JPH024993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミツク基板の端子構造に関するも
のである。

［従来技術］ 従来より、セラミツク材からなる基板上に金又
は白金族の貴金属を主体とした貴金属ペーストに
てパターンを形成し、焼結することによつて、電
子回路の小型化、計量化を図るといつたことが行
なわれている。

ここで、この種のセラミツク基板における信号
を入・出力するための端子構造としては、例えば
第１図に図示する如く、基板１の端面に上記貴金
属ペーストにて電極パターン２を形成し、銅等か
らなる通常のリード線３を半田付けＡするように
しているもの、あるいは第２図に示す如く、セラ
ミツク基板４に形成された上記貴金属ペーストの
パターン５上に、貴金属からなるリード線、例え
ば白金リード線６を設け、その上からセラミツク
板７を密着し、一体焼結させることによつてこの
白金リード線６を端子とするものがある。

ところで上記前者の半田付けによる端子構造の
場合、リード線３に外力が加わつたり基板自体が
振動するような場合には、電極パターン２と基板
１との間が剥がれるといつた問題があり、また半
田付けによる接続であるため高温での使用は不可
能であつた。一方上記後者の白金リード線を用い
てセラミツク基板と一体成形した場合には、耐熱
性は有するものであるが白金自体強度が小さいこ
とからリード線に外力が加わつたり、振動するよ
うな場所では使用することができなかつた。

［発明の目的］ そこで本発明は、耐熱性を有すると共に高強度
のセラミツク基板の端子構造を提供することによ
つて、セラミツク基板を高温、高振動の場所に設
置したような場合にも充分に耐え得るようにする
ことを目的としている。

［発明の構成］ かかる目的を達するための本発明の構成は、セ
ラミツク基板に一体形成された導電部に接続さ
れ、焼結固着された白金族を主成分とする第１の
電極線と、上記第１の電極線と接合されたニツケ
ル又はニツケル合金からなる第２の電極線と、上
記第１の電極線と第２の電極線との接合部分及び
上記基板の一部を覆うガラス材からなる電極保護
層と、を有するセラミツク基板の端子構造を要旨
としている。

ここで上記第１の電極線として白金族を主成分
とするものとしたのは、セラミツク基板の導電部
と焼結晶固着する際に他の金属では酸化されてし
まい使用できなくなるからであつて、この電極線
は白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、
ロジウム、オスミウムの白金族のものであればよ
く、特に耐熱性と価格の点で白金を用いた方が望
ましい。

また、上記第２の電極線としてニツケル又はニ
ツケルの合金としたのは強度、耐熱性の点から適
しているからである。

次にガラス材としてはホウケイ酸ガラス、リン
酸ガラス、ホウ酸鉛ガラス等を用いることがで
き、そのうちでも特に低温でシールでき、金具の
酸化消耗が少なくなることからホウ酸鉛ガラスを
用いることが好ましい。

［実施例］ 以下、本発明の端子構造を有するセラミツク基
板をガス成分又はその濃度を検出する検出部と
し、内燃機関の排気中の酸素濃度を検出する酸素
センサに適用した場合を例にとり説明する。

第３図は酸素センサの部分断面側面図である。
図において１０はセラミツク基板上に検出素子１
１を備え、酸素濃度を検出するための検出部、１
２は検出部１０を把持すると共に本センサを内燃
機関に取り付けるための筒状に形成された主体金
具、１３は主体金具１２の内燃機関側先端部１２
ａに取り付けられ、検出部１０を保護するための
プロテクタ、１４は主体金具１２と共に検出部１
０を把持するための内筒であり、検出部１０はス
ペーサ１５、充填粉末１６及びガラスシール１７
を介して主体金具１２及び内筒１４に把持されて
いる。また主体金具１２の外周には内燃機関付用
のねじ部１２ｂが刻設されており、内燃機関壁面
当接部分には排気が漏れないようガスケツト１８
が設けられている。

