JP2009252389A - Ceramic heater and gas sensor - Google Patents
Ceramic heater and gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009252389A JP2009252389A JP2008095712A JP2008095712A JP2009252389A JP 2009252389 A JP2009252389 A JP 2009252389A JP 2008095712 A JP2008095712 A JP 2008095712A JP 2008095712 A JP2008095712 A JP 2008095712A JP 2009252389 A JP2009252389 A JP 2009252389A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode pad
- ceramic
- ceramic heater
- layer
- terminal member
- 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
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、セラミックヒータ及びこのセラミックヒータが用いられたガスセンサに関する。 The present invention relates to a ceramic heater and a gas sensor using the ceramic heater.
従来から、内燃機関等における排ガスに含まれる特定ガス成分の検出や、濃度の測定をおこなうためのガスセンサに用いられるセラミックヒータとして、発熱抵抗体を備えるセラミック基体と、セラミック基体の表面に電極パッドと、ろう材により形成され、外部と電気的に接続される端子部材と電極パットとを接合する接合部と、この接合部の腐食を防止するため、メッキにより被覆するメッキ部を備えるものが知られている(特許文献1乃至特許文献4)。このようなセラミックヒータでは、接合部は電極パッドのセラミック基体と対向する対向面上に設けられるが、この際、電極パッドの対向面と側面(セラミック基体から立接する面)との境界と間隙をおいて設けられ、さらに、接合部が設けられない対向面にメッキ部を当接させて、接合部を覆う形状が知られている。 Conventionally, as a ceramic heater used in a gas sensor for detecting a specific gas component contained in an exhaust gas in an internal combustion engine or the like and measuring a concentration, a ceramic base provided with a heating resistor, and an electrode pad on the surface of the ceramic base It is known to have a joint formed by a brazing material and joining a terminal member and an electrode pad that are electrically connected to the outside, and a plating part that is coated by plating in order to prevent corrosion of the joint. (Patent Documents 1 to 4). In such a ceramic heater, the joint portion is provided on the facing surface of the electrode pad facing the ceramic base. At this time, the boundary and the gap between the facing surface of the electrode pad and the side surface (the surface standing on the ceramic base) are formed. Further, there is known a shape in which a plating portion is brought into contact with an opposing surface provided with a joint portion and is not provided with a joint portion so as to cover the joint portion.
ところで、近年、接合部の熱耐久性を向上させるため、Cu等の高融点(900℃以上)のろう材を用いている。このようなろう材を用いて、端子部材を電極パッドにろう付けすると、セラミック基体との接合のために電極パッドに添加された絶縁性セラミック(例えばアルミナ等)が接合部の表面まで析出し、接合部とメッキ部との密着性を妨げることがあった。そのため、電極パッドに添加する絶縁性セラミックの添加量を低下させるようにしている。
しかしながら、電極パッドに添加される絶縁性セラミックの添加量を低下させると、焼成時に電極パッドを構成する貴金属(例えばタングステン)の焼結が粗雑になる。そして、この粗雑な電極パッドの対向面上にメッキ部を当接させると、メッキ部の成分の一部が電極パッド内に入り込み、その後、熱によって電極パッド内に入り込んだメッキ部の成分が気化してメッキ部と電極パッドの対向面との界面にて剥がれる虞があった。
By the way, in recent years, a brazing material having a high melting point (900 ° C. or higher) such as Cu is used in order to improve the thermal durability of the joint. Using such a brazing material, when the terminal member is brazed to the electrode pad, an insulating ceramic (for example, alumina or the like) added to the electrode pad for bonding to the ceramic base is deposited to the surface of the bonded portion, In some cases, the adhesion between the bonded portion and the plated portion may be hindered. Therefore, the amount of insulating ceramic added to the electrode pad is reduced.
However, if the amount of the insulating ceramic added to the electrode pad is reduced, sintering of the noble metal (for example, tungsten) constituting the electrode pad becomes rough during firing. Then, when the plated portion is brought into contact with the rough surface of the electrode pad, a part of the component of the plated portion enters the electrode pad, and then the component of the plated portion that has entered the electrode pad due to heat is aired. There is a risk that the film will be peeled off at the interface between the plated portion and the opposing surface of the electrode pad.
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、セラミックヒータに形成されるメッキ部が剥がれることを防止することを目的とする。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described conventional problems, and an object thereof is to prevent the plating portion formed on the ceramic heater from peeling off.
