專利名稱：陶瓷加熱器和氣體傳感器元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感器元件以及加熱氣體傳感器元件的陶瓷加熱器。
背景技術(shù)：
氣體傳感器設(shè)置于車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣系統(tǒng)中。氣體傳感器檢測(cè)包含于待測(cè)量氣體(比如廢氣)中的特定氣體的濃度。氣體傳感器具有用于加熱氣體傳感器元件的內(nèi)建陶瓷加熱器。例如，具有一種陶瓷加熱器，其具有形成于陶瓷基板的表面上的加熱器圖案。這種 加熱器圖案具有當(dāng)電流經(jīng)過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件的引線部分。近來(lái)，存在著降低加熱元件的電阻率的趨勢(shì)，因?yàn)闅怏w傳感器元件需要例如迅速地升溫(早期活性化)并且在高溫下使用。例如，JP-A-2004-342622公開(kāi)了一種陶瓷加熱器。這種陶瓷加熱器構(gòu)造為使得加熱元件和引線部分由不同材料制成，并且加熱元件具有比引線部分低的電阻率。在這種陶瓷加熱器中，由于加熱元件和引線部分由不同材料制成，加熱元件的端部和引線部分的端部彼此重疊，例如，從而接合加熱元件和引線部分。

發(fā)明內(nèi)容
然而，上述陶瓷加熱器具有以下問(wèn)題。也就是，加熱元件和引線部分由不同材料制成。因此，在將電能傳導(dǎo)至陶瓷加熱器時(shí)，因?yàn)榧訜嵩鸵€部分之間的線性膨脹存在差異，應(yīng)力很可能施加于加熱元件和引線部分之間的接頭上，引起從接頭開(kāi)始的開(kāi)裂。由于氣體傳感器元件更需要迅速地升溫(早期活性化)并且在高溫下使用，這個(gè)問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。例如，在制造陶瓷加熱器時(shí)，用于形成加熱元件的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分的導(dǎo)電膏印刷于陶瓷基板的表面上。在加熱元件和引線部分之間的接頭處，用于形成加熱元件的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分的導(dǎo)電膏印刷為彼此重疊。因此，擴(kuò)散很可能出現(xiàn)于印刷為重疊于另一個(gè)導(dǎo)電膏部分的頂部上的一個(gè)導(dǎo)電膏部分中并且周邊地?cái)U(kuò)散，引起陶瓷加熱器中的短路。如上所述，加熱元件和引線部分由不同材料制成。因此，在焙燒導(dǎo)電膏時(shí)，應(yīng)力很可能施加于加熱元件和引線部分之間的接頭上，因?yàn)閮烧咧g存在著收縮系數(shù)差異。于是，在加熱器圖案和陶瓷基板中會(huì)引起從接頭開(kāi)始的開(kāi)裂。本發(fā)明在考慮到上述問(wèn)題之下做出。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有極好耐用性并且能防止短路的陶瓷加熱器，以及氣體傳感器元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種陶瓷加熱器，其中加熱器圖案形成于陶瓷基板上，加熱器圖案具有在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件的引線部分，其中加熱元件具有連接至相應(yīng)引線部分的加熱連接端；引線部分有連接至加熱元件的加熱連接端的引線連接端；加熱元件和引線部分在接頭處連接，接頭通過(guò)將加熱連接端和引線連接端重疊而形成；并且形成于陶瓷基板上的加熱器圖案，在與其中形成加熱器圖案的平面垂直的方向上看時(shí)，具有形成于每個(gè)接頭的兩個(gè)寬度方向側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部，凹部包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端的輪廓與相應(yīng)引線連接端的輪廓相交叉的部分。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種具有根據(jù)以上第一方面的陶瓷加熱器的氣體傳感器元件。


在附圖中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的陶瓷加熱器的結(jié)構(gòu)的解釋圖；圖2是示出形成于根據(jù)本發(fā)明第一示例的陶瓷基板的表面上的加熱器圖案的頂視圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一示例的陶瓷基板的寬度方向上的橫截圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的氣體傳感器元件的結(jié)構(gòu)的橫截圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的氣體傳感器元件的結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第二示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第二示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第二示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖；并且圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第三示例的加熱元件和引線部分之間的接頭的放大圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的陶瓷加熱器和氣體傳感器元件將在下文中參照附圖描述。