JPS59212758A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は酸素イオン導電性固体電解質を利用した能動
素子を用いた酌糸カスレンサＣ１燃焼装買、代表的には
内燃機関の空燃比制御のための排ガス中の酸素濃度の測
定に適したものに関する。

内燃機関において少なくとも定常運転状態Ｃは、空気過
剰の状態り”なわち空気過剰率λが例えば１゜４（１７
のどころまでの稀薄燃焼を行なわゼて燃料の１ｉｉｉ約
どＩＩ刀スの無害化の両方を満足させる試みがむされて
いる。かかる燃焼のフィードバック制御のために長い使
用中においＣも特性が変化せずか２）応答性らよく、し
かも望む酸素ガス濃度の範囲て゛澗磨どレンリーの出力
との関係がリニアに近いセンリか望まれている。。

従来、この種のヒンナ“（あって、安定化ししく（，４
，部分安定化ジルニ］ニア′”ｑの醒索イメンｉ＃電性
固体電解賀焼帖体の壁体の両面に多孔質金属層を電極と
しく被着した電池素子（Ｉ？ン」）゛索子）もしくは酸
素ポンプ素子として作用Ｊる能動素子を利用し／、：Ｍ
素ガスセンリ−は、種々なものが提案されている。ぞれ
ら（Ｊ、ボンＪ素ｆを備え該ポンプ素ｒは拡散にＪ、る
酸素ガスの流出入、に対する制限作用を炎する部材を備
え、これを通して外界の被測定ガス雰囲気からポンプ素
子の酸素ガス吸い込み側電極へ酸素ガスが吸い込まれる
ようにされている。

イの酸素の拡散制限作用性部材としては、ポンプ素子の
酸素ガス吸い込み側電極（マイナス側）を覆う細孔をう
がった壁部材であってポンプ素子と協働して閉鎖的にな
った室を形成するにうにし、ト記細孔で拡散制限がなさ
れるようにするものであるか、あるいは、ポンプ素子の
上記電極面を該面に接しく覆う多孔質の層ＣあるかＣあ
る３、そして酸素ｉ！ｉ１度を上記制限作用性部拐を通
過し１ｑる限界流入酸素量に対応させ、そし【その限界
流入酸素量がポンプ素子の限界ポンプ電流値として１ワ
られることを利用しＣＭ素淵痘を測定するか、まｌ、＝
は、酸素濃度とポンプ電流（拡散制限部を介して拡散流
入する酸素ガス用と対応をする）と、そのＤｉ＞にポン
プ素子の両電極間に生じる酸素分圧比に応じて生ずる逆
起電力との間に関数関係があることを利用して酸素濃度
を測定するようにしている。

孔を右する閉鎖的な室が形成されるタイプのセンリ（、
Ｌ、例えハ狛間１１ｊｊ　５６−１３０６．４９　ニｉ
ｊ、［があるｌ外、孔の断面積ｔｉｔ室の大きさに対し
−（局所的４１絞り（−ｆ−１−り）を牛Ｊ゛るように
小さくされ（、酸系ガスの１１八散制限作用ＬＬ実質的
に一１記孔での力ｔ−ｊなうｊ、うに意ｔ＞＋され−（
おり、孔の総山ｊ面槓ム１ｔ＋＋ｍ以トと小ひいもので
゛あった。その〕こめ外弄の被測定カス雰囲気中の酸素
ガス％の急変に対Ｊるしンリ出力の応答性において満足
が得られ動くＪ、た同１１．いこ、液体燃料の燃焼から
くる長時間の使用に、Ｊ、る１４着物の１４石のための
特性の変化も起こしやりい。また一方、拡散制限作用性
部月が多孔質の層であるものでｔ、１、これを金属もし
く（よ金属酸化物の多孔質層として１５）ようとＪ−る
場合に、比較的Ａ’Ｊい層Ｃ拡散制限作用の強いものへ
、一定の拡散ａｉｌ限性をもつＪ、うに安定して作るの
に困ｌ！１１性があり、また長期にわたる使用中にイ］
＠物による特性が変化りる恐れの人さいものであった。

