JP2003279531A

JP2003279531A - 酸素センサ素子

Info

Publication number: JP2003279531A
Application number: JP2002087279A
Authority: JP
Inventors: Masahide Akiyama; 雅英秋山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP3860768B2

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素濃度などを検知するセンサ部と白金からな
る発熱体を具備するヒータ部とを一体化してなり、連続
通電加熱や急速昇温などの熱衝撃性に優れたヒータ寿命
の長い酸素センサ素子を提供する。【解決手段】少なくとも平板状のジルコニア固体電解質
の対向する面に、白金から成る測定電極と大気に接触す
る基準電極とを設けたセンサ部と、セラミック絶縁層に
長手方向の中心軸に対して略対称位置に白金からなる発
熱体を埋設してなるヒータ部を具備する酸素センサ素子
において、前記略対称位置に設けられた各発熱体間に、
前記セラミック絶縁層を形成しない領域を設ける

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサおよび
その製法に関し、特に自動車等の内燃機関における空気
と燃料の比率を制御するための酸素センサ素子及びその
製法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】現在、自動車等の内燃機関においては、排
出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づいて
内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御するこ
とにより、内燃機関からの有害物質、例えばＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯｘを低減させる方法が採用されている。

【０００３】この検出素子として、主として酸素イオン
伝導性を有するジルコニアを主成分とする固体電解質か
らなり、一端が封止された円筒管の外面および内面にそ
れぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素セ
ンサが用いられている。この酸素センサの代表的なもの
としては、図６に示すように、ＺｒＯ₂固体電解質から
なり、先端が封止された円筒管３１の内面には、センサ
部として白金からなり空気などの基準ガスと接触する基
準電極３２が、また円筒管３１の外面には排気ガスなど
の被測定ガスと接触される測定電極３３が形成されてい
る。また、測定電極３３の表面には、セラミック多孔質
層３４が形成されている。

【０００４】このような酸素センサにおいて、一般に、
空気と燃料の比率が１付近の制御に用いられている、い
わゆる理論空燃比センサ（λセンサ）としては、測定電
極３３の表面に、保護層としてセラミック多孔質層３４
が設けられており、所定温度で円筒管両側に発生する酸
素濃度差を検出し、エンジン吸気系の空燃比の制御が行
われている。この際、理論空燃比センサは約７００℃付
近の作動温度までに加熱する必要があり、そのために、
円筒管の内側には、センサ部を作動温度まで加熱するた
め棒状ヒータ３５が挿入されている。

【０００５】しかしながら、近年排気ガス規制の強化傾
向が強まり、エンジン始動直後からのＣＯ、ＨＣ、ＮＯ
ｘの検出が必要になってきた。このような要求に対し
て、上述のように、ヒータ３５を円筒管３１内に挿入し
てなる間接加熱方式の円筒型酸素センサでは、センサ部
が活性化温度に達するまでに要する時間（以下、活性化
時間という。）が遅いために排気ガス規制に充分対応で
きないという問題があった。

【０００６】近年、この問題を回避する方法として、図
７に示すように平板状の固体電解質の外面および内面に
基準電極と測定電極それぞれ設けると同時に、セラミッ
ク絶縁体の内部に白金からなる発熱体を埋設したヒータ
を一体型した酸素センサ素子が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このヒ
ータを一体化した酸素センサ素子は、上述の従来の間接
加熱方式と異なり、直接加熱方式であるために急速昇温
が可能ではあるが、連続通電加熱を行うと発熱体の抵抗
が増加し、最終的に発熱体が断線するという問題があっ
た。この原因について検討を重ねた結果、セラミック絶
縁体の内部に略対称的に埋設された発熱体の間で、セラ
ミック絶縁層内にＮａやＫなどのアルカリ金属、アルカ
リ土類金属が、一対の発熱体間でマイグレーションを起
しているためであることがわかった。

【０００８】従って、本発明は、酸素濃度などを検知す
るセンサ部と白金からなる発熱体を具備するヒータ部と
を一体化してなり、連続通電加熱や急速昇温などの熱衝
撃性に優れたヒータ寿命の長い酸素センサ素子を提供す
ることを目的とした。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題について検討した結果、少なくとも平板状のジルコニ
ア固体電解質の対向する面に、白金から成る測定電極と
大気に接触する基準電極とを設けたセンサ部と、セラミ
ック絶縁体に長手方向の中心軸に対して略対称位置に白
金からなる発熱体を埋設してなるヒータ部を具備する酸
素センサ素子において、前記略対称位置に設けられた各
発熱体間に、前記セラミック絶縁層を形成しない領域を
設けることによって、ＮａやＫのマイグレーションを有
効に防止することができる結果、白金からなる発熱体の
寿命が飛躍的に改善することができるのである。

