JPH1073549A - 自己発熱式酸素センサ - Google Patents
自己発熱式酸素センサInfo
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- JPH1073549A JPH1073549A JP22976096A JP22976096A JPH1073549A JP H1073549 A JPH1073549 A JP H1073549A JP 22976096 A JP22976096 A JP 22976096A JP 22976096 A JP22976096 A JP 22976096A JP H1073549 A JPH1073549 A JP H1073549A
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造を簡易化し、安定した高い作動温度のも
とで優れた応答性を発揮させ、しかも付随する回路を安
価なものとすることである。 【解決手段】 電気抵抗の温度依存性を表す曲線Ａが正
の傾き部分を有し、ホットスポット１ａを発生するよう
に線状体または薄膜帯状体に形成された酸化物を酸素濃
度のセンサ素子１として用い、所定の電圧を印加したと
きの電流または抵抗の変化を酸素濃度の変化として検出
するようにした。
とで優れた応答性を発揮させ、しかも付随する回路を安
価なものとすることである。 【解決手段】 電気抵抗の温度依存性を表す曲線Ａが正
の傾き部分を有し、ホットスポット１ａを発生するよう
に線状体または薄膜帯状体に形成された酸化物を酸素濃
度のセンサ素子１として用い、所定の電圧を印加したと
きの電流または抵抗の変化を酸素濃度の変化として検出
するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸素センサに関し、
特に抵抗率が酸素分圧により大きく変化することを利用
した酸化物を酸素濃度のセンサ素子として用いた自己発
熱式酸素センサに関する。
特に抵抗率が酸素分圧により大きく変化することを利用
した酸化物を酸素濃度のセンサ素子として用いた自己発
熱式酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素センサは、従来、ＺｒＯ2 を用いた
固体電解質型やＴｉＯ2 を用いた半導体式などが用いら
れている。
固体電解質型やＴｉＯ2 を用いた半導体式などが用いら
れている。
【０００３】固体電解質型の酸素センサは最も一般的な
ものであり、被検ガス（酸素）と標準ガス（一般的には
空気）を固体電解質で隔て、そこに生じる起電力により
酸素分圧を測定するように構成されており、最も多い用
途としては自動車の空燃比制御用センサがある。
ものであり、被検ガス（酸素）と標準ガス（一般的には
空気）を固体電解質で隔て、そこに生じる起電力により
酸素分圧を測定するように構成されており、最も多い用
途としては自動車の空燃比制御用センサがある。
【０００４】一方、半導体式の酸素センサは、ＴｉＯ2
の抵抗が雰囲気中の酸素分圧により変化することを利用
している。
の抵抗が雰囲気中の酸素分圧により変化することを利用
している。
【０００５】上記２つ以外に、酸化物高温超電導体の一
種であるＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ただし、ＲＥは希土類
元素）をセンサ素子として利用した酸素センサが提案さ
れている（G. Grader et al., Appl. Phys. A, 45(198
8)179参照）。この酸素センサは、抵抗率が酸素分圧に
より大きく変化することを利用している。
種であるＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ただし、ＲＥは希土類
元素）をセンサ素子として利用した酸素センサが提案さ
れている（G. Grader et al., Appl. Phys. A, 45(198
8)179参照）。この酸素センサは、抵抗率が酸素分圧に
より大きく変化することを利用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質を使用する
酸素センサにおいては、標準ガスを必要とするために一
般的に構造が複雑である。また、ＴｉＯ2 を用いる半導
体式の酸素センサは、抵抗が高いためにセンサ回路が高
価になる。更に、例えば、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏyを含む
酸化物高温超電導体をセンサ素子として用いた酸素セン
サにあっては、作動温度を高くしなければならないため
に何らかの加熱手段が必要であり、構造の複雑化及びコ
ストの増大を招いている（特開平２−１５４１３９号公
報、特開平４−１３４２５９号公報、特開平４−２０３
９５９号公報参照）。
酸素センサにおいては、標準ガスを必要とするために一
般的に構造が複雑である。また、ＴｉＯ2 を用いる半導
体式の酸素センサは、抵抗が高いためにセンサ回路が高
価になる。更に、例えば、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏyを含む
