JPH0546498B2 - - Google Patents
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- JPH0546498B2 JPH0546498B2 JP57048367A JP4836782A JPH0546498B2 JP H0546498 B2 JPH0546498 B2 JP H0546498B2 JP 57048367 A JP57048367 A JP 57048367A JP 4836782 A JP4836782 A JP 4836782A JP H0546498 B2 JPH0546498 B2 JP H0546498B2
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Classifications
-
- 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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- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、セラミツクヒータ付酸素センサ素子
及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関する。
従来より、自動車排ガス中の酸素濃度を検出す
ることのできる酸素濃度検出器として、酸素イオ
ン透過性の固体電解質を用いた酸素センサが知ら
れている。この酸素センサの素子は、例えばジル
コニア等からなる一端が閉じた筒状素子本体の両
面に電極を形成し、少なくとも外表面に電極保護
層を設けたものである。このようなセンサ素子に
よれば、素子内部に基準ガスを導入して内側電極
に接触させ、素子本体外表面の外側電極に被測定
ガスを接触させると、基準ガスと被測定ガス中の
酸素濃度差により起電力が生じ、この起電力を測
定することにより被測定ガス中の酸素濃度を知る
ことができる。この酸素センサで検出される酸素
濃度は、電気信号として燃料供給装置へ伝達さ
れ、これにより空燃比が理論空燃比近傍にフイー
ドバツク制御される。
ることのできる酸素濃度検出器として、酸素イオ
ン透過性の固体電解質を用いた酸素センサが知ら
れている。この酸素センサの素子は、例えばジル
コニア等からなる一端が閉じた筒状素子本体の両
面に電極を形成し、少なくとも外表面に電極保護
層を設けたものである。このようなセンサ素子に
よれば、素子内部に基準ガスを導入して内側電極
に接触させ、素子本体外表面の外側電極に被測定
ガスを接触させると、基準ガスと被測定ガス中の
酸素濃度差により起電力が生じ、この起電力を測
定することにより被測定ガス中の酸素濃度を知る
ことができる。この酸素センサで検出される酸素
濃度は、電気信号として燃料供給装置へ伝達さ
れ、これにより空燃比が理論空燃比近傍にフイー
ドバツク制御される。
しかしながら、近年車輛の低燃費化が社会的要
求となつており、これに対応すべく内燃機関の摩
擦損失低減、車輛重量の低減等が実施されてきて
いるが、このような対応策は、必然的に排ガス温
度の低下をきたす。ところが、排ガス温度が低い
と、前記センサ素子が十分加熱されないので作動
性が悪化し、空燃比を理論空燃比近傍に正確に制
御することができず、このため効率良く排ガス浄
化を行うことができない。
求となつており、これに対応すべく内燃機関の摩
擦損失低減、車輛重量の低減等が実施されてきて
いるが、このような対応策は、必然的に排ガス温
度の低下をきたす。ところが、排ガス温度が低い
と、前記センサ素子が十分加熱されないので作動
性が悪化し、空燃比を理論空燃比近傍に正確に制
御することができず、このため効率良く排ガス浄
化を行うことができない。
上記問題点を解決するために、従来よりヒータ
を組込んだ酸素センサが提案されている（特開昭
55−44999号、特開昭54−134497号、特開昭56−
47753号）。これらは大別すると、コイル状の金属
発熱体をセンサ素子内部に挿入したものと、セラ
ミツク芯材上に発熱体とセラミツク被覆層を形成
してなる棒状（板状、円筒状を含む）のセラミツ
クヒータをセンサ素子内部に挿入したものと分け
られる。しかし、コイル状の金属発熱体をセンサ
素子内部に挿入したものは、金属として白金もし
くは白金系合金を用いた場合以外は、金属発熱体
が酸化されるため、発熱体の寿命が短く、また素
子内部での金属酸化反応により素子内部の酸素分
圧が変動し、正確な信号を得ることができないと
いう欠点を有する。その対策として、金属発熱体
を金属薄肉円筒体中に収納し、この円筒体と発熱
体の間隙にMgO等を充填した形式のヒータも考
えられている。しかし、このヒータにおいては、
発熱体自体の酸化が防止されるので、ヒータの使
用寿命を延長することはできるものの、金属薄肉
円筒体の酸化による素子内部の酸素分圧の変動は
避けられない。
を組込んだ酸素センサが提案されている（特開昭
55−44999号、特開昭54−134497号、特開昭56−
47753号）。これらは大別すると、コイル状の金属
発熱体をセンサ素子内部に挿入したものと、セラ
