JPH0821812A - センサ用セラミックヒータ及び酸素センサ - Google Patents
センサ用セラミックヒータ及び酸素センサInfo
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- JPH0821812A JPH0821812A JP6154702A JP15470294A JPH0821812A JP H0821812 A JPH0821812 A JP H0821812A JP 6154702 A JP6154702 A JP 6154702A JP 15470294 A JP15470294 A JP 15470294A JP H0821812 A JPH0821812 A JP H0821812A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 クラックや断線等の不具合を生じることな
く、迅速にセンサを加熱することができるセンサ用セラ
ミックヒータ及び酸素センサを提供すること。 【構成】 発熱パターン９は、基板先端側にて６列とな
る様に蛇行する発熱部１１と、発熱部１１の左右端部か
ら基板根元側に伸びる一対のリード部１２とから構成さ
れている。特に、発熱部１１の中央部１１ａの線幅が、
左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の線幅より太く設定され
ることによって、発熱部１１の中央部１１ａの抵抗値が
各側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の抵抗値より小さくなる様に
設定されている。また、発熱部１１の中央部１１ａの線
間隔が、側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の線間隔より広く設定
されている。これによって、発熱部１１の中央部１１ａ
の発熱量が左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2のいずれの発
熱量よりも小さくなる。
く、迅速にセンサを加熱することができるセンサ用セラ
ミックヒータ及び酸素センサを提供すること。 【構成】 発熱パターン９は、基板先端側にて６列とな
る様に蛇行する発熱部１１と、発熱部１１の左右端部か
ら基板根元側に伸びる一対のリード部１２とから構成さ
れている。特に、発熱部１１の中央部１１ａの線幅が、
左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の線幅より太く設定され
ることによって、発熱部１１の中央部１１ａの抵抗値が
各側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の抵抗値より小さくなる様に
設定されている。また、発熱部１１の中央部１１ａの線
間隔が、側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の線間隔より広く設定
されている。これによって、発熱部１１の中央部１１ａ
の発熱量が左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2のいずれの発
熱量よりも小さくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車等の内燃
機関の酸素センサなどに使用されるセンサ用セラミック
ヒータ、及びこのセンサ用セラミックヒータを備えた酸
素センサに関するものである。
機関の酸素センサなどに使用されるセンサ用セラミック
ヒータ、及びこのセンサ用セラミックヒータを備えた酸
素センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、セラミック基体内に、Ｐｔ又
はＷからなる導電性抵抗体を発熱パターンとして備えた
積層型板状ヒータ（以下単にセラミックヒータと記す）
は、酸素センサ用又は汎用加熱器用として広く使用され
ている。
はＷからなる導電性抵抗体を発熱パターンとして備えた
積層型板状ヒータ（以下単にセラミックヒータと記す）
は、酸素センサ用又は汎用加熱器用として広く使用され
ている。
【０００３】例えば図５（ａ）に示す様に、チタニア等
の金属酸化物感応体を感ガス素子Ｐ１として使用する板
状の酸素センサ素子Ｐ２には、酸素センサ素子Ｐ２と積
層されて一体に形成されたセラミックヒータＰ３が使用
されている。このセラミックヒータＰ３としては、例え
ば図５（ｂ）に示す様に、蛇行状の発熱部Ｐ４と発熱部
Ｐ４から伸びる一対のリード部Ｐ５とからなる発熱パタ
ーンＰ６を、セラミック基板Ｐ７上に形成したものが知
られている。
の金属酸化物感応体を感ガス素子Ｐ１として使用する板
状の酸素センサ素子Ｐ２には、酸素センサ素子Ｐ２と積
層されて一体に形成されたセラミックヒータＰ３が使用
されている。このセラミックヒータＰ３としては、例え
