JP2016122489A - Ceramic heater and sensor - Google Patents

Ceramic heater and sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2016122489A
JP2016122489A JP2014259911A JP2014259911A JP2016122489A JP 2016122489 A JP2016122489 A JP 2016122489A JP 2014259911 A JP2014259911 A JP 2014259911A JP 2014259911 A JP2014259911 A JP 2014259911A JP 2016122489 A JP2016122489 A JP 2016122489A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
end side
ceramic heater
lead portion
width
electrode pad
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.)
Granted
Application number
JP2014259911A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6291411B2 (en
Inventor
裕次郎 角
Yujiro Sumi
裕次郎 角
秀一 大迫
Shuichi Osako
秀一 大迫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2014259911A priority Critical patent/JP6291411B2/en
Priority to CN201510752165.9A priority patent/CN105744658B/en
Publication of JP2016122489A publication Critical patent/JP2016122489A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6291411B2 publication Critical patent/JP6291411B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for suppressing occurrence of breakage or cracking in the heater body where a lead and a pad are formed.SOLUTION: In a ceramic heater including a heater body 102 formed of insulating ceramic, a heat element 141 embedded in the heater body 102, and an electrode pad 121 arranged on the outer surface of the heater body 102, and connected electrically with the heat element 141, the heat element 141 has a rear end side lead 143c arranged in the projection domain S of the electrode pad 121, and narrower than the width D of the electrode pad 121 over the whole area of the projection domain S, a tip side lead 143a arranged closer to the tip side than the rear end side lead 143c, and wider than the width C of the rear end side lead 143c, and a heating part 142 arranged closer to the tip side than the tip side lead 143a, and narrower than the width B of the tip side lead 143a.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、発熱抵抗体及び電極パッドを有するセラミックヒータ及びこのセラミックヒータを備えるセンサに関する。   The present invention relates to a ceramic heater having a heating resistor and an electrode pad, and a sensor including the ceramic heater.

従来、アルミナ等の絶縁性セラミックから形成されるヒータ本体部と、このヒータ本体部内に埋設された発熱抵抗体と、ヒータ本体部の外表面上に配置され、発熱抵抗体に電気的に接続された電極パッドと、発熱抵抗体と電極パッドとを接続する導体部と、を有するセラミックヒータが知られている。   Conventionally, a heater body formed of an insulating ceramic such as alumina, a heating resistor embedded in the heater body, and an outer surface of the heater body are electrically connected to the heating resistor. There has been known a ceramic heater having an electrode pad and a conductor portion connecting the heating resistor and the electrode pad.

このセラミックヒータには、外部機器とリード線を介して接続する接続端子が電極パッド上にロウ材等によって接続されており、外部機器を介して発熱抵抗体に通電することが可能となっている。(特許文献1)。   In this ceramic heater, a connection terminal connected to an external device via a lead wire is connected to the electrode pad by a brazing material or the like, and it is possible to energize the heating resistor via the external device. . (Patent Document 1).

特開2014−13649号公報JP 2014-13649 A

ところで、特許文献1に示すように、発熱抵抗体は、先端側に発熱部を有し、後端側に一対のリード部を有しており、先端側の発熱部の幅は、リード部の幅よりも幅狭となっている。これは、発熱部により発熱集中させるため、発熱部の比抵抗をより高くするためである。つまり、発熱抵抗体に通電した際、発熱部の比抵抗がリード部よりも高いため、より発熱部に発熱集中することが可能となり、効率よくセラミックヒータを使用することができる。   By the way, as shown in Patent Document 1, the heating resistor has a heat generating portion on the front end side and a pair of lead portions on the rear end side, and the width of the heat generating portion on the front end side is equal to that of the lead portion. It is narrower than the width. This is because the specific resistance of the heat generating part is increased because heat generation is concentrated by the heat generating part. That is, when the heating resistor is energized, since the specific resistance of the heat generating portion is higher than that of the lead portion, heat generation can be more concentrated in the heat generating portion, and the ceramic heater can be used efficiently.

一方、特許文献1に示すように、リード部の幅は、発熱部の幅よりも幅広でありつつ、セラミックヒータの軸線方向に沿って略均一である。そのため、リード部と電極パッドとが対向する領域において、電極パッドの幅に比べてリード部の幅が大きくなる場合があった。そして、このような場合、以下に示すような事象によって、ヒータ本体部のうち、電極パッドの幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じるおそれがあった。   On the other hand, as shown in Patent Document 1, the width of the lead portion is substantially uniform along the axial direction of the ceramic heater while being wider than the width of the heat generating portion. Therefore, in the region where the lead portion and the electrode pad face each other, the width of the lead portion may be larger than the width of the electrode pad. In such a case, due to the following events, the heater main body may be cut or cracked in the vicinity of the edge in the width direction of the electrode pad.

丸棒状のセラミックヒータは、通常、図8に示すような、板状のセラミック層1400の上下面に、それぞれ電極パッド1210及び発熱抵抗体1410を印刷形成し、その後、このセラミック層1400を円柱状又は円筒状の碍管(図示せず)に巻きつけることで、形成される。なお、図8は、セラミック層1400を幅方向に沿って切断した断面図を示している。   In a round bar-shaped ceramic heater, electrode pads 1210 and heating resistors 1410 are usually printed on the upper and lower surfaces of a plate-shaped ceramic layer 1400 as shown in FIG. 8, and then the ceramic layer 1400 is formed into a cylindrical shape. Alternatively, it is formed by winding it around a cylindrical soot tube (not shown). FIG. 8 shows a cross-sectional view of the ceramic layer 1400 cut along the width direction.

この際、板状のセラミック層1400の下面に、ペースト状の金属導体を印刷し、所望の形状を有する発熱抵抗体1410を形成すると、その後に発熱抵抗体1410が乾燥することで発熱抵抗体1410が収縮してしまう。つまり、発熱抵抗体1410は、図8を示すように、セラミック層1400の幅方向内側に収縮する(矢印W1参照)。そして、発熱抵抗体1410の収縮の影響により、セラミック層1400の上面側には、幅方向外側に応力が掛かることとなる(矢印Y1参照)。   At this time, when a paste-like metal conductor is printed on the lower surface of the plate-like ceramic layer 1400 to form a heat generating resistor 1410 having a desired shape, the heat generating resistor 1410 is then dried, whereby the heat generating resistor 1410 is dried. Will shrink. That is, the heating resistor 1410 contracts inward in the width direction of the ceramic layer 1400 as shown in FIG. 8 (see arrow W1). Then, due to the shrinkage of the heating resistor 1410, stress is applied to the upper surface side of the ceramic layer 1400 on the outer side in the width direction (see arrow Y1).

その後、セラミック層1400の上面に、ペースト状の金属導体を印刷し、電極パッド1210を形成すると、発熱抵抗体1410と同様に、電極パッド1210が乾燥することで、電極パッド1210が幅方向内側に収縮してしまう(矢印Z1参照)。その結果、発熱抵抗体1410の影響によるセラミック層1400の上面の応力(矢印Y1)の向きと、電極パッド1210が収縮するときの応力(矢印Z1)の向きとが反対方向に離れるように生じることとなる。   After that, when a paste-like metal conductor is printed on the upper surface of the ceramic layer 1400 and the electrode pad 1210 is formed, the electrode pad 1210 is dried like the heating resistor 1410 so that the electrode pad 1210 is placed inward in the width direction. Shrink (see arrow Z1). As a result, the direction of the stress (arrow Y1) on the upper surface of the ceramic layer 1400 due to the influence of the heating resistor 1410 and the direction of the stress (arrow Z1) when the electrode pad 1210 contracts are separated in the opposite direction. It becomes.

