JPS6133463B2 - - Google Patents

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JPS6133463B2
JPS6133463B2 JP55098498A JP9849880A JPS6133463B2 JP S6133463 B2 JPS6133463 B2 JP S6133463B2 JP 55098498 A JP55098498 A JP 55098498A JP 9849880 A JP9849880 A JP 9849880A JP S6133463 B2 JPS6133463 B2 JP S6133463B2
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JP
Japan
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recess
groove
lead wire
base
lead wires
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Application number
JP55098498A
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English (en)
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JPS5723847A (en
Inventor
Hironori Iokura
Nobuaki Murakami
Katsuyuki Tanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Figaro Engineering Inc
Original Assignee
Figaro Engineering Inc
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Publication date
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Publication of JPS6133463B2 publication Critical patent/JPS6133463B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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  • Analytical Chemistry (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は排ガスセンサおよびその製造方法の
改良に関するものである。
(従来技術) 自動車の排ガスやボイラー、ストーブ等の燃焼
ガスの雰囲気の変化、すなわち酸素、水素、一酸
化炭素、有機ガス等の含有成分の変化を検知する
排ガスセンサとして、従来種々のものが提案され
ている。排ガスセンサは通常700〜800℃程度の高
温雰囲気で使用されしかも繰返しの振動をうける
ことが多いので熱的にも機械的にも強固なもので
なければならない。従来、排ガスセンサの素子と
しては固体電解質からなるものと金属酸化物半導
体からなるものとが知られているが、固体電解質
のものは非常に高価である。また金属酸化物を用
いたものでも上記のような苛酷な使用条件に耐え
るようにするために、その製造にはプレス成形や
電極のセツト等に手間がかかり、高価になつてい
た。
また例えば、実開昭52―133696号公報は、基体
に凹部を設けてリード線をセツトした後、金属酸
化物半導体を充填・焼成して半導体とリード線と
を一体化したセンサを開示している。半導体の基
体への保持強度や半導体とリー線との結合に付い
ては、このセンサで充分な効果が得られる。しか
しこのセンサでは、リード線は露出されたまま
で、その保護に付いては検討されていない。
(発明の目的) この発明は、このような従来の課題の解決のた
めになされたものであり、検知素子を基体に強固
に保持するとともに、基体からの素子の脱落を防
止し、またリード線を溝に収容するとともに耐熱
接着材により雰囲気から遮断してリード線を保護
し、さらに検知素子やリード線の寸法精度を向上
させ、均質なセンサの量産を可能とする排ガスセ
ンサを提供するものである。
また上記排ガスセンサを製造する方法として、
半導体の充填時のリード線の変形を防止し、かつ
半導体の焼成とリード線との結合を1工程で行う
ことができる方法を提供するものである。
(発明の構成) この発明の第1の要旨は、耐熱絶縁性の基体
と、この基体の一端部付近に設けた凹部と、この
凹部に連通し、かつ基体の他端部付近まで延びる
一対の互いに独立したリード線収容用の溝と、前
記凹部に充填した金属酸化物半導体からなる検知
素子と、リード線収容用の溝内に耐熱接着材によ
り固定され、その一端を前記検知素子に接続した
一対のリード線と、前記溝内においてリード線の
他端部にそれぞれ接続した一対の外部電極とを有
するものである。
この発明の第2の要旨は、 (A) 耐熱絶縁性の基体の一端部付近に凹部を設
け、かつこの凹部に連通して基体の他端部付近
まで延びる一対の互いに独立したリード線収容
用の溝を設ける工程と、 (B) リード線収容用の溝内にそれぞれ一対のリー
ド線を耐熱接着材により固定する工程と、 (C) 絶縁性凹部内に金属酸化物半導体を充填する
