JPH09196884A - 加熱式積層型酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極の検出部の昇温性能を向上させるととも
に、センサ素子構造を簡素化する。 【解決手段】 大気側電極５の検出部８が、酸素反応電
極としてばかりではなく、ヒータ電極としての機能をも
果たし得る。そして、大気側電極５の検出部８がそれ自
体で直接加熱されるとともに、排気側電極６の検出部１
０がその近接位置にある大気側電極５の検出部８により
薄い固体電解質シート２を通して加熱される。従って、
ヒータを電極から離して別個に設けた従来技術の場合と
比較して、各電極５，６の検出部８，１０の昇温性能を
向上させることができる。また、大気側電極５の検出部
８が発熱部を兼用しているので、ヒータを電極から離し
て別個に設けたためにヒータの組付け構造を必要とする
従来技術の場合と比較して、センサ素子１の部品点数を
減らすことができる。従って、センサ素子１の構造を簡
素化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば内燃機関
の空燃比制御を行うために排気ガス中の酸素濃度を検出
する積層型酸素センサにおいて、その特性を向上させる
ための加熱手段の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平２ー２７６９５７号公報に示す従
来の積層型酸素センサにおいては、同公報の第１図に示
すように、大気側電極５及び排気側電極６とは別に、大
気導入孔４側で固体電解質体１内にヒータ３が埋設され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヒータ３の組
付け構造を必要とするので、センサ素子の部品点数が増
えるばかりではなく、ヒータ３と電極５，６との間にク
リアランスが存在するので、加熱能力が落ちる欠点があ
った。

【０００４】本発明は、電極の検出部の昇温性能を向上
させるとともに、センサ素子構造を簡素化することを目
的にしている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる加熱式積
層型酸素センサにおいては、大気導入孔と大気側電極と
排気側電極とを有し、いずれか一方の電極の検出部を構
成する電極パターンに加熱機能を持たせている。

【０００６】従って、一方の電極の検出部が発熱部を兼
用してそれ自体で直接加熱されるとともに、他方の電極
の検出部が一方の電極の検出部の近接位置で加熱され
る。

【０００７】

【発明の実施形態】まず、本発明の第一実施形態にかか
る酸素センサを図１，２，４，５を参照して説明する。

【０００８】図２に示す積層型酸素センサ素子１は、図
１に示すように、固体電解質シート２、大気導入孔シー
ト３及び基底材シート４を有している。この酸素センサ
素子１は、下記１）→７）の概略工程（図５参照）を経
て製造される。

【０００９】１） 平均粒径０．１μｍの酸素イオン導
電性ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）粉末にイットリア（Ｙ₂ ０
₃ ）８ｗｔ％を添加し、これに溶媒（イオン交換水）と
バインダー（メチルセルロース）と活性材（グリセリ
ン）とを加えたものを、混合機により混合する。そし
て、この混合物を混練機により攪拌混合する。

【００１０】２） この混練物を成形機により押出し成
形し、その成形シートを乾燥機により乾燥する。 ３） この成形シートを打抜き機により打ち抜き、図１
に示す前記各シート２，３，４用の素材を成形する。

【００１１】４） 固体電解質シート２用の素材の大気
側面（裏面）において、図１（ｂ）に示すように、大気
側電極５を所定の電極パターンで印刷により形成する。
また、図１（ａ）に示すように、固体電解質シート２用
の素材の排気側面（表面）において、排気側電極６を所
定の電極パターンで印刷により形成する。この印刷後
に、固体電解質シート２用の素材を乾燥する。

【００１２】５） 前記各シート２，３，４用の素材の
貼着面に水を塗布する。 ６） 下側から、基底材シート４用素材、大気導入孔シ
ート３用素材、固体電解質シート２用素材の順序で積層
し、この積層状態のものを約４００ｋＰａで加圧してそ
れらを互いに接着する。基底材シート４用素材と固体電
解質シート２用素材との間で大気導入孔シート３用素材
の内側空間には、排気ガス（燃焼ガス）と遮断する大気
導入孔７（図２）が形成される。

【００１３】７） 積層状態にある各シート２，３，４
用の素材について図５のパターンにより脱脂及び焼成を
行う。上記１）→７）の概略工程を経て製造された積層
型酸素センサ素子１を図２に示す。

【００１４】〔上記工程４）において印刷される各電極
５，６について〕 （大気側電極５）図１（ｂ）に示すように、この大気側
電極５は、一端部の検出部８と、これに接続して他端部
まで延設した二本のリード部９とからなる。

【００１５】特に、この大気側電極５の検出部８は、加
熱機能を持たせた発熱部を兼用している。従って、この
検出部８においては、適性な発熱量を得られるように、
白金（Ｐｔ）ペーストに不純物を添加して抵抗調整を施
したものを、幅や長さを調整した電極パターンで印刷し
ている。また、大気側電極５のリード部９は、その抵抗
値を小さくして前記検出部８の占める抵抗の割合を大き
くするような電気パターンで、白金ペーストのみにより
印刷されている。

【００１６】（排気側電極６）図１（ａ）に示すよう
に、この排気側電極６は、一端部の検出部１０と、これ
に接続して他端部まで延設した一本のリード部１１とか
らなる。この排気側電極６の検出部１０及びリード部１
１は、それぞれ、前記大気側電極５の検出部８及びリー
ド部９と同様な材質のもので印刷されている。

