JPH10185862A - Oxygen sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen sensor which facilitates the formation of a diffusion chamber. SOLUTION: The limiting current-type oxygen sensor S1 is formed by providing electrode layers 12 and 13 on both sides of a solid electrolyte pellet 11 and fixing a cap 14 with a small hole 15 for diffusion on one side of the solid electrolyte pellet 11 so as to form a diffusion chamber R. In this case, land parts 18 for forming a space are provided on one side of the solid electrolyte pellet 11 or/and both sides of the jointed cap 14. By these land parts 18, it is possible to form a space for the diffusion chamber R with ease.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素濃度を検出す
るための限界電流式の酸素センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor for detecting oxygen concentration.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の限界電流式の酸素センサの一例を
示すと、図５の如くである。この酸素センサＳ0 は、安
定化ジルコニアなどの固体電解質ペレット１の両面に電
極層２，３を設けると共に、この固体電解質ペレット１
の片面側に拡散用の小孔５を有するキャップ４を拡散室
Ｒを形成する形で固着させてなり、必要により、キャッ
プ４の外側側（上面）には、ヒータ層６が設けてある。
そして、固体電解質ペレット１とキャップ４との固着に
あっては、これらの間の周縁部にガラスを主成分とする
接合剤７を盛り込み、加熱溶着させている。2. Description of the Related Art An example of a conventional limiting current type oxygen sensor is shown in FIG. This oxygen sensor S0 is provided with electrode layers 2 and 3 on both surfaces of a solid electrolyte pellet 1 such as stabilized zirconia and the like.
A cap 4 having small holes 5 for diffusion is fixed to one side of the cap 4 so as to form a diffusion chamber R. A heater layer 6 is provided on the outer side (upper surface) of the cap 4 as necessary.
When the solid electrolyte pellet 1 and the cap 4 are fixed to each other, a bonding agent 7 containing glass as a main component is incorporated in a peripheral portion between the solid electrolyte pellet 1 and the cap 4, and is heated and welded.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の固着時、接合剤
７の盛り込みによる高さによって、原理的には、固体電
解質ペレット１とキャップ４との間にある程度の空間
（スペース）が確保され、これを、拡散室Ｒとして、利
用することができるはずである。At the time of the above fixing, a certain amount of space (space) is secured in principle between the solid electrolyte pellet 1 and the cap 4 due to the height of the bonding agent 7 included. This should be able to be used as the diffusion chamber R.

【０００４】ところが、実際の製造にあたっては、接合
剤７を適量盛り込んでも、加熱溶着の際、この接合のた
めに用いる重りなどの重さのため、接合剤７の盛り部分
がつぶれることが多く、均一なスペースが得られないと
いう問題があった。However, in actual production, even when an appropriate amount of the bonding agent 7 is included, the heated portion of the bonding agent 7 is often crushed due to the weight of the weight used for bonding during heat welding. There was a problem that a uniform space could not be obtained.

【０００５】酸素センサの場合、キャップ４には、上記
のように拡散用の小孔５があって、これを通じて、外部
の酸素分子が拡散室Ｒ内に拡散するようになっているた
め、接合剤７の盛り込み部分がつぶれて、キャップ４の
底面側が内側の電極層（カソード電極）３側に接触した
りすると、電極面積が低下したり、拡散用の小孔５の通
気性が低下したりして、電極本来の機能が得られなくな
るからである。加えて、センサの応答性も低下するよう
になる。In the case of an oxygen sensor, the cap 4 has the small holes 5 for diffusion as described above, through which external oxygen molecules diffuse into the diffusion chamber R. When the embedding portion of the agent 7 is crushed and the bottom side of the cap 4 comes into contact with the inner electrode layer (cathode electrode) 3 side, the electrode area is reduced, and the air permeability of the small holes 5 for diffusion is reduced. As a result, the original function of the electrode cannot be obtained. In addition, the response of the sensor also decreases.