酸化物高温超電導体をセンサ素子として用いた酸素セン
サにあっては、作動温度を高くしなければならないため
に何らかの加熱手段が必要であり、構造の複雑化及びコ
ストの増大を招いている（特開平２−１５４１３９号公
報、特開平４−１３４２５９号公報、特開平４−２０３
９５９号公報参照）。
【０００７】本発明は従来技術における上記問題点を解
決するために為されたもので、その目的とするところ
は、加熱用のヒータを別途必要とせず、安定した作動温
度で速い酸素拡散を可能にすることによって応答性を著
しく向上させた自己発熱式酸素センサを提供することに
ある。
決するために為されたもので、その目的とするところ
は、加熱用のヒータを別途必要とせず、安定した作動温
度で速い酸素拡散を可能にすることによって応答性を著
しく向上させた自己発熱式酸素センサを提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の基本態様によれば、電気抵抗の温度依存性
を表す曲線が正の傾き部分を有し、ホットスポットを発
生するように線状体または薄膜帯状体に形成された酸化
物を酸素濃度のセンサ素子として用い、所定の電圧を印
加したときの電流または抵抗の変化を酸素濃度の変化と
して検出するようにしたことを特徴とする自己発熱式酸
素センサが提供される。
に、本発明の基本態様によれば、電気抵抗の温度依存性
を表す曲線が正の傾き部分を有し、ホットスポットを発
生するように線状体または薄膜帯状体に形成された酸化
物を酸素濃度のセンサ素子として用い、所定の電圧を印
加したときの電流または抵抗の変化を酸素濃度の変化と
して検出するようにしたことを特徴とする自己発熱式酸
素センサが提供される。
【０００９】上記基本態様において、前記ホットスポッ
トを前記線状体または薄膜帯状体の特定位置に発生させ
る手段を備えることができる。
トを前記線状体または薄膜帯状体の特定位置に発生させ
る手段を備えることができる。
【００１０】また、前記ホットスポットを高温度に保持
する手段を備えることができる。
する手段を備えることができる。
【００１１】更に、前記ホットスポットを前記線状体ま
たは薄膜帯状体の特定位置に発生させる手段と、前記ホ
ットスポットを高温度に保持する手段とを備えることも
可能である。
たは薄膜帯状体の特定位置に発生させる手段と、前記ホ
ットスポットを高温度に保持する手段とを備えることも
可能である。
【００１２】更に、ホットスポットを高温度に保持する
手段は、前記ホットスポットが形成される特定位置の周
囲に多孔質の断熱材でコーティングを施すことであって
も良い。
手段は、前記ホットスポットが形成される特定位置の周
囲に多孔質の断熱材でコーティングを施すことであって
も良い。
【００１３】前記多孔質の断熱材は、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ
3 ）並びにチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）のグルー
プの中から選ばれる少なくとも１つである。
Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ
3 ）並びにチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）のグルー
プの中から選ばれる少なくとも１つである。
【００１４】また、前記酸化物が多孔質の線状体または
薄膜帯状体に形成されていても良い。
薄膜帯状体に形成されていても良い。
【００１５】更に、前記多孔質状の線状体または薄膜帯
状体は、略１０ミクロン程度に粉砕された前記酸化物の
粉体と、昇華温度の低い物質からなる粉体との混合粉か
らなる線状または薄膜帯状の成形体を燒結することによ
って形成され得る。
状体は、略１０ミクロン程度に粉砕された前記酸化物の
粉体と、昇華温度の低い物質からなる粉体との混合粉か
らなる線状または薄膜帯状の成形体を燒結することによ
って形成され得る。
【００１６】更に、前記酸化物はＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy
（ただし、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１つ
または混合物である）で示される物質であっても良い。
（ただし、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１つ
または混合物である）で示される物質であっても良い。
【００１７】
【作用】酸素センサが設置された雰囲気中の酸素分圧が
変わると、センサ素子として用いている物質中の酸素含
有量が変化し、それに伴うセンサ素子の電気抵抗率の変
化が処理回路を介して信号として検出される。
変わると、センサ素子として用いている物質中の酸素含
有量が変化し、それに伴うセンサ素子の電気抵抗率の変