ば図５（ｂ）に示す様に、蛇行状の発熱部Ｐ４と発熱部
Ｐ４から伸びる一対のリード部Ｐ５とからなる発熱パタ
ーンＰ６を、セラミック基板Ｐ７上に形成したものが知
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このセ
ラミックヒータＰ３には下記（１），（２）の様な問題
があり、その解決が望まれていた。 （１）つまり、酸素センサ素子Ｐ２に用いられるセラミ
ックヒータＰ３に対して、例えば内燃機関の始動時など
に印加電圧を加えて昇温を行なう場合には、その温度変
化のために、昇温中にセラミック基板Ｐ７の（発熱部Ｐ
４が集中する）中央部と（熱が逃げ易い幅方向の）側辺
部との間に過度な温度差が生じる。その結果、発熱部Ｐ
４の中央部と側辺部との熱膨張の違いによって、セラミ
ック基板Ｐ７にクラックＰ８が発生したり、発熱部Ｐ４
が断線するという問題があった。
ラミックヒータＰ３には下記（１），（２）の様な問題
があり、その解決が望まれていた。 （１）つまり、酸素センサ素子Ｐ２に用いられるセラミ
ックヒータＰ３に対して、例えば内燃機関の始動時など
に印加電圧を加えて昇温を行なう場合には、その温度変
化のために、昇温中にセラミック基板Ｐ７の（発熱部Ｐ
４が集中する）中央部と（熱が逃げ易い幅方向の）側辺
部との間に過度な温度差が生じる。その結果、発熱部Ｐ
４の中央部と側辺部との熱膨張の違いによって、セラミ
ック基板Ｐ７にクラックＰ８が発生したり、発熱部Ｐ４
が断線するという問題があった。
【０００５】（２）また、近年では、特に米国における
自動車の排気規制におけるＯＢＤ−II（On board dia
gnosis）において、酸素センサ、触媒装置、制御センサ
等の劣化を検出することが義務づけられており、それに
伴う問題も生じている。このＯＢＤ−IIは、米国カリフ
ォルニア州での１９９６年頃から施行されることが予測
される環境保護法による規制であって、機関の排気が規
制値を満たさなくなったとき、その規制値を満たさなく
なったことを運転者に判る様に表示することが義務づけ
られている。そして、この表示系統に故障が発生すれ
ば、そのことのみでリコールの対象とされるため、酸素
センサ、触媒装置、制御センサ等の劣化を検知するこ
と、及びこの検知する装置が長期間正確に機能すること
が非常に重要なこととなっている。そのため、触媒装置
の下流側にも診断用酸素センサを装着する必要がある
が、その場合、下記の様な不具合が発生することがあ
る。
自動車の排気規制におけるＯＢＤ−II（On board dia
gnosis）において、酸素センサ、触媒装置、制御センサ
等の劣化を検出することが義務づけられており、それに
伴う問題も生じている。このＯＢＤ−IIは、米国カリフ
ォルニア州での１９９６年頃から施行されることが予測
される環境保護法による規制であって、機関の排気が規
制値を満たさなくなったとき、その規制値を満たさなく
なったことを運転者に判る様に表示することが義務づけ
られている。そして、この表示系統に故障が発生すれ
ば、そのことのみでリコールの対象とされるため、酸素
センサ、触媒装置、制御センサ等の劣化を検知するこ
と、及びこの検知する装置が長期間正確に機能すること
が非常に重要なこととなっている。そのため、触媒装置
の下流側にも診断用酸素センサを装着する必要がある
が、その場合、下記の様な不具合が発生することがあ
る。
【０００６】つまり、機関始動時に触媒装置に溜った凝
縮水が粒状に飛散し、触媒装置の下流側のヒータにより
加熱された感ガス素子Ｐ１に付着することによって、感
ガス素子Ｐ１が破壊されてしまう場合がある。このた
め、機関始動時にはヒータには通電せずに、凝縮水の飛
散が激減する機関始動後３０秒後にヒータに通電して、
感ガス素子Ｐ１を活性化する温度まで昇温させる必要が
生ずる。その結果、感ガス素子Ｐ１が活性化する温度に
達するまでは、実質的に空燃比の制御が正確になされな
いために、排気の浄化率が悪くなったり燃費が悪くなっ
てしまう。
縮水が粒状に飛散し、触媒装置の下流側のヒータにより
加熱された感ガス素子Ｐ１に付着することによって、感
ガス素子Ｐ１が破壊されてしまう場合がある。このた
め、機関始動時にはヒータには通電せずに、凝縮水の飛
散が激減する機関始動後３０秒後にヒータに通電して、
感ガス素子Ｐ１を活性化する温度まで昇温させる必要が
生ずる。その結果、感ガス素子Ｐ１が活性化する温度に
達するまでは、実質的に空燃比の制御が正確になされな
いために、排気の浄化率が悪くなったり燃費が悪くなっ
てしまう。
【０００７】従って、なるべく短時間に感ガス素子Ｐ１
が活性化する温度にまで昇温する必要があり、特に触媒
装置の上流に装着された通常の空燃比制御用センサは、
機関始動後５０秒ほどで活性化温度に達するので、診断
用酸素センサもこの時間内つまり通電開始後２０秒以内
に活性化することが望まれている。
が活性化する温度にまで昇温する必要があり、特に触媒
装置の上流に装着された通常の空燃比制御用センサは、
