JPS60230049A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するのに用
いられる酸素センサに関するものである。

（従来技術） 従来、この種の酸素センサとしては、例えば特開昭５７
−１４７０４９号公報に示されたものがある。この酸素
センサの模式的断面図を第１図に示す、第１図に示す酸
素センサ１は、発熱体２を内蔵した支持体としての隔膜
層３の上に、第１電極（例えば白金）４、酸素イオン伝
導性固体電解質（例えばイツトリア安定化ジルコニア）
５、第２電極（例えば白金）６、および被測定ガスの流
入量を制御する拡散層７を順次膜状に積層した構造を有
するものである。このような酸素センサ１を用いて被測
定ガス中の酸素濃度を検出する場合において、第１電極
４から第２電極６の方向に電流が流れるように（したが
って、酸素イオンは第２電極６から第１電極４の方向に
流れる）、第１電極４と第２電極６との間に９定電圧源
あるいは定電流源を接続したときに、前者の定電圧源を
用いた場合には前記第１電極４と第２電極６との間に流
れる電流を測定することにより、また、定電流源を用い
た場合には前記第１電極４と第２電極６との間の電位差
を測定することにより、それぞれ被測定ガス中の酸素濃
度を知ることができる。このように、従来の酸素センサ
１では、ポンプ動作とセンサ動作を同一の電極４，６で
行っているため、ポンプ電流を流すことによる電極４．
６の劣化に起因する出力特性の経時変化が大きな問題と
なっていた。また、ポンプ電流を流すことによって生じ
る電圧（内部抵抗×電流）降下分がセンサ出力に上載せ
されるため、前記内部抵抗の温度依存性に起因して酸素
センサ１の温度特性な悪くするという問題もあった。

ところで、このような問題に対して特開昭５６−１３０
６４９号公報等に見られるように、ポンプ動作セルとセ
ンサ動作セルとを分離した酸素センサも提案されている
。そこで、特開昭５６−１３０６４９号公報を例にとっ
て説明すると、第２図は、この例を示す酸素センサの模
式的断面図であって、この酸素センサ１１は、板状ある
いはペレット状の例えばイツトリア安定化ジルコニアよ
りなる二組の酸素イオン伝導性固体電解質１２．１３の
それぞれ両面に、例えば白金よりな１　る電極１２ａ、
１２ｂおよび１３ａ、１３ｂを設け、前記固体電解質１
２．１３を中空セラミック管１４の両端に各々シール材
１５を用いて接着固定し、各電極１２ａ、１２ｂおよび
１３Ｌ、１３ｂにはリード線１６ａ、１６ｂおよび１７
ａ、１７ｂを接続すると共に、中空セラミック管１４に
は管の内外で酸素の拡散移動を可能にするための小孔１
８が設けである。

この第２図に示す酸素センサ１１において、中空セラミ
ック管１４の両端に設けた２つの固体電解質１２．１３
のうち、一方の固体電解質１２および電極１２ａ、１２
ｂがポンプ動作セルＰとしてはたらき、他方の固体電解
質１３および電極１３ａ、１３ｂがセンサ動作セルＳと
゛してはたらき、具体的には次のように動作する。すな
わち、ポンプ動作セルＰはポンプ動作電流Ｉｐが電極１
２、ａから電極１２ｂへと流れることにより中空セラミ
ック管１４の内部から酸素の排出を行い、センサ動作セ
ルＳは、その結果中じた中空セラミック管１４の内外に
おける酸素分圧差による濃淡電池の原理に基づく起電力
Ｖｓを発生する。したがって、このような酸素センサ１
１を用いる場合には、ポンプ動作電流Ｉｐを一定にした
ときの起電力Ｖｓの酸素濃度依存性、あるいは起電力Ｖ
ｓが一定になるようにしたときのポンプ動作電流ＩＰの
酸素濃度依存性から被測定雰囲気中の酸素濃度を知るこ
とができる。それゆえ、第２図に示した酸素センサ１１
では、第１図に示した酸素センサ１の問題点を解決する
ことが可能となる。

