JP3401648B2 - 酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法 - Google Patents
酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、袋管状の酸素イオン電
導性固体電解質管からなる酸素センサの該管内に挿入し
て用いる棒状セラミックヒータに関する。
導性固体電解質管からなる酸素センサの該管内に挿入し
て用いる棒状セラミックヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】内外面に電極層が被着された袋管形状、
即ち先端が閉鎖された中空円筒形状の固体電解質管から
なる酸素センサの該管内に深く挿入するとともに該管の
開口端側又はそれとの間が一体状に固定された他の酸素
センサ部材を介して支承して用いられる従来の棒状セラ
ミックヒータは、例えば特開昭59-91357に記載がある。
それら従来の棒状セラミックヒータは、固体電解質管の
内面形状に合わせて円柱体形状としたアルミナ質棒状セ
ラミックヒータが専ら用いられた。この棒状セラミック
ヒータは発熱面が固体電解質管の内周囲面に近接してこ
れを各半径方向において略均一に加熱すること、セラミ
ックヒータの抗折力の半径方向の方向性がないこと、集
中熱応力が生じ難い形状であること等の利点がある。し
かし一方、この棒状セラミックヒータは、図８に示した
ように、仮焼したセラミック中空管２０１を芯体とし、
その周りに発熱抵抗体用高融点金属質膜状パターン２０
３を予め厚膜印刷したセラミック生シート２０２を巻き
回し仮接着した後、周囲から軸芯に向けて圧着し、しか
る後に焼成一体化２００することにより製造されるの
で、実際上芯体の仮焼工程を必要とすること、セラミッ
ク生シートの巻き回し接着の工程では巻き回しのための
多くの工数乃至は特殊且つ高価な装置を要すること、及
び圧着工程でもラバープレス等の高価な装置や工数を要
すること等のためコスト高にならざるを得ないと言う問
題があった。更には上記セラミック生シートの巻き回し
接着を正確に行うことが容易ではなく、歪んだ巻き回し
接着のために最終焼成工程後に巻き付け面の剥離が生じ
ると言う問題もあった。
即ち先端が閉鎖された中空円筒形状の固体電解質管から
なる酸素センサの該管内に深く挿入するとともに該管の
開口端側又はそれとの間が一体状に固定された他の酸素
センサ部材を介して支承して用いられる従来の棒状セラ
ミックヒータは、例えば特開昭59-91357に記載がある。
それら従来の棒状セラミックヒータは、固体電解質管の
内面形状に合わせて円柱体形状としたアルミナ質棒状セ
ラミックヒータが専ら用いられた。この棒状セラミック
ヒータは発熱面が固体電解質管の内周囲面に近接してこ
れを各半径方向において略均一に加熱すること、セラミ
ックヒータの抗折力の半径方向の方向性がないこと、集
中熱応力が生じ難い形状であること等の利点がある。し
かし一方、この棒状セラミックヒータは、図８に示した
ように、仮焼したセラミック中空管２０１を芯体とし、
その周りに発熱抵抗体用高融点金属質膜状パターン２０
３を予め厚膜印刷したセラミック生シート２０２を巻き
回し仮接着した後、周囲から軸芯に向けて圧着し、しか
る後に焼成一体化２００することにより製造されるの
で、実際上芯体の仮焼工程を必要とすること、セラミッ
ク生シートの巻き回し接着の工程では巻き回しのための
多くの工数乃至は特殊且つ高価な装置を要すること、及
び圧着工程でもラバープレス等の高価な装置や工数を要
すること等のためコスト高にならざるを得ないと言う問
題があった。更には上記セラミック生シートの巻き回し
接着を正確に行うことが容易ではなく、歪んだ巻き回し
接着のために最終焼成工程後に巻き付け面の剥離が生じ
ると言う問題もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に着目し、製作が容易で従って製造コストが
低減されるとともに安定した品質のものが容易に得ら
れ、しかも抗折強度が有利に高く維持されるとともに酸
素センサ固体電解質管内への装着性も満足される新規且
つ有用な酸素センサ用棒状セラミックヒータの提供を目
的とする。
術の問題点に着目し、製作が容易で従って製造コストが
低減されるとともに安定した品質のものが容易に得ら
れ、しかも抗折強度が有利に高く維持されるとともに酸
素センサ固体電解質管内への装着性も満足される新規且
つ有用な酸素センサ用棒状セラミックヒータの提供を目
的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本第１発明（特定発明）
の酸素センサ用棒状セラミックヒータは、内外面に電極
層が被着された袋管状の酸素イオン伝導性固体電解質管
を備えた酸素センサの該管内に深く挿入するとともに該
管の開口端部又は該管との間が一体状に固定された他の
酸素センサ部材を介して支承して用いる酸素センサ用棒
状セラミックヒータにおいて、厚みを限界する一方の対
向表面間の厚み寸法ｂの上記対向表面と直交して巾を限
界する他方の対向表面間の巾寸法ａに対する比が１以下
０．７５以上の値を持つ柱体の形状とするとともに、金
属質発熱抵抗体厚膜パターンを上記厚みを限界する表面
に平行に配置埋設してなることを特徴とする。
の酸素センサ用棒状セラミックヒータは、内外面に電極
層が被着された袋管状の酸素イオン伝導性固体電解質管
を備えた酸素センサの該管内に深く挿入するとともに該
管の開口端部又は該管との間が一体状に固定された他の
酸素センサ部材を介して支承して用いる酸素センサ用棒
状セラミックヒータにおいて、厚みを限界する一方の対
向表面間の厚み寸法ｂの上記対向表面と直交して巾を限
界する他方の対向表面間の巾寸法ａに対する比が１以下
０．７５以上の値を持つ柱体の形状とするとともに、金
属質発熱抵抗体厚膜パターンを上記厚みを限界する表面
に平行に配置埋設してなることを特徴とする。
【０００５】本第２発明は、上記第１発明の酸素センサ
用棒状セラミックヒータにおいて、稜部の少なくとも一
部に丸み付けが施されたことを特徴とする。
用棒状セラミックヒータにおいて、稜部の少なくとも一
部に丸み付けが施されたことを特徴とする。
【０００６】本第３発明の上記第１発明の酸素センサ用
棒状セラミックヒータを製造する方法の発明は、発熱抵
抗体用金属質厚膜パターンを挟んでセラミック生シート
を積層圧着した後切断して積層体を得る段階と、上記積
層体を焼成して、厚みを限界する一方の対向表面間の厚
み寸法ｂの上記対向表面と直交して巾を限界する他方の
対向表面間の巾寸法ａに対する比が１以下０．７５以上
の値を持つ柱体の形状とするとともに、上記金属質発熱
抵抗体厚膜パターンを上記厚みを限界する対向表面に平
行に配置埋設した構造体を得る段階とからなることを特
徴とする。
棒状セラミックヒータを製造する方法の発明は、発熱抵
抗体用金属質厚膜パターンを挟んでセラミック生シート
を積層圧着した後切断して積層体を得る段階と、上記積
層体を焼成して、厚みを限界する一方の対向表面間の厚
み寸法ｂの上記対向表面と直交して巾を限界する他方の
対向表面間の巾寸法ａに対する比が１以下０．７５以上
の値を持つ柱体の形状とするとともに、上記金属質発熱
抵抗体厚膜パターンを上記厚みを限界する対向表面に平
行に配置埋設した構造体を得る段階とからなることを特
徴とする。
【０００７】
【０００８】本第１発明のセラミックヒータにおいて、
柱体の上記厚み寸法ｂの上記巾寸法ａに対する比ｂ／ａ
が０．７５以上の言わばずんぐり型の略角柱体形状とさ
れるのは、酸素センサ内に挿入して組付けを行うとき又
