JPS6126022B2 - - Google Patents

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JPS6126022B2
JPS6126022B2 JP55109843A JP10984380A JPS6126022B2 JP S6126022 B2 JPS6126022 B2 JP S6126022B2 JP 55109843 A JP55109843 A JP 55109843A JP 10984380 A JP10984380 A JP 10984380A JP S6126022 B2 JPS6126022 B2 JP S6126022B2
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JP
Japan
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electrode
measurement electrode
solid electrolyte
oxygen sensor
fired
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JP55109843A
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Japanese (ja)
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JPS5734447A (en
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Masayuki Toda
Shinji Kimura
Hiroshi Takao
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to GB8122272A priority patent/GB2081908B/en
Priority to FR8115553A priority patent/FR2488692B1/en
Priority to DE19813131927 priority patent/DE3131927A1/en
Publication of JPS5734447A publication Critical patent/JPS5734447A/en
Publication of JPS6126022B2 publication Critical patent/JPS6126022B2/ja
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    • GPHYSICS
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、膜構造酸素センサ素子の製造方法
に関する。 従来の膜構造酸素センサ素子としては、例えば
第1図および第2図に示すようなものある。第1
図は従来の製造方法による酸素センサ素子の模式
的断面図であり、第2図a〜eはその製造工程図
である。図に従つて説明すると、アルミナグリン
シートなどを適当な大きさに切出した隔膜層1の
中に発熱体5を埋設し、あるいは2枚のグリーン
シートのうちの一方のグリーンシートの片面に発
熱体5を印刷し、この面に他方のグリーンシート
を貼り合せて隔膜層1としたもの(第2図a参
照)の表面に、基準電極2(第2図b参照)、酸
素イオン伝導性固体電解質3(第2図c参照)、
測定電極4(第2図d参照)を順次未焼成状態で
積層した後同時焼成することにより酸素センサ素
子を製造していた。あるいは積層毎に焼成して酸
素センサ素子を製造していた。このような従来の
製造工程において、基準電極2を積層する際には
白金(Pt)あるいはその合金、またはNi−NiO混
合物のような金属−金属醸化物等の粉末をペース
ト状にしてスクリーン印刷を行なつていた。ま
た、酸素イオン伝導性固体電解質3を積層する際
にはZrO2−CcO系等の混合粉末をペースト状に
してスクリーン印刷を行なつていた。さらに、測
定電極4を積層するには白金(Pt)あるいはその
合金などの粉末をペースト状にしてスクリーン印
刷していた。あるいは、物理的な蒸着法
(PVD;physical vapor deposition)だけによつ
て測定電極4を設けるようにしていた。そして最
後に保護層7(第2図e参照)を被覆していた。 しかしながら、このような従来の膜構造酸素セ
ンサ素子の製造方法にあつては、積層後同時焼成
を行いありいは積層毎に焼成を行なうため、高温
での焼成が必要であり、またスクリーン印刷した
電極を焼成して得る製造方法となつていたため、
酸素分圧検出部分、特に被測定ガスと直接接触す
る測定電極4の結晶粒の成長がおこり、被測定ガ
スとの接触面積が低下するので起電力発生のため
の平衡酸素分圧に到達するのが遅く、従つて応答
が遅いという問題点があつた。また、膜構造酸素
センサ素子の場合、焼成電極はスクリーン印刷で
設けられることが多いため比較的粗いので、被測
定ガスとの接触面積が電極面積に比べて小さく、
また、被測定ガス−固体電解質−測定電極の接す
るいわゆる三相界面も電極面積に比べて小さいた
め、触媒反応や電極反応が促進されず、起電力発
生のための平衡酸素分圧に到達するのが遅く、従
つて酸素センサ素子の反応速度が遅いという問題
点があつた。他方、物理的な蒸着法だけによつて
測定電極4を設けた酸素センサ素子においては、
反応速度については満足できる結果が得られるも
のの、測定電極4の付着強度が弱いために、耐久
途中で測定電極4の剥離が生じ、耐久性に乏しい
という問題があつた。さらに、管状型の酸素セン
サ素子の中には、サーメツト測定電極を設けた後
この電極よりも広い面積にわたり、物理的な蒸着
法によつて第測定電極を設けたものもあるが、
前述のように耐久途中で剥離しやすいという問題
があつた。 この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、好ましくはサーメツトを用い
た焼成測定電極の上にのみ、さらにスパツタリン
グ、イオンプレーテイング、真空蒸着等の蒸着法
により第測定電極を設け、前記固体電解質と前
記第測定電極とが前記焼成測定電極内の貫通孔
部分を除いて直接接触しないようにすることによ
り、焼成測定電極と固体電解質との付着強度を向
上させ、さらに焼成測定電極やその内部の貫通孔
を前記蒸着法による第測定電極で埋めることに
よつて測定電極表面積および前記三相界面を多く
して、測定電極の触媒反応および電極反応を大幅
に促進させることにより、上記問題点を解決する
ことを目的としている。 以下、この発明を図面に基づいてさらに詳細に
説明する。 第3図はこの発明の一実施例の方法を用いて製
造した膜構造酸素センサ素子10の模式的断面説
明図、第4図は第3図に示す酸素センサ素子10
の製造工程を示す説明図であつて、基板としての
強度を保持しうる隔膜層11を2枚の隔膜層素材
11a,11bから形成し、両隔膜層素材11
a,11bの間に発熱体15及び3本のリード線
20,21,22の先端部分を挾み込み、上方の
隔膜層素材11aに形成した3個のスルーホール
17,18,19で発熱体15とリード線20,
21,22との接続部を露出させた状態の隔膜層
11(第4図a参照)を作製する。ここで、隔膜
層素材11a,11bとしてはアルミナグリンシ
ートを用いるのが便利であり、そのほか、ムライ
ト、スピネル、フオルステライト、ステアタイト
などが使用できる。また、発熱体15には白金ワ
イヤ等の電子伝導体の抵抗体を埋設したり、これ
らの末をペースト状にして印刷したものを用いた
りするのがよい。また、発熱体15はスルーホー
ル17,19を介してリード線20,22と電気
的に接続している。リード線20,21,22と
しては白金ワイヤ等の耐食性がありかつ電子電導
性を有する材料を用いるのが好ましい。次に、上
記隔膜層11(第4図a参照)上に、基準電極1
2を例えばスクリーン印刷にて設ける(第4図b
参照)。基準電極12の材料としては、基準酸素
分圧を発生するもの、例えばNi−NiO等の金属−
金属酸化物の混合物を用いることができ、あるい
は電解電流によつて発生する酸素を一定分圧に保
つような微小空間に相当するものをもつ多孔性の
白金あるいはその合金(Ru,Pd,Rh,Os,Ir−
Pt等)等の電子伝導性材料を用いるのが便利であ
る。そして、積層に際してはこれらの材料をペー
スト状にし、例えばスクリーン印刷にて設けるの
が容易である。これを乾燥した後酸素イオン伝導
性固体電解質13を積層するに際しては、例えば
ZrO2−Y2O3,ZrO2−CaO等の混合粉体をペース
ト状にした固体電解質ペーストをスクリーン印刷
で積層する(第4図c参照)。この固体電解質と
しては、CaO,Y2O3,SuO,MgO,ThO2
WO3,Ta2O5などで安定化したZrO2、あるいは
Nb2O5,SrO,WO3,Ta2O5,Y2O3などで安定化
したBi2O3、さらにはThO2,CaOなどで安定化し
たY2O3などを使用することができる。次いで、
上記固体電解質13を乾燥した後測定電極14を
積層するに際し、例えば、白金あるいはその合金
粉末と酸化物の粉末とを適当量に配合したサーメ
ツトをペースト状にしたものをスクリーン印刷す
る(第4図d参照)。この測定電極14の材料と
しては、白金だけでなく焼成後に(1)多孔性である
こと、(2)触媒性能が良いこと、(3)電子伝導性があ
ること、(4)耐食性があること、などの性質を有す
る材料であれば何でも良く、例えばPt−Rh合金
等の白金ベースの合金(Ru,Pd,Rh,Os,Ir−
Pt等)が適している。また、上記酸化物として
は、測定電極14と固体電解質13との接合強度
を確保できるものであれば何でも良く、例えば、
Fe2O3,NiO,Cr2O3,CuO,ZrO2,MgO,
CaO,Y2O3,Al2O3,TiO2等の各種の酸化物単
体あるいはこれらの混合物などが適している。な
かでも、特に焼成による相互拡散の効果を考えた
場合、前記固体電解質13と同じ材料、例えば、
ZrO2−CaO,ZrO2−Y2O3,ZrO2−MgO等を用い
る方が、測定電極14と固体電解質13との接合
強度を十分に確保できることが認められた。この
ように未焼成の状態で順次積層したものを乾燥後
大気雰囲気中1500℃,2時間の条件で同時焼成す
る。あるいは、基準電極12、酸素イオン伝導性
固体電解質13、測定電極14を積層して乾燥す
る毎に各条件で焼成することもできる。前述の如
く同時焼成あるいは積層毎に焼成して得られた素
子を有機溶剤中で超音波洗浄し乾燥する。 続いて、前記測定電極14の上でのみ開口すマ
スキングを施した後、この測定電極14上に、蒸
着法によつて第測定電極16(第4図e参照)
を設ける。この場合、第測定電極16を設ける
ための蒸着法には、スパツタリング、イオンプレ
ーテイング、真空蒸着などがあるが、これらにつ
いては各々後述する。その後、素子表面の全体に
保護層17(第4図f参照)を設け、測定電極1
4,16を前記保護層17を介して被測定ガスと
接触可能にする。この保護層17にはアルミナ、
ムライト、カルシウムジルコネート等を用い、例
えば溶射法などによつて被覆する。かかる方法で
製造した酸素センサ素子では、上記基準酸素分圧
発生物質を設けた場合の基準酸素分圧、あるいは
両電極12,14間に直流電流を流すことにより
制御した基準酸素分圧と、測定電極14における
被測定ガス中の酸素分圧に対応した測定酸素分圧
との差に応じて発生する出力電圧を測定すること
により、被測定ガス中の酸素分圧を長い期間にわ
たり検出することができる。そして、たとえば自
動車用エンジンの排ガス中の酸素濃度を検出する
ことによつて、エンジンの空燃比制御が可能とな
り、その他燃焼機器類の燃焼制御あるいは炉内雰
囲気制御などが可能となる。 以下、蒸着法によつて第測定電極16を設け
る具体的な実施例をさらに詳細に説明する。 上記した第測定電極16を設けるための蒸着
法にスパツタリングを用いる場合には、まず、第
4図a〜dに示す工程を経て最表面に焼成測定電
極14を設けた素子を、第4図eに示す如く固体
電解質13と接する焼成測定電極14の部分だけ
(もしくはこれより小さい寸法で)穴のあいたパ
ターンのマスクに取り付けてスパツタリング装置
にセツトする。このとき、固体電解質13と第
測定電極16とが前記焼成測定電極14内の貫通
孔部分を除いて直接接触しないようにしておく。
このスパツタリングにおいては10-5Torr台より
も高真空に排気し、その後1×10-3〜5×
10-2Torrの範囲でArガスを導入する。ここで一
度高真空に排気するのは、不純物、特に残留ガス
の影響を少なくするためである。また、スパツタ
リング中のArガスの圧力として1×10-3〜5×
10-2Torrとするのは、あまり高真空であるとグ
ロー放電しにくく、また低真空では残留ガス,導
入ガスのため膜が汚染され、スパツタ原子が散乱
されて付着速度が遅くなるためである。そのた
め、形成されるスパツタリング膜の付着力、純度
あるいは生産性などから1×10-3〜5×10-2Torr
が最適である。 この後、0.15〜0.3KW程度の電力でスパツタリ
ングを行ない、第測定電極16を付着させる
(第4図e参照)。このとき、ターゲツト材料とし
て電子伝導性と触媒作用性とを考慮して白金ある
いは白金−ロジウムのような白金を含む合金を用
いるのが良い。また、このスパツタリングによる
第測定電極16の厚さを0.5μ以下とするのが
良い。 一方、上記した第測定電極16を設けるため
の蒸着法にイオンプレーテイングを用いる場合に
は、まず、第4図a〜dに示す工程を経て最表面
に焼成測定電極14を設けた素子を、第4図eの
如く固体電解質13と接する焼成測定電極14の
部分だけ穴のあいたパターンのマスクに取り付け
てイオンプレーテイング装置にセツトする。この
とき、固体電解質13と第測定電極16とが、
前記焼成測定電極14内の貫通孔部分を除いて直
接接触しないようにしておく。そこで、イオンプ
レーテイングにおいては10-5Torr台よりも高真
空に排気し、その後1×10-3〜5×10-2Torrの範
囲でO2ガスあるいはO2−Ar混合ガスを導入す
る。ここで一度高真空に排気するのは不純物、特
に残留ガスの影響を防ぐためである。また、導入
ガスとしてO2あるいはO2−Ar混合ガスを用いて
いるのは、これらのガスによつてイオンプレーテ
イングする場の、イオンプレーテイング法によつ
て設けられる第測定電極16と接する焼成測定
電極14および該焼成測定電極14の貫通孔部分
のみを介して連通する酸素イオン伝導性固体電解
質13の表面が、これらのガスから生じるO2-
オンのイオンボンバードによつて清浄化されて活
性状態になることおよびO2が第測定電極16
の成長形態に重要な影響を及ぼすこと、などのた
めであり、導入ガス圧力として1×10-3〜5×
10-2Torrとするのは、あまり高真空であるとグ
ロー放電しにくく、また低真空では、O2を導入
しているため装置内が酸化汚染されること、導入
ガスが第測定電極16内に巻き込まれらるこ
と、蒸発してイオン化した電極材料が散乱されて
生産性が低下するこなどのためである。このよう
に、ガス導入後電界をかけて放電をおこし、蒸着
物質にパワーを投入して第測定電極16を形成
する(第4図e参照)。このとき蒸着物質とし
て、電子伝導性と触媒作用性ならびに耐食性を考
慮して、白金あるいは白金−ロジウムのような白
金を含む合金を用いるのが望ましい。また、この
イオンプレーテイングによる第測定電極16の
厚さを0.5μ以下にするのが良い。 他方、上記した第測定電極16を設けるため
の蒸着法に真空蒸着を用いる場合には、同様に第
4図a〜dに示す工程を経て最表面に焼成測定電
極14を設けた素子を、第4図eに示す如く、固
体電解質13と接する焼成測定電極14の部分だ
け穴のあいたパターンのマスクに取り付けて、真
空蒸着装置にセツトする。このとき、固体電解質
13と第測定電極16とが、前記焼成測定電極
14内の貫通孔部分を除いて直接接触しないよう
にしておく。そこで、真空蒸着においては
10-5Torr台よりも高真空に排気し、その後1×
10-3〜5×10-2Torrの範囲でO2ガスあるいはO2
−Ar混合ガスを導入する。ここで一度高真空に
排気するのは、不純物、特に残留ガスによる放電
の影響を少なくするためである。また導入ガスと
してO2ああるいはO2−Ar混合ガスを用いるの
は、これらのガスによつてスパツタエツチングを
する場合、蒸着電極と接する焼成測定電極14お
よびその貫通孔部分を介してのみ連通する酸素イ
オン伝導性固体電解質13の表面が活性状態とな
るためであり、導入ガス圧力として1×10-3〜5
×10-2Torrとするのは、あまり高真空であると
グロー放電しにくく、また低真空では残留ガスお
よび導入ガス分子の散乱によつてスパツタエツチ
ングの効率を低下するためである。このように、
ガス導入後電界をかけてグロー放電させ、焼成測
定電極14あるいはその貫通孔部分を介して固体
電解質13の表面層をスパツタエツチングする。
スパツタエツチング後再度10-5Torr以上の高真
空に排気する。このとき高真空に排気する理由
は、スパツタエツチングによつて飛び出した汚染
物質を排出し、蒸着電極にこれらの不純物が巻き
込まれるのを防ぐためである。この後、蒸着物質
にパワーを投入して第測定電極16を形成する
(第4図e参照)。このとき、蒸着物質として電子
伝導性と触媒作用性とを考慮して白金あるいは白
金−ロジウムのような白金を含む合金を用いるの
がよい。また、このとき、真空蒸着による測定電
極の厚さを0.5μ以下にするのがよい。なお、こ
の状態で、前記固体電解質13は、前記焼成測定
電極14内の貫通孔部分を介してのみ前記第測
定電極16と直接接触している。 以上述べた如く、本発明法においては、好まし
くはサーメツト材料を用いて焼成された測定電極
14の上に、さらにスパツタリング、イオンプレ
ーテイング、真空蒸着等の蒸着法によつて第測
定電極16を設けているが、その理由を以下に述
べる。 先ず、焼成測定電極14だけを設けた従来の酸
素センサ素子よりも、その上にスパツタリング、
イオンプレーテイング、真空蒸着等によりさらに
第測定電極16を設けた本発明法による酸素セ
ンサ素子10の方が優れている理由としては以下
のようなことがいえる。 すなわち、隔膜層11、基準電極12、固体電
解質13および測定電極14を同時焼成する場合
には、、構造基体であるアルミナ等の隔膜層11
の強度を得ること、および緻密な酸素イオン伝導
性固体電解質13を得ることなどの要求から、約
1500℃で焼成して焼結が十分行なわれるようにす
る必要がある。このとき、Ptあるいはその合金等
からなる測定電極14では、第5図aに示すよう
に、Ptあるいはその合金が凝集するとともに結晶
粒の成長がおこる。また、その他の製造方法に基
づいて各積層毎の焼成によつて得られた測定電極
14においても前記した同時焼成の場合と同様な
結果となる。さらにスクリーン印刷によつ測定電
極14を設けると、そのペースト状の粒は前記蒸
着法によるものよりもかるかに粗く、高温で焼成
する必要があるため第5図aのようになりやす
い。 ここで、第5図aは、焼成測定電極14の粒が
粗く、被測定ガスと接する電極表面積が小さく、
比較的多孔性のため焼成測定電極14の貫通孔部
分から酸素イオン伝導性固体電解質13の表面が
見えている状態の模式的拡大図である。このよう
な第5図aの状態では、被測定ガス−測定電極−
固体電解質が接するいわゆる三相界面が電極面積
に比べて少なく、また被測定ガスと接する電極表
面積が少なくなつて測定電極14の触媒性能が低
下し、電極反応が促進されないために酸素センサ
素子の応答速度が遅くなる。この焼成測定電極1
4の上にさらに蒸着法によつて第測定電極16
を設けると第5図bに示すようになり、前記蒸着
層が焼成測定電極14の上面部分やその貫通孔部
分を埋め、前記固体電解質13は前記焼成測定電
極14の貫通孔部分を介してのみ前記第測定電
極16と直接接触した状態となつて、結果的に被
測定ガスと接する電極表面積が著しく増加して前
記三相界面が著しく多くなり、触媒反応および電
極反応が促進されて酸素センサ素子の応答度が速
くなる。 ここで酸素センサ素子の応答速度だけに注目し
た場合、前記した蒸着法によつて第測定電極1
6を設けると応答速度が改善されることから、前
述の第4図に示す酸素センサ素子の製造工程にお
いて、酸素イオン伝導性固体電解質13を設けた
後(第4図c参照)焼成して本発明法と同様な方
法で蒸着法によつて測定電極14を直接固体電解
質13上に設けることも考えられる。また、第6
図a,bに示すように、酸素センサ素子の製造工
程において、酸素イオン伝導性固体電解質13を
設けた後、一部分を刳り抜いたパターン(第6図
aでは矩形の1個所、第6図bでは矩形の4個所
を刳り抜いている)で測定電極14を設け、その
上に本発明法と同様な方法で蒸着法によつて第
測定電極16を設けることも考えられる。 しかしながら、このようにして製造した酸素セ
ンサ素子の応答速度は、前述のように、焼成測定
電極14だけの、すなわち第4図dの工程までの
酸素センサ素子よりも確かに速いが、逆に耐久性
が極めて悪くなる。また、プラズマ溶射等によつ
て保護層17を設ける場合、蒸着法による測定電
極14だけである酸素センサ素子、あるいは第6
図a,bに示したように焼成測定電極14の一部
が刳り抜かれて蒸着法による第測定電極16が
焼成測定電極14の貫通孔部分以外のところで直
接固体電解質13に接しているような酸素センサ
素子であると、使用途中において、蒸着法によつ
て設けた測定電極部分から剥離が生じ、従つて保
護層17も剥離を生じる不具合もでてくるので好
ましくない。 さらに、酸素センサ素子の耐久性を考慮した場
合、焼成測定電極14の上にのみ蒸着法によつて
第測定電極16を設けるに際して、焼成測定電
極14の材料がサーメツトであるかないかによつ
て酸素センサ素子の耐久性に後述する如くかなり
の相違が生じてくる。すなわち、焼成測定電極1
4の材料として、金属と酸化物との混合物である
サーメツトを用い、特に白金あるいは白金を含む
合金と上記固体電解質13と同じ成分系のものを
含む酸化物(例えばZrO2−CaO,ZrO2−Y2O3
ZrO2−MgO等)との混合物であるサーメツトを
用いた場合には、触媒性能、電子伝導性、耐食性
ならびに固体電解質13との付着強度のいずれの
点においてもすぐれたものとなる。これに対し
て、焼成測定電極14として、サーメツトでない
材料、たとえば白金あるいは白金を含む合金を用
いた場合には、触媒性能、電子伝導性ならびに耐
食性の点ですぐれたものとすることができるが、
固体電解質13との付着強度という点ではさほど
十分ではなく、使用途中あるいは耐久途中で前記
サーメツトを用いない焼成測定電極14と固体電
解質13との間で剥離を生じるおそれがある。し
たがつて、焼成測定電極14の材料としてサーメ
ツトを用いるのが望ましい。 他方、管状型の酸素センサ素子において、酸素
イオン伝導性固体電解質と蒸着法によつて設ける
測定電極とが焼成測定電極の貫通孔部分以外のと
ころで直接接触しているようなものもあるが(例
えば、特開昭48−90294号公報,実開昭54−57081
号公報)、前記第6図の場合と同様に、蒸着法に
よつて設ける測定電極と酸素イオン伝導性固体電
解質との接合強度が十分でないため、耐久途中で
測定電極の剥離を生じやすいという欠点を有して
いる。 次に、各種の構成になる酸素センサ素子につい
て評価試験をおこなつた結果について説明する。
評価試験に供した酸素センサ素子は、次のa〜h
の8種類である。 そこで、次表に示すa〜hの酸素センサ素子の
酸素イオン伝導性固体電解質13までの製造方法
について説明する。まず、第3図および第4図a
に示すように、隔膜層11の素材としての一方の
アルミナグリンシート(5×9×0.7(t)mm)
11b上に、白金とラツカーとを重量比7:3の割
合で混練した白金ペーストを第4図aに点線で示
す形状に印刷し、乾燥して未焼成状態の発熱体1
5を形成する。次に、第4図aに示すように、3
本の白金リード線(0.2mmφ×7mm)20,2
1,22を前記アルミナグリンシート11b上に
並べ、その上に第4図aに示すように、3個のス
ルーホール(0.6mmφ)17,18,19を形成
した他方のアルミナグリンシート(5×9×0.7
(t)mm)11aを加圧積層して未焼成状態の隔
膜層11を形成する。そのほか、発熱体15とし
て、白金ワイヤ等の電子伝導性の抵抗体を埋設し
たり、これらの電子伝導性材料の粉末を上記白金
ペーストと同様にペースト状にして印刷してもよ
い。また、リード線20,21,22としては白
金ワイヤ以外に耐食性がありかつ電子伝導性を有
する材料を用いてもよい。次に、上記隔膜層11
(第4図a参照)上に、基準電極12を設けるに
際しては、前記白金ペーストを用いて第4図bに
示すような形状に印刷して乾燥する。基準電極1
2の厚さは焼成後において15〜20μであつた。こ
の上に酸素イオン伝導性固体電解質13を設ける
に際しては、5モル%Y2O3−95モル%ZrO2粉末
とラツカーとを重量比7:3の割合で混練した固
体電解質ペーストを印刷し、乾燥して未焼成状態
の酸素イオン伝導性固体電解質13を形成した
(第4図c参照)。このとき、焼成後の固体電解質
13の厚さが20〜40μとなるようにした。この固
体電解質としては、CaO,Y2O3,SrO,MgO,
ThO2,WO3,Ta2O5などで安定化したZrO2、あ
るいはNb2O5,SrO,WO3,Ta2O5,Y2O3などで
安定化したBi2O3、さらにはThO2,CaOなどで安
定化したY2O3などを使用することができる。こ
のように固体電解質13までを積層したものを次
のa〜hの各酸素センサ素子の製造に用いる。 (a) サーメツト焼成測定電極のみ(比較品); 金属とセラミツクスの混合物であるサーメツト
を電極素材として用いる場合には、セラミツクス
と金属との混合割合が 3%≦セラミツク層の体積/サーメツト層の全体積×
100≦30% となるような範囲にするのが望ましい。具体的に
は、95重量%Pt−5重量%(5モル%Y2O3−95
モル%ZrO2)(体積比では11体積%Pt−89体積%
(5モル%Y2O3−95モル%ZrO2))粉末とラツカー
とを重量比7:3の割合で混練したサーメツトペ
ーストを用い、前記固体電解質13まで積層しも
のの上に印刷積層して測定電極14を設ける。こ
のとき、焼成後の測定電極14の厚さが10〜15μ
になるようにする。また、サーメツト素材のセラ
ミツク材料としては、固体電解質13の材料と同
じものを用いている。さらに、前記測定電極14
を積層した後乾燥し、大気雰囲気中で1500℃,2
時間の条件で同時焼成する。あるいは、基準電極
12,固体電解質13,測定電極14を積層して
乾燥する毎に焼成してもよい。この後、第4図f
に示すように、酸素センサ素子全体にスピネル粉
末をプラズマ溶射により付着させて多孔質保護層
17を設けた。このときの保護層17の厚さを60
〜8μとなるようにした。 (b) サーメツトでない焼成測定電極のみ(比較
品); 前記固体電解質13までを積層したもの(第4
図c)の上に、白金とラツカーとを重量比7:3
の割合で混練した白金ペーストを用い、第4図d
に示すような形状に測定電極14を未焼成状態で
積層した。この場合の測定電極材料としては、前
記白金以外に触媒作用がありかつ電子伝導性があ
る材料を用いることができる。このときの測定電
極14の厚さとしては、焼成後10〜15μになるよ
うにする。なお、その後の焼成ならびに保護層1
7付着については前記aと同じにした。 (c) サーメツト焼成測定電極の上にのみ第測定
電極(本発明品); 前出のaにおいてサーメツト測定電極14を積
層焼成したものを用いる。焼成した素子を有機溶
剤中で超音波洗浄した後乾燥し、次いで測定電極
14の面積よりも10%小さい開口部を有するマス
クを用いてマスキングする。次いで白金を真空蒸
着することによつて第測定電極16を設ける。
このとき第測定電極16の膜厚が0.4〜0.5μに
なるようにする。この後aと同様にして保護層1
7を設ける。 (d) サーメツト焼成測定電極を中心に第測定電
極(比較品); 前記(a)におけるものと同じサーメツトペースト
を用い、第6図a,bに示すようなパターンで固
体電解質13上に第の測定電極14を印刷した
後(a)と同じ条件で焼成し、さらにその上に前記(c)
の場合と同じく焼成測定電極14の外形寸法より
も10%小さくしたパターンのマスクを用いて真空
蒸着により第測定電極16を設けた。そのほ
か、前記(c)と同じように固体電解質13上にサー
メツトペーストを用いて第の測定電極14を積
層したのち焼成し、この後前記測定電極14の面
積よりも大きなパターンのマスクを用いて真空蒸
着により第測定電極16を設け、焼成測定電極
14の外側部分で固体電解質13と第測定電極
16とが直接接触するようにした酸素センサ素子
も作製した。 (e) 焼成測定電極の上にのみ第測定電極(本発
明品); 前記(b)においても使用したものと同じ白金ペー
ストを用い、第3図に示す固体電解質13上に第
の測定電極14を積層したのち焼成し、次いで
前記(c)に示す如く、焼成測定電極14の面積より
も10%小さいパターンのマスクを用いて真空蒸着
により第測定電極16を設ける。 (f) 固体電解質上に蒸着測定電極(比較品); 第1図に示す固体電解質3上に、真空蒸着によ
つてのみ白金を素材とする測定電極4を設けた。 (g) 蒸着測定電極が固体電解質と接触(比較
品); この酸素センサ素子は管状型のものであつて、
物理的な蒸着法によつて設けた測定電極が直接固
体電解質と接触しているものである。 (h) サーメツト焼成測定電極の上にのみ第測定
電極(本発明品); 前出の(c)の真空蒸着の代りにイオンスパツタリ
ングを用いた他は全く同じ方法で製作した。 次に、上記(a)〜(h)に示した8種類の酸素センサ
素子を自動車用エンジンの排ガス中の酸素量を測
定して前記エンジンの空燃比を制御するために使
用した場合において、自動車走行試験における10
モードエミツシヨン値を調べた結果および所定の
走行モードにおける耐久試験におこなつた結果を
それぞれ第7図および表に示す。 第7図において、酸素センサ素子の応答速度が
速いほど上記値が原点(NOx,CO,HCともに
0)に近くなることが確かめられている。第7図
からわかるように、焼成測定電極だけを設けた酸
素センサ素子(a,b)よりも蒸着法によつて測
定電極を設けた酸素センサ素子(c,d,e,
f,g,h)の方が10モードエミツシヨン値にす
ぐれており、とくに膜構造型の酸素センサ素子
(c,d,e,f,h)の10モードエミツシヨン
値が原点近くになつており、応答速度にすぐれて
いることがわかる。このことから、蒸着法によつ
て測定電極を設けると電極表面積が大幅に増大
し、前記した三相界面に増加することにより電極
反応ならびに触媒反応が促進され、酸素センサ素
子の応答速度が速くなることが確認された。他
方、表は前記(a)〜(h)に示す8種類の酸素センサ素
子の一定走行モードにおける耐久試験結果を示す
もので、この耐久試験において酸素センサ素子が
さらされる雰囲気温度(排ガス温度)は450〜850
℃,雰囲気はCOが0.3〜5%の間で周期的に変化
するものである。また、表に示す結果は、耐久試
験50時間毎の目視観察結果をまとめたものであ
る。
The present invention relates to a method of manufacturing a membrane structure oxygen sensor element. Examples of conventional membrane-structured oxygen sensor elements include those shown in FIGS. 1 and 2. 1st
The figure is a schematic cross-sectional view of an oxygen sensor element manufactured by a conventional manufacturing method, and FIGS. 2a to 2e are manufacturing process diagrams thereof. To explain according to the diagram, the heating element 5 is embedded in the diaphragm layer 1 cut into an appropriate size from an alumina green sheet, or the heating element 5 is placed on one side of one of the two green sheets. A reference electrode 2 (see Fig. 2b) and an oxygen ion conductive solid electrolyte are placed on the surface of the diaphragm layer 1 (see Fig. 2a), which is formed by printing 5 and pasting the other green sheet on this surface (see Fig. 2a). 3 (see Figure 2c),
The oxygen sensor element was manufactured by sequentially stacking the measurement electrodes 4 (see FIG. 2d) in an unfired state and then firing them simultaneously. Alternatively, the oxygen sensor element was manufactured by firing each layer. In such a conventional manufacturing process, when laminating the reference electrode 2, screen printing is performed by making a paste of powder such as platinum (Pt) or its alloy, or a metal-metal compound such as a Ni-NiO mixture. I was doing it. Furthermore, when laminating the oxygen ion conductive solid electrolyte 3, a mixed powder of ZrO 2 --CcO or the like is made into a paste and screen printing is performed. Furthermore, in order to laminate the measurement electrodes 4, a paste of powder of platinum (Pt) or its alloy was used and screen printing was performed. Alternatively, the measurement electrode 4 has been provided only by physical vapor deposition (PVD). Finally, a protective layer 7 (see FIG. 2e) was applied. However, in the conventional manufacturing method of such a membrane-structured oxygen sensor element, firing is performed simultaneously after lamination, or firing is performed for each lamination, which requires firing at a high temperature. Since the manufacturing method was to obtain the electrode by firing it,
The crystal grains of the oxygen partial pressure detection part, especially the measurement electrode 4 that is in direct contact with the gas to be measured, grow, and the contact area with the gas to be measured decreases, making it difficult to reach the equilibrium oxygen partial pressure for generating an electromotive force. There was a problem that the response was slow. In addition, in the case of membrane-structured oxygen sensor elements, the fired electrodes are often provided by screen printing and are relatively rough, so the contact area with the gas to be measured is small compared to the electrode area.
In addition, the so-called three-phase interface where the gas to be measured, solid electrolyte, and measurement electrode come into contact is also small compared to the electrode area, so catalytic reactions and electrode reactions are not promoted and it is difficult to reach the equilibrium oxygen partial pressure for generating electromotive force. There was a problem that the reaction speed of the oxygen sensor element was slow. On the other hand, in an oxygen sensor element in which the measuring electrode 4 is provided only by a physical vapor deposition method,
Although a satisfactory result was obtained regarding the reaction rate, there was a problem in that the adhesion strength of the measuring electrode 4 was weak, so that the measuring electrode 4 peeled off during the durability, resulting in poor durability. Furthermore, some tubular oxygen sensor elements have a cermet measuring electrode and then a second measuring electrode is provided over a wider area than this electrode by physical vapor deposition.
As mentioned above, there was a problem in that it was easy to peel off during durability. The present invention was made by focusing on such conventional problems, and preferably uses a deposition method such as sputtering, ion plating, or vacuum evaporation only on a fired measurement electrode using cermet. The adhesion strength between the fired measurement electrode and the solid electrolyte is improved by providing an electrode and preventing the solid electrolyte and the first measurement electrode from directly contacting each other except for through-holes in the fired measurement electrode, and further By filling the fired measuring electrode and its internal through holes with the first measuring electrode formed by the vapor deposition method, the surface area of the measuring electrode and the three-phase interface are increased, thereby significantly promoting the catalytic reaction of the measuring electrode and the electrode reaction. The aim is to solve the above problems. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a membrane-structured oxygen sensor element 10 manufactured using the method of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an illustration of the oxygen sensor element 10 shown in FIG. 3.
This is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the diaphragm layer 11, which can maintain the strength as a substrate, is formed from two diaphragm layer materials 11a and 11b, and both diaphragm layer materials 11
The heating element 15 and the tips of the three lead wires 20, 21, 22 are inserted between a and 11b, and the heating element is inserted through the three through holes 17, 18, 19 formed in the upper diaphragm layer material 11a. 15 and lead wire 20,
A diaphragm layer 11 (see FIG. 4a) is prepared with the connecting portions 21 and 22 exposed. Here, it is convenient to use alumina green sheets as the diaphragm layer materials 11a and 11b, and other materials such as mullite, spinel, forsterite, and steatite can also be used. Further, it is preferable to embed a resistor made of an electronic conductor such as a platinum wire in the heating element 15, or to use a paste made of a resistor made of a platinum wire or the like and printed thereon. Further, the heating element 15 is electrically connected to lead wires 20 and 22 via through holes 17 and 19. As the lead wires 20, 21, and 22, it is preferable to use a material having corrosion resistance and electronic conductivity, such as platinum wire. Next, a reference electrode 1 is placed on the diaphragm layer 11 (see FIG. 4a).
2, for example, by screen printing (Fig. 4b)
reference). The reference electrode 12 may be made of a material that generates a reference oxygen partial pressure, such as a metal such as Ni-NiO.
Mixtures of metal oxides can be used, or porous platinum or its alloys (Ru, Pd, Rh, Os, Ir−
It is convenient to use an electronically conductive material such as Pt (Pt, etc.). When laminating the layers, these materials can be made into a paste and can be easily applied by, for example, screen printing. After drying this, when layering the oxygen ion conductive solid electrolyte 13, for example,
A solid electrolyte paste made of mixed powders such as ZrO 2 -Y 2 O 3 and ZrO 2 -CaO is laminated by screen printing (see Fig. 4c). This solid electrolyte includes CaO, Y 2 O 3 , SuO, MgO, ThO 2 ,
ZrO 2 stabilized with WO 3 , Ta 2 O 5 etc., or
Bi 2 O 3 stabilized with Nb 2 O 5 , SrO, WO 3 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , etc., and Y 2 O 3 stabilized with ThO 2 , CaO, etc. can be used. can. Then,
After drying the solid electrolyte 13, when laminating the measurement electrode 14, for example, a paste of cermet containing appropriate amounts of platinum or its alloy powder and oxide powder is screen printed (see Fig. 4). (see d). The material for the measurement electrode 14 is not only platinum but also after firing: (1) porous, (2) good catalytic performance, (3) electronic conductivity, and (4) corrosion resistance. Any material may be used as long as it has properties such as, for example, platinum-based alloys such as Pt-Rh alloy (Ru, Pd, Rh, Os, Ir-
Pt etc.) are suitable. Further, the above-mentioned oxide may be any oxide as long as it can ensure the bonding strength between the measurement electrode 14 and the solid electrolyte 13, for example,
Fe 2 O 3 , NiO, Cr 2 O 3 , CuO, ZrO 2 , MgO,
Various single oxides such as CaO, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 or mixtures thereof are suitable. Among them, especially when considering the effect of mutual diffusion due to firing, the same material as the solid electrolyte 13, for example,
It has been found that the use of ZrO 2 -CaO, ZrO 2 -Y 2 O 3 , ZrO 2 -MgO, etc. can ensure sufficient bonding strength between the measurement electrode 14 and the solid electrolyte 13. After drying, the unfired stacked layers are simultaneously fired at 1500° C. for 2 hours in the air. Alternatively, the reference electrode 12, the oxygen ion conductive solid electrolyte 13, and the measurement electrode 14 can be stacked and fired under various conditions each time they are dried. The elements obtained by simultaneous firing or firing each layer as described above are ultrasonically cleaned in an organic solvent and dried. Subsequently, after applying masking that opens only above the measurement electrode 14, a second measurement electrode 16 (see FIG. 4e) is formed on the measurement electrode 14 by vapor deposition.
will be established. In this case, the vapor deposition method for providing the first measurement electrode 16 includes sputtering, ion plating, vacuum vapor deposition, etc., and each of these will be described later. After that, a protective layer 17 (see FIG. 4 f) is provided on the entire surface of the element, and the measurement electrode 1
4 and 16 are made contactable with the gas to be measured via the protective layer 17. This protective layer 17 includes alumina,
It is coated using mullite, calcium zirconate, etc., for example, by thermal spraying. In the oxygen sensor element manufactured by this method, the reference oxygen partial pressure when the reference oxygen partial pressure generating substance is provided, or the reference oxygen partial pressure controlled by passing a direct current between the electrodes 12 and 14, and the measurement By measuring the output voltage generated according to the difference between the oxygen partial pressure in the gas to be measured and the corresponding measured oxygen partial pressure at the electrode 14, the partial pressure of oxygen in the gas to be measured can be detected over a long period of time. can. For example, by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile engine, it becomes possible to control the air-fuel ratio of the engine, and also to control the combustion of other combustion equipment or the atmosphere in the furnace. Hereinafter, a specific example in which the first measurement electrode 16 is provided by a vapor deposition method will be described in more detail. When sputtering is used as the vapor deposition method for providing the above-mentioned measurement electrode 16, first, the device with the fired measurement electrode 14 provided on the outermost surface is prepared through the steps shown in FIGS. 4a to 4d, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, only the portion of the fired measuring electrode 14 that contacts the solid electrolyte 13 (or smaller in size) is attached to a mask with a pattern of holes and set in a sputtering device. At this time, the solid electrolyte 13 and the first measurement electrode 16 are made not to come into direct contact with each other except for the through hole portion in the fired measurement electrode 14.
In this sputtering, the vacuum is evacuated to a level higher than 10 -5 Torr, and then 1×10 -3 to 5×
Ar gas is introduced in the range of 10 -2 Torr. The reason for once evacuation to high vacuum is to reduce the influence of impurities, especially residual gas. In addition, the pressure of Ar gas during sputtering is 1×10 -3 to 5×
The reason for setting 10 -2 Torr is that if the vacuum is too high, glow discharge will be difficult to occur, and if the vacuum is too low, the film will be contaminated by residual gas and introduced gas, and the spatter atoms will be scattered, slowing down the deposition rate. . Therefore, depending on the adhesion, purity , productivity, etc. of the sputtering film formed, a
is optimal. Thereafter, sputtering is performed with a power of about 0.15 to 0.3 KW to attach the first measurement electrode 16 (see FIG. 4e). At this time, it is preferable to use platinum or an alloy containing platinum such as platinum-rhodium as the target material in consideration of electron conductivity and catalytic activity. Further, it is preferable that the thickness of the first measurement electrode 16 formed by this sputtering is 0.5 μm or less. On the other hand, when using ion plating as the vapor deposition method for providing the above-mentioned first measurement electrode 16, first, the element with the fired measurement electrode 14 provided on the outermost surface is formed through the steps shown in FIGS. 4a to 4d. As shown in FIG. 4e, the fired measurement electrode 14 is attached to a mask having a pattern of holes only in the portion that contacts the solid electrolyte 13, and then set in an ion plating apparatus. At this time, the solid electrolyte 13 and the first measurement electrode 16 are
Direct contact is avoided except for through-hole portions in the fired measurement electrode 14. Therefore, in ion plating, the vacuum is evacuated to a level higher than 10 -5 Torr, and then O 2 gas or O 2 -Ar mixed gas is introduced at a pressure in the range of 1 x 10 -3 to 5 x 10 -2 Torr. The reason for once evacuation to a high vacuum is to prevent the influence of impurities, especially residual gas. Moreover, the reason why O 2 or O 2 -Ar mixed gas is used as the introduced gas is because these gases are used to perform ion plating in the firing area in contact with the first measurement electrode 16 provided by the ion plating method. The measurement electrode 14 and the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 that communicates only through the through-hole portion of the fired measurement electrode 14 are cleaned and activated by the ion bombardment of O 2- ions generated from these gases. state and that O 2 is present at the first measurement electrode 16
This is because the introduced gas pressure is 1×10 -3 to 5×
The reason for setting 10 -2 Torr is that if the vacuum is too high, glow discharge will be difficult to occur, and if the vacuum is too low, the inside of the device will be oxidized and contaminated because O 2 is introduced, and the introduced gas will not enter the inside of the measurement electrode 16. This is because the evaporated and ionized electrode material is scattered, reducing productivity. In this manner, after introducing the gas, an electric field is applied to cause a discharge, and power is applied to the vapor deposited material to form the measurement electrode 16 (see FIG. 4e). At this time, it is desirable to use platinum or an alloy containing platinum such as platinum-rhodium as the vapor deposition material in consideration of electronic conductivity, catalytic activity, and corrosion resistance. Further, it is preferable that the thickness of the first measuring electrode 16 formed by this ion plating is 0.5 μm or less. On the other hand, when vacuum evaporation is used as the evaporation method for providing the above-mentioned first measurement electrode 16, the element having the fired measurement electrode 14 provided on the outermost surface is similarly prepared through the steps shown in FIGS. 4a to 4d. As shown in FIG. 4e, the fired measurement electrode 14 is attached to a mask having a pattern with holes only in the portion that contacts the solid electrolyte 13, and then set in a vacuum evaporation apparatus. At this time, the solid electrolyte 13 and the first measurement electrode 16 are made not to come into direct contact with each other except for the through-hole portion in the fired measurement electrode 14. Therefore, in vacuum evaporation,
Evacuate to a higher vacuum than the 10 -5 Torr stand, then 1×
O 2 gas or O 2 in the range of 10 -3 to 5×10 -2 Torr
-Introduce Ar mixed gas. The reason for once evacuation to a high vacuum is to reduce the influence of impurities, especially residual gas, on discharge. In addition, the reason why O 2 or O 2 -Ar mixed gas is used as the introduced gas is that when sputter etching is performed using these gases, communication is made only through the fired measurement electrode 14 in contact with the evaporation electrode and its through hole. This is because the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 becomes active, and the introduced gas pressure is 1 × 10 -3 ~ 5
The reason why the pressure is set at ×10 -2 Torr is that if the vacuum is too high, glow discharge will be difficult to occur, and if the vacuum is too low, the efficiency of sputter etching will decrease due to scattering of residual gas and introduced gas molecules. in this way,
After the gas is introduced, an electric field is applied to cause glow discharge, and the surface layer of the solid electrolyte 13 is sputter-etched through the fired measurement electrode 14 or its through-hole.
After sputter etching, evacuate to a high vacuum of 10 -5 Torr or higher again. The reason for evacuation to a high vacuum at this time is to exhaust contaminants ejected by sputter etching and to prevent these impurities from being drawn into the vapor deposition electrode. Thereafter, power is applied to the vapor deposited material to form the measurement electrode 16 (see FIG. 4e). At this time, platinum or an alloy containing platinum such as platinum-rhodium is preferably used as the deposition material in consideration of electron conductivity and catalytic activity. Further, at this time, it is preferable that the thickness of the measurement electrode formed by vacuum evaporation is 0.5 μm or less. In this state, the solid electrolyte 13 is in direct contact with the first measurement electrode 16 only through the through hole in the fired measurement electrode 14. As described above, in the method of the present invention, the first measurement electrode 16 is further provided on the measurement electrode 14, which is preferably fired using a cermet material, by a vapor deposition method such as sputtering, ion plating, or vacuum evaporation. The reason for this is explained below. First, rather than the conventional oxygen sensor element having only the fired measurement electrode 14, sputtering,
The reason why the oxygen sensor element 10 according to the method of the present invention in which the second measurement electrode 16 is further provided by ion plating, vacuum evaporation, etc. is superior is as follows. That is, when simultaneously firing the diaphragm layer 11, the reference electrode 12, the solid electrolyte 13, and the measurement electrode 14, the diaphragm layer 11 made of alumina or the like as a structural base is
In order to obtain the strength of the solid electrolyte 13 and the oxygen ion conductive solid electrolyte 13, approximately
It is necessary to fire at 1500°C to ensure sufficient sintering. At this time, in the measurement electrode 14 made of Pt or its alloy, as shown in FIG. 5a, Pt or its alloy aggregates and crystal grains grow. Furthermore, the measurement electrode 14 obtained by firing each laminated layer based on other manufacturing methods also yields the same results as in the case of simultaneous firing described above. Furthermore, if the measuring electrode 14 is provided by screen printing, the paste grains will be much coarser than those produced by the vapor deposition method, and will tend to look like the one shown in FIG. 5a because it needs to be fired at a high temperature. Here, in FIG. 5a, the grains of the fired measurement electrode 14 are coarse, and the electrode surface area in contact with the gas to be measured is small.
It is a schematic enlarged view of a state in which the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 is visible from the through-hole portion of the fired measuring electrode 14 due to its relatively porous nature. In such a state as shown in FIG. 5a, the gas to be measured - the measurement electrode -
The so-called three-phase interface in contact with the solid electrolyte is small compared to the electrode area, and the electrode surface area in contact with the gas to be measured is reduced, resulting in a decrease in the catalytic performance of the measurement electrode 14, and the electrode reaction is not promoted, resulting in a decrease in the response of the oxygen sensor element. The speed will be slower. This fired measurement electrode 1
Further, a third measurement electrode 16 is formed on top of 4 by a vapor deposition method.
5b, the vapor deposited layer fills the upper surface of the fired measurement electrode 14 and its through-hole, and the solid electrolyte 13 only flows through the through-hole of the fired measurement electrode 14. It comes into direct contact with the first measurement electrode 16, and as a result, the surface area of the electrode in contact with the gas to be measured increases significantly, and the number of three-phase interfaces increases significantly, promoting the catalytic reaction and the electrode reaction, thereby improving the oxygen sensor element. response becomes faster. Here, when focusing only on the response speed of the oxygen sensor element, the measurement electrode 1 is
Since the response speed is improved by providing the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 in the manufacturing process of the oxygen sensor element shown in FIG. It is also conceivable to provide the measurement electrode 14 directly on the solid electrolyte 13 by a vapor deposition method similar to the method of the invention. Also, the 6th
As shown in Figures a and b, in the manufacturing process of the oxygen sensor element, after providing the oxygen ion conductive solid electrolyte 13, a pattern is formed by hollowing out a part (in Figure 6 a, one rectangular part, in Figure 6 b It is also conceivable to provide the measurement electrode 14 in a rectangular shape (4 places are hollowed out), and then provide the measurement electrode 16 thereon by a vapor deposition method similar to the method of the present invention. However, as mentioned above, the response speed of the oxygen sensor element manufactured in this way is certainly faster than that of the oxygen sensor element made only of the fired measuring electrode 14, that is, up to the process shown in FIG. Sexuality becomes extremely bad. In addition, when the protective layer 17 is provided by plasma spraying or the like, the oxygen sensor element, which is only the measurement electrode 14 by vapor deposition, or the sixth
As shown in Figures a and b, a part of the fired measuring electrode 14 is hollowed out so that the first measuring electrode 16 formed by vapor deposition is in direct contact with the solid electrolyte 13 at a place other than the through hole of the fired measuring electrode 14. In the case of a sensor element, during use, peeling may occur from the measurement electrode portion provided by the vapor deposition method, and the protective layer 17 may also peel off, which is undesirable. Furthermore, when considering the durability of the oxygen sensor element, when providing the first measurement electrode 16 only on the fired measurement electrode 14 by vapor deposition, the oxygen sensor A considerable difference occurs in the durability of the elements, as will be described later. That is, the fired measurement electrode 1
As the material for the solid electrolyte 13, a cermet which is a mixture of a metal and an oxide is used. In particular, platinum or an alloy containing platinum and an oxide containing the same component system as the solid electrolyte 13 (for example, ZrO 2 -CaO, ZrO 2 - Y 2 O 3 ,
When a cermet which is a mixture of ZrO 2 --MgO, etc.) is used, it has excellent catalytic performance, electronic conductivity, corrosion resistance, and adhesion strength to the solid electrolyte 13. On the other hand, if a material other than cermet, such as platinum or an alloy containing platinum, is used as the fired measurement electrode 14, it can have excellent catalytic performance, electronic conductivity, and corrosion resistance.
The adhesion strength to the solid electrolyte 13 is not very sufficient, and there is a risk that separation may occur between the solid electrolyte 13 and the fired measuring electrode 14 that does not use cermet during use or during durability. Therefore, it is desirable to use cermet as the material for the firing measuring electrode 14. On the other hand, in some tubular oxygen sensor elements, the oxygen ion-conducting solid electrolyte and the measurement electrode provided by vapor deposition are in direct contact with each other in areas other than the through-hole portion of the fired measurement electrode (for example, , Japanese Unexamined Patent Publication No. 1983-90294, Utility Model Application No. 54-57081
Similar to the case shown in Fig. 6, the bonding strength between the measurement electrode provided by the vapor deposition method and the oxygen ion conductive solid electrolyte is insufficient, so the measurement electrode tends to peel off during durability. have. Next, the results of evaluation tests conducted on oxygen sensor elements having various configurations will be described.
The oxygen sensor elements subjected to the evaluation test were as follows a to h.
There are 8 types. Therefore, the manufacturing method of the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 of the oxygen sensor elements a to h shown in the following table will be explained. First, Figures 3 and 4 a
As shown in FIG.
11b, a platinum paste prepared by kneading platinum and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed in the shape shown by the dotted line in FIG. 4a, and dried to form the unfired heating element 1.
form 5. Next, as shown in Figure 4a, 3
Main platinum lead wire (0.2mmφ×7mm) 20,2
1 and 22 are arranged on the alumina green sheet 11b, and the other alumina green sheet (5× 9×0.7
(t) mm) 11a are laminated under pressure to form a diaphragm layer 11 in an unfired state. In addition, as the heating element 15, an electronically conductive resistor such as a platinum wire may be embedded, or powder of such an electronically conductive material may be printed in the form of a paste similar to the platinum paste described above. Further, as the lead wires 20, 21, and 22, a material other than platinum wire that is corrosion resistant and has electron conductivity may be used. Next, the diaphragm layer 11
(See FIG. 4a) When providing the reference electrode 12 thereon, the platinum paste is printed in the shape shown in FIG. 4b and dried. Reference electrode 1
The thickness of No. 2 was 15 to 20 μm after firing. When providing the oxygen ion conductive solid electrolyte 13 on this, a solid electrolyte paste prepared by kneading 5 mol% Y 2 O 3 -95 mol% ZrO 2 powder and lacquer at a weight ratio of 7:3 is printed, After drying, an oxygen ion conductive solid electrolyte 13 in an unfired state was formed (see FIG. 4c). At this time, the thickness of the solid electrolyte 13 after firing was set to 20 to 40 μm. This solid electrolyte includes CaO, Y 2 O 3 , SrO, MgO,
ZrO 2 stabilized with ThO 2 , WO 3 , Ta 2 O 5 etc., or Bi 2 O 3 stabilized with Nb 2 O 5 , SrO, WO 3 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 etc., and even Y 2 O 3 stabilized with ThO 2 , CaO, etc. can be used. The stacked layers up to the solid electrolyte 13 in this manner are used for manufacturing each of the following oxygen sensor elements a to h. (a) Cermet firing measurement electrode only (comparison product); When using cermet, which is a mixture of metal and ceramic, as the electrode material, the mixing ratio of ceramic and metal should be 3% ≦volume of ceramic layer/total of cermet layer. Product×
It is desirable to set the range to 100≦30%. Specifically, 95 wt % Pt-5 wt% (5 mol% Y2O3-95
Mol% ZrO 2 ) (by volume 11 vol% Pt−89 vol%
(5 mol % Y 2 O 3 - 95 mol % ZrO 2 )) Using a cermet paste prepared by kneading powder and lacquer at a weight ratio of 7:3, print lamination was performed on the solid electrolyte 13. A measurement electrode 14 is provided. At this time, the thickness of the measuring electrode 14 after firing is 10 to 15 μm.
Make it so. Furthermore, the same ceramic material as the solid electrolyte 13 is used as the cermet material. Furthermore, the measurement electrode 14
After laminating, dry and heat in air at 1500℃ for 2
Simultaneously fired under certain time conditions. Alternatively, the reference electrode 12, solid electrolyte 13, and measurement electrode 14 may be stacked and fired each time they are dried. After this, Figure 4 f
As shown in FIG. 2, a porous protective layer 17 was provided by depositing spinel powder over the entire oxygen sensor element by plasma spraying. The thickness of the protective layer 17 at this time is 60
It was made to be ~8μ. (b) Only the fired measurement electrode that is not made of cermet (comparative product); one in which the solid electrolyte 13 is laminated (the fourth
On top of figure c), add platinum and lattice at a weight ratio of 7:3.
Using platinum paste kneaded at a ratio of
Measurement electrodes 14 were stacked in an unfired state in the shape shown in FIG. As the measurement electrode material in this case, other than platinum, a material having a catalytic action and electron conductivity can be used. The thickness of the measuring electrode 14 at this time is set to 10 to 15 μm after firing. Note that the subsequent firing and protective layer 1
7. The adhesion was the same as in a above. (c) A first measurement electrode (product of the present invention) only on the fired cermet measurement electrode; The cermet measurement electrode 14 laminated and fired in a above is used. The fired element is ultrasonically cleaned in an organic solvent, dried, and then masked using a mask having an opening 10% smaller than the area of the measurement electrode 14. Next, a first measurement electrode 16 is provided by vacuum depositing platinum.
At this time, the film thickness of the first measuring electrode 16 is set to 0.4 to 0.5 μm. After this, in the same manner as a, the protective layer 1
7 will be provided. (d) A second measuring electrode (comparative product) centered around the fired cermet measuring electrode; using the same cermet paste as in (a) above, the cermet paste was spread on the solid electrolyte 13 in the pattern shown in Figure 6a and b. After printing the measuring electrode 14 of
As in the case described above, the first measurement electrode 16 was provided by vacuum evaporation using a mask with a pattern 10% smaller than the external dimensions of the fired measurement electrode 14. In addition, in the same way as in (c) above, the first measurement electrode 14 is laminated using cermet paste on the solid electrolyte 13 and then fired, and then a mask with a pattern larger than the area of the measurement electrode 14 is used. An oxygen sensor element was also produced in which a first measuring electrode 16 was provided by vacuum evaporation so that the solid electrolyte 13 and the second measuring electrode 16 were in direct contact with each other on the outer side of the fired measuring electrode 14. (e) The first measuring electrode (product of the present invention) is placed only on the fired measuring electrode; using the same platinum paste as used in (b) above, the second measuring electrode 14 is placed on the solid electrolyte 13 shown in FIG. are laminated and fired, and then, as shown in (c) above, the first measurement electrode 16 is provided by vacuum deposition using a mask with a pattern 10% smaller in area than the fired measurement electrode 14. (f) Measuring electrode deposited on a solid electrolyte (comparative product); A measuring electrode 4 made of platinum was provided on the solid electrolyte 3 shown in FIG. 1 only by vacuum deposition. (g) The vapor deposition measurement electrode is in contact with the solid electrolyte (comparative product); This oxygen sensor element is of a tubular type, and
The measurement electrode provided by physical vapor deposition is in direct contact with the solid electrolyte. (h) A second measuring electrode (product of the present invention) only on the fired cermet measuring electrode; It was manufactured in exactly the same way except that ion sputtering was used instead of vacuum deposition in (c) above. Next, when the eight types of oxygen sensor elements shown in (a) to (h) above are used to measure the amount of oxygen in the exhaust gas of an automobile engine and control the air-fuel ratio of the engine, 10 in driving test
The results of examining the mode emission values and the results of durability tests in predetermined running modes are shown in FIG. 7 and the table, respectively. In FIG. 7, it has been confirmed that the faster the response speed of the oxygen sensor element is, the closer the above value is to the origin (0 for NOx, CO, and HC). As can be seen from FIG. 7, the oxygen sensor elements (c, d, e,
f, g, h) have better 10-mode emission values, and in particular, the 10-mode emission values of the membrane structure type oxygen sensor elements (c, d, e, f, h) are closer to the origin. It can be seen that the response speed is excellent. From this, it can be seen that when the measurement electrode is provided by vapor deposition, the electrode surface area is greatly increased, and the electrode reaction and catalytic reaction are promoted by increasing the electrode surface area at the three-phase interface described above, thereby increasing the response speed of the oxygen sensor element. This was confirmed. On the other hand, the table shows the durability test results of the eight types of oxygen sensor elements shown in (a) to (h) above in constant running mode, and the atmospheric temperature (exhaust gas temperature) to which the oxygen sensor elements are exposed in this durability test is 450~850
℃, and the atmosphere changes periodically between 0.3% and 5% CO. Furthermore, the results shown in the table are a compilation of visual observation results every 50 hours during the durability test.

【表】 上記表から明らかなように、焼成測定電極の材
料としてサーメツトを用いた膜構造型の酸素セン
サ素子(a,c,d,h)のうち、酸素センサ素
子(a,c,h)は耐久時間250時間以上保証で
きるが、固体電解質と蒸着法によつて設けた第
測定電極とが焼成測定電極内の貫通孔部分以外の
ところで直接接触している酸素センサ素子dでは
上記のものよりも耐久性に劣つていることがわか
る。また、耐久性にすぐれた酸素センサ素子a
は、第7図に示す如く応答速度があまり良くな
い。 一方、焼成測定電極の材料としてサーメツトを
使用しない膜構造型の酸素センサ素子(b,e)
においては、耐久性はおよそ200時間と同程度で
あるものの、応答速度については蒸着法によつて
第測定電極を設けている酸素センサ素子eの方
がかなりすぐれている。他方、蒸着法だけによつ
て測定電極を設けた酸素センサ素子fは耐久性に
かなり劣つている。さらに、サーメツトよりなる
焼成測定電極を設けた膜構造型の酸素センサ素子
dおよび管状型の酸素センサ素子gにおいては、
サーメツト焼成測定電極の付着強度が強いため、
耐久性が良いと考えられるが、実際には前記蒸着
法によつて設けた測定電極と固体電解質とが直接
接触しているため、その接触部分から測定電極の
剥離が発生し、従つて保護層の剥離が発生して、
耐久途中において前記剥離が焼成測定電極の部分
にまで広がつていくことが確認された。 以上のように、応答速度を高めしかも耐久性を
も改善することができる酸素センサ素子を考えた
場合、望ましくはサーメツト材料を用いて印刷−
焼成した測定電極14の上に、さらに前記焼成測
定電極14の貫通孔部分を除いて直接固体電解質
13と接触しないようにして、蒸着法によつて第
測定電極16を設けるのが良い。この場合、蒸
着法によつて設ける第測定電極16を1層だけ
とし、その厚さを0.5μ以下とするのが望ましい
のは、次の理由による。 すなわち、印刷−焼成した測定電極14は比較
的高温で焼成されるため粒子が凝集し、また印刷
−焼成した測定電極14の粒子は、蒸着法によつ
て設けられる第測定電極16の粒子よりもかな
り粗く、表面がざらついている。このような適度
の表面粗さは、蒸着法によつて第測定電極16
を設ける際に、蒸着膜成長のための核のような働
きをする。このため、第測定電極16を設ける
際に、格別2層に分けて第1層目で前記核に相当
するものを形成させる必要性はなく、適度な表面
粗さをもつた焼成測定電極14の上に第1層のみ
の第測定電極16を設けただけでも、その付着
形態はかなり良好なものとなり、付着強度も非常
に強いものとなる。従つて、予備蒸着したのち熱
処理し、再度蒸着するというような2層以上に分
けての蒸着はあえて必要ない。さらに、蒸着法に
よつて設ける第測定電極16の膜厚としては、
0.5μ以下とするのが望ましいのは、あまり厚く
しすぎると、粒子の小さな蒸着法による第測定
電極16が表面の粗い焼成測定電極14を覆つて
しまい、逆に前記三相界面の数や電極表面積が低
下し、触媒反応や電極反応が促進されなくなるた
めである。したがつて、第測定電極16が厚す
ぎると応答速度の改善が期待されなくなる。この
場合、応答速度ならびに耐久性に支障をおよぼさ
ない範囲内で上記第測定電極16の膜厚をでき
るだけ小さくすれば、電極材料として使用される
白金あるいは白金を含む合金等の使用量を少なく
することができ、しかも製造時間を短縮すること
ができるという利点をもたらしうる。 以上説明してきたように、この発明によれば、
固体電解質上に形成した望ましくはサーメツト材
料を用いた焼成測定電極の上に、さらに前記焼成
電極内の貫通孔部分以外の部分で直接固体電解質
と接触しないようにして、スパツタリング、イオ
ンプレーテイング、真空蒸着等の蒸着法によつて
第測定電極を設け、この際、第測定電極が1
層のみであつても十分すぐれたものとし、その膜
層を望ましくは0.5μ以下とするようにしたか
ら、 被測定ガス−酸素イオン伝導性固体電解質−
測定電極の3つが接する三相界面を増加させる
ことができ、かつ被測定ガスと接する電極表面
積を増加させることができたため、測定電極の
電極反応および触媒反応を向上させることが可
能であり、酸素センサ素子の応答速度をかなり
速くすることができる。 酸素センサ素子の応答速度が速くなるため、
たとえば自動車用のエンジンの排ガス中の酸素
濃度を検出するための酸素センサ素子として用
いた場合、10モード、11モードなどのエミツシ
ヨン値がかなり良くなり、上記エンジンの制御
性をかなり向上させることができる。また、低
温での応答速度が速いのでエンジンの始動性を
良くすることができる。 印刷−焼成による焼成測定電極の表面の粗さ
を利用して蒸着法により第測定電極を設ける
ようにすることによつて、第測定電極の付着
力をかなり高めることができ、しかも付着形態
を良好なものとすることができるため、第測
定電極は1層構造でよく、2層以上とする場合
に必要な予備蒸着および熱処理等の工程を省略
することができる。また、第測定電極はその
膜厚を0.5μ以下としたときでも十分良好であ
るため、生産性の向上や原価の低減をはかるこ
とができる。 焼成測定電極の材料としてサーメツトを用い
た場合には、焼成測定電極と固体電解質との付
着強度をさらに十分に確保することができ、そ
の上にのみ蒸着法によつて第測定電極を設け
るようにしたため、上記した酸素センサ素子の
応答速度の改善に合わせて、耐久性のより一層
の向上をはかることが可能である。 などの非常にすぐれた効果をもたらす。
[Table] As is clear from the above table, among the membrane structure type oxygen sensor elements (a, c, d, h) using cermet as the material of the fired measurement electrode, the oxygen sensor elements (a, c, h) can guarantee a durability of 250 hours or more, but the oxygen sensor element d, in which the solid electrolyte and the second measurement electrode provided by vapor deposition are in direct contact with each other at a place other than the through-hole in the fired measurement electrode, has a longer durability than the above. It can be seen that the durability is also inferior. In addition, the highly durable oxygen sensor element a
As shown in FIG. 7, the response speed is not very good. On the other hand, membrane structure type oxygen sensor elements (b, e) that do not use cermet as the material of the fired measurement electrode
Although the durability is about the same as that of about 200 hours, the response speed of the oxygen sensor element e, in which the first measurement electrode is provided by vapor deposition, is considerably superior. On the other hand, the oxygen sensor element f in which measurement electrodes are provided only by vapor deposition has considerably poor durability. Furthermore, in the membrane structure type oxygen sensor element d and the tubular type oxygen sensor element g, which are provided with a fired measurement electrode made of cermet,
Due to the strong adhesion strength of the fired cermet measurement electrode,
Although it is thought that the durability is good, in reality, since the measurement electrode provided by the above-mentioned vapor deposition method and the solid electrolyte are in direct contact, the measurement electrode may peel off from the contact area, and the protective layer may peel off. Peeling occurs,
During the durability test, it was confirmed that the peeling spread to the part of the fired measurement electrode. As mentioned above, when considering an oxygen sensor element that can increase response speed and improve durability, it is preferable to print it using a cermet material.
It is preferable to further provide a first measurement electrode 16 on the fired measurement electrode 14 by a vapor deposition method in such a manner that it does not come into direct contact with the solid electrolyte 13 except for the through-hole portion of the fired measurement electrode 14. In this case, the reason why it is desirable that the first measurement electrode 16 provided by vapor deposition is only one layer and its thickness is 0.5 μm or less is as follows. That is, since the printed and fired measuring electrode 14 is fired at a relatively high temperature, the particles of the printed and fired measuring electrode 14 aggregate, and the particles of the printed and fired measuring electrode 14 are larger than the particles of the first measuring electrode 16 provided by the vapor deposition method. It is quite rough and has a rough surface. Such an appropriate surface roughness can be achieved by the vapor deposition method.
