JPH04198749A - 酸素センサ - 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
素センサに関する。

〔従来の技術〕

酸素センサは、センサエレメントの保護のため、通常パ
ッケージ型に構成されている。

而して、第４図に示すように、センサエレメント１は、
両面に電極２（例えば、白金電極）を形成したイオン伝
導性固体電解質のペレット３（例えば、安定化ジルコニ
アよりなる）に、ガス拡散孔４を中央に有すると共に加
熱用ヒータ５を上面に形成したキャップ６がガス反応室
７を介在して封止材８（例えば、ガラス）により封着さ
れている。

このセンサエレメント１は、画電極２間及び加熱用ヒー
タ５に電圧を印加することにより、所定の温度下のペレ
ット３の酸素ポンピング作用によって酸素イオンをキャ
リアとする電流が電極２間に流れ、ガス拡散孔４を通っ
てガス反応室７に入った酸素分子がペレット３を介して
排出される（矢印は酸素分子の移送方向を示す）。

このとき、電圧の成る領域で現われる電流のフラット域
、即ち限界電流値と酸素濃度が一対一の関係にあること
から、電極２及び加熱用ヒータ５にリード線（例えば、
白金よりなる）９を通して一定電圧を印加し、そのとき
のペレッ［・３の温度と限界電流値から酸素濃度を測定
するものである。

上記のような機能をもつセンサエレメントてあることか
ら、パッケージにはガス交換の機能が必要であり、従来
第５図、第６図に示す構成のものが使用されている。

第５図は金属ステム１０と金属メツシュカバー１１とか
らなるもので、金属ステムｌＯにはり−ドピン１２をハ
ーメチックしたガラス１３が充填され、リードピン１２
に前記センサエレメント１が支持されている。

そして、金属ステム１０と金属メツシュカバー１１との
接合部は機械的なカシメ１４によって封−止固着されて
いる。

第６図はリードピン１２をハーメチックしたガラスステ
ム１５ａと焼結多孔性カバー１６（例えば、アルミナ等
）とからなるもので、ガラスステム１５ａと焼結多孔性
カバー１６との接合部は低融点のガラス１７によって封
止固着されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の金属ステム１０と金属メツシュカバー１１とを機
械的なカシメによって封止固着するものにあっては、メ
ツシュ加工とカシメ加工の各作業を要し、製作工程が多
くコスト高を招来するという問題があった。また、カバ
ーをセラミック製とし、このカバーを金属ステムにねじ
込み等で機械的に封止固着するものにあっては、加工工
程による残留歪みの影響を回避できない問題があった。

さらに、第６図に示す酸素センサにあっては、生産性（
歩留り）を向上させる面でガラスの接合が好ましい方策
であるが、焼結多孔性カバー１６にガラスを塗工し、グ
レージング（焼成）する場合、ガラスペーストに含まれ
る有機バインダー（炭化水素等）がセンサエレメント１
の白金線、白金電極に吸着され、この吸着された有機バ
インダー中のカーボンか白金と反応して白金カーボンを
生成すると考えられる。その結果、炭化水素が白金と反
応して白金自体を脆化させてしまうという問題があった
。

特に、サーマルショックテストを繰り返し行う場合には
、白金表面の脆化が著しく、センサエレメント１のリー
ド線９を破断してしまうことかある。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的
は、センサエレメントで用いている白金材料を脆化させ
ることなく、製作も容易で安価にして、信頼性のある酸
素センサを提供することにある。

〔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、構成材料として
少なくとも一部に白金を用いたセンサエレメントを支持
する支持部材とカバーとの接合部を、グレージングした
無機系接合剤により封止固着したことにある。

〔作用〕

上記の構成を有する本発明においては、無機系接合剤を
塗工した後、グレージング（前焼成）して有機バインダ
ーを除去し、次いて支持部材とカバーを接合するように
したので、センサエレメントの白金材料を脆化させるこ
とがなくなる。

〔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と共に、セ
ンサエレメント１の内部構造は第４図と同一であるので
その説明を省略する。

第１図は第１実施例を示すもので、リードピン１２をハ
ーメチックした支持部材としてのセラミックステム１５
とセラミック製のカバー２０との接合部２１を、グレー
ジング（前焼成）したガラスによって封止固着したもの
である。