は組付た後にヒータ本体が字際上当接し得る固体電解質
管内面に被着された多孔質電極層部分に大きな損傷を与
えることがない様によることの外、図１に示した様に、
断面形状が巾ａ、高さｂの直角４辺形である柱体を想定
してその柱体の断面形状をそれが一定直径円に内接する
ことを条件として変えていった場合に、比ｂ／ａが１か
ら０．７５まで低下する間は、該柱体の抗折力比、即ち
ｂ／ａ＝１の場合の該柱体の抗折力に対する抗折力の比
の低下状況は、比較的緩慢で且つ８０％強以上を維持す
る有利な範囲内であること、及び半径方向抗折力の方向
性が殆どない範囲であることのためである。
柱体の上記厚み寸法ｂの上記巾寸法ａに対する比ｂ／ａ
が０．７５以上の言わばずんぐり型の略角柱体形状とさ
れるのは、酸素センサ内に挿入して組付けを行うとき又
は組付た後にヒータ本体が字際上当接し得る固体電解質
管内面に被着された多孔質電極層部分に大きな損傷を与
えることがない様によることの外、図１に示した様に、
断面形状が巾ａ、高さｂの直角４辺形である柱体を想定
してその柱体の断面形状をそれが一定直径円に内接する
ことを条件として変えていった場合に、比ｂ／ａが１か
ら０．７５まで低下する間は、該柱体の抗折力比、即ち
ｂ／ａ＝１の場合の該柱体の抗折力に対する抗折力の比
の低下状況は、比較的緩慢で且つ８０％強以上を維持す
る有利な範囲内であること、及び半径方向抗折力の方向
性が殆どない範囲であることのためである。
【０００９】ヒータの稜部は、熱応力の集中によるクラ
ック発生を避けるためと、ヒータを酸素センサの固体電
解質管内に挿入して該管に組付ける際又は酸素センサに
組付た後において実際上生じ得る固体電解質管内面に被
着された電極層部分への当接による該電極層部分の損傷
をより充分に避けるために丸み付けが施されることが好
ましい。ここで稜部の丸み付けとは、直交関係にあるヒ
ータの表面が作る仮想の角部が除去された状態を意味
し、焼結加工等の別途の加工の過程で成形体の直交する
表面が作る稜が丸み付けされる場合から、面取り加工、
Ｒ付け加工若しくはこれらの組み合わせ加工によって丸
み付けが施される場合を含む。丸み付けは、断面におい
て厚みｂを限界する一方の対向表面と巾ａを限界する他
方の対向表面とが直交して作る交点（稜）と該断面の中
心（軸芯）とを結ぶ線分上の該交点からの距離が最大該
線分の１／３までの長さ範囲で上記角部分の除去が行わ
れるように施される。その際より好ましくは上記線分の
約１／２０から１／３までの長さ範囲で上記角部の除去
が行われるように施される。
ック発生を避けるためと、ヒータを酸素センサの固体電
解質管内に挿入して該管に組付ける際又は酸素センサに
組付た後において実際上生じ得る固体電解質管内面に被
着された電極層部分への当接による該電極層部分の損傷
をより充分に避けるために丸み付けが施されることが好
ましい。ここで稜部の丸み付けとは、直交関係にあるヒ
ータの表面が作る仮想の角部が除去された状態を意味
し、焼結加工等の別途の加工の過程で成形体の直交する
表面が作る稜が丸み付けされる場合から、面取り加工、
Ｒ付け加工若しくはこれらの組み合わせ加工によって丸
み付けが施される場合を含む。丸み付けは、断面におい
て厚みｂを限界する一方の対向表面と巾ａを限界する他
方の対向表面とが直交して作る交点（稜）と該断面の中
心（軸芯）とを結ぶ線分上の該交点からの距離が最大該
線分の１／３までの長さ範囲で上記角部分の除去が行わ
れるように施される。その際より好ましくは上記線分の
約１／２０から１／３までの長さ範囲で上記角部の除去
が行われるように施される。
【００１０】セラミック材料は、従来のものと同様、純
度９０％以上のＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）セラミックスが
比較的安価でしかも性能が優れるので好ましい。但しこ
の場合において１０％未満の不純物酸化物のうちＣａＯ
及び／又はＭｇＯは、イオン化成分となり得るために５
％以下であることがそれらイオン化成分のマイグレーシ
ョン現象の抑制上好ましい。
度９０％以上のＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）セラミックスが
比較的安価でしかも性能が優れるので好ましい。但しこ
の場合において１０％未満の不純物酸化物のうちＣａＯ
及び／又はＭｇＯは、イオン化成分となり得るために５
％以下であることがそれらイオン化成分のマイグレーシ
ョン現象の抑制上好ましい。
【００１１】金属質発熱抵抗体厚膜パターンの金属材料
は、Ｗ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属又はＰｔ等の貴金属
を好適に用い得る。なお、金属質発熱抵抗体厚膜パター
ンをヒータ本体の発熱部の表面近くに且つ該表面に沿っ
て埋設することは、冷態からの立ち上がり昇温の際に、
発熱がヒータ発熱部の表面層部分に集中して生じて先ず
その部分の温度を上昇させるので、ヒータ内に生じる引
張熱応力による表面クラックの発生可能性が抑制される
こと、及び熱効率を良く保つことのためにはより好まし
い。又その際、稜部で起こり易いクラックの発生を抑制
するために、厚膜パターンを厚みｂを限界する一方の対
向表面の近くのみに埋設するか、或いは厚膜パターンを
上記一方の対向表面近くと該表面に直交する他方の対向
表面面近くとに埋設するととも上記他方の対向表面近く
に埋設した厚膜パターン部分からの発熱量を上記一方の
対向表面近くに埋設した厚膜パターン部分からの発熱量
よりも小さくしておくことができる。
は、Ｗ，Ｍｏ，Ｒｅ等の高融点金属又はＰｔ等の貴金属
を好適に用い得る。なお、金属質発熱抵抗体厚膜パター
ンをヒータ本体の発熱部の表面近くに且つ該表面に沿っ
て埋設することは、冷態からの立ち上がり昇温の際に、
発熱がヒータ発熱部の表面層部分に集中して生じて先ず
その部分の温度を上昇させるので、ヒータ内に生じる引
張熱応力による表面クラックの発生可能性が抑制される
こと、及び熱効率を良く保つことのためにはより好まし
い。又その際、稜部で起こり易いクラックの発生を抑制
するために、厚膜パターンを厚みｂを限界する一方の対
向表面の近くのみに埋設するか、或いは厚膜パターンを
上記一方の対向表面近くと該表面に直交する他方の対向
表面面近くとに埋設するととも上記他方の対向表面近く
に埋設した厚膜パターン部分からの発熱量を上記一方の
対向表面近くに埋設した厚膜パターン部分からの発熱量
よりも小さくしておくことができる。
【００１２】
【作用】本第１発明の酸素センサ用棒状セラミックヒー
タは、厚みを限界する一方の対向表面間の厚み寸法ｂの
上記対向表面と直交して巾を限界する他方の対向表面間
の巾寸法ａに対する比が１以下０．７５以上の値を持つ
柱体の形状としたので、固体電解質管の限られた円筒状
空間内に収められるセラミックヒータの抗折強度を有利
に高く保持できて酸素センサへの組付作業中又は酸素セ
ンサに組付られた状態で横方向衝撃力を受けたときの棒
状セラミックヒータの折損事故が抑制される。又、固体
電解質管への組付作業中又は酸素センサに組付られた状
態で横方向衝撃力を受けたときに固体電解質管内面に被
着された環状電極層とセラミックヒータとの間で実際上
生じ得る擦動乃至は当接に起因する上記電極層の大きい
損傷発生が回避される。
タは、厚みを限界する一方の対向表面間の厚み寸法ｂの
上記対向表面と直交して巾を限界する他方の対向表面間
の巾寸法ａに対する比が１以下０．７５以上の値を持つ
柱体の形状としたので、固体電解質管の限られた円筒状
空間内に収められるセラミックヒータの抗折強度を有利
に高く保持できて酸素センサへの組付作業中又は酸素セ