在陶瓷加熱器中，加熱元件和弓I線部分在通過(guò)重疊加熱連接端和弓I線連接端而形成的接頭處連接。更具體地，接頭可通過(guò)將引線部分的引線連接端重疊于加熱元件的加熱連接端的頂部上而形成，反之亦然。形成于陶瓷基板上的加熱器圖案，在與加熱器圖案形成于其中的平面垂直的方向上觀看時(shí)，具有形成于每個(gè)接頭的兩個(gè)寬度方向側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部。這些凹部包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端的輪廓和相應(yīng)引線連接端的輪廓交叉的部分。據(jù)此，可提供具有極好耐用性并且能防止短路的陶瓷加熱器。在加熱元件和引線部分之間的接頭的兩側(cè)上，應(yīng)力會(huì)易于由于陶瓷加熱器的通電而產(chǎn)生。因此，在其每個(gè)中加熱器圖案的側(cè)面向內(nèi)凹陷的凹部形成于每個(gè)接頭的兩個(gè)寬度方向側(cè)上。這些凹部允許出現(xiàn)于接頭處的應(yīng)力的分散和減輕。于是，可減少出現(xiàn)于陶瓷基板中并且開(kāi)始于接頭處的開(kāi)裂，從而提高陶瓷加熱器的耐用性。在制造陶瓷加熱器時(shí)，例如，用于形成加熱元件的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分的導(dǎo)電膏印刷于陶瓷基板的表面上。在加熱元件和引線部分之間的每個(gè)接頭處，用于形成加熱元件的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分的導(dǎo)電膏彼此重疊，從而高度準(zhǔn)確地印刷加熱元件和引線部分。也就是，即使當(dāng)印刷的一個(gè)導(dǎo)電膏重疊于另一個(gè)的頂部上時(shí)出現(xiàn)流膏時(shí)，流膏能固定于形成于每個(gè)接頭的寬度方向兩側(cè)上的凹部?jī)?nèi)。于是，流膏的周邊擴(kuò)展得到抑制。這防止了陶瓷加熱器中出現(xiàn)短路。在加熱元件和引線部分之間的每個(gè)接頭的寬度方向兩側(cè)上，應(yīng)力可易于在焙燒印刷于陶瓷基板上的導(dǎo)電膏時(shí)產(chǎn)生。因此，在其每個(gè)中加熱器圖案的側(cè)面向內(nèi)凹陷的凹部形成于每個(gè)接頭的寬度方向兩側(cè)上。這些凹部允許出現(xiàn)于接頭處的應(yīng)力的分散和減輕。于是，可減少出現(xiàn)于陶瓷基板中并且開(kāi)始于接頭處的開(kāi)裂，從而提高陶瓷加熱器的耐用性。在加熱器圖案中，至少加熱元件的加熱連接端或引線部分的引線連接端優(yōu)選地具有弧形曲線的邊緣。
其可分散和減輕由于陶瓷加熱器的通電而產(chǎn)生于加熱元件和引線部分之間的接頭中的應(yīng)力。在焙燒時(shí)能期望類似的效果。其還可減少出現(xiàn)于陶瓷基板中并且開(kāi)始于接頭處的開(kāi)裂。優(yōu)選地滿足Rl ( R2的關(guān)系，其中Rl是接頭區(qū)域中的阻抗，接頭區(qū)域從每個(gè)加熱連接端的末端延伸并且具有長(zhǎng)度L，并且R2是引線區(qū)域中的阻抗，引線區(qū)域從加熱連接端的末端朝著相應(yīng)引線部分延伸并且具有的長(zhǎng)度等于長(zhǎng)度L。能實(shí)現(xiàn)通過(guò)通電的極好放熱特性，從而氣體傳感器元件能迅速升溫(早期活性化)。而且，可防止接頭處的異常發(fā)熱和開(kāi)始于接頭處的開(kāi)裂的出現(xiàn)。在滿足關(guān)系R1>R2時(shí)，通過(guò)通電的極好放熱特性不大可能實(shí)現(xiàn)。由于熱在加熱元件和引線部分之間的接頭處異常地產(chǎn)生，會(huì)引起開(kāi)始于接頭的開(kāi)裂。至少加熱元件的加熱連接端或引線部分的引線連接端優(yōu)選地具有邊緣，邊緣具有從邊緣朝著加熱器圖案的長(zhǎng)度方向突起的凸部。在制造陶瓷加熱器時(shí)，即使在加熱元件和引線部分的形成位置在長(zhǎng)度方向上具有偏移時(shí)，可確保加熱元件和引線部分之間足夠的接合面積。于是，可防止接頭處的異常發(fā)熱和開(kāi)始于接頭處的開(kāi)裂的出現(xiàn)。當(dāng)凸部在長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度為“S”并且接頭在長(zhǎng)度方向上除了凸部之外的長(zhǎng)度為H優(yōu)選地滿足S=aXM+b的關(guān)系，其中“a”優(yōu)選地范圍從O. 3mm至5. Omm,并且“b”優(yōu)選地范圍從O. Omm至O. 2mm。在制造陶瓷加熱器時(shí)，即使在加熱元件和引線部分的形成位置在長(zhǎng)度方向上具有偏移時(shí)，也可確保加熱元件和引線部分之間更充分的接合面積。在S=aXM+b的關(guān)系中，在“a”小于O. 3時(shí)，當(dāng)在制造陶瓷加熱器時(shí)加熱元件和引線部分的形成位置在長(zhǎng)度方向上具有偏移時(shí)，在加熱元件和引線部分之間不大可能確保足夠的接合面積。