(57)【要約】 【課題】接合面に、シール性とともに通電性が付与されるセラミックス体同士の接合方法を提供し、これにより配線形態を簡素化する。【解決手段】それぞれ組成の異なる第１のセラミックス体１０と第２のセラミックス体４を接合する方法であって、前記第１のセラミックス体と前記第２のセラミックス体の接合面に貴金属ペースト１３を塗布して両者を貼り合わせ、次いで、この接合体を焼成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ組成の異なる第１のセラミックス体と第２のセラミックス体を接合する方法であって、
前記第１のセラミックス体と前記第２のセラミックス体の接合面に貴金属ペーストを塗布して両者を貼り合わせ、次いで、この接合体を焼成することを特徴とするセラミックス体同士の接合方法。
【請求項２】
前記貴金属ペーストは、ガラスを含むことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス体同士の接合方法。
【請求項３】
電解質基板の表裏両面にアノード電極およびカソード電極の一対の電極が形成された電気化学セルと、この電気化学セルの両面に配した支持部材とを備える酸素富化器であって、
請求項１または請求項２の何れかに記載の第１のセラミックス体または第２のセラミックス体の一方が前記電気化学セルであり、他方が前記支持部であり、
且つ、前記電気化学セルと前記支持部材とが請求項１または請求項２の何れかに記載の接合方法によって接合されていることを特徴とする酸素富化器。
【請求項４】
前記電気化学セルの各電極が、前記貴金属ペーストによる導電性膜を介して前記支持部材の端部に引き出されて成ることを特徴とする請求項３に記載の酸素富化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、酸素富化器等の電気化学反応装置を構成する電解質基板等のセラミックス体と、これを支持する支持部材等の異種のセラミックス体の接合方法に関し、より詳しくは、両部材の接合面に、シール性とともに通電性が付与される接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気化学反応によって空気等の酸素含有混合ガス中から酸素を分離して選択的に取り出す酸素富化器（酸素ポンプ）が知られており、近年、エアコン等の家庭用の電気機器類にこの酸素富化器を搭載して室内に簡易な酸素富化雰囲気を作る試みが成されている。
【０００３】
この酸素富化器は、例えば、特許文献１、２に示すように、イオン伝導性を有する電解質基板の表裏両面にアノード電極およびカソード電極の一対の電極を配した電気化学セルで構成されており、通常、この電気化学セルが絶縁性の支持部材に支持される構造と成されている。
【０００４】
酸素富化器では、この電気化学セルのアノード電極とカソード電間に直流電圧を供給することにより、酸素含有ガスから酸素を選択的に分離してアノード電極側から放出することができる。
【特許文献１】特開２００３−２１５０９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５２５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各電極への電圧供給機構として、特許文献１では、各電極と直流電源が直接リード線によって接続される配線形態が採られ、特許文献２では、各電極に金属部材を接続して、これら金属部材と直流電源がリード線によって接続される配線形態が採られており、何れも、配線形態が煩雑化しており、組み立て性に劣ると共に、電気的接続の信頼性にも問題があった。
そこで、本発明の目的は、接合面においてシール性と通電性を兼ね備えたセラミックス体同士の接合方法を提供することにより、上記問題を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１に記載のセラミックス体同士の接合方法は、それぞれ組成の異なる第１のセラミックス体と第２のセラミックス体を接合する方法であって、前記第１のセラミックス体と前記第２のセラミックス体の接合面に貴金属ペーストを塗布して両者を貼り合わせ、次いで、この接合体を焼成することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセラミックス体同士の接合方法において、前記貴金属ペーストは、ガラスを含むことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の酸素富化器は、解質基板の表裏両面にアノード電極およびカソード電極の一対の電極が形成された電気化学セルと、この電気化学セルの両面に配した支持部材とを備える酸素富化器であって、請求項１または請求項２の何れかに記載の第１のセラミックス体または第２のセラミックス体の一方が前記電気化学セルであり、他方が前記支持部であり、且つ、前記電気化学セルと前記支持部材とが請求項１または請求項２の何れかに記載の接合方法によって接合されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の酸素富化器において、前記電気化学セルの各電極が、前記貴金属ペーストによる導電性膜を介して前記支持部材の端部に引き出されて成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、セラミックス体間に貴金属ペーストを塗布・焼成して接合するようにしたので、貴金属ペーストの焼成により塗布面に導線性膜が得られ、よって、接合面には優れたガスシール性とともに、上記導電性膜による通電性が付与される。この導電性膜は、例えば、セラミックス体上の要通電部分への電気的な接続を容易にする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明によれば、貴金属ペーストにガラスを含有させることにより、接合面のガスシール性がより向上すると共に、セラミックス体と貴金属ペーストの双方の熱膨張係数を近似させることができ、焼成時にセラミックス体の接合部分に生じる熱応力を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明によれば、電気化学セルを支持部材にシール材（貴金属ペースト）にて接着・固定するだけであるから、電気化学セルの支持構造は極めて簡素であり、安価でコンパクトな酸素富化器を提供できる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明によれば、電気化学セルと支持部材との接合面に形成される導電性膜を利用することにより、電気化学セルの各電極への給電機構や、複数の電気化学セルを多数併用する場合の相互接続機構を簡素化でき、よって、信頼性の高い電気的接続が行えるようになると共に、組み立て性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図３に基づいて本発明が適用された酸素富化器の実施形態を説明する。
