JPH01265151A - 限界電流式センサ素子の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、限界電流式センサ素子の形成方法に関するも
のである。

（従来の技術） 気体中の酸素濃度、水素濃度、湿度等を測定する限界電
流式センサが知られているが、これらはほぼ順位の構造
を有しているので、酸素センサにおける酸素センサ素子
について述べることにし、その例を第２図に示す。同図
において、安定化ジルコニアなどの固体電解質からなる
酸素イオン伝導板１の両面に白金等からなる多孔質電極
アノード２およびカソード３を設け、微小な気体拡散孔
４を穿設したセラミックスなどからなるキャンプ５が冠
着されイオン伝導板ｌに一体に封着されてキャビティ６
が形成され、キャップ５の上面にはヒータ７が設けられ
ている。

上記の酸素センサ素子において、ヒータ６により高温に
加熱された状態で両電極間に電圧を印加すると被測定気
体中の酸素はカソード３で酸素イオンとなり、この酸素
イオンはイオン伝導板１を透過してアノード２に移送さ
れ、いわゆるボンピング作用によって酸素イオンをキャ
リヤとする電流が流れる。この電流は印加電圧の、ある
領域において気体拡散孔４によって酸素流入の拡散律速
か起こり、限界電流値と称する平坦部を有する電流特性
を示し、その限界電流値は酸素濃度に依存することから
限界電流値を測定することによって酸素濃度を知ること
ができるものである。

上記の如き酸素センサ素子の形成方法として、種々知ら
れているが、通常の方法により第２図に示す如く固体電
解質からなるイオン伝導板１の両面に多孔質電極２及び
３を形成したのち、予めセラミック粉の圧粉成形後焼成
して作成したセラミック板を工作機械などで、いわゆる
、ざぐり加工を行って第２図に示すキャビティ６を有す
るキャップ５を形成し、レーザビーム等により気体拡散
７Ｌ　４を形成する方法がある。

また、効率的な方法としてグリーンシートを用いる方法
が知られている。その−例を述べると上記と同様に多孔
質電極２及び３を設けたイオン伝導板１の一方の側に、
カソード３を蔽うようにキャップ５の成形後のキャビテ
ィに相当する部分を樹脂にて成形し、その際同時に気体
拡散孔４を形成するための微小径のピン状突起を形成し
ておき、これらの上部にグリーンシートを密着させての
ち焼成し、この焼結時に樹脂が燃焼消失することによっ
て気体拡散孔４を有するキャップ５を形成する方法があ
る。このピン状突起は上記樹脂にて形成するか、または
別に微小径化して形成した低融点硬質プラスチックある
いは低融点のアルミ線等を用いてその先端を上記樹脂に
埋め込み形成することもある。

上記のほか、本発明と同一出願人による先行技術（実願
昭６２−１９７４１５）として第２図におけるキャビテ
ィに相当する部分を無機多孔体で形成し、キャップ５を
ガラス材にて構成し、中心部に毛細管を植設して気体拡
散孔４を設けたものがある。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 前記の如き従来のセンサ素子の形成方法においては、気
体拡散孔の形成がかなり手間を要し非効率的である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の如き実情に鑑みてなされたもので、固
体電解質からなるイオン伝導板の両面に多孔質電極を従
来の方法により設け、その一方の側にキャップ形成後の
キャビティに相当する部分に、アルミナ等の無機質粉末
スラリー層を設けて、これを完全焼結温度よりも低い温
度で半焼成して無機質多孔体を形成し、該無機質多孔体
の外側を完全に包被するようにペースト状のガラス材料
を塗布してガラス材層を形成し、その表面の中心部にガ
ラス材料に１〜５０重量％の亜硝酸ナトリウム（ＮａＮ
Ｏ□）を混入した混合材を点滴したのち、上記ガラス材
層を焼成するとともに、この際同時に発生する混合材の
発泡によって気体拡散孔を形成させたキャップを形成す
るセンサ素子の形成方法を提供するものである。

（作用） 上記の如くガラス材層を焼結させる際に、その熱によっ
て亜硝酸ナトリウムが分解し混合材が発泡して気体拡散
孔が形成される。混合材における亜硝酸ナトリウムの混
合比及び点滴量をコントロールすることによって所期の
大きさの気体拡散孔を得ることができる。また、内側の
無機質多孔体は半焼結状態であり、十分にスカスカとな
った多孔体となるが、この状態は、ガラス材層の焼結温
度が多孔体の半焼結温度よりも低いのでガラス材層の焼
結によって変化することはない。また、ガラス材層は完
全焼結によって緻密な構成となる。

上記の無機質多孔体の気孔率をコントロールすることに
よって通気率もコントロールされる。

（実施例） 第１図（→は本発明によるセンサ素子の成形方法を説明
するためのセンサ素子の断面図であり、固体電解質から
なるイオン伝導板ｌの両面に従来の方法により白金等か
らなる多孔質電極アノード２及びカソード３を形成する
０次いでカソード３上にアルミナ等の無機質粉末を溶剤
によりペースト状のスラリーとしスクリーン印刷などの
方法により、キャビティに相当する部分を形成し、約１
０００℃で半焼成しスカスカの状態になった無機質多孔
体１１を形成する。更にこの無機質多孔体１１の表面を
完全に包被するようにペースト状のガラス材料をスクリ
ーン印刷等の方法により塗布してガラス材層１２を形成
し、その中心部に亜硝酸ナトリウムをガラス材に１〜５
０重量％混入した混合材１３を適量点滴してのち、ガラ
ス材層１２を約９００℃で焼結させる。この焼結によっ
て混合材１３が発泡し第１図（ロ）に示す如く気体拡散
孔１４が形成されたキャップ１２″が形成される。上記
の如くして所期のセンサ素子を形成する。

（発明の効果） 本発明のセンサ素子の形成方法によればキャップに気体
拡散孔を形成することが至って簡単で、キャップの焼成
と同時に行われるので工数の削減ができ極めて効率的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明による限界電流式センサ素子の形
成方法を説明するための断面図、第１図（ロ）は本発明
の方法によって形成された酸素センサ素子の断面図、第
２図は従来の酸素センサ素子の断面図である。 １：イオン伝導板、２，３：多孔質電極、１１：無機質
多孔体、１２”：キャップ、１３：混合材、１４：気体
拡散孔。 弁理士　弁理士　竹　内　　　守

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体電解質からなるイオン伝導板の両面に多孔質
   電極を設け、その一方の面に気体拡散孔を有するキャッ
   プが冠着されてなる限界電流式センサ素子の形成方法に
   おいて、キャップ成形後のキャビティに相当する部分に
   、無機質粉末スラリー層を設け、これを半焼結し無機質
   多孔体を形成し、該無機質多孔体の外側を完全に包被す
   るようにペースト状のガラス材料を塗布してガラス材層
   を形成し、その表面にガラス材料に１〜５０重量％の亜
   硝酸ナトリウムを混入してなる混合材を点滴したのち、
   上記ガラス材層を焼成するとともに同時に混合材を発泡
   させて気体拡散孔を形成することを特徴とする限界電流
   式センサ素子の形成方法。