在“a”大于O. 5時(shí)，接合面積變得比需要的大，并且因而制造成本會(huì)增大。在“b”大于O. 2時(shí)，接合面積變得比需要的大，并且因而制造成本會(huì)增大。接頭優(yōu)選地通過(guò)將引線部分的引線連接端重疊于加熱元件的相應(yīng)加熱連接端的頂部上而形成，并且引線連接端的寬度優(yōu)選地小于加熱連接端的寬度。這可便于在通過(guò)在陶瓷基板上印刷導(dǎo)電膏而形成加熱器圖案時(shí)將引線部分的引線連接端準(zhǔn)確地重疊于加熱元件的相應(yīng)加熱連接端的頂部上。即使在印刷的引線部分的引線連接端重疊于頂部上時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)電膏的流膏或滲出時(shí)，可抑制流膏或滲出延伸超過(guò)加熱元件的加熱連接端。于是，可防止在陶瓷加熱器中出現(xiàn)短路。加熱元件優(yōu)選地由其主成分為選自于鉬、金、鈀和錸的多種金屬中的至少一種或其組合的材料所制成。重量份數(shù)為11至14的選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合優(yōu)選地包括于100重量份的主成分中。因而，通過(guò)通電可獲得極好的放熱特性，從而使得氣體傳感器元件能迅速升溫(早期活性化)。另外，在焙燒時(shí)能獲得極好的燒結(jié)性。對(duì)于加熱元件，在選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合的含量小于11至14重量份數(shù)時(shí)，焙燒時(shí)的燒結(jié)性可能會(huì)惡化，從而引起剝落或開(kāi)裂。相反，在選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合的含量大于10 重量份數(shù)時(shí)，不大可能在通電期間獲得極好的放熱特性。這對(duì)引線部分優(yōu)選地包含選自于鉬、金、鈀和錸的多種金屬中的至少一種或其組合作為主成分。而且重量份數(shù)為7至10的選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合優(yōu)選地包括于100重量份的主成分中。因而，通過(guò)通電可獲得極好的放熱特性，從而使得氣體傳感器元件能迅速升溫(早期活性化)。另外，在焙燒時(shí)能獲得極好的燒結(jié)性。對(duì)于這對(duì)引線部分，在選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合的含量小于7重量份數(shù)時(shí)，焙燒時(shí)的燒結(jié)性可能會(huì)惡化，從而引起剝落或開(kāi)裂。相反，在選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合的含量大于10重量份數(shù)時(shí)，在給陶瓷加熱器通電時(shí)不大可能獲得極好的放熱特性。加熱器圖案優(yōu)選地通過(guò)使用導(dǎo)電膏印刷而形成。在加熱元件和引線部分之間的接頭處，由于能抑制印刷導(dǎo)電膏中的流掛，能有效地實(shí)施防止在陶瓷加熱器中出現(xiàn)短路的上述效果。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體傳感器元件具有耐用性極好且能防止短路的陶瓷加熱器。據(jù)此，能獲得具有極好耐用性且能防止短路的氣體傳感器元件。以上氣體傳感器元件的應(yīng)用包括結(jié)合于用于各種車輛內(nèi)燃機(jī)(比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī))的排氣管中的廢氣反饋系統(tǒng)的A/F傳感器元件中的A/F傳感器元件；檢測(cè)包含于廢氣中的氧氣濃度的氧氣傳感器元件；以及用于檢測(cè)例如設(shè)置于排氣管中的三元催化劑的惡化的氮化物傳感器元件，即用于檢測(cè)空氣污染物質(zhì)(比如氮化物)的濃度。(示例I)根據(jù)示例I的陶瓷加熱器和氣體傳感器元件參照附圖進(jìn)行描述。如圖I至4所示，根據(jù)示例I的陶瓷加熱器I具有陶瓷基板11以及形成于陶瓷基板11上的加熱器圖案
2。加熱器圖案2包括在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件21以及一對(duì)將電能傳導(dǎo)至加熱元件21的引線部分22。加熱元件21具有一對(duì)連接至這對(duì)引線部分22的加熱連接端211。這對(duì)引線部分22具有連接至加熱元件21的這對(duì)加熱連接端211的引線連接端221。加熱元件21和引線部分22在接頭23處連接。接頭23通過(guò)重疊加熱連接端211和引線連接端221而形成。形成于陶瓷基板11上的加熱器圖案2，在從與形成加熱器圖案2的平面垂直的方向上觀察時(shí)，具有形成于每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度方向側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部24。凹部24包括在其每個(gè)中加熱連接端211的輪廓與引線連接端221的輪廓相交叉的部分。在本示例I中，陶瓷基板11的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別稱為“長(zhǎng)度方向x”、“寬度方向Y”和“厚度方向Z”。