【００１７】（大気側電極５の検出部８と排気側電極６
の検出部１０との関係）焼成後の固体電解質シート２の
厚みは、約０．２ｍｍである。両検出部１０，８は、こ
の厚みを有する固体電解質シート２を隔てて、その表裏
面間で対応している。

【００１８】（電極取り出し）図示しないが、積層型酸
素センサにおいては、前記センサ素子１がセンサケース
に内蔵され、大気側電極５のリード部９及び排気側電極
６のリード部１１にそれぞれ信号線が銀ロウ付けにより
接続されている。

【００１９】第一実施形態は下記（イ）〜（ニ）の特徴
を有する。 （イ） 前述したように、大気側電極５の検出部８が、
酸素反応電極としてばかりではなく、ヒータ電極として
の機能をも果たし得る。そして、大気側電極５の検出部
８がそれ自体で直接加熱されるとともに、排気側電極６
の検出部１０がその近接位置にある大気側電極５の検出
部８により薄い固体電解質シート２を通して加熱され
る。従って、ヒータを電極から離して別個に設けた従来
技術の場合と比較して、各電極５，６の検出部８，１０
の昇温性能を向上させることができる。

【００２０】（ロ） 前述したように、大気側電極５の
検出部８が発熱部を兼用しているので、ヒータを電極か
ら離して別個に設けたためにヒータの組付け構造を必要
とする従来技術の場合と比較して、センサ素子１の部品
点数を減らすことができる。従って、センサ素子１の構
造を簡素化することができる。

【００２１】（ハ） 上記（イ）で示した昇温性能向上
を明らかにするために、下記のようにして加熱能力を確
認した。図４（ａ）に示す実線は、前記大気側電極５
（ヒータ電極）に８Ｖの電圧を印加した場合に、前記排
気側電極６の昇温特性を計測した結果を表す。

【００２２】図４（ａ）に示す破線は、この大気側電極
５（検出部８及びリード部９）と同じパターンで発熱部
及びリード部を印刷して製造したアルミナ母材のヒータ
をセンサ素子本体（大気側電極は加熱機能を持たない排
気側電極と同様なパターンで印刷されたもの）とは別個
に設けて同本体に組み付け、この発熱部及びリード部に
８Ｖの電圧を印加した場合に、排気側電極の昇温特性を
計測した結果を表す。

【００２３】それらの結果を考察すると、図４（ａ）の
実線で示すヒータ電極は良好な昇温特性を示し、第一実
施形態にかかる積層型酸素センサの昇温性能が優れてい
ることが分かる。

【００２４】（ニ） 第一実施形態にかかる積層型酸素
センサの能力評価を行った。前記大気側電極５に８Ｖの
電圧を印加している場合（初期始動時）、図４（ｂ）に
示す状態となり、制御に用いることができる。

【００２５】排気ガス温度が上昇してセンサ素子１を加
熱する必要がなくなった場合、図４（ｃ）に示すよう
に、通常の酸素センサとして信号を取り出すことができ
る。前記第一実施形態以外にも下記（イ）〜（ロ）のよ
うに構成してもよい。

【００２６】（イ） 図３に示す第二実施形態は、第一
実施形態と比較して、電極パターンを変更している。す
なわち、第一実施形態における大気側電極５の電極パタ
ーン（ヒータ電極）を第二実施形態における排気側電極
６の電極パターンにするとともに、第一実施形態におけ
る排気側電極６の電極パターンを第二実施形態における
大気側電極５の電極パターンにする。従って、第二実施
形態では、排気側電極６の検出部１０を構成する電極パ
ターンが加熱機能を持つ。この場合も、前記第一実施形
態の特徴（イ）〜（ニ）と同様な特徴を奏する。

【００２７】（ロ） 図示しないが、前記第一実施形態
と第二実施形態とを組み合せ、大気側電極５の検出部８
を構成する電極パターンと、排気側電極６の検出部１０
を構成する電極パターンとに、それぞれ加熱機能を持た
せる。

【００２８】

【発明の効果】本発明にかかる積層型酸素センサによれ
ば、一方の電極の検出部が酸素反応電極としてばかりで
はなくヒータ電極としての機能をも果たし得るので、各
電極の検出部の昇温性能を向上させることができるとと
もに、構造を簡素化して部品点数を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は第一実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子を構成する各シートを示す分解斜視図であり、
（ｂ）は固体電解質シートの裏側にある大気側電極を示
す分解斜視図である。

【図２】 （ａ）は図１の積層型酸素センサ素子を示す
組付け斜視図であり、（ｂ）は同じく断面図である。

【図３】 （ａ）は第二実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサ素子を示す組付け斜視図であり、（ｂ）は固体電解
質シートの裏側にある大気側電極を示す分解斜視図であ
る。

【図４】 （ａ）は第一実施形態において排気側電極の
昇温特性を計測した結果を表すグラフであり、（ｂ）及
び（ｃ）はそれぞれ第一実施形態にかかる積層型酸素セ
ンサの能力評価の結果を表すグラフである。

【図５】 図１の積層型酸素センサ素子を製造する概略
工程を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…積層型酸素センサ素子、２…固体電解質シート、５
…大気側電極、６…排気側電極、７…大気導入孔、８…
大気側電極検出部、１０…排気側電極検出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大気導入孔と大気側電極と排気側電極と
   を有する積層型酸素センサにおいて、いずれか一方の電
   極の検出部を構成する電極パターンに加熱機能を持たせ
   たことを特徴とする加熱式積層型酸素センサ。