JPH0544153B2

JPH0544153B2 -

Info

Publication number: JPH0544153B2
Application number: JP59228874A
Authority: JP
Inventors: Fujio Ishiguro; Hideo Maeda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1993-07-05
Also published as: DE3538460A1; US4697165A; JPS61109289A; DE3538460C2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、長尺平板状のセラミツク基体の先
端部に抵抗発熱体を設け、ヒータ単体あるいは加
熱型酸素センサの加熱器等として利用されるセラ
ミツクヒータに関し、特にその電源供給用のリー
ド部の改良に関する。

（従来の技術）従来、長尺棒状あるいは長尺平板状のセラミツ
ク基体の先端部に抵抗発熱体を設け、挿入型ヒー
タとして、あるいは加熱型酸素センサの加熱器と
してセラミツクヒータが広く用いられている。

殊に、自動車の排気中の酸素濃度を検出するた
めに用いられる酸素センサには、長尺平板状のセ
ラミツク板の先端に抵抗発熱体を設けたセラミツ
クヒータが検出素子と一体に形成され、これによ
つて検出部を加熱するようにしたものがある。

これは、例えば第６図、第７図に示すような構
成となつている。

第６図は酸素センサ素子４０の分解図であり、
この酸素センサ素子４０は、センサ部５０とヒー
タ部６０から概略構成されている。

センサ部５０は、ジルコニアを主成分とする酸
素イオン伝導性個体電解質からなる長尺平板状の
個体電解質板５１と、これと同一材質からなり、
一端から他端近傍まで溝５７を有する個体電解質
板５６とを重ね合わせて外殻が形成されている。

そして、上記平板状の個体電解質板５１の表面
一端には、白金等からなる多孔質の測定電極５２
が印刷により塗着されており、裏面には、個体電
解質板５１を挟んで測定電極５２と対抗するよう
に同材質の基準電極５５が塗着されている。

また、個体電解質板５１の両面には、上記各電
極５２，５５と同材質からなるリード５８，５９
が両電極５２，５５から個体電解質板５１の他端
へ至るまで帯状に塗着されており、その端部は、
基準電極端子５３および測定電極端子５４となつ
ている。

ヒータ部６０は、長尺平板状の２枚の絶縁セラ
ミツクス層６１，６２が重ね合わされ、この一端
部に抵抗発熱体６５が挟み込まれ、この抵抗発熱
体６５の両側から絶縁セラミツクス層６１，６２
の他端へ至るまで２本の帯状に走る導電性のリー
ド６６，６７が同様にして絶縁セラミツクス層６
１，６２の間に挟み込まれている。

そして、一方の絶縁セラミツクス層６２の長さ
は、他方６１よりも短いため、リード６６，６７
の端部が露出し、外部電源接続用の接続端子６
３，６４となつている。

このヒータ部６０は、上記センサ部片面に積層
固着されて、ヒータ付の酸素センサ素子４０が形
成される。

このような酸素センサ素子４０は、第７図に示
すように、その中間部を絶縁碍子７２ａの中央の
長手方向の角穴（図示せず）および、その排気ガ
ス等の被検ガスにさらされる検知部近傍の絶縁碍
子７２ｂの中央の長手方向に設けられた角穴（図
示せず）中にさしこまれることにより、位置決め
され円筒状の金属製保護管７１内に収容され、絶
縁碍子７２ａの上下に充填されたセメント、タル
ク、ガラス等の充填剤７３およびタルク等の充填
剤７８によつて固定されている。

保護管７１の先端部７１Ａは、多数の透孔７５
が形成されており、この先端部７１Ａ内に露出し
ている酸素センサ素子４０の先端部の測定電極５
２が外気に触れるようになつている。また、保護
管７１の後端部７１Ｂには、ゴム栓７６を貫通し
て差込まれたリード線７７ａ〜７７ｃと保護管７
７に導通されたアースリード線７７ｄとはコネク
タ碍子７４中に配置されたバネ性のつめ７９ａ〜
７９ｄに接続され、それぞれのつめが酸素センサ
素子４０に設けられているヒータ部６０の接続端
子６３，６４、基準電極端子５３、測定電極端子
５４にそれぞれ対応して接触し電気的導通がなさ
れている。

このような構成の酸素センサ７０は、例えば、
保護管７１の先端部７１Ａを自動車の排気管内に
挿入することによつて、排気ガス中の酸素濃度検
出に利用される。このとき、ヒータ部６０の抵抗
発熱体６５に通電がなされてセンサ部５０の電極
５２，５５の部分を加熱して能動化するようにな
つており、特に排気ガス温度が低い時、たとえば
500℃以下の時にはセンサの検出精度、応答性能
を高めることができる。