第１図のカバー２０はセラミックステム１５に第２図に
示すように封止固着される。即ち、第２図（Ａ）におい
てカバー２０の開口端に融点４゜０℃のガラスペースト
１８を塗工した後、約４２０℃、１０分間グレージング
を行って上記ガラスペースト１８に含まれる有機バイン
ダー（ウレタン、アクリルベース、エポキシ樹脂等の有
機系物質）を分解除去する（同図（Ａ）に示す）。次い
で、同図（Ｃ）に示すように、カバー２０をセラミック
ステム１５の上面に載置して約４２０”Ｃ１１０分間の
条件にて再度グレージングして接合部２１を形成し、接
合を完了した（第１図に示す）。

このように本実施例では、ガラスペースト１８に含まれ
る有機バインダーをグレージング（前焼成）により除去
した後に、セラミックステム１５にカバー２０を封止固
着したので、有機バインダーがセンサエレメント１の白
金からなる電極２やリード線９に吸着、反応されること
がなく、これらを脆化させることがなくなる。

この第１図に示す酸素センサを約１．５Ｗにて作動させ
、０Ｎ（５分）、０ＦＦ（２分）を１サイクルとして　
１００００サイクル時行ってもリード線９は破断するこ
となく、センサの特性が安定していた。

他方、第６図に示す酸素センサにあっては、４０００サ
イクル時にてリード線９の５０％が破断していた。

第３図は第２実施例を示すもので、前記第１実施例と同
一の部分には同一の符号を付して説明する。本実施例で
はセラミックステム１５に凹溝２２を形成し、この凹溝
２２に同図（Ａ）に示すようにガラスペースト１８を塗
工した後に、グレージングを行って有機バインダーを除
去しく同図（Ｂ）に示す）、次いてリードピン１２にリ
ード線９を介してセンサエレメント１を固定した後、カ
バー２０をセラミックステム１５の凹溝２２に嵌着し、
再度グレージングして接合部２１を形成し、接合を完了
した（同図（Ｃ）に示す）。

このように本実施例によれば、セラミックステム１５に
凹溝２２を形成したので、ガラスペースト１８を塗工す
る場合、凹溝２２に沿って行えばよく、塗工作業か正確
且つ簡略化される。加えて、カバー２０をセラミックス
テム１５に嵌着する際に、セラミックステム１５に対す
るカバー２０の位置決めか容易になる。その他の構成及
び作用は前記第１実施例と同一であるのでその説明を省
略する。

尚、上記各実施例では無機系接合剤としてガラスペース
トを用いたが、本発明はこれに限定することなく、ガラ
ス以外にセラミック系のものでもよく、またペースト状
の他、パウダー状、液状等であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上の構成及び作用を有するので、次の効果を
奏する。

（ａ）　　支持部材とカバーとの接合部を、グレージン
グした無機系接合剤により封止溶融固着するので、封止
固着する以前に有機バインダーが予め除去されることと
なり、有機バインダー中のハイドロカーボンが白金と吸
着、反応することもなく、センサエレメントで用いてい
る白金材料の脆化を防止することができる。その結果、
安定で信頼性の高い酸素センサを提供することができる
。

（ｂ）　　支持部材とカバーとを機械的なカシメによっ
て封止固着することがないので、製作も容易で量産化が
更に容易となり、安価に酸素センサを提供できる。

（ｃ）　　カバーを支持部材にねじ込み等で機械的に封
止固着することもないので、加工工程による残留歪みの
影響が回避でき、その結果、センサの破損が抑えられ、
製品の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る酸素センサの第１実施例を示す縦
断面図、 第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第１図の酸素センサの
加工工程を示す縦断面図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明に係る酸素セン
サの第２実施例における加工工程を示す縦断面図、 第４図はセンサエレメントの縦断面図、第５図は従来例
の酸素センサを示す縦断面図、第６図は他の従来例の酸
素センサを示す縦断面図である。 １・・・センサエレメント、９・・・リード線、１２・
・・リードピン、 １５・・セラミックステム（支持部材）、１８・・・ガ
ラスペースト（無機系接合剤）、２０・・・カバー、２
１・・接合部。 出願人代理人　　藤　　本　　博　　光第１図 （Ａ）（Ｂ） （Ｃ） （Ａ）（Ｂ） （Ｃ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 構成材料として少なくとも一部に白金を用いたセンサエ
   レメントを支持する支持部材とカバーとの接合部を、グ
   レージングした無機系接合剤により封止固着したことを
   特徴とする酸素センサ。