JPH02287252A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH02287252A JPH02287252A JP1109569A JP10956989A JPH02287252A JP H02287252 A JPH02287252 A JP H02287252A JP 1109569 A JP1109569 A JP 1109569A JP 10956989 A JP10956989 A JP 10956989A JP H02287252 A JPH02287252 A JP H02287252A
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- JP
- Japan
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- heater
- substrate
- sensor
- bonding material
- metal paste
- Prior art date
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- Pending
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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
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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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】
［産業上の利用分野］
この発明は、地下トンネルの酸欠事故防止用、燃焼をコ
ントロールするための排気ガス酸素濃度測定用、医療用
、食品保存のための不活性ガスバージ用などの用途に適
用される限界電流式酸素センサに関するものである。
ントロールするための排気ガス酸素濃度測定用、医療用
、食品保存のための不活性ガスバージ用などの用途に適
用される限界電流式酸素センサに関するものである。
［従来の技術］
近年、酸素センサの構造が簡略化されつつある。
上記酸素センサの構造として、絶縁性に優れたアルミナ
等のヒータ基板と、安定化ジルコニア等からなるイオン
導電体とを接合させて一体化したものが実用化されつつ
ある。
等のヒータ基板と、安定化ジルコニア等からなるイオン
導電体とを接合させて一体化したものが実用化されつつ
ある。
従来より、イオン導電体とヒータ基板とを接合させる方
法として、これらイオン導電体とヒータ基板とを当接し
て加熱することにより、相互に拡散を起こさせて接合す
るもの、あるいはガラス、またはガラスとセラミック粉
とを混合したもの等を接着剤として用いて、加熱・焼成
させることにより接合させるものがあった。
法として、これらイオン導電体とヒータ基板とを当接し
て加熱することにより、相互に拡散を起こさせて接合す
るもの、あるいはガラス、またはガラスとセラミック粉
とを混合したもの等を接着剤として用いて、加熱・焼成
させることにより接合させるものがあった。
し発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記拡散接合による場合、イオン導電体
とヒータ基板とは、互いに熱膨張率が異なるので、ヒー
タによって高温に加熱して使用する際に、熱応力が発生
する。また、接着剤を用いた場合も、この接着剤が可撓
性に欠けるため、同様に熱応力が発生する。したがって
、イオン導電体が割れたり、焼成された接着剤が破損し
てイオン導電体とヒータ基板とが分離する等の障害が発
生しやすい欠点があった。
とヒータ基板とは、互いに熱膨張率が異なるので、ヒー
タによって高温に加熱して使用する際に、熱応力が発生
する。また、接着剤を用いた場合も、この接着剤が可撓
性に欠けるため、同様に熱応力が発生する。したがって
、イオン導電体が割れたり、焼成された接着剤が破損し
てイオン導電体とヒータ基板とが分離する等の障害が発
生しやすい欠点があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、酸素セ
ンサをヒータ基板に接合させる場合に、酸素センサのイ
オン導電体あるいはヒータ基板を破損さ仕ることなく強
固に接合することを目的としている。
ンサをヒータ基板に接合させる場合に、酸素センサのイ
