JPH0368856A - 限界電流式酸素センサの製造方法 - Google Patents
限界電流式酸素センサの製造方法Info
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- JPH0368856A JPH0368856A JP1204432A JP20443289A JPH0368856A JP H0368856 A JPH0368856 A JP H0368856A JP 1204432 A JP1204432 A JP 1204432A JP 20443289 A JP20443289 A JP 20443289A JP H0368856 A JPH0368856 A JP H0368856A
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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
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明はセラミックスのボンピング作用を利用し、電圧
−電流特性のフラット域により酸素濃度を検出する限界
電流式酸素センサの製造方法に関する。
−電流特性のフラット域により酸素濃度を検出する限界
電流式酸素センサの製造方法に関する。
［従来の技術］
限界電流式酸素センサにおいては、所定の限界電流特性
を得るために、基板に設けられた気体拡散孔を通過した
気体がカソード電極の周囲に自然に通流するための内部
空間が封止部材と電極との間に必要である。
を得るために、基板に設けられた気体拡散孔を通過した
気体がカソード電極の周囲に自然に通流するための内部
空間が封止部材と電極との間に必要である。
第３図は従来の限界電流式酸素センサの製造方法を示す
断面図である。
断面図である。
先ず、その中央部に気体拡散孔１４が設けられた固体電
解質基板１１の上面及び下面の所定領域に、夫々例えば
多孔質白金からなるカソード電極１２及びアノード電極
１３を形成する。
解質基板１１の上面及び下面の所定領域に、夫々例えば
多孔質白金からなるカソード電極１２及びアノード電極
１３を形成する。
次に、この固体電解質基板１１の上面に、カソード電極
１２を覆うようにしてアルミナ（Ａ１２０．）等のセラ
ミックス粉で中間層１５を印刷形成する。
１２を覆うようにしてアルミナ（Ａ１２０．）等のセラ
ミックス粉で中間層１５を印刷形成する。
次いで、この中間層１５を囲むようにして封止ガラスを
印刷し、基板１１上に封止部１６を形成する。これによ
り、カソード電極１２の周囲は多孔質の中間層１５内に
存在する状態で空気（又はその他の気体）により覆われ
ることになる。
印刷し、基板１１上に封止部１６を形成する。これによ
り、カソード電極１２の周囲は多孔質の中間層１５内に
存在する状態で空気（又はその他の気体）により覆われ
ることになる。
上述した従来の限界電流式酸素センサの製造方法におい
ては、中間層１５を構成するセラミックス粒子間の結合
が全くないため、中間層１５の形成工程が煩雑である。
ては、中間層１５を構成するセラミックス粒子間の結合
が全くないため、中間層１５の形成工程が煩雑である。
また、封止部１６を形成するときに、封止ガラスが中間
層１５を通過してポーラスなカソード電極工２を被覆し
てしまい、カソード電極１２の電極効率を低下させてし
まうことがある。
層１５を通過してポーラスなカソード電極工２を被覆し
てしまい、カソード電極１２の電極効率を低下させてし
まうことがある。
上述の欠点を回避するためには、セラミックス粒子を相
互に結合させて固定化させる必要がある。
互に結合させて固定化させる必要がある。
このために、中間層１５の材質として、セラミックス粉
と結晶化ガラスとを混合したものが使用される場合もあ
る。例えば、従来、中間層１５の材質として、ジルコニ
ア粒子と結晶化ガラスとを混合したものが公知である。
と結晶化ガラスとを混合したものが使用される場合もあ
る。例えば、従来、中間層１５の材質として、ジルコニ
ア粒子と結晶化ガラスとを混合したものが公知である。
この場合、結晶化ガラスは、その膨張係数がジルコニア
粒子の膨張係数と近いものが選択される。
粒子の膨張係数と近いものが選択される。
このような材質により中間層１５を形成すると、酸素セ
ンサの製造は極めて容易になり、製品の再現性も良好に
なる。
ンサの製造は極めて容易になり、製品の再現性も良好に
なる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、ジルコニア粒子は白金電極とその膨張係
数が略々等しいため、従来方法により製造された酸素セ
ンサはカソード電極１２と中間層１５とが接合してしま
