JPH0587770A - 酸素センサのセンサエレメント - Google Patents
酸素センサのセンサエレメントInfo
- Publication number
- JPH0587770A JPH0587770A JP3273472A JP27347291A JPH0587770A JP H0587770 A JPH0587770 A JP H0587770A JP 3273472 A JP3273472 A JP 3273472A JP 27347291 A JP27347291 A JP 27347291A JP H0587770 A JPH0587770 A JP H0587770A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- sensor
- porous body
- oxygen
- fixed
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 多数の連通性ガス拡散孔を有し、限界電流値
の安定した酸素センサのセンサエレメントをうること。 【構成】 表裏対向面に電極２，３を形成したイオン伝
導性固体電解質からなる素子１の片面に、極細繊維とセ
ラミックパウダーとを混合焼成し、多数の連通性ガス拡
散孔１４が形成された焼成ポーラス体１３をガス拡散室
を介在して封止材８により固着し、上記素子１の他面
に、加熱用ヒータ６を形成したキャップ１１を封止材１
２により固着したこと。
の安定した酸素センサのセンサエレメントをうること。 【構成】 表裏対向面に電極２，３を形成したイオン伝
導性固体電解質からなる素子１の片面に、極細繊維とセ
ラミックパウダーとを混合焼成し、多数の連通性ガス拡
散孔１４が形成された焼成ポーラス体１３をガス拡散室
を介在して封止材８により固着し、上記素子１の他面
に、加熱用ヒータ６を形成したキャップ１１を封止材１
２により固着したこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種雰囲気中の酸素濃
度の検出に使用される酸素センサのセンサエレメントに
関する。
度の検出に使用される酸素センサのセンサエレメントに
関する。
【０００２】
【従来の技術】(a) 従来、図２に示すように、表裏対向
面に電極２，３を形成した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１の片面に、中
心部に単一のガス拡散孔５を有し、頂面に加熱用ヒータ
６を形成したキャップ４（例えば、セラミック材）を、
ガス拡散室７を介在して環状の封止材８（例えば、ガラ
ス）により固着したものがある。そして、上記キャップ
４は、中心部に一本の気化媒体（例えば、糸）を通した
状態でプレス成形した後に焼成することにより、糸が気
化した連通性ガス拡散孔５が形成される。
面に電極２，３を形成した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１の片面に、中
心部に単一のガス拡散孔５を有し、頂面に加熱用ヒータ
６を形成したキャップ４（例えば、セラミック材）を、
ガス拡散室７を介在して環状の封止材８（例えば、ガラ
ス）により固着したものがある。そして、上記キャップ
４は、中心部に一本の気化媒体（例えば、糸）を通した
状態でプレス成形した後に焼成することにより、糸が気
化した連通性ガス拡散孔５が形成される。
【０００３】(b) また、図３に示すように、電極２，３
を形成した素子１の片面に、連通性のない多数のガス拡
散孔９を有する焼成ポーラス体１０を、ガス拡散室７を
介在して環状の封止材８により固着し、素子１の他面
に、加熱用ヒータ６を形成したキャップ１１を複数の封
止材１２（例えば、ガラス）により固着したものがあ
る。そして、上記焼成ポーラス体１０は、セラミックパ
ウダーを比較的小さなプレス圧で成形した後に焼成した
り、予め有機バインダーを混入したものをプレス成形し
た後に焼成することにより、セラミックパウダー粒子間
あるいは有機バインダーの気化により、連通性のない多
数のガス拡散孔９が形成される。
を形成した素子１の片面に、連通性のない多数のガス拡
散孔９を有する焼成ポーラス体１０を、ガス拡散室７を
介在して環状の封止材８により固着し、素子１の他面
に、加熱用ヒータ６を形成したキャップ１１を複数の封
止材１２（例えば、ガラス）により固着したものがあ
る。そして、上記焼成ポーラス体１０は、セラミックパ
ウダーを比較的小さなプレス圧で成形した後に焼成した
り、予め有機バインダーを混入したものをプレス成形し
た後に焼成することにより、セラミックパウダー粒子間
あるいは有機バインダーの気化により、連通性のない多
数のガス拡散孔９が形成される。
【０００４】而して、前記の各センサエレメントは、加
熱用ヒータ６に通電し、センサエレメント部分を約３５
０℃に保持した状態におけるガス拡散孔５／９−ガス拡
散室７−電極２（カソード側となる）−素子１−電極３
（アノード側となる）の酸素ポンピング作用により、酸
素分子の移行（Ｏ2 →Ｏ-2→Ｏ2 ）に伴う酸素イオンを
キャリアとする電流が電極２，３間に流れる。そして、
この電流は電圧のある領域でフラットになり（この電流
を「限界電流」という）、この限界電流値が酸素濃度と
相関関係にあることから、一定の監視電圧を印加して、
そのときの限界電流値により酸素濃度の検出ができるも
のである。
熱用ヒータ６に通電し、センサエレメント部分を約３５
０℃に保持した状態におけるガス拡散孔５／９−ガス拡
散室７−電極２（カソード側となる）−素子１−電極３
（アノード側となる）の酸素ポンピング作用により、酸
素分子の移行（Ｏ2 →Ｏ-2→Ｏ2 ）に伴う酸素イオンを
キャリアとする電流が電極２，３間に流れる。そして、
この電流は電圧のある領域でフラットになり（この電流
