JPS6134456A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
- Publication number
- JPS6134456A JPS6134456A JP59155296A JP15529684A JPS6134456A JP S6134456 A JPS6134456 A JP S6134456A JP 59155296 A JP59155296 A JP 59155296A JP 15529684 A JP15529684 A JP 15529684A JP S6134456 A JPS6134456 A JP S6134456A
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- powder
- oxygen
- platinum
- air
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は内燃機関等の排気ガス等の酸素濃度を検出する
空燃比センサに関するものである。
空燃比センサに関するものである。
内燃機関等の排気ガスの酸素11度を検出し、空燃比制
御を行うために空燃比センサが従来よシ採用されている
。この空燃比センサとしては酸素イヨン伝導性固体電解
質内に拡散する酸素のボング現象によって生ずるボング
ミ流から酸素濃度を測定するものが一般に採用されてい
るが、上記拡散が円滑に行われず、高精度の濃度検出が
できない欠点があった。
御を行うために空燃比センサが従来よシ採用されている
。この空燃比センサとしては酸素イヨン伝導性固体電解
質内に拡散する酸素のボング現象によって生ずるボング
ミ流から酸素濃度を測定するものが一般に採用されてい
るが、上記拡散が円滑に行われず、高精度の濃度検出が
できない欠点があった。
第5図に示す如く、酸素イヨン伝導性固体電解質4(以
下、固体電解質と称呼する)には広面積の拡散室8が内
部に形成され、拡散室8の表面および外周側の表面には
測定電極3および基準電極2が形成される。基準電極2
は多孔質保護層IKよシ被覆されて保護される。また外
周側の長面には絶縁物5を介しヒータ6が内設され、拡
散を助成している。拡散室8には1個ないし数個(図示
は1個)の拡散ロクが連通し拡赦ロクは外周11IIl
に開設する。
下、固体電解質と称呼する)には広面積の拡散室8が内
部に形成され、拡散室8の表面および外周側の表面には
測定電極3および基準電極2が形成される。基準電極2
は多孔質保護層IKよシ被覆されて保護される。また外
周側の長面には絶縁物5を介しヒータ6が内設され、拡
散を助成している。拡散室8には1個ないし数個(図示
は1個)の拡散ロクが連通し拡赦ロクは外周11IIl
に開設する。
上記構成の空燃比センサを酸素を含有する被測定ガス内
に配設すると、該ガスは多孔質保腰層1を通って基準電
極2に接すると共に拡散ロクを通シ拡散室8内に均一に
広がって測定電極5Vc接する。該ガスは両電極2.3
を通過し、固体電解質4に拡散され、これに見合うポン
プ電流を発生することになる。
に配設すると、該ガスは多孔質保腰層1を通って基準電
極2に接すると共に拡散ロクを通シ拡散室8内に均一に
広がって測定電極5Vc接する。該ガスは両電極2.3
を通過し、固体電解質4に拡散され、これに見合うポン
プ電流を発生することになる。
空燃比センサの製造工程については後に詳説するが、固
体電解質4は、Y2O5で安定化したZr0z粉末に有
機結合剤、可塑剤、有機溶剤などを加えてスラリー状に
した後、ドクターブレード法のスリラグ牛ヤステングし
て成形されるものであシ、基準電極2および測定電極6
は白金ペーストを上記の固定電解質4の表面にスクリー
ン印刷法で形成さnる。その後、両者は機械的強度を上
げるために1500℃以上で数時間焼成さA、B。第6
図は下□記焼成完了後の状態を電子顕微鏡で観察したも
ので、基準電極2および測定電極6は白金ペーストから
形成されるため固体電解質4よシ反応性がよく、早く焼
結完了し、白金9を密に直列に並べた表面を形成する。
体電解質4は、Y2O5で安定化したZr0z粉末に有
機結合剤、可塑剤、有機溶剤などを加えてスラリー状に
した後、ドクターブレード法のスリラグ牛ヤステングし
て成形されるものであシ、基準電極2および測定電極6
は白金ペーストを上記の固定電解質4の表面にスクリー
ン印刷法で形成さnる。その後、両者は機械的強度を上
げるために1500℃以上で数時間焼成さA、B。第6
図は下□記焼成完了後の状態を電子顕微鏡で観察したも
ので、基準電極2および測定電極6は白金ペーストから
形成されるため固体電解質4よシ反応性がよく、早く焼
結完了し、白金9を密に直列に並べた表面を形成する。
従って固体電解質4の表面は白金9で覆われた状態とな
シ、かつ白金9と固体電解質4とは一平面のみで接触し
、両者間の接着強度が不十分のものとなる。このため被
測定ガスが固体電解質4に接触しに〈〈なシ、酸素の拡
散が不十分となる欠点が生ずる。