い、電極上方の空間が減少するという欠点がある。この
ようにカソード電極と中間層が接合すると、電極効率が
劣化する。また、カソード電極１２の上部の空間が減少
するため、限界電流式酸素センサのカソード電極ｉ２上
の気体の拡散抵抗が大きくなる。従って、酸素センサの
応答速度が遅くなる。
数が略々等しいため、従来方法により製造された酸素セ
ンサはカソード電極１２と中間層１５とが接合してしま
い、電極上方の空間が減少するという欠点がある。この
ようにカソード電極と中間層が接合すると、電極効率が
劣化する。また、カソード電極１２の上部の空間が減少
するため、限界電流式酸素センサのカソード電極ｉ２上
の気体の拡散抵抗が大きくなる。従って、酸素センサの
応答速度が遅くなる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
一方の電極上に気体のみの空間を形成することができ、
電極効率が高いと共に応答速度が速い限界電流式酸素セ
ンサを製造できる限界電流式酸素センサの製造方法を提
供することを目的とする。
一方の電極上に気体のみの空間を形成することができ、
電極効率が高いと共に応答速度が速い限界電流式酸素セ
ンサを製造できる限界電流式酸素センサの製造方法を提
供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明に係る限界電流式酸素センサの製造方法は、基板
上に電極を形成する工程と、この電極と膨張係数が異な
るセラミックス粉及び結晶化ガラスの混合物を前記電極
に被覆して中間層を形成する工程と、これらを焼成する
工程とを有することを特徴とする。
上に電極を形成する工程と、この電極と膨張係数が異な
るセラミックス粉及び結晶化ガラスの混合物を前記電極
に被覆して中間層を形成する工程と、これらを焼成する
工程とを有することを特徴とする。
［作用］
本発明においては、セラミックス粉と結晶化ガラスとの
混合物で電極を被覆して中間層を形成する。この場合、
前記セラミックス粉及び結晶化ガラスはその膨張係数が
前記電極の膨張係数と異なるものを使用する。このため
、この混合物を前記電極に被覆した後、焼成すると、電
極と中間層との間に両者の膨張係数の差に起因して空間
が形成される。その後、例えば、この中間層を封止部に
より被覆する。このようにして製造された限界電流式酸
素センサは、電極と接触する中間層を有しないため、電
極効率が高いと共に気体の拡散抵抗が小さく、応答速度
が極めて速い。
混合物で電極を被覆して中間層を形成する。この場合、
前記セラミックス粉及び結晶化ガラスはその膨張係数が
前記電極の膨張係数と異なるものを使用する。このため
、この混合物を前記電極に被覆した後、焼成すると、電
極と中間層との間に両者の膨張係数の差に起因して空間
が形成される。その後、例えば、この中間層を封止部に
より被覆する。このようにして製造された限界電流式酸
素センサは、電極と接触する中間層を有しないため、電
極効率が高いと共に気体の拡散抵抗が小さく、応答速度
が極めて速い。
［実施例コ
次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は本発明の実施例方法を示す断面図である。
先ず、中央部に気体拡散孔４が穿設された板状の固体電
解質基板１の上面及び下面に、夫々白金を主成分とする
ポーラスな状態のカソード電極２及びアノード電極３を
形成する。その後、このカソード電極２を被覆するよう
に中間層５を塗工するが、この中間層５は、カソード電
極２と膨張係数が異なるセラミックス及び結晶化ガラス
の混合物を使用して形成する。
解質基板１の上面及び下面に、夫々白金を主成分とする
ポーラスな状態のカソード電極２及びアノード電極３を
形成する。その後、このカソード電極２を被覆するよう
に中間層５を塗工するが、この中間層５は、カソード電
極２と膨張係数が異なるセラミックス及び結晶化ガラス
の混合物を使用して形成する。
次に、中間層５を所定の温度で焼成する。これにより、
カソード電極２と中間層５との間に、両者の熱膨張率の
差に起因して空間が形成される。
カソード電極２と中間層５との間に、両者の熱膨張率の
差に起因して空間が形成される。
次いで、この中間層５を被覆するようにして結晶化ガラ
スを塗工することにより、封止部６を形成する。これに
より、カソード電極２の周囲に空間を有する限界電流式
酸素センサが製造される。
スを塗工することにより、封止部６を形成する。これに
より、カソード電極２の周囲に空間を有する限界電流式
酸素センサが製造される。
このようにして製造された酸素センナを高温に加熱して
カソード電極２とアノード電極３との間に電圧を印加す
ると、酸素ボンピング作用により、中間層５とカソード
電極２との間の空間に存在する気体中に含有されている
