JPH06242065A - Manufacture of limit current type oxygen sensor - Google Patents
Manufacture of limit current type oxygen sensorInfo
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- JPH06242065A JPH06242065A JP50A JP5009193A JPH06242065A JP H06242065 A JPH06242065 A JP H06242065A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 5009193 A JP5009193 A JP 5009193A JP H06242065 A JPH06242065 A JP H06242065A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、限界電流式酸素センサ
の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a limiting current type oxygen sensor.
【0002】[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ポーラス
なPt電極を、Ptペーストの印刷,焼成により形成し
ている。2. Description of the Related Art A ceramic oxygen sensor using yttrium (Y) -stabilized zirconium oxide (ZrO2 --Y2 O3) as an ion conductor (solid electrolyte) has been known. In the bulk type ceramic oxygen sensor, a ZrO2 --Y2 O3 ionic conductor bulk is obtained by press molding and firing, and a porous Pt electrode having a catalytic action is formed by printing and firing Pt paste.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この様なセラミック酸
素センサにおいて、限界電流特性を得るためには、カソ
ード電極に対して酸素ガスを拡散律速性をもって供給す
る気体拡散孔が必要である。この気体拡散孔を形成する
ために、従来より、種々の方法が提案されているが、基
板に孔開け加工をする等複雑な工程を必要とし、また工
程が複雑であるために素子特性のばらつきも大きい、と
いう難点があった。In such a ceramic oxygen sensor, in order to obtain the limiting current characteristic, it is necessary to provide a gas diffusion hole for supplying oxygen gas to the cathode electrode in a diffusion rate-determining manner. Various methods have been conventionally proposed to form the gas diffusion holes, but a complicated process such as forming a hole in the substrate is required, and variations in element characteristics due to the complicated process. It was also big.
【0004】本発明は、簡便な工程でばらつきの少ない
優れた特性を得ることを可能とした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。It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a limiting current type oxygen sensor, which is capable of obtaining excellent characteristics with little variation in a simple process.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる限界電流
式酸素センサの製造方法は、イオン伝導性基板にアノー
ド電極とカソード電極を形成し、この基板のカソード電
極が形成された面に高分解点材料からなる網状体を載置
してその上に結晶化ガラス材を印刷した後、熱処理を行
って前記結晶化ガラス材を結晶化させながら前記網状体
を分解させることにより、底部に多孔質の気体拡散層を
持つ結晶化ガラス封止層を形成することを特徴としてい
る。ここで高分解点材料とは、カーボン繊維,グラファ
イト、ボロン含有カーボン等であって、結晶化ガラス材
の軟化温度以上,結晶化温度以下で分解ガス化して揮散
するものをいう。A method of manufacturing a limiting current type oxygen sensor according to the present invention comprises forming an anode electrode and a cathode electrode on an ion conductive substrate and highly decomposing on the surface of the substrate on which the cathode electrode is formed. After placing a reticulated body made of dot material and printing a crystallized glass material on it, by decomposing the reticulated body while crystallizing the crystallized glass material by heat treatment, the bottom is porous. It is characterized in that a crystallized glass sealing layer having a gas diffusion layer is formed. Here, the high decomposition point material is carbon fiber, graphite, boron-containing carbon, or the like, which decomposes into gas and volatilizes and decomposes above the softening temperature of the crystallized glass material and below the crystallization temperature.
【0006】[0006]
【作用】本発明によれば、電極が形成されたイオン伝導
性基板に結晶化ガラス封止層を形成する際に、ガラス材
の印刷に先立ってカーボン繊維等の高分解点材料からな
る網状体を載せて、ガラスの転移温度以上,結晶化ガラ
スの軟化温度以下で焼成する。この焼成過程でガラスを
結晶化させながら前記網状体を分解揮散させることによ
り、結晶化ガラス封止層の底部に網目状の気体拡散層を
形成することができる。本発明の方法によれば、極めて
簡便に網目状の気体拡散層を形成することができる。ま
た、気体拡散層を形成するための材料として高分解点材
料の網状体を用いているから、大きい基板に多数の素子
を形成してダイシングするという方法で、ばらつきの少
ない優れた特性の素子を量産することができる。According to the present invention, when the crystallized glass sealing layer is formed on the ion conductive substrate having the electrodes formed thereon, the reticulate body made of a high decomposition point material such as carbon fiber is printed prior to printing the glass material. And is baked at a temperature above the glass transition temperature and below the softening temperature of the crystallized glass. By resolving and volatilizing the reticulate body while crystallizing the glass in this firing process, a reticulated gas diffusion layer can be formed at the bottom of the crystallized glass sealing layer. According to the method of the present invention, a mesh-shaped gas diffusion layer can be formed very easily. In addition, since a mesh of a high decomposition point material is used as a material for forming the gas diffusion layer, a method of forming a large number of elements on a large substrate and dicing the element has excellent characteristics with little variation. It can be mass-produced.
