JPH0536212Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は限界電流式酸素濃度検出器に関するも
のである。

（従来の技術） 自動車などの内燃機関やボイラーなどに使用す
る酸素濃度検出器の一つとして、限界電流式酸素
濃度検出器が使用されている。この限界電流式酸
素濃度検出器に用いられる酸素濃度検出素子とし
ては、例えば板状ないしは柱状に成形した酸素イ
オン透過性固体電解質の両面に電圧を印加するた
めの電極層（表裏で一対となる）及びリード線を
設け、該電極層の陰極面上に酸素の流入を制限す
るための多孔性無機質コーテイング層を設けたも
のが挙げられる（例えば特開昭57−76450号公
報）。この場合無機質コーテイング層は例えばス
ピネルなどのセラミツクを溶射コーテイングする
ことによつて形成する。

（考案が解決しようとする課題） しかして、最近の省エネルギー化傾向に伴い、
酸素濃度検出素子の加熱温度や排気ガス温度が低
下する傾向にあり、このため酸素濃度検器の低温
域（500〜600℃）における性能向上が重要な問題
となつている。このためには酸素濃度検出素子の
電気抵抗を下げる必要があり、その手段としては
例えば素子の壁厚を薄くすることが考えられるが
耐久性及び強度が問題となる。別の手段として電
極面積を増加させることが考えられるが、従来の
酸素濃度検出素子は出力（限界電流値）が電極面
積に比例するので、抵抗をさげるために電極面積
を大きくすると同時に出力も大きくなつてしま
い、素子の低温活性向上が図れなかつた。このた
め充分な性能を持たせるためには素子を高温
（700℃以上）に保持する必要があり、ヒータの消
費電力や耐久性の点で問題があつた。又、酸素濃
度検出素子の製造の際に個々の素子の出力にある
程度のばらつきが生じるが、素子の出力は素子を
一旦製造した後測定してみなければ判らないの
で、製造と同時に素子の出力を所定の値に調整す
ることは実際上困難である。

本考案は上記従来技術の問題点を解決するため
のものであり、その目的とするところは酸素濃度
検出素子の出力を増加させることなく低温域にお
ける性能を向上させることができ、又、酸素濃度
検出素子の出力を容易に所定の値に調整すること
ができるため品質が向上した酸素濃度検出器を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） すなわち本考案の限界電流式酸素濃度検出器
は、酸素イオン透過性固体電解質の両面に表裏で
一対となる陽電極及び陰電極を形成し、該陰電極
上にガス拡散律速層を形成し、該ガス拡散律速層
上に更に該ガス拡散律速層の一部が露出するよう
に露出部分を設けてガス不透過層を形成せしめて
なる酸素濃度検出素子を備えた限界電流式酸素濃
度検出器において、 前記露出部分が、一つの拡散孔又は拡散溝と、
順次塞ぐことによつて前記酸素濃度検出素子の出
力を段階的に調節し得る複数の出力調整孔とから
なることを特徴とする。

ガス不透過層は例えばアルミナ、シリカ等のセ
ラミツクで排気ガス中の酸素や一酸化炭素等のガ
スを透過させない緻密な構造を有し一部に孔を設
けた円板状、円筒状等の所定形状の成形体を作つ
ておき、ガス拡散律速層に覆いかぶせてもよい
し、又はセラミツク、ガラス等のペーストをガス
拡散律速層上に塗布し、乾燥後焼成して形成して
もよい。又は粒径や材質を最適に選択したセラミ
ツク等を用いて溶射コーテイングにより形成して
もよい。ペーストを使用したり、溶射コーテイン
グによりガス不透過層を形成する場合にはガス拡
散律速層の露出部分を形成するため、適当な材料
を用いて予めガス拡散律速層を覆つておくように
するとよい。

拡散孔又は拡散溝は、適する大きさ及び形状の
ものを一つ、ガス拡散律速層上の適切な位置に設
ける。ガス拡散律速層の露出比率は酸素濃度検出
器の所望の出力特性が得られるように設定する。

