JPH06317555A - セラミック酸素センサの製造方法 - Google Patents
セラミック酸素センサの製造方法Info
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- JPH06317555A JPH06317555A JP5131458A JP13145893A JPH06317555A JP H06317555 A JPH06317555 A JP H06317555A JP 5131458 A JP5131458 A JP 5131458A JP 13145893 A JP13145893 A JP 13145893A JP H06317555 A JPH06317555 A JP H06317555A
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- oxygen sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた特性と高い信頼性を得ることができる
セラミック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】 絶縁性基板１１上にＭＯペーストの塗布加熱
によりＰｔ電極１２を形成し、この上にスパッタ法によ
りＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜１３を形成し、更
にこの上にＭＯペーストの塗布加熱によりＰｔ電極１４
を形成して薄膜型セラミック酸素センサを得る。
セラミック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】 絶縁性基板１１上にＭＯペーストの塗布加熱
によりＰｔ電極１２を形成し、この上にスパッタ法によ
りＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜１３を形成し、更
にこの上にＭＯペーストの塗布加熱によりＰｔ電極１４
を形成して薄膜型セラミック酸素センサを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン伝導体として薄
膜セラミックを用いるセラミック酸素センサの製造方法
に関する。
膜セラミックを用いるセラミック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、即ちジルコニア−イットリア
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（個体電解質）
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 Ｏ
3 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し且つ酸素ガス透過性を有するＰｔ
電極を、厚膜技術即ち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、即ちジルコニア−イットリア
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（個体電解質）
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 Ｏ
3 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し且つ酸素ガス透過性を有するＰｔ
電極を、厚膜技術即ち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、最近は、素子を小型化するためイオン伝導体
を膜形成技術により形成する薄膜型セラミック酸素セン
サが作られている。薄膜型セラミック酸素センサでは、
イオン伝導体膜は例えばスパッタ法により形成される。
イオン伝導体膜の両面に設けられる電極の形成法として
は、スパッタ法やＰｔペーストの印刷焼成による方法が
ある。
に対して、最近は、素子を小型化するためイオン伝導体
を膜形成技術により形成する薄膜型セラミック酸素セン
サが作られている。薄膜型セラミック酸素センサでは、
イオン伝導体膜は例えばスパッタ法により形成される。
イオン伝導体膜の両面に設けられる電極の形成法として
は、スパッタ法やＰｔペーストの印刷焼成による方法が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スパッタ法に
より電極形成を行うと、得られる電極膜が緻密になり易
く、酸素ガス透過性を有するポーラス膜を得ることが難
しい。このため、櫛形電極構造を採用する等の工夫が提
案されているが、電極能力を高めるには限界があった。
これに対して、Ｐｔペーストの印刷焼成による電極形成
法は、ポーラス膜を得ることができ、また焼結助剤等の
添加によってイオン伝導体膜との強固な接合を得ること
ができる。しかし反面、Ｐｔ以外の添加剤がイオン伝導
体膜界面に粒成長をもたらす等の悪影響を与えたり、高
温焼成による膜収縮が大きいため電極周辺からのはがれ
やイオン伝導体膜の破壊等が生じる、といった問題があ
った。
より電極形成を行うと、得られる電極膜が緻密になり易
く、酸素ガス透過性を有するポーラス膜を得ることが難
しい。このため、櫛形電極構造を採用する等の工夫が提
案されているが、電極能力を高めるには限界があった。
これに対して、Ｐｔペーストの印刷焼成による電極形成
法は、ポーラス膜を得ることができ、また焼結助剤等の
添加によってイオン伝導体膜との強固な接合を得ること
ができる。しかし反面、Ｐｔ以外の添加剤がイオン伝導
体膜界面に粒成長をもたらす等の悪影響を与えたり、高
温焼成による膜収縮が大きいため電極周辺からのはがれ