When providing a layer, it acts like a nucleus for the growth of the deposited film. For this reason, when providing the first measurement electrode 16, there is no need to divide it into two layers and form something corresponding to the core in the first layer, and the fired measurement electrode 14 with an appropriate surface roughness is not required. Even if only the first measurement electrode 16 is provided on top, the adhesion form is quite good and the adhesion strength is also very strong. Therefore, it is not necessary to perform vapor deposition in two or more layers, such as preliminary vapor deposition, heat treatment, and vapor deposition again. Furthermore, the film thickness of the first measurement electrode 16 provided by the vapor deposition method is as follows:
The reason why it is desirable to set the thickness to 0.5μ or less is that if it is too thick, the first measurement electrode 16 formed by vapor deposition with small particles will cover the fired measurement electrode 14 with a rough surface, and conversely, the number of three-phase interfaces and the electrode This is because the surface area decreases and catalytic reactions and electrode reactions are no longer promoted. Therefore, if the first measurement electrode 16 is too thick, no improvement in response speed can be expected. In this case, if the film thickness of the first measurement electrode 16 is made as small as possible within a range that does not impede the response speed and durability, the amount of platinum or platinum-containing alloy used as the electrode material can be reduced. Moreover, the manufacturing time can be shortened. As explained above, according to this invention,
A fired measurement electrode formed on a solid electrolyte, preferably made of a cermet material, is further coated with sputtering, ion plating, vacuum, etc. in a manner that does not directly contact the solid electrolyte at any part other than the through-holes in the fired electrode. A first measurement electrode is provided by a vapor deposition method such as vapor deposition, and at this time, the first measurement electrode
Even if it is just a layer, it is sufficiently excellent, and the membrane layer is desirably 0.5 μ or less, so that the gas to be measured - oxygen ion conductive solid electrolyte -
Since we were able to increase the three-phase interface where the three measurement electrodes come into contact and also increase the electrode surface area in contact with the gas to be measured, it is possible to improve the electrode reaction and catalytic reaction of the measurement electrode, and the oxygen The response speed of the sensor element can be considerably increased. Because the response speed of the oxygen sensor element becomes faster,
For example, when used as an oxygen sensor element to detect the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile engine, the emission values in 10 mode, 11 mode, etc. will be considerably improved, and the controllability of the above engine can be considerably improved. . In addition, since the response speed at low temperatures is fast, engine startability can be improved. By utilizing the roughness of the surface of the fired measuring electrode by printing and firing to provide the second measuring electrode by vapor deposition, the adhesion force of the first measuring electrode can be considerably increased, and the adhesion form is also good. Therefore, the first measurement electrode may have a one-layer structure, and steps such as preliminary vapor deposition and heat treatment that are necessary when using two or more layers can be omitted. Further, since the first measurement electrode is sufficiently good even when its film thickness is 0.5 μm or less, it is possible to improve productivity and reduce cost. When cermet is used as the material for the fired measurement electrode, it is possible to ensure even more sufficient adhesion strength between the fired measurement electrode and the solid electrolyte, and the second measurement electrode can be provided only on top of it by vapor deposition. Therefore, in addition to improving the response speed of the oxygen sensor element described above, it is possible to further improve the durability. It brings about excellent effects such as

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

第1図は従来の製造法による膜構造酸素センサ
素子の模式的断面説明図、第2図a〜eは第1図
の酸素センサ素子の製造工程を示す説明図、第3
図は本発明法に基づく膜構造酸素センサ素子の一
例を示す模式的断面説明図、第4図a〜fは第3
図の酸素センサ素子の製造工程を示す説明図、第
5図a,bはそれぞれ測定電極を焼成したのちの
状態および測定電極上に第測定電極を形成した
のとの状態を示す拡大断面説明図、第6図a,b
はそれぞれ本発明法に対する比較的酸素センサ素
子の製造途中の状態を示す説明図、第7図は各種
酸素センサ素子の10モードエミツシヨン値の測定
結果を示すグラフである。 11……隔膜層、12……基準電極、13……
酸素イオン伝導性固体電解質、14……焼成測定
電極、16……第測定電極。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory diagram of a membrane structure oxygen sensor element manufactured by a conventional manufacturing method, FIGS. 2 a to e are explanatory diagrams showing the manufacturing process of the oxygen sensor element of FIG.
The figure is a schematic cross-sectional explanatory diagram showing an example of a membrane-structured oxygen sensor element based on the method of the present invention.
Figures 5a and 5b are explanatory diagrams showing the manufacturing process of the oxygen sensor element shown in Figure 5. Figures 5a and 5b are enlarged sectional explanatory diagrams showing the state after firing the measuring electrode and the state after forming the first measuring electrode on the measuring electrode, respectively. , Figure 6 a, b
7 is an explanatory diagram showing a comparative state in the process of manufacturing an oxygen sensor element according to the method of the present invention, and FIG. 7 is a graph showing measurement results of 10-mode emission values of various oxygen sensor elements. 11... Diaphragm layer, 12... Reference electrode, 13...
Oxygen ion conductive solid electrolyte, 14... baking measurement electrode, 16... th measurement electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 隔膜層と基準電極と酸素イオン伝導性固体電
解質と測定電極とを積層してなり、前記測定電極
を被測定ガスと接触可能にした膜構造酸素センサ
素子を製造するにあたり、前記固体電解質上に前
記測定電極を積層焼成した後、この測定電極の上
のみ開口するマスキングを施し、次いで蒸着法に
よつて前記測定電極上に第測定電極を設けたこ
とを特徴とする膜構造酸素センサ素子の製造方
法。 2 測定電極の積層を、白金あるいは白金を含む
合金と固体電解質と同じ成分系の酸化物との混合
物からなるサーメツトを用いて行なう特許請求の
範囲第1項記載の膜構造酸素センサ素子の製造方
法。 3 蒸着法は、その材料として、白金あるいは白
金を含む合金を用いる特許請求の範囲第1項ない
し第2項のいずれかに記載の膜構造酸素センサ素
子の製造方法。 4 蒸着法によつて第測定電極の膜厚を0.5μ
以下に設ける特許請求の範囲第1項ないし第3項
のいずれかに記載の膜構造酸素センサ素子の製造
方法。
[Claims] 1. In manufacturing a membrane-structured oxygen sensor element, which is formed by laminating a diaphragm layer, a reference electrode, an oxygen ion conductive solid electrolyte, and a measuring electrode, and in which the measuring electrode can come into contact with a gas to be measured. , a film characterized in that, after laminating and firing the measuring electrode on the solid electrolyte, masking is applied to open only above the measuring electrode, and then a second measuring electrode is provided on the measuring electrode by a vapor deposition method. A method for manufacturing a structural oxygen sensor element. 2. A method for manufacturing a membrane-structured oxygen sensor element according to claim 1, wherein the measurement electrode is laminated using a cermet made of a mixture of platinum or an alloy containing platinum and an oxide having the same composition as the solid electrolyte. . 3. The method for manufacturing a membrane-structured oxygen sensor element according to any one of claims 1 to 2, in which the vapor deposition method uses platinum or an alloy containing platinum as the material. 4 The film thickness of the first measurement electrode was reduced to 0.5μ by vapor deposition.
A method for manufacturing a membrane structure oxygen sensor element according to any one of claims 1 to 3 provided below.
JP10984380A 1980-08-12 1980-08-12 Production of film structure oxygen sensor element Granted JPS5734447A (en)

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JP10984380A JPS5734447A (en) 1980-08-12 1980-08-12 Production of film structure oxygen sensor element
GB8122272A GB2081908B (en) 1980-08-12 1981-07-20 Method of producing solid electrolyte oxygen sensing element of laminated structure with measuring electrode partially deposited from vapour phase
FR8115553A FR2488692B1 (en) 1980-08-12 1981-08-11 PROCESS FOR PRODUCING A SOLID ELECTROLYTE OXYGEN SENSOR ELEMENT OF LAMINATED STRUCTURE WITH EXTERNAL ELECTRODE DEPOSITED IN STEAM
DE19813131927 DE3131927A1 (en) 1980-08-12 1981-08-12 Process for fabricating a solid-electrolyte oxygen sensor element having a laminar structure, whose external electrode is deposited from the vapour phase

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GB (1) GB2081908B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08207951A (en) * 1991-06-06 1996-08-13 Yoshiko Tanabe Lid body for container can with openable mouth

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS608361A (en) * 1983-06-29 1985-01-17 Shin Etsu Chem Co Ltd Condensed silicone rubber composition
GB2183042B (en) * 1985-09-27 1989-09-20 Ngk Spark Plug Co Air/fuel ratio sensor
DE3715275A1 (en) * 1987-05-08 1988-11-17 Licentia Gmbh Method and apparatus for generating a control signal dependent on the oxygen content in gases
JPH0752171B2 (en) * 1987-05-30 1995-06-05 日本碍子株式会社 Electrochemical device
DE3833073A1 (en) * 1988-09-29 1990-04-05 Siemens Ag Oxygen partial pressure probe, especially lambda probe
DE3834987A1 (en) * 1988-10-14 1990-04-19 Bosch Gmbh Robert SENSOR ELEMENT FOR LIMIT CURRENT SENSORS FOR DETERMINING THE (LAMBDA) VALUE OF GAS MIXTURES
JP3467814B2 (en) * 1993-01-22 2003-11-17 株式会社デンソー Oxygen concentration detector
EP0859228A3 (en) * 1997-02-17 1999-02-10 Hitachi, Ltd. Electrochemical analyzing apparatus
DE10121889C2 (en) * 2001-05-05 2003-07-24 Bosch Gmbh Robert sensor element
JP3673501B2 (en) * 2002-02-05 2005-07-20 京セラ株式会社 Oxygen sensor element
DE102012207761A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 Continental Automotive Gmbh sensor element
JP6274554B2 (en) * 2013-11-25 2018-02-07 株式会社Soken Gas sensor element and gas sensor
DE102014226718A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3843400A (en) * 1972-09-18 1974-10-22 Westinghouse Electric Corp Solid electrolyte cell
US4040929A (en) * 1975-09-15 1977-08-09 Universal Oil Products Company Oxygen sensor having thin film electrolyte
JPS5339791A (en) * 1976-09-22 1978-04-11 Nissan Motor Oxygen sensor
JPS5348594A (en) * 1976-10-14 1978-05-02 Nissan Motor Oxygen sensor
DE2718907C2 (en) * 1977-04-28 1984-04-12 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor for determining the oxygen content in exhaust gases
JPS54151089A (en) * 1978-05-18 1979-11-27 Nissan Motor Solid electrolyte paste
JPS5692447A (en) * 1979-12-26 1981-07-27 Nissan Motor Co Ltd Production of film-structure oxygen sensor element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08207951A (en) * 1991-06-06 1996-08-13 Yoshiko Tanabe Lid body for container can with openable mouth

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