JPH1073560A - Carbon dioxide gas sensor - Google Patents

Carbon dioxide gas sensor

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JPH1073560A
JPH1073560A JP9110181A JP11018197A JPH1073560A JP H1073560 A JPH1073560 A JP H1073560A JP 9110181 A JP9110181 A JP 9110181A JP 11018197 A JP11018197 A JP 11018197A JP H1073560 A JPH1073560 A JP H1073560A
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carbon dioxide
dioxide sensor
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solid electrolyte
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Masahiro Shibata
昌宏 柴田
Hideki Matsubara
英樹 松原
Masamichi Yamada
正通 山田
Masaaki Ueki
正聡 上木
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide gas sensor in which the output is settled in a short time, fluctuation of output is suppressed even after long term use and a solid electrolytic plate is prevented from being stripped from a metal carbonate layer. SOLUTION: The carbon dioxide gas sensor 1 incorporates a heating element 20 and comprises an alumina substrate 10 provided with a recess 14 in one major surface thereof, a reference electrode 30 formed on the bottom face of the recess a solid electrolytic element 40 mounted thereon, a grid-like detection electrode 50 formed on the surface thereof, and a metal carbonate layer 60 covering the detection electrode 50. The gap between the solid electrolytic element 40 and the circumferential wall of the recess is filled with a glass sealant 70.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気相中の炭酸ガス
(CO2ガス)の濃度を測定するための、固体電解質を
用いた炭酸ガスセンサ、特に濃淡電池型の炭酸ガスセン
サに関する。本発明の炭酸ガスセンサは、環境制御、医
療技術、施設園芸、醗酵工業等の広い技術分野におい
て、炭酸ガス濃度の測定及びその測定結果に基づく濃度
制御などに使用することができる。
The present invention relates to the for measuring the concentration of carbon dioxide in the gas phase (CO 2 gas), carbon dioxide gas sensor using a solid electrolyte, and in particular carbon dioxide sensor of the concentration cell type. The carbon dioxide sensor of the present invention can be used for measurement of carbon dioxide concentration and concentration control based on the measurement result in a wide range of technical fields such as environmental control, medical technology, facility horticulture, and fermentation industry.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ナトリウムイオン伝導性を有
する固体電解質素子を用いた濃淡電池型炭酸ガスセンサ
が知られている。その基本的構成は、イオン伝導体であ
る固体電解質素子の両側に基準電極と検知電極とが設け
られ、検知電極に炭酸ナトリウム等が被覆されている。
この従来の濃淡電池型炭酸ガスセンサを用いて炭酸ガス
濃度の測定をする際には、ヒータにより一定温度に加熱
され、検知電極と基準電極との間に生じる起電力を測定
する。
2. Description of the Related Art A concentration cell type carbon dioxide sensor using a solid electrolyte element having sodium ion conductivity has been known. The basic configuration is such that a reference electrode and a detection electrode are provided on both sides of a solid electrolyte element which is an ion conductor, and the detection electrode is coated with sodium carbonate or the like.
When measuring the concentration of carbon dioxide using this conventional concentration cell type carbon dioxide sensor, the heater is heated to a constant temperature and the electromotive force generated between the detection electrode and the reference electrode is measured.

【0003】この濃淡電池型炭酸ガスセンサでは、測定
精度や安定性等を維持するために基準電極側を外気もし
くは被測定ガスと接触しないように遮断する構造とする
必要がある。このように遮断構造を有するものとして、
例えば、特開昭60−256043号公報には、金属電
極が形成された固体電解質の表面の一部に金属塩層を焼
付け形成し、その表面の残余の部分を耐熱性無機被覆剤
で密閉被覆した構造のものが開示されている。また、特
開平5−80021号公報には、両面に基準電極と検知
電極とが形成されたナトリウムイオン伝導体が、裏面に
ヒータを設けたセラミック基板上に配され、その側面を
ガラス等からなるカバーで覆うことによって封止された
構造のものが開示されている。
In this concentration cell type carbon dioxide gas sensor, in order to maintain the measurement accuracy and stability, it is necessary to have a structure in which the reference electrode side is shut off so as not to come into contact with the outside air or the gas to be measured. As having such a blocking structure,
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-256043 discloses that a metal salt layer is formed by baking a part of the surface of a solid electrolyte on which a metal electrode is formed, and the remaining part of the surface is hermetically coated with a heat-resistant inorganic coating agent. The disclosed structure is disclosed. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-80021, a sodium ion conductor having a reference electrode and a detection electrode formed on both surfaces is disposed on a ceramic substrate provided with a heater on the back surface, and the side surface is made of glass or the like. A structure sealed by covering with a cover is disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような遮断構造では、被覆剤やカバー等の遮断部材が固
体電解質素子に外付けされた構造であるため、遮断部材
自体が外気と接触する面積が大きく、遮断部材にクラッ
クが入ったり、加熱下での長期間の使用により固体電解
質との界面に剥離が生じたりするおそれがある。また、
外気に接する面積が大きいことにより保温性に乏しく、
固体電解質の温度安定性が得られない。その結果、出力
の不安定化あるいは変動をきたす等の問題がある。
However, in the conventional shut-off structure, since the shut-off member such as a coating agent or a cover is externally attached to the solid electrolyte element, an area where the shut-off member itself comes into contact with the outside air. Therefore, there is a possibility that cracks may occur in the blocking member, or separation may occur at the interface with the solid electrolyte due to long-term use under heating. Also,
Poor heat retention due to large area in contact with outside air,
The temperature stability of the solid electrolyte cannot be obtained. As a result, there is a problem that the output becomes unstable or fluctuates.

【0005】また、検知電極上に設けられる金属炭酸塩
は一般的に非等方的な熱膨張係数を有しており、焼結性
も高くない。そのため、昇温と降温とを何度も繰り返す
と粒子間の結合が弱くなるとともに微小な亀裂等が発生
し、見掛け上は金属炭酸塩が膨張してしまう。その結
果、検知電極と金属炭酸塩との接触状態が変化し、セン
サの特性が不安定となり、長期間にわたって使用した場
合に金属炭酸塩が検知電極から剥離してしまいセンサと
しての機能を失うという問題もある。
[0005] The metal carbonate provided on the sensing electrode generally has an anisotropic coefficient of thermal expansion and does not have high sinterability. Therefore, if the temperature increase and the temperature decrease are repeated many times, the bonds between the particles become weak, and minute cracks and the like are generated, so that the metal carbonate apparently expands. As a result, the contact state between the sensing electrode and the metal carbonate changes, the characteristics of the sensor become unstable, and when used for a long time, the metal carbonate peels off from the sensing electrode and loses its function as a sensor. There are also problems.

【0006】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、固体電解質からなるイオン伝導体の基準電極側を外
気もしくは被検ガスより効果的に遮断するとともに保温
性を高め、出力のバラツキを低減させ、また加熱のため
の消費電力を低減させてなる濃淡電池型の炭酸ガスセン
サを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and effectively shuts off the reference electrode side of an ion conductor made of a solid electrolyte from outside air or a test gas, enhances heat retention, and reduces output variations. It is an object of the present invention to provide a concentration cell type carbon dioxide gas sensor in which power consumption for heating is reduced and power consumption for heating is reduced.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の炭酸ガスセン
サに係る発明は、発熱体を内蔵する基体に、基準電極
と、固体電解質からなるイオン伝導体層と、検知電極
と、金属炭酸塩層とがこの順に形成されてなり、前記イ
オン伝導体層が前記基体の一主表面に設けられた窪み部
に配置されていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a carbon dioxide gas sensor comprising a base including a heating element, a reference electrode, an ion conductor layer made of a solid electrolyte, a detection electrode, and a metal carbonate layer. Are formed in this order, and the ion conductor layer is disposed in a recess provided on one main surface of the base.

【0008】請求項2の炭酸ガスセンサに係る発明は、
発熱体を内蔵する基体に、基準電極と、固体電解質から
なるイオン伝導体層と、検知電極と、金属炭酸塩層とが
この順に形成されてなり、前記イオン伝導体層、検知電
極及び金属炭酸塩層が前記基体の一主表面に設けられた
窪み部に配置されていることを特徴とする。
[0008] The invention according to a second aspect of the present invention relates to a carbon dioxide gas sensor.
A reference electrode, an ion conductor layer made of a solid electrolyte, a detection electrode, and a metal carbonate layer are formed in this order on a base body containing a heating element, and the ion conductor layer, the detection electrode, and the metal carbonate layer are formed in this order. The salt layer is disposed in a depression provided on one main surface of the base.

【0009】請求項3の炭酸ガスセンサに係る発明は、
請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサであっ
て、前記イオン伝導体層と前記窪み部の周壁との間隙に
シール材が充填されていることを特徴とする。このとき
の前記イオン伝導体層と前記窪み部の周壁との間隔が
0.05〜1.0mmの範囲内であることが好ましい
(請求項4)。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a carbon dioxide gas sensor.
3. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein a gap between the ion conductor layer and a peripheral wall of the recess is filled with a sealing material. 4. At this time, it is preferable that a distance between the ion conductor layer and the peripheral wall of the depression is in a range of 0.05 to 1.0 mm (claim 4).

【0010】請求項5の炭酸ガスセンサに係る発明は、
請求項3に記載の炭酸ガスセンサであって、前記シール
材が非晶質ガラスまたは結晶化ガラスであることを特徴
とする。このとき、前記非晶質ガラスがCaO−BaO
−SiO2系ガラスであることが好ましい(請求項
6)。また、前記結晶化ガラスがSiO2−BaO−A
23系結晶化ガラスであることが好ましい(請求項
7)。また、前記シール材が前記固体電解質と同材質か
らなる粒子を80体積%以下含有してなることが好まし
い(請求項8)。また、前記シール材に含まれるアルカ
リ金属成分が酸化物換算で5重量%以下であることが好
ましい(請求項9)。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a carbon dioxide gas sensor.
The carbon dioxide sensor according to claim 3, wherein the sealing material is an amorphous glass or a crystallized glass. At this time, the amorphous glass is CaO—BaO
Is preferably -SiO 2 based glass (claim 6). Further, the crystallized glass is made of SiO 2 -BaO-A.
l is preferably 2 O 3 based crystallized glass (claim 7). Further, it is preferable that the sealing material contains 80% by volume or less of particles made of the same material as the solid electrolyte (claim 8). Further, it is preferable that an alkali metal component contained in the sealing material is not more than 5% by weight in terms of oxide (claim 9).

【0011】また、非晶質ガラスと結晶化ガラスの両者
を組み合わせて用いる場合においては、基準電極側が非
晶質ガラス、検知電極側が結晶化ガラスであることが好
ましく(請求項10)、これらの体積割合が、非晶質ガ
ラスが50〜98体積%、結晶化ガラスが50〜2体積
%であることが好ましい(請求項11)。さらには、前
記非晶質ガラスの軟化点が、前記結晶化ガラスの軟化点
より高いことが好ましい(請求項12)。
When both the amorphous glass and the crystallized glass are used in combination, it is preferable that the reference electrode is made of amorphous glass and the detection electrode is made of crystallized glass. The volume ratio of the amorphous glass is preferably 50 to 98% by volume, and the volume of the crystallized glass is preferably 50 to 2% by volume (claim 11). Furthermore, it is preferable that the softening point of the amorphous glass is higher than the softening point of the crystallized glass.

【0012】請求項13の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、前記固体電解質がLiイオン伝導性固体電解質
であることを特徴とする。このとき、特に好ましい固体
電解質としては、LiSmSiO4を主結晶相とするも
のである(請求項14)。さらに、前記固体電解質が主
結晶相である前記LiSmSiO4の他にAl23を含
有するもの(請求項15)、または、主結晶相である前
記LiSmSiO4の他にZrO2を含有するもの(請求
項16)が好ましい。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide sensor according to the first or second aspect, wherein the solid electrolyte is a Li ion conductive solid electrolyte. At this time, a particularly preferred solid electrolyte is one having LiSmSiO 4 as a main crystal phase (claim 14). Moreover, other ones containing Al 2 O 3 to (claim 15) of the LiSmSiO 4 wherein the solid electrolyte is a main crystalline phase, or those containing ZrO 2 is a major crystalline phase in addition to the LiSmSiO 4 (Claim 16) is preferred.

【0013】また、前記固体電解質がLiイオン伝導性
固体電解質である場合には、前記金属炭酸塩層が炭酸リ
チウム(Li2CO3)または炭酸リチウムとアルカリ土
類金属炭酸塩(例えば、CaCO3、BaCO3等)とを
主成分とすることが好ましい(請求項17)。さらに、
このときの前記基準電極について、少なくとも前記イオ
ン伝導体層と接する部分がAuからなることが好ましい
(請求項18)。
When the solid electrolyte is a Li ion conductive solid electrolyte, the metal carbonate layer is formed of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium carbonate and an alkaline earth metal carbonate (eg, CaCO 3). , BaCO 3, etc.) as a main component (claim 17). further,
At this time, it is preferable that at least a portion of the reference electrode in contact with the ion conductor layer is made of Au (claim 18).

