JPH04109159A - Oxygen sensor - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は限界電流式の酸素センサに関する技術である
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial Application Field" The present invention is a technology related to a limiting current type oxygen sensor.
「従来の技術」
近年、第３図に示すような、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。"Prior Art" In recent years, a limiting current type oxygen sensor using a solid electrolyte made of stabilized zirconia, as shown in FIG. 3, has been put into practical use.
第３図に示す酸素センサは、安定化ジルコニア（例えば
、ｚｒｏｓ ８ＹｔＯｓ）等のイオン導電性を有する
固体電解質により形成されたイオン導電体１と、このイ
オン導電体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な白金電極２Ａ（カソード）・２
Ｂ（アノード）と、気体拡散孔３Ａが上下に形成され、
その上面にセンサ加熱用ヒータ４が配置されたセラミッ
クキャップ３と、このセラミックキャップ３を、イオン
導電体１と電極２Ａ・２Ｂとからなるセンサ素子５に対
して固定させるための低温焼結タイプのガラス封止材６
とを有するものであって、前記ガラス封止材６は、前記
セラミックキャップ３とセンサ素子５との間の空間部３
Ｂを気密状態に保持するように環状に形成されている。The oxygen sensor shown in FIG. 3 includes an ionic conductor 1 formed of a solid electrolyte having ionic conductivity such as stabilized zirconia (for example, ZROS 8YtOs), and an ionic conductor 1 provided on both sides of the ionic conductor 1, A porous platinum electrode 2A (cathode) to which a sensor monitoring voltage of 2 is applied
B (anode) and gas diffusion holes 3A are formed above and below,
A ceramic cap 3 has a sensor heater 4 arranged on its upper surface, and a low-temperature sintered type ceramic cap 3 for fixing the ceramic cap 3 to a sensor element 5 consisting of an ion conductor 1 and electrodes 2A and 2B. Glass sealing material 6
The glass sealing material 6 has a space 3 between the ceramic cap 3 and the sensor element 5.
It is formed into an annular shape so as to keep B in an airtight state.
そして、このように構成された酸素センサては、センサ
加熱用ヒータ４で発生した熱がイオン導電体１に伝達さ
れた状態の下で、該イオン導電体１内において、酸素ポ
ンピング作用により、気体拡散孔３Ａから取り込まれた
酸素がイオンとなって流れ、このイオン電流の電流値か
ら周囲の酸素濃度が測定されるようになっている。In the oxygen sensor configured as described above, when the heat generated by the heater 4 for heating the sensor is transferred to the ion conductor 1, gas is generated in the ion conductor 1 by the oxygen pumping action. Oxygen taken in from the diffusion hole 3A flows as ions, and the surrounding oxygen concentration is measured from the current value of this ion current.
「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、限
界電流を発生させるためにセラミックキャップ３とセン
サ素子５との間の空間部３Ｂを気密状態に保持する必要
があり、これによってセラミックキャップ３とセンサ素
子５とを接合するガラス封止材６をその厚さが均一とな
るように塗布する必要がある。"Problem to be Solved by the Invention" By the way, in the oxygen sensor configured as described above, it is necessary to maintain the space 3B between the ceramic cap 3 and the sensor element 5 in an airtight state in order to generate a limiting current. Therefore, it is necessary to apply the glass sealing material 6 that joins the ceramic cap 3 and the sensor element 5 so that its thickness is uniform.
しかしながら、このような作業は人手により行われてか
つ熟練を要するものであるので、その作業効率が悪く、
また、厚さ均一に塗布したガラス封止材６か、焼成時に
おいて、セラミック牛セ。However, such work is performed manually and requires skill, so the work efficiency is low.
In addition, the glass sealing material 6 applied to a uniform thickness may be used to seal the ceramic material during firing.
ブ３（の自重）により押圧されてその厚さにむらか発生
する場合かあり、空間部３Ｂを気密状態に保持するとい
う点において信頼性の低下を招いていた。In some cases, the thickness becomes uneven due to being pressed by (its own weight) the tube 3, resulting in a decrease in reliability in maintaining the space 3B in an airtight state.