加熱器圖案2 (加熱元件21和引線部分22)的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別與上述陶瓷基板的長(zhǎng)度方向X、寬度方向Y和厚度方向Z相一致。如圖5和6所不,根據(jù)第一不例的陶瓷加熱器I位于氣體傳感器兀件3中。氣體傳感器元件3具有有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體31。固體電解質(zhì)體31由其主成分為氧化鋯的材料制成。在固體電解質(zhì)體31的一側(cè)上，設(shè)置測(cè)量電極32。在固體電解質(zhì)體31的 另一側(cè)上，設(shè)置基準(zhǔn)電極33。測(cè)量電極32和基準(zhǔn)電極33由主成分為鉬的材料制成。測(cè)量電極32的外側(cè)由擴(kuò)散抵抗層35和間隔層36順序地覆蓋。擴(kuò)散抵抗層35由具有透氣性的多孔氧化鋁制成。擴(kuò)散抵抗層35構(gòu)造為將待測(cè)量氣體(廢氣)引入并將氣體帶入與測(cè)量電極32相接觸。間隔層36由具有電絕緣性和氣密性的致密氧化鋁制成。間隔層36的外側(cè)由保護(hù)層37覆蓋。保護(hù)層37由具有電絕緣性和氣密性的致密氧化鋁制成。基準(zhǔn)電極33的外側(cè)由基準(zhǔn)氣體腔室形成層34所覆蓋?；鶞?zhǔn)氣體腔室形成層34由具有電絕緣性和氣密性的致密氧化鋁制成?；鶞?zhǔn)氣體腔室形成層34具有其中形成基準(zhǔn)氣體腔室340的切口部分341。基準(zhǔn)氣體腔室340構(gòu)造為引入基準(zhǔn)氣體(空氣)并將基準(zhǔn)氣體帶入與基準(zhǔn)電極33相接觸。而且，基準(zhǔn)氣體腔室形成層34的外側(cè)由陶瓷加熱器I覆蓋。測(cè)量電極32經(jīng)由導(dǎo)電連接線321以及通孔368和378電連接至一對(duì)電極墊322。這些通孔368和378分別形成于間隔層36和遮蔽層37中。在這些通孔368和378內(nèi)，布置導(dǎo)體(未不出)?；鶞?zhǔn)電極33經(jīng)由導(dǎo)電連接線331以及通孔319、369和379電連接至一對(duì)電極墊332。這些通孔319、369和379分別形成于固體電解質(zhì)體31、間隔層36和遮蔽層37中。在這些通孔319、369和379內(nèi)，布置導(dǎo)體(未示出)。接著，描述陶瓷加熱器I的細(xì)節(jié)。如圖I所示，陶瓷加熱器I構(gòu)造為由陶瓷基板11和陶瓷絕緣層12覆蓋(參見(jiàn)圖5)。陶瓷絕緣層12布置于陶瓷基板11和基準(zhǔn)氣體腔室形成層34之間。陶瓷基板11和陶瓷絕緣層12由具有電絕緣性和氣密性的致密氧化鋁制成。如圖I和2所示，加熱器圖案2形成于陶瓷基板11的一個(gè)表面111上以面對(duì)陶瓷絕緣層12。加熱器圖案2通過(guò)印刷導(dǎo)電膏來(lái)形成。加熱器圖案2具有加熱元件21和該對(duì)引線部分22。加熱元件21通過(guò)通電而發(fā)熱并且加熱氣體傳感器元件3直到達(dá)到活性化溫度。這對(duì)引線部分22將電能引導(dǎo)至加熱元件21。加熱元件21由其主成分為鉬的材料制成。加熱元件21還包括氧化鋁，作為主成分之外的成分。重量份數(shù)為11至14的氧化鋁包括于100重量份的鉬中。這對(duì)引線部分22由其主成分為鉬的材料制成。這對(duì)引線部分22還包含氧化鋁，作為主成分之外的成分。重量份數(shù)為7至10的氧化鋁包括于100重量份的鉬中。加熱元件21形成于陶瓷基板11在長(zhǎng)度方向X上的一端處。加熱元件21具有連接至相應(yīng)引線部分22的加熱連接端211。引線部分22形成于陶瓷基板11的長(zhǎng)度方向X上以便在陶瓷基板11的寬度方向Y上彼此平行。引線部分22具有在一側(cè)上的相應(yīng)端部，它們用作引線連接端221，用于形成與加熱元件21的相應(yīng)加熱連接端211的連接。如圖3和4所示，加熱元件21和引線部分22在這對(duì)接頭23處連接。接頭23每個(gè)通過(guò)將加熱元件21的加熱連接端211和引線部分22的引線連接端221彼此覆蓋而形成。在本實(shí)施例中，接頭23每個(gè)形成為使得引線部分22的引線連接端221覆蓋于加熱元件21的加熱連接端211的頂部上。圖3示出加熱器圖案2，從與加熱器圖案2形成于其上的陶瓷基板11的表面111 垂直的方向(厚度方向Z)觀察時(shí)。如圖3所示，加熱元件21的加熱連接端211和引線部分22的引線連接端221分別具有邊緣212、222，它們具有弧形曲線。加熱器圖案2具有形成于每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度(寬度方向Y)側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部24。凹部24包括在其每個(gè)中加熱連接端211的輪廓與引線連接端221的輪廓相交叉的部分。如圖4所示，加熱器圖案2包括在長(zhǎng)度方向X上具有長(zhǎng)度L的接頭區(qū)域A。接頭區(qū)域A從引線連接端221的末端延伸至加熱連接端211的末端。加熱器圖案2還包括在長(zhǎng)度方向X上具有長(zhǎng)度L的引線區(qū)域B。引線區(qū)域B從加熱連接端211的末端朝著引線部分22延伸。在接頭區(qū)域A中的阻抗為“R1”并且引線區(qū)域B中的阻抗為“R2”時(shí)，滿足Rl彡R2
