JPH10282043A - Oxygen sensor element and manufacture of heater for the same - Google Patents
Oxygen sensor element and manufacture of heater for the sameInfo
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- JPH10282043A JPH10282043A JP10038195A JP3819598A JPH10282043A JP H10282043 A JPH10282043 A JP H10282043A JP 10038195 A JP10038195 A JP 10038195A JP 3819598 A JP3819598 A JP 3819598A JP H10282043 A JPH10282043 A JP H10282043A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は，自動車エンジン等の内燃機関に
おける空燃比制御等に使用する，酸素センサ素子及びこ
れに用いるヒータの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an oxygen sensor element used for air-fuel ratio control and the like in an internal combustion engine such as an automobile engine and a heater used therefor.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来，自動車エンジンの排気系には，空燃
比を検知する空燃比センサが設置され，該空燃比センサ
にて検知された空燃比を元に上記自動車エンジンの燃焼
制御を行っている。これにより，上記自動車エンジンの
排気系に設けた三元触媒コンバータにおける排気ガスの
浄化効率を高めることができる。そして，上記空燃比セ
ンサとしては，酸素イオン導電性を有する固体電解質よ
りなる検出素子，即ち酸素センサ素子が内蔵された酸素
センサが使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio is installed in an exhaust system of an automobile engine, and the combustion control of the automobile engine is performed based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor. . Thus, the purification efficiency of the exhaust gas in the three-way catalytic converter provided in the exhaust system of the automobile engine can be increased. As the air-fuel ratio sensor, a detection element made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, that is, an oxygen sensor including an oxygen sensor element is used.
【０００３】上記酸素センサ素子は，コップ型の固体電
解質体とその内部に設けた大気室とよりなり，かつ上記
固体電解質体の外側面には外側電極を，上記大気室に面
する内側面には内側電極を設けてなる。そして，上記大
気室には酸素センサ素子を活性化温度まで速やかに加熱
するためのヒータが設けてある。[0003] The oxygen sensor element comprises a cup-shaped solid electrolyte body and an atmosphere chamber provided therein, and an outer electrode is provided on an outer surface of the solid electrolyte body and an inner electrode is provided on an inner surface facing the atmosphere chamber. Is provided with an inner electrode. The air chamber is provided with a heater for quickly heating the oxygen sensor element to the activation temperature.
【０００４】図１６に示すごとく，上記ヒータとして
は，断面略円形の丸棒状ヒータ９が広く使用されてい
る。上記ヒータ９は，発熱体２１０が内蔵された発熱部
２１と該発熱部２１を支持すると共に上記発熱体２１０
と導通したリード部２２０が内蔵された支持部２２とよ
りなる。As shown in FIG. 16, a round bar heater 9 having a substantially circular cross section is widely used as the heater. The heater 9 includes a heating unit 21 having a built-in heating element 210, the heating unit 21 supported by the heating unit 21, and the heating element 210.
And a supporting portion 22 having a built-in lead portion 220 electrically connected to the supporting portion 22.
【０００５】次に，上記ヒータ９の製造方法につき説明
する。図１７に示すごとく，セラミックグリーンシート
９０に対し，焼成後には発熱部２１０及びリード部２２
０となるヒータパターン２００をスクリーン印刷する。
このシート９０をセラミックよりなる心棒９００にエチ
ルセルロースを有機溶剤にて溶かした有機バインダーを
シート９０の全面に印刷した後，張付けする。次いで，
上記シート９０及び心棒９００を焼成炉にて高温（１４
００〜１５００℃）焼成する。Next, a method of manufacturing the heater 9 will be described. As shown in FIG. 17, after firing, the ceramic green sheet 90 is heated by the heat generating portion 210 and the lead portion 22.
The heater pattern 200 which becomes 0 is screen-printed.
An organic binder obtained by dissolving ethyl cellulose in an organic solvent is printed on the entire surface of the sheet 90 on a mandrel 900 made of ceramic, and then attached. Then,
The sheet 90 and the mandrel 900 are heated at a high temperature (14
(From 1500 to 1500 ° C.).
【０００６】その後，上記リード部２１０と導通可能と
なるヒータ９の側面部分にリード取出部２９０を設け，
更に該リード取出部２９０に対しリード線２９を高温９
５０〜１０００℃，真空中にてＡｕ−Ｃｕ相当のろう材
を使用したろう付けにより取り付ける。なお，上記リー
ド線２９には電源に接続され，リード部２２０を経て，
発熱体２１０に対し電力を供給する。Thereafter, a lead extracting portion 290 is provided on the side surface of the heater 9 which can be electrically connected to the lead portion 210.
Further, the lead wire 29 is heated to a high temperature 9 with respect to the lead extraction portion 290.
It is attached by brazing using a brazing material equivalent to Au-Cu in a vacuum at 50 to 1000C. Note that the lead wire 29 is connected to a power supply,
Electric power is supplied to the heating element 210.
【０００７】[0007]
【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の丸
棒状のヒータ９はその断面が略円形状であることから，
断面積が大きく，上部への熱損失が大きい。このような
ヒータの組付けられた酸素センサ素子の昇温性は悪いお
それがある。However, since the conventional round bar-shaped heater 9 has a substantially circular cross section,
Large cross-sectional area and large heat loss to the top. There is a possibility that the temperature rising property of the oxygen sensor element to which such a heater is attached is poor.
【０００８】また，上記丸棒状のヒータ９を酸素センサ
素子に挿入した場合には，後述の図５（ａ）に示すごと
く，大気室の内側面とのクリアランスが狭くなることか
ら，大気室への大気導入量が不充分となってしまう。大
気導入量が不足した場合には，酸素センサ素子における
酸素濃度の検出が不正確となってしまう。更に，上述し
たヒータ９の製造方法は，一度に一本のヒータ９しか製
造することができず，生産効率が悪いおそれがある。When the round bar-shaped heater 9 is inserted into the oxygen sensor element, as shown in FIG. 5A, the clearance between the heater 9 and the inner surface of the atmosphere chamber becomes narrower. Is insufficient. If the amount of air introduced is insufficient, the detection of the oxygen concentration in the oxygen sensor element will be inaccurate. Further, the above-described method of manufacturing the heater 9 can manufacture only one heater 9 at a time, and thus the production efficiency may be poor.
【０００９】本発明は，かかる問題点に鑑み，昇温性に
優れ，大気室における大気導入量が充分確保でき，かつ
効率よく製造可能なヒータを有する，酸素センサ素子及
びこのような酸素センサ素子に用いられるヒータの製造
方法を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides an oxygen sensor element which has a heater which is excellent in temperature rising property, can ensure a sufficient amount of air to be introduced into an atmosphere chamber, and has a heater which can be manufactured efficiently. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heater used for the above.
【００１０】[0010]
【課題の解決手段】請求項１の発明は，コップ型固体電
解質体とその内部に設けた大気室とよりなり，かつ上記
固体電解質体の外側面には外側電極を，上記大気室に面
する内側面には内側電極を設けてなる酸素センサ素子で
あって，上記大気室にはヒータが内蔵されてなり，かつ
上記ヒータは，発熱体が内蔵された発熱部と該発熱部を
支持すると共に上記発熱体と導通したリード部が内蔵さ
れた支持部とよりなると共に，上記発熱部の断面積Ｓｈ
と上記支持部の断面積Ｓｓとの間にはＳｈ≧Ｓｓの関係
が成立してなり，かつ上記ヒータの断面形状は略長方形
状であり，更に上記断面形状における長辺ａと短辺ｂと
の間には０．３≦ｂ／ａ≦０．７の関係が成立している
ことを特徴とする酸素センサ素子にある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a cup-shaped solid electrolyte body and an air chamber provided therein, wherein an outer electrode is provided on an outer surface of the solid electrolyte body and faces the air chamber. An oxygen sensor element having an inner electrode provided on an inner surface thereof, wherein the atmosphere chamber has a built-in heater, and the heater supports a heating section having a built-in heating element and supports the heating section. A supporting portion having a built-in lead portion connected to the heating element, and a cross-sectional area Sh of the heating portion.
And a cross-sectional area Ss of the support portion, a relationship of Sh ≧ Ss is established, and a cross-sectional shape of the heater is substantially rectangular, and a long side a and a short side b in the cross-sectional shape are further defined. , A relation of 0.3 ≦ b / a ≦ 0.7 is established.