シ、かつ白金9と固体電解質4とは一平面のみで接触し
、両者間の接着強度が不十分のものとなる。このため被
測定ガスが固体電解質4に接触しに〈〈なシ、酸素の拡
散が不十分となる欠点が生ずる。
第7図は横軸に酸素濃度係を示し、縦軸にポンプ電流m
Aを示したもので励起電圧が1vのときの関係を表示す
る。図示の如く、従来のものでは両者の関係はリニアに
ならず、曲線状に変化する。また第8図は横軸に上記励
起電圧Vを示し、縦軸にポンプ電流mAを示したもので
、酸素濃度をパラメータに取って表示すると、図示の如
く不整いの曲線関係となる。従ってポンプ電流値から酸
素濃度を高精度に検出することが困難よヶ、欠点−5生
ず、。
Aを示したもので励起電圧が1vのときの関係を表示す
る。図示の如く、従来のものでは両者の関係はリニアに
ならず、曲線状に変化する。また第8図は横軸に上記励
起電圧Vを示し、縦軸にポンプ電流mAを示したもので
、酸素濃度をパラメータに取って表示すると、図示の如
く不整いの曲線関係となる。従ってポンプ電流値から酸
素濃度を高精度に検出することが困難よヶ、欠点−5生
ず、。
本発明は上記目的を解決するもので、その目的は酸素濃
度を高精度に検出し得ると共に、長期間にわたシ品質を
保持し得る空燃比センサを提供することにある。
度を高精度に検出し得ると共に、長期間にわたシ品質を
保持し得る空燃比センサを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、固体電解質の表面
に形成される基準電極および測定電極の少くとも1つを
、白金粉末に酸素イオン伝導性固体電解質粉末を含有せ
しめたペースト材から形成せしめてなる空燃比センサを
特徴としたものである。
に形成される基準電極および測定電極の少くとも1つを
、白金粉末に酸素イオン伝導性固体電解質粉末を含有せ
しめたペースト材から形成せしめてなる空燃比センサを
特徴としたものである。
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
まず、本実施例の概要を第1図によシ説明する。
基準電極20および測定電極30は白金粉末にZr0z
のごとき酸素イオン伝導性固体電解質粉末(以下、固体
電解質粉末と称呼する)を含有させたペースト状の材料
を用い、これを固体電解質4a、4AICスクリーン印
刷法によ多形成したものである。第2図は1500°0
の焼結後における電子顕微鏡観察によるものを表示する
が、白金9間には固体電解質10が介設され、これが固
体電解質4a 、 4bと結合して形成される。
のごとき酸素イオン伝導性固体電解質粉末(以下、固体
電解質粉末と称呼する)を含有させたペースト状の材料
を用い、これを固体電解質4a、4AICスクリーン印
刷法によ多形成したものである。第2図は1500°0
の焼結後における電子顕微鏡観察によるものを表示する
が、白金9間には固体電解質10が介設され、これが固
体電解質4a 、 4bと結合して形成される。
従って酸素の拡散が十分となる。
次に、本実施例を詳細に説明する。
Y2O5で部分安定化したZr0z粉末に有機結合剤、
可塑剤、有機溶剤などを加えてスラIJ−状にした後、
ドクターブレード法のスリップキャスティングによシシ
ート状の成形体、グリーンシートを作成する。厚みは約
0.25麿である。
可塑剤、有機溶剤などを加えてスラIJ−状にした後、
ドクターブレード法のスリップキャスティングによシシ
ート状の成形体、グリーンシートを作成する。厚みは約
0.25麿である。
これを2分割し第1のグリーンシートである固体電解質
4aと第2のグリーンシートである固体電解質4bとす
る。
4aと第2のグリーンシートである固体電解質4bとす
る。
第1図に示す如く、固体電解質4aの両面には基準電極
20および測定電極3oが形成される。
20および測定電極3oが形成される。
基準電極20および測定電極30は、平均粒径5μmの
Zr0t粉末を体質パーセントで10%白金粉末に含有
せしめ、白金−2「02粉末を有機物でペースト状にし
た材料を用いてスクリーン印刷法によ多形成される。
Zr0t粉末を体質パーセントで10%白金粉末に含有
せしめ、白金−2「02粉末を有機物でペースト状にし
た材料を用いてスクリーン印刷法によ多形成される。
固体電解質4bt/Cは拡散室8となる部分が7セチル
セルローズを用いてスクリーン印刷法によって形成され
る。
セルローズを用いてスクリーン印刷法によって形成され
る。
次に、AI!zOsを主成分とし、タルク、クレイの焼
結助剤からなる混合粉末を上記と同様のスリップキャス
ティングによりシート状に成形しこれを2分割し、一方
には白金ペーストを用いてスクリーン印刷法によシヒー
タ6を形成し、これに他方のシートを120℃、80気
圧で熱圧着し、第3のグリーンシート5(絶縁物)を形
成する。
結助剤からなる混合粉末を上記と同様のスリップキャス
ティングによりシート状に成形しこれを2分割し、一方
には白金ペーストを用いてスクリーン印刷法によシヒー
タ6を形成し、これに他方のシートを120℃、80気
