JPS6034064B2 - Stacked membrane structure oxygen sensor - Google Patents

Stacked membrane structure oxygen sensor

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JPS6034064B2
JPS6034064B2 JP54163514A JP16351479A JPS6034064B2 JP S6034064 B2 JPS6034064 B2 JP S6034064B2 JP 54163514 A JP54163514 A JP 54163514A JP 16351479 A JP16351479 A JP 16351479A JP S6034064 B2 JPS6034064 B2 JP S6034064B2
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JP
Japan
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layer
solid electrolyte
electrode layer
electrode
oxygen sensor
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信司 木村
健治 池沢
博幸 青木
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Nissan Motor Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素イオン伝導性固体電解質届を用いた積層
型膜構造酸素センサに係り、さらに詳しくは隅膜層、第
1電極層、酸素イオン伝導性固体電解質層および第0電
極層を順次積層し、前記隔膜層および酸素イオン伝導性
団体電解質層のうち少なくともいずれか一方をガス透過
性にし、前記両電極間に生ずる電位差を計測するように
して流体中の酸素濃度の検出、とくに自動車用エンジン
排ガス中の酸素濃度の検出をおこなうのに適した積層型
膜構造酸素センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laminated membrane structure oxygen sensor using an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and more specifically, a corneal membrane layer, a first electrode layer, an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, A 0th electrode layer is sequentially laminated, at least one of the diaphragm layer and the oxygen ion-conducting collective electrolyte layer is made gas permeable, and the potential difference generated between the two electrodes is measured to increase the oxygen concentration in the fluid. The present invention relates to a laminated membrane structure oxygen sensor suitable for detecting oxygen concentration in automobile engine exhaust gas.

第1図は従釆の積層型腰構造酸素センサの模式的断面図
であった、構造基体としての強度を保持する隔膜層1、
第1電極層2、ガス透過性の酸素イオン伝導性固体電解
質層3、第0電極層4を順次積層し、前記両電極層2,
4間に生ずる電位差を計測するために、リード線5を介
して電圧測定装置6を接続し、さらに第0電極層4表面
を中心に保護層7を被覆した構造をなすものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a secondary laminated waist structure oxygen sensor; a diaphragm layer 1 that maintains strength as a structural base;
A first electrode layer 2, a gas permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer 3, and a zeroth electrode layer 4 are sequentially laminated, and both electrode layers 2,
In order to measure the potential difference occurring between the 0th electrode layer 4, a voltage measuring device 6 is connected via a lead wire 5, and the surface of the 0th electrode layer 4 is further covered with a protective layer 7.

このような構造の酸素センサにおいては、被測定ガスが
リッチ側からリーン側に、あるいは反対にリーン側から
リッチ側に変化した場合に、第0電極層4および酸素イ
オン伝導性固体電解質層3を経て第1電極層2に到達す
る際に、前記固体電解質層3を通過するのに要するごく
わずかの時間だけ第1電極層2と第0電極層4との間で
酸素分圧の差を生ずるので、この酸素分圧の差に基いて
出力電圧(第12図参照)を生ずる。この場合、一般的
には、基板としての隅膜層1にAI203(アルミナ)
等のセラミックスを用い、両電極層2,4のPt(白金
)等の導電体を用い、固体電解質層3にY203−Zの
2(ィットリア安定化ジルコニア)あるいはCa○−Z
r02(力ルシア安定化ジルコニア)を用いることが多
く、また、保護層7としてはCa○−Zr02(カルシ
ウムジルコネート)やN203(アルミナ)などを用い
ることが多い。
In an oxygen sensor having such a structure, when the gas to be measured changes from a rich side to a lean side, or conversely from a lean side to a rich side, the 0th electrode layer 4 and the oxygen ion conductive solid electrolyte layer 3 are When reaching the first electrode layer 2 through the solid electrolyte layer 3, a difference in oxygen partial pressure is generated between the first electrode layer 2 and the zeroth electrode layer 4 for a very short time required for passing through the solid electrolyte layer 3. Therefore, an output voltage (see FIG. 12) is generated based on this difference in oxygen partial pressure. In this case, generally AI203 (alumina) is used for the corneal membrane layer 1 as a substrate.
2 of Y203-Z (yttria stabilized zirconia) or Ca○-Z is used for the solid electrolyte layer 3.
r02 (Lucia stabilized zirconia) is often used, and as the protective layer 7, Ca○-Zr02 (calcium zirconate), N203 (alumina), etc. are often used.

このような構造において、隔膜層1と第1電極層2との
間の界面は金属とセラミックスとの接合面となっている
が、この接合面は化学的接合ではなく物理的あるいは機
械的接合面となっている。
In such a structure, the interface between the diaphragm layer 1 and the first electrode layer 2 is a bonding surface between metal and ceramic, but this bonding surface is not a chemical bonding but a physical or mechanical bonding surface. It becomes.

そのため、このような接合面では接し合う二層の材料の
熱膨張係数の相違により相互間の接合力が小さく、とく
に自動車用エンジン排ガス中の酸素濃度を検出する場合
のように低温および高温状態がくりかえされしかも高温
かつ高速流体中に取付けられる使用環境では接合界面に
おいて二層が分離ないいま剥離しやすい問題を有し、耐
久性に乏しい欠点を有していた。第2図は、上記欠点を
解消せんとして試みられた酸素センサの模式的断面図で
あって、第1電極層8は透孔8aを有する格子状となっ
ている。
Therefore, at such a joint surface, the bonding force between the two layers is small due to the difference in the thermal expansion coefficients of the materials in contact with each other, and this is especially true in low and high temperature conditions, such as when detecting the oxygen concentration in automobile engine exhaust gas. In a usage environment in which it is repeatedly installed in a high-temperature, high-speed fluid, there is a problem in that the two layers tend to separate or peel off at the bonding interface, resulting in poor durability. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an oxygen sensor attempted to solve the above-mentioned drawbacks, and the first electrode layer 8 has a lattice shape with through holes 8a.

このため、隅膜層1と第1電極層8との接合界面は、金
属とセラミックスのみによる接合だけでなく、各透孔8
aを介してセラミックス同士の接合もおこなわれるので
、従来のものに比べて隔膜層1と第1電極層8との界面
における分離ないいま剥離という不具合の発生をかなり
防止することができる。このような試みによっても一応
の成果を子あげることができるが、本発明者らはさらに
改善をはかるべく研究を重ねた。本発明の目的は、上述
した従来技術の欠点を解消し、積層型膜構造酸素センサ
において隔膜層と第1電極層との間の接合界面での分離
ないいま剥離発生を防止し、耐久性にすぐれたものとす
ることにある。
Therefore, the bonding interface between the corneal layer 1 and the first electrode layer 8 is not only bonded only by metal and ceramics, but also by each through hole 8.
Since the ceramics are also bonded to each other through a, the occurrence of problems such as separation or peeling at the interface between the diaphragm layer 1 and the first electrode layer 8 can be significantly prevented compared to the conventional method. Although such attempts can produce some results, the present inventors have continued to conduct research for further improvements. An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, prevent separation or peeling at the bonding interface between the diaphragm layer and the first electrode layer in a laminated membrane structure oxygen sensor, and improve durability. The goal is to make it excellent.

