JPH04215059A - 酸素センサ及びその製造方法 - Google Patents
酸素センサ及びその製造方法Info
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- JPH04215059A JPH04215059A JP2335984A JP33598490A JPH04215059A JP H04215059 A JPH04215059 A JP H04215059A JP 2335984 A JP2335984 A JP 2335984A JP 33598490 A JP33598490 A JP 33598490A JP H04215059 A JPH04215059 A JP H04215059A
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、酸素濃度を検出する酸素センサ及びその製造
方法に関する。本発明は、例えば、内燃機関や各種燃焼
機関等におけるジルコニアラムダセンサ、空燃比センサ
等に利用される。
方法に関する。本発明は、例えば、内燃機関や各種燃焼
機関等におけるジルコニアラムダセンサ、空燃比センサ
等に利用される。
[従来の技術]
酸素センサは主に固体電解質からなり、基準側(主に大
気側)と検出側の各表面に各々基準電極と外側電極を有
し、その両電極間での酸素濃度差に応じて起電力を生じ
させるものである。また、ポンプ素子とこの検出素子と
を組合わせ、広範囲の酸素濃度が検出できるものもある
。
気側)と検出側の各表面に各々基準電極と外側電極を有
し、その両電極間での酸素濃度差に応じて起電力を生じ
させるものである。また、ポンプ素子とこの検出素子と
を組合わせ、広範囲の酸素濃度が検出できるものもある
。
これらは、主にガラスシール又は熱加締等により、金属
からなるハウジング部に組み込まれ、その一方は排気ガ
ス側に突き出させ、他方は大気に通じるように組付けら
れている。そして、この大気側には、防水性の確保又は
リード取出部の補強等を目的に、多くのシリコン部品(
例えば、第10図のパッキン4、シリコンゴム12)が
シール剤として用いられてる。
からなるハウジング部に組み込まれ、その一方は排気ガ
ス側に突き出させ、他方は大気に通じるように組付けら
れている。そして、この大気側には、防水性の確保又は
リード取出部の補強等を目的に、多くのシリコン部品(
例えば、第10図のパッキン4、シリコンゴム12)が
シール剤として用いられてる。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、前記酸素センサは、一般に高温下(例えば、被
測定ガスが内燃機関の排気ガスの場合は、600℃以上
)で使用される為、これに伴い前記シリコン部品が20
0℃以上になることがあり、時として、シリコンガスが
発生することとなる。そして、このようにして発生した
シリコンガスは、センサ素子の基準電極に付着し、これ
によりセンサ出力が減少するという問題があった。これ
は、基準電極側の電極近傍の酸素濃度が減少するためと
考えられる。
測定ガスが内燃機関の排気ガスの場合は、600℃以上
)で使用される為、これに伴い前記シリコン部品が20
0℃以上になることがあり、時として、シリコンガスが
発生することとなる。そして、このようにして発生した
シリコンガスは、センサ素子の基準電極に付着し、これ
によりセンサ出力が減少するという問題があった。これ
は、基準電極側の電極近傍の酸素濃度が減少するためと
考えられる。
本発明は、前記問題点を解決するものであり、酸素セン
サの使用温度下で、シリコンガスの基準電極への付着を
防止してセンサ出力の低下を防止する酸素センサ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
サの使用温度下で、シリコンガスの基準電極への付着を
防止してセンサ出力の低下を防止する酸素センサ及びそ
の製造方法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]
本発明に係わる酸素センサは、酸素イオン伝導性の固体
電解質本体と、該固体電解質本体の表面に配置された基
準電極と、該基準電極と対をなすように配置された測定
電極とをもつセンサ素子を備える酸素センサにおいて、
前記基準電極上に若しくは該基準電極よりも基準ガスの
導入部側に、周期律表IIa族元素からなる成分(以下
、「IIa族成分」という。)を含む被毒防止層を形成
させたことを特徴とする。
電解質本体と、該固体電解質本体の表面に配置された基
準電極と、該基準電極と対をなすように配置された測定
電極とをもつセンサ素子を備える酸素センサにおいて、
前記基準電極上に若しくは該基準電極よりも基準ガスの
導入部側に、周期律表IIa族元素からなる成分(以下
、「IIa族成分」という。)を含む被毒防止層を形成
させたことを特徴とする。
前記「IIa族成分」を用いるのは、これにより被測定
ガス中に含まれるシリコンとIIa族成分が、使用温度
下で反応を起こし、低融点結晶を生成するので、基準電
極にシリコンが侵入してこなくなり、そのため基準電極
の被毒を防止できるからである。ここで、「IIa族成
分を含む」とは、元素周期律表においてIIaに族する
元素の1種又は2種以上を含み、更にこの元素を含む化
合物と、例えばチタニア又はアルミナ等との混合物を含
む意味である。
ガス中に含まれるシリコンとIIa族成分が、使用温度
下で反応を起こし、低融点結晶を生成するので、基準電