この発明は酸素ガスの拡散制限作用を行なう機構が従来
のらのとは異なる新規なものであり、それににり従来の
ものの不満な点が解消できる新規なＩ！１９　糸力スレ
ンザの１２供を目的と覆る。

Ｊなわちこの発明の酸素センサは、２つの壁体部材が互
いに狭い間隔をおいて対向状に被測定ガス雰囲気内に配
設されることにまり軸上な間隙部を形成し、上記間隙部
はイの端縁において少なくとら一部分が開放端縁となっ
て被測定ガス雰囲気に聞「１しており、上記壁体部材を
酸累イＡン導電性国体雷Ｍ質体で形成し、ト記壁体部材
の両主面のそれぞれに対向状に電極層を設け、一方の壁
体部材を酸素ポンプ素子、他方の壁体部材を電池素子と
した酸素センυにおいて、酸素ポンプ素子の少なくとも
間隙部側の電極層にＰＩｊ、糸拡散抵抗性多孔質層を設
置ノだものである。

この発明のセンサｌよ被測定ガス雰囲気中の酸禾澗度が
低い場合から高い場合まで広い酸素濃度の範囲におい℃
低電力でかつ酸素濃１真に対する出力の関係がほぼリニ
アに近い出力特性を発揮し、しかも酸素濃度の急変に対
する出ノｊの応答性が極めて（０れるものであることが
、実験的に確かめられ１、：。

いくつかの代表的な実施例の図に基づき本発明を更に説
明する。

第１・〜３図に示すレンリは、本発明第１実施例（゛被
測定ガス雰囲気中で画定される間隔Ｗの偏平な間隙部１
を備える。間隙部１はその端縁にＪ３い（少なくとも″
１部分は開放端縁２となって聞１−」シＣおり、かつ」
−記間放端縁２はその部位で実質的に、後述Ｊる酸素ガ
スの拡散に関し局所的絞り作用を１１なわないＪ、うに
なっている。

３（３日）１１隙部の一方の壁体部材であり、ここて゛
は酸素ポンプ索Ｙどしで働かせる第１の根状固体電解質
体で形成されており、その間隙部側の主面上には、蒸￥
ＩＡ゛）メッキ笥のｎ９膜技術により被着したＰｌさ１
μらしくはそれ以下の薄い耐熱金属の電極ＩｌｖｊＭ３
０１とこれに重ねて厚膜技術にＪ、り被るしたしラミッ
ク材の厚い多孔１ｉ”ｉ電極被覆層３１０どの絹み合Ｉ
！層が酸素ガスの拡散抵抗性層どして被る形成されてい
る、１十記第１の根状固体電解質体の間隙部側と反対側
の主面上には、単に蒸着やメツを等の薄膜技術ににり被
着した薄い多孔質金属層としでもよいが、口こではＪ：
り好ましい態様としく、Ｌ記間隙部側Ｎ極と同じくした
組み合せ層とすることにより、間・隙部側と反対の電極
層にも重ねて酸素拡散抵抗性を（−ｔ　”ｉするととも
に電極の熱的保護に資ＪるようにしＩＣ場合を示Ｊ０４
は間隙部の他方の壁体部材であり、ここでは電池素子ど
して働く第２の根状固体電解質体で形成されており、電
極は後述するようにその両主面の少なくとし中央寄りの
部分を含む部分に対向状に電極が設けられればよいが、
応答性の点で有利とＪ−るように主面上に広く延展させ
て設りる場合には、感度を高めるために、上記酸素ポン
プ素子の電極層に！ゴえる程度の酸素拡散抵抗性が与え
られることが望ましいのであり、ここでは、ト述の観点
から、」−２第２の板状固体電解黄体は、第１の根状固
体電解質体と同様にして製ｊ盾され、耐熱金属の薄い電
極層４０１．４０２とレラミック月のｊ９い多孔質電極
被覆層４１０．４２０との組み合ｔ！層を被着させた場
合を示づ。

５は２つのほぼ平行な壁体部３．４を元側で一体状にＤ
いに固定関係にして、間隔Ｗを−ｂつ間隙を保つ、」、
うにするための連結部材、例えば接着剤で・ある。

ここ（ボンゾ晃ｒとづる第１の固体電解質体３の）−１
向ηる電極層３０１，３６２は好ましく開／ｉり端縁２
に治って控え部分をとるにうにして（控え刈払を９．（
表ね′？ｌ）設【ノたがこれは必ずしも必須どしない。

間隙部１の間隔Ｗは多孔質電極層３０１の広い平面積に
に対して相対的に充分狭くとられて偏平どされる。間隙
部において生ずる後述づ−るｌ１１１ｉ素ガスの拡散の
深さくＳ）に対する間隙（Ｗ）の比Ｗ　／　ＳはＯ，ｉ
３以−Ｉ”　Ｊ、り好ましくは０．１０以下にとること
により、出力電流を小さくかつｆ１１２素澗度０広い範
囲Ｃのリニア特性が得られる。

−ｊｊ間隙Ｗの下限（よ応答性がかえって悪化しない範
囲にＪ：とめることと製作上の困難性から１０μが調整
限Ｗどなる。また間隙部の開放端縁２は間隙部の周縁の
全周長に対して例えば１／４程度以−１−１通常は３／
４以上にわたり形成され、その際上記開放端縁２によっ
て外界と間隙部東部間で周知の拡散制限孔のような局所
的な絞りが生じることばないようにされる。従って上記
開放端縁。２によって形成される開口の総面積への、電
極層３０１の平面積Ｅに対する割合は公知の制限孔付き
のタイプのリーンバーンセン１」のだれより通常（よｔ
よるかに大きい値になる。

台、ポンプ素子の両電極居３０１．３０２に適当なリー
ド線手段６を介して外部に設けた電源７かう、例えば外
側電極層３．０２を＋側にして通電づると、間隙部雰囲
気（はじめは外部の被測定ガス雰囲気と同じ酸素濃度で
ある）から、酸素ガスのみ汲み出される。すると、間隔
Ｗが狭いので間隙内の酸素ガス瀧１良は間隙部内でＩＯ
度分イＩＪを生じる、その際開放端縁２から間隙部の奥
の方に向つで第３図Ｂ　（ａ　）に例示づるように酸素
分圧ＰＯ’２の勾配を生ぜしめる。即ら０２の拡散制限
は間隙部内でし行なわれ、その拡散制限の行なわれる距
離（深さ）は間口端からＰＯ２の谷まで即ち電極層３０
１の中心部までの距ｌ１ｉＩＩＳ（Ｓはここにおけるよ
うに矩形状電極の場合は短い方の電極の辺長の１／２に
イｒる）である。Ｓに対するＷの比Ｗ／　Ｓ　ｆ、Ｌ前
）ボの通りＯ，１３位まで、より好ましくｔＪ：０．１
０までの偏平な間隙部を形成覆るようにηるのＣ間隙部
１ｂに中央部におい（酸素分圧１）　０２は低減化され
、その結果電池索子の両電極／１０１、／１．０２間に
ｌｌ１２素分圧の差による起電力が生じる。今仮に電子
素子の出力電圧一定を条件とするどボンフ゛素子のポン
プ電流の定常値は温度がはば定のしとて被測定カス雰°
囲気中の酸素潤度ど１り・１１の対応をりるのＣポンプ
電流値７３日ら酸素栄瓜の１ｌｌ１１定が可能と４ｊる
が、この発明のレンリでは、ポンプ索子の少なくとｂ間
隙部側の電極層に酸素拡散抵抗１ノ１多孔質層を設（）
るので、より少ないポンプ電流でしかも広い酸素ｌｌ１
Ｉ！麿の範囲で、リニアに近い出力時１１が１ｑられる
のである。

第４図は本発明の第２の実施例で、酸素ポンプ素子３の
少なくとも間隙部側の電極層に段Ｃプる酸素拡散抵抗性
多孔質層が、耐熱金属祠料を主体どしこれにセラミック
祠１１を混入させたペース１〜を−６’４ｒ焼き付けし
た自体電極層をも兼ねる厚膜の多孔質金属質層３０３か
らなるものを水力。この厚膜技術によって形成される多
孔黄金底質層３０３は、素子の根状固体電解黄体」−に
ここではその間放＃Ａ縁から若干控えた位置（控え寸法
は立で表わす）まで延展させて設りであるが、必ずしも
この控えを設りることは必須ではない。酸素ポンプ素子
の板状固体電解質体の他方の面上の上記多孔黄金底質層
と対向状に設りる他方の電４！ｌｉ　３０　／ｌは、１
１ｊに薄膜技術によって設（プる厚み１μｂｔ、＜はイ
れ以下の多孔貿耐熱金Ｊ萬層とじてもＪ、いが、ごこて
はにり好ましい態様どして、上記間隙部側電極と同じく
した厚膜の多孔黄金底質層となしで外側電極にｂ酸素拡
散抵抗性を重ねて（」’：ｊ　Ｌ／　ｌ＝場合を示ず。

なお３３０，３ｊＯで示づ部材は開放端縁に泊っ゛（設
置］だ上配電１へ３０３．３０４の控えの　　、部分に
厚膜技術を用いて被着した耐熱電気絶縁性（Δオ′３１
の層である。電池素子４は、酸素ポンプ索子３と同様に
して製造されており、間隙部１を形成するように酸素ポ
ンプ、素子と対向して配設されである場合を示す。すな
わち４ｏ３と４０４は電池素ｒの根状固体電解黄体−［
の開放端縁に沿った狭い部分を残して、厚膜技術によっ
て形成した厚膜の多孔黄金底質層のそれぞれ間隙部真す
電極と反対側の電極で゛ある。また４　３０．４４０は
開放端縁（Ｊｄ）う電極／１．０３、’１０４の控え部
分に厚膜技術を用いて被着したｔｌｉｌ熱電気絶縁性材
料の層である。

ぞの他用１の実施例を示１ｊ図中で用いた番）づと同の
番２〕を伺しノζ部月は第１の実施例の場合と同一１幾
能の部分τ・あるのｒ説明を省略りる。

本発明において電極層に設ける酸素拡散抵抗性多孔質層
は例えば中に蒸ｊ１もしくはメッキ等の方法Ｃ耐熱金属
を被着した電極のように１μ程度のａ９い居ではなく、
厚膜技術を用いて形成した斥み５・〜７０μ、平均気孔
率（水銀凡人式ポロシメータにＪ、る）１０−・・４０
％の多孔質層の拡散抵抗に相当１する抵抗性をイラツる
ことが好ましいどころの導電１にｌまたは非導電性の比
較的厚い多孔質の層である、１ イ（）で、第１実施例にお（）るように、ポンプ索ｆ３
の酸素拡散抵抗性多孔質層とし′Ｃ電極３０１ど多孔質
電極被覆層３１０との組み合は層を採用するときは、実
質的に電極となるところの白金等の耐熱金属の多孔質も
しくは多孔の層とその上に耐熱材料の多孔質被覆層を重
ねた多重構造をなし、全体として酸素拡散抵抗性を具え
る−しの５使用できる。、組み合は層は代表的には、メ
ツに、スパッタリング、蒸着等の方法で、０．１〜１　
ＩＩ　Ｐｉ！度の薄い金属の多孔質もしくは多孔性層の
土に多孔質の被覆層を厚み５μ以上、気孔率１０〜４０
％に設（）たｔつのである。被覆＋Ａ斜としでは金属、
セラミック、あるいはその混合物、化合物が用いること
かて・さ、またその形態としては粉末冶金（焼結焼イ・
１）被膜、接着剤の塗布被膜、プラズマスプレィ被膜等
が可能である。