【００１０】電気伝導性を有する固体電解質に埋設され
たセラミック絶縁層中では、例えば発熱体やセラミック
絶縁層中に含有されるＮａ、Ｋなどのアルカリ金属や、
アルカリ土類金属は、セラミック絶縁層を介して略対称
位置に形成された発熱体への通電により生じた電界によ
り、セラミック絶縁層中を拡散してマイナス極側の高温
部に移動（マイグレーション）して、濃縮し発熱体の電
気抵抗を増大させ、その結果ヒータの断線が生じる。

【００１１】しかしながら、本発明によれば、長手方向
の中心軸に対して略対称となる位置に形成された２つの
発熱体間に、セラミック絶縁層が存在しない領域を形成
することにより、一対の発熱体間でＮａ、Ｋ等の移動
（マイグレーション）経路を遮断することができる結
果、マイナス極側の高温部に移動（マイグレーション）
して濃縮することがなく、発熱体の寿命を飛躍的に延ば
すことができる。

【００１２】また、本発明によれば、通常、固体電解質
とセラミック絶縁層の熱膨張係数が異なるため、熱膨張
係数の差に起因する内部応力を減少させるため、セラミ
ック絶縁層が酸素センサ素子の側面に露出していること
が望ましい。これにより、センサ素子の急速昇温などの
熱衝撃性を飛躍的に改善することができる。

【００１３】また、本発明ではセラミック絶縁層および
白金発熱体中に存在するＮａ、Ｋのアルカリ金属や、ア
ルカリ土類金属の含有量をそれぞれ５０ｐｐｍ以下にす
ることにより、通電加熱時のおけるマイグレーションの
量を減少させることが出来き、さらに発熱体や酸素セン
サ素子の長寿命化を図ることが可能となる。

【００１４】さらに、本発明では製造コストの観点か
ら、ジルコニア固体電解質と、白金からなる電極と、セ
ラミック絶縁層と、発熱体とを同時に焼成することが好
ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素センサの基本
構造の一例の概略平面図を図１（ａ）に、図１（ａ）に
おけるｘ−ｘ断面図を図１（ｂ）に示した。この酸素セ
ンサ素子は、一般的に理論空撚比センサ素子と呼ばれる
ものである。

【００１６】図１においては、センサ基板１は、ジルコ
ニアからなる酸素イオン導電性を有するセラミック固体
電解質基板３と、この固体電解質基板３の対向する表面
には、空気に接する基準電極４と測定電極５とが形成さ
れており、酸素濃度を検知するセンサ部を形成してい
る。

【００１７】即ち、固体電解質基板３は先端が封止され
た平板状の中空形状からなり、この中空部が大気導入孔
３ａを形成している。そして、この中空内壁に、空気な
どの基準ガスと接触する基準電極４が被着形成され、こ
の基準電極４と対向する固体電解質基板３の外面に、排
気ガスなどの被測定ガスと接触する測定電極５が形成さ
れている。また、排気ガスによる電極の被毒を防止する
観点から、測定電極５表面には電極保護層としてセラミ
ック多孔質層６が形成されている。

【００１８】また、上記センサ部１には、ヒータ部２が
一体的に設けられている。このヒータ部２は、５〜２０
μｍの厚みの電気絶縁性を有するセラミック絶縁層７に
厚みが５〜５０μmの白金からなる発熱体８が埋設され
ている。

【００１９】そして、セラミック絶縁層７中に配設され
た発熱体８は、図２のｙ−ｙ断面図に示すように、セラ
ミック絶縁層７内に長手方向の中心軸Mに対して略対称
位置に２本の発熱体８が埋設されており、酸素センサ素
子の先端付近で、２本の発熱体８は接続されたパターン
からなる。また、発熱体８は、リード端子９を経由して
端子電極（図示せず）と接続されている。

【００２０】そして、端子電極、リード端子９を通じて
発熱体８に電流を流すことにより発熱体８が発熱し、測
定電極５と基準電極４と固体電解質基板３を加熱する仕
組みとなっている。