この発明は、−上記の事情に鑑みてなされたものであっ
て、センサ加熱用と−タか搭載されるヒータ基板を、セ
ラミ、クキャンプが配置される側とは反対側のイオン導
電体に設け、かつこのヒータ基板を、不連続な接合材に
よりイオン導電体に接合し、これによって製作時におけ
る種々のトラブルを解消することが可能な酸素センサの
提供を目的とする。This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and the heater substrate mounted on the heater for sensor heating is mounted on the ionic conductor on the opposite side to the side where the ceramic and cupcamp are arranged. An object of the present invention is to provide an oxygen sensor in which a heater substrate is provided and the heater substrate is bonded to an ion conductor using a discontinuous bonding material, thereby eliminating various troubles during manufacturing.
「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、本発明では、気体拡散孔
を有するイオン導電体の各面に所定の電圧が印加される
電極を積層し、前記気体拡散孔を通じて取り込んだ試料
ガス中の酸素が、酸素ポンピング作用によりイオン導電
体中をイオンとなって流れ、この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
記イオン導電体に積層されたカソード上に、該カソード
との間に一定の空間を形成させる空間形成材と、空間形
成材内の空間を気密状態に保持する封止用ガラスとを積
層状態に設け、前記イオン導電体に積層されたアノード
上に、互いに間隔をおいて配置された複数の接合材を介
して、センサ加熱用ヒータが搭載されたヒータ基板を設
けるようにしている。"Means for Solving the Problems" In order to achieve the above object, in the present invention, electrodes to which a predetermined voltage is applied are laminated on each surface of an ionic conductor having gas diffusion holes, and the gas diffusion holes Oxygen in the sample gas taken in through the ion conductor flows in the form of ions through the ion conductor due to the oxygen pumping action, and in the oxygen sensor, the ambient oxygen concentration is measured from the current value of this ion current. A space-forming material that forms a certain space between the cathode and a sealing glass that keeps the space inside the space-forming material in an airtight state are provided in a laminated state on the ionic conductor. A heater substrate on which a heater for heating the sensor is mounted is provided on the anode stacked on the anode via a plurality of bonding materials arranged at intervals.
「作用」
本発明によれば、空間部が形成される側とは反対側に位
置するイオン導電体のアノード電極上に、センサ加熱用
ヒータが搭載されたヒータ基板を、互いに間隔をおいて
配置された複数の接合材により設けるようにしたので、
従来のように、空間部の気密性が問題となるほど接合材
（従来はガラス封止材）を厳密に設ける必要がない。ま
た、この接合材は、イオン導電体とヒータ基板との間に
、互いに間隔をおいて間欠的に配置されていることから
、この接合材に、空間形成材及び封止用ガラスか設けら
れたイオン導電体、あるいはヒータ基板の重さか集中し
て加わる。"Operation" According to the present invention, the heater substrate on which the heater for heating the sensor is mounted is arranged at a distance from each other on the anode electrode of the ion conductor located on the opposite side to the side where the space is formed. Since it is provided with multiple bonding materials,
Unlike in the past, it is not necessary to provide the bonding material (conventionally, a glass sealing material) so strictly that the airtightness of the space becomes a problem. In addition, since this bonding material is disposed intermittently between the ion conductor and the heater substrate, space forming material and sealing glass may be provided on this bonding material. The weight of the ion conductor or heater board is concentrated.
「実施例」
本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して説明す
る。"Embodiment" An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
なお、本実施例に示す酸素センサが、「従来の技術」の
第３図に示す酸素センサと構成を共通とする箇所に同一
符号を付し説明を簡略化する。Note that parts of the oxygen sensor shown in this embodiment that have the same configuration as the oxygen sensor shown in FIG. 3 of "Prior Art" are given the same reference numerals to simplify the explanation.
符号７・８てそれぞれ示すものは、センサ素子５の一方
側に位置する白金電極２人上に順次設けられた空間形成
材、封止用ガラスである。Reference numerals 7 and 8 respectively indicate a space forming material and a sealing glass that are sequentially provided above the two platinum electrodes located on one side of the sensor element 5.
前記空間形成材７は、カソードとしての白金電極２Ａと
の間に一定の空間部７Ａを形成させる多孔質体であり、
また、前記封止用がラス８は、空間形成材７を全体的に
覆い、該空間形成材７の内側に位置する空間部７Ａを気
密状態に保持させるものである。The space forming material 7 is a porous body that forms a certain space 7A between it and the platinum electrode 2A as a cathode,
Further, the sealing lath 8 covers the space forming material 7 entirely and maintains the space 7A located inside the space forming material 7 in an airtight state.