本発明は、隔膜層、第1電極層、酸素イオン伝導性固体
電解質層および第0電極層を順次積層し、前記隔膜層お
よび酸素イオン伝導性団体電解質層のうち少なくともい
ずれか一方をガス透過性にし、前記第0電極層を被測定
ガスと接触可能にすると共に、前記両電極層間に生ずる
電位差を計測するようにした積層型膜構造酸素センサに
おいて、前記隅膜層と第1電極層との間に前記固体電解
質層と基本的に同一成分系になる酸素イオン伝導性固体
電解質層を設けたことを特徴とし、好ましくは前記五層
を未焼成状態で積層して同時焼成により形成し、さらに
望ましくは前記第ロ電極層を少なくとも該第D電極層表
面に形成した保護層を介して被測定ガスと接触可能にし
、好ましくは前記六層を未焼成状態で積層して同時焼成
により形成することを特徴としている。
In the present invention, a diaphragm layer, a first electrode layer, an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and a 0th electrode layer are sequentially laminated, and at least one of the diaphragm layer and the oxygen ion conductive collective electrolyte layer is made gas permeable. In the stacked membrane structure oxygen sensor, the zeroth electrode layer is made to be in contact with the gas to be measured, and the potential difference generated between the two electrode layers is measured. It is characterized in that an oxygen ion conductive solid electrolyte layer having basically the same composition as the solid electrolyte layer is provided between them, and preferably the five layers are laminated in an unfired state and formed by simultaneous firing, and Desirably, the second electrode layer is made contactable with the gas to be measured via at least a protective layer formed on the surface of the D electrode layer, and preferably the six layers are laminated in an unfired state and formed by simultaneous firing. It is characterized by

以下、本発明の実施例に基いて詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples.

第3図は本発明の一実施例における積層型膜構造酸素セ
ンサの模式的断面説明図あって、構造基体としての強度
を保持する隔膜層1 1上に、酸素イオン伝導性固体電
解質層19、第1電極層12、ガス透過性の酸素イオン
伝導性固体電解質層13および第ロ電極層14を順次種
層し、両電極層12,14間に生ずる電位差を計測する
ために、リード線15を介して電圧測定装置16を接続
し、前記第ロ電極層14表面を中心にして保護層17を
被覆して前記第ロ電極層14が保護層17を介して被測
定ガスと接触しうるようにした構造をなすものである。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a laminated membrane structure oxygen sensor according to an embodiment of the present invention, in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 19 is provided on a diaphragm layer 11 that maintains strength as a structural base. The first electrode layer 12, the gas-permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer 13, and the second electrode layer 14 are sequentially seeded, and a lead wire 15 is connected to measure the potential difference generated between the two electrode layers 12 and 14. A voltage measuring device 16 is connected through the protective layer 17 and the surface of the second electrode layer 14 is covered with a protective layer 17 so that the second electrode layer 14 can come into contact with the gas to be measured through the protective layer 17. It has a similar structure.

このような構造の酸素センサにおいては、被測定ガスが
リッチ側からリーン側に変化し、あるいはリーン側から
リッチ側に変化した場合に、前記第0電極層14および
酸素イオン伝導性固体電解質層13を経て第1電極層1
2に到達する際に、前記固体電解質層13を通過するの
に要するごくわずかの時間だけ第1電極層12と第ロ電
極層14との間で酸素分圧の差を生ずるので、この酸素
分圧の差に基いて第12図に示すような出力電圧を発生
する。第4図は本発明の他の実施例を示すもので、機造
基体としての強度を保持する隔膜層11上に、酸素イオ
ン伝導性固体電解質層19、透孔18aを有する格子状
の第1電極層18、ガス透過性の酸素イオン伝導性固体
電解質層13、第0電極層14および保護層17を順次
積層し、両電極層18,14間にリード線15を介して
電圧測定装置16を接続した構造をなすものである。
In the oxygen sensor having such a structure, when the gas to be measured changes from a rich side to a lean side or from a lean side to a rich side, the 0th electrode layer 14 and the oxygen ion conductive solid electrolyte layer 13 through the first electrode layer 1
2, a difference in oxygen partial pressure occurs between the first electrode layer 12 and the second electrode layer 14 for a very short period of time required for the oxygen to pass through the solid electrolyte layer 13. Based on the pressure difference, an output voltage as shown in FIG. 12 is generated. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 19 is placed on a diaphragm layer 11 that maintains strength as a mechanical base, and a lattice-shaped first layer having through holes 18a is provided. The electrode layer 18, the gas-permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer 13, the 0th electrode layer 14, and the protective layer 17 are laminated in this order, and a voltage measuring device 16 is connected between the electrode layers 18 and 14 via a lead wire 15. It forms a connected structure.

この場合にも、第12図に示したと同じような出力電圧
特性が得られる。そして、第3図および第4図において
、酸素イオン伝導性固体電解質層13がガス不透過性で
あり、隔膜層および酸素イオン伝導性固体電解質層19
がガス透過性である場合にも同様に第12図に示すよう
な出力電圧特性が得られる。第5図は本発明のさらに他
の実施例を示すもので、構造基体としての強度を保持す
る隔膜層11に、酸素イオン伝導性固体電解質層19、
透孔18aを有する格子状第1電極層18、ガス透過性
の酸素イオン伝導性固体電解質層13、第0電極層14
および保護層17を順次積層し、両電極層18,14間
にリード線15を介して電位差計測用の電圧測定装置1
6を接続すると共に、第1電極層18と第D電極層14
との間で前記固体電解質層13内を通して酸素イオンの
移動を生じさせる直流電源装置30を接続して構造をな
すものである。
In this case as well, output voltage characteristics similar to those shown in FIG. 12 can be obtained. 3 and 4, the oxygen ion conductive solid electrolyte layer 13 is gas impermeable, and the diaphragm layer and the oxygen ion conductive solid electrolyte layer 19 are gas impermeable.
In the case where the capacitor is gas permeable, output voltage characteristics as shown in FIG. 12 can be similarly obtained. FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention, in which a diaphragm layer 11 that maintains strength as a structural base, an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 19,
A lattice-shaped first electrode layer 18 having through holes 18a, a gas permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer 13, and a zeroth electrode layer 14
and a protective layer 17 are sequentially laminated, and a voltage measuring device 1 for measuring potential difference is connected through a lead wire 15 between both electrode layers 18 and 14.
6, and the first electrode layer 18 and the D-th electrode layer 14
A DC power supply device 30 that causes the movement of oxygen ions through the solid electrolyte layer 13 is connected between the solid electrolyte layer 13 and the solid electrolyte layer 13.

このとき、直流電源装置30の接続極性を、例えば第0
電極層14にマイナス側を接続すると共に第1電極層1
8にプラス側を接続することによって、固体電解質層1
3内を第0電極層14側から第1電極層18側へと酸素
イオンが流れ、第1電極層18部分で発生した酸素分子
が団体電解質層13を通して拡散し、この酸素イオンの
流入と酸素分子の拡散とが均衡したところで前記固体電
解質層13と第1電極層18との界面における酸素分圧
を高い状態で安定させ、これによって理論空燃比より燃
料過剰側で起電力を発生させることにより第13図に示
す特性が得られる。
At this time, the connection polarity of the DC power supply device 30 is changed to, for example, the 0th
The negative side is connected to the electrode layer 14 and the first electrode layer 1
By connecting the positive side to 8, the solid electrolyte layer 1
3 from the 0th electrode layer 14 side to the first electrode layer 18 side, oxygen molecules generated in the first electrode layer 18 portion diffuse through the collective electrolyte layer 13, and the inflow of oxygen ions and oxygen By stabilizing the oxygen partial pressure at the interface between the solid electrolyte layer 13 and the first electrode layer 18 at a high state when the diffusion of molecules is balanced, and thereby generating an electromotive force on the fuel excess side than the stoichiometric air-fuel ratio. The characteristics shown in FIG. 13 are obtained.

また、前記両軍極層14,18への直流電源装置30の
接続極性を逆にすれば、第13図に示したものとは反対
にリーン側で高い出力電圧が発生する特性が得られる。
また、隔膜層11および固体電解質層19がガス透過性
である場合にも同様の特性が得られる。第6図は本発明
のさらに他の実施例を示すもので、構造基体としての強
度を保持する隔膜層11内に発熱用導電体層31を設け
、この隔膜層11上に、固体電解質層19、透孔18a
を有する格子状第1電極層18、固体電解質層13、第
0電極層14および保護層17を順次積層した構造をな
すものである。
Furthermore, if the polarity of the connection of the DC power supply device 30 to the polar layers 14 and 18 is reversed, a characteristic in which a high output voltage is generated on the lean side, contrary to that shown in FIG. 13, can be obtained.
Similar characteristics can also be obtained when the diaphragm layer 11 and the solid electrolyte layer 19 are gas permeable. FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention, in which a heating conductor layer 31 is provided within a diaphragm layer 11 that maintains strength as a structural base, and a solid electrolyte layer 19 is provided on this diaphragm layer 11. , through hole 18a
It has a structure in which a lattice-shaped first electrode layer 18, a solid electrolyte layer 13, a zeroth electrode layer 14, and a protective layer 17 are sequentially laminated.

このように、発熱用導電体層31を設けて固体電解質層
13の温度を高温状態たとえば500〜70000付近
で安定化すれば、低温において酸素イオン伝導度が低い
という固体電解質の欠点を補なうことがき、とくに自動
車用エンジン排ガス中の酸素濃度を検出する場合に始動
時の低温状態においても良好におこなうことができる。
上記した各実施例に示すように、隔膜層11と第1電極
層12,18との間に、前記隅膜層11および第1電極
層12,18と直接接触するようにして団体電解質層1
9を設けたから、第1電極層12,18は両固体電解質
層13,19によって取り囲まれることになる。ところ
で、従来の第1図および第2図に示すものでは、第1電
極層2,8はその下面側で隔膜層1と接触し、その上面
側で固体電解質層3と接触するというように、異なる物
質で取り囲まれているため、第1電極層2,8の上下面
で熱膨張係数差が存在し、第1電極層2,8の分離ない
いま剥離を誘発する。
In this way, by providing the heating conductor layer 31 and stabilizing the temperature of the solid electrolyte layer 13 at a high temperature, for example, around 500 to 70,000, the drawback of the solid electrolyte that the oxygen ion conductivity is low at low temperatures can be compensated for. In particular, when detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile engine, it can be performed satisfactorily even in a low temperature state at the time of starting.
As shown in each of the above embodiments, the collective electrolyte layer 1 is arranged between the diaphragm layer 11 and the first electrode layers 12, 18 so as to be in direct contact with the corneal membrane layer 11 and the first electrode layers 12, 18.
9, the first electrode layers 12 and 18 are surrounded by both solid electrolyte layers 13 and 19. By the way, in the conventional structure shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode layers 2 and 8 are in contact with the diaphragm layer 1 on their lower surfaces, and in contact with the solid electrolyte layer 3 on their upper surfaces. Since the first electrode layers 2 and 8 are surrounded by different materials, there is a difference in thermal expansion coefficient between the upper and lower surfaces of the first electrode layers 2 and 8, which induces separation or peeling of the first electrode layers 2 and 8.

これに対して本発明によるものでは、第1電極層12,
18は基本的に同一成分系になる両固体電解質層13,
19によって取り囲まれているため、第1電極層12,
18の上下面における大きな熱膨張係数差が存在しなく
なり、仮に酸素センサが使用時に高温状態となって各層
において熱膨張を生じても、第1電極層11,18は均
一な力を受けることになるため、第1電極層12,18
に無理な力が加わらない。
In contrast, in the present invention, the first electrode layer 12,
18 are both solid electrolyte layers 13 having basically the same component system,
19, the first electrode layer 12,
There is no longer a large difference in coefficient of thermal expansion between the upper and lower surfaces of the electrode layer 18, and even if the oxygen sensor becomes hot during use and thermal expansion occurs in each layer, the first electrode layers 11 and 18 will receive a uniform force. Therefore, the first electrode layers 12, 18
Do not apply excessive force to the

したがって、第1電極層12,18の分離ないしは剥離
の発生を防止することができ、耐久性の向上をはかるこ
とが可能となる。他方、隔膜層11と固体電解質層19
の接合界面では、両層に高温において同時焼成すること
によって相互に拡散を生じるので、両層の接合強度を高
めることができる。
Therefore, separation or peeling of the first electrode layers 12 and 18 can be prevented, and durability can be improved. On the other hand, the diaphragm layer 11 and the solid electrolyte layer 19
At the bonding interface, both layers are simultaneously fired at high temperature to cause mutual diffusion, thereby increasing the bonding strength of both layers.

この場合、隔膜層11と固体電解質層19の接合界面の
面積が、従来のものに比べて大幅に拡大されるため、接
合強度を一段と高めることができる。さらに、固体電解
質層13,19同士の接合界面は、両者が基本的に同一
成分系であり、ときには安定化剤の比率が若干異なるか
、安定価剤そのものが異なる場合でも基本成分が同一で
あるため熱膨張係数に及ぼす影響は非常に小さく、積層
後の高温における焼結によって両者の接合強度を大幅に
高めるることができるので、高低温での繰り返し使用後
においても両固体電解質層13,19間での分離ないし
は剥離の発生を回避することができ、同時に第1電極層
12,18が固体電解質層13,19との接合界面から
の分離ないいま剥離するという不具合の発生もほとんど
なくすことができる。
In this case, since the area of the bonding interface between the diaphragm layer 11 and the solid electrolyte layer 19 is greatly expanded compared to the conventional one, the bonding strength can be further increased. Furthermore, the bonding interface between the solid electrolyte layers 13 and 19 has basically the same composition, and even if the ratio of the stabilizer is slightly different or the stabilizer itself is different, the basic composition is the same. Therefore, the effect on the coefficient of thermal expansion is very small, and the bonding strength between the two can be greatly increased by sintering at high temperatures after lamination, so both solid electrolyte layers 13, 19 remain strong even after repeated use at high and low temperatures. It is possible to avoid the occurrence of separation or peeling between the solid electrolyte layers 13, 19, and at the same time, it is possible to almost eliminate the occurrence of problems such as separation or peeling of the first electrode layers 12, 18 from the bonding interface with the solid electrolyte layers 13, 19. can.

