JPH02203266A - 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 - Google Patents
限界電流式酸素センサ及びその製造方法Info
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- JPH02203266A JPH02203266A JP1024600A JP2460089A JPH02203266A JP H02203266 A JPH02203266 A JP H02203266A JP 1024600 A JP1024600 A JP 1024600A JP 2460089 A JP2460089 A JP 2460089A JP H02203266 A JPH02203266 A JP H02203266A
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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。
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Description
この発明は、限界電流式酸素センサ及びその製造方法に
関する。この限界電流式酸素センサはボイラ、自動車エ
ンジン等の燃焼制御、あるいはマンホール等での酸欠モ
ニター等に利用されている。
関する。この限界電流式酸素センサはボイラ、自動車エ
ンジン等の燃焼制御、あるいはマンホール等での酸欠モ
ニター等に利用されている。
従来の限界電流式酸素センサは、通常第２図のような構
造となっている。すなわち、固体電解質である安定化ジ
ルコニアペレット１が酸素イオン導電体として用いられ
ており、このペレット１の両面にはアノード電極３とカ
ソード電極４とがそれぞれ設けられている。そして、セ
ラミックキャップ９がジルコニアペレット１に封着され
て空隙７が形成され、このセラミックキャップ９の表面
にヒーター８が形成されている。この空隙７は外部は対
して閉じられるが、セラミックキャップ９（あるいはジ
ルコニアペレット１）に設けた小孔２を通じてのみ外部
に連通させられる。 そして、その製造方法としては、まず安定化ジルコニア
ペレット１の両面に電極３．４を形成する工程を行い、
つぎにセラミックキャップ９を封着するという工程を経
る。さらにその後、セラミックキャップ９の上にヒータ
ー８を形成する。 また、第３図のような構造の限界電流式酸素センサも知
られている。この第３図では、両面にアノード電極３と
カソード電ｆ！４とが形成された安定化ジルコニアペレ
ット１に、小孔２を有するセラミックキャップ９が封着
されて空隙７が形成され、ヒーター８は別のセラミック
板１０に形成されて、このセラミック板１０がガラスな
どの適当な材料のスペーサ部材１１を介してジルコニア
ペレット１に接着されるという構造となっている。 この第３図の限界電流式酸素センサは、まず安定化ジル
コニアペレット１の両面に電極３．４を形成する工程を
行い、つぎにセラミックキャップ９を封着するという工
程を経、さらにその後、ヒーター８が予め形成されたセ
ラミック板１０をジルコニアペレット１に接着するとい
う工程を行なって、製造される。
造となっている。すなわち、固体電解質である安定化ジ
ルコニアペレット１が酸素イオン導電体として用いられ
ており、このペレット１の両面にはアノード電極３とカ
ソード電極４とがそれぞれ設けられている。そして、セ
ラミックキャップ９がジルコニアペレット１に封着され
て空隙７が形成され、このセラミックキャップ９の表面
にヒーター８が形成されている。この空隙７は外部は対
して閉じられるが、セラミックキャップ９（あるいはジ
ルコニアペレット１）に設けた小孔２を通じてのみ外部
に連通させられる。 そして、その製造方法としては、まず安定化ジルコニア
ペレット１の両面に電極３．４を形成する工程を行い、
つぎにセラミックキャップ９を封着するという工程を経
る。さらにその後、セラミックキャップ９の上にヒータ
ー８を形成する。 また、第３図のような構造の限界電流式酸素センサも知
られている。この第３図では、両面にアノード電極３と
カソード電ｆ！４とが形成された安定化ジルコニアペレ
ット１に、小孔２を有するセラミックキャップ９が封着
されて空隙７が形成され、ヒーター８は別のセラミック
板１０に形成されて、このセラミック板１０がガラスな
どの適当な材料のスペーサ部材１１を介してジルコニア
