JPH0746087B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH0746087B2 JPH0746087B2 JP61304130A JP30413086A JPH0746087B2 JP H0746087 B2 JPH0746087 B2 JP H0746087B2 JP 61304130 A JP61304130 A JP 61304130A JP 30413086 A JP30413086 A JP 30413086A JP H0746087 B2 JPH0746087 B2 JP H0746087B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は雰囲気ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
センサに関し、特に、酸素イオン伝導性固体電解質を利
用した限界電流式酸素センサに関するものである。
センサに関し、特に、酸素イオン伝導性固体電解質を利
用した限界電流式酸素センサに関するものである。
従来の技術 従来この種の酸素センサは、第４図に示すように、酸素
イオン伝導性を有する例えばジルコニア系セラミックか
らなる固体電解質板１の両面に白金などの金属による電
極膜２（陽極2a,陰極2b）を形成し、さらに前記陰極2b
側の固体電解質板１の上に密閉空間を形成するためのＵ
字状の蓋体３を配置し、さらに蓋体３に外部空間と密閉
空間を連通する酸素の拡散孔４を設けた構成となってい
る。なお、この拡散孔４は陰極2bの酸素送出能力よりも
少量の酸素を拡散させる大きさに形成されている。
イオン伝導性を有する例えばジルコニア系セラミックか
らなる固体電解質板１の両面に白金などの金属による電
極膜２（陽極2a,陰極2b）を形成し、さらに前記陰極2b
側の固体電解質板１の上に密閉空間を形成するためのＵ
字状の蓋体３を配置し、さらに蓋体３に外部空間と密閉
空間を連通する酸素の拡散孔４を設けた構成となってい
る。なお、この拡散孔４は陰極2bの酸素送出能力よりも
少量の酸素を拡散させる大きさに形成されている。
この構成において、酸素センサを動作可能な温度に加熱
した後、電極２間に直流電圧を印加すると、陰極2bで酸
素分子のイオン化反応が起こり、イオン化した酸素イオ
ンが固体電解質板１中を陽極2aに向かって移動し陽極2a
で酸素イオンの分子化反応が起こり外部空間へ排出され
る。一方、密閉空間への酸素の流入は蓋体３に設けられ
た拡散孔４により制限され、陰極2bへの酸素の流入が拡
散律速となる。その結果、固体電解質板１中を酸素イオ
ンが流動することによって生ずる電流は、印加電圧の増
加に対し、ある電圧以降一定値を示す。この一定となる
電流が限界電流である。これが雰囲気ガス中の酸素濃度
にほぼ比例することから、前記限界電流を検出すること
により酸素濃度を測定することができる。（例えば、特
開昭59−192953号公報、特開昭60−252254号公報） 発明が解決しようとする問題点 前記拡散孔４を形成した蓋体３の材料は耐熱性、耐食性
の点からセラミック材料が適用されることが多い。拡散
孔４の大きさは酸素センサの動作温度、限界電流の大き
さにより任意に設定される。しかし、酸素センサの長期
信頼性を確保するには動作温度は出来るだけ低くするこ
とが望ましい。ジルコニア系セラミックの固体電解質で
は酸素イオンの輸送能力の点から最低動作温度は約400
℃である。この動作温度で実用的限界電流値を得るには
拡散孔４は直径が数十μｍ、孔の長さが数mmレベルの極
めて小さなものとする。
した後、電極２間に直流電圧を印加すると、陰極2bで酸
素分子のイオン化反応が起こり、イオン化した酸素イオ
ンが固体電解質板１中を陽極2aに向かって移動し陽極2a
で酸素イオンの分子化反応が起こり外部空間へ排出され
る。一方、密閉空間への酸素の流入は蓋体３に設けられ
た拡散孔４により制限され、陰極2bへの酸素の流入が拡
散律速となる。その結果、固体電解質板１中を酸素イオ
ンが流動することによって生ずる電流は、印加電圧の増
加に対し、ある電圧以降一定値を示す。この一定となる
電流が限界電流である。これが雰囲気ガス中の酸素濃度
にほぼ比例することから、前記限界電流を検出すること
により酸素濃度を測定することができる。（例えば、特
開昭59−192953号公報、特開昭60−252254号公報） 発明が解決しようとする問題点 前記拡散孔４を形成した蓋体３の材料は耐熱性、耐食性
の点からセラミック材料が適用されることが多い。拡散
孔４の大きさは酸素センサの動作温度、限界電流の大き
さにより任意に設定される。しかし、酸素センサの長期
信頼性を確保するには動作温度は出来るだけ低くするこ
とが望ましい。ジルコニア系セラミックの固体電解質で
は酸素イオンの輸送能力の点から最低動作温度は約400
℃である。この動作温度で実用的限界電流値を得るには
拡散孔４は直径が数十μｍ、孔の長さが数mmレベルの極
めて小さなものとする。
したがって、上述のレベルの拡散孔４をセラミック材料
に精度よく穴開け加工することは実用上困難であるとと
もに、穴開け加工ができても生産性が悪くコストの高い
ものになるという問題があった。
に精度よく穴開け加工することは実用上困難であるとと
もに、穴開け加工ができても生産性が悪くコストの高い
ものになるという問題があった。
また、蓋体３の上部に拡散孔４を形成した構成では酸素
センサの製造過程や使用中において、ホコリや異物など
が拡散孔４に侵入してその孔径を変化させたり、閉塞さ
せたりする懸念がある。その結果、初期の限界電流特性
が変化し、誤動作の原因となる問題がある。
センサの製造過程や使用中において、ホコリや異物など
が拡散孔４に侵入してその孔径を変化させたり、閉塞さ
せたりする懸念がある。その結果、初期の限界電流特性
が変化し、誤動作の原因となる問題がある。
本発明はかかる従来の問題点を解消するもので、加工
性、生産性が優れているとともに、長期にわたり安定し
た特性を実現できる酸素センサを提供することを目的と
する。
性、生産性が優れているとともに、長期にわたり安定し
た特性を実現できる酸素センサ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本発明の酸素センサは固体
電解質板と、前記固体電解質板の両面に形成された電極
膜と、前記固体電解質の一方の面に密着するスペーサ
と、前記スペーサ上に前記固体電解質板との間が密閉空
間となるように配置されたシール板と、前記スペーサに
外部空間と前記密閉空間とを連通する少なくとも１個の
開口部を設け、前記スペーサの開口部と前記固体電解質
板と前記シール板とで構成される少なくとも１個の酸素
の拡散孔を備えたものである。
電解質板と、前記固体電解質板の両面に形成された電極
膜と、前記固体電解質の一方の面に密着するスペーサ
と、前記スペーサ上に前記固体電解質板との間が密閉空
間となるように配置されたシール板と、前記スペーサに
外部空間と前記密閉空間とを連通する少なくとも１個の
開口部を設け、前記スペーサの開口部と前記固体電解質
板と前記シール板とで構成される少なくとも１個の酸素
の拡散孔を備えたものである。
作用 本発明の上記構成において、拡散孔が開口部を有するス
ペーサと固体電解質板とシール板との接着と同時に形成
されるため従来の酸素センサの如く、拡散孔の困難な穴
開け加工を必要としないとともに、本発明の拡散孔が固
体電解質板と平行に形成されるため、前記拡散孔がホコ
リや異物などの侵入が防止される。
ペーサと固体電解質板とシール板との接着と同時に形成
されるため従来の酸素センサの如く、拡散孔の困難な穴
開け加工を必要としないとともに、本発明の拡散孔が固
体電解質板と平行に形成されるため、前記拡散孔がホコ
リや異物などの侵入が防止される。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例である酸素センサの概略
図であり、同図（ａ）は酸素センサ分解斜視図、同図
（ｂ）は酸素センサ一部破断斜視図である。
図であり、同図（ａ）は酸素センサ分解斜視図、同図
（ｂ）は酸素センサ一部破断斜視図である。
第１図において、１は酸素イオン伝導性を有する固体電
解質板でこの両面には電極膜２が形成される。固体電解
質板１の一方の面に少なくとも１個の開口部を設けたス
ペーサ５が配置され、さらにスペーサ５上にシール板６
が配置される。酸素の拡散孔４は、固体電解質板１とス
ペーサ５の開口部とシール板６により形成される。
解質板でこの両面には電極膜２が形成される。固体電解
質板１の一方の面に少なくとも１個の開口部を設けたス
ペーサ５が配置され、さらにスペーサ５上にシール板６
が配置される。酸素の拡散孔４は、固体電解質板１とス
ペーサ５の開口部とシール板６により形成される。
固体電解質板１の材料としては酸素イオン伝導性を有す
るものが適用されるが、長期の信頼性、特性の安定性な
ど実用的な立場からジルコニア系セラミックが挙げら
れ、その中でもイットリアを添加したジルコニアが最も
良い。
るものが適用されるが、長期の信頼性、特性の安定性な
ど実用的な立場からジルコニア系セラミックが挙げら
れ、その中でもイットリアを添加したジルコニアが最も
良い。
電極膜２の特性としては酸素の解離吸着能力および解離
した酸素の輸送能力に優れたものが良い。これら材料と
しては白金、金、パラジウム、銀などが挙げられるが特
に限定されるものではない。また、電極膜の形成手段と
しては、白金などのペーストのスクリーン印刷法、刷毛
塗り法、白金などの金属の蒸着法などいずれも適用でき
る。
した酸素の輸送能力に優れたものが良い。これら材料と
しては白金、金、パラジウム、銀などが挙げられるが特
に限定されるものではない。また、電極膜の形成手段と
しては、白金などのペーストのスクリーン印刷法、刷毛
塗り法、白金などの金属の蒸着法などいずれも適用でき
る。
スペーサ５は少なくとも酸素センサの使用温度での耐熱
性が必要である。また、スペーサ５の開口部以外の部分
は、固体電解質板１及びシール板６と気密性を確保した
接着が必要となる。その点から適用される材料として
は、酸素センサの使用温度である400℃以上の耐熱性を
有するガラス、金属が挙げられる。スペーサ５のガラス
材料は固体電解質板１としてジルコニア系セラミックを
適用した場合、熱膨張率が同程度であることが望まし
く、PbO−ZnO−B2O3−SiO2系、K2O−PbO−SiO2系、Na2O
−K2O−PbO−SiO2系、Na2O−CaO−SiO2系、K2O−CaO−S
iO2系ガラスが挙げられる。スペーサ５はこれら材料の
ペーストを用い、スクリーン印刷法により開口部を有す
るスペーサパターンを固体電解質板１の一方の面に電極
膜２を囲むように形成することによって得られる。
性が必要である。また、スペーサ５の開口部以外の部分
は、固体電解質板１及びシール板６と気密性を確保した
接着が必要となる。その点から適用される材料として
は、酸素センサの使用温度である400℃以上の耐熱性を
有するガラス、金属が挙げられる。スペーサ５のガラス
材料は固体電解質板１としてジルコニア系セラミックを
適用した場合、熱膨張率が同程度であることが望まし
く、PbO−ZnO−B2O3−SiO2系、K2O−PbO−SiO2系、Na2O
−K2O−PbO−SiO2系、Na2O−CaO−SiO2系、K2O−CaO−S
iO2系ガラスが挙げられる。スペーサ５はこれら材料の
ペーストを用い、スクリーン印刷法により開口部を有す
るスペーサパターンを固体電解質板１の一方の面に電極
膜２を囲むように形成することによって得られる。
また、スペーサ５の金属材料としては銀ろうで挟持され
たチタニウム箔が挙げられ、これは前記金属箔を開口部
が形成されるように切断加工した後、電極膜２を囲むよ
うに固体電解質板１の一方の面に配置される。
たチタニウム箔が挙げられ、これは前記金属箔を開口部
が形成されるように切断加工した後、電極膜２を囲むよ
うに固体電解質板１の一方の面に配置される。
シール板６はスペーサ５同様に固体電解質板１と熱膨張
が同程度で400℃以上の耐熱性を有し、かつシール板６
自身がガス非透過性であることが要求される。この点か
らその材料はジルコニア系セラミック、フォルステラ
ト、スペーサ５で適用されるガラスが挙げられ、これは
スペーサ５の上に配置される。なお、シール６で適用さ
れるガラスはスペーサ５で適用されるガラスよりも高融
点のものが選択される。
が同程度で400℃以上の耐熱性を有し、かつシール板６
自身がガス非透過性であることが要求される。この点か
らその材料はジルコニア系セラミック、フォルステラ
ト、スペーサ５で適用されるガラスが挙げられ、これは
スペーサ５の上に配置される。なお、シール６で適用さ
れるガラスはスペーサ５で適用されるガラスよりも高融
点のものが選択される。
本発明の酸素の拡散孔４は上述の如く、固体電解質板１
とスペーサ５の開口部とシール板６により構成される。
この拡散孔４はシール板６をスペーサ５の上に配置した
後、下記方法で形成される。
