JPH08193974A - 酸素濃度検出素子 - Google Patents
酸素濃度検出素子Info
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- JPH08193974A JPH08193974A JP7026069A JP2606995A JPH08193974A JP H08193974 A JPH08193974 A JP H08193974A JP 7026069 A JP7026069 A JP 7026069A JP 2606995 A JP2606995 A JP 2606995A JP H08193974 A JPH08193974 A JP H08193974A
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 拡散抵抗部の拡散抵抗を調整することができ
ると共に，該拡散抵抗部の外側に形成されるトラップ層
の脱落を回避することができる酸素濃度検出素子を提供
すること。 【構成】 固体電解質１０と該固体電解質１０に設けた
基準電極１６及び被測定ガス側電極１３を備え，かつ上
記被測定ガス側電極１３の外側に被測定ガスの通過に対
して拡散抵抗を付与する拡散抵抗部１４を有する。上記
拡散抵抗部１４には少なくとも上記被測定ガス側電極の
部位に対応する位置に凹部１１を設け，該凹部１１には
被測定ガス中の被毒物を除去するための通気性トラップ
層１２を設ける。
ると共に，該拡散抵抗部の外側に形成されるトラップ層
の脱落を回避することができる酸素濃度検出素子を提供
すること。 【構成】 固体電解質１０と該固体電解質１０に設けた
基準電極１６及び被測定ガス側電極１３を備え，かつ上
記被測定ガス側電極１３の外側に被測定ガスの通過に対
して拡散抵抗を付与する拡散抵抗部１４を有する。上記
拡散抵抗部１４には少なくとも上記被測定ガス側電極の
部位に対応する位置に凹部１１を設け，該凹部１１には
被測定ガス中の被毒物を除去するための通気性トラップ
層１２を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，自動車エンジンの空燃
比制御等に使用される限界電流式酸素濃度検出器に関す
る。
比制御等に使用される限界電流式酸素濃度検出器に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来，限界電流式酸素濃度検出器として
は，特開昭６０−１５５５２号公報に記載されたものが
ある。これは，固体電解質の被測定ガス側電極の外側に
拡散抵抗部を形成し，該拡散抵抗部の拡散抵抗を調整す
るために該拡散抵抗部を切り落として該拡散抵抗部の厚
みを抑制するものである。一方，上記公報には開示され
ていないが，上記拡散抵抗部の外側に，被測定ガス中の
被毒物を除去するための通気性のトラップ層を形成する
必要がある。
は，特開昭６０−１５５５２号公報に記載されたものが
ある。これは，固体電解質の被測定ガス側電極の外側に
拡散抵抗部を形成し，該拡散抵抗部の拡散抵抗を調整す
るために該拡散抵抗部を切り落として該拡散抵抗部の厚
みを抑制するものである。一方，上記公報には開示され
ていないが，上記拡散抵抗部の外側に，被測定ガス中の
被毒物を除去するための通気性のトラップ層を形成する
必要がある。
【０００３】
【解決しようとする課題】しかし，上記拡散抵抗部の表
面は，上記の如く切り落としであるために平坦であり，
拡散抵抗部の外側に上記トラップ層を形成しても該トラ
ップ層と拡散抵抗部との接合性が悪く，従って劣悪な条
件下では該トラップ層が拡散抵抗部から剥がれて脱落す
る可能性がある。
面は，上記の如く切り落としであるために平坦であり，
拡散抵抗部の外側に上記トラップ層を形成しても該トラ
ップ層と拡散抵抗部との接合性が悪く，従って劣悪な条
件下では該トラップ層が拡散抵抗部から剥がれて脱落す
る可能性がある。
【０００４】本発明は，上記の点に鑑みて案出されたも
のであって，拡散抵抗部の拡散抵抗を調整することがで
きるとともに，且つ該拡散抵抗部の外側に形成されるト
ラップ層の脱落を回避することができる酸素濃度検出素
子を提供しようとするものである。
のであって，拡散抵抗部の拡散抵抗を調整することがで
きるとともに，且つ該拡散抵抗部の外側に形成されるト
ラップ層の脱落を回避することができる酸素濃度検出素
子を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】本発明は，固体電解質と該固体電解
質に設けた基準電極及び被測定ガス側電極とを備え，か
つ上記被測定ガス側電極の外側には，被測定ガスの通過
に対して拡散抵抗を付与する拡散抵抗部を有する限界電
流式酸素濃度検出素子において，上記拡散抵抗部には少
なくとも上記被測定ガス側電極の部位に対応する位置に
凹部を設け，該凹部には被測定ガス中の被毒物を除去す
るための通気性トラップ層を設けてなることを特徴とす
る酸素濃度検出素子にある。
質に設けた基準電極及び被測定ガス側電極とを備え，か
つ上記被測定ガス側電極の外側には，被測定ガスの通過
に対して拡散抵抗を付与する拡散抵抗部を有する限界電
流式酸素濃度検出素子において，上記拡散抵抗部には少
なくとも上記被測定ガス側電極の部位に対応する位置に
凹部を設け，該凹部には被測定ガス中の被毒物を除去す
るための通気性トラップ層を設けてなることを特徴とす
る酸素濃度検出素子にある。
【０００６】次に，上記凹部は，内方に向かって拡開す
る傾斜壁面を有することが好ましい。これにより，トラ
ップ層と凹部との接触面の面積が増大し，また上記凹部
におけるくさび効果により，トラップ層と凹部との結合
が強固となる。よって，トラップ層の剥離，脱落等をよ
り防止することができる。
る傾斜壁面を有することが好ましい。これにより，トラ
ップ層と凹部との接触面の面積が増大し，また上記凹部
におけるくさび効果により，トラップ層と凹部との結合
が強固となる。よって，トラップ層の剥離，脱落等をよ
り防止することができる。
【０００７】次に，上記トラップ層は上記凹部及び凹部
