CN104634845B - 加热器和气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗电量和升温速度得到改善的加热器和气体传感器。该加热器为棒状的加热器，其包括：陶瓷基体(105)，该陶瓷基体具有沿轴线方向延伸的第一中空部(102)；发热体(142)，该发热体埋设于陶瓷基体；以及引线部，该引线部埋设于陶瓷基体(105)，与发热体(142)连接，其中，对于与轴线方向正交的剖面中的含有发热体(142)的全部剖面，第一中空部(102)的直径的最大值r与陶瓷基体(105)的直径的最大值(R)满足0.36≤r/R≤0.54的关系。

Description

加热器和气体传感器

技术领域

本发明涉及加热器和能够对被检测气体中含有的特定气体的浓度进行检测的气体传感器。

背景技术

以往，公知有能够对被检测气体中的特定气体的浓度进行检测的气体传感器。气体传感器的检测元件包括固体电解质体和一对电极。固体电解质体由氧化锆等陶瓷形成，为顶端封闭的有底筒状。一对电极由铂和铂合金等金属形成，分别形成在固体电解质体的外表面和内表面。一对电极各自与用于向外部传送检测元件的输出的一对引线电连接。在检测元件的顶端侧且是内侧配置有加热器，以用来加热固体电解质体使其活性化。加热器在其顶端部具有能通过通电进行发热的发热体。

研究探讨了用于提高气体传感器所包括的加热器的生产率和耐久性的各种技术。例如，专利文献1所述的氧传感器用陶瓷加热器能够通过限定引线被钎焊的钎焊部的尺寸和形成位置，而以适当的强度钎焊引线，从而提高钎焊后的钎焊部的耐久性。

专利文献1：日本特许第3072068号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1所述的氧传感器用陶瓷加热器没有考虑到对耗电量和升温速度的改善。

本发明的目的在于提供一种耗电量和升温速度得到改善的加热器和气体传感器。

用于解决问题的方案

本发明的第一技术方案的加热器为棒状的加热器，其包括：陶瓷基体，该陶瓷基体具有沿轴线方向延伸的第一中空部；发热体，该发热体埋设于所述陶瓷基体；以及引线部，该引线部埋设于所述陶瓷基体，与所述发热体连接，其中，对于与所述轴线方向正交的剖面中的含有所述发热体的全部剖面，所述第一中空部的直径的最大值r与所述陶瓷基体的直径的最大值R满足0.36≤r/R≤0.54的关系。

第一技术方案的加热器满足0.36≤r/R≤0.54的关系，因此，与r/R小于0.36的加热器相比，能够降低耗电量，与r/R大于0.54的加热器相比，能够维持制造时的烧成前的陶瓷基体的强度。而且，与r/R小于0.36的加热器相比，第一技术方案的加热器能够加快升温速度。

在第一技术方案的加热器中，也可以是，所述加热器的除所述第一中空部之外的部分的与所述轴线方向垂直的剖面的面积S满足4.40mm²≤S≤5.31mm²。该情况的加热器与S小于4.40mm²的加热器相比能够提高制造时的烧成前的陶瓷基体的强度，且与S大于5.31mm²的加热器相比能够降低耗电量。而且，该情况的加热器与S大于5.31mm²的加热器相比能够加快升温速度。

在第一技术方案的加热器中，优选的是，所述发热体具有沿所述轴线方向延伸的多个延伸部，该多个延伸部中的彼此相邻的延伸部之间借助连结部连接起来，所述彼此相邻的延伸部之间的最短距离为0.56mm以上。在该情况下，能够抑制加热器因热冲击而产生裂纹。