極にシリコンが侵入してこなくなり、そのため基準電極
の被毒を防止できるからである。ここで、「IIa族成
分を含む」とは、元素周期律表においてIIaに族する
元素の1種又は2種以上を含み、更にこの元素を含む化
合物と、例えばチタニア又はアルミナ等との混合物を含
む意味である。
本発明において、前記センサ素子への基準ガスの導入部
側に、IIa族成分を含むフィルタを配設することがで
きる。このフィルタの形状、大きさ、材質、取付位置等
は、酸素センサの使用目的、用途等に応じて種々選択さ
れる。例えば、その形状としては、ハニカム状のもの又
は網目状のもの等を使用することができ、その材質とし
ては、IIa族成分を担持したセラミックス又は金属に
IIa族成分をコーティングした金属、IIa族成分化
合物のみからなるもの等を使用することができる。
側に、IIa族成分を含むフィルタを配設することがで
きる。このフィルタの形状、大きさ、材質、取付位置等
は、酸素センサの使用目的、用途等に応じて種々選択さ
れる。例えば、その形状としては、ハニカム状のもの又
は網目状のもの等を使用することができ、その材質とし
ては、IIa族成分を担持したセラミックス又は金属に
IIa族成分をコーティングした金属、IIa族成分化
合物のみからなるもの等を使用することができる。
また、このIIa族成分は、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、
炭酸塩又は複合炭酸塩等とするのが好ましく、更にその
元素としてはCa又はMg(特に、Ca)とするのが好
ましい。Ca、Mgとするのが好ましいのは、他の元素
と比べて、低温でのSiとの反応性に優れるからである
。特に、このうち、Caが一層低温反応性に優れる。こ
の成分(化合物)としては、非酸化物例えば塩化カルシ
ウム等の塩化物、硝酸カルシウム等の硝酸塩、炭酸マグ
ネシウム等の炭酸塩等が好ましく、特に塩化物が好まし
い。また、これらの水和物例えばCaCl2・2H2O
、複合化合物例えばCaCO3・MgCO3(ドロマイ
ト)であってもよい。但し、MgO・Al2O3等のス
ピネル類、CaT100等のペロブスカイト類は化合物
として安定のため、効果が見られず、IIa族は独立成
分化合物であることが主として必要である。即ち、他の
金属陽イオンを含まないことである。但し、IIa族と
SiO2との反応中間物質、例えばCa5(SiO4)
2(OH)2、、Ca4(Si2O7)(OH)6、γ
−Ca2SiO4は、このIIa族がSiと反応するこ
とで効果をもたらすものであることから、活性範囲であ
れば、十分効果がある。
炭酸塩又は複合炭酸塩等とするのが好ましく、更にその
元素としてはCa又はMg(特に、Ca)とするのが好
ましい。Ca、Mgとするのが好ましいのは、他の元素
と比べて、低温でのSiとの反応性に優れるからである
。特に、このうち、Caが一層低温反応性に優れる。こ
の成分(化合物)としては、非酸化物例えば塩化カルシ
ウム等の塩化物、硝酸カルシウム等の硝酸塩、炭酸マグ
ネシウム等の炭酸塩等が好ましく、特に塩化物が好まし
い。また、これらの水和物例えばCaCl2・2H2O
、複合化合物例えばCaCO3・MgCO3(ドロマイ
ト)であってもよい。但し、MgO・Al2O3等のス
ピネル類、CaT100等のペロブスカイト類は化合物
として安定のため、効果が見られず、IIa族は独立成
分化合物であることが主として必要である。即ち、他の
金属陽イオンを含まないことである。但し、IIa族と
SiO2との反応中間物質、例えばCa5(SiO4)
2(OH)2、、Ca4(Si2O7)(OH)6、γ
−Ca2SiO4は、このIIa族がSiと反応するこ
とで効果をもたらすものであることから、活性範囲であ
れば、十分効果がある。
前記Ca、Mg等を含んだ塩化物、硝酸塩、炭酸塩等に
おいては、非常に細かい粒子が形成されるため、シリコ
ンがIIa族成分を素通りしてしまうことを防ぐことが
でき、Si活性が高く、低温時でも効果が大きいからで
ある。一方、「酸化物」を用いた場合には、反応温度が
500℃以上であれば、十分にシリコンと反応し、被毒
を防止できるが、反応温度が500℃未満では、シリコ
ンが付着し、その後、温度の上昇に伴い、このシリコン
がSiO2に一部変化し、目詰まりが発生することにな
る。従って、この酸化物を用いる場合には、センサ素子
を加熱するための加熱手段を設けるのが好ましい。
おいては、非常に細かい粒子が形成されるため、シリコ
ンがIIa族成分を素通りしてしまうことを防ぐことが
でき、Si活性が高く、低温時でも効果が大きいからで
ある。一方、「酸化物」を用いた場合には、反応温度が
500℃以上であれば、十分にシリコンと反応し、被毒
を防止できるが、反応温度が500℃未満では、シリコ
ンが付着し、その後、温度の上昇に伴い、このシリコン
がSiO2に一部変化し、目詰まりが発生することにな
る。従って、この酸化物を用いる場合には、センサ素子
を加熱するための加熱手段を設けるのが好ましい。
本発明において、センサ素子を加熱するための加熱手段
を備えたものとすることができる。
を備えたものとすることができる。
この「加熱手段」を、用いるのは、被毒防止層の温度を
このヒータにより高め、IIa族成分の吸着能力を活発
にし、シリコンが、未反応のまま被毒防止層内等に侵入
するのを防ぐためである。即ち、酸素センサが使用され
る温度のうち比較的低温(約400℃)の場合には、I
Ia族成分のシリコン吸着効果は、それ程強くなく、未
反応のままシリコンが、被毒防止層等に侵入することも