【００１１】上記ヒータにおけるＳｓとＳｈとの間の関
係がＳｈ＜Ｓｓである場合，即ち発熱部と支持部とにお
いて，支持部の断面積のほうが大きい場合には，ヒータ
上部への熱損失が大きくなるおそれがある。なお，上記
発熱部の断面積Ｓｈとは，後述の図２，図３に示すごと
く，内部に発熱体が存在する部分の断面積を示してい
る。また，上記支持部の断面積Ｓｓとは，後述の図２，
図３に示すごとく，内部にリード部が存在する部分の断
面積を示している。When the relationship between Ss and Sh in the heater is Sh <Ss, that is, when the cross-sectional area of the supporting portion is larger between the heat generating portion and the supporting portion, heat loss to the upper portion of the heater is reduced. There is a possibility that it becomes larger. Note that the cross-sectional area Sh of the heat-generating portion indicates a cross-sectional area of a portion where a heat-generating element is present as shown in FIGS. Further, the cross-sectional area Ss of the support portion is referred to as FIG.
As shown in FIG. 3, the cross-sectional area of the portion where the lead portion exists is shown.
【００１２】また，上記ヒータにおけるｂ／ａの値が
０．７より大である場合には，酸素センサ素子の昇温性
が悪くなるおそれがある。また，酸素センサ素子の大気
室の内側面とヒータとの間のクリアランスが小さくなる
ことから，大気室への大気導入量が不足するおそれがあ
る。If the value of b / a in the heater is larger than 0.7, the temperature rise of the oxygen sensor element may be deteriorated. In addition, since the clearance between the inner surface of the atmosphere chamber of the oxygen sensor element and the heater is reduced, the amount of air introduced into the atmosphere chamber may be insufficient.
【００１３】一方，ｂ／ａの値が０．３未満である場合
には，酸素センサ素子の大気室の内側面とヒータとの間
のクリアランスが必要以上に大きくなることから，酸素
センサ素子の体格が大型化し，特にスペースの限られた
場所への酸素センサ素子の取付が困難となるおそれがあ
る。更に，ヒータの形状が薄板状となることから，該ヒ
ータの機械的強度が低下，耐久性が悪化するおそれがあ
る。なお，上記ヒータにおける長辺ａ及び短辺ｂの取り
方の具体例については，後述の図４および図１１に示
す。On the other hand, if the value of b / a is less than 0.3, the clearance between the inner surface of the atmosphere chamber of the oxygen sensor element and the heater becomes unnecessarily large. The physique may become large, and it may be difficult to mount the oxygen sensor element particularly in a place where space is limited. Further, since the heater has a thin plate shape, the mechanical strength of the heater may be reduced and the durability may be deteriorated. Note that specific examples of how to take the long side a and the short side b in the heater are shown in FIGS. 4 and 11 described later.
【００１４】本発明の作用につき，以下に説明する。本
発明にかかる酸素センサ素子の大気室には，以下に示す
ごときヒータが内蔵されてなる。即ち，上記ヒータにお
いては，発熱部の断面積Ｓｈと支持部の断面積Ｓｓとの
間にはＳｈ≧Ｓｓの関係が成立している。これにより，
ヒータ上部への熱損失を低くすることができる。The operation of the present invention will be described below. The atmosphere chamber of the oxygen sensor element according to the present invention incorporates a heater as described below. That is, in the above-described heater, the relationship of Sh ≧ Ss is established between the cross-sectional area Sh of the heat generating portion and the cross-sectional area Ss of the support portion. This gives
Heat loss to the upper part of the heater can be reduced.
【００１５】また上記ヒータの断面形状は略長方形状で
ある。これにより，後述の図５に示すごとく，同一径の
大気室に挿入可能なヒータの断面積は，ヒータの断面形
状が円形である場合と比較して，より小さくなる。この
ため，ヒータと接触する大気の量が減少し，ヒータの上
部から大気中に逃げる熱量がより小さくなり，より効率
的に酸素センサ素子を加熱することができる。The cross section of the heater is substantially rectangular. As a result, as shown in FIG. 5 described later, the cross-sectional area of the heater that can be inserted into the atmospheric chamber having the same diameter is smaller than that in the case where the cross-sectional shape of the heater is circular. For this reason, the amount of the atmosphere in contact with the heater is reduced, the amount of heat escaping from the upper portion of the heater to the atmosphere is reduced, and the oxygen sensor element can be heated more efficiently.
【００１６】更に上記ヒータの断面形状における長辺ａ
と短辺ｂとの間には０．３≦ｂ／ａ≦０．７の関係が成
立している。これにより，大気室内に適度なクリアラン
スが確保できることから，充分な大気導入量を確保する
ことができる。このため，被測定ガス中の酸素濃度が特
に低く，固体電解質体を通じて大気室内の酸素がより多
くポンピングされるような状況においても，大気室で酸
素不足現象が生じるおそれがなく，常に正確な酸素濃度
を測定可能である酸素センサ素子を得ることができる。Furthermore, the long side a in the cross-sectional shape of the heater
And a short side b, a relationship of 0.3 ≦ b / a ≦ 0.7 is established. As a result, an appropriate clearance can be secured in the atmosphere chamber, and a sufficient amount of air introduced can be secured. Therefore, even in a situation where the oxygen concentration in the gas to be measured is particularly low and oxygen in the atmosphere chamber is pumped more through the solid electrolyte body, there is no risk of oxygen deficiency occurring in the atmosphere chamber, and accurate oxygen is always obtained. An oxygen sensor element whose concentration can be measured can be obtained.
【００１７】また，ヒータと接触する大気の量が減少
し，ヒータの上部から大気中に逃げる熱量がより小さく
なり，より効率的に酸素センサ素子を加熱することがで
きる。よって，昇温性に優れた酸素センサ素子を得るこ
とができる（実施形態例２参照）。Further, the amount of air in contact with the heater is reduced, and the amount of heat escaping from the upper portion of the heater to the air is reduced, so that the oxygen sensor element can be heated more efficiently. Therefore, it is possible to obtain an oxygen sensor element having an excellent temperature rising property (see Embodiment 2).
【００１８】以上のように，本発明によれば，昇温性に
優れ，大気室における大気導入量が充分確保でき，かつ
効率よく製造可能なヒータを有する，酸素センサ素子を
提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide an oxygen sensor element having an excellent temperature rising property, a sufficient amount of air introduced into the atmosphere chamber, and a heater which can be manufactured efficiently. .
【００１９】次に，請求項２の発明のように，上記ヒー
タの角部は面取りされていることが好ましい。これによ
り，ヒータを酸素センサ素子へ組み付ける際に，角部に
おける割れ，欠けを防止することができる。Next, it is preferable that the corners of the heater be chamfered. Thereby, when assembling the heater to the oxygen sensor element, it is possible to prevent cracks and chipping at corners.
【００２０】次に，請求項３の発明のように，上記ヒー
タの外表面には，Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＮｉＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｉ
3 Ｎ4 の一種以上からなる高放射膜が設けてあることが
好ましい。上記高放射膜を設けることにより，ヒータの
角部を曲面状とすることができ，よって，ヒータを酸素
センサ素子に組付ける際に，割れ，欠けを防止すること
ができる。Next, according to a third aspect of the present invention, Fe 2 O 3 , NiO, Y 2 O 3 , Si
3 it is preferred that the high radiation film made of one or more N 4 is provided. By providing the high-emissivity film, the corners of the heater can be curved, so that when the heater is assembled to the oxygen sensor element, cracking and chipping can be prevented.
【００２１】また，上記高放射膜とは，放射（吸収）率
が１に近く熱を放射（吸収）しやすい物質である。この
ため，上記高放射膜をヒータの外表面に設けることによ
り，この高放射膜がヒータの熱を効率よく吸収し，これ
を酸素センサ素子の大気室の内側面に効率よく放射する
ことができる。従って，昇温性に優れた酸素センサ素子
を得ることができる。The high-emission film is a substance whose radiation (absorption) rate is close to 1 and easily radiates (absorbs) heat. Therefore, by providing the high radiation film on the outer surface of the heater, the high radiation film can efficiently absorb the heat of the heater and radiate the heat efficiently to the inner surface of the atmosphere chamber of the oxygen sensor element. . Therefore, it is possible to obtain an oxygen sensor element having excellent temperature rising properties.
