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JPH0664006B2 - Oxygen sensor - Google Patents
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JPH0664006B2 - Oxygen sensor - Google Patents

Oxygen sensor

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JPH0664006B2
JPH0664006B2 JP61304115A JP30411586A JPH0664006B2 JP H0664006 B2 JPH0664006 B2 JP H0664006B2 JP 61304115 A JP61304115 A JP 61304115A JP 30411586 A JP30411586 A JP 30411586A JP H0664006 B2 JPH0664006 B2 JP H0664006B2
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spiral
oxygen sensor
diffusion hole
oxygen
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祐 福田
彪 長井
謙三 黄地
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は雰囲気ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
センサに関し、特に、酸素イオン伝導性固体電解質を利
用した限界電流式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 an oxygen sensor for measuring an oxygen concentration in an atmospheric gas, and more particularly to a limiting current type oxygen sensor using an oxygen ion conductive solid electrolyte. .

従来の技術 従来この種の酸素センサは、第4図に示すように、酸素
イオン伝導性を有する例えばジルコニア系セラミックか
らなる固体電解質板1の両面に白金などの金属による電
極膜2(陽極2a,陰極2b)を形成し、さらに前記陰極2b
側の固体電解質板1の上に密閉空間を形成するためのU
字状の蓋体3を配置し、さらに蓋体3に外部空間と密閉
空間を連通する酸素の拡散孔4を設けた構成となってい
る。なお、この拡散孔4は陰極2bの酸素送出能力よりも
少量の酸素を拡散させる大きさに形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 4, an oxygen sensor of this type has an electrode membrane 2 (anode 2a, anode 2a) made of a metal such as platinum on both sides of a solid electrolyte plate 1 made of, for example, zirconia-based ceramic having oxygen ion conductivity. Cathode 2b) and further said cathode 2b
For forming a closed space on the solid electrolyte plate 1 on the side
The character-shaped lid body 3 is arranged, and further, the lid body 3 is provided with an oxygen diffusion hole 4 for communicating an external space and a closed space. The diffusion hole 4 is sized to diffuse a smaller amount of oxygen than the oxygen delivery capacity of the cathode 2b.

この構成において、酸素センサを動作可能な温度に加熱
した後、電極2間に直流電圧を印加すると、陰極2bで酸
素分子のイオン化反応が起こり、イオン化した酸素イオ
ンが固体電解質板1中を陽極2aに向かって移動し陽極2a
で酸素イオンの分子化反応が起こり外部空間へ排出され
る。一方、密閉空間への酸素の流入は蓋体3に設けられ
た拡散孔4により制限され、陰極2bへの酸素の流入が拡
散律速となる。その結果、固体電解質板1中を酸素イオ
ンが移動することによって生ずる電流は、印加電圧の増
加に対し、ある電圧以降一定値を示す。この一定となる
電流が限界電流である。これが雰囲気ガス中の酸素濃度
にほぼ比例することから、前記限界電流を検出すること
により酸素濃度を測定することができる。(例えば、特
開昭59−192953号公報、特開昭60−252254号公報) 発明が解決しようとする問題点 前記拡散孔4を形成した蓋体3の材料は耐熱性、耐食性
の点からセラミック材料が適用されることが多い。拡散
孔4の大きさは酸素センサの動作温度、限界電流の大き
さにより任意に設定される。しかし、酸素センサの長期
信頼性を確保するには動作温度は出来るだけ低くするこ
とが望ましい。ジルコニア系セラミックの固体電解質で
は酸素イオンの輸送能力の点から最低動作温度は約400
℃である。この動作温度で実用的限界電流値を得るには
拡散孔4は直径が数十μm、長さ数mmの極めて小さなも
のとなる。したがって、拡散孔4をセラミック材料に精
度よく穴開け加工を施すことは実用上困難であり、特性
のばらつきが大きくなるとともに、微細加工となるため
に生産性が悪く、コストが高くなるという問題があっ
た。
In this configuration, when the direct current voltage is applied between the electrodes 2 after heating the oxygen sensor to an operable temperature, an ionization reaction of oxygen molecules occurs at the cathode 2b, and the ionized oxygen ions pass through the solid electrolyte plate 1 into the anode 2a. Move towards anode 2a
At that time, a molecular reaction of oxygen ions occurs and the oxygen ions are discharged to the outside space. On the other hand, the inflow of oxygen into the closed space is restricted by the diffusion hole 4 provided in the lid 3, and the inflow of oxygen into the cathode 2b is diffusion-controlled. As a result, the current generated by the movement of oxygen ions in the solid electrolyte plate 1 shows a constant value after a certain voltage as the applied voltage increases. This constant current is the limiting current. Since this is almost proportional to the oxygen concentration in the atmosphere gas, the oxygen concentration can be measured by detecting the limiting current. (For example, JP-A-59-192953 and JP-A-60-252254) Problems to be Solved by the Invention The material of the lid body 3 in which the diffusion holes 4 are formed is ceramic from the viewpoint of heat resistance and corrosion resistance. Materials are often applied. The size of the diffusion hole 4 is arbitrarily set depending on the operating temperature of the oxygen sensor and the size of the limiting current. However, it is desirable to keep the operating temperature as low as possible in order to ensure long-term reliability of the oxygen sensor. In the solid electrolyte of zirconia-based ceramic, the minimum operating temperature is about 400 from the viewpoint of oxygen ion transport capacity.
℃. In order to obtain a practical limit current value at this operating temperature, the diffusion hole 4 has an extremely small diameter of several tens of μm and a length of several mm. Therefore, it is practically difficult to perform the drilling process for the diffusion holes 4 in the ceramic material with high accuracy, and the characteristics vary greatly, and the fine processing leads to poor productivity and high cost. there were.