【0014】請求項19の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、前記固体電解質がNaイオン伝導性固体電解質
であることを特徴とする。このとき、特に好ましい固体
電解質としては、NASICON(Na1+XZr2SiX
3ーX12、0≦X≦3)を主結晶相とするものである
(請求項20)。さらに、前記固体電解質が主結晶相で
ある前記NASICONの他にZrO2を含有するもの
が好ましい(請求項21)。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide sensor according to the first or second aspect, wherein the solid electrolyte is a Na ion conductive solid electrolyte. At this time, a particularly preferred solid electrolyte is NASICON (Na 1 + X Zr 2 Si X
P 3 −X O 12 , 0 ≦ X ≦ 3) is the main crystal phase. Further, it is preferable that the solid electrolyte contains ZrO 2 in addition to the NASICON which is a main crystal phase (Claim 21).

【0015】また、前記固体電解質がNaイオン伝導性
固体電解質である場合には、前記金属炭酸塩層が炭酸リ
チウム(Li2CO3)または炭酸リチウムとアルカリ土
類金属炭酸塩(例えば、CaCO3、BaCO3等)とを
主成分とすることが好ましい(請求項22)。さらに、
このときの前記基準電極について、少なくとも前記イオ
ン伝導体層と接する部分がPtからなることが好ましい
(請求項23)。
When the solid electrolyte is a Na ion conductive solid electrolyte, the metal carbonate layer is made of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium carbonate and an alkaline earth metal carbonate (eg, CaCO 3). , BaCO 3, etc.) as a main component (claim 22). further,
At this time, it is preferable that at least a portion of the reference electrode in contact with the ion conductor layer is made of Pt (claim 23).

【0016】請求項24の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、前記検知電極がAuからなることを特徴とす
る。また、請求項25の炭酸ガスセンサに係る発明は、
請求項1に記載の炭酸ガスセンサであって、前記イオン
伝導体層の検知電極側の面が前記基体の一主表面と同一
面上にあることを特徴とする。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide gas sensor according to the first or second aspect, wherein the detection electrode is made of Au. Further, the invention according to a carbon dioxide sensor of claim 25 is as follows:
2. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein a surface of the ion conductor layer on the side of the detection electrode is flush with one main surface of the base. 3.

【0017】請求項26の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、基体の前記一主表面に対して垂直な方向から見
た場合、前記発熱体の有効発熱部の占有面積を1とした
ときの前記イオン伝導体層の面積が0.05〜1.30
であることを特徴とする。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide gas sensor according to the first or second aspect, wherein the heating element is viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the base. When the area occupied by the effective heat generating portion is 1, the area of the ion conductor layer is 0.05 to 1.30.
It is characterized by being.

【0018】請求項27の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、発熱体、基準電極及び検知電極から基体の表面
または側面に導出される各配線端部と導電性の接続部材
を介して間接的に台座に取り付けられることを特徴とす
る。このとき、基体の前記一主表面に対して垂直な方向
から見た場合、前記発熱体の有効発熱部の占有面積を1
としたときの前記基体の面積が1.1〜3であることが
好ましい。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide gas sensor according to the first or second aspect, wherein each wiring led out to the surface or side surface of the base from the heating element, the reference electrode, and the detection electrode. It is characterized in that it is indirectly attached to the pedestal via an end and a conductive connecting member. At this time, when viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the base, the occupied area of the effective heat generating portion of the heat generating body is 1
It is preferable that the area of the substrate is 1.1 to 3.

【0019】請求項29の炭酸ガスセンサに係る発明
は、請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサで
あって、固体電解質の開気孔率が体積基準で15%以下
であることを特徴とする。また、請求項30の炭酸ガス
センサに係る発明は、請求項1または請求項2に記載の
炭酸ガスセンサであって、前記金属炭酸塩層内に金属網
状体が設けられていることを特徴とする。
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, there is provided the carbon dioxide gas sensor according to the first or second aspect, wherein the open porosity of the solid electrolyte is 15% or less on a volume basis. . The invention according to claim 30 is the carbon dioxide sensor according to claim 1 or 2, wherein a metal net is provided in the metal carbonate layer.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】上述のとおり、本発明の炭酸ガス
センサ(以下、単に「センサ」ともいう)は、発熱体を
内蔵する基体に、基準電極と、固体電解質からなるイオ
ン伝導体層と、検知電極と、金属炭酸塩層とがこの順に
形成されてなり、前記イオン伝導体層、またはこれに加
えて前記検知電極及び前記金属炭酸塩層が前記基体の一
主表面に設けられた窪み部に配置されていることを基本
的な構成とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, a carbon dioxide sensor (hereinafter, also simply referred to as a "sensor") according to the present invention comprises a base having a heating element built therein, a reference electrode, an ion conductor layer made of a solid electrolyte, A detection electrode and a metal carbonate layer are formed in this order, and the ion conductor layer, or a depression portion in which the detection electrode and the metal carbonate layer are provided on one main surface of the base in addition to the ion conductor layer; Is a basic configuration.

【0021】このセンサを測定ガス雰囲気中に置き、発
熱体に通電すると、基準電極及び検知電極において次の
反応が起こる。 検知電極側:M2CO3 ←→ 2M+ + (1/2)O2 + 2
- + O2 基準電極側:2M+ + (1/2)O2 + 2e- ←→ M2O なお、上記式中のMはアルカリ金属である。その結果、
検知電極と基準電極との間には、測定雰囲気中の炭酸ガ
ス分圧の対数値に応じて直線的に変化する起電力が発生
するため、この起電力を計測することにより雰囲気中の
炭酸ガス濃度を測定することができる。
When this sensor is placed in a measurement gas atmosphere and the heating element is energized, the following reactions occur at the reference electrode and the detection electrode. Detecting electrode side: M 2 CO 3 ← → 2M + + (1/2) O 2 + 2
e + O 2 reference electrode side: 2M + + (1/2) O 2 + 2e ← → M 2 O In the above formula, M is an alkali metal. as a result,
Since an electromotive force that changes linearly according to the logarithmic value of the carbon dioxide partial pressure in the measurement atmosphere is generated between the detection electrode and the reference electrode, the measurement of the electromotive force allows the measurement of the carbon dioxide gas in the atmosphere. The concentration can be measured.

【0022】上記の「基体」は、センサの外形を構成す
る支持体となるものであって、全体の機械的強度を支え
るものであるとともに、電気的絶縁性、耐熱性にも優れ
るものであることが望ましく、例えば比較的剛性が高く
絶縁性にも優れたアルミナ等のセラミックスからなるも
のが好適である。また基体は、平板状、棒状、円柱状、
円筒状など各種の形状とすることができるが、特にこれ
らに限定されるものではない。
The above-mentioned "substrate" serves as a support constituting the outer shape of the sensor, supports the overall mechanical strength, and has excellent electrical insulation and heat resistance. Desirably, for example, those made of ceramics such as alumina having relatively high rigidity and excellent insulation properties are preferable. The base is flat, rod-shaped, cylindrical,
Various shapes such as a cylindrical shape can be used, but the shape is not particularly limited to these.

【0023】さらに本発明においては、炭酸ガスの検知
部位となる基体の一主表面に窪み部が設けられている。
この窪み部は固体電解質からなるイオン伝導体層を一定
の間隔を有しながら収容し得る形状と大きさを有し、特
にその深さはイオン伝導体層の厚さとほぼ同じとなるよ
うに形成されている。この窪み部の中に基準電極及びイ
オン伝導体層を収容しシール材でシールすることによっ
て、基準電極とイオン伝導体層とが基体に埋設された形
となり、外気(被検ガス)との遮断性が確保されるとと
もに、保温性にも優れることとなる。また、このように
窪み部を設けた構造とすることにより、充填されるシー
ル材の量を低減することができるとともにその露出面積
も小さくできるため、シール部の割れ不良や劣化を抑え
る効果がある。また、充填すべき部分が窪み部であるた
め、充填時に流動性の高いシール材を用いることも可能
となる。
Further, in the present invention, a depression is provided on one main surface of the base, which serves as a carbon dioxide gas detection site.
This recess has a shape and size capable of accommodating the ion conductor layer composed of the solid electrolyte with a certain interval, and is formed so that its depth is substantially the same as the thickness of the ion conductor layer. Have been. The reference electrode and the ion conductor layer are accommodated in the recess and sealed with a sealing material, so that the reference electrode and the ion conductor layer are buried in the base body, thereby shutting off the outside air (test gas). In addition to ensuring the heat resistance, the heat retention is also excellent. In addition, with the structure having the recessed portion as described above, the amount of the sealing material to be filled can be reduced and the exposed area can be reduced, so that cracking failure and deterioration of the sealing portion can be suppressed. . Further, since the portion to be filled is the recessed portion, it is possible to use a sealing material having high fluidity at the time of filling.

【0024】上記の「発熱体」としては、イオン伝導体
層を構成する固体電解質全体を200〜800℃程度の
範囲の温度に加熱し均一に保持することができる面状ヒ
ータ等を好ましく使用することができる。例えば、アル
ミナなどのセラミックからなる基板の一表面もしくはそ
の内部であって、前記窪み部の形成位置に相当する部分
に白金などからなる発熱体素子を配設したものを用いる
ことができる。また、この発熱体としては、絶縁材料か
らなるシートの片面に、白金、ロジウム、白金−ロジウ
ム合金、ニッケル−クロム合金、タングステン、モリブ
デンなどを、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、ペ
ースト焼き付け法などによって長尺の帯状に形成し、そ
の上から絶縁材料を積層したものを使用することもでき
る。
As the above-mentioned "heating element", a planar heater or the like capable of heating the entire solid electrolyte constituting the ion conductor layer to a temperature in the range of about 200 to 800 ° C. and holding the same uniformly is preferably used. be able to. For example, a substrate in which a heating element made of platinum or the like is provided on one surface of or inside a substrate made of ceramic such as alumina and at a portion corresponding to the position where the recess is formed. In addition, as the heating element, platinum, rhodium, a platinum-rhodium alloy, a nickel-chromium alloy, tungsten, molybdenum, or the like is formed on one side of a sheet made of an insulating material by a sputtering method, an evaporation method, a plating method, a paste baking method, or the like. Formed in a long strip shape, and an insulating material can be laminated thereon.

【0025】上記の「基準電極」は、固体電解質からな
るイオン伝導体層の片面に導体ペースト、例えば市販の
金ペーストを印刷し、900℃前後の温度で10分間焼
成する等の方法により形成できる。また、この基準電極
は白金を用いて形成されていてもよく、印刷法の他に蒸
着法、スパッタ法などにより形成してもよく、塗布焼き
付け法により厚膜に形成してもよい。
The above-mentioned "reference electrode" can be formed by printing a conductor paste, for example, a commercially available gold paste on one surface of an ion conductor layer made of a solid electrolyte, and baking the paste at a temperature of about 900 ° C. for 10 minutes. . Further, this reference electrode may be formed using platinum, may be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like in addition to a printing method, or may be formed in a thick film by a coating and baking method.

【0026】上記の「イオン伝導体層」は、固体電解質
から構成される。この固体電解質は、アルカリ金属イオ
ン又はアルカリ土類金属イオンのいずれかを伝導種とす
るものであれば好ましいが、より好ましいのはリチウム
イオン又はナトリウムイオンを伝導種とするものであ
る。リチウムイオンを伝導種とする固体電解質として
は、例えば、LISICON(Lithium Super Ionic
Conductor)、LiAlSiO4、LiLnSiO4
(Ln;ランタニド元素、例えばSm、La、Ndな
ど)、Li3.6Si0.60.44及びLiTi2(PO4
3などを用いることができる。この中で特に好ましいの
は、LiLnSiO4 であってランタニド元素としてS
mを選択した場合の、すなわち、LiSmSiO4を主
結晶相とするものである。なお、前記のリチウムイオン
伝導性の固体電解質においては、主結晶相の他にAl2
3またはZrO2を含有していてもよい。これらを含有
することにより、固体電解質自体の機械的強度が向上す
るとともに、センサの特性として湿度の影響の少ないも
のが得られるからである。
The "ion conductor layer" is composed of a solid electrolyte. The solid electrolyte is preferably one having a conductive species of either an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion, and more preferably a lithium ion or a sodium ion. As a solid electrolyte using lithium ions as a conductive species, for example, LISICON (Lithium Super Ionic)
Conductor), LiAlSiO 4, LiLnSiO 4
(Ln; lanthanide element such as Sm, La, Nd, etc.), Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 and LiTi 2 (PO 4 )
3 or the like can be used. Of these, LiLnSiO 4 is particularly preferable, and S is used as a lanthanide element.
When m is selected, that is, LiSmSiO 4 is used as the main crystal phase. In the above-mentioned lithium ion conductive solid electrolyte, in addition to the main crystal phase, Al 2
O 3 or ZrO 2 may be contained. This is because by containing these, the mechanical strength of the solid electrolyte itself is improved, and a sensor which is less affected by humidity is obtained as a characteristic of the sensor.