又出力調整孔も、適する大きさ及び形状のもの
を複数（２個以上の適切な数）、拡散孔又は拡散
溝に対して所定の位置に配置する。出力調整孔の
数は、その半分の数を塞いだ場合に適切な素子出
力が得られるように選択すると実用上都合が良
い。出力調整孔は、製造した素子の出力を確認し
た後、素子の出力が所望の出力となるようにセラ
ミツクペーストやガラスペーストを用いて塞ぐ。

（作用） 拡散孔又は拡散溝によつて、酸素濃度検出素子
の出力を増加させることなく低温域における酸素
濃度検出器の性能を向上させることができ、又、
出力調整孔によつて、酸素濃度検出素子の出力を
容易に所定の値に調整することができる。

（実施例） 以下の実施例において図面に基づいて本考案を
更に詳細に説明する。

第１図は本考案の限界電流式酸素濃度検出器の
検出素子の一例（円板状素子）の部分構造を示
す。ジルコニア、イツトリア等の酸素イオン透過
性固体電解質１の両面に白金電極を用いて陰電極
２及び陽電極３を形成し、陰電極２上にセラミツ
クの溶射コーテイングを行つてガス拡散律速層４
を設け、更にその上の中央部に１箇所及びその周
囲に４箇所、所定の大きさ及び形状の紙などの可
燃物を貼付し、残りの部分にセラミツクペースト
を塗布して乾燥した後焼成してガス不透過層５を
形成した。これにより、中央部には下層のガス拡
散律速層４が露出した拡散孔６が形成された。ま
た、拡散孔６の周囲には下層のガス拡散律速層４
が露出した出力調整孔７が形成された。なお、ガ
ス拡散律速層４としては所望の細孔径及び厚さを
有するセラミツクフイルタを用いてもよい。

第２図は第１図の検出素子の破断斜視図であ
り、素子の半分側を表わす。又、第３図は第１図
の検出素子の平面図を表わす。

検出素子の出力を測定しながらセラミツクペー
スト又はガラスペーストにより出力調整孔７を塞
ぐことにより、個々の製品の出力のばらつきを少
なくすることができる。

第４図は一端が閉じた円筒状の酸素イオン透過
性固体電解質１′を用いて製造した検出素子の一
例である。本例ではガス不透過層５の一部に円周
方向に沿つて拡散溝８を設けた。又、４個の出力
調整孔７を拡散溝８の図中上側に円周方向に沿つ
て設けた。

第５図は上記において製造した酸素濃度検出素
子（円板状素子）を取り付けた本考案の限界電流
式酸素濃度検出器の一実施例である。図中、９は
素子、１０，１０′はリード線、１１は発熱体、
１２はアルミナ絶縁体、１３は溶接部、１４は通
気孔、１５は保護カバー、１６は導線、１７はコ
ネクター、１８はフランジ、１９は取付け孔、２
０は防水チユーブ、２１，２２はブツシユ、２３
は絶縁用ラバーチユーブを示す。

＜性能比較試験＞ 第６図に従来の限界電流式酸素濃度検出器の印
加電圧と出力電流との関係を示す。従来の限界電
流式酸素濃度検出器においては検出素子の温度が
低いときは素子の抵抗が大きくＶ−Ｉ特性曲線の
直線部分の傾きが小さくなるため素子の印加電圧
を一定値ａに固定した場合には図中の各酸素濃度
における平坦部との交点で表わされる限界電流
（出力）と酸素濃度との関係は第７図における破
線で示すように直線的ではなくなる。この場合、
電極面積を増加させて抵抗を下げても第８図に示
すように各酸素濃度における出力も増加するため
直線性を有する測定範囲は変わらない。しかし、
本考案の限界電流式酸素濃度検出器においてはガ
ス拡散律速層の上にその一部が露出するようにガ
ス不透過層を形成することにより出力を増加させ
ることなく電極面積を増加させて素子の抵抗を減
少させたので第９図に示すように一定の印加電圧
ａにおいて限界電流を測定しうる酸素濃度範囲が
増加し、第７図の実線で示すように従来よりもよ
り広範囲な酸素濃度範囲で正確な測定が可能とな
つた。

