JPH04151550A - ヒータ付酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、内燃機関等の排気ガス中の酸素濃度を測定す
るヒータ付酸素センサに関する。

（従来技術） 従来から、自動車等の排気ガスを所定のレベルに規制す
るために酸素センサにより排気ガス中の酸素濃度を実測
しこの情報を空燃比調整系にフィドバソクして空気と燃
料の比率を理論空燃比に調整することが行われている。

かかる酸素センサの作動原理は、被測定側の酸素濃度と
基準側（空気中）の酸素濃度の比に応じて生ずる起電力
により被測定側の酸素濃度を検知するというものである
。

このような酸素センサは、エンジン稼働時の４００゛Ｃ
以上の高温域では問題ないが、エンジン始動時ないしは
排気ガス温度が３５０°Ｃ以下と低い場合は、起電力が
うまく測定できず空燃比の調整ができないという問題が
あった。

この点を改良するため、酸素センサの取付位置を排気ガ
ス温度が高いエンジン直下の排気管にしたりすることも
行われているが、一般には酸素センサにヒータを一体化
しセンサの作動性を向上させるということが行われてい
る。

そこで、従来における代表的なヒータ付酸素センサの斜
視図を第５図に示した。

第５図によれば、固体電解質３１の表面に測定用電極３
２と基準用電極３３が被着され、セル部３４が形成され
た長尺状の酸素センサ本体Ａと、内部に発熱体３５が絶
縁体３６中に埋設された長尺状ヒータ本体Ｂが積層一体
化されている。かかるセンサは、各本体を同時に焼成す
ることにより一体化するかあるいはそれぞれ個別に作製
した後に接着し積層一体化することにより作製される。

この積層タイプのセンサは、センサ全体を小型化できる
のでヒータによる加熱効率を上げるために非常に効果が
期待できる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、かかる積層タイプのセンサは、酸素センサ本体
Ａ及びヒータ本体Ｂのそれぞれが使用条件において破損
しない程度の強度が要求されるために適度の厚みをもっ
て形成されている。そのために第５図のようにセル部４
がヒータＢと反対側に被着形成されたタイプでは、セル
部４の温度を使用温度である、例えば８００°Ｃ程度ま
で加熱するのに非常に大きな出力を要し、積層型として
の省エネのメリットが発揮できないという問題があった
。

（発明の目的） よって、本発明の目的は、上記積層タイプのヒータ付酸
素センサにおいて、センサ本体およびヒータ本体側々の
強度を低下させることなく、ヒータによりセル部の加熱
を効率的に行うことによりヒータの消費電力を低減した
センサを提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、上記の問題点に対し検討を重ねた結果、
ヒータによりセンサに対してヒータに近接するほど温度
が高くなるような温度分布に着目し、センサのセル部を
従来のヒータの反対側からヒータとの取付は面側に形成
するとともに、電極取付は位置に対応するヒータの発熱
部の絶縁層の厚みを薄くして、電極をヒータに非接触に
形成することにより、前記目的が達成できることを知見
した。

（作用） 上記の構成によれば、センサセル部がヒータ本体との取
付は面側に形成するとともに、ヒータ本体の発熱部にお
ける絶縁層の厚みを薄くすることにより、発熱体から発
生した熱は、絶縁層による熱損失量が低減され、酸素セ
ンサセル部は効率的に加熱されることにより、ヒータへ
の低消費電力化が図られる。

また、センサセル部とヒータの間に間隔を設けることに
より、センサセル部電極がヒータとの接触により摩耗す
る様な問題を防止することができる。

（実施例） 以下、本発明を第１図乃至第４図を基に説明する。

第１図は、本発明のヒータ付き酸素センサの一実施例の
断面図である。

第１図は、本発明の一実施例を示す分解斜視図である。

図中、Ａは酸素センサ本体、Ｂはヒータ本体である。酸
素センサ本体Ａは、ジルコニア等から形成される固体電
解質板１と、その表面に被着形成された測定用電極２お
よび基準用電極３から構成されるセル部４と、該セル部
４と電気的に接続されセル部４から発生した起電力を取
り出すためのリード部５から構成される。固体電解質板
１には、大気導入口６が形成され、測定用電極２は排気
ガス等の被測定ガスと接するように、また基準用電極３
は大気導入口６を通じて大気と接するように構成されて
いる。

なお、測定用電極２は固体電解質１のヒータ本体Ｂとの
取付は面７と同一平面上に形成されている。

一方、ヒータ本体Ｂは、アルミナ等のセラミックからな
る絶縁体８中にＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、ＰＬ等の発熱体９が埋
設された発熱部１０と、該発熱部１０に電力を供給する
ためのリード部１１から構成される。

