JPH04184162A - 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従来例を第１２図に示
す。

１はイオン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジルコニ
ア）よりなる素子にして、その中心にはガス拡散孔１ａ
が穿設されると共に、表裏対向面には環状のカソード電
極２ａとアノード電極２ｂが各リード部２　ａ　　−２
ｂ　１と一体に形成（例え■ ば、白金のスクリーン印刷）されている（第１３図、第
１４図参照）。なお、リード部２ａ１と２ｂ１とは平面
的に９０°変位している。

３は素子１のカソード電極２ａ側にガス拡散室４を介在
して封着されたキャップ（例えば、結晶化ガラス）であ
る。

５は一面に加熱用ヒータ６が形成されたセラミック板（
例えば、フォルステライト磁器）にして、該セラミック
板５の他面周縁部が、素子１のアノード電極２ｂ側の周
縁部に配されたガス導入孔とガス導入室７の形成を兼ね
た複数の封止材８（例えば、ガラス）により固着されて
いる（複数の封止材８の間がガス導入孔となる）。

而して、セラミック板５には、第１５図に示すように、
Ｃ字状の加熱用ヒータ６をそのリード部６ａ、６ｂと一
体に形成した面に、該ヒータ６の２つのヒータ端子６ｃ
、６ｄと、カソード電極端子２ｃ及びアノード電極端子
２ｄが形成されている（各端子は白金、銀、パラジウム
、金あるいはこれらの合金のスクリーン印刷）。

そして、ヒータ端子６ｃ、　６ｄには加熱用ヒータ６の
リード部６ａ、６ｂからのリード線と電圧源の（＋＞　
（−）端子へのリード線とが接続され、また端子２ｃに
はカソード電極２ａのリード部２ａ１からのリード線と
電圧源の（−）端子へのリード線か接続され、端子２ｄ
にはアノード電極２ｂのリード部２　ｂ　ｔからのリー
ド線と電圧源の（＋）端子へのリード線か接続され、カ
ソード電極２ａとアノード電極２ｂ及び加熱用ヒータ６
に電圧を印加し、ガス導入孔（封止材８の間）−ガス導
入室７−ガス拡散孔１ａ−ガス拡散室４−カソード電極
２　ａ　−素子１−アノード電極２ｂ−カス導入孔の雰
囲気ガスの移送過程における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
の電極２ａ、２ｂ間に流れる。

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

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のセンサエレメントは、センサエレメントの所定温
度の加熱をセラミック板５に形成した加熱用ヒータ６に
より行うので、センサエレメントに不可欠なガス拡散室
４を形成するキャップ３の熱的損傷を防止しつる利点か
ある。

しかしながら、セラミック板５の一面には、加熱用ヒー
タ６と共に該ヒータ端子６ｃ、６ｄ及びカソード、アノ
ードの各電極端子２Ｃ％　２ｄが形成されており、その
うちの加熱用ヒータ６の形成面積が大きいことから、端
子６ｃｓ　６ｄ、２ｃ。

２ｄの形成面積か小さくなっている。

−例を示すと、セラミック板５の半径は３市、Ｃ字状の
加熱用ヒータ６の巾は１．０〜１．５ｍｍ（中央空間部
の半径は０．５ｍｍ）、各端子６ｃ。

６ｄ、２ｃ、２ｄの形成領域中１．５〜１．Ｏｍｍ内に
１．０〜０．７關の長方形に形成される。

したがって、各端子へのリード線の接続作業が非常に困
難となり、量産性に欠けるという問題かあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、カソー
ド、アノードの各電極端子及び加熱用ヒータ端子の形成
面積を大きくしてリード線の接続作業か容易な酸素セン
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、ガス拡散孔を有
すると共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よりなる素子と、上記
カソード電極形成側の素子にガス拡散室を介在して封着
したキャップと、上記アノード電極形成側の素子に複数
の封止材を介して固着され、アノード電極対向面に加熱
用ヒータを形成すると共に他面にカソード、アノードの
各電極端子及び加熱用ヒータ端子を集合形成し、かつ加
熱用ヒータ端子と加熱用ヒータとを導電接続したセラミ
ックス板とからなり、上記カソード、アノードの各電極
端子及び加熱用ヒータ端子に電圧源へのリード線を接続
すると共に、カソード、アノードの各電極端子と各電極
とを導電接続したことにある。

〔作　用〕

セラミック板の加熱用ヒータの形成面とは別の面に集合
形成された大きな面積のカソード、アノードの各電極端
子及び加熱用ヒータ端子と各電極、加熱用ヒータとを接
続する印刷導体の形成並びに各端子への電圧源へのリー
ド線による接続が容易に行いつる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、従来例と同一部品には同一符号を付す。

第１図〜第３図において、１はガス拡散孔１ａを有する
イオン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジルコニア）
からなる素子、２ａ、２ｂは素子１の表裏対向面に各リ
ード部２　ａ　　−、２ｂ　１と−■ 体に形成された環状のカソード、アノ−ドの各電極（例
えば、白金のスクリーン印刷）、３はカソード電極２ａ
側の素子１にガス拡散室４を形成して到着したキャップ
（例えば、結晶化ガラス）である。

