JP2681301B2 - 検出素子端子構造 - Google Patents
検出素子端子構造Info
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、検知部と検知部を加熱する発熱部が一体と
なつている検出素子、例えば自動車の排気ガス中の酸素
濃度を検出する酸素センサーのように、特に耐熱特性を
要求される検出素子の端子構造に関する。
なつている検出素子、例えば自動車の排気ガス中の酸素
濃度を検出する酸素センサーのように、特に耐熱特性を
要求される検出素子の端子構造に関する。
従来、酸素センサーにおいて、ヒーターと検出部が一
体とされたものは、例えば特開昭59−91357号公報、特
開昭63−282648号公報、特開昭50−158393号公報などが
知られている。
体とされたものは、例えば特開昭59−91357号公報、特
開昭63−282648号公報、特開昭50−158393号公報などが
知られている。
このような耐熱特性の要求される検出素子において、
従来技術であるICパツケージや、セラミツクヒーターや
前記特許においては、ろう材として銀を主成分とした材
料が使用されていた。
従来技術であるICパツケージや、セラミツクヒーターや
前記特許においては、ろう材として銀を主成分とした材
料が使用されていた。
前記した少なくとも一対の電極を有する検知部と該検
知部を加熱するための発熱部とを電気的に絶縁してなる
検出素子において、これらへの接続端子部への接続が銀
を主体としたろう材により行なわれたものの発熱部へ直
流電圧を印加して使用すると、環境温度からの受熱及び
発熱部からの熱伝導により端子部が高温となり、その温
度と印加電圧の作用でろう材中の銀や銅が、第３図に示
すようにセラミツク表面および内面へマイグレーシヨン
していき、検知部や発熱部の端子間の絶縁抵抗が低下し
てしまい、検知部で取り出された信号が不安定になる。
知部を加熱するための発熱部とを電気的に絶縁してなる
検出素子において、これらへの接続端子部への接続が銀
を主体としたろう材により行なわれたものの発熱部へ直
流電圧を印加して使用すると、環境温度からの受熱及び
発熱部からの熱伝導により端子部が高温となり、その温
度と印加電圧の作用でろう材中の銀や銅が、第３図に示
すようにセラミツク表面および内面へマイグレーシヨン
していき、検知部や発熱部の端子間の絶縁抵抗が低下し
てしまい、検知部で取り出された信号が不安定になる。
更に、マイグレーシヨンが著しい場合は、マイグレー
シヨンしたろう材金属を介して発熱部への通電々流が、
端子部で発熱端子部間とか、発熱端子部から検知端子部
へセラミツク表面や内面を通つて流れることにより極度
に局部発熱して、著しい場合にはセラミツクが溶融する
こともある。又、この場合発熱端子部から検知端子部へ
過度の電流が流れる時には、その過電流が検知端子部か
ら外部の制御部へ、リード線を通して流れることもあ
り、この結果として外部の制御部が破壊されることもあ
る。
シヨンしたろう材金属を介して発熱部への通電々流が、
端子部で発熱端子部間とか、発熱端子部から検知端子部
へセラミツク表面や内面を通つて流れることにより極度
に局部発熱して、著しい場合にはセラミツクが溶融する
こともある。又、この場合発熱端子部から検知端子部へ
過度の電流が流れる時には、その過電流が検知端子部か
ら外部の制御部へ、リード線を通して流れることもあ
り、この結果として外部の制御部が破壊されることもあ
る。
本発明は、ヒーターと検知部が一体となつている検出
素子における前記した様なマイグレーシヨンによる絶縁
低下の問題を解決し、検出信号を安定して取り出すこと
のできる端子接続構造の提供を目的としている。
素子における前記した様なマイグレーシヨンによる絶縁
低下の問題を解決し、検出信号を安定して取り出すこと
のできる端子接続構造の提供を目的としている。
上記目的は、本発明によれば、端子部と外部を接続す
るための金属接続端子を、Auを主体としたろう材でろう
付けすることにより達成された。ここで、ろう材はAu以
外の成分を、被ろう付金属と全率固溶型の合金を形成す
る金属から選んだ少なくとも１種以上の金属を、合計で
60wt％以下含有することが必要である。
るための金属接続端子を、Auを主体としたろう材でろう
付けすることにより達成された。ここで、ろう材はAu以
外の成分を、被ろう付金属と全率固溶型の合金を形成す
る金属から選んだ少なくとも１種以上の金属を、合計で
60wt％以下含有することが必要である。
すなわち、本発明は、室温〜約500℃の高温度領域に
おける検出素子出力取り出し端子間の絶縁劣化が極めて
少ない接続構造として、Au以外の成分を、被ろう付金属
と全率固溶型の合金を形成する金属に限定し、かつ60wt