また、第4図ないし第6図に示すように、第1電極層1
8を格子状にし、その透孔18aを介して固体電解質層
13,19同士の接合面積を高めるようにすると、第1
電極層18の分離ないしは剥離という不具合の発生をさ
らになくすことができる。
Further, as shown in FIGS. 4 to 6, the first electrode layer 1
8 in a lattice shape and increasing the bonding area between the solid electrolyte layers 13 and 19 through the through holes 18a, the first
The occurrence of problems such as separation or peeling of the electrode layer 18 can be further prevented.

このとき、第ロ電極層14も格子状にすれば、第D電極
層14の密着性をも高めることができる。その上、第1
電極層12,18を両固体電解質層13,19のいずれ
かの成分と同一成分を含む導電性サーメット層より形成
すれば、各積層面における接合強度をさらに高めること
ができる。このことは、第ロ電極層14を導電性サーメ
ット層から形成した場合も同様である。さらに、隔膜層
11、固体電解質層19、第1電極層12(18)、固
体電解質層13および第ロ電極層14の五層を未焼成状
態で積層したのち同時焼成することによって、各層間に
おける接合強度を一層高めることができる。
At this time, if the lower electrode layer 14 is also formed into a lattice shape, the adhesion of the lower electrode layer 14 can also be improved. Moreover, the first
If the electrode layers 12 and 18 are formed from conductive cermet layers containing the same components as either of the solid electrolyte layers 13 and 19, the bonding strength on each laminated surface can be further increased. This also applies when the second electrode layer 14 is formed from a conductive cermet layer. Furthermore, by laminating the five layers of the diaphragm layer 11, the solid electrolyte layer 19, the first electrode layer 12 (18), the solid electrolyte layer 13, and the second electrode layer 14 in an unfired state and then firing them simultaneously, Bonding strength can be further increased.

また、保護層17を被覆しているときには、製造工程に
よっては上言己保護層17を含めた六層を未焼成状態で
頚層して同時焼成することも望ましい。そこで、上述し
た各実施例において、隔膜層11の素材としては、アル
ミナ、ムライト、スピネル、フオルステラィト、ステア
タィトなどを使用することができ、あるいはセラミック
スと金属との混合体であるサーメットなども使用するこ
とができる。
Further, when the protective layer 17 is coated, depending on the manufacturing process, it is also desirable to form a neck layer of six layers including the self-protective layer 17 in an unfired state and fire them simultaneously. Therefore, in each of the embodiments described above, alumina, mullite, spinel, forsterite, steatite, etc. can be used as the material for the diaphragm layer 11, or cermet, which is a mixture of ceramics and metal, can also be used. I can do it.

そして、隔膜層11を構造基体とする場合に上記素材の
粉末粘性体よりなるグリーンシフト、プレス成形体ある
いは仮暁体などを用いることができる。また、酸素イオ
ン伝導性固体電解質層13,19の素材としては、Ca
o,Y203,Sの,Mg0,m02,W03,Ta2
05などで安定化したZの2、あるいはNb2Q,Sr
○,W03,Ta2Q,Y203などで安定化したBj
203、さらにはTho2,Ca○などで安定化したY
203などを使用することができる。
When the diaphragm layer 11 is used as a structural base, a green shift, press-molded body, or false-shape body made of a powdered viscous body of the above-mentioned material can be used. In addition, the material of the oxygen ion conductive solid electrolyte layers 13 and 19 is Ca
o, Y203, S, Mg0, m02, W03, Ta2
2 of Z stabilized with 05 etc. or Nb2Q, Sr
Bj stabilized with ○, W03, Ta2Q, Y203, etc.
203, and Y stabilized with Tho2, Ca○, etc.
203 etc. can be used.

このとき、本発明では両固体電解質層13,19が全く
同一成分である場合はもちろん、基本成分(Zr02,
Bi203等)および安定化剤(Ca○,Y203等)
が同じで前記安定化剤の比率が若干異なる場合を含み、
また基本成分が同じで安定化剤が異なる場合であっても
熱膨張係数にそれほど差を生じないような場合をも含む
。そして固体電解質層13,19の形成に際してはペー
ストを用いた印刷法やスパッタリング等の物理的な蒸着
法などを採用することができる。この場合、前記隔膜層
11および固体電解質層19と、固体電解質層13とに
おいて、それらの少なくともいずれかがガス透過性であ
るように形成する。電極層12,14,18の素材とし
ては、触媒作用にないAu,Ag,SICおよび触媒作
用のあるRu,Pd,Rh,瓜,lr,Pt等の白金族
元素の単体あるいはこれらの合金もしくは白金族元素と
卑金属元素との合金などを用いることができ、さらには
前記金属あるいは合金とセラミックス好ましくは固体電
解質層13,19と同一成分のセラミックスとを混合し
たサーメットなどを用いることができる。
At this time, in the present invention, not only the solid electrolyte layers 13 and 19 have the same components, but also the basic components (Zr02,
Bi203, etc.) and stabilizers (Ca○, Y203, etc.)
is the same but the ratio of the stabilizer is slightly different,
It also includes cases in which even if the basic components are the same but the stabilizers are different, there is not much difference in the coefficient of thermal expansion. When forming the solid electrolyte layers 13 and 19, a printing method using paste or a physical vapor deposition method such as sputtering can be employed. In this case, at least one of the diaphragm layer 11, the solid electrolyte layer 19, and the solid electrolyte layer 13 is formed to be gas permeable. The materials for the electrode layers 12, 14, and 18 include Au, Ag, and SIC, which do not have catalytic properties, and platinum group elements such as Ru, Pd, Rh, Melon, Lr, and Pt, which have catalytic properties, or their alloys, or platinum. An alloy of a group element and a base metal element can be used, and a cermet or the like can be used, which is a mixture of the metal or alloy and a ceramic, preferably a ceramic having the same components as the solid electrolyte layers 13 and 19.