【0007】[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は、本発明の一実施例による限界電流式
酸素センサの製造工程を示す断面図である。イオン伝導
性基板1は、例えば面積が10cm×10cm、厚みが0.
15mmの大面積ZrO2 −8%Y2 O3 の板状体であり、
ドクターブレード法により作成される。この基板1の一
方の面に図1(a) に示すように、ポーラスなPtアノー
ド電極2、他方の面にこれに対向するポーラスなPtカ
ソード電極3を形成する。これらのPt電極2,3は、
Ptペーストを印刷,焼成することにより形成される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a limiting current type oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. The ion conductive substrate 1 has, for example, an area of 10 cm × 10 cm and a thickness of 0.
It is a plate with a large area of 15 mm ZrO2-8% Y2O3.
It is created by the doctor blade method. As shown in FIG. 1A, a porous Pt anode electrode 2 is formed on one surface of the substrate 1, and a porous Pt cathode electrode 3 is formed on the other surface of the substrate 1 so as to face it. These Pt electrodes 2 and 3 are
It is formed by printing and firing Pt paste.
【0008】その後、カソード電極3が形成された側の
基板面に、カソード電極3を取り囲むように絶縁層4を
介してヒータ電極5を配設する。絶縁層4は例えば結晶
化ガラスであり、ヒータ電極5はアノード,カソード電
極2,3と同じPt電極とする。次に、カソード電極3
およびヒータ電極5が形成された側の基板面に高分解点
を持つ無機材料であるカーボン繊維でできた網状体(以
下、ネット状カーボン繊維という)6を載せ、その上に
結晶化ガラス材7をスクリーン印刷する。After that, a heater electrode 5 is disposed on the substrate surface on the side where the cathode electrode 3 is formed so as to surround the cathode electrode 3 with an insulating layer 4 interposed therebetween. The insulating layer 4 is, for example, crystallized glass, and the heater electrode 5 is the same Pt electrode as the anode and cathode electrodes 2 and 3. Next, the cathode electrode 3
Further, a reticulated body (hereinafter referred to as a net-shaped carbon fiber) 6 made of carbon fiber, which is an inorganic material having a high decomposition point, is placed on the substrate surface on the side where the heater electrode 5 is formed, and the crystallized glass material 7 is placed thereon. Screen print.
【0009】その後、熱処理焼成を行う。焼成温度は、
ガラス材7の転移温度以上,軟化温度以下の範囲でか
つ、ネット状カーボン繊維6の分解点以上の温度、例え
ば1000℃程度とする。これにより、核剤を含むガラ
ス材7が結晶化して、図1(b)に示すように結晶化ガラ
ス封止層8が形成される。この焼成の過程で同時にネッ
ト状カーボン繊維6が分解揮散する。このネット状カー
ボン繊維6が分解揮散することにより、図1(b) に示す
ように、結晶化ガラス封止層8の底部には多孔質の気体
拡散層9が形成される。After that, heat treatment and baking are performed. The firing temperature is
The temperature is set in the range from the transition temperature of the glass material 7 to the softening temperature and below, and above the decomposition point of the net-like carbon fiber 6, for example, about 1000 ° C. As a result, the glass material 7 containing the nucleating agent is crystallized to form the crystallized glass sealing layer 8 as shown in FIG. 1 (b). At the same time as this firing process, the net-like carbon fibers 6 are decomposed and volatilized. As the net carbon fiber 6 is decomposed and volatilized, a porous gas diffusion layer 9 is formed at the bottom of the crystallized glass sealing layer 8 as shown in FIG. 1 (b).