しかしながら、第２図に示す酸素センサ１１では、酸素
ガスの拡散移動が小孔１８だけを通して行われるように
、２つの電気化学的セルＰ、Ｓをシール材１５を用いて
中空セラミック管１４に接着シールしているため、新た
な問題を生じている。すなわち、シール材１５による接
着シールが正しく行われないと所望の特性が搏られない
ということである。このような酸素センサ１１を例えば
自動車排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサとして
用いた場合、その厳しい使用環境のためにシール材１５
に欠陥を生じるという問題がある。また、２つの電気化
学的セルＰ、Ｓを用いるため構造が複雑となり、コスト
が高くなるという問題もある。さらに、板状あるいはベ
レット状の酸素イオン伝導性固体電解質１２．１３を用
いているため熱容量が大きく、発熱体で消費する電力が
大きくなったり、酸素イオン伝導性固体電解質１２．１
３が熱応力のため破壊されたりするという問題をも有し
ている。

（発明の目的） この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、ポンプ電流を流すことによる電極の劣化に起因
する出力特性の経時変化が著しく小さく、ポンプ電流を
流すことによって酸素イオン伝導性固体電解質の温度変
化による内部抵抗変化に起因する温度特性への影響が著
しく小さく、例えば自動車排ガス中におけるような厳し
い環境下においても支障なく酸素濃度の検出が可能であ
り、加えて構造が簡単で安価である酸素センサを提供す
ることを目的としている。

（発明の構成） この発明は、隔膜層と、第１電極と、酸素イオン伝導性
固体電解質と、被検ガスに接触する第２電極とを積層し
た酸素センサにおいて、前記酸素イオン伝導性固体電解
質と接触しかつ前記第２電極の近傍に第３電極を設けた
ことを特徴としている。

この発明による酸素センサを構成する隔膜層。

酸素イオン伝導性固体電解質、第１−第３電極の材質お
よび形成方法等は、この発明においては特に限定されず
、従来より採用さ屁ている材料および形成手段等の中か
ら適宜選択して採用することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基いてさらに詳細に説
明する。

第３図および第４図はこの発明の一実施例による酸素セ
ンサの模式的平面図およびその縦断面図であって、この
酸素センサ２１は、発熱体２２を埋設した隔膜層２３の
上面に、第１電極２４、酸素イオン伝導性固体電解質２
５を順次積層し、前記固体電解質２５の上面に、平面概
略コ字形の第２電極２６を設けると共に、前記第２電極
２６にはさまれた状態の第３電梅２７を設け、前記隔膜
層２３．固体電解買２５．第２電極２６および第３電極
２７の表面にガス拡散制御層２８を設けて、前記発熱体
２２にリード線３１．３２を接続　。

すると共に、前記第１電極２４．第２電極２６゜第３電
極２７のそれぞれ延長部ｚ＋ａ、ｚ６ａ。

２７ａにそれぞれリード線３４．３６．３７を電気的に
接続した構成を有するものである。

このような構成の酸素センサ２１の製造の一例を示すと
、アルミナ等を用いたグリーンシートよりなる未焼成隔
膜層２３の中に白金ペーストあるいは白金ワイヤ等より
なる発熱体２２を埋設する。そして、この発熱体２２は
白金線等を用いたリード線３１．３２と電気的に接続可
能な状態とする０次いで、このような未焼成隔膜層２３
の上にスクリーン印刷によって第１電極２４、酸素イオ
ン伝導性固体電解質２５、平面コ字形の第２電極２６、
前記第２電極２６に近接かつはさまれた状態の第３電極
２７を順次未焼成状態で積層す中 る、なお、電極２４，２６．２７の形成に際しては白金
ペーストを用い、酸素イオン伝導性固体電解質２５の形
成に際しては９５モル％ＺｒＯ，−５モル％Ｙ２Ｏ３を
ペースト状にしたものを用いた。さらに、この上にアル
ミナ、スピネル等をペースト状にしたものを用いてガス
拡散制御層２８を未焼成の状態で被覆し、次いで各々の
電極２４．２６．２７の各延長部２４ａ、２６ａ、２７
ａとリード線３４，３６．３７とを電気的に接続可能な
状態とした後、大気中１５００°ＣＸ２時間の条件で焼
成して各リード線３１．３２．３４，３６．３７と電気
的に接続した酸素センサ２１とする。ここで得た酸素セ
ンサ２１の各部の厚さと面積は第１表に示すごとくであ
る。

