JPH0412421B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、固体電解質板と多孔質電極とを使用
した固体電解質型酸素センサのセンサ素子とその
製造方法に係り、特に、センサ素子を加熱するヒ
ータの電力低減を志向した固体電解質型酸素セン
サのセンサ素子とその製造方法に関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a sensor element of a solid electrolyte type oxygen sensor using a solid electrolyte plate and a porous electrode, and a method for manufacturing the sensor element, and in particular to a method for manufacturing the sensor element. The present invention relates to a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor aimed at reducing power consumption of a heater, and a manufacturing method thereof.
固体電解質型酸素センサは、たとえば、自動車
の燃費を低減することを目的として、エンジンの
排気ガス中の酸素濃度をこの固体電解質型酸素セ
ンサで測定し、その測定値に基づいてエンジンの
燃焼制御を行なうために使用されている。
For example, solid electrolyte oxygen sensors measure the oxygen concentration in engine exhaust gas and control engine combustion based on the measured value, with the aim of reducing the fuel consumption of automobiles. is used to do.
第１図は、従来の固体電解質型酸素センサを示
す断面図、第２図は、第１図における矢視から
見たセンサ素子の平面部分図、第３図は、第２図
における−断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional solid electrolyte oxygen sensor, FIG. 2 is a partial plan view of the sensor element seen from the arrow direction in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken in FIG. It is.
各図において同一番号を付したものは同一部分
である。１は、下端部に多孔質電極が形成されて
いる、固体電解質型酸素センサのセンサ素子（詳
細後述）、２は、このセンサ素子１の下端部の周
囲に巻回して配設された、ニクロム線、白金線な
どを巻いたヒータ、２ａ，２ｂは、このヒータ２
へ電力を供給する電線、１３は、固体電解質型酸
素センサの素子ホルダ、１４は、この素子ホルダ
１３に取付けられ、前記センサ素子１を保持する
固定治具である。前記センサ素子１は、第２，３
図に示すように、積層した第１および第２の固体
電解質板３，４（たとえば、Y2O3で安定化した
ZrO2）の合わせ面およびこの合わせ面と反対面
に多孔質電極５，６，７を形成し（たとえば、白
金ペーストをスクリーン印刷により形成し）、各
多孔質電極５，６，７には、信号電圧取出し配線
５ａ，６ａ，７ａが接続されているものである。 In each figure, the same numbers indicate the same parts. 1 is a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor having a porous electrode formed at its lower end (details will be described later); 2 is a nichrome sensor element wound around the lower end of the sensor element 1; Heaters 2a and 2b wrapped with wire, platinum wire, etc.
13 is an element holder of a solid electrolyte oxygen sensor; 14 is a fixture attached to this element holder 13 and holding the sensor element 1; The sensor element 1 includes second and third
As shown in the figure, the stacked first and second solid electrolyte plates 3, 4 (e.g. stabilized with Y 2 O 3
Porous electrodes 5, 6, and 7 are formed on the mating surface of ZrO 2 ) and the surface opposite to this mating surface (for example, platinum paste is formed by screen printing), and each porous electrode 5, 6, and 7 are Signal voltage output wirings 5a, 6a, and 7a are connected thereto.
このように構成した固体電解質型酸素センサに
おいて、多孔質電極７を被測定ガス（酸素分圧を
Pgとする）に曝露し、多孔質電極６の空孔内の
酸素を基準ガス（酸素分圧をPrとする）とし（前
記多孔質電極６から７へ流れた酸素に相当する酸
素量は、多孔質電極５から６へ供給される）、前
記PgとPrとの差を、ネルンストの式で表わされ
る信号電圧V5（∝lnPg／Pr）として検出し、これを
前記信号電圧取出し配線５ａ，６ａ，７ａから取
出すことによつて、前記被測定ガスの酸素濃度を
測定する。 In the solid electrolyte oxygen sensor configured as described above, the porous electrode 7 is connected to the gas to be measured (oxygen partial pressure
The oxygen in the pores of the porous electrode 6 is exposed to a reference gas (oxygen partial pressure is P r ) (the amount of oxygen corresponding to the oxygen flowing from the porous electrode 6 to 7). is supplied from the porous electrodes 5 to 6), the difference between the above P g and P r is detected as a signal voltage V 5 (∝lnP g /P r ) expressed by the Nernst equation, and this is The oxygen concentration of the gas to be measured is measured by taking out the signal voltage from the signal voltage take-out wirings 5a, 6a, and 7a.
