JPH04122851A - 酵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
酸素センサのセンサエレメントに関する。

〔従来の技術〕

酸素センサのセンサエレメントの従来例を第８図に示す
。

１はイオン伝導性固体電解質（例えば、安定化ジルコニ
ア）よりなる素子にして、その中心にはガス拡散孔１ａ
が穿設されると共に、表裏対向面には環状のカソード電
極２ａとアノード電極２ｂが各リード部２　ａ　）　　
２　ｂ　１　と一体に形成（例えば、白金のスクリーン
印刷）されている（第９図、第１０図参照）。

３は素子１のカソード電極２ａ側にガス拡散室４を介在
して封着されたキャップ（例えば、結晶化ガラス）であ
る。

５は一面に加熱用ヒータ６が形成されたセラミック板（
例えば、フォルステライト磁器）にして、該セラミック
板５の他面周縁部が、素子１のアノード電極２ｂ側の周
縁部に配されたガス導入孔とガス導入室７の形成を兼ね
た複数の封止材８（例えば、ガラス）により固着されて
いる（複数の封止材８の間がガス導入孔となる）。

而して、セラミック板５には、第１１図に示すように、
Ｃ字状の加熱用ヒータ６がそのリード部６ａ、６ｂと一
体に形成された面に、該ヒータ６の２つのヒータ端子６
Ｃ１６ｄと、カソード電極端子２Ｃ及びアノード電極端
子２ｄが形成されている（各端子は白金、銀、パラジウ
ム、金あるいはこれらの合金のスクリーン印刷）。

そして、ヒータ端子６ｃ、６ｄには加熱用ヒータ６のリ
ード部６ａ、６ｂからのリード線と電圧源の（＋）　（
−）端子へのリード線とが接続され、また端子２Ｃには
カソード電極２ａのリード部２ａ＋からのリード線と電
圧源の（−）端子へのリード線が接続され、端子２ｄに
はアノード電極２ｂのリード部２ｂ、からのリード線と
電圧源の（＋）端子へのリード線が接続され、カソード
電極２ａとアノード電極２ｂ及び加熱用ヒータ６に電圧
を印加し、ガス導入孔（封止材８の間）−ガス導入室７
−ガス拡散孔１ａ−ガス拡散室４−カソード電極２ａ−
素子１−アノード電極２ｂ−ガス導入孔の雰囲気ガスの
移送過程における酸素ポンピング作用による酸素イオン
をキャリアとする電流がカソード、アノードの電極２ａ
、２ｂ間に流れる。

この電流は電圧のある領域でフラットとなり（限界電流
といわれる）、この限界電流値が酸素濃度と一対一の関
係にあることから、濃度が測定されるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のセンサエレメントは、センサエレメントの所定温
度の加熱をセラミック板５に形成した加熱用ヒータ６に
より行うので、センサエレメントに不可欠なガス拡散室
４を形成するキャップ３の熱的損傷を防止しうる利点が
ある。

しかしながら、セラミック板５の一面には、加熱用ヒー
タ６と共に該ヒータ端子６　ｃ　ｓ　６　ｄ及びカソー
ド、アノードの各電極端子２　ｃ　ｓ　２　ｄが形成さ
れており、そのうちの加熱用ヒータ６の形成面積が大き
いことから、端子６ｃ、６ｄ、２ｃ、２ｄの形成面積が
小さくなっている。

−例を示すと、セラミック板５の半径は３１１、Ｃ字状
の加熱し−タ６の巾は１．０〜１．５ｍ１（中央空間部
の半径は０．５ｍｍ）、各端子６ｃ。

６ｄ、２ｃ、２ｄの形成領域中１．５〜１．０ｍｍ内に
１．０〜０．７ｍｉ＋の長方形に形成される。

したがって、各端子へのリード線の接続作業が非常に困
難となり、量産性に欠けるという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、カソー
ド、アノードの各電極端子及び加熱用ヒータ端子の形成
面積を大きくしてリード線の接続作業が容易な酸素セン
サのセンサエレメント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〕