機関始動後５０秒ほどで活性化温度に達するので、診断
用酸素センサもこの時間内つまり通電開始後２０秒以内
に活性化することが望まれている。
【０００８】この対策として、酸素センサ素子Ｐ２に用
いられる（前記図５の様な）セラミックヒータＰ３に対
して、従来の印加電圧より大きな印加電圧を加えて迅速
に昇温を行なうことが考えられるが、この場合には、急
な温度変化のために、上述したセラミック基板Ｐ７の中
央部と側辺部との間に一層大きな温度差が生じてしま
う。つまり、迅速に昇温を行なう場合には、従来より一
層クラックＰ８の発生や断線の問題が顕著になるという
大きな問題があった。
いられる（前記図５の様な）セラミックヒータＰ３に対
して、従来の印加電圧より大きな印加電圧を加えて迅速
に昇温を行なうことが考えられるが、この場合には、急
な温度変化のために、上述したセラミック基板Ｐ７の中
央部と側辺部との間に一層大きな温度差が生じてしま
う。つまり、迅速に昇温を行なう場合には、従来より一
層クラックＰ８の発生や断線の問題が顕著になるという
大きな問題があった。
【０００９】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、クラックや断線等の不具合を生じるこ
となく、迅速にセンサを加熱することができるセンサ用
セラミックヒータ及び酸素センサを提供することを目的
とする。
れたものであり、クラックや断線等の不具合を生じるこ
となく、迅速にセンサを加熱することができるセンサ用
セラミックヒータ及び酸素センサを提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、セラミック基体に、該セラミック
基体の長手方向に旋回した発熱部と該発熱部から伸びる
リード部とからなる発熱パターンを形成したセンサ用セ
ラミックヒータにおいて、前記発熱部の中央部の発熱量
を、側辺部の発熱量より小さく設定したことを特徴とす
るセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
の請求項１の発明は、セラミック基体に、該セラミック
基体の長手方向に旋回した発熱部と該発熱部から伸びる
リード部とからなる発熱パターンを形成したセンサ用セ
ラミックヒータにおいて、前記発熱部の中央部の発熱量
を、側辺部の発熱量より小さく設定したことを特徴とす
るセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
【００１１】請求項２の発明は、前記発熱部を蛇行させ
て蛇行部分を形成するとともに、該蛇行部分の中央部の
線幅を、該蛇行部分の側辺部の線幅より太く設定したこ
とを特徴とする前記請求項１記載のセンサ用セラミック
ヒータを要旨とする。
て蛇行部分を形成するとともに、該蛇行部分の中央部の
線幅を、該蛇行部分の側辺部の線幅より太く設定したこ
とを特徴とする前記請求項１記載のセンサ用セラミック
ヒータを要旨とする。
【００１２】請求項３の発明は、前記発熱部を蛇行させ
て蛇行部分を形成するとともに、該蛇行部分の中央部の
線間隔を、該蛇行部分の側辺部の線間隔より広く設定し
たことを特徴とする前記請求項１又は２記載のセンサ用
セラミックヒータを要旨とする。
て蛇行部分を形成するとともに、該蛇行部分の中央部の
線間隔を、該蛇行部分の側辺部の線間隔より広く設定し
たことを特徴とする前記請求項１又は２記載のセンサ用
セラミックヒータを要旨とする。
【００１３】請求項４の発明は、前記発熱部における前
記中央部の抵抗値を、前記側辺部の抵抗値の２０〜８０
％の範囲に設定したことを特徴とする前記請求項１又は
２記載のセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
記中央部の抵抗値を、前記側辺部の抵抗値の２０〜８０
％の範囲に設定したことを特徴とする前記請求項１又は
２記載のセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
【００１４】請求項５の発明は、前記発熱部における前
記中央部の抵抗値を、前記側辺部の抵抗値の３０〜７０
％の範囲に設定したことを特徴とする前記請求項４記載
のセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
記中央部の抵抗値を、前記側辺部の抵抗値の３０〜７０
％の範囲に設定したことを特徴とする前記請求項４記載
のセンサ用セラミックヒータを要旨とする。
【００１５】請求項６の発明は、前記請求項１〜請求項
５のいずれかのセンサ用セラミックヒータと、酸素濃度
に対して抵抗値が変化する感ガス素子及び該感ガス素子
から出力を取り出す出力取出部をセラミック基体に設け
た検出部と、を積層してヒータ付き酸素センサ素子を形
成し、該ヒータ付き酸素センサ素子を金属ケースに収納
したことを特徴とする酸素センサを要旨とする。
５のいずれかのセンサ用セラミックヒータと、酸素濃度
