JPH0612354B2 - 酸素濃度測定装置の製造方法 - Google Patents
酸素濃度測定装置の製造方法Info
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- JPH0612354B2 JPH0612354B2 JP58223941A JP22394183A JPH0612354B2 JP H0612354 B2 JPH0612354 B2 JP H0612354B2 JP 58223941 A JP58223941 A JP 58223941A JP 22394183 A JP22394183 A JP 22394183A JP H0612354 B2 JPH0612354 B2 JP H0612354B2
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関における排ガス中の残存酸素濃度から
リーン領域の空燃比を高精度で検出する酸素濃度測定装
置の製造方法に関する。
リーン領域の空燃比を高精度で検出する酸素濃度測定装
置の製造方法に関する。
第１図はこの種の酸素濃度測定装置が用いられる内燃機
関の空燃比制御装置の概略構成を示す図であり、空燃比
センサ１、エアフローセンサ２、水温センサ３、クラン
クシャフトセンサ４などの各センサから機関情報をコン
トロールユニット５に取込み、燃料噴射弁６、イグニツ
シヨンコイル７、アイドルスピードコントロールバルブ
８、排ガス還流量制御バルブ９や燃料ポンプ１０などを
制御するシステム構成となつており、空燃比センサ１は
このシステムの重要なセンサデバイスになつている。
関の空燃比制御装置の概略構成を示す図であり、空燃比
センサ１、エアフローセンサ２、水温センサ３、クラン
クシャフトセンサ４などの各センサから機関情報をコン
トロールユニット５に取込み、燃料噴射弁６、イグニツ
シヨンコイル７、アイドルスピードコントロールバルブ
８、排ガス還流量制御バルブ９や燃料ポンプ１０などを
制御するシステム構成となつており、空燃比センサ１は
このシステムの重要なセンサデバイスになつている。
第２図は空燃比に対する酸素と一酸化炭素の濃度および
燃焼効率の関係を示すグラフであるが、従来から内燃機
関は加速時などのパワーを要する時（この場合はリツチ
領域で制御）を除き、燃料と吸入空気との比率が理論空
燃比（Ｓtoich，空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７，空気過剰率
λ＝１）に近づくように制御されている。これは、空燃
比センサとして実用できるものが理論空燃比センサしか
なかつたことや排ガス対策によるためである。一方、燃
焼効率は第２図のグラフに示すように、燃料の希薄側す
なわちリーン側で最大になることが知られている。この
ため、エンジンはリーン側に制御することが燃焼効率の
点で望ましく、この領域の空燃比を制度良く検出できる
リーンセンサが必要とされている。そこで、排ガス中の
残存酸素濃度に着目して酸素イオン伝導性固体電解質の
酸素ポンプ現象を応用したものがこれまでに多く検討さ
れている。
燃焼効率の関係を示すグラフであるが、従来から内燃機
関は加速時などのパワーを要する時（この場合はリツチ
領域で制御）を除き、燃料と吸入空気との比率が理論空
燃比（Ｓtoich，空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７，空気過剰率
λ＝１）に近づくように制御されている。これは、空燃
比センサとして実用できるものが理論空燃比センサしか
なかつたことや排ガス対策によるためである。一方、燃
焼効率は第２図のグラフに示すように、燃料の希薄側す
なわちリーン側で最大になることが知られている。この
ため、エンジンはリーン側に制御することが燃焼効率の
点で望ましく、この領域の空燃比を制度良く検出できる
リーンセンサが必要とされている。そこで、排ガス中の
残存酸素濃度に着目して酸素イオン伝導性固体電解質の
酸素ポンプ現象を応用したものがこれまでに多く検討さ
れている。
第３図はその代表例を示す概略構成図であつて、ガス拡
散孔における酸素ガスの拡散律速に基因した限界電流値
から被測定気体中の酸素濃度を検出するものであり、特
開昭５２−69690号公報や特開昭５２−72286号公報で知
られているように、酸素イオン伝導性ジルコニア固体電
解質１１の両側に形成した第１の電極１２および第２の
電極１３、第１の電極１２を囲むカバー部材１４、ガス
拡散孔１５および拡散室１６から成り、第１の電極１２
が陰極になるように両電極間へ電源１７から電圧Ｅが印
加され、このとき固体電解質１１中を移動する酸素イオ
ンの量を電流計１８で計測するものである。この構成に
よれば、電圧Ｅ１ボルトのとき、次の(1)式で示され
るように、電流値ＩＰは被測定気体中の酸素濃度に比例
する。
散孔における酸素ガスの拡散律速に基因した限界電流値
から被測定気体中の酸素濃度を検出するものであり、特
開昭５２−69690号公報や特開昭５２−72286号公報で知
られているように、酸素イオン伝導性ジルコニア固体電
解質１１の両側に形成した第１の電極１２および第２の
電極１３、第１の電極１２を囲むカバー部材１４、ガス
拡散孔１５および拡散室１６から成り、第１の電極１２
が陰極になるように両電極間へ電源１７から電圧Ｅが印
加され、このとき固体電解質１１中を移動する酸素イオ
ンの量を電流計１８で計測するものである。この構成に
よれば、電圧Ｅ１ボルトのとき、次の(1)式で示され