以外の拡散抵抗部の表面にも設けても構わない。これに
より，凹部のみにトラップ層を形成する場合に比べ，よ
りトラップ層の厚みを厚く形成出来，トラップ機能のア
ップがはかられるという効果を得る。
以外の拡散抵抗部の表面にも設けても構わない。これに
より，凹部のみにトラップ層を形成する場合に比べ，よ
りトラップ層の厚みを厚く形成出来，トラップ機能のア
ップがはかられるという効果を得る。
【０００８】上記トラップ層は複数層形成されているこ
とが好ましい。この場合には，より厚いトラップ層を容
易に形成することができる。また，上記複数のトラップ
層はそれぞれ気孔率が同一であっても，異なってもよ
い。気孔率が異なる場合には，最も外層となるトラップ
層の気孔率を一番大きく，最も内層となるところを小さ
くすることが好ましい。これにより，トラップ層が目詰
まりすることなく，より効率良く被毒物をトラップする
事ができる。
とが好ましい。この場合には，より厚いトラップ層を容
易に形成することができる。また，上記複数のトラップ
層はそれぞれ気孔率が同一であっても，異なってもよ
い。気孔率が異なる場合には，最も外層となるトラップ
層の気孔率を一番大きく，最も内層となるところを小さ
くすることが好ましい。これにより，トラップ層が目詰
まりすることなく，より効率良く被毒物をトラップする
事ができる。
【０００９】なお，上記拡散抵抗部は，例えばＡｌ2 Ｏ
3 ，ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミックよりなる多孔質
層である。又は，上記拡散抵抗部は，直径０．１〜０．
３ｍｍ程度の細孔とすることもある（後述の図１０，図
１３参照）。
3 ，ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミックよりなる多孔質
層である。又は，上記拡散抵抗部は，直径０．１〜０．
３ｍｍ程度の細孔とすることもある（後述の図１０，図
１３参照）。
【００１０】なお，固体電解質が平板状の場合は，その
同一平面部に距離を隔てて基準電極及び被測定ガス側電
極を設け，該基準電極の表面上を樋状の基準ガス導入ダ
クトにて覆い，これにより被測定ガスから基準電極を隔
離するようにしてもよい。
同一平面部に距離を隔てて基準電極及び被測定ガス側電
極を設け，該基準電極の表面上を樋状の基準ガス導入ダ
クトにて覆い，これにより被測定ガスから基準電極を隔
離するようにしてもよい。
【００１１】また，上記酸素濃度検出素子の製造方法と
しては，例えば次のものがある。固体電解質と該固体電
解質の一方側に設けた基準電極と固体電解質の他方側に
設けた被測定ガス側電極とよりなり，かつ上記被測定ガ
ス側電極の外側に設けた拡散抵抗部を有する限界電流式
酸素濃度検出素子を製造するに当たり，上記拡散抵抗部
の表面に，切削加工等により適当な深さまで凹部を設
け，次いで該凹部に被測定ガス中の被毒物を除去するた
めのトラップ層を設ける方法がある。
しては，例えば次のものがある。固体電解質と該固体電
解質の一方側に設けた基準電極と固体電解質の他方側に
設けた被測定ガス側電極とよりなり，かつ上記被測定ガ
ス側電極の外側に設けた拡散抵抗部を有する限界電流式
酸素濃度検出素子を製造するに当たり，上記拡散抵抗部
の表面に，切削加工等により適当な深さまで凹部を設
け，次いで該凹部に被測定ガス中の被毒物を除去するた
めのトラップ層を設ける方法がある。
【００１２】上記凹部を切削加工するに当たり，凹部の
切削深さ（ΔＬ）は，後述の図２に示すごとく，予め，
元の拡散抵抗部の厚さ（Ｌ0 ）を測定し，必要とされる
拡散抵抗部の厚み（Ｌ1 ）を上記厚み（Ｌ0 ）より減ず
ることにより決定する。
切削深さ（ΔＬ）は，後述の図２に示すごとく，予め，
元の拡散抵抗部の厚さ（Ｌ0 ）を測定し，必要とされる
拡散抵抗部の厚み（Ｌ1 ）を上記厚み（Ｌ0 ）より減ず
ることにより決定する。
【００１３】また，他の方法としては，元の拡散抵抗部
の厚さ（Ｌ0 ）と，酸素濃度検出素子における限界電流
（Ｉ0 ）を測定し，目標とする限界電流（Ｉ1 ）と合わ
せて，以下の計算式により決定する。 ΔＬ＝Ｌ0 −Ｌ1 ＝Ｌ0 ｛１−（Ｌ1 ／Ｌ0 ）｝ ＝Ｌ0 ｛１−（Ｉ1 ／Ｉ0 ）｝ 上記製造方法によれば，前述した優れた酸素濃度検出素
子を得ることができる。
の厚さ（Ｌ0 ）と，酸素濃度検出素子における限界電流
（Ｉ0 ）を測定し，目標とする限界電流（Ｉ1 ）と合わ
せて，以下の計算式により決定する。 ΔＬ＝Ｌ0 −Ｌ1 ＝Ｌ0 ｛１−（Ｌ1 ／Ｌ0 ）｝ ＝Ｌ0 ｛１−（Ｉ1 ／Ｉ0 ）｝ 上記製造方法によれば，前述した優れた酸素濃度検出素
子を得ることができる。
【００１４】
【作用及び効果】本発明の酸素濃度検出素子において
は，拡散抵抗部に凹部を設けてなり，上記凹部に通気性
トラップ層を設けてある。このため，凹部における側壁
がトラップ層との接触面となり，両者の接触面の面積が
凹部のないものに比べ増えるため，トラップ層の剥離，
脱落をより効果的に防止することができる。このため，
トラップ層を厚くする事も容易である。
は，拡散抵抗部に凹部を設けてなり，上記凹部に通気性
トラップ層を設けてある。このため，凹部における側壁
がトラップ層との接触面となり，両者の接触面の面積が
凹部のないものに比べ増えるため，トラップ層の剥離，
脱落をより効果的に防止することができる。このため，
トラップ層を厚くする事も容易である。
【００１５】また，上記凹部の深さ等を適宜選択するこ
とにより，拡散抵抗部の拡散抵抗を容易に調整すること
ができる。
とにより，拡散抵抗部の拡散抵抗を容易に調整すること
ができる。
【００１６】上記のごとく，本発明によれば，拡散抵抗
部の拡散抵抗を調整することができると共に，該拡散抵
抗部の外側に形成されるトラップ層の脱落を回避するこ
とができる酸素濃度検出素子を提供することができる。
部の拡散抵抗を調整することができると共に，該拡散抵
抗部の外側に形成されるトラップ層の脱落を回避するこ
とができる酸素濃度検出素子を提供することができる。
【００１７】