に対して抵抗値が変化する感ガス素子及び該感ガス素子
から出力を取り出す出力取出部をセラミック基体に設け
た検出部と、を積層してヒータ付き酸素センサ素子を形
成し、該ヒータ付き酸素センサ素子を金属ケースに収納
したことを特徴とする酸素センサを要旨とする。
【００１６】請求項７の発明は、前記発熱部と前記感ガ
ス素子とが、前記セラミック基体の対応する位置の表裏
面に各々形成されたことを特徴とする前記請求項６記載
の酸素センサを要旨とする。
ス素子とが、前記セラミック基体の対応する位置の表裏
面に各々形成されたことを特徴とする前記請求項６記載
の酸素センサを要旨とする。
【００１７】ここで、前記セラミック基体としては、ア
ルミナ基板を使用でき、発熱パターンとしては、Ｐｔ，
Ｗを使用でき、感ガス素子としては、チタニアを使用で
きる。
ルミナ基板を使用でき、発熱パターンとしては、Ｐｔ，
Ｗを使用でき、感ガス素子としては、チタニアを使用で
きる。
【００１８】
【作用】請求項１のセンサ用セラミックヒータでは、セ
ラミック基体に形成された発熱部の中央部の発熱量がそ
の側辺部より小さく設定されている。従って、側辺部か
ら熱が逃げて温度が低くなっても、中央部の発熱量が少
ないので、側辺部と中央部との温度差が小さい。よっ
て、通常の加熱の場合だけでなく、急速加熱した場合で
も、温度差がそれほど大きならないので、通常加熱及び
急速加熱の際のクラックの発生及び断線が防止される。
ラミック基体に形成された発熱部の中央部の発熱量がそ
の側辺部より小さく設定されている。従って、側辺部か
ら熱が逃げて温度が低くなっても、中央部の発熱量が少
ないので、側辺部と中央部との温度差が小さい。よっ
て、通常の加熱の場合だけでなく、急速加熱した場合で
も、温度差がそれほど大きならないので、通常加熱及び
急速加熱の際のクラックの発生及び断線が防止される。
【００１９】請求項２のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線幅が側辺部よ
り太く設定されている。そのため、同じ電圧が印加され
た場合でも、中央部の発熱量が少なくなるので、前記請
求項１と同様に、側辺部と中央部の温度差が小さくなっ
て、クラックや断線の発生が防止される。
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線幅が側辺部よ
り太く設定されている。そのため、同じ電圧が印加され
た場合でも、中央部の発熱量が少なくなるので、前記請
求項１と同様に、側辺部と中央部の温度差が小さくなっ
て、クラックや断線の発生が防止される。
【００２０】請求項３のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線間隔が側辺部
より広く設定されている。そのため、中央部における発
熱パターンの占める割合が少ないので、中央部の発熱量
が少なくなり、前記請求項１と同様に、中央部と側辺部
との温度差が小さくなって、クラックや断線の発生が防
止される。
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線間隔が側辺部
より広く設定されている。そのため、中央部における発
熱パターンの占める割合が少ないので、中央部の発熱量
が少なくなり、前記請求項１と同様に、中央部と側辺部
との温度差が小さくなって、クラックや断線の発生が防
止される。
【００２１】請求項４のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の２０〜
８０％となる様に設定されているので、即ち中央部の方
が発熱量が小さくなる様に設定されているので、前記請
求項１と同様に、周辺部と側辺部の温度差が小さくなっ
て、クラックや断線の発生が防止される。
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の２０〜
８０％となる様に設定されているので、即ち中央部の方
が発熱量が小さくなる様に設定されているので、前記請
求項１と同様に、周辺部と側辺部の温度差が小さくなっ
て、クラックや断線の発生が防止される。
【００２２】請求項５のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の３０〜
７０％となる様に設定されているので、中央部と側辺部
との温度差が一層小さくなって、クラックや断線の発生
が防止される。請求項６の酸素センサでは、前記請求項
１〜請求項５のいずれかのセンサ用セラミックヒータと
検出部とが積層されてヒータ付き酸素センサ素子が形成
され、このヒータ付き酸素センサ素子は金属ケースに収
納されて使用されるので、クラックや断線を生じること
なく、感ガス素子を迅速に加熱することが可能となる。
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の３０〜
７０％となる様に設定されているので、中央部と側辺部