るように、電流値ＩＰは被測定気体中の酸素濃度に比例
する。
ここで、Ｆはフアラデー定数、Ｄは酸素の拡散定数、Ｒ
は気体定数、Ｔは絶対温度、Ｓはガス拡散孔の横断面
積、ｌはガス拡散孔の長さ、ＰＯ２は酸素の分圧であ
る。なお、拡散室の内容積をＶｒとすると、このセンサ
の応答性は概略次の(2)式で示される値になる。
は気体定数、Ｔは絶対温度、Ｓはガス拡散孔の横断面
積、ｌはガス拡散孔の長さ、ＰＯ２は酸素の分圧であ
る。なお、拡散室の内容積をＶｒとすると、このセンサ
の応答性は概略次の(2)式で示される値になる。
ところが、第３図に示す従来型酸素濃度測定装置は次の
ような問題点があつた。まず、ジルコニア固体電解室１
１とカバー部材１４とがガラスフリツトやセラミツク、
にかわなどの接着剤を用いて固着されているため、この
接着剤による固着部が熱衝撃などによつてはく離し易
く、検出特性が経時変化し易いという欠点があつた。す
なわち、第４図の実車耐久時間に対する初期特性の相対
的な経時変化の実測例に示すように、８００℃，１０％
酸素濃度時の出力電流値ＩＰを１としたときのサンプル
ａ，ｂ，ｃの経時変化において、例えばセラミツク系の
接着剤を用いたサンプルａは固着部のはく離によつてガ
ス拡散孔１５の横断面積が増加したのと等価になり、出
力電流ＩＰが大幅に大きくなり実用できなくなる問題点
があつた。
ような問題点があつた。まず、ジルコニア固体電解室１
１とカバー部材１４とがガラスフリツトやセラミツク、
にかわなどの接着剤を用いて固着されているため、この
接着剤による固着部が熱衝撃などによつてはく離し易
く、検出特性が経時変化し易いという欠点があつた。す
なわち、第４図の実車耐久時間に対する初期特性の相対
的な経時変化の実測例に示すように、８００℃，１０％
酸素濃度時の出力電流値ＩＰを１としたときのサンプル
ａ，ｂ，ｃの経時変化において、例えばセラミツク系の
接着剤を用いたサンプルａは固着部のはく離によつてガ
ス拡散孔１５の横断面積が増加したのと等価になり、出
力電流ＩＰが大幅に大きくなり実用できなくなる問題点
があつた。
また、接着剤による固着方法を用いた場合、第５図に示
す如き応答性上の問題点もあつた。すなわち、第５図は
拡散室１６の深さｈに対する試作サンプルの時定数τの
実測結果を示したものであり、これは試作サンプルの拡
散室１６の横断面積を１６mm2（拡散室の縦寸法４mm、
横寸法４mm）の一定とし、その深さｈを変化させ、かつ
ガス拡散孔１５の長さを０．４mmとし、その直径が０．
１２mmと０．１４mmの場合の実測結果を示すものであ
る。この図から明らかなように、接着剤による固着方法
は接着剤の厚さなどの制限条件によつて拡散室１６の深
さｈを５０μｍ以下にすることが困難となり、１００ｍ
ｓ以下の応答性を得ることができず、制御上好ましい数
１０ｍｓオーダの時定数よりかなり大きな値となつてし
まう問題点があつた。この場合、ガス拡散孔１５の直径
が大きくなる程その時定数が改善されることは第(2)式
からも容易に類推できる。そこで、ガス拡散孔１５の直
径を大きくすることを試みたが、拡散室１６の深さｈが
ガス拡散孔１５の直径に接近するに伴つて応答性の改善
効果は小さなものになつた。これは、拡散室１６の深さ
ｈが浅くなるにつれて固体電解質１１の面に沿う方向の
拡散が問題になるためと思われる。
す如き応答性上の問題点もあつた。すなわち、第５図は
拡散室１６の深さｈに対する試作サンプルの時定数τの
実測結果を示したものであり、これは試作サンプルの拡
散室１６の横断面積を１６mm2（拡散室の縦寸法４mm、
横寸法４mm）の一定とし、その深さｈを変化させ、かつ
ガス拡散孔１５の長さを０．４mmとし、その直径が０．
１２mmと０．１４mmの場合の実測結果を示すものであ
る。この図から明らかなように、接着剤による固着方法
は接着剤の厚さなどの制限条件によつて拡散室１６の深
さｈを５０μｍ以下にすることが困難となり、１００ｍ
ｓ以下の応答性を得ることができず、制御上好ましい数
１０ｍｓオーダの時定数よりかなり大きな値となつてし
まう問題点があつた。この場合、ガス拡散孔１５の直径
が大きくなる程その時定数が改善されることは第(2)式
からも容易に類推できる。そこで、ガス拡散孔１５の直
径を大きくすることを試みたが、拡散室１６の深さｈが
ガス拡散孔１５の直径に接近するに伴つて応答性の改善
効果は小さなものになつた。これは、拡散室１６の深さ
ｈが浅くなるにつれて固体電解質１１の面に沿う方向の
拡散が問題になるためと思われる。
そこでさらに、ガス拡散孔１５の直径をさらに大きくす
ることによつて応答性を改善することを試みたが、第６
図に示す試作センサーのＥ−１特性からみてこの方法に
も限界があることが明らかになつた。第６図は第１の電
極１２と第２の電極１３間へ印加する電圧Ｅと電流計１
８で計測されるポンプ電流値Ｉの実測結果をプロツトし
たものである。ここでは、被測定気体の温度が８００
℃、酸素濃度が１０％で、ガス拡散孔１５の直径が０．
１２mmと０．２４mmとの場合を示している。図から明ら
かなように両電極間への印加電圧Ｅが大きくなるにつれ
て、ポンプ電流Ｉは次第に増加して飽和しはじめ、一定
の限界電流値ＩＰに達する。この飽和電流値ＩＰを検出
するのがこのセンサの基本原理であるが、さらに印加電
圧Ｅを大きくするとジルコニア固体電解質11はイオン伝
導から電子伝導に変化し、急激に電流値が増加する。も
ちろん、この領域では酸素濃度の高精度な検出は困難で
ある。従つて、図に示すようにポンプ電流値Ｉの飽和現
象がみられる印加電圧Ｅの幅Ｖａはガス拡散孔１５の孔
