JPS6015552A - 酸素濃度検出素子の出力調整方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明ｄ、ガス雰囲気中の＠素濃度を検出するだめの限
界電流式酸素濃度検出素子の出力調整方法に関するもの
である。

〔従来技術〕

自動車等の内燃機関の空燃比制御や排気ガス浄化のため
に、またボイラーの燃焼状態制御のために酸素濃度検出
器が使用されている。この酸素濃度検出器には種々のも
のが知られているが、そのうちの一つとして限界電流式
酸素濃度検出器か開発されている。この限界電流式酸素
濃度検出器は酸素イオン透過性固体電解質の両面に電極
を設けて素子本体となし、この素子本体の両電極間に一
定の電圧を印加してやると一方の電極（陰極）側から他
方の電極（陽極）　ｇｉｌｌに酸素イオンが透過するの
で、その際少くとも一方の電極から入る（または出る）
’ｅｌ素イオンｉを制限してやると被測定ガス中のば素
濃度に　一応じて両電極間に限界電流が流れることを利
用したものである。この限界電流式ｅ素ａ度検出器にお
いて、素子本体の一方の電極面への酸素の拡散速度を律
速させる方法としては、例えは円板状の固体電解質セル
の両−面に形成された電極面上にプラズマ溶射して直接
多孔質セラミックコーティング層を形成するとか、また
セラミック叛に細孔を開けた拡散板を電極面上に配置す
る方法によっている。

しかしながら、上記セラミックコーティング層による拡
散層も、また拡散孔をあけた拡散板も、これらを形成す
るだめの各工程およびその後の各工程で生じるバラツキ
のために、最終的に検出素子の形に組み込んだ段階では
出力にかな）大きなバラツキが生じていた。そのため、
従来よ多出力に差のない素子を製造する方法がめられて
いた。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の要望に応えるだめのもので、出力が
得られる形に零子を組み付けた後、容易にＦｌｉ望の出
力を得ることができる限界電流式酸素濃度検出素子の出
力調整方法を提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

本発明の限界電流式酸素濃度検出素子の出力調整方法は
、素子を出力が得られる形に組付けた後、充分な長さに
形成した拡散孔または拡散層を含む素子端部を、所要の
出力が得られるように切シ落すことを特徴とする。

限界電流式酸素濃度検出器は、上記したようにジルコニ
アなどの固体電解質セルの表裏両面に互いに対応させて
白金等からなる通気性薄膜状の電極を設けて素子本体と
なし、この素子本体の両電極間に電圧を印加すると陰電
極側から陽電極側に酸素イオンが透過し両電極間に電流
が流れるが、透過する酸素イオン量を制限してやると、
成る値までは電圧の増加に比例して電流も増加するがそ
れ以上は電圧を増しても電流が増加しない現象をとらえ
、このときの電流値（限界電流値）を測定して酸素濃度
を検出するものである。

この限界電流値（出力）は、次式ｌ： ｉｚ父Ｌ　”　ＣＩ） （但し、Ｌは拡散孔の深さまたは拡散層の厚さを示す） で表わされる関係にあることが知られている。

出カニｔは、拡散孔または拡散層を通って陰電極面に達
する酸素量に比例する。すなわち、酸素量が多ければ出
力も大きくなる。なお、拡散層も結局は細い拡散孔の集
多であると考えられる。しかして、この拡散孔を通るガ
ス量Ｑは、拡散孔を第６図に示すような細い管と考えた
とき、その面積Ｓに比例するがその長さＬ′に比例する
ため、 ＱＣＣ８／Ｌ’ で表わされ、ＱＣＣ４ｚであるため、上記式■の関係と
なる。

上記において面積Ｓを一定として拡散孔の長さＬ’　（
またはＬ）を短くしてやると、それに伴って拡散孔内を
通過するガス量は大きくなるため、出力を変えることが
できる。本発明は、この知見をもとに完成されたもので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

第１実施例として、第１図および第２図に示すものは、
本発明の代表的な実施例で平板状に形成した検出素子の
例である。

第２図は検出素子の構成を示すだめの分解斜視図で、１
はプレート状に成形された固体電解質セルで、この表裏
両面にはそれぞれ対応させた位置に対応させた面積で陰
電極２と陽電極３が形成されて素子本体を構成している
。セル１の上部に位置する５は、ヒータ６付の耐熱性セ
ラミック板で、セル１の電極に対応させて開口させた窓
５′から端部に達する長い拡散孔８となるスリットが設
けられている。このヒータ６付セラミツク板は、その上
部に示される耐熱性セラミック板４と重ね合せて貼合せ
ることによシセラミックヒータを構成する。セル１の下
の７は、同様に電極に対応する部位に窓７′を有する耐
熱性セラミック板である。

