JP2006032101A - Ceramic heater and gas sensor using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater excellent in durability, and a gas sensor using the same. <P>SOLUTION: The ceramic heater is formed by arranging a main heater pattern 2 composed of a main heating part 21, a pair of main electrode parts 22 supplying power to the main heating part 21, and a lead part 23 electrically connecting the main heating part 21 and the main electrode parts 22 on a heater base board. A sub-heater pattern 3 having a sub-heating part 31 for heating the main electrode parts 22 and a pair of sub-electrode parts 32 supplying power to the sub-heating part 31 is arranged on the ceramic heater 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガスセンサ素子等を加熱するためのセラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサに関する。   The present invention relates to a ceramic heater for heating a gas sensor element and the like, and a gas sensor using the same.

例えば、自動車の内燃機関には、燃焼制御を行うために、排ガス中の酸素濃度等を測定するガスセンサが用いられている。このガスセンサには、通常、測定値のばらつきを防止するために、ガスセンサ素子を加熱するセラミックヒータが内蔵されている。
該セラミックヒータは、ガスセンサ素子を加熱する発熱部と、該発熱部に電力を供給するための一対の電極部と、上記発熱部と上記電極部とを電気的に接続するリード部とからなるヒータパターンを、ヒータ基板上に形成してなる(特許文献1参照)。
For example, an internal combustion engine of an automobile uses a gas sensor that measures an oxygen concentration or the like in exhaust gas in order to perform combustion control. This gas sensor usually has a built-in ceramic heater for heating the gas sensor element in order to prevent variations in measurement values.
The ceramic heater includes a heat generating part for heating the gas sensor element, a pair of electrode parts for supplying electric power to the heat generating part, and a lead part for electrically connecting the heat generating part and the electrode part. A pattern is formed on a heater substrate (see Patent Document 1).

かかるセラミックヒータとしては、例えば、図24、図25に示すような丸棒状のものがある。このセラミックヒータ9は、セラミックの心棒99の表面にヒータ基板91(図26)を巻き付けるように配設してなる。該ヒータ基板91は、図26に示すごとく、一方の面911に発熱部93及びリード部94を設け、他方の面912に電極部95を設けてなる。上記リード部94と電極部95とは、ヒータ基板91を貫通するスルーホール913を介して接続されている。
そして、図24、図25に示すごとく、上記電極部95が外側になるように、ヒータ基板91を心棒99の表面に巻き付けてあり、電極部95にはリード線96がろう材961により接合されている。
An example of such a ceramic heater is a round bar as shown in FIGS. This ceramic heater 9 is arranged so that a heater substrate 91 (FIG. 26) is wound around the surface of a ceramic mandrel 99. As shown in FIG. 26, the heater substrate 91 is provided with a heat generating portion 93 and a lead portion 94 on one surface 911 and an electrode portion 95 on the other surface 912. The lead portion 94 and the electrode portion 95 are connected via a through hole 913 that penetrates the heater substrate 91.
24 and 25, the heater substrate 91 is wound around the surface of the mandrel 99 so that the electrode portion 95 is on the outside, and a lead wire 96 is joined to the electrode portion 95 by a brazing material 961. ing.

しかしながら、上記電極部95には、外気や排ガス中に含まれる水分が付着することがある。この水分の付着は、電極部95の腐食の原因となるおそれがある。また、水分が付着した状態において、排ガス中の腐食原因物質が吸着することにより、電極部95やろう材961、リード線96の腐食が進行するおそれがある。
その結果、電極部95に接合したリード線96が外れるおそれがあり、セラミックヒータ9の耐久性を確保することが困難となるおそれがある。
However, moisture contained in outside air or exhaust gas may adhere to the electrode portion 95. This adhesion of moisture may cause corrosion of the electrode portion 95. Further, in a state where moisture is attached, corrosion of the electrode portion 95, the brazing material 961, and the lead wire 96 may progress due to adsorption of a corrosion-causing substance in the exhaust gas.
As a result, there is a possibility that the lead wire 96 joined to the electrode portion 95 may come off, and it may be difficult to ensure the durability of the ceramic heater 9.

また、セラミックヒータ9の起動時において、発熱部93は短時間で昇温するが、電極部95は発熱部93からの熱伝導により遅れて昇温するため昇温に時間がかかる。それ故、発熱部93と電極部95との間に温度勾配が生じ、ヒータ基板91やヒータパターン930に冷熱ストレスが生じる。また、電極部95と、電極部95に接合されたろう材961及びリード線96との間にも冷熱ストレスが発生する。その結果、接合部における破壊寿命が短くなるおそれがある。   Further, when the ceramic heater 9 is started up, the heat generating portion 93 increases in temperature in a short time, but the electrode portion 95 increases in temperature due to the heat conduction from the heat generating portion 93, so that it takes time to increase the temperature. Therefore, a temperature gradient is generated between the heat generating portion 93 and the electrode portion 95, and a thermal stress is generated on the heater substrate 91 and the heater pattern 930. Further, thermal stress is also generated between the electrode portion 95 and the brazing material 961 and the lead wire 96 joined to the electrode portion 95. As a result, the fracture life at the joint may be shortened.

特開11−2926649号公報JP 11-2926649 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れたセラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic heater excellent in durability and a gas sensor using the same.

第1の発明は、メイン発熱部と、該メイン発熱部に電力を供給するための一対のメイン電極部と、上記メイン発熱部と上記メイン電極部とを電気的に接続するリード部とからなるメインヒータパターンを、ヒータ基板上に形成してなるセラミックヒータであって、
該セラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部と、該サブ発熱部に電力を供給するための一対のサブ電極部とを有するサブヒータパターンを設けてなることを特徴とするセラミックヒータにある(請求項1)。
1st invention consists of a main heat generating part, a pair of main electrode part for supplying electric power to the main heat generating part, and a lead part which electrically connects the main heat generating part and the main electrode part A main heater pattern is a ceramic heater formed on a heater substrate,
The ceramic heater is provided with a sub-heater pattern having a sub-heat generating portion for heating the main electrode portion and a pair of sub-electrode portions for supplying power to the sub-heat generating portion. It exists in a ceramic heater (Claim 1).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記セラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部を有するサブヒータパターンを設けてなる。そのため、上記メイン電極部を加熱することができ、メイン電極部への水分の付着を防止することができる。また、メイン電極部に水分が付着したとしても、サブ発熱部によりメイン電極部を加熱して、水分を蒸発除去することができる。それ故、腐食要因となる水分を除去することでメイン電極部の腐食を防ぎ、セラミックヒータの耐久性を向上させることができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The ceramic heater is provided with a sub heater pattern having a sub heat generating part for heating the main electrode part. Therefore, the main electrode portion can be heated, and adhesion of moisture to the main electrode portion can be prevented. Even if moisture adheres to the main electrode portion, the main electrode portion can be heated by the sub-heat generating portion to evaporate and remove the moisture. Therefore, by removing moisture that becomes a corrosion factor, corrosion of the main electrode portion can be prevented and the durability of the ceramic heater can be improved.

また、メイン電極部を予め加熱しておくことにより、セラミックヒータの起動時のメイン電極部における冷熱ストレスの発生を抑制することもできる。これにより、メイン電極部の耐久性を向上させることができる。   In addition, by preheating the main electrode portion, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress in the main electrode portion when the ceramic heater is activated. Thereby, durability of the main electrode part can be improved.

以上のごとく、本発明によれば、耐久性に優れたセラミックヒータを提供することができる。   As described above, according to the present invention, a ceramic heater having excellent durability can be provided.

第2の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を加熱するためのセラミックヒータとを有するガスセンサにおいて、
上記セラミックヒータは、上記ガスセンサ素子を加熱するメイン発熱部と、該メイン発熱部に電力を供給するための一対のメイン電極部と、上記メイン発熱部と上記メイン電極部とを電気的に接続するリード部とからなるメインヒータパターンを、ヒータ基板上に形成してなり、
かつ、上記セラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部と、該サブ発熱部に電力を供給するための一対のサブ電極部とを有するサブヒータパターンを設けてなることを特徴とするガスセンサにある(請求項10)。
A second invention is a gas sensor having a gas sensor element for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured, and a ceramic heater for heating the gas sensor element.
The ceramic heater electrically connects a main heat generating portion for heating the gas sensor element, a pair of main electrode portions for supplying electric power to the main heat generating portion, and the main heat generating portion and the main electrode portion. A main heater pattern consisting of a lead part is formed on the heater substrate,
The ceramic heater includes a sub-heater pattern having a sub-heat generating part for heating the main electrode part and a pair of sub-electrode parts for supplying power to the sub-heat generating part. (10).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサに設けたセラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部を有するサブヒータパターンを設けてなる。そのため、上述したごとく、セラミックヒータのメイン電極部の耐久性を向上させることができ、ひいては、ガスセンサの耐久性を向上させることができる。
以上のごとく、本発明によれば、耐久性に優れたガスセンサを提供することができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The ceramic heater provided in the gas sensor is provided with a sub heater pattern having a sub heat generating portion for heating the main electrode portion. Therefore, as described above, the durability of the main electrode portion of the ceramic heater can be improved, and as a result, the durability of the gas sensor can be improved.
As described above, according to the present invention, a gas sensor excellent in durability can be provided.

上記第1の発明(請求項1)又は上記第2の発明(請求項10)において、上記メイン電極部には、リード線が接合されていてもよい。
また、上記一対のサブ電極部は、上記メイン電極部とは別個に形成してあってもよい(請求項2、請求項11)。
この場合には、上記サブ発熱部を、上記メイン発熱部から独立して制御することが容易となる。
In the first invention (Invention 1) or the second invention (Invention 10), a lead wire may be joined to the main electrode portion.
The pair of sub-electrode portions may be formed separately from the main electrode portion (claims 2 and 11).
In this case, it becomes easy to control the sub heat generating portion independently of the main heat generating portion.

また、上記メイン電極部と上記サブ電極部とは、互いに、上記セラミックヒータの長手方向にずらして配置されていることが好ましい(請求項3、請求項12)。
この場合には、メイン電極部とサブ電極部とを、互いの電気的絶縁を確保しつつ容易に形成することができる。また、メイン電極部とサブ電極部とを、充分な大きさに形成することができる。
Further, it is preferable that the main electrode portion and the sub electrode portion are arranged so as to be shifted from each other in the longitudinal direction of the ceramic heater (claims 3 and 12).
In this case, the main electrode portion and the sub electrode portion can be easily formed while ensuring mutual electrical insulation. Further, the main electrode portion and the sub electrode portion can be formed in a sufficient size.

