JPH0320660A - 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」 この発明は、地下室の酸欠事故防止、ボイラなどの燃焼
管理等に使用される限界電流式の酸素センサ１こ関する
。

「従来の技術」 近年、安定化ジルコニアからなる固体電解質を用いた限
界電流式の酸素センサが実用化されつつある。

この酸素センサは、第３図に示すように、中央部に上下
に貫通する気体拡散孔ＩＡを有し、安定化ジルコニア（
例えば、Ｚ　ｒｏ　ｔ−８　Ｙ　ｔ　０　．３）等のイ
オン導電性を有する材料により形成された薄厚な固体電
解質ｌと、この固体電解質ｌの両面に設けられて、一定
のセンサ監視電圧が印加される多孔質の白金電極２Ａ・
２Ｂとを具備するものであって、前記固体電解質ｌの一
方側に位置する電極２Δ上にはセラミック粉体３が設け
られ、このセラミック粉体３の外側には、該セラミック
粉体３の全体を覆うガラス封止材４が設けられている。

そして、このように構成された酸素センサでは、固体電
解質１内において、酸素ポンピング作用により、気体拡
散孔ＩＡから取り込まれた酸素がイオンとなって流れ、
このイオン電流の電流値から周囲の酸素濃度が測定され
るようになっている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のような酸素センサでは、セラミノク粉
体３の粒子間に形成された隙間を、気体拡散孔ＩＡから
導入された酸素の流路としているので、製造の際に、セ
ラミ’７ク粉体３を高温下におき、強度の高い状態とな
るまで焼結することができない、 また同様に、前記白金電極２Ａ・２Ｂは、固体電解質１
に塗布した、有機バインダを含有してなる白金ペースト
を焼戊して得るものであるが、このときの焼或温度は７
００〜１０００℃であり、よって、この温度範囲を越え
た高温で、前記セラミック粉体３を焼結させることがで
きない。

つまり、上述した二つの理由により、セラミック粉体３
を高温下におき、強度の高い状態となるまで焼結するこ
とができず、これにより、このセラミック粉体３上に、
ガラス封止材４を形成するためのガラスペーストを塗布
しようとした場合に、該セラミック粉体３が動き易くな
って、塗布を円滑に行うことができなかった。

また、上述した不具合を解決するために、セラミック粉
体３にガラス粉末をｆｌ＝して焼成する場合もあるが、
この場合、セラミック粉末３の結き強度を上げることが
できるが、一方で、ガラスが電極２人をコーティングし
てしまうことがあり、電極２Ａの有効面積が戚少すると
いう不具合があった。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって
、セラミノク粉体３の粒子を、電極を形威する白金ペー
ストの焼成温度の範囲内で結合させて、該セラミック粉
体３の強度を上げることができ、かつ、前記セラミック
粉体３の粒子をガラスを用いることなく結合させること
ができて、電極の有効面積低下を防止できる酸素センサ
の提供を目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するために、イオン導電性を有する固
体電解質の各面に所定の電圧が印加される電極を設け、
これら電極の間に流れるイオン電流の電流値から、周囲
の酸素濃度を測定するようにした限界電流式の酸素セン
サにおいて、前記固体電解質の一方側に位置する電極上
に、セラミック粉に金属粉を混入して焼成してなる焼成
体を設け、該焼成体の外側に、該焼成体全体を覆うガラ
ス封止材を設けるようにしている。

「作用」 この発明によれば、固体電解質の一方側７１極上に、セ
ラミック粉に金属粉を混入して焼或してなる焼成体とし
ての結合体を設けたので、該焼成体の上面に、ガラス封
止材を塗布する場合に前記セラミノク粉が流動すること
が防止される。

また、前記焼成体を、セラミック粉に少量の金属粉を混
入して作成することにより、セラミック粉の間に形或さ
れた微小な隙間がガス拡散のための通路として確保され
て、かつ、該セラミソク粉の粒子が部分的に結合される
。

また、前記セラミック粉に、電極の主戎分と同様な金属
粉を混入することにより、電極の焼成温度と同等な温度
（またはそれ以下の再結晶温度）で、焼結体である結合
体を得ることができる。

「実施例」 まず、本発明の実施例を第ｌ図及び第２図を参照して説
明する。

第１図は酸素センサの全体概略構戎図であって、この図
に符号１０で示すものは、安定化ジルコニア等の材料（
例えば、Ｚ　ｒｏ　ｔ−　８　Ｙ　ｓｏ　３）　ニょリ
浦厚に形威され、その中央部に上下に貫通する気体拡散
孔！ＯＡが形戊されたイオン導電体である。

また、符号Ｉｔ−１２でそれぞれ示すものは所定電圧が
印加され、かつ前記イオン導電体１．　０に拡散律速を
生じさせる多孔質なカソード電極及びアノード電極であ
る。なお、これら多孔質なカソード電極１１及びアノー
ド電極ｌ２は、前記イオン導電体１０の表面に有機バイ
ンダを含有した白金ペーストを印刷し、これを７００−
１０００′Ｃ　の温度範囲内で焼或することにより得ら
れる。