ヒータの発熱部１０のセンサとの取付は面側の絶縁体８
の外表面には凹部１２を形成されている。

この凹部１２は、第２回の要部断面図に示すように、埋
設された発熱体９が露出しない程度の厚みに形成され、
具体的には、発熱体９が絶縁体８のほぼ中心部に形成さ
れている場合、凹部の深さｌは全体の厚みＬに対して１
／３以下となるように形成される。これはヒータの発熱
部１０において所定の強度を維持するためのものである
。

また、この凹部は第１図のようにヒータ本体Ｂの端面１
３で開放するように形成される。

上記酸素センサ本体Ａとヒータ本体Ｂとは、センサの測
定用電極２とヒータの凹部１２とが対向するようにして
積層一体化される。

かかる構成によれば、測定用電極２はヒータの凹部１２
とセンサ本体Ａの取付は面７によって形成される孔を通
じて被測定ガスと接することができる。また、センサセ
ル部３は、発熱部４と近接して設けられるとともに、発
熱部４における絶縁体８の厚みが薄いことにより発熱体
９から発生した熱は低損失で、セル部３に到達すること
からセル部３は効率的に加熱される。よって、ヒータ発
熱体９に供給される電力を極力低減することができるの
である。

かかるセラミックヒータを作製する方法としては、例え
ば、酸素センサ本体Ａの作製にあたっていは、原料とし
てジルコニア質原料を用い、これを従来から用いられて
いる任意の方法、例えばプレス法、ドクターブレード法
等によって第３図に示すようなグリーンシート１４．１
５．１６を用意する。グリーンシート１４の表面にはＰ
ｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等からなる電極形成用ペーストをスクリ
ーン印刷法等により測定用電極パターン１７および基準
電極用パターン１８およびリードパターン１９が被着形
成される。またグリーンシート１５は、その中央部に大
気導入口を形成するための孔２０が形成される。さらに
グリーンシート１４は大気導入孔を外気と導通させるた
めの孔２１およびリードパターン１９と電気的に導通さ
れた端子電極パターン２２が形成される。これらのグリ
ーンシートを積層圧着して酸素センサ本体成形体を作製
した後、各ペーストおよび固体電解質が焼成する温度に
て同時に焼成することにより得ることができる。

一方、ヒータ本体は第４図に示すようにアルミナ等の絶
縁性セラミックグリーンシート２３の表面にＷ、Ｍｏ、
Ｐｔ等の高融点金属粉末を含有するペーストを用いてス
クリーン印刷法等により抵抗発熱部パターン２４および
リード部パターン２５を形成するか、または上記の高融
点金属からなる金属線を配置する。グリーンシート２３
上に形成された発熱部２４およびリード部２５の上にグ
リーンシート２３よりも厚みの薄いグリーンシート２６
を積層し、さらにグリーンシート２６の上に図示するよ
うに発熱部２４に対応する部分が除去された孔部２７を
有するグリーンシート２８を積層する。

次に、これらのグリーンシートを圧着しセラミックおよ
び高融点金属がそれぞれ焼結するとともに密着するよう
な温度条件で焼成することにより得ることができる。

その後、上記のようにして得られた各本体をアルミナセ
メント等の耐熱性の接着材で積層一体化する。

また、他の方法としてはヒータ本体成形体を酸素センサ
本体成形体の焼成条件と同様のＡｒやＮ等の不活性雰囲
気で焼成可能なようにヒータの絶縁体をフォルステライ
ト、発熱体をＷ、Ｍｏ、Ｎｉ等により形成することによ
り、酸素センサ本体とヒータ本体とを１２５０〜１３５
０“Ｃの温度で同時に焼成し積層一体化することもでき
る。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明のヒータ付き酸素センサは
、酸素センサセル部がヒータの発熱体の近傍に設置され
ることによりセル部の加熱が効率的に行われるために発
熱体の電力消費を低減することができる。

また、酸素センサセル部は、被測定ガス流と直接接する
ことがないことから、電極と固体電解質場合によっては
さらに電極保護層の３種の材料から構成されるセンサセ
ル部への熱衝撃が緩和できるので、酸素センサの性能を
長期にわたり維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヒータ付酸素センサの一実施例を示す
分解斜視図、第２図は要部断面図、第３図は酸素センサ
本体の作製方法を説明するための分解斜視図、第４図は
ヒータ本体の作製方法を説明するための分解斜視図、第
５図は従来のヒータ付き酸素センサの斜視図である。 酸素センサ本体 ヒータ本体 固体電解質 測定用電極 基準用電極 セル部 リード部 絶縁体 発熱部 凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固体電解質の表面に測定用電極と基準用電極が形成され
   てなるセル部を具備した長尺状酸素センサ本体と、セラ
   ミック焼結体内部に発熱体を埋設してなる長尺状ヒータ
   本体とを積層一体化したヒータ付酸素センサにおいて、
   前記測定用電極が前記酸素センサ本体の前記ヒータ本体
   との取付面側に前記ヒータ本体と非接触で被着形成され
   ていることを特徴とするヒータ付酸素センサ。