JPH0245148B2 - - Google Patents
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- JPH0245148B2 JPH0245148B2 JP56056420A JP5642081A JPH0245148B2 JP H0245148 B2 JPH0245148 B2 JP H0245148B2 JP 56056420 A JP56056420 A JP 56056420A JP 5642081 A JP5642081 A JP 5642081A JP H0245148 B2 JPH0245148 B2 JP H0245148B2
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Description
本発明は、固体電解質を用いた酸素濃度センサ
（以下、酸素センサという）に関するもので、と
りわけ自動車排ガス中の酸素濃度を連続的に高精
度に検出することのできる酸素センサ素子に関す
るものである。従来、気体中の酸素濃度の測定に
は、ジルコニア固体電解質を用いた酸素濃淡電池
による酸素センサが知られている。この装置は、
電解質にて一端が閉止した筒状容器を形成しこの
内外両面に白金電極を形成し、容器の内側の電極
に酸素濃度既知の基準ガスを接触させ、他方の電
極に被測定ガスを接触させたとき、両極間に生ず
る起電力差から被測定ガス中の酸素濃度を測定す
るものである。 しかしながら、この場合基準ガスの酸素濃度と
被測定ガス中の酸素濃度が近い場合は起電力が小
さい為、精度が悪く、又基準ガスが必要な為装置
が複雑になる等の欠点がある。 上記酸素濃淡電池とは逆に、両面に電極を形成
した固体電解質に両電極間に電圧をかけてやる
と、一方の極（陰極）から他方の極（陽極）に酸
素が透過することが知られている。それ故、一方
の極の表面の一部を閉止してやるとその閉止の度
合いに応じて一定印加電圧にもかかわらず酸素透
過量は減少し、電極間の電流量は減少する。ま
た、閉止の度合を一定にすれば電流量は酸素濃度
に応じて変化するので、この電流の変化によつて
酸素濃度を測定する方法が開発され、これを利用
した限界電流型酸素センサが知られている。 本発明は上記限界電流型酸素センサに関するも
ので、特に固体電解質体を利用した酸素ガス濃度
分析機において基準ガスが不要でかつ被測定ガス
中の酸素分圧が非常に小さい領域から数10％の高
濃度まで連続的に高精度で測定可能であり、しか
も従来の酸素濃淡電池による酸素センサに比べ、
製造が容易で性能バラツキの少ない酸素センサ素
子を提供するものである。 すなわち、本発明酸素センサ素子は、 板状に成形した酸素イオン透過性焼結体の両面
に、電圧を印加するための電極を設け、これら電
極にリード線を接続し、表面を多孔性コーテイン
グ層で被覆してなる酸素センサ素子において、 前記２つの電極のうち、陽極電極が１種の金属
で形成され、陰極電極が、PtとAuから選ばれる
少なくとも１種以上の金属成分（以下、Ａ群成分
という）と、Ag、PdとRhから選ばれる少なくと
も１種以上の金属成分（以下、Ｂ群成分という）
とを混合したもので形成されていることを特徴と
するものである。 次に、本発明酸素センサ素子について図面を用
いて説明する。 第１図は、本発明酸素センサ素子の構成を示す
模式図である。 本発明酸素センサ素子は、円板状固体電解質
焼結体（酸素イオン透過体）１の片面に、Ptま
たはAuで陽極電極２を形成し、焼結体１の他面
に、Ａ群成分とＢ群成分とを混合してなるもので
陰極電極３を形成し、これら電極２及び３にはそ
れぞれリード線４，５を接続し、さらにその上に
多孔性コーテイング層６を被覆してなるもので、
リード線４及び５の他端を電源７に接続して電気
回路を構成する。図中、８は電圧計、９は電流計
を示す。 本発明酸素センサ素子の固体電解質１として