本発明の第1の態様は、内部に発熱抵抗体を備えるセラミック基体と、前記発熱抵抗体に通電するために前記セラミック基体の表面上に配置される電極パッドと、ろう材により形成され、外部と電気的に接続される端子部材と前記電極パッドとを接合する接合部と、前記接合部を被覆するメッキ部と、を備えるセラミックヒータにおいて、前記電極パッドは、前記セラミック基体から立設する側面と、該側面に連結し、前記セラミック基体と接触する面と対向する対向面と、を備え、前記接合部は、前記電極パッドの前記対向面と前記側面との境界まで届くように、前記対向面の全体を被覆する。 According to a first aspect of the present invention, a ceramic base including a heating resistor therein, an electrode pad disposed on the surface of the ceramic base for energizing the heating resistor, a brazing material, and an external In a ceramic heater comprising: a joint portion that joins a terminal member electrically connected to the electrode pad; and a plating portion that covers the joint portion, the electrode pad is a side surface provided upright from the ceramic substrate And an opposing surface that is coupled to the side surface and that opposes the surface that contacts the ceramic substrate, and the joint portion reaches the boundary between the opposing surface and the side surface of the electrode pad. Cover the entire surface.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータによれば、接合部が電極パッドの対向面と側面との境界まで届くように、対向面の全体を被覆するため、この接合部を覆うメッキ部が電極パッドの対向面上に形成されない。よって、メッキ部が電極パッドに直接接することを抑制でき、その結果、メッキ部と電極パッドの対向面との界面にて剥がれることを防止できる。
そのうえ、電極パッドに添加される絶縁性セラミックの添加量を低下させることができ、接合部の表面まで絶縁性セラミックが析出することを防止し、接合部とメッキ部の密着性も向上することができる。
According to the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, in order to cover the entire facing surface so that the joining portion reaches the boundary between the facing surface and the side surface of the electrode pad, the plating portion covering the joining portion is provided. It is not formed on the opposing surface of the electrode pad. Therefore, it can suppress that a plating part touches an electrode pad directly, As a result, it can prevent peeling at the interface of a plating part and the opposing surface of an electrode pad.
In addition, the amount of insulating ceramic added to the electrode pad can be reduced, the insulating ceramic can be prevented from depositing to the surface of the joint, and the adhesion between the joint and the plated portion can be improved. it can.
なお、電極パッドの側面は、セラミック基体から立設していれば良く、セラミック基体に対して垂直に立設していても良いし、セラミック基体に対して傾斜して立設していても良い。また、電極パッドの対向面は、セラミック基体と接触する面と対向していればよく、セラミック基体と略平行であっても良いし、略平行でなくとも良い。さらに、「対向面の全体を被覆する」とは、接合部により電極パッドの対向面が視認できないことと同意である。 Note that the side surface of the electrode pad may be erected from the ceramic substrate, may be erected perpendicularly to the ceramic substrate, or may be erected with inclination to the ceramic substrate. . Further, the facing surface of the electrode pad only needs to face the surface in contact with the ceramic base, and may be substantially parallel to the ceramic base or may not be substantially parallel. Furthermore, “covering the entire facing surface” means that the facing surface of the electrode pad cannot be visually recognized by the joint portion.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータにおいて、前記接合部は、前記電極パッドの前記対向面と前記側面との境界を越えて、少なくとも前記側面の一部を被覆してもよい。これにより、メッキ部が電極パッドの側面に回り込みにくくなるため、メッキ部が電極パッドに直接接することをさらに抑制でき、メッキ部と電極パッドとの界面にて剥がれることをさらに防止できる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, the joining portion may cover at least a part of the side surface beyond the boundary between the facing surface and the side surface of the electrode pad. Thereby, since it becomes difficult for a plating part to go around to the side surface of an electrode pad, it can further suppress that a plating part touches an electrode pad directly, and can further prevent peeling at the interface of a plating part and an electrode pad.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータにおいて、前記電極パッドは、多孔質層であってもよい。この場合、電極パッド中に接合部が入り込み、電極パッドと接合部との密着性が向上する。なお、接合部が電極パッドの対向面の全部を被覆するため、メッキ部が多孔質状の電極パッドに直接接することが防止されており、メッキ部と電極パッドの密着性の低下は抑制できる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, the electrode pad may be a porous layer. In this case, the joint portion enters the electrode pad, and the adhesion between the electrode pad and the joint portion is improved. In addition, since the bonding portion covers the entire facing surface of the electrode pad, the plating portion is prevented from coming into direct contact with the porous electrode pad, and a decrease in adhesion between the plating portion and the electrode pad can be suppressed.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータにおいて、前記メッキ部は、3μm以上の厚さを有していてもよい。この場合、メッキ部により接合部の腐食を抑制することができる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, the plated portion may have a thickness of 3 μm or more. In this case, corrosion of the joint portion can be suppressed by the plated portion.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータにおいて、前記電極パッドは、前記セラミック基体の表面側に形成される第1層と、前記接合部側に形成される第2層からなり、前記第2層は、前記第1層によりも前記絶縁性セラミックの含有量が少なくてもよい。この場合、相対的に絶縁性セラミックの含有量が多い第1層により、セラミック基体との密着性を向上しつつ、第1の層中の絶縁性セラミックが相対的に絶縁性セラミックの含有量が少ない第2層によって接合部の表面に析出することを抑制でき、メッキ部の密着性を向上させることができる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, the electrode pad includes a first layer formed on the surface side of the ceramic base and a second layer formed on the bonding portion side, and the second The layer may have a lower content of the insulating ceramic than the first layer. In this case, the first layer having a relatively high content of the insulating ceramic improves the adhesion with the ceramic substrate, while the insulating ceramic in the first layer has a relatively high content of the insulating ceramic. It can suppress depositing on the surface of a junction part with few 2nd layers, and can improve the adhesiveness of a plating part.