的關(guān)系。形成于陶瓷基板11的表面上的加熱元件21經(jīng)由該對(duì)引線部分22和形成于陶瓷基板11中的一對(duì)通孔119電連接至形成于陶瓷基板11的另一表面上的一對(duì)電極墊29。在每個(gè)通孔119內(nèi)，布置導(dǎo)體28。[制造陶瓷加熱器I和氣體傳感器元件3的方法]下面將描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的制造陶瓷加熱器I和氣體傳感器元件3的方法。首先，形成用于形成構(gòu)成陶瓷加熱器I的陶瓷基板11和陶瓷絕緣層12的氧化鋁片材。在用于形成陶瓷基板11的氧化鋁片材中，事先形成通孔119。例如，這個(gè)氧化鋁片材如下形成。首先，通過(guò)將燒結(jié)添加物，比如Si02、Mg0或CaO，以及有機(jī)粘合劑混合入氧化鋁粉末來(lái)制備漿。然后，將漿成形為具有50 μ m至100 μ m的厚度，比如通過(guò)刮漿刀方法，以從而獲得氧化鋁片材。然后，將用于形成加熱器圖案2的導(dǎo)電膏印刷在用作陶瓷基板11的氧化鋁片材的一個(gè)表面上。尤其，在用于形成加熱元件21的導(dǎo)電膏印刷于氧化鋁片材上之后，印刷用于形成引線部分22的導(dǎo)電膏。在其中加熱元件21和引線部分22接合的接頭23處，用于形成引線部分22的導(dǎo)電膏印刷于用于形成加熱元件21的導(dǎo)電膏的頂部上。用于形成加熱元件21的導(dǎo)電膏通過(guò)混合以下材料來(lái)制備。材料包括作為主成分的鉬粉、100重量份鉬粉中12重量份數(shù)的氧化鋁粉、有機(jī)粘合劑比如丙烯酸樹(shù)脂、塑化劑比如DBP或DOP、以及有機(jī)溶劑比如α-萜品醇。用于形成引線部分22的導(dǎo)電膏通過(guò)混合以下材料來(lái)制備。材料包括作為主成分的鉬粉、100重量份鉬粉中9重量份數(shù)的氧化鋁粉、有機(jī)粘合劑比如丙烯酸樹(shù)脂、塑化劑比如DBP或DOP、以及有機(jī)溶劑比如α -萜品醇。在用作陶瓷基板11的氧化鋁片材的表面112上，印刷用于形成電極墊29的導(dǎo)電膏。而且，用于形成導(dǎo)體28的導(dǎo)電膏填充于事先形成的通孔119中。然后，加熱器層壓體通過(guò)層疊陶瓷基板11的氧化鋁片材和陶瓷絕緣層12的氧化鋁片材而形成。而且，形成用于形成固體電解質(zhì)體3的氧化鋯片材。然后，在氧化鋯片材上，印刷用于形成測(cè)量電極32、基準(zhǔn)電極33等的導(dǎo)電膏。而且，制備用于形成基準(zhǔn)氣體腔室形成層34、擴(kuò)散抵抗層35、間隔層36和遮蔽層37的氧化鋁片材。然后，這些氧化鋁片材層疊以獲 得傳感器層壓體。此后，加熱器層壓體定位于傳感器層壓體的頂部上，之后是整體的熱壓，從而形成元件層壓體。所獲得的元件層壓體在預(yù)定條件下焙燒。于是，獲得本實(shí)施例的氣體傳感器元件3 (參見(jiàn)圖5)，并且陶瓷加熱器I (參見(jiàn)圖I至4)結(jié)合于其中。接著，將描述根據(jù)本實(shí)施例的陶瓷加熱器I和氣體傳感器元件3 (圖5)的功能和效果。在根據(jù)本實(shí)施例的陶瓷加熱器I中，加熱元件21和引線部分22在其中加熱連接端211和相應(yīng)引線連接端221覆蓋的接頭23處接合。加熱器圖案2具有形成于每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度(寬度方向Y)側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部24。凹部24具有在其中加熱連接端211的輪廓與引線連接端221的輪廓相交叉的部分。這個(gè)構(gòu)造提供了具有極好耐用性并且能防止短路的陶瓷加熱器I。在加熱元件21和引線部分22之間每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度側(cè)上，容易由于陶瓷加熱器I的通電而產(chǎn)生應(yīng)力。就這點(diǎn)而言，在本實(shí)施例中，在其每個(gè)中加熱器圖案2的側(cè)面向內(nèi)凹陷的凹部24形成于每個(gè)接頭23的相應(yīng)寬度側(cè)上。當(dāng)電流穿過(guò)陶瓷加熱器I時(shí)，凹部24能有效地分散和減輕出現(xiàn)于接頭23處的應(yīng)力。于是，能減少陶瓷基板11中開(kāi)始于接頭23處的開(kāi)裂，從而提高陶瓷加熱器I的耐用性。在制造陶瓷加熱器I時(shí)，加熱器圖案2通過(guò)將用于形成加熱元件21的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分22的導(dǎo)電膏印刷在陶瓷基板11的表面上而產(chǎn)生。加熱器圖案2具有在其每個(gè)中加熱元件21的加熱連接端211和引線部分22的引線連接端221彼此覆蓋地印刷的接頭23。在本實(shí)施例中，加熱元件21和引線部分22能通過(guò)將端部211和221彼此高度準(zhǔn)確地覆蓋來(lái)印刷。也就是，即使在印刷于另一個(gè)頂部上的一個(gè)導(dǎo)電膏中出現(xiàn)流膏，流膏也保留于形成于每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度側(cè)上的凹部24內(nèi)，并且固定不動(dòng)，從而防止流膏的周邊擴(kuò)散。于是，能防止陶瓷加熱器I中出現(xiàn)短路。