このような信号電圧V5を取出すためには、第
１、第２の固体電解質板３，４中を酸素イオンが
流れる必要がある。たとえば、前記した、Y2O3
で安定化したZrO2を固体電解質板として用いた
固体電解質型酸素センサを自動車に取付け、エン
ジンの燃焼制御を行なう場合、エンジン始動時か
らこの酸素センサを作動させる必要があり、この
ためには、排気ガスによつてセンサ素子１の温度
が500℃以上（通常800℃）になるまで、前記ヒー
タ２によつて加熱しなければならない。ZrO2以
外の固体電解質板、たとえば、CeO2、HfO2、
ThO2を用いたものでも、ヒータによる加熱を要
する点では変らない。 In order to extract such a signal voltage V 5 , oxygen ions need to flow through the first and second solid electrolyte plates 3 and 4. For example, as mentioned above, Y 2 O 3
When installing a solid electrolyte oxygen sensor using stabilized ZrO 2 as a solid electrolyte plate in a car to control engine combustion, it is necessary to operate this oxygen sensor from the time the engine starts. The sensor element 1 must be heated by the heater 2 until the temperature of the sensor element 1 reaches 500° C. or higher (usually 800° C.) due to the exhaust gas. Solid electrolyte plates other than ZrO 2 , such as CeO 2 , HfO 2 ,
Even if ThO 2 is used, heating with a heater is required.
しかし、上述した従来の固体電解質型酸素セン
サは、コイル状に巻いたヒータ２によつてセンサ
素子１を加熱するものであるから、加熱速度が遅
く、熱が有効に伝達されないため、ヒータ２の消
費電力が多いという欠点があつた。また、ヒータ
２とセンサ素子１との間が離れているため、ヒー
タ２に同一の電力を供給していてもセンサ素子１
の温度が変化し、センサ素子１の温度制御を高精
度に行なうことができず、したがつて、酸素濃度
の測定値に誤差を生ずるという問題点もあつた。 However, in the conventional solid electrolyte oxygen sensor described above, the sensor element 1 is heated by the coiled heater 2, so the heating rate is slow and heat is not transferred effectively. The drawback was that it consumed a lot of power. Furthermore, since the heater 2 and the sensor element 1 are separated from each other, even if the same power is supplied to the heater 2, the sensor element 1
The temperature of the sensor element 1 changes, making it impossible to control the temperature of the sensor element 1 with a high degree of precision, and thus causing an error in the measured value of the oxygen concentration.
本発明は、上記した従来技術の欠点を除去し
て、センサ素子を加熱するヒータの消費電力が少
なく、且つ前記センサ素子の温度制御が高精度に
行なえる固体電解質型酸素センサのセンサ素子
と、このセンサ素子を製造する方法の提供を、そ
の目的とするものである。
The present invention provides a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor, which eliminates the drawbacks of the above-mentioned conventional technology, consumes less power in a heater that heats the sensor element, and allows temperature control of the sensor element with high precision; The object is to provide a method for manufacturing this sensor element.
本発明に係る固体電解質型酸素センサのセンサ
素子の構成は、第１および第２の固体電解質板を
積層し、その合わせ面およびこの合わせ面の反対
面に信号電圧取出し配線を接続した多孔質電極を
配設するようにしたもののいずれか一方の側に、
外部と連通せしめるガス導入孔を穿設したガス導
入室を前記多孔質電極に対向して設けるとともに
その外表面に絶縁層を介し当該絶縁層よりも小面
積で保護層を被覆されたヒータを設けるようにし
た第３の固体電解質板を積層してなり、前記ヒー
タによつて前記固体電解質板を加熱し、前記ガス
導入孔から前記ガス導入室へ流入した被測定ガス
の酸素濃度に係る信号電圧を、前記信号電圧取出
し配線から取出すようにしたものである。
The sensor element of the solid electrolyte oxygen sensor according to the present invention has a structure in which first and second solid electrolyte plates are laminated, and a porous electrode is connected to a mating surface thereof and a signal voltage extraction wiring to the opposite surface of the mating surface. on either side of the
A gas introduction chamber having a gas introduction hole for communication with the outside is provided opposite to the porous electrode, and a heater covered with a protective layer is provided on the outer surface of the chamber with an insulating layer interposed therebetween and having a smaller area than the insulating layer. The solid electrolyte plate is heated by the heater to generate a signal voltage related to the oxygen concentration of the gas to be measured that has flowed into the gas introduction chamber from the gas introduction hole. is taken out from the signal voltage take-out wiring.