との温度差が一層小さくなって、クラックや断線の発生
が防止される。請求項６の酸素センサでは、前記請求項
１〜請求項５のいずれかのセンサ用セラミックヒータと
検出部とが積層されてヒータ付き酸素センサ素子が形成
され、このヒータ付き酸素センサ素子は金属ケースに収
納されて使用されるので、クラックや断線を生じること
なく、感ガス素子を迅速に加熱することが可能となる。
【００２３】請求項７の酸素センサでは、発熱部と感ガ
ス素子とがセラミック基体の対応する表裏面に各々形成
されることにより、発熱部は感ガス素子の加熱に最も好
適な位置に配置されるので、加熱を効率よく行なうこと
が可能である。
ス素子とがセラミック基体の対応する表裏面に各々形成
されることにより、発熱部は感ガス素子の加熱に最も好
適な位置に配置されるので、加熱を効率よく行なうこと
が可能である。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例のセンサ用セラミック
ヒータ及び酸素センサについて説明する。 （実施例１）図１に示す様に、本実施例のセンサ用セラ
ミックヒータ１は、感ガス素子５の加熱用に用いられる
ものであり、この板状のセラミックヒータ１が板状の検
出部２に積層されることによって、幅４mm×長さ４０mm
×厚さ２.２mmの柱状の酸素センサ素子３が形成されて
いる。
ヒータ及び酸素センサについて説明する。 （実施例１）図１に示す様に、本実施例のセンサ用セラ
ミックヒータ１は、感ガス素子５の加熱用に用いられる
ものであり、この板状のセラミックヒータ１が板状の検
出部２に積層されることによって、幅４mm×長さ４０mm
×厚さ２.２mmの柱状の酸素センサ素子３が形成されて
いる。
【００２５】つまり、検出部２とは、厚さ１mmの第１の
アルミナ基板（センサ基板）４上に、チタニア等の金属
酸化物感応体からなる感ガス素子５と、感ガス素子５に
接するＰｔからなる一対の検出用電極６と、検出用電極
６の大部分を覆う厚さ０.２mmのアルミナ質からなる絶
縁シート７とが設けられたものであり、この絶縁シート
７は感ガス素子５と検出用電極６とが接する電極面積を
規定するとともに、感ガス素子５と検出用電極６とが接
する部分以外を雰囲気から密封する。一方、セラミック
ヒータ１とは、厚さ１mmの第２のアルミナ基板８上に、
Ｐｔからなる発熱パターン９が設けられたものであり、
この板状の検出部２の裏面側にセラミックヒータ１が積
層されて、酸素センサ素子３が構成されている。従っ
て、本実施例では、発熱パターン９は、第１のアルミナ
基板４と第２のアルミナ基板８とに挟まれるとともに、
発熱パターン９の発熱部１１と感ガス素子５とは、第１
のアルミナ基板４を挟んで表裏面の同じ位置に配置され
ていることになる。
アルミナ基板（センサ基板）４上に、チタニア等の金属
酸化物感応体からなる感ガス素子５と、感ガス素子５に
接するＰｔからなる一対の検出用電極６と、検出用電極
６の大部分を覆う厚さ０.２mmのアルミナ質からなる絶
縁シート７とが設けられたものであり、この絶縁シート
７は感ガス素子５と検出用電極６とが接する電極面積を
規定するとともに、感ガス素子５と検出用電極６とが接
する部分以外を雰囲気から密封する。一方、セラミック
ヒータ１とは、厚さ１mmの第２のアルミナ基板８上に、
Ｐｔからなる発熱パターン９が設けられたものであり、
この板状の検出部２の裏面側にセラミックヒータ１が積
層されて、酸素センサ素子３が構成されている。従っ
て、本実施例では、発熱パターン９は、第１のアルミナ
基板４と第２のアルミナ基板８とに挟まれるとともに、
発熱パターン９の発熱部１１と感ガス素子５とは、第１
のアルミナ基板４を挟んで表裏面の同じ位置に配置され
ていることになる。
【００２６】図２に示す様に、第２のアルミナ基板８上
に設けられた発熱パターン９は、基板先端側にて６列と
なる様に蛇行する発熱部１１と、発熱部１１の左右端部
から基板根元側に伸びる一対のリード部１２とから構成
されている。特に本実施例においては、発熱部１１の中
央部１１ａの線幅（例えば０.３５mm）が、左右の側辺
部１１ｂ1,１１ｂ2の線幅（例えば０.３mm）より太く設
定されることによって、発熱部１１の中央部１１ａの抵
抗値が各側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の抵抗値より小さくな
る様に設定されている。また、発熱部１１の中央部１１
ａの線間隔（例えば０.４０mm）が、側辺部１１ｂ1,１
１ｂ2の線間隔（例えば０.３３mm）より広く設定されて
いる。
に設けられた発熱パターン９は、基板先端側にて６列と
なる様に蛇行する発熱部１１と、発熱部１１の左右端部
から基板根元側に伸びる一対のリード部１２とから構成
されている。特に本実施例においては、発熱部１１の中
央部１１ａの線幅（例えば０.３５mm）が、左右の側辺
部１１ｂ1,１１ｂ2の線幅（例えば０.３mm）より太く設