化が処理回路を介して信号として検出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】酸化物（例えば、ＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏy 、ただしＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる
１つまたは混合物である）を線状体または薄膜帯状体に
形成して、この線状体または薄膜帯状体の両端を電源に
接続して所定の電圧を印加すると、局所的に自己発熱に
よる赤熱点（ホットスポット）が現れることが観察され
ている（特願平６−２０５６２３号明細書参照）。
3 Ｏy 、ただしＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる
１つまたは混合物である）を線状体または薄膜帯状体に
形成して、この線状体または薄膜帯状体の両端を電源に
接続して所定の電圧を印加すると、局所的に自己発熱に
よる赤熱点（ホットスポット）が現れることが観察され
ている（特願平６−２０５６２３号明細書参照）。
【００１９】本発明者らの更なる研究により、このホッ
トスポットが発生している状態で、酸化物からなる線状
体または薄膜帯状体が置かれている雰囲気中の酸素分圧
を変化させると、該線状体または薄膜帯状体の抵抗が大
幅に変化することが解った。その結果、ホットスポット
を形成する物質の線状体または薄膜帯状体を酸素濃度の
センサ素子として用いることは酸素センサにおいて非常
に有効であることが判明した。
トスポットが発生している状態で、酸化物からなる線状
体または薄膜帯状体が置かれている雰囲気中の酸素分圧
を変化させると、該線状体または薄膜帯状体の抵抗が大
幅に変化することが解った。その結果、ホットスポット
を形成する物質の線状体または薄膜帯状体を酸素濃度の
センサ素子として用いることは酸素センサにおいて非常
に有効であることが判明した。
【００２０】ところで、安定したホットスポットを形成
する物質の物性条件（言い換えれば、ホットスポット発
生の原理）は次のように定義される。
する物質の物性条件（言い換えれば、ホットスポット発
生の原理）は次のように定義される。
【００２１】まず第１の条件として、電気抵抗または発
熱量の温度依存性を表す曲線が図１のグラフにおいて曲
線Ａで示されるような物性を有する物質であること。す
なわち、電気抵抗の温度依存性を表す曲線において、そ
の曲線の一部が正の傾き部分を有し、該正の傾き部分の
前後の傾きが正の傾き部分よりも小さいかまたは負の傾
きである物質である必要がある。
熱量の温度依存性を表す曲線が図１のグラフにおいて曲
線Ａで示されるような物性を有する物質であること。す
なわち、電気抵抗の温度依存性を表す曲線において、そ
の曲線の一部が正の傾き部分を有し、該正の傾き部分の
前後の傾きが正の傾き部分よりも小さいかまたは負の傾
きである物質である必要がある。
【００２２】第２の条件として、上記第１の条件に当て
はまる物質において、該物質の放熱量の温度依存性を表
す曲線が図１のグラフにおいて曲線Ｂ（ただし、一般的
に、放熱量は温度上昇に対して単調増加し、両者の関係
は近似的には直線関係で表される）のように、上記電気
抵抗または発熱量の温度依存性を表す曲線Ａと低温部Ｔ
1 、高温部Ｔ3 並びにそれらの中間温度部Ｔ2 の３点で
交わる必要がある。
はまる物質において、該物質の放熱量の温度依存性を表
す曲線が図１のグラフにおいて曲線Ｂ（ただし、一般的
に、放熱量は温度上昇に対して単調増加し、両者の関係
は近似的には直線関係で表される）のように、上記電気
抵抗または発熱量の温度依存性を表す曲線Ａと低温部Ｔ
1 、高温部Ｔ3 並びにそれらの中間温度部Ｔ2 の３点で
交わる必要がある。
【００２３】上記２つの条件を持ち合わせ、かつ酸素拡
散を行い得る物質（酸化物）を以下において“酸素濃度
センサ物質”と称することにし、この中には酸化物高温
超電導体の一種である前記ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy も含ま
れる。
散を行い得る物質（酸化物）を以下において“酸素濃度
センサ物質”と称することにし、この中には酸化物高温
超電導体の一種である前記ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy も含ま
れる。
【００２４】図１において、Ｔ1 , Ｔ2 , Ｔ3 が温度の
平衡点として存在し得る。ただし、中間温度部Ｔ2 は発
熱量（Ｑ∝ｉ2 Ｒ）と放熱量とが一致する平衡点であり
ながら非常に不安定で、物質の温度がＴ2 より少しでも
高くなると、発熱量の方が放熱量よりも多いので、物質
の温度は急激にＴ3 まで上昇することになる。一方、物
質の温度がＴ2 よりも少しでも低くなると、発熱量より
も放熱量の方が多いので、物質の温度は急激にＴ1 まで
下降する。従って、Ｔ1 及びＴ3 が安定した平衡点とし
て存在し得る。実際には、物質の一部が温度Ｔ3 に、残
りの部分が温度Ｔ1 になるので、温度Ｔ3 部分にホット
スポットが発生することになる。
平衡点として存在し得る。ただし、中間温度部Ｔ2 は発
熱量（Ｑ∝ｉ2 Ｒ）と放熱量とが一致する平衡点であり
