JPH07244012A

JPH07244012A - 限界電流式酸素センサ

Info

Publication number: JPH07244012A
Application number: JP6031296A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takehiko Shigeoka; 武彦重岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】センサ製造時の不良品を簡単な方法で選別で
きる限界電流式酸素センサを提供する。【構成】１は板状の酸素イオン電導性固体電解質体で
あり、カソード電極膜２ａ・２ｂと、アノード電極膜３
ａと３ｂを両面に２個対で形成した。固体電解質板１の
片側上部に、２個のカソード側電極膜２ａ・２ｂを囲む
様に螺旋型スペーサ４を配置した。螺旋型スペーサ４の
上部にシール板５を配置し、酸素拡散通路６を螺旋型ス
ペーサ４の相対向する隔壁と固体電解質体１とシール板
５で囲まれる螺旋型の空間で形成した。前流側のカソー
ド電極膜２ａは酸素拡散通路６に近い側にあり、後流側
のカソード電極膜２ｂは遠い側にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中の酸素濃度を
測定するための限界電流式酸素センサに関し、センサ製
造時の不良品発生の有無を簡単な方法で自己診断できる
センサ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の限界電流式酸素センサの断面図を
図６に示す。１は酸素イオン電導性を示す固体電解質板
であり、カソード電極膜２ａおよびアノード電極膜３ａ
が両面に１対形成されている。この固体電解質板１の一
方の面にカソード電極膜２ａを囲み、始端と終端がお互
いに間隔を有する螺旋型スペーサ４が配置され、さらに
シール板５がその上部に配置されている。なお、螺旋型
スペーサ４とシール板５で拡散律速体が構成されてい
る。酸素拡散通路６は、螺旋型スペーサ４の相対向する
隔壁と固体電解質板１とシール板５で囲まれる螺旋型の
空間で形成され、酸素は酸素拡散通路６を経由してカソ
ード電極膜２ａへ拡散する。また、シール板５には加熱
部７が形成されており、固体電解質板１を加熱して酸素
イオンの電導を良くしている。

【０００３】動作について説明する。図６において、加
熱部７に所定の電力を印加し、加熱部７を介して固体電
解質板１を所定温度に加熱する。一方、同様に固体電解
質板１の両面に形成した電極膜２ａ・３ａにも所定の電
圧を印加する。すると、空気中の酸素は、酸素拡散通路
６を経由して流入し、さらにカソード電極膜２ａからア
ノード電極膜３ａに向かって酸素イオンが流れる。この
酸素ポンプ作用によって固体電解質板１を酸素が移動す
るが、酸素拡散通路６によって酸素分子の流入が制限さ
れるため、酸素濃度に応じた飽和電流（以下、限界電流
と称す）が生じる。この限界電流値を測定することによ
り酸素濃度が判明する。また、この限界電流値は、電極
膜に印加する電圧値に関わらず一定であるため、電圧値
を変化させても一定の電流値が得られることで限界電流
が得られていると判断している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
限界電流式酸素センサは、電圧値を変化させても一定の
電流値が得られることで限界電流が得られていると判断
しているため、センサ製造時の特性検査過程において限
界電流を測定する際、製造品は複数回の電圧電流特性の
測定検査を必ず必要としている。つまり、この複数回の
電圧電流特性測定で、限界電流が得られない不良品を識
別し、不良品を良品から除外している訳である。そのた
め電圧電流特性の測定は、測定電圧値が最低でも２点を
必要とするため、多くの時間を要しセンサ生産性が向上
しない課題がある。

【０００５】本発明は、かかる従来の問題点を解消する
もので、センサ製造品の不良有無を１回の測定で簡単に
自己診断するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の限界電流式酸素センサは、酸素イオン電導性
固体電解質体と、前記固体電解質体の両面に形成された
２対のカソード電極膜およびアノード電極膜と、前記固
体電解質体の片側に位置し前記２個のカソード電極膜を
囲むように配置されかつ流入する酸素分子の移動を制限
する酸素拡散通路を有する拡散律速体とから構成されて
おり、前記２個のカソード電極膜が前記酸素拡散通路に
向かって遠近の関係で配置されている構成とした。