本发明的第二技术方案的气体传感器包括：检测元件，该检测元件具有固体电解质体和一对电极，该一对电极中的一个电极形成在所述固体电解质体的内表面，该一对电极中的另一个电极形成在所述固体电解质的外表面，该固体电解质体为顶端封闭且具有第二中空部的有底圆筒状；以及加热器，其为第一技术方案的加热器，配置在所述检测元件的所述第二中空部内，能够加热所述检测元件。第二技术方案的气体传感器包括第一技术方案的加热器，因此，与以往的加热器相比，能够降低耗电量，并且能够维持制造时的烧成前的陶瓷基体的强度。

附图说明

图1是氧传感器1的纵剖视图。

图2是加热器100的立体图。

图3是制造加热器100前的发热电阻器141的俯视图。

图4是示意性地表示图2中的A-A线上的箭头指向剖面的图。

图5是表示评价试验1中的r/R与耗电量(W)之间的关系的曲线图。

图6是表示评价试验1中的剖面积S(mm²)与耗电量(W)之间的关系的曲线图。

图7是表示在评价试验2中在r/R和剖面积S(mm²)分别不同的条件下、加热器100的表面温度(℃)与从加热器100开始加热算起的经过时间(s)之间的关系的曲线图。

图8是示意性地表示评价试验3的实验条件的说明图。

图9是表示评价试验3中的r/R与抗折强度(N)之间的关系的曲线图。

图10是表示评价试验3中的剖面积S(mm²)与抗折强度(N)之间的关系的曲线图。

图11是表示评价试验4中的应力(MPa)与最短距离c1之间的关系的曲线图。

附图标记说明

1、氧传感器；6、检测元件；60、102、中空部；100、加热器；101、绝缘管；105、陶瓷基体；141、发热电阻器；142、发热体；143、引线部。

具体实施方式

以下，参照附图说明将本发明具体化后的加热器和氧传感器的一实施方式。参照图1说明作为一例的氧传感器1的整体结构。参照的附图用于说明本发明所能采用的技术特征的图，所记载的氧传感器1的结构等并不限定于此，只是说明例。将图1中的左侧、右侧、上侧和下侧分别定义为氧传感器1的左侧、右侧、上侧(后端侧)、下侧(顶端侧)并在以下进行说明。在图1和图2中，氧传感器1的轴线由轴线L图示。轴线L方向是指氧传感器1的长度方向，在图1中相当于上下方向。将与轴线L垂直交叉的方向中的、以轴线L为起点的方向称作径向。将以轴线L为中心在轴线L周围环绕轴线L的方向称作周向。

图1所示的氧传感器1被安装在自汽车等的内燃机排出的废气的排气管(图示省略)上进行使用，是用于检测在排气管内流通的废气中是否存在氧的传感器。在安装氧传感器1时，将位于氧传感器1顶端侧(下侧)的检测元件6的顶端侧插入排气管内。

如图1所示，在氧传感器1中，检测元件6、主体金属壳体5、保护罩4、外筒3、外侧端子75、内侧端子70、分隔件8、索环(日文：グロメット)9和加热器100为结构的主体。氧传感器1具有利用主体金属壳体5包围并保持检测元件6的构造。自氧传感器1引出用于将检测元件6的输出信号传输出来的两根引线18。用于向插入到检测元件6内的加热器100通电的两根引线19(在图1中示出了其中的一根。)也自氧传感器1引出。各引线18、引线19与图示省略的设在离开氧传感器1的位置处的外部电路(例如汽车的电子控制装置(ECU))电连接。

检测元件6是用于输出与氧分压相对应的检测值的公知的氧传感器元件。检测元件6具有沿轴线L方向延伸的中空部60，是顶端部78封闭的有底筒状。检测元件6主要包括固体电解质体61、基准电极部62和检测电极部63。固体电解质体61以氧化锆为主要成分，具有氧离子传导性。在固体电解质体61的轴线L方向上的大致中间位置设有向径向突出的凸缘状的凸缘部65。从扩径部67的后端部到检测元件6的顶端部78为止的部分是检测部64，该扩径部67是凸缘部65的一部分，是从顶端侧到后端侧外径逐渐扩大的部位。在氧传感器1安装于排气管(图示省略)的情况下，检测部64暴露在排气管内。

