JPH0479538B2

JPH0479538B2 -

Info

Publication number: JPH0479538B2
Application number: JP59068895A
Authority: JP
Inventors: Akio Takami; Toshitaka Matsura; Akira Nakano; Yoshiaki Kuroki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1992-12-16
Also published as: JPS60211345A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高温で使用するセンサーのセラミツ
ク基板の端子構造に関するものである。

［従来の技術］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
子回路の小型化し、軽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を半他付け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
パータン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１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６を
用いてセラミツク基板４と一体成形した場合に
は、耐熱性は有するのであるが白金自体郷土が小
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。

［発明の構成および作用］かかる目的を達するための本発明の構成は、高温で使用するセンサーのセラミツク基板の端
子構造において、セラミツク基板に一体形成された、検知素子と
該検知素子の加熱用発熱抵抗体とに通電するため
の導電部に、焼結固着されることによつて、一端
が接続された、白金族を主成分とする第１の電極
線と、上記第１の電極線と他端と接続された、一部わ
ん曲された第２の電極線と、上記セラミツク基板と上記第１の電極線との接
合部から、上記第１の電極線と上記第２の電極線
との接続部にかけて、被覆封止するガラス材から
なる電極保護層と、セラミツク基板、上記第１の電極線、上記第２
の電極線、および上記電極保護層を囲む外筒又は
内筒と、を有することを特徴とする高温で使用するセンサ
ーの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、この第１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又はその合金
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の電極線はCu、Fe、Ni又はそ
れらの合金が適し、その理由は、コスト、強度、
耐熱性の点から適しているからである。このうち
Ni又はNi合金が耐熱性にもつとも適しているが、
大電流を必要とする場合はCuを使用する。

更に第２の電極線を一部わん曲されたものとし
た理由は、複数のリード線の場合、リード間に長
さの違いが生じると、リードを引つ張つたとき、
もつとも短い１本に応力が集中し、リード引張り
の耐力が低いが、平形電極線を成形するときに１
部にわん曲部を設けることにより、１本のリード
に応力が集中したとき、このわん曲部が伸び、複
数のリードに均一に応力がかかり、応力の集中を
防ぎ、安定したリード強度を有するセンサーを提
供することができるからである。

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。

このガラス材の被覆封止によつて、第１の電極
線と第２の電極線との接続部は、熱によつて外れ
ることがなく、また第１の電極線もガラス材にて
補強されることとなるので、振動にも強く、さら
に、第２の電極線を一部わん曲させて使用してい
るので、第１の電極線が切断するといつたことも
防止できる。

さらに、外筒又は内筒を設けることによつて、
セラミツク基板、第１の電極線、第２の電極線、
および電極保護層が保護される。

［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側面面図である。
図において、１０はセラミツク基板上に検出素子
１１を備えた酸素濃度を検出するための検出部、
１２は検出部１０を把持すると共に本センサを内
燃機関に取る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取付
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１
８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、検出ガスの洩れを防止すると共
に、検出部１０の端子を保護するように、検出部
１０と白金よりなり第１の電極線４８ないし５０
との接合部から、白金よりなる第１の電極線４８
ないし５０と第２の電極線となる端子３１ないし
３３との接続部にかけて、被覆封止しており、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
り付けられる外筒であつて、セラミツク基板、第
１の電極線、第２の電極線、および電極保護層を
保護する。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
からの第２の電極線となる端子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と第２の電極線
となる端子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２
６を接続し、その後加締金具２４ないし２６を第
２の電極線となる端子３１ないし３３と加締接続
することによつて行なわれる。

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、有機溶剤通で混合してスラリ
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
１mm、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Au₂O₃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、４２，４３，４
５，４６および４７は前述の導電部に相当し、４
２及び４３は検出素子１１の電極となる電極パタ
ーン、４４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を検出素子１１に電極を
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上に第１の電極線となる直
径0.2mmの白金よりなる第１の電極線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６１が形成され、
電極パターン４２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。ここで上記第１の
電極線４８ないし５０は、積層熱圧着後その一部
は外部に突出される。

このようにして、第１の電極線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６１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ボイズに粘度調整した
TiO₂ペーストを、開口６１を充塞しかつ電極パ
ターン４２及び４３の先端に披着するよう厚膜印
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。