【００２２】次に，請求項４の発明のように，上記大気
室に面する内側面と上記ヒータの発熱部との間の間隙に
関して，上記内側面と上記ヒータの長辺との間の距離Ｌ
１と，上記内側面と上記ヒータの短辺との間の距離Ｌ２
との間には，１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦２．５の関係が成立
することが好ましい。これにより，昇温性に優れた酸素
センサ素子を得ることができる（実施形態例３参照）。
上記Ｌ１／Ｌ２が１．５未満である場合には，酸素セン
サ素子の昇温性が悪化するおそれがある。更に，大気室
の内側面とヒータとのクリアランスが小さくなることか
ら，大気導入量が不足するおそれがある。Next, with respect to the gap between the inner surface facing the atmosphere chamber and the heat generating portion of the heater, the distance between the inner surface and the long side of the heater is provided. L
1 and a distance L2 between the inner surface and the short side of the heater.
And 1.5 ≦ L1 / L2 ≦ 2.5. As a result, an oxygen sensor element having an excellent temperature rising property can be obtained (see Embodiment 3).
If the ratio L1 / L2 is less than 1.5, the temperature rise of the oxygen sensor element may deteriorate. Furthermore, since the clearance between the inner surface of the atmosphere chamber and the heater is reduced, the amount of air introduced may be insufficient.
【００２３】一方，２．５より大きい場合には，酸素セ
ンサ素子の大気室の内側面とヒータとの間のクリアラン
スが必要以上に大きくなることから，酸素センサ素子の
体格が大型化し，特にスペースの限られた場所への酸素
センサ素子の取付が困難となるおそれがある。更に，ヒ
ータの形状が薄板状となることから，該ヒータの機械的
強度が低下，耐久性が悪化するおそれがある。なお，上
記Ｌ１およびＬ２とは，後述の図４に示すごとく，ヒー
タの断面形状を示す略長方形状における長辺および短辺
と大気室の内側面との距離のことを示している。On the other hand, if it is larger than 2.5, the clearance between the inner surface of the oxygen sensor element in the atmosphere chamber and the heater becomes unnecessarily large. It may be difficult to attach the oxygen sensor element to a limited area. Further, since the heater has a thin plate shape, the mechanical strength of the heater may be reduced and the durability may be deteriorated. Here, as shown in FIG. 4 described later, L1 and L2 indicate the distances between the long side and the short side in the substantially rectangular shape showing the cross-sectional shape of the heater and the inner surface of the atmosphere chamber.
【００２４】次に，請求項５の発明のように，上記ヒー
タを挿入した状態における大気室の空間断面積Ｓ１と上
記ヒータの発熱部における断面積Ｓ２との間にはＳ２／
Ｓ１≦０．５の関係が成立することが好ましい。これに
より，昇温性に優れた酸素センサ素子を得ることができ
る（実施形態例４参照）。上記Ｓ２／Ｓ１が０．５未満
である場合には，酸素センサ素子の昇温性が悪化するお
それがある。なお，上記大気室の空間断面積とは，大気
室そのものの断面積よりヒータの発熱部の断面積を減じ
た面積で，大気室におけるクリアランスの大きさを示す
値である。Next, as in the fifth aspect of the present invention, the space between the spatial cross-sectional area S1 of the atmospheric chamber with the heater inserted and the cross-sectional area S2 of the heating portion of the heater is S2 / S.
It is preferable that the relationship of S1 ≦ 0.5 is satisfied. This makes it possible to obtain an oxygen sensor element having excellent temperature rising properties (see Embodiment 4). If S2 / S1 is less than 0.5, the temperature rise of the oxygen sensor element may be deteriorated. The space sectional area of the air chamber is an area obtained by subtracting the cross-sectional area of the heating portion of the heater from the cross-sectional area of the air chamber itself, and is a value indicating the size of the clearance in the air chamber.
【００２５】また，請求項６の発明は，発熱体が内蔵さ
れた発熱部と該発熱部を支持する支持部とよりなる酸素
センサ素子用ヒータを製造するに当たり，まず，セラミ
ックのグリーンシートを準備し，次いで，該セラミック
のグリーンシートに対し，複数個のヒータパターンを印
刷形成し，次いで，上記ヒータパターンを印刷形成した
セラミックのグリーンシートとは異なる他のセラミック
のグリーンシートを積層し，積層体となし，次いで，上
記積層体を切断することにより，上記１個のヒータパタ
ーンを有する中間体となし，次いで，これを加熱焼成す
ることを特徴とする酸素センサ素子用ヒータの製造方法
にある。According to a sixth aspect of the present invention, when manufacturing a heater for an oxygen sensor element comprising a heating portion having a built-in heating element and a supporting portion for supporting the heating portion, first, a ceramic green sheet is prepared. Then, a plurality of heater patterns are printed and formed on the ceramic green sheet, and then another ceramic green sheet different from the ceramic green sheet on which the heater pattern is printed is laminated. And then cutting the laminate to form an intermediate having the one heater pattern, and then heating and firing the intermediate.
【００２６】本請求項にかかる製造方法によれば，一つ
の工程にて多くのヒータを同時に製造することができ
る。よって，ヒータの効率的な生産が可能となる。な
お，上記ヒータパターンとは，焼成後には発熱部とリー
ド部となる部分であり，例えばＰｔ，Ｐｄ等の導電性ペ
ーストのスクリーン印刷により作成することができる。According to the manufacturing method of the present invention, many heaters can be manufactured simultaneously in one step. Therefore, efficient production of heaters becomes possible. The heater pattern is a portion that becomes a heat generating portion and a lead portion after firing, and can be created by screen printing of a conductive paste such as Pt, Pd or the like.
【００２７】[0027]
実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる酸素センサ素子及びヒー
タ，該ヒータの製造方法につき，図１〜図７を用いて説
明する。図１に示すごとく，本例の酸素センサ素子１
は，コップ型固体電解質体１０とその内部に設けた大気
室１００とよりなり，かつ上記固体電解質体１０の外側
面１０１には外側電極１１を，上記大気室１００に面す
る内側面１０２には内側電極１２を設けてなる。そし
て，上記大気室１００にはヒータ２が内蔵されてなる。Embodiment 1 An oxygen sensor element and a heater according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the heater will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the oxygen sensor element 1 of this embodiment
Consists of a cup-shaped solid electrolyte body 10 and an atmosphere chamber 100 provided therein, and has an outer electrode 11 on an outer surface 101 of the solid electrolyte body 10 and an inner electrode 102 on the inner surface 102 facing the atmosphere chamber 100. An inner electrode 12 is provided. The heater 2 is built in the atmosphere chamber 100.
【００２８】図２，図３に示すごとく，上記ヒータ２
は，発熱体２１０が内蔵された発熱部２１と該発熱部２
１を支持すると共に上記発熱体２１０と導通したリード
部２２０が内蔵された支持部２２とよりなる。上記発熱
部２１の断面積Ｓｈと上記支持部２２の断面積Ｓｓとの
間にはＳｈ＝Ｓｓの関係が成立する。また，上記ヒータ
２の断面形状は長方形状である。更に，図４に示すごと
く，上記断面形状における長辺ａと短辺ｂとの間にはｂ
／ａ＝０．６の関係が成立する。As shown in FIG. 2 and FIG.
The heating unit 21 having the heating element 210 built therein and the heating unit 2
1 and a support portion 22 having a built-in lead portion 220 electrically connected to the heating element 210. The relationship of Sh = Ss is established between the cross-sectional area Sh of the heat generating portion 21 and the cross-sectional area Ss of the support portion 22. The cross-sectional shape of the heater 2 is rectangular. Further, as shown in FIG. 4, b is a distance between the long side a and the short side b in the above sectional shape.
The relationship of /a=0.6 holds.
【００２９】次に，図６，図７に示すごとく，上記ヒー
タ２の製造方法は，まず，セラミックのグリーンシート
２９３を準備し，次いで，該セラミックのグリーンシー
ト２９３に対し，５個のヒータパターン２８０を印刷形
成する。Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the method of manufacturing the heater 2 is as follows. First, a ceramic green sheet 293 is prepared, and then five heater patterns are formed on the ceramic green sheet 293. 280 is formed by printing.
