JPH0816668B2 - 酸素センサの製造方法 - Google Patents
酸素センサの製造方法Info
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- JPH0816668B2 JPH0816668B2 JP3284043A JP28404391A JPH0816668B2 JP H0816668 B2 JPH0816668 B2 JP H0816668B2 JP 3284043 A JP3284043 A JP 3284043A JP 28404391 A JP28404391 A JP 28404391A JP H0816668 B2 JPH0816668 B2 JP H0816668B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質と電極と
の接合強度を向上させることができる酸素センサの製造
方法に関するものである。
の接合強度を向上させることができる酸素センサの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜型ガスセンサの一例として、
安定化ジルコニアを酸素イオン導電性の固体電解質とし
て用いた薄膜型酸素センサが知られている。該酸素セン
サは、例えばイットリア添加安定化ジルコニア（ＺｒＯ
2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3）の如く、ジルコニア（ＺｒＯ2）
に安定化剤となるイットリア（Ｙ2Ｏ3）、マグネシア
（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の酸化物を数ｍｏｌ
％程度添加して安定化させ固体電解質としたもので、通
常、マグネトロンスパッタ装置等を用いて多孔質のアル
ミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、多孔質の白金（Ｐｔ電極
層、ＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％等の固体電解質層、多孔質の
Ｐｔ電極層を順次積層して作成される。
安定化ジルコニアを酸素イオン導電性の固体電解質とし
て用いた薄膜型酸素センサが知られている。該酸素セン
サは、例えばイットリア添加安定化ジルコニア（ＺｒＯ
2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3）の如く、ジルコニア（ＺｒＯ2）
に安定化剤となるイットリア（Ｙ2Ｏ3）、マグネシア
（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の酸化物を数ｍｏｌ
％程度添加して安定化させ固体電解質としたもので、通
常、マグネトロンスパッタ装置等を用いて多孔質のアル
ミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、多孔質の白金（Ｐｔ電極
層、ＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％等の固体電解質層、多孔質の
Ｐｔ電極層を順次積層して作成される。
【０００３】そして、該酸素センサでは、固体電解質層
を一定の温度に保持し、両Ｐｔ電極層間に所定の電圧を
印加した状態にしておくと、多孔質のアルミナ基板を通
して固体電解質層に取り込まれた試料ガス中の酸素が酸
素ポンピング作用により該固体電解質層をイオンとなっ
て流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から、
前記試料ガス中の酸素濃度が測定される構成である。
を一定の温度に保持し、両Ｐｔ電極層間に所定の電圧を
印加した状態にしておくと、多孔質のアルミナ基板を通
して固体電解質層に取り込まれた試料ガス中の酸素が酸
素ポンピング作用により該固体電解質層をイオンとなっ
て流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から、
前記試料ガス中の酸素濃度が測定される構成である。
【０００４】この酸素センサは、従来のバルク型酸素セ
ンサと比べて、応答速度が速い、低消費電力、小型化が
可能等の優れた特徴があるために、地下室等の密室にお
ける酸欠事故防止、溶鋼中の酸素濃度測定、エンジンや
ボイラー等の燃焼管理、公害計測用等様々な目的に適合
したセンサである。
ンサと比べて、応答速度が速い、低消費電力、小型化が
可能等の優れた特徴があるために、地下室等の密室にお
ける酸欠事故防止、溶鋼中の酸素濃度測定、エンジンや
ボイラー等の燃焼管理、公害計測用等様々な目的に適合
したセンサである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した酸
素センサを製造する場合、単に、Ｐｔ電極層、固体電解
質層、Ｐｔ電極層を順次積層しているのみであるから、
Ｐｔ電極層と固体電解質層との接合強度が非常に弱いと
いう欠点があった。Ｐｔ電極層と固体電解質層との間の
接合強度が弱い場合、Ｐｔ電極層と固体電解質層との界
面の電気抵抗が非常に大きなものとなり前記固体電解質
層にかかる電圧が所定の電圧より低下してしまうことと
なる。したがって、固体電解質層において酸素ポンピン
グ作用が良好に行われなくなり、酸素センサとしての感