本発明の第1の態様に係るセラミックヒータにおいて、前記セラミック基体の延伸方向および前記延伸方向と直交する方向において、前記対向面の半分以上が前記端子部材と対向することが好ましい。この場合、電極パッド中の絶縁性セラミックが端子部材にて接合部の表面に析出するのを抑制することができるためメッキ部の密着性を向上させることができる。 In the ceramic heater according to the first aspect of the present invention, it is preferable that at least half of the facing surface is opposed to the terminal member in the extending direction of the ceramic base and the direction orthogonal to the extending direction. In this case, since it can suppress that the insulating ceramic in an electrode pad precipitates on the surface of a junction part by a terminal member, the adhesiveness of a plating part can be improved.
以下、本発明に係るセラミックヒータおよびセラミックヒータを用いたガスセンサについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a ceramic heater and a gas sensor using the ceramic heater according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A.第1の実施例
A1.ガスセンサの構成:
図1は、本発明の一実施例としてのガスセンサの構成を示した説明図である。ガスセンサ10は、酸素検出素子20と、主体金具11と、内側端子部材30と、外側端子部材40と、セラミックヒータ100と、を備える。
A. First Example A1. Gas sensor configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a gas sensor as one embodiment of the present invention. The
酸素検出素子20は、先端20s(図1下側)が閉じ、後端20k(図1上側)が開口し、軸線AXに沿った軸線方向(図1上下方向)に延びる断面略U字状の有底筒状である。酸素検出素子20は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体21と、固体電解質体21の外周面の一部に、メッキ等によって形成された図示しない外側電極層と、固体電解質体21の内周面の一部に、メッキ等によって形成された図示しない内側電極層を備える。また、酸素検出素子20の外周面において、軸線AX方向の中間部には、径方向外側に突出する係合フランジ部20fが設けられ、後述する主体金具11に係合される。
The
主体金具11は、酸素検出素子20の外周の一部を包囲する筒状に形成され、内部に金属製パッキン81、82、83と、インシュレータ13、13bおよびセラミック粉末14を介在させて、係合フランジ部20fと係合し、酸素検出素子20を保持している。これにより、酸素検出素子20は、主体金具11の内側において気密に保持されている。また、主体金具11は、主体金具11の先端側開口部から突出する酸素検出素子20の先端部を覆うように、プロテクタ15が取り付けられている。このプロテクタ15は、外側プロテクタ15aと内側プロテクタ15bの二重構造を備え、外側プロテクタ15aおよび内側プロテクタ15bには、排気ガスを透過させる複数のガス透過口が形成されている。酸素検出素子20の図示しない外側電極層は、プロテクタ15のガス透過口を通して、排気ガスと接触することができる。
The
主体金具11は、外周面に形成された六角部11cの後端側に接続部11dを備える。接続部11dは、筒状の金属外筒16の先端側が外側から全周レーザ溶接により固着されている。金属外筒16の後端側開口部は、フッ素ゴムで構成されたグロメット17を嵌入させて加締封止されている。グロメット17の先端側には、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ18が配置されている。そして、グロメット17およびセパレータ18を貫通してセンサ出力リード線19、19bおよびヒータリード線12b、12cが配置されている。なお、グロメット17の中央には、軸線AXに沿って貫通口が形成されており、この貫通口に撥水性および通気性を兼ね備えるシート状のフィルタ85を被せた状態の金属パイプ86が嵌め込まれている。これにより、ガスセンサ10の外部の大気はフィルタ85を介して金属外筒16内に導入され、ひいては酸素検出素子20の内部空間G内に導入される。
The
外側端子部材40は、ステンレス鋼板からなり、軸線AXの直交方向断面が略C字状の外嵌部41と、外嵌部41の後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部42と、さらにこの後端側に位置し、センサ出力リード線19bの芯線を加締により把持し、外側端子部材40とセンサ出力リード線19bとを電気的に接続するコネクタ部43とを備える。セパレータ挿入部42は、セパレータ18内に挿入されると共に、このセパレータ挿入部42から分岐して突出するセパレータ当接部42dが、保持孔18dに弾性的に当接することにより外側端子部材40自身をセパレータ18内に保持している。また、外嵌部41は、径方向断面の内接円の径が、酸素検出素子20の後端側における外周面の径より小さく形成されている。このため、外側端子部材40が酸素検出素子20に組み付けられた状態では、外嵌部41は、自身の弾性力により、酸素検出素子20の外周面に形成された外側電極層に押圧力を伴い接触するため、外側電極層との電気的導通を保持している。従って、外側電極層に発生した起電力は、外嵌部41およびセンサ出力リード線19bを介して外部に取り出される。
The