【０００７】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
酸素イオン電導性固体電解質体と、前記固体電解質体の
両面に形成された２対のカソード電極膜およびアノード
電極膜と、前記固体電解質体の片側に位置し前記２個の
カソード電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を有す
るように配置された螺旋型スペーサと、前記螺旋型スペ
ーサの上部に配置されたシール体とから構成されてお
り、螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成し
て、酸素拡散通路を前記固体電解質体と前記螺旋型スペ
ーサの相対向する隔壁と前記シール体とで囲まれる螺旋
型空間に形成するとともに、前記２個のカソード電極膜
を前記酸素拡散通路に向かって遠近の関係で配置してい
る構成とした。

【０００８】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
酸素イオン電導性固体電解質体と、前記固体電解質体の
両面に形成された２個のカソード電極膜および１個のア
ノード電極膜と、前記固体電解質体の片側に位置し前記
２個のカソード電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔
を有するように配置された螺旋型スペーサと、前記螺旋
型スペーサの上部に配置されたシール体とから構成され
ており、螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構
成して、酸素拡散通路を前記固体電解質体と前記螺旋型
スペーサの相対向する隔壁と前記シール体とで囲まれる
螺旋型空間に形成するとともに、前記２個のカソード電
極膜を前記酸素拡散通路側に向かって遠近の関係で配置
した構成とした。

【０００９】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
アノード電極膜を、２個のカソード電極膜の合計面積よ
り少なくとも同等以上の面積を有する構成とした。さら
に、２個のカソード電極膜を±２０％の幅で概略同じ面
積とした構成とし、２個のアノード電極膜も±２０％の
幅で概略同じ面積とした構成とした。

【００１０】

【作用】限界電流式酸素センサは、限界電流が得られる
領域において、酸素拡散通路に近い電極ほど電流が多く
流れ、酸素拡散通路に遠い電極ほど電流が少ししか流れ
ない性質がある。また、この特性は大きい電圧を印加す
るほど、酸素拡散通路に近い電極に電流が一層多く流れ
酸素拡散通路に遠い電極に電流が一層少ししか流れなく
なる性質がある。逆に、限界電流が得られないと上記特
性は得られない。そこで、酸素拡散通路に近い電極と遠
い電極で得られる電流を測定し、各々の電流値の比率を
算出し、得られる電流比率が上記性質を満たす規格に合
致すれば良品（限界電流が得られる）であり、規格外で
あれば不良品（限界電流が得られない）と判断すること
ができる。

【００１１】本発明の限界電流式酸素センサは、２個の
カソード電極膜が酸素拡散通路に向かって遠近の関係で
配置されている構成であるため、酸素拡散通路に近い電
極の電流と遠い電極の電流が各々測定できる。そのた
め、上記の性質を活用して各々の電流値の比率を算出
し、得られる電流比率が規格に合致するか否かで製造時
の不良品の判別が簡単にできる。

【００１２】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成し、酸
素拡散通路を固体電解質体と螺旋型スペーサの相対向す
る隔壁とシール体とで囲まれる螺旋型空間で形成してい
るため、酸素拡散通路を構成する螺旋型スペーサや電極
の形成に厚膜印刷を利用できる。そのため、センサが低
コストで製造できる。しかも酸素拡散通路に近い電極の
電流と遠い電極の電流が各々測定できるため、電流比率
の判定で製造時の不良品の判別が簡単にできる。