度や応答性が大きく低下することとなり、信頼性が低下
する主要因となる。上記の現象は特に熱サイクルが存在
する場合に顕著である。
素センサを製造する場合、単に、Ｐｔ電極層、固体電解
質層、Ｐｔ電極層を順次積層しているのみであるから、
Ｐｔ電極層と固体電解質層との接合強度が非常に弱いと
いう欠点があった。Ｐｔ電極層と固体電解質層との間の
接合強度が弱い場合、Ｐｔ電極層と固体電解質層との界
面の電気抵抗が非常に大きなものとなり前記固体電解質
層にかかる電圧が所定の電圧より低下してしまうことと
なる。したがって、固体電解質層において酸素ポンピン
グ作用が良好に行われなくなり、酸素センサとしての感
度や応答性が大きく低下することとなり、信頼性が低下
する主要因となる。上記の現象は特に熱サイクルが存在
する場合に顕著である。
【０００６】そこで、前記接合強度を向上させる方法と
して、スパッタされる面を粗面加工して凹凸を形成し接
触面積を増加させる方法が検討されているが、単に接触
面積を増加させただけではＰt電極層と固体電解質層と
の接合強度を大幅に高めることはできず、根本的な解決
方法にはなっていない。
して、スパッタされる面を粗面加工して凹凸を形成し接
触面積を増加させる方法が検討されているが、単に接触
面積を増加させただけではＰt電極層と固体電解質層と
の接合強度を大幅に高めることはできず、根本的な解決
方法にはなっていない。
【０００７】また、Ｐｔ電極層と固体電解質層からなる
積層体を、例えば１４００℃以上の高温において反応さ
せ、Ｐｔ電極層と固体電解質層との界面に接合層を形成
する方法も考えられている。しかし、この方法では、反
応温度が非常に高温であることからＰｔ電極層や固体電
解質層が変質する危険性があり、また、耐熱性の点から
用いられる材料が限られてしまうために最適な材料を選
択することが極めて困難なものとなり、製造コストも大
幅にアップするという様々な欠点がある。
積層体を、例えば１４００℃以上の高温において反応さ
せ、Ｐｔ電極層と固体電解質層との界面に接合層を形成
する方法も考えられている。しかし、この方法では、反
応温度が非常に高温であることからＰｔ電極層や固体電
解質層が変質する危険性があり、また、耐熱性の点から
用いられる材料が限られてしまうために最適な材料を選
択することが極めて困難なものとなり、製造コストも大
幅にアップするという様々な欠点がある。
【０００８】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、電極と固体電解質との接合強度を向上さ
せることができ、かつ、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する酸
素センサを提供することにある。
ものであって、電極と固体電解質との接合強度を向上さ
せることができ、かつ、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する酸
素センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様な酸素センサの製造方法を採用し
た。すなわち、請求項１記載の酸素センサの製造方法
は、３価以下の金属が０．０５〜５．０重量％添加さ
れ、焼成することにより酸化されて固体電解質層となる
素固体電解質層と、３価以下の金属が０．０５〜５．０
重量％添加され、焼成することにより酸化されて電極層
となる素電極層と、を積層することによって積層体を形
成し、この積層体を酸化性雰囲気中において焼成するこ
とを特徴とする。
に、この発明は次の様な酸素センサの製造方法を採用し
た。すなわち、請求項１記載の酸素センサの製造方法
は、３価以下の金属が０．０５〜５．０重量％添加さ
れ、焼成することにより酸化されて固体電解質層となる
素固体電解質層と、３価以下の金属が０．０５〜５．０
重量％添加され、焼成することにより酸化されて電極層
となる素電極層と、を積層することによって積層体を形
成し、この積層体を酸化性雰囲気中において焼成するこ
とを特徴とする。
【００１０】また、請求項２記載の酸素センサの製造方
法は、請求項１記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄから選択された少
なくとも１種を含有することを特徴としている。
法は、請求項１記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄから選択された少
なくとも１種を含有することを特徴としている。
【００１１】ここで、素固体電解質層に添加する金属の
添加量が下限値を下回る場合には金属酸化物としての添
加効果がみられず、また、上限値を越える場合にはこれ
らの金属酸化物が固体電解質中の格子欠陥となりイオン
導電性を阻害しセンサの感度を低下させるために不適当
である。したがって、金属の添加量は上記の範囲が好ま
しい。
添加量が下限値を下回る場合には金属酸化物としての添
加効果がみられず、また、上限値を越える場合にはこれ
らの金属酸化物が固体電解質中の格子欠陥となりイオン
導電性を阻害しセンサの感度を低下させるために不適当
である。したがって、金属の添加量は上記の範囲が好ま
しい。
【００１２】また、素電極層に添加する金属の添加量が
下限値を下回る場合には金属酸化物としての添加効果が