実施例１ 本発明の実施例にかかる自動車排気ガス用酸素濃度検出
器における酸素濃度検出素子１につき，図１，図２を用
いて説明する。図１に示すごとく，本例の酸素濃度検出
素子１は，固体電解質１０と該固体電解質１０の内側面
１０６に設けた基準電極１６と固体電解質１０の外側面
１０３に設けた被測定ガス側電極１３とよりなり，かつ
上記被測定ガス側電極１３の外側には被測定ガスが通過
可能で，かつそのガスの拡散に対し所定の抵抗，即ち，
拡散抵抗を有する拡散抵抗部１４が形成してある。
器における酸素濃度検出素子１につき，図１，図２を用
いて説明する。図１に示すごとく，本例の酸素濃度検出
素子１は，固体電解質１０と該固体電解質１０の内側面
１０６に設けた基準電極１６と固体電解質１０の外側面
１０３に設けた被測定ガス側電極１３とよりなり，かつ
上記被測定ガス側電極１３の外側には被測定ガスが通過
可能で，かつそのガスの拡散に対し所定の抵抗，即ち，
拡散抵抗を有する拡散抵抗部１４が形成してある。
【００１８】上記拡散抵抗部１４には，少なくとも上記
被測定ガス側電極１３に対面する位置に凹部１１を設
け，該凹部１１には被測定ガス中の被毒物を除去するた
めの通気性トラップ層１２を設ける。上記トラップ層１
２と凹部１１との接触面は，凹部１１の底部１１２と側
壁１１１とがある。なお，上記拡散抵抗部１４は被測定
ガスを被測定ガス側電極１３に導くために多孔質層より
なる。又，トラップ層１２は拡散抵抗部１４に比べて通
気性が高くなるよう設定してある。
被測定ガス側電極１３に対面する位置に凹部１１を設
け，該凹部１１には被測定ガス中の被毒物を除去するた
めの通気性トラップ層１２を設ける。上記トラップ層１
２と凹部１１との接触面は，凹部１１の底部１１２と側
壁１１１とがある。なお，上記拡散抵抗部１４は被測定
ガスを被測定ガス側電極１３に導くために多孔質層より
なる。又，トラップ層１２は拡散抵抗部１４に比べて通
気性が高くなるよう設定してある。
【００１９】上記固体電解質１０は一端が開口し，他端
が閉塞した形状，例えばコップ型であり，その内部に基
準ガス室１６０（大気室）を有している。そして，上記
固体電解質１０の下端部側の一部の外周囲全体を取り巻
く帯状部１０９以外の外側面１０３は，電気絶縁層１５
により覆われている。そして，上記帯状部１０９と電気
絶縁層１５とを共に被覆するように白金膜が設けてあ
り，帯状部１０９に設けた白金膜が被測定ガス側電極１
３となる。なお，白金膜の他の部分（帯状部１０９を除
く部分）は外部と導通をとるためのリード部１３９であ
る。上記凹部１１は上記被測定ガス側電極１３と対面す
るよう設けてある。
が閉塞した形状，例えばコップ型であり，その内部に基
準ガス室１６０（大気室）を有している。そして，上記
固体電解質１０の下端部側の一部の外周囲全体を取り巻
く帯状部１０９以外の外側面１０３は，電気絶縁層１５
により覆われている。そして，上記帯状部１０９と電気
絶縁層１５とを共に被覆するように白金膜が設けてあ
り，帯状部１０９に設けた白金膜が被測定ガス側電極１
３となる。なお，白金膜の他の部分（帯状部１０９を除
く部分）は外部と導通をとるためのリード部１３９であ
る。上記凹部１１は上記被測定ガス側電極１３と対面す
るよう設けてある。
【００２０】また，上記酸素濃度検出素子１の製造に当
たっては，まず，ＺｒＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 等を含有する原料
粉末を成形，次いで焼成し，固体電解質１０を得る。次
に，上記固体電解質１０において帯状部１０９を除いた
外側面１０３にプラズマ溶射等により電気絶縁層１５を
設ける。次に，化学メッキにより，上記固体電解質１０
の内側面１０６，絶縁層１５の表面，帯状部１０９に白
金膜を設ける。なお，内側面１０６に設けた白金膜は基
準電極１６，帯状部１０９に設けた白金膜は被測定ガス
側電極１３，電気絶縁層１５に設けた白金膜はリード部
１３９となる。
たっては，まず，ＺｒＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 等を含有する原料
粉末を成形，次いで焼成し，固体電解質１０を得る。次
に，上記固体電解質１０において帯状部１０９を除いた
外側面１０３にプラズマ溶射等により電気絶縁層１５を
設ける。次に，化学メッキにより，上記固体電解質１０
の内側面１０６，絶縁層１５の表面，帯状部１０９に白
金膜を設ける。なお，内側面１０６に設けた白金膜は基
準電極１６，帯状部１０９に設けた白金膜は被測定ガス
側電極１３，電気絶縁層１５に設けた白金膜はリード部
１３９となる。
【００２１】次に，上記被測定ガス側電極１３，リード
部１３９の表面にＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 をプラズマ溶射す
ることにより拡散抵抗部１４を設ける。次に，上記拡散
抵抗部１４の表面を，旋盤などの工作機械により切削加
工し，環状の凹部１１を設ける。
部１３９の表面にＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 をプラズマ溶射す
ることにより拡散抵抗部１４を設ける。次に，上記拡散
抵抗部１４の表面を，旋盤などの工作機械により切削加
工し，環状の凹部１１を設ける。
【００２２】図２に示すごとく，上記凹部１１を切削加
工するに当たっては，凹部１１の深さは，予め，もとの
拡散抵抗部の厚さ（Ｌ0 ）を測定し，必要とされる拡散
抵抗部１４の厚み（Ｌ1 ）を上記厚み（Ｌ0 ）より減ず
ることにより決定する。最後に，上記凹部１１に，α−
アルミナ，ムライト，γ−アルミナ，ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ
3 スピネル等の熱に安定なセラミック粒子をディッピン
グ法やはけ塗り等によりトラップ層１２を設け，上記酸
素濃度検出素子１を得る。
工するに当たっては，凹部１１の深さは，予め，もとの
拡散抵抗部の厚さ（Ｌ0 ）を測定し，必要とされる拡散
抵抗部１４の厚み（Ｌ1 ）を上記厚み（Ｌ0 ）より減ず
