JPH0528783B2 - - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、電気化学的装置に係り、特に平板状
の固体電解質体を用いた電気化学的セルを含む、
積層構造の電気化学的素子からなる装置における
改良に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来より、固体電解質体を用いた電気化学的セ
ルを含む電気化学的素子にて構成される装置、例
えば、自動車用内燃機関の排気ガス中の酸素濃度
を検出する酸素センサとして、ジルコニア磁器等
の酸素イオン伝導性の固体電解質体を用いた、酸
素濃淡電池の原理を利用しで酸素濃度を求めるセ
ンサ等が知られている。また、かかる酸素センサ
と同様な濃淡電池の原理を利用した、水素、窒
素、炭酸ガス等の検出器やポンプ等の電気化学的
装置も知られている。そして、そのような装置の
電気化学的セルにおいて用いられる固体電解質体
としては、これまで有底円筒形状を為すものが一
般的であつたが、その生産性やコストの点から、
また固体電解質体内への複雑な構造の組み込みの
容易性等の点から、近年、かかる固体電解質体を
平板状と為し、そして所定の電極を該固体電解質
体の面上に設けて電気化学的セルを構成した。積
層構造の電気化学的素子を有する装置が検討され
てきている。

ところで、かかる積層構造の電気化学的素子を
構成する電気化学的セルにあつては、一般に、板
状の固体電解質体と一対の電極とを組み合わせて
構成されているが、そのようなセル構造の一つと
して、固体電解質体に対する局所的な応力集中を
避け、またヒーターによる有効な加熱を行なう等
の目的をもつて、一対の電極、即ち測定電極と基
準電極とを、固体電解質体を間にして、その表面
に対向させて配置しない、非対向配置構造が明ら
かにされている。

また、電気化学的素子内に、基準電極の露呈さ
れる基準ガス存在空間と共に、外部の被測定ガス
存在空間から被測定ガスを導き、測定電極に接触
せしめるための内部空所を形成する場合において
は、素子厚さ（積層方向における）を薄くすべ
く、それらの基準ガス存在空間と内部空所とを、
素子厚さ方向ではなく、素子の板面方向に配列す
ると、上記した二つの電極の非対象配置構造の採
用は、必然となつてくるのである。

しかしながら、そのような測定電極と基準電極
とからなる一対の電極が、固体電解質体上に非対
向配置せしめられる場合にあつては、それら電極
間の距離が長くなり易く、そのためにセンサセル
インピーダンスが増大する場合がある。而して、
電気化学的セル（素子）による被測定ガスの検出
性能を向上せしめる上においては、かかるセンサ
セルインピーダンスを可及的に小さくすることが
望ましいのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その特徴とするとこ
は、(a)基準ガス存在空間が形成された板状の固体
電解質体と、(b)該固体電解質体の一つの面上に設
けられ、且つ被測定ガスに実質的に晒される測定
電極と、(c)該固体電解質体の他の一つの面上に設
けられ、且つ前記基準ガス存在空間の基準ガスに
晒される第一の基準電極と、(d)前記測定電極に対
向するように位置して、前記固体電解質体中に埋
設、配置され、且つ前記第一の基準電極に電気的
に接続された第二の基準電極とを含む、電気化学
的装置にある。

なお、このような電気化学的装置においては、
板状の固体電解質体は、好適には、互いに重ね合
わされた二つの層にて構成され、且つ測定電極が
それら二つの層のうちの一つの露出面に配置され
る一方、他の一つの層に前記第一及び第二の基準
電極が設けられるように構成され、また、そのよ
うな二つの固体電解質層のうちの一つがスリツト
を有する一方、他の一つが第一の基準電極の設け
られた他の一つの面を有し、且つそれらスリツト
及び該他の一つの面が、共働して、前記基準ガス
存在空間の少なくとも一つを構成するようにされ
ることとなる。