しかし排気ガス温度が高い時、たとえば900℃
程度の時には先端部７１Ａが高温となり、従つて
熱伝導によりコネクタ部もかなりの温度となり、
端子電線等が劣化するため、リード線７７ａ〜７
７ｄ、バネ性のつめ７９ａ〜７９ｄ等を保護し電
気的導通信頼性を高める必要性から、上記のよう
な長尺型の酸素センサ７０が有利となる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記のような長尺型の酸素セン
サにあつては、リード６６，６７が長くなるた
め、これらリード部６６，６７の抵抗値が大きく
なり、リード部６６，６７も含めたヒータ全体に
供給される電力の内、リード部で消費する電力量
が増大する。そして、酸素センサ素子検知部を所
定の温度以上に保つためには、リードの短い素子
と比較し多くの電力を要することになる。

従つて、上記酸素センサ７０のように、リード
６６，６７を抵抗発熱体６５と同一材質で形成し
た場合には、上記リード部での消費電力を低減す
るために、リード６６，６７の幅D₁を広くして
リード６６，６７の抵抗値を下げる方法が用いら
れる。

ところが、このようにリード６６，６７の幅を
広くすると、酸素センサ素子４０を焼成する場
合、すなわち、抵抗発熱体６５とリード６６，６
７を２枚の未焼成の絶縁セラミツクス層６１，６
２の間に挟み込み、さらに未焼成のセンサ部５０
と積層接着した状態で焼成する場合、上下の絶縁
セラミツクス層６１，６２の面積に対するリード
６６，６７の合計面積の割合が大きいため、上下
の絶縁セラミツクス層６１，６２が直接接合する
面積が少なくなり、（リード６６，６７が存在す
る部分では焼成後の接合力が弱い）焼成後の接合
強度が低下するとともに、リード６６，６７と絶
縁セラミツクス層６１，６２との焼成収縮率が通
常異るため、焼成後に反り、リードとセラミツク
層間のクラツク、若しくはリード又はセラミツク
層の剥離が生じることもある。

さらに、リード６６，６７の成分として貴金
属、たとえば白金が用いられるため、リード６
６，６７の幅を広くすると白金使用量が多くなり
コストアツプに繁がる。

以上のような問題は、長尺型の酸素センサに限
らず、例えばヒータ単体として用いる場合にも、
そのリード部分が長ければ問題となつて来る。

（問題点を解決するための手段）本発明は、長尺平板状のセラミツク板と、少な
くとも該セラミツク板の一端部近傍に設けられた
抵抗発熱体と、該抵抗発熱体から前記セラミツク板の他端部に
向つて設けられた該抵抗発熱体用長尺帯状導電性
リードとを備え、金属及びセラミツクスからなる導電材料によつ
て前記抵抗発熱体及び前記導電性リードが形成さ
れており、この導電性リードにおけるセラミツク
スの含有率を前記抵抗発熱体におけるセラミツク
スの含有率よりも小さくすることで、前記導電性
リードの比抵抗を前記抵抗発熱体の比抵抗よりも
小さくし、前記導電性リードの幅の合計値が前記セラミツ
ク板の幅の1/2以下であり、かつ前記導電性リー
ドと前記抵抗発熱体との抵抗値の総和に対する前
記抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％以上であるこ
とを特徴とするセラミツクヒータに係るものであ
る。

また、本発明は、長尺平板状の未焼成セラミツ
ク板の板面上の一端部に、焼成後には所定抵抗値
を有する抵抗発熱体となる導体ペーストを印刷に
より塗着する発熱体塗着工程と、前記未焼成セラミツク基板の板面上に、焼成後
には前記抵抗発熱体の導電性リードとなる導電性
ペーストを、前記抵抗発熱体の前記導体ペースト
から前記未焼成セラミツク基板の他端部に向つて
帯状に印刷によつて塗着するリード塗着工程と、
前記発熱体塗着工程及び前記リード塗着工程の後
に全体を焼成する焼成工程とを少なくとも含む、
セラミツクヒータの製造方法であつて、前記導体ペースト及び前記導電性ペーストがそ
れぞれ金属及びセラミツクスを含み、導電性ペー
ストにおけるセラミツクスの含有率を導体ペース
トにおけるセラミツクスの含有率よりも小さくす
ることで、焼成後の前記導電性リードの比抵抗を
前記抵抗発熱体の比抵抗よりも小さくし、焼成後
の前記導電性リードと前記抵抗発熱体との抵抗値
の総和に対する抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％
以上となり、かつ前記導電性リードの幅の合計値
が焼成後のセラミツクス基板の幅の1/2以下とな
るようにしたことを特徴とする、セラミツクヒー
タの製造方法に係るものである。

（作用）本発明によれば、導電性リードの幅の合計値が
セラミツク板の幅の1/2以下であるので、導電性
リード部を覆うセラミツク板同士の結合力が大き
く、かつ、導電性リード部がセラミツクヒータ面
内で占有する面積が少ないため、焼成後にセラミ
ツク板の反り、リードとセラミツク層との間のク
ラツク、リード又はセラミツク層の剥離が生じな
い。

また、導電性リードと抵抗発熱体との抵抗値の
総和に対する抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％以
上なので、入力される電力の50％以上が抵抗発熱
体における加熱エネルギーとして消費され、従つ
て少ない電力で効率良く加熱を行なうことができ
る。

しかも、金属及びセラミツクスからなる導電材
料によつて抵抗発熱体及び導電性リードを形成
し、導電性リードにおけるセラミツクスの添加量
を相対的に少なくし、抵抗発熱体におけるセラミ
ツクスの添加量を相対的に多くする。これにより
導電性リードの比抵抗が、抵抗発熱体の比抵抗よ
りも小さくなる。この結果、導電性リードの幅の
合計値をセラミツク板の幅の半分以下としても、
抵抗発熱体の抵抗値の比率を50％以上とすること
が可能になる。

そして、上記のように、導電性リードおよび抵
抗発熱体を形成するために、すくなくとも導体ペ
ーストを未焼成セラミツク板に印刷塗着した後に
焼成することによつて、ヒータ全体の接合力を強
化し、かつ比抵抗の調整を容易とすることができ
る。

（実施例）本発明のセラミツクヒータの第１実施例とし
て、前述したような長尺型の酸素センサに本発明
を適用した例を第１図に示す。なお、同図は、第
７図に示したものと同様の保護管７１内に収容さ
れる酸素センサ素子１を分解して示す図である。

センサ素子１は、第６図に示した酸素センサ素
子４０と同様に、センサ部５０とヒータ部１０と
から概略構成されており、センサ部５０は、第６
図に示したセンサ部５０と同一構成であるため、
同一構成部分に同一符号を付して説明は省略す
る。

ヒータ部１０は、第６図に示したヒータ部６０
と略同様の構成となつている。すなわち、長尺平
板状の２枚の絶縁セラミツクス層１１，１２が重
合され、この一端部に抵抗発熱体１５が挟み込ま
れている。上側の絶縁セラミツクス層１１の他端
部下面には、２つの外部電源接続用の接続端子１
３，１４が設けられており、これら接続端子１
３，１４と上記抵抗発熱体１５の両極を結ぶ２本
の帯状の導電性リード１６，１７が絶縁セラミツ
クス層１１，１２の間に挟みこまれている。ただ
し、下側の絶縁セラミツクス層１２の長さは、上
側のもの１１よりも短いため、上記接続端子１
３，１４と、リード１６，１７の一部が露出する
ことになる。なお接続端子１３，１４はこの実施
例の方法に限らず、リード１６，１７の端部をそ
のまま延長して使用しても良く、この時接続端子
１３，１４の幅は外部への電気的導通を確保する
のに必要とする幅であれば良く、リード１６，１
７の幅D₂と必ずしも一致しないでもよい。

上記センサ部５０とヒータ部１０は、一体化さ
れることによつて、一つの長尺平板状のセラミツ
ク板となり、言うなれば、このような構成部材が
積層されてなるセラミツク板内に、抵抗発熱体１
５およびリード１６，１７が埋設された形となつ
ている。

そして、本実施例では、上記リード１６，１７
の比抵抗が、抵抗発熱体１５の比抵抗に比して小
さく、かつ、リード１６，１７の幅D₂は、第６
図に示したリード６６，６７の幅D₁よりも細く
なつている（ただし、絶縁セラミツクス板１１，
１２の幅D₃は、第６図に示した絶縁セラミツク
ス層６１，６２の幅に等しい）。

具体的には、リード１６，１７の幅D₂は、絶
縁セラミツクス層１１，１２の幅D₃の1/4以下で
あり、両リード１６，１７の幅の合計値は、絶縁
セラミツクス層１１，１２の幅D₃の1/2以下とな
つている。

また、このような酸素センサ素子１を自動車の
排気ガス中の酸素濃度検出に用いる場合、セラミ
ツク板の寸法は、長さが50〜80mm、幅が４〜７mm
程度のものが適している。これは、長さがこれよ
り短いと、抵抗発熱体１５側の発生熱及び排気ガ
スから受ける熱が接続端子１３，１４側へ多く伝
わり、第７図に示したリード線７７ａ〜７７ｄ、
及びバネ性のつめ７９ａ〜７９ｄが必要以上に加
熱される虞れがあるからである。

このとき、リード１６，１７の幅D₂は、絶縁
セラミツクス板１１，１２の厚さが20〜50μｍ程
度であるため、1.5mm以下とするのが好ましく、
特にリード１６，１７中の金属含有量が80vol％
以上の場合には、幅D₂は１mm以下とするのが好
ましい。これは、リード１６，１７と絶縁セラミ
ツクス層１１，１２との接合力が弱いため、およ
び焼成時の収縮率の違いから、リード１６，１７
の存在する部分で絶縁セラミツクス層１１，１２
にクラツク（ひび割れ）が生じ易く、これを防止
するためである。

また、抵抗発熱体１５とリード１６，１７を２
枚の絶縁セラミツクス板１１，１２の間に挟み込
んである（すなわち、絶縁セラミツクス層１１，
１２の積層体中に埋設された形となつている）の
は、発熱に伴う劣化を低減し、寿命を延ばすのに
有利だからであり、従つて絶縁セラミツクス層は
多孔質よりも気密質であることが好ましい。

リード１６，１７の材質としては、例えば、白
金、ロジウム、パウジウム等白金族金属のうち一
種あるいは二種以上の合金もしくは混合物を主と
して用い、これにセラミツクスを適量混合させて
比抵抗の調整を行う。但し、セラミツクスの混合
量は、リード１６，１７があくまで導電性を有す
ることができるように調整される。

また、絶縁セラミツクス層１１，１２の材質と
しては、主としてジルコニアまたはアルミナのう
ち一方あるいは両方を主成分とするセラミツク材
料を用いる。また、ムライト、ステアタイト、コ
ージエライト、スピネル等のセラミツク材料を用
いても良い。

さらに、上記抵抗発熱体１５は正の抵抗温度係
数を有する導電体を用いるのが好ましい。これ
は、例えば、常温で抵抗発熱体１５の抵抗値とリ
ード１６，１７の合計抵抗値との比が１：１であ
つても、通電により抵抗発熱体１５の温度が上昇
すると抵抗発熱体１５の抵抗値が常温時よりも高
くなるため、抵抗発熱体１５の抵抗値がリード１
６，１７の合計抵抗値よりも大となり、入力され
る電力は大部分が抵抗発熱体１５の加熱エネルギ
ーとして消費され、少ない電力で効率良く加熱を
行うことができるためである。

また、通常、電源電圧は一定のものが用いられ
る（自動車では12V）ため、上記抵抗発熱体１５
の発熱量は、電流値によつて決定される。ここ
で、上記のように消費電力を削減することが可能
となれば、電流値を小さくすることができるため
通電用のリードワイヤの径や、たとえばバネ性の
つめと接続端子１３，１４との接点容量等も小さ
くすることができるか、またはすくなくとも信頼
性を向上させることができる。

また、上記理由から、一方の接続端子１３から
他方の接続端子１４に至る間の総抵抗値に対する
抵抗発熱体１５の抵抗値の比率は50％以上、好ま
しくは70％以上とする。

次に、上記のような酸素センサの具体的製造方
法の一例を第２図および第３図を用いて説明す
る。

ここで作成しようとする酸素センサは、長さ50
〜80mm、幅４〜７mmのものである。

先ず、ジルコニア粉末96mol％、イツトリア粉
末4mol％を合計１Kg秤量した後、ポリエチレン
ポツトにジルコニア玉石および蒸留水２を入
れ、ポツトミル架台で48時間混合粉砕し、これに
よつて生成したスラリーをステンレスパツトに入
れて乾燥して乾燥ケーキを作成する。次にこの乾
燥ケーキを電気炉中でアルミナのサヤ内に入れた
状態で1000℃、１時間仮焼する。これによつてで
きた仮焼体をアルミナロールの粉砕機で粗粉砕し
た後、ポリエチレンポツトにジルコニア玉石と前
記粗粉砕物を入れ、焼結助剤としてのアルミナ粉
末1.5wt％を添加してポツトミル架台で48時間乾
式粉砕することで、部分安定化ジルコニア粉末を
得る。