とスペーサ５の開口部とシール板６により構成される。
この拡散孔４はシール板６をスペーサ５の上に配置した
後、下記方法で形成される。
スペーサ５が ガラス印刷である場合はガラス印刷膜の加熱焼成に
よる接着。
よる接着。
金属箔である場合は真空もしくは不活性ガス中で金
属箔の加熱溶融によるろう付け。
属箔の加熱溶融によるろう付け。
限界電流式酸素センサにおいて、限界電流値は次式で近
似される。
似される。
Il＝Ｋ・S/l・Po2 ここで Il:限界電流 K:比例定数 S:酸素の拡散孔の開口面積 l:酸素の拡散孔の長さ PO2:酸素分圧 上式より、限界電流は酸素が拡散する拡散孔の開口面積
に比例し、前記拡散孔の長さに反比例することがわか
る。固体電解質板１の酸素イオン輸送能力は温度が高い
程向上するが、酸素センサとしては耐久性、信頼性の点
からできるだけ低温で動作させる方が好ましい。これを
実現するには前記限界電流値の微少化や固体電解質板１
の板厚を薄くする（内部抵抗の低減）ことが必要とな
る。微少化しても支障のない限界電流値は空気中（酸素
濃度約21％）で50〜200μＡレベルであり、これを実現
するために必要な酸素センサの動作温度は固体電解質板
１として板厚が0.3〜0.5mmのイットリアを添加したジル
コニアセラミックを適用した場合、350〜400℃が下限と
なる。（最低動作温度） したがって、限界電流値を50〜200μＡレベル（酸素濃
度約21％）となるように前記拡散孔４の抵抗（S/l）を
制御、すなわち、本発明の拡散孔４、（スペーサ開口部
に相当）の幅、高さ、長さ（奥行）を制御すればよいわ
けである。
に比例し、前記拡散孔の長さに反比例することがわか
る。固体電解質板１の酸素イオン輸送能力は温度が高い
程向上するが、酸素センサとしては耐久性、信頼性の点
からできるだけ低温で動作させる方が好ましい。これを
実現するには前記限界電流値の微少化や固体電解質板１
の板厚を薄くする（内部抵抗の低減）ことが必要とな
る。微少化しても支障のない限界電流値は空気中（酸素
濃度約21％）で50〜200μＡレベルであり、これを実現
するために必要な酸素センサの動作温度は固体電解質板
１として板厚が0.3〜0.5mmのイットリアを添加したジル
コニアセラミックを適用した場合、350〜400℃が下限と
なる。（最低動作温度） したがって、限界電流値を50〜200μＡレベル（酸素濃
度約21％）となるように前記拡散孔４の抵抗（S/l）を
制御、すなわち、本発明の拡散孔４、（スペーサ開口部
に相当）の幅、高さ、長さ（奥行）を制御すればよいわ
けである。
一例として、限界電流値を200μＡに設定すると、拡散
孔４が幅は100μｍ、高さは40μｍ、長さは2.5mmとな
る。
孔４が幅は100μｍ、高さは40μｍ、長さは2.5mmとな
る。
次に具体的実験例にもとづいてその作用と効果を説明す
る。
る。
第１図に示す本発明の一実施例における酸素センサの構
成材料及び製造方法は次の通りである。
成材料及び製造方法は次の通りである。
なお、限界電流値は空気中で200μＡとなるように拡散
孔４を設計した。
孔４を設計した。
また、スペーサ５としてガラス印刷膜を適用したものを
酸素センサＡ、銀ろうで挟持されたチタニウムの金属箔
を使用したものを酸素センサＢとして作製した。
酸素センサＡ、銀ろうで挟持されたチタニウムの金属箔
を使用したものを酸素センサＢとして作製した。
固体電解質板１−ZrO2・Y2O3セラミック（Y2O38mol％） 寸法:12×12×0.4tmm 電極膜２−Ptペースト：電極径6mm、膜厚約５μｍ固体
電解質板１の両面にスクリーン印刷により塗布し、850
℃で10分焼成 なお、陰極側のみ第１図に示すように電極よりリード線
接続用のPtペーストによる印刷膜を形成 スペーサ５−A:ガラス印刷膜 PbO−ZnO−B2O3−SiO2系 結晶化ガラスペースト 寸法 外径:12mm、内径7mm 開口部寸法：幅100μｍ、長さ2.5mm 前記ガラスペーストを固体電解質板１の一方の面に電極
膜２を囲むようにスクリーン印刷により形成。開口部の
高さが加熱焼成後、約40μｍとなるように印刷の際のガ
ラスペースト量を調整。
電解質板１の両面にスクリーン印刷により塗布し、850
℃で10分焼成 なお、陰極側のみ第１図に示すように電極よりリード線
