JPH04164245A - 酸素濃度センサの製造方法 - Google Patents
酸素濃度センサの製造方法Info
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- JPH04164245A JPH04164245A JP2291232A JP29123290A JPH04164245A JP H04164245 A JPH04164245 A JP H04164245A JP 2291232 A JP2291232 A JP 2291232A JP 29123290 A JP29123290 A JP 29123290A JP H04164245 A JPH04164245 A JP H04164245A
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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〕
本発明は酸素濃度センサの製造方法、更に詳しくはセン
サ素子表面に電極を形成する工程が改良された酸素濃度
センサの製造方法に関するものである。
サ素子表面に電極を形成する工程が改良された酸素濃度
センサの製造方法に関するものである。
酸素濃度センサを用いて自動車排気中の酸素濃度を検出
し、この値に基づいてエンジンに供給する空気と燃料の
比を制御することが広（行われている。酸素濃度センサ
には多（の種類が有るが、何れの種類においてもセンサ
素子は高温の排気に晒される。それ故、センサ素子は耐
熱性の高いセラミックで作られ且っセンサ素子の表面に
は、電気信号を取り出すための耐熱金属からなる電極が
設けられる。
し、この値に基づいてエンジンに供給する空気と燃料の
比を制御することが広（行われている。酸素濃度センサ
には多（の種類が有るが、何れの種類においてもセンサ
素子は高温の排気に晒される。それ故、センサ素子は耐
熱性の高いセラミックで作られ且っセンサ素子の表面に
は、電気信号を取り出すための耐熱金属からなる電極が
設けられる。
ところで、酸素濃度センサのセンサ素子表面に電極を形
成する方法としては、（１）化学メツキによる電極形成
方法、又は（２）導電性ペーストをスクリーン印刷した
後焼成することによる電極形成方法が主流である。（２
）の方法においては種々の性状の導電性ペーストが提案
されており、例えば特開昭６３−１２０４８２号公報に
はセンサ素子を構成するセラミック成分に対して融剤作
用のある成分を加えてなる組成を有するセラミック材料
を含有している導電性ペーストを用いる電極形成方法が
開示されている。
成する方法としては、（１）化学メツキによる電極形成
方法、又は（２）導電性ペーストをスクリーン印刷した
後焼成することによる電極形成方法が主流である。（２
）の方法においては種々の性状の導電性ペーストが提案
されており、例えば特開昭６３−１２０４８２号公報に
はセンサ素子を構成するセラミック成分に対して融剤作
用のある成分を加えてなる組成を有するセラミック材料
を含有している導電性ペーストを用いる電極形成方法が
開示されている。
前記の２種類の電極形成方法にはそれぞれ特徴がある。
すなわち、製造−ｒ−１程の−にからは、（１）の方法
は電極を厚くするのに時間が掛かる（例えば厚さ１μｍ
の電極を得るのに２４時間掛かる）という欠点がある。
は電極を厚くするのに時間が掛かる（例えば厚さ１μｍ
の電極を得るのに２４時間掛かる）という欠点がある。
又、（２）の方法は印刷技術上及び導電性ペースト製造
」−の困難性により５μｍ以下の電極を得ることが難し
いという欠点がある。更に、センサ特性の−１−からは
、（１）の方法により製造したセンサ素子の電極（メツ
キ電極）は応答性は良いが耐熱性が低く、反対に（２）
の方法により製造したセンサ素子の電極（ペースト電極
）は応答性は悪いが耐熱性が良い。これらをまとめると
第５図及び第６図の様になる。
」−の困難性により５μｍ以下の電極を得ることが難し
いという欠点がある。更に、センサ特性の−１−からは
、（１）の方法により製造したセンサ素子の電極（メツ
キ電極）は応答性は良いが耐熱性が低く、反対に（２）
の方法により製造したセンサ素子の電極（ペースト電極
）は応答性は悪いが耐熱性が良い。これらをまとめると
第５図及び第６図の様になる。
第５図に電極の厚さとセンサの応答性との関係及び電極
の厚さと電極の耐熱性との関係を示す。又、第６図にセ
ンサ出力の時間変動を示す。
