JPH04370689A - ガス検知器 - Google Patents
ガス検知器Info
- Publication number
- JPH04370689A JPH04370689A JP3171869A JP17186991A JPH04370689A JP H04370689 A JPH04370689 A JP H04370689A JP 3171869 A JP3171869 A JP 3171869A JP 17186991 A JP17186991 A JP 17186991A JP H04370689 A JPH04370689 A JP H04370689A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heater
- ceramic
- oxide ceramic
- gas sensor
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヒータ加熱方式のガス検
知器、特に筒状ジルコニア酸素センサに関する。
知器、特に筒状ジルコニア酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術・課題】従来の酸素センサはセンサ素子を
所定の作動温度に維持するため、そのセンサ素子近傍に
ヒータを備える。例えば筒状ジルコニア酸素センサの場
合、通常そのヒータとしては、Ａｌ２Ｏ３質などの金属
酸化物セラミックグリーンシートにタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Ｍｏ）の発熱パターンをスクリーン印刷
し、このシートをＡｌ２Ｏ３質円柱状基材に巻回後、同
時焼成したものを使用している。
所定の作動温度に維持するため、そのセンサ素子近傍に
ヒータを備える。例えば筒状ジルコニア酸素センサの場
合、通常そのヒータとしては、Ａｌ２Ｏ３質などの金属
酸化物セラミックグリーンシートにタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Ｍｏ）の発熱パターンをスクリーン印刷
し、このシートをＡｌ２Ｏ３質円柱状基材に巻回後、同
時焼成したものを使用している。
【０００３】しかし、この種のセラミックヒータにあっ
ては、ヒータ温度を高温（例えば１０００℃以上）にし
た場合、ヒータが断線する不具合を生ずる。特に、筒状
ジルコニア酸素センサにおいてヒータによる加熱は筒状
素子の内側に離間させてヒータロッドを挿入し、その輻
射熱でセンサ素子を加熱するものであるため、ヒータと
素子とが一体となった膜状型のものに比べて加熱効率が
悪い。そのため、素子を作動温度にするにはそれよりか
なり高温にする必要があることから、極めて容易に断線
する事態を生じていた。従って、従来のセラミックヒー
タを用いたガス検知器では、ヒータ温度に上限があり、
その上限を越えた場合、寿命の大幅な低下を覚悟する必
要があった。
ては、ヒータ温度を高温（例えば１０００℃以上）にし
た場合、ヒータが断線する不具合を生ずる。特に、筒状
ジルコニア酸素センサにおいてヒータによる加熱は筒状
素子の内側に離間させてヒータロッドを挿入し、その輻
射熱でセンサ素子を加熱するものであるため、ヒータと
素子とが一体となった膜状型のものに比べて加熱効率が
悪い。そのため、素子を作動温度にするにはそれよりか
なり高温にする必要があることから、極めて容易に断線
する事態を生じていた。従って、従来のセラミックヒー
タを用いたガス検知器では、ヒータ温度に上限があり、
その上限を越えた場合、寿命の大幅な低下を覚悟する必
要があった。
【０００４】
【課題の解決手段・作用】本発明者等は従来の金属酸化
物セラミックを発熱線の担体として用いたヒータの断線
原因について種々検討した結果、ヒータ温度を例えば１
０００℃以上に上げると、担体の金属酸化物中の酸素（
Ｏ）と発熱線（Ｗ）、（Ｍｏ）とが反応して化合物（Ｗ
Ｏ３、ＭｏＯ２）が出来る。次いで、この化合物がイオ
ン化して発熱線を移動し、その結果発熱線内にＷ、Ｍｏ
のない所が生じることに起因することが判明した。本発
明はかかる知見に基づくものであり、本発明のガス検知
器特に酸素センサは、ヒータが非酸化物セラミックに発
熱線を埋設してなることを特徴とする。
物セラミックを発熱線の担体として用いたヒータの断線
原因について種々検討した結果、ヒータ温度を例えば１
０００℃以上に上げると、担体の金属酸化物中の酸素（
Ｏ）と発熱線（Ｗ）、（Ｍｏ）とが反応して化合物（Ｗ
Ｏ３、ＭｏＯ２）が出来る。次いで、この化合物がイオ
ン化して発熱線を移動し、その結果発熱線内にＷ、Ｍｏ