ここで充填粉末１６は滑石及びガラスの１：１
の混合粉末からなり、検出部１０を内筒１４内に
固定するためのもの、ガラスシール１７は低融点
ガラスからなり、検出ガスの漏れを防止すると共
に検出部１０の端子を保護するように、検出部１
０の基板の一部及び後述する白金リード線と端子
との接続部を覆い内筒１４内に充填されている。
尚、このガラスシール１７は、本発明を構成する
電極保護層に相当する。

１９は内筒１４を覆うように主体金具１２に取
り付けられる外筒、２０はシリコンゴムからなる
シール材であつて、リード線２１ないし２３と、
第４図に示すガラスシール１７より突出された検
出部１０からの端子３１ないし３３との接続部を
絶縁保護するためのものである。またこのリード
線２１ないし２３と端子３１ないし３３との接続
は、第５図に示す如く、予め外筒１９内にシール
材２０及びリード線２１ないし２３を収めると共
に、各リード線２１ないし２３の先端に加締金具
２４ないし２６を接続し、その後加締金具２４な
いし２６を端子３１ないし３３と加締接続するこ
とによつて行なわれる。尚、上記端子３１ないし
３３は本発明を構成する第２の電極線に相当す
る。

次に検出部１０は第６図ないし第９図に示す如
き手順に従つて作成される。尚、第６図ないし第
９図に示すイは検出部１０の正面図を示し、ロは
Ａ−Ａ線断面図を示している。

ここで上記第６図ないし第９図の各図におい
て、４０及び４１は平均粒径1.5μｍのAl₂O₃92重
量％、SiO₂4重量％CaO2重量％及びMgO2重量％
からなる混合粉末100重量部に対してブチラール
樹脂12重量部及びジブチルフタレート（DBP）
６重量部を添加し、有機溶剤中で混合してスラリ
ーとし、ドクタープレートを用いて形成されたグ
リーンシートであり、グリーンシート40は厚さ１
mm、グリーンシート４１は厚さ0.2mmに予め作成
されたものである。また４２ないし４７はPtに
対し７％のAl₂O₃を添加した白金ペーストで厚膜
印刷したパターンであつて前述の導電部に相当
し、４２及び４３は検出素子１１の電極となる電
極パターン、１４は検出素子１１を加熱するため
のヒータとなる発熱抵抗体パターン、４５ないし
４７は発熱抵抗体パターン４４や検出素子１１に
電源を印加あるいは検出信号を抽出するための電
極パターンである。

本検出部１０の製造は、第６図に示す如く、ま
ずグリーンシート４０上に上記４２ないし４７の
各パターンを白金ペーストで厚膜印刷することに
より始められ、次いで第７図に示す如く、電極パ
ターン４５ないし４７上に直径0.2mmの白金リー
ド線４８ないし５０が夫々配設される。

次に第８図から明らかな如く、グリーンシート
４１に電極パターン４２及び４３の先端部が露出
するよう打ち抜きによつて開口５１が形成され、
電極パターン４２及び４３の先端部を除く全ての
パターンを覆うべく、グリーンシート４０上にグ
リーンシート４１が積層熱圧着される。ここで上
記白金リード線４８ないし５０は、本発明を構成
する第１の電極線に相当し、積層熱圧着後もその
一部は外部に突出される。

このようにして、白金リード線４８ないし５０
の一部が突出され、電極パターン４２及び４３の
先端部が露出された積層板が作成されると、今度
はこの積層板を1500℃の大気中に２時間放置する
ことによつて、セラミツク基板が焼成される。