ミツク芯材上に発熱体とセラミツク被覆層を形成
してなる棒状（板状、円筒状を含む）のセラミツ
クヒータをセンサ素子内部に挿入したものと分け
られる。しかし、コイル状の金属発熱体をセンサ
素子内部に挿入したものは、金属として白金もし
くは白金系合金を用いた場合以外は、金属発熱体
が酸化されるため、発熱体の寿命が短く、また素
子内部での金属酸化反応により素子内部の酸素分
圧が変動し、正確な信号を得ることができないと
いう欠点を有する。その対策として、金属発熱体
を金属薄肉円筒体中に収納し、この円筒体と発熱
体の間隙にMgO等を充填した形式のヒータも考
えられている。しかし、このヒータにおいては、
発熱体自体の酸化が防止されるので、ヒータの使
用寿命を延長することはできるものの、金属薄肉
円筒体の酸化による素子内部の酸素分圧の変動は
避けられない。
一方、前記セラミツクヒータを用いたものは、
その取付手段の精度、固定力によるヒータの位置
ズレの可能性を考慮すると、セラミツクヒータ表
面と素子内表面との距離を大きくしなければなら
ない。従つてセラミツク基材の外寸や発熱体の形
成面積が制限されてしまい、十分な発熱量を得る
ことができない。発熱量を必要量得るためにセラ
ミツクヒータを大きくしようとすると、素子内径
を大きくしてヒータ収納容積を確保しなければな
らない。素子を大型化すると、酸素センサ全体も
大型化しなくてはならず、コストアツプ、取付ス
ペース拡大という不利な点が生じる。結局は素子
を効率良く加熱できないという欠点を有してい
る。
その取付手段の精度、固定力によるヒータの位置
ズレの可能性を考慮すると、セラミツクヒータ表
面と素子内表面との距離を大きくしなければなら
ない。従つてセラミツク基材の外寸や発熱体の形
成面積が制限されてしまい、十分な発熱量を得る
ことができない。発熱量を必要量得るためにセラ
ミツクヒータを大きくしようとすると、素子内径
を大きくしてヒータ収納容積を確保しなければな
らない。素子を大型化すると、酸素センサ全体も
大型化しなくてはならず、コストアツプ、取付ス
ペース拡大という不利な点が生じる。結局は素子
を効率良く加熱できないという欠点を有してい
る。
本発明は、従来の素子加熱用ヒータの有する上
述の欠点を解消するためのもので、ヒータ寿命が
長く、かつ、効率的に素子を加熱することのでき
るヒータを確実に素子内部に備えたヒータ付酸素
センサ素子及びその製造方法を提供するものであ
る。
述の欠点を解消するためのもので、ヒータ寿命が
長く、かつ、効率的に素子を加熱することのでき
るヒータを確実に素子内部に備えたヒータ付酸素
センサ素子及びその製造方法を提供するものであ
る。
すなわち、本発明酸素センサ素子は、棒状セラ
ミツク芯材と該芯材の外周を被覆するセラミツク
被覆層と、前記芯材と被覆層との間に配設された
発熱体とからなるセラミツクヒータを、素子内部
に備え、係止金具をヒータの被覆層と素子内表面
の電極との間に介して前記ヒータと前記素子とを
一体化させるとともに、前記係止金具と素子内表
面の電極とを電気的に導通させたことを特徴とす
るものである。また、本発明のセラミツクヒータ
付酸素センサ素子の製造方法は、前記構成のセラ
ミツクヒータの外周にメタライズ層を設け、メタ
ライズ層外周に係止部材を装着したのち、係止部
材とセラミツクヒータ当接部をロウ付により接合
して一体化し、次いで前記係止金具を酸素センサ
素子開口部内周面に係止することによりセラミツ
クヒータを素子内部に取付けることを特徴とする
ものである。
ミツク芯材と該芯材の外周を被覆するセラミツク
被覆層と、前記芯材と被覆層との間に配設された
発熱体とからなるセラミツクヒータを、素子内部
に備え、係止金具をヒータの被覆層と素子内表面
の電極との間に介して前記ヒータと前記素子とを
一体化させるとともに、前記係止金具と素子内表
面の電極とを電気的に導通させたことを特徴とす
るものである。また、本発明のセラミツクヒータ
付酸素センサ素子の製造方法は、前記構成のセラ
ミツクヒータの外周にメタライズ層を設け、メタ
ライズ層外周に係止部材を装着したのち、係止部
材とセラミツクヒータ当接部をロウ付により接合
して一体化し、次いで前記係止金具を酸素センサ
素子開口部内周面に係止することによりセラミツ
クヒータを素子内部に取付けることを特徴とする
ものである。
以下、図面に基いて本発明をさらに詳しく説明
する。
する。
第１図は本発明酸素センサ素子の一例を示す断
面図である。図中、１は試験管状素子本体で、開
口方向上部外側面には周回わりに外方へ向かつて
突出する肩部１ａを有し、また開口方向上部内周
には下方に向かつて狭くなるテーパ部１ｂを有す
る。素子本体は、例えばイツトリア（Y2O3）等
で安定化されたジルコニア（ZrO2）で形成され
る。２，３は前記素子本体１の内外両表面に設け
られた金属電極である。内側電極２は素子本体１
の内周全表面に設けてもよく、また１部のみでも
よいが、少なくともテーパ部１ｂ上方まで設けら
れている。外側電極３は素子本体１の外周全表面
に設けてもよく、また１部のみででもよいが、肩
部１ａの上面まで形成することが必要である。金
属電極としては、耐熱性及び触媒作用を有する金