ンサに組付られた状態で横方向衝撃力を受けたときの棒
状セラミックヒータの折損事故が抑制される。又、固体
電解質管への組付作業中又は酸素センサに組付られた状
態で横方向衝撃力を受けたときに固体電解質管内面に被
着された環状電極層とセラミックヒータとの間で実際上
生じ得る擦動乃至は当接に起因する上記電極層の大きい
損傷発生が回避される。
【００１３】又、金属質発熱抵抗体パターンをヒータ本
体の厚みを限界する表面に平行に、詰まり上記表面に平
行な面で区分されたヒータ本体の仮想の層別部分上に積
層する如き状態において配置埋設した構造としたので、
生産に当たっては該層別部分を形成すべき未焼成セラミ
ック成形体を生産し該成形体の厚みを限界する表面上に
発熱抵抗体用金属質パターンを積層し所望により更に厚
み方向に加圧して圧着した後においては、何等の形状変
形を伴う成形を行う必要なく単に厚み方向に積層する工
程若しくはこれに準ずる加工工程と本焼成工程とを経る
だけで棒状セラミックヒータが得られるので生産が容易
となり、従って生産コストが大幅に低減されるとともに
品質の安定した製品が得られる。
体の厚みを限界する表面に平行に、詰まり上記表面に平
行な面で区分されたヒータ本体の仮想の層別部分上に積
層する如き状態において配置埋設した構造としたので、
生産に当たっては該層別部分を形成すべき未焼成セラミ
ック成形体を生産し該成形体の厚みを限界する表面上に
発熱抵抗体用金属質パターンを積層し所望により更に厚
み方向に加圧して圧着した後においては、何等の形状変
形を伴う成形を行う必要なく単に厚み方向に積層する工
程若しくはこれに準ずる加工工程と本焼成工程とを経る
だけで棒状セラミックヒータが得られるので生産が容易
となり、従って生産コストが大幅に低減されるとともに
品質の安定した製品が得られる。
【００１４】本第２発明の酸素センサ用棒状セラミック
ヒータは、稜部の少なくとも一部に丸み付けを施す様に
したので、上述した電極層の損傷発生がより充分に回避
されるとともに、ヒータへの通電開始時の急激な昇温に
曝された時等において最も熱応力が集中し易い稜部にお
けるクラック発生が防止される。
ヒータは、稜部の少なくとも一部に丸み付けを施す様に
したので、上述した電極層の損傷発生がより充分に回避
されるとともに、ヒータへの通電開始時の急激な昇温に
曝された時等において最も熱応力が集中し易い稜部にお
けるクラック発生が防止される。
【００１５】本第３発明の酸素センサ用棒状セラミック
ヒータの製造方法は、本第１発明の酸素センサ用の棒状
セラミックヒータの製造のために、一般の平板形状セラ
ミックヒータにおいては広く採用されているところの、
発熱抵抗体用金属質膜状パターンを挟んでセラミック生
シートを積層圧着してシート積層体を形成した後焼成す
ると言うセラミック製品の製法自体を有利に適用したの
で、金属質膜状パターンを積層圧着したセラミック生シ
ートを芯体の回りに巻き回す工程は無く、従って従来の
製造コストを大幅に低減させるとともに細かい作業を正
確に行うことができる。特にはより大きいセラミック生
シート乃至はその表面に多数の同一パターンを縦横に整
列させて印刷したセラミック生シートを積層圧着後、一
括同時切断によって一挙に多数のセラミック生シート積
層体を採るように所謂多数採りの方法が採用でき、従来
の製造コストを又一層大幅に低減させることができる。
なお、ヒータ本体の稜部の面取り又は丸み付け加工、殊
には面取加工は、上記セラミック生シート積層体の段階
で、例えば自動機を使用して容易に行えるので、更に一
層コスト低減上有利となる。
ヒータの製造方法は、本第１発明の酸素センサ用の棒状
セラミックヒータの製造のために、一般の平板形状セラ
ミックヒータにおいては広く採用されているところの、
発熱抵抗体用金属質膜状パターンを挟んでセラミック生
シートを積層圧着してシート積層体を形成した後焼成す
ると言うセラミック製品の製法自体を有利に適用したの
で、金属質膜状パターンを積層圧着したセラミック生シ
ートを芯体の回りに巻き回す工程は無く、従って従来の
製造コストを大幅に低減させるとともに細かい作業を正
確に行うことができる。特にはより大きいセラミック生
シート乃至はその表面に多数の同一パターンを縦横に整
列させて印刷したセラミック生シートを積層圧着後、一
括同時切断によって一挙に多数のセラミック生シート積
層体を採るように所謂多数採りの方法が採用でき、従来
の製造コストを又一層大幅に低減させることができる。
なお、ヒータ本体の稜部の面取り又は丸み付け加工、殊
には面取加工は、上記セラミック生シート積層体の段階
で、例えば自動機を使用して容易に行えるので、更に一
層コスト低減上有利となる。
【００１６】
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
（第１実施例）図２（Ａ）は第１発明の実施例の酸素セ
ンサ用棒状セラミックヒータ１００の斜視図である。本
体１０１は、ここではＡｌ2 Ｏ3 ９２％、ＣａＯ２．０
％、ＭｇＯ１．０％、残りＳｉＯ2 等の焼結助剤のセラ
ミッスからなる全体として柱体の形状をなす。現在実用
されている内外面に多孔質厚膜状電極が被着された袋管
状固体電解質管からなる酸素センサの該管の大きさは、
概ね先側内径が３．３ｍｍ、底から開口端面までの深さ
が約５０ｍｍ程度であるが、本実施例では丁度上記寸法
の固体電解質管に対して用いるために適した寸法形状と
した。即ち、ヒータの全長を約６４ｍｍ、厚み方向を向
く両表面間の厚み寸法ｂを約２．０ｍｍ，上記表面と直
交する両側表面間の巾寸法ａを約２．６ｍｍ、従ってｂ
／ａ＝０．７７とした。
ンサ用棒状セラミックヒータ１００の斜視図である。本
体１０１は、ここではＡｌ2 Ｏ3 ９２％、ＣａＯ２．０
％、ＭｇＯ１．０％、残りＳｉＯ2 等の焼結助剤のセラ
ミッスからなる全体として柱体の形状をなす。現在実用
されている内外面に多孔質厚膜状電極が被着された袋管
状固体電解質管からなる酸素センサの該管の大きさは、
概ね先側内径が３．３ｍｍ、底から開口端面までの深さ
が約５０ｍｍ程度であるが、本実施例では丁度上記寸法
の固体電解質管に対して用いるために適した寸法形状と
した。即ち、ヒータの全長を約６４ｍｍ、厚み方向を向
く両表面間の厚み寸法ｂを約２．０ｍｍ，上記表面と直
交する両側表面間の巾寸法ａを約２．６ｍｍ、従ってｂ
／ａ＝０．７７とした。
【００１８】そして厚みｂを限界する一方の対向表面と
巾ａを限界する他方の対向表面とが直交して作る稜につ
いては前記線分即ち、ヒータ断面において該断面と上記
稜との交点と該断面の中心（軸芯）とを結ぶ線分に直交
する面で面巾約０．３ｍｍの面取り（上記交点からの上
記線分上で測った距離が上記線分の長さの約１／１０に
当たる点まで角部が除去される丸み付け）を施した。
巾ａを限界する他方の対向表面とが直交して作る稜につ
いては前記線分即ち、ヒータ断面において該断面と上記
稜との交点と該断面の中心（軸芯）とを結ぶ線分に直交
する面で面巾約０．３ｍｍの面取り（上記交点からの上
記線分上で測った距離が上記線分の長さの約１／１０に
当たる点まで角部が除去される丸み付け）を施した。
【００１９】この棒状セラミックヒータ本体１０１の内
部には、図３に示す様に、先端から全長の約３分の１の
長さ部分の発熱部とする先側部分にＷ質の厚膜パターン
１０６、１０７を、厚みｂを限界する対向表面に平行に
２層にわたって且つそれぞれ蛇行状に埋設して設けた。
即ち発熱部の断面図である図２（Ｂ）に示したように、
各金属質発熱抵抗体厚膜パターンが上記対向表面に平行
な面によって区分されたセラミックヒータ本体の仮想の
層別部分間に挟まれる配置として設けた。即ち、各金属
