(57)【要約】【課題】電気的接続部を安価に構成し、良好な導電性と、安定した接合性を確保することによって、酸素ポンプの長期安定動作を図ること。【解決手段】酸素イオン導電性基板１０の両面に電極膜１１が形成された酸素ポンプ素子１２と、前記電極膜１１の外周と電気的に接続された金属部材１３と、前記金属部材１３を電気的に絶縁する絶縁材１４と、前記金属部材１３に接続されたフランジ形状を有する金属中空管のリード部材１５を備え、フランジ形状により長期に安定な導電性を有する接続が可能となるので、酸素ポンプの長期化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン導電性基板の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記電極膜の外周と電気的に接続された金属部材と、前記金属部材を電気的に絶縁する絶縁材と、前記金属部材に接続されたフランジ形状を有する金属中空管のリード部材とを有する酸素ポンプ。
【請求項２】
金属部材とリード部材が導電性結合材によって接続された請求項１に記載の酸素ポンプ。
【請求項３】
金属部材とリード部材が溶接によって接続された請求項１または２に記載の酸素ポンプ。
【請求項４】
リード部材と金属部材が同一の成分である請求項１〜３いずれか１項に記載の酸素ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的に酸素イオンを移動させる酸素ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の酸素ポンプは、固体電解質基板上に電極を設けた電気化学素子において、突起を有する導電性のセパレータが酸素と空気を隔離する機能を有しながら、突起によって電極との電気的接続を可能とする構成としていた。また、固体電解質円筒体の両面に白金電極を設けた固体電解質酸素ポンプにおいて、前記白金電極上に白金ネットを設けたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来の酸素ポンプを示すものである。図３に示すように、セラミック基板１の表面には、三層電極構造の陰極層２と陽極層３が形成され、セパレータ４及び５には突起６（６ａ、６ｂ）が設けられた構成となっている。
【０００４】
また、図４は、特許文献２に記載された従来の酸素ポンプを示すものである。図４に示すように、固体電解質円筒体７と、白金電極８と白金ネット９とから構成されている。
【０００５】
さらに、特許文献３にも酸素ポンプが開示されている。
【特許文献１】特表２００３−２８８９０４号公報
【特許文献２】特開平９−１２７０５１号公報
【特許文献３】特開２０００−８６２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、金属電極により導電性を高め、セパレータとの接触抵抗を低減させ電気接点の数も低減させるものの、使用温度が高いことによりセパレータの材質の選定が限定を受け、場合によっては高酸素雰囲気での酸化や高温による熱歪が発生すると接触不良により導電性が低下するという課題を有していた。
【０００７】
また、白金ネットによる電気的接続においては、実用的にするには接触抵抗を一定に保つための構成上の工夫が必要であり、なおかつ高価であるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、電気的接続が安定でかつ安価なリード部を有する酸素ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の酸素ポンプは、酸素イオン導電性基板の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記電極膜の外周と電気的に接続された金属部材と、前記金属部材を電気的に絶縁する絶縁材と、前記金属部材に接続されたフランジ形状を有する金属中空管のリード部材とで構成するものである。
【００１０】
これによって、リード部と金属部材の接合面が確保され、安価で良好な導電性と安定した接合性を有するようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の酸素ポンプは、長期間の良好な電気的接続が可能となるので、長寿命の酸素ポンプの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、酸素イオン導電性基板の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記電極膜の外周と電気的に接続された金属部材と、前記金属部材を電気的に絶縁する絶縁材と、前記金属部材に接続されたフランジ形状を有する金属中空管のリード部材によって構成することにより、金属基材とリード部材はフランジ構造を介して広い導電面積が確保され、長期間の良好な電気的接続が可能となる。
【００１３】
第２の発明は、特に、金属部材とリード部材を導電性結合材によって接続することにより、導電性を有する安定した接続が可能となる。
【００１４】
第３の発明は、特に、金属部材とリード部材を溶接によって接続し、導電性を有する安定した接続が可能となる。
【００１５】