属、例えばPt，Rh，Ag等である。４，４′は、
外側電極３及び内側電極２の表面を保護するため
の無機材料からなる多孔性コーテイング層であ
る。内側電極被覆用のコーテイング層４′は省略
してもよい。
面図である。図中、１は試験管状素子本体で、開
口方向上部外側面には周回わりに外方へ向かつて
突出する肩部１ａを有し、また開口方向上部内周
には下方に向かつて狭くなるテーパ部１ｂを有す
る。素子本体は、例えばイツトリア（Y2O3）等
で安定化されたジルコニア（ZrO2）で形成され
る。２，３は前記素子本体１の内外両表面に設け
られた金属電極である。内側電極２は素子本体１
の内周全表面に設けてもよく、また１部のみでも
よいが、少なくともテーパ部１ｂ上方まで設けら
れている。外側電極３は素子本体１の外周全表面
に設けてもよく、また１部のみででもよいが、肩
部１ａの上面まで形成することが必要である。金
属電極としては、耐熱性及び触媒作用を有する金
属、例えばPt，Rh，Ag等である。４，４′は、
外側電極３及び内側電極２の表面を保護するため
の無機材料からなる多孔性コーテイング層であ
る。内側電極被覆用のコーテイング層４′は省略
してもよい。
上記構成のセンサ素子Ｓの開口部に、セラミツ
クヒータ５を係止金具６を介し、ヒータの軸心が
素子の軸心と一致するようにして取付ける。セラ
ミツクヒータ５の基材はアルミナ等の絶縁性材料
からなる長尺円筒形状であり、軸方向に貫通する
中空部５ａにより素子Ｓの内部に外気を導入する
ことができる。セラミツクヒータ５の円筒体壁部
中間には図示しない発熱体が埋設されている。６
は係止金具で、前記セラミツクヒータ５の外周に
対応する内径と、前記素子Ｓの上部開口端内形に
対応する外形を有する略円筒状金属部材である。
係止金具６は、前記セラミツクヒータ５の外周に
嵌着、固定したのち、係止金具６のテーパ部６ａ
下面を前記素子Ｓのテーパ部１ｂ上面に係止する
ことにより素子Ｓの開口部に装着される。このと
き、素子Ｓの内側電極２と係止金具６が接触し、
内側電位が外部へ取出される。図中、７，７は、
セラミツクヒータ５の内部に埋設された発熱体に
電圧を印加するためのリード線である。
クヒータ５を係止金具６を介し、ヒータの軸心が
素子の軸心と一致するようにして取付ける。セラ
ミツクヒータ５の基材はアルミナ等の絶縁性材料
からなる長尺円筒形状であり、軸方向に貫通する
中空部５ａにより素子Ｓの内部に外気を導入する
ことができる。セラミツクヒータ５の円筒体壁部
中間には図示しない発熱体が埋設されている。６
は係止金具で、前記セラミツクヒータ５の外周に
対応する内径と、前記素子Ｓの上部開口端内形に
対応する外形を有する略円筒状金属部材である。
係止金具６は、前記セラミツクヒータ５の外周に
嵌着、固定したのち、係止金具６のテーパ部６ａ
下面を前記素子Ｓのテーパ部１ｂ上面に係止する
ことにより素子Ｓの開口部に装着される。このと
き、素子Ｓの内側電極２と係止金具６が接触し、
内側電位が外部へ取出される。図中、７，７は、
セラミツクヒータ５の内部に埋設された発熱体に
電圧を印加するためのリード線である。
円筒状セラミツクヒータ５は、例えば第２図ま
たは第３図に示すように製作する。
たは第３図に示すように製作する。
第２図中、５ｂはセラミツクからなり、軸中心
に貫通孔（中空部）５ａを有する棒状芯材であ
る。５ｃはセラミツクシートで、前記芯材外周を
被覆するに十分な横巾と、芯材５ｂの長さと同寸
法の縦軸とを有する長方形形状である。セラミツ
クシート５ｃの表面には帯状金属発熱体８が形成
されている。金属発熱体８は、セラミツクシート
５ｃの下部にて連続した凹凸状に形成された発熱
部８ａと、この発熱部８ａと接続し、セラミツク
シート５ｃの上端まで伸びる１対の導電部８ｂ，
８ｂとからなる。金属発熱体は、例えば白金、白
金系合金、タングステン等の耐熱金属粉末を有機
溶剤に混入して得られたペーストを、未焼成セラ
ミツクシート５ｃ表面に印刷することにより所定
形状に形成される。その後、同様に未焼成のセラ
ミツク芯材５ｂの外周に、前記発熱体８の形成面
が内側となるようにしてセラミツクシート５ｃを
巻きつけ、その後全体を加熱焼成するとセラミツ
クヒータ５が得られる。
に貫通孔（中空部）５ａを有する棒状芯材であ
る。５ｃはセラミツクシートで、前記芯材外周を
被覆するに十分な横巾と、芯材５ｂの長さと同寸
法の縦軸とを有する長方形形状である。セラミツ
クシート５ｃの表面には帯状金属発熱体８が形成
されている。金属発熱体８は、セラミツクシート
５ｃの下部にて連続した凹凸状に形成された発熱
部８ａと、この発熱部８ａと接続し、セラミツク
シート５ｃの上端まで伸びる１対の導電部８ｂ，
８ｂとからなる。金属発熱体は、例えば白金、白
金系合金、タングステン等の耐熱金属粉末を有機
溶剤に混入して得られたペーストを、未焼成セラ
ミツクシート５ｃ表面に印刷することにより所定
形状に形成される。その後、同様に未焼成のセラ
ミツク芯材５ｂの外周に、前記発熱体８の形成面
が内側となるようにしてセラミツクシート５ｃを
巻きつけ、その後全体を加熱焼成するとセラミツ
クヒータ５が得られる。
発熱体８は、例えば第３図に示すように芯材５