また、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部の一方と、上記一対のサブ電極部の一方とを共通化した共通電極を1個有していてもよい(請求項4、請求項13)。
この場合には、上記メイン電極部及び上記サブ電極部の形成が容易となる。
Further, the ceramic heater may have one common electrode in which one of the pair of main electrode portions and one of the pair of sub electrode portions are made common (claims 4 and 13). .
In this case, the main electrode part and the sub electrode part can be easily formed.

また、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部と、上記一対のサブ電極部とをそれぞれ共通化した、一対の共通電極を有していてもよい(請求項5、請求項16)。
即ち、一方のメイン電極部と一方のサブ電極部とを共通化して一方の共通電極を構成し、他方のメイン電極部と他方のサブ電極部とを共通化して他方の共通電極を構成することができる。
この場合には、メイン電極部と異なる部分に特別に上記サブ電極部を形成する必要がなく、サブヒータパターンを容易に形成することができる。
The ceramic heater may have a pair of common electrodes in which the pair of main electrode portions and the pair of sub-electrode portions are made common (claims 5 and 16).
That is, one main electrode part and one sub electrode part are made common to form one common electrode, and the other main electrode part and the other sub electrode part are made common to form the other common electrode. Can do.
In this case, it is not necessary to form the sub electrode part in a different part from the main electrode part, and the sub heater pattern can be easily formed.

また、上記サブ発熱部は、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を加熱するよう構成してあることが好ましい(請求項6、請求項17)。
この場合には、上記メインヒータパターンへの通電開始時において、上記メイン電極部の温度を高くして、水分がメイン電極部に存在しない状態にすることが容易となる。更にガスセンサの起動時に排ガス中の腐食原因物質が漏れて、メイン電極部に達するような場合に、水分がメイン電極部に存在しない状態にすることが容易となるので、腐食環境の除去を可能とし、より確実にメイン電極部の腐食を防止することができる。
また、メインヒータパターンへの通電前に、メイン電極部を予め加熱しておくことにより、セラミックヒータの起動時のメイン電極部における冷熱ストレスの発生を抑制することもできる。これにより、メイン電極部の耐久性を向上させることができる。
The sub heat generating portion is preferably configured to heat the main electrode portion before energizing the main heater pattern (claims 6 and 17).
In this case, at the start of energization of the main heater pattern, it becomes easy to raise the temperature of the main electrode portion so that moisture does not exist in the main electrode portion. In addition, when the gas sensor is activated, the causative substance in the exhaust gas leaks and reaches the main electrode, making it easy to keep moisture away from the main electrode, thus eliminating the corrosive environment. Thus, corrosion of the main electrode portion can be prevented more reliably.
In addition, by preheating the main electrode portion before energizing the main heater pattern, it is possible to suppress the occurrence of cold stress in the main electrode portion when the ceramic heater is activated. Thereby, durability of the main electrode part can be improved.

また、上記サブヒータパターンへの通電は、上記メインヒータパターンへの通電開始と同時又はその前に終了するよう構成してあることが好ましい(請求項7、請求項18)。
この場合には、メイン電極部の過熱を防止すると共に、省電力化を図ることができる。
Further, it is preferable that the energization of the sub heater pattern is configured to end at the same time as or before the start of energization of the main heater pattern (claims 7 and 18).
In this case, overheating of the main electrode portion can be prevented and power saving can be achieved.

また、上記サブ発熱部は、上記メイン発熱部の昇温に伴う上記メイン電極部の昇温速度が6℃/秒以下となるように、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を昇温させておくよう構成してあることが好ましい(請求項8、請求項19)。
この場合には、上記メイン発熱部の昇温に伴うメイン電極部の昇温によりメイン電極部に接合したリード線等の接合部材とセラミックヒータ本体との間に発生する冷熱ストレスを充分に抑制することができる。
上記昇温速度が6℃/秒を超える場合には、上記冷熱ストレスを充分抑制することが困難となるおそれがある。
なお、上記メイン電極部の昇温速度が2℃/秒以下となるように、上記メイン電極部を予め昇温させておくことが、更に好ましい。
In addition, the sub-heat generating portion may be configured such that the main electrode portion is energized before the main heater pattern is energized so that the temperature rising rate of the main electrode portion accompanying the temperature increase of the main heat generating portion is 6 ° C./second or less. It is preferable that the temperature is raised (claims 8 and 19).
In this case, the thermal stress generated between the joining member such as the lead wire joined to the main electrode part and the ceramic heater body due to the temperature rise of the main electrode part accompanying the temperature rise of the main heating part is sufficiently suppressed. be able to.
When the temperature increase rate exceeds 6 ° C./second, it may be difficult to sufficiently suppress the cooling stress.
In addition, it is more preferable that the temperature of the main electrode portion is raised in advance so that the temperature rising rate of the main electrode portion is 2 ° C./second or less.

また、上記サブ発熱部は、PTC(Positive
Temperature Coefficient)発熱体からなることが好ましい(請求項9、請求項20)。
この場合には、PTC(Positive
Temperature Coefficient)発熱体は発熱とともにPTC発熱体自身の抵抗が増加し自ら到達温度が抑制される特性を利用するため、サブ発熱部の過熱を防いでメイン電極部の過熱を防ぐことができる。同時に、サブヒータの温度制御系を簡略化できる。
In addition, the sub-heat generating part has a PTC (Positive
(Temperature Coefficient) It is preferable to be composed of a heating element (claims 9 and 20).
In this case, PTC (Positive
Temperature Coefficient) The heating element uses the characteristic that the resistance of the PTC heating element itself increases with the generation of heat and the ultimate temperature is suppressed, so that the sub-heating part can be prevented from overheating and the main electrode part can be prevented from overheating. At the same time, the temperature control system of the sub heater can be simplified.

次に、上記第2の発明(請求項10)において、上記共通電極を構成しない方の上記サブ電極部は、上記セラミックヒータを上記ガスセンサ内に保持するためのヒータホルダと接続されていることが好ましい(請求項14)。
この場合には、上記ヒータホルダを介してサブヒータパターンに電力を供給することができるため、ガスセンサの構造を簡略化することができる。
Next, in the second invention (invention 10), the sub-electrode portion that does not constitute the common electrode is preferably connected to a heater holder for holding the ceramic heater in the gas sensor. (Claim 14).
In this case, since the electric power can be supplied to the sub heater pattern through the heater holder, the structure of the gas sensor can be simplified.

また、上記ヒータホルダは、上記ガスセンサ素子のセンサ端子にも接続されていることが好ましい(請求項15)。
この場合には、上記サブ電極部と上記センサ端子とを共通化することができるため、ガスセンサの構造を簡略化することができる。
The heater holder is preferably connected to a sensor terminal of the gas sensor element.
In this case, since the sub electrode part and the sensor terminal can be shared, the structure of the gas sensor can be simplified.

また、上記サブヒータパターンは、上記特定ガス濃度の検出時には通電させないよう構成してあることが好ましい(請求項21)。
この場合には、サブヒータパターンからの漏れ電流が、センサ出力に影響を及ぼすことを防止することができる。特に、微弱電流を検出するガスセンサの場合に効果を発揮する。
The sub-heater pattern is preferably configured not to be energized when the specific gas concentration is detected.
In this case, the leakage current from the sub heater pattern can be prevented from affecting the sensor output. This is particularly effective in the case of a gas sensor that detects a weak current.

(実施例1)
本発明の実施例にかかるセラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサにつき、図1〜図6を用いて説明する。
本例のセラミックヒータ1は、図1、図3に示すごとく、メインヒータパターン2を、ヒータ基板11上に形成してなる。上記メインヒータパターン2は、メイン発熱部21と、該メイン発熱部21に電力を供給するための一対のメイン電極部22と、上記メイン発熱部21と上記メイン電極部22とを電気的に接続するリード部23とからなる。
そして、セラミックヒータ1は、上記メイン電極部22を加熱するためのサブ発熱部31と、該サブ発熱部31に電力を供給するための一対のサブ電極部32とを有するサブヒータパターン3を設けてなる。
Example 1
A ceramic heater and a gas sensor using the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The ceramic heater 1 of this example is formed by forming a main heater pattern 2 on a heater substrate 11 as shown in FIGS. The main heater pattern 2 electrically connects the main heat generating portion 21, a pair of main electrode portions 22 for supplying power to the main heat generating portion 21, and the main heat generating portion 21 and the main electrode portion 22. And lead part 23 to be used.
The ceramic heater 1 is provided with a sub heater pattern 3 having a sub heat generating portion 31 for heating the main electrode portion 22 and a pair of sub electrode portions 32 for supplying electric power to the sub heat generating portion 31. It becomes.

また、セラミックヒータ1は、メインヒータパターン2及びサブヒータパターン3を表面に形成したヒータ基板11を、図2、図4に示すごとく、円柱状の心棒19の外周に巻き付けることにより形成してなる。図3は、メインヒータパターン2等を形成したヒータ基板11を展開した図であって、外側に配される外側面111の平面図、及び、内側に配される内側面112の平面図を表す。   The ceramic heater 1 is formed by winding a heater substrate 11 having a main heater pattern 2 and a sub-heater pattern 3 on the surface thereof, as shown in FIGS. 2 and 4, around a cylindrical mandrel 19. . FIG. 3 is a developed view of the heater substrate 11 on which the main heater pattern 2 and the like are formed, and shows a plan view of the outer side surface 111 arranged on the outer side and a plan view of the inner side surface 112 arranged on the inner side. .

図2、図3に示すごとく、上記一対のサブ電極部32は、上記メイン電極部22とは別個に形成してあり、一対のメイン電極部22と一対のサブ電極部32とは、ヒータ基板11の一方の端部における外側面111に形成されている。そして、メイン電極部22とサブ電極部32とは、セラミックヒータ1の長手方向に関する同一位置において、交互に配置されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the pair of sub electrode portions 32 are formed separately from the main electrode portion 22, and the pair of main electrode portions 22 and the pair of sub electrode portions 32 are a heater substrate. 11 is formed on the outer surface 111 at one end portion. The main electrode portions 22 and the sub electrode portions 32 are alternately arranged at the same position in the longitudinal direction of the ceramic heater 1.