やイオン伝導体膜の破壊等が生じる、といった問題があ
った。
【０００５】本発明は、このような問題を解決して、優
れた特性を保持して高い信頼性を得ることができるセラ
ミック酸素センサの製造方法を提供することを目的とし
ている。
れた特性を保持して高い信頼性を得ることができるセラ
ミック酸素センサの製造方法を提供することを目的とし
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性基板
と、この基板上に形成されたセラミックイオン伝導体膜
と、このイオン伝導体膜に接合して触媒作用を有する酸
素ガス透過性のアノード及びカソード電極とを有するセ
ラミック酸素センサの製造方法であって、前記アノード
及びカソード電極を、有機金属化合物を用いたペースト
を塗布し加熱して形成することを特徴としている。
と、この基板上に形成されたセラミックイオン伝導体膜
と、このイオン伝導体膜に接合して触媒作用を有する酸
素ガス透過性のアノード及びカソード電極とを有するセ
ラミック酸素センサの製造方法であって、前記アノード
及びカソード電極を、有機金属化合物を用いたペースト
を塗布し加熱して形成することを特徴としている。
【０００７】
【作用】本発明によると、有機金属化合物を用いたペー
スト（Ｍetallo−Ｏrganic−Ｐaste、以下ＭＯペースト
と称する）により電極形成を行うことにより、従来の厚
膜ペーストを用いた場合と同様のポーラス電極を得るこ
とができる。ＭＯペーストは金属が有機高分子化合物と
して均一に分散した状態であり、その化合物を熱分解さ
せて有機高分子成分を飛ばすことにより、ポーラスな電
極が得られる。通常の厚膜ペーストの焼成電極と異な
り、いわゆる焼結を必要としないから、塗布後の加熱温
度も２００℃程度低くて済む。従ってまた得られる電極
の膜収縮が通常の厚膜ペーストを用いた場合に比べて少
なく、膜収縮があっても一軸のみであって実用上ほとん
ど問題にならない。更に通常のＰｔペーストを用いた場
合のようなイオン伝導体膜界面の粒成長等もない。ＭＯ
ペーストの場合、一回の塗布で０．７μｍ〜１μｍ程度
の薄い薄膜電極を得ることができる。以上のような膜収
縮が少ないことや加熱温度の低温化等によって、形成さ
れる電極膜のはがれや薄膜イオン伝導体膜の破壊が防止
され、優れた特性の薄膜型のセラミック酸素センサを高
い信頼性をもって製造することが可能になる。
スト（Ｍetallo−Ｏrganic−Ｐaste、以下ＭＯペースト
と称する）により電極形成を行うことにより、従来の厚
膜ペーストを用いた場合と同様のポーラス電極を得るこ
とができる。ＭＯペーストは金属が有機高分子化合物と
して均一に分散した状態であり、その化合物を熱分解さ
せて有機高分子成分を飛ばすことにより、ポーラスな電
極が得られる。通常の厚膜ペーストの焼成電極と異な
り、いわゆる焼結を必要としないから、塗布後の加熱温
度も２００℃程度低くて済む。従ってまた得られる電極
の膜収縮が通常の厚膜ペーストを用いた場合に比べて少
なく、膜収縮があっても一軸のみであって実用上ほとん
ど問題にならない。更に通常のＰｔペーストを用いた場
合のようなイオン伝導体膜界面の粒成長等もない。ＭＯ
ペーストの場合、一回の塗布で０．７μｍ〜１μｍ程度
の薄い薄膜電極を得ることができる。以上のような膜収
縮が少ないことや加熱温度の低温化等によって、形成さ
れる電極膜のはがれや薄膜イオン伝導体膜の破壊が防止
され、優れた特性の薄膜型のセラミック酸素センサを高
い信頼性をもって製造することが可能になる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照して、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。絶縁性基板１１としてこの
実施例では、厚みが０．８ｍｍのポーラスアルミナを用
いている。この絶縁性基板１１は、この上に形成される
電極／イオン伝導体界面に拡散律速性をもって酸素ガス
を供給する気体拡散層として用いられることになる。ま
ず絶縁性基板１１上に、ＭＯ白金ペーストを一回印刷し
て約３０μｍの厚みに形成し加熱することにより、図１
（ａ）に示すように０．７μｍ〜１μｍのＰｔ電極（カ
ソード電極）１２を形成する。加熱温度は約８００℃で
ある。
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。絶縁性基板１１としてこの
実施例では、厚みが０．８ｍｍのポーラスアルミナを用
いている。この絶縁性基板１１は、この上に形成される
電極／イオン伝導体界面に拡散律速性をもって酸素ガス
を供給する気体拡散層として用いられることになる。ま
ず絶縁性基板１１上に、ＭＯ白金ペーストを一回印刷し
て約３０μｍの厚みに形成し加熱することにより、図１
（ａ）に示すように０．７μｍ〜１μｍのＰｔ電極（カ
ソード電極）１２を形成する。加熱温度は約８００℃で
ある。
【０００９】続いて、図１（ｂ）に示すように、形成さ
れたＰｔ電極１２上にスパッタ法により約０．７μｍの
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜１３を形成する。こ
のイオン伝導体膜１３上に更に、先の電極形成と同様の
条件でＭＯ白金ペーストの印刷加熱を行って、図１
（ｃ）に示すように０．７μｍ〜１μｍ厚のＰｔ電極
（アノード電極）１４を形成する。
れたＰｔ電極１２上にスパッタ法により約０．７μｍの
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜１３を形成する。こ
のイオン伝導体膜１３上に更に、先の電極形成と同様の
条件でＭＯ白金ペーストの印刷加熱を行って、図１
（ｃ）に示すように０．７μｍ〜１μｍ厚のＰｔ電極