ある。そして、酸素センサが高温(約600℃以上)に
なった場合には、このシリコンがSiO2へと変化し、
被毒防止層等に目詰まりを生じさせることとなる。この
為、酸素センサ素子を加熱するヒータを備えることによ
り、シリコンの侵入をより効果的に防ぐのである。この
場合は、IIa族成分として酸化物を用いる場合にも有
用である。
このヒータにより高め、IIa族成分の吸着能力を活発
にし、シリコンが、未反応のまま被毒防止層内等に侵入
するのを防ぐためである。即ち、酸素センサが使用され
る温度のうち比較的低温(約400℃)の場合には、I
Ia族成分のシリコン吸着効果は、それ程強くなく、未
反応のままシリコンが、被毒防止層等に侵入することも
ある。そして、酸素センサが高温(約600℃以上)に
なった場合には、このシリコンがSiO2へと変化し、
被毒防止層等に目詰まりを生じさせることとなる。この
為、酸素センサ素子を加熱するヒータを備えることによ
り、シリコンの侵入をより効果的に防ぐのである。この
場合は、IIa族成分として酸化物を用いる場合にも有
用である。
また、前記加熱手段としては、例えば、ヒータをセンサ
素子に内在させることもできるし、センサ素子とは別体
としたセラミックスヒータとし、これを筒状体内に挿置
するものとすることもできる。また、その際には、セラ
ミックスヒータとセンサ素子との接合部近傍の該セラミ
ックスヒータ上に、IIa族成分を担持等させることも
できる。
素子に内在させることもできるし、センサ素子とは別体
としたセラミックスヒータとし、これを筒状体内に挿置
するものとすることもできる。また、その際には、セラ
ミックスヒータとセンサ素子との接合部近傍の該セラミ
ックスヒータ上に、IIa族成分を担持等させることも
できる。
この場合は、ヒータ機能とともに被毒防止機能をも有す
る。
る。
前記本発明の酸素センサにおいて、前記被毒防止層を基
準電極上、この基準電極と基準ガス導入部間に配置され
た各部材の基準ガスと接触する面上、又はフィルタ上(
中)に形成する方法は、特に問わないが、以下とするこ
とがてきる。
準電極上、この基準電極と基準ガス導入部間に配置され
た各部材の基準ガスと接触する面上、又はフィルタ上(
中)に形成する方法は、特に問わないが、以下とするこ
とがてきる。
例えば、(1)IIa族成分を含む混合溶液又はスラリ
ーを調製し、これを所定位置に塗布したり、これに対象
物を浸漬したりし、その後乾燥、熱処理する方法、(2
)チタニア又はアルミナ等の耐熱性金属酸化物粉末に予
めIIa族成分を担持し、熱処理をし、その後、これを
使用して被毒防止膜又は被毒防止用フィルタを製作する
方法等が挙げられる。但し、後者において、IIa族成
分の担持量はこの金属酸化物粉末に対して、IIa族元
素金属換算で、2重量%(以下、単に%という、好まし
くは、5%)以上が好まい。これ未満では吸着効果が低
下し、センサ出力が減少するからである。尚、IIa族
成分のみを用いて、金属酸化物粉末を用いないとしても
よい。
ーを調製し、これを所定位置に塗布したり、これに対象
物を浸漬したりし、その後乾燥、熱処理する方法、(2
)チタニア又はアルミナ等の耐熱性金属酸化物粉末に予
めIIa族成分を担持し、熱処理をし、その後、これを
使用して被毒防止膜又は被毒防止用フィルタを製作する
方法等が挙げられる。但し、後者において、IIa族成
分の担持量はこの金属酸化物粉末に対して、IIa族元
素金属換算で、2重量%(以下、単に%という、好まし
くは、5%)以上が好まい。これ未満では吸着効果が低
下し、センサ出力が減少するからである。尚、IIa族
成分のみを用いて、金属酸化物粉末を用いないとしても
よい。
更に、第5発明に示すように、基準電極を形成後、該基
準電極の表面上、又は該基準電極と基準ガス導入部間に
配置される各部材の該基準ガスと接触する面上に周期律
表IIa族元素からなる成分を含有した溶液を塗布し、
注入し若しくは含浸させ、次いで乾燥若しくは加熱処理
して被毒防止層を形成することにより、酸素センサを製
造することができる。この場合は、ペーストを塗布する
場合と比べて、非常に均一な被毒防止層を形成すること
ができる。
準電極の表面上、又は該基準電極と基準ガス導入部間に
配置される各部材の該基準ガスと接触する面上に周期律
表IIa族元素からなる成分を含有した溶液を塗布し、
注入し若しくは含浸させ、次いで乾燥若しくは加熱処理
して被毒防止層を形成することにより、酸素センサを製
造することができる。この場合は、ペーストを塗布する
場合と比べて、非常に均一な被毒防止層を形成すること
ができる。
この被毒防止層を形成する相手材は、通常は、基準電極
上であるが、これに限らず、基準電極にSi粒子が達す
る前に、このSi粒子を補足できるような上流側に配置
されるものであれば、なんでもよい。
上であるが、これに限らず、基準電極にSi粒子が達す
る前に、このSi粒子を補足できるような上流側に配置
されるものであれば、なんでもよい。
本方法においても、前記と同様の理由により、同様のI
Ia族成分(塩化物等若しくはCa元素等)を用いるこ
とができる。更に、この溶液としては、2種以上の成分
(同一種又は異種の元素を問わない。)の混合でもよい
。但し、IIa族は独立成分化合物であることが必要で
ある。
Ia族成分(塩化物等若しくはCa元素等)を用いるこ
とができる。更に、この溶液としては、2種以上の成分
(同一種又は異種の元素を問わない。)の混合でもよい
。但し、IIa族は独立成分化合物であることが必要で
ある。
また、この溶液の濃度は、IIa族元素換算にて、1〜