被ｍ　１，４を例示Ｊると、ＰＬ　、Ａｕ　、Ａ（］　
、Ｐｄ、１２１１等、アルミナ、シリカ、ムライ１〜、
スピネル、フコ−ライ１−等、Ｓｉ　Ｃ，Ｓｉ　Ｎ、Ｔ
ｉ　Ｃ等、５１０２質接着剤、へ立２０Ｂ質接着剤、７
ｒ０２質接着剤等である。また第２の実施例にお（）る
ように自体電極として働く導電性の多孔質厚膜層をなリ
酸木拡散抵抗ＩＪ１多孔質１〜であって耐熱金属材料と
けンミック拐旧との混合焼結買をなＪものＣは耐熱金属
÷Ａお１として、白金、白金の白金族金属との合金、−
ぞの他の１１金属等が使用され、レラミツク材料どじて
、例えばスピネル、アルミナ等の電気絶縁竹金属酸化物
月、１シリえばランタンカルシラ１、り［−１フイト、
ランタンス１−Ｌ１ンブウムクロマイド、シンタンメト
・ロンヂウムロバルタイド等の高電ｒ電導）１１金属酸
化物、Ｊ、たは酸素イオン電尊性固体電Ｍ７１金属酸化
物を用いることができる。この多孔７′１金属質層は厚
み５μ以−Ｌ〜７０μ、平均気孔率１０−４０％のもの
が好適である。また酸素拡散抵抗↑１多孔質層どしては
、ガラスあるいはしラミックレルに電極材料をメッキあ
るいは含浸さＵ焼さイ・［りたーしのをポンプ素子１１
に貼りイ」すＩこムの、まｌこはスポンジ状電極月料と
牛酪のガラスノリッ１−どの混合物を塗イｉ焼さイ（１
りして形成したものであっても良い。

次により具体的な実施例に基づいて、更に本発明を説明
づ−る。。

（１）　第１実施例の構造の酸素セン１ノを次のように
しＣ製造した。これを酸素センサＡとする。

壁体部材３．４としてＹ２Ｏ：ｌを６−しル混入したＺ
ｒＯ２の幅１２．４ｍｍｘ長さ６０＋ｎｎ＋ｘｇさ０゜
５ｖｎ＋７）焼結体を用い、電極層３０１．３０２．４
０１．４０２は控え寸法立を１．２ｍｍ、電極面積［を
１００ｍｍ　　（１０ｎ＋ｍＸ　１０ｍｍ）とづ−る〃
み１μの白金多孔質層とし、多孔質電極被覆層３１０．
３２・０１４１０．４２０をスピネルで厚さ１５μ、ボ
［」シメータによる平均気孔率２０〜３０％としで設け
、間隙部の形状は第１図の如くなるＪ、うに連結部材５
どしてセラミック系接省剤を用いて２枚の壁体部材を固
定し、しかして幅１２．４ｖｎ。

５７ｊ１１、２１＋１ｆｆ１１１？ＪＮＷを０　、２　
！５　ｕｎｉ、１ｒ）１放ＩＭ　１１１２にｊ、って形
成される開口の総面積Δを８．７１１１１１１”、酸素
の拡散制限の行なわれるポンプ素子の電極上の距ｍｌ　
Ｓを５ｖｎ（従ってＷ／Ｓ＝０．０５＞と覆る間隙部を
形成した。

