JPH04289450A - 酸素センサのセンサエレメントの製造方法 - 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】

【０００１】

【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の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、酸素センサのセンサエレメント
は、図４に示すように、ガス拡散孔１ａを形成すると共
に、表裏対向面に電極２ａと２ｂを形成した（例えば、
白金のスクリーン印刷で環状）イオン伝導性固体電解質
（例えば、安定化ジルコニア）からなる素子１の電極２
ａ側に、加熱用ヒータ３を形成した（例えば、抵抗体の
スクリーン印刷でＣ字状）キャップ４（例えば、セラミ
ック板、フォルステライト板）がガス拡散室５を介在し
て非晶性ガラスの焼成体からなる環状の封着体６により
封着されている。

【０００３】そして、電極２ａ、２ｂ間及び加熱用ヒー
タ３に電圧を印加することにより（電極２ａがカソード
側、電極２ｂがアノード側になるように）、所定の加熱
温度下におけるガス拡散孔１ａ−ガス拡散室５−カソー
ド側の電極２ａ−素子１−アノード側の電極２ｂの雰囲
気ガスの移行に伴う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、アノードの各電極
２ａ、２ｂ間に流れる（矢印は酸素分子の移行を示す）
。この電流は電圧のある領域でフラットとなり（限界電
流という）、この限界電流と酸素濃度とが１対１の関係
にあることから、濃度が測定されるものである。

【０００４】而して、前記の封着体６の形成は、素子１
の電極２ａ側（カソード側）とキャップの少くとも何れ
か一方に非晶性ガラスのペーストを塗布した後、該ペー
ストを介して素子１とキャップ４とを接合し、素子１あ
るいはキャップ４にある程度の荷重を付加した状態でペ
ーストを焼成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の酸素濃度の測定
態様から、ガス拡散室５は不可欠な要素であるが、前記
のように素子１あるいはキャップ４に荷重を付加した状
態でペーストを焼成して封着すると、封着の面からは有
効で確実であるものの、反面、焼成時に比較的軟化点温
度の低い非晶性ガラスが溶融して、付加荷重をかけてい
るために必要以上に流動する場合がある。

【０００６】すると、ガス拡散室５として十分な空間が
得られなくなったり、電極２ａ部分に流出して酸素ポン
ピング作用の有効面積が減少したり、あるいは素子１の
側面に形成される電極導通部の導通不良を招いたりして
、センサ特性の低下を来たすという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑み、酸素センサと
して不可欠のガス拡散室を、素子とキャップの封着と同
時に精度よく確実に形成することができ、センサ特性の
安定した酸素センサのセンサエレメントの製造方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するために、イオン伝導性固体電解質よりなる素子
の一方の電極形成側の外周部とキャップの下面外周部の
少くとも何れか一方にガラスペーストを塗布した後、該
ガラスペーストを介して素子とキャップを接合し、素子
あるいはキャップ自体の荷重のみを加えた状態でガラス
ペーストを焼成し、素子とキャップを封着すると同時に
素子とキャップとの間にガス拡散室を形成する方法であ
る。

【０００９】

【作用】素子あるいはキャップ自体の荷重のみを加えた
状態でガラスペーストを焼成することにより、溶融ガラ
スの流動がほとんどなく、封着と同時にガス拡散室が精
度よく確実に形成され、センサ特性が安定する。

【００１０】

【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実施例（キャップ自体の荷重封着法）（ａ）　第１
工程−図１（Ａ）に示すように、素子１の電極２ａ側（
カソード側）の外周部に非晶性ガラスのペースト７を環
状に塗布する。 （ｂ）　第２工程−図１（Ｂ）に示すように、ペースト
７上に加熱用ヒータ３が形成されているキャップ４を接
合する。 （ｃ）　第３工程−図１（Ｃ）に示すように、キャップ
４自体の荷重のみを加えた状態でペースト７を焼成し、
ガラス焼成体８により素子１とキャップ４を封着すると
同時にガス拡散室５を形成する。

