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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- 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)
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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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