JPH04184158A - 酸素センサー - Google Patents
酸素センサーInfo
- Publication number
- JPH04184158A JPH04184158A JP31016590A JP31016590A JPH04184158A JP H04184158 A JPH04184158 A JP H04184158A JP 31016590 A JP31016590 A JP 31016590A JP 31016590 A JP31016590 A JP 31016590A JP H04184158 A JPH04184158 A JP H04184158A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistance
- electrode
- titania
- resistor
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は酸素センサーに関する。
チタニアはｎ形半導体で、抵抗値が雰囲気中の酸素分圧
に依存する性質が自動車用酸素センサーに応用されてい
る。しかしながら、チタニアの抵抗値は酸素分圧だけで
なく温度に対しても強い依存性を示すため、作動温度範
囲が約３５０〜４００℃と狭く、自動車の排ガス温度４
００〜９００℃の全範囲でセンサーを作動させることが
困難であるという問題がある。第９図にチタニア抵抗の
温度依存性を示す。また、第１０図にセンサーのデユー
ティ比（リッチとリーンの出力時間比）を示す。
に依存する性質が自動車用酸素センサーに応用されてい
る。しかしながら、チタニアの抵抗値は酸素分圧だけで
なく温度に対しても強い依存性を示すため、作動温度範
囲が約３５０〜４００℃と狭く、自動車の排ガス温度４
００〜９００℃の全範囲でセンサーを作動させることが
困難であるという問題がある。第９図にチタニア抵抗の
温度依存性を示す。また、第１０図にセンサーのデユー
ティ比（リッチとリーンの出力時間比）を示す。
そこで、基板中にヒータを内蔵してセンサーの温度を制
御することが提案されている。
御することが提案されている。
また、チタニア酸素センサーの温度特性を補償するため
に、センサー素子としてのチタニアと別に、排ガス雰囲
気から遮断したチタニアサーミスタ素子を直列に設ける
ことが提案されている。すなわち、未焼成アルミナ基板
とふたとなる未焼成アルミナ基板の間にチタニアを挟ん
で焼成してサーミスタとしたり、焼成済アルミナ基板上
にチタニアサーミスタを形成した後、ガラスシールして
いる。
に、センサー素子としてのチタニアと別に、排ガス雰囲
気から遮断したチタニアサーミスタ素子を直列に設ける
ことが提案されている。すなわち、未焼成アルミナ基板
とふたとなる未焼成アルミナ基板の間にチタニアを挟ん
で焼成してサーミスタとしたり、焼成済アルミナ基板上
にチタニアサーミスタを形成した後、ガラスシールして
いる。
基板中にヒータを内蔵してセンサー温度を制御する方法
は、排ガス温度が低い場合は有効であるが、高温側は制
御できず、なりゆきとなる欠点がある。
は、排ガス温度が低い場合は有効であるが、高温側は制
御できず、なりゆきとなる欠点がある。
また、アルミナ基板中にチタニアサーミスタを一体焼成
する方法は、チタニアの融点が低いので焼成時にチタニ
アが融解したり、アルミナ基板中が還元π囲気のために
チタニアサーミスタの抵抗が低くなりすぎて抵抗の調整
が困難である欠点がある。また、基板焼成後にチタニア
サーミスタを形成する方法は、ガラスシールが熱衝撃で
割れたり、ガラスの抵抗がノイズとなる問題がある。
する方法は、チタニアの融点が低いので焼成時にチタニ
アが融解したり、アルミナ基板中が還元π囲気のために
チタニアサーミスタの抵抗が低くなりすぎて抵抗の調整
が困難である欠点がある。また、基板焼成後にチタニア
サーミスタを形成する方法は、ガラスシールが熱衝撃で
割れたり、ガラスの抵抗がノイズとなる問題がある。
そこで、本発明はこれらの問題点のない酸素センサーを
提供することを目的とする。
提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、アルミナ基板上
に感ガス抵抗用電極と基準抵抗用電極とを直列に配し、
感ガス抵抗用電極間上にチタニア層を設けてチタニア感
ガス抵抗とし、かつ基準抵抗としてアルミナ基板の抵抗
を利用したことを特徴とする酸素センサーを提供する。
に感ガス抵抗用電極と基準抵抗用電極とを直列に配し、
感ガス抵抗用電極間上にチタニア層を設けてチタニア感
ガス抵抗とし、かつ基準抵抗としてアルミナ基板の抵抗
を利用したことを特徴とする酸素センサーを提供する。
すなわち、基準抵抗をサーミスタとして可変とする第６
図の如き回路の酸素センサーにおいて、そのサーミスタ
としてアルミナ基板自体の抵抗を利用するものである。
