラスとしてAP5710（商品名；旭硝子（株）
製）を使用して、セラミックスと結晶化ガラスとを重量
比で5:1に混合したものを塗工することにより形成した
ものである。その後、これを900℃の温度で30分間焼成
した。次いで、中間層５を被覆するように、結晶化ガラ
スを塗工して封止部６を形成した。この結晶化ガラスに
はＫ−4006A（商品名；岩城硝子（株）製）を使用し
た。
なお、白金電極の膨張係数は80×10-7/℃、アルミナ
の膨張係数は70×10-7/℃、結晶化ガラスAP5710の膨張
係数は70×10-7/℃である。また、封止部６のＫ−4006A
の膨張係数は73×10-7/℃（但し、30乃至300℃の場合）
である。
の膨張係数は70×10-7/℃、結晶化ガラスAP5710の膨張
係数は70×10-7/℃である。また、封止部６のＫ−4006A
の膨張係数は73×10-7/℃（但し、30乃至300℃の場合）
である。
第２図は、横軸に電圧をとり、縦軸に電流値をとっ
て、上述の方法により製造した限界電流式酸素センサの
限界電流特性を示すグラフ図である。この第２図から明
らかなように、本実施例方法により製造された限界電流
式酸素センサは優れた限界電流特性を得ることができ
た。また、この限界電流式酸素センサを分解したとこ
ろ、カソード電極上に微小空間が形成されていた。
て、上述の方法により製造した限界電流式酸素センサの
限界電流特性を示すグラフ図である。この第２図から明
らかなように、本実施例方法により製造された限界電流
式酸素センサは優れた限界電流特性を得ることができ
た。また、この限界電流式酸素センサを分解したとこ
ろ、カソード電極上に微小空間が形成されていた。
次に、セラミックスとしてステアタイトを使用し、結
晶化ガラスとしてAP5700（商品名；旭硝子（株）製）を
使用して、両者を重量比で5:1に混合したものにより中
間層を形成し、その他は上述の方法と同様にして限界電
流式酸素センサを製造した。なお、ステアタイトの膨張
係数は80×10-7/℃（但し、30乃至300℃の場合）、結晶
化ガラスAP5700の膨張係数は66×10-7/℃（但し、30乃
至300℃の場合）である。
晶化ガラスとしてAP5700（商品名；旭硝子（株）製）を
使用して、両者を重量比で5:1に混合したものにより中
間層を形成し、その他は上述の方法と同様にして限界電
流式酸素センサを製造した。なお、ステアタイトの膨張
係数は80×10-7/℃（但し、30乃至300℃の場合）、結晶
化ガラスAP5700の膨張係数は66×10-7/℃（但し、30乃
至300℃の場合）である。
この限界電流式酸素センサも、優れた限界電流特性を
得ることができた。また、この限界電流式酸素センサを
分解したところ、カソード電極と中間層との間に微小な
空間が形成されていた。
得ることができた。また、この限界電流式酸素センサを
分解したところ、カソード電極と中間層との間に微小な
空間が形成されていた。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、一方の電極をこ
の電極と膨張係数が異なるセラミックス粉及び結晶化ガ
ラスの混合物で被覆し、その後焼成するから、膨張係数
の差に起因して、電極上に微小な空間が良好な再現性で
確実に形成される。このため、本発明により製造された
限界電流式酸素センサは電極効率が高く、良好な限界電
流特性を得ることができる。また、本発明方法は極めて
簡便であり、大量生産にも好適である。
の電極と膨張係数が異なるセラミックス粉及び結晶化ガ
ラスの混合物で被覆し、その後焼成するから、膨張係数
の差に起因して、電極上に微小な空間が良好な再現性で
確実に形成される。このため、本発明により製造された
限界電流式酸素センサは電極効率が高く、良好な限界電
流特性を得ることができる。また、本発明方法は極めて
簡便であり、大量生産にも好適である。
第１図は本発明の実施例方法を示す断面図、第２図は本
発明の実施例方法により製造した限界電流式酸素センサ
の限界電流特性を示すグラフ図、第３図は従来の限界電
流式酸素センサの製造方法を示す断面図である。 1,11;固体電解質基板、2,12;カソード電極、3,13;アノ
ード電極、4,14;気体拡散孔、5,15;中間層、6,16;封止
部
発明の実施例方法により製造した限界電流式酸素センサ
の限界電流特性を示すグラフ図、第３図は従来の限界電
流式酸素センサの製造方法を示す断面図である。 1,11;固体電解質基板、2,12;カソード電極、3,13;アノ
ード電極、4,14;気体拡散孔、5,15;中間層、6,16;封止
部
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に電極を形成する工程と、セラミッ
クス粉及び結晶化ガラスの混合物であって前記電極と膨
張係数が異なるものを前記電極に被覆して中間層を形成
する工程と、前記中間層を焼成する工程と、前記中間層
を覆う封止部を形成する工程とを有することを特徴とす
る限界電流式酸素センサの製造方法。 - 【請求項２】前記電極は白金を主成分とする材料により
形成することを特徴とする請求項１に記載の限界電流式
酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204432A JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204432A JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0368856A JPH0368856A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2866396B2 true JP2866396B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=16490442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204432A Expired - Fee Related JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866396B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1204432A patent/JP2866396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0368856A (ja) | 1991-03-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |