JPH08122297A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPH08122297A JPH08122297A JP6340136A JP34013694A JPH08122297A JP H08122297 A JPH08122297 A JP H08122297A JP 6340136 A JP6340136 A JP 6340136A JP 34013694 A JP34013694 A JP 34013694A JP H08122297 A JPH08122297 A JP H08122297A
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヒータの耐久性向上を図ることができると共
に低温時にも安定したセンサ特性を発揮する酸素濃度検
出器を提供しようとすること。 【構成】 固体電解質２０よりなると共に外側面２２０
と内側面２３０にそれぞれ外側電極２２と内側電極２３
とを設けてなるセンサ素子２と，該センサ素子２の内側
面２３０に隣接配置したヒータ３とを有する酸素濃度検
出器において，上記センサ素子２の内側面２３０及び上
記ヒータ３の表面の一方又は双方に，高輻射能を有する
材料により形成した高放射率層１を設けてなること。
に低温時にも安定したセンサ特性を発揮する酸素濃度検
出器を提供しようとすること。 【構成】 固体電解質２０よりなると共に外側面２２０
と内側面２３０にそれぞれ外側電極２２と内側電極２３
とを設けてなるセンサ素子２と，該センサ素子２の内側
面２３０に隣接配置したヒータ３とを有する酸素濃度検
出器において，上記センサ素子２の内側面２３０及び上
記ヒータ３の表面の一方又は双方に，高輻射能を有する
材料により形成した高放射率層１を設けてなること。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，限界電流式酸素濃度検
出器など，ヒータを内蔵する酸素濃度検出器に関する。
出器など，ヒータを内蔵する酸素濃度検出器に関する。
【０００２】
【従来技術】例えば，限界電流式酸素濃度検出器（後述
の図３及び図４参照）においては，コップ形のセンサ素
子の内側面にヒータが内蔵されている（特開昭５７−１
７８１５２号公報）。このヒータは，センサ素子におけ
る固体電解質の温度を高めて，センサ素子のセンサ特性
を高めるために設けられている。
の図３及び図４参照）においては，コップ形のセンサ素
子の内側面にヒータが内蔵されている（特開昭５７−１
７８１５２号公報）。このヒータは，センサ素子におけ
る固体電解質の温度を高めて，センサ素子のセンサ特性
を高めるために設けられている。
【０００３】上記ヒータは，図２０に示すごとく，アル
ミナ等のセラミック棒３１の表面に，白金，タングステ
ン等の発熱体３２を設け，その外周を，アルミナのシー
ト３３により被覆したものである。この発熱体３２は，
上記シート２３に予め印刷されており，これをシートと
共にセラミック棒３１の表面に巻きつけることにより形
成してある。なお，符号３４はリード線である。また，
上記電極としては，白金系貴金属の多孔質膜が用いられ
ている。
ミナ等のセラミック棒３１の表面に，白金，タングステ
ン等の発熱体３２を設け，その外周を，アルミナのシー
ト３３により被覆したものである。この発熱体３２は，
上記シート２３に予め印刷されており，これをシートと
共にセラミック棒３１の表面に巻きつけることにより形
成してある。なお，符号３４はリード線である。また，
上記電極としては，白金系貴金属の多孔質膜が用いられ
ている。
【０００４】
【解決しようとする課題】しかしながら，従来の酸素濃
度検出器においては，エンジン排ガス等の被測定ガスが
低温の場合には，そのセンサ特性が十分に発揮されず不
安定な出力しか得られない場合がある。
度検出器においては，エンジン排ガス等の被測定ガスが
低温の場合には，そのセンサ特性が十分に発揮されず不
安定な出力しか得られない場合がある。
【０００５】即ち，従来の酸素濃度検出器は，ヒータか
ら放射される熱を受けるセンサ素子の内側面に，白金属
の電極を設けており，この電極は導電性材料である。そ
して，これらの導電性材料は，一般に熱の放射率が小さ
く（放射率０．２以下），ヒータから放射される熱線
（特定の波長の電磁波）を殆ど反射してしまい，非常に
熱効率の悪い構造となっている。
ら放射される熱を受けるセンサ素子の内側面に，白金属
の電極を設けており，この電極は導電性材料である。そ
して，これらの導電性材料は，一般に熱の放射率が小さ
く（放射率０．２以下），ヒータから放射される熱線
（特定の波長の電磁波）を殆ど反射してしまい，非常に
熱効率の悪い構造となっている。
【０００６】そこで，上記被測定ガスが低温の場合に
は，センサ素子の固体電解質の温度を高くするため，上
記ヒータの加熱温度を一層高くする必要がある。しか
し，ヒータの加熱温度を高くすると，その温度上昇に伴
って発熱体の断線寿命，即ち耐久性が著しく低下してし
まう。
は，センサ素子の固体電解質の温度を高くするため，上
記ヒータの加熱温度を一層高くする必要がある。しか
し，ヒータの加熱温度を高くすると，その温度上昇に伴
って発熱体の断線寿命，即ち耐久性が著しく低下してし
まう。
【０００７】そのため，ヒータの温度を任意に高温にす
ることができない。それ故，例えば，エンジンのアイド
リング時等において，排ガス温度が低い時には，センサ
素子の固体電解質の加熱が不十分となり，限界電流値が
不安定となるなど，酸素濃度検出器のセンサ特性が不安
定となる。
ることができない。それ故，例えば，エンジンのアイド
リング時等において，排ガス温度が低い時には，センサ
素子の固体電解質の加熱が不十分となり，限界電流値が
不安定となるなど，酸素濃度検出器のセンサ特性が不安
定となる。
【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，ヒ
ータの耐久性向上を図ることができると共に，低温時に
も安定したセンサ特性を発揮することができる，酸素濃
度検出器を提供しようとするものである。
ータの耐久性向上を図ることができると共に，低温時に
も安定したセンサ特性を発揮することができる，酸素濃
度検出器を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】本発明は，固体電解質よりなると共
に外側面と内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設
けてなるセンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配
置したヒータとを有する酸素濃度検出器において，上記
センサ素子の内側面及び上記ヒータの表面の一方又は双
方に，高輻射能を有する材料により形成した高放射率層
を設けてなり，かつ上記センサ素子の内側面に設けた高
放射率層は，放射率が０．３以上であり，一方上記ヒー
タの表面に設けた高放射率層は放射率が０．６以上であ
ることを特徴とする酸素濃度検出器にある。
に外側面と内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設
けてなるセンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配
置したヒータとを有する酸素濃度検出器において，上記
センサ素子の内側面及び上記ヒータの表面の一方又は双
方に，高輻射能を有する材料により形成した高放射率層
を設けてなり，かつ上記センサ素子の内側面に設けた高
放射率層は，放射率が０．３以上であり，一方上記ヒー
タの表面に設けた高放射率層は放射率が０．６以上であ
ることを特徴とする酸素濃度検出器にある。
【００１０】本発明において最も注目すべきことは，セ
ンサ素子の内側面及びヒータの表面の一方又は双方に上
記高放射率層を設けたこと，及び上記高放射率層は，セ
ンサ素子の内側面の高放射率層においては放射率が０．
３以上であり，一方ヒータの表面の高放射率層において
は放射率が０．６以上であることである。
ンサ素子の内側面及びヒータの表面の一方又は双方に上
記高放射率層を設けたこと，及び上記高放射率層は，セ
ンサ素子の内側面の高放射率層においては放射率が０．
３以上であり，一方ヒータの表面の高放射率層において
は放射率が０．６以上であることである。
【００１１】上記高放射率層は，高輻射能を有する材料
により形成する。かかる材料としては，例えば，アルミ
ナ，酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化鉄，酸化ニッ
ケル，酸化マンガン，酸化銅，酸化コバルト，酸化クロ
ム，酸化イットリウム，コージェライト，窒化ケイ素，
窒化アルミニウム，炭化ケイ素の１種又は２種以上を用
いる。そして，これら材料中より，上記放射率が得られ
るものを適宜選択する。
により形成する。かかる材料としては，例えば，アルミ
ナ，酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化鉄，酸化ニッ
ケル，酸化マンガン，酸化銅，酸化コバルト，酸化クロ
ム，酸化イットリウム，コージェライト，窒化ケイ素，