また、本発明の好ましい態様として、被測定ガ
スの温度が低く、電気化学的セルの固体電解質体
が充分な高温度に保持されない場合においては、
その性能を充分に発揮し得なくなるところから、
適当なヒーターによつて、該固体電解質体が加熱
せしめられるようにすることが望ましく、そのよ
うな場合においては、一般に、測定電極が設けら
れた面から離れて、固体電解質体の一方の側に、
所定のヒーター層が設けられることとなる。

一方、本発明は、また、次のような構成を有す
る電気化学的装置をも特徴とするものである。即
ち、(a)第一の板状の固体電解質体とこの固体電解
質体に接して設けられた第一及び第二のポンプ電
極とを含む電気化学的ポンプセルと、(b)第二の板
状の固体電解質体とこの固体電解質体に接して設
けられた測定電極及び基準電極とを含む電気化学
的センサセルと、(c)該電気化学的ポンプセルと該
電気化学的センサセルとを含んで構成される一体
の板状の電気化学的素子内に形成された、該電気
化学的ポンプセルの第一のポンプ電極と該電気化
学的センサセルの測定電極とがそれぞれ実質的に
露呈せしめられる、外部の被測定ガス存在空間に
連通せしめられ且つ被測定ガスが該被測定ガス存
在空間から所定の拡散抵抗の下に導かれる内部空
所と、(d)該電気化学的素子内に形成され且つ前記
内部空所に対して該電気化学的素子の板面方向に
配列させられた、前記電気化学的センサセルの基
準電極が実質的に露呈せしめられる基準ガス存在
空間とを含む電気化学的装置において、前記基準
電極を第一及び第二の基準電極にて構成すると共
に、該第一の基準電極を前記基準ガス存在空間に
直接に露呈せしめる一方、該第二の基準電極を前
記測定電極に対向するようにして前記第二の固体
電解質体内に埋設、配置したことを特徴とする電
気化学的装置である。

このような電気化学的装置にあつては、前記内
部空所は、一般に、前記第一の板状の固体電解質
体及び／又は前記第二の板状の固体電解質体の板
面に平行な方向に拡がる平坦な空所として形成さ
れ、またかかる内部空所は前記第一の板状の固体
電解質体と、前記第二の板状の固体電解質体との
間に好適に形成されることとなる。

そして、本発明の好ましい態様に従えば、前記
内部空所は、所定の拡散抵抗を与える厚みを有す
る平坦な空所として形成され、該内部空所自体が
直接に拡散抵抗手段として機能せしめられるよう
に構成され、またこの内部空所は、直接に、或い
は所定のガス導入孔を通じて間接的に前記被測定
ガス存在空間に連通せしめれるようにされる。

また、本発明における電気化学的素子は、好適
には、電気化学的ポンプセル又は電気化学的セン
サセルに対して一体的に設けられた所定のヒータ
ー層を有し、該ヒーター層による加熱によつて、
かかる電気化学的素子が所定の温度に加熱せしめ
られるようにされることとなる。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明に従う幾つかの実施例を、図面に基づ
いて、詳細に説明することとする。

先ず、第１図乃至第３図は、本発明に従う電気
化学的装置の一具体例である酸素センサの原理的
な構造を示す素子部分の展開図である。それらの
図において、電気化学的素子（セル）を構成する
平板状の固体電解質体は、イツトリア添加ジルコ
ニア磁器等の公知の固体電解質材料からなる固体
電解質層２，４，６を重ね合わせて、一体化せし
めることによつて形成されており、また被測定ガ
スに晒される固体電解質層２の外側表面上に白金
等からなる測定電極８が設けられている。また、
二つの固体電解質層２，６に挟まれた真中の固体
電解質層４には、その長手方向にスリツトが形成
されて、このスリツトが上下から固体電解質層
２，６にて覆蓋されることによつて、大気に連通
する空気通路１０が形成されており、そして、こ
の空気通路１０が、酸素濃度既知の基準ガス（空
気）を収容する基準ガス存在空間とされている。