なお、前記空間部７Ａは、（−）まず白金電極２人上に
カーボンその他の有機物を塗布し、（ニ）更にその上に
、空間形成材７の原材料である、アルミナに少量の結晶
化カラスを添加したものを塗布し、（三）前記カーホン
その他の有機物を一定温度以上で加熱してガス化させる
ことにより得られるものである（このときのカスは、加
熱することにより多孔質体に形成された空間形成材７内
を通じて外部に放出される）。そして、このように空間
形成材７の内側に空間部７Ａか形成されたならば、更に
、該空間形成材７の上面に封止用ガラス８を塗布させる
ようにしている。The space 7A is created by (-) first applying carbon or other organic matter on two platinum electrodes, and (d) further applying a small amount of crystallized glass to alumina, which is the raw material for the space-forming material 7. and (3) heat the carphone and other organic substances above a certain temperature to gasify them (the residue at this time is formed into a porous material by heating (emitted to the outside through the space-forming material 7). Once the space 7A is formed inside the space forming material 7 in this manner, a sealing glass 8 is further applied to the upper surface of the space forming material 7.
また、センサ素子５の他方側に位置する白金電極２Ｂ上
には、ガラス接合材１０を介して、センサ加熱用ヒータ
１１が搭載されたヒータ基板１２が設けられいる。Further, on the platinum electrode 2B located on the other side of the sensor element 5, a heater substrate 12 on which a heater 11 for heating the sensor is mounted is provided via a glass bonding material 10.
前記ヒータ基板１２は、例えばフォルステライト、ステ
アタイト、アルミナなとのセラミックにより形成される
ものである。The heater substrate 12 is made of ceramic such as forsterite, steatite, or alumina.
また、前記ガラス接合材１０は、Ｂａｄ、ＳｉＯ２、Ｂ
、０１、Ａ ＋ ！ ０３などを成分とする、アルカリ
成分を含有していない非晶質ガラスにより形成され（例
えば、イッキガラスに一４００６Ａなどが使用される）
、スクリーン印刷法によりセンサ素子５上にグレージン
グされる。そして、このように、アルカリ性を呈する成
分（Ｎａ、に、Ｌｉ）か含有されていないことにより、
電気的に安定な状態となり、電極２人・２Ｂによるイオ
ン電流の測定に誤差が発生することを防止できる効果か
得られる。Further, the glass bonding material 10 includes Bad, SiO2, B
,01,A+! It is made of amorphous glass that does not contain alkaline components, such as 03 (for example, 14006A is used for Ikki glass).
, is glazed onto the sensor element 5 by a screen printing method. In this way, since it does not contain alkaline components (Na, Li, etc.),
An electrically stable state is achieved, and an effect can be obtained in which errors can be prevented from occurring in the measurement of the ion current by the two electrodes 2B.
なお、前記成分のガラス接合材１０に代えてアルカリ性
を呈する熱ガラスを使用しても良く、また、セラミック
ス接着剤でもその目的を達成することができる。Note that, instead of the glass bonding material 10 having the above-mentioned components, thermal glass exhibiting alkalinity may be used, and a ceramic adhesive may also be used to achieve the purpose.
また、センサ素子５とヒータ基板１２とを接合するガラ
ス接合材１０は、第２図（Ａ）で示すように平面形状が
円形であるセンサ素子５あるいはヒータ基板１２の周縁
に沿って不連続に設けられている。つまり、前記ガラス
接合材１０は同心円を描（ように、互いに間隔をおいて
不連続に設けられている。Further, the glass bonding material 10 for bonding the sensor element 5 and the heater substrate 12 is discontinuously disposed along the periphery of the sensor element 5 or the heater substrate 12, which has a circular planar shape, as shown in FIG. 2(A). It is provided. In other words, the glass bonding materials 10 are arranged discontinuously at intervals so as to form concentric circles.
なお、本実施例では、多数のガラス接合材１０を同心円
を描くように不連続に、間欠配置するようにしたが、配
置のパターンは特に限定されない。In this embodiment, a large number of glass bonding materials 10 are arranged discontinuously and intermittently so as to draw concentric circles, but the arrangement pattern is not particularly limited.
