JPH02280045A - 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
- Publication number
- JPH02280045A JPH02280045A JP1102336A JP10233689A JPH02280045A JP H02280045 A JPH02280045 A JP H02280045A JP 1102336 A JP1102336 A JP 1102336A JP 10233689 A JP10233689 A JP 10233689A JP H02280045 A JPH02280045 A JP H02280045A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- oxygen sensor
- porous electrode
- limiting current
- type oxygen
- Prior art date
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
関する。
限界電流式酸素センサは、気体拡散孔を通る酸素量とイ
オン導電体中の酸素イオンをキャリアとする電流とが対
応することを利用して酸素濃度を検出するものである。 この限界電流式酸素センサは、通常、安定化ジルコニア
チップをイオン導電体として用い、その表裏両面に多孔
質電極を形成し、カソードとなる電極をキャップで覆っ
て密封するとともに、このキャップに気体拡散孔を形成
することによって作られる。
オン導電体中の酸素イオンをキャリアとする電流とが対
応することを利用して酸素濃度を検出するものである。 この限界電流式酸素センサは、通常、安定化ジルコニア
チップをイオン導電体として用い、その表裏両面に多孔
質電極を形成し、カソードとなる電極をキャップで覆っ
て密封するとともに、このキャップに気体拡散孔を形成
することによって作られる。
【発明が解決しようとする課！］
しかしながら、従来の限界電流式酸素センサは、高温で
なければ十分に作動しないため、ヒーターの消費電力が
大きく、バッテリ駆動によるポータプル化が困難である
等の問題があった。 一方、イオン導電体を薄膜化すると動作温度を低下でき
ることが従来より知られている。そこで、薄膜化を図る
ことによって超小型化・低温動作化を達成することが検
討されているが、従来では容易に薄膜化できる実用的な
方法がなかった。すなわち、安定化ジルコニアチップを
カット・ラッピングにより薄膜（ヒする方法では、Ｏ，
１ｎｖｎ以下の薄さとすることができない。また、グリ
ーンシート法によれば、５０μＩｎまでの薄さとするこ
とができるが、それが限界であり、それ以上に薄くする
ことができず、製造歩留りも５０％程度と悪い。 この発明は、薄膜化により低温作動が可能な限界電流式
酸素センサを提供することを目的とする。 また、この発明は、限界電流式酸素センサを薄膜化する
ことができる実用的な製造方法を提供することを目的と
する。 【課題を解決するための手段】 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、気体拡散孔を有する基板上に印刷
された多孔質電極と、該電極上に蒸着されたイオン導電
体薄膜と、該イオン導電体薄膜上に印刷された多孔質電
極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
は、気体拡散孔を有する基板上に第１の多孔質電極を形
成する印刷工程と、該電極上にイオン導電体薄膜を形成
する蒸着工程と、該イオン導電体薄膜上に第２の多孔質
電極を形成する印刷工程とを有することが特徴となって
いる。
なければ十分に作動しないため、ヒーターの消費電力が
大きく、バッテリ駆動によるポータプル化が困難である
等の問題があった。 一方、イオン導電体を薄膜化すると動作温度を低下でき
ることが従来より知られている。そこで、薄膜化を図る
ことによって超小型化・低温動作化を達成することが検
討されているが、従来では容易に薄膜化できる実用的な
方法がなかった。すなわち、安定化ジルコニアチップを
カット・ラッピングにより薄膜（ヒする方法では、Ｏ，
１ｎｖｎ以下の薄さとすることができない。また、グリ
ーンシート法によれば、５０μＩｎまでの薄さとするこ
とができるが、それが限界であり、それ以上に薄くする
ことができず、製造歩留りも５０％程度と悪い。 この発明は、薄膜化により低温作動が可能な限界電流式
酸素センサを提供することを目的とする。 また、この発明は、限界電流式酸素センサを薄膜化する
ことができる実用的な製造方法を提供することを目的と
する。 【課題を解決するための手段】 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、気体拡散孔を有する基板上に印刷
された多孔質電極と、該電極上に蒸着されたイオン導電
体薄膜と、該イオン導電体薄膜上に印刷された多孔質電
極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
は、気体拡散孔を有する基板上に第１の多孔質電極を形
成する印刷工程と、該電極上にイオン導電体薄膜を形成
する蒸着工程と、該イオン導電体薄膜上に第２の多孔質
電極を形成する印刷工程とを有することが特徴となって
いる。
イオン導電体薄膜は蒸着により電極上に形成されており
、そのため１０μＩｎ程度に薄膜化することが容易であ
る。したがって低温動牛型の限界電流式酸素センサとな
る。 また、多孔質電極は印刷により形成し、イオン導電体薄
膜のみ蒸着により形成している。そのため、製造工程が
容易で、量産に向く。
、そのため１０μＩｎ程度に薄膜化することが容易であ
る。したがって低温動牛型の限界電流式酸素センサとな
る。 また、多孔質電極は印刷により形成し、イオン導電体薄
膜のみ蒸着により形成している。そのため、製造工程が
容易で、量産に向く。
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。まず第１図Ａのように、たとえばジルコニア
セラミックスよりなる基板くたとえば厚さ１．０ｍｎ＋
）１に予め直径１０μｍ程度の気体拡散孔２を形成して
おくとともに裏面にヒーター７を形成しておいて、この
基板１の表面上に、白金粒子を適当な溶剤に混合してペ
ースト状にしたものを塗工する。この工程はたとえばス
クリーン印刷により行えば容易である。その後、たとえ
ば９００℃、３０分の条件で焼成して厚さ５μｍ程度の
多孔質の電＠３を得る。 つぎに第１図Ｂに示すようにスパッタ装置により、安定
化ジルコニア（Ｚｒ０２−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）をター
ゲットとして用いてスパッタリングし、上記の多孔質電
極３上に厚さ約１０虜程の安定化ジルコニア（Ｚｒ０２
−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）薄膜４を形成した。 さらに第１図Ｃに示すように、この安定化ジルコニア薄
膜４１に再び上記と同じ白金ペーストを同じくスクリー
ン印刷により塗工し、上記と同じ条件で焼成して厚さ５
μｍはどの多孔質電極５を形成する。 最後に、第１図りに示すように、基板１の周縁部分をガ
ラス層６で封止した。具体的にはガラス粒子が溶剤に混
合されてペースト状となっているものを塗布し、たとえ
ば９００℃、３０分の条件で焼成することにより、緻密
なガラス層６を形成した。 こうして作られた限界電流式酸素センサは、安定化ジル
コニアが薄膜として形成されて厚さ１０μＩｎはどとな
っているため、低温で作動するものとなった。すなわち
、この限界電流式酸素センサにおいて電極３．５間に電
圧を印加し、その電流を測定したところ、第２図に示す
ような電圧電流特性が得られた。なお、この限界電流式
酸素センサを２００°Ｃの大気中に置いてこの測定を行
った。 この結果より、１膜化により作動温度を低下させること
ができたことがわかる。 また、上記のように安定化ジルコニア薄膜４のみ蒸着に
より形成し、多孔質電極３．５は塗布工程と焼結工程と
で形成しているため、容易に製造でき、さらに再現性に
も優れる。そのため、量産性に優れ、低コストで製造で
きる。（ちなみに多孔質電極３．５についてもスパッタ
リングで形成することも考えられるが、通常では緻密に
付着することになるので、付着させる前に表面をエツチ
ングしておくなどの前処理プロセスが必要となり、さら
にそのようにしても多孔質の程度をコンｌ−ロールする
ことが難しく、結果的に、生産性や再現性を考慮すると
、実用的な量産方法としては実現性に乏しい、） なお、安定化ジルコニア薄膜４は、スパッタリングに限
らず、エキシマレーザ、プラズマＣＶＤ法などによって
安定化ジルコニアを蒸着して形成することもできる。
説明する。まず第１図Ａのように、たとえばジルコニア
セラミックスよりなる基板くたとえば厚さ１．０ｍｎ＋
）１に予め直径１０μｍ程度の気体拡散孔２を形成して
おくとともに裏面にヒーター７を形成しておいて、この
基板１の表面上に、白金粒子を適当な溶剤に混合してペ
ースト状にしたものを塗工する。この工程はたとえばス
クリーン印刷により行えば容易である。その後、たとえ
ば９００℃、３０分の条件で焼成して厚さ５μｍ程度の
多孔質の電＠３を得る。 つぎに第１図Ｂに示すようにスパッタ装置により、安定
化ジルコニア（Ｚｒ０２−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）をター
ゲットとして用いてスパッタリングし、上記の多孔質電
極３上に厚さ約１０虜程の安定化ジルコニア（Ｚｒ０２
−８ｍｏ１％Ｙ２Ｏ３）薄膜４を形成した。 さらに第１図Ｃに示すように、この安定化ジルコニア薄
膜４１に再び上記と同じ白金ペーストを同じくスクリー
ン印刷により塗工し、上記と同じ条件で焼成して厚さ５
μｍはどの多孔質電極５を形成する。 最後に、第１図りに示すように、基板１の周縁部分をガ
ラス層６で封止した。具体的にはガラス粒子が溶剤に混
合されてペースト状となっているものを塗布し、たとえ
ば９００℃、３０分の条件で焼成することにより、緻密
なガラス層６を形成した。 こうして作られた限界電流式酸素センサは、安定化ジル
コニアが薄膜として形成されて厚さ１０μＩｎはどとな
っているため、低温で作動するものとなった。すなわち
、この限界電流式酸素センサにおいて電極３．５間に電
圧を印加し、その電流を測定したところ、第２図に示す
ような電圧電流特性が得られた。なお、この限界電流式
酸素センサを２００°Ｃの大気中に置いてこの測定を行
った。 この結果より、１膜化により作動温度を低下させること
ができたことがわかる。 また、上記のように安定化ジルコニア薄膜４のみ蒸着に
