JPH079081Y2 - 限界電流式酸素センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、自動車やボイラーなどの排ガス分析や、酸欠
モニタなどに使用される限界電流式の酸素センサ、特に
酸素濃度測定の感度の高いセンサに関する。

〔従来の技術〕

第７図は本出願人の出願になる従来の限界電流式酸素セ
ンサの構成を示すもので（実願昭61−177537号明細書第
１図参照、実開昭63−83653号公報）、図において、１
は酸素センサ導電性を有する固体電解質２内に設けら
れ、かつ該電解質外に連通する酸素拡散量制限用の小孔
３が設けられた空洞、４は空洞１に面して設けた負電
極、５は負電極４との間にイオン電流が流れるように該
負電極に対向するようにして電解質２内に埋めこまれた
白金系材料製の多孔性を有する正電極である。６は電極
４及び５とこれらの両電極間に挟まれた電解質２の部分
とから成る検出部である。８は正電極５に対向するよう
に電解質２内に埋めこまれたヒータ７とその近傍の電解
質２とからなる加熱部で、ヒータ７はそれぞれ一端が電
解質２に埋めこまれた端子10a〜10dのうちの端子10b,10
cに接続されている。そうして、電極５はリード部11と
スルーホール9aとを順次介して端子10aに接続され、電
極４はリード部12とスルーホール9dとを順次介して端子
10dに接続されている。100は図示の各部からなる酸素セ
ンサで、このセンサでは、電極４は空洞１に存在する酸
素分子を酸素イオンとして電解質２内に送りこむ働きを
し、電極５は電極４でイオン化されて電解質２内を運ば
れてきた酸素イオンを酸素分子にして電解質２外に放散
させる働きをする。ところで、図においては電解質２内
に電極５が埋めこまれているが、電極５は図示していな
い部分において電解質２外に接触するように構成されて
いるので、この場合酸素分子の電解質２外への放散が可
能であって、このことは前述した実願昭61−177537号明
細書に記載した通りである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

酸素センサ100は上述のように構成されているので、加
熱部８の検出部６に対する加熱効率が良好で、この結果
センサ100にはヒータ７の消費電力を少なくすることが
できるなどの利点がある。また加熱部８に接して検出部
６が設けられているので酸素センサ100を薄く形成でき
るという利点もあるが、一方、このセンサ100では空洞
１の一部の壁面だけに電極４が設けられているので該電
極の面積が小さく、このためセンサ100には測定感度が
不充分であるという問題点がある。

本考案の目的は、負電極４の空洞１に面する面積を大き
くすることができるようにして、酸素測定感度を向上さ
せることにある。

〔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、本考案によれば、酸素イ
オン導電体に設けられかつ酸素拡散量を制限する小孔が
設けられた板状の空洞と、前記空洞の両面の各々に面し
てそれぞれ負電極が設けられた二個の検出部とを備え、
前記両検出部は並列に接続されているようにして限界電
流式酸素センサを構成するものとする。

〔作用〕

上述のように構成すると、空洞の一面側にのみ負電極を
設けた場合に比べて検出部における電極の面積が等価的
に増大したことになるので、感度の高い測定が行えるこ
とになる。

〔実施例〕

第１図は本考案の第１実施例の構成を示すもので、同図
（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＹ−
Ｙ断面図である。第１図において、13は第７図に示した
空洞１に対応する板状の空洞で、本図の第７図と異なる
所は、空洞13の両面の各々に面してそれぞれ負電極4,14
が設けられて、両負電極はそれぞれリード部12,15を介
していずれもスルーホール9dに接続されていることと、
正電極16が負電極14に対向するようにして電解質２の表
面に設けられて、この正電極16はリード部17を介して、
正電極５と同様に、スルーホール9aに接続されているこ
とである。18は電極14,16とこれらの両電極間に挟まれ
た電解質２の部分とからなる検出部で、第１図において
は検出部6,18を構成する各部が上記のように接続されて
いるので、この場合両検出部6,18は並列に接続されてい
るということができる。110は図示の各部からなる酸素
センサである。

酸素センサ110は、ジルコニア等の酸素イオン導電性を
有する固体電解質２で形成した複数枚のグリーンシート
に電極4,5,14,16、ヒータ７及びリード部11,12,15,17を
スクリーン印刷法により印刷してこれらのグリーンシー
トを積層し、しかる後加圧、焼成して形成したもので、
この場合ヒータ７と電極との間、電極５と電極４との
間、電極14と電極16との間の各電解質層の厚さはそれぞ
れ約100〔μｍ〕となっている。またヒータ７は白金ロ
ジウム製の厚膜抵抗で構成されている。酸素センサ110
は上述のように構成されているので、このセンサは第７
図のセンサ100に比べて電極４及び５の各面積が等価的
に増大したことになる。したがってセンサ110において
は、端子10a,10d間に電圧を印加した場合、センサ100に
おけるよりも大きい電流が流れることになるので、結局
センサ110によればセンサ100によるよりも感度の高い酸
素濃度測定が行えることになる。