また、蓋体3の上部に拡散孔4を形成する構成では酸素
センサの製造過程や実使用の際、ホコリや異物などが拡
散孔4に侵入してその孔径を変化させたり、閉塞させた
りする懸念がある。その結果、酸素センサ特性に経時変
化が起こり、誤動作の原因となる問題がある。
Further, in the configuration in which the diffusion hole 4 is formed in the upper portion of the lid body 3, dust, foreign matter, etc. enter the diffusion hole 4 to change or close the diameter thereof during the manufacturing process or actual use of the oxygen sensor. I have a concern. As a result, there is a problem that the oxygen sensor characteristics change over time, which causes malfunction.

本発明はかかる従来の問題点を解消するもので、加工
性、生産性が優れているとともに、特性のばらつきが少
なく、長期にわたり安定した特性を実現し得る酸素セン
サを提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor which is excellent in workability and productivity, has less variation in characteristics, and can realize stable characteristics over a long period of time. .

問題点を解決するための手段 上記問題点を解消するために本発明の酸素センサは、固
体電解質板と、前記固体電解質板の両面に形成された電
極膜と、前記電極膜の一方を囲み始端と終端とが前記固
体電解質板上で互いに間隔を有するように配置された螺
旋形スペーサと、前記螺旋形スペーサの相対向する隔壁
と前記固体電解質板とシール板で囲まれる螺旋形拡散孔
を備えたものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the oxygen sensor of the present invention has a solid electrolyte plate, electrode films formed on both surfaces of the solid electrolyte plate, and a starting end surrounding one of the electrode films. And spiral ends arranged so that the ends of the spiral spacers are spaced from each other on the solid electrolyte plate, partition walls facing each other of the spiral spacer, and spiral diffusion holes surrounded by the solid electrolyte plate and the seal plate. It is a thing.

作 用 本発明の上記構成において、螺旋形拡散孔が螺旋形スペ
ーサと固体電解質板とシール板の接着の際に同時に形成
されるので従来の酸素センサにおける拡散孔の如く、困
難な穴開け加工が不必要であるおともに、本発明の拡散
孔が固体電解質板と平行に形成されるため螺旋形拡散孔
がホコリや異物などの侵入が防止される。また、螺旋形
拡散孔が電極膜の周囲で形成されるので、拡散孔の開口
面積、長さを大きく設計でき、寸法精度が向上する。
Operation In the above configuration of the present invention, since the spiral diffusion hole is formed at the same time when the spiral spacer, the solid electrolyte plate and the seal plate are bonded, it is possible to perform difficult drilling work like the diffusion hole in the conventional oxygen sensor. In addition, it is unnecessary, and since the diffusion hole of the present invention is formed in parallel with the solid electrolyte plate, the spiral diffusion hole prevents intrusion of dust or foreign matter. Further, since the spiral diffusion hole is formed around the electrode film, the opening area and length of the diffusion hole can be designed to be large, and the dimensional accuracy is improved.

