JPH01224658A - 酸素検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば内燃機関や各種燃Ｍ機器等の排ガス中
の酸素）農産の測定する酸素検出素子に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃機関や各種燃焼機器等の空燃比を制ｆｆ
ｆｊするために、排ガス等の測定ガス中の酸素濃度を検
出する酸素検出素子が用いられている。

このような酸素検出素子として、ジルコニア等の酸素イ
オン伝導性固体電解質体の一方の面に大気等の基準酸素
源に晒される基準ガス側多孔質電極を設けると共に、他
方の面に周囲雰囲気に晒される測定ガス側多孔質電極を
設けたものがある。

この酸素検出素子は製造が容易であるために、例えば、
以下の■及び■のように各層を積層して製造されるもの
が多い。

■　固体電解質板のグリーンシートの表裏面に電極パタ
ーンを印刷し、次いで電極部に対応する開口部を有する
触媒担持層及び１呆護層等を積層し、このように形成さ
れた積層体を、一端が閉じられ、側面に連通孔を有する
筒状碍管に捲回し、焼成することによって画状酸素検出
素子として製造する。

■　固体電解質板のグリーンシートの表裏面に電極パタ
ーンを印刷し、次いで電極部に対応する開口部を有する
触媒担持層及び保護層等を積層し、このように形成され
た積層体と、基準ガス導入路形成体等を刊み合わせて、
焼成することによって板状酸素検出素子として製造する
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のように積層によって製造された酸素検出
素子は、製造時の脱脂工程、焼成工程における収縮の際
に、特に多孔質電極に対応する開口部における積層端面
の接合部にキレがはいりやすい。

この理由を検討したところ、従来の酸素検出素子は、積
層された各層の端面が特に上記開口部において一致して
いるため、脱脂工程、焼成工程等の収縮を伴う工程で、
各層の収縮差による応力が上記端面に加わるためである
ことがわかった。

本発明は、＠素検出素子を積層によって製造する際に、
上記積層端面にキレが生じない構成の酸素検出素子の提
供を課題とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の要旨は、表裏面に一
対の多孔質電極を有する酸素イオン伝導性の固体電解質
体と、 上記固体電解質体に積層される複数の層とを備えた酸素
検出素子において、 隣接して積層される層の端部が、層の面方向に互いに所
定距離隔てられていることを特徴とする酸素検出素子に
ある。

ここで、積層される層の端部とは、多孔質電極に対応す
る開口部における各層の端部だけでなく、各層の外縁に
おける端部等も含まれる。

このような複数の層を固体電解質体に積層した構成を備
える酸素検出素子としては次のようなものがあ°る。

■　一端が閉じられ側面に連通孔を有する筒状碍管に、
表裏面に一対の電極パターンを印刷し、電極に対応する
開口部を有する触媒担持層、保護層等を積層した固体電
解質板を捲回してなる筒状酸素検出素子。

■　表裏面に一対の電極パターンを印刷した固体電解質
板と基準ガス導入路形成体、電極に対応する開口部を有
する触媒担持層、保護層等を積層してなる板状酸素検出
素子。

■　表裏面に一対の電極パターンを印刷した固体電解質
板の一方の面に電極に対応する開口部を有する触媒担持
層、保護層等を積層し、他方の面に周囲雰囲気とガス拡
散制限部を介して連通ずる測定ガス室を各部材の積層に
より形成し、測定ガス室内の酸素を素子外に排出あるい
は素子外から供給するよう構成された酸素検出素子。

［作用］ 本発明の酸素検出素子は、多孔質電極に対応する開口部
等において積層体の隣接する層の端面が一致していない
。

そのため、製造工程の収縮時に発生する応力が各層間の
接合部全体で吸収され、上記積層端面の接合部に加わる
応力が少なくなる。

そのため、製造時における酸素検出素子の上記開口部等
における積層端面におけるキレが少なくなる。

［実施例コ 本発明の一実施例を、第１図の断面図にしたがって説明
する。

本実施例の酸素検出素子は、一端が閉じられ側面に゛連
通孔１００を有する筒状碍管１１０に、表裏面に電極パ
ターン１２０　、　１３０を印刷し、電極１３０に対応
する開口部１４０を有するアルミナの絶縁層１５０を積
層したジルコニアの固体電解質層１６０を捲回し、焼成
することによって製造されたものである。