【0027】一方、ナトリウムイオンを伝導種とする固
体電解質としては、例えば、NASICONとも称され
るNa1+XZr2SiX3ーX12(0≦X≦3)、ベータ
・アルミナ(Na2O・nAl23、5≦n≦11)等
が用いられるが、NaAlSi310、NaAlSi4
10等も使用することもできる。この中で特に好ましいの
はNASICON(特に前記一般式においてX=2のも
の)を主結晶相とするものである。なお、前記のナトリ
ウムイオン伝導性の固体電解質においては、主結晶相の
他にZrO2を含有していてもよい。これらを含有する
ことにより、湿度によるセンサ出力の変化、すなわち湿
度依存性を低減することができるからである。
On the other hand, examples of solid electrolytes using sodium ions as conductive species include, for example, Na 1 + X Zr 2 Si X P 3 -X O 12 (0 ≦ X ≦ 3), and beta alumina ( Na 2 O · nAl 2 O 3 , 5 ≦ n ≦ 11) or the like is used, but NaAlSi 3 O 10 , NaAlSi 4 O
10 mag can also be used. Among them, NASICON (particularly, X = 2 in the above general formula) is used as the main crystal phase. The sodium ion conductive solid electrolyte may contain ZrO 2 in addition to the main crystal phase. This is because, by containing these, changes in sensor output due to humidity, that is, humidity dependency can be reduced.

【0028】また、湿度依存性は、これらの固体電解質
からなるイオン伝導体層の開気孔の量によっても変化
し、開気孔の量を少なくするほど湿度依存性を低減する
ことができる。具体的には、開気孔率が体積基準で15
%以下とすることが好ましく、さらに好ましくは10%
以下、特に好ましくは2%以下である。さらに、開気孔
の全細孔体積が0.05cc/g以下、特に0.03c
c/g以下であることが好ましい。これらの気孔特性
は、例えば水銀圧入式の気孔分布測定装置(ポロシメー
ター)を用いて測定することができる。
The humidity dependency also changes depending on the amount of open pores in the ion conductor layer made of these solid electrolytes. The smaller the amount of open pores, the more the humidity dependency can be reduced. Specifically, the open porosity is 15 by volume.
%, Preferably 10% or less.
Or less, particularly preferably 2% or less. Further, the total pore volume of the open pores is 0.05 cc / g or less, especially 0.03 c / g.
It is preferably at most c / g. These pore characteristics can be measured using, for example, a mercury intrusion type pore distribution measuring device (porosimeter).

【0029】上記の「検知電極」は、上記固体電解質の
表面に導体ペーストを印刷したり、あるいは導体材料を
スパッタリング若しくは蒸着等の方法により形成される
が、開孔部を有するメッシュ状(網状)の膜として形成
されたものが好ましい。このようにすれば検知電極の各
開孔部において、金属炭酸塩層とイオン伝導体層とが密
着し得るため、金属炭酸塩層がイオン伝導体層である固
体電解質と確実に且つ強固に接合されたセンサを作製す
ることができる。
The "detection electrode" is formed by printing a conductive paste on the surface of the solid electrolyte or by sputtering or vapor-depositing a conductive material, and has a mesh shape (net shape) having openings. A film formed as a film is preferred. In this way, the metal carbonate layer and the ion conductor layer can be in close contact with each other at the opening of the detection electrode, so that the metal carbonate layer is securely and firmly joined to the solid electrolyte that is the ion conductor layer. The fabricated sensor can be manufactured.

【0030】上記の「金属炭酸塩層」は、炭酸リチウ
ム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等のアルカリ金属
又はアルカリ土類金属の炭酸塩を用いて形成することが
できる。具体的には、必要であればこれら炭酸塩を水、
アルコール等の溶媒及び有機結合剤等と適宜混合してペ
ースト状若しくは溶液とし、その後、イオン伝導体層の
検知電極が形成もしくは配置された面に塗布し、乾燥し
た後、所要温度にて焼成することにより形成することが
できる。
The above-mentioned "metal carbonate layer" can be formed using an alkali metal or alkaline earth metal carbonate such as lithium carbonate, sodium carbonate and calcium carbonate. Specifically, if necessary, these carbonates are replaced with water,
It is appropriately mixed with a solvent such as alcohol and an organic binder to form a paste or a solution, and then applied to the surface of the ion conductor layer on which the detection electrodes are formed or arranged, dried, and fired at a required temperature. Can be formed.

【0031】長期間の加熱冷却繰り返し使用による金属
炭酸塩層の剥離を防止するためには、金属網状体を検知
電極上に配して固定し、この金属網状体を埋入するよう
に金属炭酸塩層を形成することが好ましい。この金属網
状体の材質としては、Au、Pt等の貴金属からなるも
のが好ましい。金属網状体は必ずしも検知電極と接触し
ている必要はないが、固体電解質素子または基体の一部
に固着されていることが望ましい。また、金属網状体の
開口幅や線径等の形状については特に限定されず、市販
のものを適宜用いることができる。
In order to prevent peeling of the metal carbonate layer due to repeated use of heating and cooling for a long period of time, a metal mesh is arranged and fixed on the detection electrode, and the metal mesh is embedded so that the metal mesh is embedded. It is preferable to form a salt layer. The material of the metal net is preferably made of a noble metal such as Au or Pt. The metal mesh does not necessarily need to be in contact with the detection electrode, but is desirably fixed to a part of the solid electrolyte element or the base. The shape such as the opening width and the wire diameter of the metal mesh is not particularly limited, and a commercially available metal mesh can be used as appropriate.

【0032】上記の「シール材」としては非晶質ガラス
または結晶化ガラスを好ましく用いることができる。ま
た、非晶質ガラスとしては特にCaO−BaO−SiO
2系ガラスを、結晶化ガラスとしては特にSiO2−Ba
O−Al23系結晶化ガラスを好ましく用いることがで
きる。これらは上記の各酸化物成分を必須の構成成分と
するものであるが、軟化点や熱膨張特性等に大きな影響
を与えない範囲内でその他の成分を含んでいてもよい。
このとき、上記各ガラスが前記固体電解質と同材質から
なる粒子を80体積%以下(特に、固体電解質がLiイ
オン伝導性固体電解質である場合にあっては10〜80
体積%)含有していることはさらに好ましい。前記範囲
で含有していることにより、シール材と固体電解質との
熱膨張差が緩和されてシール部に割れや剥離等が発生す
るのを防止する効果があるからである。また、上記各ガ
ラス中に含まれるアルカリ金属成分(例えば、Naや
K)の含有量が酸化物換算で5重量%以下であることが
特に好ましい。5重量%を越えて含有する場合には、ガ
ラス中のアルカリ金属成分が固体電解質もしくは金属炭
酸塩と反応し、センサの耐久性に影響を与えるからであ
る。
As the above “sealing material”, amorphous glass or crystallized glass can be preferably used. Further, as the amorphous glass, in particular, CaO—BaO—SiO
As the crystallized glass, SiO 2 —Ba is used as the crystallized glass.
O-Al 2 O 3 based crystallized glass can be preferably used. These include the above-mentioned oxide components as essential components, but may contain other components within a range that does not significantly affect the softening point, the thermal expansion characteristics, and the like.
At this time, each glass contains 80 vol% or less of particles made of the same material as the solid electrolyte (particularly, 10 to 80% when the solid electrolyte is a Li ion conductive solid electrolyte).
% By volume) is more preferable. This is because, by containing in the above range, the difference in thermal expansion between the sealing material and the solid electrolyte is reduced, and there is an effect of preventing the sealing portion from being cracked or peeled off. It is particularly preferable that the content of the alkali metal component (for example, Na or K) contained in each of the glasses is 5% by weight or less in terms of oxide. If the content exceeds 5% by weight, the alkali metal component in the glass reacts with the solid electrolyte or the metal carbonate to affect the durability of the sensor.

【0033】シール材として上記のガラスを使用する場
合において、非晶質ガラスと結晶化ガラスとの両者を組
み合わせて使用することもできる。この場合、イオン伝
導体層と窪み部の周壁との間隙のうち、窪み部の深さ方
向に見て基準電極形成側の部分を非晶質ガラスでシール
し、検知電極形成側の部分を結晶化ガラスでシールする
ことが好ましいが、前記間隙のうち、少なくとも後述す
る検知電極から導出される検知電極用配線が形成される
部分については、結晶化ガラスでシールされることが好
ましい。検出電極及び検出電極用配線の形成の際の熱処
理によってシール材の軟化・流動による配線の断線等を
防ぐためである。また、その両ガラスの体積割合は、そ
の合計を100体積%としたとき、非晶質ガラスが50
〜98体積%、結晶化ガラスが50〜2体積%の範囲内
で好ましく用いることができる。非晶質ガラスが上記範
囲より少ない場合には、基準電極を外気もしくは被検ガ
スから遮断するための気密性が不十分となりやすく、一
方、上記範囲より多い場合には、検知電極を形成する際
の熱処理によってシール材が流動しやすくなるために検
知電極の電気的導通不良の原因となるからである。
When the above glass is used as a sealing material, both amorphous glass and crystallized glass can be used in combination. In this case, of the gap between the ion conductor layer and the peripheral wall of the depression, the portion on the reference electrode formation side as viewed in the depth direction of the depression is sealed with amorphous glass, and the portion on the detection electrode formation side is crystallized. It is preferable to seal with glass frit, but it is preferable that at least a portion of the gap where a wiring for a detection electrode derived from a detection electrode described later is formed is sealed with crystallized glass. This is to prevent disconnection of the wiring due to softening / flow of the sealing material due to heat treatment at the time of forming the detection electrode and the wiring for the detection electrode. The volume ratio of the two glasses is 50% when the total is 100% by volume.
9898% by volume and crystallized glass can be preferably used in the range of 50502% by volume. When the amount of the amorphous glass is less than the above range, the airtightness for blocking the reference electrode from the outside air or the test gas is likely to be insufficient. This is because the heat treatment causes the sealing material to flow easily, which causes electrical conduction failure of the detection electrode.

【0034】さらに、上記の場合においては、前記非晶
質ガラス及び結晶化ガラスの軟化点がセンサ使用時に発
熱体により加熱される温度(350〜500℃)よりも
高いこと、及び、非晶質ガラスの軟化点が結晶化ガラス
の軟化点よりも高いことが好ましい。それは、センサ使
用中におけるシール材の流動及び結晶化ガラスの焼成処
理中における非晶質ガラスの流動を防ぎ、十分な気密性
と電極の電気的導通を確保するためである。
Further, in the above case, the softening points of the amorphous glass and the crystallized glass are higher than the temperature (350 to 500 ° C.) heated by the heating element when the sensor is used. Preferably, the softening point of the glass is higher than the softening point of the crystallized glass. This is to prevent the flow of the sealing material during the use of the sensor and the flow of the amorphous glass during the firing treatment of the crystallized glass, and to secure sufficient airtightness and electrical conduction of the electrodes.

【0035】本発明の炭酸ガスセンサでは、前記イオン
伝導体層の検知電極側の面が、窪み部が設けられた基体
の一主表面と同一面上にあることが好ましく、さらには
イオン伝導体層の周囲に充填されたシール材の上面も上
記と同一面上にあることが好ましい。このようにするこ
とによって、検知電極の形成と検知電極用配線の形成と
を厚膜法で同時に行なえるため、生産性に優れ、製作が
容易になるという利点もある。
In the carbon dioxide gas sensor according to the present invention, the surface of the ion conductor layer on the side of the detection electrode is preferably on the same plane as one main surface of the substrate provided with the depressions. It is also preferable that the upper surface of the sealing material filled around is also on the same plane as above. With this configuration, the formation of the detection electrode and the formation of the wiring for the detection electrode can be simultaneously performed by the thick film method, so that there is an advantage that the productivity is excellent and the production becomes easy.

【0036】本発明の炭酸ガスセンサは、通常、リード
線との接続部において台座に固定されると共にさらに通
気孔を有する保護キャップがかぶせられた形で測定に用
いられる。測定時には一定の温度域に保持する必要があ
るが、基体と台座とが直接的に固定されていると基体か
ら台座及び保護キャップへと熱が伝わることによる損失
がある分、消費電力の面で不利である。また、基体自体
の体積が大きくなると同様に熱損失が大きくなるという
傾向がある。
The carbon dioxide sensor of the present invention is usually used for measurement in a form where it is fixed to a pedestal at a connection portion with a lead wire and further covered with a protective cap having a ventilation hole. During measurement, it is necessary to keep the temperature in a certain temperature range.However, if the base and the pedestal are directly fixed, there is a loss due to the transmission of heat from the base to the pedestal and the protective cap. Disadvantageous. In addition, the heat loss tends to increase as the volume of the base itself increases.