ペレット１に接着されるという構造となっている。 この第３図の限界電流式酸素センサは、まず安定化ジル
コニアペレット１の両面に電極３．４を形成する工程を
行い、つぎにセラミックキャップ９を封着するという工
程を経、さらにその後、ヒーター８が予め形成されたセ
ラミック板１０をジルコニアペレット１に接着するとい
う工程を行なって、製造される。
しかしながら、このような構造の従来の限界電流式酸素
センサでは、センサとしての厚みを小さくできず薄型化
に限界があること、およびこれに関連してヒーターが電
極部分から離れているためジルコニアペレットの電極部
分を加熱するヒーターとしての効率が悪いことなどの問
題がある。 また、製造方法としても、種々の異なる工程を数多く行
なわなければならないため生産性が悪いという問題があ
る。 この発明は、薄型化可能で且つヒーターの効率を高める
ことができる限界電流式酸素センサを提供し、且つ生産
工程数が少なく生産性が高い限界電流式酸素センサの製
造方法を提供することを目的とする。
センサでは、センサとしての厚みを小さくできず薄型化
に限界があること、およびこれに関連してヒーターが電
極部分から離れているためジルコニアペレットの電極部
分を加熱するヒーターとしての効率が悪いことなどの問
題がある。 また、製造方法としても、種々の異なる工程を数多く行
なわなければならないため生産性が悪いという問題があ
る。 この発明は、薄型化可能で且つヒーターの効率を高める
ことができる限界電流式酸素センサを提供し、且つ生産
工程数が少なく生産性が高い限界電流式酸素センサの製
造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明による限界電流式酸
素センサにおいては、表裏両面に電極を有するイオン導
電体ペレットと、該ペレットの一方側の電極を所定の空
隙を介して気密に覆うようにその面側に封着された高融
点ガラスキャップと、該高融点ガラスキャップの表面に
形成されたヒーターと、上記の空隙を外部に連通させる
小孔とが備えられている。 また、この発明による限界電流式酸素センサの製造方法
では、表裏両面に電極を有するイオン導電体ペレットに
対し、その一方の面に高温で散逸する材料を塗布し、さ
らにその材料の塗布層の全体を覆い尽くすように上記の
ペレットの一方面に高融点ガラスの微粉末を塗布した後
、焼成工程を行ってこの高融点ガラス微粉末塗布層をガ
ラス−体層に形成し、つぎにこのガラスー体層の表面に
ヒーター材料を塗布した後焼成してヒーターを形成する
ことが特徴となっている。
素センサにおいては、表裏両面に電極を有するイオン導
電体ペレットと、該ペレットの一方側の電極を所定の空
隙を介して気密に覆うようにその面側に封着された高融
点ガラスキャップと、該高融点ガラスキャップの表面に
形成されたヒーターと、上記の空隙を外部に連通させる
小孔とが備えられている。 また、この発明による限界電流式酸素センサの製造方法
では、表裏両面に電極を有するイオン導電体ペレットに
対し、その一方の面に高温で散逸する材料を塗布し、さ
らにその材料の塗布層の全体を覆い尽くすように上記の
ペレットの一方面に高融点ガラスの微粉末を塗布した後
、焼成工程を行ってこの高融点ガラス微粉末塗布層をガ
ラス−体層に形成し、つぎにこのガラスー体層の表面に
ヒーター材料を塗布した後焼成してヒーターを形成する
ことが特徴となっている。
空隙を形成するためのキャップとして高融点ガラスが用
いられている。そのなめ空隙自体を数十μｍ１程度のき
わめて薄い厚さとすることが容易であるとともに、キャ
ップを含めた全体の厚さをきわめて薄くすることが可能
となる。すなわち、高融点ガラスによりキャップを形成
するので、高温で散逸する材料の塗布層を介在させてガ
ラス微粉末を塗工した後焼成すれば、ガラスキャップ及
び空隙を形成できるため、この散逸する材料を薄く塗布
することによって薄い空隙を形成できるからである。そ
して、このように空隙をきわめて薄くできるため、キャ
ップの上に形成されたヒーターのペレットに対する加熱
効率が良好になる。 また、限界電流式酸素センサの製造方法では、高温で散
逸する材料をペレットの一方の面に塗布し、さらにその
材料の塗布層の全体を覆い尽くすように上記のペレット
の一方面に高融点ガラスの微粉末を塗布した後、焼成工
程を行っており、この焼成工程によって高融点ガラス微
粉末塗布層をガラスー体層に形成している。そして、こ
のガラスー体層は高融点ガラスのキャップとなる。すな
わちこの焼成工程において高温で散逸する材料の塗布層
は、酸化して気化し、あるいは蒸発して散逸してしまう
ので、この部分が空隙となって残る。 換言すると、気密な空隙をペレットの一方の面に形成す
るキャップがこの高融点ガラスの一体層により作られた
ことになる。 このように塗布及び焼成の工程だけで製造できるので、
工程が複雑にならず、生産性が向上して量産が容易にな
る。すなわち、塗布は位置決めしながら所定の箇所にの
み所定の厚さに行なうことが必要であるが、これは実際
にはスクリーン印刷などの印刷工程で容易に行えるから
である。
いられている。そのなめ空隙自体を数十μｍ１程度のき
わめて薄い厚さとすることが容易であるとともに、キャ
ップを含めた全体の厚さをきわめて薄くすることが可能
となる。すなわち、高融点ガラスによりキャップを形成
するので、高温で散逸する材料の塗布層を介在させてガ
ラス微粉末を塗工した後焼成すれば、ガラスキャップ及
び空隙を形成できるため、この散逸する材料を薄く塗布
することによって薄い空隙を形成できるからである。そ
して、このように空隙をきわめて薄くできるため、キャ
ップの上に形成されたヒーターのペレットに対する加熱
効率が良好になる。 また、限界電流式酸素センサの製造方法では、高温で散
逸する材料をペレットの一方の面に塗布し、さらにその
材料の塗布層の全体を覆い尽くすように上記のペレット
の一方面に高融点ガラスの微粉末を塗布した後、焼成工
程を行っており、この焼成工程によって高融点ガラス微
粉末塗布層をガラスー体層に形成している。そして、こ
のガラスー体層は高融点ガラスのキャップとなる。すな
わちこの焼成工程において高温で散逸する材料の塗布層
は、酸化して気化し、あるいは蒸発して散逸してしまう
ので、この部分が空隙となって残る。 換言すると、気密な空隙をペレットの一方の面に形成す
るキャップがこの高融点ガラスの一体層により作られた
ことになる。 このように塗布及び焼成の工程だけで製造できるので、
工程が複雑にならず、生産性が向上して量産が容易にな
る。すなわち、塗布は位置決めしながら所定の箇所にの
み所定の厚さに行なうことが必要であるが、これは実際
にはスクリーン印刷などの印刷工程で容易に行えるから
である。
つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。以下製造過程に沿って順に記述して行く。ま
ず、第１図Ａに示すように、たとえば安定化ジルコニア
（Ｚｒ０２−８ｍｏｌ＄Ｙ２Ｏ５＞のペレット１に小孔
２を設けたものを用意し、この両面に小孔２を塞がない
ようにしてアノード電極３とカソード電極４とをそれぞ
れ形成する。具体的にはたとえば白金などの材料をペー
スト状にしたものをスクリーン印刷により塗工して必要
に応じて乾燥させた後、たとえば１０００℃で３０分焼
成して形成する。 つぎに第１図Ｂのようにアルミナ粉（あるいは高温で酸
化または蒸発して散逸する他の有機材料）をペースト状
にしたものをスクリーン印刷によりペレット１のカソー
ド電極４側に塗布してアルミナ粉塗布Ｊ１５を形成する
。このとき、図示のように小孔２にもアルミナ粉が詰ま
るが、この小孔２は直径が２０−〜３０μ鴇程度０きわ
めて細いものであるから詰まらないこともあり、それで
もよい。 さらに、第１図Ｃに示すように、このアルミナ粉塗布Ｒ
５の上にペースト状にした高融点ガラス微粉末をスクリ
ーン印刷により塗工し、アルミナ粉塗布層５を覆い尽く
すガラス微粉末塗布層６１を形成する。この高融点ガラ
スとしてはたとえば旭ガラス株式会社製結晶化ガラスＡ
Ｐ５７１０などを使用できる。 その後、これを乾燥のための仮焼成を経、あるいはこの
仮焼成を経ずに、たとえば９５０″Ｃの炉に３０分入れ
て焼成を行う、すると、第１図りに示すようにガラス微
粉末塗布Ｎ６１はガラスー体層となり、このガラスー体
層により形成されたガラスキャップ６ができあがる。ア
ルミナ粉塗布層５はこの焼成工程で酸化して気化しある
いは蒸発して散逸し、その結果その部分が空隙７となっ
て残り、気密性の高い空隙７が得られる。すなわち、気
密な空隙７を形成するためのガラスキャップ６がジルコ
ニアペレット１に封着されたことになる。 また、小孔２の部分も貫通する。 さらに、こうして形成されたガラスキャップ６の上にペ
ースト状にしたヒーター材料をスクリーン印刷によって
塗工し、その後焼成することによって第１図Ｅに示すよ
うなヒーター８を形成した。 これにより限界電流式酸素センサが完成する。 ここで、アルミナ粉塗布層５の厚さを調整することによ
って、空隙７の厚さを薄くできる。また、ガラスキャッ
プ６の厚さも、ガラス微粉末塗布層６１の塗布厚さを調
整することにより薄くすることが可能である。そのため
、たとえば全体で厚さ４０μｍ程度にすることもでき、
その場合ヒーター８がジルコニアペレット１に接近して
形成されて、熱効率が良好になり、従来の約半分の消費
電力で同じレベルの酸素濃度検出出力を得ることができ
た。また、この場合、常温と５００℃とのヒートサイク
ルテストを２０００回繰り返した後でもまったく変化が
みられず正常な動作が確認できた。 なお、ガラスキャップ６としては上記の結晶化ガラス以
外に軟化点９００℃〜１０００°Ｃ程度以上のガラス（
たとえばノリタケカンパニー株式会社製高融点ガラスＡ
またはＢタイプなど）を使用することができる。ちなみ
に非結晶の低融点ガラスでは気密な空隙７の形成が難し
く、また表面平滑度が悪いためヒーター８の形成が困難
であった。 また、気密な空隙７を外部に連通させる小孔２は外部か
ら空隙７内に酸素を拡散させるものであるが、上記のよ
うにジルコニアペレット１に形成するほかガラスキャッ
プ６に形成することも可能である。
説明する。以下製造過程に沿って順に記述して行く。ま
ず、第１図Ａに示すように、たとえば安定化ジルコニア
（Ｚｒ０２−８ｍｏｌ＄Ｙ２Ｏ５＞のペレット１に小孔
２を設けたものを用意し、この両面に小孔２を塞がない
ようにしてアノード電極３とカソード電極４とをそれぞ
れ形成する。具体的にはたとえば白金などの材料をペー
スト状にしたものをスクリーン印刷により塗工して必要
に応じて乾燥させた後、たとえば１０００℃で３０分焼
成して形成する。 つぎに第１図Ｂのようにアルミナ粉（あるいは高温で酸
化または蒸発して散逸する他の有機材料）をペースト状
にしたものをスクリーン印刷によりペレット１のカソー
ド電極４側に塗布してアルミナ粉塗布Ｊ１５を形成する
。このとき、図示のように小孔２にもアルミナ粉が詰ま
るが、この小孔２は直径が２０−〜３０μ鴇程度０きわ
めて細いものであるから詰まらないこともあり、それで
もよい。 さらに、第１図Ｃに示すように、このアルミナ粉塗布Ｒ
５の上にペースト状にした高融点ガラス微粉末をスクリ
ーン印刷により塗工し、アルミナ粉塗布層５を覆い尽く
すガラス微粉末塗布層６１を形成する。この高融点ガラ
スとしてはたとえば旭ガラス株式会社製結晶化ガラスＡ
Ｐ５７１０などを使用できる。 その後、これを乾燥のための仮焼成を経、あるいはこの
仮焼成を経ずに、たとえば９５０″Ｃの炉に３０分入れ
て焼成を行う、すると、第１図りに示すようにガラス微
粉末塗布Ｎ６１はガラスー体層となり、このガラスー体
層により形成されたガラスキャップ６ができあがる。ア
ルミナ粉塗布層５はこの焼成工程で酸化して気化しある
いは蒸発して散逸し、その結果その部分が空隙７となっ
て残り、気密性の高い空隙７が得られる。すなわち、気
密な空隙７を形成するためのガラスキャップ６がジルコ
ニアペレット１に封着されたことになる。 また、小孔２の部分も貫通する。 さらに、こうして形成されたガラスキャップ６の上にペ
ースト状にしたヒーター材料をスクリーン印刷によって
塗工し、その後焼成することによって第１図Ｅに示すよ
うなヒーター８を形成した。 これにより限界電流式酸素センサが完成する。 ここで、アルミナ粉塗布層５の厚さを調整することによ
って、空隙７の厚さを薄くできる。また、ガラスキャッ
プ６の厚さも、ガラス微粉末塗布層６１の塗布厚さを調
整することにより薄くすることが可能である。そのため
、たとえば全体で厚さ４０μｍ程度にすることもでき、
その場合ヒーター８がジルコニアペレット１に接近して
形成されて、熱効率が良好になり、従来の約半分の消費
電力で同じレベルの酸素濃度検出出力を得ることができ
た。また、この場合、常温と５００℃とのヒートサイク
ルテストを２０００回繰り返した後でもまったく変化が
みられず正常な動作が確認できた。 なお、ガラスキャップ６としては上記の結晶化ガラス以
外に軟化点９００℃〜１０００°Ｃ程度以上のガラス（
たとえばノリタケカンパニー株式会社製高融点ガラスＡ
またはＢタイプなど）を使用することができる。ちなみ
に非結晶の低融点ガラスでは気密な空隙７の形成が難し
く、また表面平滑度が悪いためヒーター８の形成が困難
であった。 また、気密な空隙７を外部に連通させる小孔２は外部か
ら空隙７内に酸素を拡散させるものであるが、上記のよ
うにジルコニアペレット１に形成するほかガラスキャッ
プ６に形成することも可能である。
この発明の限界電流式酸素センナによれば、薄型化・小
型化がきわめて容易で、しかもヒーターの熱効率も高く
することができる。また、この発明の製造方法によれば
、小型の限界電流式酸素センサを簡単な工程で容易に製
造でき、量産性に優れる。
型化がきわめて容易で、しかもヒーターの熱効率も高く
することができる。また、この発明の製造方法によれば
、小型の限界電流式酸素センサを簡単な工程で容易に製
造でき、量産性に優れる。
第１図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅはこの発明の一実施例の製造
過程の各段階における断面図、第２図及び第３図は従来
例の断面図である。 １・・・安定化ジルコニアペレット、２・・・小孔、３
・・・アノード電極、４・・・カソード電極、５・・・
アルミナ粉塗布層、６・・・ガラスキャップ、６１・・
・ガラス微粉末塗布層、７・・・空隙、８・・・ヒータ
ー、９・・・セラミックキャップ、１０・・・セラミッ
ク板、１１・・・スペーサ部材。
過程の各段階における断面図、第２図及び第３図は従来
例の断面図である。 １・・・安定化ジルコニアペレット、２・・・小孔、３
・・・アノード電極、４・・・カソード電極、５・・・
アルミナ粉塗布層、６・・・ガラスキャップ、６１・・
・ガラス微粉末塗布層、７・・・空隙、８・・・ヒータ
ー、９・・・セラミックキャップ、１０・・・セラミッ
ク板、１１・・・スペーサ部材。
Claims (2)
- （１）表裏両面に電極を有するイオン導電体ペレットと
、該ペレットの一方側の電極を所定の空隙を介して気密
に覆うようにその面側に封着された高融点ガラスキャッ
プと、該高融点ガラスキャップの表面に形成されたヒー
ターと、上記の空隙を外部に連通させる小孔とからなる
限界電流式酸素センサ。 - （２）表裏両面に電極を有するイオン導電体ペレットに
対し、その一方の面に高温で散逸する材料を塗布し、さ
らにその材料の塗布層の全体を覆い尽くすように上記の
ペレットの一方面に高融点ガラスの微粉末を塗布した後
、焼成工程を行ってこの高融点ガラス微粉末塗布層をガ
ラスー体層に形成し、つぎにこのガラス一体層の表面に
ヒーター材料を塗布した後焼成してヒーターを形成する
ことを特徴とする限界電流式酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024600A JPH0769297B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024600A JPH0769297B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02203266A true JPH02203266A (ja) | 1990-08-13 |
| JPH0769297B2 JPH0769297B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=12142643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024600A Expired - Lifetime JPH0769297B2 (ja) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769297B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62294957A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JPS63249047A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | Fujikura Ltd | ガスセンサ素子の構造及び形成方法 |
-
1989
- 1989-02-02 JP JP1024600A patent/JPH0769297B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62294957A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JPS63249047A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | Fujikura Ltd | ガスセンサ素子の構造及び形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0769297B2 (ja) | 1995-07-26 |
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