また、本発明に係る固体電解質型酸素センサの
センサ素子の製造方法の構成は、信号電圧取出し
配線が接続された多孔質電極を両面に形成した第
１の固体電解質板のグリーンシートと、信号電圧
取出し配線が接続された多孔質電極を片面に形成
した第２の固体電解質板のグリーンシートと、一
面に絶縁層を形成し、他面にガス導入孔と連通し
てガス導入室を設けた第３の固体電解質板のグリ
ーンシートとの３枚のグリーンシートを用い、こ
れらのうちの多孔質電極を形成した前記２枚のグ
リーンシートを、多孔質電極とグリーンシートと
が交互になるように重ね、さらに、外側に出た多
孔質電極のいずれか一方と前記ガス導入室とが対
向するように、前記第３の固体電解質板を積層し
て焼結したのち、前記絶縁層上に、この絶縁層よ
りも小面積のヒータを形成し、つぎにこのヒータ
上に保護層を形成するようにしたものである。 Further, the method for manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to the present invention has a structure including a green sheet of a first solid electrolyte plate having porous electrodes on both sides to which signal voltage extraction wiring is connected; A green sheet of a second solid electrolyte plate having a porous electrode formed on one side to which an extraction wiring is connected, and a second green sheet having an insulating layer formed on one side and a gas introduction chamber communicating with a gas introduction hole on the other side. Using three green sheets including the green sheet of the solid electrolyte plate in step 3, the two green sheets on which porous electrodes have been formed are stacked so that the porous electrodes and the green sheets alternate. Further, after laminating and sintering the third solid electrolyte plate so that either one of the porous electrodes exposed to the outside faces the gas introduction chamber, this insulating layer is placed on the insulating layer. A heater having a smaller area than the layer is formed, and then a protective layer is formed on the heater.
実施例の説明に入るまえに、本発明の固体電解
質型酸素センサのセンサ素子とその製造方法に係
る基本的事項を、第４，５図を使用して説明す
る。
Before going into the description of the embodiments, basic matters regarding the sensor element of the solid electrolyte oxygen sensor of the present invention and its manufacturing method will be explained using FIGS. 4 and 5.
第４図は、本発明の固体電解質型酸素センサの
センサ素子の製造方法に係る基本的事項を説明す
るためのものであり、従来のセンサ素子（グリー
ンシートの状態）に、さらに第３の固体電解質板
のグリーンシートを積層した状態を示す断面図、
第５図は、本発明に係るセンサ素子を、第２図に
示した従来のセンサ素子の−断面に相当する
位置で断面した略示断面図である。 FIG. 4 is for explaining the basic matters related to the method for manufacturing the sensor element of the solid electrolyte oxygen sensor of the present invention. A cross-sectional view showing a state in which green sheets of an electrolyte plate are stacked,
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the sensor element according to the present invention taken at a position corresponding to the - cross section of the conventional sensor element shown in FIG.
センサ素子を効率よく加熱するためには、ヒー
タを該センサ素子と一体に形成すればよい。これ
を実施するための構成としては、第３図に示す従
来のセンサ素子（グリーンシートの状態）の上
に、第４図に示すように、さらに第３の固体電解
質板８のグリーンシートを積層し、その上にヒー
タを形成すればよいことになる。この第３の固体
電解質板８のグリーンシートは、焼結後の固体電
解質板４との密着性、および使用温度サイクルに
よる合わせ面９のはがれ防止の点から、前記第
１、２の固体電解質板３，４と同じ材質のものを
用いる。ただし、この固体電解質板８のグリーン
シートの上に直接ヒータを形成したのでは、この
ヒータに電流を流し加熱する際に、ヒータ配線間
に生じる電位差で酸素イオンの移動が生じ、固体
電解質板８が還元されるので、これを防止するた
めに、ヒータ１１と、固体電解質板８との間に絶
縁層１０を設けるようにした。そして、ヒータ１
１上に保護層１２を設けるようにしたものであ
る。 In order to efficiently heat the sensor element, the heater may be formed integrally with the sensor element. As a configuration for implementing this, a green sheet of a third solid electrolyte plate 8 is further laminated as shown in FIG. 4 on top of the conventional sensor element (green sheet state) shown in FIG. Then, it would be sufficient to form a heater thereon. The green sheet of the third solid electrolyte plate 8 is suitable for use with the first and second solid electrolyte plates from the viewpoint of adhesion to the solid electrolyte plate 4 after sintering and prevention of peeling of the mating surface 9 due to usage temperature cycles. Use the same material as 3 and 4. However, if the heater is formed directly on the green sheet of the solid electrolyte plate 8, when current is applied to the heater to heat it, oxygen ions will move due to the potential difference generated between the heater wires, causing the solid electrolyte plate 8 to move. is reduced, and in order to prevent this, an insulating layer 10 is provided between the heater 11 and the solid electrolyte plate 8. And heater 1
A protective layer 12 is provided on top of the protective layer 12.