【0010】最後に、図1(b) に矢印で示す位置でダイ
シングして、約3mm×3mmの各センサ素子を分離する。
図2(a) (b) は、このようにして分離形成された各セン
サ素子の平面図とそのA―A′断面図を示している。ア
ノード電極2,カソード電極3およびヒータ電極5は図
示のように、それぞれの電極端子11,12,13,1
4が結晶化ガラス封止層8で覆われていない素子の一辺
側に導出されるようにパターン形成されている。気体拡
散層9は、結晶化ガラス封止層8の底部のカソード電極
3およびヒータ電極5との界面に沿って連続的に形成さ
れて、素子基板側面からこの気体拡散層9を通して酸素
ガスが拡散律速性をもって供給されるようになってい
る。これにより、限界電流特性が得られる。Finally, dicing is performed at the position shown by the arrow in FIG. 1B to separate each sensor element of about 3 mm × 3 mm.
2 (a) and 2 (b) are a plan view and a sectional view taken along the line AA 'of each of the sensor elements thus formed separately. The anode electrode 2, the cathode electrode 3 and the heater electrode 5 are connected to respective electrode terminals 11, 12, 13, 1 as shown in the figure.
4 is patterned so as to be led out to one side of the element which is not covered with the crystallized glass sealing layer 8. The gas diffusion layer 9 is continuously formed along the interface between the cathode electrode 3 and the heater electrode 5 at the bottom of the crystallized glass sealing layer 8, and oxygen gas diffuses from the side surface of the element substrate through the gas diffusion layer 9. It is supplied at a rate-determining rate. Thereby, the limiting current characteristic is obtained.
【0011】この実施例によれば、ネット状カーボン繊
維を載せた後、結晶化ガラス材をスクリーン印刷して焼
成するという簡単な工程で、網目状の横孔式気体拡散層
を持つ酸素センサが得られる。この酸素センサを400
℃の大気雰囲気で測定したところ、非常にクリアな限界
電流特性が観測された。同じ基板から作られたセンサ素
子の特性はばらつきも小さく再現性のよいものであっ
た。According to this embodiment, an oxygen sensor having a mesh-like lateral hole type gas diffusion layer is formed by a simple process of screen-printing and firing a crystallized glass material after placing net carbon fibers. can get. This oxygen sensor is 400
When measured in an air atmosphere at ℃, a very clear limiting current characteristic was observed. The characteristics of the sensor element made from the same substrate had small variations and had good reproducibility.
【0012】図3は、本発明の別の実施例の製造工程を
示している。先の実施例と対応する部分には先の実施例
と同一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例
では、図3(a) に示すようにイオン伝導性基板1の一方
の面に横方向に隣接して配置したPtアノード電極2と
Ptカソード電極3をスクリーン印刷し焼成することに
より形成している。その後、先の実施例と同様に、結晶
化ガラス等の絶縁層4を介してPtヒータ電極5を形成
し、ネット状カーボン繊維6を載せて、その上から結晶
化ガラス材7をスクリーン印刷し焼成する。この時ネッ
ト状のカーボン繊維6は加熱により酸化分解が促進さ
れ、揮散消失する。そして、図3(b) に示すように、結
晶化ガラス封止層8と共にその底部に多孔質の気体拡散
層9が形成される。最後に、図3(b) に示す矢印の位置
でダイシングする。FIG. 3 shows a manufacturing process of another embodiment of the present invention. The parts corresponding to those in the previous embodiment are designated by the same reference numerals as those in the previous embodiment, and detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the Pt anode electrode 2 and the Pt cathode electrode 3 arranged laterally adjacent to one surface of the ion conductive substrate 1 are formed by screen printing and firing. is doing. Then, as in the previous example, the Pt heater electrode 5 was formed via the insulating layer 4 such as crystallized glass, the net-like carbon fiber 6 was placed thereon, and the crystallized glass material 7 was screen-printed thereon. Bake. At this time, the net-like carbon fibers 6 are oxidized and decomposed by heating, and volatilized and disappear. Then, as shown in FIG. 3 (b), a porous gas diffusion layer 9 is formed at the bottom of the crystallized glass sealing layer 8 together with it. Finally, dicing is performed at the position of the arrow shown in FIG.
【0013】図4(a) (b) は、この実施例により得られ
るセンサ素子の平面図とそのA―A′断面図である。こ
の実施例によっても、先の実施例と同様に、非常に簡便
な工程でかつ素子間にばらつきの少ない,優れた特性を
持つ限界電流式酸素センサが得られる。4 (a) and 4 (b) are a plan view and a sectional view taken along the line AA 'of the sensor element obtained in this embodiment. According to this embodiment, as in the previous embodiment, it is possible to obtain a limiting current type oxygen sensor having excellent characteristics with a very simple process and little variation between elements.