質発熱体厚膜パターン１０６、１０７はそれぞれ一方の
表面セラミック層部分１０２（厚み約０．３３ｍｍ）と
中間セラミック層部分１０４（厚み約０．６７ｍｍ）と
の間、及び中間セラミック層部分１０５（厚み約０．６
７ｍｍ）と他方の表面セラミック層部分１０３（厚み約
０．３３ｍｍ）との間に設けた。
部には、図３に示す様に、先端から全長の約３分の１の
長さ部分の発熱部とする先側部分にＷ質の厚膜パターン
１０６、１０７を、厚みｂを限界する対向表面に平行に
２層にわたって且つそれぞれ蛇行状に埋設して設けた。
即ち発熱部の断面図である図２（Ｂ）に示したように、
各金属質発熱抵抗体厚膜パターンが上記対向表面に平行
な面によって区分されたセラミックヒータ本体の仮想の
層別部分間に挟まれる配置として設けた。即ち、各金属
質発熱体厚膜パターン１０６、１０７はそれぞれ一方の
表面セラミック層部分１０２（厚み約０．３３ｍｍ）と
中間セラミック層部分１０４（厚み約０．６７ｍｍ）と
の間、及び中間セラミック層部分１０５（厚み約０．６
７ｍｍ）と他方の表面セラミック層部分１０３（厚み約
０．３３ｍｍ）との間に設けた。
【００２０】なお、かくの如くしてここでは発熱体用金
属質厚膜パターンを厚み方向を向く両表面に近い部分で
集中的に発熱が行われるようにした。そして、図２、図
３に示す様に金属質発熱体厚膜パターン１０６と１０７
のそれぞれの一端を元側に延びる巾広のリード用パター
ン−を介して表面露出相互接続用パターン１１０によっ
て相互接続し、一方それぞれの他端をそれらから元側に
延びる他の巾広のリード用パターン−を介して表面露出
接続端子パターン１０８、１０９にそれぞれ接続するよ
うにした。
属質厚膜パターンを厚み方向を向く両表面に近い部分で
集中的に発熱が行われるようにした。そして、図２、図
３に示す様に金属質発熱体厚膜パターン１０６と１０７
のそれぞれの一端を元側に延びる巾広のリード用パター
ン−を介して表面露出相互接続用パターン１１０によっ
て相互接続し、一方それぞれの他端をそれらから元側に
延びる他の巾広のリード用パターン−を介して表面露出
接続端子パターン１０８、１０９にそれぞれ接続するよ
うにした。
【００２１】各露出パターンにはＮｉメッキを施した。
金属質厚膜パターンの全抵抗値（常温）は６オーム、う
ち発熱部の厚膜パターンの抵抗値は４．８オーム、従っ
て印加電圧を１４ボルトとして発熱部での消費電力は、
通電定常時８．８ワットとした。
金属質厚膜パターンの全抵抗値（常温）は６オーム、う
ち発熱部の厚膜パターンの抵抗値は４．８オーム、従っ
て印加電圧を１４ボルトとして発熱部での消費電力は、
通電定常時８．８ワットとした。
【００２２】この棒状セラミックヒータは次のようにし
て製造した。 （１）Ａｌ2 Ｏ3 ９２％、ＣａＯ２％、ＭｇＯ１％、Ｓ
ｉＯ2 ５％となるように調合し湿式で３０時間混合し
た。 （２）泥しょうを取り出し乾燥機で１２０℃の乾燥を行
った。 （３）２０メッシュの篩通しを実施した後、乾式でポッ
ト混合を５時間行った。この時点で有機バインダと溶剤
を加え更に３時間混合を行った。 （４）ドクターブレード法で厚み０．３９ｍｍ（焼成後
０．３３ｍｍ）、０．５９ｍｍ（焼成後０．４９ｍ
ｍ）、０．８０ｍｍ（焼成後０．６７ｍｍ）の生シート
を作成した。 （５）Ｗ（タングステン）粉末に有機バインダと溶剤を
加えて印刷用インクを作った。 （６）厚み０．８０ｍｍの２枚のシート上に上記インク
を用いて約２０μｍｍの厚みで図４のそれぞれ各１０
６、１０７の如くパターン印刷した。 （７）印刷済の上記２枚のシートにはパターン印刷しな
い厚み０．３９ｍｍのシート１枚をそれぞれ積層した
後、熱圧着を実施した。 （８）上記２組の積層シートを０．３９ｍｍシートが表
面側にくるようにして更に積層し、熱圧着を施した。 （９）所定寸法に切断後、所定寸法で面取りを行った。 （１０）上記インクを用いて表面露出中間接続用パター
ン１１０と、表面露出接続端子パターン１０８、１０９
とを側面印刷した。 （１１）２５０℃×１０時間の樹脂抜き後、１５５０℃
×２時間のＨ2 雰囲気焼成を行った。
て製造した。 （１）Ａｌ2 Ｏ3 ９２％、ＣａＯ２％、ＭｇＯ１％、Ｓ
ｉＯ2 ５％となるように調合し湿式で３０時間混合し
た。 （２）泥しょうを取り出し乾燥機で１２０℃の乾燥を行
った。 （３）２０メッシュの篩通しを実施した後、乾式でポッ
ト混合を５時間行った。この時点で有機バインダと溶剤
を加え更に３時間混合を行った。 （４）ドクターブレード法で厚み０．３９ｍｍ（焼成後
０．３３ｍｍ）、０．５９ｍｍ（焼成後０．４９ｍ
ｍ）、０．８０ｍｍ（焼成後０．６７ｍｍ）の生シート
を作成した。 （５）Ｗ（タングステン）粉末に有機バインダと溶剤を
加えて印刷用インクを作った。 （６）厚み０．８０ｍｍの２枚のシート上に上記インク
を用いて約２０μｍｍの厚みで図４のそれぞれ各１０
６、１０７の如くパターン印刷した。 （７）印刷済の上記２枚のシートにはパターン印刷しな
い厚み０．３９ｍｍのシート１枚をそれぞれ積層した
後、熱圧着を実施した。 （８）上記２組の積層シートを０．３９ｍｍシートが表
面側にくるようにして更に積層し、熱圧着を施した。 （９）所定寸法に切断後、所定寸法で面取りを行った。 （１０）上記インクを用いて表面露出中間接続用パター
ン１１０と、表面露出接続端子パターン１０８、１０９
とを側面印刷した。 （１１）２５０℃×１０時間の樹脂抜き後、１５５０℃
×２時間のＨ2 雰囲気焼成を行った。
【００２３】この第１実施例の酸素センサ用棒状セラミ
ックヒータは次の様にして酸素センサに組付けた。先
ず、図６（Ａ）に示すようにこの棒状セラミックヒータ
のＮｉメッキされた表面露出接続端子パターン（図２で
の１０８、１０９）にヒータ用端子金具２０、２０を、
ここでは銀ロウによって、ロウ付けした。なお、その際
に先ず棒状セラミックヒータをカーボン製治具上に寝か
せて置くとともにその接続端子パターンに対して所定の
関係位置を保ってヒータ用端子金具２０、２０を置いた
状態で加熱炉に通しながら該接続端子パターンと該端子
金具との間隙にロウ材を流し込むようにして行ったが、
その際従来の丸棒状セラミックヒータの場合と異なって
棒状ヒータが転がり易いと言うことがないのでその押さ
え止めのための治具は極めて簡単且つ安価なもので済ん
だ。なお又、ロウ材によるロウ接強度を高める場合のロ
ウ接時にロウ材の収縮作用が強く生じこれによってセラ
ミックヒータ本体表面部分にクラックが入り易くなる
が、セラミックヒータ本体の接続端部分の稜部にも面取
りが施されたことによって上記クラック発生が効果的に
防止された。
ックヒータは次の様にして酸素センサに組付けた。先
ず、図６（Ａ）に示すようにこの棒状セラミックヒータ
のＮｉメッキされた表面露出接続端子パターン（図２で
の１０８、１０９）にヒータ用端子金具２０、２０を、
ここでは銀ロウによって、ロウ付けした。なお、その際
に先ず棒状セラミックヒータをカーボン製治具上に寝か
せて置くとともにその接続端子パターンに対して所定の
関係位置を保ってヒータ用端子金具２０、２０を置いた
状態で加熱炉に通しながら該接続端子パターンと該端子
金具との間隙にロウ材を流し込むようにして行ったが、
その際従来の丸棒状セラミックヒータの場合と異なって
棒状ヒータが転がり易いと言うことがないのでその押さ
え止めのための治具は極めて簡単且つ安価なもので済ん
だ。なお又、ロウ材によるロウ接強度を高める場合のロ
ウ接時にロウ材の収縮作用が強く生じこれによってセラ
ミックヒータ本体表面部分にクラックが入り易くなる
が、セラミックヒータ本体の接続端部分の稜部にも面取
りが施されたことによって上記クラック発生が効果的に
防止された。