内側端子部材30は、ステンレス鋼板からなり、軸線AXの直交方向断面が馬蹄形状の挿入部33と、挿入部33の後端側中央付近から後端側に延びるセパレータ挿入部32と、さらにこの後端側に位置し、センサ出力リード線19の芯線を加締により把持し、内側端子部材30とセンサ出力リード線19とを電気的に接続するコネクタ部31とを備える。セパレータ挿入部32は、セパレータ18内に挿入されると共に、このセパレータ挿入部32から分岐して突出するセパレータ当接部32dが、保持孔18dに弾性的に当接して、内側端子部材30自身をセパレータ18内に保持している。また、挿入部33は、先端側に突出するヒータ押圧部36を備える。ヒータ押圧部36は、軸線AX方向から見たとき、概ね1/4円弧状に形成されており、挿入部33が酸素検出素子20内に組み付けられたとき、セラミックヒータ100の側面が酸素検出素子20の内周面に当接するようにセラミックヒータ100を押圧する。
The
挿入部33は、径方向断面の外接円の径が、酸素検出素子20の後端側における内周面の径よりも大きく形成されている。このため、内側端子部材30が酸素検出素子20に組み付けられた状態では、挿入部33は、自身の弾性力により、酸素検出素子20の内周面に形成された内側電極層に押圧力を伴い接触するため、内側電極層との電気的導通を保持している。従って内側電極層に発生した起電力は、挿入部33およびセンサ出力リード線19を介して外部に取り出される。
The
セラミックヒータ100は、内部空間G内に配置され、内側端子部材30によって保持されることにより姿勢を維持している。セラミックヒータ100は、後述する端子部材130がヒータリード線12b、12cと接続され、ヒータリード線12b、12cからの電力の供給により、固体電解質体21の内周面を加熱する。セラミックヒータ100の構成については後に詳述する。
The
A2.セラミックヒータの構成:
図2はセラミックヒータの構成を示した説明図である。図3はセラミックヒータの内部構成を示した分解斜視図である。図2に示すように、セラミックヒータ100は、丸棒状(略円柱形状)に形成されている。そして、図1に示すように、酸素検出素子20に内挿されて酸素検出素子20を加熱する。なお、セラミックヒータ100の長手方向の両端部の内、発熱部分を備える側(図2左側)を「先端側」とし、これと反対側の端部を「後端側」として説明する。
A2. Configuration of ceramic heater:
FIG. 2 is an explanatory view showing the configuration of the ceramic heater. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the internal structure of the ceramic heater. As shown in FIG. 2, the
セラミックヒータ100は、セラミック基体102と、電極パッド121と、端子部材130とを備える。図3に示すように、セラミック基体102は、丸棒状のアルミナセラミック製の碍管101の外周に絶縁性の高いアルミナセラミック製のグリーンシート140,146が巻き付けられ、これらを焼成することにより製造される。
The
グリーンシート140上には、ヒータパターンとしてのタングステン系の材料を主体とする発熱抵抗体141が形成されている。発熱抵抗体141は、さらに発熱部142と、発熱部142の両端にそれぞれ接続される一対のリード部143とを備える。グリーンシート140の後端側には、2個のスルーホール144を介して、セラミックヒータ100の外表面上に形成される電極パッド121と電気的に接続される。
On the
グリーンシート146は、グリーンシート140のうち発熱抵抗体141が形成される側の面に圧着されている。グリーンシート146のうち、この圧着面と反対側の面にはアルミナペーストが塗布され、この塗布面を内側にしてグリーンシート140,146が碍管101に巻き付けられて外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミック基体102が形成される。
The
図2に示す電極パッド121は、セラミック基体102上に形成され、陽極側と陰極側の2つを備える。この電極パッド121は、既述のスルーホール144に対応するグリーンシート140の外面の位置に2箇所、それぞれ設けられている。発熱抵抗体141のリード部143との導通は、スルーホール144の内部に充填されている導電性ペーストを介して行われる。
The
電極パッド121は、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種類以上の元素からなる主体材料を97重量%以上含み、アルミナ粉末の含有量が3重量%以下のパッド状の金属層である。タングステンやモリブデンは、銅系のろう材124との接合性がよく、また、融点が高く耐熱性に優れているので電極パッド121の組成として好適である。また、アルミナ粉末の含有量が3重量%以下であるため、表面が多孔質状に形成されている。なお、電極パッド121に含まれる絶縁性セラミックとしては、アルミナ以外に、ムライト、スピネル等が挙げられる。
The
端子部材130は、後述するろう材124を用いて電極パッド121にろう付けされる接合端部133と、平板状に形成されたニッケルからなる加締部135と、加締部135の先端から接合端部133に延設された接続部134とを備える。端子部材130は、ニッケルを90重量%以上含むニッケル部材からなる。
The
接続部134の先端部分は、厚み方向に段状に折り曲げられることにより接合端部133に接続されている。また、端子部材130は、接続部134と加締部135との間において、接続部134の長手方向を軸として略直角にひねるようにねじ曲げられている。また、端子部材130は、加締部135に図1に示すヒータリード線12b、12cの芯線を加締により把持し、発熱抵抗体141とヒータリード線12b、12cとを電気的に接続する。
The distal end portion of the
図4は、接合端部133と電極パッド121との配置を例示した説明図である。なお、図4には、後述する接合部124a及びメッキ部125は省略している。図4に示すように、電極パッド121は、セラミック基体102から立設する側面121bと、側面121bに連結し、セラミック基体102と対向する略矩形形状の対向面121aを備える。なお、対向面121aが略矩形形状を示していることから、側面121bは4箇所設けられている。そして、この対向面121aと4つの側面121bとで境界Elを形成している。また、電極パッド121の側面121bとセラミック基体102とで境界Blが形成されている。端子部材130は、セラミックヒータ100の軸線方向に沿って配置され、接合端部133が対向面121a上に配置されている。このとき、対向面121aの軸線方向の長さをLp、周方向の長さをWpとし、接合端部133の軸線方向の長さをLt、周方向の長さをWtとすると、電極パッド121および端子部材130は、軸線方向ではLp<Lt×2となり、また、周方向ではWp<Wt×2となるように形成されている。