ることにより決定する。最後に，上記凹部１１に，α−
アルミナ，ムライト，γ−アルミナ，ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ
3 スピネル等の熱に安定なセラミック粒子をディッピン
グ法やはけ塗り等によりトラップ層１２を設け，上記酸
素濃度検出素子１を得る。
【００２３】次に，本例における作用効果につき説明す
る。本例の酸素濃度検出素子１においては，拡散抵抗部
１４に凹部１１を設けてなり，上記凹部１１にトラップ
層１２を設けてある。このため，本例の酸素濃度検出素
子１は設計の自由度に優れている。つまり，凹部１１を
被測定ガス側電極１３と対面する位置に設ける事によ
り，トラップ層１２を最も必要とする部分に限定して設
ける事ができる。よって，上記トラップ層１２の材料の
使用量を最小量とすることができる。
る。本例の酸素濃度検出素子１においては，拡散抵抗部
１４に凹部１１を設けてなり，上記凹部１１にトラップ
層１２を設けてある。このため，本例の酸素濃度検出素
子１は設計の自由度に優れている。つまり，凹部１１を
被測定ガス側電極１３と対面する位置に設ける事によ
り，トラップ層１２を最も必要とする部分に限定して設
ける事ができる。よって，上記トラップ層１２の材料の
使用量を最小量とすることができる。
【００２４】更に，上記凹部１１における側壁１１１に
より，トラップ層１２の素子表面の拡散抵抗部１４への
接触面の面積が増大する。このため，トラップ層１２の
剥離，脱落を効果的に防止することができる。また，ト
ラップ層１２を厚くする事も容易である。また，上記凹
部１１の深さを適宜選択することにより，拡散抵抗部１
４の拡散抵抗を容易に調整することができる。
より，トラップ層１２の素子表面の拡散抵抗部１４への
接触面の面積が増大する。このため，トラップ層１２の
剥離，脱落を効果的に防止することができる。また，ト
ラップ層１２を厚くする事も容易である。また，上記凹
部１１の深さを適宜選択することにより，拡散抵抗部１
４の拡散抵抗を容易に調整することができる。
【００２５】従って，本例によれば，拡散抵抗部の拡散
抵抗を調整することができると共に，該拡散抵抗部の外
側に形成されるトラップ層の脱落を回避することができ
る酸素濃度検出素子を提供することができる。
抵抗を調整することができると共に，該拡散抵抗部の外
側に形成されるトラップ層の脱落を回避することができ
る酸素濃度検出素子を提供することができる。
【００２６】また，本例の酸素濃度検出素子１は限界電
流式であり，固体電解質１０は酸素イオン伝導性を有す
る。素子の内外面に設けた電極間に電圧を印加すると，
被測定ガス（排気ガス）中の酸素分子は，トラップ層１
２，拡散抵抗部１４を経て，被測定ガス側電極１３に至
り，該被測定ガス側電極１３にて電子の供給を受け酸素
イオンとなる。上記酸素イオンは固体電解質１の内部を
拡散しつつ伝導し，基準電極１６にて電子を放出し，酸
素分子に戻る。
流式であり，固体電解質１０は酸素イオン伝導性を有す
る。素子の内外面に設けた電極間に電圧を印加すると，
被測定ガス（排気ガス）中の酸素分子は，トラップ層１
２，拡散抵抗部１４を経て，被測定ガス側電極１３に至
り，該被測定ガス側電極１３にて電子の供給を受け酸素
イオンとなる。上記酸素イオンは固体電解質１の内部を
拡散しつつ伝導し，基準電極１６にて電子を放出し，酸
素分子に戻る。
【００２７】上記一連の反応において，被測定ガス側電
極１３と基準電極１６との間にかかる電圧を徐々に高く
すると，最終的には，電流が変化しなくなる。この電流
が限界電流であり，理論的には以下に示す式によって算
出される。 Ｉ1 ≒Ｋ・（ＳＢ／Ｌ1 ）・Ｐ
極１３と基準電極１６との間にかかる電圧を徐々に高く
すると，最終的には，電流が変化しなくなる。この電流
が限界電流であり，理論的には以下に示す式によって算
出される。 Ｉ1 ≒Ｋ・（ＳＢ／Ｌ1 ）・Ｐ
【００２８】ここに，Ｉ1 は限界電流，Ｋは定数，Ｓは
被測定ガス側電極１３の面積，Ｂは拡散抵抗部１４の気
孔率，Ｌ1 は拡散抵抗部１４の厚さ，Ｐは被測定ガスに
おける酸素の分圧である。上記の式から，限界電流は被
測定ガス側電極１３の面積，拡散抵抗部１４の厚み，気
孔率等の製造誤差の影響を受けやすい因子に依存してい
ることがわかる。そして，上記気孔率の制御は困難であ
る。
被測定ガス側電極１３の面積，Ｂは拡散抵抗部１４の気
孔率，Ｌ1 は拡散抵抗部１４の厚さ，Ｐは被測定ガスに
おける酸素の分圧である。上記の式から，限界電流は被
測定ガス側電極１３の面積，拡散抵抗部１４の厚み，気
孔率等の製造誤差の影響を受けやすい因子に依存してい
ることがわかる。そして，上記気孔率の制御は困難であ
る。
【００２９】本例は以上の事項に鑑み，酸素濃度検出素
子１の出力である限界電流のバラツキ低減，また被測定
ガス側電極１３及び拡散抵抗部１４の少なくとも前記電
極１３を覆う拡散抵抗部１４１の耐久性の向上をも図ろ
うとするものである。即ち，限界電流のバラツキ低減を
達成するために，該拡散抵抗部１４の表面に凹部１１を
設けて，拡散抵抗部１４の厚みを調整するのである。
子１の出力である限界電流のバラツキ低減，また被測定
ガス側電極１３及び拡散抵抗部１４の少なくとも前記電
極１３を覆う拡散抵抗部１４１の耐久性の向上をも図ろ
うとするものである。即ち，限界電流のバラツキ低減を
達成するために，該拡散抵抗部１４の表面に凹部１１を
設けて，拡散抵抗部１４の厚みを調整するのである。
【００３０】そして，被測定ガス側電極１３及び拡散抵
抗部１４の少なくとも電極１３を覆う拡散抵抗部１４１
の耐久性を向上させるために，上記凹部１１を利用し，
ここにトラップ層１２を設ける。これにより，被毒物よ
り最も保護を必要とする被測定ガス側電極１３及び少な
くとも左記電極１３を覆う拡散抵抗部１４１の外方に，
容易かつ確実にトラップ層１２を設けることができる。
抗部１４の少なくとも電極１３を覆う拡散抵抗部１４１
の耐久性を向上させるために，上記凹部１１を利用し，
ここにトラップ層１２を設ける。これにより，被毒物よ
