JPH04120454A - 酸素センサのセンサエレメント - 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） 本発明は、各種雰囲気中の酸素濃度の測定に使用される
酸素センサのセンサエレメントに関する。

（従来の技術） 酸素センサのセンサエレメントの基本的構成は、第２図
に示すように、ガス拡散孔１ａを穿設すると共に、表裏
対向面に環状のカソード電極２ａとアノード電極２ｂを
形成した（例えば、白金のスクリーン印刷による）イオ
ン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジルコニア）の素
子１の力Ｖ　−ド電極２側に、加熱用ヒータ３（例えば
、Ｃ字状）を形成したキャップ４（例えば、ガラスより
なる）がガス拡散室５を介在して封着されている。

そして、カソード、アノードの各電極２ａ、２ｂ間及び
加熱用ヒータ３に電圧を印加することにより、所定の加
熱温度下におけるガス拡散孔１ａ−ガス拡散室５−　カ
ソード電極２ａ　−素子１−　アノード電極２ｂの雰囲
気ガスの移ｒに伴う酸素ポンピング作用による酸素イオ
ンをキャリアとする電流かカソード、アノードの各電植
２ａ、２ｂ間に流れる（矢印は酸素分子の移行を示す）
。

この電流は電圧のある領域でフラットとなり（限界電流
という）、この限界電流値と酸素濃度とが１対１の関係
にあることから、濃度が測定されるものである。

上記の酸素濃度測定態様から、センサエレメントにはガ
ス拡散孔１ａ及びガス拡散室５が不可欠な構成であるが
、その形成には従来法のような手段がとられていた。

（ａ）　　ガス拡散孔１ａは、静水圧加工やニードルプ
レス加工によって形成していた。

（ｂ）　　ガス拡散室５は、カソード電極２ａ及び該電
極２ａ側のベレット１とキャップ４の内面との間に充填
したセラミック粉等によって形成していた。

（発明が解決しようとする課題） （ａ）　　従来のガス拡散孔１ａの形成にあっては、そ
の形成位置に誤差かあると、カソード電極２　ｇへの酸
素分子の拡散にタイムラグが起り、限界電流値のバラツ
キ発生の要因となるので、高度な加工精度が要求され、
量産化の妨げとなっている。

また、１個の拡散孔であるので、詰りか発生した場合に
は直ちにセンサエレメントとしての機能を失ってしまう
。

（ｂ）　　従来のガス拡散室５の形成にあっては、セラ
ミック粒子相互間の隙間がガス拡散室として機能するの
で、カソード電極２ａ上に十分な空間が得られず、酸素
ポンピング作用に支障を来たし、限界電流値が安定しな
い。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、ガス拡散
孔とガス拡散室が同時に形成され、限界電流値の安定し
た酸素センサのセンサエレメント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） 本発明は、上記の目的を達成するために、表裏対向面に
カソード電極とアノード電極を形成したイオン伝導性固
体電解質からなる素子のカソード電極外周に、ガス拡散
室と方向性のある複数のガス拡散孔が形成された焼成ポ
ーラス体を備え、素子のアノード電極側に、複数の封止
材を介して固着した加熱用ヒータを有するセラミック板
を備えた構成としている。

そして、上記焼成ポーラス体は、カーボン、グラファイ
ト、ボリアセン、ポリアセチレン又はそれらの誘導体で
ある空孔形成助剤、結晶化ガラス及びセラミック粉のブ
レンドペーストの焼成体である。

（作　用） 焼成ポーラス体には、結晶化ガラスの結晶化温度の焼成
に伴う空孔形成助剤のガス化により、十分な空間のガス
拡散室と方向性のある複数のガス拡散孔が形成されてい
るので、酸素ポンピング作用が安定し、限界電流値の安
定したセンサエレメントとして機能する。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、１０はイオン伝導性固体電解質（例え
ば、安定化ジルコニア）の素子にして、その表裏対向面
には円盤状のカソード電極１１ａとアノード電極ｆｌｂ
が形成されている（例えば、白金のスクリーン印刷）。