このような状況の中、さらにセラミック層1400を碍管に巻きつけると、セラミック層1400の上面側の応力がさらに大きくなり、その結果、形成されたヒータ本体部のうち、電極パッドの幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じるおそれがあった。   In such a situation, when the ceramic layer 1400 is further wound around the soot tube, the stress on the upper surface side of the ceramic layer 1400 is further increased. As a result, in the formed heater main body, the end of the electrode pad in the width direction is increased. There was a risk of cutting or cracking in the vicinity of the edge.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、リード部と電極パッドとが形成されるヒータ本体部に切れやクラックが発生することを抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of cuts and cracks in a heater main body portion where lead portions and electrode pads are formed.

本発明は、軸線方向に延びる丸棒状のセラミックヒータであって、絶縁性セラミックから形成されるヒータ本体部と、該ヒータ本体部内に埋設された発熱抵抗体と、前記ヒータ本体部の外表面上に配置され、該発熱抵抗体に電気的に接続された電極パッドと、前記発熱抵抗体と前記電極パッドとを接続する導体部と、を備えるセラミックヒータであって、
前記発熱抵抗体は、前記電極パッドを前記軸線方向に垂直な方向に投影した投影領域内に配置されると共に、前記投影領域の全域にわたり前記電極パッドの幅よりも幅狭な後端側リード部と、前記後端側リード部よりも先端側に配置され、前記後端側リード部の幅よりも幅広な先端側リード部と、前記先端側リード部よりも先端側に配置され、前記先端側リード部の幅よりも幅狭な発熱部と、を有することを特徴とする。
The present invention relates to a round bar-shaped ceramic heater extending in the axial direction, a heater main body formed of insulating ceramic, a heating resistor embedded in the heater main body, and an outer surface of the heater main body. An electrode pad electrically connected to the heating resistor, and a conductor portion connecting the heating resistor and the electrode pad, and a ceramic heater comprising:
The heating resistor is disposed in a projection region in which the electrode pad is projected in a direction perpendicular to the axial direction, and a rear end side lead portion that is narrower than the width of the electrode pad over the entire projection region. And a distal end side lead portion wider than a width of the rear end side lead portion and a distal end side than the distal end side lead portion, And a heat generating portion narrower than the width of the lead portion.

本発明のセラミックヒータによれば、発熱抵抗体は、電極パッドを軸線方向に垂直な方向に投影した投影領域内に配置されると共に、投影領域内の全域にわたり、電極パッドの幅よりも幅狭な後端側リード部を有している。これにより、後端側リード部の収縮の影響によるヒータ本体部にかかる応力と、電極パッドの収縮の応力とが生じたとしても、両者の応力の向きが互いを打消し合う向きとなり、ヒータ本体部のうち、電極パッドの幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることを抑制できる。   According to the ceramic heater of the present invention, the heating resistor is disposed in a projection area obtained by projecting the electrode pad in a direction perpendicular to the axial direction, and is narrower than the width of the electrode pad over the entire projection area. And a rear end side lead portion. As a result, even if the stress applied to the heater body due to the contraction of the rear end side lead part and the stress of the electrode pad contraction occur, the directions of the stresses cancel each other, and the heater body It can suppress that a cutting | disconnection, a crack, etc. arise in the edge part vicinity of the width direction of an electrode pad among parts.

さらに、本発明のセラミックヒータによれば、後端側リード部よりも先端側に配置され、後端側リード部の幅よりも幅広な先端側リード部と、先端側リード部よりも先端側に配置され、先端側リード部の幅よりも幅狭な発熱部とを有している。このように、発熱部や後端側リード部よりも幅広い先端側リード部を形成することで、発熱部に発熱集中することが可能であり、効率よくセラミックヒータを使用することができる。   Furthermore, according to the ceramic heater of the present invention, the leading end side lead portion disposed on the leading end side with respect to the trailing end side lead portion and wider than the width of the trailing end side lead portion, and the leading end side with respect to the leading end side lead portion. And a heat generating portion that is narrower than the width of the leading end side lead portion. In this way, by forming the leading end side lead portion wider than the heating portion and the rear end side lead portion, it is possible to concentrate heat generation on the heating portion, and the ceramic heater can be used efficiently.

また、本発明のセラミックヒータは、前記発熱部の幅が、前記後端側リード部の幅よりも幅狭であることが好ましい。このように、発熱部の幅が後端側リード部の幅よりも幅狭であることで、後端側リード部で発熱することなく、発熱部に確実に発熱集中することが可能となり、効率よくセラミックヒータを使用することができる。   In the ceramic heater of the present invention, it is preferable that a width of the heat generating portion is narrower than a width of the rear end side lead portion. In this way, the width of the heat generating part is narrower than the width of the rear end side lead part, so that heat generation can be surely concentrated on the heat generating part without generating heat at the rear end side lead part. A ceramic heater can be used well.

また、本発明のセラミックヒータは、前記発熱抵抗体が、前記先端側リード部と前記後端側リード部とを接続すると共に、軸線方向後端側に向かうにつれて幅が減少する接続リード部を有することが好ましい。このように、軸線方向後端側に向かうにつれて幅が減少する接続リード部を有することで、先端側リード部と後端側リード部とに電界の集中しやすい角部が形成されないため、絶縁性が低下することを抑制できる。   Further, in the ceramic heater of the present invention, the heating resistor has a connection lead portion that connects the front end side lead portion and the rear end side lead portion and decreases in width toward the rear end side in the axial direction. It is preferable. Thus, by having the connection lead portion whose width decreases toward the rear end side in the axial direction, the corner portion where the electric field tends to concentrate is not formed on the front end side lead portion and the rear end side lead portion. Can be suppressed.

さらに、本発明のセラミックヒータは、前記接続リード部が、前記投影領域よりも先端側に配置されていることを特徴とする。これにより、投影領域内にて、確実に電極パッドの幅よりもリード部の幅を幅狭にすることが可能となり、ヒータ本体部のうち、電極パッドの幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることをさらに抑制できる。   Furthermore, the ceramic heater according to the present invention is characterized in that the connection lead portion is disposed on the tip side of the projection region. This makes it possible to make the width of the lead part narrower than the width of the electrode pad within the projection area, and cut or crack near the edge of the heater body in the width direction of the electrode pad. Etc. can be further suppressed.

また、本発明のセンサは、有底筒状のセンサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具と、前記センサ素子の筒孔内に配置されるセラミックヒータと、を備えるセンサであって、
前記セラミックヒータは、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のセラミックヒータであることを特徴とする。
Further, the sensor of the present invention is a sensor comprising a bottomed cylindrical sensor element, a metal shell for holding the sensor element, and a ceramic heater disposed in the cylindrical hole of the sensor element,
The ceramic heater is the ceramic heater according to any one of claims 1 to 4.

このように、有底筒状のセンサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具と、前記センサ素子の筒孔内に配置されるセラミックヒータと、を備えるセンサに、本発明のセラミックヒータを用いることで、ヒータ本体部のうち、電極パッドの幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることをさらに抑制できる。   As described above, the ceramic heater of the present invention is used for a sensor including a bottomed cylindrical sensor element, a metal shell for holding the sensor element, and a ceramic heater disposed in the cylindrical hole of the sensor element. Thus, it is possible to further suppress the occurrence of cutting or cracking in the vicinity of the edge in the width direction of the electrode pad in the heater main body.

