JPH0417382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヒーターにより電極、更には固体電
解質を効率的に加熱するようにした電気化学的装
置に係り、特に平板状の固体電解質を用いた積層
型の電気化学的セルにて構成される装置に関する
ものである。

従来より、固体電解質を用いた電気化学的装
置、例えば、自動車用内燃機関の排気ガス中の酸
素濃度を検出する酸素センサとして、ジルコニア
磁器等の固体電解質を用いた、酸素濃淡電池の原
理を利用して酸素濃度を求めるセンサ等が知られ
ている。また、かかる酸素センサと同様な濃淡電
池の原理を利用した、水素、窒素、炭酸ガス等の
検出器や、ポンプ等の電気化学的装置も知られて
いる。そして、そのような電気化学的装置におい
て用いられる固体電解質としては、これまで有底
円筒形状を成すものが一般的であつたが、その生
産性やコストの点から、また固体電解質内への複
雑な構造の組込み容易性等の点から、近年、かか
る固体電解質を平板と為し、そして所定の電極を
該固体電解質の面に接して設けて、電気化学的セ
ルを構成した積層構造のものが検討されている。

而して、そのような電気化学的装置を、測定さ
れるべき被測定ガスの温度が比較的低い場合にお
いても有効に作動させるためには、セルを構成す
る電極や固体電解質を適当なヒーターによつて高
温度に加熱せしめる必要があるが、従来にあつて
は、かかる加熱のために、固体電解質と電極によ
り構成される電気化学的セルの周辺に、ヒーター
を更に固体電解質等介して配置せしめたり、また
ヒーターと電極とをセルの同一平面内の別々の場
所に設置したりする構造の、傍熱型の構成が明ら
かにされている。

しかしながら、このような従来の傍熱型構造の
電気化学的装置にあつては、必然的にセル形状が
大きくなり、また加熱に要する電力が大きい等と
いう問題を内在しており、このため特開昭58−
124943号公報においては、電極の上に所定の絶縁
膜を介してヒーターを設け、かかるヒーターによ
つて、直接的に電極、更にはその下の固体電解質
を加熱せしめるようにしたセンサが明らかにされ
ている。而して、このような構造のセンサにあつ
ては、センサ形状が小さくなり、また消費電力が
少なくなると共に、立上がり（応答性）が早い等
の利点はあるものの、ヒーター自体は、当然のこ
とながら高温度に達するものであるところから、
該ヒーターを構成する金属成分が高温下において
飛散する現象が惹起され、これによつて、ヒータ
ーが断線したり、ヒーター寿命が短くなる等の問
題を有しており、また金属材料にて構成されるヒ
ーターと隣接する他の層との密着性が悪く、これ
がまたヒーター寿命、ひいてはセンサ寿命を低下
させる一つの要因となる問題を内在している。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、ヒーターにより電極、更には固体電解質を
効率的に加熱するようにした、改善された構造
の、寿命の長い実用的な電気化学的装置を提供す
ることにあり、また他の目的とするところは、セ
ンサ形状の小型化、消費電力の低減、応答の迅速
化を可能ならしめると共に、ヒーター寿命の改善
を図つた電気化学的装置を提供することにある。

そして、このような目的を達成するために、本
発明に従う電気化学的装置にあつては、固体電解
質と該固体電解質に接して設けられた少なくとも
一対の電極により電気化学的セルが構成され、且
つその少なくとも何れか一方の電極上に多孔質絶
縁層を介してヒーターが配置せしめられると共
に、該ヒーターが白金族金属とセラミツクスの混
合層にて形成せしめられ、且つ少なくともその発
熱部がセラミツクス気密層にて包囲せしめられる
ように構成されているのである。