【０００６】したがって、従来は、図示のように、キャ
ップ４の底面側に、予めスペース確保用の凹み部４ａを
設けてある。しかし、この凹み部４ａの形成には、手間
が掛かり、結構面倒であった。また、通常この作業は、
手作業で行われることが多く、この場合、形成精度にバ
ラツキツが生じ易いという問題もあった。Therefore, conventionally, as shown in the figure, a concave portion 4a for securing a space is provided in advance on the bottom surface side of the cap 4. However, the formation of the recessed portion 4a is troublesome and quite troublesome. Also, usually this work
In many cases, it is performed manually, and in this case, there is also a problem that the formation accuracy tends to vary.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の問題点に鑑みてなされたもので、基本的には、キャ
ップ側に凹み部を設けることなく、キャップと固体電解
質ペレットとの間にスペース形成用のランド部を設け、
これを、スペース支持体として、拡散室用のスペースを
容易に得られるようにした酸素センサにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. Basically, there is no need to provide a concave portion on the cap side, and the cap and the solid electrolyte pellet can be connected to each other. A land part for forming a space is provided between them,
This is the oxygen sensor which can easily obtain a space for the diffusion chamber as a space support.

【０００８】[0008]

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る酸素センサ
の一例になる全体を示した断面図であり、図２は、その
要部を拡大した断面図である。この酸素センサＳ１にお
いて、１１は安定化ジルコニアなどの固体電解質ペレッ
ト、１２，１３は固体電解質ペレット１１の両面に設け
た電極層、１４は拡散用の小孔１５を有するキャップ、
１６は必要によりキャップ１４の外側（上面）に設けら
れるヒータ層、１７は固体電解質ペレット１１とキャッ
プ１４との周縁部である固着面に盛り込まれるガラスを
主成分とする接合剤、１８は固体電解質ペレット１１の
内側の電極層（カソード電極）１３に設けられたスペー
ス形成用のランド部である。FIG. 1 is a sectional view showing an entirety of an example of an oxygen sensor according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part thereof. In this oxygen sensor S1, 11 is a solid electrolyte pellet such as stabilized zirconia, 12 and 13 are electrode layers provided on both sides of the solid electrolyte pellet 11, 14 is a cap having small holes 15 for diffusion,
Reference numeral 16 denotes a heater layer provided on the outside (upper surface) of the cap 14 as required, reference numeral 17 denotes a bonding agent mainly composed of glass incorporated in a fixing surface which is a peripheral portion between the solid electrolyte pellet 11 and the cap 14, and reference numeral 18 denotes a solid electrolyte. It is a land portion for forming a space provided in the electrode layer (cathode electrode) 13 inside the pellet 11.

【０００９】このランド部１８は、電極層１３と同じ
く、白金ペーストを用いて、例えば図３に示すように、
電極層１３上の４箇所に形成してある。ここで、電極層
１３部分の厚さは、通常約５μｍ程度であり、今回のラ
ンド部１８部分の厚さも、やはり約５μｍ程度としてあ
る。したがって、電極層１３も含めたランド部１８の高
さは、約１０μｍ程度となる。この状態で、固体電解質
ペレット１１とキャップ１４との周縁部である固着面
に、ガラスを主成分とする接合剤１７をやはり約２０μ
ｍ程度の厚さで盛り込み、加熱溶着させた。The land portion 18 is made of a platinum paste similarly to the electrode layer 13, for example, as shown in FIG.
It is formed at four places on the electrode layer 13. Here, the thickness of the portion of the electrode layer 13 is usually about 5 μm, and the thickness of the land portion 18 this time is also about 5 μm. Therefore, the height of the land 18 including the electrode layer 13 is about 10 μm. In this state, a bonding agent 17 containing glass as a main component is also applied to the fixing surface, which is the peripheral portion between the solid electrolyte pellet 11 and the cap 14, by about 20 μm.
m and incorporated by heating.

【００１０】このようにして出来上がった、酸素センサ
Ｓ１を切断し、研磨して、光学顕微鏡で調べたところ、
接合剤１７による固着部（封着部）の厚さは、約８μｍ
程度であった。これは、固着時に用いる重りの重さによ
って、接合剤１７の盛り込み部分が多少つぶれたからと
考えられる。The oxygen sensor S1 thus completed was cut, polished and examined with an optical microscope.
The thickness of the fixing part (sealing part) by the bonding agent 17 is about 8 μm.
It was about. This is considered to be due to the fact that the embedded portion of the bonding agent 17 was slightly crushed by the weight of the weight used at the time of fixing.

