JPH06174684A - 限界電流式酸素センサの製造方法 - Google Patents
限界電流式酸素センサの製造方法Info
- Publication number
- JPH06174684A JPH06174684A JP43A JP34973292A JPH06174684A JP H06174684 A JPH06174684 A JP H06174684A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34973292 A JP34973292 A JP 34973292A JP H06174684 A JPH06174684 A JP H06174684A
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- Japan
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- diffusion layer
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- type oxygen
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた限界電流特性が得られる薄膜型の限界
電流式酸素センサの製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 緻密性絶縁基板１１上に結晶化ガラスと高融
点絶縁材料の混合ペーストの塗布，焼成により多孔質の
気体拡散層１２を形成し、この気体拡散層１２上にＰｔ
カソード電極１３を形成し、このカソード電極１３が形
成された基板上にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４、更にＰｔ
アノード電極１５を形成して、薄膜型の限界電流式酸素
センサを得る。
電流式酸素センサの製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 緻密性絶縁基板１１上に結晶化ガラスと高融
点絶縁材料の混合ペーストの塗布，焼成により多孔質の
気体拡散層１２を形成し、この気体拡散層１２上にＰｔ
カソード電極１３を形成し、このカソード電極１３が形
成された基板上にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４、更にＰｔ
アノード電極１５を形成して、薄膜型の限界電流式酸素
センサを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物イオン伝導体膜
や電極を薄膜技術により形成する薄膜型の限界電流式酸
素センサの製造方法に関する。
や電極を薄膜技術により形成する薄膜型の限界電流式酸
素センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、イットリウム（Ｙ）で安定化
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
【０００３】このようなバルク型セラミック酸素センサ
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、気体透過性基
板は、ポーラスの度合いを二次的な加工により調整する
ことはできず、良好な拡散律速性を持たせることが難し
い。本発明は、良好な拡散律速性をもってカソードへの
酸素ガス供給を可能とし、もって優れた限界電流特性を
得ることを可能とした薄膜型の限界電流式酸素センサの
製造方法を提供することを目的とする。
板は、ポーラスの度合いを二次的な加工により調整する
ことはできず、良好な拡散律速性を持たせることが難し
い。本発明は、良好な拡散律速性をもってカソードへの
酸素ガス供給を可能とし、もって優れた限界電流特性を
得ることを可能とした薄膜型の限界電流式酸素センサの
製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に酸化
物イオン伝導体膜、これに接触するカソード電極とアノ
ード電極、およびカソード電極部に気体を供給する気体
拡散層を薄膜技術により形成する限界電流式酸素センサ
の製造方法において、気体拡散層を、結晶化ガラスとそ
の多孔質化のための補助絶縁材料との混合ペーストを塗
布し焼成して形成することを特徴としている。
物イオン伝導体膜、これに接触するカソード電極とアノ
ード電極、およびカソード電極部に気体を供給する気体
拡散層を薄膜技術により形成する限界電流式酸素センサ
の製造方法において、気体拡散層を、結晶化ガラスとそ
の多孔質化のための補助絶縁材料との混合ペーストを塗
布し焼成して形成することを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明によると、結晶化ガラスと補助絶縁材料
の組み合わせ、その混合割合、焼成条件等を選ぶことに
よって、良好な拡散律速性をもった気体拡散層を形成す
ることができ、従って優れた限界電流特性を示す薄膜型
の酸素センサを得ることができる。本発明において用い
られる補助絶縁材料は、結晶化ガラスをベースとする気
体拡散層を多孔質化するためのものであり、機能的に分
類すれば、焼成によりガス化して飛散しその結果として
結晶化ガラスを多孔質化するもの、焼成によっては飛散
しないが結晶化ガラスとの熱膨脹係数等の違いにより、
焼成によって材料粒子間に空隙を形成して多孔質化する
もの、等がある。
の組み合わせ、その混合割合、焼成条件等を選ぶことに
よって、良好な拡散律速性をもった気体拡散層を形成す
ることができ、従って優れた限界電流特性を示す薄膜型
の酸素センサを得ることができる。本発明において用い
られる補助絶縁材料は、結晶化ガラスをベースとする気
体拡散層を多孔質化するためのものであり、機能的に分
類すれば、焼成によりガス化して飛散しその結果として
結晶化ガラスを多孔質化するもの、焼成によっては飛散
しないが結晶化ガラスとの熱膨脹係数等の違いにより、
焼成によって材料粒子間に空隙を形成して多孔質化する
もの、等がある。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例による酸
素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面図である。この実
施例では、マセライトやフォルステライト等の緻密性絶
縁基板１１を用いている。基板１１の表面は鏡面加工さ
れている。この絶縁基板１１上に結晶化ガラスを用いた
気体拡散層１２が形成されている。
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例による酸