ながら非常に不安定で、物質の温度がＴ2 より少しでも
高くなると、発熱量の方が放熱量よりも多いので、物質
の温度は急激にＴ3 まで上昇することになる。一方、物
質の温度がＴ2 よりも少しでも低くなると、発熱量より
も放熱量の方が多いので、物質の温度は急激にＴ1 まで
下降する。従って、Ｔ1 及びＴ3 が安定した平衡点とし
て存在し得る。実際には、物質の一部が温度Ｔ3 に、残
りの部分が温度Ｔ1 になるので、温度Ｔ3 部分にホット
スポットが発生することになる。
【００２５】なお、酸素濃度センサ物質としてＲＥＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏy を用いた場合には、ホットスポットの温度
は、略６３０℃〜略９３０℃の温度をとり得る。
2 Ｃｕ3 Ｏy を用いた場合には、ホットスポットの温度
は、略６３０℃〜略９３０℃の温度をとり得る。
【００２６】以下、本発明の好適な実施の形態を添付の
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【００２７】本発明の自己発熱式酸素センサ（以下、単
に酸素センサと称す）の模式的構成が図２に示される。
図２において、参照符号１は酸素濃度センサ物質の線状
体または薄膜帯状体からなるセンサ素子であり、このセ
ンサ素子１に電圧を印加するために、センサ素子１の両
端には基板３に支持された電極２ａ，２ｂ並びに接続ワ
イヤ４ａ〜４ｄを介して電源５が接続されている。
に酸素センサと称す）の模式的構成が図２に示される。
図２において、参照符号１は酸素濃度センサ物質の線状
体または薄膜帯状体からなるセンサ素子であり、このセ
ンサ素子１に電圧を印加するために、センサ素子１の両
端には基板３に支持された電極２ａ，２ｂ並びに接続ワ
イヤ４ａ〜４ｄを介して電源５が接続されている。
【００２８】図２図示の酸素センサにおいて、酸素濃度
センサ物質の線状体または薄膜帯状体をセンサ素子１と
して用いた酸素センサのセンシング機構は、雰囲気中の
酸素分圧が変わると、センサ素子として用いている酸素
濃度センサ物質中の酸素含有量が変化し（酸素拡散）、
それに伴う電気抵抗率の変化を処理回路６を介して信号
として検出することからなる。
センサ物質の線状体または薄膜帯状体をセンサ素子１と
して用いた酸素センサのセンシング機構は、雰囲気中の
酸素分圧が変わると、センサ素子として用いている酸素
濃度センサ物質中の酸素含有量が変化し（酸素拡散）、
それに伴う電気抵抗率の変化を処理回路６を介して信号
として検出することからなる。
【００２９】従って、センサの応答性を迅速にするため
には、酸素拡散を速くする必要があり、センサ素子とし
ての酸素濃度センサ物質の酸素拡散を速くするために
は、次の２つの方策が考えられる。 （１）センサ素子のセンサ部（ホットスポット部）を高
温に保つこと。 （２）センサ素子自体を多孔質（ポーラス）にするこ
と。
には、酸素拡散を速くする必要があり、センサ素子とし
ての酸素濃度センサ物質の酸素拡散を速くするために
は、次の２つの方策が考えられる。 （１）センサ素子のセンサ部（ホットスポット部）を高
温に保つこと。 （２）センサ素子自体を多孔質（ポーラス）にするこ
と。
【００３０】まず、ホットスポット部を高温に保つに
は、その部分から奪われる熱をできるかぎり小さくする
必要がある。このように熱の放出を小さくすることによ
って消費電力の低減にもつながる。
は、その部分から奪われる熱をできるかぎり小さくする
必要がある。このように熱の放出を小さくすることによ
って消費電力の低減にもつながる。
【００３１】ホットスポット部からの熱放出を小さくす
るには、図３に示されるように、センサ素子のホットス
ポット部１ａを熱伝導率の小さい断熱材７でコーティン
グすれば良い。このとき、コーティングによってホット
スポット部１ａのセンシング機能が低下しないように注
意しなければならない。そのためには、断熱材７の周囲
の酸素分圧をホットスポット部１ａと同じにするよう
に、断熱材７を多孔質とすれば良い。更に、略６３０〜
略９３０℃の作動温度に耐えさせるために、断熱材７は
耐熱性の材料でなければならない。具体的な断熱材料と
しては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ3 ）などが挙げられる。
るには、図３に示されるように、センサ素子のホットス
ポット部１ａを熱伝導率の小さい断熱材７でコーティン
グすれば良い。このとき、コーティングによってホット
スポット部１ａのセンシング機能が低下しないように注
意しなければならない。そのためには、断熱材７の周囲
の酸素分圧をホットスポット部１ａと同じにするよう
に、断熱材７を多孔質とすれば良い。更に、略６３０〜
略９３０℃の作動温度に耐えさせるために、断熱材７は
耐熱性の材料でなければならない。具体的な断熱材料と
しては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）、チタン酸バリウム（Ｂ
ａＴｉＯ3 ）などが挙げられる。
【００３２】本発明の酸素センサに用いられた酸素濃度
センサ物質からなるセンサ素子は、温度が変化するとセ
