JPH0519802Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の利用分野］ この考案は排気ガスセンサの改良に関し、特に
キヤビテイからの半導体の脱落の防止に関する。

［従来技術］ 出願人は、耐熱絶縁性基体に設けたキヤビテイ
に金属酸化物半導体を充填し、排気ガスセンサと
することを提案した（例えば昭和59年12月27日出
願の実願昭59−199872号，実開昭61−112260号公
報）。この場合、半導体はキヤビテイに充填され、
焼結されてキヤビテイに保持される。しかし半導
体はキヤビテイ内での焼結で収縮し、キヤビテイ
から遊離してしまう。

［考案の課題］ この考案は、半導体のキヤビテイへの保持強度
を高め、センサの耐久性や信頼性を向上させるこ
とを課題とする。

［考案の構成］ この考案の排気ガスセンサは、キヤビテイ内に
その開口部に向けて断面積が増大する突起を設
け、半導体の脱落を防止することを特徴とする。

［実施例］ 第１図、第２図に実施例を示す。図において、
２はアルミナ等の耐熱絶縁性基板で、その先端に
は、底部にＲ部Ｒを設けた、２つの円柱状キヤビ
テイ４，６を設ける。キヤビテイ４，６の内部に
は、頭部に向かつて断面積が拡大するようにテー
パを付けた、ロープ止めに類似の突起８，１０を
設ける。１２はｎ形金属酸化物半導体、１４はｐ
形金属酸化物半導体で、キヤビテイ４，６内に充
填して焼結され、突起８，１０により脱落が防止
されている。半導体１２，１４には、溝に収容し
た各一対の電極１６を接続する。１８は電極１６
の保護のためのアルミナの溶射層、２０はヒータ
である。

このセンサでは、ｎ形金属酸化物半導体１２と
ｐ形金属酸化物半導体１４の抵抗値の積からセン
サ温度を検出してヒータ２０を制御し、抵抗値の
比から排気ガスの組成を検出する。

ここでキヤビテイ４，６内に特定の突起８，１
０を設けることを除き、センサの形状や構造は任
意であり、例えばパイプ状の基体の先端にキヤビ
テイを設けて半導体を充填しても良く、半導体は
ｎ形１２やｐ形１４の一方のみとしても良い。

キヤビテイの形状は円柱状の他に、楕円柱状の
ものや、直方体状のもの等も用い得る。しかし最
も好ましいものは、円柱や楕円柱を基礎とし、底
部にＲ部を設けたものである。このようにする
と、キヤビテイ内への半導体の均一な充填が容易
であり、またレーザ等によるキヤビテイの加工も
容易となる。更に焼結時に半導体が収縮しても、
キヤビテイの底面や側面と半導体との密着性を保
つことができ、基板２と半導体１２，１４との伝
熱性を高めることができる。

第３図に、単純な円柱状のキヤビテイ５，７を
用いた変形例を示す。この変形例は、キヤビテイ
５，７の底部にＲ部を設けず、単なる円柱状とし
た他は、第１図、第２図の実施例と同一である。
この変形例では、キヤビテイの底面と側面とのシ
ヤープエツヂの為、レーザ等での加工が困難であ
る。次にシヤープエツヂの為、半導体を均一に充
填するのも困難となる。更に半導体が焼結時に収
縮すると、キヤビテイの底面や側面と半導体との
間にすき間が生じ、半導体と基板２との熱伝導が
抑制される。このことは２つの半導体１２，１４
に温度差を与え、検出誤差の原因となる。これに
対して、キヤビテイ４，６の底部にＲ部Ｒを設け
ておくと、半導体が収縮しても、半導体はキヤビ
テイ底部のＲに沿つて収縮し、基板と半導体との
密着性を保つことが出来る。

突起８，１０は頭部へ向かい断面積が増す部分
が有れば良く、図のようなＲ部を有する円柱状の
他、楕円柱を基礎としたもの等も用い得る。突起
８，１０は、図のようにテーパを用いて断面積を
変化させるのが好ましいが、例えばボルト状の突
起のようにテーパを用いないものも可能である。
またこのようなキヤビテイ４，６や突起８，１０
はレーザ加工等で設けることができる。

半導体１２，１４の脱落は、以下のようにして
防がれる。半導体をキヤビテイに充填し焼結する
と、半導体は収縮し、キヤビテイから遊離する。
収縮の程度は、BaSnO₃やSrTiO₃，SrFeO₃等の
複合金属酸化物半導体で大きく、TiO₂やSnO₂等
の単純な金属酸化物半導体ではこれよりも小さ
い。ここで突起８，１０を設けると、収縮した半
導体は突起を締め付け、突起により半導体が係止
される。これは半導体が収縮すると、突起８，１
０に接した面も収縮しようとするからである。

考案者は、これ以外に様々なキヤビテイ構造を
検討した。例えばキヤビテイの側周にＲ部を設け
てキヤビテイの断面積を不均一として、突起８，
１０を用いずに半導体の脱落を防止するのであ
る。しかしこの場合も、収縮により半導体がキヤ
ビテイから遊離することにかわりはなく、振動等
で半導体が破損する危険性が有る。

ｎ形半導体１２としてBaSnO₃を用い、ｐ形半
導体１４としてSrTiO₃を用い、耐久テストを行
つた。半導体はいずれも1200℃で焼成したもの
を、充填後1300℃で１時間焼結して用いた。キヤ
ビテイ４，６は内径２mmで深さ0.8mmの円柱状と
し、突起８，１０は底部の外径が0.4mm、最大部
の外径が0.8mmとした。また比較例として、突起
８，１０を除いて、キヤビテイの両側で無機接着
剤により電極を基板に固着し、電極１６により間
接的に半導体１２，１４をキヤビテイに固定した
ものを用いた。テストは、加速度30G、振動数
230Hzの振動を５時間加えて行つた。これは自動
車用電装品への、標準的試験条件である。比較例
では、電極を介して、接着剤で半導体を固定して
いるにもかかわらず、ｐ形、ｎ形とも半導体が脱
落した。一方実施例では、いずれも異常は見られ
なかつた。さらに比較例のものでは、接着剤が電
極を介して半導体に侵入するため、応答特性が低
下していた。

［考案の効果］ この考案では、半導体の基体からの浮きを防止
し、センサの耐久性、信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の排気ガスセンサの平面図、
第２図はその−方向拡大断面図、第３図は変
形例の排気ガスセンサの要部拡大断面図である。 図において、２……基板、４，６……キヤビテ
イ、８，１０……突起、１２，１４……半導体、
１６……電極、Ｒ……Ｒ部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 耐熱絶縁性基体に設けたキヤビテイに、ガスに
   より抵抗値が変化する金属酸化物半導体を充填し
   た排気ガスセンサにおいて、 前記キヤビテイ内に、キヤビテイの開口部に向
   けて断面積が増大する突起を設けたことを特徴と
   する、排気ガスセンサ。