【0037】そこで、本発明では、前述の基本的な構成
をなす炭酸ガスセンサのうち、検知部位以外の部分の基
体寸法をできるだけ小さくするとともに、発熱体、基準
電極及び検知電極から基体の表面または側面に導出され
る各配線端部と台座とを導電性の接続部材を介して間接
的に取り付けるようにすることが好ましい。このように
すれば、センサは台座及び保護キャップからは接続部材
で宙づりに保持された形となり、センサから台座等への
熱の逃げはそのほとんどが熱輻射によるものとなるた
め、熱損失が少なくなり消費電力の低減に効果が大き
い。このとき、前記接続部材のうち少なくとも基体の前
記各配線端部との接続部が直径0.05〜1.0mmも
しくはこれに相当する断面積を有する形状の金属線、例
えば、白金線やステンレス線等が好ましく挙げられる。
また、基体の前記一主表面に対して垂直な方向から見た
場合、前記発熱体の有効発熱部の占有面積を1としたと
きの前記基体の面積が1.1〜3であることが好まし
い。1.1未満では発熱体が露出してしまうおそれがあ
り、3を超えると熱損失の低減の効果が大きく得られな
いからである。
Therefore, according to the present invention, in the carbon dioxide gas sensor having the above-described basic configuration, the dimensions of the substrate other than the detection site are reduced as much as possible, and the surface or side surface of the substrate is separated from the heating element, the reference electrode and the detection electrode. It is preferable to indirectly attach the respective wiring ends and the pedestal led out to the base via a conductive connecting member. In this case, the sensor is held in a suspended state from the pedestal and the protective cap by the connecting member, and the escape of heat from the sensor to the pedestal and the like is mostly due to heat radiation, so that heat loss is small. This is very effective in reducing power consumption. At this time, at least a connecting portion of the connecting member with each of the wiring ends of the base has a diameter of 0.05 to 1.0 mm or a metal wire having a cross-sectional area corresponding thereto, for example, a platinum wire or a stainless steel wire. And the like.
Further, when viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the base, it is preferable that the area of the base is 1.1 to 3 when the occupied area of the effective heat generating portion of the heat generating element is 1. . If it is less than 1.1, the heating element may be exposed, and if it exceeds 3, the effect of reducing the heat loss cannot be largely obtained.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。なお、本発明の炭酸ガスセンサは、必ずし
もここに記載の構造及び製造方法により得られるものに
限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The carbon dioxide sensor of the present invention is not necessarily limited to the one obtained by the structure and the manufacturing method described herein.

【0039】−実施例1− 図1は実施例1の炭酸ガスセンサの正面図であり、図2
は図1のAA’線における断面を模式的に示した断面図
である。また、図3は図1のBB’線における断面を模
式的に示した断面図であるが、端子ピン側は省略してあ
る。本実施例の炭酸ガスセンサ1は、内部に発熱体20
が内蔵されるとともに、一主表面15に窪み部14が設
けられたアルミナ基板からなる基体10、前記窪み部1
4の底面に形成された基準電極30、その上に載置され
た固体電解質素子40、その表面に形成された格子状の
検知電極50、検知電極50を覆うようにして設けられ
た金属炭酸塩層60を基本的な構成とする。更に、基準
電極30と被検ガスとの接触を防止するため、固体電解
質素子40の周囲に充填されたシール材70、それぞれ
基準電極30及び検知電極50に接続され出力電圧を取
り出すための出力用端子ピン81,82及び前記発熱体
20に通電するための発熱体用端子ピン83,84をそ
れぞれ備える。
Example 1 FIG. 1 is a front view of a carbon dioxide sensor according to Example 1, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line AA ′ of FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line BB ′ of FIG. 1, but the terminal pin side is omitted. The carbon dioxide sensor 1 of this embodiment has a heating element 20 inside.
And a base 10 made of an alumina substrate having a depression 14 on one main surface 15, and the depression 1
4, a reference electrode 30 formed on the bottom surface, a solid electrolyte element 40 mounted thereon, a grid-like detection electrode 50 formed on the surface thereof, and a metal carbonate provided so as to cover the detection electrode 50. The layer 60 has a basic configuration. Furthermore, in order to prevent contact between the reference electrode 30 and the test gas, a sealing material 70 filled around the solid electrolyte element 40 is connected to the reference electrode 30 and the detection electrode 50, respectively. Terminal pins 81 and 82 and terminal pins 83 and 84 for the heating element for supplying electricity to the heating element 20 are provided, respectively.

【0040】上記の炭酸ガスセンサを以下のようにして
作製した。まず始めに、グリーンシート積層法によって
内部に発熱体を内蔵したアルミナセラミックよりなる基
体10を作製する。図1に示すように、基体10は三層
構造をなし、第一層11と第二層12との間にPtより
なる発熱体20が形成されている。さらに第三層13は
その一部が打ち抜き等により除去されており、第二層の
上に積層されることによって第三層の厚さ分の深さ(本
実施例では、0.25mm)を有する窪み部14が形成
されている。また、第二層と第三層との間には、基準電
極30と出力用端子ピン81とを電気的につなぐPtよ
りなる基準電極用配線31が形成されている。
The above carbon dioxide sensor was manufactured as follows. First, a substrate 10 made of alumina ceramic having a heating element built therein is manufactured by a green sheet laminating method. As shown in FIG. 1, the base 10 has a three-layer structure, and a heating element 20 made of Pt is formed between the first layer 11 and the second layer 12. Further, a part of the third layer 13 is removed by punching or the like, and the third layer 13 is laminated on the second layer to have a depth corresponding to the thickness of the third layer (0.25 mm in this embodiment). The recess 14 is formed. Further, between the second layer and the third layer, a reference electrode wiring 31 made of Pt for electrically connecting the reference electrode 30 and the output terminal pin 81 is formed.

【0041】次に、固体電解質素子40として、900
℃で合成したLiSmSiO4粉末にAl23粉末を5
0重量%となるように添加し、混合、成形した後、11
50℃で焼成してなる、2.5×2.5×厚さ0.25m
mの平板状の焼結体を用意した。そして、平板状の固体
電解質素子40の一方の面に基準電極となるAuペース
トを塗布し、窪み部14に導出されている基準電極用配
線31の端部と前記Auペーストの塗布部とが重なるよ
うに合わせて載せた状態でこれを1030℃で熱処理
し、基準電極30を介して固体電解質素子40と基体1
0とを接着した。
Next, as the solid electrolyte element 40, 900
° C. 5 The Al 2 O 3 powder synthesized LiSmSiO 4 powder
0% by weight, mixed and molded.
2.5 × 2.5 × 0.25m thick, fired at 50 ° C
m of a plate-shaped sintered body was prepared. Then, an Au paste serving as a reference electrode is applied to one surface of the plate-shaped solid electrolyte element 40, and an end of the reference electrode wiring 31 led to the recess 14 overlaps with the Au paste application portion. This is heat-treated at 1030 ° C. with the solid electrolyte element 40 and the substrate 1 interposed via the reference electrode 30.
0 was adhered.

【0042】次に、固体電解質素子40と窪み部14の
周壁との間に生ずる間隙に、シール材70として、Ca
O:14重量%、BaO:25重量%、SiO2:45
重量%、B23:7重量%、Al23:6重量%、Zn
O:2重量%を有する非晶質ガラス(熱膨張係数:66
×10-7/℃)の粉末にLiSmSiO4粉末を50体
積%加えた混合体を窪み部の深さの80%まで充填し、
1000℃で熱処理してガラスを融着させた。さらにそ
の上にSiO2:42重量%、BaO:16重量%、A
23:15重量%、ZnO:10重量%、CaO:9
重量%、MgO:3重量%、ZrO2:3重量%、Na2
O:2重量%を有する結晶化ガラス用粉末を充填し93
0℃で熱処理し結晶化させた。なお、この時の結晶化ガ
ラスの充填は、熱処理後においてその露出上面が基体1
0の一主表面と同一面となるかあるいはやや凸状になる
ようにその量を加減した。このシール工程により、基準
電極30を外部から遮断するとともに固体電解質素子4
0を基体10に強固に固定した。
Next, in the gap formed between the solid electrolyte element 40 and the peripheral wall of the concave portion 14, Ca
O: 14% by weight, BaO: 25% by weight, SiO 2 : 45
% By weight, B 2 O 3 : 7% by weight, Al 2 O 3 : 6% by weight, Zn
O: amorphous glass having 2% by weight (coefficient of thermal expansion: 66)
(× 10 −7 / ° C.) and a mixture obtained by adding 50% by volume of LiSmSiO 4 powder to the powder is filled up to 80% of the depth of the depression.
Heat treatment was performed at 1000 ° C. to fuse the glass. Further, SiO 2 : 42% by weight, BaO: 16% by weight, A
l 2 O 3 : 15% by weight, ZnO: 10% by weight, CaO: 9
Wt%, MgO: 3 wt%, ZrO 2: 3 by weight%, Na 2
O: filled with powder for crystallized glass having 2% by weight and 93
Heat treatment was performed at 0 ° C. to crystallize. At this time, the crystallized glass is filled with the exposed upper surface after the heat treatment.
The amount was adjusted so as to be flush with one main surface or slightly convex. By this sealing step, the reference electrode 30 is cut off from the outside and the solid electrolyte element 4
0 was firmly fixed to the substrate 10.

【0043】次に、固体電解質素子40の上に検知電極
形成用のAuペーストを塗布し厚膜法で検知電極50を
形成する。この検知電極は、適度な開孔パターンを用い
てスクリーン印刷法で行なうことによりメッシュ状とし
た。固体電解質の検知電極側の面が基体の一主表面また
はシール材の露出表面と同一面上にある場合にはそのま
ま行なえばよいが、シール材の部分に段差あるいは凹凸
が生じている場合には研削等を行なって平滑化した後に
前記Auペーストを塗布してもよい。このとき同ペース
トを用いて検知電極用配線51も印刷した後、所定の温
度で焼き付けした。そして、検知電極用配線51は、基
体の第三層に設けられ、内部に導体が充填されたビア5
2(直径0.625mm)を介して第二層上の配線(図
示せず)に導かれ、出力用端子ピン82と接続される。
Next, an Au paste for forming a detection electrode is applied on the solid electrolyte element 40, and a detection electrode 50 is formed by a thick film method. This detection electrode was formed into a mesh by performing screen printing using an appropriate opening pattern. If the surface of the solid electrolyte on the sensing electrode side is on the same plane as one main surface of the base or the exposed surface of the sealing material, it may be performed as it is, but if there is a step or unevenness in the sealing material part, The Au paste may be applied after smoothing by grinding or the like. At this time, the detection electrode wiring 51 was also printed using the same paste, and then baked at a predetermined temperature. The sensing electrode wiring 51 is provided in the third layer of the base, and the via 5 is filled with a conductor.
2 (0.625 mm in diameter), is led to a wiring (not shown) on the second layer, and is connected to an output terminal pin 82.

【0044】次に、炭酸リチウム粉末をペースト状と
し、前記固体電解質素子40及び検知電極50を覆うよ
うに厚さ約0.3mmに塗布し、550℃で熱処理する
ことにより金属炭酸塩層60を形成し、炭酸ガスセンサ
の素子とした。最後に、図4に示すように、得られたセ
ンサ素子を台座90に固着し、出力用端子ピン81,8
2及び発熱体用端子ピン83,84にそれぞれリード線
91,92,93,94を取付け、さらに通気孔95を
有する保護キャップ96を被せて固定するとともに、各
端子ピン及びリード線との接続部を無機系接着剤97で
シールした。
Next, the lithium carbonate powder was made into a paste, applied to a thickness of about 0.3 mm so as to cover the solid electrolyte element 40 and the sensing electrode 50, and heat-treated at 550 ° C. to form the metal carbonate layer 60. It was formed to be an element of a carbon dioxide sensor. Finally, as shown in FIG. 4, the obtained sensor element is fixed to the pedestal 90, and the output terminal pins 81, 8
2 and the heating element terminal pins 83 and 84, lead wires 91, 92, 93 and 94, respectively, and a protective cap 96 having an air hole 95. Was sealed with an inorganic adhesive 97.

