JPH0161176B2 - - Google Patents

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JPH0161176B2
JPH0161176B2 JP56070440A JP7044081A JPH0161176B2 JP H0161176 B2 JPH0161176 B2 JP H0161176B2 JP 56070440 A JP56070440 A JP 56070440A JP 7044081 A JP7044081 A JP 7044081A JP H0161176 B2 JPH0161176 B2 JP H0161176B2
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JP
Japan
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sensor
plates
plate
lean
adhesive
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JP56070440A
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English (en)
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JPS57184963A (en
Inventor
Yoshio Torisu
Shigenori Sakurai
Takashi Kamo
Hisanobu Furuya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Priority to DE3215998A priority patent/DE3215998C2/de
Priority to US06/377,017 priority patent/US4395319A/en
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Publication of JPH0161176B2 publication Critical patent/JPH0161176B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素濃度を検出するリーンセンサに関
するものである。
内燃機関、特に自動車の内燃機関から排出ガス
を浄化処理するために酸素センサが利用されるこ
とは既に知られている。
特に、固体電解質の両面に電圧を印加すると固
体電解質中を酸素イオンが透過する原理を利用
し、固体電解質中への酸素ガス流入量を制限する
ことによつて限界電流を発生させ、これによつて
排ガス中の酸素濃度を検知する形式の酸素センサ
では、板状に形成した固体電解質の両面に電圧を
印加するための電極層を形成し、該電極層の少な
くとも一方に酸素ガスの流入または流出量を制限
するための耐熱性無機質コーテイング層を設けれ
ばよく、従来の如く標準ガスも不要なことから、
素子自体は非常に小型化できるという利点を有す
る。また、この形式の酸素センサは、非常に低濃
度の酸素を検出するためのリーンセンサとして使
用できるという利点を有する。
しかしながら、この形式の酸素センサでは素子
の直径が3〜20mm、厚さが0.3〜2mmと小さくか
つ薄いため、出力リード線の取付けや、素子自体
の支持体への固定や、またカーボンによる短絡の
防止などに特別の注意が必要である。しかして、
従来は素子の表面電極上に出力リード線を接合し
て出力を取つていたため接合部の機械的強度が低
く、振動および衝撃に対する信頼性が劣つてい
た。また素子取付部の機械的強度とカーボンによ
る短絡なども問題となつている。
このような問題を解決する一方法として、例え
ば第5図および第6図に示すリーンセンサが知ら
れている。センサの素子1は酸化イツトリウム等
で安定化されたジルコニア等の固体電解質からな
り、厚さ0.3〜2mmの板状の形状を持ち、その両
面に白金等からなる電極2,3が形成されてい
る。素子1は、たとえばアルミナのような機械的
強度と耐熱性に優れた絶縁材料からなる支持プレ
ート4,5間に設置され、プレート4およびプレ
ート5はたとえば無機接着剤のような耐熱性の優
れた接着剤14により接合されている。プレート
4,5にはそれぞれ素子1の面積よりもやや小さ
い面積の窓4′,5′が開けられており、素子1を
プレート4,5で挾持したのちプレート4,5の
窓部およびその周辺部には、アルミナスピネル等
からなるコーテイング層15が素子1を覆うよう