のない所が生じることに起因することが判明した。本発
明はかかる知見に基づくものであり、本発明のガス検知
器特に酸素センサは、ヒータが非酸化物セラミックに発
熱線を埋設してなることを特徴とする。
【０００５】本発明では発熱線の担体として非酸化物セ
ラミックを用いているので、発熱線の酸化が起こらず、
それに基づく発熱線の断線を防止できる。
ラミックを用いているので、発熱線の酸化が起こらず、
それに基づく発熱線の断線を防止できる。
【０００６】非酸化物セラミックとしては、耐熱性に優
れたＳｉ３Ｎ４質セラミックが好ましい。その他、熱伝
導性に優れ、安定性も高いＡｌＮ質セラミックなども使
用できる。こうした非酸化物セラミックには、通常の如
く種々の焼結助剤例えば２Ａ族、３Ｂ族酸化物、希土類
金属酸化物、遷移金属酸化物を少量含有してもよいこと
は勿論である。熱伝導性を阻害させないため、平均結晶
粒径２．０μｍ以下、相対理論密度８０％以上であるこ
とが望ましい。又、発熱線との反応を起こし易い発熱線
周囲（例えば厚み０．６ｍｍ）に位置する担体について
非酸化物セラミックとし、それ以外の部分については従
来同様、酸化物のセラミックからなる構成としてもよい
。 尚、非酸化物セラミックによって、発熱線の酸化に基づ
く断線が防止できる限り、繊維やウイスカーを配合して
、ヒータロッドの強化を図ることなども必要に応じて行
なってもよい。
れたＳｉ３Ｎ４質セラミックが好ましい。その他、熱伝
導性に優れ、安定性も高いＡｌＮ質セラミックなども使
用できる。こうした非酸化物セラミックには、通常の如
く種々の焼結助剤例えば２Ａ族、３Ｂ族酸化物、希土類
金属酸化物、遷移金属酸化物を少量含有してもよいこと
は勿論である。熱伝導性を阻害させないため、平均結晶
粒径２．０μｍ以下、相対理論密度８０％以上であるこ
とが望ましい。又、発熱線との反応を起こし易い発熱線
周囲（例えば厚み０．６ｍｍ）に位置する担体について
非酸化物セラミックとし、それ以外の部分については従
来同様、酸化物のセラミックからなる構成としてもよい
。 尚、非酸化物セラミックによって、発熱線の酸化に基づ
く断線が防止できる限り、繊維やウイスカーを配合して
、ヒータロッドの強化を図ることなども必要に応じて行
なってもよい。
【０００７】発熱線の材料としては既知のもの例えばタ
ングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、更にはこれら
の成分に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の高融点金
属成分を混合したものなどを使用できる。その直径は、
０．０２〜０．２５ｍｍより好ましくは０．１〜０．２
ｍｍ程度にすることが好ましい。
ングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、更にはこれら
の成分に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の高融点金
属成分を混合したものなどを使用できる。その直径は、
０．０２〜０．２５ｍｍより好ましくは０．１〜０．２
ｍｍ程度にすることが好ましい。
【０００８】発熱線を非酸化物セラミックに埋設ないし
は担持密封させる方法としては、発熱線を非酸化物粉末
中に配置した状態で、成形・焼結したり、或いは非酸化
物セラミック生シート（２１１）表面に金属ペーストヒ
ーターパターン（２２）を印刷したものと、金属ペース
トを印刷していない非酸化物セラミック生シート（２１
２）とを積層密着させたりする各種方法を使用できる（
図３，４）。
は担持密封させる方法としては、発熱線を非酸化物粉末
中に配置した状態で、成形・焼結したり、或いは非酸化
物セラミック生シート（２１１）表面に金属ペーストヒ
ーターパターン（２２）を印刷したものと、金属ペース
トを印刷していない非酸化物セラミック生シート（２１
２）とを積層密着させたりする各種方法を使用できる（
図３，４）。
【０００９】尚、本発明は、筒状、板状又は膜状など各
種の酸素センサー、特にヒータが素子と別体になってい
るものに好適に使用できる。
種の酸素センサー、特にヒータが素子と別体になってい
るものに好適に使用できる。
【００１０】
【実施例】図１は一実施例として自動車排ガス用酸素セ
ンサを示したものである。同図において、（１）は筒状
センサ素子であり、主としてジルコニア固体電解質の内
外面に多孔質電極を形成してなる。そして、（２）がセ
ラミックヒータロッドであり、筒状センサ素子（１）の
内側に約２ｍｍ離間して位置し、素子（１）の中心軸に
沿って延びる棒状体とされ、ヒータリード（３）に連結
