JPS63286758A - 酸素センサ - Google Patents

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。

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に係り、特にガス成分検出素子を加
熱する機能を有する酸素センサに関する。

〔従来の技術〕

被検ガス中の酸素を媒体として酸素濃度または未燃ガス
成分を検出する袋管状ジルコニアセルを有する酸素セン
サには、一般に被検ガスを加熱するためのヒータが設け
られている。このような加熱機能を有する酸素センサと
しては、特開昭５９−９１３５７号公報に記載された第
６図に示す構造のものが公知である。すなわち袋管状ジ
ルコニアセル１内の空間に管状ヒータ２を挿入した構造
となっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記従来技術によると、袋管状のセル１内
に管状のヒータ２を挿入する構造となっているため、セ
ル１の外径はヒータ２の外径と大気通路幅の和以下に小
型化することができず、セル１を形成するジルコニア・
イツトリアや電極に用いられる白金の使用量が多くなり
、コスト高になるという問題があった。またセル１は内
側から加熱され外側は排気に接触するため、調温精度や
始動時間が不正確になるという問題もあった。

この問題を解決するため、袋管状のセル１を囲んで管状
セラミックヒータ２を配置し、外側から加熱するように
した提案もある。この提案によるとセル１は充分な小型
化を図ることができ、材料費の低減が可能となる。また
排ガス側から加熱するため排ガス温度の変化に影響され
ることが少なく、温調精度が向上し始動時間が短縮され
る。

しかし、外側加熱の場合ヒータ２は内側加熱の場合に比
較して容量が大きくなり、電力消費量が増加するという
問題があった。

本発明の目的はセルの外側に配設された管状のセラミッ
クヒータの消費電力を少くすることのできる酸素ヒータ
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するために、被検ガス中の酸
素を媒体として酸素濃度または未燃ガス成分を検出する
袋管状ジルコニアセルと、該セルの検出部を加熱する管
状のセラミックヒータとからなる酸素センサにおいて、
前記セラミックヒータを薄膜状の内側セラミック層と、
発熱抵抗体層と、厚膜状の外側セラミック層とを順次積
層して形成したものである。

〔作用〕

袋管状ジルコニアセルを囲むように配設されたセラミッ
クヒータは、該セルを排ガスの流れから遮断し、かつ加
熱して動作温度を保つ。このときヒータの発熱体の熱は
薄い内側セラミック層を通ってセルに伝わり、厚い外側
セラミック層は排ガスに対する断熱材となる。また外側
セラミック層はヒータに強度を与える保持部材ともなる
。

〔実施例〕

以下１本発明に係る酸素センサの一実施例を図面を参照
して説明する。

第１図乃至第５図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、それぞれアルミナ絶縁形が形成された
内側セラミック層１１と外側セラミック層１２との間に
、タングステンにより形成された発熱抵抗体層１３がジ
グザグ状に厚膜印刷法により設けられている。そして外
側セラミック層１２の厚さは内側セラミック層１１の厚
さの約２倍乃至５倍の膜厚になっている。このように形
成されたセラミックヒータ素材１４をロールにより成形
焼成して、第２図に示すような円筒状のセラミックヒー
タ１５ができる。

一方袋管状ジルコニアセル１６は、第３図に示すように
イツトリア部分安定化ジルコニアによって形成された袋
管状固体電解質体１７と、この固体電解質体１７の密閉
端近傍の外内周にそれぞれ巻装された白金の多孔薄膜か
らなる検出電極１８及び基準電極１９とからなっている
。前記固体電解質体１７の内外面には、これらの検出電
極１８及び−準電極１７の引出し用導体（図示せず）が
電極１８．１９と同時工程で形成されており、セル１６
の開放端側に設けられたリード線２０．２１にそれぞれ
ろう付けで接続されている。

上記のように構成されたジルコニアセル１６と前述した
セラミックヒータ１５とは、予めセラミック部材からな
るカラー２２．２３を嵌挿して同軸上に位置決め゛され
ており、後に耐熱封止用セラミック接着剤２４を注型、
熱処理することによりセル１６とヒータ１５とが一体化
される。そして排ガスの拡散律速はセル１６とヒータ１
５との間に形成されたスリット２５によって行なわれる
ようになっている。また２６．２７はセラミックヒータ
１５の発熱抵抗体層１３の両極にろう付けにより接続さ
れたリード線である。

上記のようにセル１６とヒータ１５とが一体化されてな
る酸素センサ２８は、第４図に示すように耐熱金属から
なる保護筒２９に挿入されており、この保護筒２９の下
端は閉塞され上端はカバー３０によって被冠されている
。そしてカバー３０はスプリングワッシャ３１を介して
酸素センサ２８に加圧中に、保護筒２９と溶接３２など
の手段で固定されている。３３は被検ガス配管の取付ボ
スにねじ締付固定するための六角締付はナツト、３４は
耐熱弾性体からなるブツシュで防水機能と絶縁被覆リー
ド線３５，３６，３７．３８の電気伝導の保護機能を有
する。

本実施例によれば、第６図に示す従来の袋管状セル１よ
り小型化され、しかもセラミックヒータ１５の発熱抵抗
体層１３を内側セラミック層１１と外側セラミック層１
２との間に厚膜印刷法により形成したので、ヒータ容量
の低減、温調精度の向上、始動時間の短縮が可能となる
。また排ガスの拡散律速かスリット２５によって行なわ
れるので、着膜条件の難かしい多孔拡散膜を形成する工
程が不要となり、生産性が向上する。

本実施例では排ガスの拡散律速をセル１６とヒータ１５
との間に形成されたスリット２５によって行なう場合に
ついて説明したが、第５図に示すようにセル１６の検出
電極１８の表面に多孔質拡散膜３９をマグネシアスピネ
ルのプラズマ溶射によって形成し、この多孔質拡散膜３
９により排ガスの拡散律速を行なってもよい。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、酸素センサに設けられ
たセラミックヒータを薄膜状の内側セラミック層と、発
熱抵抗体Ｍと、厚膜状の外側セラミック層とを順次積層
して形成したので、袋管状ジルコニアセルの小型化、低
コスト化が達成できる。しかもセラミックヒータの電力
消費量も低減でき、始動時間の短縮、温調精度の向上が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る酸素センサの一実施例によるセラ
ミックヒータの展開断面図、第２図は第１図のロール成
形後の横断面図、第３図は第２図に示すセラミックヒー
タを袋管状ジルコニアセルに装着した状態を示す縦断面
図、第４図は本実施例による酸素センサを示す縦断面図
、第５図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第６図
は従来の酸素センサを示す縦断面図である。 １１・・・内側セラミック層、１２・・・外側セラミッ
ク層、１３・・・発熱抵抗体層、１５・・・セラミック
ヒータ、１６・・・袋管状ジルコニアセル、２８・・・
酸素セ霊４０ 第３０　　　　　＄５０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検ガス中の酸素を媒体として酸素濃度または未燃
   ガス成分を検出する袋管状ジルコニアセルと、該セルの
   検出部を加熱する管状のセラミックヒータとからなる酸
   素センサにおいて、前記セラミックヒータを薄膜状の内
   側セラミック層と、発熱抵抗体層と、厚膜状の外側セラ
   ミック層とを順次積層して形成したことを特徴とする酸
   素センサ。 ２、内側セラミック層の材質が外側セラミック層の材質
   に比べ、熱伝導度が同等またはそれ以上であり、熱膨張
   率がほぼ同等であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の酸素センサ。 ３、発熱抵抗体層は内側セラミック層と外側セラミック
   層の間のいずれか一方の面に、厚膜印刷により形成され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の酸素センサ。