JPH03235053A - 酸素センサ及びその製造方法 - 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」 この発明は、地下室の酸欠事故防止、ボイラなどの燃焼
管理等に使用される限界電流式のセラミック酸素センサ
の改良に関する技術である。

「従来の技術」 近年、安定化ジルコニアからなる固体電解質を用いた限
界電流式の酸素センサが実用化されている。

この酸素センサは、第４図に示すように、平面から視た
形状が円形に形成され、かつ中央部に気体拡散孔１００
を有する安定化ジルコニア（例えば、Ｚ　ｒｏ　２−８
　Ｙ　ｔｏ　３）等の固体電解質１０１と、この固体電
解質１の両面に設けられて、一定のセンサ監視電圧が印
加される多孔質の白金電極１０２・１０２と、前記固体
電解質ｉｏｔの一方側の面に設けられ、その内側に一定
容積の空間を形成するガラス封止材１０３とから構成さ
れたものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のように構成された酸素センサでは、円
形に形成された固体電解質１０１の単体に対して個々に
白金ペーストを塗布し、更にこれを焼成することにより
白金電極１０２・１０２を形成させることにより構成さ
れるものであり、しかも、前記白金ペーストを固体電解
質１０１に塗布するに際しては高い精度の位置決めを行
って、前記白金ペーストを固体電解質ｌｏｔの略中央部
に位置させるようにしている。

しかしながら、上記のように作製される酸素センサでは
、白金ペーストを固体電解質１０１の単体に塗布するに
際し、逐一位置決めを行うようにしているので、電極形
成に時間が掛かり量産性に乏しいという問題が生じてい
た。

また、前記固体電解質Ｌｏｔには貫通孔である気体拡散
孔１００が設けられており、これによって、前記白金ペ
ーストはこの気体拡散孔１００を避けるように塗布する
ことになり、この点においても、白金ペーストの個々の
塗布に際して高い位置決めが要求され、その結果、量産
性が悪くなるという問題が発生していた。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって
、複数のイオン導電体に対して、−度の位置決めにより
白金ペーストを確実に塗布することが可能であり、同時
に気体拡散孔を形成する作業を簡単に行うことが可能で
あり、かつ、酸素の取り込み量も任意に調整可能な酸素
センサ及びその製造方法の提供を目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するために、 第１の発明では、イオン導電体の各面に所定電圧が印加
される電極を設け、この電極間に流れるイオン電流の電
流値から、周囲の酸素濃度が測定される酸素センサにお
いて、前記イオン導電体の一方側の面に電極を全体的に
覆う封止材を設け、この封止材に、同一軸線上にかつ略
水平方向に向けて、少なくとも一対の気体拡散孔を設け
るようにして、酸素センサを構成させるようにしている
。

第２の発明では、イオン導電体の上面を区画し、この区
画したイオン導電体の各箇所に白金ペーストを塗布した
後、これを焼成して電極を形成する工程と、前記イオン
導電体上に形成された電極上に、カーボン等の空間形成
材を塗布し、更に、前記電極及び空間形成材を全体的に
覆うように結晶化ガラス等の封止材を塗布する工程と、
前記電極上に塗布された空間形成材と封止材とを共に経
由するように有機繊維を配置した後、これを焼成する工
程とから、酸素センサを製造させるようにしている。

「作用」 第１の発明に示す酸素センサによれば、イオン導電体上
の封止材に、同一軸線上にかつ略水平方向に向けて、少
なくとも一対の気体拡散孔を配置させる構成であるので
、製造段階において、電極上に塗布されたカーボン等の
空間形成材と、結晶化ガラス等の封止材とを共に経由す
るように有機繊維を配置しこれを焼成することによって
、前記気体拡散孔を簡易に形成させることができる。

そして更に、前記有機繊維の数を調整することにより、
気体拡散孔の数、つまり酸素の取り込み量も任意に調整
できる。

第２の発明に示す酸素センサの製造方法によれば、イオ
ン導電体を、例えば溝等のブレークラインにより複数の
箇所に区画し、この区画した箇所にそれぞれ電極を配置
させるようにしたので、この電極を配置させるための白
金ペーストの塗布作業において、前記イオン導電体を一
括して位置決めし、前記白金ペーストを一括して塗布す
ることが可能である。