に形成される。プレート4,5の素子側の表面に
は白金等からなる金属薄膜8,9が形成され、金
属薄膜8は素子電極2に接続され、金属薄膜9は
素子電極3に接続されて夫々リード線の役を果た
している。プレート4,5の一方あるいは両方に
は白金等からなる金属薄膜10,11が形成さ
れ、さらにその上に保護層12,13が形成され
る。金属薄膜10,11は電圧を印加したとき素
子加熱用ヒータとして作動するようになつてい
る。
しかしながら、このリーンセンサはプレート
4,5間に接着剤14を充填し、素子1の接着固
定を行なつているため、素子の位置決めが不安定
であり、また2枚の支持プレート間が接着剤のみ
で塞がれているため接着強度が小さくなり、セン
サの機械的強度の改善効果が充分得られないとい
う問題を有する。さらに、このリーンセンサはヒ
ータ10,11をセンサ内に組込むときは、ヒー
タ10,11の上に保護層12,13を設ける必
要があるので、センサの小型化が充分に図れない
という問題がある。
本発明の目的は上記の問題を解決し、素子のプ
レートへの接着の位置決めを正確に行なうことが
でき、また接着強度を向上させ、信頼性を向上さ
せ得るコンパクトなリーンセンサを提供すること
にある。
すなわち、本発明のリーンセンサは、両面に電
極を設け、かつ、面の少なくとも一部を多孔性コ
ーテイング層で被覆した板状の固体電解質よりな
るセンサ素子を、素子固定プレートの嵌め込み穴
に嵌め込み固定し、このようにした素子固定プレ
ートを2枚の耐熱絶縁支持プレートの対向する窓
部にセンサ素子が位置するように挾持したことを
特徴とする。
本発明のリーンセンサのセンサ素子を形成する
固体電解質には、酸素イオン透過体であるZrO2
CeO2、HfO2、ThO2、Bi2O3等の酸化物にCaO、
MgO、Y2O3、Yb2O3、Gd2O3等を固溶させた緻
密な焼結体を用いる。
このセンサの表面に電極を形成するには、Pt、
Rn、Pd、Au、Ag等をイオンプレーテイング、
化学メツキ、電気メツキ、化学メツキ+電気メツ
キ、金属ペーストの焼付け、金属塩の熱分解また
は高周波スパツタリング等で付着せしめる。
電極から素子に侵入するO2量を規制する多孔
性コーテイング層は、ZrCaO3、MgAl2O4、α−
Al2O3等の耐熱性無機質を素子面を覆うように溶
射して形成することができる。コーテイング層は
いずれか一方のまたは両方の電極面上に形成して
よいが、好ましくはセンサ素子をプレートの所定
位置に固定した後、支持プレートの窓部およびそ
の周辺に素子表面を覆うように溶射して形成す
る。
支持プレートおよび固定プレートの材料には、
耐熱性絶縁材料、例えばアルミナ碍子等のセラミ
ツク、ガラス、耐熱プラスチツク等が使用でき
る。支持プレート、固定プレートおよび素子は、
所定位置に配置した後接着剤で固定する。アルミ
ナ製プレートの場合には水ガラスに適当な骨材を
加えた無機接着剤が使用される。本発明において
は、このように固定プレートを介在させて素子を
支持プレートで挾持するので、素子のプレートへ
の接着の位置決めが容易かつ正確にでき、接着強
度も向上し、センサの信頼性も向上する。
電極からのリード線の引き出しは適当な方法で
行ないうる。例えばプレートの内面に金属薄膜を
形成し、該薄膜の先端部を素子表面の電極に接続
すれば、製造が容易で機械的強度に優れたリード
線が得られる。金属薄膜の形成は金属ペーストの
焼付け法によつて行なうと都合がよい。リード線
が高温の排ガスに侵れることを防止するには、
PtまたはPt/Rh(Rh比率3〜30重量%)合金を
金属薄膜として使用する。
さらに、使用時にセンサ素子に充分な感度を与
えるためには、加熱して温度を例えば700〜900℃
に高める必要があるが、そのためのヒータとして
PtまたはW等の金属薄膜を固定プレート面上に
プリント配線し、成形時に同時焼込みすることが
できる。このように、本発明のリーンセンサはヒ
ータを固定プレートと一体的に形成することがで
きるので、センサを非常に小型化できるという利
点も有する。ヒータは後記実施例2に示すよう
に、複数枚よりなる固定プレート間に挾んで形成
すれば、リード線とヒータとの短絡の危険を完全
に防止できる。
次に本発明の実施例に基づいてさらに詳しく説
明する。
実施例 1 第1図は本発明の一実施例の断面図である。第
2図は第1図のリーンセンサの各構成要素を示す
分解斜視図である。
このリーンセンサにおいて、素子1は酸化イツ
トリウム等で安定化されたジルコニア等の固体電
解質からなり、板状の形状を有し、その両面に白
金等からなる電極2,3を形成してなる。この素
子1を機械的強度と耐熱性に優れたアルミナ絶縁
材からなる素子固定プレート16に嵌合せしめ