図の如き回路の酸素センサーにおいて、そのサーミスタ
としてアルミナ基板自体の抵抗を利用するものである。
通常の厚膜基板に用いられるアルミナ基板の体積抵抗率
は５００℃で１０９Ωｃｍ、７００℃で１０７Ωｃｍ程
度であり、チタニア抵抗の温度依存性に近いので、チタ
ニア感ガス抵抗の基準抵抗用サーミスタとして適してい
る。しかも、アルミナ基板とふた（アルミナ）の間に電
極を形成するだけでよいので、特別のシール材は不要で
ありかつ基板焼成時にも劣化の問題がない。
は５００℃で１０９Ωｃｍ、７００℃で１０７Ωｃｍ程
度であり、チタニア抵抗の温度依存性に近いので、チタ
ニア感ガス抵抗の基準抵抗用サーミスタとして適してい
る。しかも、アルミナ基板とふた（アルミナ）の間に電
極を形成するだけでよいので、特別のシール材は不要で
ありかつ基板焼成時にも劣化の問題がない。
９６％アルミナ粉に有機バインダーを混合し、ドクター
ブレード法で厚さ５００庫のアルミナグリーンシートを
成形した。このシート１に第１図のような電極パターン
２，３．４を白金ペースト印刷により形成し幅４ ［０
１１１、長さ４０ｍｍに切断した。この時、ＴｉＤ□抵
抗用電極ギャップＬ１ を１鮒とし基準抵抗用ギー？７
プＬ３を０．０５ｍｍ 、 ０．１ ｍ１０．２ ｍｍ
。
ブレード法で厚さ５００庫のアルミナグリーンシートを
成形した。このシート１に第１図のような電極パターン
２，３．４を白金ペースト印刷により形成し幅４ ［０
１１１、長さ４０ｍｍに切断した。この時、ＴｉＤ□抵
抗用電極ギャップＬ１ を１鮒とし基準抵抗用ギー？７
プＬ３を０．０５ｍｍ 、 ０．１ ｍ１０．２ ｍｍ
。
０．３証と４種類形成した。又、基準抵抗用電極線幅り
、は０．５ ｍｍとし、ＴｌＯ２抵抗用電極長さＬ２は
ｌ ｍ＋ｎとした。
、は０．５ ｍｍとし、ＴｌＯ２抵抗用電極長さＬ２は
ｌ ｍ＋ｎとした。
チタニア抵抗及び基準抵抗はＬｌ及びＬ３に比例し、Ｌ
２及びＬ４に逆比例する。したがって、チタニア及びア
ルミナの固有抵抗にＬｌ／Ｌ２及びＬ ３ ／ Ｌ ４
を乗じた値でそれぞれの抵抗値が決まる。今回の場合、
第７図を参照すると、チタニアのリッチ及びリーン抵抗
の間に基準抵抗を入れる必要があるので、Ｌｌ ／Ｌ３
ＸＬ４ ／Ｌ２（この値をＡとする）の値が重要とな
る。本実施例ではＡを１０．５ 、２．５ 、１．７と
４種類形成した事になる。
２及びＬ４に逆比例する。したがって、チタニア及びア
ルミナの固有抵抗にＬｌ／Ｌ２及びＬ ３ ／ Ｌ ４
を乗じた値でそれぞれの抵抗値が決まる。今回の場合、
第７図を参照すると、チタニアのリッチ及びリーン抵抗
の間に基準抵抗を入れる必要があるので、Ｌｌ ／Ｌ３
ＸＬ４ ／Ｌ２（この値をＡとする）の値が重要とな
る。本実施例ではＡを１０．５ 、２．５ 、１．７と
４種類形成した事になる。
この電極シート１及びＴｉｅ２抵抗用電極の長さを決め
る為のアルミナグリーンシートによる窓枠シート５及び
カバーシート６と白金リード線７を第２図のように積層
し、８０℃で加熱圧着した。この積層体を５００℃まで
５℃／Ｈｒで昇温脱脂しその後２００℃／Ｈｒで昇温、
１５００℃で２時間焼成しアルミナ基板を作成した。こ
のアルミナ基板の窓枠部にチタニア粉末と５ｗｔ％の白
金ブラックと有機バインダーを混合したチタニアペース
トを厚す２００Ｊ−塗布し１２００℃で２時間焼成し感
ガス層８を形成した（第３〜５図）。
る為のアルミナグリーンシートによる窓枠シート５及び
カバーシート６と白金リード線７を第２図のように積層
し、８０℃で加熱圧着した。この積層体を５００℃まで
５℃／Ｈｒで昇温脱脂しその後２００℃／Ｈｒで昇温、
１５００℃で２時間焼成しアルミナ基板を作成した。こ
のアルミナ基板の窓枠部にチタニア粉末と５ｗｔ％の白
金ブラックと有機バインダーを混合したチタニアペース
トを厚す２００Ｊ−塗布し１２００℃で２時間焼成し感
ガス層８を形成した（第３〜５図）。
それぞれの素子についてチタニアのリッチ及びリーン抵
抗と基準抵抗を測定した結果を第７図に示す。これによ
るとＡ＝５の時４００〜１０００℃の間で基準抵抗がチ
タニアのりッチーリーン抵抗の間にあり良好である事が
分かった。又、Ａの値と基準抵抗値はほぼ比例関係にあ
り、Ａが３〜８０間であれば良い事がわかった。Ａ＝５
の素子においてセンサー素子温度とデユーティ−比（リ
ッチ出力時間／（リッチ出力時間子リッチ出力時間）×
１００）の関係を調べたく第８図）。これによれば本発
明品は４００〜９００℃の間（自動車の排ガス温度範囲
）でデユーティ−比が５０±２％以内と非常に良好な値
であった。
抗と基準抵抗を測定した結果を第７図に示す。これによ
るとＡ＝５の時４００〜１０００℃の間で基準抵抗がチ
タニアのりッチーリーン抵抗の間にあり良好である事が
分かった。又、Ａの値と基準抵抗値はほぼ比例関係にあ
り、Ａが３〜８０間であれば良い事がわかった。Ａ＝５