また、図3に示すごとく、ヒータ基板11の内側面112には、メイン発熱部21、リード部23、及びサブ発熱部31が形成されている。上記メイン発熱部21は、ヒータ基板11における上記メイン電極部22の配設側とは反対側の端部に形成してある。また、メイン発熱部21は、本例においてはジグザグ状に形成してある。なお、メイン発熱部21の形成パターンはこれに限らず、種々のパターンに形成することができる。   As shown in FIG. 3, the main heat generating portion 21, the lead portion 23, and the sub heat generating portion 31 are formed on the inner side surface 112 of the heater substrate 11. The main heat generating portion 21 is formed at the end of the heater substrate 11 opposite to the side where the main electrode portion 22 is disposed. Further, the main heat generating portion 21 is formed in a zigzag shape in this example. In addition, the formation pattern of the main heat-emitting part 21 is not restricted to this, It can form in various patterns.

また、上記サブ発熱部31は、ヒータ基板11における上記メイン電極部22の配設側の端部に形成してある。
そして、上記サブ発熱部31とサブ電極部32とは、ヒータ基板11を貫通するスルーホール131を介して互いに接続されている。また、メイン発熱部21とメイン電極部22とは、上記リード部23及びスルーホール132を介して接続されている。
The sub heat generating portion 31 is formed at the end of the heater substrate 11 on the side where the main electrode portion 22 is disposed.
The sub heat generating portion 31 and the sub electrode portion 32 are connected to each other through a through hole 131 that penetrates the heater substrate 11. The main heat generating portion 21 and the main electrode portion 22 are connected via the lead portion 23 and the through hole 132.

また、図2、図4に示すごとく、上記一対のメイン電極部22には、リード線12がそれぞれ、導電性のろう材121により接合されている。同様に、上記一対のサブ電極部32にも、リード線13がそれぞれ接合されている。
また、例えば、上記メインヒータパターン2及びサブヒータパターン3は、W(タングステン)を主成分とし、上記ろう材121は、Au(金)とCu(銅)を主成分とし、上記リード線12、13は、Ni(ニッケル)を主成分とする。また、上記サブ発熱部31は、PTC(Positive Temperature Coefficient)発熱体により構成することができる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the lead wires 12 are joined to the pair of main electrode portions 22 by a conductive brazing material 121. Similarly, the lead wires 13 are also joined to the pair of sub electrode portions 32.
Further, for example, the main heater pattern 2 and the sub heater pattern 3 have W (tungsten) as a main component, the brazing material 121 has Au (gold) and Cu (copper) as main components, and the lead wires 12, 13 has Ni (nickel) as a main component. In addition, the sub heat generating part 31 can be configured by a PTC (Positive Temperature Coefficient) heat generating element.

上記セラミックヒータ1は、図5に示すごとく、ガスセンサ素子45を加熱するために用いられる。即ち、セラミックヒータ1は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ4に組み込まれている。   The ceramic heater 1 is used to heat the gas sensor element 45 as shown in FIG. That is, the ceramic heater 1 is incorporated in the gas sensor 4 for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured.

次に、本例のガスセンサ4について詳細に説明する。
図5に示すごとく、ガスセンサ4は、筒型のハウジング40と該ハウジング40に挿通したコップ型のガスセンサ素子45と、上記ハウジング40の先端側に設けた外側カバー411と内側カバー412とからなる被測定ガス側カバー41と、上記ハウジング40の基端側に設けた大気側カバー42とを有する。
Next, the gas sensor 4 of this example will be described in detail.
As shown in FIG. 5, the gas sensor 4 includes a cylindrical housing 40, a cup-type gas sensor element 45 inserted through the housing 40, and an outer cover 411 and an inner cover 412 provided on the front end side of the housing 40. A measurement gas side cover 41 and an atmosphere side cover 42 provided on the base end side of the housing 40 are provided.

上記被測定ガス側カバー41の内部は被測定ガス雰囲気410を構成し、ここに導入された排ガスに基づいて、上記ガスセンサ素子45が酸素濃度測定を行う。
上記大気側カバー42の基端側は撥水フィルタ422を介して外側カバー421がかしめ固定されている。大気側カバー42の最も基端側の内部には弾性絶縁部材443がかしめ固定されている。
大気側カバー42の内部は大気雰囲気420を構成し、後述するガスセンサ素子45の大気室に対しては、ここから大気が導入される。
The measured gas side cover 41 constitutes a measured gas atmosphere 410, and the gas sensor element 45 performs oxygen concentration measurement based on the exhaust gas introduced therein.
An outer cover 421 is caulked and fixed to the base end side of the atmosphere side cover 42 via a water repellent filter 422. An elastic insulating member 443 is caulked and fixed inside the most proximal end of the atmosphere side cover 42.
The atmosphere side cover 42 constitutes an atmosphere 420, and the atmosphere is introduced into the atmosphere chamber of the gas sensor element 45 described later.

上記ハウジング40の内部には上記ガスセンサ素子45が挿通されるが、両者の間には粉末シール材431、絶縁部材432が配置され、気密性、液密性が確保されている。
上記絶縁部材432の基端側はリング状部材434を介して、上記ハウジング40の基端側が内側に曲げられて、かしめられている。
上記大気側カバー42の内部であって、上記弾性絶縁部材443の下方には、大気側絶縁碍子442が皿バネ441によって支承されている。
The gas sensor element 45 is inserted into the housing 40, and a powder sealant 431 and an insulating member 432 are disposed between the two to ensure airtightness and liquid tightness.
The base end side of the insulating member 432 is caulked by bending the base end side of the housing 40 inward via a ring-shaped member 434.
An atmosphere side insulator 442 is supported by a disc spring 441 inside the atmosphere side cover 42 and below the elastic insulating member 443.

上記ガスセンサ素子45は、有底筒型の固体電解質体49の外側面と内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなる(図示略)。
固体電解質体49の内部は大気室490として使用され、該大気室490の内部に別体として構成したセラミックヒータ1が配置される。
The gas sensor element 45 is formed by providing an outer electrode and an inner electrode on the outer surface and the inner surface of a bottomed cylindrical solid electrolyte body 49 (not shown).
The interior of the solid electrolyte body 49 is used as an atmosphere chamber 490, and the ceramic heater 1 configured as a separate body is disposed inside the atmosphere chamber 490.

また、ガスセンサ素子45には、外側電極、内側電極とそれぞれ電気的に導通する接触端子471、472が設けてあり、該接触端子471、472は大気側絶縁碍子442内部において、接続端子473、474を介して外部リード線403、404に接続される。上記接触端子472は、セラミックヒータ1を保持するヒータホルダ46を設けてなる。
また、上記セラミックヒータ1のメイン電極部22に接続されたリード線12は、上記大気側絶縁碍子442の内部において接続端子451を介して外部リード線401に接続される。
The gas sensor element 45 is provided with contact terminals 471 and 472 that are electrically connected to the outer electrode and the inner electrode, respectively. The contact terminals 471 and 472 are connected to the connection terminals 473 and 474 in the atmosphere-side insulator 442, respectively. To the external lead wires 403 and 404. The contact terminal 472 is provided with a heater holder 46 that holds the ceramic heater 1.
The lead wire 12 connected to the main electrode portion 22 of the ceramic heater 1 is connected to the external lead wire 401 via the connection terminal 451 inside the atmosphere-side insulator 442.

ガスセンサ4においては、撥水フィルタ422を介して大気側カバー42の内側に外気が導入される。
そして、エンジン起動に伴い、ガスセンサ4による被測定ガス中の特定ガス(酸素)濃度の測定が開始される。このとき、エンジンからの排ガスは、ガスセンサ4の被測定ガス側カバー41内に入ると共に、その一部が粉末シール材431及び絶縁部材432をすり抜け、セラミックヒータ1のメイン電極部22に達することがある。粉末シール材431及び絶縁部材432は、被測定ガス側と大気側との間の気密性、液密性を確保するものの、若干の漏れが生じることもあるからである。
In the gas sensor 4, outside air is introduced into the atmosphere side cover 42 via the water repellent filter 422.
As the engine starts, measurement of the specific gas (oxygen) concentration in the gas to be measured by the gas sensor 4 is started. At this time, exhaust gas from the engine enters the measured gas side cover 41 of the gas sensor 4, and part of the exhaust gas passes through the powder sealing material 431 and the insulating member 432 and reaches the main electrode portion 22 of the ceramic heater 1. is there. This is because the powder sealant 431 and the insulating member 432 ensure airtightness and liquid tightness between the measured gas side and the atmosphere side, but some leakage may occur.

それ故、メイン電極部22の周辺には、図6の曲線Aに示すごとく、エンジン起動時(t=0)よりも前から外気が存在し、曲線Bに示すごとく、エンジン起動に伴い排ガスが侵入する。また、排ガスが侵入した分、メイン電極部22の周辺における外気の量は若干減少している(曲線A)。   Therefore, outside air exists around the main electrode portion 22 as shown by a curve A in FIG. 6 before the engine is started (t = 0), and as shown by a curve B, exhaust gas is generated as the engine is started. invade. In addition, the amount of outside air around the main electrode portion 22 is slightly reduced by the amount of intrusion of the exhaust gas (curve A).

また、エンジン起動時に、セラミックヒータ1のメインヒータパターン2に電力が供給され、メイン発熱部21によってガスセンサ素子45を昇温する。また、メイン発熱部21の熱は、メイン電極部22にも伝導して、メイン電極部22も徐々に昇温する。
一方、サブヒータパターン3にも通電することにより、サブ発熱部31によってメイン電極部22の昇温を促進し、より短時間で100℃以上にする(曲線C1)。これにより、サブヒータパターン3がない場合には、図6の曲線C0に示すごとく、メイン電極部22を100℃まで昇温するのに例えば約2分かかるところを、サブヒータパターン3を用いることにより、図6の曲線C1に示すごとく、例えば約10秒にてメイン電極部22を100℃まで昇温する。
In addition, when the engine is started, power is supplied to the main heater pattern 2 of the ceramic heater 1, and the temperature of the gas sensor element 45 is increased by the main heating unit 21. Moreover, the heat of the main heat generating part 21 is also conducted to the main electrode part 22, and the main electrode part 22 is also gradually heated.
On the other hand, by energizing the sub heater pattern 3 as well, the sub heat generating portion 31 promotes the temperature rise of the main electrode portion 22 to be 100 ° C. or higher in a shorter time (curve C1). Thus, when there is no sub heater pattern 3, the sub heater pattern 3 is used in a place where it takes about 2 minutes to raise the temperature of the main electrode portion 22 to 100 ° C. as shown by a curve C0 in FIG. Thus, as shown by a curve C1 in FIG.