定されることによって、発熱部１１の中央部１１ａの抵
抗値が各側辺部１１ｂ1,１１ｂ2の抵抗値より小さくな
る様に設定されている。また、発熱部１１の中央部１１
ａの線間隔（例えば０.４０mm）が、側辺部１１ｂ1,１
１ｂ2の線間隔（例えば０.３３mm）より広く設定されて
いる。
【００２７】これによって、発熱部１１の中央部１１ａ
の発熱量が左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2のいずれの発
熱量よりも小さくなる様に設定されている。尚、発熱部
１１の線幅や線間隔は、アルミナ基板８の中心方向に行
くほど順番に大きくなる様に設定してもよい。
の発熱量が左右の側辺部１１ｂ1,１１ｂ2のいずれの発
熱量よりも小さくなる様に設定されている。尚、発熱部
１１の線幅や線間隔は、アルミナ基板８の中心方向に行
くほど順番に大きくなる様に設定してもよい。
【００２８】また、上述したセラミックヒータ１を備え
た酸素センサ素子３は、例えば図３に示す様に、セラミ
ックスリーブ２１やガラスシール２２等を介して、その
感ガス素子５側を先端として、主体金具２３や金属キャ
ップ２４等からなる金属ケース２５内に格納され、例え
ば内燃機関の酸素濃度の検出等に使用される。 ＜実験例１＞次に、本実施例のセラミックヒータの効果
を確認するために行った実験例について説明する。
た酸素センサ素子３は、例えば図３に示す様に、セラミ
ックスリーブ２１やガラスシール２２等を介して、その
感ガス素子５側を先端として、主体金具２３や金属キャ
ップ２４等からなる金属ケース２５内に格納され、例え
ば内燃機関の酸素濃度の検出等に使用される。 ＜実験例１＞次に、本実施例のセラミックヒータの効果
を確認するために行った実験例について説明する。
【００２９】本実験例では、前記実施例１の構造のセラ
ミックヒータ部分を使用した。つまり、第１のアルミナ
基板と第２のアルミナ基板との間に発熱パターンが挟ま
れただけのセラミックヒータ（幅４.０mm×長さ４０.０
mm×厚さ２.０mm）の試料を作成した。
ミックヒータ部分を使用した。つまり、第１のアルミナ
基板と第２のアルミナ基板との間に発熱パターンが挟ま
れただけのセラミックヒータ（幅４.０mm×長さ４０.０
mm×厚さ２.０mm）の試料を作成した。
【００３０】具体的には、セラミックヒータとして、下
記表１の様に、発熱部の中央部及び側辺部の線幅，抵抗
値，線間隔を違えた試料（No.１〜３）を各２５個づつ
製造した。また、同様に、線幅や線間隔を変更しない比
較例（No.４）も２５個製造した。
記表１の様に、発熱部の中央部及び側辺部の線幅，抵抗
値，線間隔を違えた試料（No.１〜３）を各２５個づつ
製造した。また、同様に、線幅や線間隔を変更しない比
較例（No.４）も２５個製造した。
【００３１】尚、本実験例においては、図２に示す様
に、側片部は左右の側片の各１往復の蛇行部とし、発熱
部の中央部は側片部を除いた部分とする。また、表１中
の抵抗値は、２５個の平均値を示す。
に、側片部は左右の側片の各１往復の蛇行部とし、発熱
部の中央部は側片部を除いた部分とする。また、表１中
の抵抗値は、２５個の平均値を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】そして、それらのセラミックヒータの試料
に対して、下記の試験条件，で試験を行った。その
結果を、下記表２に記す。 ヒータ抵抗値（全抵抗）を約５.９Ωとする。これ
は、印加電圧がＤＣ１１Ｖで、電圧印加２０秒後に感ガ
ス素子が５００℃に達するのに必要な電力量となる抵抗
値である。
に対して、下記の試験条件，で試験を行った。その
結果を、下記表２に記す。 ヒータ抵抗値（全抵抗）を約５.９Ωとする。これ
は、印加電圧がＤＣ１１Ｖで、電圧印加２０秒後に感ガ
ス素子が５００℃に達するのに必要な電力量となる抵抗
値である。
【００３４】試験条件として、ＤＣ１４.５Ｖで２０
秒間電圧を印加した後に、ヒータにクラックが発生した
か否かを調べた。
秒間電圧を印加した後に、ヒータにクラックが発生した
か否かを調べた。
【００３５】
【表２】
【００３６】この表２から明らかな様に、本実施例のも
のは、所定の印加電圧を加えた場合でもクラックの発生
率が少なく好適であるが、比較例のものは、クラックの
発生率が大きく好ましくない。 ＜実験例２＞次に、本実施例のセラミックヒータにおけ
るクラックの発生状態を詳しく調べた実験例について説
明する。
のは、所定の印加電圧を加えた場合でもクラックの発生
率が少なく好適であるが、比較例のものは、クラックの
発生率が大きく好ましくない。 ＜実験例２＞次に、本実施例のセラミックヒータにおけ
るクラックの発生状態を詳しく調べた実験例について説
明する。
【００３７】本実験例では、前記実験例１で使用した構
造のセラミックヒータにおいて、その中央部の抵抗値と
片側の抵抗値との割合を１０％づつ変更した試料を各２
５個作成した。そして、上記の実験条件（ＤＣ１４.