このセンサ素子１Ａの製造方法について言及す
れば、生産性の点からは、固体電解質板８のグリ
ーンシート上に絶縁層１０をスクリーン印刷法で
形成し、ついでヒータ１１を同様の方法で形成し
たのち、保護層１２を設けて一体焼結するのが良
い。しかし絶縁層１０、保護層１２となり得る材
料は、一般にいわゆるセラミツク材料（固体電解
特性を有しない）であるので、これらを一体焼結
した場合、ヒータ１１の焼結収縮量が最も大き
く、焼結時ヒータ１１が断線するおそれがある。
これを防ぐには、それぞれの材料組成を調整して
焼結性を合せれば良いが、この方法はかなり困難
である。 Regarding the manufacturing method of this sensor element 1A, from the viewpoint of productivity, the insulating layer 10 is formed on the green sheet of the solid electrolyte plate 8 by a screen printing method, and then the heater 11 is formed by the same method. , it is preferable to provide a protective layer 12 and sinter them together. However, since the materials that can become the insulating layer 10 and the protective layer 12 are generally so-called ceramic materials (which do not have solid electrolytic properties), when these are sintered together, the amount of sintering shrinkage of the heater 11 is the largest, and the sintering There is a risk that the heater 11 may break.
To prevent this, it is possible to adjust the composition of each material to match the sinterability, but this method is quite difficult.
そこで、本発明に係る製造方法は、多孔質電極
５，６を形成した第１の固体電解質板３のグリー
ンシートと、多孔質電極７を形成した第２の固体
電解質板４のグリーンシートと、絶縁層１０を形
成した第３の固体電解質板８のグリーンシートか
らなる３枚のグリーンシートを積層して焼結した
のち、ヒータ１１を印刷し、焼結したのち、さら
に保護層１２を形成することにした。このような
方法によつて製造することにより、ヒータ１１は
単独で焼結されるので、断線のおそれは全くない
ものである。 Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, a green sheet of the first solid electrolyte plate 3 on which the porous electrodes 5 and 6 are formed, a green sheet of the second solid electrolyte plate 4 on which the porous electrode 7 is formed, After laminating and sintering three green sheets of the third solid electrolyte plate 8 on which the insulating layer 10 has been formed, the heater 11 is printed and sintered, and then the protective layer 12 is further formed. It was to be. By manufacturing by such a method, the heater 11 is sintered singly, so there is no risk of wire breakage.
以下、本発明を実施例によつて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained with reference to Examples.
再び第５図を使用して、本発明の一実施例に係
る固体電解質型酸素センサのセンサ素子を説明す
る。このセンサ素子１Ａは、積層した第１および
第２の固体電解質板３，４（Y2O3で安定化した
ZrO2）の合わせ面およびこの合わせ面と反対面
に、信号電圧取出し配線が接続された多孔質電極
６および５，７を配設し、この一方側に第３の固
体電解質板８（材質は、前記固体電解質板３，４
と同じ）を積層し、この第３の固体電解質板８の
積層側の面に係る合わせ面９の多孔質電極７と対
向する位置にガス導入室１５を穿設し、このガス
導入室１５と外部とを連通せしめるガス導入孔１
６を穿設し、該第３の固体電解質板８の外表面
に、絶縁層１０（Al2O3を主成分とするペースト
状のものをスクリーン印刷法により形成）を介し
てこの絶縁層１０よりも小面積のヒータ１１（白
金ペーストをスクリーン印刷法により形成）を配
設し、このヒータ１１を被覆して保護する保護層
１２（アルミナ）を設けたものである。 Referring again to FIG. 5, a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to an embodiment of the present invention will be described. This sensor element 1A consists of stacked first and second solid electrolyte plates 3, 4 (stabilized with Y 2 O 3
Porous electrodes 6, 5, and 7 to which signal voltage extraction wiring is connected are arranged on the mating surface of ZrO 2 ) and the surface opposite to this mating surface, and on one side, a third solid electrolyte plate 8 (the material is , the solid electrolyte plates 3, 4
) are laminated, and a gas introduction chamber 15 is bored at a position facing the porous electrode 7 on the mating surface 9 of the third solid electrolyte plate 8 on the lamination side. Gas introduction hole 1 for communication with the outside
This insulating layer 10 is formed on the outer surface of the third solid electrolyte plate 8 via an insulating layer 10 (formed by a screen printing method using a paste-like material containing Al 2 O 3 as a main component). A heater 11 (formed from platinum paste using a screen printing method) having a smaller area is provided, and a protective layer 12 (alumina) is provided to cover and protect the heater 11.
