JPH02298851A - 検出素子端子構造 - Google Patents
検出素子端子構造Info
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- JPH02298851A JPH02298851A JP1118590A JP11859089A JPH02298851A JP H02298851 A JPH02298851 A JP H02298851A JP 1118590 A JP1118590 A JP 1118590A JP 11859089 A JP11859089 A JP 11859089A JP H02298851 A JPH02298851 A JP H02298851A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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
っている検出素子、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、！＃に耐熱特性を
要求される検出素子の端子構造に関する。
っている検出素子、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、！＃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、Ｗ！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５９−９１５５７号公
報、特開昭６５−２８２６４８号公報、特開昭５０−１
５８５９５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５９−９１５５７号公
報、特開昭６５−２８２６４８号公報、特開昭５０−１
５８５９５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パッケージや、セラミックヒータ−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。
来技術であるＩＣパッケージや、セラミックヒータ−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５材によ）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夛、その温度
と印加電圧の作用でろ９材中の銀や銅が、第３図に示す
ようにセラミック表面および内面ヘマイグレーションし
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。
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５材によ）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夛、その温度
と印加電圧の作用でろ９材中の銀や銅が、第３図に示す
ようにセラミック表面および内面ヘマイグレーションし
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、マイグレーションが著しい場合は、マイグレーシ
ョンしたろ９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
セラミック表面や内面を通って流れることによシ極度に
局部発熱して、著しい場合にはセラミックが溶融するこ
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。
ョンしたろ９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
セラミック表面や内面を通って流れることによシ極度に
局部発熱して、著しい場合にはセラミックが溶融するこ
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っている検１ｆ
ｊ素子における前記した様なマイグレーションによる絶
縁低下の問題を解決し、検出信号を安定して取シ出すこ
とのできる端子接続構造の提供を目的としている。
ｊ素子における前記した様なマイグレーションによる絶
縁低下の問題を解決し、検出信号を安定して取シ出すこ
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を主体とし九ろう材でろう
付けすることＫ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塁の合金を形成
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６０ ｖｔ％以下含有することが必要である。
ための金属接続端子を、Ａｕを主体とし九ろう材でろう
付けすることＫ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塁の合金を形成
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６０ ｖｔ％以下含有することが必要である。
すなわち、不発８Ａは、室温〜約５００℃の高温度領域
における検出素子出力数シ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
金属と全率固溶塁の合金を形成する金属に限定し、かり
６０ ｖｔ％以下に抑えるといり要件を満たすことが大
切であることの知見によシ完成されたものである。
における検出素子出力数シ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
金属と全率固溶塁の合金を形成する金属に限定し、かり
６０ ｖｔ％以下に抑えるといり要件を満たすことが大
切であることの知見によシ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シ出し端子間の絶縁
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シ出し端子間の絶縁
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、実施例で述べるより
に大気中で室温〜約５００℃間の任意の温度にて、発熱
部域シ出し端子間に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
。
に大気中で室温〜約５００℃間の任意の温度にて、発熱
部域シ出し端子間に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、例えば自動車等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）、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、バッテリ電極と接続しておシ、発熱部負極は
、多くの場合、バッ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シ、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。
検出素子では、例えば自動車等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）、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、バッテリ電極と接続しておシ、発熱部負極は
、多くの場合、バッ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シ、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、マイグレーションを起するう材を用
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ッ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