（２）　第２実施例の４ｖ、造の酸素センサを次のよう
にして製造した。これを酸素センサＢとする。

（１）と同じ祠質の焼結体で形状を幅４　ｍｍｘ長さ６
０ｍｍｘ厚さ０．５ｍｍとした￥Ａ結休体用い、厚膜の
多孔質金属質層３０３．３０４．４０３．４０４（，１
控え一＼」法を０．７５ｎ＋ｎ＋、、電極面積Ｅを１８
゜Ｑｍｍ”（幅２．５ｍｍｘ長さ７．５１１１１１１）
と１−る厚み１５μ、平均気孔率２０〜３０％の、固体
電解質酸化物（Ｙ２Ｏ２で部分安定化したＺｌ・０２）
を２０外重量％混合した白金質の多孔質層とし、電極の
控え部分に被着した耐熱電気絶縁性の層３３０．３４０
．４３０．４４０はスピネルの多孔質層どし、し・かし
て幅４．＋＋＋ｎ＋、奥行８．３ｍｍ１間隔Ｗをｏ、ｏ
ｓｍｍ、開放端縁ににって形成される間［１の総面積Δ
を１　、６ｎ＋ｍ”　、酸素の拡散制限の１）なわれる
ボンノ索子重極圭の距１ｌＩＳを１．２５ｍ＋ｎ（従つ
−ＣＷ　、／　Ｓ・−０，０（Ｓ４）とＪる間隙部を形
成した。

（３）　第２の実施例の構造の酸素センサであつＣ１上
記Ｍ素センサ［３とは異なる酸素センサを次のにうに製
造した。これを酸素センサＣとする。

酸素センサＢとは、間隙部の間隙ＷをＷ−０゜１５ｍｍ
（従って聞［１総面積Ａは３．２ｍｍ　　、Ｗ／Ｓ比は
０．１３である）とした点以外番。Ｌ同様に製造した。

（４）　本発明の範囲外の、比較用の酸素ピン」ノを次
のように製造した。これを酸素センサＤとする。

酸素シン→）−Ａの多孔質電極被覆層３１０．３２０．
４１０，４２０はこれを設けず単に薄膜の白金層を電極
どしてもつ外は酸素ピン１ノＡと同様に製造した。

（５）　上記のようにしてＢＡ造した４秤の酸素センサ
゛Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄにつき″電池素子の出力電圧ＶＳを２
０＋ｎＶ一定にする状態で酸素ポンプ素子のポンプ電流
１１）と被測定ガス雰囲気中の酸素８冑度との関係を測
定した。結果を第５図に示１゜（６）　上記４種の酸素
センサの応答性を次の方法によって求めた。

燃焼タクトの上流側から一定流量のプロパンガスを、流
量調節可能とした空気とを供給して連続燃焼させ、上記
燃焼ダク１〜に酸木ヒン→ノを取りイ」Ｅノる。燃焼カ
スは温度削の指示で５００　’Ｃとしか：〕酸ｙ、≦レ
ンサの温度をセンサ加熱用ヒータによりＣ３００−一・
７００　’Ｃに保持しかつ混合ノｊスの空気過刺痺“λ
を、（＝１．ＯＯの状態に空気量を調整し、この状態か
らＯｌ［）秒後に空気量を急変させてλ−１，２０に切
り換え更に０．５秒後にλ−１゜０に１ｉｌＪり換える
ということを繰り返し、この間の酌７ｉ　Ｌンリの出力
Ｉ　ｐの瞬ｎｈ値を測定した。ただしｌ！ンリ（。１．
ポンプ電流１１１の調整を介した電池素１′出力ＶＳの
〜走化自動制御電子回路と組み合された１、この結果を
表゛１に承り。