（アノード電極）１４を形成する。
【００１０】この実施例によると、ペーストの膜収縮が
ほとんどなく、薄くてポーラスなＰｔ電極が得られ、Ｐ
ｔ電極のはがれや薄膜イオン伝導体膜の破壊も生じな
い。図２の実線は、この実施例による薄膜型セラミック
酸素センサの３００℃雰囲気で測定した電圧−電流特性
である。破線で示す従来例は、実施例と同様の素子構造
であって上下のＰｔ電極をスパッタ法により形成したも
のの特性である。図から明らかなように、この実施例に
より非常にクリアな限界電流特性が得られている。
ほとんどなく、薄くてポーラスなＰｔ電極が得られ、Ｐ
ｔ電極のはがれや薄膜イオン伝導体膜の破壊も生じな
い。図２の実線は、この実施例による薄膜型セラミック
酸素センサの３００℃雰囲気で測定した電圧−電流特性
である。破線で示す従来例は、実施例と同様の素子構造
であって上下のＰｔ電極をスパッタ法により形成したも
のの特性である。図から明らかなように、この実施例に
より非常にクリアな限界電流特性が得られている。
【００１１】図３は、この実施例によるＭＯペーストを
用いたＰｔ電極形成法と、従来のＰｔペーストによる方
法及びスパッタによる方法との特性比較結果をまとめた
ものである。図から明らかなように、ＭＯペーストを用
いることにより、Ｐｔペーストを用いた場合に比べて低
い加熱温度でポーラスな薄膜電極を得ることができ、ま
た成膜時の膜収縮がスパッタ法による場合と同様に小さ
く、スパッタ法による場合より接合強度の高い電極膜が
得られる。電極膜の耐剥離性については、１０ｍｍ角の
面積の電極に０．１ｍｍφの白金線を焼結接続して剥離
テストを行った結果である。Ｐｔペーストによる場合と
ＭＯペーストによる場合とで同程度の耐剥離性を示した
が、両者の膜厚の相違を考慮すると、ＭＯペーストを用
いた場合の方が優れた耐剥離性を有するといえる。
用いたＰｔ電極形成法と、従来のＰｔペーストによる方
法及びスパッタによる方法との特性比較結果をまとめた
ものである。図から明らかなように、ＭＯペーストを用
いることにより、Ｐｔペーストを用いた場合に比べて低
い加熱温度でポーラスな薄膜電極を得ることができ、ま
た成膜時の膜収縮がスパッタ法による場合と同様に小さ
く、スパッタ法による場合より接合強度の高い電極膜が
得られる。電極膜の耐剥離性については、１０ｍｍ角の
面積の電極に０．１ｍｍφの白金線を焼結接続して剥離
テストを行った結果である。Ｐｔペーストによる場合と
ＭＯペーストによる場合とで同程度の耐剥離性を示した
が、両者の膜厚の相違を考慮すると、ＭＯペーストを用
いた場合の方が優れた耐剥離性を有するといえる。
【００１２】この発明は上記実施例に限られるものでは
ない。実施例ではイオン伝導体膜の上下に電極を形成し
たサンドイッチ構造としたが、イオン伝導体膜の一方の
面にアノード電極とカソード電極を配設する素子構造に
も同様に本発明を適用することができる。また絶縁性基
板として緻密基板を用いて、拡散律速性を持つ気体拡散
層を別途設ける素子構造に対しても同様に本発明は有効
である。
ない。実施例ではイオン伝導体膜の上下に電極を形成し
たサンドイッチ構造としたが、イオン伝導体膜の一方の
面にアノード電極とカソード電極を配設する素子構造に
も同様に本発明を適用することができる。また絶縁性基
板として緻密基板を用いて、拡散律速性を持つ気体拡散
層を別途設ける素子構造に対しても同様に本発明は有効
である。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＭＯ
ペーストを用いてポーラス電極を形成することによっ
て、優れた特性の薄膜型セラミック酸素センサを高い信
頼性を持って製造することができる。
ペーストを用いてポーラス電極を形成することによっ
て、優れた特性の薄膜型セラミック酸素センサを高い信
頼性を持って製造することができる。
【図１】 本発明の一実施例によるセラミック酸素セン
サの製造工程を示す図である。
サの製造工程を示す図である。
【図２】 同実施例による酸素センサの特性を従来例と
比較して示す図である。
比較して示す図である。
【図３】 同実施例による電極形成法と従来の電極形成
法との特性比較結果である
法との特性比較結果である
１１…絶縁性基板、１２…Ｐｔ電極、１３…イオン伝導
体膜、１４…Ｐｔ電極。
体膜、１４…Ｐｔ電極。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年５月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宿利 尚次 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 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】 絶縁性基板と、この基板上に形成された
セラミックイオン伝導体膜と、このイオン伝導体膜に接
合して触媒作用を有する酸素ガス透過性のアノード及び
カソード電極とを有するセラミック酸素センサの製造方
法であって、前記アノード及びカソード電極を、有機金
属化合物を用いたペーストを塗布し加熱して形成するこ