基准电极部62设在固体电解质体61的内周面(内侧表面)。基准电极部62包括引线部68和基准电极69。引线部68由铂或铂合金形成，呈多孔质状形成在固体电解质体61的后端部66的内周面。基准电极69由铂或铂合金形成，以覆盖固体电解质体61的比引线部68靠顶端侧的大致整个内周面的方式形成为多孔质状。基准电极部62借助后述的内侧端子70与一对引线18中的一根(在图1中为右侧)引线18电连接。

检测电极部63设在固体电解质体61的外周面(外侧表面)。检测电极部63由铂或铂合金形成，呈多孔质状形成在固体电解质体61外周面的局部。检测电极部63被由耐热性陶瓷形成的多孔质状的电极保护层(图示省略)覆盖。利用电极保护层保护检测电极部63不受废气的破坏(日文：被毒)。检测电极部63借助后述的外侧端子75与另一根(在图1中为左侧)引线18电连接。

主体金属壳体5由SUS430等不锈钢形成，是具有沿轴线L方向延伸的筒孔57的筒状金属构件。主体金属壳体5在外周自顶端侧起依次包括安装部52、外螺纹部53、工具卡合部54、卡合部55和压紧部56。在安装部52的外周外套并安装有后述的保护罩4。检测元件6的顶端部78比安装部52向顶端侧突出。外螺纹部53用于与排气管的安装部(图示省略)螺纹结合。

工具卡合部54是在外螺纹部53的后端侧在径向上突出的部位。工具卡合部54用于与向排气管的安装部安装氧传感器1时所使用的安装工具卡合。在工具卡合部54与外螺纹部53之间的部位嵌插有环状的密封垫11，该密封垫11用于防止经由排气管的安装部发生漏气。卡合部55与后述的外筒3的顶端部31卡合。压紧部56是向轴线L侧顶端方向压紧(日文：加締)的部位。检测元件6的后端部66比压紧部56向后端侧突出。

在主体金属壳体5的筒孔57内贯穿有检测元件6。在筒孔57与检测元件6之间自顶端侧起依次配置有密封件12、支承构件13、密封件14、填充构件15、套筒16和环17。主体金属壳体5借助密封件12、支承构件13、密封件14、填充构件15、套筒16和环17保持检测元件6。具体而言，主体金属壳体5在筒孔57内具有台阶部59。台阶部59设在筒孔57的顶端侧，是主体金属壳体5的内周向轴线L侧突出而成的部位。支承构件13隔着金属制的密封件12卡定于台阶部59。支承构件13是由氧化铝形成的筒状构件，在内周具有朝向轴线L侧突出的阶梯状部位。支承构件13的阶梯状部位隔着金属制的密封件14与检测元件6的凸缘部65的扩径部67抵接。由此，支承构件13支承检测元件6。填充构件15是填充在支承构件13后端侧的、由滑石粉末形成的构件。套筒16为氧化铝制的筒状构件。套筒16以在其与支承构件13之间隔有填充构件15的方式配置在填充构件15的后端侧。

环17呈环状，配置在套筒16的后端侧。通过向轴线L侧顶端方向压紧主体金属壳体5的压紧部56，而隔着环17用套筒16推压填充构件15。通过对压紧部56进行压紧，从而以使检测元件6的凸缘部65被朝向卡定于主体金属壳体5的台阶部59的支承构件13推压的方式将填充构件15压缩填充在主体金属壳体5的筒孔57内。筒孔57的内周面与检测元件6的外周面之间的间隙被填充构件15气密地填埋。这样，检测元件6被夹持在主体金属壳体5的压紧部56与台阶部59之间的各构件保持在主体金属壳体5的筒孔57内。

