JP6769650B2 - セラミックスヒータ,センサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Description
外側領域と、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記外側領域と比べて低い内側領域と、を有する発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備えたものである。
上述したいずれかの態様の本発明のセラミックスヒータを備え、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである。
上述した本発明のセンサ素子を備えたものである。
上述した実施形態のガスセンサ100の製造方法に従って、図1,2に示したセンサ素子101を作製して実験例1〜9とした。実験例1〜9は、第1手法で定めた内側領域91及び外側領域92について、内側領域91の幅W1を変えることで断面積比S2/S1を以下の表1に示すように種々変更した点以外は、同じ構成とした。センサ素子101の大きさは、前後方向の長さが67.5mm、左右方向の幅が4.25mm、上下方向の厚さが1.45mmとした。実験例1の内側領域91の幅W1及び外側領域92の幅W2はいずれも0.25mmとした。また、実験例1の内側領域91の厚さD1及び外側領域92の厚さD2はいずれも0.01mmとした。なお、センサ素子101を作製するにあたり、セラミックスグリーンシートは、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。ヒータ部70の発熱部76用の導電性ペーストは、以下のように調整した。アルミナ粒子を4質量%,Ptを96質量%、及び溶媒としてのアセトンを所定量加えて予備混合を行い予備混合液を得た。ポリビニルブチラール20質量%を、ブチルカルビトール80質量%に溶解させて得た有機バインダー液を、予備混合液に添加して混合した後、適宜ブチルカルビトールを添加して粘度を調整することにより、導電性ペーストを得た。なお、実験例1は、内側領域91と外側領域92とで同じ導電性ペーストを用いており、700℃〜900℃のいずれの温度においても、体積抵抗率比ρ1/ρ2は値1である。実験例2〜9についても同様である。
第1手法で定めた内側領域91及び外側領域92について、体積抵抗率比ρ1/ρ2を以下の表1に示すように種々変更した点以外は実験例1と同様にして、実験例10〜18のセンサ素子101を作製した。なお、体積抵抗率比ρ1/ρ2の変更は、内側領域91のPtの含有割合を変えることにより行った。なお、実験例10〜18の幅W1,W2及び厚さD1,D2はいずれも実験例1と同じであり、実験例10〜18の断面積比S2/S1はいずれも値1.00である。また、実験例10及び実験例1は、断面積比S2/S1の値及び体積抵抗率比ρ1/ρ2の値が同じである。
実験例1〜18について、発熱部76の耐久性(寿命)を評価した。具体的には、発熱部76の温度の平均値が所定温度になるようにリード部79に電圧を印加してヒータ72に通電した。そして、その状態で2000時間以内に発熱部76に断線が生じるか否かを判定した。2000時間を超えて断線が生じなかった場合を「A(優,実用レベル以上)」とし、1000時間を超えて2000時間以内に断線が生じた場合を「B(良,実用レベル)」とし、1000時間以内に断線が生じた場合を「C(不可,実用レベル未満)」とした。発熱部76の平均温度を700℃,750℃,800℃,850℃,900℃とした場合について、それぞれ発熱部76の耐久性を評価した。発熱部76の温度の調整は、リード部79に印加する電圧を変えることで行った。また、発熱部76の温度は、センサ素子101の下面の温度を放射温度計により測定することで、間接的に測定した。評価試験の結果を表1に示す。表1には、各実験例の単位抵抗値比R1/R2,断面積比S2/S1,及び体積抵抗率比ρ1/ρ2の値も示した。単位抵抗値比R1/R2の値は、断面積比S2/S1と体積抵抗率比ρ1/ρ2との積として算出した。なお、表1に示した単位抵抗値比R1/R2,断面積比S2/S1,及び体積抵抗率比ρ1/ρ2の値は、いずれも第1手法で内側領域91及び外側領域92を定めた場合の値である。
Claims (11)
- 外側領域と、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記外側領域と比べて低い内側領域と、を有する発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備え、
前記発熱体は、複数の直線部と複数の屈曲部とを有する発熱部を有しており、
前記内側領域は、前記直線部の少なくとも一部を含んでおり、前記内側領域の全体に亘って一定の長さ及び一定の断面積を有し、
前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、
前記複数の直線部は、前記短手方向に沿って並んでおり長さ方向が前記長手方向に沿った4個の直線部であり、
前記複数の屈曲部は、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の一端側で接続する2個の一端側屈曲部と、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の他端側で接続する1個の他端側屈曲部と、であり、
前記4個の直線部のうち、前記短手方向の中央の2個の直線部の前記長さ方向は、前記他端側屈曲部に近づくほど互いに離間するように前記長手方向に対して傾斜しており、
前記内側領域は、前記発熱部のうち前記長手方向の中央に位置する領域であり、前記外側領域は、前記発熱部のうち前記長手方向で前記内側領域の一端側及び他端側に位置する領域であるか、又は、前記内側領域は、前記発熱部のうち前記長手方向の中央且つ前記短手方向の中央に位置する領域であり、前記外側領域は、前記発熱部のうち前記長手方向及び前記短手方向で前記内側領域の外側に位置する領域である、
セラミックスヒータ。 - 前記内側領域の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R1[μΩ/mm]とし、前記外側領域の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R2[μΩ/mm]としたときに、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下である、
請求項1に記載のセラミックスヒータ。 - 前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下である、
請求項2に記載のセラミックスヒータ。 - 前記内側領域は、前記外側領域と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きい、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。 - 前記内側領域の長さ方向に垂直な断面積S1[mm2]と前記外側領域の長さ方向に垂直な断面積S2[mm2]との断面積比S2/S1が値0.87以下である、
請求項4に記載のセラミックスヒータ。 - 前記断面積比S2/S1が値0.80以下である、
請求項5に記載のセラミックスヒータ。 - 前記内側領域は、前記外側領域と比べて前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率が低い、
請求項1〜6のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。 - 前記温度範囲の少なくともいずれかの温度において、前記内側領域の体積抵抗率ρ1[μΩ・cm]と前記外側領域の体積抵抗率ρ2[μΩ・cm]との比である体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.87以下である、
請求項7に記載のセラミックスヒータ。 - 前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.80以下である、
請求項8に記載のセラミックスヒータ。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載のセラミックスヒータを備え、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子。
- 請求項10に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。
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