【0045】−実施例2− 図5は実施例2の炭酸ガスセンサの構造を模式的に示し
た断面図(端子ピン側は省略してある)である。本実施
例の炭酸ガスセンサ2は、実施例1の炭酸ガスセンサに
おいて、基体10を四層構造とするとともに第三層と第
四層とで窪み部14が形成されており、この窪み部14
において固体電解質素子40及び金属炭酸塩層60の両
者を包囲するようにしたものである。なお、本実施例で
は、検知電極50と検知電極用配線51とは、Auワイ
ヤー54により接続されている。その他の点においては
実施例1と同様にして炭酸ガスセンサ2を得た。
Example 2 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a carbon dioxide sensor according to Example 2 (the terminal pin side is omitted). The carbon dioxide sensor 2 according to the present embodiment is different from the carbon dioxide sensor according to the first embodiment in that the base 10 has a four-layer structure and a recess 14 is formed between the third layer and the fourth layer.
In this embodiment, both the solid electrolyte element 40 and the metal carbonate layer 60 are surrounded. In this embodiment, the detection electrode 50 and the detection electrode wiring 51 are connected by an Au wire 54. In other respects, a carbon dioxide sensor 2 was obtained in the same manner as in Example 1.

【0046】−起電力値の評価− 上記のようにして得られた実施例1及び実施例2の炭酸
ガスセンサをそれぞれ4本用意し、所定の炭酸ガス濃度
に調整された雰囲気のチャンバー中に設置し、各リード
線を電圧計及び加熱用電源に接続した。そして発熱体に
通電して基体の表面温度を450℃とし、各種炭酸ガス
濃度における炭酸ガスセンサの起電力の変化を測定し
た。それぞれの炭酸ガス濃度における起電力値を、炭酸
ガス濃度の対数に対してプロットした結果を図7及び図
8に示す。
-Evaluation of electromotive force value- Four carbon dioxide gas sensors of Examples 1 and 2 obtained as described above were prepared and placed in a chamber in an atmosphere adjusted to a predetermined carbon dioxide gas concentration. Then, each lead wire was connected to a voltmeter and a heating power supply. Then, the heating element was energized to set the surface temperature of the base to 450 ° C., and changes in the electromotive force of the carbon dioxide sensor at various carbon dioxide concentrations were measured. FIGS. 7 and 8 show the results of plotting the electromotive force value at each carbon dioxide concentration against the logarithm of the carbon dioxide concentration.

【0047】また、従来タイプに相当する比較例とし
て、窪み部のない平面型の基体10を用い、検知電極5
0と検知電極用配線(図示省略)とをAuワイヤー54
で接続するとともに固体電解質素子40及び金属炭酸塩
層60の周囲を無機系接着剤75でシールした以外は前
記実施例1と同様にして炭酸ガスセンサ3を作製し、上
記各実施例と同様にして起電力の変化を測定した。この
比較例の炭酸ガスセンサの断面図を図6(端子ピン側は
省略してある)に、炭酸ガス濃度に対する起電力の変化
を図9にそれぞれ示す。
As a comparative example corresponding to the conventional type, a flat substrate 10 having no depression was used, and the detection electrode 5 was used.
0 and the wiring for the detection electrode (not shown) are connected to the Au wire 54.
And a carbon dioxide gas sensor 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the solid electrolyte element 40 and the periphery of the metal carbonate layer 60 were sealed with an inorganic adhesive 75. The change in the electromotive force was measured. A sectional view of the carbon dioxide sensor of this comparative example is shown in FIG. 6 (terminal pin side is omitted), and a change in electromotive force with respect to the carbon dioxide concentration is shown in FIG.

【0048】図7〜図9によれば、炭酸ガス濃度が50
〜5000ppmの範囲においては、いずれの炭酸ガス
センサも、起電力と炭酸ガス濃度との間にはネルンスト
の式に従った良好な直線関係があることが確認された。
しかし、実施例1(図7)及び実施例2(図8)の炭酸
ガスセンサにおいては、各センサ間の起電力のバラツキ
が比較例(図9)に比べて大きく低減されており、基体
に窪み部を設けてその内部にイオン伝導体層を形成する
ことで出力のバラツキが少なくなることが確認された。
According to FIG. 7 to FIG.
In the range of -5000 ppm, it was confirmed that there was a good linear relationship between the electromotive force and the carbon dioxide concentration in any of the carbon dioxide sensors according to the Nernst equation.
However, in the carbon dioxide gas sensors of Example 1 (FIG. 7) and Example 2 (FIG. 8), the variation of the electromotive force between the sensors was greatly reduced as compared with the comparative example (FIG. 9), and the depressions in the base body. It has been confirmed that by providing a portion and forming an ion conductor layer therein, variation in output is reduced.

【0049】−実施例3− 実施例1の構造を有する炭酸ガスセンサにおいて、基体
の窪み部14の大きさを変えることにより、固体電解質
素子40との間隙を0.01〜2.0mmの間で変化させ
たセンサを作製し、シール部の不良の発生率を調査し
た。また、シール部に不良の認められなかったセンサの
出力特性を測定し、炭酸ガス濃度に対する起電力変化の
直線勾配(いわゆる感度に相当)を調べた。これらの結
果を表1に示す。
Embodiment 3 In the carbon dioxide gas sensor having the structure of Embodiment 1, the gap between the solid electrolyte element 40 and the solid electrolyte element 40 is changed between 0.01 and 2.0 mm by changing the size of the concave portion 14 of the base. The changed sensor was manufactured, and the occurrence rate of the defect of the seal portion was investigated. In addition, the output characteristics of the sensor in which no defect was found in the seal portion were measured, and the linear gradient (corresponding to so-called sensitivity) of the change in the electromotive force with respect to the carbon dioxide concentration was examined. Table 1 shows the results.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】表1の結果より、固体電解質素子と窪み部
の周壁との間隙が小さいと、充填が不十分となるために
シール材不足による割れが発生するようになり、一方、
間隙が大きくなると、直線勾配が減少することが確かめ
られた。これは、間隙が大きいとシール材も多量に必要
になり、固体電解質素子の温度が安定に保持されないた
めであると考えられる。
From the results shown in Table 1, when the gap between the solid electrolyte element and the peripheral wall of the depression is small, the filling is insufficient and cracks are generated due to insufficient sealing material.
It was confirmed that as the gap increased, the linear gradient decreased. This is considered to be because if the gap is large, a large amount of sealing material is required, and the temperature of the solid electrolyte element is not stably maintained.

【0052】−実施例4− 実施例1の構造を有する炭酸ガスセンサにおいて、シー
ル材70として用いたCaO−BaO−SiO2系非晶
質ガラス粉末に混合するLiSmSiO4粉末の添加量
を0〜100体積%の範囲内で変えた場合のシール部の
不良の発生率を調査した。その結果を表2に示す。
Example 4 In the carbon dioxide gas sensor having the structure of Example 1, the amount of LiSmSiO 4 powder added to the CaO—BaO—SiO 2 -based amorphous glass powder used as the sealing material 70 was set to 0 to 100. The rate of occurrence of defects in the seal portion when changed within the range of volume% was investigated. Table 2 shows the results.

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】表2の結果より、LiSmSiO4粉末の
添加量が10〜80体積%の範囲内である場合には、不
良の発生率が低く、30〜70体積%、さらには40〜
50体積%であると特に良好であることがわかった。
From the results shown in Table 2, when the addition amount of the LiSmSiO 4 powder is in the range of 10 to 80% by volume, the occurrence rate of defects is low, 30 to 70% by volume, and more preferably 40 to 70% by volume.
It turned out that it is particularly good if it is 50% by volume.

【0055】−実施例5− 実施例1の構造を有する炭酸ガスセンサにおいて、シー
ル材70として用いた結晶化ガラスと非晶質ガラスとの
体積比を変えた場合の、検知電極50と検知電極用配線
に接続された端子ピン82との間の導通不良の発生率、
及びシール部の不良の発生率について調査した。その結
果を表3に示す。
Example 5 In the carbon dioxide sensor having the structure of Example 1, when the volume ratio between the crystallized glass and the amorphous glass used as the sealing material 70 is changed, the sensing electrode 50 and the sensing electrode are used. The rate of occurrence of continuity failure with the terminal pins 82 connected to the wiring,
And the incidence of defective seals was investigated. Table 3 shows the results.

【0056】[0056]

【表3】 [Table 3]

【0057】表3の結果より、結晶化ガラスが2体積%
より少ない場合にはシール部の流動によるものと思われ
る電極の導電不良の発生率が高くなり、一方、50体積
%より多くなるとシール部に割れが多く発生することが
確かめられた。
From the results shown in Table 3, the crystallized glass content was 2% by volume.
It has been confirmed that when the amount is less than the above, the rate of occurrence of poor conductivity of the electrode, which is considered to be caused by the flow of the seal portion, increases.

【0058】−実施例6− 実施例1の構造を有する炭酸ガスセンサにおいて、発熱
体の面積と固体電解質素子の面積との比を変えて、発熱
体に通電を開始してから測定が可能となるまでの時間を
調査した。基体10に内蔵される発熱体20の形成パタ
ーンを変えることにより、窪み部が設けられている基体
の一主表面に対して垂直な方向から見た場合の、発熱体
パターンの有効発熱部の占有面積を1としたときの固体
電解質素子40の面積(以下、素子面積比という)を
0.05〜200の範囲で変化させた。その結果を表4
に示す。
Example 6 In the carbon dioxide sensor having the structure of Example 1, the ratio between the area of the heating element and the area of the solid electrolyte element is changed so that measurement can be performed after the heating element is energized. The time until was investigated. By changing the formation pattern of the heating element 20 built in the base 10, the occupation of the effective heating section of the heating element pattern when viewed from a direction perpendicular to one main surface of the base where the recess is provided. The area of the solid electrolyte element 40 when the area was set to 1 (hereinafter referred to as element area ratio) was changed in the range of 0.05 to 200. Table 4 shows the results.
Shown in

【0059】[0059]

【表4】 [Table 4]

【0060】表4の結果より、素子面積比が130より
大きくなると、測定できるようになるまでの時間がかか
りすぎることがわかった。素子面積比は小さいほど立ち
上げ時間が短くできるので好ましいが、固体電解質素子
の面積比があまり小さくなりすぎると発熱体からの熱の
逃げが大きくなり、発熱体の消費電力が大きくなってし
まうので、素子面積比は30〜80程度が好ましい。
From the results in Table 4, it was found that when the element area ratio was larger than 130, it took too much time until the measurement became possible. It is preferable that the element area ratio is small, since the rise time can be shortened. However, if the area ratio of the solid electrolyte element is too small, the escape of heat from the heating element increases, and the power consumption of the heating element increases. The element area ratio is preferably about 30 to 80.

【0061】−実施例7− 実施例7は、実施例1の炭酸ガスセンサの変形例であ
る。実施例7の炭酸ガスセンサは、基体10、基準電極
30、固体電解質素子40、検知電極50、金属炭酸塩
層60及びシール材70等からなる基本的な構成は実施
例1と同じであるが、基体の全長並びに出力用端子ピン
及び発熱体用端子ピンの形態が実施例1と異なり、台座
90への取り付け法が異なるものである。実施例7の炭
酸ガスセンサが台座90に付けられた状態の正面図を図
10に示す。炭酸ガスセンサの基体10は長さ5mm×
幅4mmであり、実施例1の炭酸ガスセンサの検知部位
の大きさは変えずに各端子ピン側の中間部分を約10m
m短くした形状のもので構成されている。また、台座9
0には断面が0.5mm×0.2mmの角棒状のステン
レス(SUS304)製の出力用ピン85,86(長さ
15mm)とヒータ用ピン87,88(長さ22mm)
が上下に平行に貫通して設けられており、その一端は実
施例1の炭酸ガスセンサの出力用端子ピン及び発熱体用
端子ピンと同様に突出し、そこでリード線91,92,
93,94に接続される。
Seventh Embodiment A seventh embodiment is a modification of the carbon dioxide sensor of the first embodiment. The basic configuration of the carbon dioxide gas sensor according to the seventh embodiment including the base 10, the reference electrode 30, the solid electrolyte element 40, the detection electrode 50, the metal carbonate layer 60, the sealing material 70, and the like is the same as that of the first embodiment. The total length of the base body and the form of the output terminal pin and the heating element terminal pin are different from those of the first embodiment, and the method of attaching to the pedestal 90 is different. FIG. 10 is a front view showing a state in which the carbon dioxide sensor according to the seventh embodiment is attached to the pedestal 90. The base 10 of the carbon dioxide sensor is 5 mm long.
The width was 4 mm, and the middle part of each terminal pin side was about 10 m without changing the size of the detection site of the carbon dioxide sensor of Example 1.
m. In addition, pedestal 9
Reference numeral 0 denotes output pins 85 and 86 (length 15 mm) and heater pins 87 and 88 (length 22 mm) made of stainless steel (SUS304) having a cross section of 0.5 mm × 0.2 mm and made of stainless steel (SUS304).
Are provided so as to penetrate vertically in parallel with each other, and one end thereof protrudes in the same manner as the output terminal pin and the heating element terminal pin of the carbon dioxide gas sensor of Example 1, where the lead wires 91, 92, and
93 and 94 are connected.