図１は本実施形態による酸素富化器の組み立て手順を示し、図２は酸素富化器の電気配線を示し、図３は電気化学セルの構成を示している。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態による酸素富化器２０は、四角形の電気化学セル１０（第１のセラミックス体）と、この電気化学セル１０の両面に配した支持部材４、４（第２のセラミックス体）とで構成されている。
【００１６】
電気化学セル１０は、図３に示すように、酸素イオン伝導性を有する薄板状の固体電解質１と、その両面に配したアノード電極３とカソード電極２の一対の電極とで構成されている。
【００１７】
固体電解質１には、例えば、（ＬａＳｒ）（ＧａＭｇ）Ｃ3、（ＬａＳｒ）（ＧａＭｇＣｏ）Ｏ3、（ＬａＳｒ）（ＧａＭｇＮｉ）Ｏ3、（ＬａＳｒ）（ＧａＭｇＦｅ）Ｏ3等のランタンガレート系材料が用いられ、アノード電極３およびカソード電極２には、それぞれ（ＳｍＳｒ）ＣｏＯ3、（ＬａＢａ）ＣｏＯ3、（ＬａＳｒ）ＣｏＯ3等の電気伝導性の高い材料が用いられる。
【００１８】
電気化学セル１０は、４００〜８００℃の高温下においてアノード電極３とカソード電極２間に直流電圧を印加すると、固体電解質１がその一方の低電位電極面（カソード電極２側）から他方の高電位電極面（アノード電極３側）に向けて酸素含有混合ガス中（空気）から酸素のみを選択的に透過させる酸素透過膜として作用する。
【００１９】
支持部材４は、上記電気化学セル１０より幾分サイズの大きい枠形矩形状の部材であって、電気化学セル１０の両面に支持部材４を配した時、その枠内に各電極部分が収まるようになっている。
【００２０】
本実施形態では、電気化学セル１０の両面が上下一対の支持部材４にて挟持されていると共に、その外周部分が支持部材４の枠部にシール材としての貴金属ペースト１３にて接合されている。
また、この支持部材４は、電気化学セル１０の支持体として十分な機械的強度と絶縁性を有し、且つ、固体電解質１やシール材と熱膨張係数が近似するセラミックス材料を用いるのが望ましく、本実施形態では、例えば、機械的加工性に優れるマシナブルセラミックスが用いられている。
【００２１】
当酸素富化器２０を作製するに当たり、上記電気化学セル１０と上記支持部材４を接合するには、図１に示すように、電気化学セル１０と支持部材４の接合面に貴金属ペースト１３を、例えば、スクリーン印刷により塗布した後、両者を貼り合わせ、この接合体を約９００℃で焼成する。これにより、電気化学セル１０と支持部材４が優れたガスシール性と通電性を持って密着・固定される。
【００２２】
本実施形態では、上記貴金属ペースト１３として、結晶化ガラスを１０％含有する銀ペーストが用いられており、この銀ペーストが銀の融点より低い約９００℃で焼成されることにより、貼り合わせ面（すなわち、塗布面）に化学的に安定した銀膜７（導電性膜）が形成される。
【００２３】
ここで、本実施形態では、貴金属ペースト１３を塗布する際、電気化学セル１０側においては、給電が必要なカソード電極２部分とアノード３部分の少なくとも一部（図１においては電極全面）に貴金属ペースト１３を塗布するようにして、焼成により得られた銀膜７を各電極２、３の配線パターンとしていると共に、上下の支持部材４側においては、貴金属ペースト１３の塗布範囲を貼合部分ａより拡張し、この拡張部分ｂの銀膜７を接続端子５、６としている。
尚、この拡張部分ｂ（すなわち、接続端子５、６）は、上下支持部材４、４の長手方向の１端部であって、それぞれが対向する側に形成されている。
【００２４】
上記構成の酸素富化器２０では、接続端子５、６を使用することにより、以下のように簡素な配線形態を採ることができる。
すなわち、図２に示すように、直流電源Ｖの＋端子は、リード線１１により支持部材４の接続端子５に接続され、配線パターンとしての銀膜７を介して電気化学セルのアノード電極３に接続される。また、直流電源Ｖの−端子は、リード線１２により接続端子６に接続され、配線パターンとしての銀膜７を介してカソード電極２に接続される。
また、図示しないが、上記接続端子５、６は、複数の電気化学セル１０を多数併用した大容量の酸素富化器（例えば、積層型の酸素富化器）を構成する場合の電気化学セル１０相互間の電気的接続にも使用することができる。
【００２５】
以上、本実施形態によれば、支持部材４の枠部に電気化学セル１０の外周部をシール材で接合する構造であるから、電気化学セル１０の支持構造は極めて簡素であり、安価でコンパクトな酸素富化器２０を提供できる。また、電気化学セル１０と支持部材４との接合に貴金属ペースト１３を用い、焼成により塗布面に形成される銀膜７を配線パターンとして利用することにより、電気化学セル１０のアノード電極３とカソード電極２の給電機構を簡素化でき、更には、上述のように複数の電気化学セルを多数併用する場合の相互接続機構を簡素化できる。
よって、信頼性の高い電気的接続が得られるようになると共に、組み立て性の向上にも大いに寄与するものである。
【００２６】
また、貴金属ペースト１３に結晶化ガラスを含有させることにより、電気化学セル１０と支持部材４の接合面におけるガスシール性がより一層向上すると共に、電気化学セル１０と貴金属ペースト１３と支持部材４のそれぞれの熱膨張係数を近似させることができる。これにより、焼成時に接合部分に生じる熱応力を抑制することができ、このことが、電気化学セル１０の割れを防止にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る酸素富化器の組み立て手順を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図。
【図２】同、酸素富化器の電気配線を示す模式図。
【図３】電気化学セルの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  電解質基板
２  カソード電極
３  アノード電極
４  第２のセラミックス体（支持部材）
７  導電性膜（銀膜）
１０  第１のセラミックス体（電気化学セル）
１３  貴金属ペースト
２０  酸素富化器
【図１】
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【図２】
2008184370.tif 000004
【図３】
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