つまり、第２図（Ｂ）に示すように３つのカラス接合材
１０を（正）三角型を描くように配置しても良く、４つ
のガラス接合材１０を正方形を描くように配置しても良
い。また、第２図（Ｃ）で示すように、長尺に形成され
た２本のガラス接合材１０を対称となる位置関係（ヒー
タ基板１２の半径方向に沿う仮想線に対して線対称な位
置関係、あるいはヒータ基板１２の中心に対して点対称
な位置関係）に配置しても良い。That is, as shown in FIG. 2(B), three glass bonding materials 10 may be arranged to form a (regular) triangle, or four glass bonding materials 10 may be arranged to form a square. good. In addition, as shown in FIG. 2(C), the two elongated glass bonding materials 10 are placed in a symmetrical position (a line symmetrical position with respect to an imaginary line along the radial direction of the heater substrate 12). (or a point-symmetrical positional relationship with respect to the center of the heater substrate 12).
以上のように構成された酸素センサによれば、空間部７
Ａとは反対側に位置するセンサ素子５の電極２Ｂ上に、
センサ加熱用ヒータ１１が搭載されたヒータ基板１２を
、互いに間隔をおいて配置された複数のガラス接合材１
０により接合するようにしたので、従来のように、空間
部７Ａ（３Ｂ）の気密性が問題となるほどガラス接合材
１０を厳密に設ける必要がなく、これによって作業能率
の向上を図ることができる。According to the oxygen sensor configured as above, the space 7
On the electrode 2B of the sensor element 5 located on the opposite side from A,
A heater substrate 12 on which a sensor heating heater 11 is mounted is connected to a plurality of glass bonding materials 1 arranged at intervals from each other.
0, it is not necessary to provide the glass bonding material 10 so strictly that the airtightness of the space 7A (3B) becomes a problem, unlike in the past, and thereby work efficiency can be improved. .
一方、センサ素子５とヒータ基板１２との間に、互いに
間隔をおいて間欠的にガラス接合材１０が設けられてい
ることから、このガラス接合材１０に、センサ素子５あ
るいはヒータ基板１２の自重が集中し、これによってガ
ラス接合材１０によりセンサ素子５とヒータ基板１２と
を密に固定させることかできる効果が得られる。On the other hand, since the glass bonding material 10 is provided intermittently between the sensor element 5 and the heater substrate 12 at intervals, the own weight of the sensor element 5 or the heater substrate 12 is applied to the glass bonding material 10. are concentrated, thereby achieving the effect that the sensor element 5 and the heater substrate 12 can be closely fixed by the glass bonding material 10.
また、前記ガラス接合材１０はアルカリ成分を含有して
いない材料により構成したので、該ガラス接合材１０を
電気的に安定な状態とすることができ、これにより電極
２人・２Ｂによるイオン電流の測定に誤差が発生するこ
とを防止し、測定の信頼性を向上させることができる効
果が得られる。Furthermore, since the glass bonding material 10 is made of a material that does not contain an alkali component, the glass bonding material 10 can be kept in an electrically stable state, thereby reducing the ionic current caused by the two electrodes 2B. This has the effect of preventing errors from occurring in measurements and improving the reliability of measurements.
なお、本実施例では、ガラス接合材１０を非晶質ガラス
により形成したが、これに限定されず結晶化ガラス（旭
ガラスＡＰ５７５０）により形成しても良い。Although the glass bonding material 10 is made of amorphous glass in this embodiment, it is not limited to this and may be made of crystallized glass (Asahi Glass AP5750).
