JPH0443949A

JPH0443949A - 酸素センサ

Info

Publication number: JPH0443949A
Application number: JP2151838A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Kajima; 孝文鹿嶋; Katsuaki Nakamura; 中村　克明; Atsunari Ishibashi; 石橋　功成
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-13

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Ｊ本発明は、地下トンネルの酸欠事故防止等に用いられる
酸素センサに係わり、特に消費電力が少なく、かつ信頼
性の高い酸素センサに関する。

［従来の技術］近年、安定化ジルコニアからなる固体電解質を用いた限
界電流式の酸素センサか実用化されている。

この酸素センサは、第５図、第６図に示すように、安定
化ジルコニア等のイオン４電性を有する固体電解質によ
り形成されたイオン導電板１と、該イオン導電板１の両
面にそれぞれ設けられて、所定電圧が印加される多孔質
の電極２Ａ、２Ｂと、前ｌｄイオン導電板１の一方の面
を屡う誹うに設ｊすられた密封キャップ３Ｊ：、該密封
牛ヤ、プ３の外表面に配置されたヒータ４とからなり、
イオン導電板１及び電極２Ａ、２Ｂの中央部に拡散律速
を生じさせる拡散孔５か形成されたものである。

そして、リード線４ｂ、４Ｃを介してヒータ４に電圧を
印加してイオン導電板１を昇温させた状態で、図示して
いないリート線を介して電極２Ａ２Ｂに電圧を印加し、
この際電極２Ａ、２Ｂ開に流れる電流の値から雰囲気の
酸素濃度を検知するものである。

「発明が解決しようとする課題］ところで、この酸素センサには、キャップ３によってイ
オン導電板１の一側面側に中空部６が形成されているこ
とか必須構成であるが、従来、前記ヒータ４の発熱部４
ａはこの中空部６の表面側に位置するキャップ３の薄肉
部３ａ上に配設されていた。

このため、厚肉部３ｂにおいてキャップ３と接合するイ
オン導電板１に発熱部４ａの熱が伝わり難く、イオン導
電板１を所望の温度（通常、４００°Ｃ〜６００℃）に
維持するためにはヒータ４に多量の電力を供給しなけれ
ばならなかった。

また、キャップ３の薄肉部３ｂの外表面が極端に高温に
なるため、キャップ３の温度分布が不均一になり易く、
長期間断続的に使用された場合には牛ヤノブ３にクラッ
クか発生する恐れがあった。

特に、薄肉部３ｂの外表面と内表面との間におおきな温
度差を生し易く、この薄肉部３ｂにクラックか発生する
可能性が有った。クラックが発生すると、拡散孔５以外
から中空部６内に外気か流入する可能性かあるため、適
正な酸素濃度の測定がなされないことになり問題であっ
た。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであって
、消費電力か少なくかつ信頼性の高い限界電流式酸素セ
ンサを提供することを目的としている［課題を解決するための手段］本発明の酸素センサは、固体電解質よりなるイオン導電
板の一方の面に密封キャップを被冠し、該密封キャップ
の外表面にヒータの発熱部を形成してなる限界電流式の
酸素センサてあって、前記発熱部は、前記イオン導電板
に接合させられる前記密封キャップの厚肉部表面にも張
り出すように形成されていることを特徴としている。

［作用Ｊ上記構成であると、発熱部の熱がイオン導電板に伝わり
易いので、加熱効率が良くなって少ない電力でイオン導
電板を所望の温度に昇温し維持することかできる。

また、密封キャンプ全体が均一に加熱されることになる
ので、密封キャップにおいて大きな温度差が生じなくな
る。したかつて、クラック発生が起き難くなり、信頼性
か向上する。