している。尚、（４）はハウジング、（５）は保護キャ
ップである。
ンサを示したものである。同図において、（１）は筒状
センサ素子であり、主としてジルコニア固体電解質の内
外面に多孔質電極を形成してなる。そして、（２）がセ
ラミックヒータロッドであり、筒状センサ素子（１）の
内側に約２ｍｍ離間して位置し、素子（１）の中心軸に
沿って延びる棒状体とされ、ヒータリード（３）に連結
している。尚、（４）はハウジング、（５）は保護キャ
ップである。
【００１１】このセラミックヒータロッド（２）は担体
としてのＳｉ３Ｎ４質セラミック（２１）の中に発熱線
としてのタングステン（Ｗ）線（２２）を埋設してなる
。 このヒータロッド（２）は既知のＳｉ３Ｎ４質セラミッ
クの製法に準じて製造した。即ち、焼結助剤（平均粒径
３μｍ以下のＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３）６ｗｔ％及び残部
Ｓｉ３Ｎ４粉末（平均粒径１μｍ以下、α率＞９０％）
を湿式混合する。次いで、この混合粉末の中に直径０．
１５ｍｍのＷ線を配置した状態で、ヒータロッド形状に
プレス成形する。次いで、この成形体を３００℃でバイ
ンダー抜き後、窒素雰囲気中、圧力１〜１０００ｋｇ／
ｃｍ２、温度２０００℃で反応焼結した。
としてのＳｉ３Ｎ４質セラミック（２１）の中に発熱線
としてのタングステン（Ｗ）線（２２）を埋設してなる
。 このヒータロッド（２）は既知のＳｉ３Ｎ４質セラミッ
クの製法に準じて製造した。即ち、焼結助剤（平均粒径
３μｍ以下のＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３）６ｗｔ％及び残部
Ｓｉ３Ｎ４粉末（平均粒径１μｍ以下、α率＞９０％）
を湿式混合する。次いで、この混合粉末の中に直径０．
１５ｍｍのＷ線を配置した状態で、ヒータロッド形状に
プレス成形する。次いで、この成形体を３００℃でバイ
ンダー抜き後、窒素雰囲気中、圧力１〜１０００ｋｇ／
ｃｍ２、温度２０００℃で反応焼結した。
【００１２】又、筒状センサ素子（１）の製法の一例を
挙げれば、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３焼結体（厚さ２５×外径
５×内径３ｍｍ）の内外面に化学メッキでＰｔ層（厚さ
０．９μｍ）を析着し、外面側には更にスピネル粉末を
プラズマ溶射して保護層（１５０μｍ）を形成すること
により製造できる。詳細は例えば特開平１−２４５１４
７を参照されたい。
挙げれば、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３焼結体（厚さ２５×外径
５×内径３ｍｍ）の内外面に化学メッキでＰｔ層（厚さ
０．９μｍ）を析着し、外面側には更にスピネル粉末を
プラズマ溶射して保護層（１５０μｍ）を形成すること
により製造できる。詳細は例えば特開平１−２４５１４
７を参照されたい。
【００１３】そして、この筒状センサ素子（１）の内側
に、Ｗ線を埋設したＳｉ３Ｎ４質セラミックヒータロッ
ド（２）を挿入する。その他は通常の工程と同様にして
酸素センサを製造した。
に、Ｗ線を埋設したＳｉ３Ｎ４質セラミックヒータロッ
ド（２）を挿入する。その他は通常の工程と同様にして
酸素センサを製造した。
【００１４】こうして得られた本発明品と、Ａｌ２Ｏ３
質酸化物セラミックヒータ（Ｗ線内蔵）を使用した従来
品について、ヒータ寿命を調べた。即ち、印加電圧を１
５Ｖ、１６Ｖ及び１７Ｖに設定し、ヒータ発熱体先端部
を大気中１０００℃の炉中に入れ、ヒータに直流電圧を
印加し、ヒータ発熱線が断線に至るまでの時間（寿命）
を調べたところ、本発明品は従来品に比べて著しく長い
寿命を示した（表１参照）。
質酸化物セラミックヒータ（Ｗ線内蔵）を使用した従来
品について、ヒータ寿命を調べた。即ち、印加電圧を１
５Ｖ、１６Ｖ及び１７Ｖに設定し、ヒータ発熱体先端部
を大気中１０００℃の炉中に入れ、ヒータに直流電圧を
印加し、ヒータ発熱線が断線に至るまでの時間（寿命）
を調べたところ、本発明品は従来品に比べて著しく長い
寿命を示した（表１参照）。
【００１５】
【表１】
尚、自動車用酸素センサを例にとって説明したが、本発
明品はセラミックヒータが用いられるガス検知器に広く
適用できることは自明であろう。
明品はセラミックヒータが用いられるガス検知器に広く
適用できることは自明であろう。
【００１６】
【発明の効果】ヒータ寿命の長いガス検知器を提供でき
、センサ素子を長期間確実にその作動温度に維持し得る
。又、ヒータの使用上限温度を高くでき、より高精度の
空燃比制御が可能となる。
、センサ素子を長期間確実にその作動温度に維持し得る