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の第1の実施例を示すもので同図(a)
は酸素センサの分解斜視図、同図(b)は酸素センサの
一部破断斜視図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention and is shown in FIG.
Is an exploded perspective view of the oxygen sensor, and FIG. 6B is a partially cutaway perspective view of the oxygen sensor.

第1図(a),(b)において、1は酸素イオン伝導性
を有する固体電解質板でこの両面には電極膜2が形成さ
れる。固体電解質板1の一方の面に電極膜2を囲み、始
端と終端が互いに間隔を有する螺旋形スペーサ5が配置
され、さらにシール板6が配置される。本発明の拡散孔
7は、螺旋形スペーサ5の相対向する隔壁と固体電解質
板1とシール板6で囲まれた螺旋形の空間で形成され、
酸素は前記空間を通して電極膜2へ拡散する。
In FIGS. 1 (a) and 1 (b), 1 is a solid electrolyte plate having oxygen ion conductivity, and electrode films 2 are formed on both surfaces thereof. A spiral spacer 5 is arranged on one surface of the solid electrolyte plate 1 so as to surround the electrode film 2, the start end and the end are spaced from each other, and a seal plate 6 is further arranged. The diffusion hole 7 of the present invention is formed in a spiral space surrounded by the partition walls of the spiral spacer 5 facing each other, the solid electrolyte plate 1 and the seal plate 6,
Oxygen diffuses into the electrode film 2 through the space.

固体電解質板1の材料は、長期にわたる信頼性、特性の
安定性などの点で最も実用的なジルコニア系セラミック
が挙げられ、その中でもイットリアを添加したジルコニ
アが良い。
Examples of the material of the solid electrolyte plate 1 include zirconia-based ceramics, which is the most practical in terms of long-term reliability, stability of characteristics, and the like. Among them, zirconia to which yttria is added is preferable.

電極膜2の材料としては白金、金、パラジウム、銀など
が挙げられるが特に限定されるものではない。
Examples of the material of the electrode film 2 include platinum, gold, palladium and silver, but are not particularly limited.

螺旋形スペーサ5は酸素センサの使用温度で充分耐え得
る耐熱性と、固体電解質板1とシール板6との気密性を
実現した接着性が要求され、その材料としてはガラス、
金属が挙げられる。
The spiral spacer 5 is required to have heat resistance sufficient to withstand the operating temperature of the oxygen sensor and adhesiveness that realizes airtightness between the solid electrolyte plate 1 and the seal plate 6, and the material thereof is glass,
Examples include metals.

ガラス材料は固体電解質板1としてジルコニア系セラミ
ックを適用した場合、熱膨張が同程度であることが望ま
しく、PbO−ZnO−B−SiO系、KO−PbO−Si
O系、NaO−KO−PbO−SiO系、NaO−CaO−
SiO系、KO−CaO−SiO系ガラスが挙げられる。
ところで、螺旋形スペーサ5としてガラスのみで構成し
た場合、シール板6を上部に配置後、加熱焼成を行なう
とガラスの軟化によりシール板6が沈降し螺旋形スペー
サ5のギャップ、即ち拡散孔4の寸法のばらつきが大き
くなる。本発明ではこれを防止するため、ガラス成分中
にガラス成分よりも融点の高い耐熱性粒子を分散配置す
る。前記耐熱性粒子がシール板6の沈降を防ぎ、安定し
たギャップの形成を実現できる。なお、前記耐熱性粒子
の大きさをそろえることにより前記ギャップの寸法精度
が向上する。
When the glass material to which the zirconia-based ceramic as a solid electrolyte plate 1, it is desirable thermal expansion is comparable, PbO-ZnO-B 2 O 3 -SiO 2 system, K 2 O-PbO-Si
O 2 system, Na 2 O-K 2 O-PbO-SiO 2 system, Na 2 O-CaO-
Examples thereof include SiO 2 type and K 2 O—CaO—SiO 2 type glasses.
By the way, in the case where the spiral spacer 5 is made of only glass, when the seal plate 6 is placed on the upper part and then heated and fired, the seal plate 6 is settled by softening of the glass and the gap of the spiral spacer 5, that is, the diffusion hole 4 is formed. Large dimensional variation. In the present invention, in order to prevent this, heat resistant particles having a melting point higher than that of the glass component are dispersed in the glass component. The heat-resistant particles prevent the seal plate 6 from settling, and a stable gap can be formed. By adjusting the sizes of the heat resistant particles, the dimensional accuracy of the gap is improved.