10%とすることが好ましく、更に2〜8%が好ましい
。これが1%未満では、Si被毒防止性が小さく、1〜
2%では環境状態(例えば排気温度等が低い等。)によ
り耐Si防止効果が左右され、時にはその効果が乏しく
なることもある。これが10%を越える場合には、基準
電極上にこのIIa族成分粒子により目詰まりを生じ易
く、更に、耐Si被毒防止性は良好であが、初期段階又
はSiとの反応後体積が膨らみ、更に目詰まりが生じる
ことにより、センサとしての出力を異常にしてしまうこ
とがある。これが、8〜10%の間では、例えばヒータ
付センサの場合、前記した問題等は僅かであるが、ヒー
タを設けないセンサの場合、低温(500℃以下)での
基準ガスの基準電極への到達が困難となり出力が異常に
なることもある。
10%とすることが好ましく、更に2〜8%が好ましい
。これが1%未満では、Si被毒防止性が小さく、1〜
2%では環境状態(例えば排気温度等が低い等。)によ
り耐Si防止効果が左右され、時にはその効果が乏しく
なることもある。これが10%を越える場合には、基準
電極上にこのIIa族成分粒子により目詰まりを生じ易
く、更に、耐Si被毒防止性は良好であが、初期段階又
はSiとの反応後体積が膨らみ、更に目詰まりが生じる
ことにより、センサとしての出力を異常にしてしまうこ
とがある。これが、8〜10%の間では、例えばヒータ
付センサの場合、前記した問題等は僅かであるが、ヒー
タを設けないセンサの場合、低温(500℃以下)での
基準ガスの基準電極への到達が困難となり出力が異常に
なることもある。
[実施例]
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1
本実施例は、被毒防止層付酸素センサの評価をしたもの
である。
である。
(1)センサ素子本体の製作及び組付
下記工程1〜11によってセンサ素子を製作する。
工程1;純度99%以上のジルコニアに純度99.9%
のイットリアを5モル%添加し、湿式混合した後、13
00℃で2時間仮焼する。
のイットリアを5モル%添加し、湿式混合した後、13
00℃で2時間仮焼する。
工程2;水を加えボールミル中にて湿式にて粒子の80
%が2.5μm以下の粒径になるまで粉砕する。
%が2.5μm以下の粒径になるまで粉砕する。
工程3;水溶性バインダを添加し、スプレードライにて
平均粒径70μmの球状の造粒粒子を得る。
平均粒径70μmの球状の造粒粒子を得る。
工程4;工程3にて得た粉末をラバープレスし所望の管
状(U字管状)に成形し乾燥後、砥石にて所定の形状に
研削する。
状(U字管状)に成形し乾燥後、砥石にて所定の形状に
研削する。
工程5;外面上に、工程3で得た造粒粒子に水溶性バイ
ンダ繊維素グリコール酸ナトリウム及び溶剤を添加した
泥漿を付着させる。
ンダ繊維素グリコール酸ナトリウム及び溶剤を添加した
泥漿を付着させる。
工程6;乾燥後、1500℃×2時間にて焼成する。検
出部に対応する部分について、横方向長25mm、外形
約5mmφ、内径約3mmφとし工程7;無電解メッキ
により、外面にPt測定電極層を厚さ0.9μmに析着
させ、その後1000℃で焼付する。
出部に対応する部分について、横方向長25mm、外形
約5mmφ、内径約3mmφとし工程7;無電解メッキ
により、外面にPt測定電極層を厚さ0.9μmに析着
させ、その後1000℃で焼付する。
工程8;MgO・Al2、O3(スピネル)の粉末にて
プラズマ溶射して厚さ約100μmの電極を直接被覆す
る保護層を形成する。
プラズマ溶射して厚さ約100μmの電極を直接被覆す
る保護層を形成する。
工程9;工程7と同様にして、内面にPt基準電極を形
成した。
成した。
工程10;平均粒径0.5μmのアルミナ粉末と、表に
示す所定量のCaCl2、2H2O、Ca(NO3)2
、6H2O、Mg(NO3)2、6H2O又はMgOを
混合し、溶剤と有機バインダを加えペースト化した。尚
、第1表に示すこのIIa族成分の含有量は、IIa族
元素分のアルミナに対する重量%である。
示す所定量のCaCl2、2H2O、Ca(NO3)2
、6H2O、Mg(NO3)2、6H2O又はMgOを
混合し、溶剤と有機バインダを加えペースト化した。尚
、第1表に示すこのIIa族成分の含有量は、IIa族
元素分のアルミナに対する重量%である。
尚、比較例はIIa族成分を使用しないものである。実
施例4、5、7、8、11、比較例で用いたヒータは、
被毒防止層を有しないこと以外は第6図と同形状のもの
を用いた。
施例4、5、7、8、11、比較例で用いたヒータは、
被毒防止層を有しないこと以外は第6図と同形状のもの
を用いた。
工程11;前記ペーストを所定位置に塗布し、その後加
熱して有機物を除去して、第2〜8図の如く、各実施例
品を製作した。第2図のものは、全長l1=25mmに
対して被毒防上層長が15mmである。通常、この長さ
はこの全長に対して1/3以上が好ましい。第3図(及
び第4、5図)のものは、スペーサ9の内部にハニカム
フィルタ12を配設したものである。このフィルタ12
は7mmφ×3mmの円盤形であり、工程10で塗布さ
れたペースト厚は20μmであり、第5図に示すように
、壁厚l3が0.2mm、1区画辺長l4が1mmであ
る。
熱して有機物を除去して、第2〜8図の如く、各実施例
品を製作した。第2図のものは、全長l1=25mmに
対して被毒防上層長が15mmである。通常、この長さ
はこの全長に対して1/3以上が好ましい。第3図(及
び第4、5図)のものは、スペーサ9の内部にハニカム