とを特徴とするセラミック酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131458A JPH06317555A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | セラミック酸素センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5131458A JPH06317555A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | セラミック酸素センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317555A true JPH06317555A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=15058435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5131458A Pending JPH06317555A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | セラミック酸素センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06317555A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007097460A1 (ja) | 2006-02-27 | 2007-08-30 | Kyocera Corporation | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、フィルタ素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
| WO2007102369A1 (ja) | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Kyocera Corporation | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62144063A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Sharp Corp | 限界電流式酸素センサ |
| JPS6366859A (ja) * | 1986-09-08 | 1988-03-25 | Agency Of Ind Science & Technol | ペロブスカイト型複合酸化物薄膜電極又は薄膜電極触媒の製造法 |
| JPH02276958A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-11-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素検出素子の製造方法 |
| JPH03115966A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | 固体電解質型酸素センサの製造方法 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5131458A patent/JPH06317555A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62144063A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Sharp Corp | 限界電流式酸素センサ |
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| JPH02276958A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-11-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素検出素子の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2007097460A1 (ja) | 2006-02-27 | 2007-08-30 | Kyocera Corporation | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、フィルタ素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
| US8007903B2 (en) | 2006-02-27 | 2011-08-30 | Kyocera Corporation | Method for manufacturing ceramic member, and ceramic member, gas sensor device, fuel cell device, filter device, multi-layer piezoelectric device, injection apparatus and fuel injection system |
| WO2007102369A1 (ja) | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Kyocera Corporation | セラミック部材の製造方法、並びにセラミック部材、ガスセンサ素子、燃料電池素子、積層型圧電素子、噴射装置、及び燃料噴射システム |
| US9005383B2 (en) | 2006-03-07 | 2015-04-14 | Kyocera Corporation | Method for manufacturing ceramic member, and ceramic member, gas sensor device, fuel cell device, multi-layer piezoelectric device, injection apparatus and fuel injection system |
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