ンサ素子中に含まれる酸素量が変化し、従って電気抵抗
も変化するので、これが測定ノイズとなる虞がある。し
かし、上記したようにホットスポット１ａ部を断熱材７
でコーティングすることによって外乱による温度変化の
影響を小さくすることができるので、測定ノイズの少な
い酸素センサが提供されるという利点が得られる。
センサ物質からなるセンサ素子は、温度が変化するとセ
ンサ素子中に含まれる酸素量が変化し、従って電気抵抗
も変化するので、これが測定ノイズとなる虞がある。し
かし、上記したようにホットスポット１ａ部を断熱材７
でコーティングすることによって外乱による温度変化の
影響を小さくすることができるので、測定ノイズの少な
い酸素センサが提供されるという利点が得られる。
【００３３】ここで、断熱材７によるホットスポット１
ａのコーティングに関する実施例を説明する。実施例 １ ：コーティング材料の原料粉として、粒径が
約１μｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の粉を使用した。こ
の原料粉を酢酸ブチルの溶媒中に分散させてペースト状
にした。このペーストをＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ただ
し、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，
Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１つまたは
混合物である）の線状体または薄膜帯状体からなるセン
サ素子１のくびれ部（ホットスポット部１ａ）を覆うよ
うに略数百μｍの厚さで塗布した。
ａのコーティングに関する実施例を説明する。実施例 １ ：コーティング材料の原料粉として、粒径が
約１μｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の粉を使用した。こ
の原料粉を酢酸ブチルの溶媒中に分散させてペースト状
にした。このペーストをＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （ただ
し、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，
Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１つまたは
混合物である）の線状体または薄膜帯状体からなるセン
サ素子１のくびれ部（ホットスポット部１ａ）を覆うよ
うに略数百μｍの厚さで塗布した。
【００３４】この後、塗布されたペーストは、溶媒を蒸
発させると共に燒結させるために、電気炉中で熱処理を
受けた。熱処理条件は、空気中で８００℃、１２時間で
あった。
発させると共に燒結させるために、電気炉中で熱処理を
受けた。熱処理条件は、空気中で８００℃、１２時間で
あった。
【００３５】次に、酸素濃度センサ物質の酸素拡散を速
めるための第２の方策である、センサ素子自体を多孔質
（ポーラス）にすることについて説明する。
めるための第２の方策である、センサ素子自体を多孔質
（ポーラス）にすることについて説明する。
【００３６】一般的に、酸素拡散は固体内よりも気体の
状態における方が速い。従って、センサ素子自体をポー
ラスにすれば、雰囲気中の酸素分圧の変化に応じてセン
サ素子内の酸素量の変化が速くなり、センサとしての応
答性が速くなる。
状態における方が速い。従って、センサ素子自体をポー
ラスにすれば、雰囲気中の酸素分圧の変化に応じてセン
サ素子内の酸素量の変化が速くなり、センサとしての応
答性が速くなる。
【００３７】センサ素子自体をポーラスにするための具
体的な方法としては、酸素濃度センサ物質を粉砕した粉
体に昇華温度の低い物質、例えば樟脳のような有機化合
物の粉末を混入させて燒結する方法と、昇華温度の低い
物質を混入させることなく、酸素濃度センサ物質を粉砕
して線状体または薄膜帯状体に成形した後、低温で焼き
固める方法とがある。前者の方法によるセンサ素子の作
成例を下記実施例２に示す。実施例 ２ ：予め合成したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のペレ
ットを１０μｍ程度の粒径になるように乳鉢で粉砕し
た。この粉体１ｇに対し０．２ｇの割合で樟脳を加え、
乳鉢内で混合した。この混合粉を再度ペレットに成形し
た。樟脳を昇華させると共にペレットを燒結するために
電気炉中で熱処理を施した。熱処理条件は空気中で９０
０℃、１２時間であった。
体的な方法としては、酸素濃度センサ物質を粉砕した粉
体に昇華温度の低い物質、例えば樟脳のような有機化合
物の粉末を混入させて燒結する方法と、昇華温度の低い
物質を混入させることなく、酸素濃度センサ物質を粉砕
して線状体または薄膜帯状体に成形した後、低温で焼き
固める方法とがある。前者の方法によるセンサ素子の作
成例を下記実施例２に示す。実施例 ２ ：予め合成したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のペレ
