JPH028208Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は酸素濃度センサに関するものである。

酸素濃度センサとしては、自動車等の内燃機関
の空燃比制御や排ガス制御のために濃淡電池型セ
ンサが使用されていることはよく知られている。
しかしながら、この濃淡電池型酸素センサは基準
ガスを必要とし、また一定の温度域でないとよく
測定できないなどの制約があることから、限界電
流型センサが開発されている。この限界電流型酸
素濃度センサは、板状の酸素イオン透過性固体電
解質の両面に電極を設けて素子本体となしこの素
子本体の両電極間に一定の電圧を印加してやると
一方の電極（陰極）側から他方の電極（陽極）側
に酸素イオンが透過するので、その際少くとも一
方の電極面の一部を覆つて一方の電極から入る
（または出る）酸素イオン量を制限してやると被
測定ガス中の酸素濃度に応じて両電極間に限界電
流が流れることを利用したものである。この限界
電流型酸素濃度センサにおいて、素子本体の一方
の電極面への酸素の拡散速度を律速させる方法と
しては、従来セラミツクを電極面上にプラズマ溶
射して多孔質コーテイング層を形成する方法が考
えられたがこの方法では目的とする多孔度の被覆
が得がたく、また耐久性の不足やリード線の取出
しが困難などの欠点を有する。このほか、電極面
上を所定の大きさのガス拡散孔を有するセラミツ
ク製の蓋体で覆う方法があり（特開昭52−72286
号公報）、この方法によれば目的とする大きさの
拡散孔が容易に得られるが、素子本体と蓋体とを
隙間なく接着する必要がある。従来はこの接着を
ガラスによつて行つているが、ガラスでは完全な
封着は得られるものの、耐熱性、耐久性が不足
し、リード線の取出しが困難でありまた出力のバ
ラツキが大きいなどの問題があつた。

本考案は上記従来の問題を解決するためのもの
である。

すなわち本考案の酸素濃度センサは、板状ない
し容器状の酸素イオン透過性固体電解質の両面に
一対の電極を形成してなる素子本体と、該素子本
体の一方の電極側を覆うガス拡散孔を有する蓋体
とからなり、該素子本体と蓋体とのそれぞれの接
合面にメタライズ層を設け該メタライズ層との間
に両メタライズ層と相固溶する金属からなるシー
ル材を介装させて前記素子本体と蓋体とを封着し
たことを特徴とする。

本考案においてセンサ素子本体は、上記した如
く板状でもまた容器状でもよい。素子本体を板状
体とするときは、好ましくは円板状がよく、また
容器体とするときは有底円筒体とするとよい。な
お、容器体とするときは底部の表裏に電極を形成
するとよい。また容器体のときは少くとも電極を
形成する部分のみを固定電解質とし他の部分は通
常のセラミツクで形成してもよい。

本考案においては、素子本体に蓋体をかぶせた
とき両者で囲まれた空間ができることが必要であ
ることから、素子本体が板状体のときは蓋体はキ
ヤツプ形状とする必要がある。素子本体が容器体
のときは、蓋体は円板などの板状体でよい。

素子本体と蓋体の接合部には、好ましくは段部
を形成し互いに嵌合するようにするとよい。

素子本体と蓋体に設けるメタライズ層に用いる
金属としては、白金、銀、金、パラジウム、イリ
ジウムなどの金属が単独または併用される。メタ
ライズ層の形成は通常の方法、例えば溶射、スパ
ツタリング蒸着などによつて行うことができる
が、好ましくは金属ペーストの塗布により行う。

素子本体と蓋体との接合部に介装させるシール
材としては、前記メタライズ層と相固溶する金属
としてはメタライズ層の金属と同じものが好まし
いが相溶性のあるものであれば他のものでもよ
い。酸素濃度センサは、通常自動車の排気ガス通
路中またはボイラーからの排ガス通路中で使用さ
れることが多いこと、本センサはまた600℃以上
の温度で良好に作動することから考えて耐熱性の
あるものが好ましく、好ましくは白金が用いられ
る。シール材は通常接合部の形状に適合させて、
例えば環状のワイヤーや円盤が用いられる。ワイ
ヤーの太さ、円盤の厚さは接合部の平滑度に応じ
て選択される。あまり厚いとコスト高となり、ま
た強度も低下することから通常封着後の厚さがメ
タライズ層と合わせて0.1から１mm位とする。