FIG. 4 is an explanatory view illustrating the arrangement of the joining
図5は接合端部133と電極パッド121とが接合部124aにより接合された状態を例示した説明図である。なお、図5では、後述するメッキ部125は省略している。図4に示すように、ろう材124により、接合端部133と電極パッド121の対向面121aとを被覆するようにして端子部材130と電極パッド121とを接合する。このとき、ろう材124は対向面121a全面を覆うと共に、境界El上を越えて側面121bまで被覆した状態となる。このろう付けにより、端子部材130と電極パッド121とを接合する接合部124aが形成される。この接合部124aは特許請求の範囲における「接合部」に該当する。ろう材124は、50重量%を上回る量の銅が含有されている。なお、本実施例では、銅100重量%のろう材124を用いて、電極パッド121と端子部材130とをろう付けしている。
FIG. 5 is an explanatory view exemplifying a state in which the joining
図6は、図2のA−A断面の一部を例示した説明図である。電極パッド121は、碍管101の外周に巻かれたグリーンシート140の外面上に形成され、スルーホール144を介してグリーンシート140の内面に形成されているリード部143と導通されている。ろう材124により形成された接合部124aおよび接合端部133の上には、ニッケルによるメッキ部125形成されている。メッキ部125は、接合端部133および接合部124a上において最も薄い部分の厚さが3μm以上となるように形成されている。接合部124aが電極パッド121の対向面121aの全体を被覆し、さらに電極パッド121の側面121bの一部まで回り込んでいるため、メッキ部125は電極パッド121との接触が抑制されている。このメッキ部125により、接合部124aの酸化による腐食が抑制されている。
FIG. 6 is an explanatory view illustrating a part of the AA cross section of FIG. 2. The
A3.セラミックヒータの製造方法:
図3に示すグリーンシート140に対して発熱抵抗体141および電極パッド121となる金属抵抗体インク(メタライズインク)を所定のパターン形状に塗布(印刷)し、かつ、スルーホール144の内部にメタライズインク(または、導電性ペースト)を充填する処理をおこなう。次に、グリーンシート140にグリーンシート146を圧着し、グリーンシート140およびグリーンシート146を碍管101に巻き付けて、セラミックヒータ成形体を形成する処理をおこなう。続いて、このセラミックヒータ成形体を焼成することで、グリーンシート140,146および碍管101が一体となったセラミック基体102を形成する処理をおこなう。
A3. Manufacturing method of ceramic heater:
A metal resistor ink (metalized ink) to be a
ここまでの処理は、発熱抵抗体141が形成されているセラミック基体102に対して、金属抵抗体インク(メタライズインク)を塗布して電極パッド121を形成する電極パッド形成工程に相当する。
The processing so far corresponds to an electrode pad forming step in which the
次に、図5に示すように電極パッド121の上に、ろう材124および端子部材130を互いに接触するように配置する。そして、この状態で、900℃以上に加熱してろう材124を溶融させて、端子部材130と電極パッド121とをろう付けにより接合する処理を実施する(接合工程)。この接合工程では、電極パッド121上の対向面121a全体にろう材124が拡がるようにろう付けし、ろう材124により対向面121aが被覆された状態とする。
Next, as shown in FIG. 5, the
そして、図6に示すように電極パッド121および端子部材130の接合部124a(ろう付け部分)を覆うように、無電解メッキ法によりニッケルメッキを施して、メッキ部125を形成する処理をおこなう(メッキ層形成工程)。これにより端子部材130および接合部124a(ろう付け部分)は、メッキ部125によって、酸化などによる腐食から保護される。
Then, as shown in FIG. 6, nickel plating is performed by an electroless plating method so as to cover the
以上、第1の実施例によれば、接合部124aが電極パッド121の対向面121aの全体を被覆するため、この接合部124aを覆うメッキ部125が電極パッド121の対向面121a上に形成されない。よって、メッキ部125が直接、電極パッド121に接触することを抑制でき、メッキ部125の密着性を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, since the
さらに、接合部124aが、電極パッド121の対向面121aと側面121bの境界EIを越えて側面121bの一部を被覆しているため、メッキ部125が電極パッド121の側面121bに回り込みにくくなるため、メッキ部125が電極パッド121に直接接することをさらに抑制できる。
Furthermore, since the
第1の実施例によれば、メッキ部125は3μm以上の厚さを有して端子部材130および接合部124aを被覆しているため、端子部材130および接合部124a(ろう付け部分)が腐食することを抑制できる。
According to the first embodiment, since the plated
第1の実施例によれば、電極パッド121の対向面121aは、セラミックヒータ100の延伸方向および延伸方向と直交する方向に見たときに、電極パッド121の対向面121aの半分以上が端子部材130と対向している。これにより電極パッド121中の絶縁性セラミックが端子部材130にて接合部124aの表面に析出することを防止でき、メッキ部125の密着性を向上できる。
According to the first embodiment, when the opposing