ットを１０μｍ程度の粒径になるように乳鉢で粉砕し
た。この粉体１ｇに対し０．２ｇの割合で樟脳を加え、
乳鉢内で混合した。この混合粉を再度ペレットに成形し
た。樟脳を昇華させると共にペレットを燒結するために
電気炉中で熱処理を施した。熱処理条件は空気中で９０
０℃、１２時間であった。
【００３８】図４には、本発明の酸素センサによる応答
速度が示されている。すなわち図４のグラフは、上記実
施例２で得られたセンサ素子のホットスポット部に、実
施例１記載のコーティングを施したセンサ素子を備えた
酸素センサを用いて行った、Ｎ2 １００％−Ｏ2 １００
％応答テストの結果を示している。
速度が示されている。すなわち図４のグラフは、上記実
施例２で得られたセンサ素子のホットスポット部に、実
施例１記載のコーティングを施したセンサ素子を備えた
酸素センサを用いて行った、Ｎ2 １００％−Ｏ2 １００
％応答テストの結果を示している。
【００３９】図から解るように、Ｎ2 １００％のときは
電流値が０．８Ａ程度であり、Ｏ2１００％での電流値
が１．４Ａ程度になっている。また、応答性は９割（９
０％）応答が６秒程度である。これに対し、くびれ部を
設けず、断熱材によるコーティングも施さない酸素濃度
センサ物質からなるセンサ素子を用いた場合の９割応答
が３０秒であることに比較すれば、本発明の酸素センサ
に用いられるセンサ素子は著しく応答性が改良されてい
ることが解る。
電流値が０．８Ａ程度であり、Ｏ2１００％での電流値
が１．４Ａ程度になっている。また、応答性は９割（９
０％）応答が６秒程度である。これに対し、くびれ部を
設けず、断熱材によるコーティングも施さない酸素濃度
センサ物質からなるセンサ素子を用いた場合の９割応答
が３０秒であることに比較すれば、本発明の酸素センサ
に用いられるセンサ素子は著しく応答性が改良されてい
ることが解る。
【００４０】また、図５は本発明の酸素センサによる酸
素濃度の変化に伴う電流測定値を示すグラフである。こ
のグラフから明らかなように、本発明の酸素センサに用
いられるセンサ素子によれば、酸素濃度が０〜１００％
までの広い範囲にわたって電流値の変化が見られ、酸素
センサとして極めて有効であることが解る。
素濃度の変化に伴う電流測定値を示すグラフである。こ
のグラフから明らかなように、本発明の酸素センサに用
いられるセンサ素子によれば、酸素濃度が０〜１００％
までの広い範囲にわたって電流値の変化が見られ、酸素
センサとして極めて有効であることが解る。
【００４１】以上の説明は単に本発明の好適な実施例の
例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはな
い。本発明に関する更に多くの変形例や改造例が本発明
の範囲を逸脱することなく当該技術の熟達者にとってみ
れば容易に思い当たるであろう。
例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはな
い。本発明に関する更に多くの変形例や改造例が本発明
の範囲を逸脱することなく当該技術の熟達者にとってみ
れば容易に思い当たるであろう。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素セン
サは自己発熱式のセンサ素子を備えているので、加熱用
のヒータを設ける必要がなく、構造が簡単である上に、
センサ素子に形成されたホットスポット部は発熱と放熱
の平衡行点で生ずるため、安定した作動温度が得られ
る。また、酸素濃度センサ物質からなるセンサ素子を用
いた場合には、ホットスポットは高温に保たれるため、
センサ素子内の酸素拡散が速く、優れた応答性を得るこ
とができる。更に、酸素濃度センサ物質からなるセンサ
素子の電気抵抗は半導体式のものより数桁小さいため、
安価な回路が利用可能になる。
サは自己発熱式のセンサ素子を備えているので、加熱用
のヒータを設ける必要がなく、構造が簡単である上に、
センサ素子に形成されたホットスポット部は発熱と放熱
の平衡行点で生ずるため、安定した作動温度が得られ
る。また、酸素濃度センサ物質からなるセンサ素子を用
いた場合には、ホットスポットは高温に保たれるため、
センサ素子内の酸素拡散が速く、優れた応答性を得るこ
とができる。更に、酸素濃度センサ物質からなるセンサ
素子の電気抵抗は半導体式のものより数桁小さいため、
安価な回路が利用可能になる。
【００４３】斯くして、本発明によれば、センサ性能に
優れた、信頼性の高い、安価な酸素センサが供給され得
る。
優れた、信頼性の高い、安価な酸素センサが供給され得
る。
【図１】本発明の酸素センサのセンサ素子として用いら
れる物質における電気抵抗または発熱量の温度依存性を
表す曲線と、放熱量の温度依存性を表す曲線とを示すグ
ラフである。
れる物質における電気抵抗または発熱量の温度依存性を
表す曲線と、放熱量の温度依存性を表す曲線とを示すグ
ラフである。
【図２】本発明の酸素センサの模式的構成を示す説明図
である。
である。
【図３】本発明の酸素センサにおけるセンサ素子の一実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