螺旋形スペーサ5の形成手段としてはスクリーン印刷法
が最適である。この場合、前記ガラス成分を含むペース
トに前記耐熱性粒子を適宜添加し混合分散したこのを前
記螺旋形スペーサ5のパターンを用いて固体電解質板1
の面上に電極膜2を囲むように印刷する。
The screen printing method is most suitable as the means for forming the spiral spacer 5. In this case, the heat-resistant particles are appropriately added to the paste containing the glass component, mixed and dispersed, and the solid electrolyte plate 1 is formed by using the pattern of the spiral spacer 5.
Is printed so as to surround the electrode film 2.

一方、螺旋形スペーサ5を金属で構成する場合は銀ろう
箔で挟持されたチタニウム箔が最適である。この理由は
チタニウムが固体電解質板1として適用されるジルコニ
ア系セラミックに近い熱膨張率を有すること、耐熱性、
接着性に優れていることにある。前記銀ろう箔とチタニ
ウム箔はレーザー加工などにより前記螺旋形スペーサ5
のパターンに加工されたものを用いる。前記螺旋形スペ
ーサ5のギャップは銀ろう箔とチタニウム箔の厚みで決
定され、常に安定したギャップ寸法が得られる。
On the other hand, when the spiral spacer 5 is made of metal, a titanium foil sandwiched between silver brazing foils is most suitable. The reason is that titanium has a coefficient of thermal expansion close to that of the zirconia-based ceramic applied as the solid electrolyte plate 1, heat resistance,
It has excellent adhesiveness. The silver brazing foil and the titanium foil are formed into the spiral spacer 5 by laser processing or the like.
The one processed into the pattern is used. The gap of the spiral spacer 5 is determined by the thicknesses of the silver brazing foil and the titanium foil, and a stable gap size is always obtained.

シール板6の材料としては、熱膨張率、耐熱性の点か
ら、ジルコニア系セラミック、フォルステライト、螺旋
形スペーサ5で述べたガラスが挙げられる。なお、シー
ル板6として適用されるガラスは螺旋形スペーサ5で適
用されるガラスよりも高融点のものが選択される。
Examples of the material of the seal plate 6 include zirconia-based ceramics, forsterite, and the glass described in the spiral spacer 5 from the viewpoint of thermal expansion coefficient and heat resistance. The glass used as the seal plate 6 has a higher melting point than that of the glass used in the spiral spacer 5.

本発明の螺旋形拡散孔7は前述の如く、螺旋形スペーサ
5の相対向する隔壁と固体電解質板1とシール板6で囲
まれた螺旋形の空間で構成され、シール板6を螺旋形ス
ペーサ5の上に配置後、下記方法で形成される。
As described above, the spiral diffusion hole 7 of the present invention is composed of the partition walls facing each other of the spiral spacer 5, the spiral space surrounded by the solid electrolyte plate 1 and the seal plate 6, and the seal plate 6 is formed by the spiral spacer. After being placed on top of No. 5, it is formed by the following method.

スペーサが ガラス印刷である場合は加熱焼成による接着。Bonding by heating and baking when the spacer is glass printed.

銀ろう箔とチタニウム箔である場合は真空もしくは
不活性ガス中で加熱溶融によるろう付け。
In the case of silver brazing foil and titanium foil, brazing by heating and melting in vacuum or inert gas.

限界電流式酸素センサにおいて、限界電流は次式で近似
される。
In the limiting current type oxygen sensor, the limiting current is approximated by the following equation.