保护罩4覆盖检测元件6的顶端部78，用于保护在氧传感器1安装于排气管(图示省略)后检测元件6的暴露在排气管内的检测部64不受废气中含有的水滴和异物等的冲撞影响。保护罩4具有由外侧保护罩41和内侧保护罩45构成的双层构造。外侧保护罩41呈有底筒状，敞开的一侧(后端侧)的周缘部通过焊接接合于安装部52。内侧保护罩45也同样呈有底筒状，固定在外侧保护罩41的内部。在外侧保护罩41的外周面和内侧保护罩45的外周面分别设有导入口42和导入口47，该导入口42和导入口47用于向内部导入废气并向检测元件6的检测部64引导废气。在外侧保护罩41的底面和内侧保护罩45的底面分别设有排出口43和排出口48，该排出口43和排出口48用于排出进入内部的水滴和废气。

外筒3是由SUS304等不锈钢形成的、沿轴线L方向延伸的筒状构件。外筒3安装在主体金属壳体5的后端侧。与外筒3的后端侧相比，外筒3的比大致中央靠顶端侧的部分的直径形成得较大。外筒3的顶端部31外套于主体金属壳体5的卡合部55，自外周侧压紧于卡合部55。顶端部31的整个外周被实施了激光焊接。外筒3包围检测元件6的后端部66的外周、分隔件8的外周和索环9(后述)的外周。

外侧端子75具有形成为筒状的顶端部76和自该顶端部76向后端侧呈棒状延伸的后端部77。顶端部76以其内周面与检测元件6的后端部66的外周面相抵接的方式外套于检测元件6的后端部66。顶端部76具有缝隙，能够在径向弹性挠曲，在朝向轴线L侧的作用力的作用下维持其与检测元件6的后端部66的抵接。由此，能够确保外侧端子75与检测电极部63电连接。内侧端子70也同样地具有形成为筒状的顶端部71和自该顶端部71呈棒状延伸的后端部72。顶端部71以其外周面与引线部68相抵接的方式嵌入中空部60。顶端部71具有缝隙，能够向轴线L侧弹性挠曲，在径向的作用力的作用下维持其与引线部68的抵接。由此，能够确保内侧端子70与基准电极部62电连接。内侧端子70的后端部72和外侧端子75的后端部77各自压紧接合有引线18的芯线。

分隔件8由绝缘性陶瓷形成，形成为筒状。分隔件8配置在比检测元件6的后端部66靠后端侧的位置。分隔件8包括凸缘部81和多个收容部82。

多个收容部82以将内侧端子70的后端部72、外侧端子75的后端部77和后述的两个电极端子130(在图1中仅示出了一个电极端子130)彼此分离的方式收容该后端部72、后端部77和后述的两个电极端子130。各收容部82沿轴线L方向贯通分隔件8，能够使大气在隔着分隔件8的顶端侧与后端侧之间连通。分别与内侧端子70的后端部72和外侧端子75的后端部77连接的两根引线18经由后述的索环9的贯通孔92向氧传感器1的外部引出，并与电子控制装置(图示省略)连接。电子控制装置能够借助基准电极部62和检测电极部63向固体电解质体61通电。

凸缘部81是设在分隔件8外周面的、在径向突出的部位。在外筒3的外周面的与凸缘部81的配置位置的后端相当的部位，且是在周向上的3处以上的部位形成有向内突出的卡合部32。分隔件8的凸缘部81的后端侧的面与卡合部32抵接而限制该分隔件8向上方移动。

在比凸缘部81靠顶端侧且是位于外筒3与分隔件8之间的间隙处配置有保持金属构件85。保持金属构件85是形成为筒状的金属制构件。保持金属构件85具有其后端向内侧弯折而成的支承部86。保持金属构件85以贯穿其内部的分隔件8的凸缘部81的朝向顶端的面卡定于支承部86的方式支承分隔件8。在该状态下，外筒3的配置有保持金属构件85的部分处的外周面被压紧，而将支承分隔件8的保持金属构件85固定于外筒3。