り最も保護を必要とする被測定ガス側電極１３及び少な
くとも左記電極１３を覆う拡散抵抗部１４１の外方に，
容易かつ確実にトラップ層１２を設けることができる。
【００３１】実施例２ 本例は，図３に示すごとく，酸素濃度検出素子１におけ
る凹部１１が，その内方に向かって拡開する傾斜壁面１
１３を有する例である。上記凹部１１は拡散抵抗部１４
の表面を切削して設けてあり，かつ凹部１１には被測定
ガス中の被毒物を除去するためのトラップ層１２を設け
てある。上記トラップ層１２は，凹部１１の底面１１２
及び傾斜壁面１１３において接触している。その他は，
実施例１と同様である。
る凹部１１が，その内方に向かって拡開する傾斜壁面１
１３を有する例である。上記凹部１１は拡散抵抗部１４
の表面を切削して設けてあり，かつ凹部１１には被測定
ガス中の被毒物を除去するためのトラップ層１２を設け
てある。上記トラップ層１２は，凹部１１の底面１１２
及び傾斜壁面１１３において接触している。その他は，
実施例１と同様である。
【００３２】本例の酸素濃度検出素子１における凹部１
１は，内方に向かって拡開する傾斜壁面１１３を有して
いる。そのため，上記凹部１１におけるくさび効果によ
り，トラップ層１２の剥離，脱落等をより効果的に防止
することができる。その他，実施例１と同様の作用効果
を有する。
１は，内方に向かって拡開する傾斜壁面１１３を有して
いる。そのため，上記凹部１１におけるくさび効果によ
り，トラップ層１２の剥離，脱落等をより効果的に防止
することができる。その他，実施例１と同様の作用効果
を有する。
【００３３】実施例３ 本例は，図４に示すごとく，酸素濃度検出素子１におけ
るトラップ層１２，１２０を凹部１１及び凹部以外の拡
散抵抗部１４の表面に設けた例である。トラップ層１２
は，拡散抵抗部１４に設けられた凹部１１に設けてあ
る。また，トラップ層１２０は拡散抵抗部１４の表面で
あって，酸素濃度検出素子１の下端部全体を被覆するよ
うに，設けてある。なお，上記トラップ層１２と１２０
は一体的に形成されている。その他は，実施例１と同様
である。
るトラップ層１２，１２０を凹部１１及び凹部以外の拡
散抵抗部１４の表面に設けた例である。トラップ層１２
は，拡散抵抗部１４に設けられた凹部１１に設けてあ
る。また，トラップ層１２０は拡散抵抗部１４の表面で
あって，酸素濃度検出素子１の下端部全体を被覆するよ
うに，設けてある。なお，上記トラップ層１２と１２０
は一体的に形成されている。その他は，実施例１と同様
である。
【００３４】本例の酸素濃度検出素子１においては，更
にトラップ層１２０の厚みを厚く形成出来，トラップ性
能のアップが図られる。その他，実施例１と同様の作用
効果を有する。
にトラップ層１２０の厚みを厚く形成出来，トラップ性
能のアップが図られる。その他，実施例１と同様の作用
効果を有する。
【００３５】実施例４ 上記実施例１〜３は，コップ型酸素濃度検出素子につき
例示したが，本例は，図５〜図９に示すごとく，積層型
の酸素濃度検出素子を示すものである。
例示したが，本例は，図５〜図９に示すごとく，積層型
の酸素濃度検出素子を示すものである。
【００３６】図５に示すごとく，本例の積層型の酸素濃
度検出素子２は，ヒータ２８を内蔵したアルミナ基板２
７が，板状の固体電解質２０の内側面１０６に積層成形
してあり，該固体電解質２０とアルミナ基板２７とが基
準ガス室１６０を形成している。上記固体電解質２０の
内側面１０６であって，基準ガス室１６０に面した部分
には基準電極１６が設けてある。
度検出素子２は，ヒータ２８を内蔵したアルミナ基板２
７が，板状の固体電解質２０の内側面１０６に積層成形
してあり，該固体電解質２０とアルミナ基板２７とが基
準ガス室１６０を形成している。上記固体電解質２０の
内側面１０６であって，基準ガス室１６０に面した部分
には基準電極１６が設けてある。
【００３７】一方，上記固体電解質２０の外側面１０３
には，被測定ガス側電極１３が設けてあり，該被測定ガ
ス側電極１３の表面には，拡散抵抗部１４が設けてあ
る。なお，上記拡散抵抗部１４は多孔質層よりなる。そ
して，上記拡散抵抗部１４には，少なくとも上記被測定
ガス側電極１３に対面する位置１４１に，凹部１１が設
けてあり，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてあ
る。
には，被測定ガス側電極１３が設けてあり，該被測定ガ
ス側電極１３の表面には，拡散抵抗部１４が設けてあ
る。なお，上記拡散抵抗部１４は多孔質層よりなる。そ
して，上記拡散抵抗部１４には，少なくとも上記被測定
ガス側電極１３に対面する位置１４１に，凹部１１が設
けてあり，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてあ
る。
【００３８】以下に，上記凹部１１及びトラップ層１２
の形状をいくつか示す。図５，図７に示す形状は，凹部
１１は拡散抵抗部１４の表面に設けた四角形の窪みであ
る。また，図６に示す形状は，前述した実施例３と同
様，凹部１１にトラップ層１２，凹部以外の拡散抵抗部
１４の表面にトラップ層１２０を設ける。また，図８に
示す形状は，凹部１１は拡散抵抗部１４の表面に設けた
長方形状の溝である。また，図９に示す形状は，前述し
た実施例２と同様，凹部１１がその内方に向かって拡開
する傾斜壁面１１３を有する。その他は実施例１と同様
である。
の形状をいくつか示す。図５，図７に示す形状は，凹部
１１は拡散抵抗部１４の表面に設けた四角形の窪みであ
る。また，図６に示す形状は，前述した実施例３と同
様，凹部１１にトラップ層１２，凹部以外の拡散抵抗部
１４の表面にトラップ層１２０を設ける。また，図８に
示す形状は，凹部１１は拡散抵抗部１４の表面に設けた
長方形状の溝である。また，図９に示す形状は，前述し
た実施例２と同様，凹部１１がその内方に向かって拡開
する傾斜壁面１１３を有する。その他は実施例１と同様
である。
【００３９】図５，図７に示す本例の酸素濃度検出素子
２は，凹部１１とトラップ層１２との接触面がより大き