。又、ヒータの使用上限温度を高くでき、より高精度の
空燃比制御が可能となる。
【図１】本発明のガス検知器（酸素センサ）の一例を示
す一部断面正面図
す一部断面正面図
【図２】図１の主要部の拡大断面図であって、センサ素
子への組付前の状態を示したもの
子への組付前の状態を示したもの
【図３】本発明に係るヒータの製造例を示す分解斜視図
【図４】上記製造例により得られたセラミックヒータを
示す断面図
示す断面図
１…筒状センサ素子
２…セラミックヒータロッド（ヒータ）２１…Ｓｉ３Ｎ
４質セラミック（非酸化物セラミック）２２…Ｗ線（発
熱線）
４質セラミック（非酸化物セラミック）２２…Ｗ線（発
熱線）
Claims (3)
- 【請求項１】ガス検知素子を加熱するヒータであって、
非酸化物セラミックに発熱体を埋設してなることを特徴
とするガス検知器用ヒータ。 - 【請求項２】非酸化物セラミックがＳｉ３Ｎ４質、Ａｌ
Ｎ質セラミックである請求項１記載のガス検知器用ヒー
タ。 - 【請求項３】検知素子を加熱するヒータが非酸化物セラ
ミックに発熱線を埋設してなることを特徴とするガス検
知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3171869A JPH04370689A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガス検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3171869A JPH04370689A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガス検知器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370689A true JPH04370689A (ja) | 1992-12-24 |
Family
ID=15931302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3171869A Pending JPH04370689A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガス検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04370689A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6951601B1 (en) | 1994-09-01 | 2005-10-04 | Denso Corporation | Oxygen concentration detector |
| WO2009104401A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びグロープラグ |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP3171869A patent/JPH04370689A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6951601B1 (en) | 1994-09-01 | 2005-10-04 | Denso Corporation | Oxygen concentration detector |
| WO2009104401A1 (ja) * | 2008-02-20 | 2009-08-27 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びグロープラグ |
| US8378273B2 (en) | 2008-02-20 | 2013-02-19 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater and glow plug |
| JP5292317B2 (ja) * | 2008-02-20 | 2013-09-18 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びグロープラグ |
| KR101375989B1 (ko) * | 2008-02-20 | 2014-03-18 | 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 | 세라믹 히터 및 글로우 플러그 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000314 |