不可能となシ、さらには固体電解質に過電圧が加わシ、
セラミック溶融などの不具合も起り得る。
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ッ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
不可能となシ、さらには固体電解質に過電圧が加わシ、
セラミッ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。
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
ーショ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、数チ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〕。
ーショ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、数チ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。
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塁の合金を形［スル金属
、例えばＣｕ、 Ｎｉ、 Ｃｏ、 ＰｔＬ、 Ａｕ、
ＦｅｅＩｒｉ添加すると、総量で６０ ｗｔ％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
ろう付けによシ、被ろう付金属と合金をつくシ、その格
子中に取シ込まれ、これがイオン化後の抵抗になるが、
６０ ｗｔ％を超えると、被ろう付金属との遊離部が形
成され易い事によシイオン化され易いものと考えられる
。
、例えばＣｕ、 Ｎｉ、 Ｃｏ、 ＰｔＬ、 Ａｕ、
ＦｅｅＩｒｉ添加すると、総量で６０ ｗｔ％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
ろう付けによシ、被ろう付金属と合金をつくシ、その格
子中に取シ込まれ、これがイオン化後の抵抗になるが、
６０ ｗｔ％を超えると、被ろう付金属との遊離部が形
成され易い事によシイオン化され易いものと考えられる
。
図面によっ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、個体電解質５ｔ−介して設けた
一対の環境検出部電極７は端子＋１ａ、１１ｂにリード
部９ｂにより接続され、前記検出部の加熱装［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〜＋
４ｉによって導線１６ａ〜＋６ｃｌが接続されている。
子の１例を示すもので、個体電解質５ｔ−介して設けた
一対の環境検出部電極７は端子＋１ａ、１１ｂにリード
部９ｂにより接続され、前記検出部の加熱装［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〜＋
４ｉによって導線１６ａ〜＋６ｃｌ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）、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２５ａ ２５ｂ、２１ａ ２１ｂにおいて、
導線２６ａ ２（５１）２６ｃ ２６ｄが、ろう材２４
ａ〜２４ｄにより接続される。
実施例を示してお）、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２５ａ ２５ｂ、２１ａ ２１ｂにおいて、
導線２６ａ ２（５１）２６ｃ ２６ｄが、ろう材２４
ａ〜２４ｄにより接続される。
第４図に示す装置によシ、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った試料を電気炉
内に固定した後、直流電圧２０Ｖを印加し、出力負極端
子と発熱部員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。
所定の素子の端子部のろう付けを行なった試料を電気炉
内に固定した後、直流電圧２０Ｖを印加し、出力負極端
子と発熱部員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（Ｌ５＋ｗとし、絶縁層にはＡｔ、Ｏ，を２０
μｍ積層した。温度は高い根方化の進行が早い傾向を示
したので５００℃にて行なった。
の厚みは（Ｌ５＋ｗとし、絶縁層にはＡｔ、Ｏ，を２０
μｍ積層した。温度は高い根方化の進行が早い傾向を示
したので５００℃にて行なった。
本発明は、以上説明したとおりの構成であることによ、
９、Ｎｉメッキ等の後処理を必要とする公知のマイグレ
ーショ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ョンによる端
子間（表面およびセラミック内面〕の絶縁劣化を効果的
に防止することができ、長期間にわたって使用可能な、
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。
９、Ｎｉメッキ等の後処理を必要とする公知のマイグレ
ーショ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ョンによる端
子間（表面およびセラミック内面〕の絶縁劣化を効果的
に防止することができ、長期間にわたって使用可能な、
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。
４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
耐図、第２図は、他の実施例を示し、第３図は、マイグ
レーショ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。
耐図、第２図は、他の実施例を示し、第３図は、マイグ
レーショ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 ２＋ａ ２１ｂ 端子７ 検出
部電極 ２．５ａ ２３ｂ 端子９） リード
部 ２４ａ−ｄ ろう柱接合部Ｈａ、Ｎ’ｂ
端子 ２５ 加熱装置１３ 端子
２６ａ〜ｄ 導線１４ａ、１４ｂ 接続部 ２
７ 検知部１４ｃ、１４ｄ ２８
絶縁層１５ 発熱体 １６ａ、１６ｂ外部リード線 １６０．１６ｄ
体電解質 ２＋ａ ２１ｂ 端子７ 検出
部電極 ２．５ａ ２３ｂ 端子９） リード
部 ２４ａ−ｄ ろう柱接合部Ｈａ、Ｎ’ｂ
端子 ２５ 加熱装置１３ 端子
２６ａ〜ｄ 導線１４ａ、１４ｂ 接続部 ２
７ 検知部１４ｃ、１４ｄ ２８
絶縁層１５ 発熱体 １６ａ、１６ｂ外部リード線 １６０．１６ｄ
Claims (4)
- （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。 - （２）ろう材のＡｕ以外の成分として、被ろう付け金属
と全率固溶塁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。 - （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。 - （４）素子の電極がＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄの内の少くとも４
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 true JPH02298851A (ja) | 1990-12-11 |
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1989
- 1989-05-15 JP JP1118590A patent/JP2681301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
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