索环9由氟橡胶形成，配置在分隔件8的后端侧。索环9嵌入在外筒3的后端侧的开口33内，通过压紧开口33附近的外周，而将该索环9保持于外筒3。在索环9以沿轴线L方向贯通的方式形成有用于向外筒3内导入大气的连通孔91。氧传感器1构成为：经由连通孔91和分隔件8的收容部82向外筒3内导入大气，检测元件6内的基准电极69暴露在大气中。在连通孔91内插入有由例如聚四氟乙烯(PTFE)等氟树脂形成的薄膜状的过滤件87和该过滤件87的止动配件88，从而能够防止水滴等进入。供引线18和引线19贯穿的5个贯通孔92也彼此独立地形成于索环9(在图1中示出了5个贯通孔92中的两个贯通孔92)。

加热器100用于加热固体电解质体61而使该固体电解质体61活性化。加热器100具有沿轴线L方向延伸的中空部102(参照图2)，呈筒状的形状，该加热器100插入在检测元件6的中空部60内。加热器100的顶端部110与中空部60抵接。加热器100的后端部120自中空部60向后端侧突出，并配置在分隔件8的收容部82内。在中空部60内的后端部附近，加热器100的外周面与内侧端子70的顶端部71的内周面相抵接。

如图2所示，加热器100以氧化铝陶瓷制且呈圆棒状的绝缘管101为芯棒，且以在绝缘管101的外周卷绕有绝缘性较高的氧化铝陶瓷制生坯片140的状态烧成的烧成物为陶瓷基体105。生坯片140以其顶端配置为自绝缘管101的顶端向后端侧偏移1.0mm的状态卷绕于绝缘管101。在陶瓷基体105内埋设有钨系的发热电阻器141。生坯片140由两片片材构成，发热电阻器141在两片片材之间形成为加热器图案(日文：ヒータパターン)，且通过烧成进行埋设。发热电阻器141以其顶端配置为自生坯片140的顶端向后端侧仅偏移0.8mm的状态埋设于生坯片140。发热电阻器141的加热器图案由配置在加热器100的顶端部110的发热体142和与该发热体142的两端各自连接且向后端部120延伸的一对引线部143构成。如图3所示，发热体142包括沿轴线方向延伸的多个延伸部142a，多个延伸部142a中的相邻的延伸部142a之间借助连结部142b连接起来，该发热体142连接在一对引线部143各自的一端侧的端部145之间，以窄幅形成为曲折形状(蜿蜒弯曲形状)。一对引线部143呈直线状彼此平行地延伸。为了使发热体142的图案的电阻大于引线部143的模块的电阻而将发热体142的图案的剖面积形成得较小。当在一对引线部143之间通电时，主要在发热体142处发生发热。

如图2所示，在加热器100的陶瓷基体105的后端部120的外表面上形成有两个电极焊盘150。另外，发热电阻器141的一对引线部143各自在生坯片140内延伸至电极焊盘150的形成位置。在生坯片140的位于两个电极焊盘150的形成位置的部位处分别形成有沿轴线L方向排列的两个通孔144。在各通孔144内填充有金属化墨(日文：メタライズインク)。电极焊盘150和引线部143借助通孔144电连接。

在两个电极焊盘150上分别钎焊有电极端子130(参照图1)。如图1所示，两根引线19与电极端子130连接。两根引线19经由索环9的贯通孔92向氧传感器1的外部引出并与电子控制装置(图示省略)连接。由此，电子控制装置能够向加热器100的发热体142通电。

为了与以往的加热器相比降低耗电量且加快升温速度，本实施方式的加热器100具有以下这样的结构。如图4所示，对于加热器100的与轴线L方向正交的剖面中的含有发热体142的全部剖面(图2中的箭头B所示的范围内的剖面)，中空部102的直径的最大值r与陶瓷基体105的直径的最大值R满足0.36≤r/R≤0.54的关系。加热器100的除中空部102之外的部分的与轴线L方向垂直的剖面的面积S满足4.40mm²≤S≤5.31mm²。