より形成し、多孔質電極３．５は塗布工程と焼結工程と
で形成しているため、容易に製造でき、さらに再現性に
も優れる。そのため、量産性に優れ、低コストで製造で
きる。（ちなみに多孔質電極３．５についてもスパッタ
リングで形成することも考えられるが、通常では緻密に
付着することになるので、付着させる前に表面をエツチ
ングしておくなどの前処理プロセスが必要となり、さら
にそのようにしても多孔質の程度をコンｌ−ロールする
ことが難しく、結果的に、生産性や再現性を考慮すると
、実用的な量産方法としては実現性に乏しい、） なお、安定化ジルコニア薄膜４は、スパッタリングに限
らず、エキシマレーザ、プラズマＣＶＤ法などによって
安定化ジルコニアを蒸着して形成することもできる。
この発明の限界電流式酸素センサによれば、薄膜化によ
り作動温度を低下させることができる。 またこの発明の製造方法は工数が少なく、製造工程が容
易で、再現性に優れる。すなわち、電極の厚みは限界電
流式酸素センサとしての温度依存性とは無関係であり、
そのためラフに作製でき、印刷工程でよい。イオン導電
体薄膜の厚さは作動温度の決定要因であるが、これにつ
いては蒸着で形成するので、厚さのコントロールは高い
精度で可能である。これらより、作動温度を十分に低く
した限界電流式酸素センサを、全体としては容易な製造
工程により、作製することができる。、さらに、蒸着工
程は１回だけであり、それ以外は印刷工程でよいので、
量産性に優れ、低コストで製造できる。
り作動温度を低下させることができる。 またこの発明の製造方法は工数が少なく、製造工程が容
易で、再現性に優れる。すなわち、電極の厚みは限界電
流式酸素センサとしての温度依存性とは無関係であり、
そのためラフに作製でき、印刷工程でよい。イオン導電
体薄膜の厚さは作動温度の決定要因であるが、これにつ
いては蒸着で形成するので、厚さのコントロールは高い
精度で可能である。これらより、作動温度を十分に低く
した限界電流式酸素センサを、全体としては容易な製造
工程により、作製することができる。、さらに、蒸着工
程は１回だけであり、それ以外は印刷工程でよいので、
量産性に優れ、低コストで製造できる。
第１図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄはこの発明の一実施例にかかるも
ので製造工程の各段階における断面図、第２図は電圧電
流特性の一例を示すグラフである。 １・・・基板、２・・・気体拡散孔、３．５・・・多孔
質電極、４・・安定化ジルコニア薄膜、６・・・ガラス
層、７・・・ヒーター
ので製造工程の各段階における断面図、第２図は電圧電
流特性の一例を示すグラフである。 １・・・基板、２・・・気体拡散孔、３．５・・・多孔
質電極、４・・安定化ジルコニア薄膜、６・・・ガラス
層、７・・・ヒーター
Claims (2)
- （１）気体拡散孔を有する基板上に印刷された多孔質電
極と、該電極上に蒸着されたイオン導電体薄膜と、該イ
オン導電体薄膜上に印刷された多孔質電極とを備える限
界電流式酸素センサ。 - （２）気体拡散孔を有する基板上に第１の多孔質電極を
形成する印刷工程と、該電極上にイオン導電体薄膜を形
成する蒸着工程と、該イオン導電体薄膜上に第２の多孔
質電極を形成する印刷工程とからな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 |
|---|---|---|---|
| JP1102336A JPH02280045A (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP1102336A JPH02280045A (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 限界電流式酸素センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02280045A true JPH02280045A (ja) | 1990-11-16 |
Family
ID=14324669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102336A Pending JPH02280045A (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 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) | JPH02280045A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250024192A (ko) * | 2023-08-11 | 2025-02-18 | (주)이큐글로벌 | 합성 인덕턴스의 조절이 가능한 rf 전압 전류 센서 |
-
1989
- 1989-04-21 JP JP1102336A patent/JPH02280045A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250024192A (ko) * | 2023-08-11 | 2025-02-18 | (주)이큐글로벌 | 합성 인덕턴스의 조절이 가능한 rf 전압 전류 센서 |
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