みられず、また、上限値を越える場合にはこれらの金属
酸化物が高抵抗物質であるために電極層の抵抗値が大き
くなり電極として不適当である。したがって、金属の添
加量は上記の範囲が好ましい。
下限値を下回る場合には金属酸化物としての添加効果が
みられず、また、上限値を越える場合にはこれらの金属
酸化物が高抵抗物質であるために電極層の抵抗値が大き
くなり電極として不適当である。したがって、金属の添
加量は上記の範囲が好ましい。
【００１３】また、前記金属は、前記固体電解質及び前
記電極双方となじみが良く、かつこれらの特性に悪影響
を与えない金属であるＣｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄを少なく
とも１種以上含むことが望ましい。
記電極双方となじみが良く、かつこれらの特性に悪影響
を与えない金属であるＣｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄを少なく
とも１種以上含むことが望ましい。
【００１４】
【作用】この発明の請求項１記載の酸素センサの製造方
法では、素固体電解質層に添加された金属は、酸化性雰
囲気中において焼成することにより酸化されて、金属酸
化物を含有する固体電解質層に変化する。また、素電極
層に添加された金属は、酸化性雰囲気中において焼成す
ることにより酸化されて、金属酸化物を含有する電極層
に変化する。 そして、これらの金属酸化物が固体電解質
層と電極層との双方に存在することになるので、該金属
酸化物を介してこれら二層の界面の接合強度が大幅に向
上する。
法では、素固体電解質層に添加された金属は、酸化性雰
囲気中において焼成することにより酸化されて、金属酸
化物を含有する固体電解質層に変化する。また、素電極
層に添加された金属は、酸化性雰囲気中において焼成す
ることにより酸化されて、金属酸化物を含有する電極層
に変化する。 そして、これらの金属酸化物が固体電解質
層と電極層との双方に存在することになるので、該金属
酸化物を介してこれら二層の界面の接合強度が大幅に向
上する。
【００１５】また、請求項２記載の酸素センサの製造方
法では、前記金属は焼成することにより酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）、亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3
またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂｉ））、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化カドミウム（ＣｄＯまたはＣｄＯx（但しｘ
＜１．０））等の金属酸化物に変わり、前記固体 電解
質及び前記電極に介在し、前記固体電解質と前記電極と
の間の接合強度を大幅に向上させる。
法では、前記金属は焼成することにより酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）、亜酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3
またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂｉ））、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化カドミウム（ＣｄＯまたはＣｄＯx（但しｘ
＜１．０））等の金属酸化物に変わり、前記固体 電解
質及び前記電極に介在し、前記固体電解質と前記電極と
の間の接合強度を大幅に向上させる。
【００１６】ここでは、素固体電解質層は、焼成するこ
とにより酸化されて固体電解質層となるもので、例え
ば、該固体電解質層がイットリア添加安定化ジルコニア
（ＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3）の場合では、素固体電
解質層は例えばＣｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄの様な３価以下
の金属を０．０５〜５．０重量％添加したジルコニウム
（Ｚｒ）ー１６ｍｏｌ％イットリウム（Ｙ）の混合物に
より構成される。この素固体電解質層は酸化性雰囲気中
において焼成することにより、例えばＺｒー１６ｍｏｌ
％Ｙは酸化してＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3に、また、
添加されたＣｕは酸化してＣｕＯまたはＣｕ2Ｏに、Ｂ
ｉはＢｉ2Ｏ3またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂｉ）に、Ｚ
ｎはＺｎＯに、ＣｄはＣｄＯまたはＣｄＯx（但しｘ＜
１．０）にそれぞれ変化し、これらの金属酸化物はＺｒ
Ｏ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3内に均一に分散する。
とにより酸化されて固体電解質層となるもので、例え
ば、該固体電解質層がイットリア添加安定化ジルコニア
（ＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3）の場合では、素固体電