そして、かかる重ね合わされる固体電解質層４
と６との間には、素子長手方向に充分な長さに亘
つて延びる所定幅の基準電極１２が設けられてお
り、この基準電極１２の一方の側の部分が、空気
通路１０に露呈せしめられて、基準ガスとしての
空気に接触せしめられる第一の基準電極１２ａと
されている一方、他方の側の部分が、それら固体
電解質層４及び６にて形成される一体の固体電解
質体中に埋め込まれた第二の基準電極１２ｂとさ
れ、且つ固体電解質層２，４を介して測定電極８
に対向した状態において位置せしめられている。
即ち、この基準電極１２は、基準ガスとしての空
気に晒される第一の基準電極１２ａと、測定電極
８に対向して位置し、且つ固体電解質体中に埋
設、配置された第二の基準電極１２ｂとから構成
され、且つそれら第一及び第二の基準電極１２
ａ，１２ｂが電気的に接続されている構造となつ
ているのである。

このような構造の電気化学的素子においては、
よく知られているように、被測定ガスに晒される
測定電極８と基準ガス（空気）に晒される基準電
極１２との間において、それらガス間における測
定成分たる酸素濃度（分圧）差に基づいて起電力
が発生させられることとなり、そしてそのような
起電力は、それぞれの電極リード部を通じて外部
に取り出され、電位差計１４によつて検出される
こととなるが、その際、基準電極１２の第一の基
準電極１２ａと第二の基準電極１２ｂとは電気的
に接続されて同電位とされ、そして第二の基準電
極１２ｂが測定電極８に対向させられているとこ
ろから、それらの電極間のインピーダンスは可及
的に小さく為され得ることとなり、従つて電位差
計１４によつて検出される起電力に対する外部の
ノイズの影響を小さくできるので、起電力の有効
な検出、ひいては測定精度の向上を効果的に図り
得るのである。

加えて、かかる構造の電気化学的素子にあつて
は、素子先端部に基準ガス空間としての空気通路
１０を設ける必要がないところから、素子先端部
における機械的強度を効果的に向上せしめること
が可能となる利点をも併せ有しているのである。

ところで、第４図には、上記の如き原理的構造
を採用した本発明に従う電気化学的装置である酸
素センサの具体的な構造の一例が示されている。

すなわち、この第４図に示された装置は、電気
化学的ポンプセル１６、電気化学的センサセル１
８及びセラミツクヒーター層２０が順次積層され
て、一体的に焼成されたものである。そこで、電
気化学的ポンプセル１６は、イツトリア添加ジル
コニア磁器等の固体電解質からなる固体電解質層
２２と、その両側の面に接してそれぞれ設けられ
た一対の外側ポンプ電極（第二のポンプ電極）２
４，２４及び内側ポンプ電極（第一のポンプ電
極）２６，２６とから構成され、更にそれらポン
プ電極２４，２６を被測定ガスから保護するため
に、アルミナ等からなる多孔質保護層２８，３０
がそれぞれの電極上に積層されている。なお、３
２，３４は、それぞれの電極２４，２６のリード
部を固体電解質層２２に対して電気的に絶縁する
ための多孔質絶縁層である。

そして、多孔質保護層２８、固体電解質層２２
及び多孔質保護層３０を貫通して、実質的に拡散
抵抗を無視し得る大きさのガス取入れ孔３６が設
けられている。なお、この電気化学的ポンプセル
１６の外側ポンプ電極２４と内側ポンプ電極２６
は、それぞれのリード部を介して外部の直流電源
に接続され、それら電極間に流される電流の方向
に従つて、よく知られているように、酸素を、固
体電解質層２２を通じて内側ポンプ電極２６側か
ら外側ポンプ電極２４側に、或いはその逆方向に
移動せしめるようになつている。