【００２４】次に棒状セラミックヒータを袋管状固体電
解質管内に深く挿入した状態で固体電解質管に対してし
っかりとしかも弾力的に固定するためのヒータ固定金具
３０を取りつけた。このヒータ固定金具３０は、厚み
０．２ｍｍの金属板を図６（Ｂ）に示す形状に切断した
ものを用いて作った。ここで舌状片３１、３１’（２
対）は先端で少し隙間ができるようにパイプ状に丸め、
中央の舌状片３２、３２’も同様にパイプ状に丸めて作
った。なお、ここでは酸素センサの固体電解質管の内側
電極用の端子金具を兼ねさせるためにヒータ固定金具に
はそれから延びて内側電極用端子金具部分３３を一体状
に設けてあるものを示す。上記舌片３１、３１’が作る
２個処のパイプ状部分の中に棒状セラミクヒータを先側
から上記舌片３１、３１’の半径方向内側に閉じる弾力
に逆らって挿通して両者を弾力的に固定した。この時図
６（Ｃ）に示された様に棒状セラミクヒータはその支承
部の稜部にも面取が施されたことによって上記舌片３１
又は３１’が作るパイプ状部分の内面との接触点が多く
なり衝撃を受けた時等のヒータに対する過大応力集中が
緩和される。
解質管内に深く挿入した状態で固体電解質管に対してし
っかりとしかも弾力的に固定するためのヒータ固定金具
３０を取りつけた。このヒータ固定金具３０は、厚み
０．２ｍｍの金属板を図６（Ｂ）に示す形状に切断した
ものを用いて作った。ここで舌状片３１、３１’（２
対）は先端で少し隙間ができるようにパイプ状に丸め、
中央の舌状片３２、３２’も同様にパイプ状に丸めて作
った。なお、ここでは酸素センサの固体電解質管の内側
電極用の端子金具を兼ねさせるためにヒータ固定金具に
はそれから延びて内側電極用端子金具部分３３を一体状
に設けてあるものを示す。上記舌片３１、３１’が作る
２個処のパイプ状部分の中に棒状セラミクヒータを先側
から上記舌片３１、３１’の半径方向内側に閉じる弾力
に逆らって挿通して両者を弾力的に固定した。この時図
６（Ｃ）に示された様に棒状セラミクヒータはその支承
部の稜部にも面取が施されたことによって上記舌片３１
又は３１’が作るパイプ状部分の内面との接触点が多く
なり衝撃を受けた時等のヒータに対する過大応力集中が
緩和される。
【００２５】この状態で、図６（Ｃ）に示すように、上
記舌片３２、３２’が作るパイプ形状部分をその半径方
向外方に拡大する弾力に逆らって固体電解質管、ここで
は開口内径が開口端の近くでやや広げられた固体電解質
管の該開口内に押し入れ、しかしてヒータを、固体電解
質管の奥深くに挿入した状態で横振れに対して弾力的に
して、固体電解質管に対して固定させた。
記舌片３２、３２’が作るパイプ形状部分をその半径方
向外方に拡大する弾力に逆らって固体電解質管、ここで
は開口内径が開口端の近くでやや広げられた固体電解質
管の該開口内に押し入れ、しかしてヒータを、固体電解
質管の奥深くに挿入した状態で横振れに対して弾力的に
して、固体電解質管に対して固定させた。
【００２６】図７に最終的に酸素センサとして完成させ
たものの構造概要を示す。図中、４０は、実施例の棒状
セラミックヒータ１００をヒータ固定金具３０によって
弾力的に固定支持した袋管状固体電解質管、４１はその
内面に被着された電極としての多孔質Ｐｔ厚膜層、４２
はその外面に被着された電極としての多孔質Ｐｔ厚膜
層、４３は固体電解質管の取り付け用金具、４３ａは加
締部、４４はパッキング、４５は滑石、４６は加締用当
金リング、４７は内側保護筒で、下方のフランジ状縁部
４７ａがパッキング４４、固体電解質管４０、滑石４
５、加締用当金リング４６とともに加締部４３ａを介し
て取り付け用金具に対して熱加締固定されている。４８
は外側保護筒、４９は通気性スペーサ、５０はシリコン
ゴムシール材、５１は一方のヒータ用端子金具（２０）
と接続した一方のヒータ用リードワイア、５２は他方の
ヒータ用端子金具（２０）と接続した他方のヒータ用リ
ードワイア、５３は図示しないがヒータ固定金具３０か
ら延びる内側電極用端子金具部分（３３）と接続した内
部電極用リードワイア、５４は開口５４ａを具えたプロ
テクタである。
たものの構造概要を示す。図中、４０は、実施例の棒状
セラミックヒータ１００をヒータ固定金具３０によって
弾力的に固定支持した袋管状固体電解質管、４１はその
内面に被着された電極としての多孔質Ｐｔ厚膜層、４２
はその外面に被着された電極としての多孔質Ｐｔ厚膜
層、４３は固体電解質管の取り付け用金具、４３ａは加
締部、４４はパッキング、４５は滑石、４６は加締用当
金リング、４７は内側保護筒で、下方のフランジ状縁部
４７ａがパッキング４４、固体電解質管４０、滑石４
５、加締用当金リング４６とともに加締部４３ａを介し
て取り付け用金具に対して熱加締固定されている。４８
は外側保護筒、４９は通気性スペーサ、５０はシリコン
ゴムシール材、５１は一方のヒータ用端子金具（２０）
と接続した一方のヒータ用リードワイア、５２は他方の
ヒータ用端子金具（２０）と接続した他方のヒータ用リ
ードワイア、５３は図示しないがヒータ固定金具３０か
ら延びる内側電極用端子金具部分（３３）と接続した内
部電極用リードワイア、５４は開口５４ａを具えたプロ
テクタである。
【００２７】組付けの最終的工程で外側保護筒４８と内
側保護筒４７とは加締４８ａにより固定されるととも
に、リードワイア５２、５２、５３を緩く挿通されたシ
リコンゴム５０とこれを緩く挿通した外側保護筒４８と
は加締４８ｂにより相互に気密状に固定する様にしてい
る。又、基準酸素源とする大気は外側保護筒４８と内側
保護筒４７との間隙、通気性スペーサ４９、固定電解質
管内面とセラミックヒータとの間隙を経て固定電解質管
内面の電極４１に連通する様にしている。又、センサ出
力は内部電極用リードワイア５３と取り付け用金具４３
（接地端子）との間から取り出す様にしている。
側保護筒４７とは加締４８ａにより固定されるととも
に、リードワイア５２、５２、５３を緩く挿通されたシ
リコンゴム５０とこれを緩く挿通した外側保護筒４８と
は加締４８ｂにより相互に気密状に固定する様にしてい
る。又、基準酸素源とする大気は外側保護筒４８と内側
保護筒４７との間隙、通気性スペーサ４９、固定電解質
管内面とセラミックヒータとの間隙を経て固定電解質管
内面の電極４１に連通する様にしている。又、センサ出
力は内部電極用リードワイア５３と取り付け用金具４３
（接地端子）との間から取り出す様にしている。
【００２８】（第２の実施例）棒状セラミックヒータの
全長を約６４ｍｍとし、厚み方向を向く対向表面間の厚
み寸法ｂと該表面に直交する両側表面間の巾寸法ａを共
に約２．６ｍｍ、従ってｂ／ａ＝１とした。
全長を約６４ｍｍとし、厚み方向を向く対向表面間の厚
み寸法ｂと該表面に直交する両側表面間の巾寸法ａを共
に約２．６ｍｍ、従ってｂ／ａ＝１とした。
【００２９】そして上記相対向する２組の巾又は厚みを
限界する表面が作る稜について断面の対向する稜を中心
とした半径Ｒが３．４ｍｍの大Ｒ付け（従って上記線分
の約１／７に当たる角部分が除去される丸み付け）を行
った。
限界する表面が作る稜について断面の対向する稜を中心
とした半径Ｒが３．４ｍｍの大Ｒ付け（従って上記線分
の約１／７に当たる角部分が除去される丸み付け）を行
った。
【００３０】この棒状セラミックヒータ本体の内部に
は、図５に示した様に、先端から全長の約３分の１の長
さ部分を発熱部として、その部分に金属質、ここではＷ
（タングステン）質の発熱体厚膜パターン１１７、１１
８、１１９、１２０、１２１を、厚みｂを限界する対向
表面に平行に５層にわたって且つそれぞれ蛇行状に埋設
して設けた。即ち発熱部の断面図である図４に示したよ
うに、各金属質発熱体厚膜パターンが上記対向表面に平