解質層は例えばＣｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄの様な３価以下
の金属を０．０５〜５．０重量％添加したジルコニウム
（Ｚｒ）ー１６ｍｏｌ％イットリウム（Ｙ）の混合物に
より構成される。この素固体電解質層は酸化性雰囲気中
において焼成することにより、例えばＺｒー１６ｍｏｌ
％Ｙは酸化してＺｒＯ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3に、また、
添加されたＣｕは酸化してＣｕＯまたはＣｕ2Ｏに、Ｂ
ｉはＢｉ2Ｏ3またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂｉ）に、Ｚ
ｎはＺｎＯに、ＣｄはＣｄＯまたはＣｄＯx（但しｘ＜
１．０）にそれぞれ変化し、これらの金属酸化物はＺｒ
Ｏ2ー８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3内に均一に分散する。
【００１７】また、素電極層は、焼成することにより酸
化されて電極層となるもので、例えば、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚ
ｎ，Ｃｄの様な３価以下の金属を０．０５〜５．０重量
％添加した多孔質Ｐｔ電極層により構成される。この素
電極層は酸化性雰囲気中において焼成することにより、
例えば、添加されたＣｕは酸化されてＣｕＯまたはＣｕ
2Ｏに、ＢｉはＢｉ2Ｏ3またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂ
ｉ）に、ＺｎはＺｎＯに、ＣｄはＣｄＯまたはＣｄＯx
（但しｘ＜１．０）にそれぞれ変化し、これらの金属酸
化物はＰｔ電極層内に均一に分散する。
化されて電極層となるもので、例えば、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚ
ｎ，Ｃｄの様な３価以下の金属を０．０５〜５．０重量
％添加した多孔質Ｐｔ電極層により構成される。この素
電極層は酸化性雰囲気中において焼成することにより、
例えば、添加されたＣｕは酸化されてＣｕＯまたはＣｕ
2Ｏに、ＢｉはＢｉ2Ｏ3またはＢｉＯ（＝Ｂｉ2Ｏ3＋Ｂ
ｉ）に、ＺｎはＺｎＯに、ＣｄはＣｄＯまたはＣｄＯx
（但しｘ＜１．０）にそれぞれ変化し、これらの金属酸
化物はＰｔ電極層内に均一に分散する。
【００１８】
【実施例】以下、この発明の各実施例について説明す
る。 （実施例１）図１に示す様に、マグネトロンスパッタ装
置を用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｃｕ及び
Ｂｉをそれぞれ１重量％ずつ含む多孔質の素Ｐｔ電極層
２、Ｃｕ及びＢｉをそれぞれ１重量％ずつ含むＺｒー１
６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層３、Ｃｕ及びＢｉ
をそれぞれ１重量％ずつ含む多孔質の素Ｐｔ電極層４を
順次積層した。次に、この積層体５をＮ2ー２１〜１０
０％Ｏ2からなる酸化性雰囲気中において１２００℃で
３時間焼成し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセン
サ）６とした。
る。 （実施例１）図１に示す様に、マグネトロンスパッタ装
置を用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｃｕ及び
Ｂｉをそれぞれ１重量％ずつ含む多孔質の素Ｐｔ電極層
２、Ｃｕ及びＢｉをそれぞれ１重量％ずつ含むＺｒー１
６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層３、Ｃｕ及びＢｉ
をそれぞれ１重量％ずつ含む多孔質の素Ｐｔ電極層４を
順次積層した。次に、この積層体５をＮ2ー２１〜１０
０％Ｏ2からなる酸化性雰囲気中において１２００℃で
３時間焼成し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセン
サ）６とした。
【００１９】図２は酸素センサ６の限界電流特性を示す
図である。ここでは、該酸素センサ６を３００℃に加熱
し、Ｐｔ電極層２，４間に印加される電圧の大きさを変
化させた場合に得られる電流の大きさをグラフ化した。
図２より、酸素センサ６は良好な限界電流特性を示すこ
とが明白である。
図である。ここでは、該酸素センサ６を３００℃に加熱
し、Ｐｔ電極層２，４間に印加される電圧の大きさを変
化させた場合に得られる電流の大きさをグラフ化した。
図２より、酸素センサ６は良好な限界電流特性を示すこ
とが明白である。
【００２０】（実施例２）マグネトロンスパッタ装置を
用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｃｕを２重量
％含む多孔質の素Ｐｔ電極層１２、Ｃｕを２重量％含む
Ｚｒー１６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層１３、Ｃ
ｕを２重量含む多孔質の素Ｐｔ電極層１４を順次積層し
た。次に、この積層体１５をＮ2ー２１〜１００％Ｏ2か
らなる酸化性雰囲気中において１２００℃で３時間焼成
し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセンサ）１６とし