径が大きくなるほど、換言すれば限界電流値ＩＰが増加
するほど小さくなる。それ故、両電極間への印加電圧Ｅ
を１ボルト一定にして、その飽和電流値ＩＰを検出しよ
うとするとその余裕電圧幅Ｖｂはガス拡散孔１５の直径
が大きくなるほど小さくなる。なお、この余裕度Ｖｂは
耐久的な経時変化によつて次第に小さくなる傾向がある
ので、この余裕度Ｖｂを極端に小さくすることは信頼性
上の問題が発生しやすい。従つて、ガス拡散孔１５の直
径を大きくして応答性を改善することはこの点からも制
約される。第６図に示した如く、限界電流値ＩＰを大き
な値に設計し得ないのは、第１の電極１２と第２の電極
１３部における触媒活性度に限界があるためである。第
６図は電極の面積が１０mm2の場合であり、単位面積当
りの電極が変換し得るポンプ電流値は約１ｍＡ／mm2で
あつた。
ることによつて応答性を改善することを試みたが、第６
図に示す試作センサーのＥ−１特性からみてこの方法に
も限界があることが明らかになつた。第６図は第１の電
極１２と第２の電極１３間へ印加する電圧Ｅと電流計１
８で計測されるポンプ電流値Ｉの実測結果をプロツトし
たものである。ここでは、被測定気体の温度が８００
℃、酸素濃度が１０％で、ガス拡散孔１５の直径が０．
１２mmと０．２４mmとの場合を示している。図から明ら
かなように両電極間への印加電圧Ｅが大きくなるにつれ
て、ポンプ電流Ｉは次第に増加して飽和しはじめ、一定
の限界電流値ＩＰに達する。この飽和電流値ＩＰを検出
するのがこのセンサの基本原理であるが、さらに印加電
圧Ｅを大きくするとジルコニア固体電解質11はイオン伝
導から電子伝導に変化し、急激に電流値が増加する。も
ちろん、この領域では酸素濃度の高精度な検出は困難で
ある。従つて、図に示すようにポンプ電流値Ｉの飽和現
象がみられる印加電圧Ｅの幅Ｖａはガス拡散孔１５の孔
径が大きくなるほど、換言すれば限界電流値ＩＰが増加
するほど小さくなる。それ故、両電極間への印加電圧Ｅ
を１ボルト一定にして、その飽和電流値ＩＰを検出しよ
うとするとその余裕電圧幅Ｖｂはガス拡散孔１５の直径
が大きくなるほど小さくなる。なお、この余裕度Ｖｂは
耐久的な経時変化によつて次第に小さくなる傾向がある
ので、この余裕度Ｖｂを極端に小さくすることは信頼性
上の問題が発生しやすい。従つて、ガス拡散孔１５の直
径を大きくして応答性を改善することはこの点からも制
約される。第６図に示した如く、限界電流値ＩＰを大き
な値に設計し得ないのは、第１の電極１２と第２の電極
１３部における触媒活性度に限界があるためである。第
６図は電極の面積が１０mm2の場合であり、単位面積当
りの電極が変換し得るポンプ電流値は約１ｍＡ／mm2で
あつた。
このように、従来型酸素濃度測定装置は耐久性や応答性
の点で実用上好ましくないという問題点があつた。
の点で実用上好ましくないという問題点があつた。
本発明の目的は、出力特性の経時変化が少なく、しかも
高応答性の酸素濃度測定装置を得ることができる製造方
法を提供するにある。
高応答性の酸素濃度測定装置を得ることができる製造方
法を提供するにある。
本発明は、上記目的を達成するため、板状のジルコニア
固体電解質と、この固体電解質の両面の周辺部を除く領
域に形成した一対の電極と、この電極の一方の電極を囲
むように前記固体電解質の前記周辺部に接合して設けた
ジルコニアを用いてなるカバー部材と、このカバー部材
により前記一方の電極の面上に形成された空隙からなる
拡散室と、この拡散室に連通しかつ外部に開口させて、
前記固体電解質と前記カバー部材の接合部に形成した少
なくとも１個以上のガス拡散溝とを備えてなる酸素濃度
測定装置の製造方法において、前記カバー部材と前記固
体電解質のグリーンシートを接合する前に、前記カバー
部材側と前記固体電解質側のいずれか一方に前記拡散室
と前記ガス拡散溝の形状に対応させて有機バインダーの
膜を印刷し、前記カバー部材と前記固体電解質のグリー
ンシートを一体焼成する前に、予め前記有機バインダー
の膜を焼却除去して前記拡散質と前記ガス拡散溝を形成
することを特徴とする。
固体電解質と、この固体電解質の両面の周辺部を除く領
域に形成した一対の電極と、この電極の一方の電極を囲
むように前記固体電解質の前記周辺部に接合して設けた
ジルコニアを用いてなるカバー部材と、このカバー部材
により前記一方の電極の面上に形成された空隙からなる
拡散室と、この拡散室に連通しかつ外部に開口させて、
前記固体電解質と前記カバー部材の接合部に形成した少
なくとも１個以上のガス拡散溝とを備えてなる酸素濃度
測定装置の製造方法において、前記カバー部材と前記固
体電解質のグリーンシートを接合する前に、前記カバー
部材側と前記固体電解質側のいずれか一方に前記拡散室
と前記ガス拡散溝の形状に対応させて有機バインダーの
膜を印刷し、前記カバー部材と前記固体電解質のグリー
ンシートを一体焼成する前に、予め前記有機バインダー
の膜を焼却除去して前記拡散質と前記ガス拡散溝を形成
することを特徴とする。
すなわち、本発明によれば、拡散室の空隙深さは焼却除
去される有機バインダーの印刷膜厚に相当する。ここ
で、有機バインダーの印刷膜厚は１回当たり、約数〜１
０数μｍの範囲であるから、印刷回数を調整することに
より、拡散室の空隙深さを可能な限り小さく（望ましく
は約１０μｍ前後、少なくとも１００μｍに達しない数
１０μｍ以下の範囲）に確実に調整することができる。
これにより拡散室の内容積を小さくできるので、少ない
出力電流でも応答性に優れた酸素濃度測定装置を安定し
て得ることができる。