また、上記サブ発熱部31は、図6の曲線C2に示すごとく、上記メインヒータパターン2への通電前(例えば約20秒前)にメイン電極部22を加熱することもできる。即ち、エンジン起動前にサブヒータパターン3への通電を行い、メイン電極部22を昇温しておくこともできる。   Further, the sub-heat generating portion 31 can also heat the main electrode portion 22 before energizing the main heater pattern 2 (for example, about 20 seconds before) as shown by a curve C2 in FIG. That is, it is possible to energize the sub-heater pattern 3 and start up the temperature of the main electrode portion 22 before starting the engine.

なお、図6において、曲線Aはメイン電極部22周辺への外気の導入量の時間変化を表し、曲線Bはメイン電極部22周辺への排ガスの侵入量の時間変化を表す。また、曲線C0はサブ発熱部31を用いない場合のメイン電極部22の温度の時間変化を表し、曲線C1はサブ発熱部31をエンジン起動と共に通電した場合のメイン電極部22の温度の時間変化を表し、曲線C2はサブ発熱部31をエンジン起動に先立って通電開始した場合のメイン電極部22の温度の時間変化を表す。   In FIG. 6, a curve A represents a change over time in the amount of outside air introduced to the vicinity of the main electrode portion 22, and a curve B represents a change over time in the amount of exhaust gas entering the periphery of the main electrode portion 22. A curve C0 represents a time change of the temperature of the main electrode part 22 when the sub heat generating part 31 is not used, and a curve C1 represents a time change of the temperature of the main electrode part 22 when the sub heat generating part 31 is energized when the engine is started. A curve C2 represents a change over time in the temperature of the main electrode portion 22 when energization of the sub heat generating portion 31 is started prior to engine startup.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記セラミックヒータ1は、図1、図3に示すごとく、上記メイン電極部22を加熱するためのサブ発熱部31を有するサブヒータパターン3を設けてなる。そのため、上記メイン電極部22を加熱することができ、メイン電極部22への水分の付着を防止することができる。また、メイン電極部22に水分が付着したとしても、サブ発熱部31によりメイン電極部22を加熱して、水分を蒸発除去することができる。それ故、腐食要因となる水分を除去することで腐食環境を排除することが可能となりメイン電極部22の腐食を防ぎ、セラミックヒータ1の耐久性を向上させることができる。
即ち、例えば、メイン電極部22とろう材121との界面や、ろう材121とリード線12との界面における腐食を防ぎ、リード線12の離脱を防止することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
As shown in FIGS. 1 and 3, the ceramic heater 1 is provided with a sub heater pattern 3 having a sub heat generating portion 31 for heating the main electrode portion 22. Therefore, the main electrode part 22 can be heated, and adhesion of moisture to the main electrode part 22 can be prevented. Even if moisture adheres to the main electrode portion 22, the main electrode portion 22 can be heated by the sub heat generating portion 31 to evaporate and remove the moisture. Therefore, it is possible to eliminate the corrosive environment by removing moisture that becomes a corrosive factor, thereby preventing the main electrode portion 22 from being corroded and improving the durability of the ceramic heater 1.
That is, for example, corrosion at the interface between the main electrode portion 22 and the brazing material 121 or at the interface between the brazing material 121 and the lead wire 12 can be prevented, and the detachment of the lead wire 12 can be prevented.

また、図6の曲線C1、C2に示すごとく、エンジン起動から短時間で、メイン電極部22の温度を100℃以上に昇温することができるため、水分が付着した状態でメイン電極部22が排ガスに曝される時間を大幅に短縮し、或いは無くすことができる。これにより、メイン電極部22における腐食環境を排除することができる。   Further, as shown by the curves C1 and C2 in FIG. 6, since the temperature of the main electrode portion 22 can be raised to 100 ° C. or more in a short time after the engine is started, the main electrode portion 22 The time of exposure to the exhaust gas can be greatly shortened or eliminated. Thereby, the corrosive environment in the main electrode part 22 can be excluded.

即ち、仮にサブ発熱部31がないとした場合には、図6の曲線C0に示すごとく、メイン電極部22の温度が100℃に達するまでには、エンジン起動から例えば約2分という時間がかかる。この間、メイン電極部22には水分が残っている可能性がある。そして、図6に示すごとく、排ガスがガスセンサ4内に漏れメイン電極部22付近に達することとなる。そうすると、水分が付着したメイン電極部22に排ガス中の腐食原因物質が付着するなどして、腐食環境が形成されるおそれがある。
これに対し、本例によれば、上述のごとく、メイン電極部22における腐食環境を排除することができる。
In other words, if there is no sub-heating unit 31, it takes about 2 minutes from the start of the engine until the temperature of the main electrode unit 22 reaches 100 ° C., as shown by the curve C0 in FIG. . During this time, moisture may remain in the main electrode portion 22. Then, as shown in FIG. 6, the exhaust gas leaks into the gas sensor 4 and reaches the vicinity of the main electrode portion 22. If it does so, there exists a possibility that the corrosive environment may be formed by the corrosion cause substance in exhaust gas adhering to the main electrode part 22 to which the moisture adhered.
On the other hand, according to this example, as described above, the corrosive environment in the main electrode portion 22 can be eliminated.

また、メイン電極部22を予め加熱しておくことにより、セラミックヒータ1の起動時において、メイン発熱部21の発熱により素早く高温に達する部分と、その発熱部からの熱伝導により温度が遅れて上昇、均衡するメイン電極部22を含むその他の部分における冷熱ストレスの発生を緩和、抑制することができる。これにより、セラミックヒータ1の耐久性を向上させることができる。
また、一対のサブ電極部32は、メイン電極部22とは別個に形成してあるため、上記サブ発熱部31を、メイン発熱部21から独立して制御することが容易となる。
In addition, by heating the main electrode portion 22 in advance, when the ceramic heater 1 is started, the temperature rapidly rises due to heat generated by the main heat generating portion 21 and heat conduction from the heat generating portion. The occurrence of thermal stress in other parts including the balanced main electrode part 22 can be mitigated and suppressed. Thereby, durability of the ceramic heater 1 can be improved.
Further, since the pair of sub-electrode portions 32 are formed separately from the main electrode portion 22, the sub-heat generating portion 31 can be easily controlled independently from the main heat generating portion 21.

そして、上記サブ発熱部31は、メインヒータパターン2への通電前にメイン電極部22を加熱することもできる。これにより、上記メインヒータパターン2への通電開始時において、上記メイン電極部22の温度を水分(水環境)が存在しない程度に高くしておくことができる。それ故、ガスセンサ31の起動時に排ガス中の腐食原因物質がメイン電極部22に達する際には、水分がメイン電極部22に存在しない状態にすることが容易となる。その結果、腐食要因となる水分を除去することで腐食環境を排除することが可能となり、より確実にメイン電極部22の腐食を防止することができる。   The sub heat generating portion 31 can also heat the main electrode portion 22 before energizing the main heater pattern 2. Thereby, at the time of starting energization to the main heater pattern 2, the temperature of the main electrode portion 22 can be increased to such an extent that moisture (water environment) does not exist. Therefore, when the corrosion-causing substance in the exhaust gas reaches the main electrode portion 22 when the gas sensor 31 is started, it becomes easy to make the moisture not exist in the main electrode portion 22. As a result, it is possible to eliminate the corrosive environment by removing moisture that becomes a corrosive factor, and more reliably prevent the main electrode portion 22 from being corroded.

また、メインヒータパターン2への通電前に、メイン電極部22を予め加熱しておくことにより、上述のごとくセラミックヒータ1の冷熱ストレスの発生を緩和、抑制することができ、耐久性を向上させることができる。   In addition, by heating the main electrode portion 22 in advance before energizing the main heater pattern 2, it is possible to mitigate and suppress the occurrence of the thermal stress of the ceramic heater 1 as described above, thereby improving the durability. be able to.

また、上記サブ発熱部31としてPTC発熱体を用いる場合、サブ発熱部31の過熱を防いでメイン電極部22の過熱を防ぐことができる。即ち、上記サブ発熱部31の温度が約200℃よりも高くならないように制御することができる(図6の曲線C1、C2参照)。また、PTC(Positive Temperature Coefficient)発熱体は発熱とともにPTC発熱体自身の抵抗が増加し自ら到達温度が抑制される特性を有するため、サブヒータの温度制御系を簡略化できる。   Further, when a PTC heating element is used as the sub heat generating portion 31, overheating of the sub heat generating portion 31 can be prevented and overheating of the main electrode portion 22 can be prevented. That is, the temperature of the sub heat generating portion 31 can be controlled so as not to be higher than about 200 ° C. (see curves C1 and C2 in FIG. 6). In addition, since the PTC (Positive Temperature Coefficient) heating element has a characteristic that the resistance of the PTC heating element itself increases with the generation of heat and the temperature reached by itself is suppressed, the temperature control system of the sub-heater can be simplified.

以上のごとく、本例によれば、耐久性に優れたセラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサを提供することができる。   As described above, according to this example, a ceramic heater excellent in durability and a gas sensor using the same can be provided.

(実施例2)
本例は、図7に示すごとく、メインヒータパターン2が形成されたヒータ基板11とは別個のサブヒータ基板110にサブ発熱部31を形成したセラミックヒータ1の例である。
上記サブヒータ基板110は、上記ヒータ基板11の内側面112に張り合わされる。そして、サブヒータ基板110とヒータ基板11とを張り合わせた状態で、心棒19に巻き付けられている(図2参照)。
(Example 2)
This example is an example of the ceramic heater 1 in which the sub heat generating portion 31 is formed on the sub heater substrate 110 different from the heater substrate 11 on which the main heater pattern 2 is formed, as shown in FIG.
The sub heater substrate 110 is bonded to the inner side surface 112 of the heater substrate 11. The sub-heater substrate 110 and the heater substrate 11 are wound around the mandrel 19 (see FIG. 2).