在加熱元件21和引線部分22之間每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度側(cè)上，容易在焙燒印刷于陶瓷基板11上的導(dǎo)電膏時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力。就這點(diǎn)而言，在本實(shí)施例中，形成于每個(gè)接頭23的兩個(gè)寬度側(cè)上的凹部24能分散和減輕出現(xiàn)于接頭23處的應(yīng)力。于是，能減少在加熱器圖案2或陶瓷基板11中出現(xiàn)并且開(kāi)始于接頭23處的開(kāi)裂，從而提高陶瓷加熱器I的耐用性。在陶瓷加熱器I中，加熱元件21的加熱連接端211和引線部分22的引線連接端221分別具有邊緣212、222，它們具有弧形曲線。具有這種構(gòu)造，當(dāng)陶瓷加熱器I被通電時(shí)，可進(jìn)一步分散和減輕在加熱元件21和每個(gè)引線部分22之間出現(xiàn)于接頭23處的應(yīng)力。在焙燒時(shí)能期望類似的效果。于是，其可進(jìn)一步減少開(kāi)始于接頭23處的開(kāi)裂的出現(xiàn)。當(dāng)加熱器圖案2的接頭區(qū)域A中的阻抗為“R1”并且引線區(qū)域B中的阻抗為“R2”時(shí)，滿足Rl ( R2的關(guān)系。于是，在陶瓷加熱器I被通電時(shí)，能實(shí)現(xiàn)極好的放熱特性，從而氣體傳感器元件3能迅速升溫(早期活性化)。另外，可防止接頭23處的異常發(fā)熱和開(kāi)始于接頭23處的開(kāi)裂的出現(xiàn)。加熱元件21由其主成分為鉬的材料制成。該材料還包括氧化鋁，作為主成分之外的成分。重量份數(shù)為11至14的氧化鋁包括于100重量份的鉬中。這對(duì)引線部分22由其主成分為鉬的材料制成。該材料還包含氧化鋁，作為主成分之外的成分。重量份數(shù)為7至10的氧化鋁包括于100重量份的鉬中。
于是，在陶瓷加熱器I被通電時(shí)，能實(shí)現(xiàn)極好的放熱特性，從而氣體傳感器元件3能迅速升溫(早期活性化)。而且，在焙燒時(shí)能獲得極好的燒結(jié)性。 加熱器圖案2通過(guò)印刷用于形成加熱元件21的導(dǎo)電膏和用于形成引線部分22的導(dǎo)電膏而形成。于是，能抑制流膏的出現(xiàn)，從而防止在陶瓷加熱器I中形成短路。根據(jù)本示例的氣體傳感器3具有耐用性極好并且能防止短路的內(nèi)置式陶瓷加熱器I。因而，能獲得具有極好耐用性和可靠性的氣體傳感器3。(示例2)參照?qǐng)D7至9描述根據(jù)第二示例的陶瓷加熱器I。在第二和后續(xù)示例中，與第一示例中的那些相同或類似的部件給出相同的參考符號(hào)，以省略不必要的解釋。第二示例與第一示例的不同在于，加熱器圖案2中的加熱元件21和引線部分22的結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變。在圖7所示加熱器圖案2的示例中，加熱元件21的加熱連接端211具有弧形曲線的邊緣212。另一方面，引線部分22的引線連接端221具有直線且平行于寬度方向Y的邊緣 222。在圖8所示加熱器圖案2的示例中，加熱元件21的加熱連接端211具有直線且平行于寬度方向Y的邊緣212。另一方面，引線部分22的引線連接端221具有有弧形曲線的邊緣222。在圖9所示加熱器圖案2的示例中，加熱元件21的加熱連接端211具有邊緣212，其由平行于寬度方向Y的直線部分以及在直線部分兩端處的弧形曲線部分構(gòu)成。而且，弓丨線部分22的引線連接端221具有與邊緣212相同形狀的邊緣222。在圖10所示加熱器圖案2的示例中，加熱元件21的加熱連接端211具有邊緣212，其由平行于寬度方向Y的直線部分以及在直線部分兩端處的傾斜直線部分構(gòu)成。而且，弓丨線部分22的引線連接端221具有與邊緣212相同形狀的邊緣222。在圖7至10所示的任何陶瓷加熱器中，其構(gòu)造、功能和效果類似于根據(jù)第一示例的陶瓷加熱器I的那些。因此，省略其描述。(示例3)根據(jù)第三示例的陶瓷加熱器I參照?qǐng)D11描述。第三示例與第一示例的不同在于，加熱器圖案2中的加熱元件21和引線部分22的結(jié)構(gòu)已經(jīng)從第一示例改變。
如圖11所示，加熱元件21的加熱連接端211具有邊緣212，邊緣212具有在長(zhǎng)度方向X上從邊緣212突出的凸部213。凸部213形成為從加熱連接端211的邊緣212在寬度方向Y上的基本上中心處突出。引線部分22的引線連接端221具有構(gòu)造為類似于凸部213的凸部223。當(dāng)凸部213、223在長(zhǎng)度方向X上具有長(zhǎng)度S (SI、S2)并且每個(gè)接頭23除了凸部213,223之外在長(zhǎng)度方向X上具有長(zhǎng)度M，滿足S=aXM+b的關(guān)系，其中“a”的范圍從O. 3mm至5. Omm,并且“b”的范圍從O. Omm至O. 2mm。由于除上述以外的構(gòu)造類似于第一示例的那些，省略其解釋。根據(jù)本示例，在制造陶瓷加熱器I中，即使加熱元件21和引線部分22的形成位置在長(zhǎng)度方向X上存在偏移，在加熱元件21和每個(gè)引線部分22之間確保了足夠的接合區(qū)域。于是，可防止在接頭23處異常發(fā)熱以及出現(xiàn)開(kāi)始于接頭23處的開(kāi)裂。