実施形態1のセンサ1の全体構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the whole structure of the sensor 1 of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のセラミックヒータ100の外観を表した斜視図である。1 is a perspective view illustrating an appearance of a ceramic heater 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1のセラミックヒータ100の内部構成を表した分解斜視図である。1 is an exploded perspective view illustrating an internal configuration of a ceramic heater 100 according to a first embodiment. 図2のセラミックヒータ100のうち、一点鎖線A−A´にて矢視方向からみた接合部付近の部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a vicinity of a joint portion taken along a one-dot chain line AA ′ in the ceramic heater 100 of FIG. 実施形態1のセラミックヒータ100の電極パッド121を、軸線方向に垂直な方向に視認した説明図である。It is explanatory drawing which visually recognized the electrode pad 121 of the ceramic heater 100 of Embodiment 1 in the direction perpendicular | vertical to an axial direction. 実施形態1のセラミックヒータ100の発明の効果を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the effect of the invention of the ceramic heater 100 of Embodiment 1. FIG. 実施形態2のセラミックヒータの電極パッドを、軸線方向に垂直な方向に視認した説明図である。It is explanatory drawing which visually recognized the electrode pad of the ceramic heater of Embodiment 2 in the direction perpendicular | vertical to an axial direction. 従来のセラミックヒータを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conventional ceramic heater.

以下、本発明が適用された実施形態1について、図面を用いて説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
Hereinafter, Embodiment 1 to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
In addition, this invention is not limited to the following embodiment at all, and it cannot be overemphasized that various forms may be taken as long as it belongs to the technical scope of this invention.

図1は、実施形態1に係るセンサ1の全体構成を説明する断面視図である。実施形態1のセンサ1は、乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路に締結され、排気流路の内部に自身の先端部分が配置されるセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサである。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the overall configuration of the sensor 1 according to the first embodiment. A sensor 1 according to Embodiment 1 is a sensor that is fastened to an exhaust passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle such as a passenger car, and that has a tip portion disposed inside the exhaust passage. The oxygen concentration in the exhaust gas It is an oxygen sensor that measures

なお、以下の説明では、図1に示す軸線Oに沿う方向のうち、主体金具60に対してプロテクタ80の取り付けられる側(図の下側)を先端側とし、この逆側(図の上側)を後端側として説明する。   In the following description, in the direction along the axis O shown in FIG. 1, the side on which the protector 80 is attached to the metal shell 60 (the lower side in the figure) is the tip side, and the opposite side (the upper side in the figure). Is described as the rear end side.

センサ1には、図1に示すように、センサ素子10(検出素子10)と、セラミックヒータ100と、セパレータ30と、シール部材40(弾性部材40)と、複数の接続端子50と、リード線55(リード部材55)と、それらの周囲を覆う主体金具60と、プロテクタ80と、外筒90(外筒部材90)等が、主に備えられている。   As shown in FIG. 1, the sensor 1 includes a sensor element 10 (detection element 10), a ceramic heater 100, a separator 30, a seal member 40 (elastic member 40), a plurality of connection terminals 50, and lead wires. 55 (lead member 55), a metal shell 60 covering the periphery thereof, a protector 80, an outer cylinder 90 (outer cylinder member 90) and the like are mainly provided.

センサ素子10は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものである。センサ素子10は、公知の構成であり、軸線O方向に延びる円筒状に形成され、先端側の端部(図7の下側の端部)が閉塞された素子本体12と、素子本体12の外周面に設けられた外側電極(図示略)と、素子本体12の内周面に設けられた内側電極(図示略)と、を主に備えて構成されている。素子本体12の中央部の外周には、径方向外向きに突出する鍔部14が周方向にわたって設けられている。   The sensor element 10 is formed from a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. The sensor element 10 has a known configuration, is formed in a cylindrical shape extending in the direction of the axis O, and has an element body 12 having a closed end portion (lower end portion in FIG. 7), and an element body 12. An outer electrode (not shown) provided on the outer peripheral surface and an inner electrode (not shown) provided on the inner peripheral surface of the element body 12 are mainly provided. On the outer periphery of the central portion of the element body 12, a flange portion 14 that protrudes radially outward is provided in the circumferential direction.

素子本体11を構成する固体電解質としては、例えば、Y又はCaOを固溶させたZrOが代表的なものである。この固体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrOとの固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrOとの固溶体に、さらにHfOが含有された固体電解質を使用しても良い。 A typical example of the solid electrolyte constituting the element body 11 is ZrO 2 in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved. In addition to this solid electrolyte, a solid electrolyte which is a solid solution of an alkaline earth metal or rare earth metal oxide and ZrO 2 may be used. Further, a solid electrolyte containing HfO 2 in a solid solution of an alkaline earth metal or rare earth metal oxide and ZrO 2 may be used.

外側電極、又は内側電極は、PtあるいはPt合金(以下、「Pt等」と表記する。)を多孔質に形成した電極である。   The outer electrode or the inner electrode is an electrode in which Pt or a Pt alloy (hereinafter referred to as “Pt or the like”) is formed porous.

外側電極、又は内側電極には、複数の接続端子50が当接している。複数の接続端子50には、内側接続端子51、外側接続端子52が含まれる。複数の接続端子50は、ニッケル合金(例えばインコネル750。英インコネル社製、登録商標)から形成された金具である。   A plurality of connection terminals 50 are in contact with the outer electrode or the inner electrode. The plurality of connection terminals 50 include an inner connection terminal 51 and an outer connection terminal 52. The plurality of connection terminals 50 are metal fittings formed from a nickel alloy (for example, Inconel 750, manufactured by Inconel, UK, registered trademark).

内側接続端子51は、センサ素子10の内側電極と電気的に接触し、外側接続端子52は、センサ素子10の外側電極と電気的に接続されるものである。また、内側接続端子51は、後述するセラミックヒータ100を把持するとともに、セラミックヒータ100の先端側を、センサ素子10の内面に押し付けるものである。   The inner connection terminal 51 is in electrical contact with the inner electrode of the sensor element 10, and the outer connection terminal 52 is electrically connected to the outer electrode of the sensor element 10. The inner connection terminal 51 holds the ceramic heater 100 described later, and presses the tip side of the ceramic heater 100 against the inner surface of the sensor element 10.

複数の端子金具50には、それぞれ、リード線55の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図1では、4本のリード線55のうち3本のリード線55が図示されている。   The core wires of the lead wires 55 are caulked and connected to the plurality of terminal fittings 50, respectively. In FIG. 1, three of the four lead wires 55 are illustrated.

セパレータ30は、図1に示すように、センサ素子10の後端側に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ30には、複数の端子金具50などを収納する収容部31が設けられている。収容部31は、セパレータ30を軸線O方向に貫通して形成された貫通孔であり、セパレータ30よりも先端側の空間と、後端側の空間との間で大気の流通を可能とするものである。   As shown in FIG. 1, the separator 30 is a member disposed on the rear end side of the sensor element 10 and is a cylindrical member formed of an electrically insulating material, for example, alumina. The separator 30 is provided with an accommodating portion 31 for accommodating a plurality of terminal fittings 50 and the like. The accommodating portion 31 is a through hole formed so as to penetrate the separator 30 in the direction of the axis O, and allows air to flow between the space on the front end side and the space on the rear end side with respect to the separator 30. It is.