【００１１】同様にして、スペース形成用のランド部１
８も調べたところ、その厚さは、約８μｍ程度であっ
た。このことから、もともと約１０μｍ程度の高さがあ
る、ランド部１８自体が約２μｍ程度つぶれたとして
も、電極層（カソード電極）１３上には、約３μｍ程度
のスペースが確保されていることが判る。この約３μｍ
程度のスペースがあれば、酸素分子の拡散は十分に行わ
れ、電極の全域に行き渡ると言える。現実に、このよう
にして得られた、本発明の酸素センサＳ１では、所期の
センサ機能が得られ、また、応答性の低下も見られなか
った。Similarly, a land portion 1 for forming a space is provided.
When the thickness of No. 8 was examined, the thickness was about 8 μm. From this, even if the land portion 18 itself, which originally has a height of about 10 μm, is crushed by about 2 μm, a space of about 3 μm is secured on the electrode layer (cathode electrode) 13. I understand. About 3μm
If there is enough space, diffusion of oxygen molecules can be sufficiently performed, and it can be said that oxygen molecules spread over the entire area of the electrode. Actually, in the oxygen sensor S1 of the present invention obtained in this way, an intended sensor function was obtained, and no decrease in responsiveness was observed.

【００１２】上記ランド部１８の形成数やその形状、形
成位置は、特に限定されず、キャップ１４との間にスペ
ースが形成できる構造であればよい。例えば図４に示す
ように、電極層１３の周縁部寄りのみならず、拡散用の
小孔１５が開口する中部付近にも、適宜数配置させて、
キャップ１４の中央部を支えるようにしてもよい。或い
は、電極層１３の周縁部寄りに帯状にして、２個、又は
３個などを設けてもよい。また、ランド部１８の厚さで
あるが、これも、上記約５μｍ程度に限定されず、セン
サの種類や用途などに合わせて、概ね５〜２０μｍ程度
までの範囲で自在に設定することができる。The number, shape, and position of the lands 18 are not particularly limited as long as a space can be formed between the lands 18 and the cap 14. For example, as shown in FIG. 4, an appropriate number is arranged not only near the periphery of the electrode layer 13 but also near the center where the small holes 15 for diffusion are opened.
The center of the cap 14 may be supported. Alternatively, two, three, or the like may be provided in a band shape near the periphery of the electrode layer 13. The thickness of the land portion 18 is not limited to the above-mentioned about 5 μm, but can be freely set in a range of about 5 to 20 μm according to the type and use of the sensor. .

【００１３】また、上記実施の形態では、ランド部１８
は、固体電解質ペレット１１の電極層（カソード電極）
１３上に設けたものであったが、本発明は、これに限定
されない。例えば、一種の支持脚として、キャップ１４
側に設けることも可能であり、また、電極層１３とキャ
ップ１４側との両方に併設してもよい。In the above embodiment, the land 18
Is the electrode layer (cathode electrode) of the solid electrolyte pellet 11
13, but the present invention is not limited to this. For example, as a kind of support leg, the cap 14
It may be provided on both sides of the electrode layer 13 and the cap 14.

【００１４】[0014]

【発明の効果】本発明に係る酸素センサによると、次の
ような優れた効果が得られる。 （１）スペース形成用のランド部が、固体電解質ペレッ
トとキャップとの固着時、一種のスペース支持体として
機能するため、両者の間に一定の空間（拡散室）を安定
して形成することができる。According to the oxygen sensor of the present invention, the following excellent effects can be obtained. (1) Since the land portion for forming the space functions as a kind of space support when the solid electrolyte pellet and the cap are fixed, a stable space (diffusion chamber) can be stably formed between the two. it can.