の厚さと電極の耐熱性との関係を示す。又、第６図にセ
ンサ出力の時間変動を示す。
第６図から、センサの応答性か良い場合は排気中の酸素
濃度の変動にセンサ出力は正確に追従するが、センサの
応答性が悪い場合は排気中の酸素濃度の変動にセンサ出
力が追従せず、正確な酸素濃度の検出ができないことが
分かる。
濃度の変動にセンサ出力は正確に追従するが、センサの
応答性が悪い場合は排気中の酸素濃度の変動にセンサ出
力が追従せず、正確な酸素濃度の検出ができないことが
分かる。
それ故、実用上充分な耐熱性が得られるならば、電極の
厚さは薄いほうが良い。第５図から明らかな如く、電極
の厚さが１〜５μｍの範囲ではセンサの応答性の応答性
と電極の耐熱性とが釣り合うので、最適な電極の厚さは
この範囲に有ることか予想される。しかしながら、従来
の方法では厚さが１〜５μｍの範囲の電極を容易に且つ
生産性良くセンサ素子を形成すべきセラミック体の表面
に形成することかできなかった。
厚さは薄いほうが良い。第５図から明らかな如く、電極
の厚さが１〜５μｍの範囲ではセンサの応答性の応答性
と電極の耐熱性とが釣り合うので、最適な電極の厚さは
この範囲に有ることか予想される。しかしながら、従来
の方法では厚さが１〜５μｍの範囲の電極を容易に且つ
生産性良くセンサ素子を形成すべきセラミック体の表面
に形成することかできなかった。
本発明は前記従来技術の問題点を解決するだめのもので
ある。本発明の目的は、センサ素子表面に電極を形成す
る工程を改良することにより性能の優れた酸素濃度セン
サを容易に且つ生産性良く得ることかできる方法を提供
することにある。
ある。本発明の目的は、センサ素子表面に電極を形成す
る工程を改良することにより性能の優れた酸素濃度セン
サを容易に且つ生産性良く得ることかできる方法を提供
することにある。
本発明の酸素濃度センサの製造方法は、酸素濃度センサ
を製造する際のセンサ素子表面に電極を形成する工程が
、 重量比で導電性金属粉末１００部に対して、バインダー
６０部、溶剤５０部、可塑剤５部、解膠剤３部及びセラ
ミック粉末１２．５部からなる組成の導電性ペーストを
センサ素子を形成すべきセラミック体の表面にスクリー
ン印刷により塗布する工程と、 次いで前記センサ素子を焼成して表面に厚さ２〜３μｍ
の電極層を形成する工程とからなることを特徴とする。
を製造する際のセンサ素子表面に電極を形成する工程が
、 重量比で導電性金属粉末１００部に対して、バインダー
６０部、溶剤５０部、可塑剤５部、解膠剤３部及びセラ
ミック粉末１２．５部からなる組成の導電性ペーストを
センサ素子を形成すべきセラミック体の表面にスクリー
ン印刷により塗布する工程と、 次いで前記センサ素子を焼成して表面に厚さ２〜３μｍ
の電極層を形成する工程とからなることを特徴とする。
導電性金属粉末としては、所定の平均粒径の貴金属例え
ば白金、ロジウム、イリジウム等を単独又は組み合わせ
て使用することができる。
ば白金、ロジウム、イリジウム等を単独又は組み合わせ
て使用することができる。
バインダー、溶剤、可塑剤及び解膠剤は、この分野にお
いて慣用のものから適宜選択する。
いて慣用のものから適宜選択する。
セラミック粉末は、焼成後に電極層がセンサ素子に強固
に結合するような種類のセラミックからなる粉末を選択
する。それ故、センサ素子を構成するセラミックと同種
のセラミックからなる粉末が好ましい。具体的には、セ
ンサ素子を構成するセラミックとし７てジルコニアやチ
タニアを使用する場合には、セラミック粉末としてジル
コニア粉末やチタニア粉末を使用するのが好ましい。
に結合するような種類のセラミックからなる粉末を選択
する。それ故、センサ素子を構成するセラミックと同種
のセラミックからなる粉末が好ましい。具体的には、セ
ンサ素子を構成するセラミックとし７てジルコニアやチ
タニアを使用する場合には、セラミック粉末としてジル
コニア粉末やチタニア粉末を使用するのが好ましい。
センサ素子の大きさや形状は、本発明の方法を適用し得
る限り特に限定されない。センサ素子の形状は、例えば
板状、一端が閉じた筒状などであってよい。
る限り特に限定されない。センサ素子の形状は、例えば
板状、一端が閉じた筒状などであってよい。
スクリーン印刷により、後の焼成で厚さ２〜３μｍの電
極層を形成し得るような厚さの導電性ペースト層をセン
サ素子表面に塗布する。
極層を形成し得るような厚さの導電性ペースト層をセン
サ素子表面に塗布する。
本発明の方法においては、導電性ペースト層の組成を最