【００２１】本発明によれば、この２本の発熱体８の間
に、セラミック絶縁層７を形成しない領域１０を設ける
ことが重要である。このセラミック絶縁層が形成されて
いない領域１０は、４００℃以上に加熱される領域に設
けることが望ましく、発熱体８間の他、リード端子９間
でも４００℃以上に加熱される場合があることを考慮
し、ヒータ端子９間にまで形成されていないことが望ま
しい。

【００２２】また、この領域１０は、空間であってもよ
いが、強度の関係から固体電解質基板３と同様なジルコ
ニア等を充填することが望ましい。この領域１０は、２
本発熱体８間が隔離されていればよく、その幅は、０．
０５ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上あれば充分で
ある。

【００２３】また、本発明によれば、セラミック絶縁層
７は、図１（ｂ）の横断面図に示すように、センサ素子
１の側面にて露出していることが望ましい。例えば、ジ
ルコニア固体電解質基板３とアルミナセラミック絶縁層
７とは、通常、熱膨張係数が異なるため、熱膨張係数の
差により内部応力が発生するが、センサ素子の側面にお
いてセラミック絶縁層７を露出させることによりこの内
部応力を減少させることが出来る。その結果、センサ素
子の急速昇温などの熱衝撃に対して優れた性能を示す。

【００２４】また、本発明ではセラミック絶縁層７およ
び白金からなる発熱体８ともに、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ
金属含有量が５０ｐｐｍ以下に制御されていることが望
ましい。Ｎａ，Ｋ等は、通電時にセラミック絶縁層７中
をマイグレーションして発熱体８の高温部のマイナス側
に析出して発熱体の抵抗を増加させ、その結果ヒータ寿
命の低下をもたらす。セラミック絶縁層７中および発熱
体８中とも、Ｎａ、K等のアルカリ金属含有量はそれぞ
れ２０ｐｐｍ以下が特に好ましい。

【００２５】本発明によれば、センサ部が大気導入孔３
ａを有さず、基準電極４が固体電解質基板３中に埋設さ
れた構造からなる酸素センサ素子にも適用である。

【００２６】また、本発明は、図３に示すような広域空
燃比センサ素子１１に対しても適用できる。この空燃比
センサ素子１１は、平板状のジルコニア固体電解質１２
にセンサ素子を構成するための一対の内側電極１３と外
側電極１４が形成されている。具体的には、空気と接す
る基準電極１３と、それに対向する外面には排気ガスな
どの被測定ガスと接する測定電極１４が形成されて、ポ
ンピングセルが形成されている。また、測定電極１４の
一部または全部が露出するような空間１５が形成されて
おり、且つ空間１５上部には排気ガスを取り込むための
小さな拡散孔１６が形成されている。

【００２７】この拡散孔１６としては、空間１５に取り
込む排気ガス量を調整できるものであればその形状と場
所は問わない。例えば、空間１５内の外側電極１４上に
多孔質体を形成して、これを拡散律速層としてもよい。
また、拡散孔１６および拡散律速層はセンサ素子の上面
の他に、素子の側面や先端に形成してもよい。また、空
間１５の形状としては、四角形の他、長方形や、楕円形、
円形であってもよい。

【００２８】本発明の酸素センサにおいて用いられる固
体電解質は、ＺｒＯ₂を含有するセラミックスからな
り、安定化剤として、Ｙ₂Ｏ₃およびＹｂ₂Ｏ₃、Ｓｃ
₂Ｏ₃、Ｓｍ ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃等の希土類酸化物
を酸化物換算で１〜３０モル％、好ましくは３〜１５モ
ル％含有する部分安定化ＺｒＯ₂あるいは安定化ＺｒＯ₂
が用いられている。また、ＺｒＯ₂中のＺｒを１〜２０
原子％をＣｅで置換したＺｒＯ₂を用いることにより、
イオン導電性が大きくなり、応答性がさらに改善される
といった効果がある。さらに、焼結性を改善する目的
で、上記ＺｒＯ₂に対して、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂を添加含
有させることができるが、多量に含有させると、高温に
おけるクリープ特性が悪くなることから、Ａｌ₂Ｏ₃およ
びＳｉＯ₂の添加量は総量で５重量％以下、特に２重量
％以下であることが望ましい。

【００２９】固体電解質基板３や固体電解質基板１２の
表面に被着形成される基準電極４、１３、測定電極５、
１４、さらにはリード端子９は、いずれも白金、あるい
は白金と、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよび金
の群から選ばれる１種との合金が用いられる。