さらに、セパレータ30の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部32が設けられている。セパレータ30におけるフランジ部32よりも先端側の外周面には、略円筒状に形成された保持金具33が配置されている。このとき、セパレータ30は、保持金具33の内部に挿入されるように配置されている。   Furthermore, a flange portion 32 that protrudes radially outward is provided on the outer peripheral surface of the separator 30. A holding metal fitting 33 formed in a substantially cylindrical shape is disposed on the outer peripheral surface of the separator 30 on the tip side of the flange portion 32. At this time, the separator 30 is disposed so as to be inserted into the holding metal fitting 33.

シール部材40は、セパレータ30の後端側に配置され、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材である。シール部材40は、略円柱状に形成された、外筒90の後端を塞ぐ部材である。シール部材40は、セパレータ30の後端側の面に当接するように外筒90の後端側の開口に嵌め込まれている。   The seal member 40 is a plug member that is disposed on the rear end side of the separator 30 and is made of an elastic material such as fluorine rubber. The seal member 40 is a member that closes the rear end of the outer cylinder 90 that is formed in a substantially cylindrical shape. The seal member 40 is fitted into the opening on the rear end side of the outer cylinder 90 so as to contact the surface on the rear end side of the separator 30.

主体金具60は、図1に示すように、ステンレス合金(例えば、JIS規格のSUS310S)から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具60には、センサ素子10の鍔部14を支持する段部61が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。   As shown in FIG. 1, the metal shell 60 is a member formed of a stainless alloy (for example, SUS310S of JIS standard), and is a member formed in a substantially cylindrical shape. The metal shell 60 is provided with a step portion 61 that supports the flange portion 14 of the sensor element 10 so as to protrude from the inner peripheral surface toward the radially inner side in the circumferential direction.

主体金具60の先端側の外周面には、センサ1を内燃機関の排気流路(図示せず。)に取付けるネジ部62と、ネジ部62を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部63と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部62と六角部63との間には、環状のガスケット64が配置されている。ガスケット64は、センサ1と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。   A screw part 62 for attaching the sensor 1 to an exhaust passage (not shown) of the internal combustion engine and an attachment tool for screwing the screw part 62 into the exhaust passage are associated with the outer peripheral surface on the front end side of the metal shell 60. A hexagonal portion 63 to be joined is provided in the circumferential direction. An annular gasket 64 is disposed between the screw portion 62 and the hexagonal portion 63. The gasket 64 prevents gas from being released from the gap between the sensor 1 and the exhaust passage.

主体金具60におけるネジ部62よりも先端側には、後述するプロテクタ80が係合される先端係合部65が形成されている。先端係合部65は、ネジ部62よりも外周面の径が小さく形成された部分である。また、主体金具60における六角部63よりも後端側には、六角部63から後端側に向かって順に、外筒90と係合される後端係合部66と、センサ素子10を加締め固定する加締固定部67と、が形成されている。   A front end engaging portion 65 to which a protector 80 described later is engaged is formed on the front end side of the metal shell 60 with respect to the screw portion 62. The tip engaging portion 65 is a portion formed with a smaller diameter on the outer peripheral surface than the screw portion 62. Further, a rear end engaging portion 66 engaged with the outer cylinder 90 and the sensor element 10 are added to the rear end side of the metal shell 60 from the hexagonal portion 63 in order from the hexagonal portion 63 toward the rear end side. A caulking and fixing portion 67 for fastening and fixing is formed.

主体金具60の内部には、段部61から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン71、アルミナからなる筒状の支持部材72、金属製の後端側パッキン73、滑石の粉末からなる充填部材74、アルミナ製のスリーブ75、および、環状のリング76が配置されている。支持部材72の内周面には段部が形成されており、当該段部により素子本体11の鍔部14が支持されている。なお、支持部材72と鍔部14との間に後端側パッキン73が挟まれて配置されている。   Inside the metal shell 60, in order from the step portion 61 toward the rear end side, a metal front end side packing 71, a cylindrical support member 72 made of alumina, a metal rear end side packing 73, and talc powder A filling member 74, an alumina sleeve 75, and an annular ring 76 are disposed. A step portion is formed on the inner peripheral surface of the support member 72, and the flange portion 14 of the element body 11 is supported by the step portion. The rear end side packing 73 is sandwiched between the support member 72 and the flange 14.

リング76は、スリーブ75と加締固定部67との間に配置されるものであり、加締固定部67が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材74、後端側パッキン73、支持部材72、先端側パッキン71に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材74は軸線O方向に圧縮充填され、かつ、主体金具60の内周面および素子本体11の外周面との隙間を気密に埋める。   The ring 76 is disposed between the sleeve 75 and the caulking and fixing portion 67, and a force in the distal direction applied by the caulking and fixing portion 67 being deformed radially inward and on the distal end side, This is transmitted to the filling member 74, the rear end side packing 73, the support member 72, and the front end side packing 71. By this pressing force, the filling member 74 is compressed and filled in the direction of the axis O, and airtightly fills the gap between the inner peripheral surface of the metal shell 60 and the outer peripheral surface of the element body 11.

プロテクタ80は、センサ1が排気流路に取り付けられた際に、流路内に突出するセンサ素子10を、流路内を流れるガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ80は、ステンレス鋼(例えば、JIS規格のSUS310S)から形成された部材であり、センサ素子10の先端を覆う保護部材である。プロテクタ80は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ80の後端縁は、主体金具60の先端係合部65に溶接によって固定されている。   The protector 80 protects the sensor element 10 protruding into the flow path from collision of water droplets or foreign matters contained in the gas flowing in the flow path when the sensor 1 is attached to the exhaust flow path. . The protector 80 is a member formed of stainless steel (for example, JIS standard SUS310S), and is a protective member that covers the tip of the sensor element 10. The protector 80 is a cylindrical member extending in the axial direction, and is formed in a shape with a closed end. The rear end edge of the protector 80 is fixed to the front end engaging portion 65 of the metal shell 60 by welding.

プロテクタ80には、有底筒状に形成され開放された側の周縁部が先端係合部65に嵌め合わされる外側プロテクタ81と、外側プロテクタ81の内部に固定された有底筒状に形成された内側プロテクタ82と、が設けられている。言い換えると、プロテクタ80は、外側プロテクタ81および内側プロテクタ82からなる2重構造を有している。   The protector 80 is formed in a bottomed cylindrical shape that is fixed to the inside of the outer protector 81 and an outer protector 81 in which a peripheral edge portion on the open side that is formed in a bottomed cylindrical shape is fitted to the tip engaging portion 65. An inner protector 82 is provided. In other words, the protector 80 has a double structure composed of the outer protector 81 and the inner protector 82.

外側プロテクタ81および内側プロテクタ82の円筒面には、内部にガスを導入する導入口83が設けられている。図1では、外側プロテクタ81の導入口83のみが図示されており、内側プロテクタ82の導入口83は配置の関係上、図示されていない。さらに、外側プロテクタ81および内側プロテクタ82の底面には、内部に入り込んだ水滴や、ガスを排出する外側排出口84、内側排出口85がそれぞれ設けられている。   The cylindrical surface of the outer protector 81 and the inner protector 82 is provided with an inlet 83 for introducing gas into the inside. In FIG. 1, only the introduction port 83 of the outer protector 81 is shown, and the introduction port 83 of the inner protector 82 is not shown because of the arrangement. Furthermore, the bottom surface of the outer protector 81 and the inner protector 82 is provided with an outer discharge port 84 and an inner discharge port 85 for discharging water droplets and gas that have entered inside.