ｂの外周に形成してもよい。この場合には、セラ
ミツク芯材５ｂの外周面に、前記したように金属
ペーストを所定形状に印刷して発熱部８ａと導電
部８ｂとからなる発熱体８を形成し、その後未焼
成セラミツクシート５ｃを芯材５ｂの外周に巻き
つけ、芯材５ｂとセラミツクシート５ｃを同時焼
成する。
ｂの外周に形成してもよい。この場合には、セラ
ミツク芯材５ｂの外周面に、前記したように金属
ペーストを所定形状に印刷して発熱部８ａと導電
部８ｂとからなる発熱体８を形成し、その後未焼
成セラミツクシート５ｃを芯材５ｂの外周に巻き
つけ、芯材５ｂとセラミツクシート５ｃを同時焼
成する。
次に、第４図に示す如く、得られたセラミツク
ヒータ５の外周上部に、導電部８ｂ，８ｂと電気
的に接続する入力部８ｃ，８ｃを設ける。入力部
８ｃ，８ｃは、前記発熱部８ａ及び導電部８ｂ，
８ｂの形成方法と同様にして行なう。セラミツク
ヒータ５の上部外表面に、その周回わりに沿つて
メタライズ層９を設ける。メタライズ層９は、例
えばMo−MnまたはMo−Ｗからなる混合ベース
トをセラミツクヒータ５の外周所定部位に塗布
し、非酸化性雰囲気下、例えばアンモニア分解ガ
ス中で焼付けることにより形成される。メタライ
ズ層９の形成後、係止金具６を、その内周が前記
メタライズ層９に当接するようにしてセラミツク
ヒータ５に装着し、位置決め後、ロウ付けして両
部材を固定する。ロウ材としては、通常使用され
る銀ロウ、ニツケルロウが使用される。メタライ
ズ層９は、前記セラミツクヒータ５の製造と同時
に形成される。例えば未焼成芯材５ｂに未焼成に
セラミツクシート５ｃを巻付け、その後円筒体外
表面に入力部８ｃ，８ｃとメタライズ層９をペー
ストで形成し、同時焼成・焼付けを行なう。外周
に係止金具６を固着したセラミツクヒータ５を第
５図に示す。
ヒータ５の外周上部に、導電部８ｂ，８ｂと電気
的に接続する入力部８ｃ，８ｃを設ける。入力部
８ｃ，８ｃは、前記発熱部８ａ及び導電部８ｂ，
８ｂの形成方法と同様にして行なう。セラミツク
ヒータ５の上部外表面に、その周回わりに沿つて
メタライズ層９を設ける。メタライズ層９は、例
えばMo−MnまたはMo−Ｗからなる混合ベース
トをセラミツクヒータ５の外周所定部位に塗布
し、非酸化性雰囲気下、例えばアンモニア分解ガ
ス中で焼付けることにより形成される。メタライ
ズ層９の形成後、係止金具６を、その内周が前記
メタライズ層９に当接するようにしてセラミツク
ヒータ５に装着し、位置決め後、ロウ付けして両
部材を固定する。ロウ材としては、通常使用され
る銀ロウ、ニツケルロウが使用される。メタライ
ズ層９は、前記セラミツクヒータ５の製造と同時
に形成される。例えば未焼成芯材５ｂに未焼成に
セラミツクシート５ｃを巻付け、その後円筒体外
表面に入力部８ｃ，８ｃとメタライズ層９をペー
ストで形成し、同時焼成・焼付けを行なう。外周
に係止金具６を固着したセラミツクヒータ５を第
５図に示す。
セラミツクヒータ５と係止金具６とを上述のよ
うに接合することにより、通常の無機接着剤を塗
布することに比較して、焼成時のひずみが少なく
両部材の固着がより強化される。また、高温下で
長時間使用しても接着剤の劣化が少なく、振動に
よる剥離等が生じない。また、上述のように、セ
ラミツクヒータ５の焼成と同時にメタライズ層９
の形成を行なえば、工程が簡略化する。
うに接合することにより、通常の無機接着剤を塗
布することに比較して、焼成時のひずみが少なく
両部材の固着がより強化される。また、高温下で
長時間使用しても接着剤の劣化が少なく、振動に
よる剥離等が生じない。また、上述のように、セ
ラミツクヒータ５の焼成と同時にメタライズ層９
の形成を行なえば、工程が簡略化する。
得られた係止金具付セラミツクヒータ５は、前
記第１図に示すように、素子Ｓの開口部に係止金
具６を係止することにより取付けられる。
記第１図に示すように、素子Ｓの開口部に係止金
具６を係止することにより取付けられる。
第６図は、第１図で示す構成の酸素センサ素子
Ｓを備えた酸素センサの断面図である。図中、１
１は略円筒状ハウジングで、内周の所定位置に、
素子本体１の肩部１ａを係止しうる段部１１ａを
有する。ハウシング１１の下端には素子Ｓの突出
し部を保護するための保護カバー１２が取付けら
れている。保護カバー１２は、耐熱鋼板からな
り、その側壁には複数個の貫通孔１２ａ，１２
ａ，…が設けられている。被測定ガスは、この保
護カバー１２の貫通孔１２ａ，１２ａ…を通つて
カバー内に流入し、素子Ｓの外表面に接触する。
１４はクツシヨンリングで、素子本体肩部１ａの
下面とハウシング段部１１ａの上面との間に介在
し、両部材間の緩衝及び被測定ガスシールの役目
を果す。１５は耐熱金属からなるコイルスプリン
グで、このコイルスプリング１５の下端は、素子
Ｓの開口部に係止された係止金具６の上面に当接
し、その上端は、素子Ｓの上方に位置する耐熱金
属製円筒部材である外部端子１６の下部フランジ
下面に当接する。これにより、素子Ｓの内側電極
に生ずる電位は、係止金具６及びコイルスプリン
グ７を通つて外部端子１６へ伝わり、酸素センサ
外部へ取出される。
Ｓを備えた酸素センサの断面図である。図中、１
１は略円筒状ハウジングで、内周の所定位置に、