そして、電極層12,14,18を形成するに際しては
、スパッタリングや真空蒸着等の物理的な蒸着法、めつ
きなどの電気化学的な付着法あるいはペーストを用いた
印刷法などを採用することができる。また保護層17を
設ける場合には、その素材としてアルミナ、ムライト、
スピネル、カルシウムジルコネートなどを用いることが
でき、これを被覆するには浸涜法、スパッタリング等の
物理的な蒸着法、プラズマ等による港射法、ペーストを
用いた印刷・塗布法などを採用することができる。
When forming the electrode layers 12, 14, 18, physical vapor deposition methods such as sputtering and vacuum evaporation, electrochemical adhesion methods such as plating, or printing methods using paste may be employed. can. In addition, when providing the protective layer 17, its material may be alumina, mullite,
Spinel, calcium zirconate, etc. can be used, and coating methods such as immersion method, physical vapor deposition method such as sputtering, irradiation method using plasma, printing/coating method using paste, etc. are used. be able to.

さらに、発熱用導電体層31を設ける場合にはその素材
としてPt,W,Moなどの金属抵抗材料を用いること
ができ、これらの素材を含むペーストを用いた印刷法や
紬線の埋め込み法などによって形成することができる。
製造例 1 ここでは、基本的には第3図に示す断面構造の積層型膜
構造酸素センサを製造した。
Furthermore, when providing the heat-generating conductor layer 31, metal resistance materials such as Pt, W, and Mo can be used as the material, and printing methods using pastes containing these materials, embedding methods of pongee wire, etc. can be formed by
Manufacturing Example 1 Here, a stacked membrane oxygen sensor having a cross-sectional structure basically shown in FIG. 3 was manufactured.

また、製造工程を第7図に示す。そこで、第7図aに示
すように、アルミナグリーンシート(5×9×0.7肌
)11a上に2本の白金線(ぐ0.2×7伽)をのせて
これをリード線15a,15bとし、その上に第7図b
に示すような2個の貫通孔15c,15dを形成した別
のアルミナグリーンシート(5×9×0.7肋)11b
を加圧横層して未焼成状態の隔膜層11を形成Zした。
Further, the manufacturing process is shown in FIG. Therefore, as shown in Fig. 7a, two platinum wires (0.2 x 7) are placed on the alumina green sheet (5 x 9 x 0.7 skin) 11a, and the lead wires 15a, 15b, and above it is shown Figure 7b.
Another alumina green sheet (5 x 9 x 0.7 ribs) 11b with two through holes 15c and 15d as shown in
The diaphragm layer 11 in an unfired state was formed by pressing and layering the diaphragm layer 11 horizontally.

次に、第7図cに示すように、隔膜層11上(アルミナ
グリーンシート11b上)に5モル%Y203一95モ
ル%Zr02よりなる固体電解質粉末とラッカーとを重
量比で7:3の割合でで混合して練り合わせた固体電解
質ペーストを印刷し、乾燥して未焼成状態の固体電解質
層19を積層した。
Next, as shown in FIG. 7c, on the diaphragm layer 11 (on the alumina green sheet 11b), a solid electrolyte powder consisting of 5 mol% Y203 - 95 mol% Zr02 and lacquer were added in a weight ratio of 7:3. The solid electrolyte paste mixed and kneaded was printed, dried, and a solid electrolyte layer 19 in an unfired state was laminated.

このとき、乾燥後の固体電解質層19の厚さが10〜1
2仏肌となるように調整した。次に、第7図dに示すよ
うに、固体電解質層19上に、白金粉末とラッカーとを
重量比で7:3の割合で混合して練り合わせた白金ペー
ストを印刷し、乾燥して未焼成状態の第1電極層12を
横層した。このときの乾燥後の第1電極層12の厚さは
6〜7ム肌であった。続いて、第7図eに示すように、
第1電極層12上に5モル%Y203−95モル%Zの
2よりなる固体電解質粉末とラッカーとを重量比で7:
3の割合で混合して練り合わせた固体電解質ペーストを
印刷し、乾燥して未焼成状態の固体電解質層13を横層
した。
At this time, the thickness of the solid electrolyte layer 19 after drying is 10 to 1
2 Adjusted to give Buddha skin. Next, as shown in FIG. 7d, a platinum paste made by mixing and kneading platinum powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed on the solid electrolyte layer 19, dried and unfired. The first electrode layer 12 in this state was layered horizontally. The thickness of the first electrode layer 12 after drying at this time was 6 to 7 mm. Next, as shown in Figure 7e,
On the first electrode layer 12, a solid electrolyte powder consisting of 5 mol% Y203-95 mol% Z2 and lacquer were mixed in a weight ratio of 7:
A solid electrolyte paste mixed and kneaded at a ratio of 3:3 was printed, dried, and a solid electrolyte layer 13 in an unfired state was laterally layered.

なお、印刷に際しては乾燥後の固体電解質層13の厚さ
が20〜22りmとなるようにした。さらに、第7図f
に示すように、固体電解質層13上に、白金粉末とラッ
カーとを重量比で7:3の割合で混合して練り合わせた
白金ペーストを印刷して未焼成状態の第ロ電極層14を
積層すると共に、貫通孔15c,15d内にも前記白金
バーストを落し込んで第7図gに示すようにリード部1
5e,15fを形成しのち乾燥した。
Note that during printing, the thickness of the solid electrolyte layer 13 after drying was set to 20 to 22 mm. Furthermore, Fig. 7 f
As shown in the figure, a platinum paste made by mixing and kneading platinum powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed on the solid electrolyte layer 13, and the second electrode layer 14 in an unfired state is laminated thereon. At the same time, the platinum burst is also dropped into the through holes 15c and 15d to form the lead portion 1 as shown in FIG. 7g.
5e and 15f were formed and then dried.

乾燥後の第0電極層14の厚さは9〜7rのであった。
このようにして作成した五層よりなる禾焼成状態の積層
体を大気中にて1500q○×2時間の条件で同時焼成
した。さらに、第7図hに示すように、保護層17とし
てカルシウムジルコネート(Ca0−Zの2)粉末をプ
ラズマ熔射により表面全体に付着させた。
The thickness of the 0th electrode layer 14 after drying was 9 to 7 r.
The thus-prepared five-layer laminate in a fired state was simultaneously fired in the atmosphere at 1500 q×2 hours. Further, as shown in FIG. 7h, calcium zirconate (Ca0-Z2) powder was deposited on the entire surface as a protective layer 17 by plasma spraying.