去される有機バインダーの印刷膜厚に相当する。ここ
で、有機バインダーの印刷膜厚は１回当たり、約数〜１
０数μｍの範囲であるから、印刷回数を調整することに
より、拡散室の空隙深さを可能な限り小さく（望ましく
は約１０μｍ前後、少なくとも１００μｍに達しない数
１０μｍ以下の範囲）に確実に調整することができる。
これにより拡散室の内容積を小さくできるので、少ない
出力電流でも応答性に優れた酸素濃度測定装置を安定し
て得ることができる。
まず、本発明の酸素濃度測定装置の拡散室や拡散溝の形
成に用いる有機バインダ焼却法について説明する。
成に用いる有機バインダ焼却法について説明する。
第７図は従来型構造の酸素濃度測定装置に有機バインダ
焼却法を適用した構造を示す図であり、グリーンシート
状のジルコニア固体電解質１１の両面に第１の電極１２
と第２の電極１３を厚膜印刷する。次に、第１の電極１
２上に炭素などを含む有機バインダ１９（厚さは数１０
μｍ以下）を印刷する。そして、ポンチあるいはドリル
などによつてガス拡散孔１５を形成したグリーンシート
状のカバー部材１４をその上に積層する。これらの積層
体を約２００℃の温度でプレスなどにより熱圧着を行
う。そして、毎分数℃以下の速度で昇温しながら炭素な
どを含む有機バインダ１９を徐徐にもやしながら焼却
し、積層体間に拡散室に相当する空間を形成する。な
お、焼却時に生じた有機バインダ１９のガスはガス拡散
孔１５より外部へ放出される。最後に、これらの積層体
を約1500℃の温度で本焼成を行うと、固体電解質１１と
カバー部材１４は一様に一体となつて焼結され、積層時
の両者の境界は２０は消滅して両者は第８図に示すよう
に完全に固着され、熱圧着時の有機バインダ１９とほぼ
同等の形状を有する拡散室１６が形成される。なお、固
着部の熱応力の点から考えて、ジルコニア固体電解室１
１とカバー部材１４にはほぼ同等の熱膨張率のものが選
択される必要があり、カバー部材１４もジルコニア固体
電解質材であるのが望しい。従つて、第８図には、両者
が同一材料であるとを模式的に示している。
焼却法を適用した構造を示す図であり、グリーンシート
状のジルコニア固体電解質１１の両面に第１の電極１２
と第２の電極１３を厚膜印刷する。次に、第１の電極１
２上に炭素などを含む有機バインダ１９（厚さは数１０
μｍ以下）を印刷する。そして、ポンチあるいはドリル
などによつてガス拡散孔１５を形成したグリーンシート
状のカバー部材１４をその上に積層する。これらの積層
体を約２００℃の温度でプレスなどにより熱圧着を行
う。そして、毎分数℃以下の速度で昇温しながら炭素な
どを含む有機バインダ１９を徐徐にもやしながら焼却
し、積層体間に拡散室に相当する空間を形成する。な
お、焼却時に生じた有機バインダ１９のガスはガス拡散
孔１５より外部へ放出される。最後に、これらの積層体
を約1500℃の温度で本焼成を行うと、固体電解質１１と
カバー部材１４は一様に一体となつて焼結され、積層時
の両者の境界は２０は消滅して両者は第８図に示すよう
に完全に固着され、熱圧着時の有機バインダ１９とほぼ
同等の形状を有する拡散室１６が形成される。なお、固
着部の熱応力の点から考えて、ジルコニア固体電解室１
１とカバー部材１４にはほぼ同等の熱膨張率のものが選
択される必要があり、カバー部材１４もジルコニア固体
電解質材であるのが望しい。従つて、第８図には、両者
が同一材料であるとを模式的に示している。
ところで、拡散室１６の横断面積に対するガス拡散孔１
５の横断面積は約１／1000以下と小さいため、有機バイ
ンダ１９の焼却時昇温速度は極めて小さくする必要があ
る。これは有機バインダ１９の焼却時のガス化による内
圧上昇によつて第９図に示すように拡散室１６に相当す
る部分が異常にふくらみ、かつ減少な穴２１や電極部に
亀裂２２が発生したり、固体電解室１１とカバー部材１
４との間の接着代が少なくなつて熱衝撃でこの部分ヘク
ラツク２３が発生し易くなるからである。この対策とし
て、ガス拡散孔１５の数やその横断面積を増加させるこ
とによつてガス化時の内圧上昇を抑制することが考えら
れるが、この場合は電極での酸素ポンプ能力に限界があ
るので無制限に増加することはできない。従つて、従来
型構造の酸素濃度測定装置へ有利バインダ焼却法を適用
した際、焼却時の昇温速度などのプロセス条件の安定化
が重要になる。この方法によつて施作したものの経時変
化特性を第４図中のサンプルｂとして示している。これ
によれば、サンプルａよりかなり改善されているものの
実用化に未だ適さないという問題を有している。これ
は、熱衝撃によつて固着部やその他の部分にマイクロク
ラックが発生したためであり、有機バインダ１９焼却時
の内圧上昇にその遠因がある。
５の横断面積は約１／1000以下と小さいため、有機バイ
ンダ１９の焼却時昇温速度は極めて小さくする必要があ
る。これは有機バインダ１９の焼却時のガス化による内
圧上昇によつて第９図に示すように拡散室１６に相当す
る部分が異常にふくらみ、かつ減少な穴２１や電極部に
亀裂２２が発生したり、固体電解室１１とカバー部材１
４との間の接着代が少なくなつて熱衝撃でこの部分ヘク
ラツク２３が発生し易くなるからである。この対策とし
て、ガス拡散孔１５の数やその横断面積を増加させるこ
とによつてガス化時の内圧上昇を抑制することが考えら
れるが、この場合は電極での酸素ポンプ能力に限界があ
るので無制限に増加することはできない。従つて、従来
型構造の酸素濃度測定装置へ有利バインダ焼却法を適用
した際、焼却時の昇温速度などのプロセス条件の安定化
が重要になる。この方法によつて施作したものの経時変