％以下に抑えるという要件を満たすことが大切であるこ
との知見により完成されたものである。
おける検出素子出力取り出し端子間の絶縁劣化が極めて
少ない接続構造として、Au以外の成分を、被ろう付金属
と全率固溶型の合金を形成する金属に限定し、かつ60wt
％以下に抑えるという要件を満たすことが大切であるこ
との知見により完成されたものである。
本発明において、500℃における耐久性に優れている
ということは、室温〜約500℃の間の任意の温度におい
て、検出素子の発熱部通電後の取り出し端子間の絶縁劣
化が少ない事を意味する。
ということは、室温〜約500℃の間の任意の温度におい
て、検出素子の発熱部通電後の取り出し端子間の絶縁劣
化が少ない事を意味する。
具体的な測定手段の一例としては、実施例で述べるよ
うに大気中で室温〜約500℃間の任意の温度にて、発熱
部取り出し端子間に20Vを印加した耐久試験を行い、耐
久試験前と耐久試験後の室温端子間絶縁抵抗もしくは破
面の微細構造を分析した結果で判断した。耐久試験時間
が長い程、劣化の程度は増大するが、500℃100時間程度
で、室温との絶縁抵抗の劣化の差が明瞭となる。
うに大気中で室温〜約500℃間の任意の温度にて、発熱
部取り出し端子間に20Vを印加した耐久試験を行い、耐
久試験前と耐久試験後の室温端子間絶縁抵抗もしくは破
面の微細構造を分析した結果で判断した。耐久試験時間
が長い程、劣化の程度は増大するが、500℃100時間程度
で、室温との絶縁抵抗の劣化の差が明瞭となる。
ジルコニア固体電解質に絶縁層を介して発熱部を設け
た検出素子では、例えば自動車通内燃機関に装着された
場合、端子部と外部との接続部は周囲の環境状況及び自
身の熱伝導により、外気温から約500℃までの使用条件
が考えられる。このような条件下で検出部より信号を取
り出す際に、出力負極は、外部の制御回路のアース電位
を介して、バツテリ電極と接続しており、発熱部負極
は、多くの場合、バツテリ負極に直接接続されて使用さ
れる。結果として、出力負極と発熱部負極は比較的低い
インピーダンスで結ばれることとなり、結果として検出
部引出し線の基準極側と発熱部引出し端子の間には電位
差が生じる。
た検出素子では、例えば自動車通内燃機関に装着された
場合、端子部と外部との接続部は周囲の環境状況及び自
身の熱伝導により、外気温から約500℃までの使用条件
が考えられる。このような条件下で検出部より信号を取
り出す際に、出力負極は、外部の制御回路のアース電位
を介して、バツテリ電極と接続しており、発熱部負極
は、多くの場合、バツテリ負極に直接接続されて使用さ
れる。結果として、出力負極と発熱部負極は比較的低い
インピーダンスで結ばれることとなり、結果として検出
部引出し線の基準極側と発熱部引出し端子の間には電位
差が生じる。
この様な条件下で、マイグレーシヨンを起すろう材を
用いて端子部と外部を接続して使用を続けると、ろう材
中の金属が酸化反応する時に、電界下でイオンを生じ、
絶縁層に用いられるセラミツクの粒界中を電界移動成長
して、やがては絶縁低下をもたらし、出力信号が取り出
し不可能となり、さらには固体電界質に過電圧が加わ
り、セラミツク溶融などの不具合も起り得る。また、こ
のろう材中の金属のイオン化反応は水分が存在すると更
に著しく加速される。
用いて端子部と外部を接続して使用を続けると、ろう材
中の金属が酸化反応する時に、電界下でイオンを生じ、
絶縁層に用いられるセラミツクの粒界中を電界移動成長
して、やがては絶縁低下をもたらし、出力信号が取り出
し不可能となり、さらには固体電界質に過電圧が加わ
り、セラミツク溶融などの不具合も起り得る。また、こ
のろう材中の金属のイオン化反応は水分が存在すると更
に著しく加速される。
この室温〜約500℃の高温度領域において、マイグレ
ーシヨンによる絶縁低下を起さないようにするために
は、Auは、その酸化物の生成自由エネルギーの序列から
も、水に対する安定性からも極めて有効なろう材成分で
あるが、Au単体では、コスト面からもまたろう付け作業
温度からも実際上制約が生じるため添加成分が必要であ
る。ここで被ろう付金属と固溶体を形成し難い金属（例
えばAgなど）を入れると、数％程度添加しても容易に絶
縁低下を引起こす（第１表比較例参照）。
ーシヨンによる絶縁低下を起さないようにするために
は、Auは、その酸化物の生成自由エネルギーの序列から
も、水に対する安定性からも極めて有効なろう材成分で
あるが、Au単体では、コスト面からもまたろう付け作業
温度からも実際上制約が生じるため添加成分が必要であ
る。ここで被ろう付金属と固溶体を形成し難い金属（例
えばAgなど）を入れると、数％程度添加しても容易に絶
縁低下を引起こす（第１表比較例参照）。