[评价试验1]

进行评价试验1来确认氧传感器1的加热器100的耗电量是否低于以往的加热器的耗电量。制作中空部102的直径的最大值r与陶瓷基体105的直径的最大值R的组合互不相同的试样，并针对各试样测量在以目标温度加热的情况下的耗电量。制作的试样的r/R的值(剖面积S的值)分别为0.25(5.76mm²)、0.36(5.31mm²)、0.42(5.05mm²)、0.48(4.72mm²)、0.51(4.53mm²)和0.54(4.40mm²)。作为目标温度，设定750℃、900℃和1050℃共3种温度。750℃是考虑到在检测在汽车等的排气管(图示省略)内流通的废气中的氧的情况下固体电解质体61的活性化温度而得到的值。试验结果表示在图5和图6中。在图5中，纵轴表示耗电量(W)，横轴表示r/R。在图5中，粗线表示满足0.36≤r/R≤0.54的关系的范围。在图6中，纵轴表示耗电量(W)，横轴表示剖面积S(mm²)。在图6中，粗线表示满足4.40mm²≤S≤5.31mm²的关系的范围。试样数量均为30个，标记的值为30个试样的测量值的平均值。

如图5所示，能够确认的是，在750℃、900℃和1050℃中的任一目标温度的情况下，均是与r/R的值较小的情况相比，r/R的值越大，耗电量越小。以往的加热器的r/R的值为0.23～0.29的范围。能够确认的是，通过使加热器100满足0.36≤r/R的关系，能够相比以往的加热器而言使加热器100的耗电量降低。

如图6所示，能够确认的是，在750℃、900℃和1050℃中的任一温度的情况下，均是与剖面积S的值较大的情况相比，剖面积S的值越小，耗电量越小。以往的加热器的剖面积S的值为5.60mm²～5.80mm²的范围。能够确认的是，通过使加热器100满足S≤5.31mm²，能够相比以往的加热器而言使加热器100的耗电量降低。

[评价试验2]

进行评价试验2来确认氧传感器1的加热器100的升温速度。制作与评价试验1同样的、中空部102的直径的最大值r与陶瓷基体105的直径的最大值R的组合互不相同的试样，并针对各试样测量升温速度。通过测量在初始温度为常温、目标温度为900℃的情况下的、从开始加热加热器100到达到800℃为止所用的时间来测量升温速度。温度是利用用于将自物体放射出的热能图像显示为温度分布的红外热像仪(千野株式会社：thermovision CPA-8000)进行测量的。试验结果表示在图7中。在图7中，纵轴表示温度(℃)，横轴表示自开始加热算起的时间(s)，纵轴表示加热器100的表面温度(℃)。试样数量均为3个，标记的值为3个试样的测量值的平均值。

如图7所示，在任一条件下均是，在开始加热后温度急剧上升，随着超过800℃、接近900℃，温度变化变得平缓。能够确认的是，与r/R的值较小的情况相比，r/R的值越大，升温速度越快。同样地能够确认的是，与剖面积S的值较大的情况相比，剖面积S的值越小，升温速度越快。能够确认的是，通过使加热器100满足0.36≤r/R的关系，能够相比以往的加热器而言使达到800℃所需要的升温速度缩短4秒～5秒左右。同样地能够确认的是，与剖面积S的值较大的情况相比，剖面积S的值越小，升温速度越快。能够确认的是，通过使加热器100满足S≤5.31mm²，能够相比以往的加热器而言使达到800℃所需要的升温速度缩短4秒～5秒左右。

[评价试验3]