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。電極は、陽極電極２がPt又はAu1
種で形成され、陰極電極３が酸素と不安定な化合
物をつくることにより酸素分子のイオン化を促進
する金属成分を含有するもの、すなわち下記のＡ
群成分とＢ群成分の混合したもので形成されてい
る。 Ａ群成分は、耐熱性、耐酸化性及び良好な電気
伝導性を有するPt及びAuのうち少なくとも１種
から成るもので、Ｂ群成分は、酸素と不安定な化
合物をつくることにより酸素分子のイオン化を容
易に進めることができるAg、Pd及びRhのうち少
なくとも１種からなるものである。 Ａ群成分とＢ群成分の合計モル数に対するＢ群
成分のモル数の割合は、５％ないし80％の範囲内
であるのが必要であり、５％以下では酸素分子の
イオン化に対し有効な触媒活性を与えなくなり、
また80％以上では耐熱性において悪化がみられ
る。 金属電極２，３の厚さは、0.5μないし20μの範
囲が適しており、更に電気伝導性、耐久性及び応
答性等の点より、特に1μないし10μの範囲である
ことが好ましい。 電極２，３の外表面に設けるコーテイング層６
は、多孔性の耐熱性無機物質であればいずれでも
良いが、例えばα−Al2O3、MgO−Al2O3、
SiO2、ZrCaO3等が好ましい。 電極表面のコーテイング剤の平均粒径は10〜
100μ、好ましくは20〜70μである。コーテイング
厚さは、200〜2000μ、好ましくは300〜1200μで
ある。 センサ素子の製造方法は例えば以下のようで
ある。固体電解質としては、純度99.9％の酸化ジ
ルコニウム粉末と、同じく純度99.9％の酸化イツ
トリウム粉末を用い、これらの粉末を９：１の比
率で採取し、湿式ボールミルで５時間粉砕混合
し、150℃で６時間乾燥する。この粉末を1200℃
で４時間燬焼し、更に湿式ボールミルで５時間粉
砕し、粒子径を比較的細く揃え、再び150℃で６
時間乾燥する。得られた粉末を成形圧1200Kg／cm2
で厚さ1.5mm、直径９〜12mmφの円板上に加圧成
形する。この成形体を空気中1800℃３時間焼成
し、焼結体とする。 得られた焼結体１に、直径８mmφの円形金属電
極２，３を形成する。 電極２，３を形成するには、例えば化学メツキ
を行ない、生じた被覆層を電極として電気メツキ
を行なつて完全なる電極を形成する方法、金属電
極形成成分のペーストを塗布して焼付する方法及
びイオンプレーテイングによつて金属被膜を形成
する方法等によつて行なうことができる。それぞ
れの金属成分を用いて電極を形成する方法は、例
えば以下のように行なう。 Ａ群成分： Pt（単独で用いる場合）；素子（円板状焼結体）
をアセトンで脱脂した後、フツ化水素酸溶液
によつてエツチングを行ない、この素子に還
元剤として水素化ホウ素ナトリウムを用い
て、アンモニアアルカリ性塩化白金酸溶液に
よつて、無電解白金メツキを行ない、厚さ
1μの白金電極を形成する。 Pt（下記Auと混合して用いる場合）；３ｇ／
の金属白金を含有する塩化白金酸水溶液を筆
により塗布して乾燥する操作を２回繰り返し
た後、水素２容量％を含むアルゴン気流中で
熱分解及び還元焼付を行なう。 Au；前記と同様にエツチング後、無電解金メ
ツキ液によつて無電解金メツキを行ない、厚
さ1μの金電極を形成する。 Ｂ群成分： Ag；硝酸銀の飽和水溶液を筆により塗布し、
乾燥後熱分解する操作を２回繰り返す。 Pd；４ｇ／の金属パラジウムを含む塩化パ
ラジウム希塩酸溶液を、筆により塗布して乾
燥する操作を３回繰り返した後、水素２容量
％を含むアルゴン気流中で熱分解及び還元焼
付を行なう。 Rh；３ｇ／の金属ロジウムを含有する塩化
ロジウム水溶液を筆により塗布して乾燥する
操作を３回繰り返した後、水素２容量％を含
むアルゴン気流中で熱分解及び還元焼付を行
なう。 Ａ群成分とＢ群成分とを混合して陰極電極３を
形成するには、例えばＡ群成分の１種類の金属に
より電極を形成した後、その上からＢ群成分のう
