JPH02311752A - 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 - Google Patents
限界電流式酸素センサ及びその製造方法Info
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- JPH02311752A JPH02311752A JP1134223A JP13422389A JPH02311752A JP H02311752 A JPH02311752 A JP H02311752A JP 1134223 A JP1134223 A JP 1134223A JP 13422389 A JP13422389 A JP 13422389A JP H02311752 A JPH02311752 A JP H02311752A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
ｒ産業上の利用分野】
この発明は、限界電流式酸素センサ及びその製造方法に
関する。
関する。
限界電流式酸素センサでは、気体拡散孔を通る酸素量と
イオン電導体中の酸素イオンをキャリアとする電流とが
対応することを利用して酸素濃度を検出するようにして
いる。すなわち、イオン電導体の両側に多孔質電極を設
けてこれら電極間に電圧を印加すると、イオン電導体中
の酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、いわゆる酸
素ポンピング作用が生じる。そこで、一方間を閉じるこ
とによっである閉空間を形成し、この閉空間と外部とを
連通させる小さな孔を設けておくと、この孔を通って上
記の閉空間に拡散する酸素量が孔の大きさ及び長さに応
じて制限されることになり、その結果、酸素イオンをキ
ャリアとする電流が、外部の酸素濃度に対応した一定値
（限界電流）となる。 このような空間は、キャップをかぶせることによって形
成し、このキャップまたはイオン電導体チップに気体拡
散用の小孔を設けるのが一般的である。す゛なわち、従
来では、第３図または第４図に示すように安定化ジルコ
ニア（ＺｒＯ□−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）などのイオン電
導体チップ１に多孔買電ｆｆ１２．３を設け、このチッ
プ１の一方側にキャップ４を被せ、一方の電極（カソー
ド）２を覆い、電極２上に空間５を形成する。そして、
このキャップ４またはイオン電導体チップ１に気体拡散
用の単一の小孔７または８を設けるとともに、その上に
ヒーター６を形成する。このキャップ４によって形成さ
れた空間５に流入する酸素量を、キャップ４の小孔７ま
たはイオン電導体チップｌの小孔８の大きさく面積）及
び長さくキャップ４、チップ１の厚さ）に応じて制限す
る。 また、図示しないが、一方の電極を多孔質体で覆ってそ
の電極を通じてイオン電導体チップ中で流れ込む酸素量
を制限する構造の酸素センサも提案されている。
イオン電導体中の酸素イオンをキャリアとする電流とが
対応することを利用して酸素濃度を検出するようにして
いる。すなわち、イオン電導体の両側に多孔質電極を設
けてこれら電極間に電圧を印加すると、イオン電導体中
の酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、いわゆる酸
素ポンピング作用が生じる。そこで、一方間を閉じるこ
とによっである閉空間を形成し、この閉空間と外部とを
連通させる小さな孔を設けておくと、この孔を通って上
記の閉空間に拡散する酸素量が孔の大きさ及び長さに応
じて制限されることになり、その結果、酸素イオンをキ
ャリアとする電流が、外部の酸素濃度に対応した一定値
（限界電流）となる。 このような空間は、キャップをかぶせることによって形
成し、このキャップまたはイオン電導体チップに気体拡
散用の小孔を設けるのが一般的である。す゛なわち、従
来では、第３図または第４図に示すように安定化ジルコ
ニア（ＺｒＯ□−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）などのイオン電
導体チップ１に多孔買電ｆｆ１２．３を設け、このチッ
プ１の一方側にキャップ４を被せ、一方の電極（カソー
ド）２を覆い、電極２上に空間５を形成する。そして、
このキャップ４またはイオン電導体チップ１に気体拡散