フィルタ12を配設したものである。このフィルタ12
は7mmφ×3mmの円盤形であり、工程10で塗布さ
れたペースト厚は20μmであり、第5図に示すように
、壁厚l3が0.2mm、1区画辺長l4が1mmであ
る。
第6図は被毒防止層13b及び/又は13c付のセラミ
ックスヒータ13である。ここで、ヒータ(W又はPt
、常温における電気抵抗は7Ωである。)13aは下部
のセラミックス絶縁物からなる棒状体内に設けられ、1
3部分はヒータ支持用端子であり、この部分は上方から
下方へ空気が流れるように縦に切れ目を有している。尚
、この切れ目の代わりに多孔質性とすることもできる。
ックスヒータ13である。ここで、ヒータ(W又はPt
、常温における電気抵抗は7Ωである。)13aは下部
のセラミックス絶縁物からなる棒状体内に設けられ、1
3部分はヒータ支持用端子であり、この部分は上方から
下方へ空気が流れるように縦に切れ目を有している。尚
、この切れ目の代わりに多孔質性とすることもできる。
尚、13dはNiリードを示す。第7図(及び第8図)
のものは、ロール型のフィルタ付ヒータ内蔵の酸素セン
サ14である。この参照ガス導入部近傍の横断面形状は
第8図に示し、その中央にはIIa族成分14bが付着
したハニカムフィルタ14aが形成されている。尚、ハ
ニカム型でなく多孔質性とすることもできる。このフィ
ルタ長は、センサ素子の参照ガス導入口から電極中央部
までの長さの1/5以上であることが望ましい。
のものは、ロール型のフィルタ付ヒータ内蔵の酸素セン
サ14である。この参照ガス導入部近傍の横断面形状は
第8図に示し、その中央にはIIa族成分14bが付着
したハニカムフィルタ14aが形成されている。尚、ハ
ニカム型でなく多孔質性とすることもできる。このフィ
ルタ長は、センサ素子の参照ガス導入口から電極中央部
までの長さの1/5以上であることが望ましい。
次いで、下記工程1〜4によって第10図の如くのセン
サ組付を行った。
サ組付を行った。
工程1;センサ素子2を、出力(−)取出部の2a部に
するパッキン4を介して、金属のハウジング3に接する
ように挿入する。
するパッキン4を介して、金属のハウジング3に接する
ように挿入する。
工程2;滑石5及び加締リング6、内筒7をハウジング
3との空間に入れ、熱加締を行った。
3との空間に入れ、熱加締を行った。
工程3;センサ素子、力(−)取出部の2b部に出力取
出部品(一部セラミックヒータ付)を挿入(圧入)した
。
出部品(一部セラミックヒータ付)を挿入(圧入)した
。
工程4;スペーサ9とプロテクタ1とシリコンゴム10
を被せ、更に外筒11を被せ、11aと11bの所で六
角加締をした。
を被せ、更に外筒11を被せ、11aと11bの所で六
角加締をした。
(2)性能評価
以上の各組付体全体を250℃の乾煙器中に20時間放
置後、λ=0.9近傍での出力を測定した。その際、ヒ
ータ無しの場合は100KΩの負荷抵抗とし、ヒータ有
りの場合には、負荷抵抗は10kΩとし、ヒータへの印
加電圧は14Vとし、両タイプとも出力は30分放置後
に読み取った。この出力の結果を、ヒータの有無ととも
に第1表に示した。
置後、λ=0.9近傍での出力を測定した。その際、ヒ
ータ無しの場合は100KΩの負荷抵抗とし、ヒータ有
りの場合には、負荷抵抗は10kΩとし、ヒータへの印
加電圧は14Vとし、両タイプとも出力は30分放置後
に読み取った。この出力の結果を、ヒータの有無ととも
に第1表に示した。
この結果によれば、IIa族成分を2〜15%(Al2
O3に対して)含むものは、比較例のIIa族成分を含
まない場合と比べて、いずれも出力が1.9〜2.6倍
と大きかった。特に、CaCl2を用いた場合は、その
含有量が2%と少ない場合(実施例4)でも、比較例の
3倍もの出力を示した。尚、CaOを使用した場合(実
施例11)でも、ヒータを用いたとき比較例と比べて、
1.9倍の出力を示した。他の塩化物又は硝酸塩を用い
た場合(実施例1〜10)は、更に良好な性能を示した
。そして、IIa族成分の添加量が5〜15%の場合(
実施例2〜3、5〜10)は、2.4〜2.6倍の高出
力を示し、大変優れた性能を示した。
O3に対して)含むものは、比較例のIIa族成分を含
まない場合と比べて、いずれも出力が1.9〜2.6倍
と大きかった。特に、CaCl2を用いた場合は、その
含有量が2%と少ない場合(実施例4)でも、比較例の
3倍もの出力を示した。尚、CaOを使用した場合(実
施例11)でも、ヒータを用いたとき比較例と比べて、
1.9倍の出力を示した。他の塩化物又は硝酸塩を用い
た場合(実施例1〜10)は、更に良好な性能を示した
。そして、IIa族成分の添加量が5〜15%の場合(
実施例2〜3、5〜10)は、2.4〜2.6倍の高出
力を示し、大変優れた性能を示した。
実施例2
本実施例は、特に、各種、水溶液を用いて被毒防止層の
形成方法について検討したものである。
形成方法について検討したものである。
先ず、実施例1で用いた工程1〜9により、素子本体の
内面にPt基準電極を形成した。
内面にPt基準電極を形成した。
一方、第2表(A)、(B)に示す、IIa族成分を用
いて同表に示す濃度をもつ各水溶液を作成した。尚、同
表中の濃度は、水溶液全体に対する元素換算された濃度
(重量%)である。
いて同表に示す濃度をもつ各水溶液を作成した。尚、同
表中の濃度は、水溶液全体に対する元素換算された濃度
(重量%)である。
そして、前記基準電極を有する素子本体内に、前記の各
水溶液を入れ、2〜3分放置し、その後、この水溶液を