くなり両者の間は剥がれにくい。その他，実施例１と同
様の作用効果を有する。
２は，凹部１１とトラップ層１２との接触面がより大き
くなり両者の間は剥がれにくい。その他，実施例１と同
様の作用効果を有する。
【００４０】実施例５ 本例は，図１０，図１１に示すごとく，積層型の酸素濃
度検出素子であって，拡散抵抗部として拡散穴を有して
いる例である。即ち，図１０に示すごとく，本例の酸素
濃度検出素子３は，４枚のセラミック板３０１，３０
２，３０３，３０４と該セラミック板３０１，３０２，
３０３，３０４と同形の板状の固体電解質３０とを一体
に積層することにより構成されている。
度検出素子であって，拡散抵抗部として拡散穴を有して
いる例である。即ち，図１０に示すごとく，本例の酸素
濃度検出素子３は，４枚のセラミック板３０１，３０
２，３０３，３０４と該セラミック板３０１，３０２，
３０３，３０４と同形の板状の固体電解質３０とを一体
に積層することにより構成されている。
【００４１】セラミック板３０１には，貫通矩形溝１６
０及びこれに連通する貫通細長溝１６１が設けてある。
そして，上記固体電解質３０は，上記溝１６０に対面す
る内側面１０６に基準電極１６，後述する貫通矩形溝１
３０に対面する外側面１０３に被測定ガス側電極１３が
設けてある。
０及びこれに連通する貫通細長溝１６１が設けてある。
そして，上記固体電解質３０は，上記溝１６０に対面す
る内側面１０６に基準電極１６，後述する貫通矩形溝１
３０に対面する外側面１０３に被測定ガス側電極１３が
設けてある。
【００４２】一方，セラミック板３０２には，溝１３０
を取り囲むようにヒータ３８を設けてある。また，セラ
ミック板３０２には，上記溝１３０より，セラミック板
３０２の一方の端部へと伸びる貫通細長溝３４０が設け
てある。上記溝３４０はセラミック板３０２の両面に，
上述の固体電解質３０とセラミック板３０３を積層する
ことにより，拡散抵抗部として機能する細孔となる。
を取り囲むようにヒータ３８を設けてある。また，セラ
ミック板３０２には，上記溝１３０より，セラミック板
３０２の一方の端部へと伸びる貫通細長溝３４０が設け
てある。上記溝３４０はセラミック板３０２の両面に，
上述の固体電解質３０とセラミック板３０３を積層する
ことにより，拡散抵抗部として機能する細孔となる。
【００４３】そして，上記セラミック板３０１，３０
２，３０３，３０４及び固体電解質３０を一体的に積層
する。これにより，板３０３，３０２，及び固体電解質
３０によって溝１３０の部分が被測定ガス室となる。
又，固体電解質３０，板３０１，３０４によって溝１６
０の部分が基準ガス室となる。尚，溝１６１は大気導入
路となる。そして，図１１に示すごとく，上記酸素濃度
検出素子３の端部において凹部１１を設け，該凹部１１
にはトラップ層１２を設けてある。その他は実施例１と
同様である。
２，３０３，３０４及び固体電解質３０を一体的に積層
する。これにより，板３０３，３０２，及び固体電解質
３０によって溝１３０の部分が被測定ガス室となる。
又，固体電解質３０，板３０１，３０４によって溝１６
０の部分が基準ガス室となる。尚，溝１６１は大気導入
路となる。そして，図１１に示すごとく，上記酸素濃度
検出素子３の端部において凹部１１を設け，該凹部１１
にはトラップ層１２を設けてある。その他は実施例１と
同様である。
【００４４】本例の酸素濃度検出素子３は，凹部１１と
トラップ層１２との接触面がより大きくなり，両者の間
は，剥がれにくい。しかも，被測定ガスとの接触も，３
方向の面の広い範囲とすることができる。その他，実施
例１と同様の作用効果を有する。
トラップ層１２との接触面がより大きくなり，両者の間
は，剥がれにくい。しかも，被測定ガスとの接触も，３
方向の面の広い範囲とすることができる。その他，実施
例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】実施例６ 本例は，図１２に示すごとく，拡散抵抗部１４と固体電
解質１０とをセラミックハウジング４０内に分離設置し
た酸素濃度検出素子４を示すものである。図１２に示す
ごとく，上記酸素濃度検出素子４におけるセラミックハ
ウジング４０は被測定ガス室１３０を有している。上記
被測定ガス室１３０には，基準電極１６と，被測定ガス
側電極１３とを有するコップ型の固体電解質１０を挿入
してある。
解質１０とをセラミックハウジング４０内に分離設置し
た酸素濃度検出素子４を示すものである。図１２に示す
ごとく，上記酸素濃度検出素子４におけるセラミックハ
ウジング４０は被測定ガス室１３０を有している。上記
被測定ガス室１３０には，基準電極１６と，被測定ガス
側電極１３とを有するコップ型の固体電解質１０を挿入
してある。
【００４６】そして，上記被測定ガス室１３と隣接する
ようにセラミックハウジング４０の内部に，拡散抵抗部
１４を設ける。上記拡散抵抗部１４には凹部１１が形成
され，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてある。上
記拡散抵抗部１４は多孔質層よりなる。なお，上記セラ
ミックハウジング４０の外方にはヒータ４８が設けられ
ている。
ようにセラミックハウジング４０の内部に，拡散抵抗部
１４を設ける。上記拡散抵抗部１４には凹部１１が形成
され，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてある。上
記拡散抵抗部１４は多孔質層よりなる。なお，上記セラ
ミックハウジング４０の外方にはヒータ４８が設けられ
ている。
【００４７】本例の酸素濃度検出素子４は，素子と拡散
抵抗部１４とが別体で形成されるため凹部１１の形成時
に素子を破損する心配がない。その他，実施例１と同様
の作用効果を有する。
抵抗部１４とが別体で形成されるため凹部１１の形成時
に素子を破損する心配がない。その他，実施例１と同様
の作用効果を有する。
【００４８】実施例７ 本例は，図１３に示すごとく，実施例６と同様の酸素濃
度検出素子であって，拡散抵抗部を細孔４９とした例で
ある。上記酸素濃度検出素子４におけるセラミックハウ