用の単一の小孔７または８を設けるとともに、その上に
ヒーター６を形成する。このキャップ４によって形成さ
れた空間５に流入する酸素量を、キャップ４の小孔７ま
たはイオン電導体チップｌの小孔８の大きさく面積）及
び長さくキャップ４、チップ１の厚さ）に応じて制限す
る。 また、図示しないが、一方の電極を多孔質体で覆ってそ
の電極を通じてイオン電導体チップ中で流れ込む酸素量
を制限する構造の酸素センサも提案されている。
しかしながら、これらの従来の構造の酸素センサでは、
それぞれつぎのような問題がある。まず、キャップやイ
オン電導体チップに小孔を設けてそれを気体拡散孔とす
る構造では、小孔の直径は通常１０μｍ程度ときわめて
小さなものであるため、加工が困難である。また、電極
を覆うように多孔質体を設ける場合は、電極に多孔質体
が接触して不都合を生じたり、あるいは多孔置体自体の
形成が困難であるなどの問題がある。とくに多孔質体の
ポーラス度を精度高くコントロールすることが難しく、
さらに信頼性にも欠ける点がある。 この発明は、製造容易で且つ安定な限界電流特性を得る
ことができる限界電流式酸素センサを提供することを目
的とする。 また、この発明は、上記の限界電流式酸素センサを容易
に製造でき゛る製造方法を提供することも目的としてい
る。
それぞれつぎのような問題がある。まず、キャップやイ
オン電導体チップに小孔を設けてそれを気体拡散孔とす
る構造では、小孔の直径は通常１０μｍ程度ときわめて
小さなものであるため、加工が困難である。また、電極
を覆うように多孔質体を設ける場合は、電極に多孔質体
が接触して不都合を生じたり、あるいは多孔置体自体の
形成が困難であるなどの問題がある。とくに多孔質体の
ポーラス度を精度高くコントロールすることが難しく、
さらに信頼性にも欠ける点がある。 この発明は、製造容易で且つ安定な限界電流特性を得る
ことができる限界電流式酸素センサを提供することを目
的とする。 また、この発明は、上記の限界電流式酸素センサを容易
に製造でき゛る製造方法を提供することも目的としてい
る。
上記目的を達成するため、この発明による限界電流式酸
素センサにおいては、表裏両面に多孔質電極が形成され
たイオン電導体チップと、該電極の一方を覆うキャップ
部材と、該キャップ部材の周縁部を上記イオン電導体チ
ップに接合して上記の電極の上に所定の空間が形成され
るようにする多孔質の接合体とが備えられている。 また、この発明による限界電流式酸素センサの製造方法
においては、イオン電導体チップの両面にそれぞれ多孔
質電極を形成する工程と、該電極の周囲を囲むように結
晶化ガラス粉とセラミックス粉との混合体のリングを形
成する工程と、該混合体リングを介してキャップ部材を
上記イオン電導体チップに付着した後焼成して該混合体
リングを多孔質体とし、この多孔質体により上記イオン
電導体チップとキャップ部材とを接合する工程とが行わ
れる。
素センサにおいては、表裏両面に多孔質電極が形成され
たイオン電導体チップと、該電極の一方を覆うキャップ
部材と、該キャップ部材の周縁部を上記イオン電導体チ
ップに接合して上記の電極の上に所定の空間が形成され
るようにする多孔質の接合体とが備えられている。 また、この発明による限界電流式酸素センサの製造方法
においては、イオン電導体チップの両面にそれぞれ多孔
質電極を形成する工程と、該電極の周囲を囲むように結
晶化ガラス粉とセラミックス粉との混合体のリングを形
成する工程と、該混合体リングを介してキャップ部材を
上記イオン電導体チップに付着した後焼成して該混合体
リングを多孔質体とし、この多孔質体により上記イオン
電導体チップとキャップ部材とを接合する工程とが行わ
れる。
この限界電流式酸素センナでは、多孔質の接合体により
キャップ部材とイオン電導体チップとが接合されて、一
方の電極上に所定の空間が形成されている。この空間に
は、多孔質の接合体を通じて外部の気体が流入すること
になる。すなわち、接合体自体が多孔質になっていて、
これを通じて気体が流通する。そのため、気体拡散用の
小孔をキャップ部材やイオン電導体チップに設ける必要
がなくなり、容易に製造できる。また、この多孔質の接
合体は電極に触れないように設けることができ、電極上
に完全な空間を形成できるため、信頼性についても支障
がない。 また、この限界電流式酸素センサの製造方法では、イオ
ン電導体チップの両面にそれぞれ多孔質電極を形成した