【００３０】次いで，上記ヒータパターン２８０を印刷
形成したセラミックのグリーンシート２９３とは異なる
他のセラミックのグリーンシート２９１，２９２をそれ
ぞれ積層し，積層体２７１となす。次いで，図７に示す
ごとく，上記積層体２７１を切断することにより，上記
１個のヒータパターン２８０を有する中間体２７２とな
す。次いで，これを加熱焼成し，リード取出部２９０お
よびリード線２９を設け，ヒータ２とした。Next, the ceramic green sheets 291 and 292 different from the ceramic green sheet 293 on which the heater pattern 280 is formed by printing are laminated to form a laminate 271. Next, as shown in FIG. 7, by cutting the laminate 271, an intermediate 272 having the one heater pattern 280 is formed. Next, this was heated and baked, and a lead extraction portion 290 and a lead wire 29 were provided to obtain a heater 2.
【００３１】次に，上記酸素センサ素子１の詳細につい
て説明する。図１〜図４に示すごとく，上記酸素センサ
素子１は，コップ型固体電解質体１０とその内部に設け
た大気室１００とよりなり，かつ上記固体電解質体１０
の外側面１０１には外側電極１１を，上記大気室１００
に面する内側面１０２には内側電極１２を設けてなる。
そして，上記外側電極１１の外方には，被測定ガス中の
被毒物より外側電極１１を保護するための保護層１９
１，また該保護層１９１の外方には被毒物トラップ層１
９２が設けてある。また，上記大気室１００にはヒータ
２が内蔵されてなる。Next, the oxygen sensor element 1 will be described in detail. As shown in FIGS. 1 to 4, the oxygen sensor element 1 comprises a cup-shaped solid electrolyte body 10 and an atmosphere chamber 100 provided therein.
The outer electrode 11 is provided on the outer surface 101 of the air chamber 100.
An inner electrode 12 is provided on the inner side surface 102 facing the inner side.
Outside the outer electrode 11, a protective layer 19 for protecting the outer electrode 11 from poisons in the gas to be measured is provided.
1, the poison trap layer 1 is provided outside the protective layer 191.
92 are provided. The atmosphere chamber 100 has a built-in heater 2.
【００３２】上記ヒータ２には，通電により発熱する発
熱体２１０と，該発熱体２１０に対し電圧を印加するた
めのリード部２２０とが内蔵されてなる。そして，上記
発熱体２１０が内蔵された部分が発熱部２１であり，上
記発熱部２１が内側電極１２に対面するよう，上記ヒー
タ２は大気室１００内に固定されている。The heater 2 has a built-in heating element 210 which generates heat when energized, and a lead 220 for applying a voltage to the heating element 210. The portion in which the heating element 210 is incorporated is a heating portion 21, and the heater 2 is fixed in the atmosphere chamber 100 so that the heating portion 21 faces the inner electrode 12.
【００３３】上記ヒータ２は，図３に示すごとく（及び
図６参照），三層構造であり，２枚のセラミック基板２
３１，２３２と，両者の間に挟持され，その表面に発熱
体２１０とリード部２２０とよりなるヒータパターン２
００が設けられたヒータ基板２３３とよりなる。また，
上記ヒータ２におけるセラミック基板２３１，２３２，
ヒータ基板２３３はＡｌ2 Ｏ3 よりなる。上記ヒータパ
ターン２００（即ち，発熱体２１０及びリード部２２
０）はＷ−Ｒｅ（タングステン−レニウム）よりなる。The heater 2 has a three-layer structure as shown in FIG. 3 (and FIG. 6), and has two ceramic substrates 2.
31 and 232, a heater pattern 2 sandwiched between the two, and having a heating element 210 and a lead 220 on its surface.
00 is provided with the heater substrate 233. Also,
The ceramic substrates 231, 232,
The heater substrate 233 is made of Al 2 O 3 . The heater pattern 200 (that is, the heating element 210 and the lead portion 22)
0) is made of W-Re (tungsten-rhenium).
【００３４】なお，図４に示すごとく，上記ヒータ２の
発熱部２１の長辺ａは２．８ｍｍ，短辺ｂは，１．６ｍ
ｍである。また，上記ヒータ２を大気室１００に組付け
た際の，長辺と大気室１００の内側面１０２との距離Ｌ
１は０．８ｍｍ，短辺との距離Ｌ２は０．４ｍｍであ
る。また，本例のヒータ４における発熱部２１及び支持
部２２との断面積は共に等しく，４．４８ｍｍ2 であ
る。As shown in FIG. 4, the long side a of the heating section 21 of the heater 2 is 2.8 mm, and the short side b is 1.6 m.
m. The distance L between the long side and the inner side surface 102 of the atmosphere chamber 100 when the heater 2 is assembled in the atmosphere chamber 100.
1 is 0.8 mm, and the distance L2 to the short side is 0.4 mm. Further, the cross-sectional areas of the heat generating portion 21 and the support portion 22 in the heater 4 of this example are equal to each other, that is, 4.48 mm 2 .
【００３５】次に，本例にかかるヒータの製造方法につ
き説明する。まず，Ａｌ2 Ｏ3 よりなるセラミックグリ
ーンシート２９１，２９２，２９３を準備する。次い
で，上記グリーンシート２９３に対し，有機バインダー
中にＷ粉末を分散させた導電性ペーストを用いて，図６
にかかる形状の５つのヒータパターン２８０を印刷によ
り一体的に形成する。Next, a method of manufacturing the heater according to this embodiment will be described. First, ceramic green sheets 291, 292, 293 made of Al 2 O 3 are prepared. Next, for the green sheet 293, using a conductive paste in which W powder is dispersed in an organic binder, as shown in FIG.
Are formed integrally by printing.
【００３６】次に，上記５つのヒータパターン２８０を
形成したグリーンシート２９３に対し，別のグリーンシ
ート２９１，２９２とを該グリーンシート２９３の両面
側から積層，図７（ａ）に示すごとき積層体２７１とな
す。Next, another green sheet 291 and 292 are laminated on both sides of the green sheet 293 on which the five heater patterns 280 are formed, as shown in FIG. 271.
【００３７】次に，上記積層体２７１を乾燥する。次い
で，上記積層体２７１を，図７（ｂ）に示すごとく，ひ
とつのヒータパターン２８０のみを含むような位置にお
いて切断，中間体２７２とする。次いで，上記中間体２
７２を，１４００〜１５００℃の範囲での温度にて焼成
する。焼成後，上記ヒータパターン２８０が露出した側
面部分に対し，Ｗペーストを印刷，高温にて焼結した
後，Ａｕ−Ｃｕ相当のろう材を配し，９５０〜１０００
℃の高温炉中にてリード線２９をろう付けする。以上に
より，図７（ｃ）に示すごとく，本例にかかるヒータ２
を得た。Next, the laminate 271 is dried. Next, as shown in FIG. 7B, the laminated body 271 is cut at a position including only one heater pattern 280 to form an intermediate body 272. Then, the above intermediate 2
72 is fired at a temperature in the range of 1400-1500 ° C. After firing, a W paste is printed on the side surface portion where the heater pattern 280 is exposed and sintered at a high temperature. Then, a brazing material equivalent to Au-Cu is arranged, and 950 to 1000
The lead wire 29 is brazed in a high-temperature furnace at a temperature of ℃. As described above, as shown in FIG.
I got
【００３８】次に，本例における作用効果につき説明す
る。本例にかかる酸素センサ素子１の大気室１００に
は，以下に示すごときヒータ２が内蔵されてある。即
ち，上記ヒータ２においては，発熱部２１の断面積Ｓｈ
と支持部２２の断面積Ｓｓとが等しい。ところで，上記
大気室１００への大気の導入は，該大気室１００の上端
より行われる。上記ヒータ２を大気室１００内に設置し
た場合，より上端に存在する支持部２２の断面積が発熱
部２１の断面積と等しいことから，本例の酸素センサ素
子１においては大気の導入がよりスムーズに行われる。Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the atmosphere chamber 100 of the oxygen sensor element 1 according to the present embodiment, a heater 2 as shown below is incorporated. That is, in the heater 2, the cross-sectional area Sh of the heat generating portion 21 is
And the cross-sectional area Ss of the support portion 22 are equal. The introduction of the atmosphere into the atmosphere chamber 100 is performed from the upper end of the atmosphere chamber 100. When the heater 2 is installed in the atmosphere chamber 100, since the cross-sectional area of the support portion 22 located at the upper end is equal to the cross-sectional area of the heat generating portion 21, the introduction of air into the oxygen sensor element 1 of the present embodiment is more difficult. It is done smoothly.