これらセラミック板４とヒータ６付セラミツク板５とか
らなるセラミックヒータ、セル１およびセラミック板７
を、例えば８００℃程度の軟化点を有するガラスを接着
剤として一体的に貼合わせて、第２図に示すような板状
検出素子をイ々トる。

なお、上記においてセル１社、酸化インドリウム８壬ル
チを添加した酸化ジルコニウム粉末を用い常法にしたが
って圧粉成形し、約１６００℃で焼結して作る。また、
セラミック板４，５゜７はセル１と同等の熱膨張率を有
するセラミツり粉末を用い、セル１と同様にして作るこ
とができる。ヒータ６は白金−ロジウム等の粉末を有機
溶剤と混練したペーストをシルクスクリーン印刷などに
よって印刷して形成する。

上記のようにして組み付けた検出素子Ｓを、第１図およ
び第２図に示すように拡散孔８が開口する端を所定量切
シ落して出力を調整する。

この切シ落し量は次のようにしてめる。

まずでき上った素子について、例えは大気中での限界電
流値（出力）　ＣＡｍ人）を測定する。

次に、この素子端部を破線Ｂで示すように拡散孔開口端
から任意の長さｔ５　ｍｍ切シ落した後、出力（Ｂｍ人
）を測定する。

限界電流値ｉｔは前記したように拡散孔の深深さＬとＩ
　Ｌ（Ｘ　Ｌ−’の関係にあるため、切シ落ししたあと
の素子の有効拡散孔Ｌｘ（ｍｍ）は次式■：（Ｌｚ＋４
　）　Ｂ　０．−１−（Ｉｆ）Ｌｘ　Ａ よ請求まる。

要求出力（限界電流値）をａｍ人とすると、更に切シ落
す長さ１Ｘは、上記式■と同様に、となシ、との式から となシ、式■と式■から、次式■： で表わされ、この式（■）をとくことによってめられる
。図中、一点鎖線Ｃは目的とする検出素子を得るだめの
切断位置を示す。

同様にして、本発明の方法によシ、第３図ないし第５図
に示すような限界電流式酸素濃度検出素子の出力を調整
することができる。

第３図は本発明の第２実施例を示す断面図で、一端が閉
止した円筒状に成形した固体電解質セル１の外側に陰電
極２、内側に陽電極３を設けた素子本体を、一端部に拡
散層として多孔質のセラミックフィルター９を内蔵する
円筒状のセラミックハウジング１０内に装着して検出素
子とした例を示し、上記第１実施例と同様に線Ｂ。

Ｃにしたがって素子のフィルタ−９側端部を切シ落して
出力を調整する。

第４図は第３実施例で、第２実施例と同様の形のセル１
の内側に陰電極２、外側に陽電極３を設はガスの拡散律
速のために、細い拡散孔８を廟するセラミック細管１２
を設けた例である。

このセラミック細管１２を切断して出力を調整する。な
お、１１は支持体を示す。

第５図は、第４実施例で第３図の第２実施例　ｌでセラ
ミックフィルターを用いている代シに拡散孔８を設たセ
ラミック成形体１３を用いた例である。同様に、拡散孔
８の開口側端部から切り落して出力を調整する。なお、
第３図および第５図において、６はニクロム線などのヒ
ータ（発熱体）を示す。

（効果］ 本発明は上記したように完全な素子の形に製造した後出
力を調整することができ、しかも調整法が簡単でかつ目
的とする出力を有する検出素子を容易に得ることができ
る。そのため、従来の如く例えば７ラズマ溶射するため
のセラミックの材質、粉粒度などをきびしく管理すると
か、また素子組み付けの工程を不必要に厳重に管理する
などの必要がなくなるなどの効果をも併有する。また、
従来の方法では、得られた素子が所定の出力を有しない
ときは、不良品として使用できなかったが、本発明方法
によればそのような無駄も無くすることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す検出素子の分解層斜
視図、 第２図は第１実施例の検出素子の斜視図、第３図、第４
図および第５図は本発明の他の実施例を示す検出素子の
断面図、 第６図はガス拡散孔の模式図である。 図中、 １・・・・・・・・・固体電解質セル ２．３・・・・・・電極 ４．５，７・・・・・・　セラミック板６・・・・・・
・・・　ヒータ ８・・・・・・・・・拡散孔 ９・・・・・・・・・セラミックフィルター特許出願人
　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　萼　優　美 （ほか１名） 牙１図 牙２図 牙３図 牙４図 牙５図　才６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 素子を出力が得られる形に組み付けた後、拡散孔または
   拡散層を含む素子端部を所要出力を得るために切り落す
   ことを特徴とする限界電流式ば集設度検出素子の出力調
   整方法。