このように、かかる本発明にあつては、電気化
学的セルの電極上に多孔質絶縁層を介してヒータ
ーが配置せしめられることにより、従来の傍熱型
のものに比して、セル形状を小さくでき、またヒ
ーターと電極が近接するところから、効率の良い
加熱が可能となり、立上がり（応答特性）が早く
なる等の特徴に加えて、ヒーターの周囲には、そ
れを包囲するセラミツクス気密層が配置せしめら
れているところから、高温におけるヒーター構成
金属成分の飛散が効果的に阻止され、以てその寿
命が著しく改善され、しかもかかるヒーターが白
金族金属とセラミツクスの混合層にて形成されて
いるために、その下のセラミツクス気密層に対す
る密着性も増大せしめられることとなり、またヒ
ーターを取り囲むセラミツクス気密層と電気化学
的セルの電極との間に多孔質絶縁層が介在すると
ころから、両者の温度差あるいは熱膨脹差に基因
する応力を多孔質絶縁層が吸収し、且つヒーター
からの漏れ電流を阻止できることとなり、以てヒ
ーター寿命、ひいてはセンサ寿命が改善され且つ
超電力の精度が高い実用的な装置が提供され得る
こととなつたのである。

また、かかる本発明において、電気化学的セル
の少なくとも一対の電極は、前記固体電解質を介
して対向せしめられ、且つその少なくとも何れか
一方の電極上にヒーターが配置せしめられると共
に、該電極の少なくとも一方と平行な平面上への
前記ヒーターの発熱部の投影図の巾が、該電極の
何れの投影図の巾よりも狭くされていることが望
ましく、これによつて熱効率が向上せしめられる
のである。

さらに、本発明にあつては、複数の電気化学的
セルで構成される電気化学的装置において、該電
気化学的セルの少なくとも１個が、酸素ポンピン
グセルとして用いられる構造のものに好適に適用
され、そして本発明に従つてかかる酸素ポンピン
グセルの電極上にヒーターが設けられることによ
つて、前述した作用効果と共に、ポンプ性能が向
上される等の優れた特徴を発揮する。

また、その他、本発明に従うヒーター設置部分
における各層の密着性をより一層高め、その剥離
防止を効果的に為すためには、更に、電極が主と
して白金族金属と固体電解質（材料）より構成さ
れるようにし、またセルを構成する固体電解質が
ジルコニア磁器である場合には、ヒーターを取り
囲むセラミツクス気密層は、ジルコニアを主成分
とするセラミツクス層にて形成されることが望ま
しいのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、図面に示す実施例に基づいて、本発明の構成
を詳細に説明することとする。

まず、第１図及び第２図は、本発明に従う電気
化学的装置の一具体例である酸素濃度検出器の最
も簡単な構造に係る一例における素子部分の展開
図、並びにその組付け一体化時の断面図である。

この酸素濃度検出器、換言すれば酸素センサ
は、化学量論的量の酸素存在下において燃焼せし
められた、酸素量の少ない排ガスを測定するため
のセンサであつて、ジルコニア磁器などからなる
平板状の固体電解質２の外側の面に測定電極４が
設けられ、該測定電極４がリード部６を通じて外
部に接続される一方、所定の被測定ガスにさらさ
れるようになつている。また、かかる固体電解質
２の他方の面（内側面）には基準電極８が設けら
れ、同様にそのリード部１０を介して外部に接続
されるようになつている。そして、この固体電解
質２の基準電極８が設けられた側には、側部の三
方が囲まれた空所１２を有する平板状の固体電解
質１４が重ね合わされており、そしてこの空所１
２によつて形成される空間に対して、基準電極８
が露出せしめられて、該空所１２内に導き入れら
れる空気等の基準ガスにさらされるようになつて
いるのである。なお、測定電極４及び基準電極８
は、何れも白金とジルコニア粉末との混合ペース
トを前記固体電解質２上に印刷、焼付けすること
によつて形成されている。

従つて、所定の固体電解質２を介して、被測定
ガスに接触せしめられる測定電極４と基準ガスに
接触せしめられる基準電極８との間には、それら
ガス中の酸素濃度の差に基づいて酸素濃淡電池と
して働く電気化学的セルが、構成されることとな
るのである。

一方、固体電解質２の外側に設けられた測定電
極４の上には、アルミナ若しくはスピネル等から
なる所定厚さの多孔質絶縁層１６が積層されてお
り、更にその上に、全体としてＵ字形を為すヒー
ター層１８が積層されている。このヒーター層１
８は、全体としてＵ字の形状を為し、そのＵ字の
基部に位置するヒーターの発熱部としてのヒータ
ー部２０とそのリード部２２とが、上下のＵ字形
状の、ジルコニアを主成分とするセラミツクスの
気密層２４及び２６に挟まれて、包囲された状態
で、一体的に構成されている（第２図参照）。ま
た、このヒーターを構成するヒーター部２０とリ
ード部２２とは、白金などの白金族金属とセラミ
ツクスの混合ペーストを印刷、焼成することによ
つて形成されている。そして、かかるヒーターの
ヒーター部２０の全体としての巾は、第２図から
明らかなように、測定電極４や基準電極８の巾よ
りも狭くされているのである。