表１ なお、第５図に示Ｊにうに、本発明におい°Ｃ酸素セセ
ンサポンプ索子の少なくとも間隙部側の電極にＷ　ｌ（
ｆ＜拡散抵抗性多孔質層を段【〕ることにより、これを
設（プないものに対し、酸素濃度の広い範囲において小
さいポンプ電流１１１Ｆ安定に酸素濃度の測定が可能と
なるのは次の理由によるしのと考えられる。すなわち、
電極層に、かかる抵抗性をイ」与しないと間隙部内の酸
素分圧ＰＯ２はその上ｊ、ポンプ索子の電極と固体電Ｆ
Ｉ′ｉ′賀体との接触面にａ３よぶが、開放端縁２に近
い局所すなわち外界からの距離が短くて間隙部自体によ
る拡散抵抗性の小さい局所では、外界の被測定ガスのＰ
Ｏ２に近い人きい１〕０２がそのまま上記接触面におＪ
：ぶことになり該局所のポンプ電流は該局所にお（Ｊる
上記接触面の酸素がスイΔン化能力と固体電解質体内部
抵抗とによって制限されるまでに高くならざるを１ｑず
、全ポンプ電流Ｉｐが大ぎい割には間隙部による拡散抵
抗にＪ、って生じるＰＯ２の低トが少なく、間隙部のＰ
Ｏ２の分イアｉは第３図１３（ｂ）に示したように全ポ
ンプ電流（ないし電力）を一定とする条件下では中央部
において高めにならざるを得ない。これに対して酸素拡
散抵抗性多孔質層とりる本発明の場合は、開放端縁２に
近い局所−Ｃ人さくなりが１５であった局所ポンプ電流
すなわち局所酸素ガス汲み出し娼は下記拡散抵抗性多孔
質層による拡散抵抗のため制限されポンプ索子３の該局
所の電極層のイｊ効面（固体電解質体ど電極層との接触
面）には間隙部内雰囲気に対して低減された醗累分Ｕｉ
−のカスが接し、そのためポンプ素子の電極層間に」−
介入ぎい局所の反対起電力が生じるＪ、うになり、結局
、上記局所酸素ガス汲ｉ）出し吊（ま人きく制限をう（
〕る。−ぞしでより電極層の中央部Ｊ、で平均的かつ安
定的に汲み出しが行なわれるようになり、一定のポンプ
電流（ないし電力）を　定と覆る条（’ｌ　Ｆでは第３
図Ｂの（ａ　）に示す」；うに中央部のＰ　０２　Ｌ、
ｔより小さくなるという作用効果を秦りる。即し間隙部
の全体にわたって間隙部による拡散制限作用が働くよう
になるといえる。なお、本発明のセン１ノ°では間隙部
の全体にわたー）Ｃ拡散制限作用が働りにうにしでもな
ａ５応答１ｇには犠１１をもたらＪことなく、また公知
の拡散制限の絞り孔と閉鎖室を備えるタイプのセンサの
それより極めて優れた応答性を交Ｊるしのである。

電池素子の方は、間隙部の他方の壁体４の拡散の谷部（
中心部）に偏して段【プＣもよいが、応答性の点で右利
とずべく、ここに記載した実施例のように広い壁面にわ
たって設（プる場合には、ポンプ素子３の場合と同様４
【拡散抵抗性を呈Ｊる電極層を少なくどし内側すなわち
間隙部側に適用することが有利となる。その理由は間隙
部の中心部で局所的に生じる局所人起電力が開放端縁２
に近い局所の起電力の小さい部位へ電流を流づことにＪ
、る内部電力損のために起電ツノが低下りるのが抑制さ
れ感度を高めるからである。

本発明のレンυ−において間隙部の開放端縁によって形
成される間口は実質的に局部的な絞り（チョーク）を生
じることのないものとしているが、例えば第１の実施例
の構造すなわち２枚の板状固体電解黄体が連結部Ｉｔ　
５から先側で片もち状態どされるものに対して先端の１
〜数点において２つの板状固体電解質体を連結Ｊるリボ
−１へ用部材を備えしめて剛性を高めるようにさせた構
造であつＣシ【のリポ−１一部材のｌこめに実質的に局
所的絞りが形成されるらのではない限りさしつかえない
。

以り訂）ホしたように本発明酸素レンザは、２つのｔＸ
？休部４４　／）Ｘ対向状に配設され、一方を酸素ポン
ゾ木ｆ、他りを電池素子とし、ポンプ素子に酸素拡散抵
抗１１多孔質層を設【−ノたものである。イのため雰囲
気中万ス側麿と汲み出し電流量との対応はおＪ、で０．
１％・・１０％３１．Ｃの広い温度領域に対し７−（例
えば約′１ｎ；△〜１００ｍＡが対応し、小電流Ｃ′シ
かもはぼリニアな狛性とすることがでさる１゜この発明
のし一ン４Ｊは、また間隙Ｗの正確４丁設定が容易η゛
あるので製品のばらつきを少なくてさ゛、Ｊ、た聞１−
１の面積−し広いので、デボジッ１〜の（Ｊ’ｔに１」
、るｔ７ｉ　１’ｌ変化を受（Ｊる恐れが少なくしかし
応答性ｋｌ　ＩＧ　ｔするという人助を秦りるｂのであ
る。