酸素分子は、カソード電極２を通過して電子を得て酸素
イオンとなり、固体電解質基板１内に入る。この酸素イ
オンは固体電解質基板１中の酸素イオン空孔を介して固
体電解質基板１中をその厚さ方向に移動する。そして、
アノード電極３に到達して、再び酸素分子になり外部に
放散される。この酸素イオンの移動により、カソード電
極２とアノード電極３との間に電流が流れる。ところで
、酸素の移動により酸素センサの内部空間は負圧となり
、気体拡散孔４を介して外部から気体が流入する。この
場合、気体の流入量は気体拡散孔４により制限されるた
め、電極間に印加する電圧を増大させた場合に、電流値
が変化しないフラット域が生じ、所謂限界電流特性を示
す。この限界電流値は雰囲気中の酸素濃度に依存するた
め、予め電流値と酸素濃度との関係を求めておけば、電
流値を測定することにより雰囲気中の酸素濃度を知るこ
とができる。
カソード電極２とアノード電極３との間に電圧を印加す
ると、酸素ボンピング作用により、中間層５とカソード
電極２との間の空間に存在する気体中に含有されている
酸素分子は、カソード電極２を通過して電子を得て酸素
イオンとなり、固体電解質基板１内に入る。この酸素イ
オンは固体電解質基板１中の酸素イオン空孔を介して固
体電解質基板１中をその厚さ方向に移動する。そして、
アノード電極３に到達して、再び酸素分子になり外部に
放散される。この酸素イオンの移動により、カソード電
極２とアノード電極３との間に電流が流れる。ところで
、酸素の移動により酸素センサの内部空間は負圧となり
、気体拡散孔４を介して外部から気体が流入する。この
場合、気体の流入量は気体拡散孔４により制限されるた
め、電極間に印加する電圧を増大させた場合に、電流値
が変化しないフラット域が生じ、所謂限界電流特性を示
す。この限界電流値は雰囲気中の酸素濃度に依存するた
め、予め電流値と酸素濃度との関係を求めておけば、電
流値を測定することにより雰囲気中の酸素濃度を知るこ
とができる。
次に、本実施例方法により、実際に限界電流式酸素セン
サを製造した結果について説明する。
サを製造した結果について説明する。
先ず、固体電解質基板１の両面に、白金によりカソード
電極２及びアノード電極３を形成した。
電極２及びアノード電極３を形成した。
次に、このカソード電極２上を含む所定領域に中間層５
を形成した。この中間層５は、セラミックスとしてアル
ミナを使用し、結晶化ガラスとしてＡＰ５７１０ （
商品名；旭硝子（１１製）を使用して、セラミックスと
結晶化ガラスとを重量比で５：１に混合したものを塗工
することにより形成したものである。その後、これを９
００″Ｃの温度で３０分間焼成した。次いで、中間層５
を被覆するように、結晶化ガラスを塗工して封止部６を
形成した。この結晶化ガラスにはに−４００［ｉＡ （
商品名；岩城硝子αカ製）を使用した。
を形成した。この中間層５は、セラミックスとしてアル
ミナを使用し、結晶化ガラスとしてＡＰ５７１０ （
商品名；旭硝子（１１製）を使用して、セラミックスと
結晶化ガラスとを重量比で５：１に混合したものを塗工
することにより形成したものである。その後、これを９
００″Ｃの温度で３０分間焼成した。次いで、中間層５
を被覆するように、結晶化ガラスを塗工して封止部６を
形成した。この結晶化ガラスにはに−４００［ｉＡ （
商品名；岩城硝子αカ製）を使用した。
なお、白金電極の膨張係数は８０ＸＩＯ−’／”Ｃ，ア
ルミナの膨張係数は７０Ｘ１０−７／”Ｃ，結晶化ガラ
スＡＰ５７１０の膨張係数は７０ Ｘｌ０−７／”Ｃで
ある。また、封止部６のに一４００ＧＡの膨張係数は７
３ Ｘｌ０−７／”Ｃ（但し、３０乃至３００℃の場合
）である。
ルミナの膨張係数は７０Ｘ１０−７／”Ｃ，結晶化ガラ
スＡＰ５７１０の膨張係数は７０ Ｘｌ０−７／”Ｃで
ある。また、封止部６のに一４００ＧＡの膨張係数は７
３ Ｘｌ０−７／”Ｃ（但し、３０乃至３００℃の場合
）である。
第２図は、横軸に電圧をとり、縦軸に電流値をとって、
上述の方法により製造した限界電流式酸素センサの限界
電流特性を示すグラフ図である。
上述の方法により製造した限界電流式酸素センサの限界
電流特性を示すグラフ図である。
この第２図から明らかなように、本実施例方法により製
造された限界電流式酸素センナは優れた限界電流特性を
得ることができた。また、この限界電流式酸素センサを
分解したところ、カソード電極上に微小空間が形成され
ていた。
造された限界電流式酸素センナは優れた限界電流特性を
得ることができた。また、この限界電流式酸素センサを
分解したところ、カソード電極上に微小空間が形成され
ていた。
次に、セラミックスとしてステアタイトを使用し、結晶
化ガラスとしてＡＰ５７００ （商品名；旭硝子ｔ）
ａ製）を使用して、両者を重量比で５＝１に混合したも