素子本体１の肩部１ａを係止しうる段部１１ａを
有する。ハウシング１１の下端には素子Ｓの突出
し部を保護するための保護カバー１２が取付けら
れている。保護カバー１２は、耐熱鋼板からな
り、その側壁には複数個の貫通孔１２ａ，１２
ａ，…が設けられている。被測定ガスは、この保
護カバー１２の貫通孔１２ａ，１２ａ…を通つて
カバー内に流入し、素子Ｓの外表面に接触する。
１４はクツシヨンリングで、素子本体肩部１ａの
下面とハウシング段部１１ａの上面との間に介在
し、両部材間の緩衝及び被測定ガスシールの役目
を果す。１５は耐熱金属からなるコイルスプリン
グで、このコイルスプリング１５の下端は、素子
Ｓの開口部に係止された係止金具６の上面に当接
し、その上端は、素子Ｓの上方に位置する耐熱金
属製円筒部材である外部端子１６の下部フランジ
下面に当接する。これにより、素子Ｓの内側電極
に生ずる電位は、係止金具６及びコイルスプリン
グ７を通つて外部端子１６へ伝わり、酸素センサ
外部へ取出される。
外部端子１６の内側には碍管１７が嵌入されて
いる。碍管１７は、例えばアルミナ等の耐熱絶縁
材料で形成され軸方向に２本の貫通孔１７ａ，１
７ａを有してなるもので、これら貫通孔１７ａ，
１７ａにはセラミツクヒータ５の入力線（リード
線）７，７がそれぞれ挿入されている。入力線
７，７は、セラミツクヒータ５の入力部（図示せ
ず）に接続しており、この入力線７，７を介して
セラミツクヒータ５に電圧を印加し、発熱体を発
熱させる。
いる。碍管１７は、例えばアルミナ等の耐熱絶縁
材料で形成され軸方向に２本の貫通孔１７ａ，１
７ａを有してなるもので、これら貫通孔１７ａ，
１７ａにはセラミツクヒータ５の入力線（リード
線）７，７がそれぞれ挿入されている。入力線
７，７は、セラミツクヒータ５の入力部（図示せ
ず）に接続しており、この入力線７，７を介して
セラミツクヒータ５に電圧を印加し、発熱体を発
熱させる。
１８は、ハウジング１１の上部に取付けられた
後部保護管で、その下端フランジ１８ａを、素子
肩部１ａとハウシング１１との間隙に設けたグラ
フアイトリング１９、タルクリング２０及び押さ
えリング２１の上面に載置し、後部保護管１８の
外周に位置決めリング２２を取付けた後、その外
側からハウシング１１上端をかしめることにより
後部保護管１８をハウシング１１に組付ける。後
部保護管１８の上端部は、上方に向かつて狭くな
るテーパ形状となつており、組付時に、前記碍管
１７をこの碍管１７の外周に装着したブツシユ１
３を介して下方へ押し下げる。これによりコイル
スプリング１５が押圧され、適度の弾性を有した
状態で外部端子１６と係止金具６との間に保持さ
れる。コイルスプリング１５のバネ力により外部
端子１６と碍管１７とが上方に浮勢され、両部材
が後部保護管１８へ圧着される。同時に、コイル
スプリング１５のバネ力により係止金具６が素子
開口部に圧着され、各部材の組付けが確実とな
り、かつ電気的接触も向上する。図中、１８ａ
は、後部保護管１８の上部側壁に設けられた貫通
孔で、この貫通孔１８ａを通つて大気が酸素セン
サ内部へ導入される。導入された大気は、セラミ
ツクヒータ５の中空部５ａを通つて素子Ｓの内部
へ入り、素子Ｓ内部の酸素分圧を一定値に保持す
る。素子Ｓの内側電極２に発生する電位は、前述
のように係止金具６、コイルスプリング１５及び
外部端子１６を介して外部へ取出される。また、
外側電極３に発生する電位は、グラフアイトリン
グ１９を介してハウシング１１へ伝達され、ハウ
シング１１から外部へ取出される。タルクリング
２０は、グラフアイトリング１９と外気との接触
を遮断し、グラフアイトリング１９の損耗を防止
する役割を果す。セラミツクヒータ５の入力線
７，７は、外部端子１６内にある碍管１７内の貫
通孔１７ａ，１７ａを通るので、互いに接触する
ことなく、また内側電極２の信号伝達経路とも接
触することなく外部へ取出される。上記構成の酸
素センサは、ハウシング１１の外周に取付けられ
たフランジ２３を排気管（図示せず）にネジ止め
する等により取付ける。図中、２３ａ，２３ａは
ネジ止め用の穴である。
後部保護管で、その下端フランジ１８ａを、素子
肩部１ａとハウシング１１との間隙に設けたグラ
フアイトリング１９、タルクリング２０及び押さ
えリング２１の上面に載置し、後部保護管１８の
外周に位置決めリング２２を取付けた後、その外
側からハウシング１１上端をかしめることにより
後部保護管１８をハウシング１１に組付ける。後
部保護管１８の上端部は、上方に向かつて狭くな
るテーパ形状となつており、組付時に、前記碍管
１７をこの碍管１７の外周に装着したブツシユ１
３を介して下方へ押し下げる。これによりコイル
スプリング１５が押圧され、適度の弾性を有した
状態で外部端子１６と係止金具６との間に保持さ
れる。コイルスプリング１５のバネ力により外部
端子１６と碍管１７とが上方に浮勢され、両部材
が後部保護管１８へ圧着される。同時に、コイル
スプリング１５のバネ力により係止金具６が素子
開口部に圧着され、各部材の組付けが確実とな
り、かつ電気的接触も向上する。図中、１８ａ
は、後部保護管１８の上部側壁に設けられた貫通
孔で、この貫通孔１８ａを通つて大気が酸素セン