なお、多孔質の絶縁層１６は、ヒーター層１８
のヒーター部２０の発熱のために引加せしめられ
るヒーター回路電圧（電流）が固体電解質２側の
測定回路に漏れるのを阻止しており、これによつ
て酸素濃度の検出に悪影響がもたらされないよう
になつている。また、測定電極４には、かかる酸
素センサの周囲に導かれた所定の被測定ガスがヒ
ーター層１８のＵ字の〓間から多孔質絶縁層１６
に導かれ、そして該多孔質絶縁層１６を通過する
ことによつて、接触せしめられるようになる。

従つて、このような構造の電気化学的装置にあ
つては、測定電極４上に、所定の多孔質絶縁層１
６を介してヒーター層１８が設けられているとこ
ろから、そのヒーター部２０がリード部２２を介
して外部電源（例えば直流）に接続され、所定の
電流が流されると、そのジユール熱によりヒータ
ー部２０は発熱し、これに密接しているセラミツ
クス気密層２６、多孔質絶縁層１６を介して、測
定電極４、更には固体電解質２、基準電極８を効
果的に加熱せしめ、以てその作動温度にまで効率
良く加熱せしめ得るのである。

それ故、このように、ヒーター層１８によつて
測定電極４や固体電解質２、基準電極８等の電気
化学的セルの検出部分が効果的に且つ直接的に加
熱せしめられることにより、従来の傍熱型の酸素
センサに比して、そのセル形状を小さくすること
が可能となり、また効率のよい加熱によつて消費
電力も低減され得、更には測定時の立上がり（応
答特性）も迅速化せしめられ得るのである。

また、かかる構造にあつては、ヒーター層１８
の発熱部たるヒーター部２０やそのリード部２２
がジルコニアを主成分とするセラミツクス気密層
２４，２６にて取り囲まれた状態で設けられてい
るところから、かかるヒーター部２０の発熱によ
つて高温度になつても、それによるヒーター部２
０を構成する金属成分（ここでは白金）の飛散が
効果的に阻止され、以て断線等の問題が効果的に
解消され得て、ヒーター層１８の寿命、ひいては
電気化学的セル全体としての寿命を向上せしめ得
ることとなつたのである。

さらに、ヒーター層１８のヒーター部２０やそ
のリード部２２は、白金族金属としての白金とセ
ラミツクスの混合層で形成されているところか
ら、それを挟む上下のセラミツクス気密層２４，
２６との密着性が向上され、有効な剥離防止が為
されているのである。しかも、絶縁層１６は、多
孔質とされていることにより、該絶縁層１６とこ
れを挟む上下のセラミツクス気密層２６及び固体
電解質２との間における膨脹差が効果的に吸収さ
れ得て、それらの間における結合力の低下が緩和
され、ひいてはそれらの間の剥離の防止に寄与せ
しめられている。加えて、気密層２４，２６がジ
ルコニアを主成分とするセラミツクスにて形成さ
れていることにより、固体電解質２がジルコニア
磁器であることと相俟つて、セラミツクス気密層
２４，２６と固体電解質２との間の膨脹差が可及
的に少なくされ、以て前述の如きそれらの間の剥
離防止にも大きく寄与せしめられている。

なお、ヒーター層１８を電気的に絶縁するため
に用いられる多孔質絶縁層１６としては、アルミ
ナまたはスピネルから主としてなるセラミツクス
層であることが望ましいが、その他、硼珪酸ガラ
ス、ムライト等を主成分とするセラミツクスを用
いても何等差支えない。そして、そのような絶縁
層１６は、その電気絶縁特性を阻害しない限りに
おいて、その厚さを可及的に薄くすることが望ま
しく、且つ測定電極４を保護し、しかも充分な応
答性を得るために、一般に100μm以下、特に10〜
50μm程度の厚さとされることとなる。また、こ
の絶縁層１６を多孔質とするのは、前述のよう
に、上下の固体電解質２やヒーター層１８との間
の熱膨脹差に基づく応力を効果的に緩和せしめ、
それによりそれらの間の剥離を一層効果的に防止
すること、および測定電極４に被測定ガスを拡散
させることを目的とするものである。