ち少なくとも１種類の金属を選択し、前記方法に
よりその焼付けを行なう等の方法により行なわれ
る。 陽極電極２を形成するには、前記Ａ群成分の電
極形成方法に準じて行なう。 上記で得られた金属電極２，３に、直径0.3mm
の白金線を圧着し、リード線４，５とした。 多孔性セラミツク層は、プラズマ溶射法によ
り、MgO−Al2O3を所定の厚さに溶射した。 溶射条件と溶射層仕様は以下のとおりである。 Γプラズマアーク電流 500A Γプラズマアーク電圧 65V Γ使用ガス N2100SCFH、H215SCFH
（SCFH；Standard Cubic Feet／Hour） Γプラズマガンから被溶射体までの距離 約80mm Γ溶射剤平均粒径 40μ Γ溶射厚さ 200μ 上記方法に従つて、第１表に示すように電極形
成成分を各々変化させた素子Ａ〜Ｈ（Ｃ〜Ｈは本
発明の実施例、Ａ、Ｂは比較例）を作成し、各酸
素センサ素子によつて、酸素濃度を測定する。
（以下、酸素センサという）に関するもので、と
りわけ自動車排ガス中の酸素濃度を連続的に高精
度に検出することのできる酸素センサ素子に関す
るものである。従来、気体中の酸素濃度の測定に
は、ジルコニア固体電解質を用いた酸素濃淡電池
による酸素センサが知られている。この装置は、
電解質にて一端が閉止した筒状容器を形成しこの
内外両面に白金電極を形成し、容器の内側の電極
に酸素濃度既知の基準ガスを接触させ、他方の電
極に被測定ガスを接触させたとき、両極間に生ず
る起電力差から被測定ガス中の酸素濃度を測定す
るものである。 しかしながら、この場合基準ガスの酸素濃度と
被測定ガス中の酸素濃度が近い場合は起電力が小
さい為、精度が悪く、又基準ガスが必要な為装置
が複雑になる等の欠点がある。 上記酸素濃淡電池とは逆に、両面に電極を形成
した固体電解質に両電極間に電圧をかけてやる
と、一方の極（陰極）から他方の極（陽極）に酸
素が透過することが知られている。それ故、一方
の極の表面の一部を閉止してやるとその閉止の度
合いに応じて一定印加電圧にもかかわらず酸素透
過量は減少し、電極間の電流量は減少する。ま
た、閉止の度合を一定にすれば電流量は酸素濃度
に応じて変化するので、この電流の変化によつて
酸素濃度を測定する方法が開発され、これを利用
した限界電流型酸素センサが知られている。 本発明は上記限界電流型酸素センサに関するも
ので、特に固体電解質体を利用した酸素ガス濃度
分析機において基準ガスが不要でかつ被測定ガス
中の酸素分圧が非常に小さい領域から数10％の高
濃度まで連続的に高精度で測定可能であり、しか
も従来の酸素濃淡電池による酸素センサに比べ、
製造が容易で性能バラツキの少ない酸素センサ素
子を提供するものである。 すなわち、本発明酸素センサ素子は、 板状に成形した酸素イオン透過性焼結体の両面
に、電圧を印加するための電極を設け、これら電
極にリード線を接続し、表面を多孔性コーテイン
グ層で被覆してなる酸素センサ素子において、 前記２つの電極のうち、陽極電極が１種の金属
で形成され、陰極電極が、PtとAuから選ばれる
少なくとも１種以上の金属成分（以下、Ａ群成分
という）と、Ag、PdとRhから選ばれる少なくと
も１種以上の金属成分（以下、Ｂ群成分という）
とを混合したもので形成されていることを特徴と
するものである。 次に、本発明酸素センサ素子について図面を用
いて説明する。 第１図は、本発明酸素センサ素子の構成を示す
模式図である。 本発明酸素センサ素子は、円板状固体電解質
焼結体（酸素イオン透過体）１の片面に、Ptま
たはAuで陽極電極２を形成し、焼結体１の他面
に、Ａ群成分とＢ群成分とを混合してなるもので
陰極電極３を形成し、これら電極２及び３にはそ
れぞれリード線４，５を接続し、さらにその上に
多孔性コーテイング層６を被覆してなるもので、
リード線４及び５の他端を電源７に接続して電気
回路を構成する。図中、８は電圧計、９は電流計
を示す。 本発明酸素センサ素子の固体電解質１として