なお、この発明による酸素センサを製造するに際しては
、上記した材料および製造方法に限定されるものではな
く、従来公知の材料および製造方法を採用することがで
きる。

次に、第３図および第４図に示した酸素センサ２１の作
用について説明する。第５図は前記した酸素センサ２１
を用いる場合の結線図であって、発熱体２２にはリード
線３１．３２を介して発熱体用電源４１が接続しである
。また、第２電極２６をポンプ動作電極とし、第１電極
２４、酸素イオン伝導性固体電解質２５、第２電極２６
で構成される部分をポンプ動作セルとして、リード線３
４．３６を介してポンプ動作電源４２に接続しである。

他方、第３電極２７をセンサ動作電極とし、第１電極２
４、酸素イオン伝導性固体−解質２５、第３電極２７で
構成される部分をセンサ動１　作セルとして、リード線
３４．３７を介して電圧検出手段４３に接続しである。

また、必要に応じて、電圧検出手段４３にフィニドパッ
ク回路を組込み、リード線３８を介してポンプ動作電源
４２を制御しても良い。

ところで、我々は特開昭５７−１４７０４９号公報に記
載された上記第１図に示す酸素センサ１の問題点を種々
検討したところ、次のような結論を得た。すなわち、 ■特性の経時変化に関して ２電極タイプの酸素センサの特性の経時変化は、カソー
ド反応がおこっている電極、つまり０□＋４ｅ”→２０
２−の反応がおこっている電極の劣化に起因する。

■電圧降下分の影響に関して 温度が一定ならばあまり問題とならないが、例えば自動
車用排ガスセンサとして用いる場合、排ガス温度の変化
が激しいので発熱体により加熱して排ガス温度の変化に
よる影響を少なくすることが望ましく、さらにポンプ動
作電極とセンサ動作電極とを分離すればポンプ電流を流
したときでも　！　。

温度変化による内部抵抗変化の影響がなくなるので良い
結果が得られる。

そこで、この発明による酸素センサでは、上記のような
理由から３電極の構成とした。また、第２電極２６が第
３電極２７をはさむ状態としてその周囲を囲うように配
置したのは、例えば第２電極２６をポンプ動作電極とし
た場合、被測定ガスがガス拡散制御層２８を通して第３
電極２７つまリセンサ動作電極へ到達する量の一部また
は全部をボンピングすることを期したためである。また
、逆に第２電極２６をセンサ動作電極とし、第３電極２
７をポンプ動作電極とした場合も同様である。そして、
第２電極２６が第３電極２７の周囲を囲う場合、第３電
極２７が酸素イオン伝導性固体電解質２５と見掛は上に
おいて接する外周部の１／２以上とするのがよい、これ
は、例えば第５図におけるような場合、センサ動作電極
としての′第３電極２７が、ポンプ動作電極としての第
２電極２６の影響を受ける部分（囲われている部分）と
影響を受けない部分（囲われていない部分）の混成電池
となり、酸素センサの出力が酸素ガスの拡散移動現象だ
けで決まらないことを防止するためである。また第２電
極２６と第３雷ｊ［ｔ２７との間の距離としては、セン
サ動作電極となる電極幅の５倍以下が好ましい、この理
由も上記周囲を囲う理由と同じである。そして、この実
施例では具体的には第３電極２７の幅を２００１Ｌｍ、
第２電極２６と第３電極２７の間隔を２００＃Ｌｍとし
た。