化特性を第４図中のサンプルｂとして示している。これ
によれば、サンプルａよりかなり改善されているものの
実用化に未だ適さないという問題を有している。これ
は、熱衝撃によつて固着部やその他の部分にマイクロク
ラックが発生したためであり、有機バインダ１９焼却時
の内圧上昇にその遠因がある。
この対策として、本発明は基本構造を第１０図および第
１１図に示すように変更した。すなわち、第１０図は正
面図、第１１図はそのＸ−Ｘ断面図を示したものであ
り、その特徴は拡散室１６とほぼ同程度の幅と深さを有
する溝状のガス拡散溝２４，２５を側面に少なくとも１
個以上設けた点にある。このような構造において、溝２
４，２５の幅をＷ、長さをＬ、深さをＨとすると、この
センサの出力電流値ＩＰは前述の第(1)式のをＬ，Ｓ
をＨＷに置き換えて得られる値の約２倍になる。この構
造によれば、後述するプロセスにより、拡散溝２４と２
５の深さＨを数〜数１０μｍと容易に浅く作ることがで
き、さらにその長さをmmオーダと長くすることができ、
拡散溝２４，２５の幅Ｗの数mmと広くしても、出力限界
電流値ＩＰを第１の電極１２や第２の電極１３での酸素
ポンピング能力以下の値にすることが可能である。
１１図に示すように変更した。すなわち、第１０図は正
面図、第１１図はそのＸ−Ｘ断面図を示したものであ
り、その特徴は拡散室１６とほぼ同程度の幅と深さを有
する溝状のガス拡散溝２４，２５を側面に少なくとも１
個以上設けた点にある。このような構造において、溝２
４，２５の幅をＷ、長さをＬ、深さをＨとすると、この
センサの出力電流値ＩＰは前述の第(1)式のをＬ，Ｓ
をＨＷに置き換えて得られる値の約２倍になる。この構
造によれば、後述するプロセスにより、拡散溝２４と２
５の深さＨを数〜数１０μｍと容易に浅く作ることがで
き、さらにその長さをmmオーダと長くすることができ、
拡散溝２４，２５の幅Ｗの数mmと広くしても、出力限界
電流値ＩＰを第１の電極１２や第２の電極１３での酸素
ポンピング能力以下の値にすることが可能である。
この場合は、拡散室１６及び拡散溝２４，２５は第７図
で説明したように有機バインダ焼却法によつて形成され
る。すなわち、ジルコニア固体電解質１１と第１の電極
１２の上に有機バインダを印刷した後、カバー部材１４
を積層、熱圧着して焼却する方法である。ここで、ガス
拡散溝２４，２５の幅Ｗは拡散室１６の幅と同じであ
り、焼却時の昇温速度を極端に遅くしなくても焼却時の
ガスによる内圧上昇は小さなものとなる。
で説明したように有機バインダ焼却法によつて形成され
る。すなわち、ジルコニア固体電解質１１と第１の電極
１２の上に有機バインダを印刷した後、カバー部材１４
を積層、熱圧着して焼却する方法である。ここで、ガス
拡散溝２４，２５の幅Ｗは拡散室１６の幅と同じであ
り、焼却時の昇温速度を極端に遅くしなくても焼却時の
ガスによる内圧上昇は小さなものとなる。
従つて、プロセス条件の若干の変動によつても第９図で
説明した如き拡散室のふくらみ、微少な穴や電極部の亀
裂などの異常は全く発生しない。その結果、このような
方法で試作したサンプルＣの耐久性は、第４図に示すよ
うにその経時変化が極めて小さくなることを確認でき
た。
説明した如き拡散室のふくらみ、微少な穴や電極部の亀
裂などの異常は全く発生しない。その結果、このような
方法で試作したサンプルＣの耐久性は、第４図に示すよ
うにその経時変化が極めて小さくなることを確認でき
た。
ところが、有機バインダの印刷膜厚は１回当り、約数〜
１０数μｍの範囲が可能である。従つて、ガス拡散溝２
４と２５や拡散室１６の深さを数１０μｍにしたい場合
は有機バインダを数回、重ね印刷すればよい。なお、第
１の電極１２や第２の電極１３は白金あるいはその化合
物で構成され、その膜厚は約１０μｍ前後である。全体
的な大きさ、製作時の歩留りや量産性及び特性などの総
合的見地から考えて、拡散室１６の深さｈとしては約１
０μｍ前後、ガス拡散溝２４，２５の深さとしては約２
０μｍ前後が最も好ましい。
１０数μｍの範囲が可能である。従つて、ガス拡散溝２
４と２５や拡散室１６の深さを数１０μｍにしたい場合
は有機バインダを数回、重ね印刷すればよい。なお、第
１の電極１２や第２の電極１３は白金あるいはその化合
物で構成され、その膜厚は約１０μｍ前後である。全体
的な大きさ、製作時の歩留りや量産性及び特性などの総
合的見地から考えて、拡散室１６の深さｈとしては約１
０μｍ前後、ガス拡散溝２４，２５の深さとしては約２
０μｍ前後が最も好ましい。
なお、本発明による酸素濃度測定装置は拡散室１６の深
さは数１０μｍ以下と浅く、その内容積Ｖｒを小さくで
きるため、その応答性を容易に実使用上問題のない数１
０ｍｓ以下にすることができる。
さは数１０μｍ以下と浅く、その内容積Ｖｒを小さくで
きるため、その応答性を容易に実使用上問題のない数１
０ｍｓ以下にすることができる。
第１２図は本発明の他の実施例を示す図であり、ガス拡
散溝２４，２５の幅Ｗを拡散室１６の幅Ｗ＊より小さく
したものである。この実施例においても有機バインダ焼
却時の異常現象はみられず、しかも良好な応答性が得ら
れるということが確認された。この場合、ガス拡散溝２
４，２５の長さにもよるがＷ／Ｗ＊の比が約０．１異常
で実使用上、問題のないサンプルを得ることができた。
なお、第１２図は第１１図と同様なＸ−Ｘ断面図を示し
たものである。この場合ガス拡散溝２４，２５に直交す
る方向のａ部やｂ部にも別のガス拡散溝を設けるように
してもよい。
散溝２４，２５の幅Ｗを拡散室１６の幅Ｗ＊より小さく