行な面によって区分されたセラミックヒータ本体の仮想
の層別部分間に挟まれる配置として設けた。即ち、金属
質発熱体厚膜パターン１１７は一方の表面セラミック層
部分１１１（厚み約０．３３ｍｍ）と中間セラミック層
部分１１３（厚み約０．４９ｍｍ）との間に、厚膜パタ
ーン１１８は中間セラミック層部分１１３と中間セラミ
ック層部分１１４（厚み約０．４９ｍｍ）との間に、厚
膜パターン１１９は中間セラミック層部分１１４と中間
セラミック層部分１１５（厚み約０．４９ｍｍ）との間
に、厚膜パターン１２０は中間セラミック層部分１１５
と中間セラミック層部分１１６（厚み約０．４９ｍｍ）
との間に、厚膜パターン１２１は中間セラミック層部分
１１６と他方の表面セラミック層部分１１２（厚み約
０．３３ｍｍ）との間にそれぞれ設けた。なお、ここで
は上記したようにして金属質発熱体厚膜パターンを表面
に近い部分で集中的に発熱が行われるように配設した。
但し、ここでは更に図６に示したように厚膜パターン１
１７と１２１とは並列接続するとともに厚膜パターン１
１８、１１９、１２０を直列接続した上でそれぞれ電源
に対して並列接続する様にして巾ａを限界する対向表面
の近傍における発熱量をこれと直交して厚みｂを限界す
る対向表面の近傍における発熱量よりも小さくした。
は、図５に示した様に、先端から全長の約３分の１の長
さ部分を発熱部として、その部分に金属質、ここではＷ
（タングステン）質の発熱体厚膜パターン１１７、１１
８、１１９、１２０、１２１を、厚みｂを限界する対向
表面に平行に５層にわたって且つそれぞれ蛇行状に埋設
して設けた。即ち発熱部の断面図である図４に示したよ
うに、各金属質発熱体厚膜パターンが上記対向表面に平
行な面によって区分されたセラミックヒータ本体の仮想
の層別部分間に挟まれる配置として設けた。即ち、金属
質発熱体厚膜パターン１１７は一方の表面セラミック層
部分１１１（厚み約０．３３ｍｍ）と中間セラミック層
部分１１３（厚み約０．４９ｍｍ）との間に、厚膜パタ
ーン１１８は中間セラミック層部分１１３と中間セラミ
ック層部分１１４（厚み約０．４９ｍｍ）との間に、厚
膜パターン１１９は中間セラミック層部分１１４と中間
セラミック層部分１１５（厚み約０．４９ｍｍ）との間
に、厚膜パターン１２０は中間セラミック層部分１１５
と中間セラミック層部分１１６（厚み約０．４９ｍｍ）
との間に、厚膜パターン１２１は中間セラミック層部分
１１６と他方の表面セラミック層部分１１２（厚み約
０．３３ｍｍ）との間にそれぞれ設けた。なお、ここで
は上記したようにして金属質発熱体厚膜パターンを表面
に近い部分で集中的に発熱が行われるように配設した。
但し、ここでは更に図６に示したように厚膜パターン１
１７と１２１とは並列接続するとともに厚膜パターン１
１８、１１９、１２０を直列接続した上でそれぞれ電源
に対して並列接続する様にして巾ａを限界する対向表面
の近傍における発熱量をこれと直交して厚みｂを限界す
る対向表面の近傍における発熱量よりも小さくした。
【００３１】図５において１２４と１２５はそれぞれ表
面露出中間接続用パターン、１２２と１２４はそれぞれ
表面露出接続端子パターンを示す。なお、各露出パター
ンにはＮｉメッキをほどこした。金属質厚膜パターンの
全入力抵抗値（常温）は３．２１オーム、うち厚み方向
を向く両表面に近いパターン１１７、１２１による入力
抵抗値は５オーム（うち、発熱部のパターンによる抵抗
値は２．５オーム）、中間のパターン１１８、１１９、
１２０による入力抵抗値は９オーム（うち、発熱部のパ
ターンによる抵抗値は５オーム）、印加電圧を１４ボル
トとして発熱部での通電定常時の全消費電力は１６．５
ワット、うち厚み方向を向く両表面に近いパターンによ
る消費電力は１０．６ワットとした。
面露出中間接続用パターン、１２２と１２４はそれぞれ
表面露出接続端子パターンを示す。なお、各露出パター
ンにはＮｉメッキをほどこした。金属質厚膜パターンの
全入力抵抗値（常温）は３．２１オーム、うち厚み方向
を向く両表面に近いパターン１１７、１２１による入力
抵抗値は５オーム（うち、発熱部のパターンによる抵抗
値は２．５オーム）、中間のパターン１１８、１１９、
１２０による入力抵抗値は９オーム（うち、発熱部のパ
ターンによる抵抗値は５オーム）、印加電圧を１４ボル
トとして発熱部での通電定常時の全消費電力は１６．５
ワット、うち厚み方向を向く両表面に近いパターンによ
る消費電力は１０．６ワットとした。
【００３２】この棒状セラミックヒータは第１実施例の
場合と同様にして製造した。また、この棒状セラミック
ヒータを第１実施例の場合と同様にして酸素センサに組
付けた。
場合と同様にして製造した。また、この棒状セラミック
ヒータを第１実施例の場合と同様にして酸素センサに組
付けた。
【００３３】（実験例）上記第１、第２実施例の棒状セ
ラミックヒータ各５個を下記条件の耐衝撃試験に供し
た。供試センサを振動試験機にセットし、センサの先側
をヒータ先端温度が８５０℃になるようにバーナを用い
て加熱しながら３０Ｇの振動を３０時間与え、その後供
試センサのセット方向を６０°回動してセットし直して
同条件の振動を３０時間与え、その後更に供試センサの
セット方向を６０°回動してセットし直して同条件の振
動を３０時間与え、合計９０時間の耐衝撃試験を行っ
た。上記試験を実施後に供試センサを分解して調査した
結果、全供試センサについてセラミックヒータ本体の破
損、クラック発生、固体電解質管内面の目立った損傷は
いずれも認められなかった。
ラミックヒータ各５個を下記条件の耐衝撃試験に供し
た。供試センサを振動試験機にセットし、センサの先側
をヒータ先端温度が８５０℃になるようにバーナを用い
て加熱しながら３０Ｇの振動を３０時間与え、その後供
試センサのセット方向を６０°回動してセットし直して
同条件の振動を３０時間与え、その後更に供試センサの
セット方向を６０°回動してセットし直して同条件の振
動を３０時間与え、合計９０時間の耐衝撃試験を行っ
た。上記試験を実施後に供試センサを分解して調査した
結果、全供試センサについてセラミックヒータ本体の破
損、クラック発生、固体電解質管内面の目立った損傷は
いずれも認められなかった。
【００３４】又、これらのヒータ各５個を下記条件の通
電繰り返し試験に供した。酸素センサを充分大きいヒー
トシンク量のベースに取り付け、常温下でＤＣ１７Ｖを
印加して３時間通電を継続したのち１時間冷却する通電
パターンを５０サイクル合計２００時間行った。なお、
通電によって酸素センサの固体電解質管の先端温度は、
第１実施例のセンサで約５１０℃、第２実施例のセンサ
で約６２０℃であった。上記試験を実施後に供試センサ
を分解して調査した結果、全供試センサについてセラミ
ックヒータには何の異常も認められなかった。
電繰り返し試験に供した。酸素センサを充分大きいヒー
トシンク量のベースに取り付け、常温下でＤＣ１７Ｖを
印加して３時間通電を継続したのち１時間冷却する通電
パターンを５０サイクル合計２００時間行った。なお、
通電によって酸素センサの固体電解質管の先端温度は、
第１実施例のセンサで約５１０℃、第２実施例のセンサ
で約６２０℃であった。上記試験を実施後に供試センサ
を分解して調査した結果、全供試センサについてセラミ
ックヒータには何の異常も認められなかった。
【００３５】なお、本発明は上記実施例に限られるもの
ではない。例えば、上記実施例では発熱抵抗体用金属質
厚膜パターンを厚み方向を向く両表面の近くか又はこれ
と直交する両側面の近くに且つこれらの面に沿う様にし
て設けたが、本発明ではこの配置に限られるものではな
い。又、セラミックヒータ本体は中実に形成したが、大