【００１３】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成してい
るため、酸素拡散通路を構成する螺旋型スペーサや電極
の形成に厚膜印刷を利用でき、センサが低コストで製造
できる。さらに、２個のカソード電極膜を酸素拡散通路
側に向かって遠近の関係で配置することで、両者の電極
膜で電流が各々得られ、電流比率の判定で製造時の不良
品の判別が簡単にできる。また、アノード電極膜を１個
とすることでリード線の省略ができ、一層の低コストが
できる。

【００１４】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
アノード電極膜を、２個のカソード電極膜の合計面積よ
り少なくとも同面積以上の構成としたため、限界電流が
低電圧から得られ、しかも得られる電流値の精度が高く
不良品判別の精度が向上する。また、２個のカソード電
極膜を±２０％の幅で概略同じ面積とした構成とし、２
個のアノード電極膜も±２０％の幅で概略同じ面積とし
た構成とすることで、得られる電流値の精度が高く不良
品判別の精度が向上する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】図１は本発明の１実施例である限界電流式
酸素センサの断面図であり、図２は同限界電流式酸素セ
ンサの一部切欠き分解斜視図である。１は板状の酸素イ
オン電導性固体電解質体であり、カソード電極膜２ａと
２ｂ、アノード電極膜３ａと３ｂが両面に２個対で形成
されている。この固体電解質板１の片側上部に、２個の
カソード電極膜２ａおよび２ｂを囲み、始端と終端がお
互いに間隔を有するように配置された１個の螺旋型スペ
ーサ４が配置されている。そして螺旋型スペーサ４の上
部にシール板５を配置して螺旋型スペーサ４とシール板
５で拡散律速体を構成し、酸素拡散通路６が螺旋型スペ
ーサ４の相対向する隔壁と固体電解質体１とシール板５
で囲まれる螺旋型の空間で形成されるようにした。酸素
は酸素拡散通路６を経由してカソード電極膜２ａもしく
は２ｂへ拡散する。なお、シール板５の上部には加熱部
７が配置されている。一方、カソード電極膜２ａと２ｂ
は前流および後流の関係にあり、前流側のカソード電極
膜２ａは酸素拡散通路６に近い側にあり、後流側のカソ
ード電極膜３ａは酸素拡散通路６に遠い側にある。

【００１７】次に具体的実験例にもとずいて説明する。
図１および図２の限界電流式酸素センサにおいて、固体
電解質板１としてＺｒＯ₂・Ｙ₂Ｏ₃（Ｙ₂Ｏ₃の８ｍｏｌ
％添加品）、電極膜２ａ・２ｂおよび３ａ・３ｂとして
白金、螺旋型スペーサ４として硝子（熱膨脹係数はＺｒ
Ｏ₂・Ｙ₂Ｏ₃と概略同一であり、所定粒径の耐熱性粒子
を微量含有）、シール板５としてフォルステライト、加
熱部７として白金ヒータを用いた。

【００１８】製法について説明する。まず、電極膜２ａ
・２ｂおよび３ａ・３ｂを固体電解質板１のうえに、さ
らに螺旋型スペーサ４を固体電解質板１のうえに厚膜印
刷技術および焼成技術を用いて形成した。一方、シール
板５のうえに加熱部７を、厚膜印刷技術および焼成技術
を用いて形成した。つぎに、固体電解質板１上の螺旋型
スペーサ４とシール板５とを積層し加熱溶融することで
酸素拡散通路６を形成した。そしてリード線（記載せ
ず）を取りつけて完成である。センサの寸法は１０×１
０×０．９ｍｍである。

【００１９】２個のカソード電極膜２ａ・２ｂは概略同
じ面積（各々１８ｍｍ²）である。２個のアノード電極
膜３ａ・３ｂは概略同じ面積（各々１８ｍｍ²）であ
り、その総面積（３６ｍｍ²）は２個のカソード電極膜
の合計面積（３６ｍｍ²）と同じ面積とした構成であ
る。