また、ヒーター部２０やそのリード部２２を取
り囲み、それらを周囲雰囲気から離隔せしめて、
高温となるヒーターの少なくともヒーター部２０
の金属成分の飛散を阻止せしめる気密層２４及び
２６としては、ジルコニア、アルミナ、ムライ
ト、スピネル、チタニア、チタン酸バリウム、ジ
ルコニア酸カルシウム等の公知の各種のセラミツ
クスを用いることが可能であり、中でも、本発明
にあつては、ジルコニアを主成分とするセラミツ
クスが好適に用いられることとなる。

さらに、かかるヒーター層１８における発熱部
であるヒーター部２０やそのリード部２２は、白
金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニ
ウム、オスミウムの如き白金族金属と、ジルコニ
ア、イツトリア、アルミナ等のセラミツクスから
なる混合層にて構成されており、これによつて、
ヒーターを構成するヒーター部２０やそのリード
部２２とそれらを取り囲むセラミツクス気密層２
４，２６との間の密着性が改善され、それらの一
体化の向上が図られ得るのである。なお、かかる
ヒーター混合層の形成は、白金族金属中の前記セ
ラミツクスの微粉末を混入せしめて、その焼成を
行なうことが効果的である。

また、同様な密着性向上を図る上において、電
極４や８を、かかるヒーター部２０等と同様に白
金族金属とセラミツクスの混合物にて形成するこ
とが推奨される。

そして、このような多孔質絶縁層１６やヒータ
ー層１８の積層された電気化学的装置としての酸
素センサの形成に際しては、固体電解質２の生素
地（グリーンシート）の表裏に二つの電極４，
８、及びそれらのリード部６，１０をそれぞれス
クリーン印刷手法等によつて印刷した後、更に測
定電極４の形成側の面に、多孔質絶縁層１６とな
るセラミツクス粉末ペーストを同様に印刷せし
め、更にその上に、セラミツクス、気密層２６、
ヒーター部２０及びそのリード部２２、セラミツ
クス気密層２４を同様にして印刷せしめ、目的と
する電気化学的セルを構成するように積層した状
態において全体を焼結一体化せしめる等の公知の
手法が、適宜に採用されることとなる。

なお、本発明において用いられる固体電解質と
しては、前述のジルコニア磁器が最も一般的であ
るが、その他β−アルミナ、窒化アルミニウム、
NASICON（ナシコン）、SrCeO₈、BiO₃−希土類
酸化物系固溶体、La_1-〓ca〓YO_3-〓等がある。

ところで、本発明に従う電気化学的装置は、か
かる第１図及び第２図２図に例示の構造のものに
限定されるものでは決してなく、本発明の趣旨を
逸脱しない限りにおいて、他の構造も種々採り得
るものであつて、第３図及び第４図には、その一
例が示されている。すなわち、それらの図に例示
の電気化学的装置としての酸素センサは、所謂リ
ーンバーンセンサの一つとして、酸素分圧が理論
空燃比の酸素分圧より高いリーン雰囲気の排気ガ
スを発生するエンジンを制御するために、好適に
用いられるものである。

この例示の酸素センサは、二つの電気化学的セ
ンサにて構成されるものであつて、その一つが酸
素ポンピングセル３０であり、他の一つが酸素濃
度検出セル３２である。そして、この二つのセル
の間に、ヒーター層１８が多孔質絶縁層１６，１
６を介して介在せしめられているのである。

より具体的には、酸素ポンピングセル３０は、
ジルコニア磁器等よりなる平板状の固体電解質３
４を有し、その一方の側の面、すなわち排気ガス
等の被測定ガスにさらされる面に、例えば白金及
びセラミツクスよりなる多孔質層の外側ポンプ電
極３６が設けられる一方、その内側の面には、該
外側ポンプ電極３６に対応して同様な内側ポンプ
電極３８が設けられ、それらポンプ電極がそれぞ
れのリード部を介して外部の電源に接続されて、
所定の電圧が印加せしめられるようになつてい
る。なお、外側ポンプ電極３８は、多孔質のスピ
ネル等からなる電極保護層４０を介して被測定ガ
スにさらされるようになつている。