【0062】前記ヒータ用ピン87,88の先端部87
a,88aには直径0.1mm、長さ3mmのPt線8
9a,89bの一端が抵抗溶接により接合され、各Pt
線の他端側に炭酸ガスセンサの基体の一側面がAuペー
ストの焼き付けにより接合されている。また、ヒータ用
ピン87,88の所定の場所87b,88bにも同様の
Pt線89c,89dが抵抗溶接により接合されてお
り、そのPt線の他端側は、基体内部から基体側面に導
出された発熱体用配線の端部とAuペーストの焼き付け
により接合されている。さらに、出力用ピン85,86
の端部85a,86aにも直径0.1mm、長さ3mm
のPt線89e,89fの一端が抵抗溶接により接合さ
れており、その他端側が検知電極用配線及び基準電極用
配線の各端部とAuペーストの焼き付けにより接合され
ている。なお、基準電極用配線は基体の側面より表面側
に導出され、検知電極用配線の端部と同一面上に配置さ
れている。以上のようにして本実施例の炭酸ガスセンサ
は計6本のPt線のみを介して空中に浮いた形で台座に
保持されている。
The tip 87 of the heater pins 87, 88
a, 88a are Pt wires 8 having a diameter of 0.1 mm and a length of 3 mm.
One end of each of 9a and 89b is joined by resistance welding, and each Pt
One side of the base of the carbon dioxide sensor is joined to the other end of the wire by baking Au paste. Similar Pt wires 89c and 89d are also joined to predetermined locations 87b and 88b of the heater pins 87 and 88 by resistance welding, and the other end of the Pt wires is led out of the inside of the base to the side of the base. The end of the heating element wiring is joined by baking Au paste. Further, output pins 85 and 86
0.1mm in diameter and 3mm in length at the ends 85a and 86a
One end of each of the Pt wires 89e and 89f is joined by resistance welding, and the other end is joined to each end of the detection electrode wiring and the reference electrode wiring by baking Au paste. Note that the reference electrode wiring is led out to the surface side from the side surface of the base, and is arranged on the same plane as the end of the detection electrode wiring. As described above, the carbon dioxide sensor of this embodiment is held on the pedestal so as to float in the air via only six Pt lines.

【0063】上記のようにして台座に取り付けた炭酸ガ
スセンサにさらに実施例1と同様の保護キャップをかぶ
せて固定し、発熱体への通電による加熱試験を行なっ
た。検知部位の設定温度を450℃とした場合の消費電
力を前述の実施例1のものと比較したところ、実施例1
の炭酸ガスセンサが2.3〜2.4Wであったのに対
し、本実施例では1.3〜1.4Wと大幅に低減させる
ことができた。
The carbon dioxide sensor attached to the pedestal as described above was further covered with the same protective cap as in Example 1, and a heating test was conducted by energizing the heating element. The power consumption when the set temperature of the detection part was set to 450 ° C. was compared with that of the above-described first embodiment.
Was 2.3 to 2.4 W, whereas in the present embodiment, it was significantly reduced to 1.3 to 1.4 W.

【0064】−実施例8− 発熱体を実施例1と同じ大きさ・形状にしたまま基体の
長さのみを変えることによって、基体の一主表面に対し
て垂直な方向から見た場合の発熱体の有効発熱部の占有
面積に対する基体の面積の比率を変えた以外は実施例7
と同様にして炭酸ガスセンサを作製した。これらのセン
サを一定温度に加熱した場合の消費電力について調べた
結果を図11に示す。なお、同図では、実施例1の炭酸
ガスセンサの基体の長さを100とした場合の各センサ
の基体の長さを横軸にとってそのときの消費電力をプロ
ットしてある。この結果から明らかなように、基体の長
さが短くなると、すなわち、発熱体の有効発熱部の占有
面積に対する基体の面積が小さい程、消費電力が少なく
なることがわかる。
Example 8 Heat generation when viewed from a direction perpendicular to one main surface of the substrate by changing only the length of the substrate while keeping the heating element in the same size and shape as in Example 1. Example 7 except that the ratio of the area of the base to the area occupied by the effective heat generating portion of the body was changed.
In the same manner as in the above, a carbon dioxide sensor was produced. FIG. 11 shows the result of examining the power consumption when these sensors are heated to a constant temperature. In the figure, the power consumption at that time is plotted with the length of the base of each sensor assuming that the length of the base of the carbon dioxide gas sensor of Example 1 is 100 on the horizontal axis. As is apparent from this result, the power consumption decreases as the length of the base becomes shorter, that is, as the area of the base with respect to the area occupied by the effective heat generating portion of the heat generator is smaller.

【0065】−実施例9− 実施例1における固体電解質素子40として、アルミナ
るつぼ中で900℃で熱処理して得たLiSmSiO4
合成物をアルミナ質ボールミル及びアルミナ質球石を用
いて粉砕し、この粉砕物を金型プレス成形した後、冷間
静水圧プレス(CIP)成形し、1050〜1200℃
の範囲の4種類の温度で焼成して平板状の焼結体を用意
した。なお、前記粉砕物を蛍光X線分析により組成分析
したところ20重量%のAl23が含まれていることが
確認された。これらの焼結体を固体電解質素子40とし
て用いた以外は実施例1と同様にして炭酸ガスセンサを
作製した。
Example 9 As the solid electrolyte element 40 in Example 1, LiSmSiO 4 obtained by heat treatment at 900 ° C. in an alumina crucible was used.
The composite is pulverized using an alumina ball mill and an alumina spheroid. The pulverized product is subjected to die press molding, and then subjected to cold isostatic press (CIP) molding, at 1050 to 1200 ° C.
And a plate-shaped sintered body was prepared. When the composition of the pulverized product was analyzed by fluorescent X-ray analysis, it was confirmed that the pulverized product contained 20% by weight of Al 2 O 3 . A carbon dioxide sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that these sintered bodies were used as the solid electrolyte element 40.

【0066】−実施例10− 実施例1における固体電解質素子40として、アルミナ
るつぼ中で900℃で熱処理して得たLiSmSiO4
合成物をメノウ乳鉢で粉砕し、この粉砕物に対して、8
モル%のY23を含むZrO2粉末を焼結体全体におけ
る割合が20重量%となるように添加し混合した。これ
を金型プレス成形した後、冷間静水圧プレス(CIP)
成形し、1000℃及び1100℃の2種類の温度で焼
成して平板状の焼結体を用意した。これらの焼結体を固
体電解質素子40として用いた以外は実施例1と同様に
して炭酸ガスセンサを作製した。
Example 10 As the solid electrolyte element 40 in Example 1, LiSmSiO 4 obtained by heat treatment at 900 ° C. in an alumina crucible was used.
The composite was crushed in an agate mortar, and
ZrO 2 powder containing mol% of Y 2 O 3 was added and mixed so that the ratio in the whole sintered body was 20% by weight. After this is press-molded in a mold, cold isostatic pressing (CIP)
It was molded and fired at two temperatures of 1000 ° C. and 1100 ° C. to prepare a flat sintered body. A carbon dioxide sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that these sintered bodies were used as the solid electrolyte element 40.

【0067】−実施例11− 実施例1における固体電解質素子40として、アルミナ
るつぼ中で1200℃で熱処理して得たNa3Zr2Si
2PO12合成物をメノウ乳鉢で粉砕し、この粉砕物を金
型プレス成形した後、冷間静水圧プレス(CIP)成形
し、1220℃及び1270℃の2種類の温度で焼成し
て平板状の焼結体を用意した。また、シール材70とな
る非晶質ガラスの粉末にはNa3Zr2Si2PO12粉末
を添加し、金属炭酸塩層60を炭酸リチウム粉末と炭酸
カルシウム粉末との混合物(重量比で5:9)を用い4
80℃で熱処理して形成した。これらの点以外は実施例
1と同様にして炭酸ガスセンサを作製した。
Example 11 As the solid electrolyte element 40 in Example 1, Na 3 Zr 2 Si obtained by heat treatment at 1200 ° C. in an alumina crucible was used.
The 2 PO 12 Synthesis was pulverized in an agate mortar, after the pulverized product was mold press molding, and molded cold isostatic pressing (CIP), flat and fired at two temperatures of 1220 ° C. and 1270 ° C. Was prepared. Further, Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 powder is added to the amorphous glass powder serving as the sealing material 70, and the metal carbonate layer 60 is mixed with lithium carbonate powder and calcium carbonate powder (weight ratio: 5: 5). 9) 4
It was formed by heat treatment at 80 ° C. Except for these points, a carbon dioxide sensor was manufactured in the same manner as in Example 1.

【0068】以上の実施例9〜11において作製した各
炭酸ガスセンサに用いた固体電解質素子40の開気孔
率、全細孔体積及びかさ比重を水銀圧入式ポロシメータ
ーを用いて測定した。これらの結果を表5に示す。ま
た、各炭酸ガスセンサを長期間連続使用した場合の出力
(起電力)に対する湿度の影響についても調査した。各
炭酸ガスセンサを大気雰囲気中に設置するとともに各リ
ード線を電圧計及び加熱用電源に接続し、発熱体に通電
して基体の表面温度を450℃とした状態で連続稼働さ
せた。そして、24日経過後に一定の二酸化炭素濃度
(500ppm)のもとで相対湿度を0%及び90%と
した場合における炭酸ガスセンサの起電力をそれぞれ測
定した。その結果を連続稼働前の初期に調べた結果とと
もに表6にまとめて示す。
The open porosity, total pore volume, and bulk specific gravity of the solid electrolyte element 40 used in each of the carbon dioxide sensors manufactured in Examples 9 to 11 were measured using a mercury intrusion porosimeter. Table 5 shows the results. Further, the influence of humidity on the output (electromotive force) when each carbon dioxide sensor was used continuously for a long period was also investigated. Each carbon dioxide sensor was placed in the atmosphere, and each lead wire was connected to a voltmeter and a heating power source. The heating element was energized to continuously operate the substrate at a surface temperature of 450 ° C. After 24 days, the electromotive force of the carbon dioxide sensor was measured when the relative humidity was 0% and 90% under a constant carbon dioxide concentration (500 ppm). The results are shown in Table 6 together with the results obtained at the initial stage before the continuous operation.

【0069】[0069]

【表5】 [Table 5]

【0070】[0070]

【表6】 [Table 6]

【0071】表5及び表6の結果より、固体電解質素子
の開気孔率が小さいと湿度の影響を受けにくくなり起電
力値の変動も小さくなることがわかる。特に、開気孔率
が体積基準で15%以下である場合には、相対湿度0%
と90%との起電力値の差が初期において6mV以下、
24日経過後においても7mV以下と小さく安定した出
力を示しており、長期間にわたって湿度の影響の少ない
炭酸ガス濃度測定が可能であることがわかった。なお、
このときの固体電解質素子の全細孔体積は0.05cc
/g以下であった。また、以上のような傾向は固体電解
質素子の材質がLiSmSiO4系の場合もNa3Zr2
Si2PO12系の場合も同様であった。
From the results of Tables 5 and 6, it can be seen that when the open porosity of the solid electrolyte element is small, the solid electrolyte element is less susceptible to the influence of humidity and the fluctuation of the electromotive force value is reduced. In particular, when the open porosity is 15% or less on a volume basis, the relative humidity is 0%.
And the difference between the electromotive force values of 90% and 6% at the beginning,
Even after 24 days, the output was small and stable at 7 mV or less, indicating that it was possible to measure the concentration of carbon dioxide with little influence of humidity over a long period of time. In addition,
At this time, the total pore volume of the solid electrolyte element was 0.05 cc.
/ G or less. Further, the above tendency is observed even when the material of the solid electrolyte element is LiSmSiO 4 -based Na 3 Zr 2
The same was true for the Si 2 PO 12 system.

【0072】−実施例12− 本発明の他の実施例に係る炭酸ガスセンサの断面を模式
的に表わした断面図を図12に示す。前述の図3に示し
た実施例1の炭酸ガスセンサと異なる点は、基準電極3
0、固体電解質素子40、検知電極50及び金属炭酸塩
層60が窪み部14の内部に収まるようにこの順に設け
られ、金属炭酸塩層60の上面が基体10の一主表面1
5とほぼ同一面となるように構成されている点である。
さらに、この実施例の炭酸ガスセンサでは、金属炭酸塩
層60の内部に金属網状体65が埋入されている点にお
いても実施例1のセンサと異なる。その他の点において
は実施例1の炭酸ガスセンサとほぼ同一であるため、同
一の構成部分についての説明は省略する。
Embodiment 12 FIG. 12 is a sectional view schematically showing a cross section of a carbon dioxide sensor according to another embodiment of the present invention. The difference from the carbon dioxide sensor of the first embodiment shown in FIG.
0, the solid electrolyte element 40, the sensing electrode 50, and the metal carbonate layer 60 are provided in this order so as to fit inside the recess 14, and the upper surface of the metal carbonate layer 60 is
5 is substantially the same as that of FIG.
Further, the carbon dioxide gas sensor of this embodiment is different from the sensor of the first embodiment also in that a metal net 65 is embedded in the metal carbonate layer 60. The other points are almost the same as those of the carbon dioxide gas sensor of the first embodiment, and the description of the same components will be omitted.