【００２０】なお、センサは、断熱材で外包しさらにこ
の断熱材をステンレス製金網で外包して実装体とした。
以下、この実装体を用いてセンサ特性と効果を検定し
た。

【００２１】（実験１）正常に製造された良品の大気中
における電圧電流特性を図３に示す。センサの全電流
は、印加電圧約０．５Ｖ以上において印加電圧に拘らず
一定の電流値を示しており限界電流が得られている。そ
のため、動作電圧１．０Ｖにおいては充分な限界電流が
得られており、良品である。一方、酸素拡散通路に近い
電極膜２ａ・３ａに流れる電流は、電圧が増加する程多
く流れる。一方、酸素拡散通路に遠い電極膜２ｂ・３ｂ
に流れる電流は、電圧が増加する程多く流れるが、約
０．５Ｖをピークとしてそれ以上の電圧範囲では電圧が
増加する程減少している。なお、これらの電圧電流特性
は、電極膜２ａ・３ａおよび電極膜２ｂ・３ｂを同時に
作動させた場合の特性である。

【００２２】（実験２）製造された不良品の大気中にお
ける電圧電流特性を図４に示す。センサの全電流は、印
加電圧約１．４Ｖ以上において初めて限界電流が得られ
ているが、動作電圧１．０Ｖにおいて限界電流が得られ
ず、不良品である。また、実験１の良品に比べて限界電
流が得られ始める電圧は高電圧側に移動している。一
方、酸素拡散通路に近い電極膜２ａ・３ａに流れる電流
は、電圧が増加する程多く流れ、さらに酸素拡散通路に
遠い電極膜２ｂ・３ｂに流れる電流は、電圧が増加する
程多く流れるが、約１．４Ｖをピークとしてそれ以上の
電圧範囲では電圧が増加する程減少してくる。

【００２３】（実験３）上記の良品センサおよび不良品
センサにおいて、電極膜２ａ・３ａに流れる電流と電極
膜２ｂ・３ｂに流れる電流の比率（電極膜２ａ・３ａに
流れる電流を電極膜２ｂ・３ｂに流れる電流で除した
値）を、印加電圧ごとに算出した結果を図５に示す。

【００２４】良品センサにおいては、電流比率は電圧が
増加する程大きな値を示しており例えば、限界電流が得
られ始める印加電圧０．５ｖでは電流比率は２の値を、
限界電流が余裕をもって得られた動作電圧１．０Ｖでは
電流比率９の値を示した。

【００２５】一方、不良品センサにおいて、電圧が増加
しても電流比率はほぼ一定であり、動作電圧１．０Ｖに
おいてまだ限界電流が得られず電流比率は１の値を示し
たままであり、限界電流が得られ始める印加電圧１．４
Ｖにおいて電流比率は１．５の値を示した。

【００２６】この結果より、限界電流が充分に得られる
ための判定基準を、動作電圧１．０Ｖでの電流比率が２
以上とすると、良品センサはその値は９であり、不良品
センサはその値は１であるため、電流比率の大小で良品
もしくは不良品の区別ができることがわかる。

【００２７】また、本構成品は、２個のカソード電極膜
２ａ・２ｂは概略同じ面積（各々１８ｍｍ²）であり、
２個のアノード電極膜３ａ・３ｂも概略同じ面積（各々
１８ｍｍ²）とした。そのため、限界電流が得られない
領域（良品センサにおける０．４Ｖ以下、不良品センサ
における１．３Ｖ以下）では、電流比率は１となり、そ
の面積比に対応していた。そのため、この各々の面積比
（この場合は１）に対応した値より大きな値の電流比率
が得られた時、限界電流が充分に得られていると判断で
きることが判る。また、電流比率と設定判断基準との差
が大きい程、限界電流が余裕をもって表われることが判
る。