以下本考案の一実施例を図面にしたがつて説明
する。第１図は素子本体を有底円筒状容器とな
し、蓋体を円板状とし、ワイヤリング形状のシー
ル材を用いて封着した酸素濃度センサの一部破断
分解斜視図である。素子本体である酸素イオン透
過性固体電解質容器１は例えば原料粉としてイツ
トリアを８モル％添加したジルコニア粉末を用
い、この原料粉を常法にしたがつて金型を使用し
て約1000Kg／cm²の圧力にて開口部に段部を有する
容器に加圧成形した。成形後、この容器１の内縁
段部と内壁の一部に白金ペーストを塗布し、約
1700℃で焼成することにより粉末成形体の容器を
焼結すると同時にメタライズ層２および陰電極取
出し用リード部３を形成した。次に同容器の底面
部分の両面に塩化白金酸水溶液を塗布し次いで水
素化ホウ素ナトリウムと水で処理することにより
白金化学メツキを施した。その後両面の化学メツ
キ面上に更に白金を電気メツキすることにより厚
さ約1μの白金メツキ層からなる陰電極４および
陽電極５を形成した。

ガス拡散孔を有する蓋体６は容器１と同一原料
および同一方法により成形し、中央にガス拡散孔
７を設けた。蓋体６の製造原料としては上記以外
に、容器１と同一の熱膨張率を有するものであれ
ば他の総ての耐熱性セラミツクスが使用可能であ
る。次に粉末成形体である蓋体６の内縁部分およ
び外周と上面部分の一部に白金ペーストを塗布
し、約1700℃で焼成し焼結せしめるとともにメタ
ライズ層８および陰電極取出し用リード部９を形
成した。

シール材１０として直径0.2mmのワイヤーから
なる白金リングを使用し、シール材１０が蓋体６
と容器１のメタライズ層８と２の間にあるように
して金体を組付けた後保持具に収納し蓋体の上方
から下方向（矢印Ａ方向）に荷重を加え、空気中
で1000〜1200℃の高温にて30〜90分間保持するこ
とにより、固体電解質容器１のメタライズ層２と
シール材１０およびシール材１０と蓋体６のメタ
ライズ層８との間を拡散接合せしめ封着してセン
サを得た。なお、封着の際の加熱は高周波熱によ
つても拡散接合が可能である。また耐久性を持た
せるためには陽電極層５上に更に常法にしたがつ
てアルミナをプラズマ溶射することにより多孔質
電極保護層を設けてもよい。

第２図〜第５図に本考案の他の実施例を示す。
図において、第２図および第３図は素子本体を構
成する固体電解質を容器１とした例であり、第４
図および第５図は固体電解質を円板１′とした例
である。図に示すように蓋体６を厚くし重くすれ
ば、自重によつて接合部が加圧され、封着が完全
となる。第２図および第４図は素子本体または蓋
体に段部を設けた例であり、第３図および第５図
は接合部を傾斜させた例である。

上述のように、本考案における酸素センサは金
属からなる環状シール材を使用することにより容
易に強い接合強度で気密な接合が得られ従来品に
比べて耐熱および耐久性が向上するとともに測定
精度が向上するという効果を奏する。また、シー
ル部が金属よりなるためリード線の取出しが容易
となるなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案酸素濃度センサの実施例の一部
破断分解斜視図を表わし、第２図から第５図は本
考案の他の実施例の断面図を表わす。 図中、１……固体電解質容器、１′……固体電
解質円板、２……メタライズ層、３……リード
部、４……陰電極、５……陽電極、６……セラミ
ツク蓋体、７……ガス拡散孔、８……メタライズ
層、９……リード部、１０……シール材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 板状ないし容器状の酸素イオン透過性固体電解
   質の両面に一対の電極を形成してなる素子本体
   と、該素子本体の一方の電極側を覆うガス拡散孔
   を有する蓋体とからなり、該素子本体と蓋体との
   それぞれの接合面にメタライズ層を設け該メタラ
   イズ層との間に両メタライズ層と相固溶する金属
   からなるシール材を介装させて前記素子本体と蓋
   体とを封着したことを特徴とする酸素濃度セン
   サ。