た。この酸素センサ１６も前記酸素センサ６と同様に良
好な限界電流特性を示すことが明らかであった。
用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｃｕを２重量
％含む多孔質の素Ｐｔ電極層１２、Ｃｕを２重量％含む
Ｚｒー１６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層１３、Ｃ
ｕを２重量含む多孔質の素Ｐｔ電極層１４を順次積層し
た。次に、この積層体１５をＮ2ー２１〜１００％Ｏ2か
らなる酸化性雰囲気中において１２００℃で３時間焼成
し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセンサ）１６とし
た。この酸素センサ１６も前記酸素センサ６と同様に良
好な限界電流特性を示すことが明らかであった。
【００２１】（実施例３）マグネトロンスパッタ装置を
用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｂｉを２重量
％含む多孔質の素Ｐｔ電極層２２、Ｂｉを２重量％含む
Ｚｒー１６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層２３、Ｂ
ｉを２重量％含む多孔質の素Ｐｔ電極層２４を順次積層
した。次に、この積層体２５をＮ2ー２１〜１００％Ｏ2
からなる酸化性雰囲気中において１２００℃で３時間焼
成し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセンサ）２６と
した。この酸素センサ２６も前記酸素センサ６,１６と
同様に良好な限界電流特性を示すことが明らかであっ
た。
用いて、多孔質のアルミナ基板１の上に、Ｂｉを２重量
％含む多孔質の素Ｐｔ電極層２２、Ｂｉを２重量％含む
Ｚｒー１６ｍｏｌ％Ｙからなる素固体電解質層２３、Ｂ
ｉを２重量％含む多孔質の素Ｐｔ電極層２４を順次積層
した。次に、この積層体２５をＮ2ー２１〜１００％Ｏ2
からなる酸化性雰囲気中において１２００℃で３時間焼
成し、薄膜型の酸素センサ（薄膜型ガスセンサ）２６と
した。この酸素センサ２６も前記酸素センサ６,１６と
同様に良好な限界電流特性を示すことが明らかであっ
た。
【００２２】表１は、上記実施例１〜３の酸素センサと
従来例の酸素センサのそれぞれの接合強度を比較したも
のである。ここでは、実施例１〜３の酸素センサにおけ
る接合強度の評価は、基板上の積層を格子状に切断して
２×２ｍｍの大きさの試験片を１０個作成し、これらの
試験片のＰｔ電極層にテープを貼り付けた後に再びこの
テープを剥離し、Ｐｔ電極層が９０％以上残っている試
験片の数を求めることにより行った。一方、従来の酸素
センサは、「従来の技術」で説明した材料のジルコニア
イオン伝導体２０の両面に、白金によって多孔質に形成
されたアノード電極２１及びカソード電極２２を積層
し、更にジルコニアイオン伝導体２０のカソード電極２
２側に封止ガラス２３を介して気体拡散孔２４Ａを有す
るキャップ２４を接合し、かつキャップ２４の上面にヒ
ータ２５を積層したものであって（図３参照）、この従
来の酸素センサにおける接合強度の評価は、上記実施例
１，２の酸素センサと同様に、ジルコニアイオン伝導体
２０の下部側に位置しているアノード電極２１を格子状
に切断して２×２ｍｍの大きさの試験片を１０個とし、
これらの試験片のＰｔ電極層にテープを張り付けた後に
再びこのテープを剥離し、Ｐｔ電極層が９０％以上残っ
ている試験片の数を求めることにより行った。
従来例の酸素センサのそれぞれの接合強度を比較したも
のである。ここでは、実施例１〜３の酸素センサにおけ
る接合強度の評価は、基板上の積層を格子状に切断して
２×２ｍｍの大きさの試験片を１０個作成し、これらの
試験片のＰｔ電極層にテープを貼り付けた後に再びこの
テープを剥離し、Ｐｔ電極層が９０％以上残っている試
験片の数を求めることにより行った。一方、従来の酸素
センサは、「従来の技術」で説明した材料のジルコニア
イオン伝導体２０の両面に、白金によって多孔質に形成
されたアノード電極２１及びカソード電極２２を積層
し、更にジルコニアイオン伝導体２０のカソード電極２
２側に封止ガラス２３を介して気体拡散孔２４Ａを有す
るキャップ２４を接合し、かつキャップ２４の上面にヒ
ータ２５を積層したものであって（図３参照）、この従
来の酸素センサにおける接合強度の評価は、上記実施例
１，２の酸素センサと同様に、ジルコニアイオン伝導体
２０の下部側に位置しているアノード電極２１を格子状
に切断して２×２ｍｍの大きさの試験片を１０個とし、
これらの試験片のＰｔ電極層にテープを張り付けた後に
再びこのテープを剥離し、Ｐｔ電極層が９０％以上残っ
ている試験片の数を求めることにより行った。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１から、この実施例１〜３の酸素センサ
は従来例の酸素センサと比べてＰｔ電極層と固体電解質
層との接合強度が大幅に向上していることが明白であ
る。
は従来例の酸素センサと比べてＰｔ電極層と固体電解質
層との接合強度が大幅に向上していることが明白であ
る。
【００２５】以上説明した様に、上記実施例の酸素セン
サ６（１６，２６）の製造方法によれば、Ｃｕ及びＢｉ
またはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１種を０．０５〜
５．０重量％含有する素Ｐｔ電極層２（１２，２２）
と、Ｃｕ及びＢｉまたはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１
種を０．０５〜５．０重量％含有するＺｒー１６ｍｏｌ
％Ｙからなる素固体電解質層３（１３，２３）と、Ｃｕ
及びＢｉまたはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１種を０．
０５〜５．０重量％含有する素Ｐｔ電極層４（１４，２
４）を積層し、得られた積層体５（１５，２５）を酸化
性雰囲気中において焼成し、素固体電解質層３（１３，
２３）を固体電解質層に、素Ｐｔ電極層２（１２，２
２）及び素Ｐｔ電極層４（１４，２４）をＰｔ電極層に
それぞれ変化させ、この固体電解質層と電極層とを接合
することとしたので、ＣｕＯやＢｉ2Ｏ3等の金属酸化物
が固体電解質層と電極層双方に介在し、これらの層の界
面の接合強度を大幅に向上させることができる。したが
って、薄膜型の酸素センサの感度、応答性等の電気特
性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させることが
できる。
サ６（１６，２６）の製造方法によれば、Ｃｕ及びＢｉ
またはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１種を０．０５〜
５．０重量％含有する素Ｐｔ電極層２（１２，２２）
と、Ｃｕ及びＢｉまたはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１
種を０．０５〜５．０重量％含有するＺｒー１６ｍｏｌ
％Ｙからなる素固体電解質層３（１３，２３）と、Ｃｕ
及びＢｉまたはＣｕ及びＢｉのうちいずれか１種を０．
０５〜５．０重量％含有する素Ｐｔ電極層４（１４，２
４）を積層し、得られた積層体５（１５，２５）を酸化
性雰囲気中において焼成し、素固体電解質層３（１３，
２３）を固体電解質層に、素Ｐｔ電極層２（１２，２
２）及び素Ｐｔ電極層４（１４，２４）をＰｔ電極層に
それぞれ変化させ、この固体電解質層と電極層とを接合
することとしたので、ＣｕＯやＢｉ2Ｏ3等の金属酸化物
が固体電解質層と電極層双方に介在し、これらの層の界
面の接合強度を大幅に向上させることができる。したが
って、薄膜型の酸素センサの感度、応答性等の電気特
性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させることが
できる。
【００２６】以上により、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する薄
膜型の酸素センサを提供することが可能になる。
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する薄
膜型の酸素センサを提供することが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明した様に、請求項１記載
の酸素センサの製造方法であって、３価以下の金属を
０．０５〜５．０重量％添加してなる素固体電解質層
と、３価以下の金属を０．０５〜５．０重量％添加して
なる素電極層とを積層し、得られた積層体を酸化性雰囲
気中において焼成することとしたので、固体電解質と電
極との界面の接合強度を大幅に向上させることができ
る。したがって、該酸素センサの感度、応答性等の電気
特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させること
ができる。
の酸素センサの製造方法であって、３価以下の金属を
０．０５〜５．０重量％添加してなる素固体電解質層
と、３価以下の金属を０．０５〜５．０重量％添加して
なる素電極層とを積層し、得られた積層体を酸化性雰囲
気中において焼成することとしたので、固体電解質と電
極との界面の接合強度を大幅に向上させることができ
る。したがって、該酸素センサの感度、応答性等の電気
特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させること
ができる。
【００２８】また、請求項２記載の酸素センサの製造方
法は、請求項１記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄから選択された少
なくとも１種を含有することとしたので、前記固体電解
質及び前記電極の特性を損なうことなく前記固体電解質
と前記電極との界面の接合強度を大幅に向上させること
ができる。したがって、該酸素センサの感度、応答性等
の電気特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させ
ることができる。
法は、請求項１記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｄから選択された少
なくとも１種を含有することとしたので、前記固体電解
質及び前記電極の特性を損なうことなく前記固体電解質
と前記電極との界面の接合強度を大幅に向上させること
ができる。したがって、該酸素センサの感度、応答性等