【００３９】このため，被測定ガス中の酸素濃度が特に
低く，固体電解質体１０を通じて大気室１００内の酸素
がより多くポンピングされるような状況においても，大
気室１００内の酸素欠乏が防止できる。よって常に正確
に酸素濃度を測定可能な酸素センサ素子１を得ることが
できる。Therefore, even in a situation where the oxygen concentration in the gas to be measured is particularly low and oxygen in the atmosphere chamber 100 is pumped more through the solid electrolyte member 10, oxygen deficiency in the atmosphere chamber 100 can be prevented. . Therefore, it is possible to obtain the oxygen sensor element 1 that can always accurately measure the oxygen concentration.
【００４０】また本例にかかるヒータ２の断面形状は，
図５（ｂ）において斜線を付した図形が示すごとく，長
方形状である。また，参考として，従来技術において示
した丸棒状のヒータ９を大気室に挿入した状態を図５
（ａ）に示す。これにより，同一径の大気室に挿入可能
なヒータの断面積は，ヒータの断面形状が円形である場
合と比較して，長方形状の場合はより小さくなる。The cross-sectional shape of the heater 2 according to this embodiment is
As shown in the hatched figure in FIG. 5B, the shape is rectangular. For reference, FIG. 5 shows a state in which the round bar-shaped heater 9 shown in the prior art is inserted into the atmosphere chamber.
(A). As a result, the cross-sectional area of the heater that can be inserted into the atmospheric chamber having the same diameter is smaller when the heater has a rectangular cross-section than when the heater has a circular cross-section.
【００４１】このため，ヒータ２の上端と接触する大気
の量が減少し，ヒータ２から大気中に逃げる熱量がより
小さくなる。よって，上記ヒータ２は効率よく酸素セン
サ素子１を加熱することができ，このようなヒータ２を
有する本例の酸素センサ素子１は昇温性に優れている。For this reason, the amount of air that comes into contact with the upper end of the heater 2 is reduced, and the amount of heat that escapes from the heater 2 into the air is reduced. Therefore, the heater 2 can efficiently heat the oxygen sensor element 1, and the oxygen sensor element 1 of the present example having such a heater 2 is excellent in the temperature rising property.
【００４２】更に上記ヒータ２の断面形状における長辺
ａと短辺ｂとの間にはｂ／ａ＝０．５７の関係が成立し
ている。これにより，大気室１００内に適度なクリアラ
ンスが確保できることから，充分な大気導入量を確保す
ることができる。また，上記ヒータ２は大気中へ逃げる
熱量がより小さくなることから，このようなヒータを有
する本例の酸素センサ素子１は昇温性に優れている（後
述の実施形態例２参照）。Further, a relationship of b / a = 0.57 is established between the long side a and the short side b in the sectional shape of the heater 2. As a result, an appropriate clearance can be secured in the atmosphere chamber 100, so that a sufficient amount of introduced air can be secured. Further, since the amount of heat escaping into the atmosphere of the heater 2 becomes smaller, the oxygen sensor element 1 of the present example having such a heater is excellent in temperature rising property (see Embodiment 2 described later).
【００４３】また，上記ヒータ２を製造する本例にかか
る製造方法は，一度に多数のヒータを作成することがで
きる。従って，効率よくヒータを生産することができ
る。In the manufacturing method according to the present embodiment for manufacturing the heater 2, a large number of heaters can be manufactured at one time. Therefore, a heater can be efficiently produced.
【００４４】以上のように，本例によれば，昇温性に優
れ，大気室における大気導入量が充分確保されてなり，
かつ効率よく製造可能なヒータを有する，酸素センサ素
子及びこのような酸素センサ素子に用いられるヒータの
製造方法を提供することができる。As described above, according to this embodiment, the temperature rise is excellent, and the amount of air introduced into the atmosphere chamber is sufficiently ensured.
An oxygen sensor element having a heater that can be manufactured efficiently and a method for manufacturing a heater used for such an oxygen sensor element can be provided.
【００４５】実施形態例２ 本例は，酸素センサ素子に内蔵されたヒータの断面形状
における長辺をａ，短辺をｂとした場合，ｂ／ａの値と
酸素センサ素子の昇温性について，図８を用いて説明す
るものである。Embodiment 2 In this embodiment, when the long side and the short side in the sectional shape of the heater built in the oxygen sensor element are a and b, respectively, the value of b / a and the temperature rise of the oxygen sensor element are shown. 8 will be described with reference to FIG.
【００４６】本例にかかる酸素センサ素子は実施形態例
１において示すものと同様の構造，同様の製造方法によ
り作成されたものである。ただし，ヒータの断面形状に
おける長辺ａ及び長辺ｂの値だけが各々異っている。こ
れらの酸素センサ素子を，常温，大気中にてヒータリー
ドに直流電圧１２（Ｖ）を印加し，その昇温性につき測
定した結果を図８に示した。The oxygen sensor element according to this embodiment has the same structure and the same manufacturing method as those shown in the first embodiment. However, only the values of the long side a and the long side b in the cross-sectional shape of the heater are different. FIG. 8 shows the results of applying a DC voltage of 12 (V) to the heater leads of these oxygen sensor elements at normal temperature and in the air and measuring the temperature rise.
【００４７】なお，同図において，線図の左軸は上述の
昇温性試験において測定した酸素センサ素子の温度３０
０℃までの到達時間である。右軸は酸素センサ素子の大
気室の断面積よりヒータの発熱部における断面積を減じ
た値，即ち大気室の空間断面積である。ただし，この場
合の大気室の断面積とはヒータの発熱部と対面する部分
における断面積である。また，線図の横軸はｂ／ａの値
である。In the figure, the left axis of the diagram represents the temperature of the oxygen sensor element 30 measured in the above-mentioned temperature rise test.
It is the time to reach 0 ° C. The right axis is a value obtained by subtracting the cross-sectional area of the heating section of the heater from the cross-sectional area of the atmospheric chamber of the oxygen sensor element, that is, the spatial cross-sectional area of the atmospheric chamber. However, the cross-sectional area of the atmosphere chamber in this case is a cross-sectional area at a portion facing the heat generating portion of the heater. The horizontal axis of the diagram is the value of b / a.
【００４８】同図によれば，ｂ／ａが０．７近傍を境界
として，温度３００℃への到達時間が急激に増大するこ
とが分かった。また，ｂ／ａが小さいほど，温度３００
℃への到達時間は短いが，前述したごとく，酸素センサ
素子の大気室の内側面とヒータとの間のクリアランスが
必要以上に大きくなることから，酸素センサ素子の体格
が大型化し，特にスペースの限られた場所への取付が困
難となる。また，酸素センサ素子の形状が薄板状となる
ことから，ヒータの機械的強度が低下するおそれがあ
る。いずれの場合も，実用的ではない。以上により，ヒ
ータにおけるｂ／ａの値は０．３≦ｂ／ａ≦０．７であ
ることが好ましいことが分かった。According to the figure, it has been found that the time required to reach a temperature of 300 ° C. sharply increases at a boundary where b / a is around 0.7. Also, as b / a is smaller, the temperature becomes 300
Although the time to reach ° C is short, as described above, the clearance between the inner surface of the oxygen sensor element's atmosphere chamber and the heater becomes unnecessarily large. It is difficult to install in a limited place. Further, since the oxygen sensor element has a thin plate shape, the mechanical strength of the heater may be reduced. Neither case is practical. From the above, it was found that the value of b / a in the heater is preferably 0.3 ≦ b / a ≦ 0.7.
【００４９】実施形態例３ 本例は，酸素センサ素子に内蔵されたヒータの大気室に
面する内側面とヒータの発熱部における長辺との距離Ｌ
１，短辺との距離Ｌ２とした場合，Ｌ１／Ｌ２の値と酸
素センサ素子の昇温性について，図９を用いて説明する
ものである。Embodiment 3 In this embodiment, the distance L between the inner side surface of the heater built in the oxygen sensor element facing the atmosphere chamber and the long side of the heating portion of the heater is described.