「発明の効果」
以上詳細に説明したように、この発明によれば、空間部
が形成される側とは反対側に位置するイオン導電体のア
ノード電極上に、センサ加熱用ヒータが搭載されたヒー
タ基板を、互いに間隔をおいて配置された複数の接合材
により設けるようにしたのて、従来のように、空間部の
気密性か問題となるほど接合材（従来はカラス封止材）
を厳密に設ける必要がなく、これによって作業能率の向
上を図ることかできる。また、この接合材は、イオン導
電体とヒータ基板との間に、互いに間隔をおいて間欠的
に配置されていることから、この接合材に、空間形成材
及び封止用ガラスか設けられたイオン導電体、あるいは
ヒータ基板の重さか集中して加わり、これによって該接
合材によりイオン導電体とヒータ基板とを密に固定させ
ることができる効果が得られる。"Effects of the Invention" As explained in detail above, according to the present invention, a heater for heating the sensor is mounted on the anode electrode of the ionic conductor located on the opposite side to the side where the space is formed. Since the heater board is provided with a plurality of bonding materials arranged at intervals from each other, the bonding material (conventionally, glass sealing material) is used to the extent that the airtightness of the space becomes a problem, as in the past.
It is not necessary to strictly provide the same, and thereby work efficiency can be improved. In addition, since this bonding material is disposed intermittently between the ion conductor and the heater substrate, space forming material and sealing glass may be provided on this bonding material. The weight of the ion conductor or the heater substrate is concentratedly added to the bonding material, thereby achieving the effect that the ion conductor and the heater substrate can be tightly fixed by the bonding material.
第１図及び第２図（Ａ）〜第２図（Ｃ）は本発明の一実
施例を示す図であって、第１図は全体概略構成を示す縦
断面図、第２図（Ａ）〜第２図（Ｃ）は第１図の■−■
線に沿う、ガラス接合材の各種配置パターンを示す断面
図、第３図は従来の酸素センサを示す概略構成図である
。
１・・・ イオン導電体、ＬＡ・・・・気体拡散孔、２
Ａ・・・・電極（カソード）、２Ｂ・・・電極（アノー
ド）、５ センサ素子、７− 空間形成材、７Ａ・空
間部、８ ・・封止用ガラス、１０・ ・ガラス接合材
（接合材）、１１−セッサ加熱用ヒータ、１２・・・ヒ
ータ基板。1 and 2(A) to 2(C) are diagrams showing one embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a vertical sectional view showing the overall schematic configuration, and FIG. 2(A) ~Figure 2 (C) is ■-■ in Figure 1
FIG. 3 is a cross-sectional view showing various arrangement patterns of the glass bonding material along the line, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a conventional oxygen sensor. 1... Ion conductor, LA... gas diffusion hole, 2
A: Electrode (cathode), 2B: Electrode (anode), 5 Sensor element, 7- Space forming material, 7A: Space portion, 8: Sealing glass, 10: Glass bonding material (bonding material), 11-heater for heating the sensor, 12... heater board.
Claims (1)
印加される電極を積層し、前記気体拡散孔を通じて取り
込んだ試料ガス中の酸素が、酸素ポンピング作用により
イオン導電体中をイオンとなって流れ、このイオン電流
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、前記イオン導電体に積層されたカソード上に、
該カソードとの間に一定の空間を形成させる空間形成材
と、空間形成材内の空間を気密状態に保持する封止用ガ
ラスとを積層状態に設け、 前記イオン導電体に積層されたアノード上に、互いに間
隔をおいて配置された複数の接合材を介して、センサ加
熱用ヒータが搭載されたヒータ基板を設けたことを特徴
とする酸素センサ。[Claims] Electrodes to which a predetermined voltage is applied are laminated on each surface of an ion conductor having gas diffusion holes, and oxygen in the sample gas taken in through the gas diffusion holes becomes ion conductive due to the oxygen pumping action. In an oxygen sensor that flows as ions through the body and measures the ambient oxygen concentration from the current value of this ionic current, on a cathode laminated on the ionic conductor,
A space forming material that forms a certain space between the cathode and a sealing glass that maintains the space in the space forming material in an airtight state are provided in a laminated state, and a space forming material that forms a certain space between the cathode and the anode that is laminated on the ionic conductor is provided in a laminated state. An oxygen sensor characterized in that a heater substrate on which a heater for heating the sensor is mounted is provided via a plurality of bonding materials arranged at intervals from each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2226986A JPH04109159A (en) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2226986A JPH04109159A (en) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | Oxygen sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04109159A true JPH04109159A (en) | 1992-04-10 |
Family
ID=16853718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2226986A Pending JPH04109159A (en) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | Oxygen sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04109159A (en) |
-
1990
- 1990-08-29 JP JP2226986A patent/JPH04109159A/en active Pending
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