気を基準酸素分圧源として固体電解質管内面電極に導く
ための小径の貫通孔を中心部に設けることもできる。
又、棒状セラミックヒータを酸素センサの袋管状固体電
解質管の開口端側又はそれとの間が一体状に固定された
他の酸素センサ部材を介して支承する手段も実施例のヒ
ータ固定金具に限られず、ヒータの横方向の振れ動きに
対して弾力性を持たせるために弾性部材を介して支承す
る他の支承手段も有利に採用できるが、更にはヒータを
上記他の酸素センサ部材に例えば封着用ガラスを用いて
一体状に固定してもよい。又、ヒータの接続端子パター
ンと該ヒータに電源電圧を印加するための端子金具との
接続方法も実施例で採用したロウ付け方法に限られず、
例えばソケット嵌め込み方式であってもよい。
ではない。例えば、上記実施例では発熱抵抗体用金属質
厚膜パターンを厚み方向を向く両表面の近くか又はこれ
と直交する両側面の近くに且つこれらの面に沿う様にし
て設けたが、本発明ではこの配置に限られるものではな
い。又、セラミックヒータ本体は中実に形成したが、大
気を基準酸素分圧源として固体電解質管内面電極に導く
ための小径の貫通孔を中心部に設けることもできる。
又、棒状セラミックヒータを酸素センサの袋管状固体電
解質管の開口端側又はそれとの間が一体状に固定された
他の酸素センサ部材を介して支承する手段も実施例のヒ
ータ固定金具に限られず、ヒータの横方向の振れ動きに
対して弾力性を持たせるために弾性部材を介して支承す
る他の支承手段も有利に採用できるが、更にはヒータを
上記他の酸素センサ部材に例えば封着用ガラスを用いて
一体状に固定してもよい。又、ヒータの接続端子パター
ンと該ヒータに電源電圧を印加するための端子金具との
接続方法も実施例で採用したロウ付け方法に限られず、
例えばソケット嵌め込み方式であってもよい。
【図１】本発明の棒状セラミックヒータの断面形状の基
礎となる断面形状（ａ×ｂ）についてその形状ｂ／ａを
変化させた場合の、ｂ／ａ＝１の場合の抗折力に対する
抗折力の比（弾性梁とした計算結果）の変化の模様を示
す参考図である。
礎となる断面形状（ａ×ｂ）についてその形状ｂ／ａを
変化させた場合の、ｂ／ａ＝１の場合の抗折力に対する
抗折力の比（弾性梁とした計算結果）の変化の模様を示
す参考図である。
【図２】第１実施例の棒状セラミックヒータの斜視図
（Ａ）と、発熱部の断面図（Ｂ）である。
（Ａ）と、発熱部の断面図（Ｂ）である。
【図３】第１実施例の棒状セラミックヒータ内部に設け
られた金属質発熱抵抗体厚膜パターンの配置、接続状態
を説明するための図である。
られた金属質発熱抵抗体厚膜パターンの配置、接続状態
を説明するための図である。
【図４】第２実施例の棒状セラミックヒータの発熱部の
断面図である。
断面図である。
【図５】第２実施例の棒状セラミックヒータ内部に設け
られた金属質発熱抵抗体厚膜パターンの配置、接続状態
を説明するための図である。
られた金属質発熱抵抗体厚膜パターンの配置、接続状態
を説明するための図である。
【図６】第１及び第２実施例のセラミックヒータに対し
て採用した端子金具、及び該ヒータを袋管状の酸素イオ
ン伝導性固体電解質管酸素センサの該管内に深く挿入し
た状態で該管の開口端側において弾力的に支承するため
のヒータ固定金具の説明図である。（Ａ）はセラミック
ヒータに端子金具及びヒータ固定金具を装着した状態の
正面図、（Ｂ）はヒータ固定金具を最終的に成形する前
段階の金属板打ち抜き状態を示す図、（Ｃ）はヒータ固
定金具に取り付けられたセラミックヒータを固体電解質
管の開口内に装着した状態の断面図（Ｅ−Ｅ断面）であ
る。
て採用した端子金具、及び該ヒータを袋管状の酸素イオ
ン伝導性固体電解質管酸素センサの該管内に深く挿入し
た状態で該管の開口端側において弾力的に支承するため
のヒータ固定金具の説明図である。（Ａ）はセラミック
ヒータに端子金具及びヒータ固定金具を装着した状態の
正面図、（Ｂ）はヒータ固定金具を最終的に成形する前
段階の金属板打ち抜き状態を示す図、（Ｃ）はヒータ固
定金具に取り付けられたセラミックヒータを固体電解質
管の開口内に装着した状態の断面図（Ｅ−Ｅ断面）であ
る。
【図７】第１及び第２実施例のセラミックヒータにおい
て採用した酸素センサへの組付状態を示す図である。
て採用した酸素センサへの組付状態を示す図である。
【図８】従来の酸素センサ用棒状セラミックヒータの構
造説明図である。
造説明図である。
１００：棒状セラミックヒータ
１０６、１０７、１１７〜１２１：金属質発熱抵抗体厚
膜パターン ｂ：棒状セラミックヒータの厚みを限界する一方の対向
表面間の寸法（厚み寸法） ａ：棒状セラミックヒータの巾を限界する他方の対向表
面間の寸法（巾寸法） ４０：袋管状固体電解質管
膜パターン ｂ：棒状セラミックヒータの厚みを限界する一方の対向
表面間の寸法（厚み寸法） ａ：棒状セラミックヒータの巾を限界する他方の対向表
面間の寸法（巾寸法） ４０：袋管状固体電解質管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/409
H05B 3/02 - 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】 内外面に電極層が被着された袋管状の酸
素イオン伝導性固体電解質管を備えた酸素センサの該管
内に深く挿入するとともに該管の開口端部又は該管との
間が一体状に固定された他の酸素センサ部材を介して支
承して用いる酸素センサ用棒状セラミックヒータにおい
て、厚みを限界する一方の対向表面間の厚み寸法ｂの上
記対向表面と直交して巾を限界する他方の対向表面間の
巾寸法ａに対する比が１以下０．７５以上の値を持つ柱
体の形状とするとともに、金属質発熱抵抗体厚膜パター
ンを上記厚みを限界する表面に平行に配置埋設してなる
ことを特徴とする酸素センサ用棒状セラミックヒータ。 - 【請求項２】 稜部の少なくとも一部に丸み付けが施さ
れたことを特徴とする請求項１記載の酸素センサ用棒状
セラミックヒータ。 - 【請求項３】 発熱抵抗体用金属質厚膜パターンを挟ん
でセラミック生シートを積層圧着した後切断して積層体
を得る段階と、上記積層体を焼成して、厚みを限界する
一方の対向表面間の厚み寸法ｂの上記対向表面と直交し
て巾を限界する他方の対向表面間の巾寸法ａに対する比
が１以下０．７５以上の値を持つ柱体の形状とするとと
もに、上記金属質発熱抵抗体厚膜パターンを上記厚みを
限界する対向表面に平行に配置埋設した構造体を得る段
階とからなることを特徴とする酸素センサ用棒状セラミ
ックヒータの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20277493A JP3401648B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法 |
| US08/278,958 US5451748A (en) | 1993-07-23 | 1994-07-22 | Ceramic heater for oxygen sensor of the type having oxygen ion conductive tube of solid electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20277493A JP3401648B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0735723A JPH0735723A (ja) | 1995-02-07 |