また、電気化学的センサセル１８にあつては、
それぞれ、固体電解質から空気通路形成部材３８
と固体電解質層４０とが重ね合わされ、そしてそ
の空気通路形成部材３８の表面上に、素子幅方向
に所定の距離を隔てて細幅の矩形の一対の電極が
測定電極４２として設けられている。また、固体
電解質層４０の表面上には、空気通路形成部材３
８にて形成される、基準ガス存在空間としての大
気に連通した空気通路４４に露呈せしめられるよ
うに、第一の基準電極４６が設けられ、更にこの
第一の基準電極４６に対して電気的に接続された
一対の細幅の第二の基準電極４８，４８が、固体
電解質層４０と空気通路形成部材３８に挟まれた
状態において、換言すれば固体電解質体中に埋設
された状態において素子幅方向に所定の距離を隔
てて設けられている。なお、かかる空気通路形成
部材３８の測定電極４２が設けられた側には、薄
層の多孔質保護層５０が設けられ、これによつ
て、被測定ガスからかかる測定電極４２が保護さ
れるようになつている。また、多孔質絶縁層５２
は、測定電極４２のリード部と空気通路形成部材
３８とを電気的に仕切るようになつている。

そして、かかる電気化学的センサセル１８の測
定電極４２及び基準電極４６，４８が晒される空
気中の酸素濃度（分圧）の相違によつて、それら
電極４２，４６，４８間に生じる起電力がそれら
のリード部を通じて取り出され、外部装置によつ
て測定されるようになつている。

さらに、かかる電気化学的ポンプセル１６側の
多孔質保護層３０と電気化学的センサセル１８側
の多孔質保護層５０との間には、所定の薄い厚さ
の消失層５４が配置されて積層され、そしてそれ
が素子の一体的な焼成にて消失せしめられること
によつて、２枚の多孔質保護層３０，５０の間
に、所定の拡散抵抗を有する薄い細隙な矩形の平
坦空間５６が形成されるのである。また、この平
坦空間（内部空所）５６の略中央部に、ポンプセ
ル１６のガス取入れ孔３６が連通せしめられて、
このガス取入れ孔３６を通じて、被測定ガスが平
坦空間５６内に導かれるようになつている。

なお、本実施例では、ガス取入れ孔３６はポン
プセル１６側のみに設けられているが、そのよう
なガス取入れ孔３６は実質的に平坦空間５６に連
通されておれば良く、センサセル１８側に設ける
ことも可能であり、更にはポンプセル１６側及び
センサセル１８側の両方に設けることも可能であ
る。

また、本例の電気化学的素子にあつては、平坦
空間５６、素子幅方向に長い矩形形状とされ、そ
の中央部にガス取入れ孔３６が接続、位置せしめ
られているところから、そのような平坦空間５６
の両端の最奥部にそれぞれ位置するように、前記
一対の測定電極４２，４２が配置せしめられるよ
うになつているのである。そして、この一対の測
定電極４２，４２に対向するように、空気通路形
成部材３８を間にして、前記一対の第二の基準電
極４８，４８が配置せしめられて、空気通路形成
部材３８及び固体電解質層４０からなる固体電解
質体中に埋設せしめられた状態とされているので
ある。

更にまた、センサセル１８の固体電解質層４０
の基準電極４６，４８が設けられた側とは反対側
の面には、多孔質絶縁層５８を介して、セラミツ
クヒーター層２０が密着されて、一体的に形成さ
れている。このセラミツクヒーター層２０は、発
熱部６０とリード部６２からなるヒーター６４が
高抵抗セラミツクス層６６，６６にて上下に挟ま
れて、形成されたものであつて、このようなヒー
ター層２０がそのリード部６２を通じて外部から
給電されて発熱せしめられることによつて、電気
化学的装置としての酸素センサは、被測定ガスの
温度が低い場合にあつても、各セル１６，１８の
固体電解質体２２；３８，４０や、それぞれの電
極２４，２６；４２，４６，４８を効果的に所望
の作動温度に加熱せしめ得るのである。加えて、
平坦空間５６と空気通路４４の並置に基づくセン
サ（素子）の薄層化によつて、そのような加熱に
際しても短時間でセンサ作動温度にまで到達せし
めることが可能となるのである。

