JPH07107523B2 - ガス検出器の製造方法 - Google Patents

ガス検出器の製造方法

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JPH07107523B2
JPH07107523B2 JP61212077A JP21207786A JPH07107523B2 JP H07107523 B2 JPH07107523 B2 JP H07107523B2 JP 61212077 A JP61212077 A JP 61212077A JP 21207786 A JP21207786 A JP 21207786A JP H07107523 B2 JPH07107523 B2 JP H07107523B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、特定のガス成分の濃度に応じて抵抗値の変化
する感ガス性の金属酸化物を用いて、周囲のガスを検出
するガス検出器の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、この種のガス検出器として、例えば、第10図に断
面で示すような酸素ガス検出器がある。
すなわち、酸素ガス検出器50は、セラミック基板52上に
1対の電極54a,54bを形成し、上記基板52上に、窓部58
を有するセラミック積層板60を積層し、さらに、電極54
a,54bを覆い、かつ、窓部58を塞ぐようにTiO2を主成分
とする感ガス層62を積層したものであり、周囲の酸素分
圧に応じて変化する感ガス層の電気抵抗を電極間で検出
するものである。
さらに、上記従来の酸素ガス検出器では、感ガス層の検
出レベルが、同一ガス濃度であっても温度によって変動
することから、これを補償する手段として、セラミック
基板にヒータを設けている。
そして、酸素ガス検出器に別体のサーミスタによる検出
温度により該酸素ガス検出器を所定温度になるようにヒ
ータの通電量を制御するものが知られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、上記従来の技術においては、酸素ガス検出器と
別体に組み込まれたサーミスタを用いているために、部
品点数が増加し、構成も複雑になり、製造面倒であると
いう問題点があった。
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためにな
されたもので、部品点数が少なく、簡単な構成で、か
つ、製造の容易なガス検出器の製造方法を提供すること
を目的とする。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するためになされた本発明は、 複数の電極を設け、 該複数の電極を感ガス性金属酸化物で覆って、第1の焼
成温度で加熱焼成することにより、ガス成分および/ま
たはガス濃度に応じて電気抵抗が変化する多孔質の感ガ
ス層を形成した後に、 上記複数の電極の内、少なくとも一対の電極間に通電す
ることにより、上記感ガス層の一部を自己発熱させて、
上記第1の焼成温度より高い第2の焼成温度にて焼成し
て温度検出素子とすることを特徴とするガス検出器の製
造方法を要旨とする。
ここで、上記電極としては、焼成する際に、十分耐え得
る導電体であればよいが、通常、銀、金または白金族を
主成分としたものが用いられる。
感ガス層に用いられる遷移金属酸化物としては、検出す
るガス成分に応じてその物質が変化されるのであるが、
通常用いられるものとしてTiO2,SnO2,CoO,ZnO,Nb2O5,Cr
2O3が挙げられ、本発明においてもこれらのうちのいず
れか1つまたは2つ以上の組合せの物質を用いることが
好ましい。
また、感ガス層を保護することを目的として、感ガス層
あるいは上層に重ねて、コート層を設けてもよい。この
コート層は、感ガス性金属酸化物に対する鉛等の有毒物
質を吸着捕獲し、有毒物質を感ガス層に達することを防
ぐ。コート層の材質としては、熱的に安定な材質であれ
ば特に限定はなく、例えば、アルミナ、マグネシアスピ
ネル、ジルコニア等を用いることができる。
[作用] 本発明のガス検出器の製造方法では、まず、第1の焼成
温度で感ガス層を焼成により形成し、その後、複数の電
極の内、少なくとも一対の電極間に通電して加熱するこ
とにより、(第1の焼成温度より高い)第2の焼成温度
で感ガス層の一部の焼結させて、温度検出素子を形成し
ている。本発明によって製造されるガス検出器は、感ガ
ス層中にガスが接触すると、このガス濃度に応じて感ガ
ス層の電気的抵抗が変化し、この抵抗変化を電極間で検
出し、ガス濃度の変化を計測する。