このように構成した固体電解質型酸素センサの
センサ素子１Ａを被測定ガスに曝露しこれをON
にすれば、被測定ガスの温度が、予め設定した
800℃になるまではヒータ１１に通電され、この
ヒータ１１によつてセンサ素子１Ａが有効に加熱
され、ガス導入孔１６からガス導入室１５へ流入
した被測定ガスの酸素濃度を、被測定ガスの温度
にかかわらず容易に、高精度に測定することがで
きる。 The sensor element 1A of the solid electrolyte oxygen sensor configured in this way is exposed to the gas to be measured and turned on.
, the temperature of the gas to be measured will be the same as the preset value.
The heater 11 is energized until the temperature reaches 800°C, and the sensor element 1A is effectively heated by the heater 11. can be easily and accurately measured regardless of the temperature.
以上説明した本実施例のセンサ素子１Ａの効果
を、第６図を使用して説明する。 The effects of the sensor element 1A of this embodiment described above will be explained using FIG. 6.
第６図は、第５図に係る固体電解質型酸素セン
サのヒータ加熱特性図である。この第６図から明
らかなように、センサ素子１Ａの温度を800℃に
まで加熱するに要する消費電力は約8Wであり、
第１図に係る従来の固体電解質板型酸素センサの
場合の約100Wに比較して、約1/13に低下する。 FIG. 6 is a heater heating characteristic diagram of the solid electrolyte oxygen sensor according to FIG. 5. As is clear from Fig. 6, the power consumption required to heat the sensor element 1A to 800°C is approximately 8W.
Compared to about 100W in the case of the conventional solid electrolyte plate type oxygen sensor shown in FIG. 1, the power consumption is reduced to about 1/13.
また、ヒータ１１とセンサ素子１Ａとの間に隙
間がなく一体であるため、センサ素子１Ａの温度
制御の精度が±20℃から±５℃に向上し、このた
め酸素濃度測定の精度が約４倍に向上するという
効果もある。 In addition, since the heater 11 and the sensor element 1A are integrated without any gaps, the accuracy of temperature control of the sensor element 1A is improved from ±20°C to ±5°C, and therefore the accuracy of oxygen concentration measurement is approximately 4°C. It also has the effect of doubling the improvement.
なお、本実施例のセンサ素子１Ａは、固体電解
質板３，４，８としてY2O3で安定化ZrO2を用い
たが、固体電解質板の材料は、これに限るもので
はなく、たとえばCeO2、HfO2、ThO2でもよい。
さらに、ヒータ１１として白金ペーストを用いた
が、このほかロジウム、白金−ロジウム合金など
の材料を用いてもよい。また、絶縁層１０、保護
層１２の材料としては、ムライト（Al2O3−SiO
系化合物）などを用いてもよい。 Although the sensor element 1A of this example uses ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 as the solid electrolyte plates 3, 4, and 8, the material of the solid electrolyte plates is not limited to this, and for example, CeO 2 , HfO 2 or ThO 2 may also be used.
Further, although platinum paste is used as the heater 11, other materials such as rhodium or platinum-rhodium alloy may be used. In addition, as a material for the insulating layer 10 and the protective layer 12, mullite (Al 2 O 3 -SiO
type compounds) etc. may also be used.
次に、前記した第５図に係る固体電解質型酸素
センサのセンサ素子の製造方法を、第７図を使用
して説明する。 Next, a method for manufacturing the sensor element of the solid electrolyte oxygen sensor shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. 7.
第７図は、本発明の一実施例に係る固体電解質
型酸素センサのセンサ素子の製造工程図である。
この第７図において、第５図と同一番号を付した
ものは同一部分である。 FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 7, the same numbers as in FIG. 5 indicate the same parts.
