JPH0533959Y2 - - Google Patents

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JPH0533959Y2
JPH0533959Y2 JP15263886U JP15263886U JPH0533959Y2 JP H0533959 Y2 JPH0533959 Y2 JP H0533959Y2 JP 15263886 U JP15263886 U JP 15263886U JP 15263886 U JP15263886 U JP 15263886U JP H0533959 Y2 JPH0533959 Y2 JP H0533959Y2
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platinum
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oxygen sensor
platinum electrode
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関などの排ガス中の酸素濃度を
検知する酸素センサの電極取付け構造に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to an electrode mounting structure for an oxygen sensor that detects the oxygen concentration in exhaust gas from an internal combustion engine or the like.

〔背景技術〕2. Background Art

従来から、ジルコニア焼結体などのイオン伝導
固体質(固体電解質板)に一対の電極を設け、一
方の電極側には被測定ガス中の酸素分圧を、他方
の電極側には大気の酸素分圧を印加し、これら被
測定ガスの酸素分圧と基準となる大気の酸素分圧
との差によつて生じる起電力(又は電気抵抗)に
よつて酸素濃度を測定する酸素センサは一般に広
く利用されている。
Conventionally, a pair of electrodes is provided on an ion-conducting solid material (solid electrolyte plate) such as a zirconia sintered body, and one electrode measures the oxygen partial pressure in the gas to be measured, and the other electrode measures atmospheric oxygen. Oxygen sensors, which apply a partial pressure and measure the oxygen concentration by the electromotive force (or electrical resistance) generated by the difference between the oxygen partial pressure of the gas to be measured and the reference atmospheric oxygen partial pressure, are generally widely used. It's being used.

また、上記の如き酸素センサにおいて固体電解
質表面や電極近傍には排ガス中に存在するカーボ
ン粉末や未燃焼粒子等が付着し易く、測定誤差を
生じたり特性の劣化を招く原因をなしていた。
Furthermore, in the above oxygen sensor, carbon powder, unburned particles, etc. present in the exhaust gas tend to adhere to the solid electrolyte surface or near the electrodes, causing measurement errors and deterioration of characteristics.

そのため、酸素センサには、表面に付着した汚
染物質の除去や、低温におけるガス感応性の向上
など双方の目的を果たすため、酸素センサ自体を
800℃程度に加熱するためのヒータを併設したも
のが使用されている。
Therefore, in order to achieve both purposes, such as removing contaminants attached to the surface and improving gas sensitivity at low temperatures, the oxygen sensor itself is
A device equipped with a heater for heating to around 800℃ is used.

すなわち、第3図にて要部横断面図(本考案実
施例としての第5図Y−Y線断面に相当)に示す
ように、固体電解質としてのジルコニアセラミツ
クの板状体Jの両面に白金電極P1,P2をメタラ
イズ手法などにより設けて構成したセンサ部Sに
対し、アルミナセラミツク体中に白金ペーストを
印刷手法により所定のパターンが埋設されてなる
セラミツクヒータHを積層一体化し焼結して製作
した酸素センサが使用されていた。
That is, as shown in the cross-sectional view of the main part in FIG. 3 (corresponding to the Y--Y line cross section in FIG. A ceramic heater H, in which a predetermined pattern is embedded in an alumina ceramic body by printing platinum paste, is laminated and integrated with the sensor part S, which is constructed by providing electrodes P 1 and P 2 by a metallization method or the like, and then sintered. An oxygen sensor manufactured by the manufacturer was used.