上記サブ発熱部31は、サブヒータ基板110の内側面、即ちヒータ基板11との接触面とは反対側の面に形成されている。また、サブ発熱部31は、メイン電極部22の配設位置付近の裏側部分に配置されている。そして、サブ発熱部31は、サブヒータ基板110及びヒータ基板11を貫通するスルーホール131を介して、サブ電極部32に電気的に接続されている。
その他は、実施例1と同様である。
The sub heat generating portion 31 is formed on the inner surface of the sub heater substrate 110, that is, the surface opposite to the contact surface with the heater substrate 11. Further, the sub heat generating portion 31 is disposed on the back side portion in the vicinity of the position where the main electrode portion 22 is disposed. The sub heat generating portion 31 is electrically connected to the sub electrode portion 32 through the sub heater substrate 110 and the through hole 131 that penetrates the heater substrate 11.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、メインヒータパターン2の配線位置に関わらず、サブ発熱部31を配線することができるため、メイン電極部22の対応位置に容易かつ充分に配線することができる。これにより、メイン電極部22の昇温を効率的に行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since the sub heat generating portion 31 can be wired regardless of the wiring position of the main heater pattern 2, it can be easily and sufficiently wired at the corresponding position of the main electrode portion 22. Thereby, the temperature rise of the main electrode part 22 can be performed efficiently.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例3)
本例は、図8、図9に示すごとく、メイン電極部22とサブ電極部32とを、互いに、セラミックヒータ1の長手方向にずらして配置した例である。
即ち、サブ電極部32を、メイン電極部22よりもセラミックヒータ1の先端側にずらした位置にオフセット配置する。
その他は、実施例1と同様である。
Example 3
In this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 are arranged so as to be shifted from each other in the longitudinal direction of the ceramic heater 1.
That is, the sub electrode part 32 is offset at a position shifted from the main electrode part 22 toward the front end side of the ceramic heater 1.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、メイン電極部22とサブ電極部32とを、互いの電気的絶縁を確保しつつ容易に形成することができる。また、メイン電極部22とサブ電極部32とを、充分な大きさに形成することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the main electrode part 22 and the sub electrode part 32 can be easily formed while ensuring mutual electrical insulation. Further, the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 can be formed in a sufficient size.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例4)
本例は、図10に示すごとく、メイン電極部22とサブ電極部32とを、互いに、セラミックヒータ1の長手方向にずらして配置すると共に、メインヒータパターン2が形成されたヒータ基板11とは別個のサブヒータ基板110にサブ発熱部31を形成したセラミックヒータ1の例である。
即ち、上記実施例3と同様のメインヒータパターン2及びサブ電極部32を形成したセラミックヒータ1において、上記実施例2と同様に、サブヒータ基板110を用いたものである。
本例の場合には、実施例2及び実施例3と同様の作用効果を有する。
Example 4
In this example, as shown in FIG. 10, the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 are arranged so as to be shifted from each other in the longitudinal direction of the ceramic heater 1 and the heater substrate 11 on which the main heater pattern 2 is formed. This is an example of the ceramic heater 1 in which a sub heat generating portion 31 is formed on a separate sub heater substrate 110.
That is, the sub-heater substrate 110 is used in the ceramic heater 1 in which the main heater pattern 2 and the sub electrode portion 32 similar to those in the third embodiment are formed, as in the second embodiment.
In the case of this example, the same effects as those of Example 2 and Example 3 are obtained.

(実施例5)
本例は、図11、図12に示すごとく、一対のメイン電極部22の一方と、一対のサブ電極部32の一方とを共通化した共通電極14を1個有するセラミックヒータ1の例である。
上記共通電極14を構成しない方のサブ電極部32は、セラミックヒータ1の長手方向の略中央部分に配設されている。そして、このサブ電極部32は、セラミックヒータ1をガスセンサ内に保持するためのヒータホルダ(図5の符号46参照)と接続される。
該ヒータホルダは、ガスセンサ素子(図5の符号45参照)のセンサ端子にも接続されている。
(Example 5)
This example is an example of the ceramic heater 1 having one common electrode 14 in which one of the pair of main electrode portions 22 and one of the pair of sub electrode portions 32 are shared as shown in FIGS. 11 and 12. .
The sub electrode portion 32 that does not constitute the common electrode 14 is disposed at a substantially central portion in the longitudinal direction of the ceramic heater 1. The sub electrode portion 32 is connected to a heater holder (see reference numeral 46 in FIG. 5) for holding the ceramic heater 1 in the gas sensor.
The heater holder is also connected to a sensor terminal of a gas sensor element (see reference numeral 45 in FIG. 5).

また、サブ発熱部32は、図12に示すごとく、メインヒータパターン2のリード部23に接続されている。これにより、メイン電極部22がサブ電極部32としても機能し、上記共通電極14となる。
その他は、実施例1と同様である。
Further, the sub heat generating portion 32 is connected to the lead portion 23 of the main heater pattern 2 as shown in FIG. Thereby, the main electrode portion 22 also functions as the sub electrode portion 32 and becomes the common electrode 14.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、形成する電極の数を実質的に減らすことができるため、メイン電極部22及びサブ電極部32の形成が容易となる。また、上記ヒータホルダを介してサブヒータパターン3に電力を供給することができるため、ガスセンサの構造を簡略化することができる。
また、サブ電極部32とセンサ端子とを共通化することができるため、ガスセンサの構造を更に簡略化することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since the number of electrodes to be formed can be substantially reduced, the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 can be easily formed. Moreover, since electric power can be supplied to the sub-heater pattern 3 through the heater holder, the structure of the gas sensor can be simplified.
Moreover, since the sub electrode part 32 and the sensor terminal can be shared, the structure of the gas sensor can be further simplified.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例6)
本例は、図13に示すごとく、一対のメイン電極部22の一方と、一対のサブ電極部32の一方とを共通化した共通電極14を1個有すると共に、メインヒータパターン2が形成されたヒータ基板11とは別個のサブヒータ基板110にサブ発熱部31を形成したセラミックヒータ1の例である。
即ち、上記実施例5と同様のメインヒータパターン2及びサブ電極部32を形成したセラミックヒータ1において、上記実施例2と同様に、サブヒータ基板110を用いたものである。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、実施例5及び実施例3と同様の作用効果を有する。
(Example 6)
As shown in FIG. 13, this example has one common electrode 14 in which one of the pair of main electrode portions 22 and one of the pair of sub-electrode portions 32 are shared, and the main heater pattern 2 is formed. This is an example of the ceramic heater 1 in which a sub heat generating portion 31 is formed on a sub heater substrate 110 that is separate from the heater substrate 11.
That is, the sub-heater substrate 110 is used in the ceramic heater 1 in which the main heater pattern 2 and the sub electrode portion 32 similar to those in the fifth embodiment are formed, as in the second embodiment.
Others are the same as in the first embodiment.
In the case of this example, the same effects as those of Example 5 and Example 3 are obtained.

(実施例7)
本例は、図14、図15に示すごとく、一対のメイン電極部22と一対のサブ電極部32とをそれぞれ共通化した、一対の共通電極140を有するセラミックヒータ1の例である。
また、サブ発熱部32は、図15に示すごとく、メインヒータパターン2のリード部23に接続されている。これにより、メイン電極部22がサブ電極部32としても機能し、上記共通電極140となる。
その他は、実施例1と同様である。
(Example 7)
This example is an example of the ceramic heater 1 having a pair of common electrodes 140 in which a pair of main electrode portions 22 and a pair of sub-electrode portions 32 are made common, as shown in FIGS.
Further, the sub heat generating portion 32 is connected to the lead portion 23 of the main heater pattern 2 as shown in FIG. Thereby, the main electrode portion 22 also functions as the sub electrode portion 32 and becomes the common electrode 140.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、メイン電極部22と異なる部分に特別にサブ電極部32を形成する必要がなく、サブヒータパターン3を容易に形成することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, it is not necessary to form the sub electrode part 32 in a part different from the main electrode part 22, and the sub heater pattern 3 can be easily formed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例8)
本例は、図16に示すごとく、一対のメイン電極部22と一対のサブ電極部32とをそれぞれ共通化した一対の共通電極140を有すると共に、メインヒータパターン2が形成されたヒータ基板11とは別個のサブヒータ基板110にサブ発熱部31を形成したセラミックヒータ1の例である。
即ち、上記実施例7と同様のメインヒータパターン2及びサブ電極部32を形成したセラミックヒータ1において、上記実施例2と同様に、サブヒータ基板110を用いたものである。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、実施例7及び実施例3と同様の作用効果を有する。
(Example 8)
As shown in FIG. 16, this example includes a pair of common electrodes 140 in which a pair of main electrode portions 22 and a pair of sub electrode portions 32 are shared, and a heater substrate 11 on which the main heater pattern 2 is formed. These are examples of the ceramic heater 1 in which the sub heat generating portion 31 is formed on the separate sub heater substrate 110.
That is, the sub-heater substrate 110 is used in the ceramic heater 1 in which the main heater pattern 2 and the sub-electrode portion 32 similar to those in the seventh embodiment are formed, as in the second embodiment.
Others are the same as in the first embodiment.
In the case of this example, the same effects as those of Example 7 and Example 3 are obtained.

(実施例9)
本例は、図17に示すごとく、積層型のガスセンサ素子5に、本発明のセラミックヒータ10を適用した例である。なお、図17はガスセンサ5を各構成要素にばらした状態を描いた展開斜視図である。後述する図18、図19も同様である。
本例におけるセラミックヒータ10は、平板状のヒータ基板11の一方の面114にメインヒータパターン2のメイン発熱部21とリード部23とを形成し、他方の面115にサブヒータパターン3のサブ発熱部31を形成してなる。
Example 9
In this example, as shown in FIG. 17, the ceramic heater 10 of the present invention is applied to the laminated gas sensor element 5. FIG. 17 is an exploded perspective view illustrating a state in which the gas sensor 5 is separated into each component. The same applies to FIGS. 18 and 19 described later.
In the ceramic heater 10 in this example, the main heat generating portion 21 and the lead portion 23 of the main heater pattern 2 are formed on one surface 114 of the flat heater substrate 11, and the sub heat generating of the sub heater pattern 3 is formed on the other surface 115. A portion 31 is formed.