次に第９図に示す如く、上記焼成されたセラミ
ツク基板の開口５１に検出素子１１を設けること
となるのであるが、この検出素子１１は平均粒径
1.2μｍのTiO₂粉末100モル部に対し１モル部の白
金ブラツクを添加し、更に全粉末に対して３重量
％のエチルセルロースを添加しブチルカルビトー
ル（２−（２−ブトキシエトキシ）エタノールの
商品名）中で混合し300ポイズに粘度調整した
TiO₂ペーストを、開口４９を充塞しかつ電極パ
ターン４２及び４３の先端に被着するよう厚膜印
刷した後、1200℃の大気中に１時間放置して焼き
付けることによつて形成される。

このようにして作成された検出部１０の、外部
に突出された白金リード線４８ないし５０と端子
３１ないし３３との接続は第１０図に示す如く行
なわれる。尚、図においてイは正面図、ロは右側
面図を示している。

第１０図に示す如く、端子３１ないし３３は予
め厚さ0.3mmのニツケル板にエツチング加工によ
つて一体形成されており、各端子を白金リード線
４８ないし５０に夫々配設し、その部分をスポツ
ト溶接することによつて端子の接合が行なわれ
る。ここでこの白金リード線と端子との接合は熱
や振動によつて外れることがなければどのような
接続方法であつてもよく、また端子３１ないし３
３が一体形成されたニツケル板は検出部１０が主
体金具１２に固定され、その後検出部１０の基板
の一部及び白金リード線４８ないし５０と端子３
１ないし３３との接合部分がガラスシール１７に
よつて保護され、内筒１４内に固定された後に所
定の長さに切断される。

そして端子３１及び端子３３間に加熱用の電源
を印加することによつて発熱抵抗体パターン４４
を加熱し、検出素子１１を活性化させ、端子３２
及び端子３３間の抵抗値の変化を検出することに
よつて、酸素濃度を検知することができるように
なる。

以上本実施例の酸素センサにおけるセラミツク
基板の端子構造は、セラミツク基板と一体形成さ
れた白金リード線と、ニツケル板からなる端子と
を、スポツト溶接によつて接合し、更にその接合
部分をセラミツク基板と共に内筒内に低融点ガラ
スを用いて固定し保護するようにしている。従つ
て白金リード線と端子との接合部分は熱によつて
外れることがなく、また白金リード線も低融点ガ
ラスにて補強されることとなるので振動にも強
く、さらに端子にニツケル板を使用しているので
端子自体が劣化するといつたことも防止できる。
このため本酸素センサは耐熱性、耐振性及び耐久
性を有するものとなり、内燃機関のような高温で
かつ高振動の場所にでも充分に耐え得るようにな
る。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明のセラミツク基板の
端子構造においては、セラミツク基板に焼結固着
された白金族の電極線と、ニツケル又はニツケル
合金からなる電極線とを接合し、更にセラミツク
基板の一部を含む接合部をガラス材からなる保護
層により保護するようにしている。従つて熱や振
動に強く、セラミツク基板を高温でかつ振動する
場所に設置した場合にも充分耐え得る端子構造と
することができ、耐久性のある端子構造を提供す
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のセラミツク基板の端
子構造を示す斜視図、第３図ないし第１０図は本
発明の端子構造を酸素センサに適用した実施例を
示し、第３図ないし第５図は本センサの構造を示
す部分断面図、第６図ないし第９図は検出部１０
の組み立て工程を示す正面図イ及びＡ−Ａ線断面
図ロ、第１０図は電極線と端子との接続を示す正
面図イ及び右側面図ロである。 １０……検出部、１７……ガラスシール、３
１，３２，３３……端子、４８，４９，５０……
白金リード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク基板に一体形成された導電部に接
   続され、焼結固着された白金族を主成分とする第
   １の電極線と、 上記第１の電極線と接合されたニツケル又はニ
   ツケル合金からなる第２の電極線と、 上記第１の電極線と第２の電極線との接合部分
   及び上記基板の一部を覆うガラス材からなる電極
   保護層と、 を有するセラミツク基板の端子構造。 ２ 第１の電極線が白金を主成分とする電極線で
   ある特許請求の範囲第１項記載のセラミツク基板
   の端子構造。