このときの層厚は80〜100ム川であった。このよう
にして製造した酸素センサ20Aを第8図に示すような
ホルダに装着して次の評価試験に供した。なお、第8図
に示すホルダに装着された酸素センサ20Aは、ステン
レス鋼製のルーバ−21によって保護され、被測定ガス
はルーパー21に形成したガス透過孔21aを経て流入
しかつ流出する。このルーバー21は、アルミナ保護管
22の外周に設けたステンレス鋼製ケーシング23に溶
接固定され、アルミナ保護管22内には白金リード線1
5a,15bの挿通孔22aをそなえており、これを通
過した白金リード線15a,15bはゴム質充填材24
およびアルミナ粉末絶縁体25内を貫通している。この
ァルミナ粉末絶縁体25はその外側をステンレス鋼製管
26で保護され、このステンレス鋼製管26は前記ステ
ンレス鋼製ケーシング23と溶接接合されていると共に
、その外周部に固定用ナット27をそなえており、この
固定用ナット27を用いて例えば排気管等にホルダを固
定できるようにしている。製造例 2 ここでは、第4図に示す断面構造の酸素センサを製造し
た。
The layer thickness at this time was 80 to 100 μm. The oxygen sensor 20A manufactured in this manner was mounted in a holder as shown in FIG. 8 and subjected to the following evaluation test. The oxygen sensor 20A mounted on the holder shown in FIG. 8 is protected by a stainless steel louver 21, and the gas to be measured flows in and out through a gas permeation hole 21a formed in the looper 21. This louver 21 is welded and fixed to a stainless steel casing 23 provided on the outer periphery of an alumina protection tube 22, and a platinum lead wire 1 is provided inside the alumina protection tube 22.
5a, 15b are provided with insertion holes 22a, and the platinum lead wires 15a, 15b passing through these are inserted into the rubber filler 24.
and penetrates inside the alumina powder insulator 25. This alumina powder insulator 25 is protected on the outside by a stainless steel tube 26, which is welded to the stainless steel casing 23 and has a fixing nut 27 on its outer periphery. The fixing nut 27 is used to fix the holder to, for example, an exhaust pipe. Manufacturing Example 2 Here, an oxygen sensor having the cross-sectional structure shown in FIG. 4 was manufactured.

そこで、製造例1の場合と同様にして2枚のアルミナグ
リーンシート11a,11bを重ね合わせた未焼成状態
の隔膜層11を形成し、次に前記隔腰層1 1上に、5
モル%Y203−95モル%Zの2よりなる固体電解質
粉末とラッカーとを重量比で7:3の割合で混合して練
り合わせた固体電解質ペーストを用いて印刷し、乾燥し
て未焼成状態の固体電解質層19を積層した。
Therefore, in the same manner as in Production Example 1, an unfired diaphragm layer 11 was formed by overlapping two alumina green sheets 11a and 11b, and then on the diaphragm layer 11, 5
Printed using a solid electrolyte paste made by mixing and kneading solid electrolyte powder consisting of 203-95 mol% Z with lacquer at a weight ratio of 7:3, and drying it to produce an unfired solid. An electrolyte layer 19 was laminated.

このとき、乾燥後の固体電解質層19の厚さが10〜1
2山川となるようにした。次いで、第9図aに示すよう
に、固体電解質層19上に、白金粉末とラッカーとを重
量比で7:3の割合で混合して練り合わせた白金ペース
トを用いて格子状に印刷し、乾燥して未焼成状態でかつ
透孔18aを有する格子状第1電極層18を頚層した。
このとき、乾燥後の第1電極層18の厚さは6〜7ム凧
であった。続いて、前記第1電極層18上に、第9図b
に示すように5モル%Y203−95モル%Zr02よ
りなる固体電解質粉末とラッカーとを重量比で7:3の
割合で混合して練り合わせた固体電解質べ−ストを印刷
し、乾燥して未焼成状態の固体電解質層13を競層した
。このとき、固体電解質層の厚さが20〜22一肌とな
るように調整した。次に同じく第9図bに示すように、
白金粉末とラッカーとを重量比で7:3の割合で混合し
て練り合わせた白金ペーストを固体電解質層13上に印
刷し、乾燥して未焼成状態の第0電極層14を積層した
At this time, the thickness of the solid electrolyte layer 19 after drying is 10 to 1
I made it so that there are 2 mountains and rivers. Next, as shown in FIG. 9a, a platinum paste made by mixing and kneading platinum powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed in a grid pattern on the solid electrolyte layer 19, and dried. Then, a lattice-shaped first electrode layer 18 in an unfired state and having through holes 18a was formed as a neck layer.
At this time, the thickness of the first electrode layer 18 after drying was 6 to 7 mm. Subsequently, on the first electrode layer 18, a layer shown in FIG.
As shown in the figure, a solid electrolyte base made by mixing and kneading solid electrolyte powder consisting of 5 mol% Y203-95 mol% Zr02 and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed, dried and unfired. The solid electrolyte layer 13 in the state was competitively laminated. At this time, the thickness of the solid electrolyte layer was adjusted to be 20 to 22 mm thick. Next, as shown in Figure 9b,
A platinum paste prepared by mixing and kneading platinum powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 was printed on the solid electrolyte layer 13, and dried to laminate the zeroth electrode layer 14 in an unfired state.

このときの乾燥後の第0電極層14の厚さは6〜7仏肌
であった。また、同時に貫通孔15c,15d内にも白
金ペーストを落し込んで第9図bに示すようにリード部
15e,15fを形成した。さらに、第9図cに斜線で
示すように、表面全体に、隔膜層11と同一成分のアル
ミナ粉末とラッカーとを重量比で7:3の割合で混合し
て練り合わせたアルミナベーストを印刷して未焼成状態
の保護層17を薄層した。
The thickness of the 0th electrode layer 14 after drying at this time was 6 to 7 inches thick. At the same time, platinum paste was also poured into the through holes 15c and 15d to form lead portions 15e and 15f as shown in FIG. 9b. Furthermore, as shown by diagonal lines in FIG. 9c, an alumina base is printed on the entire surface, which is made by mixing and kneading alumina powder and lacquer, which have the same components as those of the diaphragm layer 11, at a weight ratio of 7:3. A thin protective layer 17 was formed in an unfired state.

このようにして順次積層した六層よりなる未焼成状態の
積層体を大気中にて1500午○×2時間の条件で同時
焼成した。
The unfired laminate consisting of the six layers stacked one after another in this manner was simultaneously fired in the atmosphere for 1500 pm x 2 hours.

かくして得られた酸素センサ20Bを同じく第8図に示
すホルダに装着して次の評価試験に供した。比較例ここ
では、本発明品の評価試験をおこなうため、第1図およ
び第2図に示すように断面構造の従釆の酸素センサをそ
れぞれ製造した。
The oxygen sensor 20B thus obtained was mounted in the holder shown in FIG. 8 and subjected to the next evaluation test. Comparative Example Here, in order to conduct an evaluation test of the product of the present invention, subordinate oxygen sensors having cross-sectional structures as shown in FIGS. 1 and 2 were manufactured.

このときの製造工程を各々第10図および第11図に示
す。そこで、第7図a,bに示すと同じような2枚のア
ルミナグリーンシートを用いて隔膜層1を作成した。
The manufacturing steps at this time are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. Therefore, the diaphragm layer 1 was created using two alumina green sheets similar to those shown in FIGS. 7a and 7b.

このとき、2枚のアルミナグリーンシ−ト間には第10
図aおよび第11図に示すように2本の白金リード線5
a,5bの一端側を埋設している。次に、前記一方の隔
膜層1上に、第10図aに示すように白金粉末とラッカ
ーとを重量比で7:3の割合で混合して練り合わせた白
金ペーストを印刷し、乾燥して未焼成状態の第1電極層
2を庚層した。
At this time, there is a 10th layer between the two alumina green sheets.
Two platinum lead wires 5 as shown in Figure a and Figure 11.
One end sides of a and 5b are buried. Next, as shown in FIG. 10a, a platinum paste made by mixing and kneading platinum powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed on the one diaphragm layer 1, dried and left untreated. The first electrode layer 2 in the fired state was heated.