また、符号ｌ３で示すものは、前記固体電解實ｌの一方
側に位置するカソードｉｕ＋．ｉ上に設けられた焼成体
、符号１４で示すものは、焼成体ｌ３の表面に設けられ
て該焼成体１３の全体を覆うガラス封止材である。

前記焼成体ｌ３は、セラミック粉に金属粉をａ人して焼
成したものであって、前記セラミノク粉としては、アル
ミナ、ジルコニア、マグネシア、カルシア、ステアタイ
ト、フォルステライト等か使用され、また、前記金属粉
としては、白金、金、銅、パラジウム、銀、あるいはこ
れら元素の混合物などが使用される。

なお、金属粉としては、電極１１・ｌ２の金属成分と同
じ白金を使用するのが良く、この場音には、？！ｔＫ１
＋．−１２を形成するための白金ペーストをセラミノク
粉に脱練させて使用すると良い。

また、前記金属粉をセラミック粉に混ぜる割合は、セラ
ミ，ク粉の粒子を結合させるという目的から少ｆｆｉ（
０．１ｗｔ％程度）が好ましいが、実験によりＯ　ｌ〜
５０ｗｔ％の広い範囲で金属粉の混合が可能である。ま
た、前記焼成体ｌ３を製造する際の製造温度は、金属粉
の再結晶温度である５００゜Ｃ以上であれば良く、また
、−Ｌ限は、前記白金ペーストを焼成する際の温度であ
る７００〜１０００’Ｃ　と同じかそれ以下に設定する
ことが好ましい。また、前記金属粉の粒径は、セラミノ
ク扮の粒径が０．１〜５０μｍであるのに対して、０．
１μｍ程度のものを使用することが好ましい。

以上説明したように、本実施例に示す酸素センサによれ
ば、固体電解質１の一方側に位置する電極１１上に、セ
ラミック粉に金属粉を肩入して焼戊してなる焼成体１３
を設けたので、該焼成体１３の上面に、ガラス封止材１
４を塗布しようとした場合に、従来のように、前記セラ
ミノク粉か流動することが防止され、その塗布作業を効
率良く行うことができる。

また、焼成体１３を、セラミック粉に金属粉を少量ｄ人
して作戊することにより、第２図に示すように、セラミ
／ク粒子（白い部分で示す）を金属粉（黒い部分で示す
）により部分的接触させることができて、セラミック粉
の粒子間に形或された微小な隙間がガス拡散のための通
路として確保され、これにより、安定した限界電流値を
得ることができる。

また、焼成体ｌ３を製造する際、セラミソク粉に、電極
ｌ１・１２の金属或分と同様な金属粉を混入した場合、
例えば、金属に白金を選択して混入した場合などには、
ｌｏｏｏ’ｃ以下の低い再結晶温度程度で、該金属粉に
よりセラミノク粒子を結合させることができ、焼成温度
の点で、電極１ｌ・ｌ２を形状変化、性能を低下させる
ことが防＋Ｌできる。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、固体電
解質の一方側電極上に設けた、セラミノク扮と金属粉と
の焼成体により、その上面へのガラス塗布作業を効率良
く行うことができる。

また、前記焼成体を、セラミソク粉に少量の金属粉を混
入して作成することにより、該セラミノク粉の粒子を部
分的に結合して、セラミノク粉の間に形成された微小な
隙間をガス拡散のための通路として確保することができ
、これによって、安定した限界電流値を測定することが
できる。

また、前記セラミック粉に、電極の主成分と同様な金属
粉を混入することにより、電極の焼成ｔ晶度と同等な温
庶（またはそれ以下の温度（金属粉の再結晶温度））で
、結合体としての焼結体を得ることかでき、焼戎温度の
点で電極を形状変化、性能低下を防止できるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明の一実弛例を示す図であって、
第１図は酸素センサ全体を示す正断面図、第２図はセラ
ミ／ク粒子と金属粒子との結合状態を示す図、第３図は
従来の酸素センサを示す正断面図である。 １０・・・・・・イオン導電体（酸素イオン導電体）、
１０Ａ・・・・気体拡散孔、１１・１２・・・・電極、
１３・・・・焼成体、ｌ４・・・・・・ガラス封止材。 出和人藤倉電線株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオン導電性を有する固体電解質の各面に所定の電圧が
   印加される電極を設け、これら電極の間に流れるイオン
   電流の電流値から、周囲の酸素濃度を測定するようにし
   た限界電流式の酸素センサにおいて、 前記固体電解質の一方側に位置する電極上に、セラミッ
   ク粉に金属粉を混入して焼成してなる焼成体を設け、該
   焼成体の外側に、該焼成体全体を覆うガラス封止材を設
   けたことを特徴とする酸素センサ。