1, when the distance L2 to the short side is set, the value of L1 / L2 and the temperature rise of the oxygen sensor element will be described with reference to FIG.
【００５０】本例にかかる酸素センサ素子は実施形態例
１において示すものと同様の構造，同様の製造方法によ
り作成されたものである。ただし，上記Ｌ１，Ｌ２の値
だけが各々異っている。なお，上記Ｌ１およびＬ２につ
いては図４に示すごとく，長辺および短辺と大気室の内
側面との距離のことである。これらの酸素センサ素子
を，実施形態例２と同様に，その昇温性につき測定，そ
の結果を図９に示した。The oxygen sensor element according to the present embodiment has the same structure and the same manufacturing method as those shown in the first embodiment. However, only the values of L1 and L2 are different. As shown in FIG. 4, L1 and L2 refer to the distances between the long side and the short side and the inner side surface of the atmosphere chamber. These oxygen sensor elements were measured for the temperature rise property in the same manner as in Embodiment 2, and the results are shown in FIG.
【００５１】なお，同図において，実施形態例２と同様
に，線図の左軸は上述の昇温性試験において測定した酸
素センサ素子の温度３００℃までの到達時間，右軸は大
気室の空間断面積である。また，線図の横軸はＬ１／Ｌ
２の値である。In the same figure, as in the second embodiment, the left axis of the diagram represents the time required for the oxygen sensor element to reach a temperature of 300 ° C. measured in the temperature rise test described above, and the right axis represents the air chamber temperature. It is a space sectional area. The horizontal axis of the diagram is L1 / L
It is a value of 2.
【００５２】同図によれば，Ｌ１／Ｌ２が１．５より小
さい場合には，昇温性が悪く，実用に耐えなかった。ま
た，Ｌ１／Ｌ２が大きいほど，温度３００℃への到達時
間は短いが，前述したごとく，酸素センサ素子の大気室
の内側面とヒータとの間のクリアランスが必要以上に大
きくなることから，酸素センサ素子の体格が大型化し，
特にスペースの限られた場所への取付が困難となる。According to the figure, when L1 / L2 was smaller than 1.5, the temperature rising property was poor and it was not practical. Also, as L1 / L2 is larger, the time to reach the temperature of 300 ° C. is shorter, but as described above, the clearance between the inner surface of the atmosphere chamber of the oxygen sensor element and the heater becomes unnecessarily large. The size of the sensor element has increased,
In particular, it is difficult to install in a place where space is limited.
【００５３】また，酸素センサ素子の形状が薄板状とな
ることから，ヒータの機械的強度が低下するおそれがあ
る。いずれの場合も，実用的ではない。以上により，ヒ
ータにおけるＬ１／Ｌ２の値は１．５≦ｂ／ａ≦２．５
であることが好ましいことが分かった。Further, since the oxygen sensor element has a thin plate shape, the mechanical strength of the heater may be reduced. Neither case is practical. From the above, the value of L1 / L2 in the heater is 1.5 ≦ b / a ≦ 2.5
Was found to be preferable.
【００５４】実施形態例４ 本例は，酸素センサ素子のヒータを挿入した状態におけ
る大気室の空間断面積をＳ１，上記ヒータの発熱部にお
ける断面積をＳ２とした場合，Ｓ２／Ｓ１の値と酸素セ
ンサ素子の昇温性について，図１０を用いて説明するも
のである。本例にかかる酸素センサ素子は実施形態例１
において示すものと同様の構造，同様の製造方法により
作成されたものである。ただし，上記Ｓ１，Ｓ２の値だ
けが各々異っている。これらの酸素センサ素子を，実施
形態例２と同様に，その昇温性につき測定，その結果を
図１０に示した。Embodiment 4 In this embodiment, the value of S2 / S1 is given by the following equation, where S1 is the spatial cross-sectional area of the atmosphere chamber when the heater of the oxygen sensor element is inserted, and S2 is the cross-sectional area of the heater in the heating section. The temperature rising property of the oxygen sensor element will be described with reference to FIG. The oxygen sensor element according to the present embodiment is the first embodiment.
Are produced by the same structure and the same manufacturing method as those shown in FIG. However, only the values of S1 and S2 are different. These oxygen sensor elements were measured for the temperature rising property in the same manner as in Embodiment 2, and the results are shown in FIG.
【００５５】なお，同図において，線図の縦軸は上述の
昇温性試験において測定した，酸素センサ素子の温度３
００℃までの到達時間である。また，線図の横軸はＳ２
／Ｓ１の値である。同図によれば，Ｓ２／Ｓ１が０．５
を越えると急激に昇温性が悪化することが分かった。以
上によりヒータにおけるＳ２／Ｓ１の値は，Ｓ２／Ｓ１
≦０．５であることが好ましいことが分かった。In this figure, the vertical axis of the diagram represents the temperature 3 of the oxygen sensor element measured in the above-mentioned temperature rise test.
It is the time to reach 00 ° C. The horizontal axis of the diagram is S2
/ S1. According to the figure, S2 / S1 is 0.5
It was found that the temperature rise suddenly deteriorated when the temperature exceeded. As described above, the value of S2 / S1 in the heater becomes S2 / S1
It has been found that it is preferable that ≦ 0.5.
【００５６】実施形態例５ 本例は，図１１に示すごとく，各種断面形状を有するヒ
ータについて説明するものである。図１１（ａ）は長方
形状の断面を有するヒータ２である。図１１（ｂ）は長
方形状の断面を有し，かつその四隅の角部２０９が面取
りされた状態にあるヒータ２である。Fifth Embodiment As shown in FIG. 11, this embodiment describes heaters having various cross-sectional shapes. FIG. 11A shows a heater 2 having a rectangular cross section. FIG. 11 (b) shows the heater 2 having a rectangular cross section and four corners 209 being chamfered.
【００５７】図１１（ｃ）は長方形状の断面を有し，か
つその四隅の角部２０９が曲面状に面取りされた状態に
あるヒータ２である。図１１（ｄ）は楕円形状の断面を
有するヒータ２である。即ち，角部２０９が円弧状とな
ったヒータである。なお，いずれの形状のヒータにおい
ても，その断面形状における長辺ａと短辺ｂとの間には
０．３≦ｂ／ａ≦０．７の関係が成立している。FIG. 11C shows the heater 2 having a rectangular cross section and four corners 209 being chamfered into a curved surface. FIG. 11D shows a heater 2 having an elliptical cross section. That is, it is a heater in which the corner 209 has an arc shape. In any of the heaters, the relationship of 0.3 ≦ b / a ≦ 0.7 is established between the long side a and the short side b in the sectional shape.
【００５８】また，上記図１１（ｂ），（ｃ），（ｄ）
にかかるヒータ２の作成は，実施形態例１と同様の方法
にてヒータを作成した後，その外側表面に厚さ２０μｍ
の高放射膜を設けることにより，角部の面取りを行っ
た。FIGS. 11 (b), 11 (c) and 11 (d)
In the production of the heater 2 according to the first embodiment, after a heater is produced in the same manner as in the first embodiment, a thickness of 20 μm
The corners were chamfered by providing a high-emission film.
【００５９】なお，上記高放射膜の形成方法は，Ｆｅ2
Ｏ3 に対しＡｌ2 Ｏ3 よりなるセラミックス粉末を混合
し，これをスラリーとなす。このスラリー中に実施形態
例１と同様の方法にて作成したヒータ（但し，まだペー
ストおよびリード線は設けていない）を浸漬し，表面全
体に付着させる。その後，上記ヒータを温度５００〜１
０００℃にて加熱，焼成し，上記スラリーを焼き付け，
高放射膜となす。その他は実施形態例１と同様である。The method for forming the high-emissivity film is based on Fe 2
To O 3 by mixing a ceramic powder of Al 2 O 3, which forms a slurry. A heater (provided that a paste and a lead wire are not yet provided) prepared in the same manner as in the first embodiment is immersed in the slurry, and is attached to the entire surface. Thereafter, the heater is set to a temperature of 500 to 1
Bake at 000 ° C, bake the above slurry,
High radiation film. Others are the same as the first embodiment.
