JPH03160357A - 酸素センサのセンサエレメント - 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の測定に使用される
酸素センナのセンナエレメントに関する。

〔従来の技術〕

酸素センナのセンサエレメントの基本的構成は、第３図
に示すように、ガス拡散孔１ａを有すると共に、両面に
カソード側の電極２ａとアノード側の電極２ｂ（例えば
白金よりなる）をそれぞれ形成したイオン伝導性固体電
解質（例えば安定化ジルコニアよりなる）のペレット１
に、加熱用ヒータ３を形成したキャップ４がガス拡散室
５を介して封着されている。

そして、このセンサエレメントは、両電極２ａ，２ｂ間
及び加熱用ヒータ３に電圧を印加し、所定の加熱温度下
のべレット１の酸素ボンビング作用によって、酸素イオ
ンをキャリアとする電流が電極２ａ，２ｂ間に流れ、ガ
ス拡散孔１ａを通ってガス拡散室５内に拡散した酸素分
子が電極２ａ−ペレットｌ一電極２ｂを介して排出され
る（矢印は酸素分子の移送を示す）。

而して、このときの電圧一電流特性における電圧の或る
領域で現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にあることから、電極２ａ，２
ｂ及び加熱用ヒータ３に一定電圧を印加し、そのときの
センサエレメントの温度と限界電流値から酸素濃度を測
定するものである。

ところで、上記センサエレメントに不可欠なガス拡散室
５の形成には、従来次のような手段がとられている。

（ａ）　　第４図に示すように、ペレット１とキャップ
４（セラミック等からなる）とを封止したカラス６を、
ガス拡散室５を形戊する間隔保持祠に兼用する。

（ｂ）　　第５図に示すよ“うに、電極２ａ及び該電極
２ａ側のペレット１の表面にセラミック粉等の多孔質層
７を形成し、この多孔質層７に積層したガラス焼成のキ
ャップ４をペレット１に封看し、多孔質層７を形戊する
セラミック粉の粒子相互間の空間をガラス拡散室５とす
る。

（ｅ）　　第６図に示すように、電極２ａ及び該電極２
ａ側のペレット１の表面に塗布したカーボン等のガス化
によって拡散室５を形成するものでその工程は、 （１）　　ベレット１の両面に白金の印刷焼成によって
電極２ａ，　　２ｂを形或する。

（２〉　電極２ａと該電極２ａ側のべレット１の表面に
カーボン等を塗布する。

（３）カーボン等の表面にセラミックをブレンドした結
晶化ガラスを塗布し、結晶化温度で焼成する。

この焼成時にカーボン等がガス化し、電極２ａと結晶化
ガラス８との間にガス拡散室５としての空間が形威され
る。

（４）結晶化ガラス８の表面にガラスを塗布焼成してキ
ャップ４を形成する。

ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のガス拡散室の形成には、次のような問題があった
。

（ａ）　　ガラス６の場合には、ガス拡散室５としての
空間が確立されるが、ガラスの溶融に高温を要すると共
に、再現性と量産性に欠けること。

（ｂ）　　多孔質層７の場合は、セラミック粒子相互間
の空間がガス拡散室５となるので、完全な空間ではなく
、酸素ボンピング作用に支障を来たし、レスポンスが低
下すること。

（Ｃ）　　カーボン等のガス化による場合には、力一？
ンのガス化と結晶化ガラス８の結晶化とのタイミングを
とる（ガス化カーボンを結晶化ガラスの多孔より逃がす
）ための焼成温度のコントロールが必要であり、このタ
イミングがガス拡散室５の再現性を左右すること。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものでその目的
は、ガス拡散室としての確実な空間が再現性よく形成さ
れ、レスポンスが向上する酸素センナのセンサエレメン
トを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、イオン伝導性
固体電解質からなるペレットの片面に、気化媒体を添加
した電極用ペーストの焼■成体からなるカソード側電極
を備えたことにある。

〔作　用〕

電極用ペーストの焼成温度で焼成した際の気化媒体のガ
ス化によって、カソード側電極周囲にガス拡散室となる
一定空間が形成されている。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、１０はガス拡散孔１０ａを有するイオ
ン伝導性固体電解質（例えば安定化ジルコニアよりなる
）のべレフト、１１はペレット１０の片面に形成された
気化媒体（例えば、カーボン、グラファイト等）を添加
した電極用ペースト（例えば白金ペースト）の焼成体か
らなるカソード側の電極、１２はペレット１ｏの他面に
形威された電極用ペースト（例えば白金ペースト）の焼
成体からなるアノード側の電極、１３はカソード側の電
極１ｌの焼成時に気化媒体のガス化によって形成された
ガス拡散室、１４はセラミック粉をブレンドした結晶化
ガラス、１５はガラスを焼成したキャップ、１６はキャ
ップ１５の上面に形成された加熱用ヒータを示す。

次に、上記構或のセンサエレメントの製造工程について
説明する。

（ａ）　　第２図（Ａ）に示すように、ペレット１０の
片面に気化媒体を添加したカソード側の電極用ペースト
ｌｌａを、他面にアノード側の電極用ペースト１２ｇを
夫々スクリーン印刷する。

白金ペースト／気化媒体の配合は、重量比で３０／１、
２０／１、１０／１、５／１等が適用されるが、２０／
１、１０／１が好適である。

また、カーボン等の気化媒体の粒径は、１μｍ以下が適
用されるが、０．５〜０．３μｍが好適である。

（ｂ）　　第２図（Ｂ）に示すように、電極用ペースト
１１ａと該ペースト１１ａ側のベレット１の表面にセラ
ミック粉をブレンドした結晶化ガラス１４を塗布する。

（Ｃ）　　第２図（Ｃ）に示すように、白金ペーストの
焼結温度で焼威し（例えば１０００℃で３０分）、カソ
ード側及びアノード側の各電極１１，１２を形成する。

この際、分解ガス化したカーボン等の気化媒体が結晶化
ガラス１４の結晶化（結晶化温度約８５０℃）に伴うポ
ーラスより逃げ、電極１１と結晶化ガラス１４との間に
ガス拡散室１３としての一定間隙の空間が形成される。

よって、ガス拡散室１３が再現性よく製作することかで
き、また従来の第６図に示したカーボン等の気化媒体の
ガス化によるものに比して工程数が減少する。

（ｄ）　　第２図（Ｄ）に示すように、結晶化ガラス１
４の表面にガラスを塗布焼成して、キャップ１５を形成
する。

（Ｃ）　　第２図（Ｅ）に示すように、キャップ１５表
面に加熱用ヒータ１６をスクリーン印刷し焼戊する。

〔発明の効果〕

本発明は、カソード側の電極が気化媒体を添加した電極
用ペーストの焼成体からなるので、カソード側電極の周
囲にガス拡散室としての一定間隙の空間が形威されてお
り、酸素濃度測定のレスポンスが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第２図（Ａ）
〜（Ｅ）は製造工程の説明図、第３図はセンサエレメン
トの基本的構成の縦断面図、 第４図〜第６図はガス拡散室形成のための夫々異なる従
来例の説明図である。 １０・・・ペレット、１１・・・カソード側の電極、１
２・・・アノード側の電極、１３・・・ガス拡散室、１
４・・・結晶化ガラス、１５・・・キャップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオン伝導性固体電解質からなるペレットの片面に、気
   化媒体を添加した電極用ペーストの焼成体からなるカソ
   ード側電極を備えていることを特徴とする酸素センサの
   センサエレメント。