さらに、このガス検出器の感ガス層の一部が温度検出素
子に形成されているので、この温度検出素子からの検出
温度に基づいて、例えば、ガス検出器に一体化して形成
したヒータへの通電量を制御してガス検出器の温度を所
定温度に設定する温度補償を行える。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、感ガス層を焼成
して形成した後に、感ガス層に覆われた電極への通電に
より加熱焼成することで、温度検出素子を形成している
ので、ガス検出器の製造が容易である。
また、温度検出素子は、感ガス層の一部が更に焼成され
て(即ち焼結されて)形成されるので、材料ペーストの
印刷工程が一度で済み、この点からも製造が極めて簡易
化されるという利点がある。
更に、温度検出素子は、感ガス層の一部が更に焼成され
たものなので、感ガス層と温度検出素子とは、完全に連
続した一体となっている。従って、たとえ流速の速い排
ガスの酸素濃度などを測定する場合でも、感ガス素子と
温度検出素子との間には、ほとんど温度の差が発生しな
いので、正確な温度検出を行なって、酸素濃度などの検
出の温度補償を好適に行なうことができる。
その上、感ガス層の一部に温度検出素子を形成している
ので、部品点数が少なく、かつ、簡単な構成でガス検出
器の温度補償機能を付加することができる。
[実施例] 本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、説明上
各図の縮尺は異なる。
まず、本発明の一実施例を第1図によって説明する。
本実施例は、感ガス層としてTiO2を使用した酸素ガス検
出器10の製造方法である。
第1図の部分破断した斜視図に示すように、セラミック
基板12上には、端子13a,13b,13c,13eで白金リード線14
a,14b,14c,14eに接続された電極パターン16a,16b,16c,
および熱抵抗電極パターン16e等の電極パターン16が形
成され、さらに上記セラミック基板12上および電極パタ
ーン16上にセラミック基板12と一体化されたセラミック
積層板18が積層されている。
このセラミック積層板18には、窓部20が形成されてお
り、この窓部20内には、TiO2を主成分とする感ガス層25
および温度検出素子層24が形成されている(第2図)。
この感ガス層25および温度検出素子層24と、上記セラミ
ック基板12との間に両者の剥離を防ぐ球形造粒粒子22が
介在している。
また、上記感ガス層25および温度検出素子層24上には、
Al2O3からなるコート層26が形成されている。
次に、上記酸素ガス検出器10の製造工程を第3図ないし
第7図にしたがって説明する。
アルミナ92wt%、マグネシア3wt%、および焼結助
剤(シリカ、カルシア等)5wt%をポットミルにて20時
間混合する。その後、該混合物に有機バインダーとして
ポリビニールブチラート12wt%、フタル酸ジブチル4wt
%を添加し、溶剤としてメチルエチルケトン、トルエン
等を加えた。さらにポットミルで15時間混合してスラリ
ーとし、ドクターブレード法により基板用および積層用
グリーンシート12A,18Aを形成する。
上記グリーンシートの形状は、基板用グリーンシート12
Aで47.8mm×4.0mm×0.8mmt、積層用グリーンシート18A
で47.8mm×4.0mm×0.26mmtである。そして、上記積層用
グリーンシート18Aに3.05mm×2.0mmの窓部20を形成す
る。
次に、白金黒とスポンジ状白金とを、2:1の比率に
調合し、他に上記で用いたグリーンシートの材料混合
物を10wt%添加し、ブチルカルビトール、エトセル等の
溶剤を加えて、電極用ペーストとする。
次に、で調整した電極用ペーストを用い厚膜印刷
により、基板用グリーンシート12A上に電極パターン16
を形成する。電極パターン16として、上述したように、
電極パターン16a,16b,16c、および感ガス層25および温
度検出素子層24を加熱するためのヒータとなる熱抵抗電
極パターン16eと、上記パターン16の各端子となる端子
パターン13a,13b,13c,13eを形成する(第2図(イ)
(ロ))。
その後、上記端子パターン13a,13b,13c,13eに、直
径0.2mmの白金リード線14a,14b,14c,14eをそれぞれ接続
する(第4図(イ)(ロ))。
次に、上記基板用グリーンシート12A上に積層用グ
リーンシート18Aを積層熱圧着して積層体を形成する。
このとき、該積層用グリーンシート18Aの窓部20には、
電極パターン16a,16b,16cの先端が露出している。そし
て、窓部20中にで調整したグリーンシートと同一の材
料からなる80〜150メッシュの球形造粒粒子(2次粒