このように作成された検出部１０の、外部に突
出された第１の電極線４８ないし５０と第２の電
極線となる端子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、ロは右側図を示している。

第１０図に示す如く、第２の電極線となる各端
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、第２の電極線となる各端子３１ないし３３を
第１の電極線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続
が行われる。ここでこの第１の電極線４８ないし
５０と第２の電極線となる各端子３１ないし３３
との接続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い。また、第
２の電極線となる各端子３１ないし３３が一体形
成されたニツケル板は、検出部１０が主体金具１
２に固定され、その後検出部１０と第１の電極線
４８ないし５０との接合部から、第１の電極線４
８ないし５０と第２の電極線となる各端子３１な
いし３３との接続部にかけて、ガラスシール１７
によつて広く保護され、内筒１４内に固定された
後に、所定の長さに切断される。尚、第３図及び
第４図において、第２の電極線となる各端子３１
ないし３３のわん曲部５１ないし５３はガラスシ
ール１７に被覆されているが、該わん曲部５１な
いし５３はガラスシール１７に被覆されず、ガラ
スシール１７の外部に出ていてもよい。

そして第２の電極線となる端子３１および端子
３３と加熱用の電源とを接続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、第２の電極となる端子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。

尚、本実施例では第２の電極線にニツケル材を
用いたが、本発明はこれにこだわることなくCu、
Fe、Ni当の合金を用いても良好な結果が得られ
る。

以上本実施例の高温で使用する酸素センサにお
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よりなる第１の電極線４
８ないし５０と、ニツケル板からなる第２の電極
線となる端子３１ないし３３とを、スポツト溶接
によつて接続し、更にその接続部をセラミツク基
板と共に内筒１４内に低融点ガラスからなるガラ
スシール１７を用いて固定し保護するようにして
いる。従つて、第１の電極線４８ないし５０と第
２の電極線となる端子３１ないし３３との接続部
は熱によつて外れることがなく、また第１の電極
線４８ないし５０もガラスシール１７にて補強さ
れることとなるので振動にも強く、さらに第２の
電極線となる端子３１ないし３３ち一部わん曲し
た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。更に、電極線を
一部わん曲されたものとしたため、リード間に長
さの違いがあつても、リードを引張つたときもつ
とも短い１本のわん曲部が伸び複数のリードに均
一に応力がかかり、応力の集中を防ぎ安定したリ
ード強度を有するものである。これを確めるため
に、引張り切断強度を測定したところ、切断強度
が直接のものは平均38Kg、最低で17Kgであるのに
対しわん曲したものは平均40Kg最低35Kgで、特に
最低強度の高い効果があつた。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とか急熱急冷が頻繁
に繰り返され、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、本発明の高温で使用するセ
ンサーのセラミツク基板の端子構造によれば、熱
や振動、急熱急冷に強く、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、１１……検知素子、１７……
ガラスシール、１４……内筒、１９……外筒、３
１，３２，３３……第２の電極線となる端子、４
０……グリーンシート、４４……発熱抵抗体パタ
ーン、４２，４３，４５，４６，４７……電極パ
ターン、４８，４９，５０……白金よりなる第１
の電極線、５１，５２，５３……わん曲部。

Claims

【特許請求の範囲】１高温で使用するセンサーのセラミツク基板の
端子構造において、セラミツク基板４０に一体形成された、検知素
子１１と該検知素子１１の加熱用発熱抵抗体４４
とに通電するための導電部４２，４２，４５，４
６，４７に、焼結固着されることにおつて、一端
が接続された、白金族を主成分とする第１の電極
線４８，４９，５０と、前記第１の電極線４８，４９，５０の他端と接
続された、一部わん曲された第２の電極線３１，
３２，３３と、上記セラミツク基板４０と上記第１の電極線４
８，４９，５０との接合部から、上記第１の電極
線４８，４９，５０と上記第２の電極線３１，３
２，３３との接続部にかけて、被覆封止するガラ
ス材からなる電極保護層１７と、上記セラミツク基板４０、上記第１の電極線４
８，４９，５０、上記第２の電極線３１，３２，
３３、および上記電極保護層１７を囲む外筒１９
又は内筒１４と、を有することを特徴とする高温で使用するセンサ
ーのセラミツク基板の端子構造。