なお、所定の拡散抵抗を与える平坦空間５６の
厚みは、ガス取入れ孔３６に接続される開口部か
ら最奥部まで均一である必要はなく、むしろ該平
坦空間５６の開口部附近を階段状或いはテーパー
状に厚くした構造とすることが、例えば内燃機関
の排気ガス圧力の脈動による影響を小さくし、且
つ応答速度を小さくする上において有効である。
更に、かかる平坦空間５６の厚みとしては、通
常、１〜100μｍ程度が好適に採用されることと
なる。

そして、センサセル１８における一対の測定電
極４２，４２は、素子幅方向におけるその外側端
が平坦空間５６の最奥部に位置するように配置せ
しめられると共に、その幅（素子幅方向におけ
る）：ｗは、ガス取入れ孔３６に開口する平坦空
間５６の深さ（厚み）を：ｄとした場合におい
て、0.1d〜0.5dとすることが望ましい。換言すれ
ば、測定電極４２の内側端が平坦空間５６の入口
開口部から0.5d〜0.9dのところに位置せしめら
れ、それにより奥に測定電極４２が配置せしめら
れるのである。そして、これによつて、平坦空間
５６の深さ(d)方向における測定成分の拡散による
濃度勾配の影響を極力回避して、センサセル１８
において求められるλカーブをよりシヤープなも
のと為し、その検出精度を高めることが出来るの
である。

さらに、平坦空間５６に露呈せしめられるポン
プセル１６の内側ポンプ電極２６にあつても、素
子幅方向におけるその外側端が平坦空間５６の最
奥端に位置せしめられる一方、ポンプセル１６の
内側ポンプ電極２６が露呈する平坦空間の容積
は、平坦空間５６の全容積に対して70％以下であ
ることが望ましい。このような内側ポンプ電極２
６の配置によつて、ガス取入れ孔３６を通じて、
平坦空間５６内に導かれる被測定ガスの圧力変動
（脈動）に起因する悪影響を効果的に排除せしめ
得るのである。

従つて、このような構造の酸素センサ（電気化
学的装置）における電気化学的素子にあつても、
センサセル１８の基準電極は、基準ガスとしての
空気に晒される第一の基準電極４６と、固体電解
質体３８，４０中に埋設されて、測定電極４２に
対向して位置せしめられた第二の基準電極４８と
から構成され、しかもそれら第一及び第二の基準
電極が電気的に接続されて同電位とされていると
ころから、測定電極４２と第一の基準電極４６と
の間の距離よりも、測定電極４２と第一の基準電
極４８との間の距離の方が効果的に小さく為され
得て、以てセンサセルインピーダンスを有利に小
さくすることが出来、ひいては検出精度を高める
ことが出来るのである。

更に、本構造の如く、ヒーターを一体に設ける
場合にあつては、前記出力ノイズの影響を小さく
して検出精度を高めることが出来ることに加え、
ヒーターからのリーク電流のセル出力に対する影
響を小さく出来るという利点が加わる。

また、この例においても、空気通路４４が素子
先端部にまで延びてはいないところから、素子先
端部の機械的強度が低下することもないのであ
る。

しかも、本実施例にあつては、平坦空間５６と
空気通路４４とが、電気化学的素子の板面方向、
より具体的には各セルの固体電解質層２２，４０
乃至は空気通路形成部材３８の板面に平行な方
向、特に実質的に略同一の平面上に配列（並置）
せしめられているところから、素子厚さは大きく
減ぜられ、以て厚さ方向における温度勾配を小さ
く為し得る他、熱応力による固体電解質体の破壊
を効果的に抑制し得ることとなる。

そしてまた、このような素子の薄層化によつて
セル自体の更に画期的な小型化が達成され得ると
共に、加熱に際して、短時間にセル作動温度にま
で均一に加熱し得ることとなり、熱効率の上にお
いても、極めて有利と為し得るのである。