Il=K・S/l・Po ここで、Il:限界電流 K:比例定数 S:酸素の拡散孔の開口面積 l: 〃 の長さ(拡散距離) Po:酸素分圧 上式より、限界電流は酸素が拡散する拡散孔の開口面積
に比例し、前記拡散孔の長さに反比例することがわか
る。前記限界電流を実現するには、前記拡散孔を固体電
解質板の酸素イオン輸送能力よりも少量の酸素を拡散さ
せる大きさにする必要がある。例えば、本発明において
空気中における限界電流値を100μAとすれば、これに
相当する酸素が拡散律速となるような螺旋形拡散孔7の
大きさは、開口部面積が400μm(螺旋形拡散孔7の
幅)×50μm(螺旋形拡散孔7の高さ)のとき、長さが
25mm(螺旋形拡散孔7の始端から終端までの距離)とな
る。前記大きさの螺旋形拡散孔7を有する酸素センサを
固体電解質板1の酸素イオンの輸送能力が電流値換算で
100μA以上となる温度に加熱することにより限界電流
特性が得られ、酸素センサとして機能する。
Il = K · S / l · Po 2 Where, Il: Limiting current K: Proportional constant S: Oxygen diffusion hole opening area l: 〃 length (diffusion distance) Po 2 : Oxygen partial pressure From the above equation, It can be seen that the limiting current is proportional to the opening area of the diffusion hole through which oxygen diffuses and inversely proportional to the length of the diffusion hole. In order to realize the limiting current, the diffusion holes need to be sized to diffuse a smaller amount of oxygen than the oxygen ion transport capacity of the solid electrolyte plate. For example, in the present invention, if the limiting current value in air is 100 μA, the size of the spiral diffusion hole 7 is such that oxygen corresponding to the limiting current value is diffusion limited, and the opening area is 400 μm (helical diffusion hole 7 Width) x 50 μm (height of spiral diffusion hole 7), the length is
The distance is 25 mm (the distance from the start end to the end of the spiral diffusion hole 7). The oxygen sensor having the spiral-shaped diffusion hole 7 having the above-mentioned size is used as the current value conversion of the oxygen ion transport ability of the solid electrolyte plate 1.
By heating to a temperature of 100 μA or more, limiting current characteristics are obtained, and it functions as an oxygen sensor.

なお、螺旋形拡散孔7の大きさは酸素センサの使用温
度、必要とする限界電流の大きさにより適宜設定され、
限定されるものではない。
The size of the spiral diffusion hole 7 is appropriately set according to the operating temperature of the oxygen sensor and the size of the required limiting current,
It is not limited.

次に具体的実験例にもとづいてその作用と効果を説明す
る。
Next, the operation and effect will be described based on a concrete experimental example.

第1図に示す本発明の第1の実施例における酸素センサ
構成材料、製造方法は次の通りである。
The oxygen sensor constituent material and manufacturing method in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 are as follows.

なお、限界電流値は100μA(空気中)となるように螺
旋形拡散孔7を設計した。また、螺旋形スペーサ5とし
てガラス印刷膜を適用したものを酸素センサA、銀ろう
箔で挟持されたチタニウム箔を適用したものを酸素セン
サBとして作製した。
The spiral diffusion hole 7 was designed so that the limiting current value was 100 μA (in air). Further, a glass printed film was used as the spiral spacer 5 as an oxygen sensor A, and a titanium foil sandwiched between silver brazing foils was used as an oxygen sensor B.

固体電解質板1 ZrO・Yセラミック(Y8mol%)、寸法1
2×12×0.4tmm 電極膜2 Ptペースト、電極径6mm、膜厚約5μm 固体電解質板1の両面にスクリーン印刷法により塗布
し、850℃で10分焼成。なお、陰極側のみ第1図に示す
ようにリード線接続用のPtペーストによる印刷膜を形
成。
Solid electrolyte plate 1 ZrO 2 · Y 2 O 3 ceramic (Y 2 O 3 8 mol%), size 1
2 × 12 × 0.4tmm electrode film 2 Pt paste, electrode diameter 6mm, film thickness about 5μm Apply on both sides of solid electrolyte plate 1 by screen printing method, and calcination at 850 ° C for 10 minutes. A printed film made of Pt paste for connecting lead wires was formed on the cathode side only as shown in FIG.

螺旋形スペーサ5 A:ガラス印刷膜 ガラス…PbO−ZnO−B−SiO系ガラスペースト 耐熱性粒子…BaO−TiO−SiO系ガラス粉末平均粒径5
0μm 前記ガラスペースト1gに対し、前記ガラス粉末を10mg混
合したものを用い、スクリーン印刷で固体電解質板1の
一方の面に電極膜2を囲んで螺旋形スペーサ5を形成。
前記螺旋形スペーサ5は第1図に示す形状とし、螺旋形
拡散孔7の大きさが前述の一例で示した寸法になるよう
設定した。
Helical spacer 5 A: Glass printing film glass ... PbO-ZnO-B 2 O 3 -SiO 2 based glass paste refractory particles ... BaO-TiO 2 -SiO 2 based glass powder having an average particle size of 5
0 μm A mixture of 1 mg of the glass paste and 10 mg of the glass powder was used to form a spiral spacer 5 on one surface of the solid electrolyte plate 1 by surrounding the electrode film 2 by screen printing.
The spiral spacer 5 has the shape shown in FIG. 1, and the size of the spiral diffusion hole 7 is set to be the size shown in the above example.