素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面図である。この実
施例では、マセライトやフォルステライト等の緻密性絶
縁基板１１を用いている。基板１１の表面は鏡面加工さ
れている。この絶縁基板１１上に結晶化ガラスを用いた
気体拡散層１２が形成されている。
【０００８】気体拡散層１２は、具体的には、結晶化ガ
ラス粉と補助絶縁材料粉との混合ペーストの印刷，焼成
によって形成される。結晶化ガラスは、後に形成される
酸化物イオン伝導体と熱膨張係数がほぼ一致するような
材料組成を有するものとする。結晶化ガラスに混合され
る補助絶縁材料としては、ステアタイト等の絶縁性セラ
ミックスやカーボン，グラファイト等が用いられる。補
助絶縁材料として、ステアタイト等の絶縁性セラミック
ス粉を用いた場合には、５００〜６００℃，１０分程度
の焼成を行い冷却すると、結晶化ガラスと絶縁性セラミ
ックスの間に空隙が形成された状態で、拡散律速性を持
つポーラスな気体拡散層１２が得られる。補助絶縁材料
として、カーボンやグラファイト等を用いた場合には、
５００〜６００℃，１０分程度の焼成条件でこれらがガ
ス化して飛散し、その結果として拡散律速性を持つポー
ラスな気体拡散層１２が得られる。
ラス粉と補助絶縁材料粉との混合ペーストの印刷，焼成
によって形成される。結晶化ガラスは、後に形成される
酸化物イオン伝導体と熱膨張係数がほぼ一致するような
材料組成を有するものとする。結晶化ガラスに混合され
る補助絶縁材料としては、ステアタイト等の絶縁性セラ
ミックスやカーボン，グラファイト等が用いられる。補
助絶縁材料として、ステアタイト等の絶縁性セラミック
ス粉を用いた場合には、５００〜６００℃，１０分程度
の焼成を行い冷却すると、結晶化ガラスと絶縁性セラミ
ックスの間に空隙が形成された状態で、拡散律速性を持
つポーラスな気体拡散層１２が得られる。補助絶縁材料
として、カーボンやグラファイト等を用いた場合には、
５００〜６００℃，１０分程度の焼成条件でこれらがガ
ス化して飛散し、その結果として拡散律速性を持つポー
ラスな気体拡散層１２が得られる。
【０００９】この様に焼成条件と膜厚によって、気体拡
散層１２の拡散律速性は最適制御される。こうして形成
された気体拡散層１２上には、スパッタにより櫛形パタ
ーンのＰｔカソード電極１３が形成され、続いて酸化物
イオン伝導体膜としてスパッタによりＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 膜１４が形成され、さらにカソード電極１３の櫛歯に
重なるようにスパッタによりＰｔアノード電極１５が形
成される。
散層１２の拡散律速性は最適制御される。こうして形成
された気体拡散層１２上には、スパッタにより櫛形パタ
ーンのＰｔカソード電極１３が形成され、続いて酸化物
イオン伝導体膜としてスパッタによりＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 膜１４が形成され、さらにカソード電極１３の櫛歯に
重なるようにスパッタによりＰｔアノード電極１５が形
成される。
【００１０】Ｐｔカソード電極１３とＰｔアノード電極
１５は、この実施例では、それぞれの櫛歯が、図示のよ
うにＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４を挟んで上下に対向する
ように配置されている。しかし、Ｐｔカソード電極１３
とアノード電極１５はこの様に上下で重なるようなパタ
ーン配置であることは必ずしも必要ではない。例えば、
Ｐｔカソード電極１３の櫛歯の間にＰｔアノード電極１
５の櫛歯が入るようなパターン配置としてもよい。
１５は、この実施例では、それぞれの櫛歯が、図示のよ
うにＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４を挟んで上下に対向する
ように配置されている。しかし、Ｐｔカソード電極１３
とアノード電極１５はこの様に上下で重なるようなパタ
ーン配置であることは必ずしも必要ではない。例えば、
Ｐｔカソード電極１３の櫛歯の間にＰｔアノード電極１
５の櫛歯が入るようなパターン配置としてもよい。
【００１１】具体的な数値例を挙げる。絶縁基板１１
は、５mm×５mm×０．２mmであり、Ｐｔカソード電極１
３およびＰｔアノード電極１５は、膜厚０．２μm 、線
幅，線間隔共に７５μm の２０対の櫛歯パターンであ
る。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４は、膜厚０．５μm であ
る。気体拡散層１２は、結晶化ガラスとステアタイトセ
ラミック粉の混合ペーストを塗布し、窒素ガス雰囲気中
で６００℃，１０分の焼成を行った。膜厚は約５μm で
ある。
は、５mm×５mm×０．２mmであり、Ｐｔカソード電極１
３およびＰｔアノード電極１５は、膜厚０．２μm 、線
幅，線間隔共に７５μm の２０対の櫛歯パターンであ
る。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１４は、膜厚０．５μm であ
る。気体拡散層１２は、結晶化ガラスとステアタイトセ
ラミック粉の混合ペーストを塗布し、窒素ガス雰囲気中
で６００℃，１０分の焼成を行った。膜厚は約５μm で
ある。
【００１２】この実施例によると、気体拡散層１２を介
して良好な拡散律速性を持って酸素ガスがカソード電極
１３に供給される。実際に試作された酸素センサを用い
て、４００℃の大気雰囲気中で酸素ガス測定を行った結
果、クリアな限界電流特性が得られた。
して良好な拡散律速性を持って酸素ガスがカソード電極
１３に供給される。実際に試作された酸素センサを用い
て、４００℃の大気雰囲気中で酸素ガス測定を行った結
果、クリアな限界電流特性が得られた。
【００１３】図２(a) (b) は、本発明の他の実施例によ
る酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面図である。こ
の実施例では、気体透過性絶縁基板２１を用いて、この
上にまずＰｔアノード電極２５を櫛形パターンに形成し
ている。絶縁基板２１は例えばＺｒＯ2 −ＢＮであり、
この実施例ではこの基板２１がアノード電極２５で生成
された酸素ガスの排気通路となっている。アノード電極
２５が形成された基板上にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜２４を
形成し、更にその上にＰｔカソード電極２３を形成し、
更にこの上に気体拡散層２２を形成している。気体拡散
層２２は、先の実施例と同様にして結晶化ガラスと補助
絶縁材料の混合ペーストの塗布，焼成により形成する。
る酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面図である。こ