第三示例除了上述以外的功能和效果類似于根據(jù)第一示例的陶瓷加熱器I的那些。雖然已經(jīng)描述了目前視為本發(fā)明的這些示例，將理解到未描述的各種示例也可做出，并且應(yīng)當(dāng)涵蓋落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷加熱器(1)，其中加熱器圖案(2)形成于陶瓷基板(11)上，加熱器圖案(2)具有在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件(2)以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件(21)的引線部分(22)，其中 加熱元件(21)具有連接至相應(yīng)引線部分(22)的加熱連接端(211)； 引線部分(22)具有連接至加熱元件(21)的加熱連接端(211)的引線連接端(221)； 加熱元件(21)和引線部分(22)在接頭(23)處連接，接頭(23)通過(guò)將加熱連接端(211)和引線連接端(221)重疊而形成；并且 形成于陶瓷基板(11)上的加熱器圖案(2)在與其中形成加熱器圖案(2)的平面垂直的方向上看時(shí)具有形成于每個(gè)接頭(23)的寬度方向兩側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部(24)，凹部(24)包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端(211)的輪廓與相應(yīng)弓I線連接端(221)的輪廓相交叉的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中至少加熱元件(21)的加熱連接端(211)或引線部分(22 )的引線連接端(221)具有弧形曲線的邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中 滿足Rl ( R2的關(guān)系，其中Rl是接頭區(qū)域中的阻抗，接頭區(qū)域從每個(gè)加熱連接端(211)的末端延伸并且具有長(zhǎng)度L，并且R2是引線區(qū)域中的阻抗，引線區(qū)域從加熱連接端(211)的末端朝著對(duì)應(yīng)引線部分(22)延伸并且其長(zhǎng)度等于長(zhǎng)度L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中 至少加熱元件(21)的加熱連接端(211)或引線部分(22)的引線連接端(221)具有邊緣，該邊緣具有從邊緣(212)朝著加熱器圖案(2)的長(zhǎng)度方向突出的凸部(223)。
5.一種陶瓷加熱器(1)，其中加熱器圖案(2)形成于陶瓷基板(11)上，加熱器圖案(2)具有在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件(2)以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件(21)的引線部分(22)，其中 加熱元件(21)具有連接至相應(yīng)引線部分(22)的加熱連接端(211)； 引線部分(22)具有連接至加熱元件(21)的加熱連接端(211)的引線連接端(221)； 加熱元件(21)和引線部分(22)在接頭(23)處連接，接頭(23)通過(guò)將加熱連接端(211)和引線連接端(221)重疊而形成； 在與其中形成加熱器圖案(2)的平面垂直的方向上看時(shí)，形成于陶瓷基板(11)上的加熱器圖案(2)具有形成于每個(gè)接頭(23)的寬度方向兩側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部(24)，凹部(24)包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端(211)的輪廓與相應(yīng)弓I線連接端(221)的輪廓相交叉的部分； 至少加熱元件(21)的加熱連接端(211)或引線部分(22)的引線連接端(221)具有邊緣，該邊緣具有從邊緣(212)朝著加熱器圖案(2)的長(zhǎng)度方向突出的凸部(223);并且 滿足S=aXM+b的關(guān)系，其中S (SI、S2)是每個(gè)凸部(223)在長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度，M是每個(gè)接頭(23)除了凸部(223)之外在長(zhǎng)度方向上的長(zhǎng)度，“a”的范圍從O. 3mm至5. Omm并且“b”的范圍從O. Omm至O. 2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中 每個(gè)接頭(23)通過(guò)將該對(duì)引線部分(22)的每個(gè)引線連接端(221)重疊于加熱元件(21)的每個(gè)加熱連接端(211)的頂部上而形成；并且每個(gè)引線連接端(221)的寬度小于每個(gè)加熱連接端(211)的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中 加熱元件(21)由其主成分為選自于鉬、金、鈀和錸的多種金屬中的至少一種或其組合的材料制成；并且 11至14重量份的選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合包括于100重量份的主成分中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中 該對(duì)引線部分(22)包含選自于鉬、金、鈀和錸的多種金屬中的至少一種或其組合；并且 7至10重量份的選自于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦的多種材料中的至少一種或其組合包括于100重量份的主成分中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器，其中加熱器圖案(2)通過(guò)印刷導(dǎo)電膏而形成。