ところが、上記の如き、セラミツクヒータを一
体的に備えた酸素センサでは、センサSとヒータ
Hとを一体的に焼結して構成されたものであるこ
とから、固体電解質としてのジルコニアセラミツ
クがともに焼結する温度雰囲気中で焼結する必要
がある。しかも固体電解質であるジルコニアセラ
ミツク板の両面には白金電極を設けるが、これに
は一般に白金ペーストを印刷手法により所定のパ
ターンにプリントしたものをセラミツクの焼結と
併せて高温度で焼付けている。
However, in the oxygen sensor integrally equipped with a ceramic heater as described above, since the sensor S and the heater H are integrally sintered, the zirconia ceramic as the solid electrolyte is sintered. It is necessary to sinter in an atmosphere at a temperature that is suitable for sintering. Moreover, platinum electrodes are provided on both sides of the zirconia ceramic plate, which is a solid electrolyte, by printing platinum paste into a predetermined pattern and baking it at high temperature in conjunction with sintering the ceramic.

このように、セラミツクヒータもセンサと同時
焼結し、一体化するものであるため白金電極の焼
付と同一条件で焼成できる白金ペーストでもつて
ヒータの発熱抵抗パターンも構成する必要があ
る。
In this way, since the ceramic heater is also sintered and integrated with the sensor at the same time, it is necessary to construct the heating resistance pattern of the heater using a platinum paste that can be fired under the same conditions as the platinum electrode.

したがつてセンサを為す白金電極だけでなく、
ヒータの発熱抵抗体をも白金を用いることからコ
スト的に非常に高価なものとなる。また発熱抵抗
体が白金より成る場合、抵抗温度係数が小さいた
め発熱温度のコントロールが難しく、かつ消費電
力が大きいという欠点があつた。
Therefore, in addition to the platinum electrode that forms the sensor,
Since platinum is also used for the heating resistor of the heater, the cost becomes very high. Furthermore, when the heating resistor is made of platinum, the temperature coefficient of resistance is small, making it difficult to control the heating temperature and consuming large amounts of power.

さらに、センサとヒータを同時に一体焼結する
ものであるため、一度の焼結で済むため、生産性
が良いように考えられるが、実際の生産において
良品が得られる率、すなわち歩留りが悪いという
不都合があつた。
Furthermore, since the sensor and heater are sintered at the same time, it is thought that productivity is good because only one sintering is required, but in actual production, the rate of obtaining good products, that is, the yield rate, is low. It was hot.

〔先行技術〕[Prior art]

そこで、本出願人は特願昭61−154722号におい
て、固体電解質に白金電極を付設して成るセンサ
と、アルミナセラミツク体中にタングステンペー
ストで形成した発熱抵抗体を内蔵したヒータとを
それぞれ別途製作しておき、所定の特性を備え
た、良品のみをガラス付によつて接着一体化して
酸素センサを提供した。
Therefore, in Japanese Patent Application No. 61-154722, the present applicant separately fabricated a sensor consisting of a solid electrolyte with a platinum electrode attached, and a heater with a built-in heating resistor made of tungsten paste in an alumina ceramic body. Then, only non-defective products with predetermined characteristics were bonded and integrated with glass to provide an oxygen sensor.

該酸素センサ1は第4図乃至第6図に示す如く
先端に被測定ガスを導入するための導入孔2と、
後端には基準ガスとしての大気を導入する大気導
入孔3が各々形成されている。このうち導入孔2
は、ジルコニア焼結体から成る固体電解質板4の
片面に設けた白金電極5が形成された空間5a
に、他方の大気導入孔3は同じく固体電解質4の
他の面に設けた白金電極6が形成された空間6a
にそれぞれ連通するように構成されている。この
場合、固体電解質板4の片面に形成された白金電
極6が露出した空間6aを形成する外壁部材7は
固体電解質板4と同じものでもよいが、アルミナ
セラミツクで作製したものを接合部3においてガ
ラス付けしたものであつてもよい。
As shown in FIGS. 4 to 6, the oxygen sensor 1 has an introduction hole 2 at its tip for introducing the gas to be measured;
Air inlet holes 3 for introducing air as a reference gas are formed at the rear end. Of these, introduction hole 2
is a space 5a in which a platinum electrode 5 provided on one side of a solid electrolyte plate 4 made of a zirconia sintered body is formed.
The other air introduction hole 3 is also a space 6a in which a platinum electrode 6 provided on the other surface of the solid electrolyte 4 is formed.
are configured to communicate with each other. In this case, the outer wall member 7 forming the space 6a in which the platinum electrode 6 formed on one side of the solid electrolyte plate 4 is exposed may be the same as the solid electrolyte plate 4, but it may be made of alumina ceramic at the joint portion 3. It may be made of glass.