また、第５図に示される本発明の他の一具体例
である酸素センサにあつては、第４図に示された
例とは異なり、電気化学的ポンプセル１６の外側
ポンプ電極２４及び内側ポンプ電極２６がそれぞ
れドーナツ形状において設けられ、そしてそれら
中心部を貫通するように、ガス取入れ孔３６がか
かるポンプセル１６を貫通して設けられ、更に所
定の拡散抵抗を有する円形の平坦空間５６の中心
部に、該ガス取入れ孔３６が連通せしめられた構
造となつている。そして、この平坦空間５６内に
実質的に露呈せしめられるように、細幅のリング
状の測定電極４２が空気通路形成部材３８上に設
けられ、更にこの測定電極４２に対向して、空気
通路形成部材３８と固体電解質層４０との間に埋
め込まれた状態において、円形の第二の基準電極
４８が配置せしめられ、空気通路４４に露呈せし
められた第一の基準電極４６との間において電気
的に接続せしめられた構造とされている。

このような構造の酸素センサ（電気化学的装
置）における電気化学的素子においても、基準ガ
スとしての空気に晒される第一の基準電極４６と
同電位とされた第二の基準電極４８が、固体電解
質から構成される空気通路形成部材３８を間にし
て測定電極４２に対向せしめられているところか
ら、センサセルインピーダンスは効果的に小さく
為され得て、本発明に従う有効な効果を享受し得
るのである。

さらに、第６図に示される他の実施例にあつて
は、所定の拡散抵抗を有する細隙な平坦空間５６
が、電気化学的ポンプセル１６と電気化学的セン
サセル１８との間に所定薄さの平坦空間形状部材
６８を介在せしめて一体焼成することにより、素
子先端部において直接に外部の被測定ガス存在空
間に開口する形態において、形成されている。ま
た、形状の大きな一体の基準電極７０が、固体電
解質層４０上に設けられて、その基端側の部分が
センサ長手方向に平行に設けられた二つの空気通
路４４，４４にそれぞれ露呈せしめられる第一の
基準電極４６とされる一方、先端側の部分が、固
体電解質層４０と空気通路形成部材３８との間に
挟まれて、埋設された状態において測定電極４２
に対向する第二の基準電極４８として形成されて
いる。

従つて、かかる構造の装置にあつても、センサ
セル１８の固体電解質体３８，４０内に第二の基
準電極４８が埋め込まれて、測定電極４２に対向
せしめられているところから、上記した各例と同
様に、本発明に従う有用な効果を享受することが
出来る。

なお、これまでの実施例においては、第一の基
準電極１２ａ，４６が露呈せしめられる空気通路
１０，４４は、素子の中間位置において行き止ま
り、素子先端部まで達しない構造とされ、これに
よつて素子先端部の機械的強度が効果的に高めら
れているが、本発明は、そのような構造のものに
限定して解釈されるものでは決してなく、例えば
第７図に示されるように、空気通路１０が素子先
端部近くまで延びるように設けられた構造も採用
することが可能である。その場合においては、素
子の機械的強度を考慮して、空気通路１０の幅を
狭くして、配設されることとなる。

このように、空気通路１０を狭い幅において素
子（セル）内部に設けて、その空気通路１０に露
呈せしめられる基準電極１２ａの部分（第一の基
準電極）と固体電解質層４及び６にて挟まれる電
極部分（第二の基準電極）を形成せしめれば、本
発明の目的を同様に達成することが可能である。

なお、この場合において、基準電極１２の全体
が露呈せしめられるに充分な大きさの空気通路１
０を素子内に形成した場合にあつては、素子先端
部の機械的強度は著しく低下する等の問題を生じ
ることとなる。

また、本発明によれば、従来の方法である、単
に板状の固体電解質体の両面に一対の電極（測定
電極と基準電極）を設ける場合に比べて、例えば
印刷、スパツタリング等により1μ〜50μの厚さの
書しく著い固体電解質層を前記一対の電極の間に
設けることが出来、これによつてセンサセルのイ
ンピーダンスを従来の1/10以下に下げることが可
能である。なお、その一具体例が、第８図に示さ
れている。