【００１１】第２実施例（素子自体の荷重封着法）（ａ
）　第１工程−図２（Ａ）に示すように、加熱用ヒータ
３が形成されているキャップ４の外周部に非晶性ガラス
のペースト７を環状に塗布する。 （ｂ）　第２工程−図２（Ｂ）に示すように、ペースト
７上に素子１の電極２ａ側を接合する。 （ｃ）　第３工程−図２（Ｃ）に示すように、素子１自
体の荷重のみを加えた状態でペースト７を焼成し、ガラ
ス焼成体８により素子１とキャップ４を封着すると同時
にガス拡散室５を形成する。

【００１２】第３実施例 （ａ）　第１工程−図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、素
子１の電極２ａ側の外周部とキャップ４の外周部に非晶
性ガラスのペースト７を環状に塗布する。 （ｂ）　第２工程−図３（Ｃ）に示すように、素子１と
キャップ４の各ペースト７を接合する。 （ｃ）　第３工程−図３（Ｄ）に示すように、キャップ
４自体の荷重のみを加えた状態でペースト７を焼成し、
ガラス焼成体８により素子１とキャップ４を封着すると
同時にガス拡散室５を形成する。 なお、第２工程で、素子１とキャップ４の組合せを上下
逆にしてもよい。この場合、第３工程では素子１自体の
荷重のみを加えた状態で焼成する。

【００１３】本発明は、前記の各実施例のように、素子
１あるいはキャップ４自体の荷重のみを加えた状態で焼
成するので、作業性が向上し、非晶性ガラスの流動もほ
とんどなく、ガス拡散室５が精度よく確実に形成される
もので、カソード側、アノード側の各電極２ａ、２ｂを
形成した素子１、加熱用ヒータ３を形成したキャップ４
の各荷重、封着ガラスの種別とその塗布厚さ、ガス拡散
室５の所望の容積及び焼成温度と時間の有機的関連デー
タに基づいて製造されるものである。

【００１４】なお、一具体例を示すと、素子１に安定化
ジルコニア（直径約６．５ｍｍ、厚さ約０．１４ｍｍ、
電極２ａ、２ｂ形成後の荷重１００〜３００ｍｇ）、キ
ャップ４にフォルステライト板（直径約６．５ｍｍ、厚
さ約０．２ｍｍ、加熱用ヒータ３形成後の荷重１００〜
３００ｍｇ）、結晶性ガラスに岩城ガラス製Ｋ−４００
６Ａを使用して、素子１に上記ガラスペーストを約３０
μ厚さに塗布した後、キャップ４を接合し、キャップ４
自体の荷重のみを加えた状態で、１０００℃、３０分焼
成した場合に、封着時にガラスペーストが溶融して約１
５〜２０μの高さのガラス焼成体を有する容積の大きな
ガス拡散室５が形成され（ＳＥＭ−走査形電子顕微鏡−
で検査）、封着レベルも従来例に比し遜色のないセンサ
エレメントが製造された。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、センサエレメントの素子ある
いはキャップ自体の荷重のみを加えた状態でガラス封着
するので （ａ）　溶融ガラスの流動がほとんどなく、素子とキャ
ップの封着と同時にガス拡散室が精度よく確実に形成さ
れると共に、電極の有効面積の減少や素子側面に形成さ
れる電極導通部の導電不良等の問題を生じない。 （ｂ）　作業性が非常に良好で、量産性に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法の第１実施例を示す説明
図である。

【図２】本発明に係る製造方法の第２実施例を示す説明
図である。

【図３】本発明に係る製造方法の第３実施例を示す説明
図である。

【図４】従来例の酸素センサのセンサエレメントの縦断
面図である。

【符号の説明】

１　　素子 １ａ　　ガス拡散孔 ２ａ　　電極 ２ｂ　　電極 ３　　加熱用ヒータ ４　　キャップ ５　　ガス拡散室７　　ペースト ８　　ガラス焼成体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン伝導性固体電解質よりなる素子
   の一方の電極形成側の外周部とキャップの下面外周部の
   少くとも何れか一方にガラスペーストを塗布した後、該
   ガラスペーストを介して素子とキャッブを接合し、素子
   あるいはキャップ自体の荷重のみを加えた状態でガラス
   ペーストを焼成し、素子とキャップを封着すると同時に
   素子とキャップとの間にガス拡散室を形成することを特
   徴とする酸素センサのセンサエレメントの製造方法。