【００１５】（２）この安定した空間の形成により、キ
ャップの底面側が電極層と接触したりすることもなくな
り、電極層は、その全域わたって、初期の機能を安定し
て発揮することができる。結果として、イオン伝導性の
低下や応答性の低下を防止することができる。(2) Due to the formation of this stable space, the bottom side of the cap does not come into contact with the electrode layer, and the electrode layer can stably exhibit its initial functions over the entire area. . As a result, a decrease in ionic conductivity and a decrease in responsiveness can be prevented.

【００１６】（３）スペース形成用のランド部を、プリ
ント印刷法などによって、電極層と同様白金ペーストな
どで形成する場合、その厚さ（高さ）は、高精度で制御
することができる。この結果、μｍオーダーでの高精度
のスペースが得られる。また、その厚さにあっても、μ
ｍオーダーでの高精度の制御でき、センサ性能に最適な
空間を自在に提供することができる。(3) When a land portion for forming a space is formed of a platinum paste or the like similarly to the electrode layer by a printing method or the like, the thickness (height) can be controlled with high precision. As a result, a highly accurate space on the order of μm can be obtained. Also, even at that thickness, μ
High-precision control on the order of m can be performed, and a space optimal for sensor performance can be freely provided.

【００１７】（４）もちろん、従来のように、キャップ
の底面側に手作業などで凹み部を形成する必要はなく、
作業性の大幅な向上が期待できる。また、手作業などに
よるバラツキは、根本的に解消される。(4) Needless to say, unlike the conventional case, it is not necessary to form the recessed portion on the bottom side of the cap by hand or the like.
Significant improvement in workability can be expected. In addition, variations due to manual work and the like are basically eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係る酸素センサの一例の全体を示した
縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entirety of an example of an oxygen sensor according to the present invention.

【図２】図１の酸素センサの要部を拡大した部分縦断面
図である。FIG. 2 is an enlarged partial longitudinal sectional view of a main part of the oxygen sensor of FIG. 1;

【図３】図１の酸素センサの固体電解質ペレットの電極
層上のスペース形成用のランド部を示した平面図であ
る。3 is a plan view showing a land portion for forming a space on an electrode layer of a solid electrolyte pellet of the oxygen sensor of FIG. 1;

【図４】本発明に係る酸素センサの固体電解質ペレット
の電極層上の他のスペース形成用のランド部を示した平
面図である。FIG. 4 is a plan view showing another land portion for forming a space on the electrode layer of the solid electrolyte pellet of the oxygen sensor according to the present invention.

【図５】従来の酸素センサの全体を示した縦断面図であ
る。FIG. 5 is a vertical sectional view showing the entirety of a conventional oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１ 固体電解質ペレット １２，１３ 電極層 １４ キャップ １５ 拡散用の小孔 １６ ヒータ層 １７ 接合剤 １８ スペース形成用のランド部 Ｒ 拡散室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Solid electrolyte pellet 12, 13 Electrode layer 14 Cap 15 Small hole for diffusion 16 Heater layer 17 Bonding agent 18 Land part for space formation R Diffusion chamber

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 固体電解質ペレットの両面に電極層を設
けると共に、当該固体電解質ペレットの片面側に拡散用
の小孔を有するキャップを拡散室を形成する形で固着さ
せてなる限界電流式の酸素センサにおいて、前記固体電
解質ペレットの片面側又は／及び前記キャップの接合面
側にスペース形成用のランド部を設けたことを特徴とす
る酸素センサ。An electrode of a limiting current type in which electrode layers are provided on both sides of a solid electrolyte pellet and a cap having small holes for diffusion is fixed on one side of the solid electrolyte pellet so as to form a diffusion chamber. In the sensor, a land portion for forming a space is provided on one surface side of the solid electrolyte pellet and / or on a bonding surface side of the cap. 【請求項２】 前記ランド部を前記固体電解質ペレット
の片面側の電極層上に設けたことを特徴とする請求項１
記載の酸素センサ。2. The solid electrolyte pellet according to claim 1, wherein the land portion is provided on an electrode layer on one side of the solid electrolyte pellet.
An oxygen sensor according to any of the preceding claims. 【請求項３】 前記ランド部の厚さが、５〜２０μｍで
あることを特徴とする請求項１又は２記載の酸素セン
サ。3. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the thickness of the land is 5 to 20 μm.