第８図においては、空気通路１０の閉端部に、
一部が該空気通路１０に露呈し、実質的に該空気
通路１０と連通する多孔質層７２が設けられ、こ
れによつて該多孔質層７２上に接している基準電
極１２の一部分が、該多孔質層７２を介して空気
通路１０に露呈されることとなることにより、第
一の基準電極１２ａとして作用し、その他の固体
電解質層２，４に埋設される基準電極１２の部分
が第二の基準電極１２ｂとして作用することで、
本発明の優れた効果が享受されている。前記した
ように、本実施例にあつては、一対の電極８，１
２に挟持される固体電解質層の厚さを従来に比べ
て1μ〜50μの著しく細い層としてあるので、セン
サセルのインピーダンスを従来の1/10以下に下げ
ることができ、もつて出力に対する外部のノイズ
の影響を小さくできるのである。

以上、本発明の幾つかの実施例について説明し
てきたが、本発明に従う電気化学的装置は、その
ような例示の具体的構造のみに限定して解釈され
るものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しな
い限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々
なる変形、修正、改良等を加えた状態において実
施され得るものであつて、本発明は、そのような
実施形態のものもを含むものであること、言うま
でもないところである。

また、本発明に係る電気化学的装置は、例示の
如きリーンバーンセンサに好適に適用され得るも
のであるが、理論空燃比の付近で燃焼せしめて得
られる排ガスとを被測定ガスするセンサにも適用
できることは勿論、リツチ領域の排ガスを被測定
ガスとするリツチバーンセンサにも好適に適用さ
れ得、さらにその他の酸素センサにも適用され得
るものである。更には、酸素以外の窒素、炭酸ガ
ス、水素等の被測定ガス中の電極反応に関与する
成分の検出器、あるいは制御器等にも適用され得
るものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う
電気化学的装置は、基準電極を、基準ガス存在空
間に露呈せしめられて、基準ガスに晒される第一
の基準電極と、固体電解質体内に埋設、配置され
た第二の基準電極とから構成するとともに、それ
ら第一の基準電極を電気的に接続せしめ、且つか
かる第二の基準電極を測定電極に対して固体電解
質層を介して対向するように位置せしめたもので
あつて、これにより、センサセルインピーダンス
の有効な低減を図り、以てセンサの検出精度の効
果的な向上を図り得る等の優れた効果を奏せしめ
得たものであつて、そこに本発明の大きな工業的
意義が存するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気化学的装置の一つで
ある酸素センサの原理的構造の一例を示すセンサ
素子部分の展開構造を示す斜視説明図であり、第
２図及び第３図はそれぞれ第１図における−
断面図、及び−断面図であり、第４図、第５
図及び第６図はそれぞれ本発明に従う電気化学的
装置として酸素センサの異なる具体的構造例を示
す第１図に相当する図であり、第７図は本発明に
係る電気化学的装置の原理的構造の更に異なる例
を示す第１図に相当する図であり、第８図は本発
明の他の実施例を示す第１図に相当する図であ
る。 ２，４，６，２２，４０：固体電解質層、８，
４２：測定電極、１０，４４：空気通路、１２：
基準電極、１２ａ，４６：第一の基準電極、１２
ｂ，４８：第二の基準電極、１６：電気化学的ポ
ンプセル、１８：電気化学的センサセル、２０：
セラミツクヒーター層、２４：外側ポンプ電極、
２６：内側ポンプ電極、３６：ガス取入れ孔、３
８：空気通路形成部材、５４：消失層、５６：平
坦空間、６４：ヒーター、６８：平坦空間形成部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準ガス存在空間が形成された板状の固体電
   解質体と、 該固体電解質体の一つの面上に設けられ、且つ
   被測定ガスに実質的に晒される測定電極と、 該固体電解質体の他の一つの面上に設けられ、
   且つ前記基準ガス存在空間の基準ガスに晒される
   第一の基準電極と、 前記測定電極に対向するように位置して、前記
   固体電解質体中に埋設、配置され、且つ前記第一