螺旋形スペーサ5の幅 0.5mm B:銀ろう箔で挟持されたチタニウム箔 前記銀ろう箔で挟持されたチタニウム箔をレーザー加工
により螺旋形拡散孔7の大きさが前述の一例で示した寸
法となるように第1図に示す螺旋形スペーサ5を形成
し、固体電解質板1の上に電極膜2を囲んで配置。
Width of spiral spacer 5 0.5mm B: Titanium foil sandwiched by silver brazing foil The titanium spacer sandwiched between the silver brazing foils is laser-processed to form the spiral spacer 5 shown in FIG. 1 so that the size of the spiral diffusion hole 7 becomes the size shown in the above example, and the solid electrolyte plate is formed. The electrode film 2 is arranged on the first electrode 1.

螺旋形スペーサ5の幅0.5mm シール板 ZrO・Yセラミック(Y8mol%) 寸法11×12×0.5tmm シール板6を螺旋形スペーサ5の上に配置 前記各部材の接着及び螺旋状拡散孔7の形成 A:450℃,30分の加熱焼成 B:10 torr以下の真空下で800℃,5分の加熱ろう付け このようにして作製した酸素センサA,Bについて電極膜
2にリード線(Pt)を取り付け、空気中400℃で電圧−
電流特性を評価した。その結果、作製した酸素センサA,
Bともに印加電圧1V〜2.2Vの範囲において電流が一定値
を示した。この一定値を示す電流が限界電流であり、酸
素センサとして機能することが確認された。また、前記
限界電流値は両者ともに約100μAを示し、前述の螺旋
形拡散孔が設計通り形成されていることが確認された。
Width of spiral spacer 5 0.5 mm Seal plate ZrO 2 · Y 2 O 3 ceramic (Y 2 O 3 8 mol%) Dimensions 11 × 12 × 0.5 tmm Seal plate 6 is arranged on spiral spacer 5 Adhesion of the above-mentioned members and formation of spiral diffusion hole 7 a: 450 ° C., 30 minutes of heating and burning B: 10 - 4 torr below 800 ° C. under vacuum, 5 minutes of brazing oxygen sensor a was fabricated in this manner, the B Attach a lead wire (Pt) to the electrode film 2 and apply voltage at 400 ° C in air.
The current characteristics were evaluated. As a result, the produced oxygen sensor A,
For both B, the current showed a constant value in the applied voltage range of 1V to 2.2V. It was confirmed that the current showing this constant value is the limiting current and functions as an oxygen sensor. Further, both of the limiting current values showed about 100 μA, and it was confirmed that the above-mentioned spiral diffusion hole was formed as designed.

空気中での限界電流値を100μAに設定すると、第3図
に示す従来の拡散孔4の大きさは、直径30μmで長さ1m
mとなる。一方、第1図に示す本発明の螺旋形拡散孔7
の大きさは、幅400μm、高さが50μm、長さが25mmと
なる。(ここで示した従来および本発明の拡散孔の大き
さは実用性の高い代表例である。)ここで、両者の拡散
孔の開口部寸法が10%ばらつくと前記限界電流値は約20
%ばらつくことになる。従来の拡散孔4のように微少な
穴を精度よく加工することは困難であり開口部の面積が
10%以上ばらつくことは避けられない。一方、本発明の
螺旋形拡散孔7は電極膜2の周囲に形成されるので開口
部面積、長さがともに20倍以上の大きさにすることがで
きる。前記開口部面積を大きく設計できることは、従来
のそれに比べばらつきを小さくできるので限界電流値の
ばらつきを小さくできるという効果を有する。本発明に
よる螺旋形拡散孔7の開口部面積のばらつきは10%以内
であり、限界電流値は±20%以内という結果を得た。
When the limiting current value in air is set to 100 μA, the size of the conventional diffusion hole 4 shown in FIG. 3 is 30 μm in diameter and 1 m in length.
It becomes m. On the other hand, the spiral diffusion hole 7 of the present invention shown in FIG.
The size is 400 μm in width, 50 μm in height, and 25 mm in length. (The sizes of the diffusion holes of the related art and the present invention shown here are representative examples of high practicability.) Here, when the opening size of both diffusion holes varies by 10%, the limiting current value is about 20.
% Will vary. It is difficult to accurately process a minute hole such as the conventional diffusion hole 4, and the area of the opening is small.
It is inevitable that it will vary by more than 10%. On the other hand, since the spiral diffusion hole 7 of the present invention is formed around the electrode film 2, both the opening area and the length can be made 20 times or more. The fact that the opening area can be designed to be large has an effect that the variation in the limiting current value can be reduced because the variation can be reduced as compared with the conventional case. The variation of the opening area of the spiral diffusion hole 7 according to the present invention is within 10%, and the limiting current value is within ± 20%.