进行评价试验3来确认氧传感器1的加热器100的抗折强度。制作多个与评价试验1同样的、中空部102的直径的最大值r与陶瓷基体105的直径的最大值R的组合互不相同的试样，并针对各试样测量假设为加热器100安装于氧传感器1的情况的抗折强度。制作的试样的r/R的值(剖面积S的值)分别为0.25(5.76mm²)、0.42(5.05mm²)、0.48(4.72mm²)、0.51(4.53mm²)和0.54(4.40mm²)。具体而言，如图8示意性地图示那样，将加热器100插入治具200的孔内，使加热器100的顶端侧与治具201的侧面接触。由此，加热器100由治具200和治具201这两处支承。治具200和治具201之间的间隔设为35mm。利用拉伸压缩试验机，在自治具200向顶端侧偏移20mm的部位202处施力直到加热器100折断为止，将折断时的力设为抗折强度(N)。试验结果表示在图9和图10中。在图9中，纵轴表示抗折强度(N)，横轴表示r/R。在图10中，纵轴表示抗折强度(N)，横轴表示剖面积S(mm²)。试样数量均为30个，标记的值为30个试样的测量值的平均值。

根据以往的同样的试验，能够确认的是，在抗折强度为1.5N以下的情况下，在制造过程中，烧成前的绝缘管101容易折断。因此，优选加热器100的抗折强度大于1.5N。如图9所示，能够确认的是，与r/R较小的情况相比，r/R越大，抗折强度越小。能够确认的是，若r/R≤0.54，则抗折强度大于1.5N。

如图10所示，能够确认的是，与剖面积S较大的情况相比，剖面积S越小，抗折强度越小。能够确认的是，若4.40mm²≤S，则抗折强度大于1.5N。

[评价试验4]

进行评价试验4来确认氧传感器1的加热器100的耐热冲击性。制作多个在发热体142中的延伸部142a的宽度w1与彼此相邻的延伸部142a之间的最短距离c1互不相同的试样，在对各试样接通规定时间的过大电压后，测量作用于加热器100的应力，由此评价耐热冲击性。需要说明的是，任一试样均被设计为：r/R的值(剖面积S的值)为0.48(4.72mm²)，发热体142的电阻值为6Ω。另外，试验时的通电条件为14V、9sec。其中，制作的试样的宽度w1与最短距离c1为以下那样。另外，在此所说的最短距离c1是指各延伸部142a彼此相对的侧面之间的最短距离。

试样1：W1＝0.32mm，C1＝0.40mm

试样2：W1＝0.32mm，C1＝0.48mm

试样3：W1＝0.32mm，C1＝0.56mm

试样4：W1＝0.34mm，C1＝0.66mm

试验结果表示在图11中。在图11中，纵轴表示作用于加热器100的应力(MPa)，横轴表示最短距离c1。需要说明的是，在作用于加热器100的应力超过230MPa时，加热器100产生裂纹的危险性较高，因此，在此以230MPa为上限值评价耐热冲击性。换言之，若应力为230MPa以下，则判断为耐热冲击性得到提高。如图11所示，能够确认的是，在试样1～试样3中，仅试样3低于上限值。并且，能够确认的是，在试样3、试样4中，均低于上限值。由此可知，若彼此相邻的延伸部142a之间的最短距离c1为0.56mm以上，则耐热冲击性得到提高。

根据以上的评价试验1～评价试验4能够确认的是，通过使加热器100满足0.36≤r/R≤0.54的关系，能够维持制造时的烧成前的陶瓷基体的强度，并且与以往的加热器相比，能够改善耗电量和升温速度。能够确认的是，通过使加热器100满足4.40mm²≤S≤5.31mm²，能够维持制造时的烧成前的陶瓷基体的强度，并且与以往的加热器相比，能够改善耗电量和升温速度。还能够确认的是，若发热体142中的彼此相邻的延伸部142a之间的最短距离c1为0.56mm以上，则耐热冲击性得到提高。