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。電極は、陽極電極２がPt又はAu1
種で形成され、陰極電極３が酸素と不安定な化合
物をつくることにより酸素分子のイオン化を促進
する金属成分を含有するもの、すなわち下記のＡ
群成分とＢ群成分の混合したもので形成されてい
る。 Ａ群成分は、耐熱性、耐酸化性及び良好な電気
伝導性を有するPt及びAuのうち少なくとも１種
から成るもので、Ｂ群成分は、酸素と不安定な化
合物をつくることにより酸素分子のイオン化を容
易に進めることができるAg、Pd及びRhのうち少
なくとも１種からなるものである。 Ａ群成分とＢ群成分の合計モル数に対するＢ群
成分のモル数の割合は、５％ないし80％の範囲内
であるのが必要であり、５％以下では酸素分子の
イオン化に対し有効な触媒活性を与えなくなり、
また80％以上では耐熱性において悪化がみられ
る。 金属電極２，３の厚さは、0.5μないし20μの範
囲が適しており、更に電気伝導性、耐久性及び応
答性等の点より、特に1μないし10μの範囲である
ことが好ましい。 電極２，３の外表面に設けるコーテイング層６
は、多孔性の耐熱性無機物質であればいずれでも
良いが、例えばα−Al2O3、MgO−Al2O3、
SiO2、ZrCaO3等が好ましい。 電極表面のコーテイング剤の平均粒径は10〜
100μ、好ましくは20〜70μである。コーテイング
厚さは、200〜2000μ、好ましくは300〜1200μで
ある。 センサ素子の製造方法は例えば以下のようで
ある。固体電解質としては、純度99.9％の酸化ジ
ルコニウム粉末と、同じく純度99.9％の酸化イツ
トリウム粉末を用い、これらの粉末を９：１の比
率で採取し、湿式ボールミルで５時間粉砕混合
し、150℃で６時間乾燥する。この粉末を1200℃
で４時間燬焼し、更に湿式ボールミルで５時間粉
砕し、粒子径を比較的細く揃え、再び150℃で６
時間乾燥する。得られた粉末を成形圧1200Kg／cm2
で厚さ1.5mm、直径９〜12mmφの円板上に加圧成
形する。この成形体を空気中1800℃３時間焼成
し、焼結体とする。 得られた焼結体１に、直径８mmφの円形金属電
極２，３を形成する。 電極２，３を形成するには、例えば化学メツキ
を行ない、生じた被覆層を電極として電気メツキ
を行なつて完全なる電極を形成する方法、金属電
極形成成分のペーストを塗布して焼付する方法及
びイオンプレーテイングによつて金属被膜を形成
する方法等によつて行なうことができる。それぞ
れの金属成分を用いて電極を形成する方法は、例
えば以下のように行なう。 Ａ群成分： Pt（単独で用いる場合）；素子（円板状焼結体）
をアセトンで脱脂した後、フツ化水素酸溶液
によつてエツチングを行ない、この素子に還
元剤として水素化ホウ素ナトリウムを用い
て、アンモニアアルカリ性塩化白金酸溶液に
よつて、無電解白金メツキを行ない、厚さ
1μの白金電極を形成する。 Pt（下記Auと混合して用いる場合）；３ｇ／
の金属白金を含有する塩化白金酸水溶液を筆
により塗布して乾燥する操作を２回繰り返し
た後、水素２容量％を含むアルゴン気流中で
熱分解及び還元焼付を行なう。 Au；前記と同様にエツチング後、無電解金メ
ツキ液によつて無電解金メツキを行ない、厚
さ1μの金電極を形成する。 Ｂ群成分： Ag；硝酸銀の飽和水溶液を筆により塗布し、
乾燥後熱分解する操作を２回繰り返す。 Pd；４ｇ／の金属パラジウムを含む塩化パ
ラジウム希塩酸溶液を、筆により塗布して乾
燥する操作を３回繰り返した後、水素２容量
％を含むアルゴン気流中で熱分解及び還元焼
付を行なう。 Rh；３ｇ／の金属ロジウムを含有する塩化
ロジウム水溶液を筆により塗布して乾燥する
操作を３回繰り返した後、水素２容量％を含
むアルゴン気流中で熱分解及び還元焼付を行
なう。 Ａ群成分とＢ群成分とを混合して陰極電極３を
形成するには、例えばＡ群成分の１種類の金属に
より電極を形成した後、その上からＢ群成分のう