この部分安定化ジルコニア粉末に、バインダー
としてポリビニルブチラール6wt％、可塑剤6wt
％、有機溶剤としてブチルカルビトール50vol％、
ブタノール50vol％の混合溶剤を使用して、十分
に分散させた後、このスラリーをドクターブレー
ドによつて厚さ0.7mmのテープ状に成形する。

そして、このテープを所定寸法に切り出すこと
により、第１図に示したセンサ部５０を構成する
固体電解質板５１，５６の未焼成体を作る。

他方、白金粉末60vol％に、前記部分安定化ジ
ルコニア粉末40vol％を混ぜ、バインダーとして
エチルセルロース6wt％、溶剤としてブチルカル
ビトールを加えて導体ペーストを作成する。

上記固体電解質板５１，５６の未焼成体は第２
図１に示すように、３枚の板材２１，２６ａ，２
６ｂであり、そのうちの一枚２１の上下面にそれ
ぞれ上記導体ペーストを印刷により塗着し、焼成
後に基準電極５５となる部分２５、同じく測定電
極５２となる部分２２、リード５８，５９となる
部分２８，２９、基準電極端子５３となる部分２
３、測定電極端子５４となる部分２４を形成す
る。また、スルーホール２１ａ内周にも導体ペー
ストが塗布される。

そして、導体ペーストを十分に乾燥させた後、
３枚の固体電解質未焼成体２１，２６ａ，２６ｂ
を積層法により加圧接着し、第２図２のように１
つの板状となす。

次に、アルミナ粉末に、ポリビニルブチラール
6wt％、溶剤としてブチルカルビトールを加え絶
縁セラミツクス用ペーストを作成する。

また、白金粉末55vol％とアルミナ粉末45vol％
に、ポリビニルブチラール6wt％および溶剤とし
てブチルカルビトールを加えて抵抗発熱体用の導
体ペーストを作成する。

さらに、白金粉末85vol％とアルミナ粉末15vol
％に、ポリビニルブチラール6wt％および溶剤と
してブチルカルビトールを加え、リード及び接続
端子用導体ペーストを作成する。

そして、上記第２図２に示した積層体２０の裏
面に、上記絶縁セラミツクス用ペーストを印刷に
より薄く塗布して焼成後には絶縁セラミツクス層
１１となる層３１を形成する（第２図３に図示す
る）。

次に、第３図４に示すように、上記層３１の表
面上の一端部に、上記抵抗発熱体用の導体ペース
トを印刷により塗着して、焼成後には抵抗発熱体
１５となる部分３５を形成する。

次に、第３図５に示すように、上記層３１の表
面上に上記リード用導体ペーストを印刷により塗
着して、焼成後にリード１６，１７となる部分３
６，３７及び接続端子１３，１４となる部分３
３，３４を形成する。

次に、第３図６に示すように、上記層３１上
に、抵抗発熱体となる部分３５およびリードとな
る部分３６，３７を覆うように、前記絶縁セラミ
ツクス用ペーストを印刷によつて塗着し、焼成後
には絶縁セラミツクス層１２となる層３２を形成
する。

しかる後、全体を電気炉中に入れて、ジルコニ
アセツター上に置いた状態で、1450℃、６時間の
焼成を行うことにより、第１図に示した実施例の
構造を有する酸素センサ素子を得ることができ
る。

以上の方法で得られた酸素センサ素子の両接続
端子１３，１４間の抵抗値は、約15である、リ
ード１６，１７の常温での抵抗値は約５であつ
た。素子全体の寸法は、長さ約70mm、幅約4.5mm、
厚さ約1.6mmであり、リード１６，１７の幅は
各々約0.4mmであつた。

そして、焼成後に反りが生ずることもなく、し
かも、全体の接合強度も十分に強いものができ
た。また、リード１６，１７を覆う絶縁セラミツ
クスには、隙間やクラツクが生じることもなく気
密性は良好であつた。

さらに、上記方法で得られた酸素センサ素子を
用いた酸素センサ（第７図のように組立てる）を
自動車の排気管に装着し、排気ガス温300℃、空
燃比13.0のリツチ状態で、ヒータ部１０に直流
12Vを印加して、加熱電力4Wとした場合のセン
サ部５０の出力を測定したところ、約900mVと
良好な値を示した。