【００２８】（実験４）次に、２個のカソード電極膜２
ａ・２ｂの面積や、２個のアノード電極膜３ａ・３ｂの
面積を各々変化させたセンサを試作した。そして、各々
のセンサの電流比率（印加電圧１．０ｖにおいて、電極
膜２ａ・３ａに流れる電流を電極膜２ｂ・３ｂに流れる
電流で除した値）を、求めた。試作したセンサの各々の
電極面積およびその電流比率の結果を表１に記す。な
お、印加電圧１．０ｖにおいてはいずれのセンサは限界
電流が得られている。

【００２９】さて、各々の面積比に対応した値より大き
な値の電流比率が得られた時、限界電流が充分に得られ
ていると判断できることが前述の実験結果から判明して
おり、このことはこの構成品でも確認できた。そこで、
各センサ構造における判断基準をそれぞれの面積比に対
応させ、その値をそれぞれの面積比の値より幾分か大き
い値に設定した。その設定判断基準を表１に記す。なお
カソード電極膜２ａ・２ｂの面積およびアノード電極膜
３ａ・３ｂの面積が異なる場合は、面積が異なる電極側
の面積比に判断基準を対応させることで、限界電流が得
られる程度が一層明確になるようにした。また、どちら
かの電極面積を０ｍｍ²として電極を１個で対応させた
構成品においては、２個で対応させた電極側の面積比に
対応させることで、限界電流が得られる程度が一層明確
になるようにした。

【００３０】（表１）に記す様に、センサ１からセンサ
７のいずれの本発明センサ（カソード電極を２個の構
成）は、その電流比率が設定判断基準より大きい値を示
している。また、本発明センサは良好な限界電流が得ら
れる良品であった。このことより、本発明品は電流比率
だけで良品の判別ができることがわかる。

【００３１】

【表１】

【００３２】センサ１およびセンサ６は、アノード電極
膜３ａ・３ｂの合計面積を２個のカソード電極膜の合計
面積と同等もしくはそれ以上とした構成である。このセ
ンサ１およびセンサ６の構成品は、限界電流が低電圧か
ら得られる良品のため、実測の電流比率と設定判断基準
との差が大きい。反面、センサ５は、アノード電極膜３
ａ・３ｂの合計面積を２個のカソード電極膜の合計面積
より小さくした構成品である。このセンサ５の構成品
は、限界電流が高電圧から得られるやや不良品気味のた
め、実測の電流比率と設定判断基準との差が小さい。こ
の結果から、アノード電極膜３ａ・３ｂの合計面積を２
個のカソード電極膜の合計面積と同等もしくはそれ以上
とした構成が、限界電流が低電圧から得られる良品であ
り、しかも実測の電流比率と設定判断基準との差が大き
いため、電流比率で良品の判別が高精度でできることが
わかる。

【００３３】また、センサ７は、アノード電極膜３ａを
１個としその面積を２個のカソード電極膜の合計面積と
同等とした構成である。このセンサ７の構成品は、限界
電流が低電圧から得られる良品であり、実測の電流比率
と設定判断基準との差が大きい。この結果から、アノー
ド電極膜３ａを１個としその面積を２個のカソード電極
膜の合計面積と同等もしくはそれ以上とした構成は、限
界電流が低電圧から得られる良品であり、しかも実測の
電流比率と設定判断基準との差が大きいため、電流比率
で良品の判別が高精度でできることがわかる。

【００３４】センサ２およびセンサ３は、２個のカソー
ド電極膜２ａと２ｂが異なる面積の構成である。このセ
ンサ２およびセンサ３の構成品は、限界電流が低電圧か
ら得られる良品であるが、実測の電流比率と設定判断基
準との差が小さい。この理由は、カソード電極膜２ａと
２ｂが異なる面積であるため、酸素拡散通路に近い電極
ほど電流が多く流れ酸素拡散通路に遠い電極ほど電流が
少ししか流れない特性が得られないためである。そのた
め、２個のカソード電極膜２ａと２ｂが異なる面積であ
ると、電流比率で良品の判別ができにくくなることがわ
かる。