このように構成されたセンサSに対し、タング
ステン又はタングステン−モリブデンなどのペー
ストを用い印刷手法によりアルミナセラミツク体
9中に発熱抵抗体10を埋設したヒータHの片面
を上記センサSの一面にガラス付によつて全面的
にガラス接着させる。
For the sensor S configured in this manner, one side of the heater H, in which a heating resistor 10 is embedded in an alumina ceramic body 9 by a printing method using a paste such as tungsten or tungsten-molybdenum, is attached to one side of the sensor S with glass. The entire surface is bonded to the glass.

そして、白金電極5,6は後端からリード5
b,6bによつて各々導出され、また発熱抵抗体
10には同じく後端に備えたリード10aから導
通されるようになつている。
Then, the platinum electrodes 5 and 6 are connected to the lead 5 from the rear end.
b and 6b, respectively, and electrically connected to the heating resistor 10 from a lead 10a also provided at the rear end.

さて、この従来技術における白金電極5,6と
リード5b,6bとの取付け構造は第7図又は第
8図に示す如く、ジルコニア焼結体からなる固体
電解質板4上の白金電極5,6上にニツケル
(Ni)金属リード5b,6bを銀ロウ11,12
を介して固着している。
Now, the mounting structure of the platinum electrodes 5, 6 and the leads 5b, 6b in this prior art is as shown in FIG. 7 or 8, as shown in FIG. Then nickel (Ni) metal leads 5b and 6b are soldered with silver solder 11 and 12.
It is fixed through.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

しかしながら、固体電解質板4であるジルコニ
ア焼結体面に対し白金電極5,6の固着力が非常
に弱く、またジルコニア焼結体面に対する銀ロウ
11,12の固着力も弱いため取り付け後の引張
り強度(第7図矢印A方向に引張つてリードが白
金電極から外れた時の強度)が僅か0.5Kg程度で
ある。この程度の引張り強度では取り付け工程時
に金属リード5b,6bが容易に外れてしまい信
頼性に乏しく耐久性が悪い欠点があつた。
However, the adhesion force of the platinum electrodes 5 and 6 to the surface of the zirconia sintered body that is the solid electrolyte plate 4 is very weak, and the adhesion force of the silver solder 11 and 12 to the surface of the zirconia sintered body is also weak, so the tensile strength after attachment ( The strength when the lead comes off the platinum electrode when pulled in the direction of arrow A in Figure 7 is only about 0.5 kg. With this level of tensile strength, the metal leads 5b, 6b easily come off during the attachment process, resulting in poor reliability and poor durability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記事情に鑑み、前記金属リードの白金電極側
に対向してタングステンメタライズ層を有するア
ルミナ質外壁材を設け、前方金属リード、白金電
極及びタングステンメタライズ層を一体的に銀ロ
ウ付けするようにした酸素センサの電極取付け構
造が提供される。
In view of the above circumstances, an alumina outer wall material having a tungsten metallized layer is provided opposite the platinum electrode side of the metal lead, and the front metal lead, platinum electrode, and tungsten metallized layer are integrally soldered with silver. A sensor electrode mounting structure is provided.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図に基づいて本考案の一実施例を詳細に
説明する。本考案における酸素センサの全体構成
は前記第4図〜第6図に示した構造と同じである
ので説明を省略する。第1図及び第2図に示す要
部拡大縦断面図及びZ−Z線断面図に基づき、こ
の酸素センサの電極取付け構造を説明する。(第
1図および第2図中、第4図および第6図と同一
部分については同一符号でもつて説明する。) 固体電解質板4であるジルコニア焼結体と、前
記アルミナ質外壁部材7との間にリード差込孔1
3,14を設けている。このリード差込孔13,
14内において固体電解質4上に白金電極5,6
を配置し、前記アルミナ質外壁部材7側にタング
ステンメタライズ層15,16を形成し、このタ
ングステンメタライズ層15,16と白金電極
5,6間にニツケル(Ni)金属リード5b,6
bを差込んだ状態で銀ロウ11,12をこの孔1
3,14内に充填することにより、前記白金電極
5,6にリード5b,6bを接続するようにして
いる。即ち、前記金属リード5b,6bの白金電
極5,6に対向してタングステンメタライズ層1
5,16を有するアルミナ質外壁部材7を設け、
これら金属リード、白金電極及びタングステンメ
タライズ層を一体的に銀ロウ付けするようにして
いる。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. The overall structure of the oxygen sensor according to the present invention is the same as the structure shown in FIGS. 4 to 6, so the explanation will be omitted. The electrode mounting structure of this oxygen sensor will be explained based on an enlarged longitudinal cross-sectional view of a main part and a cross-sectional view taken along the Z-Z line shown in FIGS. 1 and 2. (In FIGS. 1 and 2, the same parts as in FIGS. 4 and 6 will be explained using the same reference numerals.) Lead insertion hole 1 between
3 and 14 are provided. This lead insertion hole 13,
Platinum electrodes 5 and 6 are placed on the solid electrolyte 4 in
Tungsten metallized layers 15 and 16 are formed on the alumina outer wall member 7 side, and nickel (Ni) metal leads 5b and 6 are placed between the tungsten metallized layers 15 and 16 and the platinum electrodes 5 and 6.
With b inserted, silver solder 11, 12 is inserted into this hole 1.
By filling the insides of the platinum electrodes 5 and 6, the leads 5b and 6b are connected to the platinum electrodes 5 and 6. That is, the tungsten metallized layer 1 is placed opposite the platinum electrodes 5 and 6 of the metal leads 5b and 6b.
5, 16, an alumina outer wall member 7 is provided,
These metal leads, platinum electrodes, and tungsten metallized layer are integrally soldered with silver.