B.第2の実施例:
第2の実施例では接合部124aが電極パッド121の側面121bとセラミック基体102との境界Bl上を被覆するセラミックヒータ100について説明する。第2の実施例に係るセラミックヒータ100を用いたガスセンサ10の構成については第1の実施例と同様であり、セラミックヒータ100の接合部124aのみが異なる。第2の実施例において第1の実施例と同一の符号を付した構成要素は、第1の実施例の各構成要素と同一である。
B. Second embodiment:
In the second embodiment, the
図7は第2の実施例に係る接合部124aの状態を例示した説明図である。なお、図7では、メッキ部125を省略している。図8は、第2の実施例に係るセラミックヒータのA−A断面の一部を例示した説明図である。第1の実施例では、端子部材130と電極パッド121とを接合しているろう材124は、境界El上を被覆しているが、第2の実施例ではさらに、電極パッド121の側面121bとセラミック基体102との境界Blまで被覆する。ろう材124は原材料は第1の実施例と同様である。
FIG. 7 is an explanatory view illustrating the state of the
図8に示すように、ろう材124により形成された接合部124aの上には、メッキ部125が形成されている。接合部124aが電極パッド121の対向面121aおよび側面121bの全体を被覆しているため、メッキ部125は電極パッド121との接触がほぼ完全に規制されている。
As shown in FIG. 8, a plated
第2の実施例によれば、接合部124aが、電極パッド121の側面121bとセラミック基体102との境界Blを被覆しているため、メッキ部125が電極パッド121と接触することをより抑制でき、メッキ部125の密着性を向上させることができる。
According to the second embodiment, since the joining
C.第3の実施例:
第3の実施例では多層構造の電極パッドを備えるセラミックヒータ100について説明する。第3の実施例に係るセラミックヒータ100を用いたガスセンサ10の構成については第1の実施例と同様であり、電極パッドの構造のみが異なる。第3の実施例において第1の実施例と同一の符号を付した構成要素は、第1の実施例の各構成要素と同一である。
C. Third embodiment:
In the third embodiment, a
図9は、第3の実施例に係るセラミックヒータの内部構成を示した分解斜視図である。セラミックヒータ100は第1の実施例における電極パッド121の替わり多層電極パッド151を備える。多層電極パッド151は、下層電極パッド155および上層電極パッド153が積層された2層構造である。多層電極パッド151は、グリーンシート140に面する側に下層電極パッド155が配置され、下層電極パッド155を覆うように上層電極パッド153が積層されている。セラミック基体102および端子部材130については第1の実施例と同様であるため説明を省略する。下層電極パッド155は特許請求の範囲における「第1層」に該当し、また、上層電極パッド153は特許請求の範囲における「第2層」に該当する。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the ceramic heater according to the third embodiment. The
多層電極パッド151を形成するための電極用インクとしては、セラミックの主成分であるアルミナの含有量が、下層電極用インクと上層電極用インクとで異なり、上層電極用インクにおけるアルミナの含有量が下層電極用インクにおけるアルミナの含有量より少ないものを用いる。
As the electrode ink for forming the
具体的には、タングステン粉末90重量%とアルミナ粉末10重量%とを配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部とをそれぞれ添加し、ポットでスラリー上に混合した後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより下層電極用インクを生成する。また、タングステン粉末97重量%とアルミナ粉末3重量%とを配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部とをそれぞれ添加し、ポットでスラリー上に混合した後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより上層電極用インクを生成する。 Specifically, 6 parts by weight of a resin binder, 100 parts by weight of acetone, and 70 parts by weight of butyl carbitol with respect to 100 parts by weight of a raw material powder in which 90% by weight of tungsten powder and 10% by weight of alumina powder are blended. Are added and mixed on the slurry in a pot, then degassed under reduced pressure, and acetone is evaporated to produce an ink for a lower electrode. Also, 6 parts by weight of a resin binder, 100 parts by weight of acetone, and 70 parts by weight of butyl carbitol are added to 100 parts by weight of raw material powder in which 97% by weight of tungsten powder and 3% by weight of alumina powder are blended. Then, after mixing on the slurry in a pot, defoaming under reduced pressure and evaporating acetone produce an upper electrode ink.