従つて、酸素ポンピングセル３０は、固体電解
質３４とそのそれぞれの面に接して設けられた一
対の電極３６，３８にて電気化学的セルを構成
し、それら電極間に印加される電圧によつて、よ
く知られているように、該固体電解質３４を介し
て酸素を外側から内側に、或いは内側から外側に
移動せしめるポンプ作用を為すのである。

また、酸素濃度検出セル３２は、上記酸素ポン
ピングセル３０と同様な構造のものであつて、ジ
ルコニア磁器等よりなる平板状の固体電解質４２
を挟んで、その両側の対応する位置に外側測定電
極４４及び内側測定電極４６が接合せしめられる
ことにより、酸素濃淡電池としての電気化学的セ
ルを構成している。なお、それら測定電極４４，
４６は、それぞれリード部によつて外部に導か
れ、所定の測定装置に接続されて、それら電極間
の電位が測定されるようになつている。すなわ
ち、この酸素濃度検出セル３２においては、被測
定ガスに接触せしめられる外側測定電極４４と、
スペーサ部材４８にて形成されるキヤビテイ５０
内の雰囲気ガスに接触せしめられる内側測定電極
４６との間において、それらガス中の酸素濃度の
差に基づく所定の起電力が測定されることとなる
のである。なお、５２は、前記電極保護層４０と
同様な、外側測定電極４４のための多孔質の電極
保護層である。

さらに、ヒーター層１８は、全体としてＵ字の
形状を為しているが、前例とは異なり、ヒーター
の発熱部であるヒーター部２０のみが上下のセラ
ミツクス気密層２４及び２６にて挟まれ、取り囲
まれるように一体的に構成されている。そして、
このようなヒーター層１８の上下に多孔質絶縁層
１６，１６を重ね合わせ、そして一方の側には酸
素ポンピングセル３０を重ね合わせる一方、他方
の側には、スペーサ部材４８を介して酸素濃度検
出セル３２を重ね合わせて、一体化せしめること
により、目的とする電気化学的装置が構成される
こととなる。その際、キヤビテイ５０は、スペー
サ部材４８の切欠き孔が、多孔質絶縁層１６と固
体電解質４２によつて上下で閉塞せしめられるこ
とにより、形成される。また、キヤビテイ５０に
は、酸素濃度検出セル３２の内側測定電極４６が
露呈せしめられており、更にまた酸素ポンピング
セル３０の内側ポンプ電極３８が、ヒーター層１
８の間〓並びに二つの絶縁層１６，１６の多孔質
層を介して、キヤビテイ５０内の雰囲気ガスに接
触せしめられ得るようになつている。

従つて、このような構造の電気化学的装置にあ
つては、酸素ポンピングセル３０と酸素濃度検出
セル３２との間にヒーター層１８が介在せしめら
れ、しかもそのようなヒーター層１８は、酸素ポ
ンピングセル３０の内側ポンプ電極３８上に位置
せしめられているところから、ヒーター部２０が
そのリード部２２を介して外部電源（例えば直
流）に接続され、所定の電流が流されると、その
ジユール熱によりヒーター部２０は発熱し、これ
を取り囲むセラミツクス気密層２４，２６、更に
これに密接している絶縁層１６，１６を加熱せし
め、更には内側ポンプ電極３８、そして固体電解
質３４、外側ポンプ電極３６を効果的に加熱せし
めるのであり、一方同時にスペーサ部材４８、内
側測定電極４６、そして固体電解質４２、外側測
定電極４４を効果的に加熱せしめ、以て両方のセ
ル３０，３２がその作動温度にまで効率よく加熱
されることとなるのである。

このように、本実施例においては、発熱部たる
ヒーター部２０が、セラミツクス気密層２４，２
６にてその周囲を取り囲まれ、そして多孔質の絶
縁層１６を介して電気化学的セルの一つの電極３
８上に配置せしめられているところから、前記実
施例と同様な作用効果が達成され得ると共に、ヒ
ーター層１８が二つの電気化学的セル３０，３２
の間に介在せしめられていることにより、装置を
構成する二つの電気化学的セルを、その作動温度
まで効率よく加熱せしめ、それらの間の温度差の
解消を図り、また熱膨脹差に基づく固体電解質の
亀裂ないしは割れの発生を効果的に防止し得ると
共に、その作動特性を安定化せしめた信頼性の高
い電気化学的装置と為し得るのである。