ジング４０１は，被測定ガス室１３０と，該被測定ガス
室１３０より外部へ導通する細孔４９を有している。そ
して，上記セラミックハウジング４０１において，上記
細孔４９が外部に導通する端面には凹部１１が設けてあ
り，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてある。その
他は実施例１と同様である。
度検出素子であって，拡散抵抗部を細孔４９とした例で
ある。上記酸素濃度検出素子４におけるセラミックハウ
ジング４０１は，被測定ガス室１３０と，該被測定ガス
室１３０より外部へ導通する細孔４９を有している。そ
して，上記セラミックハウジング４０１において，上記
細孔４９が外部に導通する端面には凹部１１が設けてあ
り，該凹部１１にはトラップ層１２が設けてある。その
他は実施例１と同様である。
【００４９】本例の酸素濃度検出素子４は，実施例６と
同様に素子を破損させる心配もなく，また細孔４９の寸
法確認が容易に行える。その他，実施例１と同様の作用
効果を有する。
同様に素子を破損させる心配もなく，また細孔４９の寸
法確認が容易に行える。その他，実施例１と同様の作用
効果を有する。
【００５０】実施例８ 本例は，図１４，図１５に示すごとく，コップ型の固体
電解質１０よりなる酸素濃度検出素子１であって，複数
の多孔質層からなるトラップ層１２９を設けた例であ
る。図１４に示すごとく，トラップ層１２９は二層構造
であり，気孔率２０〜３０％の多孔質層１２５の表面
に，気孔率４０〜５０％の多孔質層１２６を設けた。
電解質１０よりなる酸素濃度検出素子１であって，複数
の多孔質層からなるトラップ層１２９を設けた例であ
る。図１４に示すごとく，トラップ層１２９は二層構造
であり，気孔率２０〜３０％の多孔質層１２５の表面
に，気孔率４０〜５０％の多孔質層１２６を設けた。
【００５１】また，図１５に示すごとく，トラップ層１
２９は二層構造であり，気孔率２０〜３０％の多孔質層
１２５を凹部１１に設け，該多孔質層１２５と拡散抵抗
部１４との表面に気孔率４０〜５０％の多孔質層１２６
を設けた。その他は実施例１と同様である。
２９は二層構造であり，気孔率２０〜３０％の多孔質層
１２５を凹部１１に設け，該多孔質層１２５と拡散抵抗
部１４との表面に気孔率４０〜５０％の多孔質層１２６
を設けた。その他は実施例１と同様である。
【００５２】本例の酸素濃度検出素子１においては，ト
ラップ層１２９が二層構造となっている。このため，ト
ラップ層が単層である場合よりも，より厚いトラップ層
を形成することができる。また，外層となる多孔質層１
２６の気孔率が大きく，内層となる多孔質層１２５の気
孔率が小さい。よって，被毒物のうち粒径の大きなもの
は多孔質層１２５においてトラップし，より粒径の小さ
いものは多孔質層１２６においてトラップすることがで
きる。
ラップ層１２９が二層構造となっている。このため，ト
ラップ層が単層である場合よりも，より厚いトラップ層
を形成することができる。また，外層となる多孔質層１
２６の気孔率が大きく，内層となる多孔質層１２５の気
孔率が小さい。よって，被毒物のうち粒径の大きなもの
は多孔質層１２５においてトラップし，より粒径の小さ
いものは多孔質層１２６においてトラップすることがで
きる。
【００５３】これらにより，トラップ層１２９は目詰ま
りすることなく，より効率良く被毒物をトラップする事
ができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
りすることなく，より効率良く被毒物をトラップする事
ができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
【００５４】実施例９ 本例は，図１６に示すごとく，図１１の実施例５の凹部
１１がスリット状であるのに対し，四方を囲まれた凹所
１１９とした酸素濃度検出素子であり，その他の構成は
実施例５と同一である。
１１がスリット状であるのに対し，四方を囲まれた凹所
１１９とした酸素濃度検出素子であり，その他の構成は
実施例５と同一である。
【図１】実施例１における，酸素濃度検出素子の断面説
明図。
明図。
【図２】実施例１における，酸素濃度検出素子の凹部の
説明図。
説明図。
【図３】実施例２における，酸素濃度検出素子の断面説
明図。
明図。
【図４】実施例３における，酸素濃度検出素子の断面説
明図。
明図。
【図５】実施例４における，酸素濃度検出素子の断面説
明図。
明図。
【図６】実施例４における，他の酸素濃度検出素子の断
面説明図。
面説明図。
【図７】実施例４における，他の酸素濃度検出素子の斜
視説明図。
視説明図。
【図８】実施例４における，他の酸素濃度検出素子の斜
視説明図。
視説明図。
【図９】実施例４における，他の酸素濃度検出素子の斜
視説明図。
視説明図。
【図１０】実施例５における，酸素濃度検出素子の斜視
展開図。
展開図。
【図１１】実施例５における，酸素濃度検出素子の斜視
図。
図。
【図１２】実施例６における，酸素濃度検出素子の断面
説明図。
説明図。
【図１３】実施例７における，酸素濃度検出素子の断面
説明図。
説明図。
【図１４】実施例８における，酸素濃度検出素子の断面
説明図。
説明図。
【図１５】実施例８における，他の酸素濃度検出素子の
断面説明図。
断面説明図。
【図１６】実施例９における，他の酸素濃度検出素子の
斜視図。
斜視図。
１，２，３，４．．．酸素濃度検出素子， １０，２０，３０．．．固体電解質， １１．．．凹部， １２，１２９．．．トラップ層， １３．．．被測定ガス側電極， １４．．．拡散抵抗部，
Claims (7)
- 【請求項１】 固体電解質と該固体電解質に設けた基準
電極及び被測定ガス側電極とを備え，かつ上記被測定ガ
ス側電極の外側には，被測定ガスの通過に対して拡散抵
抗を付与する拡散抵抗部を有する限界電流式酸素濃度検
出素子において，上記拡散抵抗部には少なくとも上記被
測定ガス側電極の部位に対応する位置に凹部を設け，該
凹部には被測定ガス中の被毒物を除去するための通気性
トラップ層を設けてなることを特徴とする酸素濃度検出