窒化アルミニウム，炭化ケイ素の１種又は２種以上を用
いる。そして，これら材料中より，上記放射率が得られ
るものを適宜選択する。
【００１２】この中，特に，酸化チタン（ＴｉＯ2 ），
酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），酸化
マンガン（Ｍｎ2 Ｏ3 ），酸化コバルト（ＣｏＯ），酸
化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ），酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），コージエライト，窒化ケイ素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ケイ素
（ＳｉＣ）は，５００〜１２００℃における放射率が
０．５以上と高いので，優れた高輻射能材料である。
酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），酸化
マンガン（Ｍｎ2 Ｏ3 ），酸化コバルト（ＣｏＯ），酸
化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ），酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），コージエライト，窒化ケイ素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ケイ素
（ＳｉＣ）は，５００〜１２００℃における放射率が
０．５以上と高いので，優れた高輻射能材料である。
【００１３】更に，上記材料の中，酸化鉄，酸化ニッケ
ル，酸化マンガン，酸化コバルト等の金属酸化物はジル
コニア等の固体電解質に比較して熱膨張係数が大きいの
で，両者間の密着性向上のために，アルミナ，ジルコニ
ア等のセラミック粉末と混合使用することが好ましい。
この場合，上記金属酸化物は，上記セラミック粉末との
混合物中に，１０〜３０％含有していることが好まし
い。
ル，酸化マンガン，酸化コバルト等の金属酸化物はジル
コニア等の固体電解質に比較して熱膨張係数が大きいの
で，両者間の密着性向上のために，アルミナ，ジルコニ
ア等のセラミック粉末と混合使用することが好ましい。
この場合，上記金属酸化物は，上記セラミック粉末との
混合物中に，１０〜３０％含有していることが好まし
い。
【００１４】また，上記高放射率層は，これをセンサ素
子に設けた場合，大気を電極へ導入するために多孔質で
あり，その気孔率は１０％以上とすることが好ましい。
更に好ましくは５０％以上である。
子に設けた場合，大気を電極へ導入するために多孔質で
あり，その気孔率は１０％以上とすることが好ましい。
更に好ましくは５０％以上である。
【００１５】また，上記センサ素子の内側面に設ける高
放射率層は，上記高輻射能を有する材料の粒子と白金等
の電極材料とを混合したペーストを上記内側面に形成し
てなり，該内側面の電極中に一体的に設けてあるという
構成を採ることもできる。この場合には，電極と高放射
率層とを同時に形成することができ，製造容易である。
上記電極材料としては，白金，パラジウム，金等があ
る。
放射率層は，上記高輻射能を有する材料の粒子と白金等
の電極材料とを混合したペーストを上記内側面に形成し
てなり，該内側面の電極中に一体的に設けてあるという
構成を採ることもできる。この場合には，電極と高放射
率層とを同時に形成することができ，製造容易である。
上記電極材料としては，白金，パラジウム，金等があ
る。
【００１６】また，上記センサ素子の内側面，ヒータの
表面いずれの場合にも，高放射率層を設ける表面の粗度
は１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ未満では，
高放射率層の放射率が低くなるおそれがある。また，特
に好ましくは５〜２０μｍである。上記高放射率層の厚
みは５μｍ以上とすることが好ましい。５μｍ未満で
は，その効果が低いおそれがある。また，更に好ましく
は１０〜２０μｍである。２０μｍを越えると膜付着力
の低下に伴う剥離の問題がある。また，上記高放射率層
は，上記内側面又はヒータ表面に設けるが，必ずしもこ
れらの全面に設ける必要はなく，例えばヒータ発熱部の
近傍に部分的に設けることもできる。
表面いずれの場合にも，高放射率層を設ける表面の粗度
は１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ未満では，
高放射率層の放射率が低くなるおそれがある。また，特
に好ましくは５〜２０μｍである。上記高放射率層の厚
みは５μｍ以上とすることが好ましい。５μｍ未満で
は，その効果が低いおそれがある。また，更に好ましく
は１０〜２０μｍである。２０μｍを越えると膜付着力
の低下に伴う剥離の問題がある。また，上記高放射率層
は，上記内側面又はヒータ表面に設けるが，必ずしもこ
れらの全面に設ける必要はなく，例えばヒータ発熱部の
近傍に部分的に設けることもできる。
【００１７】また，上記酸素濃度検出器の製造方法とし
ては，例えば次のものがある。即ち，固体電解質よりな
ると共に外側面と内側面にそれぞれ電極を設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有し，上記センサ素子の内側面及び上記ヒータの
表面の少なくとも一方に，高輻射能を有する材料により
形成した高放射率層を設けてなり，かつ上記センサ素子
の内側面に設けた高放射率層は放射率が０．３以上であ
り，一方上記ヒータの表面に設けた高放射率層は放射率
が０．６以上である酸素濃度検出器を製造するに当た
り，上記高放射率層を形成する上記内側面又はヒータ表
面は，表面粗度が１μｍ以上であり，かつ上記高放射率
層は上記放射率を有する材料を，上記内側面又はヒータ
表面の少なくとも一方に塗布し，次いで焼付ける方法が
ある。
ては，例えば次のものがある。即ち，固体電解質よりな
ると共に外側面と内側面にそれぞれ電極を設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有し，上記センサ素子の内側面及び上記ヒータの
表面の少なくとも一方に，高輻射能を有する材料により
形成した高放射率層を設けてなり，かつ上記センサ素子
の内側面に設けた高放射率層は放射率が０．３以上であ
り，一方上記ヒータの表面に設けた高放射率層は放射率
が０．６以上である酸素濃度検出器を製造するに当た
り，上記高放射率層を形成する上記内側面又はヒータ表
面は，表面粗度が１μｍ以上であり，かつ上記高放射率
層は上記放射率を有する材料を，上記内側面又はヒータ
表面の少なくとも一方に塗布し，次いで焼付ける方法が
ある。
【００１８】上記製造方法において，表面粗度が１μｍ
未満の場合には，上記のごとく，高放射率層の放射率が
低くなるおそれがある。また，上記高輻射能材料を塗布
するに当たっては，この材料のスラリー中に上記センサ
素子，ヒータを浸漬して，そのヒータに上記材料を付着
させる。上記の焼付けは，上記材料を塗布したセンサ素
子，ヒータを５００〜１０００℃において，加熱，焼付
けすることにより行う。また，上記製造方法によれば，
上記のごとき優れた酸素濃度検出器を製造することがで
きる。
未満の場合には，上記のごとく，高放射率層の放射率が
低くなるおそれがある。また，上記高輻射能材料を塗布
するに当たっては，この材料のスラリー中に上記センサ
素子，ヒータを浸漬して，そのヒータに上記材料を付着
させる。上記の焼付けは，上記材料を塗布したセンサ素
子，ヒータを５００〜１０００℃において，加熱，焼付
けすることにより行う。また，上記製造方法によれば，
上記のごとき優れた酸素濃度検出器を製造することがで
きる。
【００１９】また，上述の酸素濃度検出器とは異なる構
成のものとしては，例えば次のものがある。即ち，固体
電解質よりなると共に外側面と内側面にそれぞれ外側電
極と内側電極とを設けてなるセンサ素子と，該センサ素
子の内側面に隣接配置したヒータとを有する酸素濃度検
出器において，上記ヒータは，高耐熱，高輻射能を有す
る材料である窒化ケイ素，窒化アルミニウム，炭化ケイ
素のグループより選ばれる１種又は２種以上の材料によ
り構成されている酸素濃度検出器がある。
成のものとしては，例えば次のものがある。即ち，固体
電解質よりなると共に外側面と内側面にそれぞれ外側電
極と内側電極とを設けてなるセンサ素子と，該センサ素
子の内側面に隣接配置したヒータとを有する酸素濃度検
出器において，上記ヒータは，高耐熱，高輻射能を有す
る材料である窒化ケイ素，窒化アルミニウム，炭化ケイ
素のグループより選ばれる１種又は２種以上の材料によ
り構成されている酸素濃度検出器がある。
【００２０】これにより，ヒータの熱をセンサ素子の内
側面に効率良く放射し，ヒータの熱を効率良くセンサ素
子に伝え，センサ素子を効率良く加熱することができ
る。また，上述の物質以外にも高耐熱，高輻射能を有す
る材料であればいかなる材料等を使用してもよい。な
お，上記高輻射能材料は，前述した理由により，放射率
が０．６以上であることが好ましい。
側面に効率良く放射し，ヒータの熱を効率良くセンサ素
子に伝え，センサ素子を効率良く加熱することができ
る。また，上述の物質以外にも高耐熱，高輻射能を有す