後、該電極の周囲を囲むように結晶化ガラス粉とセラミ
ックス粉との混合体のリングを形成しており、このリン
グはイオン電導体チップまたはキャップ部材の表面に形
成することになる。このリングの形成は印刷工程などを
利用することにより、容易に行える。さらにその後、こ
のリングの上にキャップ部材を配置して焼成すれば、こ
の混合体リングが多孔質体として焼結し、この多孔質体
によりキャップ部材がイオン電導体チップに接合される
ことになる。したがって製造工程としては、結晶化ガラ
ス粉とセラミ・ンクス粉との混合体のリングを形成する
工程つまり塗布工程と、その後の焼結工程とで済み、穴
あけ加工工程が不要であるため、きわめて容易になる。 また、多孔質の接合体を作るために、結晶化ガラス粉と
セラミックス粉との混合体のリングを形成し、これを焼
成しているので、限界電流値の再現性が良好となる。す
なわち、結晶化ガラス粉とセラミ・ンクス粉との混合比
率により焼成後のポーラス度を精度高くコンＩ・ロール
でき、その結果、多孔質接合体を通じて流入する空気量
を正確に定めることができるので、限界電流値の再現性
が高まる。
キャップ部材とイオン電導体チップとが接合されて、一
方の電極上に所定の空間が形成されている。この空間に
は、多孔質の接合体を通じて外部の気体が流入すること
になる。すなわち、接合体自体が多孔質になっていて、
これを通じて気体が流通する。そのため、気体拡散用の
小孔をキャップ部材やイオン電導体チップに設ける必要
がなくなり、容易に製造できる。また、この多孔質の接
合体は電極に触れないように設けることができ、電極上
に完全な空間を形成できるため、信頼性についても支障
がない。 また、この限界電流式酸素センサの製造方法では、イオ
ン電導体チップの両面にそれぞれ多孔質電極を形成した
後、該電極の周囲を囲むように結晶化ガラス粉とセラミ
ックス粉との混合体のリングを形成しており、このリン
グはイオン電導体チップまたはキャップ部材の表面に形
成することになる。このリングの形成は印刷工程などを
利用することにより、容易に行える。さらにその後、こ
のリングの上にキャップ部材を配置して焼成すれば、こ
の混合体リングが多孔質体として焼結し、この多孔質体
によりキャップ部材がイオン電導体チップに接合される
ことになる。したがって製造工程としては、結晶化ガラ
ス粉とセラミ・ンクス粉との混合体のリングを形成する
工程つまり塗布工程と、その後の焼結工程とで済み、穴
あけ加工工程が不要であるため、きわめて容易になる。 また、多孔質の接合体を作るために、結晶化ガラス粉と
セラミックス粉との混合体のリングを形成し、これを焼
成しているので、限界電流値の再現性が良好となる。す
なわち、結晶化ガラス粉とセラミ・ンクス粉との混合比
率により焼成後のポーラス度を精度高くコンＩ・ロール
でき、その結果、多孔質接合体を通じて流入する空気量
を正確に定めることができるので、限界電流値の再現性
が高まる。
つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。まず、第１図Ａのように、安定（ヒジルコニ
ア（Ｚｒ０２−８ｎｏ１％Ｙ２Ｏ３）などからなる、た
とえば厚さ０．２ｎｕｓのイオン電導体チップ１を作る
（これは上からみた場合たとえば円形となるように形成
する）。 その後、第１図Ｂに示すように、このチップ１の表裏両
面に厚さ５μｍはどの多孔質の電極２．３を形成する。 この多孔質電極２．３は、白金粒子を適当な溶剤に混合
してペースト状にしたものをたとえばスクリーン印刷に
より塗工し、その後、たとえば９００℃、３０分の条件
で焼成することにより得られる。 つぎに第１図Ｃに示すように、一方間の電極２を取り囲
むようにリング状の塗布層４１ダ厚さ５０μｍ程度、幅
０，５鴫程度に形成する。この塗布層４１は、結晶化ガ
ラス粉とセラミックス粉との混合体を適当な溶剤に混合
してペースト状としたものをたとえばスクリーン印刷に
よってイオン電導体チップ１の表面に塗工して形成する
。 その後、たとえば厚さ０．５閣はどの安定化ジルコニア
（Ｚｒ０ｚ−３ｎ＋ｏ１％Ｙ２Ｏ３）などからなるセラ
ミックス板よりなるキャップ部材４３をこの塗布層４１
の上に配置し、その状態で結晶化ガラスの結晶化温度に
て焼成を行う、この焼成はたとえば温度９００℃、３０
分の条件で行う。これにより、第１図りに示すように塗
布層４１が焼結して多孔質体４２となる。この多孔質体
４２はその厚さく高さ）が３０μ論程度で、幅が０゜７