「実施例」 第１図（Ａ）〜第３図（Ｂ）を参照して酸素センサの製
造方法について工程順に説明する。

（１）安定化ジルコニア（例えば、Ｚ　ｒｏ　！−８Ｙ
　ｔＯＳ）等の固体電解質からなる焼結シートｌを、グ
リーンシートを用いて、大きさが１０１００ａ　１２０
ｍ層、厚さが０．１５ｖｍとなるように作製する。

前記グリーンシートは、前記安定化ジルコニアを分散相
とし水を分散媒とするコロイドを調整し、このコロイド
からその分散媒を脱離してゲルを生成させ、更にこのゲ
ルを焼成後３ａ＋ｍ以下の厚さとなるようにシート状に
成形してなるものである。

なお、このグリーンシートには必要に応じて有機バイン
ダを添加しても良い。

そして、このようにして形成されたグリーンシートには
、第１図（Ａ）に示すように、矢印Ａ−Ｂ方向に対して
５　ｍｍ、矢印Ｃ−Ｄ方向に対して６ｍｍの間隔を有す
るように平行な溝を機械的に多数形成させておき、更に
焼成することにより、安定化ジルコニアの焼結シート１
を得るものである。

なお、前記ブレークラインとしての溝はグリーンシート
の段階で形成させても良く、グリーンシートが焼結され
た焼結シート１に対して形成させても良い。

（２）前記溝により格子状に区画した焼結シート１にお
いて、区画した各箇所（このものを抽出した図を第２図
（Ａ）に示す）の上面及び下面に白金ペーストを塗布し
た後これを焼成し、これら焼結シート１の区画した各箇
所に多孔質な電極２を形成させる（第２図（Ｂ）参照）
。

なお、前記各電極２の大きさは３　ｍｍＸ　４０１１１
１の大きさに設定する。

（３）第２図（Ｃ）で示すように、前記焼結シート１に
形成された一方側（上面側）の電極２上にカーボンであ
る空間形成材３を塗布し、更に、第２図（Ｄ）で示すよ
うに、この空間形成材３と前記電極２・２・・との双方
を全体的に覆うように封止材４を塗布する。

なお、このときの封止材４としては、ステアタイトと結
晶化ガラス（旭ガラス：ＡＰ５７５０）とを５：３の重
量比で混合したものが使用される。

更に、第２図（Ｄ）及び第３図（Ａ）である第２図（Ｄ
）のＩ−Ｉ［１線に沿う断面図に示すように、前記焼結
シート１上に重ねて塗布された空間形成材３と封止材４
とに、それらの内部を経由するように揮散性糸状物５と
してカーボン繊維を設置する。

なお、前記揮散性糸状物５は、第１図（Ｂ）の全体図に
示すように、焼結シート１を区画した各箇所に設けられ
た、複数の空間形成材３と封止材４とに対して連続的に
配置し、かっ略水平となるように配置する。

（４）前記空間形成材３、封止槌４が塗布され、かつ揮
散性糸状物５が配置された焼結シート１を焼成する。

これによって、第３図（Ｂ）に示すように前記封止材４
は焼成されて硬化し、また、前記揮散性糸状物５は揮散
し、その結果として前記封止材４に対して貫通孔である
気体拡散孔４Ａ・４Ａが形成される。また、前記空間形
成材３は、前記揮散性糸状物５と同様に揮散し、更にこ
のとき生じたガスは前記気体拡散孔４Ａ・４Ａを通じて
外部に放出され、その結果、封止材４の内側に空間部６
が形成されるものである。

（５）第１図（Ｃ）の全体図に示すように、焼結シート
１上に溝により区画された各箇所に、電極２と、空間部
６及び気体拡散孔４Ａ・４Ａを有する封止材４とが形成
されてなる酸素センサＭを、区画された溝に沿って前記
焼結シートを割ることによりそれぞれ切り放す。これに
よって、多数の酸素センサＭが得られる。

以上説明したように本実施例に示す酸素センサの製造方
法によれば、イオン導電体により形成される焼結シート
１を溝により複数の箇所に区画し、この区画した箇所に
それぞれ電極２を配置させるようにしたので、この電極
２を配置させるための白金ペーストの塗布作業において
、前記イオン導電体を一括して位置決めし、前記白金ペ
ーストを一括して塗布することが可能であり、これによ
って量産性が増し、電極形成のための作業時間を短縮化
することが可能となる。