る材料であればいかなる材料等を使用してもよい。な
お，上記高輻射能材料は，前述した理由により，放射率
が０．６以上であることが好ましい。
【００２１】また，固体電解質よりなると共に外側面と
内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有する酸素濃度検出器において，上記内側電極は
高輻射能を有する材料で構成され，上記外側電極は内側
電極よりも低い輻射能を有する材料で構成されているこ
とを特徴とする酸素濃度検出器がある。
内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有する酸素濃度検出器において，上記内側電極は
高輻射能を有する材料で構成され，上記外側電極は内側
電極よりも低い輻射能を有する材料で構成されているこ
とを特徴とする酸素濃度検出器がある。
【００２２】これにより，内側電極はヒータから放射さ
れる熱を効率良く吸収することができ，一方，外側電極
は吸収した熱をセンサ素子外部へ放散しにくくなってい
る。よって，センサ素子を効率良く加熱することができ
る。
れる熱を効率良く吸収することができ，一方，外側電極
は吸収した熱をセンサ素子外部へ放散しにくくなってい
る。よって，センサ素子を効率良く加熱することができ
る。
【００２３】上記内側電極は，例えば，白金ブラック，
酸化ルテニウム等の高輻射能を有する導電物質で構成さ
れている。また，上記外側電極は，例えば，白金（放射
率０．１），金（放射率０．０３），パラジウム（放射
率０．３３）等の低い輻射能を有する導電物質で構成さ
れている。
酸化ルテニウム等の高輻射能を有する導電物質で構成さ
れている。また，上記外側電極は，例えば，白金（放射
率０．１），金（放射率０．０３），パラジウム（放射
率０．３３）等の低い輻射能を有する導電物質で構成さ
れている。
【００２４】上記内側電極は，外側電極との対面部分に
外側電極よりも高い輻射能を有する材料を用い，設けて
あることが好ましい。この場合，酸素濃度検出に最低限
必要な箇所のみに限定して電極を設けるため，電極材料
を節約し，製造コストを低減することができる。
外側電極よりも高い輻射能を有する材料を用い，設けて
あることが好ましい。この場合，酸素濃度検出に最低限
必要な箇所のみに限定して電極を設けるため，電極材料
を節約し，製造コストを低減することができる。
【００２５】また，固体電解質よりなると共に外側面と
内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有する酸素濃度検出器において，上記内側電極
は，少なくともその表面は高輻射能を有する材料で構成
され，一方センサ素子の最外層には，上記内側電極より
も低い輻射能を有する材料を設けたことを特徴とする酸
素濃度検出器がある。
内側面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセ
ンサ素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒー
タとを有する酸素濃度検出器において，上記内側電極
は，少なくともその表面は高輻射能を有する材料で構成
され，一方センサ素子の最外層には，上記内側電極より
も低い輻射能を有する材料を設けたことを特徴とする酸
素濃度検出器がある。
【００２６】上記内側電極の表面を高輻射能を有する材
料で構成するには，内側電極そのものを高輻射能を有す
る材料で構成する方法と，内側電極の表面に高輻射能を
有する材料による高放射率層を設ける方法とがある。ま
た，上記高輻射能を有する材料は前述した各種物質を使
用することができるが，前述した理由により，放射率が
０．３以上であることが好ましい。
料で構成するには，内側電極そのものを高輻射能を有す
る材料で構成する方法と，内側電極の表面に高輻射能を
有する材料による高放射率層を設ける方法とがある。ま
た，上記高輻射能を有する材料は前述した各種物質を使
用することができるが，前述した理由により，放射率が
０．３以上であることが好ましい。
【００２７】次に，上記最外層は，材料粉末を準備し，
該材料粉末をプラズマ溶射する方法，材料粉末をスラリ
ーとし，このスラリーを塗布，焼き付ける方法，又は材
料粉末をスパッタリング等の蒸着及び熱処理する方法に
より形成することができる。上記材料粉末としては，例
えばアルミナ，ジルコニア，マグネシア等を使用するこ
とができる。上記物質の中では，放射率０．１７のマグ
ネシアを使用することが最も好ましい。なお，上記最外
層は，酸素分子等を透過することのできる，ポーラスな
層でなければならない。
該材料粉末をプラズマ溶射する方法，材料粉末をスラリ
ーとし，このスラリーを塗布，焼き付ける方法，又は材
料粉末をスパッタリング等の蒸着及び熱処理する方法に
より形成することができる。上記材料粉末としては，例
えばアルミナ，ジルコニア，マグネシア等を使用するこ
とができる。上記物質の中では，放射率０．１７のマグ
ネシアを使用することが最も好ましい。なお，上記最外
層は，酸素分子等を透過することのできる，ポーラスな
層でなければならない。
【００２８】また，上述したいずれの酸素濃度検出器に
おいても，上記ヒータは断面形状が多角形であることが
好ましい。同一の断面積である柱状体においては，断面
が円形であるよりも，多角形であるほうが表面積が大き
くなる。このためヒータの表面積がより大きくなるた
め，センサ素子をより効率的に加熱することができる。
おいても，上記ヒータは断面形状が多角形であることが
好ましい。同一の断面積である柱状体においては，断面
が円形であるよりも，多角形であるほうが表面積が大き
くなる。このためヒータの表面積がより大きくなるた
め，センサ素子をより効率的に加熱することができる。
【００２９】なお，本発明は，限界電流式酸素濃度検出
器（実施例１），起電力式酸素濃度検出器（実施例４）
などセンサ素子とヒータとを有する各種の酸素濃度検出
器に適用することができる。更に，本発明は，内部にヒ
ータ挿入口を有するコップ型固体電解質の周囲に電極等
を積層形成したセンサ素子，または内部に一体的にヒー
タを設けた積層型のセンサ素子の両方に適用することが
できる。
器（実施例１），起電力式酸素濃度検出器（実施例４）
などセンサ素子とヒータとを有する各種の酸素濃度検出
器に適用することができる。更に，本発明は，内部にヒ
ータ挿入口を有するコップ型固体電解質の周囲に電極等
を積層形成したセンサ素子，または内部に一体的にヒー
タを設けた積層型のセンサ素子の両方に適用することが
できる。
【００３０】
【作用及び効果】本発明の酸素濃度検出器においては，
センサ素子の内側面，ヒータの表面の一方又は双方に，
上記高放射率層を設けてある。この高放射率層は，高輻
射能を有する材料により形成してある。高放射率層をセ
ンサ素子内側面に設けた場合には，ヒータから放射され
る熱を効率良く吸収し，固体電解質を十分に加熱するこ
とができる。
センサ素子の内側面，ヒータの表面の一方又は双方に，
上記高放射率層を設けてある。この高放射率層は，高輻
射能を有する材料により形成してある。高放射率層をセ
ンサ素子内側面に設けた場合には，ヒータから放射され
る熱を効率良く吸収し，固体電解質を十分に加熱するこ
とができる。
【００３１】また，高放射率層をヒータ表面に形成した
場合も，ヒータの熱を効率良く吸収し，これをセンサ素
子の内側面に効率良く放射する。また，高放射率層を上
記内側面及びヒータ表面の両方に設けた場合には，上記
の相乗効果が得られる。
場合も，ヒータの熱を効率良く吸収し，これをセンサ素
子の内側面に効率良く放射する。また，高放射率層を上
記内側面及びヒータ表面の両方に設けた場合には，上記
の相乗効果が得られる。
【００３２】それ故，本発明によれば，ヒータの熱を効
率良くセンサ素子に伝え，センサ素子を効率良く加熱す
ることができる。そのため，被測定ガスが低温の場合に
も，ヒータの発熱体の温度を極端に高くする必要がな
い。それ故，ヒータの耐久性を向上させることができ
る。
率良くセンサ素子に伝え，センサ素子を効率良く加熱す
ることができる。そのため，被測定ガスが低温の場合に
も，ヒータの発熱体の温度を極端に高くする必要がな
い。それ故，ヒータの耐久性を向上させることができ
る。
【００３３】また，センサ素子を効率良く加熱できるた
め，エンジン排ガス等の被測定ガスが低温の場合にも，
センサ素子の温度を高くすることができ，安定したセン
サ特性を発揮させることができる。
め，エンジン排ガス等の被測定ガスが低温の場合にも，
センサ素子の温度を高くすることができ，安定したセン
サ特性を発揮させることができる。
【００３４】したがって，本発明によれば，ヒータの耐
久性向上を図ることができると共に，低温時にも安定し
たセンサ特性を発揮する酸素濃度検出器を提供すること
ができる。
久性向上を図ることができると共に，低温時にも安定し
たセンサ特性を発揮する酸素濃度検出器を提供すること
ができる。
【００３５】
実施例１ 本発明の実施例にかかる酸素濃度検出器，その製造方法
及び酸素濃度検出器の評価につき，図１〜図４を用いて
説明する。まず，図１，図２，図４に示すごとく，本例
の酸素濃度検出器は，固体電解質２０よりなると共に外
側面２２０と内側面２３０とに，それぞれ外側電極２