【００３０】また、センサ動作時の電極中の金属の粒成
長を防止する目的と、応答性に係わる金属粒子と固体電
解質と気体との、いわゆる３相界面の接点を増大する目
的で、上述のセラミック固体電解質成分を１〜５０体積
％、特に１０〜３０体積％の割合で上記電極中に混合し
てもよい。また、電極形状としては、四角形でも楕円形
でもよい。また、電極の厚さは、３〜２０μｍ、特に５
〜１０μｍが好ましい。

【００３１】一方、発熱体８を埋設するセラミック絶縁
層体７としては、相対密度が８０％以上、開気孔率が５
％以下の緻密質なセラミックスによって構成されている
ことが望ましい。この際、焼結性を改善する目的でＭ
ｇ、Ｃａ、Ｓｉを総和で１〜１０重量％含有していても
よいが、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属の含有量としては、
マイグレーションしてヒータ基板２の電気絶縁性を悪く
するため酸化物換算で５０ｐｐｍ以下に制御することが
望ましい。また、相対密度を上記の範囲とすることによ
って、基板強度が高くなる結果、酸素センサ自体の機械
的な強度を高めることができるためである。なお、セラ
ミックスとしては、アルミナセラミックス、ＡｌとＭｇ
との複合酸化物を主体とするセラミックス、Ａｌと希土
類元素との複合酸化物を主体とするセラミックスの群か
ら選ばれる少なくとも１種からなるなることが耐食性、
高強度化の点で望ましい。

【００３２】また、測定電極５の表面に形成されるセラ
ミック多孔質層６は、厚さ１０〜８００μｍで、気孔率
が１０〜５０％のジルコニア、アルミナ、γ−アルミナ
およびスピネルの群から選ばれる少なくとも１種によっ
て形成されていることが望ましい。この多孔質層６の厚
さが１０μｍより薄いか、あるいは気孔率が５０％を超
えると、電極被毒物質Ｐ、Ｓｉ等が容易に電極に達して
電極性能が低下する。それに対して、多孔質層６の厚さ
が８００μｍを超えるか、あるいは気孔率が１０％より
小さくなるとガスの多孔質層６中の拡散速度が遅くな
り、電極のガス応答性が悪くなる。特に、多孔質層６の
厚さとしては気孔率にもよるが１００〜５００μｍが適
当である。

【００３３】ヒータ基板２に埋設された発熱体８は、白
金が用いられるが、場合によっては白金とロジウム、パ
ラジウム、ルテニウムの群から選ばれる１種との合金を
用いることができる。この場合、発熱体８とリード部の
抵抗比率は室温において、９：１〜７：３の範囲に制御
することが好ましい。発熱体の構造としては、左右で折
り返す構造と長手方向で折り返す構造のいずれも用いる
ことが可能である。

【００３４】なお、ヒータ基板２における発熱体８の発
熱パターンとしては、図２に示したようなミアンダ（波
型）構造のみならず、長手方向に伸び、長手方向の端部
で折り返したＵ字構造であってもよい。

【００３５】次に、本発明の酸素センサの製造方法につ
いて、図１の酸素センサ素子を例に取りその製造方法を
図４をもとに説明する。

【００３６】まず、図４に示すようにジルコニアのグリ
ーンシート２０を作製する。このグリーンシート２０
は、ジルコニアの酸素イオン導電性を有するセラミック
固体電解質粉末に対して、適宜、成形用有機バインダー
を添加してドクターブレード法や、押出成形や、静水圧
成形（ラバープレス）あるいはプレス形成などの周知の
方法により作製される。

【００３７】次に、上記のグリーンシート２０の両面
に、それぞれ測定電極５および基準電極４となるパター
ン２１、リードパターン２２、電極パッド２３やスル−
ホール２４などを例えば、白金を含有する導電性ペース
トを用いてスラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印
刷、パット印刷、ロール転写で印刷形成した後、大気導
入孔２５を形成したグリーンシート２６をアクリル樹脂
や有機溶媒などの接着剤を介在させるか、あるいはロー
ラ等で圧力を加えながら機械的に接着することによりセ
ンサ基板用積層体を作製する。