特に、密封キャップにおける薄肉部の外表面と内表面と
の間の温度差か低減され、・この薄肉部にクラックか発
生する可能性が格段に低減される。

［実施例。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第２図により説明す
る。

第１図は酸素センサの平面図、第２図は側断面図である
。

この酸素センサは、安定化ジルコニア（例えば、Ｚ　ｒ
　０ｐ−８ＹｔＯｓ）等のイオン導電性を有する固体電
解質により形成されたイオン導電板１１と、このイオン
導電板１１の両面に形成されて所定電圧（例えば、２ボ
ルト程度）が印加される多孔質の電極１２Ａ、１２Ｂと
、イオン導電板１１の上面（この場合電極１２Ａ側の面
）を覆う密封キャップ１３と、該密封キャップＩ３の上
面（外表面）に配設されたヒータ１４とから構成されて
いる。

密封キャップ１３は、一方何の電極１２Ａを覆うように
設けられたアルミナ粉末等の多孔質焼成体１５と、さら
にこの多孔質焼成体１５を覆うように設けられたガラス
層１６とから構成されている。

この密封キャップ１３は、周縁に厚肉部１３ｂか中央に
薄肉部＋３３か形成された形状となっており、厚肉部＋
３ｂにおいてイオン導電゛阪１１と接合されており、こ
れによって、この密封キャップ１３とイオン導電板１１
との間には中空部１７が形成されている。

イオン導電板１１と電極１２Ａ、１２Ｂとには前記中空
部１７内を外気に連通させる気体拡散孔１８が形成され
ており、この気体拡散孔１８によって、外気の取り入れ
を制限して拡散律速を生じさせるようになっている。

ヒータ１４は、密封キャップ１３の上面（外表面）に印
刷あるいはメ、牛等により設けられたもので、発熱部１
４ａと電極部１４ｂ、１４ｃとよりなる。

電極部１４ｂ、１４Ｃは、密封キャップ１３の周縁に配
置され、接続の便宜を図るため幅広な形状とされている
。

また、発熱部１４ａは、帯状のパターンに形成されたも
ので、両端か電極１４ｂあるいは電極１４Ｃに連結され
、電極１４ｂ、１４Ｃに電圧か印加されるとその抵抗値
に応じて発熱するものである。

そして、この発熱部１４ａは、その複数箇所か密封牛ヤ
ソブ１３の周縁に向かって広がるように配置されたもの
で、密封牛ヤソプ１３の厚肉部１３ｂの表面に位置する
張出部分２０ａ、　２０ｂ、　２０ｃ、　２０ｄ。

２０ｅを有する。

なお、第１図において符号２１−．２２で小すものは、
やはり密封牛ヤノブ１３の上面に印刷あるいはメツキ等
により設けられたもので、図示していない導体層あるい
は導線により電極１２Ａ、１２Ｂに接続された電極であ
る。

また、この場合、前記電極部１４ｂ、１４ｃとこの電極
２１．２２とは、互いに隣合うようにして、密封キャッ
プ１３の四隅にそれぞれ配置されており、前記発、熱部
１４ａの張出部分２０ａ、　２０ｂ、　２０ｃ。

２０ｄ、　２０ｅはこれらの閂に位置して形成されてい
る。

今、電極部１４ｂ、１４ｃを介してヒータ４に電圧を印
加してイオン導電板１１を昇温させた状態で、電極２１
．２２間（すなわち、電極１２Ａ１２Ｂ間）に流れる電
流の値を計測すれば、従来同様この電流の値から雰囲気
の酸素濃度を知ることかできる。

すなわち、イオン導電板１１を昇温させた状態て電極１
２Ａ、１２Ｂ間に電圧を印加すると、イオン導電板１１
内であって電極Ｉ２Ａ、１２Ｂの間においては、気体拡
散孔Ｉ８を通して中空部１７内に流入した外気中の酸素
イオノを担体とするイオン電流か酸素ポンピング作用に
よＶ流れ、このイオン電流の飽和値（限界電ＬＡ）から
雰囲気の酸素濃度を知ることかできる。

