JPH06288968A - 限界電流式酸素センサ - Google Patents
限界電流式酸素センサInfo
- Publication number
- JPH06288968A JPH06288968A JP5098354A JP9835493A JPH06288968A JP H06288968 A JPH06288968 A JP H06288968A JP 5098354 A JP5098354 A JP 5098354A JP 9835493 A JP9835493 A JP 9835493A JP H06288968 A JPH06288968 A JP H06288968A
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- JP
- Japan
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- plate
- sensor
- oxygen sensor
- heater
- ceramic
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンパクトで、組付けが容易で、熱的破壊が
少なく、酸化抵抗が大なる酸素センサを提供する。 【構成】 酸素センサチップとセラミック表面にリード
を白金ペーストで印刷焼成した低膨張率のセラミックプ
レートとを前記印刷リードの端の白金ペーストからなる
厚膜スポットにより酸素センサ素子とを機械的に又、電
気的に接続した。
少なく、酸化抵抗が大なる酸素センサを提供する。 【構成】 酸素センサチップとセラミック表面にリード
を白金ペーストで印刷焼成した低膨張率のセラミックプ
レートとを前記印刷リードの端の白金ペーストからなる
厚膜スポットにより酸素センサ素子とを機械的に又、電
気的に接続した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地下、化学工場、製鋼
所、自動車、医療、施設、倉庫、食品保存の不活性ガス
パージなどの分野で広く利用することができる限界電流
式酸素センサに関するものである。
所、自動車、医療、施設、倉庫、食品保存の不活性ガス
パージなどの分野で広く利用することができる限界電流
式酸素センサに関するものである。
【０００２】
【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酸素センサが実用化されている。
この酸素センサの基本形は図６に示すように、固体電解
質１１の両面に所定電圧が印加される多孔質の電極１２
Ａ，１２Ｂが設けられてなるセンサ本体１３を構成し、
このセンサ本体１３の一方の面に中央部に気体拡散層１
４Ａを有するセラミックキャップ１４を設け、このセラ
ミックキャップ１４の上面に固体電解質１１に対して熱
を付与するためのヒータ１５が設けられている。なお、
１６はヒータ１５のリード線である。この固体電解質内
では、酸素のポンピング作用により、酸素イオンをキャ
リヤとするイオン電流が流れ、このイオン電流値から周
囲の酸素濃度が測定されるようになっている。
質を用いた限界電流式酸素センサが実用化されている。
この酸素センサの基本形は図６に示すように、固体電解
質１１の両面に所定電圧が印加される多孔質の電極１２
Ａ，１２Ｂが設けられてなるセンサ本体１３を構成し、
このセンサ本体１３の一方の面に中央部に気体拡散層１
４Ａを有するセラミックキャップ１４を設け、このセラ
ミックキャップ１４の上面に固体電解質１１に対して熱
を付与するためのヒータ１５が設けられている。なお、
１６はヒータ１５のリード線である。この固体電解質内
では、酸素のポンピング作用により、酸素イオンをキャ
リヤとするイオン電流が流れ、このイオン電流値から周
囲の酸素濃度が測定されるようになっている。
【０００３】このような酸素センサは、例えば実開平２
−１１３１５７号に見られるように、固体電解質の両面
の電極及びヒータと外部の駆動回路とを細いリードワイ
ヤで接続することにより、断線事故が起き易く、信頼性
に欠けていた。又、ステム等に組み付けようとした場合
に、セラミックファイバなどで支持しているために、組
付作業が困難であった。この対策として、絶縁性を有す
る板体の一方の端部にセンサ本体とヒータをそれぞれ取
り付け、更に該板体の表面にセンサ本体の電極及びヒー
タに通じ、かつ該板体の他方の端部に延びる回路導体を
それぞれ形成するようにしたものが、提案されている。
特開平２−１７９４６２号が知られている。
−１１３１５７号に見られるように、固体電解質の両面