５×２０秒間印加）にて、クラック発生率を調べた。そ
の結果を図４に示す。
造のセラミックヒータにおいて、その中央部の抵抗値と
片側の抵抗値との割合を１０％づつ変更した試料を各２
５個作成した。そして、上記の実験条件（ＤＣ１４.
５×２０秒間印加）にて、クラック発生率を調べた。そ
の結果を図４に示す。
【００３８】図４から明らかな様に、中央部の抵抗値と
片側の抵抗値との割合（中央部の抵抗値／片側側片部の
抵抗値）が３０〜７０％の場合には、クラックの発生率
がほぼ零と極端に少なく、極めて好適である。尚、本発
明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し
うることはいうまでもない。
片側の抵抗値との割合（中央部の抵抗値／片側側片部の
抵抗値）が３０〜７０％の場合には、クラックの発生率
がほぼ零と極端に少なく、極めて好適である。尚、本発
明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し
うることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】請求項１のセンサ用セラミックヒータで
は、セラミック基体に形成された発熱部の中央部の発熱
量がその側辺部より小さく設定されている。従って、側
辺部から熱が逃げて温度が低くなっても、中央部の発熱
量が少ないので、側辺部と中央部との温度差が小さい。
よって、急速加熱した場合でも、温度差がそれほど大き
ならないので、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の
際にもクラックの発生及び断線を防止することができ
る。
は、セラミック基体に形成された発熱部の中央部の発熱
量がその側辺部より小さく設定されている。従って、側
辺部から熱が逃げて温度が低くなっても、中央部の発熱
量が少ないので、側辺部と中央部との温度差が小さい。
よって、急速加熱した場合でも、温度差がそれほど大き
ならないので、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の
際にもクラックの発生及び断線を防止することができ
る。
【００４０】請求項２のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線幅が側辺部よ
り太く設定されている。そのため、同じ電圧が印加され
た場合でも、中央部の発熱量が少なくなるので、側辺部
と中央部の温度差が小さくなって、通常の使用状態だけ
でなく、急速加熱の際にもクラックや断線の発生を防止
することができる。
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線幅が側辺部よ
り太く設定されている。そのため、同じ電圧が印加され
た場合でも、中央部の発熱量が少なくなるので、側辺部
と中央部の温度差が小さくなって、通常の使用状態だけ
でなく、急速加熱の際にもクラックや断線の発生を防止
することができる。
【００４１】請求項３のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線間隔が側辺部
より広く設定されている。そのため、中央部における発
熱パターンの占める割合が少ないので、中央部の発熱量
が少なくなり、中央部と側辺部との温度差が小さくなっ
て、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の際にもクラ
ックや断線の発生を防止することができる。
は、発熱部の蛇行部分の中央部における線間隔が側辺部
より広く設定されている。そのため、中央部における発
熱パターンの占める割合が少ないので、中央部の発熱量
が少なくなり、中央部と側辺部との温度差が小さくなっ
て、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の際にもクラ
ックや断線の発生を防止することができる。
【００４２】請求項４のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の２０〜
８０％として、中央部の方が発熱量が小さくなる様に設
定されているので、周辺部と側辺部の温度差が小さくな
って、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の際にもク
ラックや断線の発生を防止することができる。
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の２０〜
８０％として、中央部の方が発熱量が小さくなる様に設
定されているので、周辺部と側辺部の温度差が小さくな
って、通常の使用状態だけでなく、急速加熱の際にもク
ラックや断線の発生を防止することができる。
【００４３】請求項５のセンサ用セラミックヒータで
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の３０〜
７０％と設定されているので、中央部と側辺部との温度
差が一層小さくなって、通常の使用状態だけでなく、急
速加熱の際にもクラックや断線の発生をより好適に防止
することができる。
は、発熱部の中央部の抵抗値が側辺部の抵抗値の３０〜
７０％と設定されているので、中央部と側辺部との温度
差が一層小さくなって、通常の使用状態だけでなく、急
速加熱の際にもクラックや断線の発生をより好適に防止
することができる。
【００４４】請求項６の酸素センサでは、前記請求項１
〜請求項５のセンサ用セラミックヒータと検出部とが積
層されたヒータ付き酸素センサ素子が金属ケースに収納
されて使用されるので、通常の使用状態だけでなく、急
速加熱の際にもクラックや断線を生じることなく、感ガ
ス素子を迅速に加熱することができ、よってセンサによ
る測定を迅速に開始できるという効果がある。
〜請求項５のセンサ用セラミックヒータと検出部とが積
層されたヒータ付き酸素センサ素子が金属ケースに収納
されて使用されるので、通常の使用状態だけでなく、急
速加熱の際にもクラックや断線を生じることなく、感ガ
ス素子を迅速に加熱することができ、よってセンサによ
る測定を迅速に開始できるという効果がある。
【００４５】請求項７の酸素センサでは、発熱部と感ガ
ス素子とがセラミック基体の対応する表裏面に各々形成
されることにより、発熱部が感ガス素子の加熱に最も好
適な位置に配置されるので、加熱を効率よく行なうこと
ができ、センサによる測定を迅速に開始できるという利
点がある。
ス素子とがセラミック基体の対応する表裏面に各々形成
されることにより、発熱部が感ガス素子の加熱に最も好
適な位置に配置されるので、加熱を効率よく行なうこと
ができ、センサによる測定を迅速に開始できるという利