また、ヒータ基板11の一方の面114には、メインヒータパターン2を覆う第1被覆基板15が積層されており、ヒータ基板11の他方の面115には、サブヒータパターン2を覆う第2被覆基板16が積層されている。そして、該第2被覆基板16は、ヒータ基板11とは反対側の面に、一対のメイン電極部22及び一対のサブ電極部32が形成してある。   A first cover substrate 15 that covers the main heater pattern 2 is laminated on one surface 114 of the heater substrate 11, and a second cover that covers the sub heater pattern 2 is formed on the other surface 115 of the heater substrate 11. A substrate 16 is laminated. The second coated substrate 16 has a pair of main electrode portions 22 and a pair of sub electrode portions 32 formed on the surface opposite to the heater substrate 11.

上記メイン電極部22には、メイン発熱部21及びリード部23が、ヒータ基板11及び第2被覆基板16を貫通するスルーホール132を介して電気的に接続されている。また、上記サブ電極部32には、サブ発熱部31が、第2被覆基板16を貫通するスルーホール131を介して電気的に接続されている。
そして、上記サブ発熱部31は、第2被覆基板16におけるメイン電極部22の配設位置付近の裏側に配設され、メイン電極部22を加熱できるよう構成されている。
The main heat generating portion 21 and the lead portion 23 are electrically connected to the main electrode portion 22 through a through hole 132 that penetrates the heater substrate 11 and the second cover substrate 16. Further, the sub-heat generating portion 31 is electrically connected to the sub-electrode portion 32 through a through hole 131 that penetrates the second coated substrate 16.
The sub heat generating portion 31 is disposed on the back side of the second coated substrate 16 near the position where the main electrode portion 22 is disposed, and is configured to heat the main electrode portion 22.

上記ガスセンサ素子5は、固体電解質板51と該固体電解質板51の表面に設けて被測定ガスに曝される被測定ガス側電極55及び基準ガスに曝される基準ガス側電極56とよりなるセンサセル50を有する。そして、一体的にセラミックヒータ10が積層されている。   The gas sensor element 5 includes a solid electrolyte plate 51, a measurement gas side electrode 55 that is provided on the surface of the solid electrolyte plate 51 and is exposed to the measurement gas, and a reference gas side electrode 56 that is exposed to the reference gas. 50. And the ceramic heater 10 is laminated | stacked integrally.

図17に示すごとく、固体電解質板51は、基準ガス室形成用のスペーサ52を介して、セラミックヒータ10の第1被覆基板15に積層されている。
また、固体電解質板51に設けた被測定ガス側電極55を覆うように、電極保護膜57が積層される。
固体電解質板51の他方の面には基準ガス側電極56が設けてあり、該基準ガス側電極56は基準ガス室に対面する。
As shown in FIG. 17, the solid electrolyte plate 51 is laminated on the first coated substrate 15 of the ceramic heater 10 via a spacer 52 for forming a reference gas chamber.
Further, an electrode protective film 57 is laminated so as to cover the measured gas side electrode 55 provided on the solid electrolyte plate 51.
A reference gas side electrode 56 is provided on the other surface of the solid electrolyte plate 51, and the reference gas side electrode 56 faces the reference gas chamber.

上記被測定ガス側電極55及び基準ガス側電極56には出力取出し用のリード部551、561及び端子552、562がそれぞれ設けてある。
上記スペーサ52はコ字状に構成されており、該スペーサ52とセラミックヒータ10における第1被覆基板15とによって、基準ガス室が構成される。
その他は、実施例1と同様であり、実施例1と同様の作用効果を有する。
The measurement gas side electrode 55 and the reference gas side electrode 56 are provided with output lead portions 551 and 561 and terminals 552 and 562, respectively.
The spacer 52 is configured in a U shape, and the reference gas chamber is configured by the spacer 52 and the first coated substrate 15 in the ceramic heater 10.
Others are the same as those of the first embodiment and have the same effects as the first embodiment.

(実施例10)
本例は、図18に示すごとく、一対のメイン電極部22の一方と、一対のサブ電極部32の一方とを共通化した共通電極14を1個有するセラミックヒータ10を用いた積層型のガスセンサ素子5の例である。
その他は、実施例9と同様である。
本例の場合には、形成する電極の数を実質的に減らすことができるため、メイン電極部22及びサブ電極部32の形成が容易となる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
(Example 10)
In this example, as shown in FIG. 18, a laminated type gas sensor using a ceramic heater 10 having one common electrode 14 in which one of a pair of main electrode portions 22 and one of a pair of sub-electrode portions 32 are made common. This is an example of the element 5.
Others are the same as in the ninth embodiment.
In the case of this example, since the number of electrodes to be formed can be substantially reduced, the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 can be easily formed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例11)
本例は、図19に示すごとく、メイン発熱部21及びサブ発熱部31を共に、ヒータ基板11の一方の面114に形成したセラミックヒータ10を用いた積層型のガスセンサ素子5の例である。
メイン発熱部21とサブ発熱部31とは、互いに短絡しないよう、電気的絶縁を確保できる状態に配線してある。
(Example 11)
As shown in FIG. 19, this example is an example of a stacked gas sensor element 5 using a ceramic heater 10 in which a main heat generating portion 21 and a sub heat generating portion 31 are both formed on one surface 114 of the heater substrate 11.
The main heat generating portion 21 and the sub heat generating portion 31 are wired in a state where electrical insulation can be ensured so as not to short-circuit each other.

また、本例のセラミックヒータ10は、実施例9、10において示した第2被覆基板16(図17、図18参照)を有しない。そして、ヒータ基板11の他方の面115に、メイン電極部22、サブ電極部32、及び共通電極14が形成されている。該共通電極14は、メイン電極部22及びサブ電極部32として機能する。
その他は、実施例1と同様である。
Further, the ceramic heater 10 of this example does not have the second coated substrate 16 (see FIGS. 17 and 18) shown in the ninth and tenth embodiments. The main electrode part 22, the sub electrode part 32, and the common electrode 14 are formed on the other surface 115 of the heater substrate 11. The common electrode 14 functions as the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、実施例9、10に示した第2被覆基板16(図17、図18参照)を設ける必要がないため、セラミックヒータ10の材料コストの低減、生産性の向上を図ることができる。
また、実施例10の場合と同様に、形成する電極の数を実質的に減らすことができるため、メイン電極部22及びサブ電極部32の形成が容易となる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since it is not necessary to provide the second coated substrate 16 (see FIGS. 17 and 18) shown in Examples 9 and 10, the material cost of the ceramic heater 10 is reduced and the productivity is improved. be able to.
Further, as in the case of the tenth embodiment, the number of electrodes to be formed can be substantially reduced, so that the main electrode portion 22 and the sub electrode portion 32 can be easily formed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例12)
本例は、図20に示すごとく、メインヒータパターンへの通電前に、サブ発熱部がメイン電極部を加熱し、上記メインヒータパターンへの通電開始前に、サブヒータパターンへの通電を終了するよう構成した例である。
即ち、サブヒータパターンに接続されたサブヒータ制御回路と、メインヒータパターンに接続されたメインヒータ制御回路が、例えば以下のごとく各パターンへの通電を制御する。
(Example 12)
In this example, as shown in FIG. 20, the sub-heat generating portion heats the main electrode portion before energization to the main heater pattern, and the energization to the sub-heater pattern is terminated before energization to the main heater pattern is started. This is an example of the configuration.
That is, the sub heater control circuit connected to the sub heater pattern and the main heater control circuit connected to the main heater pattern control energization to each pattern as follows, for example.

まず、図20に示すごとく、運転手が乗込む際に自動車のドアを開けたとき(t0)に、そのドアの開放を検知して、サブヒータパターンへの通電を開始する(曲線D)。これにより、メイン電極部を100℃以上に上昇させ、水環境を除去する(曲線F)。
そして、あらかじめ設定した通電時間や投入電力量などを検知したとき(t1)、サブヒータパターンへの通電を終了する(曲線D)。
次いで、エンジン起動(t2)と同時にメインヒータパターンへの通電を開始する(曲線E)。また、このとき、ガスセンサによる特定ガス濃度の検知を開始する。
First, as shown in FIG. 20, when the driver opens the door of the automobile when getting in (t0), the opening of the door is detected and energization of the sub heater pattern is started (curve D). As a result, the main electrode portion is raised to 100 ° C. or higher to remove the water environment (curve F).
When a preset energization time, input power amount, or the like is detected (t1), energization to the sub heater pattern is terminated (curve D).
Next, energization of the main heater pattern is started simultaneously with the engine start (t2) (curve E). At this time, detection of the specific gas concentration by the gas sensor is started.

サブヒータパターンへの通電終了(t1)後、メインヒータパターンへの通電開始(t2)までの間、メイン電極部の温度は若干下がるが、100℃以上の状態は維持している(曲線F)。
また、メインヒータパターンへの通電により、メイン発熱部の温度が上昇し、例えば600〜900℃に達した状態で飽和する(曲線G)。
一方、メイン電極部の温度も、メイン発熱部からの伝熱により、再び徐々に上昇し、例えば200〜400℃に達した状態で飽和する(曲線F)。
図20において、T1、T2がそれぞれメイン発熱部及びメイン電極部の飽和温度である。後述する図21〜図23においても同様である。
その他は、実施例1と同様である。
After the energization of the sub-heater pattern is finished (t1) and until the energization of the main heater pattern is started (t2), the temperature of the main electrode part slightly decreases, but the state of 100 ° C. or higher is maintained (curve F). .
Further, due to energization of the main heater pattern, the temperature of the main heat generating portion rises and saturates in a state where it reaches, for example, 600 to 900 ° C. (curve G).
On the other hand, the temperature of the main electrode portion also gradually rises again due to heat transfer from the main heat generating portion, and saturates when reaching 200 to 400 ° C., for example (curve F).
In FIG. 20, T1 and T2 are saturation temperatures of the main heat generating portion and the main electrode portion, respectively. The same applies to FIGS. 21 to 23 described later.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、メイン電極部の過熱を防止することができ、メイン電極部とリード線とのろう付け接合部の劣化を防ぐことができる。また、不要な電力をサブヒータパターンへ供給しないため、省電力化を図ることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, overheating of the main electrode portion can be prevented, and deterioration of the brazed joint portion between the main electrode portion and the lead wire can be prevented. Further, since unnecessary power is not supplied to the sub-heater pattern, power saving can be achieved.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例13)
本例は、図21に示すごとく、メインヒータパターンへの通電開始と同時に、サブヒータパターンへの通電を終了するよう構成したセラミックヒータ。
即ち、エンジン起動(t2)と同時にメインヒータパターンへの通電を開始すると共に、サブヒータパターンへの通電を終了する(曲線E、D)。
その他は、実施例12と同様である。
(Example 13)
In this example, as shown in FIG. 21, a ceramic heater configured to end energization of the sub heater pattern simultaneously with the start of energization of the main heater pattern.
That is, energization to the main heater pattern is started simultaneously with engine start (t2), and energization to the sub heater pattern is ended (curves E and D).
Others are the same as in Example 12.