ここで、比較のために、上記リード１６，１７
に抵抗発熱体１５と同じ導体ペーストを用いて、
上記方法と同様にして焼成した酸素センサ素子を
製造してみたが、これは、リード１６，１７の存
在する側を背にして反り、以後の組立てが困難で
あつた。また、このようにリード１６，１７を抵
抗発熱体１５と同じ材料で形成する方法で、リー
ド１６，１７の抵抗値を上記方法で得たものと同
じ約５とするには、その幅を約1.5mmに広くす
る必要があり、これは、２本の合計幅が3.0mmと
なつてしまうこととなつて、素子幅4.5mmに対し
て1/2以上になる。

さらに、このようにリード１６，１７の幅を広
くしたものを焼成する際に、反りが生じることを
防止するために酸素センサ素子と略同寸法のジル
コニア板（約20ｇ）を‘おもし’として上に乗せ
た状態で焼成した場合、反りはあまり生じない
が、絶縁セラミツクス層にひび割れが生じてしま
つた。

次に、本発明の第２実施例として、酸素ポンプ
を備えた長尺型酸素センサに本発明を適用した例
を示す。第４図は、その酸素センサ素子の分解
図、第５図は同酸素センサのＶ−Ｖ横断面図であ
る。通常この酸素センサは酸素過剰の被検ガスの
酸素分圧の測定に使用される。

第４図に示す酸素センサ素子１００は、やは
り、センサ部９０とヒータ部８０とから概略構成
されている。

センサ部９０は、絶縁セラミツクス板９３を挟
んで互いに絶縁された２枚の酸素イオン伝導性固
体電解質板９２，９４が積層されており、上側の
固体電解質板９２の上面には、さらに一枚の固体
電解質板９１が積層されている。

上段の固体電解質板９１の上面の一端部に正極
の酸素ポンプ電極９５、他端部には接続端子１０
５が設けられ、両者間はリード１０１で結ばれて
いる。

そして、上段の固体電解質板９１と中段の固体
電解質板９２との間には、負極の酸素ポンプ電極
９６とリード１０２が挟み込まれており、酸素ポ
ンプ電極９６は、中段の固体電解質板９２の先端
部に設けられたキヤビテイ窓１１０に臨んでい
る。

下段の固体電解質板９４の上面には、測定電極
９７とリード１０３が設けられ、下面にはもう一
つの測定電極９８とリード１０４、および負極の
酸素ポンプ電極９６に導通する接続端子１０６
と、上記２つの測定電極９７，９８に導通する接
続端子１０７，１０８が設けられている。

絶縁セラミツクス板９３の先端部には、上記キ
ヤビテイ窓１１０と一致する角窓１１１が形成さ
れ、下段の固体電解質板９４の先端部には、キヤ
ビテイ窓１１０に連通する拡散孔１１２が形成さ
れている。測定電極９７，９８には、拡散孔１１
２に一致する透孔が形成される。また、中段、下
段の固体電解質板９２，９４および絶縁セラミツ
クス板９３には、リード１０２，１０３を最下面
に導くためのスルーホール１１４，１１５，１１
６，１１７が設けられている（これらの内周には
導電体が塗着されている）。

このような構成のセンサ部９０では、拡散孔１
１２から被検ガスがキヤビテイ窓１１０内に拡散
する。そして、酸素ポンプ（２つの電極９５，９
６と固体電解質板９１で構成される）の働きによ
つて、キヤビテイ窓１１０内の被検ガス中の酸素
分圧をほとんどゼロとする。この状態での測定電
極９７，９８の出力電圧と、酸素ポンプ電極９
５，９６を流れるポンプ電流とから被検ガス中の
酸素濃度を測定する。

次に、ヒータ部８０は、２枚の絶縁セラミツク
ス層８１，８２の一端部に抵抗発熱体８７が挟み
込まれ、この抵抗発熱体８７の両極から他端へ向
けて２本のリード８３，８４が同じく２枚の絶縁
セラミツクス層８１，８２の間に挟み込まれてい
る。そして、下側の絶縁セラミツクス層８２の他
端部にはリード８３，８４に導通する接続端子８
５，８６が設けられており、上側の絶縁セラミツ
クス層８１の長さが下側の絶縁セラミツクス層８
２よりも若干短いため、接続端子８５，８６は露
出した状態となる。