工程と、 (D) これを一体に加熱して、金属酸化物半導体を
焼成し、検知素子にするとともに、前記一対の
リード線を検知素子に結合する工程と、 (E) 前記溝内の位置でリード線の他端部にそれぞ
れ外部電極を接続する工程と、 を(A)〜(E)の順序で行うものである。
この発明では検知素子の成形に半導体の凹部へ
の充填を用いる。これによつて、素子の成形と基
体への組付けとを同時に行い、素子の寸法精度を
向上させるとともに、素子を凹部により確実に保
持させる。
つぎに、製造方法の発明においては、電極の配
置、半導体の充填、加熱の順に処理を行い、検知
素子内部でのリード線の間隔を一定とし、製品の
抵抗値等のバツキを防止するとともに、加熱工程
でリード線と検知素子とを結合する。
(実施例) 第1図〜第3図において、1は排ガスセンサの
基体であり、基体1はセラミツク等の耐熱絶縁材
料で構成されている。基体1の表面には互いに独
立した一対の溝11,11が形成され、この溝1
1,11はそれぞれ終端部が基体の端面に達して
いる。そして溝11,11内にはリード線3,3
が配置され、リード線3,3の始端部には基体1
に貫通して取付けられた外部電極の例として電極
端子5,5が接続されている。2は検知すべきガ
スの接続により導電性が変化する検知素子であ
り、基体1に形成された凹部20中に金属酸化物
が充填されて形成されている。凹部20は溝1
1,11に連通しており、したがつてリード線
3,3は検知素子2中を貫通している。金属酸化
物半導体としては、SnO2,TiO2,Nb2O2
ZnO,CoO等種々のものが採用可能である。4は
取付け用ボルトであり、図示しない排気管やスト
ーブの取付板7に基体1を固定させている。6は
電極端子に接続されたリード線である。
つぎにこのセンサの製造方法を説明する。ま
ず、基体1としてセラミツク等の耐熱絶縁材料で
第4図および第5図に示すように、溝11、凹部
20、電極端子用穴50および取付けボルト用穴
40を有するものを製作する。この溝11,11
に対して1本のリード線3の両端部を基体1の端
部側(第4図および第5図の左側)から溝の始端
部の穴50側へ挿入させて張力を加える。これに
よつてリード線3はU字状になつて両溝11,1
1内で位置決めされるので、その状態で適宜の位
置を接着材31によつて仮止めする。仮止めはこ
のように局部的に行つてもよく、あるいは溝11
の全体に亘つて行つてもよい。
接着材31は、センサの使用時に以下の役割を
果す。センサは高温と室温との温度変化を繰返し
受けるので、熱膨張率の差により素子2が基体1
から脱落する恐れがある。ここでリード線3を接
着材31で固定すると、素子2がリード線3によ
り支えられ、基体1からの脱落が防止される。ま
た接着材31はリード線3を溝11に固定すると
ともに、リード線3を雰囲気から遮断して保護す
ると役割を果す。
この接着材としては耐熱性のものを用い、例え
ば基体1と同じ材料を使つてもよく、溝全体に亘
つて接着材を充填すると、後述の焼成の際にリー
ド線3の酸化を防止する効果がある。またリード
線3の端部は穴50を通して基体1の表面で折曲
げることによつて仮止めするようにしてもよい。
つぎに検知素子2となる金属酸化物を凹部20中
に充填する。これは粉体を充填して加圧してもよ
く、あるいは粉体をペースト状にして塗り込み、
乾燥させてもよい。また必要に応じて、バインダ
を添加してもよい。粉体はSnO2等の粉体とAl2O3
等添加物の粉体とを混合したものを用い、あるい
はこれにPt,Pd等を混入したものを用いる。こ
の充填に際して凹部20中のリード線3は固定さ
れているので金属酸化物中の所定の位置に埋め込
まれる。もしリード線3が固定されていなけれ
ば、この充填の際にリード線3が移動して製品ご
とにリード線の埋め込み位置が異なることにな
り、製品の特性にバラツキが生じることになる。
リード線3の取付けおよび金属酸化物の充填を
行つた基体1は、所定の熱処理炉で加熱し、金属
酸化物を焼成し、機械的強度を与えて検知素子2
とする。この焼成条件は金属酸化物の種類や目的
とする検知素子の特性に応じて異なり、800〜
1200℃で1〜4時間等の範囲で選択する。焼成の
終わつた基体1に電極端子5を取付け、リード線
3と接続させる。また基体1の端部で溝11,1
1間に延びるリード線3を切り取り、両溝11,
11内のリード線3,3を互いに分離させる。こ
れによつて第1図〜第3図に示すような排ガスセ
ンサが形成される。
第6図はこの発明の他の実施例を示し、溝11
の構成は上記同様であるが、検知素子2用の凹部
21は基体1の表面10から裏面13にまで達し
ている。凹部はこのように基体1を貫通させて形
成してもよく、このようにすると裏面13を高温
のガスが接触する検知面としてリード線3,3が
高温ガスに触れないようにすることができる。
第7図はさらに別の実施例を示し、リード線3
を通す溝11の終端部付近は凹部20中を通つて
裏面側に抜ける貫通穴14として形成されてい
る。この発明でいう溝とはこのような穴をも含む
概念である。この場合もリードド線3の取付けは
前記同様であり、またリード線用の溝として全体
を貫通穴で形成させてもよい。
上記実施例では基体として平板状のものを用い
た例のみを示したが、この外、円柱体、角形等種
の形状が採用可能である。また基体の材料として
は検知素子として用いる金属酸化物と熱膨脹率が
等しいものを用いることが、焼成の際の亀裂を防
止する意味で好ましい。
実施例 1 第1図の構成において、溝全体に無機接着材
(アルミナセメント)を充填し、センサとして
SnO2を1200℃で4時間焼成したものを用い、凹