本例の場合には、エンジン起動の信号を検知することにより、メインヒータパターンへの通電開始とサブヒータパターンへの通電の終了を行うことができるため、制御の簡素化を図ることができる。
また、実施例5(図11、図12)に示したような、ガスセンサ素子のセンサ端子とサブ電極部とを共通化したガスセンサにおいて、温度制御を容易に行うことができる。即ち、エンジン起動前においては、サブ電極部からサブヒータパターンへ電力を供給し、エンジン起動後は、上記サブ電極部がガスセンサ素子のセンサ端子として機能し、センサ出力を取り出すことができる。
その他、実施例12と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since the energization start to the main heater pattern and the energization to the sub heater pattern can be ended by detecting the engine start signal, the control can be simplified.
Moreover, temperature control can be easily performed in a gas sensor in which the sensor terminal of the gas sensor element and the sub-electrode portion are shared as shown in the fifth embodiment (FIGS. 11 and 12). That is, before the engine is started, electric power is supplied from the sub electrode portion to the sub heater pattern, and after the engine is started, the sub electrode portion functions as a sensor terminal of the gas sensor element, and the sensor output can be taken out.
In addition, the same effects as those of the twelfth embodiment are obtained.

(実施例14)
本例は、図22に示すごとく、エンジン起動前にサブ発熱部がメイン電極部を100℃以上の設定温度に維持し、エンジン起動と同時に、サブヒータパターンへの通電を終了するよう構成した例である。
即ち、エンジン起動前において、実施例12と同様に、サブヒータパターンに通電し、曲線Fに示すごとくメイン電極部を100℃以上の所定温度(例えば150℃)に到達させた後(t3の後)、この所定温度を維持するよう、サブヒータパターンへの通電の入り切りを制御する(領域D1)。
そして、エンジン起動(t2)と同時に、メインヒータパターンへの通電を開始すると共に、サブヒータパターンへの通電を終了する(曲線E、D)。
その他は、実施例13と同様である。
(Example 14)
In this example, as shown in FIG. 22, the sub heat generating unit maintains the main electrode unit at a set temperature of 100 ° C. or more before starting the engine, and ends energization to the sub heater pattern simultaneously with starting the engine. It is.
That is, before starting the engine, after energizing the sub-heater pattern and causing the main electrode portion to reach a predetermined temperature of 100 ° C. or higher (for example, 150 ° C.) as indicated by the curve F (after t3), as in the twelfth embodiment. ) The energization of the sub heater pattern is controlled so as to maintain this predetermined temperature (area D1).
Simultaneously with the engine start (t2), energization to the main heater pattern is started and energization to the sub heater pattern is ended (curves E and D).
Others are the same as in Example 13.

本例の場合には、メイン電極部の過熱をより確実に防止すると共に水環境を確実に排除することができる。
その他、実施例13と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, overheating of the main electrode part can be prevented more reliably and the water environment can be reliably eliminated.
In addition, the same effects as those of the thirteenth embodiment are obtained.

(実施例15)
本例は、図23に示すごとく、サブ発熱部によって、メイン発熱部の昇温に伴うメイン電極部の昇温速度が6℃/秒以下となるように、メインヒータパターンへの通電前にメイン電極部を昇温させておく例である。
(Example 15)
In this example, as shown in FIG. 23, the main heating pattern is energized before the main heater pattern so that the heating rate of the main electrode portion is 6 ° C./second or less by the sub heating portion. This is an example in which the temperature of the electrode part is raised.

まず、実施例12と同様に、エンジン起動(t2)前において、サブ発熱部により、メイン電極部を昇温させる(曲線F)。その後、メイン発熱部の昇温に伴うメイン電極部の昇温速度が6℃/秒以下となるような温度となる時点(t4)まで、昇温を継続する(曲線F)。なお、エンジン起動の後も昇温を続けてもよく、メインヒータパターンへの通電開始(t2)後も続けてもよい。
その他は、実施例12と同様である。
First, similarly to Example 12, the temperature of the main electrode part is raised by the sub heat generating part (curve F) before the engine is started (t2). Thereafter, the temperature rise is continued (curve F) until the time point (t4) at which the temperature rise rate of the main electrode portion accompanying the temperature rise of the main heating portion becomes 6 ° C./second or less. Note that the temperature may continue after the engine is started, or may continue after the start of energization to the main heater pattern (t2).
Others are the same as in Example 12.

本例の場合には、上記メイン発熱部の昇温に伴うメイン電極部の昇温によりメイン電極部に接合した接合部材(リード線12、ろう材121等(図4参照))とセラミックヒータ本体との間に発生する冷熱ストレスを充分に抑制することができる。
即ち、メイン発熱部の発熱に伴って、メイン電極部が伝熱により昇温する。このとき、メイン電極部が配されたヒータ基板のセラミック材料と、ろう材及びリード線の金属材料との間の熱膨張差に起因して応力が発生する。発生する応力は昇温速度に比例するため、メイン電極部の昇温速度を変えることでこれを制御することができる。
そこで、上記のごとく、メインヒータパターンへの通電前に、予めサブ発熱部によってメイン電極部を昇温させておいて、メイン発熱部の昇温に伴うメイン電極部の昇温速度を低減させることにより、上記の発生応力を低減させることができる。
In the case of this example, a joining member (lead wire 12, brazing material 121, etc. (see FIG. 4)) joined to the main electrode portion by the temperature rise of the main electrode portion accompanying the temperature rise of the main heat generating portion and the ceramic heater body Can be sufficiently suppressed.
That is, as the main heat generating part generates heat, the temperature of the main electrode part is increased by heat transfer. At this time, stress is generated due to a difference in thermal expansion between the ceramic material of the heater substrate on which the main electrode portion is disposed and the brazing material and the metal material of the lead wire. Since the generated stress is proportional to the rate of temperature rise, it can be controlled by changing the rate of temperature rise of the main electrode portion.
Therefore, as described above, the temperature of the main electrode portion is increased by the temperature of the main heat generating portion by increasing the temperature of the main electrode portion in advance by the sub heat generating portion before energizing the main heater pattern. Thus, the generated stress can be reduced.

例えば、メイン発熱部の最高到達温度が900℃の場合、メイン電極部の最高到達温度が345℃となる。この最高到達温度までの到達時間が40秒の場合、メイン発熱部の発熱に伴う昇温速度は、仮にサブヒータによる予熱を行わない場合(RT25℃からメイン発熱部の昇温に伴う昇温を行う場合)には、約8℃/秒である。
これに対し、サブヒータを用いて、メイン電極部の温度を事前に150℃まで上昇させておくと、メイン発熱部の発熱に伴う昇温速度は約4.9℃/秒と緩やかにすることができる。そして、こ場合、充分にメイン電極部に接合した接合部材とセラミックヒータ本体との間に発生する冷熱ストレスを抑制することができる。
その他、実施例12と同様の作用効果を有する。
For example, when the maximum temperature of the main heat generating portion is 900 ° C., the maximum temperature of the main electrode portion is 345 ° C. When the time to reach the maximum temperature is 40 seconds, the rate of temperature increase accompanying the heat generation of the main heat generating portion is assumed to be when the preheating by the sub-heater is not performed (the temperature is increased from RT 25 ° C. according to the temperature increase of the main heat generating portion. In the case).
On the other hand, if the temperature of the main electrode part is raised to 150 ° C. in advance using a sub-heater, the rate of temperature rise accompanying the heat generation of the main heating part can be moderated to about 4.9 ° C./second. it can. And in this case, the thermal stress which generate | occur | produces between the joining member and ceramic heater main body which were fully joined to the main electrode part can be suppressed.
In addition, the same effects as those of the twelfth embodiment are obtained.