Y2O3で安定化したZrO2粉末に、有機結合剤、
可塑剤、有機溶剤などを加えてスラリー状にし、
このものからドクターブレード法のスリツプキヤ
ステイングによりシート状のグリーンシート（厚
さ0.25mm）を作成し、これを所定の寸法に切断し
た第１の固体電解質板３のグリーンシートの両面
に、白金粉末を有機溶剤でペースト状にした白金
ペーストをスクリーン印刷法で印刷して、信号電
圧取出し配線５ａ，６ａ付きの多孔質電極５，６
を形成する。同様にして、前記第１の固体電解質
板３のグリーンシートと同一材料、同一寸法の第
２の固体電解質板４のグリーンシートを作成し、
この片面に、前記多孔質電極５，６と同一材料、
同一方法で信号電圧取出し配線７ａ付きの多孔質
電極７を形成する。また、前記第１、２の固体電
解質板３，４のグリーンシートと同一材料で、ガ
ス導入孔１６と連通してガス導入室１５を設けた
第３の固体電解質板８のグリーンシートを作成
し、これの前記ガス導入室１５を形成したと反対
面に、Al2O3を主成分としてタルク、クレイの焼
結助剤からなる混合粉末を有機溶剤でペースト状
にした材料を、前記ガス導入孔１６を避けて、ス
クリーン印刷法で印刷し、絶縁層１０を形成す
る。 ZrO2 powder stabilized with Y2O3 , organic binder,
Add plasticizers, organic solvents, etc. to form a slurry,
A sheet-like green sheet (thickness 0.25 mm) was created from this by slip casting using the doctor blade method, and platinum powder was applied to both sides of the green sheet of the first solid electrolyte plate 3, which was cut into a predetermined size. Platinum paste made into a paste with an organic solvent is printed using a screen printing method to form porous electrodes 5 and 6 with signal voltage extraction wirings 5a and 6a.
form. In the same manner, a green sheet of the second solid electrolyte plate 4 having the same material and the same dimensions as the green sheet of the first solid electrolyte plate 3 is created,
On this one side, the same material as the porous electrodes 5 and 6,
A porous electrode 7 with a signal voltage extraction wiring 7a is formed using the same method. Furthermore, a green sheet for a third solid electrolyte plate 8 having a gas introduction chamber 15 in communication with the gas introduction hole 16 was prepared using the same material as the green sheet for the first and second solid electrolyte plates 3 and 4. , On the opposite side of the gas introduction chamber 15, a material prepared by making a paste of a mixed powder consisting of Al 2 O 3 as a main component and sintering aids of talc and clay with an organic solvent is applied. The insulating layer 10 is formed by printing using a screen printing method, avoiding the holes 16.
このように用意した３枚のグリーンシートのう
ちの多孔質電極５，６，７を形成した第１、２の
固体電解質板３，４のグリーンシートを、多孔質
電極とグリーンシートとが交互になるように重
ね、さらに、外側に出た多孔質電極７と前記ガス
導入室１５とが対向するように、第３の固体電解
質板８を積層する。 Of the three green sheets prepared in this way, the green sheets of the first and second solid electrolyte plates 3 and 4 on which the porous electrodes 5, 6, and 7 were formed were alternately arranged so that the porous electrodes and the green sheets Then, the third solid electrolyte plate 8 is stacked so that the porous electrode 7 exposed outside and the gas introduction chamber 15 face each other.
積層したものは、120℃、80気圧の条件でホツ
トプレスにより密着されたのち、1500℃×2hrの
雰囲気で焼結された。この後、前記絶縁層１０上
に、この絶縁層１０より幅、長さとも約１mm小さ
い（焼結後の寸法）パターンで、厚さ20μmのヒ
ータ１１が、白金ペーストでスクリーン印刷法で
印刷され、1500℃×1hrの大気雰囲気で焼結され
た。さらに、ヒータ１１の上に、厚さ約20μmの
アルミナの保護層１２が、前記ガス導入孔１６を
避けて、スクリーン印刷法で印刷され、1500℃×
1hrの大気雰囲気で焼結され、所望のセンサ素子
１Ａが得られた。 The laminated materials were adhered by hot pressing at 120°C and 80 atm, and then sintered in an atmosphere of 1500°C for 2 hours. Thereafter, on the insulating layer 10, a heater 11 with a thickness of 20 μm is printed with platinum paste using a screen printing method in a pattern that is about 1 mm smaller in width and length than the insulating layer 10 (dimensions after sintering). , sintered in an air atmosphere at 1500℃×1hr. Furthermore, an alumina protective layer 12 with a thickness of about 20 μm is printed on the heater 11 by screen printing, avoiding the gas introduction hole 16, and is heated to 1500°C.
Sintering was carried out in an air atmosphere for 1 hour, and a desired sensor element 1A was obtained.
以上説明した本実施例のセンサ素子の製造方法
によれば、第１、２、３の固体電解質板３，４，
８を積層して、その上に、絶縁層１０を介して、
ヒータ１１、保護層１２を、それぞれスクリーン
印刷法で印刷し、これを焼結するようにしたの
で、第１図に係る従来の固体電解質型酸素センサ
のようにヒータを別に取付ける必要がないので、
固体電解質型酸素センサの製造が容易になり、ま
た、ヒータ１１を単独で焼結したので、製造過程
でヒータ１１が断線するおそれが全くない、とい
う効果がある。 According to the method of manufacturing the sensor element of this embodiment described above, the first, second and third solid electrolyte plates 3, 4,
8 is laminated, with an insulating layer 10 interposed thereon,
Since the heater 11 and the protective layer 12 are each printed using a screen printing method and then sintered, there is no need to separately install a heater as in the conventional solid electrolyte oxygen sensor shown in FIG.