外筒90は、主体金具60とは異なるステンレス鋼(例えば、JIS規格のSUS304L)から形成された部材であり、外筒90の内部に主体金具60の後端係合部66が差し込まれて、主体金具60に固定されるものである。外筒90の内部には、主体金具60の後端から突出したセンサ素子10の後端や、セパレータ30や、シール部材40が配置されている。   The outer cylinder 90 is a member made of stainless steel (for example, JIS standard SUS304L) different from the metal shell 60, and the rear end engaging portion 66 of the metal shell 60 is inserted into the outer cylinder 90. It is fixed to the metal shell 60. Inside the outer cylinder 90, the rear end of the sensor element 10 protruding from the rear end of the metal shell 60, the separator 30, and the seal member 40 are disposed.

そして、実施形態1のセンサ1は、センサ素子10を加熱するためのヒータとして実施形態1のセラミックヒータ100が、センサ素子10の筒孔内に配置されている。
図2は、セラミックヒータ100の外観を表した斜視図である。図3は、セラミックヒータ100の内部構成を表した分解斜視図である。
In the sensor 1 according to the first embodiment, the ceramic heater 100 according to the first embodiment is disposed in the cylindrical hole of the sensor element 10 as a heater for heating the sensor element 10.
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the ceramic heater 100. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the ceramic heater 100.

なお、本実施形態のセラミックヒータ100においては、軸線AX方向の両端部のうち、発熱部分を備える側(後述する発熱部142が形成される側)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。   In the ceramic heater 100 of the present embodiment, of the both end portions in the axis AX direction, the side provided with the heat generating portion (the side where the heat generating portion 142 described later is formed) is referred to as the “tip side”, and the opposite side. The end portion will be described as “rear end side”.

セラミックヒータ100は、発熱抵抗体141を有する丸棒状(略円柱形状)のヒータ本体部102と、ヒータ本体部102の外表面に設けられるとともに発熱抵抗体141と電気的に接続する電極パッド121と、導電性のロウ材により電極パッド121に接合される金属端子部130と、を主に備えている。   The ceramic heater 100 includes a round bar-shaped (substantially cylindrical) heater main body 102 having a heating resistor 141, and electrode pads 121 provided on the outer surface of the heater main body 102 and electrically connected to the heating resistor 141. And a metal terminal portion 130 joined to the electrode pad 121 by a conductive brazing material.

セラミックヒータ100は、ヒータ本体部102の後端側に設けられた電極パッド121を介して外部装置(電源装置)から発熱抵抗体141に対して通電されることで、発熱抵抗体141が発熱する構成である。なお、発熱抵抗体141のうち発熱部142(図2参照)は、ヒータ本体部102の先端側に配置されている。つまり、セラミックヒータ100は、ヒータ本体部102のうち先端側が発熱することで、センサ素子10を加熱するよう構成されている。   When the ceramic heater 100 is energized to the heat generating resistor 141 from an external device (power supply device) via the electrode pad 121 provided on the rear end side of the heater main body 102, the heat generating resistor 141 generates heat. It is a configuration. Note that the heat generating portion 142 (see FIG. 2) of the heat generating resistor 141 is disposed on the front end side of the heater main body portion 102. That is, the ceramic heater 100 is configured to heat the sensor element 10 by generating heat at the front end side of the heater main body 102.

図3に示すように、セラミックヒータ100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、これが焼成されることによって製造される。   As shown in FIG. 3, the ceramic heater 100 is manufactured by winding green sheets 140 and 146 made of alumina ceramic having high insulating properties around an outer periphery of a round rod-shaped alumina ceramic tube 101 and firing them. .

グリーンシート140の上には、ヒート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、先端側に形成される発熱部142と、発熱部142の両端のそれぞれに接続される一対のリード部143と、を備えて構成される。さらに、一対のリード部143は、それぞれ、先端側に形成される先端側リード部143aと、後端側に形成される後端側リード部143cと、先端側リード部143aと後端側リード部143cとを接続する接続リード部143bと、を備えて構成される。なお、発熱部142の幅Aは、先端側リード部143aの幅Bよりも幅狭となっている。   On the green sheet 140, a heating resistor 141 mainly composed of a tungsten-based material as a heat pattern is formed. The heat generating resistor 141 includes a heat generating part 142 formed on the front end side, and a pair of lead parts 143 connected to both ends of the heat generating part 142. Further, the pair of lead portions 143 includes a front end side lead portion 143a formed on the front end side, a rear end side lead portion 143c formed on the rear end side, a front end side lead portion 143a, and a rear end side lead portion, respectively. And a connection lead part 143b for connecting to 143c. Note that the width A of the heat generating portion 142 is narrower than the width B of the leading end side lead portion 143a.

また、グリーンシート140の後端側には、2個の導体部144が設けられている。一対のリード部143は、2個の導体部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2つの電極パッド121と電気的に接続される。   Two conductor portions 144 are provided on the rear end side of the green sheet 140. The pair of lead portions 143 are electrically connected to the two electrode pads 121 formed on the outer surface of the ceramic heater 100 via the two conductor portions 144.

また、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るシートである。
グリーンシート146のうちグリーンシート140に接する圧着面とは反対側の表面に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、セラミックヒータ100として形成される。
The green sheet 146 is a sheet that is pressure-bonded to the surface of the green sheet 140 on which the heat generating resistor 141 is formed.
Alumina paste is applied to the surface of the green sheet 146 opposite to the pressure contact surface in contact with the green sheet 140, and the green sheets 140 and 146 are wound around the tub tube 101 and pressed inward from the outer periphery with the applied surface facing inside. As a result, a ceramic heater molded body is formed. Thereafter, the ceramic heater molded body is fired to form the ceramic heater 100.

次に、図2および図3に示すように、セラミックヒータ100には、陽極側および陰極側となる2つの電極パッド121が形成されている。この電極パッド121は、上記した2つの導体部144(図3参照)に対応するグリーンシート140の外面の位置に2ヶ所、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、導体部144の内部に充填される導電性ペーストを介して行われる。なお、電極パッド121の表面には、後述するメッキによる金属層(図4に示すパッド用メッキ膜122)が形成される。   Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the ceramic heater 100 is formed with two electrode pads 121 on the anode side and the cathode side. The electrode pads 121 are provided at two positions on the outer surface of the green sheet 140 corresponding to the two conductor portions 144 (see FIG. 3). The conduction between the heating resistor 141 and the lead portion 143 is performed via a conductive paste filled in the conductor portion 144. A metal layer (plating film 122 for pads shown in FIG. 4) by plating described later is formed on the surface of the electrode pad 121.

金属端子部130は、長尺形状のニッケル部材からなり、ロウ材により電極パッド121と接合される接合部133と、平板状に切り出された加締め部135と、接合部133と加締め部135とをつなぐ連結部134と、を備えて構成される。   The metal terminal portion 130 is made of a long nickel member, and has a joint portion 133 joined to the electrode pad 121 by a brazing material, a caulking portion 135 cut out in a flat plate shape, and a joint portion 133 and a caulking portion 135. And a connecting portion 134 that connects the two.

連結部134の先端部分は、厚み方向に段状に屈曲しており、接合部133に繋がるよう形成されている。また、金属端子部130は、連結部134のうち加締め部135との連結領域が、連結部134の長手方向の中心軸を回転中心として回転するようにねじ曲げられている。   The distal end portion of the connecting portion 134 is bent stepwise in the thickness direction, and is formed so as to be connected to the joint portion 133. In addition, the metal terminal portion 130 is twisted so that a connection region of the connecting portion 134 with the caulking portion 135 rotates around the central axis in the longitudinal direction of the connecting portion 134.