適に選択することにより、センサ素子の表面に厚さ２〜
３μｍの電極層を形成することができる。
適に選択することにより、センサ素子の表面に厚さ２〜
３μｍの電極層を形成することができる。
又、導電性ペーストの一成分としてセラミック粉末を用
いることにより、電極層をセンサ素子と一体に焼成・成
形することができる。
いることにより、電極層をセンサ素子と一体に焼成・成
形することができる。
以下に本発明の詳細な説明する。
１、導電性ペースト組成の検討
導電性金属粉末として白金（Ｐｔ）粉末を、バインダー
としてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を、溶剤として
ブタノール（ＢＮ）を、可塑剤としてジオクチルフタレ
ート（ＤＯＰ）を、解膠剤としてトリオレイン（ＴＯ）
を、セラミック粉末としてジルコニア粉末を各々使用し
、組成比を変えて導電性ペーストを製造した。次いでこ
れをジルコニアグリーンシート」−にスクリーン印刷し
、所定条件で焼成して電極層を形成した時の状態を観察
した。結果を下記第１表に示す。
としてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を、溶剤として
ブタノール（ＢＮ）を、可塑剤としてジオクチルフタレ
ート（ＤＯＰ）を、解膠剤としてトリオレイン（ＴＯ）
を、セラミック粉末としてジルコニア粉末を各々使用し
、組成比を変えて導電性ペーストを製造した。次いでこ
れをジルコニアグリーンシート」−にスクリーン印刷し
、所定条件で焼成して電極層を形成した時の状態を観察
した。結果を下記第１表に示す。
第１表 導電性ペースト組成の検討
第１表から明らかな如く、ポリビニルブチラール（ＰＶ
Ｂ） Ｃバインダー〕及びジオクチルフタレート（Ｄ
ＯＰ） （可塑剤〕の電極層の形成における影響は太
き（、各々適量を逸脱すると印刷後にニジミ及び焼成後
にワレを生ずる。それ故、導電性ペーストの組成は第１
表の評価Ｈの組成に定めた。
Ｂ） Ｃバインダー〕及びジオクチルフタレート（Ｄ
ＯＰ） （可塑剤〕の電極層の形成における影響は太
き（、各々適量を逸脱すると印刷後にニジミ及び焼成後
にワレを生ずる。それ故、導電性ペーストの組成は第１
表の評価Ｈの組成に定めた。
■、電極層の形成
重量比でジルコニア粉末１００部に対して、バインダー
１１部、溶剤７０部、可塑剤５部、解膠剤３部を混合し
、ボールミルで５０時間攪拌した後ドクターブレード装
置により厚さ２００μｍのシート状に成形して、第１図
（ａ−１）［斜視図］及び第１図（ｂ−１）［断面図］
に示すジルコニアグリーンシート１を得た。次いで、ジ
ルコニアグリーンシート１の表面に導電性ペーストをス
クリーン印刷して、第１図（ａ−２）及び第１図（ｂ−
２）に示す厚さ５μｍの導電性ペースト層２を形成した
。
１１部、溶剤７０部、可塑剤５部、解膠剤３部を混合し
、ボールミルで５０時間攪拌した後ドクターブレード装
置により厚さ２００μｍのシート状に成形して、第１図
（ａ−１）［斜視図］及び第１図（ｂ−１）［断面図］
に示すジルコニアグリーンシート１を得た。次いで、ジ
ルコニアグリーンシート１の表面に導電性ペーストをス
クリーン印刷して、第１図（ａ−２）及び第１図（ｂ−
２）に示す厚さ５μｍの導電性ペースト層２を形成した
。
ここで導電性ペーストは、前記■の評価■の組成のもの
を使用した。導電性ペーストは、粘度が１００００〜２
００００ｃｐｓＯものが好ましい。又、ｐｔ粉末の代わ
りに例えばＰｔ−Ｒｂ粉末を用いてもよい。第２図に、
導電性金属粉末に対するバインダーの比率（重量％）と
印刷厚に対する焼成厚の比率（重量％）との関係を示す
。これより、バインダーの比率を６０重量％とすると、
導電性ペースト層２の焼成後の厚さは印刷時の厚さの４
０％となることが分かる。
を使用した。導電性ペーストは、粘度が１００００〜２
００００ｃｐｓＯものが好ましい。又、ｐｔ粉末の代わ
りに例えばＰｔ−Ｒｂ粉末を用いてもよい。第２図に、
導電性金属粉末に対するバインダーの比率（重量％）と
印刷厚に対する焼成厚の比率（重量％）との関係を示す
。これより、バインダーの比率を６０重量％とすると、
導電性ペースト層２の焼成後の厚さは印刷時の厚さの４
０％となることが分かる。
表面に導電性ペーストを形成したジルコニアグリーンシ
ート１を最高４２０℃まで昇温しで脱脂し、次いで１４
００℃で１時間焼成すると、第１図（ｂ−２’ ）に矢
印で示す如く導電性ペースト層２中の多量のバインダー
が消失して収縮部分２“の厚さだけ厚さが減少し、第１