そして、絶縁層１５０上には図示されない発熱体が印刷
によって形成されていると共に、この発熱体を保護する
アルミナの保護層１７０が積層されている。

この保護層１７０には電極１３０に対応する開口部１８
０が設けられており、保護層１７０の開口部１８０の端
部は、絶縁層１５０の開口部１４０の端部より後退中Ｑ
だけ後退している。

また、固体電解質層１６０．絶縁層１５０．保護層１７
０の捲回された端部１９０においても、各層の端面をず
らしている。

なお、焼成収縮率は絶縁層１５０．保護層１７０が最も
大きく、次いで固体電解質層１６０、筒状碍管１１０の
順となる。したがって、この酸素検出素子は焼成時に、
碍管１１０に対して大きな圧縮応力が生じると共に、絶
縁層１５０と固体電解質層１６０との接合面、および絶
縁層１５０と保護層１７０との接合面に収縮差による大
きな応力が加わる。

この酸素検出素子は、電極１２０は碍管１１０の内部及
び連通孔１００を介して大気に晒されると共に、電極１
３０が開口部１４０を介して周囲雰囲気に晒される。こ
の時の電極１２０　、１３０間に生じる起電力によって
周囲雰囲気中の酸素ガス分圧を測定する。

上記酸素検出素子の開口部における後退中Ｑを変化させ
て多数の素子を製造し、その時のキレ発生率を調べた。

その結果を第２図に示す。なお、図中の後退中Ｑは焼成
前の値である。

第２図から、明らかなように開口部における後退中Ｑが
帆０５ｍｍ以上であると、キレの発生は著しく減少する
。

なお、本実施例では、固体電解質層１６０としてジルコ
ニアを使用したが、その他二酸化セリウム、二酸化トリ
ウム、二酸化ハフニウムの各固溶体、ベロア・スカイト
型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体等を使用した場
合にも同様の結果が得られる。

また、絶縁層１５０．保護層１７０として、アルミナを
使用したが、他にスピネル等も使用した場合にも同様の
結果が得られる。

さらに、本実施例では、固体電解質１１６０．絶縁層１
５０．保護層１７０の捲回された端部１９０においても
、各層の端面をずらしている。そのため、製造時にこの
端部１９０においても、上記開口部と同じく収縮による
キレの発生が抑えられるという効果も有する。

なお、上記実施例では、外側の層の端部が内側の層の端
部より後退しているが、第３図のように、固体電解質体
２００の表裏面に一対の電極２１０，２２０を形成し、
固体電解質体２００に絶縁層２３０．保護Ｎ２４０を積
層する場合、外側の層である保護層２４０の開口部端部
より内側の層である絶縁層２３０の開口部端部が後退す
る構造の酸素検出素子とすることにより、上記の酸素検
出素子と同様に製造時におけるキレの発生が減少する。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の酸素検出素子は積層体の隣接す
る各層の端面が一致していない。

そのため、製造工程における各層の収縮時に発生する応
力が各層間の接合部全体で吸収され、電極に対応する開
口部等の積層端面に加わる応力が少なくなる。

したがって、本発明の酸素検出素子は、製造時における
不良が少なく、安定して製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する断面図、第２図は
その効果を説明する線図、第３図は他の実施例を説明す
る断面図である。 １００・・・連通孔 １１０・・・筒状碍管 １２０　、１３０　、２１０　、２２０・・・電極１４
０　、１８０・・・開口部 ■ｓ６　、２３０・・・絶縁層 １６０　、２００・・・固体電解質層 １７０　、２４０・・・保護層 代理人　弁理士　定立　勉（ほか２名）第１図 第２図 後送中ｊＬ（ｒｎｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表裏面に一対の多孔質電極を有する酸素イオン伝導性の
   固体電解質体と、 上記固体電解質体に積層される複数の層とを備えた酸素
   検出素子において、 隣接して積層される層の端部が、層の面方向に互いに所
   定距離隔てられていることを特徴とする酸素検出素子。