JPS6288954A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPS6288954A JPS6288954A JP60228631A JP22863185A JPS6288954A JP S6288954 A JPS6288954 A JP S6288954A JP 60228631 A JP60228631 A JP 60228631A JP 22863185 A JP22863185 A JP 22863185A JP S6288954 A JPS6288954 A JP S6288954A
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- Japan
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- insulating layer
- sheet
- green sheet
- sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
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- Pathology (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いた酸素
センサ（酸素ポンプ方式）の改良に関する。
センサ（酸素ポンプ方式）の改良に関する。
例えば、内燃機関の空燃比は、通常理論空体比よりも空
気過剰側、いわゆる希薄混合気域になるように制御され
る。
気過剰側、いわゆる希薄混合気域になるように制御され
る。
この制御は、燃焼ガス中に含まれている希薄酸素量を検
出して行なわれる。この希薄酸素検出には、一般にリー
ンセンサが用いられる。
出して行なわれる。この希薄酸素検出には、一般にリー
ンセンサが用いられる。
酸素ポンプ方式であるこのリーンセンサは、ガス拡散孔
における拡散律迷に基づいて起る限界電流特性を利用し
たものである。この酸素濃度に対する限界電流は、測定
時における検出ガス温度によって大幅に変化する性質を
有する。
における拡散律迷に基づいて起る限界電流特性を利用し
たものである。この酸素濃度に対する限界電流は、測定
時における検出ガス温度によって大幅に変化する性質を
有する。
即ち、その温度が６００℃以下の低温では、限界電流は
酸素濃度に比例しなくなってしまい、更に低温になると
、限界電流を示さなくなる。
酸素濃度に比例しなくなってしまい、更に低温になると
、限界電流を示さなくなる。
このような理由で、リーンセンサは、空燃比制御用セン
サとしてそのまま使用することができないものである。
サとしてそのまま使用することができないものである。
このリーセンサを空燃比制御用センサとして利用するた
めに従来は、次のようにしていた。
めに従来は、次のようにしていた。
その−例として、第６図及び第４図に示すように、電極
５，６．７を形成した固体電解質２！３．４ｔ−［１一
体化したセンサに、ヒータ１を設け、センサの温度が６
００℃以上の一定温度になるようにしていた。
５，６．７を形成した固体電解質２！３．４ｔ−［１一
体化したセンサに、ヒータ１を設け、センサの温度が６
００℃以上の一定温度になるようにしていた。
然しながら、このヒータ１は、傍熱型テアルため、検出
部を十分に加熱するためには熱効率が悪く、実際にその
検出部の温度が所定の温度まで昇温され一〇いるかどう
かの信頼性が低いものであった。これを補うために、検
出部の温度を測るための温度センサが必要であり、たと
え温度センサを設けてヒータの出力を調整しても、ガス
温度の変化に対し、常に一定のガス温度に保つことは困
難であるという欠点があった。
部を十分に加熱するためには熱効率が悪く、実際にその
検出部の温度が所定の温度まで昇温され一〇いるかどう
かの信頼性が低いものであった。これを補うために、検
出部の温度を測るための温度センサが必要であり、たと
え温度センサを設けてヒータの出力を調整しても、ガス
温度の変化に対し、常に一定のガス温度に保つことは困
難であるという欠点があった。
なお、図中９は、ガスの導入孔、１ｏはガスの拡散室で
ある。
ある。
本発明は、排ガスの）二度が変化しても、検出部の湿度
を高温に保持し、信頼性の高い酸素センサを提供せんと
するものである。
を高温に保持し、信頼性の高い酸素センサを提供せんと
するものである。
即ち、本発明は、従来の傍熱型のヒータに伏えて、放熱
損失の少ない直接加熱ヴｊのヒータの採用を可能にした
ものであり、その第１の発明は、アルミナを主成分とす
る絶縁層の中にヒータを埋設し、この絶縁層を電極を形
成したジルコニアロ体電解質グリーンシートに！！Ｊ！
して一体化し、検出部全直接加熱するようにしたもので
ある。