図（ａ−３）及び第１図（ｂ−３）に示す厚さ２μｍの
電極層３を得る。
ート１を最高４２０℃まで昇温しで脱脂し、次いで１４
００℃で１時間焼成すると、第１図（ｂ−２’ ）に矢
印で示す如く導電性ペースト層２中の多量のバインダー
が消失して収縮部分２“の厚さだけ厚さが減少し、第１
図（ａ−３）及び第１図（ｂ−３）に示す厚さ２μｍの
電極層３を得る。
同様にして、ジルコニアグリーンシート１の他の表面に
も電極層３と表裏で一対となった電極層３′ （図示せ
ず）を形成する。
も電極層３と表裏で一対となった電極層３′ （図示せ
ず）を形成する。
■、酸素濃度センサの製造
第３図に、表面に電極層３，３′を形成したジルコニア
グリーンシート１を用いて製造した酸素濃度センサのセ
ンサ素子の一実施例の概略構成図を示す。このセンサ素
子はＭ層型であり、図中、４は保護層、５は大気ダクト
層、６は下端層である。
グリーンシート１を用いて製造した酸素濃度センサのセ
ンサ素子の一実施例の概略構成図を示す。このセンサ素
子はＭ層型であり、図中、４は保護層、５は大気ダクト
層、６は下端層である。
第４図に、本発明の方法により製造した酸素濃度センサ
（本発明品、電極層の厚さ２μｍ）と従来の方法により
製造した酸素濃度センサ（従来品、ペースト電極、電極
層の厚さ５μｍ以上）のセンサ出力の時間変動を示す。
（本発明品、電極層の厚さ２μｍ）と従来の方法により
製造した酸素濃度センサ（従来品、ペースト電極、電極
層の厚さ５μｍ以上）のセンサ出力の時間変動を示す。
本発明品は従来品に比べて電極層の厚さが最適に選択さ
れているため、応答性が良い。又、本発明品は電極層が
ジルコニアグリーンシートと一体に焼成・成形されてい
るので、従来品に比べて電極層の耐熱性も高い。
れているため、応答性が良い。又、本発明品は電極層が
ジルコニアグリーンシートと一体に焼成・成形されてい
るので、従来品に比べて電極層の耐熱性も高い。
（発明の効果）
本発明の酸素濃度センサの製造方法は、組成を最適に選
択した導電性ペーストをセンサ索ｒ−を形成すべきセラ
ミック体の表面にスクリーン印刷により塗布し、次いで
このセンサ素子を焼成して表面に厚さ２〜３μｍの電極
層を形成するので、応答性が良く且つ耐熱性か高い酸素
濃度センサを容易に得ることかできる。
択した導電性ペーストをセンサ索ｒ−を形成すべきセラ
ミック体の表面にスクリーン印刷により塗布し、次いで
このセンサ素子を焼成して表面に厚さ２〜３μｍの電極
層を形成するので、応答性が良く且つ耐熱性か高い酸素
濃度センサを容易に得ることかできる。
又、本発明の方法は少ない工程で薄い電極を製造し得る
ので、生産性が向上するとともに、高価な貴金属の使用
量が少なくて済むので製造コストの低減に効果がある。
ので、生産性が向上するとともに、高価な貴金属の使用
量が少なくて済むので製造コストの低減に効果がある。
更に、本発明の方法は積層型、一端が閉じた筒状型等の
種々の型のセンサ素Ｐを用いた限界電流型、半導体型等
の種々の型の酸素濃度センサの製造に広く応用すること
かできる。
種々の型のセンサ素Ｐを用いた限界電流型、半導体型等
の種々の型の酸素濃度センサの製造に広く応用すること
かできる。
第１図は本発明の酸素濃度センサの製造方法におけるセ
ンサ素子表面に電極を形成する工程の説明図、 第２図は導電性金属粉末に対するバインダーの比率と印
刷厚に対する焼成厚の比率との関係を示す図、 第３図は本発明の方法により製造した酸素濃度センサの
センサ素子の一実施例の概略構成図、第４図は本発明の
方法により製造した酸素濃度センサと従来の方法ににり
製造した酸素濃度センサのセンサ出力の時間変動を示す
図、第５図は酸素濃度センサにおける電極の厚さとセン
サの応答性との関係及び電極の厚さと電極の耐熱性との
関係を示す図、 第６図はペースト電極及びメツキ電極を有する酸素濃度
センサのセンサ出力の時間変動を示す図である。 図中、 １− ンルコニアグリーンシーＩ・ ２−導電性ペースト層 ２゛・−収縮部分３．３
′ −電極層 ４−保護層５−大気ダクト層
６−・・下端層特許出願人 ト
ヨタ自動車株式会社代理人 弁理士 萼 優美
（ほか２名）第１図 第３図 第２図 導も伯名り属粉末１こ対するハイツタ２０上ヒ牟 （’
／、）第４図 時間（Ｓ）
ンサ素子表面に電極を形成する工程の説明図、 第２図は導電性金属粉末に対するバインダーの比率と印
刷厚に対する焼成厚の比率との関係を示す図、 第３図は本発明の方法により製造した酸素濃度センサの