また、本発明では螺旋形拡散孔7が固体電解質1と螺旋
形スペーサ5とシール板6の接着による組み合わせで構
成されるので従来のようにセラミックの穴開け加工を必
要としない。したがって、極めて簡単な方法で形成され
るので生産性に優れ、低コストを実現することができ
る。
Further, according to the present invention, since the spiral diffusion hole 7 is formed by the combination of the solid electrolyte 1, the spiral spacer 5 and the seal plate 6 which are adhered to each other, it is not necessary to perforate the ceramic as in the conventional case. Therefore, since it is formed by an extremely simple method, it is possible to realize excellent productivity and low cost.

さらに、本発明では螺旋形拡散孔7が固体電解質板1と
平行に形成されるので酸素センサの製造過程、実使用の
際にホコリや異物などの拡散孔への侵入を防止でき特性
の安定化及び長期にわたる信頼性の向上を図ることがで
きる。
Further, in the present invention, since the spiral diffusion hole 7 is formed in parallel with the solid electrolyte plate 1, it is possible to prevent dust and foreign matter from entering the diffusion hole during the manufacturing process of the oxygen sensor and in actual use, and to stabilize the characteristics. In addition, reliability can be improved over a long period of time.

次に本発明の他の実施例について説明する。第2図にお
いて前記実施例と相違する点は、螺旋形スペーサ5の全
長が短い、すなわち螺旋形拡散孔7の長さが短いことに
あり、前記実施例よりも高い限界電流値を必要とする場
合に適用されるものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described. 2 is different from the above-mentioned embodiment in that the total length of the spiral spacer 5 is short, that is, the length of the spiral diffusion hole 7 is short, and a higher limiting current value than that in the above-mentioned embodiment is required. This is the case.

なお、螺旋形スペーサ5(螺旋形拡散孔7)の形状は実
施例で示した丸形に限定されるのではなく、三角形、四
角形でもよい。
The shape of the spiral spacer 5 (spiral diffusion hole 7) is not limited to the round shape shown in the embodiment, and may be a triangle or a quadrangle.

また、第3図において前記実施例と相違する点は、螺旋
形拡散孔7の酸素導入口を固体電解質板1とシール板6
の端部よりも内側に配置させたことにあり、これにより
固体電解質板1とシール板6の隙間でホコリや異物の侵
入を防止するフィルタ機能を実現させることができるの
で前記実施例の酸素センサよりも特性の安定化、信頼性
を一層向上させることができる。
3 is different from that of the above embodiment in that the oxygen inlet of the spiral diffusion hole 7 is connected to the solid electrolyte plate 1 and the seal plate 6.
The oxygen sensor of the above-mentioned embodiment can be realized because the filter function for preventing the intrusion of dust and foreign matter in the gap between the solid electrolyte plate 1 and the seal plate 6 can be realized by arranging the oxygen sensor inside the end part of the oxygen sensor. It is possible to stabilize characteristics and further improve reliability.

実施例ではシール板6としてZrO・Yセラミッ
ク、螺旋形スペーサ5のガラスとしてPbO−ZnO−B
−SiO系ガラスについて述べたが、明細書記載の他
の材料でも前記実施例と同様な効果が得られた。また、
シール板6、固体電解質板1の形状は第1図〜第3図に
示した形状に限定されるものではない。
In the embodiment, ZrO 2 · Y 2 O 3 ceramic is used as the seal plate 6, and PbO—ZnO—B 2 O is used as the glass of the spiral spacer 5.
Although the 3- SiO 2 based glass has been described, the same effects as those in the above-described examples can be obtained with other materials described in the specification. Also,
The shapes of the seal plate 6 and the solid electrolyte plate 1 are not limited to the shapes shown in FIGS. 1 to 3.