（考案の効果） 上述のように本考案の限界電流式酸素濃度検出
器は、ガス拡散律速層上に更に該ガス拡散律速層
の一部が露出するように露出部分を設けてガス不
透過層を形成せしめ、且つ前記露出部分が、一つ
の拡散孔又は拡散溝と、順次塞ぐことによつて前
記酸素濃度検出素子の出力を段階的に調節し得る
複数の出力調整孔とからなるものであるため、素
子の出力を増加させることなく電極面積を増加さ
せることにより電気抵抗値を減少させることがで
き、600℃程度の従来よりも低い温度領域におけ
る性能が向上し、従来よりも更に広範囲にわたつ
て酸素濃度を正確に測定することができるため検
出器の信頼性が向上するとともに自動車などの車
両やボイラーなどの運転変動に対してより正確に
対処することが可能となつた。

又、本考案の限界電流式酸素濃度検出器は従来
の限界電流式酸素濃度検出器に比べて低い温度領
域における性能が向上しているため、検出器の作
動温度をより低温側に設定することができ、素子
を加熱するためのヒータの消費電力を少なくする
ことができるとともにヒータや素子の熱劣化がほ
とんどなくなつたため検出器の寿命が長くなつ
た。

更に、ガス不透過層に設けるガス拡散孔又はガ
ス拡散溝の近傍、例えばその周辺に複数の出力調
整孔を設けることができるため、個々の酸素濃度
検出器の出力が所望の値と異なる場合においても
出力調整孔を順次塞ぐことにより簡便迅速に出力
の微調整（段階的調整）が可能であり、個々の酸
素濃度検出器の性能のばらつきを少なくし、常に
一定品質の酸素濃度検出器を製造することができ
るため品質管理の面でも大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は円板状の固体電解質を用いて製造した
検出素子の一例の部分断面図、第２図は第１図の
検出素子の半分側を表わす破断斜視図、第３図は
第１図の検出素子の平面図、第４図は一端が閉じ
た円筒状の固体電解質を用いて製造した検出素子
の一例の斜視図、第５図は本考案の限界電流式酸
素濃度検出器の一実施例の断面図、第６図は従来
の限界電流式酸素濃度検出器の印加電圧と出力電
流との関係を示す図、第７図は本考案及び従来の
限界電流式酸素濃度検出器の低温における酸素濃
度と限界電流（出力）の関係を示す図、第８図は
従来の限界電流式酸素濃度検出器の第６図におけ
る場合よりも更に電極面積を大きくした場合にお
ける印加電圧と出力電流との関係を示す図、第９
図は本考案の限界電流式酸素濃度検出器の印加電
圧と出力電流との関係を示す図である。 図中、１，１′……酸素イオン透過性固体電解
質、２……陰電極、３……陽電極、４……ガス拡
散律速層、５……ガス不透過層、６……拡散孔、
７……出力調整孔、８……拡散溝、９……素子、
１０，１０′……リード線、１１……発熱体、１
２……アルミナ絶縁体、１３……溶接部、１４…
…通気孔、１５……保護カバー、１６……導線、
１７……コネクター、１８……フランジ、１９…
…取付け孔、２０……防水チユーブ、２１，２２
……ブツシユ、２３……絶縁用ラバーチユーブ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 酸素イオン透過性固体電解質の両面に表裏で一
   対となる陽電極及び陰電極を形成し、該陰電極上
   にガス拡散律速層を形成し、該ガス拡散律速層上
   に更に該ガス拡散律速層の一部が露出するように
   露出部分を設けてガス不透過層を形成せしめてな
   る酸素濃度検出素子を備えた限界電流式酸素濃度
   検出器において、 前記露出部分が、一つの拡散孔又は拡散溝と、
   順次塞ぐことによつて前記酸素濃度検出素子の出
   力を段階的に調節し得る複数の出力調整孔とから
   なることを特徴とする限界電流式酸素濃度検出
   器。