ち少なくとも１種類の金属を選択し、前記方法に
よりその焼付けを行なう等の方法により行なわれ
る。 陽極電極２を形成するには、前記Ａ群成分の電
極形成方法に準じて行なう。 上記で得られた金属電極２，３に、直径0.3mm
の白金線を圧着し、リード線４，５とした。 多孔性セラミツク層は、プラズマ溶射法によ
り、MgO−Al2O3を所定の厚さに溶射した。 溶射条件と溶射層仕様は以下のとおりである。 Γプラズマアーク電流 500A Γプラズマアーク電圧 65V Γ使用ガス N2100SCFH、H215SCFH
（SCFH；Standard Cubic Feet／Hour） Γプラズマガンから被溶射体までの距離 約80mm Γ溶射剤平均粒径 40μ Γ溶射厚さ 200μ 上記方法に従つて、第１表に示すように電極形
成成分を各々変化させた素子Ａ〜Ｈ（Ｃ〜Ｈは本
発明の実施例、Ａ、Ｂは比較例）を作成し、各酸
素センサ素子によつて、酸素濃度を測定する。
【表】
（電勤３の厚さは第１表で示す以外に0.5〜5μの
範囲、好ましくは、１〜3μの範囲であつても、
ほぼ同等の結果が得られる） 各種酸素センサ素子Ａ〜Ｈにおいて、センサの
出力特性を第２図のグラフに示す。第２図は酸素
濃度10％のガスにおいてセンサの印加電圧を変
え、各電圧におけるセンサの電流値を測定したも
のである。図中、Ａ〜Ｈは上記表に示す素子記号
に相当する。 第３図は、下記第２表の酸素濃度における素子
Ｃの測定線を示す。
範囲、好ましくは、１〜3μの範囲であつても、
ほぼ同等の結果が得られる） 各種酸素センサ素子Ａ〜Ｈにおいて、センサの
出力特性を第２図のグラフに示す。第２図は酸素
濃度10％のガスにおいてセンサの印加電圧を変
え、各電圧におけるセンサの電流値を測定したも
のである。図中、Ａ〜Ｈは上記表に示す素子記号
に相当する。 第３図は、下記第２表の酸素濃度における素子
Ｃの測定線を示す。
【表】
図において、横軸にほぼ平行な測定線を示す値
が、各酸素濃度における限界電流値である。 第４図には、第３図の測定によつて得られた酸
素濃度（％）と、限界電流値（ｍＡ）の関係を示
した。従つて、未知の排ガス中の酸素濃度を測定
するに当つては、上記装置により、そのガスにつ
いての限界電流値を求め、第４図より、排ガス中
の酸素濃度を知ることができる。 本発明酸素センサ素子においては、陰極電極
を、耐熱性、耐酸化性及び良好な電気伝導性を有
するPt及びAuのうち少なくとも１種から成るＡ
群成分と、酸素と不安定な化合物を作ることによ
り酸素分子のイオン化を容易に促進する効果を有
するAg、Pd及びRhのうち少なくとも１種から成
るＢ群成分とを混合したものにより形成されるた
め、陰極における酸素分子のイオン化が促進さ
れ、陽極と陰極間に限界電流を発生させることが
できる。従つて、このような構成の酸素センサを
用いれば、限界電流値を検知することにより酸素
濃度を測定することができるので、印加電圧によ
る値のバラツキが少なく、酸素濃度を精度良く測
定することができる。 次に、本発明素子を取り付けた酸素センサの
具体的構造を第５図イ，ロに示す。第５図イは本
発明の酸素センサの一例を示す縦断面図、同ロは
第５図イのＶ部分拡大分解斜視図を示す。 図に示すように、内部にステンレススチールの
ような耐熱性金属リード線１１，１１，１１，１
１を長手軸方向に配線した略円筒状アルミナ碍管
１２の先端に円板状センサ素子をリード線４，
５が長軸方向と平行となるように配置し、この酸
素センサ素子の外周を取り囲むようにニクロ
ム、カンタル等のシース状金属ヒーターもしくは
セラミツクヒーターから成るコイル状発熱体１０
を配置し、これらを、センサ素子のリード線
４，５及びコイル状発熱体両端１０ａ，１０ｂの
前記アルミナ碍管１２に配線したリード線１１，
１１，１１，１１とを溶接することによりアルミ
ナ碍管１２の先端に取り付ける（溶接部１３，１
３，１３，１３）。 リード線１１，１１，１１，１１の一端はアル