センサ素子の一実施例の概略構成図、第４図は本発明の
方法により製造した酸素濃度センサと従来の方法ににり
製造した酸素濃度センサのセンサ出力の時間変動を示す
図、第５図は酸素濃度センサにおける電極の厚さとセン
サの応答性との関係及び電極の厚さと電極の耐熱性との
関係を示す図、 第６図はペースト電極及びメツキ電極を有する酸素濃度
センサのセンサ出力の時間変動を示す図である。 図中、 １− ンルコニアグリーンシーＩ・ ２−導電性ペースト層 ２゛・−収縮部分３．３
′ −電極層 ４−保護層５−大気ダクト層
６−・・下端層特許出願人 ト
ヨタ自動車株式会社代理人 弁理士 萼 優美
（ほか２名）第１図 第３図 第２図 導も伯名り属粉末１こ対するハイツタ２０上ヒ牟 （’
／、）第４図 時間（Ｓ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸素濃度センサを製造する際のセンサ素子表面に電極を
形成する工程が、 重量比で導電性金属粉末１００部に対して、バインダー
６０部、溶剤５０部、可塑剤５部、解膠剤３部及びセラ
ミック粉末１２．５部からなる組成の導電性ペーストを
センサ素子を形成すべきセラミック体の表面にスクリー
ン印刷により塗布する工程と、 次いで前記センサ素子を焼成して表面に厚さ２〜３μｍ
の電極層を形成する工程とからなることを特徴とする酸
素濃度センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2291232A JP2745805B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 酸素濃度センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2291232A JP2745805B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 酸素濃度センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04164245A true JPH04164245A (ja) | 1992-06-09 |
| JP2745805B2 JP2745805B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=17766188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2291232A Expired - Fee Related JP2745805B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 酸素濃度センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745805B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06258281A (ja) * | 1993-03-09 | 1994-09-16 | Fujikura Ltd | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
| US6548023B1 (en) | 1998-06-18 | 2003-04-15 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
-
1990
- 1990-10-29 JP JP2291232A patent/JP2745805B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06258281A (ja) * | 1993-03-09 | 1994-09-16 | Fujikura Ltd | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
| US6548023B1 (en) | 1998-06-18 | 2003-04-15 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2745805B2 (ja) | 1998-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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