の電極及びヒータと外部の駆動回路とを細いリードワイ
ヤで接続することにより、断線事故が起き易く、信頼性
に欠けていた。又、ステム等に組み付けようとした場合
に、セラミックファイバなどで支持しているために、組
付作業が困難であった。この対策として、絶縁性を有す
る板体の一方の端部にセンサ本体とヒータをそれぞれ取
り付け、更に該板体の表面にセンサ本体の電極及びヒー
タに通じ、かつ該板体の他方の端部に延びる回路導体を
それぞれ形成するようにしたものが、提案されている。
特開平２−１７９４６２号が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平２−１７９
４６２号に示されたようなセンサは、回路導体と外部の
駆動回路の連結が容易で、組付け作業が容易であるが、
なお一層の小型化と、製作が容易なセンサの出現が要望
されてきている。
４６２号に示されたようなセンサは、回路導体と外部の
駆動回路の連結が容易で、組付け作業が容易であるが、
なお一層の小型化と、製作が容易なセンサの出現が要望
されてきている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するものであって、その概要は以下のとおりである。
フオルステライトプレートやステアタイトプレートの如
き低膨張率のセラミックプレートを用い、その一端部を
センサチップとの重合面とするものであって、このプレ
ートには、白金ペーストの印刷・焼成からなるリードが
設けられている。
決するものであって、その概要は以下のとおりである。
フオルステライトプレートやステアタイトプレートの如
き低膨張率のセラミックプレートを用い、その一端部を
センサチップとの重合面とするものであって、このプレ
ートには、白金ペーストの印刷・焼成からなるリードが
設けられている。
【０００６】酸素センサチップとリードの重合面のいず
れか一方の面にヒータ回路を印刷により設け、このよう
にしたプレートと酸素センサチップとを白金ペーストの
厚膜スポットで４点接合後焼成して両者の他の部分は僅
かな空隙を設けるようにして構成した限界電流式酸素セ
ンサである。
れか一方の面にヒータ回路を印刷により設け、このよう
にしたプレートと酸素センサチップとを白金ペーストの
厚膜スポットで４点接合後焼成して両者の他の部分は僅
かな空隙を設けるようにして構成した限界電流式酸素セ
ンサである。
【０００７】
【実施例】本発明で用いるセンサ素子は図３の断面図に
示すように、安定化ジルコニアからなる酸素イオン導電
板１の両面に白金ペースト印刷からなる多孔性の電極２
Ａ，２Ｂを設け、この酸素イオン導電板の一方の面を蔽
うアルミナキャップ３の表面にヒータ回路５を設けたも
のである。なお４は酸素イオン導電板１の中央のスリッ
トである。（ここでは酸素イオン導電板にスリットを設
けた例を示してある。）この場合ヒータ回路５はこれを
省略し、後に示すようにプレート側に設けてもよい。図
１，図２は本発明の実施例で、図１は前記した図３のヒ
ータ回路５を下面に形成したセンサ素子を用い、図２は
図３の下面のヒータ回路５を設けてないセンサ素子を用
いた場合である。
示すように、安定化ジルコニアからなる酸素イオン導電
板１の両面に白金ペースト印刷からなる多孔性の電極２
Ａ，２Ｂを設け、この酸素イオン導電板の一方の面を蔽
うアルミナキャップ３の表面にヒータ回路５を設けたも
のである。なお４は酸素イオン導電板１の中央のスリッ
トである。（ここでは酸素イオン導電板にスリットを設
けた例を示してある。）この場合ヒータ回路５はこれを
省略し、後に示すようにプレート側に設けてもよい。図
１，図２は本発明の実施例で、図１は前記した図３のヒ
ータ回路５を下面に形成したセンサ素子を用い、図２は
図３の下面のヒータ回路５を設けてないセンサ素子を用
いた場合である。
【０００８】すなわち、図１，図２はいずれもセンサ素
子２１が簡略に示され、図１ではヒータ回路２２は底面
側となり見えず、図２ではセンサ素子２にはヒータ回路
は設けられずプレートにヒータ回路が設けられている。
図１においてプレート例えばはフオルステライト板２３
に、内側をヒータ回路と導通するリード部分２４、外側
をセンサ素子の電極と導通するリード部分２５となるよ
うに、白金ペーストを印刷・焼成してある。センサ素子
の重合部分のリード端には黒丸で示す白金ペースト２６
が自重導通部分として構成されている。
子２１が簡略に示され、図１ではヒータ回路２２は底面
側となり見えず、図２ではセンサ素子２にはヒータ回路
は設けられずプレートにヒータ回路が設けられている。
