JPS6124929Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はヒータ付膜構造濃度検出器に関す
る。

従来のヒータ付膜構造濃度検出器として、例え
ば酸素濃度検出器としては第１図ないし第２図に
示すようなものがある（特開昭53−48594号公報
参照）。このヒータ付膜構造濃度検出器１はその
金属製ホルダ２のフランジ部３より先端、すなわ
ち第１図のＡ−Ａ面より左側の部分が、内燃機関
の排気管や吸気管などの被測定箇所に挿入され酸
素濃度を検出するものである。上記フランジ部３
の先端より突出し測定対象の気体が流入する孔４
を有するルーバ５内に、主要部であるヒータ付膜
構造濃度検出センサ素子部６が内蔵されている。
この濃度検出センサ素子部６はセンサ保持用アル
ミナ絶縁筒７を介してホルダ２に装着し、アース
用リード線８、センサ出力リード線９およびヒー
タ用リード線１０が引き出されている。これらの
リード線８〜１０は固定用アルミナ粉体絶縁体１
１、テフロン絶縁筒１２を介してホルダ２内に内
装され後端のコネクタ部１３に接続している。

ヒータ付膜構造濃度検出センサ素子部６は、第
２図の拡大詳細図で示すように、（ただし特開昭
54−164191号公報等参照）、比較的肉厚の一対の
アルミナ基板１４，１５間に挾設された白金線製
のヒータ１６と、その上部アルミナ基板１４上に
固着した薄膜積層状のセンサ部１７とを有してい
る。センサ部１７は絶縁性の良好な上部アルミナ
基板１４上に内側白金電極１８、固体電解質１
９、外側白金電極２０を順次積み重ね、保護層２
１をこれらの表面にかぶせて構成している。ま
た、各リード線８〜１０の耐久性の向上のため、
内側電極１８と外側電極２０のリード線８，９を
上部アルミナ基板１４にあけた２つの孔２２，２
３を貫通して両アルミナ基板１４の間からヒータ
用リード線１０といつしよに並列して引き出すよ
うに設けている。

このような構成において、内側、外側電極１８
と２０との間に、リード線８，９を介して通電す
ることにより、その電流方向に応じて固体電界質
１９を挾んで両電極間で酸素イオンが移動し、そ
の境界面に発生した酸素分圧が、保護層２１を透
過する被検出ガス中の酸素の侵入もしくは、内部
発生酸素の被検出ガス中への拡散により一定値に
保持される。したがつてこの一定の基準酸素分圧
と、被検出ガス中に含まれる酸素分圧との差に応
じて、固体電界質１９に発生する起電力に基づい
て、被検出ガス中の酸素濃度を測定することがで
きる。そしてヒータ１６によるセンサ部１７の加
熱作用で固体電界質１９が活性化させられるた
め、比較的温度が低い内燃機関の始動直後から正
確な酸素濃度測定が行える。

しかしながら、このような従来のヒータ付膜構
造濃度検出器にあつては、ヒータ１６が比較的肉
厚の上部アルミナ基板１４と下部アルミナ基板１
５の間に挾まれている構造となつていたため、ヒ
ータ層１６とセンサ部１７間の距離が大きく、そ
のためヒータ層１６の熱がセンサ部１７へ有効に
伝達されず、両アルミナ基板１４，１５を通じて
センサ支持部７に熱が逃げる割合が多く、また上
部アルミナ基板１４の熱容量のためセンサ部１７
の温度の応答性が遅くなり、更にはリード線用の
貫通孔２２，２３を通じて被検出ガスがセンサ支
持部７へ逃げるという問題点があつた。

この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、基板上に下からヒータ層、絶
縁膜、内側白金電極層、固体電解質層、外側白金
電極層を積層状に積み重ね、各リード線を基板と
固定部材ではさんで固定して濃度検出センサ素子
部を構成することにより、上記問題点を解決する
ことを目的としている。

以下、この考案を図面に基づいて説明する。

第３図より第６図は、この考案の一実施例を示
す図である。

まず構成を説明すると、このヒータ付膜構造濃
度検出センサ６は、絶縁性の良好なアルミナ基板
３１の上に印刷または蒸着などにより積層状に形
成したヒータ層１６、薄膜状絶縁層３２、内側白
金電極１８、固体電解質１９、外側白金電極２
０、保護層２１を有し、かつヒータ層１６と両極
１８，２０に接続したリード線８〜１０をアルミ
ナ基板３１の端部上面との間ではさみ込み固定す
る固定部材としての小型上部基板３３を有してい
る。