２，内側電極２３を設けてなるセンサ素子２と，該セン
サ素子の内側面２３０に隣接配置したヒータ３とを有す
る。
及び酸素濃度検出器の評価につき，図１〜図４を用いて
説明する。まず，図１，図２，図４に示すごとく，本例
の酸素濃度検出器は，固体電解質２０よりなると共に外
側面２２０と内側面２３０とに，それぞれ外側電極２
２，内側電極２３を設けてなるセンサ素子２と，該セン
サ素子の内側面２３０に隣接配置したヒータ３とを有す
る。
【００３６】上記センサ素子２の内側面２３０には，高
輻射能を有する材料により形成した高放射率層１を設け
ている。本例の酸素濃度検出器４（図４）は，後述する
ごとく，エンジンの排ガス測定に用いる限界電流式酸素
濃度検出器である。
輻射能を有する材料により形成した高放射率層１を設け
ている。本例の酸素濃度検出器４（図４）は，後述する
ごとく，エンジンの排ガス測定に用いる限界電流式酸素
濃度検出器である。
【００３７】図１，図２に示すごとく，上記センサ素子
２は，ジルコニア製の固体電解質２０よりなるコップ形
状を有し，その内側面２３０にはその表面に大気と接触
する内側電極２３を有し，一方，外側面２２０には，そ
の一部分に筒状の，被測定ガスとしてのエンジン排ガス
に接触する外側電極２２を有する。これら内側電極２
３，外側電極２２は，例えば化学メッキにより白金層を
形成したものである。
２は，ジルコニア製の固体電解質２０よりなるコップ形
状を有し，その内側面２３０にはその表面に大気と接触
する内側電極２３を有し，一方，外側面２２０には，そ
の一部分に筒状の，被測定ガスとしてのエンジン排ガス
に接触する外側電極２２を有する。これら内側電極２
３，外側電極２２は，例えば化学メッキにより白金層を
形成したものである。
【００３８】上記内側面２３０の表面には，上記内側電
極２３を覆うように，本発明にかかる高放射率層１が形
成してある。また，固体電解質２０の外側の表面には，
上記外側電極２２も覆うように，ガス拡散層２６が，更
にその外側の表面にはポーラスなトラップ層２７が設け
てある。上記ガス拡散層２６は，プラズマ溶射されたア
ルミナ・マグネシアの多孔質層である。トラップ層２７
は，排ガス中のリン（Ｐ），鉛（Ｐｂ）等の被毒物をト
ラップしてセンサ素子２を保護するためのもので，アル
ミナよりなる。
極２３を覆うように，本発明にかかる高放射率層１が形
成してある。また，固体電解質２０の外側の表面には，
上記外側電極２２も覆うように，ガス拡散層２６が，更
にその外側の表面にはポーラスなトラップ層２７が設け
てある。上記ガス拡散層２６は，プラズマ溶射されたア
ルミナ・マグネシアの多孔質層である。トラップ層２７
は，排ガス中のリン（Ｐ），鉛（Ｐｂ）等の被毒物をト
ラップしてセンサ素子２を保護するためのもので，アル
ミナよりなる。
【００３９】一方，ヒータ３は，図１，図２，前記図２
０に示すごとく，アルミナ等のセラミック棒３１の表面
に，白金，タングステン等の発熱体３２を設け，その外
周を，アルミナのシート３３により被覆したものであ
る。この発熱体３２は，上記シート３３に予め印刷され
ており，これをシートと共にセラミック棒３１の表面に
巻きつけることにより形成してある。なお，符号３４は
リード線である。
０に示すごとく，アルミナ等のセラミック棒３１の表面
に，白金，タングステン等の発熱体３２を設け，その外
周を，アルミナのシート３３により被覆したものであ
る。この発熱体３２は，上記シート３３に予め印刷され
ており，これをシートと共にセラミック棒３１の表面に
巻きつけることにより形成してある。なお，符号３４は
リード線である。
【００４０】上記多孔質の高放射率層１の形成に当たっ
ては，後述する高輻射能材料の粉末を水中に分散させた
スラリーを準備し，これをセンサ素子２の内側面２３０
内に塗布し，乾燥後約１０００℃でセンサ素子を加熱す
ることにより，焼付け形成した。上記の塗布に当たって
は，センサ素子のコップ状内側面２３０内に上記スラリ
ーを投入し，その後余分のスラリーを排出することによ
り行った。上記内側面２３０の表面粗度は約１０μｍで
あった。上記高放射率層１の気孔率は，センサ素子の内
側面の大気の拡散性を考慮して本例では５０％である。
ては，後述する高輻射能材料の粉末を水中に分散させた
スラリーを準備し，これをセンサ素子２の内側面２３０
内に塗布し，乾燥後約１０００℃でセンサ素子を加熱す
ることにより，焼付け形成した。上記の塗布に当たって
は，センサ素子のコップ状内側面２３０内に上記スラリ
ーを投入し，その後余分のスラリーを排出することによ
り行った。上記内側面２３０の表面粗度は約１０μｍで
あった。上記高放射率層１の気孔率は，センサ素子の内
側面の大気の拡散性を考慮して本例では５０％である。
【００４１】次に，上記センサ素子２，ヒータ３を装着
した酸素濃度検出器４につき，図４を用いて説明する。
即ち，上記酸素濃度検出器４は，上記のごとく，センサ
素子２内にヒータ３を挿入してなると共に，これらはハ
ウジング４６及び窓付きケース４６１によりカバーされ
ている。上記両外側電極２２及び内側電極２３はリード
線４１，４２を介して，またヒータ３はリード線４５を
介して，センサ素子上方のコネクタ４８に接続されてい
る。このように構成した酸素濃度検出器４は，ハウジン
グ４６に取付けたフランジ４７により，エンジンの排気
パイプに固定される。
した酸素濃度検出器４につき，図４を用いて説明する。
即ち，上記酸素濃度検出器４は，上記のごとく，センサ
素子２内にヒータ３を挿入してなると共に，これらはハ
ウジング４６及び窓付きケース４６１によりカバーされ
ている。上記両外側電極２２及び内側電極２３はリード
線４１，４２を介して，またヒータ３はリード線４５を
介して，センサ素子上方のコネクタ４８に接続されてい
る。このように構成した酸素濃度検出器４は，ハウジン
グ４６に取付けたフランジ４７により，エンジンの排気
パイプに固定される。
【００４２】また，この酸素濃度検出器４は，限界電流
式で，上記外側電極２２，内側電極２３の間に電圧を印
加することにより，固体電解質内に酸素イオンを拡散さ
せ，この拡散する酸素イオン濃度に対する限界電流値を
求める方式のものである。図３には，この酸素濃度検出
器を用いて，エンジン排ガスを測定した場合における，
エンジン空燃比（Ａ／Ｆ＝空気量／燃料量）と限界電流
値の関係を示した。
式で，上記外側電極２２，内側電極２３の間に電圧を印
加することにより，固体電解質内に酸素イオンを拡散さ
せ，この拡散する酸素イオン濃度に対する限界電流値を
求める方式のものである。図３には，この酸素濃度検出
器を用いて，エンジン排ガスを測定した場合における，
エンジン空燃比（Ａ／Ｆ＝空気量／燃料量）と限界電流
値の関係を示した。
【００４３】実施例２ 次に，上記実施例１に示した，酸素濃度検出器につき，
センサ素子の内側面にのみ高放射率層を形成した場合
（表１）につき，評価を行った。上記センサ素子の内側
面に形成した高放射率層の面積は，内側面の面積に対し
て６０％であり，高放射率層の厚みは約２０μｍであっ
た。上記の高放射率層の種類，５００〜１２００℃にお
ける放射率は表１に示した。
センサ素子の内側面にのみ高放射率層を形成した場合
（表１）につき，評価を行った。上記センサ素子の内側
面に形成した高放射率層の面積は，内側面の面積に対し
て６０％であり，高放射率層の厚みは約２０μｍであっ
た。上記の高放射率層の種類，５００〜１２００℃にお
ける放射率は表１に示した。
【００４４】酸素濃度検出器の評価は，ヒータの温度を
１０５０℃と一定としたとき，センサ素子の固体電解質
の温度がどこまで上昇するかにつき行った。具体的に
は，ヒータの投入電力２８Ｗ印加の条件で行った。ま
た，上記酸素濃度検出器をエンジン排気ガス中に置き，
エンジンアイドリング時におけるセンサ特性を測定し
た。そして，アイドリング時におけるセンサ素子の内部
抵抗を，２０ｋΩ以下，２０〜４０ｋΩ，４０ｋΩ以上
の三段階で評価した。これらの結果を表１に示す。
１０５０℃と一定としたとき，センサ素子の固体電解質
の温度がどこまで上昇するかにつき行った。具体的に
は，ヒータの投入電力２８Ｗ印加の条件で行った。ま
た，上記酸素濃度検出器をエンジン排気ガス中に置き，
エンジンアイドリング時におけるセンサ特性を測定し
た。そして，アイドリング時におけるセンサ素子の内部
抵抗を，２０ｋΩ以下，２０〜４０ｋΩ，４０ｋΩ以上
の三段階で評価した。これらの結果を表１に示す。
【００４５】また，比較例として，高放射率層を設ける
ことなく，従来と同様に電極がＰｔメッキ，Ａｕメッキ
のままの例（Ｎｏ．Ｃ１，Ｃ２）についても同様の測定
を行った。これらについても，同様に評価し，表１に示
した。
ことなく，従来と同様に電極がＰｔメッキ，Ａｕメッキ
のままの例（Ｎｏ．Ｃ１，Ｃ２）についても同様の測定
を行った。これらについても，同様に評価し，表１に示
した。
【００４６】表１より知られるごとく，本発明にかかる
酸素濃度検出器（Ｎｏ．１〜４）は，センサ素子の内側
面に高放射率層を形成しているため，固体電解質は高い
温度を示し，優れたセンサ特性を示している。これら
は，上記高放射率層が０．３以上という放射率を有する
ためである。一方，比較例Ｃ１，Ｃ２では，固体電解質
の温度が低くセンサ特性も悪い。これは比較例Ｃ１のＰ