サ内部へ導入される。導入された大気は、セラミ
ツクヒータ５の中空部５ａを通つて素子Ｓの内部
へ入り、素子Ｓ内部の酸素分圧を一定値に保持す
る。素子Ｓの内側電極２に発生する電位は、前述
のように係止金具６、コイルスプリング１５及び
外部端子１６を介して外部へ取出される。また、
外側電極３に発生する電位は、グラフアイトリン
グ１９を介してハウシング１１へ伝達され、ハウ
シング１１から外部へ取出される。タルクリング
２０は、グラフアイトリング１９と外気との接触
を遮断し、グラフアイトリング１９の損耗を防止
する役割を果す。セラミツクヒータ５の入力線
７，７は、外部端子１６内にある碍管１７内の貫
通孔１７ａ，１７ａを通るので、互いに接触する
ことなく、また内側電極２の信号伝達経路とも接
触することなく外部へ取出される。上記構成の酸
素センサは、ハウシング１１の外周に取付けられ
たフランジ２３を排気管（図示せず）にネジ止め
する等により取付ける。図中、２３ａ，２３ａは
ネジ止め用の穴である。
上記構成の酸素センサを使用する場合には、酸
素センサを、排気管の所定位置に取付け、入力線
７，７に電圧を印加してセラミツクヒータ５を発
熱させる。これにより素子Ｓを例えば500〜700℃
程度に加熱する。素子内部に充填される基準ガス
は、後部保護管１８の貫通孔１８ａから、セラミ
ツクヒータ５の中空部５ａを通つて導入される。
被測定ガスは、保護カバー１２の貫通孔１２ａ，
１２ａ，…を通つて素子外表面に接触する。素子
に接触する内部基準ガスと外部被測定ガスとの酸
素濃度差により内外両電極間に電位差が生じ、内
側電極信号径路と外側電極信号径路を介して外部
へ各電極の電位を取り出し、図示しない電気回路
により得られる起電力を測定する。
素センサを、排気管の所定位置に取付け、入力線
７，７に電圧を印加してセラミツクヒータ５を発
熱させる。これにより素子Ｓを例えば500〜700℃
程度に加熱する。素子内部に充填される基準ガス
は、後部保護管１８の貫通孔１８ａから、セラミ
ツクヒータ５の中空部５ａを通つて導入される。
被測定ガスは、保護カバー１２の貫通孔１２ａ，
１２ａ，…を通つて素子外表面に接触する。素子
に接触する内部基準ガスと外部被測定ガスとの酸
素濃度差により内外両電極間に電位差が生じ、内
側電極信号径路と外側電極信号径路を介して外部
へ各電極の電位を取り出し、図示しない電気回路
により得られる起電力を測定する。
第６図に示す構成の酸素センサとヒータを取付
けない同様の構成の酸素センサとをそれぞれ、６
気筒2000ccのエンジンを持つ車輛排気管に装着
し、10モード走行による各成分のエミツシヨン値
を計測した（排ガスの最低温度270℃）。それぞれ
のエミツシヨン値を第７図に示す。ヒータ印加電
力は、6.5ボルト×２アンペアである。
けない同様の構成の酸素センサとをそれぞれ、６
気筒2000ccのエンジンを持つ車輛排気管に装着
し、10モード走行による各成分のエミツシヨン値
を計測した（排ガスの最低温度270℃）。それぞれ
のエミツシヨン値を第７図に示す。ヒータ印加電
力は、6.5ボルト×２アンペアである。
第７図から明らかなように、実施例のヒータ付
酸素センサを備えた車輛は、排ガス低温にもかか
わらず、炭化水素（HC）、一般化炭素（CO）、窒
素酸化物（NOx）の三成分浄化率がいずれも良
好である。これに対し、比較例のヒータを付けな
い酸素センサを備えた車輛においては、NOxの
エミツシヨン値が高く、十分な排ガス浄化が行な
わない。
酸素センサを備えた車輛は、排ガス低温にもかか
わらず、炭化水素（HC）、一般化炭素（CO）、窒
素酸化物（NOx）の三成分浄化率がいずれも良
好である。これに対し、比較例のヒータを付けな
い酸素センサを備えた車輛においては、NOxの
エミツシヨン値が高く、十分な排ガス浄化が行な
わない。
本発明は、以上の記載から明らかなように、セ
ラミツクヒータを取付けてあるためセンサ素子の
作動特性が向上する。また、セラミツクヒータは
外気導通孔を有する棒形状としたため、係止金具
等に外気導入用の切欠きを設ける必要がなく、係
止金具等を丈夫にすることができる。またロウ付
けによりセラミツクヒータが確実に固定されるた
め、ヒータを必要な発熱量が得られる大きさにす
ることができ、しかも素子の内径を大きくとらな
くても良い。このため、素子の大型化が防止され
る。セラミツクヒータを棒形状とし、ロウ付けで
確実に固定したことにより素子内周面を均一に加
熱できるという利点も有する。発熱体はセラミツ
ク層で被覆されており、素子内部の基準ガスに露
出しないため、発熱体の酸化反応が防止され、発
熱体の耐久性が向上し、また酸化反応による素子
内部の酸素分圧の変動がなくなる。したがつて、
酸素センサからの出力信号の信頼性が向上すると
いう種々の効果を有する。
ラミツクヒータを取付けてあるためセンサ素子の
作動特性が向上する。また、セラミツクヒータは
外気導通孔を有する棒形状としたため、係止金具
等に外気導入用の切欠きを設ける必要がなく、係
止金具等を丈夫にすることができる。またロウ付
けによりセラミツクヒータが確実に固定されるた
め、ヒータを必要な発熱量が得られる大きさにす
