JP6209126B2 - ヒータ、ガスセンサ素子およびガスセンサ - Google Patents
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Description
このような形態のヒータでは、ヒータの発熱部が最高温度に到達した際の、先端側屈曲部における温度が、発熱部における最高温度の90%以上100%以下である。つまり、発熱時には、発熱部全体が略均一な温度となる。そして、先端側屈曲部の厚みが、直線部の厚みよりも5%以上薄くなっている。そのため、直線部よりも、先端側屈曲部に対して、発熱による影響が強く及ぶことになる。しかし、上記形態のヒータでは、先端側屈曲部の幅が、直線部の幅の1.4倍以上であるため、先端側屈曲部の耐久性が高くなる。そのため、先端側屈曲部が転写性の低い状態で形成された場合であっても、先端側屈曲部において断線等の不具合が発生することが抑制される。よって、上記形態のヒータでは、先端側屈曲部の耐久性が向上するため、発熱抵抗比を高めて消費電力を低減させることが容易になる。よって、ヒータの消費電力の低減と耐久性の向上の両立を図ることができる。
このような形態では、先端側屈曲部の温度と発熱部の最高温度との差が小さいため、発熱部がコンパクトな構成となる。よって、ヒータの消費電力をより低減することが可能になる。
このような形態のヒータであれば、リード部において発熱することを抑制することができるので、消費電力をより低減することができる。
このような形態のヒータであれば、発熱部を小さくすることができるので、消費電力をより低減することができる。
このような形態のヒータであれば、発熱部を小さくすることができるので、消費電力をより低減することができる。
このような形態のガスセンサ素子であれば、消費電力の低減と耐久性の向上の両立を図ることができる。
このような形態のガスセンサであれば、消費電力の低減と耐久性の向上の両立を図ることができる。
図1は、ガスセンサ100の断面図である。図1において、図中下方が軸線AX方向の先端側を、図中上方が軸線AX方向の基端側を示す。このガスセンサ100は、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素の濃度を検出する全領域空燃比センサとして構成されている。
図2は、ガスセンサ素子120の分解斜視図である。ガスセンサ素子120は、軸線方向(図2では左右方向)に延びる板状のセンサセル130と、同じく軸線方向に延びる板状のヒータ160とが積層されることにより構成されている。センサセル130とヒータ160とは一体焼成されている。なお、図2においては、図中左側が図1における先端側、図中右側が基端側に対応する。
第1固体電解質層137、第1電極部138及び第2電極部140により、ポンプセル200が構成されている。
第2固体電解質層150、第3電極部151及び第4電極部153により、起電力セル300が構成されている。
図4には、ガスセンサ100に対して性能評価試験を行った結果を示した。この評価試験では、
(1)発熱部168を発熱させて発熱部168が最高温度T1に到達した際の、その最高温度T1に対する先端側屈曲部159aの温度T2の比(屈曲部温度比=T2/T1)と、
(2)直線部158の幅W2に対する先端側屈曲部159aの幅W1の比(屈曲部幅比=W1/W2)と、
を様々な条件に変化させたガスセンサ100のサンプルを各条件について10本ずつ用意し、それぞれの条件のサンプルについて耐久性と消費電力とを評価した。この評価試験では、第2セラミック基体162の温度を、放射温度計を用いて測定することで、発熱部168と先端側屈曲部159aとの温度を間接的に測定した。なお、いずれのサンプルについても、発熱抵抗比は75%であり、先端側屈曲部159aの厚みは、直線部158の厚みよりも5%薄くなっている。
上記実施形態のヒータ160は、全領域空燃比センサとして構成したガスセンサ100に限らず、ジルコニア酸素センサや、NOxセンサなど、他の種々のセンサに適用することができる。
101…プロテクタ
101c…導入孔
103…金属外筒
110…主体金具
110k…基端部
111…棚部
113…セラミックホルダ
114…第1粉末充填層
115…第2粉末充填層
116…金属カップ
117…加締リング
120…ガスセンサ素子
120a…第1板面
120b…第2板面
121…ガス検出部
123…ヒータ部
125…Ip電極パッド
126…COM電極パッド
127…Vs電極パッド
128,129…ヒータ用電極パッド
130…センサセル
131…保護層
132…多孔質体
137…第1固体電解質層
138…第1電極部
140…第2電極部
133,134,135,142,143,147,148,155,166,167…ビア導体
145…スペーサ
145c…ガス検出室
146…多孔質体
150…第2固体電解質層
151…第3電極部
153…第4電極部
158…直線部
159…屈曲部
159a…先端側屈曲部
159b…後端側屈曲部
160…ヒータ
161…第1セラミック基体
162…第2セラミック基体
163…発熱抵抗体
164,165…リード部
168…発熱部
170…セラミックスリーブ
170c…軸孔
180…接続体
181…セパレータ
181c…開口
182,183,184…センサ用接続端子
185,186…ヒータ用接続端子
190…付勢金具
191…グロメット
193,194,195…センサ用リード線
196,197…ヒータ用リード線
200…ポンプセル
300…起電力セル
AX…軸線
Claims (7)
- 一対のリード部と、自身の両端が該一対のリード部に接続された発熱部と、を有し、先後方向に延びるヒータであって、
前記発熱部は、先後方向に延びる複数の直線部と、該複数の直線部のうちの隣り合う2つの直線部を繋ぐ屈曲部のうち該直線部の先端側に位置する先端側屈曲部と、を有し、
前記リード部および前記発熱部を有する発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を配設するセラミック基体と、を備えるヒータにおいて、
前記発熱部を発熱させて該発熱部が最高温度に到達した際の、前記先端側屈曲部における温度が前記発熱部における前記最高温度の90%以上100%以下であり、
前記先端側屈曲部の厚みが、前記直線部の厚みよりも5%以上薄く、
前記先端側屈曲部の幅が、前記直線部の幅の1.4倍以上であることを特徴とするヒータ。 - 請求項1に記載のヒータであって、
前記発熱部を発熱させて該発熱部が最高温度に到達した際の、前記先端側屈曲部における温度が前記発熱部における前記最高温度の97%以上100%以下であることを特徴とするヒータ。 - 請求項1または請求項2に記載のヒータであって、
前記発熱部の抵抗値と前記一対のリード部の抵抗値の合計に対する、前記発熱部の抵抗値の割合が、75%以上であることを特徴とするヒータ。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のヒータであって、
前記先端側屈曲部の内径の曲率半径が0.20mm以下であることを特徴とするヒータ。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のヒータであって、
前記屈曲部と前記直線部とに外接する矩形領域内に、前記屈曲部と前記直線部とが占める面積の割合が、45%以上であることを特徴とするヒータ。 - 固体電解質層と、
前記固体電解質層の表面に形成された一対の電極を備え、被測定ガス中の特定ガス成分を検知するセンサセルと、
前記センサセルに直接または他部材を介して積層され、前記センサセルを加熱する請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のヒータと、
を備えるガスセンサ素子。 - 請求項6に記載のガスセンサ素子を具備したことを特徴とするガスセンサ。
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