実施例1における、セラミックヒータの模式図。1 is a schematic diagram of a ceramic heater in Example 1. FIG. 実施例1における、セラミックヒータの正面図。1 is a front view of a ceramic heater in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、セラミックヒータの展開図。FIG. 3 is a development view of a ceramic heater in the first embodiment. 実施例1における、メイン電極部とリード線との接合部分付近の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a vicinity of a joint portion between a main electrode portion and a lead wire in Embodiment 1. 実施例1における、ガスセンサの縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of a gas sensor in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、メイン電極部の温度、外気の導入量、及び排ガスの導入量の変化を表す線図。The diagram showing the change of the temperature of the main electrode part in Example 1, the amount of introduction of outside air, and the amount of introduction of exhaust gas. 実施例2における、セラミックヒータの展開図。FIG. 6 is a development view of a ceramic heater in Example 2. 実施例3における、セラミックヒータの正面図。The front view of the ceramic heater in Example 3. FIG. 実施例3における、セラミックヒータの展開図。FIG. 6 is a development view of a ceramic heater in Example 3. 実施例4における、セラミックヒータの展開図。FIG. 6 is a development view of a ceramic heater in Example 4. 実施例5における、セラミックヒータの正面図。The front view of the ceramic heater in Example 5. FIG. 実施例5における、セラミックヒータの展開図。FIG. 6 is a development view of a ceramic heater in Example 5. 実施例6における、セラミックヒータの展開図。The expanded view of the ceramic heater in Example 6. FIG. 実施例7における、セラミックヒータの正面図。The front view of the ceramic heater in Example 7. FIG. 実施例7における、セラミックヒータの展開図。The expanded view of the ceramic heater in Example 7. FIG. 実施例8における、セラミックヒータの展開図。The expanded view of the ceramic heater in Example 8. FIG. 実施例9における、ガスセンサ素子の展開斜視図。FIG. 10 is a developed perspective view of a gas sensor element in Example 9. 実施例10における、ガスセンサ素子の展開斜視図。The expanded perspective view of the gas sensor element in Example 10. FIG. 実施例11における、ガスセンサ素子の展開斜視図。The expanded perspective view of the gas sensor element in Example 11. FIG. 実施例12における、サブヒータパターン及びメインヒータパターンへの通電の制御と、メイン発熱部及びメイン電極部の温度変化を表す線図。FIG. 14 is a diagram illustrating control of energization to a sub heater pattern and a main heater pattern and a temperature change of a main heat generating part and a main electrode part in Example 12. 実施例13における、サブヒータパターン及びメインヒータパターンへの通電の制御と、メイン発熱部及びメイン電極部の温度変化を表す線図。FIG. 14 is a diagram illustrating control of energization to a sub heater pattern and a main heater pattern and a temperature change of a main heat generating part and a main electrode part in Example 13. 実施例14における、サブヒータパターン及びメインヒータパターンへの通電の制御と、メイン発熱部及びメイン電極部の温度変化を表す線図。FIG. 16 is a diagram showing control of energization to the sub heater pattern and the main heater pattern and temperature changes of the main heat generating part and the main electrode part in Example 14. 実施例15における、サブヒータパターン及びメインヒータパターンへの通電の制御と、メイン発熱部及びメイン電極部の温度変化を表す線図。FIG. 16 is a diagram showing control of energization to the sub heater pattern and the main heater pattern and temperature changes of the main heat generating part and the main electrode part in Example 15. 従来例における、セラミックヒータの正面図。The front view of the ceramic heater in a prior art example. 従来例における、電極部とリード線との接合部分付近の断面図。Sectional drawing of the junction part vicinity of an electrode part and a lead wire in a prior art example. 従来例における、セラミックヒータの展開図。The development view of a ceramic heater in a conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

1、10 セラミックヒータ
11 ヒータ基板
2 メインヒータパターン
21 メイン発熱部
22 メイン電極部
23 リード部
3 サブヒータパターン
31 サブ発熱部
32 サブ電極部
4 ガスセンサ
45、5 ガスセンサ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10 Ceramic heater 11 Heater board 2 Main heater pattern 21 Main heating part 22 Main electrode part 23 Lead part 3 Sub heater pattern 31 Sub heating part 32 Sub electrode part 4 Gas sensor 45, 5 Gas sensor element

Claims (21)

メイン発熱部と、該メイン発熱部に電力を供給するための一対のメイン電極部と、上記メイン発熱部と上記メイン電極部とを電気的に接続するリード部とからなるメインヒータパターンを、ヒータ基板上に形成してなるセラミックヒータであって、
該セラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部と、該サブ発熱部に電力を供給するための一対のサブ電極部とを有するサブヒータパターンを設けてなることを特徴とするセラミックヒータ。
A main heater pattern comprising a main heat generating portion, a pair of main electrode portions for supplying electric power to the main heat generating portion, and a lead portion for electrically connecting the main heat generating portion and the main electrode portion, a heater A ceramic heater formed on a substrate,
The ceramic heater is provided with a sub-heater pattern having a sub-heat generating part for heating the main electrode part and a pair of sub-electrode parts for supplying electric power to the sub-heat generating part. Ceramic heater.
請求項1において、上記一対のサブ電極部は、上記メイン電極部とは別個に形成してあることを特徴とするセラミックヒータ。   2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the pair of sub electrode portions are formed separately from the main electrode portion. 請求項2において、上記メイン電極部と上記サブ電極部とは、互いに、上記セラミックヒータの長手方向にずらして配置されていることを特徴とするセラミックヒータ。   3. The ceramic heater according to claim 2, wherein the main electrode portion and the sub electrode portion are arranged so as to be shifted from each other in the longitudinal direction of the ceramic heater. 請求項1において、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部の一方と、上記一対のサブ電極部の一方とを共通化した共通電極を1個有することを特徴とするセラミックヒータ。   2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater has one common electrode in which one of the pair of main electrode portions and one of the pair of sub electrode portions are shared. 請求項1において、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部と、上記一対のサブ電極部とをそれぞれ共通化した、一対の共通電極を有することを特徴とするセラミックヒータ。   2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater has a pair of common electrodes in which the pair of main electrode portions and the pair of sub-electrode portions are respectively shared. 請求項1〜5のいずれか一項において、上記サブ発熱部は、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を加熱するよう構成してあることを特徴とするセラミックヒータ。   6. The ceramic heater according to claim 1, wherein the sub heat generating portion is configured to heat the main electrode portion before energizing the main heater pattern. 請求項6において、上記サブヒータパターンへの通電は、上記メインヒータパターンへの通電開始と同時又はその前に終了するよう構成してあることを特徴とするセラミックヒータ。   7. The ceramic heater according to claim 6, wherein energization of the sub heater pattern is completed at the same time as or before the start of energization of the main heater pattern. 請求項6又は7において、上記サブ発熱部は、上記メイン発熱部の昇温に伴う上記メイン電極部の昇温速度が6℃/秒以下となるように、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を昇温させておくよう構成してあることを特徴とするセラミックヒータ。   8. The sub heat generating portion according to claim 6 or 7, wherein the sub heat generating portion is energized before the main heater pattern is energized so that a temperature rising rate of the main electrode portion is 6 ° C./second or less. A ceramic heater characterized in that the temperature of the main electrode portion is raised. 請求項1〜8のいずれか一項において、上記サブ発熱部は、PTC発熱体からなることを特徴とするセラミックヒータ。   9. The ceramic heater according to claim 1, wherein the sub heat generating portion is formed of a PTC heat generating element. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を加熱するためのセラミックヒータとを有するガスセンサにおいて、
上記セラミックヒータは、上記ガスセンサ素子を加熱するメイン発熱部と、該メイン発熱部に電力を供給するための一対のメイン電極部と、上記メイン発熱部と上記メイン電極部とを電気的に接続するリード部とからなるメインヒータパターンを、ヒータ基板上に形成してなり、
かつ、上記セラミックヒータは、上記メイン電極部を加熱するためのサブ発熱部と、該サブ発熱部に電力を供給するための一対のサブ電極部とを有するサブヒータパターンを設けてなることを特徴とするガスセンサ。
In a gas sensor having a gas sensor element for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured and a ceramic heater for heating the gas sensor element,
The ceramic heater electrically connects a main heat generating portion for heating the gas sensor element, a pair of main electrode portions for supplying electric power to the main heat generating portion, and the main heat generating portion and the main electrode portion. A main heater pattern consisting of a lead part is formed on the heater substrate,
The ceramic heater includes a sub-heater pattern having a sub-heat generating part for heating the main electrode part and a pair of sub-electrode parts for supplying power to the sub-heat generating part. Gas sensor.
請求項10において、上記一対のサブ電極部は、上記メイン電極部とは別個に形成してあることを特徴とするガスセンサ。   11. The gas sensor according to claim 10, wherein the pair of sub electrode portions are formed separately from the main electrode portion. 請求項11において、上記メイン電極部と上記サブ電極部とは、互いに、上記セラミックヒータの長手方向にずらして配置されていることを特徴とするガスセンサ。   12. The gas sensor according to claim 11, wherein the main electrode portion and the sub electrode portion are arranged to be shifted from each other in the longitudinal direction of the ceramic heater. 請求項10において、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部の一方と、上記一対のサブ電極部の一方とを共通化した共通電極を1個有することを特徴とするガスセンサ。   11. The gas sensor according to claim 10, wherein the ceramic heater has one common electrode in which one of the pair of main electrode portions and one of the pair of sub electrode portions are made common. 請求項13において、上記共通電極を構成しない方の上記サブ電極部は、上記セラミックヒータを上記ガスセンサ内に保持するためのヒータホルダと接続されていることを特徴とするガスセンサ。   14. The gas sensor according to claim 13, wherein the sub electrode portion that does not constitute the common electrode is connected to a heater holder for holding the ceramic heater in the gas sensor. 請求項14において、上記ヒータホルダは、上記ガスセンサ素子のセンサ端子にも接続されていることを特徴とするガスセンサ。   The gas sensor according to claim 14, wherein the heater holder is also connected to a sensor terminal of the gas sensor element. 請求項10において、上記セラミックヒータは、上記一対のメイン電極部と、上記一対のサブ電極部とをそれぞれ共通化した、一対の共通電極を有することを特徴とするガスセンサ。   11. The gas sensor according to claim 10, wherein the ceramic heater has a pair of common electrodes in which the pair of main electrode portions and the pair of sub electrode portions are made common. 請求項10〜16のいずれか一項において、上記サブ発熱部は、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を加熱するよう構成してあることを特徴とするガスセンサ。   17. The gas sensor according to claim 10, wherein the sub heat generating portion is configured to heat the main electrode portion before energizing the main heater pattern. 請求項17において、上記サブヒータパターンへの通電は、上記メインヒータパターンへの通電開始と同時又はその前に終了するよう構成してあることを特徴とするガスセンサ。   18. The gas sensor according to claim 17, wherein energization of the sub heater pattern is configured to end simultaneously with or before energization of the main heater pattern. 請求項17又は18において、上記サブ発熱部は、上記メイン発熱部の昇温に伴う上記メイン電極部の昇温速度が6℃/秒以下となるように、上記メインヒータパターンへの通電前に上記メイン電極部を昇温させておくよう構成してあることを特徴とするガスセンサ。   19. The sub-heat generating unit according to claim 17 or 18, before energization of the main heater pattern, so that a temperature rising rate of the main electrode unit accompanying a temperature increase of the main heat generating unit is 6 ° C./second or less. A gas sensor characterized in that the temperature of the main electrode part is raised. 請求項10〜19のいずれか一項において、上記サブ発熱部は、PTC発熱体からなることを特徴とするガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 10 to 19, wherein the sub heat generating portion is formed of a PTC heat generating element. 請求項10〜20のいずれか一項において、上記サブヒータパターンは、上記特定ガス濃度の検出時には通電させないよう構成してあることを特徴とするガスセンサ。   21. The gas sensor according to claim 10, wherein the sub heater pattern is configured not to be energized when the specific gas concentration is detected.
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