また、上下の絶縁セラミツクス層８１，８２の
長手方向には、上記酸素ポンプ電極９５と、その
リード１０１が配置されるスリツト８１ａ，８２
ａが形成されている。

そして、上記リード８３，８４の比抵抗は、抵
抗発熱体８７の比抵抗よりも小さく、またリード
８３，８４の幅は第６図に示したリード６６，６
７の幅よりも狭い。

具体的には、上記ヒータ部８０の製造時に、抵
抗発熱体８７の部分の導電体ペーストとして、白
金粉末75vol％、アルミナ25vol％のものを用い、
リード８３，８４を形成するための導電体ペース
トとして、白金粉末90vol％、アルミナ10vol％の
ものを用いる。

また、リード８３，８４の幅は、たとえばセン
サ素子１００の外形寸法が長さ60mm、幅６mmの場
合には、焼成後に約1.0mmとなるようにする。

これにより、両接続端子８５，８６間の抵抗は
5.0Ωとなり、リード８３，８４の合計抵抗は
1.5Ωとなる。

また、酸素ポンプ電極９５，９６用のリード１
０１，１０２の幅はポンプ電圧のリード抵抗によ
る低下をできるだけ小さくするように幅広とし、
（例えば0.7mm）、測定電極９７，９８用のリード
１０３，１０４の幅は0.5mmとする。

以上のように各リードの幅を設定すれば、焼成
後に反りが生じたり、クラツクが発生したりする
ことが無い。

ここで、第５図に第４図の素子の−断面図
を示すが、上段の固体電解質板９１上において、
ヒータ部８０のリード８３，８４と、センサ部９
０の正極の酸素ポンプ電極用リード１０１とが略
同一面内に並設された状態となつている。

これは、リード８３，８４の合計幅が酸素セン
サ素子１００の幅の1/2以上であればさらにポン
プ電極用リード１０１を加えることで、酸素セン
サ素子の焼成時にそり、クラツク、リードの剥離
等が発生するため、またリード８３，８４の合計
幅の2/3以上であれば、物理的にリード１０１を
配設できず実現できない構造であり、本実施例で
は、リード８３，８４の比抵抗を小さくし、その
結果リード抵抗が下がりリードでの電力消費を低
減すると同時にリードの幅を細くして、ヒータ部
８０の２本のリード８３，８４以外にも、略同一
面内に他のリードを並設することを可能としてい
る。また、これにより、各リード間を絶縁するた
めのセラミツク層８１，８２の幅を狭くでき、従
つて第４図及び第５図の実施例よりさらに複雑で
多機能なたとえば酸素センサの製造も可能であ
る。

なお、上記各実施例に示した酸素センサ素子
１，１００は、第２図、第３図に示した方法で製
造する他、例えば接続端子１３，１４，８５，８
６を焼成後に塗着する方法等、同一構成となる製
造方法であれば適用可能である。

また、上記各実施例は、酸素センサに本発明を
適用した例を示してあるが、これに限らず、ヒー
タ単体として用いるセラミツクヒータや、酸素セ
ンサ素子以外の加熱を必要とする機器に一体化し
て用いるセラミツクヒータ等にも適用できる。

さらに、上記各実施例では、抵抗発熱体および
リードの殆んどの部分が絶縁セラミツクス層間に
挟み込まれた状態のものを示してあるが、これ
は、セラミツク板表面に全体が露出した状態で抵
抗発熱体およびリードが設けられているものであ
つても良い。

（発明の効果）本発明によれば、導電性リードの幅の合計値が
セラミツク板の幅の1/2以下であるので、導電性
リード部を覆うセラミツク板同士の結合力が大き
く、かつ、導電性リード部がセラミツクヒータの
面内で占有する面積が少ないため、焼成後にセラ
ミツク板の反り、リードとセラミツク層との間の
クラツク、リード又はセラミツク層の剥離が生じ
ない。

また、導電性リードと抵抗発熱体との抵抗値の
総和に対する抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％以
上なので、入力される電力の50％以上が抵抗発熱
体における加熱エネルギーとして消費され、従つ
て少ない電力で効率良く加熱を行うことができ
る。