【図４】本発明の酸素センサによる応答速度を示すグラ
フである。
フである。
【図５】本発明の酸素センサによる酸素濃度の変化に伴
う電流測定値を示すグラフである。
う電流測定値を示すグラフである。
Ａ 電気抵抗または発熱量の温度依存性を表す曲線 Ｂ 放熱量の温度依存性を表す曲線 Ｔ1 低温度部 Ｔ2 中間温度部 Ｔ3 高温度部 １ センサ素子 １ａ ホットスポット部 ２ａ 電極 ２ｂ 電極 ３ 基板 ４ａ 接続ワイヤ ４ｂ 接続ワイヤ ４ｃ 接続ワイヤ ４ｄ 接続ワイヤ ５ 電源 ６ 処理回路 ７ 断熱材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡元 智一郎 神奈川県座間市緑が丘３−29−３ 朝日プ ラザ相武台301 (72)発明者 菊地 啓 神奈川県川崎市多摩区宿河原２−20−25− 105 (72)発明者 福岡 敦 東京都目黒区中目黒４−13−21−Ｂ307
Claims (9)
- 【請求項１】 電気抵抗の温度依存性を表す曲線が正の
傾き部分を有し、ホットスポットを発生するように線状
体または薄膜帯状体に形成された酸化物を酸素濃度のセ
ンサ素子として用い、所定の電圧を印加したときの電流
または抵抗の変化を酸素濃度の変化として検出するよう
にしたことを特徴とする自己発熱式酸素センサ。 - 【請求項２】 前記ホットスポットを前記線状体または
薄膜帯状体の特定位置に発生させる手段を有することを
特徴とする請求項１記載の自己発熱式酸素センサ。 - 【請求項３】 前記ホットスポットを高温度に保持する
手段を有することを特徴とする請求項１記載の自己発熱
式酸素センサ。 - 【請求項４】 前記ホットスポットを前記線状体または
薄膜帯状体の特定位置に発生させる手段と、前記ホット
スポットを高温度に保持する手段との両手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の自己発熱式酸素センサ。 - 【請求項５】 前記ホットスポットを高温度に保持する
手段が、前記ホットスポットが形成される特定位置の周
囲に多孔質の断熱材でコーティングを施すことからなる
ことを特徴とする請求項４記載の自己発熱式酸素セン
サ。 - 【請求項６】 前記多孔質の断熱材が、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ
3 ）並びにチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）のグルー
プの中から選ばれる少なくとも１つであることを特徴と
する請求項５記載の自己発熱式酸素センサ。 - 【請求項７】 前記酸化物が多孔質の線状体または薄膜
帯状体に形成されていることを特徴とする請求項１記載
の自己発熱式酸素センサ。 - 【請求項８】 前記多孔質状の線状体または薄膜帯状体
が、略１０ミクロン程度に粉砕された前記酸化物の粉体
と、昇華温度の低い物質からなる粉体との混合粉からな
る線状または薄膜帯状の成形体を燒結することによって
形成されていることを特徴とする請求項７記載の自己発
熱式酸素センサ。 - 【請求項９】 前記酸化物がＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy （た
だし、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１つま
たは混合物である）で示される物質であることを特徴と
する請求項１記載の自己発熱式酸素センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22976096A JPH1073549A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 自己発熱式酸素センサ |
| EP97115047A EP0826961A1 (en) | 1996-08-30 | 1997-08-29 | Self-heating oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22976096A JPH1073549A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 自己発熱式酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1073549A true JPH1073549A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16897252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22976096A Withdrawn JPH1073549A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 自己発熱式酸素センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0826961A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1073549A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784786A (zh) * | 2015-01-09 | 2016-07-20 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于检测气态分析物的方法和传感器设备及其制造方法 |