ｔメッキ，同Ｃ２のＡｕメッキは放射率が０．１，０．
０３と低いためである。
酸素濃度検出器（Ｎｏ．１〜４）は，センサ素子の内側
面に高放射率層を形成しているため，固体電解質は高い
温度を示し，優れたセンサ特性を示している。これら
は，上記高放射率層が０．３以上という放射率を有する
ためである。一方，比較例Ｃ１，Ｃ２では，固体電解質
の温度が低くセンサ特性も悪い。これは比較例Ｃ１のＰ
ｔメッキ，同Ｃ２のＡｕメッキは放射率が０．１，０．
０３と低いためである。
【００４７】
【表１】
【００４８】実施例３ 本例の酸素濃度検出器は，図５，図６に示すごとく，高
放射率層をヒータの表面に形成した例である。本例の酸
素濃度検出器は，ヒータ３において，その発熱体３２の
表面にアルミナシート３３を被覆し，更にその表面に本
発明にかかる高放射率層１を形成したものである。セン
サ素子２側には，高放射率層を形成していない。その他
は，実施例１と同様である。
放射率層をヒータの表面に形成した例である。本例の酸
素濃度検出器は，ヒータ３において，その発熱体３２の
表面にアルミナシート３３を被覆し，更にその表面に本
発明にかかる高放射率層１を形成したものである。セン
サ素子２側には，高放射率層を形成していない。その他
は，実施例１と同様である。
【００４９】本例の場合には，表２に示すごとく，３種
類の高放射率層（Ｎｏ．５〜７）を用いた。高放射率層
１の形成は，図５，６に示すごとく，ヒータの発熱体３
２を覆うアルミナシート３３の表面に形成した。その厚
みは２０μｍであった。また，高放射率層１の形成は，
高輻射能の材料（表２のＹ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 又はＮｉ
Ｏ）のスラリー中にヒータを浸漬し，乾燥し，焼付ける
ことにより行った。また，比較例として，高放射率層１
は設けず，従来と同様に，ヒータの表面にアルミナシー
ト３２を被覆したままの場合を示した。
類の高放射率層（Ｎｏ．５〜７）を用いた。高放射率層
１の形成は，図５，６に示すごとく，ヒータの発熱体３
２を覆うアルミナシート３３の表面に形成した。その厚
みは２０μｍであった。また，高放射率層１の形成は，
高輻射能の材料（表２のＹ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 又はＮｉ
Ｏ）のスラリー中にヒータを浸漬し，乾燥し，焼付ける
ことにより行った。また，比較例として，高放射率層１
は設けず，従来と同様に，ヒータの表面にアルミナシー
ト３２を被覆したままの場合を示した。
【００５０】本例の酸素濃度検出器について，実施例２
と同様の評価を行ない，その結果を表２に示した。表２
より，本発明の酸素濃度検出器（Ｎｏ．５〜７）は，ヒ
ータに高放射率層を形成した場合にも，高い固体電解質
温度を示し，優れたセンサ特性を示すことが分かる。一
方，比較例Ｃ３においては，ヒータ３の最外表面にアル
ミナシートを有するが，その放射率は低いため，固体電
解質の温度が低い。
と同様の評価を行ない，その結果を表２に示した。表２
より，本発明の酸素濃度検出器（Ｎｏ．５〜７）は，ヒ
ータに高放射率層を形成した場合にも，高い固体電解質
温度を示し，優れたセンサ特性を示すことが分かる。一
方，比較例Ｃ３においては，ヒータ３の最外表面にアル
ミナシートを有するが，その放射率は低いため，固体電
解質の温度が低い。
【００５１】上記より知られるごとく，本発明によれ
ば，ヒータの耐久性向上を図ることができ，また安定し
たセンサ特性を発揮する酸素濃度検出器を得ることがで
きることが分かる。
ば，ヒータの耐久性向上を図ることができ，また安定し
たセンサ特性を発揮する酸素濃度検出器を得ることがで
きることが分かる。
【００５２】
【表２】
【００５３】実施例４ 上記実施例１〜３は，限界電流式の酸素濃度検出器につ
き例示したが，本例は，起電流式の酸素濃度検出器を示
す。この方式の酸素濃度検出器は，図７に示すごとく，
起電力がある空燃比において急激に変化する特性を有す
るものである。
き例示したが，本例は，起電流式の酸素濃度検出器を示
す。この方式の酸素濃度検出器は，図７に示すごとく，
起電力がある空燃比において急激に変化する特性を有す
るものである。
【００５４】実施例５ また，前記実施例で示した酸素濃度検出器において，大
気側（センサ素子の内側面）の電極を白金などのペース
トで形成するとき，アルミナ，酸化ジルコニウム，酸化
鉄，酸化ニッケル等の高輻射能の耐熱性金属酸化物を，
白金等の電極材料と混合してペースト電極とし，電極自
体の放射率を０．３以上とする。このように，電極と高
放射率層とを一体的にすることによっても，実施例１と
同様の効果を得ることができる。
気側（センサ素子の内側面）の電極を白金などのペース
トで形成するとき，アルミナ，酸化ジルコニウム，酸化
鉄，酸化ニッケル等の高輻射能の耐熱性金属酸化物を，
白金等の電極材料と混合してペースト電極とし，電極自
体の放射率を０．３以上とする。このように，電極と高
放射率層とを一体的にすることによっても，実施例１と
同様の効果を得ることができる。
【００５５】実施例６ 本例は，前記実施例３で述べた酸素濃度検出器におい
て，図８に示すごとく，高放射率層１をヒータ３の表面
に，部分的に形成した例である。即ち，センサ素子２に
おいて外側電極２２は，固体電解質２０の側面下端に帯
状に設けてある。一方，上記高放射率層１も外側電極２
２と対面する位置である，ヒータ３の側面下端に帯状に
設けてある。そして，ヒータ３の上方部には高放射率層
１が設けられていない。その他は，実施例１と同様であ
る。
て，図８に示すごとく，高放射率層１をヒータ３の表面
に，部分的に形成した例である。即ち，センサ素子２に
おいて外側電極２２は，固体電解質２０の側面下端に帯
状に設けてある。一方，上記高放射率層１も外側電極２
２と対面する位置である，ヒータ３の側面下端に帯状に
設けてある。そして，ヒータ３の上方部には高放射率層
１が設けられていない。その他は，実施例１と同様であ
る。
【００５６】エンジン空燃比制御に使用される酸素濃度
検出器で，空燃比がリッチ状態にある場合には，図８に
矢線に示すごとく，ヒータ３と内側電極２３との形成す
るクリアランスから供給された酸素が，内側電極２３に
おいて酸素イオンとなり，固体電解質２０を通じて外側
電極２２へと移動する。この現象により，酸素濃度検出
器は空燃比がリッチ状態にあることを検出することがで
きる。仮に，センサ素子２の内部が酸欠状態となった場
合には，正確な空燃比の検知が不可能となる。
検出器で，空燃比がリッチ状態にある場合には，図８に
矢線に示すごとく，ヒータ３と内側電極２３との形成す
るクリアランスから供給された酸素が，内側電極２３に
おいて酸素イオンとなり，固体電解質２０を通じて外側
電極２２へと移動する。この現象により，酸素濃度検出
器は空燃比がリッチ状態にあることを検出することがで
きる。仮に，センサ素子２の内部が酸欠状態となった場
合には，正確な空燃比の検知が不可能となる。
【００５７】本例の酸素濃度検出器では，ヒータ３の上
方部において，内側電極２３とヒータ３との間のクリア
ランスが広く，酸素が容易に流入する構造となってい
る。よって，センサ素子２内部の酸欠状態が防止され，
正確な空燃比を検知することができる。その他，実施例
１と同様の作用効果を有する。なお，上記高放射率層１
と内側電極２３とのクリアランスは，酸素等の移動を阻
害しないためにも，０．１ｍｍ以上とすることが好まし
い。
方部において，内側電極２３とヒータ３との間のクリア
ランスが広く，酸素が容易に流入する構造となってい
る。よって，センサ素子２内部の酸欠状態が防止され，
正確な空燃比を検知することができる。その他，実施例
１と同様の作用効果を有する。なお，上記高放射率層１
と内側電極２３とのクリアランスは，酸素等の移動を阻
害しないためにも，０．１ｍｍ以上とすることが好まし
い。
【００５８】実施例７ 本例の酸素濃度検出器は，図９，図１０に示すごとく，
ヒータ３９が高耐熱，高輻射能を有する窒化ケイ素によ
り構成されている。図１０（Ａ）に示すごとく，上記ヒ
ータ３９の形成に当たっては，まず窒化ケイ素よりなる
同形状の成形体３９０を２つ準備する。上記成形体３９
０の一方にはＷ−Ｍｏよりなる導体ペースト３９２を２
ヶ所に印刷し，もう一方の成形体３９０にはＷ線３９１
を取付ける。なお，上記Ｗ線３９１と導体ペースト３９
２を同一の成形体に設けてもよい。
ヒータ３９が高耐熱，高輻射能を有する窒化ケイ素によ
り構成されている。図１０（Ａ）に示すごとく，上記ヒ
ータ３９の形成に当たっては，まず窒化ケイ素よりなる
同形状の成形体３９０を２つ準備する。上記成形体３９
０の一方にはＷ−Ｍｏよりなる導体ペースト３９２を２
ヶ所に印刷し，もう一方の成形体３９０にはＷ線３９１
を取付ける。なお，上記Ｗ線３９１と導体ペースト３９
２を同一の成形体に設けてもよい。
【００５９】次いで，上記導体ペースト３９２及びＷ線
３９１を対面させつつ，両成形体３９０を積層し，積層
体となす。次いで，上記積層体を温度１７００〜１８０
０℃でホットプレス焼成し，焼成体とする。
３９１を対面させつつ，両成形体３９０を積層し，積層
体となす。次いで，上記積層体を温度１７００〜１８０
０℃でホットプレス焼成し，焼成体とする。