これは、これらの金属がろう付け後に母材金属と遊離
し易く、電界下でイオン化した後の抵抗が小さい。すな
わち拡散係数が大きい為であると考えられる。
し易く、電界下でイオン化した後の抵抗が小さい。すな
わち拡散係数が大きい為であると考えられる。
一方、被ろう付金属と全率固溶型の合金を形成する金
属、例えばCu,Ni,Co,Pd,Au,Fe,Irを添加すると、総量で
60wt％を超えなければ絶縁低下は発生しない。これは、
これらの金属がろう付けにより、被ろう付金属と合金を
つくり、その格子中に取り込まれ、これがイオン化後の
抵抗になるが、60wt％を超えると、被ろう付金属との遊
離部が形成され易い事によりイオン化され易いものと考
えられる。
属、例えばCu,Ni,Co,Pd,Au,Fe,Irを添加すると、総量で
60wt％を超えなければ絶縁低下は発生しない。これは、
これらの金属がろう付けにより、被ろう付金属と合金を
つくり、その格子中に取り込まれ、これがイオン化後の
抵抗になるが、60wt％を超えると、被ろう付金属との遊
離部が形成され易い事によりイオン化され易いものと考
えられる。
図面によつて本発明を説明する。第１図は本発明検出
素子の１例を示すもので、固体電解質５を介して設けた
一対の環境検出部電極７は端子11a,11bにリード部9bに
より接続され、前記検出部の加熱装置15は、端子13,13
に接続され、いずれも絶縁基板１に一体的に取付けられ
ている。これら端子にろう材14a〜14dによつて導線16a
〜16dが接続されている。
素子の１例を示すもので、固体電解質５を介して設けた
一対の環境検出部電極７は端子11a,11bにリード部9bに
より接続され、前記検出部の加熱装置15は、端子13,13
に接続され、いずれも絶縁基板１に一体的に取付けられ
ている。これら端子にろう材14a〜14dによつて導線16a
〜16dが接続されている。
次に、第２図は、本発明検出素子端子構造を備えた他
の実施例を示しており、円筒状絶縁基板22に、加熱装置
25を取付け、絶縁層28を介して環境検知部27を設ける。
これら加熱装置25および環境検知部27は、それぞれ端子
23a23b,21a21bにおいて、導線26a26b26c26dが、ろう材2
4a〜24dにより接続される。
の実施例を示しており、円筒状絶縁基板22に、加熱装置
25を取付け、絶縁層28を介して環境検知部27を設ける。
これら加熱装置25および環境検知部27は、それぞれ端子
23a23b,21a21bにおいて、導線26a26b26c26dが、ろう材2
4a〜24dにより接続される。
第４図に示す装置により、各種金属を含むろう材に
て、所定の素子の端子部のろう付けを行なつた飼料を電
気炉内に固定した後、直流電圧20Vを印加し、出力負極
端子と発熱部負極端子を短絡して耐久試験を行ない、10
0時間後に500VMΩの絶縁テスターにて絶縁抵抗を測定
し、またＸ線マイクロアナライザーにより、絶縁層への
ろう材成分の侵入具合を観察した。第１表にその結果を
示す。
て、所定の素子の端子部のろう付けを行なつた飼料を電
気炉内に固定した後、直流電圧20Vを印加し、出力負極
端子と発熱部負極端子を短絡して耐久試験を行ない、10
0時間後に500VMΩの絶縁テスターにて絶縁抵抗を測定
し、またＸ線マイクロアナライザーにより、絶縁層への
ろう材成分の侵入具合を観察した。第１表にその結果を
示す。
なお、実施例の試験素子のジルコニア固体電解質シー
トの厚みは0.3mmとし、絶縁層にはAl2O3を20μｍ積層し
た。温度は高い程劣化の進行が早い傾向を示したので50
0℃にて行なつた。
トの厚みは0.3mmとし、絶縁層にはAl2O3を20μｍ積層し
た。温度は高い程劣化の進行が早い傾向を示したので50
0℃にて行なつた。
本発明は、以上説明したとおりの構成であることによ
り、Niメツキ等の後処理を必要とする公知のマイグレー
シヨン防止手段を用いずに、室温〜500℃の間の任意の
温度でろう材中の成分のマイグレーシヨンによる端子間
（表面およびセラミツク内面）の絶縁劣化を効果的に防
止することができ、長時間にわたつて使用可能な、信頼
性の高い検出素子端子構造を提供することができ、産業
上極めて有用である。
り、Niメツキ等の後処理を必要とする公知のマイグレー
シヨン防止手段を用いずに、室温〜500℃の間の任意の
温度でろう材中の成分のマイグレーシヨンによる端子間
（表面およびセラミツク内面）の絶縁劣化を効果的に防
止することができ、長時間にわたつて使用可能な、信頼
性の高い検出素子端子構造を提供することができ、産業
上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る検出素子端子構造の１例を示す鳥