したものである。この実施例においても有機バインダ焼
却時の異常現象はみられず、しかも良好な応答性が得ら
れるということが確認された。この場合、ガス拡散溝２
４，２５の長さにもよるがＷ／Ｗ＊の比が約０．１異常
で実使用上、問題のないサンプルを得ることができた。
なお、第１２図は第１１図と同様なＸ−Ｘ断面図を示し
たものである。この場合ガス拡散溝２４，２５に直交す
る方向のａ部やｂ部にも別のガス拡散溝を設けるように
してもよい。
第１３図は本発明の他の実施例を示す図であり、酸素濃
度測定装置の正面図を示している。この実施例は、ガス
拡散溝２５の深さＨを拡散室１６の深さｈより浅くした
点に特徴があり、この場合にもＨ／ｈの比が約０．２以
上で実使用上、問題のないサンプルが得られることが確
認された。
度測定装置の正面図を示している。この実施例は、ガス
拡散溝２５の深さＨを拡散室１６の深さｈより浅くした
点に特徴があり、この場合にもＨ／ｈの比が約０．２以
上で実使用上、問題のないサンプルが得られることが確
認された。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、プロセ
ス条件が多少変動しても有機バインダ焼却法によつてジ
ルコニア固体電解質とカバー部材の固着を完全に行うこ
とができ、耐久性の良好な酸素濃度測定装置を得ること
ができる。また、拡散室の内容積を小さくできるので、
少ない出力電流値でも数１０ｍｓ以下の応答性に優れた
酸素濃度測定装置を得ることができる。
ス条件が多少変動しても有機バインダ焼却法によつてジ
ルコニア固体電解質とカバー部材の固着を完全に行うこ
とができ、耐久性の良好な酸素濃度測定装置を得ること
ができる。また、拡散室の内容積を小さくできるので、
少ない出力電流値でも数１０ｍｓ以下の応答性に優れた
酸素濃度測定装置を得ることができる。
第１図は内燃機関の空燃比制御装置の概略構成図、第２
図は空燃比と排ガス濃度および燃料効率の関係を示した
図、第３図は従来型酸素濃度測定装置の構造図、第４図
は経時変化特性図、第５図は従来型酸素濃度測定装置の
応答性を示した図、第６図は試作装置のＥ−Ｉ特性図、
第７〜第９図は有機バインダ焼却法の説明図、第１０〜
１１図は本発明における酸素濃度測定装置の実施例を示
す構造図、第１２〜第１３図は本発明の他の実施例を示
す図である。 １１……ジルコニア固体電解質、１２，１３……一対の
電極、１４……カバー部材、１６……拡散室、２４，２
５……ガス拡散溝。
図は空燃比と排ガス濃度および燃料効率の関係を示した
図、第３図は従来型酸素濃度測定装置の構造図、第４図
は経時変化特性図、第５図は従来型酸素濃度測定装置の
応答性を示した図、第６図は試作装置のＥ−Ｉ特性図、
第７〜第９図は有機バインダ焼却法の説明図、第１０〜
１１図は本発明における酸素濃度測定装置の実施例を示
す構造図、第１２〜第１３図は本発明の他の実施例を示
す図である。 １１……ジルコニア固体電解質、１２，１３……一対の
電極、１４……カバー部材、１６……拡散室、２４，２
５……ガス拡散溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏孝 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 上野 定寧 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭52−72286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−151849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−7551（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−130261（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】板状のジルコニア固体電解質と、この固体
電解質の両面の周辺部を除く領域に形成した一対の電極
と、この電極の一方の電極を囲むように前記固体電解質
の前記周辺部に接合して設けたジルコニアを用いてなる
カバー部材と、このカバー部材により前記一方の電極の
面上に形成された空隙からなる拡散室と、この拡散室に
連通しかつ外部に開口させて、前記固体電解質と前記カ
バー部材の接合部に形成した少なくとも１個以上のガス
拡散溝とを備えてなる酸素濃度測定装置の製造方法にお
いて、前記カバー部材と前記固体電解質のグリーンシー
トを接合する前に、前記カバー部材側と前記固体電解質
側のいずれか一方に前記拡散室と前記ガス拡散溝の形状
に対応させて有機バインダーの膜を印刷し、前記カバー
部材と前記固体電解質のグリーンシートを一体焼成する
前に、予め前記有機バインダーの膜を焼却除去して前記
拡散室と前記ガス拡散溝を形成することを特徴とする酸
素濃度測定装置の製造方法。 - 【請求項２】前記ガス拡散溝の幅が前記拡散室の幅の少
なくとも１／１０以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の酸素濃度測定装置の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58223941A JPH0612354B2 (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 酸素濃度測定装置の製造方法 |