接続用のPtペーストによる印刷膜を形成 スペーサ５−A:ガラス印刷膜 PbO−ZnO−B2O3−SiO2系 結晶化ガラスペースト 寸法 外径:12mm、内径7mm 開口部寸法：幅100μｍ、長さ2.5mm 前記ガラスペーストを固体電解質板１の一方の面に電極
膜２を囲むようにスクリーン印刷により形成。開口部の
高さが加熱焼成後、約40μｍとなるように印刷の際のガ
ラスペースト量を調整。
B:金属箔 銀ろう箔で挟持したチタニウム箔 寸法 外径:12mm、内径7mm 厚み：銀ろう箔15μｍ（１シート）チタニウム箔10μｍ 開口部寸法：幅100μｍ 高さ50μｍ 長さ2.5mm（レーザにより加工） 前記金属箔を固体電解質板１の一方の面に電極膜２を囲
むように配置。
むように配置。
シール板６−ZrO2・Y2O3セラミック（Y2O38mol％） 寸法：直径12mm、厚み0.5mm 前記シール板６をスペーサ５の上に固体電解質板１と相
対向するように配置 各構成部の接着−A:450℃で30分加熱焼成 及び拡散孔４の形成 B:40-4Torr以下の真空下で800℃
約５分加熱処理 このようにして作製した酸素センサA,Bについて電極膜
２にリード線を取り付け、空気中400℃で電圧−電流特
性を評価した。その結果、作製した酸素センサA,Bとも
に電圧1V〜2.2Vの範囲において電流が一定値を示した。
この一定値を示す電流が限界電流であり、酸素センサと
して機能することが確認された。また、前記限界電流値
は酸素センサA,Bともに約200μＡを示し、前述の拡散孔
４が設計通りであることが確認された。
対向するように配置 各構成部の接着−A:450℃で30分加熱焼成 及び拡散孔４の形成 B:40-4Torr以下の真空下で800℃
約５分加熱処理 このようにして作製した酸素センサA,Bについて電極膜
２にリード線を取り付け、空気中400℃で電圧−電流特
性を評価した。その結果、作製した酸素センサA,Bとも
に電圧1V〜2.2Vの範囲において電流が一定値を示した。
この一定値を示す電流が限界電流であり、酸素センサと
して機能することが確認された。また、前記限界電流値
は酸素センサA,Bともに約200μＡを示し、前述の拡散孔
４が設計通りであることが確認された。
従来、酸素の拡散孔４は第４図で示すように蓋体３に連
通孔を開けて形成される。この場合、前記拡散孔４の大
きさは空気中での限界電流値を200μＡレベルに設定す
ると直径45μｍで1mmの長さ、直径100μｍで5mmの長さ
を必要とする。蓋体３の材料は耐熱性、耐食性の点から
セラミック材料が適用される。前記セラミックでは上記
大きさの穴を精度よく加工することは実用上困難である
とともに、クラックの発生などによる歩留りが悪く生産
性が劣るという問題を有する。
通孔を開けて形成される。この場合、前記拡散孔４の大
きさは空気中での限界電流値を200μＡレベルに設定す
ると直径45μｍで1mmの長さ、直径100μｍで5mmの長さ
を必要とする。蓋体３の材料は耐熱性、耐食性の点から
セラミック材料が適用される。前記セラミックでは上記
大きさの穴を精度よく加工することは実用上困難である
とともに、クラックの発生などによる歩留りが悪く生産
性が劣るという問題を有する。
本発明では拡散孔４がスペーサ５の開口部と固体電解質
板１とシール板６の組み合わせで構成される。したがっ
て、拡散孔４は従来のようにセラミックの穴開け加工を
必要とせず、本発明の酸素センサの製造方法で述べたよ
うに極めて簡単な方法で形成されるので生産性の向上、
低コストが期待される。
板１とシール板６の組み合わせで構成される。したがっ
て、拡散孔４は従来のようにセラミックの穴開け加工を
必要とせず、本発明の酸素センサの製造方法で述べたよ
うに極めて簡単な方法で形成されるので生産性の向上、
低コストが期待される。
また、本発明の実施例では拡散孔４が開口部面積40μｍ
×100μｍ、長さ2.5mmと設定している。前記拡散孔４は
スペーサ５の開口部で形成されるため、酸素センサ自体
の厚みはほぼ固体電解質板１とシール板６で決まり、実
施例によると1mm程度である。前記拡散孔４と同一の大
きさを第４図で示す従来例の蓋体３に形成すれば蓋体３
の厚みは2.5mm報度になり、酸素センサ自体の厚みは3mm
程度になる。酸素センサの径は従来例の方が若干小さく
なるとしても酸素センサの容積は本発明の方が小さくな
り、その結果、これを加熱するヒータの消費電力が低減
されるという効果を有する。
×100μｍ、長さ2.5mmと設定している。前記拡散孔４は
スペーサ５の開口部で形成されるため、酸素センサ自体
の厚みはほぼ固体電解質板１とシール板６で決まり、実
施例によると1mm程度である。前記拡散孔４と同一の大
きさを第４図で示す従来例の蓋体３に形成すれば蓋体３
の厚みは2.5mm報度になり、酸素センサ自体の厚みは3mm
程度になる。酸素センサの径は従来例の方が若干小さく
なるとしても酸素センサの容積は本発明の方が小さくな
り、その結果、これを加熱するヒータの消費電力が低減
されるという効果を有する。
さらに、本発明では拡散孔４が固体電解質板１と平行に
形成される構造を有するので酸素センサの製造過程、実
使用の際にホコリや異物などが拡散孔４に侵入するのを
防止でき、特性の安定化、長期にわたる信頼性の向上を
図ることができる。
形成される構造を有するので酸素センサの製造過程、実
使用の際にホコリや異物などが拡散孔４に侵入するのを
防止でき、特性の安定化、長期にわたる信頼性の向上を
図ることができる。
本実施例ではシール板６としてZrO2,Y2O3、スペーサ５
のガラス印刷膜としてPbO−ZnO−B2O3−SiO2系結晶化ガ
ラスについて述べたが、本発明記載の他の材料でも本実
施例と同様な効果が得られた。
のガラス印刷膜としてPbO−ZnO−B2O3−SiO2系結晶化ガ
ラスについて述べたが、本発明記載の他の材料でも本実
施例と同様な効果が得られた。
なお、スペーサ５として適用されるガラス印刷膜が加熱
焼成時に軟化してシール板６の沈降によるスペーサ５の
開口部を著しく変化させる懸念がある場合は、これを防
止するため、前記ガラス印刷膜の中にガラスよりも融点
の高い耐熱性粒子を分散配置することが望ましい。
焼成時に軟化してシール板６の沈降によるスペーサ５の
開口部を著しく変化させる懸念がある場合は、これを防
止するため、前記ガラス印刷膜の中にガラスよりも融点
の高い耐熱性粒子を分散配置することが望ましい。
また本実施例において、スペーサ５として銀ろうで挟持
されたチタニウム箔を用いる理由は、ろう付け後の強固
な接着性、気密性の実現にある。つまり、銀ろうのみの
ろう付けでは固体電解質１とシール板６の接着性は著し
く劣る。しかし、銀ろうとともにチタニウムを適用する
と真空加熱処理の過程でチタニウム原子が固体電解質板
１、シール板６表面に向かって速やかに拡散し、それら
表面に吸着されることに起因すると考えられる。
されたチタニウム箔を用いる理由は、ろう付け後の強固
な接着性、気密性の実現にある。つまり、銀ろうのみの
ろう付けでは固体電解質１とシール板６の接着性は著し
く劣る。しかし、銀ろうとともにチタニウムを適用する
と真空加熱処理の過程でチタニウム原子が固体電解質板
１、シール板６表面に向かって速やかに拡散し、それら
表面に吸着されることに起因すると考えられる。
また、スペーサ５がガラス材料の印刷膜の場合、前記ガ
ラス材料は接着される固体電解質板１およびシール板６
と熱膨張率が同程度のものを適用することにより、相互
の優れた密着性を実現できる。したがって、酸素センサ
自体に急激な温度変化や機械的衝撃を受けても固体電解
質板１およびシール板６の接着部が容易にはずれること
がないので長期にわたり酸素センサとして機能させるこ
とができる。なお、固体電解質板１の表面に形成した電
極膜２を介してシール板６を前記ガラス印刷膜で接着し
た場合、固体電解質板１と電極膜２の密着性が乏しいの
で、上述のような急激な温度変化や機械的衝撃を受ける
と、固体電解質板１と電極膜２の間で剥離がおこり、酸
素センサとして機能しなくなる。
ラス材料は接着される固体電解質板１およびシール板６
と熱膨張率が同程度のものを適用することにより、相互
の優れた密着性を実現できる。したがって、酸素センサ
自体に急激な温度変化や機械的衝撃を受けても固体電解
質板１およびシール板６の接着部が容易にはずれること
がないので長期にわたり酸素センサとして機能させるこ
とができる。なお、固体電解質板１の表面に形成した電
極膜２を介してシール板６を前記ガラス印刷膜で接着し
た場合、固体電解質板１と電極膜２の密着性が乏しいの
で、上述のような急激な温度変化や機械的衝撃を受ける
と、固体電解質板１と電極膜２の間で剥離がおこり、酸
素センサとして機能しなくなる。