ることができ、しかも素子の内径を大きくとらな
くても良い。このため、素子の大型化が防止され
る。セラミツクヒータを棒形状とし、ロウ付けで
確実に固定したことにより素子内周面を均一に加
熱できるという利点も有する。発熱体はセラミツ
ク層で被覆されており、素子内部の基準ガスに露
出しないため、発熱体の酸化反応が防止され、発
熱体の耐久性が向上し、また酸化反応による素子
内部の酸素分圧の変動がなくなる。したがつて、
酸素センサからの出力信号の信頼性が向上すると
いう種々の効果を有する。
なお、本発明は、上述した素子内部の基準ガス
と、素子外部の被測定ガスとの酸素分圧比により
素子から出力される起電力変化を測定する、いわ
ゆる濃淡電池型酸素センサのほかに、被測定ガス
中の酸素濃度に応じて素子に生ずる限界電流を測
定する、いわゆる限界電流型酸素センサの場合に
も素子本体の形状が第１図に示すようなものであ
れば、同様に適用可能である。
と、素子外部の被測定ガスとの酸素分圧比により
素子から出力される起電力変化を測定する、いわ
ゆる濃淡電池型酸素センサのほかに、被測定ガス
中の酸素濃度に応じて素子に生ずる限界電流を測
定する、いわゆる限界電流型酸素センサの場合に
も素子本体の形状が第１図に示すようなものであ
れば、同様に適用可能である。
第１図は本発明ヒータ付酸素センサの一例を示
す断面図、第２図〜第５図は本発明ヒータ付酸素
センサの製造例を示す工程模式図、第６図は本発
明ヒータ付酸素センサ素子を備えた酸素センサの
断面図、第７図は本発明酸素センサと比較酸素セ
ンサの試験結果を示すグラフ、を表わす。 図中、１……素子本体、２，３……内・外電
極、５……セラミツクヒータ、５ａ……中空部、
５ｂ……芯材、５ｃ……セラミツクシート、６…
…係止金具、８……発熱体、８ａ……発熱部、８
ｂ……導電部、８ｃ……入力部、９……メタライ
ズ層、１１……ハウシング、１５……コイルスプ
リング、１６……外部端子。
す断面図、第２図〜第５図は本発明ヒータ付酸素
センサの製造例を示す工程模式図、第６図は本発
明ヒータ付酸素センサ素子を備えた酸素センサの
断面図、第７図は本発明酸素センサと比較酸素セ
ンサの試験結果を示すグラフ、を表わす。 図中、１……素子本体、２，３……内・外電
極、５……セラミツクヒータ、５ａ……中空部、
５ｂ……芯材、５ｃ……セラミツクシート、６…
…係止金具、８……発熱体、８ａ……発熱部、８
ｂ……導電部、８ｃ……入力部、９……メタライ
ズ層、１１……ハウシング、１５……コイルスプ
リング、１６……外部端子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一端が閉じた酸素イオン透過性固体電解質か
らなる筒状素子本体の両面に電極を形成し、少な
くとも素子外表面に電極保護層を設けたセラミツ
クヒータ付酸素センサ素子において、 軸方向に貫通した外気導通孔を有する棒状セラ
ミツク芯材と該芯材の外周を被覆するセラミツク
被覆層と、前記芯材と被覆層との間に配設された
発熱体とからなるセラミツクヒータを前記素子の
内部に備え、係止金具をヒータの被覆層と素子内
表面の電極との間に介して前記ヒータと前記素子
とを一体化させるとともに、前記係止金具と素子
内表面の電極とを電気的に導通させたことを特徴
とするセラミツクヒータ付酸素センサ素子。 ２ 軸方向に貫通した外気導通孔を有する棒状セ
ラミツク芯材と該芯材の外周を被覆するセラミツ
ク被覆層と、前記芯材と被覆層との間に配設され
た発熱体とからなるセラミツクヒータの外周にメ
タライズ層を設け、該メタライズ層外周に係止金
具を装着し、前記セラミツクヒータと係止金具を
ロウ付けして一体化したのち、一端が閉じた酸素
イオン透過性固体電解質からなる筒状素子本体の
両面に電極を形成し、少なくとも素子外表面に電
極保護層を設けたセンサ素子内部に、前記係止金
具を取付けることを特徴とするセラミツクヒータ
付酸素センサ素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57048367A JPS58166252A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | セラミツクヒ−タ付酸素センサ素子及びその製造方法 |
| US06/431,366 US4540479A (en) | 1982-03-26 | 1982-09-30 | Oxygen sensor element with a ceramic heater and a method for manufacturing it |
| DE19823237628 DE3237628A1 (de) | 1982-03-26 | 1982-10-11 | Sauerstoff-sensor mit keramischem heizelement und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57048367A JPS58166252A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | セラミツクヒ−タ付酸素センサ素子及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7347910A Division JPH08233776A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | セラミックヒータ付酸素センサ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58166252A JPS58166252A (ja) | 1983-10-01 |