そして、電極パッド形成工程においては、下層電極用インクを塗布した後、下層用電極用インクの上に上層電極用インクを重ねて塗布することで、2層からなる電極用インクを形成し、その後、焼成することにより、2層からなる電極パッドを形成することができる。 In the electrode pad forming step, after applying the lower layer electrode ink, the upper layer electrode ink is applied on the lower layer electrode ink to form a two-layer electrode ink, and then By baking, an electrode pad composed of two layers can be formed.
このように、2種類の電極用インクを用いて、2層構造の多層電極パッド151を形成することで、下層電極用インクにより形成される下層電極パッド155とセラミック基体102との接合状態を良好にすることができる。
Thus, by forming the
2種類の電極用インクを用いて、2層構造の多層電極パッド151を形成することで、上層電極用インクにより形成される上層電極パッド153によって接合部124aの表面にアルミナが析出するのを抑制することができる。
By forming the
D.変形例
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施可能である。
D. Modifications The present invention can be implemented in various modes without departing from the spirit of the present invention.
第1の実施例では、接合部124aが境界EIを越えて、側面121bまで設けられていたが、接合部124aを側面121bまで設けずに、境界EIに届くようにしつつ、対向面121aの全体を覆うように設けられていても良い。
In the first embodiment, the
D1.変形例1:
第1の実施例では、電極パッド121は、アルミナ粉末の含有量が3重量%以下であり表面が多孔質状に形成されているが、アルミナ粉末の含有量が3重量%以上であり、表面が多孔質状に形成されていない電極パッド121においても本発明は適用可能である。
D1. Modification 1:
In the first embodiment, the
D2.変形例2:
第1の実施例では、端子部材130は、ニッケルを90重量%以上含むニッケル部材を用いて形成したが、ニッケル部材とSUS部材とを積層状にクラッドさせたクラッド材として構成してもよい。また、第1〜第3の実施例では、端子部材130は断面が略矩形形状であったが、これに限られず、断面が略円形状であってもよい。
D2. Modification 2:
In the first embodiment, the
D3.変形例3:
第3の実施例では、上層電極パッド153を構成する上層電極用インクには、アルミナ粉末を3重量%含有させているが、アルミナ粉末は3重量%以下でもよいし、また、アルミナ粉末を含有してなくてもよい。
D3. Modification 3:
In the third embodiment, the upper electrode ink constituting the
D4.変形例4:
本実施例では、丸棒状のアルミナセラミック製の碍管101により形成されたセラミックヒータ100について示しているが、セラミックヒータ100は、板状のアルミナセラミック基体を用いて板状に形成されたものであってもよい。
D4. Modification 4:
In this embodiment, the
本発明は、上記以外の種々の態様で、実現可能であり、例えば、セラミックの基体と、電極パッドと、接合部と、メッキ部と、を備えるセラミックヒータの製造方法、本発明に係るセラミックヒータを備えたガスセンサ素子、または、本発明に係るセラミックヒータを備えたガスセンサなどの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various aspects other than the above. For example, a method of manufacturing a ceramic heater including a ceramic base, an electrode pad, a joint, and a plated portion, and the ceramic heater according to the present invention It can be realized in the form of a gas sensor element provided with or a gas sensor provided with a ceramic heater according to the present invention.
以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example and the modification, Embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents thereof are included in the present invention.
10…ガスセンサ
11…主体金具
20…酸素検出素子
30…内側端子部材
40…外側端子部材
100…セラミックヒータ
101…碍管
102…セラミック基体
121…電極パッド
124…ろう材
124a…接合部
125…メッキ部
130…端子部材
133…接合端部
140,146…グリーンシート
141…発熱抵抗体
151…多層電極パッド
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記発熱抵抗体に通電するために前記セラミック基体の表面上に配置される電極パッドと、
ろう材により形成され、外部と電気的に接続される端子部材と前記電極パッドとを接合する接合部と、
前記接合部を被覆するメッキ部と、を備えるセラミックヒータにおいて、
前記電極パッドは、前記セラミック基体から立設する側面と、該側面に連結し、前記セラミック基体と接触する面と対向する対向面と、を備え、
前記接合部は、前記電極パッドの前記対向面と前記側面との境界まで届くように、前記対向面の全体を被覆するセラミックヒータ。 A ceramic substrate with a heating resistor inside;
An electrode pad disposed on the surface of the ceramic substrate to energize the heating resistor;
A joining portion formed by a brazing material and joining the electrode pad and a terminal member electrically connected to the outside;
In a ceramic heater provided with a plating portion that covers the joint portion,
The electrode pad includes a side surface erected from the ceramic base, and a facing surface that is connected to the side surface and faces the surface that contacts the ceramic base.
