JPH02201258A - 酸素センサのセンサエレメントの製造方法 - 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、各種雰囲気中の酸素濃度測定に使用する酸素
センサのセンサエレメントの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

酸素センサのセンサエレメントの基本的構成は、固体電
解質のペレット（例えば、酸化シルコニ１クム（ｚｒ０
２：ジルコニア）に金属酸化物（例えば、Ｙ　２０　ａ
　、、ＣａＯなど）を固溶させた安定化ジルコニアより
なる）と、該ペレットの両面に形成した電極（例えば、
白金など）と、該電極の一方の電極側に接合したガス拡
散孔を１するキャップとから成る。

そして、両電極間に電圧を印加することにより、加熱下
のペレットの酸素ボンピング作用によって酸素イオンを
キャリアとする電流が流れ、ガス拡散孔を通ってキャッ
プ内のガス反応室に入った酸素分子をペレットを介して
排出する。

而して、このときの電圧−電流特性の電圧の成る領域で
現われる電流のフラット域、即ち限界電流値と酸素濃度
とが一対一の関係（対数で取った場合にリニアな関係）
にあることがら、電極に一定電圧をかけて、そのときの
限界電流値から酸素濃度を検出するものである。

上記の酸素センサのセンサエレメントは、従来、次のよ
うにして製造されている。

（ａ）　　キャップにガス拡散孔を設ける場合第４図（
Ａ）に示すように、固体電解質のペレット１の両面に白
金等を印刷焼成して電極２を形成し、一方の電極２側に
おいて、ガス拡散孔３ａを中心に有するチューブ３（例
えば、石英ガラス、サファイア等からなり、ガス拡散孔
３ａの下端開口部を、同材を融着して」じた閉塞体３ｂ
が形成されている）を垂直に配設してアルミナ粉等を塗
布焼成してガス反応室４を形成し、該ガス反応室４の上
にガラス粉等を塗布焼成して上記チューブ３の上部が外
部に延出したキャップ５を形成し、次いでチューブ３の
閉塞体３ｂに炭酸ガスレーザ等により、第４図（８）に
示すようにガス反応室４に通ずる開口３Ｃを穿孔するこ
とによって製造する。

なお、酸素ボンピング作用を矢印にて示す。

（ｂ）　　ペレットにガス拡散孔を設ける場合第５図（
Ａ）に示すように、ガス拡散孔６を穿設したペレット１
の両面に白金等を印刷焼成して電極２を形成し、一方の
電極２側において、上記ガス拡散孔６に閉塞体７を形成
しく例えば、石英ガラス、サファイア等を融着する）、
アルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室４を形成し、該
ガス反応室４の上にガラス粉等を塗布焼成してキャップ
５を形成し、次いで閉塞体７に炭酸ガスレーザ等により
、第５図（Ｂ）に示すようにガス反応室４に通ずる開ロ
アａを穿孔することによって製造する。

なお、酸素ボンピング作用を矢印に示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例にみられるように、チューブ３の閉塞体３ｂ
或いはガス拡散孔６の閉塞体７はアルミナ粉等の塗布の
際にガス拡散孔３ａ或いは６ヘアルミナ粉等が侵入する
ことを防止するためになされたものであるが、最終工程
においてこれらの閉塞体３ｂ、７に炭酸ガスレーザ等で
開口３ｃ、７ａを穿孔するというそれまでの化学的処理
工程とは別異の機械的処理工程を要し、そのため生産効
率が悪く、しかも製品価格の増大を招来するという問題
があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、第１の
目的は、ガス拡散孔へのアルミナ粉等の侵入防止体を一
連の化学的処理工程のなかで除去するようにしたＭ素セ
ンサのセンサエレメントの製造方法を提供することにあ
る。

また、第２の目的は、上記ガス拡散孔へのアルミナ粉等
の侵入防止体の除去と、ガス拡散孔の形成とを同時に行
うようにした酸素センサのセンサエレメントの製造方法
を提供することに競る。

（ｉ！題を解決するための手段） 本発明は、上記第１の目的を達成するために、固体電解
質のペレットの両面に形成した電極の一方の電極側にア
ルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室を形成し、該ガス
反応室の上にガラス粉等を塗布焼成してキャップを形成
する酸素センサのセ、ンサエレメントの製造方法におい
て、上記アルミナ粉等の塗布時に、ガス拡散孔のガス反
応室への開口部にガラス粉等の焼成時に焼失する有機物
を介在させることにある。

また、本発明は、上記第２の目的を達成するために、固
体電解質のペレットの両面に形成した電極の一方の電極
側にアルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室を形成し、
該ガス反応室の上にガラス粉等を塗布焼成してキャップ
を形成する酸素センサのセンサエレメントの製造方法に
おいて、上記アルミナ粉等の塗布時に、ガラス粉等の焼
成時に溶融拡散して外部に通ずるガス拡散孔を形成する
線条体を電極上に介在させると共に、該線条体の内方端
面にガラス粉等の焼成時に焼失する有機物を介在させる
ことにある。

〔作　用〕

アルミナ粉等の塗布の際にガス拡散孔へのアルミナ粉等
の侵入防止のために介在させた有機物は、キャップを形
成するガラス粉等の焼成温度により焼失し、ガス反応室
に開口するガス拡散孔の端面にはアルミナ粉等が存在し
ない焼失空間が形成される。

また、線条体及び該線条体の内方端面に介在させた有機
物は、キャップを形成するガラス粉等の焼成温度により
、溶融拡散及び焼失し、キャップにガス反応室内に連通
ずるガス拡散孔が形成されると共に、ガス拡散孔の端面
にはアルミナ粉等が存在しない焼失空間が形成される。

〔実施例〕

本発明の製造方法の実施例を図面を参照して説明する。

なお、従来例と同一部品には同一符号を付す。

第１実施例 第１図（Ａ）に示すように、安定化ジルコニアよりなる
固体電解質のペレット１の両面に白金等を印刷焼成して
電極２を形成する。

次いで、一方の電極２側において、中心にガス拡散孔３
ａを有するチューブ３の下端開口部に有機物８（例えば
、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リスチレン樹脂など）を塗布又はパウダー状のものを詰
めるなどしてガス拡散孔３ａの下端開口部をｍ塞したチ
ューブ３を垂直に保持してアルミナ粉等を塗布焼成して
ガス反応室４を形成する。

次に、ガス拡散室４の上に、チューブ３の上部を外方に
露出するようにしてガラス粉等を塗布焼成してキャップ
５を形成する。

而して、上記ガラス粉等の焼成温度によって有機物８は
焼失し、第１図（Ｂ）に示すように、ガス拡散孔３ａの
下端はガス反応室４に開口すると共に、アルミナ粉等の
存在しない空間９が形成され、矢印で示す酸素ボンピン
グ作用が行われる。

なお、有機物は、アルミナ粉等の焼成温度（約６００℃
）以上でガラス粉等の焼成温度（約９００〜１０００℃
）以下の耐熱温度を有するものが使用される。

第２実施例 第２図（Ａ）に示すように、ガス拡散孔６が穿孔された
ペレット１の両面に白金等を印刷焼成して電極２を形成
した後、一方の電極２側において、上記ガス拡散孔６を
開基するように第１実施例と同様な有機物８を塗布又は
パウダー状のものを詰める。

次いで、アルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室４を形
成した後、該ガス反応室４の上にガラス粉等を塗布焼成
してキャップ５を形成する。

そして、上記ガラス粉等の焼成温度によって有機物８は
焼成し、第２図（Ｂ）に示すように、ガス拡散孔６の上
端はガス反応室４に開口すると共に、アルミナ粉等の存
在しない空１！［９が形成され、矢印で示す酸素ボンピ
ング作用が行われる。

第３実施例 第３図（Ａ）に示すように、ペレット１の両面に白金等
を印刷焼成して電極２を形成した後、−方の電極２側に
おいて、後工程で形成されるキャップ５より外方に延出
す、る線状体１０（例えば、アルミ線など）を配設する
と共に、該線状体１０の内方端面に第１実施例と同様な
有機物８を塗布する。

次いで、アルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室４を形
成した後、該ガス反応室４の上にガラス粉等を塗布焼成
してキャップ５を形成する。

そして、上記ガラス粉等の焼成温度により、線条体１０
のアルミ線は溶融拡散して（アルミ線の耐熱温度は約６
２０〜６３０℃）キャップ５を貫通するガス拡散孔１１
が形成されると共に、有機物８は焼失してガス反応室４
に開口するガス拡散孔１１の端面にアルミナ粉等の存在
しない空ｆｉ１９が形成され、矢印で示す酸素ボンピン
グ作用が行われる。

〔発明の効果〕

（ａ）　　本発明は、酸素センサのセンサエレメントの
製造方法における一連の化学的処理工程のなかで、ガス
拡散孔へのアルミナ粉等の侵入防止体を施し、かつこの
侵入防止体を除去するようにしたので、生産効率が向上
する。

（ｂ）　　また、本発明は、上記ガス拡散孔へのアルミ
ナ等の侵入防止体を除去すると同時に外部からガス反応
室へ開口するガス拡散孔を形成するようにしたので、生
産効率の一層の向上が図れる。

（Ｃ）　　そして、本発明の方法により製造された酸素
センサのセンサエレメントは、ガス拡散孔が完全にガス
反応室に開口されるので、限界電流値のセンサエレメン
ト毎のバラツキがなく、精度の高いセンサエレメントを
安価に生産することができる。

第２図（Ａ）（Ｂ）は同じく第２実施例の説明図、 第３図（Ａ）（Ｂ）は同じく第３実施例の説明図、 第４図（Ａ＞（Ｂ）は従来例の説明図、第５図（Ａ）（
Ｂ）は他の従来例の説明図である。

１・・・ペレット、２・・・電極、４・・・ガス反応室
、５・・・キャップ、８・・・有機物、９・・・空間、
１０・・・線条体、１１・・・ガス拡散孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体電解質のペレットの両面に形成した電極の一方
   の電極側にアルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室を形
   成し、該ガス反応室の上にガラス粉等を塗布焼成してキ
   ャップを形成する酸素センサのセンサエレメントの製造
   方法において、上記アルミナ粉等の塗布時に、ガス拡散
   孔のガス反応室への開口部にガラス粉等の焼成時に焼失
   する有機物を介在させることを特徴とする酸素センサの
   センサエレメントの製造方法。 ２、固体電解質のペレットの両面に形成した電極の一方
   の電極側にアルミナ粉等を塗布焼成してガス反応室を形
   成し、該ガス反応室の上にガラス粉等を塗布焼成してキ
   ャップを形成する酸素センサのセンサエレメントの製造
   方法において、上記アルミナ粉等の塗布時に、ガラス粉
   等の焼成時に溶融拡散して外部に通ずるガス拡散孔を形
   成する線条体をペレット上に介在させると共に、該線条
   体の内方端面にガラス粉等の焼成時に焼失する有機物を
   介在させることを特徴とする酸素センサのセンサエレメ
   ントの製造方法。