次に第１図に示した従来の酸素センサ１と、この発明の
実施例による酸素センサ２１の特性を比較した。ここで
、酸素センサ１，２１の特性を測定するに際しては第５
図に示したような結線を用い、センサセル電圧が０．２
ｖで一定になるときのポンプ電流を測定した。第６図は
経時変化特性を比較した結果を示すものである。なお、
測定のために使用した燃焼装置は、天然ガスを燃料とし
たセンサテスタであり、空気流量を変えることにより当
量比（空気過剰率）λを変化させた。そして、この燃焼
装置を用い、排ガス温度６００℃のとき酸素センサ温度
が７００℃となるように発熱体２，２２に通電した。

第６図において、曲線Ａは酸素センサの初期特性を示す
ものであり、この発明による酸素センサ２１と従来の酸
素センサ１の特性が等しいものを選び出して測定に供し
た。そして、前記２木の酸素センサ１，２１を用い、当
量比＝１．５において２５０時間ポンプ動作セルに５ｍ
Ａを流し続けた後のそれぞれの酸素センサ１，２１の特
性を各々曲線ＩＡ、２１Ａに示す、第６図の結果から。

従来の酸素センサ１においては曲線１Ａで示すように大
きく変化しているが、この発明による酸素、センサ２１
においては曲線２１Ａで示すように特性の変化が著しく
小さいことが明らかである。

さらに、前記各酸素センサ１，２１の温度特性を比較し
た結果の一例を第７図に示す、ここで用いた装置は第６
図の場合と同じである。また、排ガス温度６００℃、セ
ンサ温度７００℃のときにおいて同じポンプ電流−当量
比特性を示す従来のｉ　酸素センサ１とこの発明による
酸素センサ２１を選出した。その特性を曲線Ｂに示す、
ここで、排ガス温度を４５０℃から７００℃に変化させ
た場合の特性を図示すると、従来の酸素センサ１では電
圧降下分（固体電解質５の内部抵抗変化×ポンプ電流）
の影響が大きく、曲線ＩＢから１０まで変化するのに対
して、この発明による酸素センサ２１では曲線２１Ｂか
ら２１Ｃまでしか変化せず、温度特性は極めて良いこと
が明らかである。

さらに、第２図の酸素センサ１１と比較して、シールす
る部分がないこと１発熱体２２と酸素イオン伝導性固体
電解質２５とが近接しているため発熱体２２の消費電力
が小さくてすむこと、電気化学的セルが１つしかないこ
と、膜構造で積層することにより容易に製造できること
、などの利点があることから、信頼性が高く安価な酸素
センサ２１を提供することが可能である。

第８図はこの発明の他の実施例を示す図であって、この
酸素センサ２１は、固体電解質２５上において、第２電
極２６を概略矩形枠状に形成し。

この第２電極２６の中に第３電極２７を配設し　ｌて、
第２電極２６により第３電極２７を囲った状態にし、第
２電極２６をセンサ動作電極とし、第３電極２７をポン
プ動作電極とする場合に好ましい電極配置を示したもの
である。この場合におｌ、％でも第３図および第４図に
示した酸素センサと同様に経時変化が少なくかつ温度に
よる影響が著しく小さい良好な特性をもつ酸素センサ２
１が得られた。

第１０図および第１１図はこの発明のさらに他の実施例
による酸素センサの模式的平面図およびその縦断面図で
あって、この酸素センサ５１は、発熱体５２を埋設した
隔膜層５３の上面に、第１電極５４、酸素イオン伝導性
固体電解質５５．第２電極５６を順次積層し、前記固体
電解質５５内において前記第１電極５４と第２電極５６
とではさまれた状態の第３電極５７を設け、前記発熱体
５２にリード線６１．６２を接続すると共に、第１電極
５４．第２電極５６．第３電極５７のそれぞれ延長部５
４ａ、５６ａ、５７ａにそれぞれリード線６４．６６．
６７を電気的に接続した構成を有するものである。