また、第５図〜第７図に示される酸素センサ
は、上記の第３図及び第４図に示されたものと同
様な所謂リーンバーンセンサの一つとして用いら
れる素子の例であり、この構造においては、酸素
ポンピングセル３０を貫通し、スペーサ部材４８
及び５４にて形成されるキヤビテイ５０に達する
ガス通気孔５６が設けられている。すなわち、酸
素ポンピングセル３０は、固体電解質３４の外側
に形成されたポンプ電極３６を覆うようにして設
けられた多孔質の電極保護層４０を有し、この電
極保護層４０及び外側ポンプ電極３６、固体電解
質３４及び内側ポンプ電極３８を貫通するよう
に、予め定められた拡散抵抗を有する所定大きさ
のガス通気孔５６が形成されているのである。

また、ヒーター層１８におけるヒーター部２０
は、前例のものよりも長くされており、またその
上下にＵ字形のセラミツクス気密層２４，２６が
配置されて、それを取り囲み、一体的な構造とさ
れていると共に、かかるヒーター層１８は、上下
の多孔質絶縁層１６，１６によつて、酸素ポンピ
ングセル３０及び酸素濃度検出セル３２に対して
それぞれ電気的に絶縁せしめられている。なお、
このヒーター層１８が酸素ポンピングセル３０と
重ね合わされた場合において、発熱部たるヒータ
ー部２０は、第６図に示されるように、内側ポン
プ電極３８上に、しかも各電極の何れの巾よりも
狭い巾で配置せしめられている。

そして、このような酸素ポンピングセル３０及
びヒーター層１８が、スペーサ部材４８，５４上
に絶縁層１６，１６を介して順次積層されること
により、ガス通気孔５６はキヤビテイ５０を外部
雰囲気に連通せしめることとなるのであり、また
ヒーター層１８は、内側のポンプ電極３８上に位
置する部分において、その一方の側がキヤビテイ
５０内に露呈せしめられることとなる。なお、こ
のような通気孔５６による連通方式に代えて、適
当なガス透過層を通じて該キヤビテイ５０を外部
雰囲気に連通せしめるようにすることも可能であ
る。

さらに、酸素濃度検出セル３２は、多孔質絶縁
層１６及び二つのスペーサ部材４８，５４によつ
て形成されるキヤビテイ５０に露呈せしめられる
測定電極４と、スペーサ部材５４の切込み部５８
によつて形成される基準ガスの通路となる空所１
２に露呈せしめられる基準電極８とが、固体電解
質２の内側の同一平面上に設けられている。従つ
て、この同一平面上に配置された二つの電極４，
８によつて、それらに接触せしめられる雰囲気中
の酸素濃度の差に応じた超電力が発生せしめら
れ、そしてその超電力がそれら電極のリード部を
通じて接続された外部の測定装置によつて検出さ
れることとなるのである。

この構造にあつては、前例のセンサとは異な
り、被測定ガスはガス通気孔５６を通つてキヤビ
テイ５０内に達するが、酸素ポンピングセル３０
の作動によつて、キヤビテイ５０内の酸素分圧を
実際の被測定ガスの酸素分圧より低い出来るとこ
ろから、前例のセンサと同様に酸素分圧が理論空
燃比の酸素分圧より高いリーン雰囲気の排気ガス
を発生するエンジンを制御するために好適に用い
られるのである。

このようなタイプの酸素センサにあつても、本
発明に従うヒーター層１８におけるヒーター部２
０は、セラミツクス気密層２４，２６に取り囲ま
れ、そして多孔質絶縁層１６，１６に挟まれた状
態で酸素ポンピングセル３０と酸素濃度検出セル
３２との間に介在せしめられており、これによつ
て前例と同様な作用効果が奏され得ているのであ
る。しかも、本実施例においては、ヒーター部２
０の長さが長くされて、酸素濃度検出セル３２の
二つの電極４，８上に位置するようにされ、以て
それら二つの電極が効果的に加熱せしめられ得る
ようになつている。