而して、第４図〜第６図に示すように、セラミック板５
（例えば、フォルステライト磁器）の−面にはＣ字状の
加熱用ヒータ６がそのリード部６　ａ　　−６ｂ　ｌと
一体に形成され、また他面には■ その全面積をほぼ４等分した扇状をなす大きな面積のカ
ソード電極端子２ｅ、アノード電極端子２ｆ及び加熱用
ヒータ端子６ｅ、６ｆが形成されている（例えば、白金
、銀、パラジウムあるいはそれらの合金のスクリーン印
刷）と共に、加熱用ヒータ６のリード部６　ａ　　−６
ｂ　１と加熱用ヒータ端子６ｅ、６ｆとがセラミック板
５の外周に沿う印刷導体９ａ、９ｂ（例えば、白金のス
クリーン印刷）により接続されている。

なお、印刷導体９ａ、９ｂに代えてリード線を使用して
もよい。

したがって、セラミック板５は、−面に加熱用ヒータ６
、他面にカソード、アノードの各電極端子２ｅ、２ｆ、
加熱用ヒータ端子６ｅ、６ｆを有し、加熱用ヒータ６と
ヒータ端子６ｅ、６ｆを印刷導体９ａ、９ｂで接続済み
の一部品となるものである。

第７図は上記第１図に示したアノード電極２ｂ側の素子
１に、複数の封止材８（例えば、ガラス）を介して上記
第４図に示したセラミック板５をその加熱用ヒータ６の
形成面を固着し、そしてカソード電極２ａのリード部２
ａ１とカソード電極２ｅとを封止材８の外面に沿う印刷
導体１０（例えば、白金のスクリーン印刷）により接続
しく第８．９．１１図参照）、アノード電極２ｂのリー
ド部２ｂ１とアノード電極端子２ｆとを封止材８の外面
に沿う印刷導体１１　（例えば、白金のスクリーン印刷
）により接続しく第９．１０，１１図参照）、またカソ
ード、アノードの各電極端子２ｅ、２ｆ及び加熱用ヒー
タ端子６ｅ、６ｆに電圧源ヘノリード線１２．１３．１
４ａ、１４ｂを接続した（第１１図参照）センサエレメ
ントを示すものである。

なお、上記各電極と電極端子との接続は印刷導体に代え
てリード線を使用してもよい。

また、上記の実施例では、端子数が４個であるので４分
割した扇状のものを示したが、４分割に限らず必要端子
数に応して分割数を増減することか可能であり、分割に
際しても等分割が望ましいが、場合によっては分割比を
変えることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、加熱用ヒータの形成面とは別個の而にカソー
ド、アノードの各電極端子及び加熱用ヒータ端子を形成
すると共に、加熱用ヒータとヒータ端子とを接続したセ
ラミック板を有するので、（ａ）各端子の形成面積が大
きくなり、カソード、アノードの各電極及び加熱用ヒー
タとの接続作業と電圧源へのリード線接続作業が容易で
あり、しかもセラミック板は加熱用ヒータとヒータ端子
とを接続した一部品となっているので、生産性の向上に
寄与する。

（ｂ）加熱用ヒータのパターン形成の自由度が増大する
。

（Ｃ）加熱用ヒータかガス拡散室形成のキャップに形成
されていないので、キャップの熱的破損がなく、耐久性
か増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の一部品を示す縦断面図、 第２図は第１図のＸ−Ｘ線断面図、 第３図は第１図のＹ−Ｙ線断面図、 第４図は本発明の実施例の他部品を示す縦断面図、 第５図は第４図のＸ−Ｘ線断面図、 第６図は第４図のＹ−Ｙ線断面図、 第７図は本発明の実施例の縦断面図、 第８図は第７図のＸ−Ｘ線断面図、 第９図は第７図のＹ−Ｙ線断面図、 第１０図は第７図の２−２線断面図、 第１１図は第７図の０−０線断面図、 第１２図は従来例の縦断面図、 第１３図は第１２図のＸ−Ｘ線断面図、第１４図は第１
２図のＹ−Ｙ線断面図、第１５図は第１２図のＺ−Ｙ線
断面図である。 １・・・素子、１ａ・・・ガス拡散孔、２ａ・・・カソ
ード電極、２ｂ・・・アノード電極、２ｅ・・・カソー
ド電極端子、２ｆ・・・アノード電極端子、３・・・キ
ャップ、４・・ガス拡散室、５・・・セラミック板、６
・・・加熱用ヒータ、６ｅ、６ｆ・・加熱用ヒータ端子
、８・・・封止材、９ａ、９ｂ、１０．１１−印刷導体
、１２．１３．１４ａ、１４ｂ・＝リード線。 出願人代理人　　藤　　本　　博　　光Ｄ 第１図 第２図　　　　　　　　第３図 第７図 下８＝ ７ρ１０図 第９．、￥１ 深、１１」 ３　　　　　１ａ １　　　　　　　　　　！ 第１２図 第１４図 第１３図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガス拡散孔を有すると共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よりな
   る素子と、 上記カソード電極形成側の素子にガス拡散室を介在して
   封着したキャップと、 上記アノード電極形成側の素子に複数の封止材を介して
   固着され、アノード電極対向面に加熱用ヒータを形成す
   ると共に他面にカソード、アノードの各電極端子及び加
   熱用ヒータ端子を集合形成し、かつ加熱用ヒータ端子と
   加熱用ヒータとを導電接続したセラミックス板とからな
   り、 上記カソード、アノードの各電極端子及び加熱用ヒータ
   端子に電圧源へのリード線を接続すると共に、カソード
   、アノードの各電極端子と各電極とを導電接続した、 ことを特徴とする酸素センサのセンサエレメント。