【００３５】センサ４は、アノード電極膜３ａと３ｂが
異なる構成である。このセンサ４の構成品は、限界電流
が低電圧から得られるが、実測の電流比率と設定判断基
準との差が小さい。この理由は、アノード電極膜３ａと
３ｂが異なる面積であるため、面積の小さい電極膜（２
ｂと３ｂ）間と面積の大きい電極膜（２ａと３ａ）間と
に流れる電流が基本的に異なるため、結果的に酸素拡散
通路に近い電極ほど電流が多く流れ酸素拡散通路に遠い
電極ほど電流が少ししか流れない特性が得られないため
である。そのため、２個のアノード電極膜３ａと３ｂが
異なる面積であると、電流比率で良品の判別ができにく
くなることがわかる。参考であるセンサ８（カソード面
積が１個の構成）は、その電流比率が設定判断基準と同
じであり、電流比率で良品の判別ができなかった。

【００３６】なお、本実施例において、電極面積のバラ
ツキを調べたところ、電極は厚膜印刷法で得られるため
印刷ペーストの粘度バラツキや印刷冶具の位置ズレなど
からその面積は最大で±２０％のバラツキを生じてい
た。そのため、この電極面積のバラツキを考慮すると、
２個のカソード電極膜２ａ・２ｂは±２０％の幅で概略
同じ面積であり、２個のアノード電極膜３ａ・３ｂも±
２０％の幅で概略同じ面積である。この電極面積のバラ
ツキを考慮しても本実施例は、実測の電流比率と設定判
断基準との差が大きく、電流比率で良品の判別が高精度
でできた。

【００３７】以上の様に、限界電流が得られる良品が製
造されると、２対の電極間に流れる電流の比率が、その
電極面積の比率に対して大きな値を示すため、電流比率
が所定規格に合致すれば良と判断し、規格外であれば不
良品と判断することができ、センサ製造時における良品
検定に活用できる。従って、センサ動作電圧の電流値以
外に各電圧ごとの電流値を数回測定することなしに、動
作電圧における総電流（各電極間電流の合計）の測定と
各電極間電流の比率算出という１回の操作だけで不良品
の判別ができ、センサ製造時の電極不良選別が簡単にで
きる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の限界電流式酸素センサは、２個
のカソード電極膜が酸素拡散通路に向かって遠近の関係
で配置されている構成であるため、酸素拡散通路に近い
電極の電流と遠い電極の電流が各々測定できる。そのた
め、各々の電流値の比率を算出し、得られる電流比率が
所定規格に合致するか否かの判別が簡単にでき、このこ
とで良品または不良品の区別ができる。従って、センサ
動作電圧の電流値以外に各電圧ごとの電流値を数回測定
する必要がなく、動作電圧における総電流（各電極間電
流の合計）の測定と各電極間電流の比率算出という１回
の操作だけで不良品の判別ができ、センサ製造時の不良
選別が簡単にできる。

【００３９】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成し、酸
素拡散通路を固体電解質体と螺旋型スペーサの相対向す
る隔壁とシール体とで囲まれる螺旋型空間で形成してい
るため、酸素拡散通路を構成する螺旋型スペーサや電極
の形成に厚膜印刷を利用できる。そのため、センサが低
コストで製造できる。しかも酸素拡散通路に近い電極の
電流と遠い電極の電流が各々測定できるため、電流比率
の判定で製造時の不良品の判別が簡単にでき、センサ特
性検査に要するコストの低減で、一層低コストのセンサ
製造ができる。

【００４０】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成してい
るため、酸素拡散通路を構成する螺旋型スペーサや電極
の形成に厚膜印刷を利用でき、センサが低コストで製造
できる。さらに、２個のカソード電極膜を酸素拡散通路
側に向かって遠近の関係で配置することで、両者の電極
膜で電流が各々得られ、電流比率の判定で製造時の不良
品の判別が簡単にできセンサ特性検査に要するコストが
低減できる。また、アノード電極膜を１個とすることで
リード線の省略ができ、一層の低コストができる。