ミナ碍管１２の上方に位置する導線１６，１６，
１６，１６とコネクター１７，１７，１７，１７
を介して接合されており、この導線１６，１６，
１６，１６によりセンサ信号の外部取り出し及び
発熱体１０の加熱に必要な電力の入力を行う。ア
ルミナ碍管１２外周は、高温でも酸化変形しにく
い金属、例えばステンレススチールよりなる保護
カバー１５で覆われ、先端のセンサ素子Ａ及び発
熱体１０近傍部分には、複数の通気孔１４，１４
…が開口している。 尚、図中１８はフランジ、１９は取付け穴、２
０は防水チユーブ、２１，２２はテフロン製ブツ
シユ、２３は絶縁用ラバーチユーブを表わす。 上記構成の酸素センサを例えば自動車の排ガス
排気管に取り付けることにより、排ガス中の酸素
濃度を連続して高精度に測定することができる。
実際に測定する際にはヒーターにより素子部の温
度が750℃程度になるまで予熱してから行う。 本発明酸素センサ素子においては、第１図に示
したように、Ａ群成分とＢ群成分とを混合したも
ので陰極を形成するだけでなく、極性を反転させ
て混合金属で陽極を形成しても良く、これにより
出溶電流値は変化するが、上記第２図で示される
相互関係は維持される。 上記記載から明らかなように、本発明酸素セン
サ素子は、従来の濃淡電池を利用した酸素センサ
素子に比べてより簡単な構造でしかも高精度に被
測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。 本発明においてはセンサ素子部の電極によつて
透過体中に送り出される酸素の量は、電極を形成
する金属の種類により規制されるので、この電極
形成金属を種々選択することにより非常に小さい
酸素濃度から数10％の高濃度まで測定することが
可能となる。 また、本発明酸素センサ素子は２つの電極を形
成する金属成分を相違させるだけで良いので、電
極形成時に適宜金属成分を選択するだけで十分に
所期の目的を達成せしめることができ、製造が容
易である。 本発明酸素センサ素子は、自動車のエンジンの
排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサの
他、種々の酸素濃度計として、例えば室内等の酸
欠検知センサ、各種工業用雰囲気制御センサ等に
使用可能である。
が、各酸素濃度における限界電流値である。 第４図には、第３図の測定によつて得られた酸
素濃度（％）と、限界電流値（ｍＡ）の関係を示
した。従つて、未知の排ガス中の酸素濃度を測定
するに当つては、上記装置により、そのガスにつ
いての限界電流値を求め、第４図より、排ガス中
の酸素濃度を知ることができる。 本発明酸素センサ素子においては、陰極電極
を、耐熱性、耐酸化性及び良好な電気伝導性を有
するPt及びAuのうち少なくとも１種から成るＡ
群成分と、酸素と不安定な化合物を作ることによ
り酸素分子のイオン化を容易に促進する効果を有
するAg、Pd及びRhのうち少なくとも１種から成
るＢ群成分とを混合したものにより形成されるた
め、陰極における酸素分子のイオン化が促進さ
れ、陽極と陰極間に限界電流を発生させることが
できる。従つて、このような構成の酸素センサを
用いれば、限界電流値を検知することにより酸素
濃度を測定することができるので、印加電圧によ
る値のバラツキが少なく、酸素濃度を精度良く測
定することができる。 次に、本発明素子を取り付けた酸素センサの
具体的構造を第５図イ，ロに示す。第５図イは本
発明の酸素センサの一例を示す縦断面図、同ロは
第５図イのＶ部分拡大分解斜視図を示す。 図に示すように、内部にステンレススチールの
ような耐熱性金属リード線１１，１１，１１，１
１を長手軸方向に配線した略円筒状アルミナ碍管
１２の先端に円板状センサ素子をリード線４，
５が長軸方向と平行となるように配置し、この酸
素センサ素子の外周を取り囲むようにニクロ
ム、カンタル等のシース状金属ヒーターもしくは
セラミツクヒーターから成るコイル状発熱体１０