【００６０】次に，図１０（Ｂ）に示すごとく，上記焼
成体を研削し，円柱体３９９とする。その後，図１０
（Ｃ）に示すごとく，上記円柱体３９９の側面に，上記
導体ペースト３９２と導通するようにＮｉリード線３９
４を２本，Ａｕ−Ｎｉロウ材３９３にてロウ付けする。
即ち，図１０（Ｄ）に示すごとく，円柱体３９９の側面
において導体ペースト３９２が露出しており，該導体ペ
ースト３９２を被覆するようにＡｕ−Ｎｉロウ材３９３
を設ける。これにより，窒化ケイ素よりなるヒータ３９
を得る。このヒータ３９は，図９に示すごとくセンサ素
子２内に挿入配置する。その他は実施例１と同様であ
る。
成体を研削し，円柱体３９９とする。その後，図１０
（Ｃ）に示すごとく，上記円柱体３９９の側面に，上記
導体ペースト３９２と導通するようにＮｉリード線３９
４を２本，Ａｕ−Ｎｉロウ材３９３にてロウ付けする。
即ち，図１０（Ｄ）に示すごとく，円柱体３９９の側面
において導体ペースト３９２が露出しており，該導体ペ
ースト３９２を被覆するようにＡｕ−Ｎｉロウ材３９３
を設ける。これにより，窒化ケイ素よりなるヒータ３９
を得る。このヒータ３９は，図９に示すごとくセンサ素
子２内に挿入配置する。その他は実施例１と同様であ
る。
【００６１】本例の酸素濃度検出器においては，ヒータ
３９が高耐熱，高輻射能を有する材料からなるため，セ
ンサ素子２を効率良く加熱することができる。その他，
実施例１と同様の作用効果を有する。
３９が高耐熱，高輻射能を有する材料からなるため，セ
ンサ素子２を効率良く加熱することができる。その他，
実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６２】実施例８ 本例の酸素濃度検出器は，図１１に示すごとく，センサ
素子２上方部における内側電極２３とヒータ３９とのク
リアランスが広く，外側電極２２近傍の内側電極２３と
ヒータ３９とのクリアランスが狭くなるように構成した
センサ素子２を有する例である。また，上記センサ素子
２に挿入されるヒータ３９は，実施例７に示す，高耐
熱，高輻射能を有する材料より構成されたヒータ３９で
ある。その他は，実施例１と同様である。
素子２上方部における内側電極２３とヒータ３９とのク
リアランスが広く，外側電極２２近傍の内側電極２３と
ヒータ３９とのクリアランスが狭くなるように構成した
センサ素子２を有する例である。また，上記センサ素子
２に挿入されるヒータ３９は，実施例７に示す，高耐
熱，高輻射能を有する材料より構成されたヒータ３９で
ある。その他は，実施例１と同様である。
【００６３】本例の酸素濃度検出器では，ヒータ３の上
部において，内側電極２３とヒータ３との間のクリアラ
ンスが広く，酸素が容易に流入する構造となっている。
よって，センサ素子２内部の酸欠状態が防止され，正確
な空燃比を検知することができる。その他，実施例１と
同様の作用効果を有する。なお，ヒータ３と内側電極２
３とのクリアランスは，酸素等の移動を阻害しないため
にも，０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
部において，内側電極２３とヒータ３との間のクリアラ
ンスが広く，酸素が容易に流入する構造となっている。
よって，センサ素子２内部の酸欠状態が防止され，正確
な空燃比を検知することができる。その他，実施例１と
同様の作用効果を有する。なお，ヒータ３と内側電極２
３とのクリアランスは，酸素等の移動を阻害しないため
にも，０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００６４】実施例９ 本例の酸素濃度検出器は，図１２に示すごとく，センサ
素子２における内側電極２３９は高輻射能を有する材料
である白金ブラックまたは酸化ルテニウムで構成された
例である。上記内側電極２３９の形成に当たって，白金
ブラックの場合には，まず，白金ブラック粉末８２重量
％に，有機バインダーと有機溶剤を混合した混合物１８
重量％を加えペーストとする。一方，酸化ルテニウムの
場合には，酸化ルテニウム粉末７６重量％に，有機バイ
ンダーと有機溶剤を混合した混合物２４重量％を加えペ
ーストとする。
素子２における内側電極２３９は高輻射能を有する材料
である白金ブラックまたは酸化ルテニウムで構成された
例である。上記内側電極２３９の形成に当たって，白金
ブラックの場合には，まず，白金ブラック粉末８２重量
％に，有機バインダーと有機溶剤を混合した混合物１８
重量％を加えペーストとする。一方，酸化ルテニウムの
場合には，酸化ルテニウム粉末７６重量％に，有機バイ
ンダーと有機溶剤を混合した混合物２４重量％を加えペ
ーストとする。
【００６５】次に，固体電解質２０の表面に上記ペース
トを，曲面印刷を施すことにより，印刷塗布する。次
に，上記固体電解質２０を，レベリングのために，空気
中に１０分間放置する。次に，上記固体電解質２０を焼
成炉に投入し，白金ブラックの場合には，温度１１００
〜１４００℃，空気中で５時間，酸化ルテニウムの場合
には７６０〜８５０℃，空気中で１０分間で焼成する。
これにより，固体電解質２０の内側面２３０に，上記内
側電極２３９を形成することができる。その他は，実施
例１と同様である。
トを，曲面印刷を施すことにより，印刷塗布する。次
に，上記固体電解質２０を，レベリングのために，空気
中に１０分間放置する。次に，上記固体電解質２０を焼
成炉に投入し，白金ブラックの場合には，温度１１００
〜１４００℃，空気中で５時間，酸化ルテニウムの場合
には７６０〜８５０℃，空気中で１０分間で焼成する。
これにより，固体電解質２０の内側面２３０に，上記内
側電極２３９を形成することができる。その他は，実施
例１と同様である。
【００６６】本例の酸素濃度検出器において，内面電極
２３は高輻射能の材料で構成されている。よって，ヒー
タ３の熱は効率良くセンサ素子２に伝えられ，該センサ
素子２を効率良く加熱することができる。その他，実施
例１と同様の作用効果を有する。
２３は高輻射能の材料で構成されている。よって，ヒー
タ３の熱は効率良くセンサ素子２に伝えられ，該センサ
素子２を効率良く加熱することができる。その他，実施
例１と同様の作用効果を有する。
【００６７】実施例１０ 本例の酸素濃度検出器は，図１３に示すごとく，内側電
極２３９の表面に高輻射能を有する材料で構成された高
放射率層１を設け，一方外側電極２２９は上記高放射率
層１よりも低い輻射能を有する材料により構成された例
である。上記高放射率層１は，前述の表２等において示
す各物質により構成されている。
極２３９の表面に高輻射能を有する材料で構成された高
放射率層１を設け，一方外側電極２２９は上記高放射率
層１よりも低い輻射能を有する材料により構成された例
である。上記高放射率層１は，前述の表２等において示
す各物質により構成されている。
【００６８】一方，上記外側電極２２９は，上記高放射
率層１よりも低い放射率を有するという条件の元で，例
えば白金（放射率０．１），金（放射率０．０３），パ
ラジウム（放射率０．３３）により構成されている。そ
の他は実施例１と同様である。
率層１よりも低い放射率を有するという条件の元で，例
えば白金（放射率０．１），金（放射率０．０３），パ
ラジウム（放射率０．３３）により構成されている。そ
の他は実施例１と同様である。
【００６９】本例の酸素濃度検出器において，内側電極
２３は高放射率層１が設けてあるためにヒータ３から放
射される熱を効率良く吸収することができる。一方，外
側電極２２は，低い放射率を有する材料により構成され
ており，熱がセンサ素子２の外部へ放散し難くなってい
る。よって，センサ素子２を効率良く加熱することがで
きる。その他，実施例１と同様の作用効果を有する。
２３は高放射率層１が設けてあるためにヒータ３から放
射される熱を効率良く吸収することができる。一方，外
側電極２２は，低い放射率を有する材料により構成され
ており，熱がセンサ素子２の外部へ放散し難くなってい
る。よって，センサ素子２を効率良く加熱することがで
きる。その他，実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７０】実施例１１ 本例の酸素濃度検出器は，図１４に示すごとく，センサ
素子２において，外側電極２２９との対面部分に，外側
電極２２９よりも高い輻射能を有する材料を用い，内側
電極２３９を設けた例である。即ち，上記外側電極２２
９は固体電解質２０の側面下端に帯状に設けてある。一
方，内側電極２３９も同様に，ヒータ３の側面下端に帯
状に設ける。そして，センサ素子２の上部には内側電極
２３９を設けない。
素子２において，外側電極２２９との対面部分に，外側
電極２２９よりも高い輻射能を有する材料を用い，内側
電極２３９を設けた例である。即ち，上記外側電極２２
９は固体電解質２０の側面下端に帯状に設けてある。一
方，内側電極２３９も同様に，ヒータ３の側面下端に帯
状に設ける。そして，センサ素子２の上部には内側電極
２３９を設けない。
【００７１】そして，上記内側電極２３９は実施例９と
同様に，白金ブラック等により構成されている。また，
上記外側電極２２９は，実施例１０と同様の，低い放射
率を有する白金等により構成されている。その他は，実
施例１と同様である。なお，同図において，符号２３８
