JPS6237166Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は酸素センサ、更に詳しくは燃焼廃ガス
中の酸素濃度の測定時において、該燃焼廃ガスの
回り込み現象の影響を受けることのない構造の酸
素センサに関する。

近年、例えば家庭用暖房器の使用にあたり、酸
欠に伴う一酸化炭素による事故が増加している
が、これを防止するため、燃焼廃ガス中の酸素濃
度を酸素センサを用いて測定し、酸欠状態にある
時には燃焼ガスの供給を停止する装置が開発され
ている。

従来、このような装置に用いられる酸素センサ
としては、例えば、酸化イツトリウム（Y₂O₃）で
安定化された酸化ジルコニウム（ZrO₂）から成る
セラミツク焼結体の板状酸素イオン導電性固体電
解質の両面に、例えば白金ペーストを塗布した後
焼付け成る電極を添着し、該電極からそれぞれリ
ードを引き出して、電圧計に接続する板状の構造
のものが知られている。この酸素センサにおい
て、燃焼廃ガス中の酸素濃度は次のようにして測
定される。すなわち、第１図は本願出願人が先に
出願した暖房器等における酸欠状態の新規な検知
方法を説明するための図である。バーナー１の上
方に、板状の酸素センサ２が被測定側表面３を下
にして配置されている。正常な燃焼状態では、火
炎は４（実線）の状態にあつて酸素センサからか
なり離れている。そのため、全体が燃焼廃ガスを
含む一様な雰囲気に包まれる結果酸素センサの上
側（基準側）と下側（被測定側）との間に酸素濃
度差はほとんど生ぜず、この時酸素センサの出力
はほぼ零である。しかし、酸欠状態になると火炎
は５（点線）のごとく伸び、酸素センサの被測定
側表面３に接するようになる。このとき、酸素セ
ンサの基準側表面６は燃焼廃ガスを含む雰囲気に
接している。被測定側表面３の近傍は、火炎５に
接触するため酸素分圧は零に近く、一方基準側表
面６の近傍は燃焼廃ガスのほか周囲から供給され
る酸素などの混合気体の雰囲気であるため酸素分
圧は被測定側に比較してかなり高い。その結果、
かから酸欠状態においては酸素センサ２の両面に
顕著な酸素分圧差が生じ、しかして酸素センサか
ら起電力として信号が出力されることになり、酸
欠状態を検知することができる。

この酸素センサにおいて、一般には、測定ガス
（燃焼廃ガス）の接触する電極の表面は、該電極
を測定ガスから保護するために、例えば、プラズ
マ溶射法などによつて形成される多孔質の酸化ジ
ルコニウムの保護層で被覆されている。

しかしながら、測定雰囲気が酸欠状態になると
燃焼廃ガスの火炎が成長し、ついには該火炎の一
部は酸素センサを回り込んで該酸素センサの基準
ガス（空気）側の電極と接触することがある。か
かる状態になると、基準ガス中の酸素濃度が変化
し、その結果、両電極間に起生する起電力が低下
する。

このような酸欠による回り込み現象の不都合を
解消するために、酸素イオン導電性固体電解質で
有底管状体を形成し、その内、外表面にそれぞれ
電極を添着して外表面を測定ガス中に曝露し、内
部には基準ガスを導入する形式の酸素センサが開
発されている。しかしながら、この形式の酸素セ
ンサにおいては、有底管状体の製造がはなはだ煩
雑であるという欠点があつた。

本考案は、板状のセンサ基板から成る酸素セン
サの上記のような不都合を解消した構造の酸素セ
ンサを提供することに目的がある。

本考案の酸素センサは、センサ基板とそれを被
包する筒状体とからなる構造を有する。すなわ
ち、本考案の酸素センサは、板状の酸素イオン導
電性固体電解質、該固体電解質の両面にそれぞれ
添着されかつ引出し部を有する電極、測定ガスと
接触する該電極の表面に形成された保護層および
該引出し部に付設されたリードから成るセンサ基
板と、測定ガスと接触する面の一部に穿設された
穴を備える両端開放の耐熱金属材料の筒状体とか
ら成り、該センサ基板を、測定ガスと接触する該
電極が該筒状体の該穿設穴に位置する如くに、該
筒状体内部に支持固定した構造の酸素センサであ
る。

以下に、本考案の酸素センサを、図示した一実
施例に基づき更に詳細に説明する。

第２図は酸素センサの検知部を構成するセンサ
基板の斜視図で、７は、例えば酸化イツトリウム
で安定化された酸化ジルコニウムから成る酸素イ
オン導電性固体電解質の板状素体である。該板状
素体７は円板、角板など任意な形状でよいが、通
常は細長い角板が用いられる。板状素体７の両面
には、通常一方の先端部近傍に白金ペーストを塗
布した後焼付けて成る多孔質の電極８，８′（図
示しない）が相対向して添着される。該電極８，
８′からは、図のように引出し部９，９′（図示し
ない）が同様にして該電極８，８′と一体的に形
成される。この２枚の電極のうち１枚は測定ガス
（燃焼廃ガス）と接触する電極、他は基準ガス
（空気）と接触する電極を構成する。測定ガスと
接触する電極（例えば、図では８′）の表面に
は、例えばプラズマ溶射法などの方法で多孔質の
耐熱保護層１０（例えば酸化ジルコニウム層）が
形成される。引出し部９′は、図中の裏面にある
電極８′（図示しない）から引出されて裏面を帯
状に延長せしめられて図のように他の引出し部９
と同一平面上に添着・形成される。引出し部９，
９′には、例えば高温ハンダ、セラマボンド552
（日産化学製）のような無機接着剤を用いてリー
ド１１，１１′が付設されてセンサ基板が構成さ
れる。

第３図、第４図および第５図は、それぞれ上記
のセンサ基板を組み込んだ本考案の酸素センサの
斜視図、背面図、縦断側面図である。図におい
て、１２および１３はステンレスステイールのよ
うな耐熱金属材料より成る樋状のガイドおよびそ
のカバーで、これらは相互に、例えば溶接で一体
化されて両端開放の筒状体を構成する。この場
合、該筒状体の長さあるいは断面は特別限定され
ないが、通常は図のような角筒形状が好ましい。
この筒状体の測定ガス（燃焼廃ガス）に接触する
面（図では樋状ガイドの面）の上方の一部には穴
１４が穿設される。該穿設穴１４は円形、四角形
など任意の形状であればよい。

筒状体の穿設穴１４を有する面の内壁には、該
穿設穴１４に電極８′が位置するように、センサ
基板が支持固定される。

このように構成される本考案の酸素センサは、
燃焼廃ガスの火炎が、筒状体下方の開放端から該
筒状体内部に流入しないよう考慮して所定の燃焼
機器内に垂直あるいは斜めに設置される。このと
き、燃焼廃ガスは、穿設穴１４を通してセンサ基
板の電極８′と接触する。

本考案の酸素センサにおいては、基準ガス側の
電極８は筒状体の内部にあるので、酸欠状態とな
つて燃焼廃ガスの火炎が成長しても該火炎が電極
８に接触することがなく、火炎の回り込み現象の
影響を除去できるので、酸素センサの起電力が低
下するという不都合を防止できる。

また、筒状体はその両端が開放状態にあるた
め、筒状体内の基準ガス（空気）は煙突効果によ
つてその流通がすこぶる円滑となり、その結果、
電極８は常に新鮮な基準ガスと接触することがで
きるという効果が得られる。

更には、製作が極めて容易であるという利点を
有し、その実用的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願出願人が先に出願し、板状構造
の酸素センサを用いた酸欠状態の検知方法を説明
するための模式図で、第２図は本考案の酸素セン
サの検知部を構成するセンサ基板の斜視図、第３
図、第４図および第５図は本考案の酸素センサの
一実施例を示す斜視図、背面図および縦断側面図
である。 １……バーナー、２……酸素センサ、３……被
測定側表面、４……火炎（正常状態）、５……火
炎（酸欠状態）、６……基準側表面、７……板状
素体（酸素イオン導電性固体電解質）、８，８′…
…電極、９，９′……引出し部、１０……保護
層、１１，１１′……リード、１２……樋状ガイ
ド、１３……カバー、１４……穿設穴。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 板状の酸素イオン導電性固体電解質、該固体電
   解質の両面にそれぞれ添着されかつ引出し部を有
   する電極、測定ガスと接触する該電極の表面に形
   成された保護層および該引出し部に付設されたリ
   ードから成るセンサ基板と、測定ガスと接触する
   面の一部に穿設された穴を備える両端開放の耐熱
   金属材料の筒状体とから成り、該センサ基板を、
   測定ガスと接触する該電極が該筒状体の該穿設穴
   に位置する如くに、該筒状体内部に支持固定した
   構造の酸素センサ。