| KR1019840006314A KR850003262A (ko) | 1983-10-19 | 1984-10-12 | 엔진제어용 공연비센서 |
| KR8407279A KR910004156B1 (en) | 1983-11-28 | 1984-11-21 | Oxigen concentration measuring device and its manufacturing method |
| EP84114331A EP0144057B1 (en) | 1983-11-28 | 1984-11-27 | Apparatus for measuring oxygen concentration and method of producing the appartus |
| CA000468718A CA1222285A (en) | 1983-11-28 | 1984-11-27 | Apparatus for measuring oxygen concentration and method of producing the apparatus |
| DE8484114331T DE3484383D1 (de) | 1983-11-28 | 1984-11-27 | Vorrichtung zur messung der sauerstoffkonzentration und verfahren zu ihrer herstellung. |
| CN85101228.0A CN1003541B (zh) | 1983-11-28 | 1985-04-01 | 氧浓度测量装置及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58223941A JPH0612354B2 (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 酸素濃度測定装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60114762A JPS60114762A (ja) | 1985-06-21 |
| JPH0612354B2 true JPH0612354B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=16806098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58223941A Expired - Lifetime JPH0612354B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-11-28 | 酸素濃度測定装置の製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0144057B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0612354B2 (ja) |
| KR (1) | KR910004156B1 (ja) |
| CN (1) | CN1003541B (ja) |
| CA (1) | CA1222285A (ja) |
| DE (1) | DE3484383D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPS60135756A (ja) * | 1983-12-24 | 1985-07-19 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的セルの製造方法 |
| JPH0616025B2 (ja) * | 1985-08-02 | 1994-03-02 | 株式会社日立製作所 | 空燃比検出装置 |
| JPH0623727B2 (ja) * | 1985-08-30 | 1994-03-30 | 日本碍子株式会社 | 電気化学的素子及びその製造方法 |
| JPS62201057U (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-22 | ||
| US4762605A (en) * | 1986-02-01 | 1988-08-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| JPS62285055A (ja) * | 1986-06-03 | 1987-12-10 | Fuji Electric Co Ltd | 酸素センサ |
| US4772376A (en) * | 1986-03-11 | 1988-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air/fuel ratio sensor having oxygen sensor cell and oxygen pump cell |
| JPS62285056A (ja) * | 1986-06-03 | 1987-12-10 | Fuji Electric Co Ltd | 酸素センサの製造方法 |
| JPS6383653U (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-01 | ||
| DE3780433T2 (de) * | 1986-12-19 | 1992-12-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Sauerstoffsensor. |