閣程度となる。 この多孔質＃、４２によってキャップ部材４３とイオン
電導体チップ１との接合がなされる。その結果、電極２
の上に閉じられた空間５が形成される。 この空間５の厚さく高さ）は、２５−程度となる。 さらにその後、第１図Ｅに示すようにキャップ部材４３
上にヒーター６を形成することにより限界電流式酸素セ
ンサが完成する。 ここで、塗布層４１として結晶化ガラス粉と安定化ジル
コニア（ＺｒＯ２−３ｎｏ １％Ｙ２Ｏ３）とを１：５
に混合した混合体を用いて限界電流式酸素センサを１０
個製作し、それらについて電圧・電流特性を測定したと
ころ、第２図のような結果が得られた。 すなわち、各々の電圧・電流特性カーブは第２図の曲線
ａ、ｂの範囲に納まり、これから限界電流値が６０μＡ
〜８０μＡに納まっていることが分かる。これは通常の
小孔による気体拡散孔の場合と比較しても精度が高いも
のといえる。 この結果から、多孔質体４２のポーラス度の再現性は非
常に高いものであることが分かるが、この多孔質体４２
のポーラス度は結晶化ガラス粉とセラミックス粉との混
合比率、あるいはそれらの粒径等によって適宜定め得る
ものである。 なお、上記では、塗布層４１はイオン電導体チップ１上
に形成したが、キャップ部材４３の表面上に形成するこ
とができることはもちろんである。 また、最後の工程でキャップ部材４３の上にヒーター６
を形成したが、予めヒーター６を形成したキャップ部材
４３を多孔質体４２で接合するようにしてもよい。
説明する。まず、第１図Ａのように、安定（ヒジルコニ
ア（Ｚｒ０２−８ｎｏ１％Ｙ２Ｏ３）などからなる、た
とえば厚さ０．２ｎｕｓのイオン電導体チップ１を作る
（これは上からみた場合たとえば円形となるように形成
する）。 その後、第１図Ｂに示すように、このチップ１の表裏両
面に厚さ５μｍはどの多孔質の電極２．３を形成する。 この多孔質電極２．３は、白金粒子を適当な溶剤に混合
してペースト状にしたものをたとえばスクリーン印刷に
より塗工し、その後、たとえば９００℃、３０分の条件
で焼成することにより得られる。 つぎに第１図Ｃに示すように、一方間の電極２を取り囲
むようにリング状の塗布層４１ダ厚さ５０μｍ程度、幅
０，５鴫程度に形成する。この塗布層４１は、結晶化ガ
ラス粉とセラミックス粉との混合体を適当な溶剤に混合
してペースト状としたものをたとえばスクリーン印刷に
よってイオン電導体チップ１の表面に塗工して形成する
。 その後、たとえば厚さ０．５閣はどの安定化ジルコニア
（Ｚｒ０ｚ−３ｎ＋ｏ１％Ｙ２Ｏ３）などからなるセラ
ミックス板よりなるキャップ部材４３をこの塗布層４１
の上に配置し、その状態で結晶化ガラスの結晶化温度に
て焼成を行う、この焼成はたとえば温度９００℃、３０
分の条件で行う。これにより、第１図りに示すように塗
布層４１が焼結して多孔質体４２となる。この多孔質体
４２はその厚さく高さ）が３０μ論程度で、幅が０゜７
閣程度となる。 この多孔質＃、４２によってキャップ部材４３とイオン
電導体チップ１との接合がなされる。その結果、電極２
の上に閉じられた空間５が形成される。 この空間５の厚さく高さ）は、２５−程度となる。 さらにその後、第１図Ｅに示すようにキャップ部材４３
上にヒーター６を形成することにより限界電流式酸素セ
ンサが完成する。 ここで、塗布層４１として結晶化ガラス粉と安定化ジル
コニア（ＺｒＯ２−３ｎｏ １％Ｙ２Ｏ３）とを１：５
に混合した混合体を用いて限界電流式酸素センサを１０
個製作し、それらについて電圧・電流特性を測定したと
ころ、第２図のような結果が得られた。 すなわち、各々の電圧・電流特性カーブは第２図の曲線
ａ、ｂの範囲に納まり、これから限界電流値が６０μＡ
〜８０μＡに納まっていることが分かる。これは通常の
小孔による気体拡散孔の場合と比較しても精度が高いも
のといえる。 この結果から、多孔質体４２のポーラス度の再現性は非
常に高いものであることが分かるが、この多孔質体４２
のポーラス度は結晶化ガラス粉とセラミックス粉との混
合比率、あるいはそれらの粒径等によって適宜定め得る
ものである。 なお、上記では、塗布層４１はイオン電導体チップ１上
に形成したが、キャップ部材４３の表面上に形成するこ
とができることはもちろんである。 また、最後の工程でキャップ部材４３の上にヒーター６
を形成したが、予めヒーター６を形成したキャップ部材
４３を多孔質体４２で接合するようにしてもよい。