を「限界電流」という）、この限界電流値が酸素濃度と
相関関係にあることから、一定の監視電圧を印加して、
そのときの限界電流値により酸素濃度の検出ができるも
のである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、限界電
流式の酸素センサにあっては、ガス拡散孔が不可欠の構
成要素となるものであるが、 (a) 図２に示す単一のガス拡散孔５を有するものにあっ
ては、その形成位置に誤差があると、電極２への酸素分
子の拡散にタイムラグが起り、限界電流値のバラツキ発
生の要因となる。また、単一のガス拡散孔であるので、
雑ガス、ホコリ等により目詰りが発生した場合には、直
ちにセンサエレメントとしての機能を失ってしまう。
流式の酸素センサにあっては、ガス拡散孔が不可欠の構
成要素となるものであるが、 (a) 図２に示す単一のガス拡散孔５を有するものにあっ
ては、その形成位置に誤差があると、電極２への酸素分
子の拡散にタイムラグが起り、限界電流値のバラツキ発
生の要因となる。また、単一のガス拡散孔であるので、
雑ガス、ホコリ等により目詰りが発生した場合には、直
ちにセンサエレメントとしての機能を失ってしまう。
【０００６】(b) また、図３に示す多数のガス拡散孔９
を有する焼成ポーラス体１０にあっては、多孔性状のコ
ントロール（プレス圧、焼成温度、焼成時間等）が困難
であり、酸素ポンピング作用に支障を来たし、限界電流
値が安定しない。
を有する焼成ポーラス体１０にあっては、多孔性状のコ
ントロール（プレス圧、焼成温度、焼成時間等）が困難
であり、酸素ポンピング作用に支障を来たし、限界電流
値が安定しない。
【０００７】本発明は、前記の課題に鑑み、連続性の多
数のガス拡散孔を有し、限界電流値の安定した酸素セン
サのセンサエレメントをうることを目的とする。
数のガス拡散孔を有し、限界電流値の安定した酸素セン
サのセンサエレメントをうることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するために、表裏対向面に電極を形成したイオン伝
導性固体電解質からなる素子の片面に、極細繊維とセラ
ミックパウダーとを混合焼成し、多数の連通性ガス拡散
孔が形成された焼成ポーラス体をガス拡散室を介在して
封止材により固着し、上記素子の他面に、加熱用ヒータ
を形成したキャップを封止材により固着したことにあ
る。
達成するために、表裏対向面に電極を形成したイオン伝
導性固体電解質からなる素子の片面に、極細繊維とセラ
ミックパウダーとを混合焼成し、多数の連通性ガス拡散
孔が形成された焼成ポーラス体をガス拡散室を介在して
封止材により固着し、上記素子の他面に、加熱用ヒータ
を形成したキャップを封止材により固着したことにあ
る。
【０００９】
【作用】焼成ポーラス体には、極細繊維のガス化により
多数の連通性ガス拡散孔が形成されているので、酸素ポ
ンピング作用が安定し、限界電流値の安定したセンサエ
レメントとして機能する。
多数の連通性ガス拡散孔が形成されているので、酸素ポ
ンピング作用が安定し、限界電流値の安定したセンサエ
レメントとして機能する。
【００１０】
【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。図１にお
いて、１はイオン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジ
ルコニア）からなる素子にして、該素子１の表裏対向面
には円盤状の電極２，３が形成されている（例えば、白
金のスクリーン印刷）。１３は、電極２を形成した側の
素子１にガス拡散室７を介在して環状の封止材８（例え
ば、ガラス）により固着された焼成ポーラス体であり、
該ポーラス体１３には多数の連通性ガス拡散孔１４が形
成されている。１１は、電極３を形成した側の素子１
に、複数の封止材１２（例えば、ガラス）を介して固着
されたキャップにして、該キャップ１１の一面には加熱
用ヒータ６が形成されている（例えば、抵抗材のスクリ
ーン印刷）。なお、加熱用ヒータ６の形成は、本実施例
のように電極３への対向面に限らず、反対の外側面でも
よい。
なお、従来例と同一部品には同一符号を付す。図１にお
いて、１はイオン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジ
ルコニア）からなる素子にして、該素子１の表裏対向面
には円盤状の電極２，３が形成されている（例えば、白
金のスクリーン印刷）。１３は、電極２を形成した側の
素子１にガス拡散室７を介在して環状の封止材８（例え
ば、ガラス）により固着された焼成ポーラス体であり、
該ポーラス体１３には多数の連通性ガス拡散孔１４が形
成されている。１１は、電極３を形成した側の素子１
に、複数の封止材１２（例えば、ガラス）を介して固着
されたキャップにして、該キャップ１１の一面には加熱
用ヒータ６が形成されている（例えば、抵抗材のスクリ
ーン印刷）。なお、加熱用ヒータ６の形成は、本実施例
のように電極３への対向面に限らず、反対の外側面でも
よい。
【００１１】次に、前記の多数の連通性ガス拡散孔１４
を有する焼成ポーラス体１３の製法の一実施態様を示す
と、 (a) 極細繊維（例えば、東レ株式会社の商品名「トレッ
シー」直径１μ以下）とセラミックパウダ（例えば、東
ソー株式会社のジルコニアパウダ）とを１００：１の割
合で混合する。 (b) 次に、上記の混合体を静水圧プレス成形する。 (c) 次いで、上記ジルコニアパウダの焼成温度で焼成す
る（約１４００℃で３時間）。この焼成工程において極
細繊維が気化し、約０．１μφの穴が多数生成される。 (d) 次に、上記の焼成体を、厚さ０．２mm、直径６．５
mmの形状に加工し、多数のガス拡散孔１４を有する焼成
ポーラス体１３を得る。そして、極細繊維長の長いもの