点がある。
【図１】 本実施例の酸素センサ素子を示す分解斜視図
である。
である。
【図２】 本実施例のセラミックヒータを示す一部破断
平面図である。
平面図である。
【図３】 本実施例の酸素センサを示す断面図である。
【図４】 実験例２のクラック発生率を示すグラフであ
る。
る。
【図５】 従来技術を示す説明図である。
１…セラミックヒータ、 ２…検出部、 ３…酸素センサ素子、 ４…第１のアル
ミナ基板、 ５…感ガス素子、 ８…第２のアル
ミナ基板、 ９…発熱パターン、 １１…発熱部、 １２…リード部
ミナ基板、 ５…感ガス素子、 ８…第２のアル
ミナ基板、 ９…発熱パターン、 １１…発熱部、 １２…リード部
Claims (7)
- 【請求項１】 セラミック基体に、該セラミック基体の
長手方向に旋回した発熱部と該発熱部から伸びるリード
部とからなる発熱パターンを形成したセンサ用セラミッ
クヒータにおいて、 前記発熱部の中央部の発熱量を、側辺部の発熱量より小
さく設定したことを特徴とするセンサ用セラミックヒー
タ。 - 【請求項２】 前記発熱部を蛇行させて蛇行部分を形成
するとともに、該蛇行部分の中央部の線幅を、該蛇行部
分の側辺部の線幅より太く設定したことを特徴とする前
記請求項１記載のセンサ用セラミックヒータ。 - 【請求項３】 前記発熱部を蛇行させて蛇行部分を形成
するとともに、該蛇行部分の中央部の線間隔を、該蛇行
部分の側辺部の線間隔より広く設定したことを特徴とす
る前記請求項１又は２記載のセンサ用セラミックヒー
タ。 - 【請求項４】 前記発熱部における前記中央部の抵抗値
を、前記側辺部の抵抗値の２０〜８０％の範囲に設定し
たことを特徴とする前記請求項１又は２記載のセンサ用
セラミックヒータ。 - 【請求項５】 前記発熱部における前記中央部の抵抗値
を、前記側辺部の抵抗値の３０〜７０％の範囲に設定し
たことを特徴とする前記請求項４記載のセンサ用セラミ
ックヒータ。 - 【請求項６】 前記請求項１〜請求項５のいずれかのセ
ンサ用セラミックヒータと、酸素濃度に対して抵抗値が
変化する感ガス素子及び該感ガス素子から出力を取り出
す出力取出部をセラミック基体に設けた検出部と、を積
層してヒータ付き酸素センサ素子を形成し、該ヒータ付
き酸素センサ素子を金属ケースに収納したことを特徴と
する酸素センサ。 - 【請求項７】 前記発熱部と前記感ガス素子とが、前記
セラミック基体の対応する位置の表裏面に各々形成され
たことを特徴とする前記請求項６記載の酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6154702A JPH0821812A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | センサ用セラミックヒータ及び酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6154702A JPH0821812A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | センサ用セラミックヒータ及び酸素センサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004096423A Division JP2004253396A (ja) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | センサ用セラミックヒータ及び酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821812A true JPH0821812A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15590090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6154702A Pending JPH0821812A (ja) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | センサ用セラミックヒータ及び酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821812A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0853239A2 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-15 | Kabushiki Kaisha Riken | Gas sensor and heater unit |
| JP2008151558A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Denso Corp | セラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサ素子 |
-
1994
- 1994-07-06 JP JP6154702A patent/JPH0821812A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0853239A2 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-15 | Kabushiki Kaisha Riken | Gas sensor and heater unit |
| EP0853239A3 (en) * | 1997-01-13 | 2001-01-17 | Kabushiki Kaisha Riken | Gas sensor and heater unit |
| JP2008151558A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Denso Corp | セラミックヒータ及びこれを用いたガスセンサ素子 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031125 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040127 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040329 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040511 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040604 |