そして、この際、イオン導電板１１の加熱は、ヒータ１
４によって効率良くしかも密封牛ヤ、７１３の局部的な
温度上昇を伴わすに行われる。

スナワチ、発熱部１４ａの張出部分２Ｑａ、　２０ｂ、
　２０ｃ。

２０ｄ、　２０ｅによって、イオン導電板１１と接合さ
れる密封牛ヤノブＩ３の厚肉部＋３ｂも直接加熱される
ことになるので、発熱部＋４３の熱かイオン導電板１１
に伝わり易く、少ない電力でイオン導電板ＩＩか所望の
４度に昇温され維持される。

また、密封キャップ］３の薄肉部Ｊ３ａたけか直接加熱
されていた従来に比へ、密封キャップＩ３全体か均一に
加熱された状態で上記イオン導電板１１°の加熱か行わ
れるので、特に、密封牛ヤ。

プ１３における薄肉部１３ａの外表面と内表面とに大き
な温度差か生じない。

以上の説明から明らかなように、本実施例の酸素セッサ
は、イオン導電板］］か効率良く加熱されて密封牛ヤノ
ブｊ３の局部的な温度上昇を伴わずに良好に動作するの
で、長期間に渡って断続的に使用された場合ても密封キ
ャップ１３にクラックか発生する恐れかない。したかっ
て、この酸素センサによると、少ない消費電力で信頼性
の高い酸素濃度計測が可能になるという効果か奏される
。

また、本実施例の酸素センサの場合、電圧を印加するた
めの電極２１．２２．１４ｂ、１４ｃが、すへて密封牛
ヤｌブ１３の上面に形成されているため、この酸素セ／
すを基板等に実装する場合の電源回路への接続か容易で
あるという効果も有する。

なお、本発明は上記実施例に限られず、多種な変形か有
り得る。例えば、第３図に示すように、発熱部２４ａか
十字状に広かって張出部分３０ａ、　３０ｂ３（ｌｃ、
　３０ｄ、　３０ｅか形成すれたヒータ２４を備えるも
のであってもよい。

また、第、４図に示すように、発、熱部３４ａの張圧部
分４０ａ、　４０ｂ、　４０ｃ、　４０ｄか蛇行するよ
うなパターン形状とされたヒータ３４を備えるものであ
ってもよい。この場合、張出部分４０ａ、　４０ｂ、　
４０ｃ、　４０ｄの粗密（蛇行間隔）により、烹１ｊキ
ャップｊ３の温度分布を最適に調整できるという効果も
ある。

「発明の効果二本発明の酸素センサは、イオン導電板か効率良く加熱さ
れて塞封牛ヤ、ブの局部的な温度上昇を伴わずに良好に
動作するので、長期間に渡って断続的に使用された場合
ても密封キャップにクラ。

りが発生する恐れがない。したかって、この酸素センサ
によると、少ない消費電力で信頼性の高イ酸素濃度計測
が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明の一実施例を示す図であって、
第１図は酸素センサの平面図、第２図は酸素センサの側
断面図である。第３図、第４図は本発明の変形実施例を示す図であって
、それぞれ酸素センサの平面図である。第５図、第６図は従来技術を示す図であって、第５図は
酸素センサの平面図、第６図は酸素センサの側断面図で
ある。１１・・・・・・イオン導電板、１２Ａ、１２Ｂ・・・・・・電極、１３・・・・・・密封キヤ、プ、１３ｂ・・・・・・厚肉部、１４．２４．３４・・・・・・ヒータ、１４ａ、２４ａ
、３４ａ・・・・・・発熱部。第１図

Claims

【特許請求の範囲】固体電解質よりなるイオン導電板の一方の面に密封キャ
ップを被冠し、該密封キャップの外表面にヒータの発熱
部を形成してなる限界電流式の酸素センサであって、前記発熱部は、前記イオン導電板に接合させられる前記
密封キャップの厚肉部表面にも張り出すように形成され
ていることを特徴とする酸素センサ。