オン導電体あるいはヒータ基板を破損さ仕ることなく強
固に接合することを目的としている。
［課題を解決するための手段］
固体電解質からなるイオン導電体の各面に設けられて所
定電圧が印加される一対の電極、及びこれら電極の一方
側を覆うように設けられた封止部材によって構成された
センサ本体と、センサ本体に対して熱を付与するヒータ
が設けられたヒータ基板とが接合材によって接合されて
なる酸素センサにおいて、接合材は、加熱によってポー
ラスなスポンジ状に焼成された金属ペーストからなるこ
とを特徴としている。
定電圧が印加される一対の電極、及びこれら電極の一方
側を覆うように設けられた封止部材によって構成された
センサ本体と、センサ本体に対して熱を付与するヒータ
が設けられたヒータ基板とが接合材によって接合されて
なる酸素センサにおいて、接合材は、加熱によってポー
ラスなスポンジ状に焼成された金属ペーストからなるこ
とを特徴としている。
［作用 ］
酸素センサとヒーター基板との接合部に、可撓性に優れ
た白金等の金属ペーストを塗付し、加熱して焼成させる
。このようにすると金属ペースト中の溶剤が揮発し、金
属ペーストがポーラス状に形成されることにより、可撓
性がさらに高められ、イオン導電体とヒータ基板との熱
膨張率の違いによる歪を吸収できるとともにイオン導電
体とヒータ基板とを強固に接合さ仕ることができる。
た白金等の金属ペーストを塗付し、加熱して焼成させる
。このようにすると金属ペースト中の溶剤が揮発し、金
属ペーストがポーラス状に形成されることにより、可撓
性がさらに高められ、イオン導電体とヒータ基板との熱
膨張率の違いによる歪を吸収できるとともにイオン導電
体とヒータ基板とを強固に接合さ仕ることができる。
［実施例］
本発明の一実施例を図によって説明する。
第１図において、符号１は酸素センサユニットである。
この酸素センサユニット１は、センサ本体２とヒータ基
板３とを接合して構成させたものである。
板３とを接合して構成させたものである。
センサ本体２は、イオン導電体４．カソード電極５．ア
ノード電極６．封止部材７によって構成されたものであ
る。イオン導電体２は、安定化ジルコニア（例えば、Ｚ
ｒＯ、−８ｍｏ１％Ｙ、０３）等の固体電解質を材料
とし、所定の厚みを有した円板状に形成されている。ま
た、このイオン導電体４の中心部には、表裏に貫通する
気体拡散孔４ａが形成されている。このイオン導電体４
の表面及び裏面には各々、カソード電極５、アノード電
極６が設けられている。これらカソード電極５及びアノ
ード電極６は、白金ペースト等を塗付・焼成することに
よって形成されたものであり、白金の粒子の間に生じた
隙間によってポーラス状になって七）る。
ノード電極６．封止部材７によって構成されたものであ
る。イオン導電体２は、安定化ジルコニア（例えば、Ｚ
ｒＯ、−８ｍｏ１％Ｙ、０３）等の固体電解質を材料
とし、所定の厚みを有した円板状に形成されている。ま
た、このイオン導電体４の中心部には、表裏に貫通する
気体拡散孔４ａが形成されている。このイオン導電体４
の表面及び裏面には各々、カソード電極５、アノード電
極６が設けられている。これらカソード電極５及びアノ
ード電極６は、白金ペースト等を塗付・焼成することに
よって形成されたものであり、白金の粒子の間に生じた
隙間によってポーラス状になって七）る。
上記のように、カソード電極５及びアノード電極６が設
けられたイオン導電体４の表面側には、カソード電極５
を包囲するように封止部材７が設けられており、カソー
ド電極５の上部に所定容積の空間部８が形成されている
。
けられたイオン導電体４の表面側には、カソード電極５
を包囲するように封止部材７が設けられており、カソー
ド電極５の上部に所定容積の空間部８が形成されている
。
ヒータ基板３は、アルミナ等の絶縁性に優れた材料を板
状に形成したものであり、その下面側の一端部近傍には
、ヒータ９が設けられている。このヒータ９は、印刷、
メツキ等の手段により形成されており、その側部には、
電源との接続のためのヒータリード部９ａ、９ｂがワイ
ヤボンド、導体ペーストによって形成されている。
状に形成したものであり、その下面側の一端部近傍には
、ヒータ９が設けられている。このヒータ９は、印刷、
メツキ等の手段により形成されており、その側部には、
電源との接続のためのヒータリード部９ａ、９ｂがワイ
ヤボンド、導体ペーストによって形成されている。
上記ヒータ部９は、ヒータリード部９ａ、９ｂを介して
電源に接続されて発熱するようになっている。
電源に接続されて発熱するようになっている。
イオン導電体４の表裏面に設けられたカソード電極５及
びアノード電極６には、それぞれ図中ハソヂングで示し
たカソードリード部５ａ、アノードリード部６ａが接続
されている。これらカソードリード部５ａ、アノードリ
ード部６ａは、第２図に示すようにヒータ基板３の上面
に、ワイヤボンド、導体ペーストによって形成されてい
る。
びアノード電極６には、それぞれ図中ハソヂングで示し
たカソードリード部５ａ、アノードリード部６ａが接続
されている。これらカソードリード部５ａ、アノードリ
ード部６ａは、第２図に示すようにヒータ基板３の上面
に、ワイヤボンド、導体ペーストによって形成されてい
る。
また、第２図に示すように、ヒータ基板３には、くびれ
部３ａ、３ａが形成されており、ヒータ９からヒータ基
板３の他方側への熱伝達を規制するようになっている。
部３ａ、３ａが形成されており、ヒータ９からヒータ基
板３の他方側への熱伝達を規制するようになっている。
次に、センサ本体２とヒータ基板３との接合構造を説明
する。センサ本体２は、ヒータ基板３の上面側に接合材
ＩＯによって接合されている。この接合材１０は、白金
等の金属ペーストを材料としたものであり、ポーラス状
に焼成されている。
する。センサ本体２は、ヒータ基板３の上面側に接合材
ＩＯによって接合されている。この接合材１０は、白金
等の金属ペーストを材料としたものであり、ポーラス状
に焼成されている。
上記のような接合構造は、例えば、次のような工程によ
って得ることができる。
って得ることができる。
まず、接合材！０をイオン導電体４の外周より僅かに小
さな円弧を描くように、ヒータ基板３の上面側に塗付す
るか、もしくは数箇所の点付けを行う。この点付の一部
をカソード電極５．アノード電極６のヒータ基板３上の
カソードリード部５ａ１アノードリード部６ａとの接続
用とすることもできる。次に、接合材ｌＯの上部より、
センサ本体２をアノード電極６が下方に向くように載置
して加熱する。このようにすると、接合材ＩＯが焼成さ
れ、イオン導電体４とヒータ基板３とが接合される。こ
こで、接合材ＩＯは、加熱されることによりポーラス状
に形成され、充分な可撓性を持っているから、接合材１
０自身の変形により、イオン導電体４とヒータ基板３と
の熱膨張率の違いによる歪を吸収し、イオン導電体４と
ヒータ基板３とに割れ等の障害を発生させることなくこ
れらを強固に接合する。
さな円弧を描くように、ヒータ基板３の上面側に塗付す
るか、もしくは数箇所の点付けを行う。この点付の一部
をカソード電極５．アノード電極６のヒータ基板３上の
カソードリード部５ａ１アノードリード部６ａとの接続
用とすることもできる。次に、接合材ｌＯの上部より、
センサ本体２をアノード電極６が下方に向くように載置
して加熱する。このようにすると、接合材ＩＯが焼成さ
れ、イオン導電体４とヒータ基板３とが接合される。こ
こで、接合材ＩＯは、加熱されることによりポーラス状
に形成され、充分な可撓性を持っているから、接合材１
０自身の変形により、イオン導電体４とヒータ基板３と
の熱膨張率の違いによる歪を吸収し、イオン導電体４と
ヒータ基板３とに割れ等の障害を発生させることなくこ
れらを強固に接合する。
上記構成の酸素センサユニット！は、従来のものと同様
、例えば、第３図に示すような回路に組み込んで使用さ
れる。図において、酸素センサユニット■には、ヒータ
リード部９ａ、９ｂまたはセンサ本体のカソードリード
部５ａ及びアノードリード部６ａに接続された端子Ｉ
ＩＡ、ｌ ＩＢ、１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ設けられて
いる。
、例えば、第３図に示すような回路に組み込んで使用さ
れる。図において、酸素センサユニット■には、ヒータ
リード部９ａ、９ｂまたはセンサ本体のカソードリード
部５ａ及びアノードリード部６ａに接続された端子Ｉ
ＩＡ、ｌ ＩＢ、１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ設けられて
いる。
端子１１Ａ、１１Ｂは、ヒータ９を発熱させるためのヒ
ータ電圧印加回路Ｉ３に接続されるものであって、この
ヒータ電圧回路■３では、可変抵抗を調節することによ
りヒータ９の印加電圧を変更できる構成になっている。
ータ電圧印加回路Ｉ３に接続されるものであって、この
ヒータ電圧回路■３では、可変抵抗を調節することによ
りヒータ９の印加電圧を変更できる構成になっている。
端子１２Ａ、１２Ｂは、カソード電極５とアノード電極
６との各電極間に所定電圧を付与するためのセンサ監視
電圧印加回路１４に接続されるものであって、このセン
サ監視電圧印加回路１４では、可変抵抗を調節すること
によりセンサ本体２のセンサ電圧を変更できる構成にな
っている。
６との各電極間に所定電圧を付与するためのセンサ監視
電圧印加回路１４に接続されるものであって、このセン
サ監視電圧印加回路１４では、可変抵抗を調節すること
によりセンサ本体２のセンサ電圧を変更できる構成にな
っている。
端子１２Ｂは、Ｉ−Ｖ変換回路Ｉ５と、増幅回路１６と
を順次接続するものであって、Ｉ−■変換回路！５にお
いてイオン導電体４の限界電流値を電圧信号として出力
し、更に増幅回路Ｉ６において増幅し、端子１７から出
力するようにしている。
を順次接続するものであって、Ｉ−■変換回路！５にお
いてイオン導電体４の限界電流値を電圧信号として出力
し、更に増幅回路Ｉ６において増幅し、端子１７から出
力するようにしている。
なお、Ｉ−Ｖ変換回路！５及び増幅回路Ｉ６では、可変
抵抗を調節することによって、出力電圧のレベル、ある
いは増幅度をそれぞれ変化させることが可能である。
抵抗を調節することによって、出力電圧のレベル、ある
いは増幅度をそれぞれ変化させることが可能である。
そして、上記のような駆動回路Ｍによって、センサ電圧
がカソード電極５とアノード電極６とに印加され、ヒー
タ電圧がヒータ９に印加されると、ボンピング作用が生
じ、第１図に矢印（イ）で示すように、気体拡散孔４ａ
より空間部８に酸素ガスが流入する。この流入量は、気
体拡散孔４ａの流体抵抗によって一定に押さえられるか
ら酸素濃度に応じて電圧にかかわらず電流が一定になり
、この限界電流値と、等価の電圧値が端子Ｉ７から出力
されるようになっている。
がカソード電極５とアノード電極６とに印加され、ヒー
タ電圧がヒータ９に印加されると、ボンピング作用が生
じ、第１図に矢印（イ）で示すように、気体拡散孔４ａ
より空間部８に酸素ガスが流入する。この流入量は、気
体拡散孔４ａの流体抵抗によって一定に押さえられるか
ら酸素濃度に応じて電圧にかかわらず電流が一定になり
、この限界電流値と、等価の電圧値が端子Ｉ７から出力
されるようになっている。
上記のように、センサ本体２をヒータ基板３に接合して
酸素センサをユニット化したことにより、ヒータ基板３
をコネクタ等により容易にかつ確実に接続でき、信頼性
を向上させることができる。
酸素センサをユニット化したことにより、ヒータ基板３
をコネクタ等により容易にかつ確実に接続でき、信頼性
を向上させることができる。
また、リード部に微細なリード線を用いた接続構造と比
較して、接続への信頼性が増し、断線等の障害が発生す
る可能性を極めて少なくすることができることにより、
耐振動性を向上させることができる。
較して、接続への信頼性が増し、断線等の障害が発生す
る可能性を極めて少なくすることができることにより、
耐振動性を向上させることができる。
なお、上記実施例は、金属ペーストに白金を使用したが
、加熱によってポーラス状に形成されるものであれば、
銀などの他の金属のペーストであっても良い。
、加熱によってポーラス状に形成されるものであれば、
銀などの他の金属のペーストであっても良い。
また、上記実施例のセンサ本体２は、イオン導電体４に
、気体拡散孔４ａを形成し、その上部に封止部材７を設
けて封止したものであるが、センサ本体２の具体的な構
造は、実施例に限定されるものではない。
、気体拡散孔４ａを形成し、その上部に封止部材７を設
けて封止したものであるが、センサ本体２の具体的な構
造は、実施例に限定されるものではない。
［発明の効果コ
この発明によれば、下記の効果を得ることができる。
■、接合材に白金等の金属ペーストを用いたから、この
白金が、加熱されることによりポーラス状に焼成され、
熱膨張率の異なる部材同士を接合さける際に、各部材同
士の熱膨張率の違いによる歪を容易に吸収することがで
き、したがって各部材を破損させることなく強固に接合
することができるとともに接合の信頼性を向上させるこ
とができる。
白金が、加熱されることによりポーラス状に焼成され、
熱膨張率の異なる部材同士を接合さける際に、各部材同
士の熱膨張率の違いによる歪を容易に吸収することがで
き、したがって各部材を破損させることなく強固に接合
することができるとともに接合の信頼性を向上させるこ
とができる。
また、酸素センサを使用する際のヒータによる昇降温に
よって発生する歪等も容易に吸収することができ、酸素
濃度の測定時におけるイオン導電体あるいはヒータ基板
等の破損を防止することができる。したがって、酸素セ
ンサ自体の耐久性を向上できることにより、寿命を延ば
すことができる。
よって発生する歪等も容易に吸収することができ、酸素
濃度の測定時におけるイオン導電体あるいはヒータ基板
等の破損を防止することができる。したがって、酸素セ
ンサ自体の耐久性を向上できることにより、寿命を延ば
すことができる。
■、金属ペーストは、可塑性にも優れているので、微細
な構造である接合部に容易に使用でき、したかってユニ
ット化した酸素センサの量産化が容易にできる。
な構造である接合部に容易に使用でき、したかってユニ
ット化した酸素センサの量産化が容易にできる。
第１図〜第３図は、本発明の一実施例の図であって、第
１図は、実施例の酸素センサの側断面図、第２図は、酸
素センサの一部を断面視した平面図、第３図は酸素セン
サを駆動させる駆動回路のブロック図である。 ｌ・・・・・・酸素センサユニッ ３・・・・・・ヒータ基板、 ５・・・・・・カソード電極、 ７・・・・・・封止部材、 ＩＯ・・・・・・接合材、 ト、２・・・・・・センサ本体、 ４・・・・・・イオン導電体、 ６・・・・・・アノード電極、 ９・・・・・・ヒータ、
１図は、実施例の酸素センサの側断面図、第２図は、酸
素センサの一部を断面視した平面図、第３図は酸素セン
サを駆動させる駆動回路のブロック図である。 ｌ・・・・・・酸素センサユニッ ３・・・・・・ヒータ基板、 ５・・・・・・カソード電極、 ７・・・・・・封止部材、 ＩＯ・・・・・・接合材、 ト、２・・・・・・センサ本体、 ４・・・・・・イオン導電体、 ６・・・・・・アノード電極、 ９・・・・・・ヒータ、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 固体電解質からなるイオン導電体の各面に設けられて所
定電圧が印加される一対の電極、及びこれら電極の一方
側を覆うように設けられた封止部材によって構成された
センサ本体と、該センサ本体に対して熱を付与するヒー
タが設けられたヒータ基板とが接合材によって接合され
てなる酸素センサにおいて、 前記接合材は、加熱によってポーラスなスポンジ状に焼
成された金属ペーストからなることを特徴とする酸素セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109569A JPH02287252A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109569A JPH02287252A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02287252A true JPH02287252A (ja) | 1990-11-27 |
Family
ID=14513571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1109569A Pending JPH02287252A (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02287252A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007529726A (ja) * | 2004-03-19 | 2007-10-25 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | センサエレメント |
| US7547100B2 (en) | 2002-03-08 | 2009-06-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and transfer belt used therein |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP1109569A patent/JPH02287252A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7547100B2 (en) | 2002-03-08 | 2009-06-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus and transfer belt used therein |
| JP2007529726A (ja) * | 2004-03-19 | 2007-10-25 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | センサエレメント |
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