部は深さ0.6mm、2mm×2mm、リード線としては
直径120μの白金線を用いた。比較例として無機
接着材を用いない外は上記と同一のものを用い
た。
耐振動テストと熱衝撃への耐久テストを兼ねる
ため、高温での振動に対する耐久性テストを行つ
た。各センサ10個をソケツトに固定し、ソケツト
ごとに振動させた。
(A) 800℃で1000サイクル/分、振幅10mmでの振
動を5分、 (B) 室温への冷却、 のサイクルを200サイクルを行つた。なお、雰囲
気は空気である。テスト終了後に、端子5―5間
の抵抗値から(800℃でλ=1.1の雰囲気)センサ
の異常をチエツクした。
この結果、実施例のものは正常が10個、断線が
0、高抵抗化のものが0であつたのに対し、比較
例のものは正常が6個、断線が2個、高抵抗化の
ものが2個であつた。なお、ここに高抵抗化とは
テスト後に低抗値が2倍以上に増大したものをい
う。これは半導体内部でのクラツクの発生や、リ
ード線との接触不良等により生じる。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明は耐熱絶縁性の
基体に設けた凹部内に金属酸化物半導体からなる
検知素子を充填するとともに、溝内にリード線を
収容し、耐熱接着材により固定したものであり、
以下のような種々の優れた効果を有するものであ
る。
(A) 検知素子は基体の凹部に充填されているため
に、その寸法精度が向上することともに、基体
により保護される。
(B) リード線は溝内に耐熱接着材で固定され、位
置決めと保護とが確実になされる。
(C) 検知素子はリード線で基体に固定され、熱応
力による脱落が防止される。
(D) 半導体の充填時のリード線の変形が防止さ
れ、リード線の間隔を一定に保つことができ
る。
(E) 半導体の焼成とリード線との結合が1工程で
なされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す排ガスセンサ
の斜視図、第2図はその―線断面図、第3図
は―線断面図、第4図はその基体にリード線
を取付けた状態の第3図相当図、第5図はその平
面図、第6図は他の実施例を示す第2図相当図、
第7図はさらに別の実施例を示す第3図相当図で
ある。 1…基体、2…検知素子、3…リード線、5…
電極端子、20,21…凹部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 耐熱絶縁性の基体と、この基体の一端部付近
    に設けた凹部と、この凹部に連通し、かつ基体の
    他端部付近まで延びる一対の互いに独立したリー
    ド線収容用の溝と、前記凹部に充填した金属酸化
    物半導体からなる検知素子と、リード線収容用の
    溝内に耐熱接着材により固定され、その一端を前
    記検知素子に接続した一対のリード線と、前記溝
    内においてリード線の他端部にそれぞれ接続した
    一対の外部電極とを有することを特徴とする排ガ
    スセンサ。 2 前記基体を平板状とし、その一表面に沿つて
    前記凹部と前記リード線収容用の溝とを設けたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の排ガ
    スセンサ。 3 (A) 耐熱絶縁性の基体の一端部付近に凹部を
    設け、かつこの凹部に連通して基体の他端部付
    近まで延びる一対の互いに独立したリード線収
    容用の溝を設ける工程と、 (B) リード線収容用の溝内にそれぞれ一対のリー
    ド線を耐熱接着材により固定する工程と、 (C) 絶縁性凹部内に金属酸化物半導体を充填する
    工程と、 (D) これを一体に加熱して、金属酸化物半導体を
    焼成し、検知素子にするとともに、前記一対の
    リード線を検知素子に結合する工程と、 (E) 前記溝内の位置でリード線の他端部にそれぞ
    れ外部電極を接続する工程と を(A)〜(E)の順序で行うことを特徴とする排ガスセ
    ンサの製造方法。 4 前記リード線収容用の溝を、前記凹部側で基
    体の端面に達するように形成し、かつリード線は
    この端面側からリード線収容用の溝内に挿入する
    ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載の排ガスセンサの製造方法。 5 前記基体を平板状とし、その一表面に沿つて
    前記凹部と、リード線収容用の溝とを設けたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の排ガス
    センサの製造方法。
JP9849880A 1980-07-17 1980-07-17 Waste gas sensor and its manufacture Granted JPS5723847A (en)

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Families Citing this family (3)

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JPS58120955U (ja) * 1982-02-10 1983-08-17 フイガロ技研株式会社 燃焼状態検出素子
JPS63200756U (ja) * 1987-06-15 1988-12-23
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