| EP0281375A3 (en) * | 1987-03-04 | 1989-11-29 | Westinghouse Electric Corporation | Oxygen analyzer |
| FR2620868B1 (fr) * | 1987-09-22 | 1994-03-25 | Thomson Csf | Procede de realisation de microcavites et application a un capteur electrochimique ainsi qu'a un chomatographe en phase gazeuse |
| WO1989008249A1 (en) * | 1988-02-24 | 1989-09-08 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Electrochemical gas sensor |
| EP0366863B1 (en) * | 1988-10-31 | 1994-08-31 | Fujikura Ltd. | An oxygen sensor device |
| JP2989961B2 (ja) * | 1991-05-27 | 1999-12-13 | 株式会社デンソー | 吸気管内用酸素濃度検出器 |
| DE4313251C2 (de) * | 1993-04-23 | 2003-03-27 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement zur Bestimmung der Gaskomponentenkonzentration |
| DE4333230B4 (de) * | 1993-09-30 | 2004-03-25 | Robert Bosch Gmbh | Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Gasen |
| DE4340875A1 (de) * | 1993-12-01 | 1995-06-08 | Bosch Gmbh Robert | Sauerstoffmeßfühler |
| DE102005006501A1 (de) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Robert Bosch Gmbh | Gasmessfühler |
| CN115166000A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-10-11 | 湖北天瑞电子股份有限公司 | 一种用于燃油惰化测氧传感器芯片及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| FR2442444A1 (fr) * | 1978-11-21 | 1980-06-20 | Thomson Csf | Capteur electrochimique des concentrations relatives d'especes reactives dans un melange fluide, et systeme comportant un tel capteur, notamment pour la regulation |
| DE2923483A1 (de) * | 1979-06-09 | 1980-12-11 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren |
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
| DE3017947A1 (de) * | 1980-05-10 | 1981-11-12 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen und verfahren zum herstellen von sensorelementen fuer derartige messfuehler |
| DE3104986A1 (de) * | 1981-02-12 | 1982-08-19 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen |
| US4381224A (en) * | 1981-04-27 | 1983-04-26 | Ford Motor Company | Step function lean burn oxygen sensor |
| JPS58130261U (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ |
| JPS5958356A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-04 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | ガス分析機器の製造方法 |
| JPS6086457A (ja) * | 1983-10-19 | 1985-05-16 | Hitachi Ltd | エンジン制御用空燃比センサ |
-
1983
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1985
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