【0073】この実施例の炭酸ガスセンサの基体10は
四層構造をなし、一部が打ち抜き等により除去された第
三層と第四層が第二層の上に積層されることによって二
層分の厚さに相当する深さを有する窪み部14が形成さ
れている。また、固体電解質素子40は次のようにして
用意した。出発原料の混合物をアルミナるつぼ中で90
0℃で熱処理することにより合成したLiSmSiO4
粉末をアルミナ質のボールミル及び球石にて粉砕し、得
られた粉末に成形助剤を添加して金型プレス成形し、冷
間静水圧プレス(CIP)した後、大気中で1150℃
で3時間焼成して平板状の焼結体を得た。なお、この焼
結体の化学組成を蛍光X線分析で調べたところ、20重
量%のAl23が含まれていた。このAl23成分は、
粉砕時の磨耗により混入したものであると推測される。
The substrate 10 of the carbon dioxide gas sensor of this embodiment has a four-layer structure, and the third and fourth layers, some of which are removed by punching or the like, are laminated on the second layer to form a two-layer structure. The recessed portion 14 having a depth corresponding to the thickness of the recess 14 is formed. The solid electrolyte element 40 was prepared as follows. Mix the starting material mixture in an alumina crucible for 90
LiSmSiO 4 synthesized by heat treatment at 0 ° C.
The powder is pulverized with an alumina ball mill and cobblestone, a molding aid is added to the obtained powder, and a metal mold is press-molded and cold isostatically pressed (CIP).
For 3 hours to obtain a flat sintered body. In addition, when the chemical composition of this sintered body was examined by X-ray fluorescence analysis, it was found that 20% by weight of Al 2 O 3 was contained. This Al 2 O 3 component is
It is presumed that it was mixed due to wear during pulverization.

【0074】前記の基体10及び焼結体を用いて実施例
1と同様の手順により炭酸ガスセンサを作製した。ただ
し、検知電極形成用のAuペーストを塗布した後にその
上に金属網状体65となる55メッシュのAu網(ワイ
ヤ径:0.12mm)を置き、検知電極の固体電解質素
子への焼き付けと同時にAu網の固定も行なった。さら
に、炭酸リチウムのペーストをAu網の上から塗布して
550℃で熱処理し、Au網が炭酸リチウムからなる金
属炭酸塩層中に埋入された構造とした。
A carbon dioxide gas sensor was manufactured in the same procedure as in Example 1 using the above-described substrate 10 and sintered body. However, after the Au paste for forming the detection electrode is applied, a 55 mesh Au net (wire diameter: 0.12 mm) serving as the metal net 65 is placed on the Au paste, and the Au electrode is simultaneously baked on the solid electrolyte element. The net was also fixed. Further, a paste of lithium carbonate was applied from above the Au net and heat-treated at 550 ° C. to form a structure in which the Au net was embedded in a metal carbonate layer made of lithium carbonate.

【0075】−実施例13− 実施例12と同様にして金属炭酸塩層60中に金属網状
体65を配した点以外は前記実施例1と同様の構造で炭
酸ガスセンサを作製した。
Example 13 A carbon dioxide gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metal net 65 was disposed in the metal carbonate layer 60 in the same manner as in Example 12.

【0076】実施例12及び実施例13にて得られた炭
酸ガスセンサに対して発熱体のon/offサイクル試
験(以下、単に「on/off試験」ともいう。)を行
ない、金属炭酸塩層の剥離の有無及びセンサ出力特性の
変動について調べた。on/off試験は、発熱体への
通電を55分間行なった後、5分間通電を停止すること
を1サイクルとし、これを繰り返し連続して行ない、所
定のサイクル数ごとに目視による外観検査をして金属炭
酸塩層の剥離の有無を調べるとともに、センサの感度及
び起電力についても測定した。なお、センサの感度は、
被検ガス中の炭酸ガス濃度が10倍変化した時の起電力
変化の直線勾配(mV/decade)により表わし
た。また、起電力の変動は、二酸化炭素ガス濃度が10
00ppmのときの起電力について測定した。センサの
感度の変動を図13に、起電力の変動を図14に示す。
An on / off cycle test (hereinafter, also simply referred to as “on / off test”) of the heating element was performed on the carbon dioxide gas sensors obtained in Examples 12 and 13, and The presence or absence of peeling and the fluctuation of sensor output characteristics were examined. In the on / off test, the heating element was energized for 55 minutes, and then the energization was stopped for 5 minutes as one cycle. This cycle was repeated continuously, and the appearance was visually inspected every predetermined number of cycles. In addition to examining the presence or absence of peeling of the metal carbonate layer, the sensor sensitivity and electromotive force were also measured. The sensitivity of the sensor is
It was represented by a linear gradient (mV / decade) of the change in electromotive force when the concentration of carbon dioxide in the test gas changed 10 times. Further, the fluctuation of the electromotive force is caused when the carbon dioxide gas concentration is 10%.
The electromotive force at 00 ppm was measured. FIG. 13 shows a change in the sensitivity of the sensor, and FIG. 14 shows a change in the electromotive force.

【0077】外観検査においては、実施例12、実施例
13ともに150サイクル経過時までは金属炭酸塩層の
剥離は認められなかった。しかし、実施例13では20
0サイクル経過の時点で金属炭酸塩層に剥離が観察され
たのに対して、実施例12では500サイクル後におい
ても金属炭酸塩層の剥離は認められなかった。このこと
から、金属炭酸塩層を基体の窪み部内に収めた構造とす
ることにより、金属炭酸塩層の剥離を防止する効果が確
認された。また、センサの感度及び起電力についても、
実施例12は実施例13に比べてサイクル数に対する安
定性が高いことが認められた。
In the appearance inspection, peeling of the metal carbonate layer was not observed in both Examples 12 and 13 up to 150 cycles. However, in Example 13, 20
Peeling was observed in the metal carbonate layer at the time of 0 cycles, whereas in Example 12, no peeling of the metal carbonate layer was observed even after 500 cycles. From this, it was confirmed that the effect of preventing peeling of the metal carbonate layer was obtained by adopting a structure in which the metal carbonate layer was accommodated in the depression of the base. Also, the sensitivity and electromotive force of the sensor
It was recognized that Example 12 had higher stability with respect to the number of cycles than Example 13.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明の炭酸ガスセンサは、基体の一主
表面においてイオン伝導体層を搭載すべき部分に窪み部
が設けられており、その中に固体電解質からなるイオン
伝導体層またはイオン伝導体層から金属炭酸塩層までの
積層部分がはめ込まれる形で搭載される。さらに、イオ
ン伝導体層と窪み部との間隙には非晶質ガラス又は結晶
化ガラスからなる所定のシール材が充填されている。従
って、固体電解質からなるイオン伝導体層の基準電極側
は完全に封止されて外気又は被検ガスから遮断される。
また、イオン伝導体層と窪み部とのわずかな間隙のとこ
ろで外気等と遮断するため、シール材が露出する面積が
極めて少なく、また、シール材の使用量も少なくて済
む。
According to the carbon dioxide sensor of the present invention, a concave portion is provided on a portion of the main surface of the base where the ion conductor layer is to be mounted, and an ion conductor layer made of a solid electrolyte or an ion conductor layer is provided therein. It is mounted so that the laminated portion from the body layer to the metal carbonate layer is fitted. Further, a predetermined sealing material made of amorphous glass or crystallized glass is filled in a gap between the ion conductor layer and the depression. Therefore, the reference electrode side of the ion conductor layer made of the solid electrolyte is completely sealed and is shielded from the outside air or the test gas.
In addition, since a small gap between the ion conductor layer and the recess is cut off from the outside air or the like, the area where the sealing material is exposed is extremely small, and the amount of the sealing material used is small.

【0079】また、本発明の炭酸ガスセンサでは、イオ
ン伝導体層の検知電極側の面が基体の一主表面と同一面
上とすることにより、検知電極を厚膜法で形成すること
が容易となり、製作が簡便となる。また、イオン伝導体
層の検知電極側と窪み部の周壁との間隔を0.05〜
1.0mmの範囲内とすることにより、発熱体からの熱
の損失を低く抑えることができ、センサの出力特性、す
なわち炭酸ガス濃度に対する出力電圧勾配(mV/de
cade)を高く維持することができる。前記間隔が
0.05mm未満であるとシール材が充填しきれない場
合が生じ、基準電極と外気との遮断を確保できない。ま
た、前記間隔が1.0mmよりも大きい場合には出力電
圧勾配が激しく減少する。なお、発熱体の加熱温度を上
昇させることにより出力電圧勾配を高めることも考えら
れるがこの方法では効率がよくない。
Further, in the carbon dioxide gas sensor of the present invention, since the surface of the ion conductor layer on the side of the detection electrode is flush with one main surface of the base, the detection electrode can be easily formed by the thick film method. , Making the production simple. Further, the distance between the sensing electrode side of the ion conductor layer and the peripheral wall of the depression is set to 0.05 to
By setting the thickness within the range of 1.0 mm, heat loss from the heating element can be suppressed low, and the output characteristics of the sensor, that is, the output voltage gradient (mV / de) with respect to the concentration of carbon dioxide gas.
) can be kept high. If the distance is less than 0.05 mm, the sealing material may not be completely filled, and it may not be possible to secure the cutoff between the reference electrode and the outside air. If the interval is larger than 1.0 mm, the output voltage gradient decreases sharply. It is conceivable to increase the output voltage gradient by increasing the heating temperature of the heating element, but this method is not efficient.

【0080】また、本発明ではシール材として非晶質ガ
ラスを用いる。所定の組成のガラス粉末をスラリーまた
はペーストとし、これをイオン伝導体層の周囲の間隙に
注入し乾燥後、ガラスの軟化点まで加熱してガラスを溶
融させ、間隙の全体にわたって溶融ガラスを流れ込ませ
ることにより封止が完全に行なわれる。非晶質ガラスの
一部を結晶化ガラスに代えて用いることもできる。結晶
化ガラスは溶融後の所定の熱処理下で結晶相を析出する
ため、その後の検知電極の焼付け時に軟化することがな
く、配線の導通不良の発生を防ぐ効果がある。
In the present invention, amorphous glass is used as a sealing material. A glass powder of a predetermined composition is made into a slurry or paste, injected into a gap around the ion conductor layer, dried, heated to the softening point of the glass to melt the glass, and the molten glass is poured over the entire gap. This completes the sealing. A part of the amorphous glass can be used instead of the crystallized glass. Since the crystallized glass precipitates a crystal phase under a predetermined heat treatment after melting, it does not soften during the subsequent baking of the detection electrode, and has the effect of preventing the occurrence of wiring continuity failure.

【0081】また、センサを細いPt線等を用いて台座
に宙づり式に固定することにより、発熱体の消費電力を
低減することができ、省エネ型の炭酸ガスセンサとする
ことができる。このとき、センサの基体全体に占める発
熱体の有効発熱部の占有面積の比率を大きくすることに
よりその効果は一層大きなものとなる。また、上記の宙
づり式とした場合には、激しい外力や振動等に対しても
強度的に耐え得るセンサとすることができる。さらに、
金属炭酸塩層の部分に金属網状体を配することにより、
加熱冷却の繰り返しに対しても検知電極からの剥離を生
ずることがなくなり、耐久性を向上することができる。
Further, by fixing the sensor in a suspended manner on the pedestal using a thin Pt wire or the like, the power consumption of the heating element can be reduced, and an energy saving type carbon dioxide sensor can be obtained. At this time, the effect is further enhanced by increasing the ratio of the occupied area of the effective heating portion of the heating element to the entire base of the sensor. Further, in the case of the above-mentioned suspension type, it is possible to provide a sensor that can endure a strong external force, vibration and the like. further,
By arranging a metal network in the part of the metal carbonate layer,
Separation from the detection electrode does not occur even when heating and cooling are repeated, and the durability can be improved.