を使用することにより、上記(d) の工程において形成さ
れる多数のガス拡散孔１４の大部分が連通性のものとな
る。また、極細繊維とジルコニアパウダーとのブレンド
比の調整によって、ガス拡散孔１４の総面積を変えるこ
と、即ちガス拡散レベルをコントロールすることが可能
である。
を有する焼成ポーラス体１３の製法の一実施態様を示す
と、 (a) 極細繊維（例えば、東レ株式会社の商品名「トレッ
シー」直径１μ以下）とセラミックパウダ（例えば、東
ソー株式会社のジルコニアパウダ）とを１００：１の割
合で混合する。 (b) 次に、上記の混合体を静水圧プレス成形する。 (c) 次いで、上記ジルコニアパウダの焼成温度で焼成す
る（約１４００℃で３時間）。この焼成工程において極
細繊維が気化し、約０．１μφの穴が多数生成される。 (d) 次に、上記の焼成体を、厚さ０．２mm、直径６．５
mmの形状に加工し、多数のガス拡散孔１４を有する焼成
ポーラス体１３を得る。そして、極細繊維長の長いもの
を使用することにより、上記(d) の工程において形成さ
れる多数のガス拡散孔１４の大部分が連通性のものとな
る。また、極細繊維とジルコニアパウダーとのブレンド
比の調整によって、ガス拡散孔１４の総面積を変えるこ
と、即ちガス拡散レベルをコントロールすることが可能
である。
【００１２】前記の実施態様によっ製作したセンサエレ
メント５０個の限界電流値を調査したところ、監視電圧
０．６〜１．３Ｖにおいて７０〜９０μＡの範囲にあり
（８０μＡが約９０％）、連続性のガス拡散孔が確実
に、かつ精度よく形成されていることが判明した。
メント５０個の限界電流値を調査したところ、監視電圧
０．６〜１．３Ｖにおいて７０〜９０μＡの範囲にあり
（８０μＡが約９０％）、連続性のガス拡散孔が確実
に、かつ精度よく形成されていることが判明した。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、多数の連通性のガス拡散孔が
形成された焼成ポーラス体を備えているので、 (a) ガス拡散室へのガス拡散が安定し、限界電流値の安
定した信頼性のある酸素センサを提供することができ
る。 (b) ガス拡散レベルのコントロールが容易であり、量産
化が可能でコストも低減する。
形成された焼成ポーラス体を備えているので、 (a) ガス拡散室へのガス拡散が安定し、限界電流値の安
定した信頼性のある酸素センサを提供することができ
る。 (b) ガス拡散レベルのコントロールが容易であり、量産
化が可能でコストも低減する。
【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図２】従来例の縦断面図である。
【図３】他の従来例の縦断面図である。
１ 素子 ２，３ 電極 ６ 加熱用ヒータ ７ ガス拡散室 ８ 封止材 １１ キャップ １２ 封止材 １３ 焼成ポーラス体 １４ ガス拡散孔
Claims (1)
- 【請求項１】 表裏対向面に電極を形成したイオン伝導
性固体電解質からなる素子の片面に、極細繊維とセラミ
ックパウダーとを混合焼成し、多数の連通性ガス拡散孔
が形成された焼成ポーラス体がガス拡散室を介在して封
止材により固着され、上記素子の他面に、加熱用ヒータ
を形成したキャップが封止材により固着された酸素セン
サのセンサエレメント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273472A JPH0587770A (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 酸素センサのセンサエレメント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273472A JPH0587770A (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 酸素センサのセンサエレメント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587770A true JPH0587770A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17528397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273472A Pending JPH0587770A (ja) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | 酸素センサのセンサエレメント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587770A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002340854A (ja) * | 2001-05-08 | 2002-11-27 | Robert Bosch Gmbh | センサ素子 |
-
1991
- 1991-09-26 JP JP3273472A patent/JPH0587770A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002340854A (ja) * | 2001-05-08 | 2002-11-27 | Robert Bosch Gmbh | センサ素子 |
| JP4603757B2 (ja) * | 2001-05-08 | 2010-12-22 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | センサ素子 |
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