10.一種陶瓷加熱器(1)，其中加熱器圖案(2)形成于陶瓷基板(11)上，加熱器圖案(2)具有在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件(21)以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件(21)的引線部分(22)，其中 加熱元件(21)具有連接至相應(yīng)引線部分(22)的加熱連接端(211)； 引線部分(22)具有連接至加熱元件(21)的加熱連接端(211)的引線連接端(221)； 加熱元件(21)和引線部分(22)在接頭(23)處連接，接頭(23)通過(guò)將加熱連接端(211)和引線連接端(221)重疊而形成；并且 在與其中形成加熱器圖案(2)的平面垂直的方向上看時(shí)，形成于陶瓷基板(11)上的加熱器圖案(2)具有形成于每個(gè)接頭(23)的寬度方向兩側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部(24)，凹部(24)包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端(211)的輪廓與相應(yīng)弓I線連接端(221)的輪廓相交叉的部分； 至少加熱元件(21)的加熱連接端(211)或引線部分(22)的引線連接端(221)具有弧形曲線的邊緣；并且 滿足Rl ( R2的關(guān)系，其中Rl是接頭區(qū)域中的阻抗，接頭區(qū)域從每個(gè)加熱連接端(211)的末端延伸并且具有長(zhǎng)度L，并且R2是引線區(qū)域中的阻抗，引線區(qū)域從加熱連接端(211)的末端朝著對(duì)應(yīng)引線部分(22)延伸并且其長(zhǎng)度等于長(zhǎng)度L。
11.一種陶瓷加熱器(1)，其中加熱器圖案(2)形成于陶瓷基板(11)上，加熱器圖案(2)具有在電流穿過(guò)其中時(shí)發(fā)熱的加熱元件(21)以及將電能傳導(dǎo)至加熱元件(21)的引線部分(22)，其中 加熱元件(21)具有連接至相應(yīng)引線部分(22)的加熱連接端(211)； 引線部分(22)具有連接至加熱元件(21)的加熱連接端(211)的引線連接端(221)； 加熱元件(21)和引線部分(22)在接頭(23)處連接，接頭(23)通過(guò)將加熱連接端(211)和引線連接端(221)重疊而形成； 在與其中形成加熱器圖案(2)的平面垂直的方向上看時(shí)，形成于陶瓷基板(11)上的加熱器圖案(2)具有形成于每個(gè)接頭(23)的寬度方向兩側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部(24)，凹部(24)包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端(211)的輪廓與相應(yīng)弓I線連接端(221)的輪廓相交叉的部分；滿足Rl ( R2的關(guān)系，其中Rl是接頭區(qū)域中的阻抗，接頭區(qū)域從每個(gè)加熱連接端(211)的末端延伸并且具有長(zhǎng)度L，并且R2是引線區(qū)域中的阻抗，引線區(qū)域從加熱連接端(211)的末端朝著對(duì)應(yīng)引線部分(22)延伸并且其長(zhǎng)度等于長(zhǎng)度L ;并且 至少加熱元件(21)的加熱連接端(211)或引線部分(22)的引線連接端(221)具有邊緣，該邊緣具有從邊緣(212)朝著加熱器圖案(2)的長(zhǎng)度方向突出的凸部(223)。
12.具有根據(jù)權(quán)利要求I的陶瓷加熱器(I)的氣體傳感器元件(3)。
13.具有根據(jù)權(quán)利要求5的陶瓷加熱器(I)的氣體傳感器元件(3)。
14.具有根據(jù)權(quán)利要求10的陶瓷加熱器(I)的氣體傳感器元件(3)。
15.具有根據(jù)權(quán)利要求11的陶瓷加熱器(I)的氣體傳感器元件(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種陶瓷加熱器(1)，其中加熱器圖案(2)形成于陶瓷基板(11)上。加熱器圖案(2)具有加熱元件(21)和引線部分(22)。加熱元件(21)具有加熱連接端(211)并且引線部分(22)具有引線連接端(221)。加熱元件(21)和引線部分(22)在接頭(23)處連接，接頭(23)通過(guò)將加熱連接端(211)和引線連接端(221)重疊而形成。在與其中形成加熱器圖案(2)的平面垂直的方向上看時(shí)，加熱器圖案(2)具有形成于每個(gè)接頭(23)的寬度方向兩側(cè)上的向內(nèi)凹陷的凹部(24)。凹部(24)包括在其每個(gè)中相應(yīng)加熱連接端(211)的輪廓與相應(yīng)引線連接端(221)的輪廓相交叉的部分。
文檔編號(hào)H05B3/28GK102970780SQ20121031538
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者佐藤千萬(wàn)人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