１２はカソード電極１１ａ上に、ガス拡散室１８と方向
性のある複数のガス拡散孔１４とが形成されている焼成
ポーラス体である。

Ｉ５はアノード電極１１ｂ側の素子１に複数の封止材１
Ｂ（例えば、ガラス）を介して固着されたセラミック板
にして、該セラミック板１５の一面には加熱用ヒータ１
７が形成されている（例えば、Ｃ字状抵抗体のスクリー
ン印刷）。なお、加熱用ヒータ゛１７の形成は、アノー
ド電極１１ｂへの対向面あるいはその反対の外側面の何
れでもよい 而して、上記のガス拡散室１３と方向性のある複数のガ
ス拡散孔■４とを有する焼成ポーラス体１２の一実施態
様を示すと、 （ａ）　　カソード電極１１ａの外周に空孔形成助剤（
例えば、カーボン、グラファイト、ポリアセン、ポリア
セチレン又はそれらの誘導体）を塗布する。

（ｂ）　　次いで、空孔形成助剤の上に、結晶化ガラス
にセラミック粉をブレンド（例えば、重量比で２：１の
割合）したペーストを塗布する。

（ｃ）　　次いで、結晶化ガラスの結晶化温度（空孔形
成助剤の分解温度以上）で焼成する（約１０００℃で約
３０分）。

（ｄ）　　焼成時において、空孔形成助剤のガス化によ
り、カソード電極１１ａの外周に一定空間のガス拡散室
１３が形成されると共に、そのガス化に伴う高圧ガスが
結晶化に至る結晶化ガラスとセラミック粉間を通って大
気中に放出されることにより、。

方向性のある複数のガス拡散孔１４が形成される。

そして、結晶化ガラスとセラミック粉のブレンド比の調
整によってガス拡散孔１１ａの総面積を変え或いはブレ
ンドしたペーストの塗布時の膜厚の調整によって焼成ポ
ーラス体１２の厚さを変えることにより、任意の限界電
流値を設定することができる。

（発明の効果） 本発明は、カソード電極の外周に、−電空間のガス拡散
室と方向性のある複数のカス拡散孔が形成された焼成ポ
ーラス体を備えているので、（ａ）　　限界電流値が安
定した信頼性のあるセンサエレメントを提供することが
できる。

（ｂ）　　キャップに１個のガス拡散孔を穿設する従来
のような高い加工精度が要求されず、量産化が可能で、
コストも低減する。

（Ｃ）　　ガス拡散孔の一部が詰ることがあっても、直
ちにセンサエレメントの機能を失うことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、 第２図はセンサエレメントの基本的構成の縦断面図であ
る。 ｌＯ・・・素子、ｌｌａ・・・カソード電極、ｌｌｂ川
アファツト電極２・・・焼成ポーラス体、Ｉ３・・・ガ
ス拡散室、１４・・・ガス拡散孔、１５・・・セラミッ
ク板、１Ｂ・・・封止材、Ｉ７・・・加熱用ヒータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表裏対向面にカソード電極とアノード電極を形成
   したイオン伝導性固体電解質からなる素子のカソード電
   極外周に、ガス拡散室と方向性のある複数のガス拡散孔
   が形成された焼成ポーラス体を備え、素子のアノード電
   極側に、複数の封止材を介して固着した加熱用ヒータを
   有するセラミック板を備えていることを特徴とする酸素
   センサのセンサエレメント。
2. （２）焼成ポーラス体は、空孔形成助剤、結晶化ガラス
   及びセラミック粉のブレンドペーストの焼成体である請
   求項１記載の酸素センサのセンサエレメント。
3. （３）空孔形成助剤は、カーボン、グラファイト、ポリ
   アセン、ポリアセチレン又はそれらの誘導体である請求
   項２記載の酸素サンセのセンサエレメント。