本発明は、上記の目的を達成するために、ガス拡散孔を
有すると共に表裏対向面にカソード電極とアノード電極
を形成したイオン伝導性固体電解質よりなる素子と、該
素子のカソード電極側にガス拡散室を介在して封着した
キャップと、上記素子のアノード電極側にガス導入孔と
ガス導入室の形成を兼ねた封止材を介して加熱用ヒータ
の形成面を固着したセラミック板とからなり、上記カソ
ード電極、アノード電極及び加熱用ヒータの各端子を、
加熱用ヒータの形成面以外の一面に集合して形成し、各
端子にカソード電極、アノード電極及び加熱用ヒータを
導電接続すると共に電圧源へのリード線を接続したこと
にある。

そして、導電接続は印刷導体の形成又はリード線の接続
であり、各端子の集合形成は、セラミック板またはキャ
ップの外側頂面に、その全面積を複数個に分割した大き
さの各端子としたことにある。

〔作　　用〕

加熱用ヒータの形成面とは別の一面に、大きな面積の各
端子が集合形成されているので、各端子への印刷導体の
形成又はリード線の接続作業が極めて容易となる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、従来例と同一部品には同一符号を付す。

第１図に示すように、イオン伝導性固体電解質（例えば
、安定化ジルコニア）の素子１には、その中心にガス拡
散孔１ａが設けられると共に、表裏対向面に環状のカソ
ード電極２ａとアノード電極２ｂが各リード部２　ａ　
ｌ　、２　ｂ　２と一体に形成（例えば、白金のスリー
ン印刷）されている（第２図及び第３図参照）。

素子１のカソード電極２ａ側にはガス拡散室４を形成す
るキャップ３（例えば、結晶化ガラス）が封着され、ア
ノード電極２ｂ側にはガス導入孔とガス導入室７の形成
を兼ねた複数の封止材８（例えば、ガラス又は導電性接
着剤）によりセラミック板５（例えば、フォルステライ
ト磁器）が固着されている。

而して、セラミック板５のアノード電極２ｂへの対向面
（内面）には第４図に示すように、Ｃ字状の加熱用ヒー
タ６がそのリード部５ａ。

６ｂ、と一体に形成され、そして反対面（外側頂面）に
は、第５図に示すように外側頂面の全面積をほぼ４等分
した扇状のカソード電極端子２　ｅ　ｓアノード電極端
子２ｆ及び加熱用ヒータ端子６ｅ、６ｆが形成されてい
る。

９ｂはアノード電極２ｂのリード部２ｂ２とアノード電
極端子２ｆとを接続した印刷導体（例えば、白金のスク
リーン印刷）、１０ａは加熱用ヒータ６の一方のリード
部６ａ、とヒータ端子６ｅとを接続した印刷導体（例え
ば、白金のスクリーン印刷）であり、同様にしてカソー
ド電極２ａのリード部２ａ＋とカソード電極端子２ｅ及
び加熱用ヒータ６の他方のリード部６ｂ、とヒータ端子
６ｆが夫々印刷導体９ａ、１０ｂで接続されている。

１１ａ１・ｌｌｂはカソード、アノード各電極端子２ｅ
、２ｆに接続された電圧源へのリード線、１２ａ、１２
ｂはヒータ端子６ｅ、６ｆに接続された電圧源へのリー
ド線である。

そして、封止材８を導電性接着剤とした場合には、アノ
ード電極２ｂのリード部２ｂ２及び加熱用ヒータ６のリ
ード部６ａ＋、６ｂ＋が封止材８と重合し、各リード部
２ｂ２．６ａ１．６ｂ１への印刷導体の形成がガラス等
の絶縁材に比し容易となる（リード部への印刷導体形成
面積が実質的に拡大される）。