   の基準電極に電気的に接続された第二の基準電極
   とを、 含むことを特徴とする電気化学的装置。 ２ 前記測定電極が設けられた面から離れて、前
   記固体電解質体の一方の側にヒーター層を有して
   いる特許請求の範囲第１項記載の電気化学的装
   置。 ３ 前記固体電解質体が互いに重ね合わされた二
   つの層からなり、且つ前記測定電極が、それら二
   つの層のうちの一つの露出面に配置される一方、
   他の一つの層に前記第一及び第二の基準電極が設
   けられている特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の電気化学的装置。 ４ 前記固体電解質体を構成する二つの層のうち
   の一つがスリツトを有する一方、他の一つが前記
   第一の基準電極の設けられた前記他の一つの面を
   有し、且つそれらスリツト及び該他の一つの面
   が、共働して、前記基準ガス存在空間の少なくと
   も一部を規定している特許請求の範囲第３項記載
   の電気化学的装置。 ５ 前記測定電極が一対の電極にて構成される一
   方、前記第二の基準電極が該測定電極の一対の電
   極に対応する一対の電極にて構成されている特許
   請求の範囲第１項乃至第４項の何れかの一つに記
   載の電気化学的装置。 ６ 第一の板状の固体電解質体とこの固体電解質
   体に接して設けられた第一及び第二のポンプ電極
   とを含む電気化学的ポンプセルと、 第二の板状の固体電解質体とこの固体電解質体
   に接して設けられた測定電極及び基準電極とを含
   む電気化学的センサセルと、 該電気化学的ポンプセルと該電気化学的センサ
   セルとを含んで構成される一体の板状の電気化学
   的素子内に形成された、該電気化学的ポンプセル
   の第一のポンプ電極と該電気化学的センサセルの
   測定電極とがそれぞれ実質的に露呈せしめられ
   る、外部の被測定ガス存在空間に連通せしめられ
   且つ被測定ガスが該被測定ガス存在空間から所定
   の拡散抵抗の下に導かれる内部空所と、 該電気化学的素子内に形成され且つ前記内部空
   所に対して該電気化学的素子の板面方向に配列さ
   せられた、前記電気化学的センサセルの基準電極
   が実質的に露呈せしめられる基準ガス存在空間と
   を、 含む電気化学的装置にして、 前記基準電極を第一及び第二の基準電極にて構
   成すると共に、該第一の基準電極を前記基準ガス
   存在空間に直接に露呈せしめる一方、該第二の基
   準電極を前記測定電極に対向するようにして前記
   第二の板状の固体電解質体内に埋設、配置したこ
   とを特徴とする電気化学的装置。 ７ 前記内部空所が、前記第一の板状の固体電解
   質体及び／又は前記第二の板状の固体電解質体の
   板面に平行な方向に拡がる平坦な空所にて構成さ
   れている特許請求の範囲第６項記載の電気化学的
   装置。 ８ 前記内部空所が、前記第一の板状の固体電解
   質体と前記第二の板状の固体電解質体との間に形
   成される特許請求の範囲第６項又は第７項記載の
   電気化学的装置。 ９ 前記第一のポンプ電極と前記測定電極とが、
   前記内部空所に相対向して露呈せしめられている
   特許請求の範囲第６項乃至第８項の何れかの一つ
   に記載の電気化学的装置。 １０ 前記内部空所が、所定の拡散抵抗を与える
   厚みを有する平坦な空所として形成され、該内部
   空所自体が直接に拡散抵抗手段として機能せしめ
   られている特許請求の範囲第６項乃至第９項の何
   れかの一つに記載の電気化学的装置。 １１ 前記内部空所が、所定のガス導入孔を通じ
   て前記被測定ガス存在空間に連通されている特許
   請求の範囲第１０項記載の電気化学的装置。 １２ 前記基準ガス存在空間が、大気に連通せし
   められている特許請求の範囲第６項乃至第１１項
   の何れかの一つに記載の電気化学的装置。 １３ 前記電気化学的素子が、前記電気化学的ポ
   ンプセル又は前記電気化学的センサセルに対して
   一体的に設けられた所定のヒーター層を有し、該
   ヒーター層による加熱によつて、該電気化学的素
   子が所定の温度に加熱せしめられるようにした特
   許請求の範囲第６項乃至第１２項の何れかの一つ
   に記載の電気化学的装置。