第４の発明は、特に、リード部材と金属部材が同一の成分であることにより、熱的衝撃などの機械的変形に強い接続が可能となる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における酸素ポンプの模式的断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるリード部の模式的断面図である。
【００１８】
図１において、酸素イオン導電性基板１０は置換型のランタンガレート（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３）の焼結体を任意の厚さ（例えば、約２００μｍ）の平板状に成型したものであり、その両面に電極膜１１が形成され、酸素ポンプ素子１２を構成している。
【００１９】
両電極膜１１の外周には、金属部材１３が電気的に接合され、前記金属部材１３の間には、電気的に絶縁する絶縁材１４が配置されている。さらに、前記金属部材１３にはフランジ形状を有する金属中空管のリード部材１５が電気的に接合され酸素ポンプを構成している。
【００２０】
酸素イオン導電性基板１０は、ランタンガレートに限るものではなく、イットリウムドープ型のジルコニア（ＹＳＺ）、サマリウムドープ型のセリア（ＳＤＣ）などであっても良い。
【００２１】
電極膜には、導電性を有するペロブスカイト型複合酸化物を用いた。例えば、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３を有機溶剤であるセルロース系ビヒクルと混合したペーストを、スクリーン印刷により印刷膜を形成し、乾燥、焼成することにより膜厚１０〜２０μｍの多孔質な電極膜を形成した。
【００２２】
さらに、電極膜１１は、ペロブスカイト型複合酸化物を用いた多孔質な電極膜の表面に、導電性の高い金や白金のような金属の多孔質膜を形成した２層構造であってもよい。形成方法は、上記のような印刷でよい。特に、金属部材１３を接合する場合は、金属の多孔質膜を形成した電極膜であることが好ましい。
【００２３】
金属部材１３は、導電性の高い金や白金のような金属を主成分とする導電性結合材によって、電極膜１１と接合される。材質は、ステンレスやニッケル・鉄・クロム合金などの耐熱金属が適している。また、金属部材１３の厚さは、酸素イオン導電性基板１０に機械的な影響を軽減できるように数１０μｍ程度の薄板を使用が好ましい。
【００２４】
絶縁材１４は、両電極膜１１に接合された金属部材１３を電気的に絶縁するもので、マイカなどの絶縁性材料によって構成される。その厚さは、限定するものではないが、酸素イオン導電性基板１０と同等が好ましい。
【００２５】
金属中空管のリード部１５は、図２に示すようにフランジ形状１５ａを有し、金属部材１３と導電性結合材あるいは溶接により、接合されている。材質は、ステンレスやニッケル・鉄・クロム合金などの耐熱金属が適している。熱膨張収縮が激しい環境下では、金属部材１３とリード部１５の材質を同一成分とすることによって、熱膨張係数を一致させ、熱的影響を軽減できる。リード部の金属中空管の板厚は、限定するものではないが、金属部材と同等レベルの厚さでもよい。金属中空管のリード部は、従来のように白金や金などの貴金属を使用しないので、安価にできる。
【００２６】
以上のように構成された酸素ポンプについて、以下その動作、作用を説明する。金属部材１３とリード部１５は、フランジ形状により電気的接合面が、従来に比較して格段に広い。従って、電気的抵抗の低減で、高い導電性が確保され、かつ接合面積が広い事から、長期にわたり安定した導電性が確保できる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態では、酸素イオン導電性基板１０の両面に電極膜１１が形成された酸素ポンプ素子１２と、前記電極膜１１の外周と電気的に接続された金属部材１３と、前記金属部材１３を電気的に絶縁する絶縁材１４と、前記金属部材１３に接続されたフランジ形状を有する金属中空管のリード部材１５によって構成することにより、酸素ポンプの長期間の安定動作が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかる酸素ポンプは、長期間の安定動作が可能となるので、酸素を利用する空気清浄機や空調機器あるいは健康促進機器、健康増進機器など広範な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における酸素ポンプの模式的断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における酸素ポンプのリード部の模式的断面図
【図３】特許文献１に示される従来の酸素ポンプの構成を示す図
【図４】特許文献２に示される従来の酸素ポンプの構成を示す図
【符号の説明】
【００３０】
１０  酸素イオン導電性基板
１１  電極膜
１２  酸素ポンプ素子
１３  金属部材
１４  絶縁材
１５  リード部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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