【００３８】なお、この時に測定電極５となるパターン
２１の表面に、セラミック多孔質層６を形成するための
多孔質スラリーを印刷塗布形成してもよい次に、ジルコ
ニアグリーンシート２７表面に、例えば、アルミナから
なるセラミックグリーンシート２８ａを形成する。この
際、セラミックグリーンシート２８ａにセラミック絶縁
層を形成しない領域２９を形成する。この後、このセラ
ミックグリーンシート２８ａの表面に白金を含有する導
電性ペーストを用いて発熱体３０およびリード部３１を
スラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット
印刷、ロール転写で印刷形成し、さらにこの表面にもう
一度、アルミナのセラミックグリーンシート２８ｂを形
成する。また、このセラミックグリーンシート２８ｂに
対しても、セラミック絶縁層を形成しない領域２９を形
成しておく。

【００３９】上記セラミック絶縁層は、上記のグリーン
シート２８ａ，２８ｂを積層する代わりに、アルミナ粉
末からなるペーストをスラリーデッィプ法、あるいはス
クリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷して形成
することもできる。

【００４０】また、セラミック絶縁層を形成しない領域
２９を形成するには、予めセラミックグリーンシート２
８ａ，２８ｂの所定箇所にパンチングなどによって開口
するか、または領域２９を除いてスラリーを塗布するこ
とによって形成することができる。また、この領域２９
は、凹部が形成されることになるため、この部分にはグ
リーンシート２０を形成するジルコニアのペーストをス
クリーン印刷、パット印刷、ロール転写を用いて、凹部
に充填することが望ましい。

【００４１】なお、グリーンシート２７の裏面には、電
極パッド３２が設けられ、リード部３１と、グリーンシ
ート２８ａや２７に形成されたスルーホール３３を通じ
て、電極パッド３２と接続されている。

【００４２】次に、上述のセンサ用積層体Ａとヒータ用
積層体Ｂをアクリル樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在
させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら両者を
機械的に接着することにより接着して積層体を作製す
る。

【００４３】その後、積層体を焼成は、大気中または不
活性ガス雰囲気中、１３００℃〜１７００℃の温度範囲
で１〜１０時間焼成する。この際、焼成時の反りを抑制
するため、錘として平滑なアルミナ等の基板を積層体の
上に置くことにより反り量を低減することができる。

【００４４】なお、測定電極表面のセラミック多孔質層
は、焼成後、プラズマ溶射法等により,アルミナ、ジル
コニア、スピネル等のセラミックを測定電極表面に形成
して,作製することもできる。

【００４５】

【実施例】実施例１図１に示すヒータを一体化した理論空燃比センサ素子を
図４に従い以下のようにして作製した。

【００４６】まず、市販の純度が９９．９％アルミナ粉
末と、Ｓｉを０．１重量％含む５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有のジ
ルコニア粉末と、平均粒子径が０．１μｍで８モル％の
イットリからなるジルコニア粉末を３０体積％結晶内に
含有する白金粉末と、アルミナ粉末を２０体積％含有す
る白金粉末をそれぞれ準備した。

【００４７】まず、５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有のジルコニア粉
末にポリビニルアルコール溶液を添加して坏土を作製
し、押出成形により焼結後厚さが０．４ｍｍになるよう
なジルコニアのグリーンシート２０を作製した。その
後、グリーンシート２０の両面に８モル％のイットリア
を含むジルコニア粉末を３０体積％結晶内に含有する白
金粉末をスクリーン印刷して、測定電極と基準電極のパ
ターン２１、リードパターン２２、電極パッド２３を印
刷形成した後、大気導入孔２５を形成したグリーンシー
ト２６をアクリル樹脂の密着剤により積層しセンサ用積
層体Ａを得た。

【００４８】次に、ジルコニアのグリーンシート２７表
面に上記のアルミナ粉末からなるペーストを用いて、ス
クリーン印刷により焼成後１０μｍの厚みになるよう
に、略対称的に配置される発熱体パターン３０の間に空
間の領域２９を設けた本発明のセラミック絶縁層２８ａ
を形成した。その後、アルミナ粉末を含有する白金を用
いて、焼成後ヒータの厚みが約１５μｍとなるようにス
クリーン印刷により発熱体パターン３０とリードパター
ン３１を形成した。そして、その表面にもう一度セラミ
ック絶縁層２８ｂを焼成後１０μｍになるように形成し
た。その後、空間領域２９にはジルコニアのスラリーを
スクリーン印刷にて充填し、空間領域２９を閉塞して、
ヒータ用積層体Ｂを作製した。

【００４９】この際、比較のために発熱体パターンの間
に空間領域２９を形成しないヒータ用積層体も合わせて
作製した。また、セラミック絶縁層２８ａ，２８ｂ中お
よび発熱体パターン３０中の、ＮａおよびK（アルカリ
金属の合計量）はいずれも２０〜３０ｐｐｍであった。