【0082】以上のような炭酸ガスセンサは、例えば、
自動換気装置などの空調設備やハウス栽培における作物
の成長促進、作物輸送貯蔵時の鮮度管理などに用いられ
るセンサとして特に有用である。
The above-mentioned carbon dioxide sensor is, for example,
It is particularly useful as a sensor used for air-conditioning equipment such as an automatic ventilator, for promoting growth of crops in house cultivation, and for managing freshness during transport and storage of crops.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1の炭酸ガスセンサの正面図である。FIG. 1 is a front view of a carbon dioxide sensor according to a first embodiment.

【図2】図1のA−A’線における断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図3】図1のB−B’線における断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line B-B 'of FIG.

【図4】実施例1の炭酸ガスセンサに台座及び保護キャ
ップを付けた状態を示す一部断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state where a pedestal and a protective cap are attached to the carbon dioxide sensor of Example 1.

【図5】実施例2の炭酸ガスセンサの断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a carbon dioxide sensor according to a second embodiment.

【図6】比較例の炭酸ガスセンサの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a carbon dioxide sensor of a comparative example.

【図7】実施例1における炭酸ガス濃度と起電力との関
係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a carbon dioxide gas concentration and an electromotive force in Example 1.

【図8】実施例2における炭酸ガス濃度と起電力との関
係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a carbon dioxide gas concentration and an electromotive force in Example 2.

【図9】比較例における炭酸ガス濃度と起電力との関係
を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a carbon dioxide gas concentration and an electromotive force in a comparative example.

【図10】実施例7の炭酸ガスセンサの正面図である。FIG. 10 is a front view of a carbon dioxide sensor according to a seventh embodiment.

【図11】基体の長さを変えた場合の消費電力の変化を
示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a change in power consumption when the length of the base is changed.

【図12】実施例12の炭酸ガスセンサの断面図であ
る。
FIG. 12 is a sectional view of a carbon dioxide sensor according to a twelfth embodiment.

【図13】on/off試験による炭酸ガスセンサの感
度変化を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a change in sensitivity of the carbon dioxide sensor by an on / off test.

【図14】on/off試験による炭酸ガスセンサの起
電力変化を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a change in electromotive force of the carbon dioxide sensor by an on / off test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10;基体 14;窪み部 20;発熱体 30;基準電極 31;基準電極用配線 40;固体電解質素子 50;検知電極 51;検知電極用配線 60;金属炭酸塩層 65;金属網状体 70;シール材 81,82;出力用端子ピン 83,84;発熱体用端子ピン 10; base 14; depression 20; heating element 30; reference electrode 31; reference electrode wiring 40; solid electrolyte element 50; detection electrode 51; detection electrode wiring 60; metal carbonate layer 65; metal mesh body 70; Material 81, 82; Terminal pin for output 83, 84; Terminal pin for heating element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上木 正聡 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Masatoshi Ueki 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd.

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発熱体を内蔵する基体に、基準電極と、
固体電解質からなるイオン伝導体層と、検知電極と、金
属炭酸塩層とがこの順に形成されてなり、前記イオン伝
導体層が前記基体の一主表面に設けられた窪み部に配置
されていることを特徴とする炭酸ガスセンサ。
1. A base having a built-in heating element, a reference electrode,
An ion conductor layer made of a solid electrolyte, a detection electrode, and a metal carbonate layer are formed in this order, and the ion conductor layer is arranged in a depression provided on one main surface of the base. Carbon dioxide sensor characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 発熱体を内蔵する基体に、基準電極と、
固体電解質からなるイオン伝導体層と、検知電極と、金
属炭酸塩層とがこの順に形成されてなり、前記イオン伝
導体層、検知電極及び金属炭酸塩層が前記基体の一主表
面に設けられた窪み部に配置されていることを特徴とす
る炭酸ガスセンサ。
2. A base including a heating element, a reference electrode,
An ion conductor layer made of a solid electrolyte, a detection electrode, and a metal carbonate layer are formed in this order, and the ion conductor layer, the detection electrode, and the metal carbonate layer are provided on one main surface of the base. A carbon dioxide sensor, wherein the carbon dioxide sensor is disposed in a recessed portion.
【請求項3】 前記イオン伝導体層と前記窪み部の周壁
との間隙にシール材が充填されていることを特徴とする
前記請求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサ。
3. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein a gap between the ion conductor layer and the peripheral wall of the recess is filled with a sealing material.
【請求項4】 前記イオン伝導体層と前記窪み部の周壁
との間隔が0.05〜1.0mmである前記請求項3に
記載の炭酸ガスセンサ。
4. The carbon dioxide sensor according to claim 3, wherein a distance between the ion conductor layer and a peripheral wall of the recess is 0.05 to 1.0 mm.
【請求項5】 前記シール材が非晶質ガラスまたは結晶
化ガラスである前記請求項3に記載の炭酸ガスセンサ。
5. The carbon dioxide sensor according to claim 3, wherein the sealing material is amorphous glass or crystallized glass.
【請求項6】 前記非晶質ガラスがCaO−BaO−S
iO2系ガラスである前記請求項5に記載の炭酸ガスセ
ンサ。
6. The amorphous glass is made of CaO—BaO—S.
carbon dioxide sensor according to claim 5 which is iO 2 based glass.
【請求項7】 前記結晶化ガラスがSiO2−BaO−
Al23系結晶化ガラスである前記請求項5に記載の炭
酸ガスセンサ。
7. The crystallized glass is SiO 2 —BaO—
Al 2 O 3 based carbon dioxide sensor according to claim 5 which is a crystallized glass.
【請求項8】 前記シール材が前記固体電解質と同材質
からなる粒子を80体積%以下含有してなる前記請求項
5に記載の炭酸ガスセンサ。
8. The carbon dioxide sensor according to claim 5, wherein the sealing material contains 80% by volume or less of particles made of the same material as the solid electrolyte.
【請求項9】 前記シール材に含まれるアルカリ金属成
分が酸化物換算で5重量%以下である前記請求項5に記
載の炭酸ガスセンサ。
9. The carbon dioxide sensor according to claim 5, wherein an alkali metal component contained in the sealing material is 5% by weight or less in terms of oxide.
【請求項10】 前記シール材が、基準電極側が非晶質
ガラス、検知電極側が結晶化ガラスである前記請求項5
に記載の炭酸ガスセンサ。
10. The sealing material according to claim 5, wherein the reference electrode is made of amorphous glass and the detection electrode is made of crystallized glass.
2. The carbon dioxide sensor according to 1.
【請求項11】 前記シール材の体積割合が、非晶質ガ
ラスが50〜98体積%、結晶化ガラスが50〜2体積
%である前記請求項10に記載の炭酸ガスセンサ。
11. The carbon dioxide sensor according to claim 10, wherein the volume ratio of the sealing material is 50 to 98% by volume of the amorphous glass and 50 to 2% by volume of the crystallized glass.
【請求項12】 前記非晶質ガラスの軟化点が、前記結
晶化ガラスの軟化点より高い前記請求項10に記載の炭
酸ガスセンサ。
12. The carbon dioxide sensor according to claim 10, wherein the softening point of the amorphous glass is higher than the softening point of the crystallized glass.
【請求項13】 前記固体電解質がLiイオン伝導性固
体電解質である前記請求項1または請求項2に記載の炭
酸ガスセンサ。
13. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the solid electrolyte is a Li ion conductive solid electrolyte.
【請求項14】 前記固体電解質がLiSmSiO4
主結晶相とする前記請求項13に記載の炭酸ガスセン
サ。
14. The carbon dioxide sensor according to claim 13, wherein the solid electrolyte has LiSmSiO 4 as a main crystal phase.
【請求項15】 前記固体電解質が主結晶相のLiSm
SiO4の他にAl23を含有する前記請求項13に記
載の炭酸ガスセンサ。
15. The method according to claim 14, wherein the solid electrolyte is LiSm having a main crystal phase.
Carbon dioxide sensor according to claim 13 containing in addition to Al 2 O 3 of SiO 4.
【請求項16】 前記固体電解質が主結晶相のLiSm
SiO4の他にZrO2を含有する前記請求項13に記載
の炭酸ガスセンサ。
16. The method according to claim 16, wherein the solid electrolyte is LiSm having a main crystal phase.
Carbon dioxide sensor according to claim 13 containing ZrO 2 in addition to SiO 4.
【請求項17】 前記金属炭酸塩層が炭酸リチウムまた
は炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩とを主成分と
する前記請求項13に記載の炭酸ガスセンサ。
17. The carbon dioxide sensor according to claim 13, wherein the metal carbonate layer contains lithium carbonate or lithium carbonate and an alkaline earth metal carbonate as main components.
【請求項18】 前記基準電極のうち少なくとも前記イ
オン伝導体層と接する部分がAuからなる前記請求項1
3に記載の炭酸ガスセンサ。
18. The method according to claim 1, wherein at least a portion of the reference electrode which is in contact with the ion conductor layer is made of Au.
4. The carbon dioxide gas sensor according to 3.
【請求項19】 前記固体電解質がNaイオン伝導性固
体電解質である前記請求項1または請求項2に記載の炭
酸ガスセンサ。
19. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the solid electrolyte is a Na ion conductive solid electrolyte.
【請求項20】 前記固体電解質がNASICON(N
1+XZr2SiX3ーX12、0≦X≦3)を主結晶相と
する前記請求項19に記載の炭酸ガスセンサ。
20. The method according to claim 19, wherein the solid electrolyte is NASICON (N
a 1 + X Zr 2 Si X P 3 over X O 12, 0 ≦ X ≦ 3) a carbon dioxide sensor according to claim 19, the main crystalline phase.
【請求項21】 前記固体電解質が主結晶相のNASI
CON(Na1+XZr2SiX3ーX12、0≦X≦3)の
他にZrO2を含有する前記請求項19に記載の炭酸ガ
スセンサ。
21. The NASI in which the solid electrolyte has a main crystal phase.
CON (Na 1 + X Zr 2 Si X P 3 over X O 12, 0 ≦ X ≦ 3) in addition to carbon dioxide sensor according to claim 19 containing ZrO 2 in.
【請求項22】 前記金属炭酸塩層が炭酸リチウムまた
は炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩とを主成分と
する前記請求項19に記載の炭酸ガスセンサ。
22. The carbon dioxide sensor according to claim 19, wherein the metal carbonate layer contains lithium carbonate or lithium carbonate and an alkaline earth metal carbonate as main components.
【請求項23】 前記基準電極のうち少なくとも前記イ
オン伝導体層と接する部分がPtからなる前記請求項1
9に記載の炭酸ガスセンサ。
23. The reference electrode according to claim 1, wherein at least a portion of the reference electrode that is in contact with the ion conductor layer is made of Pt.
10. The carbon dioxide sensor according to 9.
【請求項24】 前記検知電極がAuからなる前記請求
項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサ。
24. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is made of Au.
【請求項25】 前記イオン伝導体層の検知電極側の面
が基体の前記一主表面と同一面上にあることを特徴とす
る前記請求項1に記載の炭酸ガスセンサ。
25. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the surface of the ion conductor layer on the side of the detection electrode is on the same plane as the one main surface of the base.
【請求項26】 基体の前記一主表面に対して垂直な方
向から見た場合、前記発熱体の有効発熱部の占有面積を
1としたときの前記イオン伝導体層の面積が0.05〜
1.30である前記請求項1または請求項2に記載の炭
酸ガスセンサ。
26. An ionic conductor layer having an area occupied by 0.05 when an occupied area of an effective heat generating portion of the heat generating element is 1 when viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the base.
The carbon dioxide sensor according to claim 1 or 2, wherein the carbon dioxide sensor has a value of 1.30.
【請求項27】 発熱体、基準電極及び検知電極から基
体の表面または側面に導出される各配線端部と導電性の
接続部材を介して間接的に台座に取り付けられる前記請
求項1または請求項2に記載の炭酸ガスセンサ。
27. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the wiring ends extending from the heating element, the reference electrode, and the detection electrode to the surface or the side surface of the base is indirectly attached to the pedestal via a conductive connection member. 3. The carbon dioxide sensor according to 2.
【請求項28】 基体の前記一主表面に対して垂直な方
向から見た場合、前記発熱体の有効発熱部の占有面積を
1としたときの前記基体の面積が1.1〜3である前記
請求項1、請求項2または請求項27に記載の炭酸ガス
センサ。
28. When viewed from a direction perpendicular to the one main surface of the base, an area of the base is 1.1 to 3 when an occupied area of an effective heat generating portion of the heat generating element is 1. The carbon dioxide sensor according to claim 1, 2 or 27.
【請求項29】 前記固体電解質の開気孔率が15%以
下である前記請求項1または請求項2に記載の炭酸ガス
センサ。
29. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein an open porosity of the solid electrolyte is 15% or less.
【請求項30】 前記金属炭酸塩層内に金属網状体が設
けられている前記請求項1または請求項2に記載の炭酸
ガスセンサ。
30. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein a metal net is provided in the metal carbonate layer.
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