次に本発明の他の実施例について説明する。他の実施例
において前記実施例と相違する点は、第２図では拡散孔
４を複数個形成したこと、第３図では酸素センサ自体の
形状を変えたことにあり、この構成による作用と効果は
前記実施例と同様である。
において前記実施例と相違する点は、第２図では拡散孔
４を複数個形成したこと、第３図では酸素センサ自体の
形状を変えたことにあり、この構成による作用と効果は
前記実施例と同様である。
発明の効果 以上のように本発明の酸素センサによれば次の効果が得
られる。
られる。
（１） 酸素の拡散孔がガラス印刷膜もしくは金属箔か
らなるスペーサに形成した開口部と固体電解質板とシー
ル板とから構成されるので、構造が簡単で前記拡散孔の
形成が容易となり、生産性を大幅に向上させることがで
き、低コストが実現される。
らなるスペーサに形成した開口部と固体電解質板とシー
ル板とから構成されるので、構造が簡単で前記拡散孔の
形成が容易となり、生産性を大幅に向上させることがで
き、低コストが実現される。
（２） 前記拡散孔が固体電解質板と平行に形成される
ので酸素センサ自体が薄くなりコンパクト化が図れ、酸
素センサを加熱するヒータの消費電力を低減することが
できる。
ので酸素センサ自体が薄くなりコンパクト化が図れ、酸
素センサを加熱するヒータの消費電力を低減することが
できる。
（３） さらに、拡散孔へのホコリや異物の侵入が防止
され、特定の安定化、長期にわたる信頼性の向上が図れ
る。
され、特定の安定化、長期にわたる信頼性の向上が図れ
る。
（４） また、固体電解質板とシール板が、密着性、耐
熱性に優れたガラス材料の印刷膜もしくは金属箔のろう
付けで接着されているので酸素の拡散孔および密閉空間
の機密性を維持することができ、信頼性の高い酸素セン
サを提供することができる。
熱性に優れたガラス材料の印刷膜もしくは金属箔のろう
付けで接着されているので酸素の拡散孔および密閉空間
の機密性を維持することができ、信頼性の高い酸素セン
サを提供することができる。
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例における酸素セン
サの分解斜視図、同図（ｂ）は酸素センサ一部破断斜視
図、第２図は第２の実施例における酸素センサの斜視
図、第３図（ａ）は第３の実施例における酸素センサの
分解斜視図、同図（ｂ）は一部破断斜視図、第４図は従
来の酸素センサの断面図である。 １……固体電解質板、４……拡散孔、５……スペーサ、
６……シール板。
サの分解斜視図、同図（ｂ）は酸素センサ一部破断斜視
図、第２図は第２の実施例における酸素センサの斜視
図、第３図（ａ）は第３の実施例における酸素センサの
分解斜視図、同図（ｂ）は一部破断斜視図、第４図は従
来の酸素センサの断面図である。 １……固体電解質板、４……拡散孔、５……スペーサ、
６……シール板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−64245（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−129655（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−15659（ＪＰ，Ｕ)
Claims (5)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性を有する固体電解質板
と、前記固体電解質板の両面に形成された電極膜と、前
記固体電解質板の一方の面に前記電極膜を囲むように設
けられたガラス材料の印刷膜または金属ろう箔からなる
スペーサと、前記スペーサ上に前記固体電解質板との間
が密閉空間となるように配置されたシール板と、前記ス
ペーサに設けられた外部空間と前記密閉空間とを連通す
る少なくとも１個の開口部と、前記スペーサの開口部と
前記固体電解質板と前記シール板とで構成される少なく
とも１個の酸素拡散孔とを備え、前記スペーサは加熱に
より前記固体電解質および前記シール板に密着する構成
とした酸素センサ。 - 【請求項２】金属ろう箔からなるスペーサは銀ろう箔で
挟持されたチタニウム箔である特許請求の範囲第１項記
載の酸素センサ。 - 【請求項３】ガラス材料の印刷膜からなるスペーサはPb
O−ZnO−B2O3−SiO2、K2O−PbO−SiO2、Na2O−K2O−PbO