【００６０】本例にかかるヒータ２においては，該ヒー
タ２を酸素センサ素子へ組み付ける際に，角部２０９に
おける割れ，欠けを防止することができる。また，角部
２０９の面取りを高放射膜を設けることにより行ってい
るため上記効果以外にも，発熱体より発せられた熱が，
効率よく大気室に対し放射されることから，昇温性に優
れた酸素センサ素子を得ることができる。その他は実施
形態例１と同様の作用効果を有する。In the heater 2 according to the present embodiment, when the heater 2 is assembled to the oxygen sensor element, cracks and chips at the corners 209 can be prevented. In addition, since the corner 209 is chamfered by providing a high-emission film, in addition to the above-described effects, heat generated by the heating element is also reduced.
Since the oxygen sensor element is efficiently radiated to the atmosphere chamber, it is possible to obtain an oxygen sensor element having an excellent temperature rising property. Others have the same operation and effects as the first embodiment.
【００６１】実施形態例６ 図１２〜図１５に示すごとく，各種形状を有するヒータ
について説明するものである。図１２にかかるヒータ２
は，セラミック基板（実施形態例１および図３参照）に
リード線位置決用の切欠部２９１を設け，該切欠部２９
１に，リード取出部２９０およびリード線２９を設けた
ものである。Sixth Embodiment As shown in FIGS. 12 to 15, heaters having various shapes will be described. Heater 2 according to FIG.
Is provided with a notch 291 for positioning a lead wire on a ceramic substrate (see Embodiment 1 and FIG. 3).
1 is provided with a lead extraction portion 290 and a lead wire 29.
【００６２】図１３にかかるヒータ２は，酸素センサ素
子を酸素センサに組み付ける際の位置決用の溝２９２
を，その上端部に設けたヒータである。即ち，図１４に
示すごとく，ハウジング３０と該ハウジング３０の上方
に設けられた大気側カバー３１１，３１２，３１３，お
よび上記ハウジング３０の下方に設けられた被測定ガス
側カバー３２１，３２２とよりなる上記酸素センサ３に
おいて，上記被測定ガス側カバー３２１，３２２により
被測定ガス室３２９が形成され，該被測定ガス室３２９
に対し外側電極１１が対面するよう，酸素センサ素子１
はハウジング３０に保持固定されている。The heater 2 according to FIG. 13 has a positioning groove 292 for assembling the oxygen sensor element to the oxygen sensor.
Is a heater provided at the upper end thereof. That is, as shown in FIG. 14, the housing 30 includes an atmosphere-side cover 311, 312, 313 provided above the housing 30 and a measured gas-side cover 321, 322 provided below the housing 30. In the oxygen sensor 3, the measured gas chamber 329 is formed by the measured gas side covers 321 and 322.
Oxygen sensor element 1 so that outer electrode 11 faces
Is held and fixed to the housing 30.
【００６３】また，上記酸素センサ素子１とハウジング
３０の内側面との間には，酸素センサ素子１の保持固定
および大気室１００の気密性を保持するため，タルク３
０１，リングパッキン３０２，インシュレータ３０３と
が設けてある。なお，上記被測定ガス側カバー３２１，
３２２には，被測定ガスが流通するためのガス穴３２０
が設けてある。そして，上記酸素センサ素子１の保持固
定に当たっては，上記ヒータ２に設けられた位置決め用
の溝２９２をインシュレータ３３０に設けられた突起に
より下方向に押さえつけて酸素センサ素子１の中心軸が
ハウジング３０の中心軸と一致させる。A talc 3 is provided between the oxygen sensor element 1 and the inner surface of the housing 30 in order to hold and fix the oxygen sensor element 1 and to keep the air chamber 100 airtight.
01, a ring packing 302, and an insulator 303 are provided. The measured gas side cover 321,
322 is a gas hole 320 through which the gas to be measured flows.
Is provided. In holding and fixing the oxygen sensor element 1, the positioning groove 292 provided on the heater 2 is pressed downward by a projection provided on the insulator 330 so that the center axis of the oxygen sensor element 1 Align with the central axis.
【００６４】また，上記酸素センサ３において，上記大
気側カバー３１１，３１２，３１３の内部には通電線３
４２を保持固定するためのインシュレータ３３０が配置
されてなる。また，上記通電線３４２の下端はヒータ２
に設けられたリード線２９に対し，コネクタ３４１を介
して接続されてなる。In the oxygen sensor 3, the energizing wires 3 are provided inside the atmosphere-side covers 311, 312 and 313.
An insulator 330 for holding and fixing 42 is arranged. The lower end of the conducting wire 342 is connected to the heater 2.
Is connected via a connector 341 to the lead wire 29 provided at the.
【００６５】また，上記通電線３２の上端は上記大気側
カバー３１２，３１３の上端部に設けられたゴムブッシ
ュ３３９を経由して外部に導出され，そこで電源に接続
されてなる。なお，上記インシュレータ３３０，ゴムブ
ッシュ３３９には，図示を略した酸素センサ素子１の出
力取出用の信号線がいくつか配置されている。更に，上
記大気側カバー３１２と３１３とには大気導入用の大気
穴３１９が設けてなり，両者の間には撥水性フィルタ３
１８が設けてある。The upper end of the conducting wire 32 is led out through a rubber bush 339 provided at the upper end of the atmosphere side covers 312 and 313, and is connected to a power source there. Note that the insulator 330 and the rubber bush 339 are provided with several signal lines for extracting the output of the oxygen sensor element 1 (not shown). Further, the air side covers 312 and 313 are provided with an air hole 319 for introducing air, and a water repellent filter 3 is provided between the two.
18 are provided.
【００６６】また，図１５にかかるヒータ２は，発熱部
２１の断面積よりも支持部２２の断面積のほうが大きい
ヒータ２である。上記発熱部２１には発熱体２１０が，
支持部２２にはリード部２２０が設けてある。いずれの
ヒータもその他詳細は実施形態例１と同様である。The heater 2 according to FIG. 15 is a heater 2 in which the cross-sectional area of the supporting portion 22 is larger than the cross-sectional area of the heating portion 21. A heating element 210 is provided on the heating section 21.
The support part 22 is provided with a lead part 220. The other details of each heater are the same as those of the first embodiment.
【００６７】本例の図１２にかかるヒータ２では，リー
ド線２９の取付が容易である。このため製造工程がより
簡単になる。また，本例の図１３にかかるヒータ２で
は，ヒータの位置決めが容易である。更に，本例の図１
５にかかるヒータ２では，大気室とヒータ２とのクリア
ランスを更に大きくすることができる。このため，大気
導入量をより大きくすることができる。その他は，実施
形態例１と同様の作用効果を有する。In the heater 2 according to this embodiment shown in FIG. 12, the lead wire 29 can be easily attached. This simplifies the manufacturing process. Further, in the heater 2 according to FIG. 13 of this example, the positioning of the heater is easy. Furthermore, FIG.
In the heater 2 according to 5, the clearance between the atmosphere chamber and the heater 2 can be further increased. For this reason, the amount of air introduced can be further increased. Others have the same operation and effects as those of the first embodiment.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】実施形態例１にかかる，酸素センサ素子の要部
縦断面説明図。FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view of a main part of an oxygen sensor element according to a first embodiment.
【図２】実施形態例１にかかる，酸素センサ素子用ヒー
タの斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a heater for an oxygen sensor element according to the first embodiment.
【図３】実施形態例１にかかる，酸素センサ素子用ヒー
タの斜視展開図。FIG. 3 is a perspective developed view of a heater for an oxygen sensor element according to the first embodiment.
【図４】実施形態例１にかかる，酸素センサ素子の要部
横断面説明図。FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the oxygen sensor element according to the first embodiment;
【図５】実施形態例１にかかる，（ａ）断面円形のヒー
タを内蔵した酸素センサ素子の要部横断面説明図，
（ｂ）断面長方形のヒータを内蔵した酸素センサ素子の
要部横断面説明図。5A is an explanatory cross-sectional view of a main part of an oxygen sensor element including a heater having a circular cross section according to the first embodiment; FIG.
(B) Explanatory cross-sectional view of a main part of an oxygen sensor element incorporating a heater having a rectangular cross section.
【図６】実施形態例１にかかる，ヒータの製造方法を示
す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing a heater according to the first embodiment.