発明の効果 以上のように本発明の酸素センサによれば次の効果が得
られる。
Effects of the Invention As described above, the oxygen sensor of the present invention has the following effects.

(1) 酸素の拡散孔の大きさを従来より大きくするこ
とができるので前記拡散孔の相対的なばらつきを小さく
することができ、限界電流値のばらつきを小さくするこ
とができる。
(1) Since the size of the oxygen diffusion hole can be made larger than in the conventional case, the relative variation of the diffusion hole can be reduced, and the variation of the limiting current value can be reduced.

(2) 前記拡散孔がガラス印刷膜もしくは金属箔から
なる螺旋形スペーサと固体電解質板とシール板の接着に
より構成される。したがって、極めて簡単な方法で形成
できるので生産性に優れ、低コストを実現することがで
きる。
(2) The diffusion holes are formed by bonding a spiral spacer made of a glass printed film or a metal foil, a solid electrolyte plate and a seal plate. Therefore, since it can be formed by an extremely simple method, it is possible to realize excellent productivity and low cost.

(3) 前記拡散孔が固体電解質板と平行に形成される
ので前記拡散孔へのホコリや異物の侵入が防止され、特
性の安定化、長期にわたる信頼性の向上が図れる。
(3) Since the diffusion hole is formed in parallel with the solid electrolyte plate, dust and foreign matter can be prevented from entering the diffusion hole, and the characteristics can be stabilized and the long-term reliability can be improved.

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

第1図aは本発明の第1の実施例を示す酸素センサの分
解斜視図、同図bは酸素センサの一部破断斜視図、第2
図aは本発明の第2の実施例を示す酸素センサの分解斜
視図、同図bは酸素センサの一部破断斜視図、第3図a
は本発明の第3の実施例を示す酸素センサの分解斜視
図、同図bは酸素センサの一部分解斜視図、第4図は従
来の酸素センサの断面図である。 1……固体電解質板、5……螺旋形スペーサ、6……シ
ール板、7……螺旋形拡散孔。
FIG. 1a is an exploded perspective view of an oxygen sensor showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1b is a partially cutaway perspective view of the oxygen sensor, and FIG.
FIG. A is an exploded perspective view of an oxygen sensor showing a second embodiment of the present invention, FIG. B is a partially cutaway perspective view of the oxygen sensor, and FIG.
Is an exploded perspective view of an oxygen sensor showing a third embodiment of the present invention, FIG. 4b is a partially exploded perspective view of the oxygen sensor, and FIG. 4 is a sectional view of a conventional oxygen sensor. 1 ... Solid electrolyte plate, 5 ... Helical spacer, 6 ... Seal plate, 7 ... Helical diffusion hole.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸素イオン伝導性を有する固体電解質板
と、前記固体電解質板の両面に形成された電極膜と前記
電極膜の一方を囲み始端と終端とが前記固体電解質板上
で互いに間隔を有するように配置された螺旋形スペーサ
と、前記螺旋形スペーサ上に前記固体電解質板と相対向
するように配置されたシール板と、前記螺旋形スペーサ
の相対向する隔壁と前記固体電解質板とシール板で囲ま
れて形成される螺旋形拡散孔とからなる酸素センサ。
1. A solid electrolyte plate having oxygen ion conductivity, electrode films formed on both sides of the solid electrolyte plate, and surrounding one of the electrode films, a start end and an end are spaced from each other on the solid electrolyte plate. A spiral spacer arranged to have, a sealing plate arranged on the spiral spacer so as to face the solid electrolyte plate, a partition wall facing the spiral spacer, and a seal between the solid electrolyte plate. An oxygen sensor comprising a spiral diffusion hole surrounded by a plate.
【請求項2】スペーサがガラスと耐熱性粒子の混合物、
銀ろう箔で挟持されたチタニウム箔のいずれか1種から
なる特許請求の範囲第1項記載の酸素センサ。
2. The spacer is a mixture of glass and heat resistant particles,
The oxygen sensor according to claim 1, comprising any one of titanium foils sandwiched between silver brazing foils.
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