この発明の限界電流式酸素センサによれば、限界電流値
が安定し、且つ信頼性も向上する。また、この発明の製
造方法によれば、限界電流値のばらつきのない限界電流
式酸素センサを容易に製造できる。
が安定し、且つ信頼性も向上する。また、この発明の製
造方法によれば、限界電流値のばらつきのない限界電流
式酸素センサを容易に製造できる。
第１図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅはこの発明の一実施例の製造
工程の各段階における断面図、第２図は実施例の電圧・
電流特性を示すグラフ、第３図及び第４図は従来例の断
面図である。 １・・・イオン電導体チップ、２．３・・・多孔質電極
、４・・・キャップ、４１・・・リング状塗布層ζ４２
・・・多孔質体、４３・・・キャップ部材、５・・・空
間、６・・・ヒーター、７．８・・・小孔。
工程の各段階における断面図、第２図は実施例の電圧・
電流特性を示すグラフ、第３図及び第４図は従来例の断
面図である。 １・・・イオン電導体チップ、２．３・・・多孔質電極
、４・・・キャップ、４１・・・リング状塗布層ζ４２
・・・多孔質体、４３・・・キャップ部材、５・・・空
間、６・・・ヒーター、７．８・・・小孔。
Claims (2)
- （１）表裏両面に多孔質電極が形成されたイオン電導体
チップと、該電極の一方を覆うキャップ部材と、該キャ
ップ部材の周縁部を上記イオン電導体チップに接合して
上記の電極の上に所定の空間が形成されるようにする多
孔質の接合体とからなる限界電流式酸素センサ。 - （２）イオン電導体チップの両面にそれぞれ多孔質電極
を形成する工程と、該電極の周囲を囲むように結晶化ガ
ラス粉とセラミックス粉との混合体のリングを形成する
工程と、該混合体リングを介してキャップ部材を上記イ
オン電導体チップに付着した後焼成して該混合体リング
を多孔質体とし、この多孔質体により上記イオン電導体
チップとキャップ部材とを接合する工程とからなる限界
電流式酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1134223A JPH02311752A (ja) | 1989-05-27 | 1989-05-27 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1134223A JPH02311752A (ja) | 1989-05-27 | 1989-05-27 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02311752A true JPH02311752A (ja) | 1990-12-27 |
Family
ID=15123299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1134223A Pending JPH02311752A (ja) | 1989-05-27 | 1989-05-27 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02311752A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06174684A (ja) * | 1992-12-02 | 1994-06-24 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
| JP2004163432A (ja) * | 2002-11-13 | 2004-06-10 | Robert Bosch Gmbh | ガス測定センサ |
-
1989
- 1989-05-27 JP JP1134223A patent/JPH02311752A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06174684A (ja) * | 1992-12-02 | 1994-06-24 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
| JP2004163432A (ja) * | 2002-11-13 | 2004-06-10 | Robert Bosch Gmbh | ガス測定センサ |
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