【図７】実施形態例１にかかる，図６に続くヒータの製
造方法を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory view showing the method of manufacturing the heater following the example shown in FIG. 6 according to the first embodiment;
【図８】実施形態例２にかかる，大気室の空間断面積と
到達時間とｂ／ａとの関係を示す線図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a space sectional area of an atmosphere chamber, an arrival time, and b / a according to the second embodiment.
【図９】実施形態例３にかかる，大気室の空間断面積と
到達時間とＬ１／Ｌ２との関係を示す線図。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between L1 / L2 and a space cross-sectional area of an atmosphere chamber, an arrival time, according to a third embodiment.
【図１０】実施形態例４にかかる，到達時間とＳ２／Ｓ
１との関係を示す線図。FIG. 10 shows arrival time and S2 / S according to the fourth embodiment.
FIG.
【図１１】実施形態例５にかかる，各種形状を有する酸
素センサ素子用ヒータの横断面説明図。FIG. 11 is an explanatory cross-sectional view of a heater for an oxygen sensor element having various shapes according to the fifth embodiment.
【図１２】実施形態例６にかかる，切欠部を有する酸素
センサ素子用ヒータの斜視図。FIG. 12 is a perspective view of a heater for an oxygen sensor element having a cutout according to a sixth embodiment.
【図１３】実施形態例６にかかる，位置決め用の溝を有
する酸素センサ素子用ヒータの斜視図。FIG. 13 is a perspective view of an oxygen sensor element heater having a positioning groove according to a sixth embodiment.
【図１４】実施形態例６にかかる，図１３に示す酸素セ
ンサ素子用ヒータを設けた酸素センサ素子および酸素セ
ンサの断面説明図。FIG. 14 is an explanatory sectional view of an oxygen sensor element provided with the oxygen sensor element heater shown in FIG. 13 and an oxygen sensor according to the sixth embodiment.
【図１５】実施形態例６にかかる，発熱部と支持部の断
面形状の大きさの異なる酸素センサ素子用ヒータの斜視
図。FIG. 15 is a perspective view of a heater for an oxygen sensor element according to a sixth embodiment in which the cross-sectional shapes of the heat generating portion and the supporting portion are different in size.
【図１６】従来例にかかる，酸素センサ素子用ヒータの
斜視図。FIG. 16 is a perspective view of a heater for an oxygen sensor element according to a conventional example.
【図１７】従来例にかかる，酸素センサ素子用ヒータの
製造方法を示す説明図。FIG. 17 is an explanatory view showing a method of manufacturing a heater for an oxygen sensor element according to a conventional example.
１．．．酸素センサ素子， １０．．．固体電解質体， １００．．．大気室， １１．．．外側電極， １０１．．．外側面， １２．．．内側電極， １０２．．．内側面， ２．．．ヒータ， ２１．．．発熱部， ２２．．．支持部， 1. . . Oxygen sensor element, 10. . . Solid electrolyte body, 100. . . Atmosphere chamber, 11. . . Outer electrode, 101. . . Outer surface, 12. . . Inner electrode, 102. . . Inner surface, 2. . . Heater, 21. . . Heating section, 22. . . Support,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜谷 正広 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 太田 実 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Masahiro Hamaya 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. Inside
Claims (6)
た大気室とよりなり，かつ上記固体電解質体の外側面に
は外側電極を，上記大気室に面する内側面には内側電極
を設けてなる酸素センサ素子であって，上記大気室には
ヒータが内蔵されてなり，かつ上記ヒータは，発熱体が
内蔵された発熱部と該発熱部を支持すると共に上記発熱
体と導通したリード部が内蔵された支持部とよりなると
共に，上記発熱部の断面積Ｓｈと上記支持部の断面積Ｓ
ｓとの間にはＳｈ≧Ｓｓの関係が成立してなり，かつ上
記ヒータの断面形状は略長方形状であり，更に上記断面
形状における長辺ａと短辺ｂとの間には０．３≦ｂ／ａ
≦０．７の関係が成立していることを特徴とする酸素セ
ンサ素子。An inner electrode is provided on an outer surface of the solid electrolyte body, and an inner electrode is provided on an inner surface of the solid electrolyte body facing the air chamber. An oxygen sensor element, wherein the air chamber has a built-in heater, and the heater is a heating section having a built-in heating element, and a lead section supporting the heating section and being electrically connected to the heating element. And a cross section Sh of the heating section and a cross section S of the support section.
s, the relationship of Sh ≧ Ss is established, and the cross-sectional shape of the heater is substantially rectangular, and the distance between the long side a and the short side b in the cross-sectional shape is 0.3. ≦ b / a
An oxygen sensor element characterized by satisfying a relationship of ≦ 0.7.
面取りされていることを特徴とする酸素センサ素子。2. The oxygen sensor element according to claim 1, wherein a corner of the heater is chamfered.
外表面には，Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＮｉＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ
4 の一種以上からなる高放射膜が設けてあることを特徴
とする酸素センサ素子。3. The heater according to claim 1, wherein the outer surface of the heater is provided with Fe 2 O 3 , NiO, Y 2 O 3 , and Si 3 N.
An oxygen sensor element comprising a high-emission film comprising at least one of the above four .
上記大気室に面する内側面と上記ヒータの発熱部との間
の間隙に関して，上記内側面と上記ヒータの長辺との間
の距離Ｌ１と，上記内側面と上記ヒータの短辺との間の
距離Ｌ２との間には，１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦２．５の関
係が成立することを特徴とする酸素センサ素子。4. The method according to claim 1, wherein:
Regarding the gap between the inner surface facing the atmosphere chamber and the heat generating portion of the heater, the distance L1 between the inner surface and the longer side of the heater and the distance L1 between the inner surface and the shorter side of the heater. An oxygen sensor element, wherein a relationship of 1.5 ≦ L1 / L2 ≦ 2.5 is established with the distance L2.
上記ヒータを挿入した状態における大気室の空間断面積
Ｓ１と上記ヒータの発熱部における断面積Ｓ２との間に
はＳ２／Ｓ１≦０．５の関係が成立することを特徴とす
る酸素センサ素子。5. The method according to claim 1, wherein:
An oxygen sensor element, wherein a relationship of S2 / S1 ≦ 0.5 is established between a spatial cross-sectional area S1 of the atmosphere chamber in a state where the heater is inserted and a cross-sectional area S2 of a heating portion of the heater.
支持する支持部とよりなる酸素センサ素子用ヒータを製
造するに当たり，まず，セラミックのグリーンシートを
準備し，次いで，該セラミックのグリーンシートに対
し，複数個のヒータパターンを印刷形成し，次いで，上
記ヒータパターンを印刷形成したセラミックのグリーン
シートとは異なる他のセラミックのグリーンシートを積
層し，積層体となし，次いで，上記積層体を切断するこ
とにより，上記１個のヒータパターンを有する中間体と
なし，次いで，これを加熱焼成することを特徴とする酸
素センサ素子用ヒータの製造方法。6. When manufacturing a heater for an oxygen sensor element comprising a heating section having a heating element built therein and a supporting section for supporting the heating section, first, a ceramic green sheet is prepared, and then a ceramic green sheet is prepared. A plurality of heater patterns are printed and formed on the green sheet, and then another ceramic green sheet different from the ceramic green sheet on which the heater pattern is printed is laminated to form a laminate. A method for manufacturing a heater for an oxygen sensor element, comprising cutting the body to form an intermediate having the one heater pattern, and then heating and firing the intermediate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10038195A JPH10282043A (en) | 1997-02-10 | 1998-02-03 | Oxygen sensor element and manufacture of heater for the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-41489 | 1997-02-10 | ||
| JP4148997 | 1997-02-10 | ||
| JP10038195A JPH10282043A (en) | 1997-02-10 | 1998-02-03 | Oxygen sensor element and manufacture of heater for the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282043A true JPH10282043A (en) | 1998-10-23 |
Family
ID=26377396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10038195A Pending JPH10282043A (en) | 1997-02-10 | 1998-02-03 | Oxygen sensor element and manufacture of heater for the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10282043A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281206A (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Kyocera Corp | Detecting element |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP10038195A patent/JPH10282043A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281206A (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Kyocera Corp | Detecting element |
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