を配置し、これらを、センサ素子のリード線
４，５及びコイル状発熱体両端１０ａ，１０ｂの
前記アルミナ碍管１２に配線したリード線１１，
１１，１１，１１とを溶接することによりアルミ
ナ碍管１２の先端に取り付ける（溶接部１３，１
３，１３，１３）。 リード線１１，１１，１１，１１の一端はアル
ミナ碍管１２の上方に位置する導線１６，１６，
１６，１６とコネクター１７，１７，１７，１７
を介して接合されており、この導線１６，１６，
１６，１６によりセンサ信号の外部取り出し及び
発熱体１０の加熱に必要な電力の入力を行う。ア
ルミナ碍管１２外周は、高温でも酸化変形しにく
い金属、例えばステンレススチールよりなる保護
カバー１５で覆われ、先端のセンサ素子Ａ及び発
熱体１０近傍部分には、複数の通気孔１４，１４
…が開口している。 尚、図中１８はフランジ、１９は取付け穴、２
０は防水チユーブ、２１，２２はテフロン製ブツ
シユ、２３は絶縁用ラバーチユーブを表わす。 上記構成の酸素センサを例えば自動車の排ガス
排気管に取り付けることにより、排ガス中の酸素
濃度を連続して高精度に測定することができる。
実際に測定する際にはヒーターにより素子部の温
度が750℃程度になるまで予熱してから行う。 本発明酸素センサ素子においては、第１図に示
したように、Ａ群成分とＢ群成分とを混合したも
ので陰極を形成するだけでなく、極性を反転させ
て混合金属で陽極を形成しても良く、これにより
出溶電流値は変化するが、上記第２図で示される
相互関係は維持される。 上記記載から明らかなように、本発明酸素セン
サ素子は、従来の濃淡電池を利用した酸素センサ
素子に比べてより簡単な構造でしかも高精度に被
測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。 本発明においてはセンサ素子部の電極によつて
透過体中に送り出される酸素の量は、電極を形成
する金属の種類により規制されるので、この電極
形成金属を種々選択することにより非常に小さい
酸素濃度から数10％の高濃度まで測定することが
可能となる。 また、本発明酸素センサ素子は２つの電極を形
成する金属成分を相違させるだけで良いので、電
極形成時に適宜金属成分を選択するだけで十分に
所期の目的を達成せしめることができ、製造が容
易である。 本発明酸素センサ素子は、自動車のエンジンの
排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサの
他、種々の酸素濃度計として、例えば室内等の酸
欠検知センサ、各種工業用雰囲気制御センサ等に
使用可能である。
第１図は、本発明酸素センサ素子を示す断面模
式図、第２図は電極形成成分をそれぞれ異ならせ
たセンサ素子Ａ〜Ｈにおける電圧と電流の関係を
示すグラフ、第３図はセンサ素子Ｃの各酸素濃度
における電圧と電流の関係を示すグラフ、第４図
はセンサ素子Ｃにおける酸素濃度と限界電流値の
関係を示すグラフ、第５図イは、第１図の本発明
センサ素子を取付けた酸素センサの全体を示す断
面図、同ロはそのＶ部分の拡大分解斜視図、を表
わす。 図中、１……固体電解質焼結体（イオン透過
体）、２，３……電極、４，５……リード線、６
……多孔性コーテイング層、１２……アルミナ碍
管。
式図、第２図は電極形成成分をそれぞれ異ならせ
たセンサ素子Ａ〜Ｈにおける電圧と電流の関係を
示すグラフ、第３図はセンサ素子Ｃの各酸素濃度
における電圧と電流の関係を示すグラフ、第４図
はセンサ素子Ｃにおける酸素濃度と限界電流値の
関係を示すグラフ、第５図イは、第１図の本発明
センサ素子を取付けた酸素センサの全体を示す断
面図、同ロはそのＶ部分の拡大分解斜視図、を表
わす。 図中、１……固体電解質焼結体（イオン透過
体）、２，３……電極、４，５……リード線、６
……多孔性コーテイング層、１２……アルミナ碍
管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 板状に成形した酸素イオン透過性焼結体の両