の電気特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させ
ることができる。
【００２９】以上により、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する酸
素センサを提供することが可能になる。
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する酸
素センサを提供することが可能になる。
【図１】 この発明の酸素センサの一実施例である酸素
センサを示す正断面図である。
センサを示す正断面図である。
【図２】 この発明の酸素センサの一実施例である酸素
センサの限界電流特性を示す図である。
センサの限界電流特性を示す図である。
【図３】 表１の実験例において、実施例１〜３の酸素
センサと比較される従来の酸素センサを示す図。
センサと比較される従来の酸素センサを示す図。
６，１６，２６…酸素センサ、１…基板、２，４，１
２，１４，２２，２４…（素）Ｐｔ電極層、３，１３，
２３…（素）固体電解質層
２，１４，２２，２４…（素）Ｐｔ電極層、３，１３，
２３…（素）固体電解質層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−167461（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 多孔質な基板上に、電極が両面に積層さ
れた固体電解質が設けられ、該固体電解質内に多孔質な
基板を通じて制限的に取り込まれた試料ガス中の酸素濃
度を、該固体電解質の酸素ポンピング作用によってイオ
ン電流として測定するようにした酸素センサの製造方法
であって、３価以下の金属が０．０５〜５．０重量％添加され、焼
成することにより酸化されて固体電解質層となる素固体
電解質層と、 ３価以下の金属が０．０５〜５．０重量％添加され、焼
成することにより酸化されて電極層となる素電極層と、
を積層することによって積層体を形成し、 該積層体を酸化性雰囲気中において焼成することを特徴
とする酸素センサの製造方法。 - 【請求項２】 前記金属は、銅（Ｃｕ）、ビスマス（Ｂ
ｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）から選択され
た少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１
記載の酸素センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284043A JPH0816668B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 酸素センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284043A JPH0816668B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 酸素センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599895A JPH0599895A (ja) | 1993-04-23 |
| JPH0816668B2 true JPH0816668B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17673557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3284043A Expired - Fee Related JPH0816668B2 (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 酸素センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816668B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2504675B2 (ja) * | 1992-09-18 | 1996-06-05 | 株式会社フジクラ | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
| JP5333527B2 (ja) * | 2011-06-20 | 2013-11-06 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素センサの製造方法 |
| JP5799649B2 (ja) | 2011-08-10 | 2015-10-28 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素センサの製造方法 |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP3284043A patent/JPH0816668B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0599895A (ja) | 1993-04-23 |
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