このような構成の酸素センサ５１の製造の一例りなる未
焼成の隔膜層素材５３ａ上に、白金ペースト等により未
焼成の発熱体５２を形成し、発熱体５２と白金線等を用
いたリード線６１．６２とを電気的に接続可能な状態と
した後、大気中において１５００℃×２時間の条件で焼
成して一方の隔膜層５３ａを形成する。また、別の未焼
成の隔膜層素材５３ｂの上に、スクリーン印刷によつ　
゛て第１電極５４、酸素イオン伝導性固体電解質５５ａ
、第３電極５７、酸素イオン伝導性固体電解質５５ｂ、
第２電極５６を順次積層する。ここで各電極５４，５６
．５７の形成に際してはそれぞれ白金ペーストを用い、
酸素イオン伝導性固体電解質５５　（５５ａ　：５５ｂ
）の形成に際しては９５モル％Ｚｒ０２−５モル％Ｙ２
Ｏ３をペースト状にしたものを用いた。そして、各々の
電極Ｓ４．５６．５７の延長部５４ａ　＋　５６ａ　。

５７Ｌとリード線６４．６６．６７とを電気的に接続可
能な状態とした後、大気中において１４００℃×２時間
の条件で焼成し、隔膜層５３ｂの上に形成されかつ各リ
ード線６４゜６６．６７と電気的に接続したセンサ素子
部を得る。そして、最後に前記一方の隔！ＩＪ５３ａと
上記センサ素子部を設けた他方の隔膜層５３ｂとを無機
接着剤により接合して酸素センサ５１を得る。このよう
にして得た酸素センサ各部の仕様は以下に示すとおりで
ある。したがって、固体電解質５５の厚さは４０〜５０
μｍであり、この中に入っている第３電極５７と第２電
極５６との間はこの厚さよりもせまく、第３電極５７は
８２電極５６の近傍に位置している。

なお、上記実施例において体酸素イオン伝導性固体電解
質５５をガス透過性とするような焼成条件を選定したが
、焼成条件だけでなく例えば酸素イオン伝導性固体電解
質の原料粉末粒径を変えたり、製造方法を変えたりする
ことなどによってガス透過性とすることも可能である。

さらに、この発明による酸素センサ５１を製造するに際
しては、上記した材料および製造方法に限定されるもの
ではなく、従来公知の材料および製造方法を採用するこ
とができる。

次に、上記構成の酸素センサ５１の作用について説明す
る。第１２図は上記した酸素センサ５１を用いる場合の
結線図であって、発熱体５２にはリード線６１．６２を
介して発熱体用電源７１が接続しである。また、第１電
極５４と第２電極５６とは各々リード線６４．６６を介
してポンプ動作電極７２と接続しである。さらに、第２
極５６と第３電極５７とは各々リード線６６　、６７を
介して、電圧検出手段７３と接続しである。そして、必
要に応じて電圧検出手段７３にフィードバック回路を組
込み、リード線７４を介してポンプ動作電源７２を制御
しても良い。

そして、我々は特開昭５７−１４７０４９号公報に記載
された上記第１ｒ１１Ｊに示す酸素センサ１の問題点を
種々検討して前述のような■特性の経時変化および■電
圧降下分の影響に関しての結論を得たことから、この実
施例の＃素センサ５１においても３電極の構成にして、
前記第１電極５４と第２電極５６をポンプ動作電極とし
、この２つの電極５４．５６のうちアノード反応のおこ
っている電極（ポンプ電流の方向による）と第３電極５
７をセンサ動作電極とした。したがって、第１２図に示
したような結線においては、第２電極５６から酸素イオ
ン伝導性固体電解質５５を通して第１電＆５４の方向に
向けてポンプ電１＆Ｉｐを流したとすると、酸素イオン
はこの逆方向に流れ、第１電極５４で酸素が消費され、
第２電極５６で酸素ガスが発生する。ところで、このよ
うな酸素の移動を考えると、第１電極５４で酸素が消費
されるため、ガス透過性酸素イオン伝導性固体電解質５
５を通して第１２図に矢印Ｘで示すようなガス流が生じ
る一方、矢印Ｙで示すように第３電極５７近傍の酸素ガ
スも第１電極５４の方へ移動する。さらに、被測定ガス
中の酸素ガスは矢印Ｚで示すように直接ガス透過性酸素
イオン伝導性固体電解質５５あるいは第２電極５６とガ
ス透過性酸素イオン伝導性固体電解質５５を通して第３
電極５７に達する。そして、このようなガス流によって
＄３電極５７はある値の酸素分圧に保たれる。一方、第
２電極５６へは前記ポンプ動作によって矢印Ｐ方向に酸
素イオンが送られて、ここで酸素ガスが発生するので、
ここでもある値の酸素分圧に保たれる。したがって、こ
の両電極５６．５７における酸素分圧の差によリセンサ
起電力が生じ、これが電圧検出手段７３で検出される。