図１においてプレート例えばはフオルステライト板２３
に、内側をヒータ回路と導通するリード部分２４、外側
をセンサ素子の電極と導通するリード部分２５となるよ
うに、白金ペーストを印刷・焼成してある。センサ素子
の重合部分のリード端には黒丸で示す白金ペースト２６
が自重導通部分として構成されている。
【０００９】図２においては図１と同一部分には同一符
号が付されれているので説明を省略するが２７はプレー
ト上のヒータ回路である。次に、図４，図５を用いて、
本発明の酸素センサの製造工程を説明する。図４は本発
明により得られた酸素センサの構造例で酸素センサチッ
プＡは図３と同様な構造で図１もしくは図２に示すよう
なセラミックプレートＢが、厚膜白金ペーストＣを介し
て空隙Ｄを形成するように組付けられている。この空隙
は勿論小さくてよい。
号が付されれているので説明を省略するが２７はプレー
ト上のヒータ回路である。次に、図４，図５を用いて、
本発明の酸素センサの製造工程を説明する。図４は本発
明により得られた酸素センサの構造例で酸素センサチッ
プＡは図３と同様な構造で図１もしくは図２に示すよう
なセラミックプレートＢが、厚膜白金ペーストＣを介し
て空隙Ｄを形成するように組付けられている。この空隙
は勿論小さくてよい。
【００１０】図５はその製造工程例で、センサチップＡ
は表面側に素子を形成し、白金ペースト印刷により表面
から裏面に至るリードが設けられている。又、セラミッ
クプレートとして例えばフオルステライトプレートはほ
ぼ矩形状に形成され、その表面と内側リードと外側リー
ドが所定の間隔形状で白金ペースト印刷により設けられ
ている（導通部の印刷）。リードの端の黒丸は接合点
で、厚膜白金ペーストで印刷されている（自動導通部の
印刷）。
は表面側に素子を形成し、白金ペースト印刷により表面
から裏面に至るリードが設けられている。又、セラミッ
クプレートとして例えばフオルステライトプレートはほ
ぼ矩形状に形成され、その表面と内側リードと外側リー
ドが所定の間隔形状で白金ペースト印刷により設けられ
ている（導通部の印刷）。リードの端の黒丸は接合点
で、厚膜白金ペーストで印刷されている（自動導通部の
印刷）。
【００１１】次にセンサチップをプレートの所定の位置
でドッキングさせるが、この場合接続点は４箇所に於て
厚膜点接触であって、１０００℃、１０ｍｉｎ程度で容
易に接合一体化される。このようにしたものはセラミッ
クであるフオルステライトが耐酸化性がよく、センサ素
子のケースのアルミナとの熱膨張率も小さいので、使用
によるヒートサイクルに耐え、高い熱衝撃性を有してい
る。又、ステアタイトの如く熱膨張率の小さい他のセラ
ミックを以てフォルステライトに代えることができる。
でドッキングさせるが、この場合接続点は４箇所に於て
厚膜点接触であって、１０００℃、１０ｍｉｎ程度で容
易に接合一体化される。このようにしたものはセラミッ
クであるフオルステライトが耐酸化性がよく、センサ素
子のケースのアルミナとの熱膨張率も小さいので、使用
によるヒートサイクルに耐え、高い熱衝撃性を有してい
る。又、ステアタイトの如く熱膨張率の小さい他のセラ
ミックを以てフォルステライトに代えることができる。
【００１２】
【実施例】プレートとして６．５ｍｍ×２２ｍｍ×０．
２０ｍｍ（厚さ）のフオルステライト基板を用い、片面
に４本（カソード電極用、アノード電極用、ヒータ端子
用）の導通部分を白金ペーストで印刷焼成し、更に４箇
所の接合部分のみにφ０．３ｍｍ、厚み約５０μｍの白
金ペーストを印刷した後、図のように予め製作済みの素
子をのせて、１０００℃で１０ｍｉｎ間焼成を行ないセ
ンサを作成した。得られたセンサの特性を評価したとこ
ろ、図７のとおりセンサ電圧０．４Ｖ以上で電流（μ
Ａ）は８０〜９０μｍ程度で安定したものであった。
２０ｍｍ（厚さ）のフオルステライト基板を用い、片面
に４本（カソード電極用、アノード電極用、ヒータ端子
用）の導通部分を白金ペーストで印刷焼成し、更に４箇
所の接合部分のみにφ０．３ｍｍ、厚み約５０μｍの白
金ペーストを印刷した後、図のように予め製作済みの素
子をのせて、１０００℃で１０ｍｉｎ間焼成を行ないセ
ンサを作成した。得られたセンサの特性を評価したとこ
ろ、図７のとおりセンサ電圧０．４Ｖ以上で電流（μ
Ａ）は８０〜９０μｍ程度で安定したものであった。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、全体として薄いセラミ
ック製の酸素センサ素子とリード部分の印刷プレート板
の接合により形成されているので、コンパクトで軽量で
あり、しかもプレートの材料とセンサ素子の接触部分の