る。この素子固定プレート16には素子1が嵌合
しうる大きさの嵌め込み穴16′が設けられてお
り、素子1と同じ厚さまたはそれよりもやや薄目
に作られており、本例の場合素子1の厚さが1mm
で固定プレート16の厚さを0.8mmとした。この
ように素子1を嵌合せしめた素子固定プレート1
6を、耐熱絶縁材からなる支持プレート4,5間
に設置し、無機接着剤のような耐熱接着剤14に
より相互に接合した。プレート4,5はそれぞれ
窓4′,5′を有し、プレート4,5で挾持したの
ち、プレート4,5の窓部およびその周辺には素
子1を覆うようにアルミナスピネル等からなるコ
ーテイング層15を形成する。プレート4,5の
素子側には予め白金等からなる金属薄膜8,9が
形成されており、金属薄膜8は素子電極2に接続
され、金属薄膜9は素子電極3に接続されてい
る。素子固定プレート16の一面あるいは両面に
は白金等からなる金属薄膜10,11が形成さ
れ、電圧を印加したとき素子加熱用ヒータとして
作動するようにする。
上記のようにして目的とするリーンセンサを得
る。
実施例 2 第3図は本発明の他の実施例を表わす断面図、
第4図は第3図のリーンセンサの各構成要素を示
す分解斜視図である。
素子1と機械的強度と耐熱性に優れた絶縁材か
らなる素子固定プレート17,18に嵌合させ
る。本例の場合、固定プレートとして素子1の厚
さの二分の一以下のものを2枚使用する。固定プ
レート17,18には何れも素子1を嵌合しうる
大きさの嵌め込み穴17′,18′が設けられてお
り、2枚重ねた状態としたときの嵌め込み穴内に
素子1を嵌合せしめる。素子1の厚さは1mm、固
定プレート17,18の厚さはそれぞれ0.4mmと
した。素子1を嵌合させた素子固定プレート1
7,18を耐熱絶縁材からなる支持プレート4,
5間に位置せしめ、耐熱性無機接着剤(アロンセ
ラミツクD:商品名)14により相互に接合させ
る。この素子固定プレート17,18の一方ある
いは両方の一部に、予め白金等からなる金属薄膜
19を形成しておき、電圧を印加したとき素子加
熱用ヒータとして作動するようにする。
上記のようにして本発明リーンセンサを得る。
以上説明したとおり、本発明のリーンセンサ
は、素子固定プレートを使用することにより、セ
ンサ素子の接着固定の位置決めを容易かつ正確に
し、センサの機械的強度および信頼性を向上せし
め、あわせてセンサの小型化を実現したもので、
その製造も従来のセンサに比べて容易である。し
たがつて、本発明のリーンセンサは内燃機関、特
に熱負荷および振動負荷にさらされる自動車エン
ジンの排ガスの酸素濃度の測定に特に適する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明リーンセンサの一実施例の断面
図、第2図は第1図のリーンセンサの分解斜視
図、第3図は本発明リーンセンサの他の実施例の
断面図、第4図は第3図のリーンセンサの分解斜
視図、第5図は従来のリーンセンサの断面図、第
6図は第5図のリーンセンサの分解斜視図であ
る。 1……センサ素子、2,3……電極、4,5…
…支持プレート、8,9……リード線、10,1
1,19……ヒータ、14……接着剤、15……
コーテイグ層、16,17,18……素子固定プ
レート、4′,5′……窓、16′,17′,18′
……嵌め込み穴。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 両面に電極を設け、かつ、面の少なくとも一
    部を多孔性コーテイング層で被覆した板状の固体
    電解質よりなるセンサ素子を、素子固定プレート
    の嵌め込み穴に嵌め込み固定し、このようにした
    素子固定プレートを2枚の耐熱絶縁支持プレート
    の対向する窓部にセンサ素子が位置するように挾
    持したことを特徴とするリーンセンサ。
JP56070440A 1981-05-11 1981-05-11 Lean sensor Granted JPS57184963A (en)

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JP56070440A JPS57184963A (en) 1981-05-11 1981-05-11 Lean sensor
DE3215998A DE3215998C2 (de) 1981-05-11 1982-04-29 Meßfühler
US06/377,017 US4395319A (en) 1981-05-11 1982-05-11 Lean sensor

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