【0014】本発明は上記実施例に限られない。例えば
実施例では、結晶化ガラス焼成の工程で同時に気体拡散
層を形成するために、ネット状のカーボン繊維を用いた
が、他の高分解点材料例えばグラファイト等からなる網
状体を用いて、同様に気体拡散層を形成することができ
る。また実施例では、イオン伝導性板状体を基板として
用いたが、本発明にいうイオン伝導性基板は例えば、Z
rO2 −BN等の絶縁性基板を出発基板としてこれにイ
オン伝導体膜を形成したものをも含む。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the examples, in order to form the gas diffusion layer at the same time in the step of firing the crystallized glass, the net-like carbon fiber is used, but the same reticulate body is formed by using another high decomposition point material such as graphite. A gas diffusion layer can be formed on the. Further, in the examples, the ion conductive plate-like body was used as the substrate, but the ion conductive substrate referred to in the present invention is, for example, Z
It also includes an insulating substrate such as rO2 -BN as a starting substrate on which an ion conductor film is formed.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、高分解点材料からなる網状体を用いて結晶化ガラス
の焼成時にこれを分解揮散させることにより横孔式の気
体拡散層を簡便に形成でき、ばらつきの少ない限界電流
特性を示す酸素センサを得ることができる。As described above, according to the method of the present invention, a lateral hole type gas diffusion layer is formed by decomposing and volatilizing a reticulated body made of a material having a high decomposition point during the firing of crystallized glass. It is possible to obtain an oxygen sensor which can be easily formed and exhibits a limiting current characteristic with little variation.
【図1】 本発明の一実施例の製造工程を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.
【図2】 同実施例によるセンサ素子の平面図と断面図
である。FIG. 2 is a plan view and a sectional view of a sensor element according to the same embodiment.
【図3】 他の実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of another embodiment.
【図4】 同実施例によるセンサ素子の平面図と断面図
である。FIG. 4 is a plan view and a sectional view of a sensor element according to the same embodiment.
1…イオン伝導性基板、2…Ptアノード電極、3…P
tカソード電極、4…絶縁層、5…Ptヒータ電極、6
…ネット状カーボン繊維、7…結晶化ガラス材、8…結
晶化ガラス封止層、9…気体拡散層。11,12,1
3,14…電極端子。1 ... Ion conductive substrate, 2 ... Pt anode electrode, 3 ... P
t cathode electrode, 4 ... Insulating layer, 5 ... Pt heater electrode, 6
... Net carbon fiber, 7 ... Crystallized glass material, 8 ... Crystallized glass sealing layer, 9 ... Gas diffusion layer. 11, 12, 1
3, 14 ... Electrode terminals.
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Front page continuation (72) Inventor Issei Ishibashi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd. (72) Inventor Yoshinori Kato 1-1-5, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd. Within
Claims (1)
ード電極を形成する工程と、 前記基板の前記カソード電極が形成された面に高分解点
材料からなる網状体を載置し、その上に結晶化ガラス材
を印刷する工程と、 熱処理を行って前記結晶化ガラス材を結晶化させながら
前記網状体を分解させることにより、底部に多孔質の気
体拡散層を持つ結晶化ガラス封止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする限界電流式酸素センサの製造
方法。1. A step of forming an anode electrode and a cathode electrode on an ion conductive substrate, and placing a net made of a high decomposition point material on the surface of the substrate on which the cathode electrode is formed, and crystallizing on the net. Forming a crystallized glass encapsulation layer having a porous gas diffusion layer at the bottom by the step of printing the crystallized glass material and by performing heat treatment to decompose the reticulate body while crystallizing the crystallized glass material And the process of
A method for manufacturing a limiting current type oxygen sensor, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50A JPH06242065A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Manufacture of limit current type oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50A JPH06242065A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Manufacture of limit current type oxygen sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06242065A true JPH06242065A (en) | 1994-09-02 |
Family
ID=12849383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50A Pending JPH06242065A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Manufacture of limit current type oxygen sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06242065A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4007819A1 (en) * | 1989-03-13 | 1990-09-20 | Ngk Insulators Ltd | WATERPROOF OXYGEN SENSOR |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP50A patent/JPH06242065A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4007819A1 (en) * | 1989-03-13 | 1990-09-20 | Ngk Insulators Ltd | WATERPROOF OXYGEN SENSOR |
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