面に、電圧を印加するための電極を設け、これら
電極にリード線を接続し、表面を多孔性コーテイ
ング層で被覆してなる酸素センサ素子において、 前記２つの電極のうち、陰極電極が白金、金か
ら選択される少なくとも一種の金属からなるＡ群
成分および銀、パラジウム、ロジウムから選択さ
れる少なくとも一種の金属からなるＢ群成分を含
有するもので形成され、Ａ群成分とＢ群成分の合
計モル数に対するＢ群成分のモル数の割合が５〜
80％となつていることを特徴とする酸素センサ素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56056420A JPS57171254A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Oxygen sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56056420A JPS57171254A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Oxygen sensor element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57171254A JPS57171254A (en) | 1982-10-21 |
| JPH0245148B2 true JPH0245148B2 (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=13026605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56056420A Granted JPS57171254A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Oxygen sensor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57171254A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04106633U (ja) * | 1991-02-21 | 1992-09-14 | 三井三池化工機株式会社 | 粉砕機 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55162052A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-17 | Bosch Gmbh Robert | Polarograph measuring sensor for oxygen content of gas |
-
1981
- 1981-04-15 JP JP56056420A patent/JPS57171254A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55162052A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-17 | Bosch Gmbh Robert | Polarograph measuring sensor for oxygen content of gas |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04106633U (ja) * | 1991-02-21 | 1992-09-14 | 三井三池化工機株式会社 | 粉砕機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57171254A (en) | 1982-10-21 |
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