| JP2018013403A (ja) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Koa株式会社 | 酸素センサ |
| WO2019151358A1 (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Koa株式会社 | 酸素センサ素子 |
| WO2019182011A1 (ja) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Koa株式会社 | ガスセンサおよびその製造方法 |
| WO2022264918A1 (ja) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 酸素センサ素子およびその製造方法 |
| WO2024166606A1 (ja) * | 2023-02-06 | 2024-08-15 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 酸素センサ素子 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2464516A (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-21 | Alireza Salehi | Self heated carbon monoxide sensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4121988A (en) * | 1975-12-19 | 1978-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen sensor |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP22976096A patent/JPH1073549A/ja not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-08-29 EP EP97115047A patent/EP0826961A1/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784786A (zh) * | 2015-01-09 | 2016-07-20 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于检测气态分析物的方法和传感器设备及其制造方法 |
| JP2018013403A (ja) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Koa株式会社 | 酸素センサ |
| WO2019151358A1 (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Koa株式会社 | 酸素センサ素子 |
| JP2019174440A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-10-10 | Koa株式会社 | 酸素センサ素子 |
| CN111670360A (zh) * | 2018-01-31 | 2020-09-15 | 兴亚株式会社 | 氧传感器元件 |
| WO2019182011A1 (ja) | 2018-03-23 | 2019-09-26 | Koa株式会社 | ガスセンサおよびその製造方法 |
| WO2022264918A1 (ja) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 酸素センサ素子およびその製造方法 |
| DE112022001724T5 (de) | 2021-06-17 | 2024-01-11 | Koa Corporation | Sauerstoffsensorelement und verfahren zu seiner herstellung |
| WO2024166606A1 (ja) * | 2023-02-06 | 2024-08-15 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 酸素センサ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0826961A1 (en) | 1998-03-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |