JPH03158754A - 酸素センサ - 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 本発明は環境中の酸素濃度を測定するための酸素センサ
に関し、特に、酸素イオン伝導性固体電解質を利用した
限界電流式酸素センサに関するものである。

従来の技術 従来、この種の酸素センサは、第２図に示すように、酸
素イオン伝導性を有する例えばジルコニア系セラミック
から成る固体電解ｉｌｌの両面に白金などの金属電極膜
２（陽極２ａ、陰極２ｂ）を形成し、さらに前記陰極２
ｂ側の固体電解質板ｌの上に密閉空間をＵ字状の蓋体３
を配置し、さらに蓋体３に外部空間と密閉空間を連通ず
る酸素の拡散穴４を設けた構成となっている。

この構成において、酸素センサを動作可能な温度に加熱
したのち、電極２間に直流電圧を印加すると、陰極２ｂ
で酸素分子のイオン化反応が起こり、イオン化した酸素
イオンが固体電解ｗｉｔ中を陽極２ａに向かって陽ｆｉ
２ａで酸素イオンの分子化反応が起こり外部空間へ排出
される。一方、密閉空間への酸素の流入は蓋体３に設け
られた拡散大４により制限され、陰極２ｂへの酸素の流
入が拡散律速となる。その結果、固体電解ｔ＋＆１中を
酸素イオンが移動することによって生じる電流は、印加
電圧の増加に対し、ある電圧以降一定値を示す、この一
定となる電流が限界電流である。

これが雰囲気ガス中の酸素濃度にほぼ比例することから
、前記限界電流を検出することにより酸素濃度を測定で
きる。（例えば、特開昭５９−１９２９５３号公報、特
開昭６０−２５２２５４号公報）発明が解決しようとす
る課題 拡散穴４の大きさは酸素センサの動作温度、限界電流の
大きさにより任意に設定される。しかし、酸素センサの
長期信輔性を確保するには動作温度はできるだけ低くす
ることが望ましい、ジルコニア系セラミックの固体電解
質では酸素イオンの輸送能力の点から最低動作温度は約
４００°Ｃである。

この動作温度で実用的限界電流値を得るには拡散穴４は
直径が数＋μｍ、長さ国の極めて小さなものとなる。従
って、酸素センサ製造時は実使用のとき、埃や異物など
が拡散穴４に侵入して、拡散穴４を閉塞させる懸念があ
る。その結果、酸素センサが動作しなくなる課題がある
。

本発明はかかる従来の課題を解消するもので、異物や埃
による拡散穴閉塞の少ない酸素センサを提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の酸素センサは、酸素
イオン伝導性を存する固体電解質板と、前記固体電解質
板の一方の表面に形成された陰極電極膜と、前記固体電
解質板の他の表面に形成された陽極電極膜と、前記陰極
電極膜を囲み、かつ周囲空間と接する一対の始端と終端
とが前記固体電解質板上で互いに間隔を有するように複
数対配置されたスペーサと、前記スペーサ上に前記固体
電解質板と相対向するように配置されたシール板と、前
記スペーサの相対向する隔壁と前記固体電解質板と前記
シール板で囲まれて形成された複数の螺旋形拡散孔を備
えたものである。

作用 本発明の上記構成において、一対の始端と終端から成る
螺旋形拡散穴が複数個形成されるとともに拡散穴が固体
電解１ｒｖｉとシール板との間に形成されるので、複数
の拡散穴の複数の始端がすべて異物や埃により閉塞する
ことは実用上殆ど無い。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は本発明の一寞施例を示すもので、同図（ａ）は
酸素センサの分解斜視図、同図０））は酸素工の一部破
断斜視図である。

第１図（ａ）、ら）において、酸素イオン伝導性を有す
る固体電解質板１の両面に電極膜２が形成される。を極
膜２を囲み、一対の始端５Ｉと終端５２および地対の始
ｆｆ１ｉ５３と終端５４が互いに間隔を有する螺旋形ス
ペーサ５が固体電解質板１の一方の表面に２対配置され
、さらにシール板６が配置される。