−SiO2、K2O−CaO−SiO2ガラスの少なくとも１種を主成
分とする特許請求の範囲第１項記載の酸素センサ。 - 【請求項４】固体電解質板がジルコニア系セラミックで
ある特許請求の範囲第１項記載の酸素センサ。 - 【請求項５】シール板がジルコニア系セラミック、ガラ
ス、フォルステライトのいずれか１種である特許請求の
範囲第１項記載の酸素センサ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61304130A JPH0746087B2 (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 酸素センサ |
| DE8787118697T DE3780433T2 (de) | 1986-12-19 | 1987-12-16 | Sauerstoffsensor. |
| EP87118697A EP0273304B1 (en) | 1986-12-19 | 1987-12-16 | Oxygen sensor |
| AU82669/87A AU580726B2 (en) | 1986-12-19 | 1987-12-17 | Oxygen sensor |
| US07/135,093 US4808293A (en) | 1986-12-19 | 1987-12-18 | Oxygen sensor and method of making such sensor |
| CA000554746A CA1276230C (en) | 1986-12-19 | 1987-12-18 | Oxygen sensor |
| KR1019870014550A KR900005222B1 (ko) | 1986-12-19 | 1987-12-19 | 산소센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61304130A JPH0746087B2 (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63154959A JPS63154959A (ja) | 1988-06-28 |
| JPH0746087B2 true JPH0746087B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=17929400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61304130A Expired - Lifetime JPH0746087B2 (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746087B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2708915B2 (ja) * | 1989-11-25 | 1998-02-04 | 日本特殊陶業株式会社 | ガス検出センサ |
| CN115166000A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-10-11 | 湖北天瑞电子股份有限公司 | 一种用于燃油惰化测氧传感器芯片及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6015659U (ja) * | 1983-07-08 | 1985-02-02 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素濃度検出素子 |
| JPS6064245A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-12 | Hitachi Ltd | 酸素を媒体とするガス組成検出装置 |
-
1986
- 1986-12-19 JP JP61304130A patent/JPH0746087B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63154959A (ja) | 1988-06-28 |
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