取り出し、150℃、30分にて乾燥し、各被毒防止層
付酸素センサの試験品No.1〜33を形成した。尚、
使用した素子本体の形状は、No.24、25では板状
型(第9図図示)、No.27〜30ではロール型(第
7図図示)を用い、他は、全て第2図図示のものを用い
た。そして、同表における水溶液の浸漬高さ(相対高さ
)、即ち被毒防止層の相対長さは、第2図に示すように
素子の所定高さ(l1)に対する浸漬高さ(防止層高さ
、l2)の比とした。尚、実際には、この長さよりも面
積に効くものと考えられるが、目安として、注入量はこ
の長さで規定した。
水溶液を入れ、2〜3分放置し、その後、この水溶液を
取り出し、150℃、30分にて乾燥し、各被毒防止層
付酸素センサの試験品No.1〜33を形成した。尚、
使用した素子本体の形状は、No.24、25では板状
型(第9図図示)、No.27〜30ではロール型(第
7図図示)を用い、他は、全て第2図図示のものを用い
た。そして、同表における水溶液の浸漬高さ(相対高さ
)、即ち被毒防止層の相対長さは、第2図に示すように
素子の所定高さ(l1)に対する浸漬高さ(防止層高さ
、l2)の比とした。尚、実際には、この長さよりも面
積に効くものと考えられるが、目安として、注入量はこ
の長さで規定した。
前記各試験品の性能評価方法は以下の通りである。即ち
、この各試験品を密閉容器内の素子立ての各孔内に挿置
し、この容器内を−100mmHgの減圧にする。そし
て、この容器内に300℃に加熱したシリコンオイル容
器と接続し、シリコンオイル分解ガスが容器内に入るよ
うにしている。その後、λ≒0.9にて加熱してセンサ
出力を測定し、その結果を第2表に示した。その際、ヒ
ータ無しの場合は100KΩの負荷抵抗とし、チップ温
度350℃において30倍保持した後の出力を読み取っ
た。また、ヒータ有りの場合は10KΩの負荷抵抗上し
、ヒータへの印加電圧は14Vとし、チップ温度約55
0℃において30分保持した後の出力を同様に読み取っ
た。
、この各試験品を密閉容器内の素子立ての各孔内に挿置
し、この容器内を−100mmHgの減圧にする。そし
て、この容器内に300℃に加熱したシリコンオイル容
器と接続し、シリコンオイル分解ガスが容器内に入るよ
うにしている。その後、λ≒0.9にて加熱してセンサ
出力を測定し、その結果を第2表に示した。その際、ヒ
ータ無しの場合は100KΩの負荷抵抗とし、チップ温
度350℃において30倍保持した後の出力を読み取っ
た。また、ヒータ有りの場合は10KΩの負荷抵抗上し
、ヒータへの印加電圧は14Vとし、チップ温度約55
0℃において30分保持した後の出力を同様に読み取っ
た。
そして、試験後の出力が500mV以下のものを不良(
×)、500mVを越えて700mV以下のものをやや
良(△)、700mVを越えて800mV以下のものを
良(○)、800mVを越えるものを最良(◎)とした
。
×)、500mVを越えて700mV以下のものをやや
良(△)、700mVを越えて800mV以下のものを
良(○)、800mVを越えるものを最良(◎)とした
。
この結果によれば、特にIIa族元素濃度が2〜8%の
場合は優れた性能を示した。また、No.17、18に
示すように、IIIaのAl元素は良好な性能を示さな
かった。更に、被毒防止層の液高さは、No.19〜2
3の比較試験の結果に示すように、1/4(0.25)
以上(即ち0.25〜1)の場合は、No.19の1/
5の場合と比べて、特に良好な性能を示した。また、N
o.30に示すように、その濃度が14%と大変大きく
なると、たとえヒータ付であっても出力は低下した。
場合は優れた性能を示した。また、No.17、18に
示すように、IIIaのAl元素は良好な性能を示さな
かった。更に、被毒防止層の液高さは、No.19〜2
3の比較試験の結果に示すように、1/4(0.25)
以上(即ち0.25〜1)の場合は、No.19の1/
5の場合と比べて、特に良好な性能を示した。また、N
o.30に示すように、その濃度が14%と大変大きく
なると、たとえヒータ付であっても出力は低下した。
尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。例えば、第7図に示
す酸素センサに代えて、第9図に示すような板状のもの
とすることもできる。この場合も、その中央にハニカム
形状、多孔性形状とし、この部分に所定のIIa族成分
を付着させるとよい。また、ヒータを内在させることも
できる。また、本発明は前記実施例のセンサに限定適用
されるものではなく、種々のタイプの空燃比制御用セン
サ等にも利用できる。
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。例えば、第7図に示
す酸素センサに代えて、第9図に示すような板状のもの
とすることもできる。この場合も、その中央にハニカム
形状、多孔性形状とし、この部分に所定のIIa族成分
を付着させるとよい。また、ヒータを内在させることも
できる。また、本発明は前記実施例のセンサに限定適用
されるものではなく、種々のタイプの空燃比制御用セン
サ等にも利用できる。
更に、本発明の他の効用としては、以下の場合がある。
即ち、一般のセンサの出力と温度特性は、1MΩ負荷を
かけた場合の第11図中の点線に示すグラフの如くなり
、低温時(300℃程度)では、センサの活性不足によ
り、リーン出力が持ち上がってしまうという問題がある
。
かけた場合の第11図中の点線に示すグラフの如くなり
、低温時(300℃程度)では、センサの活性不足によ