The solid electrolyte oxygen sensor can be manufactured easily, and since the heater 11 is singly sintered, there is no risk of the heater 11 breaking during the manufacturing process.
なお、本実施例のセンサ素子の製造方法は、ヒ
ータ１０を、スクリーン印刷法で印刷してこれを
焼結して形成するようにしたが、スクリーン印刷
法に限るものではなく、蒸着で形成してもよい。
また、ヒータ１０の保護層１２を、スクリーン印
刷法で印刷してこれを焼結して形成するようにし
たが、スクリーン印刷法に限るものではなく、た
とえば、スパツタリングで形成してもよい。 Note that in the method of manufacturing the sensor element of this embodiment, the heater 10 is formed by printing using a screen printing method and then sintering it; however, the method is not limited to the screen printing method, and may be formed by vapor deposition. It's okay.
Furthermore, although the protective layer 12 of the heater 10 is formed by printing by screen printing and sintering, the present invention is not limited to the screen printing method, and may be formed by sputtering, for example.
以上詳細に説明したように本発明によれば、セ
ンサ素子を加熱するヒータの消費電力が少なく、
且つ前記センサ素子の温度制御が高精度に行なえ
る固体電解質型酸素センサのセンサ素子と、この
センサ素子の製造方法を提供することができる。
As explained in detail above, according to the present invention, the power consumption of the heater that heats the sensor element is small;
Furthermore, it is possible to provide a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor in which the temperature of the sensor element can be controlled with high precision, and a method for manufacturing this sensor element.
第１図は、従来の固体電解質型酸素センサを示
す断面図、第２図は、第１図における矢視から
見たセンサ素子の平面部分図、第３図は、第２図
における−断面図、第４図は、本発明の固体
電解質型酸素センサのセンサ素子の製造方法に係
る基本的事項を説明するためのものであり、従来
のセンサ素子（グリーンシートの状態）に、さら
に第３の固体電解質板のグリーンシートを積層し
た状態を示す断面図、第５図は、本発明に係るセ
ンサ素子を、第２図に示した従来のセンサ素子の
−断面に相当する位置で断面した略示断面
図、第６図は、第５図に係る固体電解質型酸素セ
ンサのヒータ加熱特性図、第７図は、本発明の一
実施例に係る固体電解質型酸素センサのセンサ素
子の製造工程図である。
１Ａ…センサ素子、３…第１の固体電解質板、
４…第２の固体電解質板、５，６，７…多孔質電
極、５ａ，６ａ，７ａ…信号電圧取出し配線、８
…第３の固体電解質板、９…合わせ面、１０…絶
縁層、１１…ヒータ、１２…保護層、１５…ガス
導入室、１６…ガス導入孔。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional solid electrolyte oxygen sensor, FIG. 2 is a partial plan view of the sensor element seen from the arrow direction in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken in FIG. , FIG. 4 is for explaining the basic matters related to the manufacturing method of the sensor element of the solid electrolyte type oxygen sensor of the present invention, and shows a conventional sensor element (in the state of a green sheet) and a third one. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the green sheets of the solid electrolyte plate are stacked, and FIG. 6 is a heater heating characteristic diagram of the solid electrolyte oxygen sensor according to FIG. 5, and FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the sensor element of the solid electrolyte oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. be. 1A...sensor element, 3...first solid electrolyte plate,
4... Second solid electrolyte plate, 5, 6, 7... Porous electrode, 5a, 6a, 7a... Signal voltage extraction wiring, 8
...Third solid electrolyte plate, 9...Matching surface, 10...Insulating layer, 11...Heater, 12...Protective layer, 15...Gas introduction chamber, 16...Gas introduction hole.