の素子においてセンサー素子温度とデユーティ−比（リ
ッチ出力時間／（リッチ出力時間子リッチ出力時間）×
１００）の関係を調べたく第８図）。これによれば本発
明品は４００〜９００℃の間（自動車の排ガス温度範囲
）でデユーティ−比が５０±２％以内と非常に良好な値
であった。
このようにアルミナ基板自身を基準抵抗用サーミスタと
するとセンサー素子先端部に容易に印刷形状だけで形成
する事ができる。
するとセンサー素子先端部に容易に印刷形状だけで形成
する事ができる。
従来温度依存性が大きかった為にヒータを内蔵していた
が本発明品は温度依存性がほとんどない為にヒータを内
蔵する必要がない。その為にヒータをコントロールする
回路が不要となったり、センサー素子も小型化できセン
サーコストは大幅に低減できる。また、チタニアサーミ
スタを用いる場合のように、焼成時にサーミスタが劣化
したり、ガスシールが不完成という欠点もない。すなわ
ち、簡単な構成でかつ自動車排ガスの全温度範囲で使用
できる酸素センサーが提供される。
が本発明品は温度依存性がほとんどない為にヒータを内
蔵する必要がない。その為にヒータをコントロールする
回路が不要となったり、センサー素子も小型化できセン
サーコストは大幅に低減できる。また、チタニアサーミ
スタを用いる場合のように、焼成時にサーミスタが劣化
したり、ガスシールが不完成という欠点もない。すなわ
ち、簡単な構成でかつ自動車排ガスの全温度範囲で使用
できる酸素センサーが提供される。
第１〜５図は実施例のセンサーの電極パターン図、組立
図、平面図及び断面図、第６図は実施例のセンサーの電
気回路図、第７〜８図は実施例のセンサーの特性図、第
９〜１０図は従来例のセンサーの特性図である。 １・・・アルミナ基板、 ２．３．４・・・電極、
５・・・窓枠シート、 ６・・・カバーシート、
７・・・リード線、 訃・・チタニア感ガス層
。
図、平面図及び断面図、第６図は実施例のセンサーの電
気回路図、第７〜８図は実施例のセンサーの特性図、第
９〜１０図は従来例のセンサーの特性図である。 １・・・アルミナ基板、 ２．３．４・・・電極、
５・・・窓枠シート、 ６・・・カバーシート、
７・・・リード線、 訃・・チタニア感ガス層
。
Claims (1)
- １、アルミナ基板上に感ガス抵抗用電極と基準抵抗用電
極とを直列に配し、感ガス抵抗用電極間上にチタニア層
を設けてチタニア感ガス抵抗とし、かつ基準抵抗として
アルミナ基板の抵抗を利用したことを特徴とする酸素セ
ンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31016590A JPH04184158A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | 酸素センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31016590A JPH04184158A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | 酸素センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04184158A true JPH04184158A (ja) | 1992-07-01 |
Family
ID=18001947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31016590A Pending JPH04184158A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | 酸素センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04184158A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013530396A (ja) * | 2010-06-04 | 2013-07-25 | デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 低コスト同時焼成センサ加熱回路 |
-
1990
- 1990-11-17 JP JP31016590A patent/JPH04184158A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013530396A (ja) * | 2010-06-04 | 2013-07-25 | デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | 低コスト同時焼成センサ加熱回路 |
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