また、もう一方の隅膜層1上に、第11図aに示すよう
に、前記白金ペーストを格子状に印刷し、乾燥して未焼
成状態でかつ透孔8aを有する格子状第1電極層8を積
層した。続いて、前記第1電極層2,8上に、第10図
bおよび第11図bに示すように、5モル%Y203一
95%モル%Zの2固体電解質粉末とラッカーとを重量
比で7:3の割合で混合して練り合わせた固体電解質層
ペーストを印刷し、乾燥して未焼成状態の固体電解質層
3を積層した。さらに、第10図cおよび第11図cに
示すように前記と同じ白金ペーストを印刷して乾燥し、
未焼成状態の第ロ電極層4を積層した。同時にリード部
5c,5dを形成して各電極層2,4と白金リード線5
a,5bとの間の電気的な導通を可能にした。なお、未
焼成状態における両軍極層2,4の厚さは6〜7仏の、
固体電解質層3の厚さは20〜22仏肌であった。そし
て、このようにして作成した積層体を大気中にて150
0oo×2時間の条件で同時焼成したのち、第10図d
および第11図dに斜線で示すようにカルシウムジルコ
ネート粉末をプラズマ熔射によって表面全体に付着させ
て保護層7を被覆した。かくして得られた酸素センサ1
0Aおよび108(第1電極層8が格子状のもの)を第
8図に示すホルダに装着して次の評価試験に供した。試
験例 1 自動車ペン升こおいてエンジン全開による耐久試験を酸
素センサ20A,20B,10A,10Bを用いておこ
なった。
Further, as shown in FIG. 11a, the platinum paste is printed in a lattice shape on the other corneal membrane layer 1, and dried to form a lattice-shaped first electrode layer in an unfired state and having through holes 8a. 8 were laminated. Subsequently, as shown in FIG. 10b and FIG. 11b, two solid electrolyte powders and lacquer with a weight ratio of 5 mol% Y203 to 95% mol% Z are placed on the first electrode layers 2 and 8. A solid electrolyte layer paste mixed and kneaded at a ratio of 7:3 was printed, dried, and a solid electrolyte layer 3 in an unfired state was laminated. Furthermore, as shown in FIGS. 10c and 11c, the same platinum paste as above was printed and dried,
A third electrode layer 4 in an unfired state was laminated. At the same time, lead parts 5c and 5d are formed to connect each electrode layer 2 and 4 to the platinum lead wire 5.
This enabled electrical continuity between the terminals a and 5b. In addition, the thickness of both polar layers 2 and 4 in the unfired state is 6 to 7 mm.
The thickness of the solid electrolyte layer 3 was 20 to 22 mm thick. Then, the laminate thus created was placed in the atmosphere for 150 minutes.
After simultaneous firing under the conditions of 0oo x 2 hours, Fig. 10 d
Then, as shown by diagonal lines in FIG. 11d, calcium zirconate powder was deposited on the entire surface by plasma spraying to cover the protective layer 7. Oxygen sensor 1 thus obtained
0A and 108 (first electrode layer 8 having a grid shape) were mounted in a holder shown in FIG. 8 and subjected to the following evaluation test. Test Example 1 A durability test was conducted using oxygen sensors 20A, 20B, 10A, and 10B in a car pen with the engine fully open.

このとき、エンジン排ガスはリッチ雰囲気である。At this time, the engine exhaust gas is in a rich atmosphere.

すなわち、CO=5%で理論空燃比(ガソリン燃焼の場
合約14.7)より空燃比が小さい燃料過剰側の雰囲気
である。また、排ガス温度は83000であった。そこ
で、本発明品である酸素センサ20A,20Bおよび従
来品である酸素センサーOA,10Bをそれぞれ5個ず
つ試験に供し、リッチ雰囲気でかつ排ガス温度を一定に
して耐久性比較試験をおこなった。その結果、従来の酸
素センサーOAでは、耐久時間5畑時間以内において5
個共全てが第1電極層2の接合面で剥離を生じていた。
That is, the atmosphere is on the fuel-excess side where CO=5% and the air-fuel ratio is lower than the stoichiometric air-fuel ratio (approximately 14.7 in the case of gasoline combustion). Further, the exhaust gas temperature was 83,000. Therefore, five oxygen sensors 20A and 20B according to the present invention and five conventional oxygen sensors OA and 10B were tested to compare their durability in a rich atmosphere and at a constant exhaust gas temperature. As a result, with the conventional oxygen sensor OA, within 5 field hours of durability time, 5
In all cases, peeling occurred at the joint surface of the first electrode layer 2.