次に第１図に示した従来の酸素センサーと、この発明の
実施例による酸素センサ５１の特性を比較した。ここで
、酸素センサー、５１の特性を測定するに際しては第１
２図に示したような結線を用い、センサ起電力が１００
ｍＶで一定になるときのポンプ電流Ｉｐを測定した。第
１３図は経時変化特性を比較した結果を示すものである
。このとき、測定のために使用した燃焼装置は、天然ガ
スを燃料としたセンサテスタであり、空気流量を変える
ことにより当量比（空気過剰率）入を変化させた。そし
て、この燃焼装置を用い、排ガス温度６００℃のとき酸
素センサ温度が７００℃となるように発熱体２，５２に
通電した。

第１３図において、曲線５１Ｄ、ＩＤはそれぞれこの発
明による酸素センサ５１と従来の酸素センサ１の初期特
性を示すものである。ここで、曲線５１Ｄの方かポンプ
電流Ｉｐが小さいのは、多孔質酸素イオン伝導性固体電
解質５５の気孔率が従来の酸素センサ１の拡散層７の気
孔率より小さいためである。また、当量比１．５におい
て必要ポンプ電流を２５０時間流し続けた後の酸素セン
サ１，５１の特性をそれぞれ曲線ＩＥ、５１Ｈに示す。

第１３図より明らかなように、この発明に　！よる酸素
センサ５１の特性の変化は従来の酸素センサ１の特性の
変化に比べて著しく小さい。

さらに、温度特性を比較した結果を第１４図に示す。こ
こで用いた装置は第１３図の場合と同じである。そして
、排ガス温度６００℃、センサ温度７００°Ｃのときの
ポンプ電流Ｉｐと当量沈入との関係について本発明によ
る酸素センサ５１の特性を曲線５１Ｆで示し、従来の酸
素センサ１の特性を曲線１Ｆで示す。この場合、曲線Ｉ
Ｆ。

５１Ｆは第１３図の曲線ＩＤ、５１Ｄと一致する。次に
、発熱体２．５２に対する加熱電源の電圧を一定にして
排ガス温度を４５０℃から７００°Ｃに変化させた場合
の特性の変化を図示すると、従来の酸素センサ１では電
圧降下分の影響が大きく曲線１Ｇから１Ｈまで変化する
のに対して、この発明による酸素センサ５１では曲線５
１Ｇから５１Ｈまでしか変化せず、温度特性は極めて良
いことが確かめられた。

第１５図はこの発明のさらに他の実施例による酸素セン
サを示す図であって、この酸素センサ５１は、第３電極
５７が第１電極５４と同一側面上に前記酸素イオン伝導
性固体電解質５５に接触して配置されかつ第１電極５４
によってはさまれた状態でその周囲を囲われている構成
をなすものである。そして、この酸素センサ５１では、
第２電極５６をアノード反応極として使用するのに適し
ている。

また、第１６図はこの発明のさらに他の実施例を示す図
であって、この酸素センサ５１は第３電極５７が第２電
極５６と同一側面上に前記酸素イオン伝導性固体電解質
５５に接触して配置されかつ第２電極５６によってはさ
まれた状態でその周囲を囲われている構成を有するもの
である。そして、この酸素センサ５１では第２電極５６
を７ノ一ド反応極として使用するのに適している。