The ceramic heater that covers the entire facing surface so that the joint reaches the boundary between the facing surface and the side surface of the electrode pad.
前記接合部は、前記電極パッドの前記対向面と前記側面との境界を越えて、少なくとも前記側面の一部を被覆するセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1,
The bonding portion is a ceramic heater that covers at least a part of the side surface beyond a boundary between the facing surface and the side surface of the electrode pad.
前記電極パッドは、多孔質層であるセラミックヒータ。 In the ceramic heater according to claim 1 or 2,
The electrode pad is a ceramic heater which is a porous layer.
前記メッキ部は、3μm以上の厚さを有するセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 3,
The plated portion is a ceramic heater having a thickness of 3 μm or more.
前記電極パッドは、前記セラミック基体の表面側に形成される第1層と、前記接合部側に形成される第2層からなり、
前記第1層及び前記第2層は、貴金属材料及び絶縁性セラミックが含有されており、
前記第2層は、前記第1層よりも前記絶縁性セラミックの含有量が少ないセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 4,
The electrode pad includes a first layer formed on the surface side of the ceramic base and a second layer formed on the bonding portion side,
The first layer and the second layer contain a noble metal material and an insulating ceramic,
The second layer is a ceramic heater in which the content of the insulating ceramic is smaller than that of the first layer.
前記セラミック基体の延伸方向および前記延伸方向と直交する方向において、前記対向面の半分以上が前記端子部材と対向しているセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 5,
A ceramic heater in which at least half of the facing surface faces the terminal member in the extending direction of the ceramic substrate and in a direction orthogonal to the extending direction.
前記ヒータが、請求項1から請求項6のいずれかに記載のセラミックヒータであるガスセンサ。 A gas sensor element comprising a bottomed cylindrical solid electrolyte body with a closed tip, an outer electrode disposed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte body, an inner electrode disposed on the inner peripheral surface of the solid electrolyte body, and the gas sensor A gas sensor having a heater inserted and arranged in the element,
A gas sensor, wherein the heater is a ceramic heater according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008095712A JP2009252389A (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Ceramic heater and gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008095712A JP2009252389A (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Ceramic heater and gas sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009252389A true JP2009252389A (en) | 2009-10-29 |
Family
ID=41312929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008095712A Pending JP2009252389A (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Ceramic heater and gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009252389A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011257349A (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2017016744A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 京セラ株式会社 | heater |
-
2008
- 2008-04-02 JP JP2008095712A patent/JP2009252389A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011257349A (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
JP2017016744A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 京セラ株式会社 | heater |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5019545B2 (en) | Ceramic joint, ceramic heater and gas sensor | |
US4668375A (en) | Electric connection terminal for a sensor element utilizing ceramics | |
JP5373837B2 (en) | Gas sensor element and gas sensor | |
US7078659B2 (en) | Corrosion resistance structure of ceramic heater and gas sensor equipped with same | |
US8623188B2 (en) | Gas sensor | |
US8359905B2 (en) | Ceramic heater and gas sensor including the same | |
JP5723324B2 (en) | Ceramic heater and gas sensor | |
JP4954145B2 (en) | Ceramic heater and gas sensor | |
JP4641006B2 (en) | Ceramic joined body and ceramic heater | |
JP2009252389A (en) | Ceramic heater and gas sensor | |
JP2006294479A (en) | Brazed junction and ceramic heater | |
JP2019027847A (en) | Gas sensor | |
JP4485010B2 (en) | Ceramic element and electrode assembly | |
JP4445891B2 (en) | Ceramic heater and gas sensor | |
JP5868276B2 (en) | Ceramic heater, gas sensor, and method of manufacturing ceramic heater | |
JP4700573B2 (en) | Manufacturing method of ceramic heater | |
JP2016119277A (en) | Ceramic joined body, ceramic heater and sensor | |
JP5405929B2 (en) | Ceramic heater | |
JP2006300750A (en) | Gas sensor, and method of manufacturing gas sensor | |
JP4464801B2 (en) | Gas sensor | |
JP2002107335A (en) | Manufacturing method for laminated gas sensor element | |
JP5296031B2 (en) | Gas sensor | |
JP4422581B2 (en) | Gas sensor | |
JP6395239B2 (en) | Ceramic heater type glow plug | |
JP6532779B2 (en) | Ceramic heater and sensor |