【００５０】この後、センサ用積層体Ａとヒータ用積層
体Ｂを接合してヒータ一体化センサ素子の積層体を１５
００℃、１時間焼成してヒータ一体化酸素センサ素子を
作製した。

【００５１】作製した酸素センサ素子において、ヒータ
端子電極間に１２Vを印加してセンサ素子を、大気中５０
００時間連続加熱（素子温度約７００℃）し、所定時間
毎に室温（２０℃）において発熱体の抵抗値を求めた。

【００５２】その結果を図５に示す。発熱体間にセラミ
ック絶縁層を形成しない領域を形成した試料Ｎｏ．１の
ヒータ抵抗値の増加は小さかった。それに対して、発熱
体間に前記領域を設けていない試料Ｎｏ．２では、２０
００時間を過ぎてヒータの抵抗値が急激に増加して、３
９００時間後に断線した。

【００５３】実施例２実施例１と同様にしてセンサ用積層体Ａを作製した。

【００５４】そして、実施例１と同様にしてヒータ用積
層体Ｂを形成するにあたり、セラミック絶縁層が図１に
示すように端面に露出したものと、図７に示すように、
セラミック絶縁層が固体電解質基板３の内部に埋設され
ているものを作製した。

【００５５】このようにして、形成したヒータ用積層体
と実施例１で作製したセンサ用積層体を接合して、大気
中１５００℃、３０分間焼成して、素子端面にセラミッ
ク絶縁層が露出したものと、露出していないヒータ一体
化した酸素センサ素子をそれぞれ５個ずつ作製した。

【００５６】その後、それぞれのセンサ素子の発熱体に
１２V印加して、室温から約７００℃まで１分で加熱
し、その後、印加電圧を切ってファンによる強制空冷に
より、室温まで１分で素子を冷却するという温度サイク
ルを行い、これ１サイクルとして素子が破壊するまでの
サイクル数を求めた。結果を表１に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１より、セラミック絶縁層がセンサ素子
の側面に露出していないセンサ素子は、５万〜７万サイ
クルによりセンサ素子が破壊することがわかる。それに
対して、本発明のセラミック絶縁層が素子の側面に露出
したセンサ素子は、１２万〜１４万サイクルと良好な耐
熱衝撃性を示した。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明によれば、
略対称位置に設けられた各発熱体間に、セラミック絶縁
層を形成しない領域を設けることによって、ＮａやＫの
マイグレーションを有効に防止することができる結果、
白金からなる発熱体の寿命が飛躍的に改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素センサ素子の一例を説明するため
の（ａ）概略平面図と、（ｂ）概略ｘ−ｘ断面図であ
る。

【図２】本発明の酸素センサ素子の発熱体形成箇所での
ｙ−ｙ断面図である。

【図３】本発明における他の酸素センサ素子の概略断面
図である。

【図４】図１の酸素センサ素子の製造方法を説明するた
めの分解斜視図である。

【図５】本発明の実施例における特性変化を観察するた
めのものである。

【図６】従来の円筒型のヒータ一体型酸素センサ素子の
構造を説明するための概略断面図である。

【図７】従来の他の平板型のヒータ一体型酸素センサ素
子の構造を説明するための概略斜視図を示した。

【符号の説明】

１センサ部２ヒータ部３固体電解質４基準電極５測定電極６セラミック多孔質層７セラミック絶縁層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２５Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも平板状のジルコニア固体電解質
の対向する面に、白金から成る測定電極と大気に接触す
る基準電極とを設けたセンサ部と、セラミック絶縁層に
長手方向の中心軸に対して略対称位置に白金からなる発
熱体を埋設してなるヒータ部を具備する酸素センサ素子
において、前記略対称位置に設けられた各発熱体間に、
前記セラミック絶縁層を形成しない領域を設けたことを
特徴とする酸素センサ素子。
【請求項２】前記ヒータ部におけるセラミック絶縁層
が、酸素センサ素子の側面に露出していることを特徴と
する請求項1記載の酸素センサ素子。
【請求項３】前記セラミック絶縁層および発熱体中にお
けるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の含有量が５
０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の酸
素センサ素子。
【請求項４】前記ジルコニア固体電解質、前記測定電
極、前記基準電極、前記セラミック絶縁層、前記発熱体
を同時に焼成してなることを特徴とする請求項１記載の
酸素センサ素子。