は内側電極２３９と，図示を省略した外部端子とが導通
をとるためのリード部である。
同様に，白金ブラック等により構成されている。また，
上記外側電極２２９は，実施例１０と同様の，低い放射
率を有する白金等により構成されている。その他は，実
施例１と同様である。なお，同図において，符号２３８
は内側電極２３９と，図示を省略した外部端子とが導通
をとるためのリード部である。
【００７２】本例の酸素濃度検出器は，内側電極２３９
を必要最小限の面積にのみ設けてある。よって，電極形
成にかかる材料コストを低減することができる。その
他，実施例１と同様の作用効果を有する。
を必要最小限の面積にのみ設けてある。よって，電極形
成にかかる材料コストを低減することができる。その
他，実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７３】実施例１２ 本例の酸素濃度検出器は，図１５に示すごとく，センサ
素子２に，内側電極２３９よりも低い輻射能を有する材
料よりなる最外層２７０を設けた例である。即ち，上記
最外層２７０は，センサ素子２におけるガス拡散層２６
の表面に設けられてなり，その成分は，例えばアルミ
ナ，ジルコニア，マグネシア等である。なお，最外層２
７０は被測定ガスを透過し易いポーラスな層である。
素子２に，内側電極２３９よりも低い輻射能を有する材
料よりなる最外層２７０を設けた例である。即ち，上記
最外層２７０は，センサ素子２におけるガス拡散層２６
の表面に設けられてなり，その成分は，例えばアルミ
ナ，ジルコニア，マグネシア等である。なお，最外層２
７０は被測定ガスを透過し易いポーラスな層である。
【００７４】また，上記最外層２７０は，上述の物質よ
りなる材料粉末を準備し，該材料粉末をプラズマ溶射す
る方法，材料粉末をスラリーとし，このスラリーを塗
布，焼き付ける方法，又はスパッタリング等の蒸着及び
熱処理する方法により形成することができる。一方，上
記内側電極２３９は，実施例９と同様に，白金ブラック
により構成されている。その他は実施例１と同様であ
る。
りなる材料粉末を準備し，該材料粉末をプラズマ溶射す
る方法，材料粉末をスラリーとし，このスラリーを塗
布，焼き付ける方法，又はスパッタリング等の蒸着及び
熱処理する方法により形成することができる。一方，上
記内側電極２３９は，実施例９と同様に，白金ブラック
により構成されている。その他は実施例１と同様であ
る。
【００７５】本例の酸素濃度検出器は，内側電極２３９
が高輻射能を有する材料により構成されているため，ヒ
ータ３の熱を効率良く吸収することができる。一方，セ
ンサ素子２の最外層２７０は，低い放射率を有する材料
により構成されているため，熱がセンサ素子２の外部へ
放散し難くなっている。よって，センサ素子２を効率良
く加熱することができる。その他，実施例１と同様の作
用効果を有する。
が高輻射能を有する材料により構成されているため，ヒ
ータ３の熱を効率良く吸収することができる。一方，セ
ンサ素子２の最外層２７０は，低い放射率を有する材料
により構成されているため，熱がセンサ素子２の外部へ
放散し難くなっている。よって，センサ素子２を効率良
く加熱することができる。その他，実施例１と同様の作
用効果を有する。
【００７６】実施例１３ 本例の酸素濃度検出器は，図１６（Ａ），（Ｂ）に示す
ごとく，ヒータ３８の断面形状を多角形とした例であ
る。即ち，上記ヒータ３８は断面形状が八角形であり，
その表面に高輻射能を有する高放射率層１を設けてあ
る。その他は，実施例１と同様である。
ごとく，ヒータ３８の断面形状を多角形とした例であ
る。即ち，上記ヒータ３８は断面形状が八角形であり，
その表面に高輻射能を有する高放射率層１を設けてあ
る。その他は，実施例１と同様である。
【００７７】同一の断面積を持つ柱状体においては，断
面形状が円形であるよりも，多角形であるほうが，表面
積が大きくなる。よって，本例のヒータ３８は，表面積
がより大きく，センサ素子２をより効率的に加熱するこ
とができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
面形状が円形であるよりも，多角形であるほうが，表面
積が大きくなる。よって，本例のヒータ３８は，表面積
がより大きく，センサ素子２をより効率的に加熱するこ
とができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
【００７８】実施例１４ 上記実施例１〜１３は，コップ形センサ素子を用いた酸
素濃度検出器につき例示したが，本例は，図１７，図１
８に示すごとく，積層型センサ素子を用いた酸素濃度検
出器４９について示す。
素濃度検出器につき例示したが，本例は，図１７，図１
８に示すごとく，積層型センサ素子を用いた酸素濃度検
出器４９について示す。
【００７９】上記積層型センサ素子５は，発熱部３９５
を有するヒータ３をアルミナ基板２０１及び２０２を介
して，固体電解質２０に積層成形してある。また，上記
固体電解質２０とアルミナ基板２０２との形成する空間
において，該固体電解質２０の内側面２３０には内側電
極２３９が設けてある。一方，上記固体電解質２０の外
側面２２０には，外側電極２２が設けてあり，該外側電
極２２の表面には，ガス拡散層２６とトラップ層２７と
が順次積層されている。
を有するヒータ３をアルミナ基板２０１及び２０２を介
して，固体電解質２０に積層成形してある。また，上記
固体電解質２０とアルミナ基板２０２との形成する空間
において，該固体電解質２０の内側面２３０には内側電
極２３９が設けてある。一方，上記固体電解質２０の外
側面２２０には，外側電極２２が設けてあり，該外側電
極２２の表面には，ガス拡散層２６とトラップ層２７と
が順次積層されている。
【００８０】そして，上記内側電極２３９は，実施例９
と同様に，高輻射能を有する材料である白金ブラックで
構成されている。なお，本例の内側電極２３９を形成す
るに当たり，実施例９に示すペーストを固体電解質２０
の内側面２３０に設けるが，この時はスクリーン印刷に
て該当部分の固体電解質２０の表面に塗布する。
と同様に，高輻射能を有する材料である白金ブラックで
構成されている。なお，本例の内側電極２３９を形成す
るに当たり，実施例９に示すペーストを固体電解質２０
の内側面２３０に設けるが，この時はスクリーン印刷に
て該当部分の固体電解質２０の表面に塗布する。
【００８１】また，図１８に示すごとく，本例の酸素濃
度検出器４９においては，ヒータ３を内蔵したセンサ素
子２をハウジング４６に取付けることにより構成されて
いる。従って，前述の実施例に示すごとく，単体のヒー
タは使用しない。その他は実施例１と同様である。
度検出器４９においては，ヒータ３を内蔵したセンサ素
子２をハウジング４６に取付けることにより構成されて
いる。従って，前述の実施例に示すごとく，単体のヒー
タは使用しない。その他は実施例１と同様である。
【００８２】本例の酸素濃度検出器４９において，内面
電極２３は高輻射能の材料で構成されている。このた
め，ヒータ３の熱は効率良くセンサ素子２に伝えられ，
センサ素子２が効率良く加熱される。その他，実施例１
と同様の作用効果を有する。
電極２３は高輻射能の材料で構成されている。このた
め，ヒータ３の熱は効率良くセンサ素子２に伝えられ，
センサ素子２が効率良く加熱される。その他，実施例１
と同様の作用効果を有する。
【００８３】実施例１５ 本例の酸素濃度検出器は，図１９に示すごとく，実施例
１０におけるコップ型のセンサ素子２と同様に，内側電
極２３の表面に高放射率層１を設けた積層型のセンサ素
子５を用いた例である。上記高放射率層１は，前述した
表２等で示す各物質により構成されている。一方，上記
外側電極２２９は，内側電極２３よりも低い放射率を有
する，例えば白金，金，パラジウムにより構成されてい
る。その他は実施例１と同様である。
１０におけるコップ型のセンサ素子２と同様に，内側電
極２３の表面に高放射率層１を設けた積層型のセンサ素
子５を用いた例である。上記高放射率層１は，前述した
表２等で示す各物質により構成されている。一方，上記
外側電極２２９は，内側電極２３よりも低い放射率を有
する，例えば白金，金，パラジウムにより構成されてい
る。その他は実施例１と同様である。
【００８４】本例の酸素濃度検出器においては，内側電
極２３には高放射率層１が設けてあるため，ヒータ３の
熱を効率良く吸収することができる。一方，外側電極２
２は，低い放射率を有する材料により構成されているた
め，熱をセンサ素子２の外部へ放散し難くなっている。
このため，ヒータ３はセンサ素子２を効率良く加熱する
ことができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有
する。
極２３には高放射率層１が設けてあるため，ヒータ３の
熱を効率良く吸収することができる。一方，外側電極２
２は，低い放射率を有する材料により構成されているた
め，熱をセンサ素子２の外部へ放散し難くなっている。
このため，ヒータ３はセンサ素子２を効率良く加熱する
ことができる。その他，実施例１と同様の作用効果を有
する。
【図１】実施例１の酸素濃度検出器における，要部断面
説明図。
説明図。
【図２】実施例１の酸素濃度検出器における，センサ素
子とヒータとの対面部分の拡大説明図。