材料の熱膨張率の差が小さいことからヒートサイクルに
よる歪の発生が少なく、破壊のおそれが少なくなる。し
かもセンサ素子とプレートとは、僅かに４点接触で１体
化されているので両者の間には微細な空隙を発生し、こ
の部分で放熱作用があるので、素子の破壊を防止するこ
とができる。
ック製の酸素センサ素子とリード部分の印刷プレート板
の接合により形成されているので、コンパクトで軽量で
あり、しかもプレートの材料とセンサ素子の接触部分の
材料の熱膨張率の差が小さいことからヒートサイクルに
よる歪の発生が少なく、破壊のおそれが少なくなる。し
かもセンサ素子とプレートとは、僅かに４点接触で１体
化されているので両者の間には微細な空隙を発生し、こ
の部分で放熱作用があるので、素子の破壊を防止するこ
とができる。
【００１４】すなわちヒータ部での放熱性が十分行なわ
れるので、低ワット数でセンサを作動し、センサの熱的
信頼性を向上するものである。又、フオルステライトや
ステアタイトをプレートとする場合、十分な耐触性を有
するのであらゆる雰囲気下での酸素濃度測定用として有
利に使用することができる。
れるので、低ワット数でセンサを作動し、センサの熱的
信頼性を向上するものである。又、フオルステライトや
ステアタイトをプレートとする場合、十分な耐触性を有
するのであらゆる雰囲気下での酸素濃度測定用として有
利に使用することができる。
【図１】本発明の１実施例の酸素センサとプレートの離
隔した斜視図
隔した斜視図
【図２】本発明の他の１実施例の酸素センサとプレート
の離隔した斜視図
の離隔した斜視図
【図３】本発明で用いられる酸素センサチップの一例の
断面図
断面図
【図４】本発明の酸素センサの一例を示す断面図
【図５】本発明の酸素センサの製造工程図
【図６】従来の酸素センサ素子の断面図
【図７】本発明の酸素センサ素子の電圧、電流グラフ特
性図
性図
２１ センサ素子 ２２ ヒータ ２３ セラミックプレート ２４ 内側リード ２５ 外側リード ２６ 自重導通部分 Ａ 酸素センサ素子 Ｂ セラミックプレート Ｃ 自重導通部分 Ｄ 空隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内
Claims (1)
- 【請求項１】 低熱膨張率のセラミックプレートの一端
部を酸素センサチップの重合接合箇所とし、白金ペース
トの印刷焼成されたリードを設けたプレートと、アルミ
ナケースで支持された酸素センサチップとを、前記プレ
ート又は酸素センサチップのいずれかに印刷によるヒー
タ回路を設けると共に、前記セラミックプレート上に印
刷されたリード端に白金ペーストからなる厚膜印刷点を
設け、これを介してプレートと酸素センサチップとを接
合焼成してなり、両者の接合面に間隙を設けたことを特
徴とする限界電流式酸素センサ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5098354A JPH06288968A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 限界電流式酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5098354A JPH06288968A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 限界電流式酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288968A true JPH06288968A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14217559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5098354A Pending JPH06288968A (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 限界電流式酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06288968A (ja) |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5098354A patent/JPH06288968A/ja active Pending
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