圧で熱圧着し、第3のグリーンシート5(絶縁物)を形
成する。
次に、固体電解質4eL、4bおよび第3のグリーンシ
ート5を図示の如く積層し、120℃、80気圧で熱圧
着し一体化する。その後1500 ’Oで約2時間大気
中で焼成する。
ート5を図示の如く積層し、120℃、80気圧で熱圧
着し一体化する。その後1500 ’Oで約2時間大気
中で焼成する。
次に、基準電極20上にスピネルをグラズマ照射し、多
孔質保護層11Cよりこれを保譲し、レーザ元又はドリ
ルによシ拡散ロアを形成して完成する。
孔質保護層11Cよりこれを保譲し、レーザ元又はドリ
ルによシ拡散ロアを形成して完成する。
第2図に示す如く、上記焼成の過程では、上記の如く、
基準電極20および測定電極30の白金9が上記焼成の
過程でまず焼結する。この場合、含有されたZrOx粉
末10が白金9間に介在するので白金9は断続的に配設
される。次に、Zr0wの焼結が進行し、ZrOx粉末
10とZrO2からなる固体電解質4a、4bとが結合
して焼結される。従って固体電解質4L、4Aは白金9
によって部分的に覆われるだけとなり、かつ白金9もz
「02粉末10を介して一平面のみでなく多面で強固に
接着される。
基準電極20および測定電極30の白金9が上記焼成の
過程でまず焼結する。この場合、含有されたZrOx粉
末10が白金9間に介在するので白金9は断続的に配設
される。次に、Zr0wの焼結が進行し、ZrOx粉末
10とZrO2からなる固体電解質4a、4bとが結合
して焼結される。従って固体電解質4L、4Aは白金9
によって部分的に覆われるだけとなり、かつ白金9もz
「02粉末10を介して一平面のみでなく多面で強固に
接着される。
第6図および第4図にその効果を示す。第6図は上記の
第7図と対応する線図で、図示の如くポンプ電流と酸素
濃度とはリニアの関係で変化することがわかる。また第
4図は第8図に対応するもので励起電圧にほぼ無関係に
上記IJ ニア特性を満足することが示さ、れでいる。
第7図と対応する線図で、図示の如くポンプ電流と酸素
濃度とはリニアの関係で変化することがわかる。また第
4図は第8図に対応するもので励起電圧にほぼ無関係に
上記IJ ニア特性を満足することが示さ、れでいる。
、これはZrOx粉末10を介し、酸素の拡散が十分に
行われるためである。以上によシ、ポンプ電流を測定す
ることによシ酸素濃度が正確に把握し、高精度の検出が
行われる。また基準電極20、測定電極30の接着強度
が高いため、長時間にわたシ品質を保持し、製品の信頼
性を向上することができる。
行われるためである。以上によシ、ポンプ電流を測定す
ることによシ酸素濃度が正確に把握し、高精度の検出が
行われる。また基準電極20、測定電極30の接着強度
が高いため、長時間にわたシ品質を保持し、製品の信頼
性を向上することができる。
本実施例において、固体電解質4tL、4bとしてYz
Ojで部分安定化したZr0zを用いたが、これに限ら
ず、Ca0 、8rO、MgO、TJOz 。
Ojで部分安定化したZr0zを用いたが、これに限ら
ず、Ca0 、8rO、MgO、TJOz 。
VIOs 、Taxesなどで安定化したZr0z 、
又はHbves 、 SrO、WOi 、 TazOi
、 !20sなどで安定化したf3Lxosなどを用
いても同様である。
又はHbves 、 SrO、WOi 、 TazOi
、 !20sなどで安定化したf3Lxosなどを用
いても同様である。
また第3のグリーンシート5、多孔質保護層1の材料と
してムライ) (AI!zoI−SrO系の化合物)t
l−用いてよく、多孔質保護層1の形成方法としてスク
リーン印刷法を用いてもよい0なお基準電極20、測定
電極30としては金などの非触媒性の高価の材料を用い
ることなく、上記の如く、白金で十分の効果が上げられ
る。
してムライ) (AI!zoI−SrO系の化合物)t
l−用いてよく、多孔質保護層1の形成方法としてスク
リーン印刷法を用いてもよい0なお基準電極20、測定
電極30としては金などの非触媒性の高価の材料を用い
ることなく、上記の如く、白金で十分の効果が上げられ
る。
また、ZrO2粉末はいづれかの電極にのみ含有されて
いるものでもよく、その初経、含有率は上記に限定しな
い。
いるものでもよく、その初経、含有率は上記に限定しな
い。
以上の説明によって明らかな如く、本発明によれば高精
度の酸素濃度の検出ができ、長時間□品質保持し得る効
果が上げられる。
度の酸素濃度の検出ができ、長時間□品質保持し得る効
果が上げられる。
第1図は本発明一実施例の横断面図、第2図は実施例の
電極と固体電解質の接合部を模式的に示す拡大断面図、
第3図は実施例の酸素濃度とポンプ電流との関係を示す
線図、第4図は実施例の励起電圧とボ、ンプ電流との関
係を示す線図、第5図は従来技術の横断面図、第6図、
第7図、第8図は従来技術のそれぞれ第2図、第3図、
第4図に対応する拡大断面図、線図である。 1・・・多孔質保護層 2.20・・・基準電極 6.60・・・測定電極 4.4a、4A・・・酸素イオン伝導性固体電解質5・