以上、本発明の幾つかの実施例について説明し
てきたが、本発明の電気化学的装置は、そのよう
な例示の具体的構造のみに限定して解釈されるも
のでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない限
りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変
形、修正、改良等を加えた形態おいて実施され得
るものであつて、本発明は、そのような実施形態
のものをも含むものであること、言うまでもない
ところである。

また、本発明において、リード部２２を介して
ヒーター部２０に通電される加熱電流は、交流で
も直流でもよいが、ヒーターと電極、固体電解質
との間に絶縁層を配置することが好ましい直流の
場合に特に有効に利用出来るものであり、更に本
発明に係る電気化学的装置は、例示の如き構造の
酸素センサに好適に適用され得るものであるが、
その他の構造の酸素センサにも適用することが出
来、更には酸素以外の窒素、炭酸ガス、水素等の
流体中の電極反応に関与する成分の検出器、或い
は制御器等にも適用され得るものである。

以下の説明から明らかなように、本発明に従う
電気化学的装置は、電気化学的セルを構成する少
なくとも一つの電極上に、多孔質絶縁層を介して
特定のヒーターを配置せしめ、且つかかるヒータ
ーの少なくとも発熱部をセラミツクス気密層にて
取り囲むようにしたものであつて、これにより作
動温度への効果的な且つ迅速な加熱を行なわしめ
得ると共に、ヒーター構成成分の高温下における
飛散を阻止し、その断線等によるヒーター寿命、
ひいては装置寿命の向上を図り、またヒーターの
密着性を高めて、その剥離を防止せしめて実用性
を高める等の優れた効果を奏せしめ得たものであ
つて、そこに本発明の大きな工業的意味が存する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気化学的装置の一つで
ある酸素濃度検出器の一例におけるセンサ素子部
分の展開構造を示す斜視説明図であり、第２図は
第１図における−断面の拡大略図であり、第
３図及び第５図はそれぞれ本発明に従う電気化学
的装置としての酸素濃度検出器の異なる例を示す
第１図に相当する図であり、第４図及び第６図、
第７図はそれぞれ第３図及び第５図における−
断面、−断面、−断面を示す拡大略図
である。 ２……固体電解質、４……測定電極、８……基
準電極、１２……空所、１４……固体電解質、１
６……多孔質絶縁層、１８……ヒーター層、２０
……ヒーター部、２２……リード部、２４，２６
……セラミツクス気密層、３０……酸素ポンピン
グセル、３２……酸素濃度検出セル、３４……固
体電解質、３６……外側ポンプ電極、３８……内
側ポンプ電極、４０……電極保護層、４２……固
体電解質、４４……外側測定電極、４６……内側
測定電極、４８……スペーサ部材、５０……キヤ
ビテイ、５２……電極保護層、５４……スペーサ
部材、５６……ガス通気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体電解質と該固体電解質に接して設けられ
   た少なくとも一対の電極により電気化学的セルを
   構成し、且つその少なくとも何れか一方の電極上
   に多孔質絶縁層を介してヒーターを配置せしめる
   と共に、該ヒーターを白金族金属とセラミツクス
   の混合層にて形成し、且つ少なくともその発熱部
   をセラミツクス気密層にて包囲せしめてなること
   を特徴とする電気化学的装置。 ２ 前記電気化学的セルの少なくとも一対の電極
   は前記固体電解質を介して対向し、且つその少な
   くとも何れか一方の電極上に前記ヒーターが配置
   されており、そして該電極の少なくとも何れか一
   方と平行な平面上への前記ヒーターの少なくとも
   発熱部の投影図の巾が、該電極の何れの投影図の
   巾よりも狭くされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電気化学的装置。 ３ 複数の電気化学的セルで構成される電気化学
   的装置であつて、該電気化学的セルの少なくとも
   １個は酸素ポンピングセルであり、且つ該酸素ポ
   ンピングセルの電極上に前記ヒーターが設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の電気化学的装置。 ４ 前記電極が、主として白金族金属と固体電解
   質よりなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項の何れかに記載の電気化学的装置。 ５ 前記多孔質絶縁層が、主としてアルミナまた
   はスピネルよりなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の電気化学
   的装置。 ６ 前記固体電解質が、ジルコニア磁器であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
   の何れかに記載の電気化学的装置。 ７ 前記気密層が、ジルコニアを主成分とするセ
   ラミツクス層であることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項記載の電気化学的装置。