の実施例では、気体透過性絶縁基板２１を用いて、この
上にまずＰｔアノード電極２５を櫛形パターンに形成し
ている。絶縁基板２１は例えばＺｒＯ2 −ＢＮであり、
この実施例ではこの基板２１がアノード電極２５で生成
された酸素ガスの排気通路となっている。アノード電極
２５が形成された基板上にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜２４を
形成し、更にその上にＰｔカソード電極２３を形成し、
更にこの上に気体拡散層２２を形成している。気体拡散
層２２は、先の実施例と同様にして結晶化ガラスと補助
絶縁材料の混合ペーストの塗布，焼成により形成する。
【００１４】この実施例は、アノード，カソードが上記
実施例とは上下逆のサンドイッチ構造となっているが、
この場合も、気体拡散層２２は、補助絶縁材料および焼
成条件の選択によって優れた拡散律速性が与えられ、従
ってクリアな限界電流特性が得られる。
実施例とは上下逆のサンドイッチ構造となっているが、
この場合も、気体拡散層２２は、補助絶縁材料および焼
成条件の選択によって優れた拡散律速性が与えられ、従
ってクリアな限界電流特性が得られる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、結
晶化ガラスをベースとして良好な拡散律速性を示す多孔
質の気体拡散層を形成することにより、優れた限界電流
特性が得られる薄膜型の酸素センサを提供することがで
きる。
晶化ガラスをベースとして良好な拡散律速性を示す多孔
質の気体拡散層を形成することにより、優れた限界電流
特性が得られる薄膜型の酸素センサを提供することがで
きる。
【図１】 本発明の一実施例による酸素センサの構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】 本発明の他の実施例による酸素センサの構成
を示す図である。
を示す図である。
１１…緻密性絶縁基板、１２…気体拡散層、１３…Ｐｔ
カソード電極、１４…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜、１５…Ｐ
ｔアノード電極、２１…気体透過性絶縁基板、２２…気
体拡散層、２３…Ｐｔカソード電極、２４…ＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 膜、２５…Ｐｔアノード電極。
カソード電極、１４…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜、１５…Ｐ
ｔアノード電極、２１…気体透過性絶縁基板、２２…気
体拡散層、２３…Ｐｔカソード電極、２４…ＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 膜、２５…Ｐｔアノード電極。
フロントページの続き (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、酸化物イオン伝導体膜、これ
に接触するカソード電極とアノード電極、およびカソー
ド電極部に気体を供給する気体拡散層を薄膜技術により
形成する限界電流式酸素センサの製造方法において、前
記気体拡散層を、結晶化ガラスとその多孔質化のための
補助絶縁材料との混合ペーストを塗布し焼成して形成す
ることを特徴とする限界電流式酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06174684A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06174684A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174684A true JPH06174684A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18405733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06174684A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 限界電流式酸素センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06174684A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0701124A1 (de) * | 1994-09-06 | 1996-03-13 | Conel Ag | Sauerstoffsensor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62198748A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-02 | Sharp Corp | 酸素センサ |
| JPH02311752A (ja) * | 1989-05-27 | 1990-12-27 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
| JPH042960A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-01-07 | Hitachi Ltd | 空燃比測定用検出器 |
-
1992
- 1992-12-02 JP JP43A patent/JPH06174684A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62198748A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-02 | Sharp Corp | 酸素センサ |
| JPH02311752A (ja) * | 1989-05-27 | 1990-12-27 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
| JPH042960A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-01-07 | Hitachi Ltd | 空燃比測定用検出器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0701124A1 (de) * | 1994-09-06 | 1996-03-13 | Conel Ag | Sauerstoffsensor |
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