り、リーン出力が持ち上がってしまうという問題がある
。
一方、本発明においては、同図の実線のグラフに示す如
く、リーンでの出力が非常に低くなるという特徴を有す
る。これは、塩化物、硝酸塩が潮解性を有するため、空
気中の水分を吸い、温度上昇に伴い、水蒸気となり大気
中の酸素濃度が減少したためと推定される。また、貴金
属がこの塩化物等により化学吸着等で一時的に被毒した
ものと考えられる。これにより、外側電極の活性不足に
対し、内側の状態がバランスされ、実線の如くなる。こ
のようなセンサを使用した場合、低温での制御がややリ
ッチ側となり、アイドリング時での運転性を向上できる
。
く、リーンでの出力が非常に低くなるという特徴を有す
る。これは、塩化物、硝酸塩が潮解性を有するため、空
気中の水分を吸い、温度上昇に伴い、水蒸気となり大気
中の酸素濃度が減少したためと推定される。また、貴金
属がこの塩化物等により化学吸着等で一時的に被毒した
ものと考えられる。これにより、外側電極の活性不足に
対し、内側の状態がバランスされ、実線の如くなる。こ
のようなセンサを使用した場合、低温での制御がややリ
ッチ側となり、アイドリング時での運転性を向上できる
。
一方、従来のセンサを用いて低温時に車を制御した場合
、リーン出力の持ち上がりによりリーン制御をし、ノッ
キング等の運転性の悪化となる。
、リーン出力の持ち上がりによりリーン制御をし、ノッ
キング等の運転性の悪化となる。
[発明の効果]
本発明の酸素センサにおにおいては、構成部品又は大気
中に存在している砂塵等に含まれるSi成分が基準電極
に達する前に、IIa族成分に捕獲されるので、この基
準電極がシリコンによって被毒されたり若しくは目詰ま
りを起こしたりすることが、ないか若しくは少ない。従
って、センサの出力が低下することがないか、若しくは
それが少ない。また、センサ素子を加熱するセラミック
スヒータをもつものでは、一層、被毒防止効果を向上さ
せることができ、更にIIa族成分の適用範囲を拡げる
こともできる。
中に存在している砂塵等に含まれるSi成分が基準電極
に達する前に、IIa族成分に捕獲されるので、この基
準電極がシリコンによって被毒されたり若しくは目詰ま
りを起こしたりすることが、ないか若しくは少ない。従
って、センサの出力が低下することがないか、若しくは
それが少ない。また、センサ素子を加熱するセラミック
スヒータをもつものでは、一層、被毒防止効果を向上さ
せることができ、更にIIa族成分の適用範囲を拡げる
こともできる。
また、本発明の製造方法によれば、センサ出力に優れた
酸素センサを容易に製造できる。
酸素センサを容易に製造できる。
第1図は本発明の酸素センサに用いたセンサ素子の一部
縦断面説明図、第2図は実施例で用いた被毒防止層を形
成させたセンサ素子の半縦断面図、第3図は実施例にお
いて用いたフィルタの取付状態を示す説明図、第4図は
第3図図示のフィルタの斜視図、第5図は第3図図示の
フィルタのIIa族成分の付着状態を示す説明図、第6
図は実施例において用いた被毒肪止層付セラミックスヒ
ータの説明図、第7図は実施例において用いたフィルタ
付ヒータ内蔵型酸素センサの斜視図、第8図は第7図図
示のフィルタ部のIIa族成分の付着状態を示す説明図
、第9図は板状酸素センサの斜視図、第10図は実施例
において用いたセンサ組付体を示す説明図、第11図は
温度とセンサ出力の関係を示すグラフである。 2;センサ素子、21;固体電解質本体、22;基準電
極、23;外側電極、24;被毒防止層、25;保護層
、4;パッキン、9;スペーサ、10;シリコンゴム、
12;フィルタ、13;セラミックスヒータ。 特許出願人 日本特殊陶業株式会社 代理人 弁理士 小島清路
縦断面説明図、第2図は実施例で用いた被毒防止層を形
成させたセンサ素子の半縦断面図、第3図は実施例にお
いて用いたフィルタの取付状態を示す説明図、第4図は
第3図図示のフィルタの斜視図、第5図は第3図図示の
フィルタのIIa族成分の付着状態を示す説明図、第6
図は実施例において用いた被毒肪止層付セラミックスヒ
ータの説明図、第7図は実施例において用いたフィルタ
付ヒータ内蔵型酸素センサの斜視図、第8図は第7図図
示のフィルタ部のIIa族成分の付着状態を示す説明図
、第9図は板状酸素センサの斜視図、第10図は実施例
において用いたセンサ組付体を示す説明図、第11図は
温度とセンサ出力の関係を示すグラフである。 2;センサ素子、21;固体電解質本体、22;基準電
極、23;外側電極、24;被毒防止層、25;保護層
、4;パッキン、9;スペーサ、10;シリコンゴム、
12;フィルタ、13;セラミックスヒータ。 特許出願人 日本特殊陶業株式会社 代理人 弁理士 小島清路
Claims (8)
- 【請求項1】酸素イオン伝導性の固体電解質本体と、該
固体電解質本体の表面に配置された基準電極と、該基準
電極と対をなすように配置された測定電極とをもつセン
サ素子を備える酸素センサにおいて、前記基準電極上に
若しくは該基準電極よりも基準ガスの導入部側に、周期
律表IIa族元素からなる成分を含む被毒防止層を形成
させたことを特徴とする酸素センサ。 - 【請求項2】酸素イオン伝導性の固体電解質本体と、該
固体電解質本体の表面に配置された基準電極と、該基準
電極と対をなすように配置された測定電極とをもつセン
サ素子を備える酸素センサにおいて、前記センサ素子へ
の基準ガスの導入部側に、周期律表IIa族元素からな
る成分を含むフィルタを配設したことを特徴とする酸素
センサ。 - 【請求項3】前記周期律表IIa族元素からなる成分は