上記構造のものについて第1図矢印B方向に引
張り強度試験を行つた結果、約6Kgでニツケル
(Ni)金属リード5b,6bが切断され、白金電
極5,6との接着部分は剥離していなかつた。
As a result of performing a tensile strength test on the structure described above in the direction of arrow B in Fig. 1, the nickel (Ni) metal leads 5b and 6b were cut at approximately 6 kg, and the bonded parts with the platinum electrodes 5 and 6 did not peel off. Ta.

即ち、金属リード5b,6bは銀ロウ11,1
2を介してアルミナ質外壁部材7のタングステン
メタライズ層15,16に強固に固着した状態で
白金電極5,6に接触しているためと考えられ
る。銀ロウは白金電極に対しては接着力が弱いが
タングステンメタライズ層に対しては強固に接合
する。またタングステンはジルコニアに対してメ
タライズ性が悪いが、アルミナに対しては強固に
固着する。以上の理由で引張り強度が向上したも
のと考えられる。
That is, the metal leads 5b and 6b are connected to silver solder 11 and 1.
This is thought to be due to the fact that the tungsten metallized layers 15 and 16 of the alumina outer wall member 7 are firmly fixed to the platinum electrodes 5 and 6 through the alumina outer wall member 7. Silver solder has weak adhesion to platinum electrodes, but strongly bonds to tungsten metallized layers. Furthermore, tungsten has poor metallization properties with respect to zirconia, but it firmly adheres to alumina. It is thought that the tensile strength was improved for the above reasons.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