また、前記電極２上に塗布された空間形成材３と封止材
４とを共に経由するように揮散性糸状物５を配置した後
、これを焼成して該揮散性糸状物５を揮散させるように
したので、該揮散性糸状物５が配置されていた位置に気
体拡散孔４Ａを簡易に形成させることができる。

そして、この場合、前記揮散性糸状物５を、焼結シート
１を区画した箇所にそれぞれ設けられた空間形成材３及
び封止材４に対して順次経由させることにより、前記気
体拡散孔４Ａの形成作業をも一括して行うことができ、
この点においても量産性の向上（従来と比較して１０倍
の効率で量産化できる）を図ることができる効果が得ら
れる。

製造段階において、電極２上に塗布された空間形成材３
と封止材４とを共に経由するカーボン繊維５の数、位置
等を調整することにより、外部からの酸素の取り込み量
も調整でき、これによって酸素センサの出力値をも任意
に調整可能であるという効果が得られる。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、 第１の発明に示す酸素センサによれば、イオン導電体上
の封止材に、同一軸線上にかっ略水平方向に向けて、少
なくとも一対の気体拡散孔を配置させる構へであるので
、製造段階において、前記気体拡散孔を形成させる有機
繊維の数を適宜調整することにより、該気体拡散孔の数
、つまり酸素の取り込み量も任意に調整でき、これによ
って酸素センサの出力値をも任意に調整可能であるとい
う効果が得られる。

第２の発明に示す酸素センサの製造方法によれば、イオ
ン導電体を複数の箇所に区画し、この区画した箇所にそ
れぞれ電極を配置させるようにしたので、この電極を配
置させるための白金ペーストの塗布作業において、前記
イオン導電体を一括して位置決めし、前記白金ペースト
を一括して塗布することが可能であり、これによって量
産性が増し、電極形成のための作業時間を短縮化するこ
とが可能となる。

また、前記電極上に塗布された空間形成材と封止材とを
共に経由するように有機繊維を配置し、更にこの有機繊
維を複数の空間形成材及び封止材に対して経由させるこ
とにより、前記気体拡散孔の形成作業をも一括して行う
ことができ、この点においても量産性の向上を図ること
ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜第３図（Ｂ）は本発明の一実施例を示す
図であって、第１図（Ａ）〜第１図（Ｃ）は製造工程を
順次示す全体斜視図、第２図（Ａ）〜第２図（Ｄ）は第
１図（Ａ）〜第１図（Ｃ）に対応した製造工程の要部を
示す斜視図、第３図（Ａ）は第２図（Ｄ）のＩ［［−Ｉ
［［線に沿う断面図、第３図（Ｂ）は最終焼成後の酸素
センサの構造を示す断面図、第４図は従来の酸素センサ
を示す断面図である。 １・・・・・・焼結シート（イオン導電体〉、２・・・
・・・電極、３・・・・・・空間形成材、４・・・・・
・封止材、４Ａ・・・・・・気体拡散孔、５・・・・・
・揮散性糸状物、６・・・・・・空間部、Ｍ・・・・・
・酸素センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン導電体の各面に所定電圧が印加される電極
   を設け、この電極間に流れるイオン電流の電流値から、
   周囲の酸素濃度が測定される酸素センサにおいて、 前記イオン導電体の一方側の面に電極を全体的に覆う封
   止材を設け、この封止材に、同一軸線上にかつ略水平方
   向に向けて、少なくとも一対の気体拡散孔を設けたこと
   を特徴とする酸素センサ。
2. （２）イオン導電体の上面を区画し、この区画したイオ
   ン導電体の各箇所に白金ペーストを塗布した後、これを
   焼成して電極を形成する工程と、前記イオン導電体上に
   形成された電極上に、カーボン等の空間形成材を塗布し
   、更に、前記電極及び空間形成材を全体的に覆うように
   結晶化ガラス等の封止材を塗布する工程と、 前記電極上に塗布された空間形成材と封止材とを共に経
   由するように有機繊維を配置した後、これを焼成する工
   程とからなる酸素センサの製造方法。