製造工程に従つて更に説明すると、アルミナ基
板３１上にヒータ部１６を印刷し（第６図ａ）、
その上にリード線連結部３４を残して薄膜状の絶
縁層３２を形成する（第６図ｂ）。絶縁層３２は
アルミナやムライトまたはスピネルなどの絶縁材
のプラズマ溶射により、あるいはそれら絶縁物ペ
ーストの印刷や焼付により形成される。またプラ
ズマ溶射をする際には図面右端のリード線連結部
３４上に適当なマスキングを被せて図面破線で示
す範囲にのみ溶射を行う。

次にこの絶縁層３２上の第６図ｃの破線で示す
範囲に内側白金電極１８を印刷または蒸着する。
この際、電極１８の一部１８ａをリード線連結部
３４の外端まで引き出す。この内側白金電極１８
上を覆うようにして固体電解質１９を印刷又は蒸
着する（第６図ｄ）。更に固体電解質１９の上の
第６図ｅの破線で示す範囲に外側白金電極２０を
印刷または蒸着する。この際、その電極２０の一
部２０ａをリード線連結部３４の外端まで引き出
し、ヒータ１６の引き出し部のひとつ１６ａと重
ね合せる。

次に、第６図ｆに示すように、リード線連結部
３４において、ヒータ引き出し部のひとつ１６ａ
と重ねた外側白金電極２０の引き出し部２０ａに
センサおよびヒータのアース用リード線８を、内
側白金電極１８の引き出し部１８ａにセンサ出力
リード線９を、またヒータ引き出し部の他のひと
つ１６ｂにヒータ用リード線１０を重ねて溶着、
接着あるいは圧着により連結する。この際各リー
ド線８〜９が互に略等間隔に並列するように配置
する。また、これらのリード線８〜１０を確実に
固定するため、アルミナ基板３１のリード線連結
部３４上に小型の上部絶縁基板３３を固着し、リ
ード線８〜１０をアルミナ基板３１と上部基板３
３との間に挾み込む（第６図ｇ）。なお、上部基
板３３の下面にはリード線８〜１０を介装するた
めの溝３５が形成されている。

最後に印刷、溶射、蒸着により形成される保護
層２１を上側全表面にわたつて被覆する（第６図
ｈ）。

次に作用を説明する。

ヒータ用リード線１８に通電すると、ヒータ１
６が発熱するが、ヒータ１６と内側白金電極１８
の間の絶縁層３２を薄膜状にして厚さをきわめて
薄くしたため、ヒータ１６の温度とセンサ部１７
の温度差が少なくなり、ヒータ１６の熱が他の箇
所に逃げずに有効に利用できる。その結果、セン
サ部１７の温度が速やかに上昇して、被検ガス濃
度の測定可能となる所定温度に達するまでの時間
が短縮され、応答性の良い濃度検出ができる効果
が得られる。また薄膜状の絶縁層３２にしたた
め、従来の比較的肉厚の上部アルミナ基板に比較
し製作コストを低減化し、軽量化することができ
る。また固定部材としての小型上部基板３３を用
いてリード線８〜１０を挾設するようにしている
ため、従来のようなアルミナ基板を通じて被検ガ
スがセンサ支持部へ逃げるという不都合も防止で
きる。

更に基板上にヒータ層や電極層を積層して検出
器を構成しても、固定部材でリード線を挾持固定
するので、リード線の脱落や断線を生じることが
なく、耐久性の向上がはかれる。

なお、この考案は酸素濃度の検出以外のヒータ
付膜構造濃度検出器にも適用できるものである。

以上説明してきたように、この考案によれば、
その構成を基板上に設けたヒータ層とセンサ部の
間の絶縁層を薄膜状にしてかつリード線を別体の
固定部材で固定させることとしたため、ヒータの
発熱量を有効に利用できるとともに、濃度検出を
応答性良く行うことができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一部切欠き正面図、第２図
は第１図の要部であるヒータ付膜構造濃度検出セ
ンサ素子部の拡大詳細斜視図、第３図はこの考案
の実施例の斜視図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線に
沿う断面図、第５図は第４図のＣ−Ｃ線に沿う断
面図、第６図ａより第６図ｈは第３図のセンサ素
子部の各製作工程状態を示す平面図である。 １……ヒータ付膜構造濃度検出器、６……ヒー
タ付膜構造濃度検出センサ素子部、８……アース
用リード線、９……センサ出力リード線、１０…
…ヒータ用リード線、１６……ヒータ、１７……
センサ部、１８……内側白金電極、１９……固体
電解質、２０……外側白金電極、２１……保護
層、３１……アルミナ基板、３２……薄膜状絶縁
層、３３……上部基板、３４……リード線連結
部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 基板上に設けたヒータ層上に薄膜状の絶縁層を
   設け、その絶縁層上に内側白金電極層、固体電解
   質層、外側白金電極層を順次積層構成すると共
   に、上記ヒータ層と電極層のリード線を上記基板
   との間に挾持固定する固定部材を設けたことを特
   徴とするヒータ付膜構造濃度検出器。