２個の拡散穴７１．７２は螺旋形スペーサ５の相対向す
る隔壁と固体電解質板１とシール６で囲まれた螺旋形の
空間で形成され、酸素はこの空間を通じて電極１１１２
へ拡散する。

固体電解質板１は、ジルコニア系セラミック、なかでも
イツトリアを添加したジルコニアが多用される。電極膜
２は、白金、金、パラジウム、銀などで構成されるが、
特に限定されるものでない。

螺旋形スペーサ５は、酸素センサの動作温度に充分耐え
る耐熱性と、固体電解質板Ｉとシール板６との気密性を
要求され、その材料として硝子、金属が挙げられる。シ
ール［６は、ジルコニア系セラミック、フォルステライ
トなどのセラミック板が用いられる。なお、固体電解’
ＩｒＦｉｌ、螺旋形スペーサ５およびシール板６のそれ
ぞれの熱膨張係飲は、なるべく類似の値になるように選
ばれる。

第１図に示された実施例では２個の始端５１．５３が示
されているが、２個以上の始端を形成することも容易で
ある。このように本発明の酸素センサは、複数個の始端
ををしているので、すべての始端が異物や埃により閉塞
されることは実用上殆ど生じない。さらに、第１図に示
された円形状シール板６に代えて固体電解質板１と同一
形状のシール＃Ｉｉ６を用い、始端５１．５３が固体電
解質ｖｉＩの端部およびシール板６の端部より内側に位
置するように配置することが望ましい、始ｆｉ５１．５
３への異物や埃の侵入が固体電解質異物１とシール板６
により低減されるからである。なお、上記説明で矩形状
の固体電解質Ｆｉｔを用いて説明したが、矩形状にこだ
はらず始端５１．５３が固体電解質板１とシール板６の
端部より内側に配置されていればよいことは明らかであ
ろう。

複数個の始端のうち一部の始端が異物や埃により閉塞す
ることがある。この場合、限界電流値は減少するが、残
存している始端と終端から成る拡散穴を通じて一定の限
界電流が得られる。この限界電流値は酸素濃度に対して
閉塞前と同じ割合で変化する。従って、大気中の酸素濃
度を標準状態として利用できる場合、大気中で校正する
ことにより実用できる０例えば、トンネル工事で使用す
る場合、トンネルに入る前に大気中で容易に校正可能で
ある。このように本発明の酸素センサは、長寿命化を図
れる。

発明の効果 以上のように本発明の酸素センサによれば次の効果が得
られる。

（１）　　複数個の始端を有しているので、異物や埃に
よる始端の閉塞が低減できる。

（２）複数個の始端の一部が異物や埃により閉塞しても
残存する始端と終端から成る拡散穴を通じて一定の限界
電流が得られるので、大気中で校正することにより、酸
素センサの長寿命化が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例を示す酸素センサの分解斜
視図、同図すは同一部破断斜視図、第２図は従来の酸素
センサの断面図である。 卜・・・・・固体電解Ｘ仮、５・・・・・・螺旋形スペ
ーサ、５１．５３・・・・・・始端、５２．５４・・・
・・・終端、７１．７２・・・・・・拡散穴。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素イオン伝導性を有する固体電解質板と、前記
   固体電解質板の一方の表面に形成された陰極電極膜と、
   前記固体電解質板の他の表面に形成された陽極電極膜と
   、前記陰極電極膜を囲み、かつ周囲空間と接する一対の
   始端と終端とが前記固体電解質板上で互いに間隔を有す
   るように複数対配置されたスペーサと前記スペーサ上に
   前記固体電解質板と相対向するように配置されたシール
   板と、前記スペーサの相対向する隔壁と前記固体電解質
   板と前記シール板で囲まれて形成された複数の螺旋形拡
   散孔とから成る酸素センサ。
2. （２）始端が前記固体電解質板とシール板の端部より内
   側に位置するように配置された特許請求の範囲第１項記
   載の酸素センサ。