のにより中間層を形成し、その他は上述の方法と同様に
して限界電流式酸素センサを製造した。なお、ステアタ
イトの膨張係数は８０×１０−’／’Ｃ（但し、３０乃
至３００℃の場合）、結晶化ガラスＡＰ５７００の膨張
係数はＧＧ Ｘｌ０−７／”Ｃ（但し、３０乃至３００
℃の場合）である。
化ガラスとしてＡＰ５７００ （商品名；旭硝子ｔ）
ａ製）を使用して、両者を重量比で５＝１に混合したも
のにより中間層を形成し、その他は上述の方法と同様に
して限界電流式酸素センサを製造した。なお、ステアタ
イトの膨張係数は８０×１０−’／’Ｃ（但し、３０乃
至３００℃の場合）、結晶化ガラスＡＰ５７００の膨張
係数はＧＧ Ｘｌ０−７／”Ｃ（但し、３０乃至３００
℃の場合）である。
この限界電流式酸素センサも、優れた限界電流特性を得
ることができた。また、この限界電流式酸素センサを分
解したところ、カソード電極と中間層との間に微小な空
間が形成されていた。
ることができた。また、この限界電流式酸素センサを分
解したところ、カソード電極と中間層との間に微小な空
間が形成されていた。
［発明の効果コ
以上説明したように本発明によれば、一方の電極をこの
電極と膨張係数が異なるセラミックス粉及び結晶化ガラ
スの混合物で被覆し、その後焼成するから、膨張係数の
差に起因して、電極上に微小な空間が良好な再現性で確
実に形成される。このため、本発明により製造された限
界電流式酸素センサは電極効率が高く、良好な限界電流
特性を得ることができる。また、本発明方法は極めて簡
便であり、大量生産にも好適である。
電極と膨張係数が異なるセラミックス粉及び結晶化ガラ
スの混合物で被覆し、その後焼成するから、膨張係数の
差に起因して、電極上に微小な空間が良好な再現性で確
実に形成される。このため、本発明により製造された限
界電流式酸素センサは電極効率が高く、良好な限界電流
特性を得ることができる。また、本発明方法は極めて簡
便であり、大量生産にも好適である。
第１図は本発明の実施例方法を示す断面図、第２図は本
発明の実施例方法により製造した限界電流式酸素センサ
の限界電流特性を示すグラフ図、第３図は従来の限界電
流式酸素センサの製造方法を示す断面図である。 １．１１；固体電解質基板、２．１２；カソード電極、
３，１３；アノード電極、４，１４；気体拡散孔、５，
１５；中間層、６．１６；封止部第 １ 図 第 図 ４御 弔 図
発明の実施例方法により製造した限界電流式酸素センサ
の限界電流特性を示すグラフ図、第３図は従来の限界電
流式酸素センサの製造方法を示す断面図である。 １．１１；固体電解質基板、２．１２；カソード電極、
３，１３；アノード電極、４，１４；気体拡散孔、５，
１５；中間層、６．１６；封止部第 １ 図 第 図 ４御 弔 図
Claims (2)
- （１）基板上に電極を形成する工程と、この電極と膨張
係数が異なるセラミックス粉及び結晶化ガラスの混合物
を前記電極に被覆して中間層を形成する工程と、これら
を焼成する工程とを有することを特徴とする限界電流式
酸素センサの製造方法。 - （２）前記電極は白金を主成分とする材料により形成す
ることを特徴とする請求項１に記載の限界電流式酸素セ
ンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204432A JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204432A JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0368856A true JPH0368856A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2866396B2 JP2866396B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=16490442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204432A Expired - Fee Related JP2866396B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866396B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1204432A patent/JP2866396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2866396B2 (ja) | 1999-03-08 |
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