第２図は本考案の第２実施例の断面図で、本図は第１図
（Ｂ）に対応した図面である。第２図は第１図と異なる
所は、第１図の正電極16に対応する有多孔性の正電極19
が電解質２内に埋めこまれていることで、この場合電極
19は、正電極５と同様に、図示していない部分において
電解質２外接触させられている。故に電極19も酸素を電
解質２外に放散させることができる。第２図の酸素セン
サは上述のように構成されているので、この酸素センサ
もセンサ110と同様に高感度の酸素濃度測定を行いうる
ことは明らかであるが、第２図の酸素センサには、電極
19が電解質２内に埋めこまれているので、この電極19が
センサ110の電極16よりも機械的損傷を受け難いという
利点がある。また負電極14と正電極19とこれら両電極に
挟まれた電解質２の部分とからなる検出部20が、センサ
110における検出部18に比べて電解質２の内部にあるの
で、第２図の酸素センサにはセンサ110におけるよりも
加熱部８の加熱効率が良いという利点がある。

第３図は本考案の第３実施例の断面図で、本図も第１図
（Ｂ）に対応した図面である。本図の第２図と異なる所
は検出部20と電解質２の外面との間にヒータ７に対応す
るヒータ21が埋めこまれていることで、この場合ヒータ
21はスルーホール9cと図示していない他のスルーホール
9bとを介してヒータ７に並列に接続されている。第３図
の酸素センサは上述のように構成されているので、検出
部６及び20がその両側からヒータ７及び21によって加熱
されることになり、この結果電解質２内の温度分布が第
２図の酸素センサに比べて一様になることは明らかであ
る。このため第３図の酸素センサでは、第２図における
ような、検出部６が検出部20よりも強く加熱されたり電
解質２内に大きい熱歪みが生じたりするようなことは起
こらないので、第３図の酸素センサには、第２図の酸素
センサの有する利点のほかに、センサの破損や酸素検出
特性の変化が生じないという利点もある。

第４図は本考案の第４実施例の断面図で、本図も第１図
（Ｂ）に対応した図面である。本図の第３図と異なる所
は、ヒータ7,21がいずれも電解質２の外面に設けられて
いることで、このようにすると酸素センサの構成が簡単
であるので、第４図の酸素センサには、第３図の酸素セ
ンサに比べてヒータ7,21による加熱効率が悪いという欠
点はあるものの、高感度の酸素濃度測定を行うことがで
き、かつセンサの破損や酸素検出特性の変化を防止する
ことができる利点があるほか、製作が容易であるという
利点もある。第４図においては、ヒータ7,21のいずれか
一方を第３図におけるように電解質２内に埋めこんでも
よいことは明らかである。

第５図は本考案の第５実施例の断面図で、本図も第１図
（Ｂ）に対応した図面である。本図の第４図と異なる所
は正電極５及び19が省略されていることで、酸素センサ
をこのように構成しても並列接続されたヒータ７及び21
を並列接続された負電極４及び14に対応する正電極とす
ることによって酸素濃度の測定をしうることは、先に本
出願人が出願した実願昭61−186952号明細書によって明
らかである。したがって第５図の酸素センサには第４図
に比べて構成が簡単であるので製作し易いという利点が
ある。

第６図は本考案の第６実施例の断面図で、本図も第１図
（Ｂ）に対応した図面である。本図の第５図と異なる所
はヒータ７が電解質２内に埋めこまれていることで、こ
のようにしても酸素濃度測定を行いることは上述した所
から明らかである。第６図では酸素センサがこのように
構成されているので、この酸素センサには、第５図に比
べてヒータ７の加熱効率がよく、かつ該ヒータの機械的
損傷が生じ難いという利点がある。この場合、ヒータ21
も電解質２内に埋めこんでよいことは説明するまでもな
く明らかである。

〔考案の効果〕

上述したように、本考案においては、酸素イオン導電体
に設けられかつ酸素拡散量を制限する小孔が設けられた
板状の空洞と、前記空洞の両面の各々に面してそれぞれ
負電極が設けられた二個の検出部とを備え、両検出部は
並列に接続されているようにして限界電流式酸素センサ
を構成した。

このため、上記のように構成すると、空洞の一面側にの
み負電極を設けた場合に比べて検出部における電極の面
積が等価的に増大したことになるので、本考案によれば
酸素濃度測定を高感度にしうる効果があるほか、測定感
度が第７図の酸素センサの測定感度と同じでよいとする
と、各検出部における電極の面積を小さくすることがで
きて、この結果酸素センサを小形にすることができると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す図で、第１図（Ａ）は
その平面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）におけるＹ−
Ｙ断面図である。第２図、第３図、第４図、第５図及び
第６図はそれぞれ本考案の第２実施、第３実施例、第４
実施例、第５実施例及び第６実施例の断面図で、これら
の第２図ないし第６図はいずれも第１図（Ｂ）に対応し
た図である。第７図は従来の酸素センサの構成を示す図
で、第７図（Ａ）はその平面図、第７図（Ｂ）は第７図
（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。 1,13…空洞、２…固体電解質、３…小孔、4,14…負電
極、6,18,20…検出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 杉山 裕司 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 実開 昭59−41758（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素イオン導電体に設けられかつ酸素拡散
   量を制限する小孔が設けられた板状の空洞と、前記空洞
   の両面の各々に面してそれぞれ負電極が設けられた二個
   の検出部とを備え、前記両検出部は並列に接続されてい
   ることを特徴とする限界電流式酸素センサ。