なＪ３この発明のレンザは、被測定ガス雰囲気の酸阜淵
度と酸素ポンプ素ｒのポンプ電流と酸素濃淡電子素ｒの
出ツノ電圧との対応関係を利用して、少ないポンプ電流
で感度よくそして高い耐久性能を保持してしかも応答性
よくＭ累濃度なかんずく＋］ｌガス中の酸素濃度の測定
をｎ１能とするものであり、その限りにおいて、電池素
子の出カ一定の条件下で酸１ｉｌｉ！度とポンプ素子の
ポンプ電流とを対応させる方式にどどよらず例えばポン
プ電流を一定とづる条件下で酸素ｌ１ｉａ度と電池素子
の出力電圧とを対応させる方式をとることも可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例の酸素レノ１ノを示づ平面図
、第２図は同例のｒＩＪｉ面図、第３因Δは同例の位置
関係を示す断面図、第３図Ｂは酸素ガス淵麿分イｌｉを
示す分イ［１図、第４図は本発明第２実施例の酸系ヒン
サを示り断面図、第５図は実験例におりる測定結果を示
すグラフである。 １・・・間隙部 ２・・・間数端縁 ３．４・・・壁体部材 ３０１．３０２．４０１．４０２． ３０３．３０４．４０３．４０７１ ・・・電極層 ３１０．３２０、／Ｉ　１０１　／Ｉ　２０・・・多孔
質電極被覆層 代理人　ブを理１−　定立　勉 ばか１名 第１図 ２ ／ ＼ 第２図 ０２ 第４図 Ｊ４υ　　　　　　３０４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １２つの壁体部材が互いに狭い間隔をおいて対向状に被
   測定ガス雰囲気内に配設されることにＪ、り偏平な間隙
   部を形成し、上記間隙部はその端縁にｄ３い（少なくと
   し　部分が開放端縁と仕っで被測定カス雰囲気に間口し
   て３３す、上記壁体部材を酸系イＡン導雷性固体電解買
   体で形成し、１−記すＩ？体部材の両１面ので−れぞれ
   に対向状に電極層を設け、−万の壁体部材を酸素ポンプ
   素子、他りのへ？体部月を電池素子とした酸素セン４）
   において、Ｍ索ポンプ素了の少なくとも間隙部側の電極
   層に酸素拡散抵抗↑１多多孔層を設りたことを特徴どす
   る酸素センリ。 ２　１１０素拡散抵抗性多孔質層が、実質的に電極とな
   る耐熱金属の多孔質もしくは多孔性層とその上に重ねた
   耐熱材料の多孔質電極被覆層との組み合せ層である特許
   請求の範囲第１項記載の酸素セン　リ−。 ３　酸素拡散抵抗性多孔質層が、銅熱金属祠料を主体と
   しこれにセラミック材料が混入された多孔質金屈賀層で
   ある特許請求の範囲第１１ｉ’ｉ記載の酸素セン１ノー
   。 ４　セラミック材料が、電気絶縁性の金属酸化物である
   特許請求の範囲第３項記載の酸系センサ。 ｂ　　Ｌ７ラミツク拐料が、高電子電導性の金属酸化物
   である特許請求の範囲第３項記載の酸素セン１ノー。 ６　セラミック材１１が、酸素イＡン電力性の金属酸化
   物ｅある特許請求の範囲第３項記載の酸素センυ。 ７　酸素拡散抵抗性多孔質層の抵抗性の腹合が、金属酸
   化物材料の厚み５〜７０μ、平均気孔率１０〜４０％（
   水銀圧入式ポロシメータにＪ、る）の−でれにほぼ相当
   するものである特許請求の範囲第１１ｎ記載の酸素セン
   サ。