| JP3401648B2 true JP3401648B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=16462964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20277493A Expired - Fee Related JP3401648B2 (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | 酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3401648B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3334479B2 (ja) * | 1996-01-25 | 2002-10-15 | 株式会社デンソー | ヒータ付空燃比センサの組付方法 |
| US6036829A (en) * | 1997-02-10 | 2000-03-14 | Denso Corporation | Oxygen sensor |
| US6073340A (en) * | 1997-05-29 | 2000-06-13 | Denso Corporation | Method of producing lamination type ceramic heater |
| US5990463A (en) * | 1997-06-13 | 1999-11-23 | Denso Corporation | Oxygen sensor element holding lamination type ceramic heater |
| US6236027B1 (en) * | 1999-03-26 | 2001-05-22 | Ibiden Co., Ltd. | Ceramic heater |
| JP2000277240A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Ibiden Co Ltd | セラミックヒーター |
| JP2000286045A (ja) * | 1999-03-29 | 2000-10-13 | Ibiden Co Ltd | セラミックヒーター |
| AU2001237323A1 (en) * | 2000-02-01 | 2001-08-14 | E.G.O. Elektro-Geratebau Gmbh | Electric heating element and method for the production thereof |
| US20020074327A1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-06-20 | Chen David K. | Gas sensor with a heater having a round to rectangular cross sectional transition and method of manufacture |
| US7982166B2 (en) * | 2003-12-24 | 2011-07-19 | Kyocera Corporation | Ceramic heater and method for manufacturing the same |
| GB2429892B (en) * | 2004-05-27 | 2008-05-21 | Kyocera Corp | Ceramic heater,and oxygen sensor and hair iron using the ceramic heater |
| US20090206069A1 (en) * | 2007-09-23 | 2009-08-20 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Heating element systems |
| JP6234847B2 (ja) * | 2014-03-10 | 2017-11-22 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサの組立方法およびガスセンサの組立装置 |
| JP6405122B2 (ja) * | 2014-06-03 | 2018-10-17 | イビデン株式会社 | カーボンヒータ、ヒータユニット、焼成炉及び珪素含有多孔質セラミック焼成体の製造方法 |
| JP6568433B2 (ja) * | 2015-09-09 | 2019-08-28 | イビデン株式会社 | セラミックヒーターの製造方法 |
| CN108617040B (zh) * | 2018-06-06 | 2021-02-02 | 南平市弘毅电子科技有限公司 | 陶瓷芯电极引线陶瓷加热棒及其制作方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4414531A (en) * | 1982-09-30 | 1983-11-08 | Ford Motor Company | Partial pressure of oxygen sensor-I |
| JPS5991357A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ヒ−タ付酸素センサ |
| JPS59175168U (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-22 | 日本碍子株式会社 | 加熱器付酸素濃度検出器 |
| US4591423A (en) * | 1984-03-16 | 1986-05-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor |
| JPS6163575A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-04-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 耐落下衝撃性の高い、セラミツク基板 |
| JPS61109289A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-27 | 日本碍子株式会社 | セラミツクヒ−タおよびその製造方法 |
| DE3525903A1 (de) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Ngk Spark Plug Co | Gassonde |
| JP2535372B2 (ja) * | 1988-03-09 | 1996-09-18 | 日本碍子株式会社 | セラミック・ヒ―タ及び電気化学的素子並びに酸素分析装置 |
| US5264181A (en) * | 1992-01-24 | 1993-11-23 | Robert Schreiber | Occult blood testing device |
-
1993
- 1993-07-23 JP JP20277493A patent/JP3401648B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-07-22 US US08/278,958 patent/US5451748A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5451748A (en) | 1995-09-19 |
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