耐熱性金属酸化物粉末に担持され、前記被毒防止層若し
くは前記フィルタは、該周期律表IIa族元素からなる
成分が担持された耐熱性金属酸化物粉末を用いて形成さ
れている請求項1又は2記載の酸素センサ。 - 【請求項4】前記周期律表IIa族元素からなる成分は
、塩化物、硝酸塩、炭酸塩又は複合炭酸塩である請求項
1乃至3記載の酸素センサ。 - 【請求項5】ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサの
製造方法において、基準電極を形成後、該基準電極の表
面上、又は該基準電極と基準ガス導入部間に配置される
各部材の該基準ガスと接触する面上に周期律表IIa族
元素からなる成分を含有した溶液を塗布し、注入し又は
含浸させ、次いで乾燥又は加熱処理して被毒防止層を形
成することを特徴とする酸素センサの製造方法。 - 【請求項6】前記周期律表IIa族元素からなる成分は
、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩又は複合炭酸塩であ
る請求項5記載の酸素センサの製造方法。 - 【請求項7】前記周期律表IIa族元素からなる成分を
含有した溶液の該周期律表IIa族元素からなる成分の
濃度は、元素換算にて、1〜10重量%である請求項5
乃至6記載の酸素センサの製造方法。 - 【請求項8】前記周期律表IIa族元素は、Ca又はM
gである請求項5乃至7記載の酸素センサの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2-277189 | 1990-10-15 | ||
JP27718990 | 1990-10-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04215059A true JPH04215059A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=17580049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2335984A Pending JPH04215059A (ja) | 1990-10-15 | 1990-11-29 | 酸素センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04215059A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004020377A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-01-22 | Honda Motor Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
DE102007053425A1 (de) | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor mit verringerten Alterungseffekten |
JP2017075794A (ja) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | 株式会社デンソー | センサ制御装置 |
JP2020085733A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
WO2020195079A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
WO2020195080A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2335984A patent/JPH04215059A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004020377A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-01-22 | Honda Motor Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
DE102007053425A1 (de) | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor mit verringerten Alterungseffekten |
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WO2020110872A1 (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
WO2020195079A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
WO2020195080A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP2020165664A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020165663A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
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