子とヒータとの対面部分の拡大説明図。
【図３】実施例１に示した限界電流式酸素濃度検出器の
出力特性を示す線図。
出力特性を示す線図。
【図４】実施例１の酸素濃度検出器における，全体説明
図。
図。
【図５】実施例３の酸素濃度検出器における，センサ素
子とヒータとの対面部分の拡大説明図。
子とヒータとの対面部分の拡大説明図。
【図６】実施例３の酸素濃度検出器における，要部断面
説明図。
説明図。
【図７】実施例４における起電力式酸素濃度検出器の出
力特性を示す線図。
力特性を示す線図。
【図８】実施例６の酸素濃度検出器における，要部断面
説明図。
説明図。
【図９】実施例７の酸素濃度検出器における，要部断面
説明図。
説明図。
【図１０】実施例７の酸素濃度検出器における，（Ａ）
〜（Ｃ）ヒータの製造工程説明図，（Ｄ）図１０（Ｃ）
におけるＡ−Ａ矢視断面図。
〜（Ｃ）ヒータの製造工程説明図，（Ｄ）図１０（Ｃ）
におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図１１】実施例８の酸素濃度検出器における，要部断
面説明図。
面説明図。
【図１２】実施例９の酸素濃度検出器における，要部断
面説明図。
面説明図。
【図１３】実施例１０の酸素濃度検出器における，要部
断面説明図。
断面説明図。
【図１４】実施例１１の酸素濃度検出器における，要部
断面説明図。
断面説明図。
【図１５】実施例１２の酸素濃度検出器における，要部
断面説明図。
断面説明図。
【図１６】実施例１３の酸素濃度検出器における，
（Ａ）センサ素子の断面説明図，（Ｂ）要部断面説明
図。
（Ａ）センサ素子の断面説明図，（Ｂ）要部断面説明
図。
【図１７】実施例１４の酸素濃度検出器における，セン
サ素子の要部断面説明図。
サ素子の要部断面説明図。
【図１８】実施例１４の酸素濃度検出器における，要部
断面説明図。
断面説明図。
【図１９】実施例１５の酸素濃度検出器における，セン
サ素子の要部断面説明図。
サ素子の要部断面説明図。
【図２０】従来例における，シート巻き付け途中のヒー
タの斜視図。
タの斜視図。
１．．．高放射率層， ２，５．．．センサ素子， ２０．．．固体電解質， ２２，２２９．．．外側電極， ２２０．．．外側面， ２３，２３９．．．内側電極， ２３０．．．内側面， ３，３８，３９．．．ヒータ， ３２．．．発熱体， ４，４９．．．酸素濃度検出器，
フロントページの続き (72)発明者 佐野 博美 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 一徳 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 藤本 正弥 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 固体電解質よりなると共に外側面と内側
面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセンサ
素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒータと
を有する酸素濃度検出器において，上記センサ素子の内
側面及び上記ヒータの表面の一方又は双方に，高輻射能
を有する材料により形成した高放射率層を設けてなり，
かつ上記センサ素子の内側面に設けた高放射率層は，放
射率が０．３以上であり，一方上記ヒータの表面に設け
た高放射率層は放射率が０．６以上であることを特徴と
する酸素濃度検出器。 - 【請求項２】 請求項１において，上記高輻射能を有す
る材料は，アルミナ，酸化チタン，酸化ジルコニウム，
酸化鉄，酸化ニッケル，酸化マンガン，酸化銅，酸化コ
バルト，酸化クロム，酸化イットリウム，コージェライ
ト，窒化ケイ素，窒化アルミニウム，炭化ケイ素のグル
ープより選ばれる１種又は２種以上であることを特徴と
する酸素濃度検出器。 - 【請求項３】 請求項１又は２において，上記センサ素
子の内側面に設ける高放射率層は，上記高輻射能を有す
る材料の粒子と白金等の電極材料とを混合したペースト
を上記内側面に形成してなり，上記内側電極中に一体的
に設けてあることを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
上記高放射率層を設ける表面の表面粗度は１μｍ以上で
あることを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項５】 固体電解質よりなると共に外側面と内側
面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセンサ
素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒータと
を有する酸素濃度検出器において，上記ヒータは，高耐
熱，高輻射能を有する材料である窒化ケイ素，窒化アル
ミニウム，炭化ケイ素のグループより選ばれる１種又は
２種以上の材料により構成されていることを特徴とする
酸素濃度検出器。 - 【請求項６】 固体電解質よりなると共に外側面と内側
面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセンサ
素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒータと
を有する酸素濃度検出器において，上記内側電極は高輻
射能を有する材料で構成され，上記外側電極は内側電極
よりも低い輻射能を有する材料で構成されていることを
特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項７】 請求項６において，上記内側電極が，白
金ブラック，酸化ルテニウムで構成されていることを特
徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項８】 請求項６において，上記内側電極は，外
側電極との対面部分に外側電極よりも高い輻射能を有す
る材料を用いてあることを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項９】 固体電解質よりなると共に外側面と内側
面にそれぞれ外側電極と内側電極とを設けてなるセンサ
素子と，該センサ素子の内側面に隣接配置したヒータと
を有する酸素濃度検出器において，上記内側電極は，少
なくともその表面は高輻射能を有する材料で構成され，
一方センサ素子の最外層には，上記内側電極よりも低い
輻射能を有する材料を設けたことを特徴とする酸素濃度
検出器。 - 【請求項１０】 請求項１又は５において，上記ヒータ
は断面形状が多角形であることを特徴とする酸素濃度検
出器。 - 【請求項１１】 請求項５において，上記高輻射能を有
する材料は放射率が０．６以上であることを特徴とする
酸素濃度検出器。 - 【請求項１２】 請求項６又は９において，上記高輻射
能を有する材料は放射率が０．３以上であることを特徴
とする酸素濃度検出器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34013694A JP3525532B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-12-28 | 酸素濃度検出器 |
| DE19532158A DE19532158B4 (de) | 1994-09-01 | 1995-08-31 | Sauerstoffkonzentrationsdetektor |
| US08/838,910 US6951601B1 (en) | 1994-09-01 | 1997-04-11 | Oxygen concentration detector |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-234387 | 1994-09-01 | ||
| JP23438794 | 1994-09-01 | ||
| JP34013694A JP3525532B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-12-28 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122297A true JPH08122297A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3525532B2 JP3525532B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=26531547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34013694A Expired - Lifetime JP3525532B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-12-28 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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