子)22を分散付着させてから、上記積層体を1500℃で大
気とほぼ同一雰囲気中にて2時間焼成することで一体と
なったセラミック基板12およびセラミック積層板18を形
成する(第5図(イ)(ロ))。
上述のように球形造粒粒子22を分散付着させて焼成する
と、各粒子22が、セラミック基板12上に分散して凹凸面
を形成する。
次に、セラミック積層板18の窓部20内に、TiO2を主
成分とする感ガス性の金属酸化物を充填および焼成して
温度検出素子層24および感ガス層25形成するのである
が、まず、TiO2ペーストを調整する。
すなわち、大気中1200℃で1時間仮焼した平均粒径1.2
μmのTiO2粉末90重量部に対して、触媒として白金黒10
重量部を加え、さらに、バインダーとして、3重量%の
エチルセルロースを2重量部だけ添加し、これらをブチ
カルビトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタノー
ルの商品名)中で混合し、300ポイズの粘度にしてTiO2
ペーストを調整する。
そして、このTiO2ペーストを、第2図に示すように、3
つの電極パターン16a,16b,16c上に50〜500μm厚膜塗布
する。そして、大気中において1200℃で1時間焼成す
る。
次に、プロパンバーナの管内に該積層体を挿入し、該バ
ーナをλ=0.9の空燃比、ガス温度800℃の雰囲気に調整
し、電極パターン16a,16c間に交流20Vを30秒間印加す
る。これにより、電極パターン間の自己通電発熱により
感ガス層を焼結して一部を温度検出素子層に形成する。
次に、上記感ガス層20上に、コート層26用のAl2O3
からなるペーストを塗布した後に、上記工程を終えた積
層体を1200℃の大気中に1時間放置して焼成する(第7
図(イ)(ロ))。
次に、上記製造方法にて形成した酸素ガス検出器につい
て、その感ガス機能および温度検出機能を以下の試験に
より実証した。
上記試料を酸素ガス検出器に組み立てた後に、プロパン
ガスバーナの排ガス中に、該試料をさらす。このプロパ
ンガスバーナは、排気温が350℃で、かつ1秒毎に空気
燃料比が燃料過剰(以下リッチという、空気燃料比λ=
0.9)と燃料不足(以下リーンという、λ=1.1)との間
で変化するよう制御するとともに、排気温度を350℃か
ら900℃まで変化させる。そして、第8図の回路図に示
すように、上記白金リード線13a,13b,13cから各電極パ
ターン16a,16b,16cの電圧をモニターする。この各電極
間の抵抗値を第9図に示す。第9図において、曲線Aお
よびBは電極パターン16b,16c間におけるλ=1.1および
λ=0.9での抵抗値であり、これは感ガス層25の抵抗値
を示し、曲線CおよびDは電極間パターン16a,16c間に
おけるλ=1.1およびλ=0.9での抵抗値であり、これは
温度検出素子層24の抵抗値を示す。
同図から明らかなように、温度検出素子層24の抵抗値
(曲線C,曲線D)は、感ガス層25の抵抗値(曲線A,曲線
B)とほぼ同一の温度依存性を有して変化し、しかも、
λ=1.1とλ=0.9でさほど変わらないので、温度検出機
能を有する。
なお、本実施例によれば、通電時間および電圧を変える
ことにより、温度検出素子を所望の抵抗値に変えること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は発明の一実施例の部分的に破断して示す斜視
図、第2図は同実施例の要部を示す断面図、第3図ない
し第7図は実施例の製造の説明図、第8図は同実施例に
おける回路図、第9図は酸素ガス検出器を特性を示すグ
ラフ、第10図は従来の酸素ガス検出器を示す断面図であ
る。 10……酸素ガス検出器、 12……セラミック基板、 16a,16b,16c……検出用電極パターン、 16e……熱抵抗電極パターン、 18……セラミック積層板、 20……窓部、 24……温度検出素子層 25……感ガス層、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の電極を設け、 該複数の電極を感ガス性金属酸化物で覆って、第1の焼
    成温度で加熱焼成することにより、ガス成分および/ま
    たはガス濃度に応じて電気抵抗が変化する多孔質の感ガ
    ス層を形成した後に、 上記複数の電極の内、少なくとも一対の電極間に通電す
    ることにより、上記感ガス層の一部を自己発熱させて、
    上記第1の焼成温度より高い第2の焼成温度にて焼成し
    て温度検出素子とすることを特徴とするガス検出器の製
    造方法。
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