なお、印刷導体に代えてリード線の接続することも可能
である。

第６図は他の実施例を示すもので、キャップ３の外側頂
面に、第７図に示すように、その外側頂面の全面積をほ
ぼ４等分した扇状の各端子２　ｅ　ｓ２ｆ、６ｅ、６ｆ
を形成しているものであり、その他は第１図の実施例と
同一であるので、符号のみを付して説明を省略する。

なお、上記の各実施例では、端子数が４個であるので４
分割したが、４分割に限らず必要端子数に応じて分割数
を増減することが可能である。

また、分割に際しては、等分割が望ましいが、場合によ
っては分割比を変えることも可能である。

以上のように、加熱用ヒータの形成面とは別個の面に各
端子が形成されているので、カソード、アノードの各電
極及び加熱用ヒータとの接続作業並びに電圧源へのリー
ド線の接続作業が容易となる。

〔効　　果〕

本発明は次の効果を有する。

（ａ）加熱用ヒータの形成面とは別の一面にカソード電
極端子、アノード電極端子及び加熱用ヒータ端子が集合
形成されているので、各端子の面積が大きくなり、カソ
ード、アノードの各電極及び加熱用ヒータとの接続作業
並びに電圧源端子へのリード線の接続作業が容易で、生
産性を向上することができる。

また、加熱用ヒータの形成パターンの自由度が増加する
。

（ｂ）加熱用ヒータかガス拡散室を形成するキャップに
形成されていないので、キャップの熱的破損がなく、耐
久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のＸ−Ｘ線断面図、 第３図は第１図のＹ−Ｙ線断面図、 第４図は第１図の２−２線断面図、 第５図は第１図のＯ−０線断面図、 第６図は本発明の他の実施例の縦断面図、第７図は第６
図のＸ−Ｘ線断面図、 第８図は従来例の縦断面図、 第９図は第８図のｘ−Ｘ線断面図、 第１０図は第８図のＹ−Ｙ線断面図、 第１１図は第８図のｚ−ｚ線断面図、 である。 １・・・素子、１ａ・・・ガス拡散孔、２ａ・・・カソ
ード電極、２ｅ・・・カソード電極端子、２ｂ・・・ア
ノード電極、２ｆ・・・アノード電極端子、３−・・キ
ャップ、４・・・ガス拡散室、５・・・セラミック板、
６・・−加熱用ヒータ、６ｃ、Ｏｄ・・・加熱用ヒータ
端子、７・・・ガス導入室、８・・・封止材。 出願人代理人　　　藤　　本　　博　　光第 図 β 佑 図 ＄９ 酊 す 第 Ｉ 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス拡散孔を有すると共に表裏対向面にカソード
   電極とアノード電極を形成したイオン伝導性固体電解質
   よりなる素子と、該素子のカソード電極側にガス拡散室
   を介在して封着したキャップと、上記素子のアノード電
   極側にガス導入孔とガス導入室の形成を兼ねた封止材を
   介して加熱用ヒータの形成面を固着したセラミック板と
   からなり、上記カソード電極、アノード電極及び加熱用
   ヒータの各端子を、加熱用ヒータの形成面以外の一面に
   集合して形成し、各端子にカソード電極、アノード電極
   及び加熱用ヒータを導電接続すると共に電圧源へのリー
   ド線を接続したことを特徴とする酸素センサのセンサエ
   レメント。
2. （２）導電接続は印刷導体の形成又はリード線の接続で
   ある請求項１記載の酸素センサのセンサエレメント。
3. （３）セラミック板の外側頂面に、その全面積を複数個
   に分割した大きさのカソード電極、アノード電極及び加
   熱用ヒータの各端子を集合形成した請求項１又は２記載
   の酸素センサのセンサエレメント。
4. （４）キャップの外側頂面に、その全面積を複数個に分
   割した大きさのカソード電極、アノード電極及び加熱用
   ヒータの各端子を集合形成した請求項１又は２記載の酸
   素センサのセンサエレメント。