Claims (1)
の合わせ面およびこの合わせ面の反対面に信号電
圧取出し配線を接続した多孔質電極を配設するよ
うにしたもののいずれか一方の側に、外部と連通
せしめるガス導入孔を穿設したガス導入室を前記
多孔質電極に対向して設けるとともにその外表面
に絶縁層を介し当該絶縁層よりも小面積で保護層
を被覆されたヒータを設けるようにした第３の固
体電解質板を積層してなり、前記ヒータによつて
前記固体電解質板を加熱し、前記ガス導入孔から
前記ガス導入室へ流入した被測定ガスの酸素濃度
に係る信号電圧を、前記信号電圧取出し配線から
取出すようにしたことを特徴とする固体電解質型
酸素センサのセンサ素子。 ２ 信号電圧取出し配線が接続された多孔質電極
を両面に形成した第１の固体電解質板のグリーン
シートと、信号電圧取出し配線が接続された多孔
質電極を片面に形成した第２の固体電解質板のグ
リーンシートと、一面に絶縁層を形成し、他面に
ガス導入孔と連通してガス導入室を設けた第３の
固体電解質板のグリーンシートとの３枚のグリー
ンシートを用い、これらのうちの多孔質電極を形
成した前記２枚のグリーンシートを、多孔質電極
とグリーンシートとが交互になるように重ね、さ
らに、外側に出た多孔質電極のいずれか一方と前
記ガス導入室とが対向するように、前記第３の固
体電解質板を積層して焼結したのち、前記絶縁層
上に、この絶縁層よりも小面積のヒータを形成
し、つぎにこのヒータ上に保護層を形成するよう
にしたことを特徴とする固体電解質型酸素センサ
のセンサ素子の製造方法。 ３ ヒータを、スクリーン印刷法で印刷してこれ
を焼結することにより形成するようにしたもので
ある特許請求の範囲第２項記載の固体電解質型酸
素センサのセンサ素子の製造方法。 ４ ヒータを、蒸着によつて形成するようにした
ものである特許請求の範囲第２項記載の固体電解
質型酸素センサのセンサ素子の製造方法。 ５ 保護層を、スクリーン印刷法で印刷してこれ
を焼結することにより形成するようにしたもので
ある特許請求の範囲第２項記載の固体電解質型酸
素センサのセンサ素子の製造方法。 ６ 保護層を、スパツタリングで形成するように
したものである特許請求の範囲第２項記載の固体
電解質型酸素センサのセンサ素子の製造方法。[Claims] 1. Any of the following, in which first and second solid electrolyte plates are laminated, and a porous electrode to which a signal voltage extraction wiring is connected is disposed on a mating surface thereof and a surface opposite to the mating surface. A gas introduction chamber with a gas introduction hole for communicating with the outside is provided on one side of the porous electrode, and a protective layer is provided on the outer surface of the porous electrode with an insulating layer interposed therebetween, with a smaller area than the insulating layer. A third solid electrolyte plate is laminated and is provided with a covered heater, and the solid electrolyte plate is heated by the heater, and the measured gas flowing into the gas introduction chamber from the gas introduction hole is heated. A sensor element for a solid electrolyte oxygen sensor, characterized in that a signal voltage related to oxygen concentration is extracted from the signal voltage extraction wiring. 2. A green sheet of a first solid electrolyte plate having a porous electrode formed on both sides to which a signal voltage extraction wiring is connected, and a second solid electrolyte plate having a porous electrode formed on one side to which a signal voltage extraction wiring is connected. Using three green sheets, the green sheet of the third solid electrolyte plate, which has an insulating layer formed on one side and a gas introduction chamber connected to the gas introduction hole on the other side, was used. The two green sheets on which the porous electrodes were formed are stacked so that the porous electrodes and the green sheets alternate, and then one of the porous electrodes exposed outside is connected to the gas introduction chamber. After stacking and sintering the third solid electrolyte plates so that they face each other, a heater having a smaller area than the insulating layer is formed on the insulating layer, and then a protective layer is formed on the heater. 1. A method for manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor, characterized in that: 3. The method of manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to claim 2, wherein the heater is formed by printing using a screen printing method and sintering the heater. 4. The method for manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to claim 2, wherein the heater is formed by vapor deposition. 5. The method for manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to claim 2, wherein the protective layer is formed by printing by screen printing and sintering the protective layer. 6. The method of manufacturing a sensor element of a solid electrolyte oxygen sensor according to claim 2, wherein the protective layer is formed by sputtering.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159106A JPS6052762A (en) | 1983-09-01 | 1983-09-01 | Sensor element of solid electrolyte type oxygen sensor and its production |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6052762A JPS6052762A (en) | 1985-03-26 |
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ID=15686370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP58159106A Granted JPS6052762A (en) | 1983-09-01 | 1983-09-01 | Sensor element of solid electrolyte type oxygen sensor and its production |
Country Status (1)
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Families Citing this family (4)
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| JPH0348760A (en) * | 1989-07-17 | 1991-03-01 | Toyota Motor Corp | Oxygen concentration sensor with heater |
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1983
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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