そして、金属端子部130は、外部回路接続用のリード線55の芯線が加締め部135にカシメ固定されることで、リード線55などを介して外部回路(外部電源装置)との導通が図られる。   The metal terminal portion 130 is connected to the external circuit (external power supply device) via the lead wire 55 or the like by caulking and fixing the core wire of the lead wire 55 for connecting the external circuit to the caulking portion 135. It is done.

このように構成される2つの金属端子部130は、2つの電極パッド121のそれぞれに接合されて、セラミックヒータ100に電圧を印加する際の陽極側端子および陰極側端子として機能する。   The two metal terminal portions 130 configured as described above are joined to the two electrode pads 121 and function as an anode side terminal and a cathode side terminal when a voltage is applied to the ceramic heater 100.

図4は、図2に示すセラミックヒータ100のうち、一点鎖線A−A’にて矢視方向からみた接合部133付近における部分断面図である。なお、図3において、金属端子部130からセラミックヒータ100の中心軸に向かう方向(図中紙面下方向)を下方向として、また、中心軸より離れる方向(図中紙面上方向)を上方向として説明する。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the ceramic heater 100 shown in FIG. 2 in the vicinity of the joint portion 133 as viewed from the direction of the arrow along the one-dot chain line A-A ′. In FIG. 3, a direction from the metal terminal portion 130 toward the central axis of the ceramic heater 100 (downward in the drawing in the drawing) is a downward direction, and a direction away from the central axis (upward in the drawing in the drawing) is an upward direction. explain.

図4に示すように、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(図3における上側の面)に形成され、導体部144を介してグリーンシート140の内面(図3における下側の面)に形成されている発熱抵抗体141のリード部143と導通されている。   As shown in FIG. 4, the electrode pad 121 is formed on the outer surface (upper surface in FIG. 3) of the green sheet 140 wound around the outer periphery of the soot tube 101, and the inner surface (see FIG. 3) of the green sheet 140 via the conductor portion 144. 3 is connected to the lead portion 143 of the heating resistor 141 formed on the lower surface).

この電極パッド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80重量%以上含むパッド状の金属層である。タングステンやモリブデンは、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。   The electrode pad 121 is a pad-like metal layer containing 80% by weight or more of a main material composed of at least one element selected from tungsten and molybdenum. Tungsten and molybdenum are suitable for the composition of the electrode pad 121 because they have a high melting point and excellent heat resistance.

金属端子部130は、ニッケルを90重量%以上含むニッケル部材からなる。金属端子部130は、図4に示したように、ロウ材部124によって、パッド用メッキ膜122に覆われた電極パッド121に接合されている。そして、ロウ材部124により互いに接合された金属端子部130および電極パッド121の上に、さらに、ニッケル(Ni)を主体とするニッケルメッキ膜125と、クロム(Cr)を主体とするクロムメッキ膜126と、が形成されている。なお、ニッケルメッキ膜125の上側にクロムメッキ膜126が形成されており、ニッケルメッキ膜125およびクロムメッキ膜126を備えることで、ロウ材部124及び金属端子部130の酸化による腐食が防止される。
なお、クロムメッキ膜126の代わりに、ニッケルメッキ膜、白金メッキ膜、金メッキ膜を形成しても良い。
The metal terminal portion 130 is made of a nickel member containing 90% by weight or more of nickel. As shown in FIG. 4, the metal terminal portion 130 is joined to the electrode pad 121 covered with the pad plating film 122 by the brazing material portion 124. A nickel plating film 125 mainly composed of nickel (Ni) and a chromium plating film mainly composed of chromium (Cr) are further formed on the metal terminal portion 130 and the electrode pad 121 joined together by the brazing material portion 124. 126 is formed. A chromium plating film 126 is formed on the upper side of the nickel plating film 125, and the nickel plating film 125 and the chromium plating film 126 are provided to prevent corrosion of the brazing material portion 124 and the metal terminal portion 130 due to oxidation. .
Instead of the chromium plating film 126, a nickel plating film, a platinum plating film, or a gold plating film may be formed.

そして、電極パッド121と金属端子部130とを接合するロウ材部124は、Au−Cuロウ材や、Ag−Cuロウ材を用いて、電極パッド121と金属端子部130とをロウ付けしている。   And the brazing material part 124 which joins the electrode pad 121 and the metal terminal part 130 brazes the electrode pad 121 and the metal terminal part 130 using Au-Cu brazing material or Ag-Cu brazing material. Yes.

なお、ロウ付け時には、電極パッド121の上に設けたパッド用メッキ膜122のニッケル成分が、ロウ材部124へ拡散することになる。
つまり、実施形態1のセラミックヒータ100においては、図3に示すように、ロウ付け前におけるパッド用メッキ膜122は、ロウ材部124との境界部分が一点鎖線123で示す輪郭形状を示す。そして、ロウ付け後においては、パッド用メッキ膜122の一部がロウ材部124へ拡散して溶け込んだ形態となり、パッド用メッキ膜122およびロウ材部124は、一体化した状態で形成される。
During brazing, the nickel component of the pad plating film 122 provided on the electrode pad 121 diffuses into the brazing material portion 124.
That is, in the ceramic heater 100 of the first embodiment, as shown in FIG. 3, the pad plating film 122 before brazing has a contour shape indicated by a dashed line 123 at the boundary with the brazing material portion 124. After the brazing, a part of the pad plating film 122 is diffused and melted into the brazing material portion 124, and the pad plating film 122 and the brazing material portion 124 are formed in an integrated state. .

図5は、実施形態1のセラミックヒータ100の電極パッド121を、軸線方向に垂直な方向に視認した説明図である。なお、図5においては、電極パッド121と後端側リード部143cとの位置関係を明確にするため、ロウ材部124や金属端子部130については省略している。また、リード部143は、ヒータ本体部102に埋設されているものの、説明のために、図5においては点線で示す。   FIG. 5 is an explanatory diagram in which the electrode pad 121 of the ceramic heater 100 according to the first embodiment is viewed in a direction perpendicular to the axial direction. In FIG. 5, the brazing material portion 124 and the metal terminal portion 130 are omitted in order to clarify the positional relationship between the electrode pad 121 and the rear end side lead portion 143c. Further, although the lead portion 143 is embedded in the heater main body portion 102, it is indicated by a dotted line in FIG.

図5に示すように、後端側リード部143cは、電極パッド121を軸線AX方向に垂直な方向(図5における紙面表裏方向)投影した投影領域S(図5における斜線部分)内に配置されている。また、後端側リード部143cの幅Cは、投影領域S内の全域にわたり、電極パッド121の幅Dよりも幅狭となっている。つまり、後端側リード部143の両端縁143cTは、投影領域Sの幅方向の境界STに重ならないように幅方向内側に配置されている。これにより、後端側リード部143cの収縮の影響によるヒータ本体部102にかかる応力と、電極パッド121の収縮の応力とが生じたとしても、両者の応力の向きが互いを打消し合う向きとなり、ヒータ本体部102のうち、電極パッド121の幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることを抑制できる。   As shown in FIG. 5, the rear end side lead portion 143c is disposed in a projection region S (shaded portion in FIG. 5) obtained by projecting the electrode pad 121 in a direction perpendicular to the axis AX direction (the front and back direction in FIG. 5). ing. Further, the width C of the rear end side lead portion 143c is narrower than the width D of the electrode pad 121 over the entire area in the projection region S. That is, both end edges 143cT of the rear end side lead part 143 are arranged on the inner side in the width direction so as not to overlap the boundary ST in the width direction of the projection region S. Thereby, even if the stress applied to the heater main body 102 due to the contraction of the rear end side lead part 143c and the contraction stress of the electrode pad 121 are generated, the directions of the stresses cancel each other. In the heater main body 102, it is possible to suppress the occurrence of cutting or cracking in the vicinity of the edge in the width direction of the electrode pad 121.