損失の少ない直接加熱ヴｊのヒータの採用を可能にした
ものであり、その第１の発明は、アルミナを主成分とす
る絶縁層の中にヒータを埋設し、この絶縁層を電極を形
成したジルコニアロ体電解質グリーンシートに！！Ｊ！
して一体化し、検出部全直接加熱するようにしたもので
ある。
第２の発明は、上記センサにおいて、ジルコニアロ体電
解質グリーンシートの成分をジルコニアｔ−９５，５〜
９３．０モル％及びイツトリアを４．５〜７．０モル％
にして、アルミナを主を分とスル絶縁層の熱膨張係数と
、ジルコニアロ体電解質グリンシートの熱膨張係数をほ
ぼ等しくして、両者の積層面での割れをなくシ、ヒータ
を一体的に積層したものである。
解質グリーンシートの成分をジルコニアｔ−９５，５〜
９３．０モル％及びイツトリアを４．５〜７．０モル％
にして、アルミナを主を分とスル絶縁層の熱膨張係数と
、ジルコニアロ体電解質グリンシートの熱膨張係数をほ
ぼ等しくして、両者の積層面での割れをなくシ、ヒータ
を一体的に積層したものである。
発明者らは、傍熱型ヒータは、排ガスの温度が変化した
とき、検出部の温度を一定温度に制御するのが困難であ
ること、及びリーンセンサは、検出部の温度変化に大き
く影響され、正確な酸素濃度の検出ができないという特
性を有することから、従来の傍熱型ヒータに代えて、熱
効率のよい直接加熱方式を課題として研究した。
とき、検出部の温度を一定温度に制御するのが困難であ
ること、及びリーンセンサは、検出部の温度変化に大き
く影響され、正確な酸素濃度の検出ができないという特
性を有することから、従来の傍熱型ヒータに代えて、熱
効率のよい直接加熱方式を課題として研究した。
この研究において、解決すべき問題は、積層したときに
生ずるヒータを埋設する絶縁層と、ジルコニア固体電解
質との間の熱膨張差による；別４１を解決することであ
る。
生ずるヒータを埋設する絶縁層と、ジルコニア固体電解
質との間の熱膨張差による；別４１を解決することであ
る。
以下詳細に説明する。先ず、第２図を参照しなからセン
サの製造について説明する。
サの製造について説明する。
所定の割合の￥２０３で部分安定化したＺｒＯ２粉末に
、有機結合材、可塑拐、有機溶剤等を加えてスラリー状
にした後、ドクターブレード法のスリ、ブキャステング
により、板状のグリーンシート（厚さ０．２５＋ｎｍ）
を作成した。次にこのグリーンシートを所定の寸法、所
定の形状に切断した後に、グリーンシート乙には、第１
電極５゜第２電極６を白金ペーストを用いて、スクリー
ン印刷法にて成形し、更に、電極６上には、拡散釜１２
（第１図参照）を燃結後成形するための有機物層を施し
た。又、グリーンシート４にはＳ第３電極７を白金ペー
ストで同様に成形し、この電極上にも拡散室１０（第１
図参照）を形成するための有機物層を施した。次いでこ
れらグリーンシートとベース用グリーンシー ト２とを
８０℃、１５Ｋｇ／−の条件でホントブレスして積層し
、センサ部を作った。
、有機結合材、可塑拐、有機溶剤等を加えてスラリー状
にした後、ドクターブレード法のスリ、ブキャステング
により、板状のグリーンシート（厚さ０．２５＋ｎｍ）
を作成した。次にこのグリーンシートを所定の寸法、所
定の形状に切断した後に、グリーンシート乙には、第１
電極５゜第２電極６を白金ペーストを用いて、スクリー
ン印刷法にて成形し、更に、電極６上には、拡散釜１２
（第１図参照）を燃結後成形するための有機物層を施し
た。又、グリーンシート４にはＳ第３電極７を白金ペー
ストで同様に成形し、この電極上にも拡散室１０（第１
図参照）を形成するための有機物層を施した。次いでこ
れらグリーンシートとベース用グリーンシー ト２とを
８０℃、１５Ｋｇ／−の条件でホントブレスして積層し
、センサ部を作った。
更に、絶縁層８は、Ａ１２０ｇを９０重一部、無機フラ
ックスを１０重量部を混合し、上記と同じ手法で厚さ０
．１５ｍ５のグリーンシートとして作成した。このグリ
ーンシートを上記と同じ寸法。
ックスを１０重量部を混合し、上記と同じ手法で厚さ０
．１５ｍ５のグリーンシートとして作成した。このグリ
ーンシートを上記と同じ寸法。
及び形状に切断した後、スクリーン印刷により白金ペー
ストを用いてヒータ１を形成し、更にこのヒータ１上に
白金保護のため絶縁層１３を載セ、９０℃ ３ｏＫｐ／
ｉの条件でホントブレスし、アルミナで挟んだヒータ部
を作った。
ストを用いてヒータ１を形成し、更にこのヒータ１上に
白金保護のため絶縁層１３を載セ、９０℃ ３ｏＫｐ／
ｉの条件でホントブレスし、アルミナで挟んだヒータ部
を作った。
最後にセンサ部とヒータ部を９０℃、 ５０ｂ／ｌＡ。
の条件でホットプレスして積層し、その後、１５叩℃で
２時間大気中で焼成し、酸素センサとしたＤ第１図は、
上記工程を経て作られた酸素センサであり、ヒータ１は
、アルミナを主成分とする絶縁層８，１３内に埋設され
、この絶縁層８１１５は、ジルコニアロ体電解質グリン
シート２゜４．３に積層されている。図中、５は第１電
極。
２時間大気中で焼成し、酸素センサとしたＤ第１図は、
上記工程を経て作られた酸素センサであり、ヒータ１は
、アルミナを主成分とする絶縁層８，１３内に埋設され
、この絶縁層８１１５は、ジルコニアロ体電解質グリン
シート２゜４．３に積層されている。図中、５は第１電
極。
６は第２電極、７は第３電極、 ９ 、１１はガス導入
孔、 １０ 、１２は拡散室である。
孔、 １０ 、１２は拡散室である。
このように形成した酸素センサにおいて、ジルコニアロ
体電解質中の成分であるジルコニアとイノ） ＩＪアの
混合割合を変え、絶縁層８との間のル」れについて実験
した。その結果を第１表に示す。
体電解質中の成分であるジルコニアとイノ） ＩＪアの
混合割合を変え、絶縁層８との間のル」れについて実験
した。その結果を第１表に示す。
以下余白
第 １ 表
この表から明らかなように、イツトリア含有量が４．５
〜７．０モル％及びジルコニアが９５，５〜９３モル％
の実施例隊３〜７は、熱膨張係数がＺ２〜８．８ｘ１０
’／ｌであり、アルミナ（絶縁層）の熱膨張係数８．Ｏ
ｘ １０”−’／’Ｃとの差が１０％以内であり、接合
部において割れを生じなかった。
〜７．０モル％及びジルコニアが９５，５〜９３モル％
の実施例隊３〜７は、熱膨張係数がＺ２〜８．８ｘ１０
’／ｌであり、アルミナ（絶縁層）の熱膨張係数８．Ｏ
ｘ １０”−’／’Ｃとの差が１０％以内であり、接合
部において割れを生じなかった。
序でモ、実施例隘５（ジルコニア９４．５モル％。
斗ットリア５，５モル％）は、アルミナの熱膨張係ｉ
ａｎ Ｘ １０ ’／’Ｃと一致していることが判る。
ａｎ Ｘ １０ ’／’Ｃと一致していることが判る。
文、イノ） ＩＪア含有量が４．５モル％以下（実施例
にＢ 、 ９ 、１０ ）では、熱膨張係数が７． Ｏ
Ｘ１０’−’／℃以下となり、又その含有量が１０モル
％以上（実施例トム１，２）では、熱膨張係数が９０ｘ
ｉｏ ’／’ｃとなって、アルミナの熱膨張係数８０
×１０−７℃との差が大きくなり、焼結後において接合
部に割れを生じた。
にＢ 、 ９ 、１０ ）では、熱膨張係数が７． Ｏ
Ｘ１０’−’／℃以下となり、又その含有量が１０モル
％以上（実施例トム１，２）では、熱膨張係数が９０ｘ
ｉｏ ’／’ｃとなって、アルミナの熱膨張係数８０
×１０−７℃との差が大きくなり、焼結後において接合
部に割れを生じた。
以上詳述した通り、本発明に係る酸素センサによれば、
ジルコニアロ体電解質の成分として、ジルコニアを９５
．５〜９３．０モル％にし、イツトリアを４．５〜７．
０モル％にしたので、ジルコニアロ体電解質の熱膨張係
数とアルミナの熱膨張係数との差を１０％以内に納める
ことができ、この両者を焼結しても、その接合部に割れ
を生じさせることなく、焼結することができた。
ジルコニアロ体電解質の成分として、ジルコニアを９５
．５〜９３．０モル％にし、イツトリアを４．５〜７．
０モル％にしたので、ジルコニアロ体電解質の熱膨張係
数とアルミナの熱膨張係数との差を１０％以内に納める
ことができ、この両者を焼結しても、その接合部に割れ
を生じさせることなく、焼結することができた。
その結果、アルミナを主成分とする絶縁層の中にヒータ
を埋設して、これをジルコニアロ体電解質に積層した構
造の酸素センサとすることができたので、たとえ排ガス
温度が変化しても９、当該ヒータにより検出部を効率よ
く直接加熱することができ、その検出部の温度制御性が
向上して信頼性の高い酸素センサを得ることができ、産
業上優れた効果を有する。
を埋設して、これをジルコニアロ体電解質に積層した構
造の酸素センサとすることができたので、たとえ排ガス
温度が変化しても９、当該ヒータにより検出部を効率よ
く直接加熱することができ、その検出部の温度制御性が
向上して信頼性の高い酸素センサを得ることができ、産
業上優れた効果を有する。
第１図は、本発明の一実施飼であり、酸素センサの横断
面図である。第２図は、本発明に係。 る酸素センサの製造工程図である。第５図は従。 来の酸素センサの縦断面図、第４図は、第３母御の横断
面図である。 １・・・ヒータ、２，３，４・・・ジルコニアロ体電解
質Ｓ５，６．７・・・電極、８，１３・・・絶縁層、９
。 １１・・・ガス導入孔、１０ 、 １２・・・拡散室。 第 ２ 図 第 ３ 第 ・ 一一一〇〇− 」
面図である。第２図は、本発明に係。 る酸素センサの製造工程図である。第５図は従。 来の酸素センサの縦断面図、第４図は、第３母御の横断
面図である。 １・・・ヒータ、２，３，４・・・ジルコニアロ体電解
質Ｓ５，６．７・・・電極、８，１３・・・絶縁層、９
。 １１・・・ガス導入孔、１０ 、 １２・・・拡散室。 第 ２ 図 第 ３ 第 ・ 一一一〇〇− 」
Claims (2)
- １．電極を形成したジルコニアロ体電解質グリーンシー
トを積層して成る酸素センサにおいて、アルミナを主成
分とする絶縁層内にヒータを埋設し、該絶縁層を電極を
形成したジルコニア固体電解質グリーンシートに積層し
一体化したことを特徴とする酸素センサ。 - ２．電極を形成したジルコニア固体電解質グリーンシー
トを積層して成る酸素センサにおいて、アルミナを主成
分とする絶縁層内にヒータを埋設し、該絶縁層を電極を
形成したジルコニア固体電解質グリーンシートに積層一
体化し、上記ジルコニア固体電解質グリーンシートの成
分をジルコニアを９５．５〜９３．０モル％及びイット
リアを４．５〜７．０モル％にしたことを特徴とする酸
素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228631A JPS6288954A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228631A JPS6288954A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288954A true JPS6288954A (ja) | 1987-04-23 |
Family
ID=16879365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60228631A Pending JPS6288954A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6288954A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6676817B2 (en) | 1999-02-03 | 2004-01-13 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Solid electrolyte containing insulating ceramic grains for gas sensor |
| JP2004085494A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| JP2005062184A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Robert Bosch Gmbh | 平らな層状に構成されたセンサー素子 |
| CN102455314A (zh) * | 2010-10-25 | 2012-05-16 | 王锡福 | 电流式氧气感测器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5684545A (en) * | 1979-12-13 | 1981-07-09 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacture of base plate for gas sensor element of built-in heater type |
| JPS57110955A (en) * | 1980-12-27 | 1982-07-10 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing of substrate for heater built-in type gas sensor elememt |
| JPS6036948A (ja) * | 1983-08-09 | 1985-02-26 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS6052762A (ja) * | 1983-09-01 | 1985-03-26 | Hitachi Ltd | 固体電解質型酸素センサのセンサ素子とその製造方法 |
| JPS6098349A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-01 | Hitachi Ltd | エンジン制御用空燃比センサ |
-
1985
- 1985-10-16 JP JP60228631A patent/JPS6288954A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| CN102455314A (zh) * | 2010-10-25 | 2012-05-16 | 王锡福 | 电流式氧气感测器 |
| CN102455314B (zh) * | 2010-10-25 | 2014-07-23 | 王锡福 | 电流式氧气感测器 |
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