瞰図、第２図は、他の実施例を示し、第３図は、マイグ
レーシヨンが生起する状況の説明図、第４図は、本発明
の効果を確認するための実験装置の略図を示している。 １……絶縁基板、22……円筒状絶縁基板 ５……固体電解質、21a21b……端子 ７……検出部電極、23a23b……端子 9b……リード部、24a〜ｄ……ろう材接合部 11a,11b……端子、25……加熱装置 13……端子、26a〜ｄ……導線 14a,14b,14c,14d……接続部、27……検知部 15……発熱体28……絶縁層 16a,16b,16c,16d……外部リード線
瞰図、第２図は、他の実施例を示し、第３図は、マイグ
レーシヨンが生起する状況の説明図、第４図は、本発明
の効果を確認するための実験装置の略図を示している。 １……絶縁基板、22……円筒状絶縁基板 ５……固体電解質、21a21b……端子 ７……検出部電極、23a23b……端子 9b……リード部、24a〜ｄ……ろう材接合部 11a,11b……端子、25……加熱装置 13……端子、26a〜ｄ……導線 14a,14b,14c,14d……接続部、27……検知部 15……発熱体28……絶縁層 16a,16b,16c,16d……外部リード線
Claims (4)
- 【請求項１】環境状態を検出する素子において、少なく
とも一対の電極を有する検知部と、該検知部を加熱する
ための発熱部とが電気的に絶縁されていて、かつ検知部
及び発熱部への電気的接続を行なう端子部が、同一絶縁
層上に一体的に設けられた検出素子であつて、端子部と
外部の接続のための金属接続端子が、Auを主体としたろ
う材でろう付けされてなる検出素子端子構造。 - 【請求項２】ろう材のAu以外の成分として、被ろう付け
金属と全率固溶型の合金を形成する金属群から選んだ少
なくとも１種以上の金属を、合計で60wt％以下含有し、
残部がAuであるろう材である請求項１記載の検出素子端
子構造。 - 【請求項３】検出部がジルコニア固体電解質であり、該
ジルコニア固体電解質上に絶縁層を介して発熱部を設け
た請求項１または２記載の検出素子端子構造。 - 【請求項４】素子の電極がPt,Ph,Pdの内の少くとも１種
以上より成り、絶縁層が主としてアルミナ、マグネシ
ア、スピネルの内、少くとも１種以上よりなる請求項1,
2または３記載の検出端子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118590A JP2681301B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 検出素子端子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118590A JP2681301B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 検出素子端子構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298851A JPH02298851A (ja) | 1990-12-11 |
| JP2681301B2 true JP2681301B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=14740352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1118590A Expired - Fee Related JP2681301B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 検出素子端子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681301B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281206A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Kyocera Corp | 検出素子 |
| JP4671492B2 (ja) * | 2000-11-28 | 2011-04-20 | 京セラ株式会社 | 検出素子 |
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1989
- 1989-05-15 JP JP1118590A patent/JP2681301B2/ja not_active Expired - Fee Related
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