この理由について、図6に示す。図6は、実施形態1のセラミックヒータ100の発明の効果を説明する説明図であり、碍管101に巻きつける前のグリーンシート140である。図6に示すように、グリーンシート140の下面に、ペースト状の金属導体を印刷し、所望の形状を有する発熱抵抗体141を形成すると、その後に発熱抵抗体141が乾燥することで発熱抵抗体141が収縮してしまう。つまり、発熱抵抗体141(後端側リード部143c)は、図6を示すように、グリーンシート140の幅方向内側に収縮する(矢印W参照)。そして、発熱抵抗体141の収縮の影響により、グリーンシート140の上面側には、幅方向外側に応力が掛かることとなる(矢印Y参照)。   This reason is shown in FIG. FIG. 6 is an explanatory view illustrating the effect of the invention of the ceramic heater 100 of the first embodiment, and is a green sheet 140 before being wound around the soot tube 101. As shown in FIG. 6, when a paste-like metal conductor is printed on the lower surface of the green sheet 140 to form a heat generating resistor 141 having a desired shape, the heat generating resistor 141 is subsequently dried to thereby generate the heat generating resistor. 141 contracts. That is, the heating resistor 141 (rear end side lead portion 143c) contracts inward in the width direction of the green sheet 140 as shown in FIG. 6 (see arrow W). Then, due to the shrinkage of the heating resistor 141, stress is applied to the upper side of the green sheet 140 on the outer side in the width direction (see arrow Y).

その後、グリーンシート140の上面に、ペースト状の金属導体を印刷し、電極パッド121を形成すると、発熱抵抗体141と同様に、電極パッド121が乾燥することで、電極パッド121が幅方向内側に収縮してしまう(矢印Z参照)。但し、実施形態1では、電極パッド121を投影領域S内に配置しつつ、後端側リード部143cの幅Cを、投影領域S内の全域にわたり、電極パッド121の幅Dよりも幅狭としているため、後端側リード部143cの影響によるグリーンシート140の上面の応力(矢印Y)の向きと、電極パッド121の収縮するときの応力(矢印Z)の向きとが打消し合う方向に向かって生じることとなる。   After that, when a paste-like metal conductor is printed on the upper surface of the green sheet 140 and the electrode pad 121 is formed, the electrode pad 121 is dried in the width direction inner side by drying the electrode pad 121 like the heating resistor 141. Shrink (see arrow Z). However, in the first embodiment, the electrode pad 121 is disposed in the projection region S, and the width C of the rear end side lead portion 143c is made narrower than the width D of the electrode pad 121 over the entire region in the projection region S. Therefore, the direction of the stress (arrow Y) on the upper surface of the green sheet 140 due to the influence of the rear end side lead portion 143c and the direction of the stress (arrow Z) when the electrode pad 121 contracts are directed to cancel each other. Will occur.

このような状況の中、グリーンシート140を碍管101に巻きつけたとしても、ヒータ本体部102のうち、電極パッド121の幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることを抑制できる。   Under such circumstances, even when the green sheet 140 is wound around the soot tube 101, it is possible to suppress the occurrence of cuts, cracks, and the like in the vicinity of the edge in the width direction of the electrode pad 121 in the heater main body 102.

また、実施形態1のセラミックヒータ100によれば、後端側リード部143cの幅Cよりも先端側リード部143aの幅Bを幅広にしつつ、先端側リード部143aの幅Bよりも発熱部142の幅Aを幅狭としている(図3参照)。このように、発熱部141の幅Aや後端側リード部143cの幅Cよりも幅Bが幅広な先端側リード部143aを形成することで、より発熱部142に発熱集中することが可能であり、効率よくセラミックヒータ100を使用することができる。   Further, according to the ceramic heater 100 of the first embodiment, the heating portion 142 is wider than the width B of the leading end side lead portion 143a while the width B of the leading end side lead portion 143a is wider than the width C of the trailing end side lead portion 143c. The width A is narrow (see FIG. 3). In this way, by forming the leading end side lead portion 143a having the width B wider than the width A of the heat generating portion 141 and the width C of the rear end side lead portion 143c, it is possible to concentrate heat generation on the heat generating portion 142 more. Yes, the ceramic heater 100 can be used efficiently.

また、実施形態1のセラミックヒータ100によれば、発熱部141の幅Aを、後端側リード部143cの幅Cよりも幅狭としている。このように、発熱部141の幅Aが後端側リード部143cの幅Cよりも幅狭であることで、後端側リード部143cで発熱することなく、発熱部141に確実に発熱集中することが可能となり、効率よくセラミックヒータ100を使用することができる。   Further, according to the ceramic heater 100 of the first embodiment, the width A of the heat generating part 141 is narrower than the width C of the rear end side lead part 143c. As described above, since the width A of the heat generating portion 141 is narrower than the width C of the rear end side lead portion 143c, heat generation is reliably concentrated on the heat generating portion 141 without generating heat at the rear end side lead portion 143c. Therefore, the ceramic heater 100 can be used efficiently.

また、実施形態1のセラミックヒータ100によれば、先端側リード部143aと後端側リード部143cとを接続すると共に、軸線AX方向後端側に向かうにつれて幅が減少する接続リード部143bを有することが好ましい。このように、軸線AX方向後端側に向かうにつれて幅が減少するテーパ状の接続リード部143bを有することで、先端側リード部と後端側リード部とに電界の集中しやすい角部が形成されないため、絶縁性が低下することを抑制できる。   Further, according to the ceramic heater 100 of the first embodiment, the leading end side lead portion 143a and the trailing end side lead portion 143c are connected, and the connecting lead portion 143b whose width decreases toward the rear end side in the axis AX direction is provided. It is preferable. As described above, the tapered connection lead portion 143b whose width decreases toward the rear end side in the axis AX direction forms a corner portion where the electric field tends to concentrate on the front end side lead portion and the rear end side lead portion. Since it is not carried out, it can suppress that insulation falls.

さらに、実施形態1のセラミックヒータ100によれば、接続リード部143bが、投影領域Sよりも先端側に配置されている。これにより、投影領域S内にて、確実に電極パッド121の幅Dよりも後端側リード部143cの幅Cを幅狭にすることが可能となり、ヒータ本体部102のうち、電極パッド121の幅方向の端縁付近に切れやクラック等が生じることをさらに抑制できる。   Furthermore, according to the ceramic heater 100 of the first embodiment, the connection lead portion 143b is disposed on the tip side of the projection region S. Accordingly, the width C of the rear end side lead portion 143c can be surely made narrower than the width D of the electrode pad 121 in the projection region S, and the electrode pad 121 of the heater main body portion 102 can be reduced. It is possible to further suppress the occurrence of cuts or cracks in the vicinity of the edge in the width direction.

以上、本発明の実施形態1について説明したが、本発明は上記実施形態1に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。   As mentioned above, although Embodiment 1 of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said Embodiment 1, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects. .