また、導電性リードおよび抵抗発熱体を形成す
るために、導体ペーストを印刷塗着した後に焼成
する方法を用いれば、セラミツクヒータ全体の接
合力を強化し、かつ比抵抗の調整を容易とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す分解
斜視図、第２図および第３図は第１実施例におけ
る酸素センサ素子部分の製造方法の一例を示す工
程図、第４図は本発明の第２実施例の構成を示す
分解斜視図、第５図は第２実施例における酸素セ
ンサ素子の−断面図、第６図は従来の酸素セ
ンサ素子とそれに装着されるセラミツクヒータを
示す分解斜視図、第７図は酸素センサの全体構成
を示す縦断面図である。１０，８０……ヒータ部、５０，９０……セン
サ部、１１，１２，６１，６２，８１，８２……
絶縁セラミツクス層、１５，８７……抵抗発熱
体、１３，１４，８５，８６……接続端子、１
６，１７，８３，８４……リード（導電性リー
ド）。

Claims

【特許請求の範囲】１長尺平板状のセラミツク板と、すくなくとも
該セラミツク板の一端部近傍に設けられた抵抗発
熱体と、該抵抗発熱体から前記セラミツク板の他端部に
向かつて設けられた該抵抗発熱体用長尺帯状導電
性リードとを備え、金属及びセラミツクスからなる導電材料によつ
て前記抵抗発熱体及び前記導電性リードが形成さ
れており、この導電性リードにおけるセラミツク
スの含有率を前記抵抗発熱体におけるセラミツク
スの含有率よりも小さくすることで、前記導電性
リードの比抵抗を前記抵抗発熱体の比抵抗よりも
小さくし、前記導電性リードの幅の合計値が前記セラミツ
ク板の幅の1/2以下であり、かつ前記導電性リー
ドと前記抵抗発熱体との抵抗値の総和に対する前
記抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％以上であるこ
とを特徴とするセラミツクヒータ。２前記抵抗発熱体の全部および前記導電性リー
ドの少なくとも抵抗発熱体近傍部分が前記セラミ
ツク板内に埋設されている特許請求の範囲第１項
記載のセラミツクヒータ。３前記セラミツク板面上に、前記導電性リード
と略同一面内に並行して少なくとも１本の帯状の
導電性線体が設けられ、かつ該導電性線体と導電
性リードとの各々の幅の合計値がセラミツク板の
幅の1/2以下である特許請求の範囲第１項〜第２
項のいずれかに記載のセラミツクヒータ。４前記セラミツク板は長尺寸法が50mm以上で、
かつ幅が７mm以下の略長方形板状に形成されてい
る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記
載のセラミツクヒータ。５前記セラミツク板は、酸素イオン伝導性個体
電解質を用いて構成された酸素センサ素子である
特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
のセラミツクヒータ。６前記導電性線体がすくなくとも該酸素センサ
の電極と導通している導電性線体である特許請求
の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のセラミ
ツクヒータ。７前記導電性リードは、主として白金族金属を
含む導電材料からなる特許請求の範囲第１項記載
のセラミツクヒータ。８前記導電性リードは、白金、ロジウム、パラ
ジウムのうちの一種あるいは二種以上の合金もし
くは混合物を含む導電材料からなるものである特
許請求の範囲第７項記載のセラミツクヒータ。９前記導電性リードの形成材料となるセラミツ
クスは、ジルコニアまたはアルミナのうち一方あ
るいは両方を主成分とするものである特許請求の
範囲第１項記載のセラミツクヒータ。１０長尺平板状の未焼成セラミツク板の板面上
の一端部に、焼成後には所定抵抗値を有する抵抗
発熱体となる導体ペーストを印刷により塗着する
発熱体塗着工程と、前記未焼成セラミツク基板の板面上に、焼成後
には前記抵抗発熱体の導電性リードとなる導電性
ペーストを、前記抵抗発熱体の前記導体ペースト
から前記未焼成セラミツク基板の他端部に向つて
帯状に印刷によつて塗着するリード塗着工程と、前記発熱体塗着工程及び前記リード塗着工程の
後に全体を焼成する焼成工程とを少なくとも含
む、セラミツクヒータの製造方法であつて、前記導体ペースト及び前記導電性ペーストがそ
れぞれ金属及びセラミツクスを含み、導電性ペー
ストにおけるセラミツクスの含有率を導体ペース
トにおけるセラミツクスの含有率よりも小さくす
ることで、焼成後の前記導電性リードの比抵抗を
前記抵抗発熱体の比抵抗よりも小さくし、焼成後
の前記導電性リードと前記抵抗発熱体との抵抗値
の総和に対する抵抗発熱体の抵抗値の比率が50％
以上となり、かつ前記導電性リードの幅の合計値
が焼成後のセラミツクス基板の幅の1/2以下とな
るようにしたことを特徴とする、セラミツクヒー
タの製造方法。