また、従来の酸素センサ10Bでは20脚寺間の耐久後
において5個共全てが第1電極層8の穣合面で剥離を生
じていた。これに対して、本発明品の酸素センサ20A
では、200時間の耐久後においても、また酸素センサ
20Bでは25脚寺間の耐久後においても第1電極層1
2,18は両固体電解質層13,19に密着しており、
接合面における分離ないし剥離は見られず耐久性が著し
く向上していることが確認された。以上詳述したように
、本発明によれば、隔膜層と第1電極層との間に酸素濃
淡電池として作用する固体電解質層と基本的に同一成分
系になる固体電解質層を設けているため、第1電極層の
接合面での接着強度を著しく増大させた積層型膜緩造酸
素センサとすることができ、とくに自動車用エンジン排
ガスのように低温および高温状態がくりかえされしかも
高温かつ高速流である使用環境のもとにおいても第1電
極層の分離ないいま剥離を生じない耐久性にすぐれたも
のとすることができるという非常に有益なる効果を奏す
る。
Further, in the conventional oxygen sensor 10B, all five of the sensors had peeled off at the mating surface of the first electrode layer 8 after being used for 20 tests. On the other hand, the oxygen sensor 20A of the present invention
Now, even after 200 hours of durability, and in the case of oxygen sensor 20B, even after 25 hours of durability, the first electrode layer 1
2 and 18 are in close contact with both solid electrolyte layers 13 and 19,
No separation or peeling was observed on the bonded surfaces, and it was confirmed that the durability was significantly improved. As detailed above, according to the present invention, a solid electrolyte layer having basically the same composition as the solid electrolyte layer acting as an oxygen concentration battery is provided between the diaphragm layer and the first electrode layer. , it is possible to create a laminated membrane slow-forming oxygen sensor in which the adhesive strength at the bonding surface of the first electrode layer is significantly increased, especially in cases where low and high temperature conditions are repeated, such as automobile engine exhaust gas, and high temperature and high speed flow. This has a very beneficial effect in that the first electrode layer does not separate or peel even under certain usage environments and has excellent durability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図はともに従来の積層型膜構造酸素セ
ンサの模式的断面図、第3図ないし第6図は本発明の各
実施例における積層型膜構造酸素センサの模式的断面図
、第7図a〜hは本発明の製造例1における酸素センサ
の製造工程を示す説明図、第8図は酸素センサを装着す
るホルダの縦断面図、第9図a〜cは本発明の製造例2
における酸素センサの製造工程を示す説明図、第10図
a〜dおよび第11図a〜dは本発明の比較例における
それぞれ従来の酸素センサの製造工程を示す説明図、第
12図は第1図、第2図、第3図、第4図および第6図
に示す酸素センサの出力特性を示す説明図、第13図は
第5図に示す酸素センサの出力特性を示す説明図である
。 11…・・・隔膜層、12,18・・・・・・第1電極
層、13・・・・・・酸素イオン伝導性固体電解質層、
14・・・・・・第n電極層、19・・・・・・酸素イ
オン伝導性固体電解質層。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第8図 第9図 第7図 第10図 第11図 第12図 第13図
1 and 2 are both schematic sectional views of a conventional stacked membrane structure oxygen sensor, and FIGS. 3 to 6 are schematic sectional views of a stacked membrane structure oxygen sensor in each embodiment of the present invention. 7a to 7h are explanatory diagrams showing the manufacturing process of an oxygen sensor in Manufacturing Example 1 of the present invention, FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of a holder to which an oxygen sensor is attached, and FIGS. 9a to 9c are manufacturing steps of the present invention. Example 2
FIGS. 10 a to d and 11 a to d are explanatory diagrams showing the manufacturing process of a conventional oxygen sensor in a comparative example of the present invention, and FIG. 13 is an explanatory diagram showing the output characteristics of the oxygen sensor shown in FIG. 5. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the output characteristics of the oxygen sensor shown in FIG. 11... diaphragm layer, 12, 18... first electrode layer, 13... oxygen ion conductive solid electrolyte layer,
14... nth electrode layer, 19... oxygen ion conductive solid electrolyte layer. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9 Figure 7 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 隔膜層、第I電極層、酸素イオン伝導性固体電解質
層および第II電極層を順次積層し、前記隔膜層および酸
素イオン伝導性固体電解質層のうち少なくともいずれか
一方をガス透過性にし、前記第II電極層を被測定ガスと
接触可能にすると共に、前記両電極層間に生ずる電位差
を計測するようにした積層型膜構造酸素センサにおいて
、前記隔膜層と第I電極層との間に前記固体電解質層と
基本的に同一成分系になる酸素イオン伝導性固体電解質
層を設けたことを特徴とする積層型膜構造酸素センサ。 2 隔膜層と第I電極層との間に設けた固体電解質層と
、第I電極層と第II電極層との間に設けた固体電解質層
とが、安定化剤を含めて同一成分系である特許請求の範
囲第1項記載の積層型膜造酸素センサ。 3 隔膜層、酸素イオン伝導性固体電解質層、第I電極
層、酸素イオン伝導性固体電解質層および第II電極層を
同時焼成して形成した特許請求の範囲第1項または第2
項記載の積層型膜造酸素センサ。 4 第I電極層および第II電極層のうち少なくとも一方
を格子状電極層より形成した特許請求の範囲第1項ない
し第3項のいずれかに記載の積層型膜造酸素センサ。 5 第I電極層および第II電極層のうち少なくとも一方
を、両固体電解質層のいずれかの成分と同一成分を含む
導電性サーメツト層より形成した特許請求の範囲第1項
ないし第4項のいずれかに記載の積層型膜造酸素センサ
。 6 第I電極層と第II電極層との間で固体電解質層内を
通して酸素イオンの移動を生じさせる直流電源を接続し
特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の
積層型膜造酸素センサ。
[Scope of Claims] 1. A diaphragm layer, a first electrode layer, an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and at least one of the diaphragm layer and the oxygen ion conductive solid electrolyte layer is In the laminated membrane oxygen sensor, the second electrode layer is made gas permeable so that the second electrode layer can come into contact with the gas to be measured, and the potential difference generated between the two electrode layers is measured. and an oxygen ion conductive solid electrolyte layer having basically the same composition as the solid electrolyte layer. 2. The solid electrolyte layer provided between the diaphragm layer and the I-th electrode layer and the solid electrolyte layer provided between the I-th electrode layer and the II-th electrode layer are of the same composition including the stabilizer. A laminated film oxygen sensor according to claim 1. 3 Claims 1 or 2 formed by co-firing the diaphragm layer, the oxygen ion conductive solid electrolyte layer, the first electrode layer, the oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and the second electrode layer.
The laminated membrane oxygen sensor described in . 4. The laminated membrane oxygen sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the I-th electrode layer and the II-th electrode layer is formed of a grid-like electrode layer. 5. Any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the first electrode layer and the second electrode layer is formed from a conductive cermet layer containing the same component as either of the solid electrolyte layers. A laminated membrane oxygen sensor described in Crab. 6. The laminated type according to any one of claims 1 to 5, wherein a DC power source is connected between the I-th electrode layer and the II-th electrode layer to cause movement of oxygen ions through the solid electrolyte layer. Membrane oxygen sensor.
JP54163514A 1979-12-18 1979-12-18 Stacked membrane structure oxygen sensor Expired JPS6034064B2 (en)

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6130760A (en) * 1984-07-24 1986-02-13 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Oxygen sensor and manufacture thereof
CN110400904B (en) * 2019-06-04 2021-09-28 江西力能新能源科技有限公司 Composite ceramic coating lithium battery positive and negative pole pieces and lithium battery

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE322927B (en) * 1967-09-28 1970-04-20 Asea Ab
DE2304464C2 (en) * 1973-01-31 1983-03-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor for monitoring the functionality of catalytic converters in exhaust gas
US3915830A (en) * 1974-06-12 1975-10-28 Westinghouse Electric Corp Solid electrolyte electrochemical cell with self contained reference
FR2350598A1 (en) * 1976-05-07 1977-12-02 Thomson Csf CONCENTRATION SENSOR OF A SPECIES IN A FLUID
JPS5339791A (en) * 1976-09-22 1978-04-11 Nissan Motor Oxygen sensor
JPS5348594A (en) * 1976-10-14 1978-05-02 Nissan Motor Oxygen sensor
IT1121360B (en) * 1978-06-12 1986-04-02 Broken Hill Pty Co Ltd REFINEMENTS WITH GAS SENSORS
JPS5562349A (en) * 1978-11-02 1980-05-10 Nissan Motor Co Ltd Measuring method for air fuel ratio
JPS6017060B2 (en) * 1979-05-25 1985-04-30 日産自動車株式会社 Manufacturing method of membrane structure oxygen sensor element
JPS564047A (en) * 1979-06-26 1981-01-16 Nissan Motor Co Ltd Lamination type membrane-covered oxygen sensor
JPS6042367Y2 (en) * 1979-09-28 1985-12-26 日産自動車株式会社 Air fuel ratio control device

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