例えば、実施形態1では、接続リード部143bが投影領域Sよりも先端側に配置されている形態について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図7に示すように、接続リード部143bの一部が投影領域Sに重なるものであっても良い。但し、接続リード部143bの幅は、投影領域S内にて電極パッド121の幅Dよりも幅狭となっていることが好ましい。   For example, in the first embodiment, the connection lead part 143b has been described with respect to the front end side of the projection region S. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, a part of the connection lead part 143b may overlap with the projection region S. However, the width of the connection lead portion 143b is preferably narrower than the width D of the electrode pad 121 in the projection region S.

1…センサ
10…センサ素子
100…セラミックヒータ
102…ヒータ本体部
121…電極パッド
141…発熱抵抗体
142…発熱部
143…リード部
143a…先端側リード部
143b…接続リード部
143c…後端側リード部
S…投影領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor 10 ... Sensor element 100 ... Ceramic heater 102 ... Heater main body part 121 ... Electrode pad 141 ... Heat generating resistor 142 ... Heat generating part 143 ... Lead part 143a ... Front end side lead part 143b ... Connection lead part 143c ... Rear end side lead Part S ... Projection area

Claims (5)

軸線方向に延びる丸棒状のセラミックヒータであって、
絶縁性セラミックから形成されるヒータ本体部と、
該ヒータ本体部内に埋設された発熱抵抗体と、
前記ヒータ本体部の外表面上に配置され、該発熱抵抗体に電気的に接続された電極パッドと、
前記発熱抵抗体と前記電極パッドとを接続する導体部と、
を備えるセラミックヒータであって、
前記発熱抵抗体は、
前記電極パッドを前記軸線方向に垂直な方向に投影した投影領域内に配置されると共に、前記投影領域の全域にわたり前記電極パッドの幅よりも幅狭な後端側リード部と、
前記後端側リード部よりも先端側に配置され、前記後端側リード部の幅よりも幅広な先端側リード部と、
前記先端側リード部よりも先端側に配置され、前記先端側リード部の幅よりも幅狭な発熱部と、
を有することを特徴とするセラミックヒータ。
A round bar-shaped ceramic heater extending in the axial direction,
A heater body formed from an insulating ceramic;
A heating resistor embedded in the heater body,
An electrode pad disposed on the outer surface of the heater body and electrically connected to the heating resistor;
A conductor portion connecting the heating resistor and the electrode pad;
A ceramic heater comprising:
The heating resistor is
A rear end side lead portion that is disposed within a projection region in which the electrode pad is projected in a direction perpendicular to the axial direction and is narrower than the width of the electrode pad over the entire projection region;
A leading end side lead portion that is disposed on the leading end side of the trailing end side lead portion and wider than the width of the trailing end side lead portion;
A heat generating portion that is disposed closer to the tip side than the tip side lead portion and narrower than the width of the tip side lead portion;
A ceramic heater comprising:
請求項1に記載のセラミックヒータであって、
前記発熱部の幅は、前記後端側リード部の幅よりも幅狭であることを特徴とするセラミックヒータ。
The ceramic heater according to claim 1,
The ceramic heater according to claim 1, wherein a width of the heat generating portion is narrower than a width of the rear end side lead portion.
請求項1又は請求項2に記載のセラミックヒータであって、
前記発熱抵抗体は、前記先端側リード部と前記後端側リード部とを接続すると共に、軸線方向後端側に向かうにつれて幅が減少する接続リード部を有することを特徴とするセラミックヒータ。
The ceramic heater according to claim 1 or 2,
The heat generating resistor includes a connection lead portion that connects the front end side lead portion and the rear end side lead portion, and has a connection lead portion that decreases in width toward the rear end side in the axial direction.
請求項3に記載のセラミックヒータであって、
前記接続リード部は、前記投影領域よりも先端側に配置されていることを特徴とするセラミックヒータ。
The ceramic heater according to claim 3,
The ceramic heater according to claim 1, wherein the connection lead portion is arranged on a distal end side with respect to the projection region.
有底筒状のセンサ素子と、
該センサ素子を保持する主体金具と、
前記センサ素子の筒孔内に配置されるセラミックヒータと、
を備えるセンサであって、
前記セラミックヒータは、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のセラミックヒータであることを特徴とするセンサ。
A bottomed cylindrical sensor element;
A metal shell for holding the sensor element;
A ceramic heater disposed in the cylindrical hole of the sensor element;
A sensor comprising:
The said ceramic heater is a ceramic heater as described in any one of Claims 1 thru | or 4. The sensor characterized by the above-mentioned.
JP2014259911A 2014-12-24 2014-12-24 Ceramic heater and sensor Active JP6291411B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014259911A JP6291411B2 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Ceramic heater and sensor
CN201510752165.9A CN105744658B (en) 2014-12-24 2015-11-06 Ceramic heater and sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014259911A JP6291411B2 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Ceramic heater and sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016122489A true JP2016122489A (en) 2016-07-07
JP6291411B2 JP6291411B2 (en) 2018-03-14

Family

ID=56295952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014259911A Active JP6291411B2 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Ceramic heater and sensor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6291411B2 (en)
CN (1) CN105744658B (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08273814A (en) * 1995-03-29 1996-10-18 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater
JP2001257062A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ibiden Co Ltd Ceramic heater
JP2001257059A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ibiden Co Ltd Ceramic heater

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4514653B2 (en) * 2005-05-27 2010-07-28 京セラ株式会社 Ceramic heater and heating iron using the same
JP5019545B2 (en) * 2008-10-24 2012-09-05 日本特殊陶業株式会社 Ceramic joint, ceramic heater and gas sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08273814A (en) * 1995-03-29 1996-10-18 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic heater
JP2001257062A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ibiden Co Ltd Ceramic heater
JP2001257059A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ibiden Co Ltd Ceramic heater

Also Published As

Publication number Publication date
CN105744658A (en) 2016-07-06
JP6291411B2 (en) 2018-03-14
CN105744658B (en) 2019-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8362400B2 (en) Ceramic junction member, ceramic heater and gas sensor
JP5219167B2 (en) Gas sensor
KR101452670B1 (en) Spark plug and manufacturing method for same
JP6317469B2 (en) Heater and fluid heating apparatus using the same
US9912126B2 (en) Spark plug insulator containing mullite and spark plug including same
JP5868276B2 (en) Ceramic heater, gas sensor, and method of manufacturing ceramic heater
JP6291411B2 (en) Ceramic heater and sensor
JP5753818B2 (en) Gas sensor
JP2006300750A (en) Gas sensor, and method of manufacturing gas sensor
JP5336426B2 (en) Gas sensor
JP6885822B2 (en) Metal terminals for sensors and sensors
JP6890061B2 (en) Gas sensor
JP6456278B2 (en) Spark plug
JP6580969B2 (en) Ceramic heater, gas sensor, and method of manufacturing ceramic heater
JP6796403B2 (en) Sensor
JP6475145B2 (en) Gas sensor
JP5296031B2 (en) Gas sensor
JP6313075B2 (en) Gas sensor
JP7266541B2 (en) Spark plug manufacturing method and spark plug
JP2016119277A (en) Ceramic joined body, ceramic heater and sensor
JP2013148553A (en) Gas sensor
JP6438877B2 (en) Gas sensor
JP2023062291A (en) gas sensor
JP2023049177A (en) Gas sensor and method for manufacturing gas sensor
JP5213795B2 (en) Gas sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170308

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20171130

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20171204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6291411

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250