JPS6031260B2 - 酸素センサ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として自動車エンジン排ガスの酸素濃度を
測定するために用いられる酸素センサーに関するもので
ある。

この種の酸素センサーは酸素イオン導電性物質からなる
固体電解質容器の内外表面に導電性の内外電極を設け、
該固体電解質容器中に内部標準物質を充填し、その上を
セラミック層を介してガラス層で密封したタイプのもの
が多い。

しかしながら、この種の酸素センサーは自動車に装着さ
れ、走行時には絶えず震動を受けつつ高温の排ガスに曝
されるという非常に苛酷な条件下で使用されるものであ
り、従来の酸素センサーは使用中に次第に密封度が低下
し、固体電解質容器内部が排ガス，水・ホコリ等に曝さ
れて内部標準物質や内部電が変性し、排ガス中の正確な
酸素濃度の検出に支障をきたすことになる。上記密封度
低下の主な原因としては、固体電解質容器と内部電極と
の密接性が悪いことがあげられる。固体電解質容器は、
主としてジルコニア基材とするものであり、内部電極と
して白金系薄膜が該固体電解質容器の内外面に形成され
るが、かかる白金系薄膜はジルコニア基村との密接性が
良好でないため、震動・熱・ホコリ・水分等に酸素セン
サーが曝される時は剥離しやすくなる。特に、密封個所
の内部電極が剥離すれば、セラミック層・ガラス層等と
固体電解質容器との間に隙間ができ、当然密封度は著し
く低下する。本発明の目的は、酸素センサーの密封度を
向上するとともに、長期間高い密封度を維持せしめるこ
とを目的とするものであり、酸素センサーにおいて固体
電解質容器の密封個所の内部電極を白金系薄膜にかえ、
導電ガラス層としたことを骨子とする。

本発明を図に示す一実施例により説明すれば、１は固体
電解質容器であり、主としてジルコニアを基材とするも
ので、望ましくはジルコニアに８〜１０％の酸化イット
リウムを安定剤として添加する。

固体電解質容器１の内外表面には白金または白金と金、
パラジウム、ロジウム、等との合金等の白金系薄膜を設
け、これを内外電極ＩＡ，ＩＢとする。該白金系薄膜は
、化学メッキ・電気メッキ・蒸着等の手段により設けら
れる。固体電解質容器１の密封個所において、内部電極
ＩＡは削除され、導電ガラス層ＩＣを設ける。導電ガラ
ス層ＩＣは、白金または白金と金、パラジウム、ロジウ
ム等との金等の白金系粉末を高融点ガラスに混合したペ
ーストを固体電解質容器１内壁の内部電極ＩＡの削除部
分に塗布し競付けることによって設けられる。高融点ガ
ラスとして用いられるガラスには、シリカ、ソーダ石灰
、ケイ酸、鉛、ホウケィ酸、アルミケイ酸等を成分とす
る一般なものがあり、望ましくは固体電解質容器１と熱
膨張係数を略等しくするものが選択せられる。密封個所
においては、内部電極ＩＡを一たん形成せしめてから削
除する方法にかえ、あらかじめ固体電解質容器１の内壁
の密封個所をマスキングしてから内部電極ＩＡを形成し
ても同様に内部電極ＩＡが密封個所において欠除した固
体電解質容器１が得られることになる。該固体電解質容
器１には、第２図に示すように内部標準物質２として金
属−金属酸化物、例えばＮｉ−Ｎｉ○，Ｃｕ−Ｃｕ○，
Ｃｏ−Ｃｏｏ，Ｆｅ−Ｆｅ○の混合粉末が充填せられる
。内都標準物質２上には、セラミック下部層３Ａを介し
て高融点ガラス層４が萩暦せられる。セラミック層とし
て用いられる材料は、アルミナ質、ジルコン質、チタン
質、等であり、高融点ガラス層４として用いられる材料
は前述した導電ガラス層に用いるものと同様でよい。ま
た、高融点ガラス層４して第３図に示すように前述した
導電ガラスを用いてもよい。また、セラミック下部層３
Ａは高融点ガラス層４と内部標準物質２とが直接接触す
ることを防ぎ、高融点ガラスと内部標準物質との間に反
応が起こり、内部標準物質が変性することを防止すもの
である。高融点ガラス層４の上には、更にセラミック上
部層３８が萩置せられる。

セラミック上部層３Ｂもまたセラミック下部層３Ａと同
質の材料で形成せられる。セラミック上部層３Ｂ表面に
は、望ましくは導電ガラス層ＩＣとの密着性・ヌレ性を
向上せしめるため、同様な導電ガラス層を設けるとよい
。セラミック上部層３Ｂには、高融点ガラス層４を加熱
軟化して酸素センサーを密封する際、第２図に示す矢印
イ方向に押圧力を加ることによって高融点ガラス層４の
団体電解質容器１内壁、セラミック下部層３Ａ，３Ｂ等
とのつきまわり性・密着性をよくするためのものである
が、本発明の目的にとって必須のものではない。なお、
密封度と向上せしめるには、セラミック上部層３Ｂの縦
長よりも大となして密封有効厚を増大せしめることが望
ましい。酸素センサーを密封するには、セラミック上部
層３Ｂを介して高融点ガラス層４を矢印イ方向に押圧し
つつ高融点ガラスの軟化点以上に加熱する。

加熱は、酸素センサー全体を炉に入れて加熱してもよい
が、この方法では酸素センサー全体が加熱されるから、
固体電解質容器１が変形したり亀裂を生じたりする。こ
れを防ぐためには、昇温速度を充分遅くするかまたは二
段加熱を行わねばならず、工程が面倒である。推賞され
る方法としては、トーチによって高融点ガラス部分のみ
を加熱することである。かくして高融点ガラス層４は、
軟化して固体電解質容器１内壁とセラミック上下部層３
Ａ，３Ｂとの間隙に流入し充填する。この際、セラミッ
ク上部層３Ｂを介して高融点ガラス層４を押圧すると、
上記したようにつまわり性がよく、かつセラミック上下
部層３Ａ，３Ｂに高融点ガラス成分が浸透・拡散するこ
とが促進せられ、密着性が向上する。高融点ガラス層４
は、軟化すると同時に導電ガラス層ＩＣもまた軟化し、
従って両者は殆ど一体的に密着する。本発明は上記した
ように内外表面に白金系薄膜からなる内外電極を設けた
固体電解質容器の密封個所において、白金系薄膜にかえ
導電ガラス層を設けたので、固体電解質容器のジルコニ
ア材料と導電ガラス層のビヒクルとしての高融点ガラス
とは極めて接着性がよく、剥離の恐れは殆どない。

更に、導電ガラス層と密封材として用いられる高融点ガ
ラス層とは、混和性を有し殆ど一体的に密着し、更に高
融点ガラス層を挟むセラミック上下部層と導電ガラス層
との密着性もよく、従って酸素センサーの密封度は、長
時間・高度に維持され、固体電解質容器内の内部標準物
質は安定に封じられる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は固体電
解質容器の断面図、第２図は固体電解質容器を密封する
状態の断面図、第３図は他の実施例の断面図である。 図中、１・・・・・・固体電解質容器、ＩＡ・・・・・
・内部電極、ＩＢ・・・・・・外部電極、ＩＣ・・・・
・・導電ガラス層、２……内部標準物質、３Ａ……セラ
ミック下部層、４・・・・・・高融点ガラス層。 才１図 ブ２図 ズ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内外表面に白金系薄膜からなる内外電極を設けた固
   体電解質容器中に内部標準物質を充填し、その上にセラ
   ミツク層を介して高融点ガラス層で密封した構成におい
   て、密封個所の固体電解質容器内部電極を白金系薄膜に
   かえて導電ガラス層としたことを特徴とする酸素センサ
   ー。