ところで、第１６図に示す酸素センサ５１の場合、第３
電極５７近傍の酸素ガスはカソード反応極である第１電
極５４の方向にひかれるが、第３電極５７が被測定ガス
に直接さらされているため、第２電極５６との酸素分圧
差はそれほど大きくならず、センサ起電力としてはせい
ぜい４００ｍＶ程度である。そこで、第１７図に示すよ
うに、第３電極５７に被測定ガスが直接触れないように
、第３電極５７をガス不透過絶縁層５８で被うことによ
って、大きなセンサ起電力が得られるようになる。

第１８図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、この酸素センサ５１は第１１図に示したものとほぼ
同じ構造を有するものであるが、ここでは第２電極５６
をカソード反応極として使用するのに適した場合の例を
示している。そして、この場合にも第１７図の場合と同
様にカソード反応極である第２電極５６へ直接被測定ガ
スが触れないよう、第２電極５６へのガス流入量を制限
するガス拡散制御層５２を設けである。

第１９図はこの発明のさらに他の実施例を示す図であっ
て、この酸素センサ５１は、第１１図に示した酸素セン
サ５１に、被測定雰囲気から酸素１　センサ部を保護す
るための保護層６ｏを形成した１　場合を示すものであ
る。このようにしたときでも、第１１図に示した酸素セ
ンサ５１と同様に、経時変化特性および温度特性にすぐ
れ＋Ｓ素センサとすることができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、隔膜層と
、第１電極と、酸素イオン伝導性固体電解質と、被検ガ
スに接触する第２電極とを積層した酸素センサにおいて
、前記酸素イオン伝導性固体電解質と接触しかつ前記第
２電極の近傍に第３電極を設けた構成としたから、出力
特性の経時変化が極めて小さく、酸素イオン伝導性固体
電解質の温度変化に基く内部抵抗変化による影響がほと
んどないため、温度特性が著しく改善され、例えば自動
車排ガス中におけるような厳しい環境下においても支障
なく酸素濃度の検出が可能であり、構造が簡単で安価に
製造できるなどの非常に優れた効果をもたらしうるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の酸素センサを示す各々模式
的断面図、第３図および第４図はこの発明の一実施例に
よる酸素センサの各々模式的平面図および模式的断面図
、第５図は第３図および第４図の酸素センサを使用する
場合の電気的結線の一例を示す説明図、第６図は従来の
酸素センサとこの発明による酸素センサの経時変化特性
を調べた結果の一例を示す比較説明図、第７図は同じく
温度特性を調べた結果の一例を示す比較説明図、第８図
および第９図はこの発明の他の実施例による酸素センサ
の各々模式的平面図および模式的断面図、第１０図およ
び第１１図はこの発明のさらに他の実施例による酸素セ
ンサの各々模式的平面図および模式的断面図、第１２図
は第１Ｏ図および第１１図の酸素センサを使用する場合
の電気的結線の一例を示す説明図、第１３図は従来の酸
素センサとこの発明による酸素センサの経時変化特性を
調べた結果の一例を示す比較説明図、第１４図は同じく
温度特性を調べた結果の一例を示す比較説明図、第１５
図ないしｊ＠１９図はこの発明のさらに他の実施例によ
る酸素センサの各々模式的断面図である。 ２１．５１・・・酸素センサ、 ２２．５２・・・発熱体、 ２３．５３・・・隔膜層、 ２４．５４・・・第１電極、 ２５．５５・・・酸素イオン伝導性固体電解質、２６．
５６・・・第２電極、 ２７．５７・・・第３電極。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士　小　塩　豊 第１図 第２図 第３図 第５＠ 第６図 当　量　ヒヒ　（入） 第７図 当　量　太ヒ　（λ） 第８ｊｌ ｊＩ９図 第１Ｏ図 第１１図 すど 第１２図 １ 第１３図 当　ｉＩｌ：ヒ゛（入） 第１４図 当　量　比（入） ！ 第１５図 １ 第１７図 ｚ 第１８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）隔膜層と、第１電極と、酸素イオン伝導性固体電
   解質と、被検ガスに接触する第２電極とを積層した酸素
   センサにおいて、前記酸素イオン伝導性固体電解質と接
   触しかつ第２電極の近傍に第３電極を設けたことを特徴
   とする酸素センサ。