本考案はジルコニア質固体電解質板とアルミナ
質外壁部材との間に金属リード差込孔を設けると
共に、このリード差込孔内の固体電解質板上に白
金電極を配設する一方、このリード差込孔内のア
ルミナ質外壁部材側にタングステンメタライズ層
を形成し、該タングステンメタライズ層と白金電
極との間に金属リードを差込んだ状態で銀ロウを
このリード差込孔内に充填することにより、白金
電極に金属リードを接続するようにしたものであ
り、したがつて、前記金属リードが白金電極に接
続された状態でアルミナ質外壁部材のタングステ
ンメタライズ層に銀ロウを介して強固に固着させ
ることができ、耐久性に優れた信頼性の高い酸素
センサを提供することができる。
In the present invention, a metal lead insertion hole is provided between the zirconia solid electrolyte plate and the alumina outer wall member, and a platinum electrode is placed on the solid electrolyte plate in this lead insertion hole. By forming a tungsten metallized layer on the alumina outer wall member side of the hole, and filling the lead insertion hole with silver solder with a metal lead inserted between the tungsten metallized layer and the platinum electrode, A metal lead is connected to the platinum electrode, and therefore, the metal lead is firmly fixed to the tungsten metallized layer of the alumina outer wall member via silver solder while being connected to the platinum electrode. This makes it possible to provide a highly durable and reliable oxygen sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の酸素センサ電極取付け部を示
す要部拡大縦断面図(第4図R−R線拡大断面図
に対応)、第2図は本考案の酸素センサの電極取
付部を示す要部拡大横断面図(第4図S−S線拡
大断面図に対応)、第3図は従来のヒータ付酸素
センサの要部横断面図である。第4図は本考案実
施例及び従来例によるヒータ付酸素センサの全体
平面図、第5図は第4図におけるヒータ付酸素セ
ンサのX−X線断面図、第6図は第5図における
Y−Y線断面図、第7図および第8図は従来の酸
素センサの電極取付部を示す要部拡大縦断面図で
ある。 1……ヒータ付酸素センサ、2……導入孔、3
……大気導入孔、4……固体電解質、5,6……
白金電極、H……ヒータ、S……センサ、11,
12……銀ロウ、13,14……リード差込孔、
15,16……タングステンメタライズ層。
Fig. 1 is an enlarged vertical sectional view of the main part showing the oxygen sensor electrode mounting part of the present invention (corresponding to the enlarged sectional view taken along line R-R in Fig. 4), and Fig. 2 shows the electrode mounting part of the oxygen sensor of the present invention. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part (corresponding to the enlarged cross-sectional view taken along the line SS in FIG. 4), and FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a conventional oxygen sensor with a heater. FIG. 4 is an overall plan view of an oxygen sensor with a heater according to an embodiment of the present invention and a conventional example, FIG. 5 is a sectional view taken along the line X--X of the oxygen sensor with a heater in FIG. 4, and FIG. -Y line sectional view, and FIGS. 7 and 8 are enlarged longitudinal sectional views of main parts showing the electrode attachment part of a conventional oxygen sensor. 1...Oxygen sensor with heater, 2...Introduction hole, 3
...Air introduction hole, 4...Solid electrolyte, 5,6...
Platinum electrode, H...heater, S...sensor, 11,
12...Silver solder, 13,14...Lead insertion hole,
15, 16...Tungsten metallized layer.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ジルコニア質固体電解質板とアルミナ質外壁部
材との間に金属リード差込孔を設け、このリード
差込孔内の固体電解質板上に白金電極を配設する
一方、このリード差込孔内のアルミナ質外壁部材
側にタングステンメタライズ層を形成し、該タン
グステンメタライズ層と白金電極との間に金属リ
ードを差込んだ状態で銀ロウを充填して、白金電
極に金属リードをロウ付け接続したことを特徴と
する酸素センサの電極取付け構造。
A metal lead insertion hole is provided between the zirconia solid electrolyte plate and the alumina outer wall member, and a platinum electrode is placed on the solid electrolyte plate in this lead insertion hole. A tungsten metallized layer is formed on the outer wall member side, and a metal lead is inserted between the tungsten metallized layer and the platinum electrode, filled with silver solder, and the metal lead is connected to the platinum electrode by brazing. Characteristic oxygen sensor electrode mounting structure.
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