【００４１】また、本発明の限界電流式酸素センサは、
アノード電極膜を、２個のカソード電極膜の合計面積よ
り少なくとも概略同等以上の面積を有する構成としたた
め余裕のある限界電流が得られ、得られる電流値の精度
が一層高くなり、不良品判別の精度が一層向上する。ま
た、２個のカソード電極膜を±２０％幅で概略同じ面積
とした構成としたり、２個のアノード電極膜を±２０％
幅で概略同じ面積とした構成とすることで余裕のある限
界電流が得られ、得られる電流値の精度が高く不良品判
別の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の限界電流式酸素センサの断
面図

【図２】本発明の限界電流式酸素センサの一部切欠き分
解斜視図

【図３】本発明の限界電流式酸素センサの効果特性図

【図４】本発明の限界電流式酸素センサの効果特性図

【図５】本発明の限界電流式酸素センサの効果特性図

【図６】従来の限界電流式酸素センサの断面図

【符号の説明】

１酸素イオン電導性固体電解質体２ａ酸素拡散通路に近い側にあるカソード電極膜２ｂ酸素拡散通路に遠い側にあるカソード電極膜３ａアノード電極膜３ｂアノード電極膜４拡散律速体を構成する螺旋型スペーサ５拡散律速体を構成するシール板６酸素拡散通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所３２５Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素イオン電導性固体電解質体と、前記固
体電解質体の両面に形成された２対のカソード電極膜お
よびアノード電極膜と、前記固体電解質体の片側に位置
し前記２個のカソード電極膜を囲むように配置されかつ
流入する酸素分子の移動を制限する酸素拡散通路を有す
る拡散律速体とを備え、前記の２個のカソード電極膜は
前記酸素拡散通路に向かって遠近の関係で配置されてい
る限界電流式酸素センサ。
【請求項２】酸素イオン電導性固体電解質体と、前記固
体電解質体の両面に形成された２対のカソード電極膜お
よびアノード電極膜と、前記固体電解質体の片側に位置
し前記２個のカソード電極膜を囲み始端と終端がお互い
に間隔を有するように配置された螺旋型スペーサと、前
記螺旋型スペーサの上部に配置されたシール体とを備
え、螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構成し
て、酸素拡散通路を前記固体電解質体と前記螺旋型スペ
ーサの相対向する隔壁と前記シール体とで囲まれる螺旋
型空間に形成するとともに、前記２個のカソード電極膜
を前記酸素拡散通路に向かって遠近の関係で配置してい
る限界電流式酸素センサ。
【請求項３】酸素イオン電導性固体電解質体と、前記固
体電解質体の両面に形成された２個のカソード電極膜お
よび１個のアノード電極膜と、前記固体電解質体の片側
に位置し前記２個のカソード電極膜を囲み始端と終端が
お互いに間隔を有するように配置された螺旋型スペーサ
と、前記螺旋型スペーサの上部に配置されたシール体と
を備え、螺旋型スペーサとシール体とで拡散律速体を構
成して、酸素拡散通路を前記固体電解質体と前記螺旋型
スペーサの相対向する隔壁と前記シール体とで囲まれる
螺旋型空間に形成するとともに、前記２個のカソード電
極膜を前記酸素拡散通路側に向かって遠近の関係で配置
した限界電流式酸素センサ。
【請求項４】アノード電極膜を、２個のカソード電極膜
の合計面積より少なくとも同等以上の面積を有する構成
とした請求項１、または請求項２または請求項３記載の
限界電流式酸素センサ。
【請求項５】２個のカソード電極膜が、±２０％の幅で
同じ面積である構成とした請求項１または請求項２また
は請求項３記載の限界電流式酸素センサ。
【請求項６】２個のアノード電極膜が、±２０％の幅で
同じ面積である構成とした請求項１または請求項２記載
の限界電流式酸素センサ。