| JPH0546498B2 true JPH0546498B2 (ja) | 1993-07-14 |
Family
ID=12801363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57048367A Granted JPS58166252A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | セラミツクヒ−タ付酸素センサ素子及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4540479A (ja) |
| JP (1) | JPS58166252A (ja) |
| DE (1) | DE3237628A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19702096B4 (de) * | 1996-01-25 | 2008-04-17 | Denso Corp., Kariya | Montageverfahren für einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor mit eingebautem Heizelement |
Families Citing this family (44)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4512871A (en) * | 1983-05-09 | 1985-04-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor with heater |
| 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 |
| DE3327991A1 (de) * | 1983-08-03 | 1985-02-14 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Gasmessfuehler |
| JPS6082264U (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-07 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ |
| DE3418142A1 (de) * | 1984-05-16 | 1985-11-21 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Sauerstoffmessfuehler |
| DE3423590A1 (de) * | 1984-06-27 | 1986-01-09 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Sauerstoffmessfuehler |
| JPH0617891B2 (ja) * | 1984-07-06 | 1994-03-09 | 日本電装株式会社 | 酸素濃度検出素子 |
| JPH0754313B2 (ja) * | 1984-09-14 | 1995-06-07 | 株式会社日立製作所 | 酸素濃度検出器 |
| GB8507909D0 (en) * | 1985-03-27 | 1985-05-01 | Schlumberger Electronics Uk | Brazing eutectic |
| US4824550A (en) * | 1987-10-19 | 1989-04-25 | General Motors Corporation | Heated solid electrolyte oxygen sensor and securing element therefor |
| DE3737753A1 (de) * | 1987-11-06 | 1989-06-15 | Pfersee Chem Fab | Waessriges ausruestungsmittel und verfahren zur weichen hydrophob/oleophob-behandlung von fasermaterialien |
| US4880519A (en) * | 1988-05-24 | 1989-11-14 | Gte Laboratories Incorporated | Gas sensor element |
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