素子。 - 【請求項２】 請求項１において，上記凹部は，内方に
向かって拡開する傾斜壁面を有することを特徴とする酸
素濃度検出素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２において，上記トラップ
層は上記凹部及び凹部以外の拡散抵抗部の表面にも設け
てあることを特徴とする酸素濃度検出素子。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項において，
上記トラップ層は複数層形成されていることを特徴とす
る酸素濃度検出素子。 - 【請求項５】 請求項４において，上記複数のトラップ
層はそれぞれ気孔率が異なることを特徴とする酸素濃度
検出素子。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項において，
上記拡散抵抗部は多孔質層であることを特徴とする酸素
濃度検出素子。 - 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか一項において，
上記拡散抵抗部は細孔であることを特徴とする酸素濃度
検出素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02606995A JP3493784B2 (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 酸素濃度検出素子 |
| US08/584,120 US5685964A (en) | 1995-01-19 | 1996-01-11 | Oxygen concentration sensor element |
| DE19601715A DE19601715B4 (de) | 1995-01-19 | 1996-01-18 | Sauerstoffkonzentrationssensor |
| GB9601053A GB2297169B (en) | 1995-01-19 | 1996-01-19 | Oxygen concentration sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02606995A JP3493784B2 (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 酸素濃度検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193974A true JPH08193974A (ja) | 1996-07-30 |
| JP3493784B2 JP3493784B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=12183399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02606995A Expired - Lifetime JP3493784B2 (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 酸素濃度検出素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5685964A (ja) |
| JP (1) | JP3493784B2 (ja) |
| DE (1) | DE19601715B4 (ja) |
| GB (1) | GB2297169B (ja) |
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| US6370940B2 (en) * | 1998-01-21 | 2002-04-16 | Industrial Scientific Corporation | Apparatus for determining concentration of a gas |
| JP2002228631A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ及びその製造方法 |
| US6524467B2 (en) | 2000-06-20 | 2003-02-25 | Denso Corporation | Method for adjusting output characteristics of a gas sensing element based on application of electric power to this sensing element |
| US6569303B1 (en) | 1999-09-17 | 2003-05-27 | Denso Corporation | Method of adjusting output of gas sensor |
| CN113447554A (zh) * | 2020-03-26 | 2021-09-28 | 日本碍子株式会社 | 传感器元件及气体传感器 |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| US5990463A (en) * | 1997-06-13 | 1999-11-23 | Denso Corporation | Oxygen sensor element holding lamination type ceramic heater |
| JP3956435B2 (ja) * | 1997-08-07 | 2007-08-08 | 株式会社デンソー | 酸素センサ素子 |
| US8906214B2 (en) * | 2003-02-10 | 2014-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Contamination-resistant gas sensor element |
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