在所述氧传感器1中，中空部102、陶瓷基体105、发热体142、引线部143和加热器100分别相当于本发明的第一中空部、陶瓷基体、发热体、引线部和加热器。中空部60、固体电解质体61、检测元件6和氧传感器1分别相当于本发明的第二中空部、固体电解质体、检测元件和气体传感器。基准电极部62和检测电极部63相当于本发明的一对电极。

本发明的加热器和气体传感器并不限定于以上详细说明的实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内增加各种变更。例如，也可以适当增加以下的(1)或(2)的变形。

(1)可以适当变更氧传感器的各构件的形状和材料。本发明也可以应用于氧传感器以外的气体传感器。加热器没有必要安装于气体传感器。加热器若满足0.36≤r/R≤0.54的关系，则也可以不满足4.40mm²≤S≤5.31mm²。

(2)可以适当变更发热体142和引线部143的结构。例如，发热体142也可以为螺旋状等其他形状。另外，延伸部除了为直线状外，也可以为曲折状。连结部也可以在延伸部的除端部以外的部位连接延伸部。发热体142和引线部143埋设于陶瓷基体即可。因此，陶瓷基体105没有必要形成为：以圆棒状的绝缘管101为芯棒，且在绝缘管101的外周卷绕生坯片140。生坯片140的顶端相对于绝缘管101的顶端的位置能够适当变更。例如，生坯片140的顶端也可以配置在自绝缘管101的顶端向后端侧偏移0.5mm的位置。发热电阻器141的顶端相对于生坯片140的顶端的位置能够适当变更。例如，发热电阻器141的顶端也可以配置在自生坯片140的顶端向后端侧偏移0.5mm的位置。

Claims (4)

1.一种加热器，该加热器为棒状的加热器，其包括：

陶瓷基体，该陶瓷基体具有沿轴线方向延伸的第一中空部；

发热体，该发热体埋设于所述陶瓷基体；以及

引线部，该引线部埋设于所述陶瓷基体，与所述发热体连接，

该加热器的特征在于，

对于与所述轴线方向正交的剖面中的含有所述发热体的全部剖面，所述第一中空部的直径的最大值r与所述陶瓷基体的直径的最大值R满足0.36≤r/R≤0.54的关系，

所述加热器的除所述第一中空部之外的部分的与所述轴线方向垂直的剖面的面积S满足4.40mm²≤S≤5.31mm²。

2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，

所述发热体具有沿所述轴线方向延伸的多个延伸部，该多个延伸部中的彼此相邻的延伸部之间借助连结部连接起来，

所述彼此相邻的延伸部之间的最短距离为0.56mm以上。

3.一种加热器，该加热器为棒状的加热器，其包括：

陶瓷基体，该陶瓷基体具有沿轴线方向延伸的第一中空部；

发热体，该发热体埋设于所述陶瓷基体；以及

引线部，该引线部埋设于所述陶瓷基体，与所述发热体连接，

该加热器的特征在于，

对于与所述轴线方向正交的剖面中的含有所述发热体的全部剖面，所述第一中空部的直径的最大值r与所述陶瓷基体的直径的最大值R满足0.36≤r/R≤0.54的关系，

所述发热体具有沿所述轴线方向延伸的多个延伸部，该多个延伸部中的彼此相邻的延伸部之间借助连结部连接起来，

所述彼此相邻的延伸部之间的最短距离为0.56mm以上。

4.一种气体传感器，其特征在于，

该气体传感器包括：

检测元件，该检测元件具有固体电解质体和一对电极，该一对电极中的一个电极形成在所述固体电解质体的内表面，该一对电极中的另一个电极形成在所述固体电解质体的外表面，该固体电解质体为顶端封闭且具有第二中空部的有底圆筒状；以及

加热器，其为权利要求1～3中任一项所述的加热器，配置在所述检测元件的所述第二中空部内，能够加热所述检测元件。