・・第3のグリーンシート 6・・・ヒータ 7・・・拡散口8・・
・拡散室 9・・・白金10・・・zro
x粉末 第 1 口 /θ 7 第2国 b 第 3囚 は素濃度(γ・) 第4膳− 第5囚 第60 第 70 酸素/lIL度(−/、> 第8図 励B電ffi (V)
電極と固体電解質の接合部を模式的に示す拡大断面図、
第3図は実施例の酸素濃度とポンプ電流との関係を示す
線図、第4図は実施例の励起電圧とボ、ンプ電流との関
係を示す線図、第5図は従来技術の横断面図、第6図、
第7図、第8図は従来技術のそれぞれ第2図、第3図、
第4図に対応する拡大断面図、線図である。 1・・・多孔質保護層 2.20・・・基準電極 6.60・・・測定電極 4.4a、4A・・・酸素イオン伝導性固体電解質5・
・・第3のグリーンシート 6・・・ヒータ 7・・・拡散口8・・
・拡散室 9・・・白金10・・・zro
x粉末 第 1 口 /θ 7 第2国 b 第 3囚 は素濃度(γ・) 第4膳− 第5囚 第60 第 70 酸素/lIL度(−/、> 第8図 励B電ffi (V)
Claims (2)
- 1.酸素イオン伝導性固体電解質の表面に形成される測
定電極と基準電極に印加し、酸素を含有する被測定ガス
を上記電極に接触せしめ、土記固体電解質内に酸素を拡
散せしめてその濃度を検出する空燃比センサにおいて、
上記電極の少くとも1つが、白金粉末に酸素イオン伝導
性固体電解質粉末を含有せしめたペースト材から形成さ
れるものであることを特徴とする空燃比センサ。 - 2.白金粉末に含まれる上記固体電解質粉末が、平均粒
径1μmないし10μmから形成され、その含有率が体
積パーセントで5%ないし30%であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項に記載の空燃比センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59155296A JPS6134456A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59155296A JPS6134456A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 空燃比センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6134456A true JPS6134456A (ja) | 1986-02-18 |
Family
ID=15602790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59155296A Pending JPS6134456A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6134456A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5178744A (en) * | 1988-10-31 | 1993-01-12 | Fujikura Ltd. | Oxygen sensor device |
US5372838A (en) * | 1991-12-27 | 1994-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for fabricating electrode of oxygen sensor |
JP2016114511A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ用電極およびその製造方法、限界電流式ガスセンサおよびその製造方法、およびセンサネットワークシステム |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP59155296A patent/JPS6134456A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5178744A (en) * | 1988-10-31 | 1993-01-12 | Fujikura Ltd. | Oxygen sensor device |
US5372838A (en) * | 1991-12-27 | 1994-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for fabricating electrode of oxygen sensor |
JP2016114511A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ用電極およびその製造方法、限界電流式ガスセンサおよびその製造方法、およびセンサネットワークシステム |
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