JPS6383649A

JPS6383649A - 排気ガスセンサ

Info

Publication number: JPS6383649A
Application number: JP23029286A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Hirata; 平田　和文; Katsuhiro Yokomizo; 横溝　克広; Kazuo Okinaga; 一夫翁長
Original assignee: Figaro Engineering Inc; Mazda Motor Corp
Current assignee: Figaro Engineering Inc; Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1988-04-14
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH0799359B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「発明の利用分野］この発明は、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を利用し
た排気ガスセンサの改良に関し、特に半導体の基体から
の脱落の防止と、電極の保護とに関する。

［従来技術］耐熱絶縁性基体に設けたキャビティに、金属酸化物半導
体からなるガス検知片を収容した、排気ガスセンサが知
られている（例えば特開昭５７−３０３７興）　　春１
日弁１’ニー　１＋　’−箇七゛ノ斗？−！汁１１ブ捺
奸ｊ　　　目下の問題に直面した。

第１に、検知片をキャビティに保持することが、困難で
ある。検知片とキャビティとの密着強度を増すため、キ
ャビティに半導体を充てんして焼結しても、焼結時の収
縮のため検知片はキャビティから遊離してしまう。半導
体をプレス等によりキャビティと別に成型すると、この
問題はさらに著しくなる。ここで無機セメント等により
検知片を固着することは可能であるが、セメントを用い
ろとセンサ特性が劣化する。

第２に、電極の保護が難しい。電極は振動等の外力に対
しても、また排気ガス中の固体粒子等による研削に対し
ても、保護を行う必要がある。さらに排気ガスとの接触
を制限し、化学的腐蝕に対してら保護する必要がある。

ここでアルミナ等の薄層をラミネートし、電極を保護す
ることは可能である。しかし精度良くラミネートするこ
とは難しいし、ラミネート膜の焼結温度は一般に高く、
センサ特性に影響を与える。

「発明の課題」コノ発明は、検知片のキャビティへの保持強度を高め、
かつ電極に対して充分な保護を与えることを課題とする
。

［発明の構成］この発明の排気ガスセンサは、耐熱絶縁性基体に設けた
キャビティに、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物
半導体に少なくとも一対の電極を接続したガス検知片を
収容したものにおいて、ガス検知片および検知片の周囲
の電極の露出部を溶射膜により保護したことを特徴とす
る。

溶射膜は緻密質、あるいは多孔質のいずれをも用いるこ
とができ、検知片の脱落を防止すると共に、電極を機械
的に保護しかつ電極への排気ガスの影響を緩和する。

［実施例コ第１図（ａ）に溶射前の排気ガスセンサを、（ｂ）、（
ｃ）、（ｄ］こ溶射後の排気ガスセンサを示す。図にお
いて、（２）はアルミナ等の耐熱絶縁性基板であり、そ
の先端には２つのキャビティ（４）、（６）を設ける。

キャビティ（４）には、例えばｎ形の金属酸化物半導体
、Ｂａ５ｎＯｚ、Ｔ　ｉＯｔ、５ｎＯｔ等をプレス成型
後に焼結したｎ形ガス検知片（８）を収容する。同様に
キャビティ（６）には、ｐ形の金属酸化物半導体、５ｒ
Ｔｉ０３、Ｓ　ｒＦ　ｅｏ　３゜Ｌ　ａＣ。

０３等を成型し焼結したｐ形ガス検知片（１０）を収容
する。検知片（８）、（１０）はプレス成型によらず、
キャビティに充てんして焼結しても良い。検知片（８）
、（ｌ　Ｏ）に各１対の線状電極（１２）を接続し、基
板（２）に設けた溝（１４）に収容する５（１６）は電
極（１２）に接続した外部リード、（１８）はヒータ（
２０）に接続した外部リードである。

基板（２）の上から、適当なマスクを介して溶射Ｍ（２
２）を設ける。マスクの形状は、例えば第３図（ａ）に
示すように検知片（８）の４周から一定の幅りだけせり
出したもの、あるいは第３図（ｂ）に示すように両側か
ら幅りだけせり出したもの、等を用いる。検知片（８）
、（１０）への溶射膜（２２）の開口部を（２４）、（
２６）として示す。

溶射膜（２２）は多孔質、あるいは緻密質のいずれを用
いても良く、ここでは３０μ厚のＡ１＊Ｏ＊やＴｉ０ｚ
を用いた多孔質膜と、８０μ厚のＭｇ−Ａ１．Ｏ，を用
いた緻密質膜の両者を用いた。なお溶射条件は、緻密質
膜の場合で溶射電流５００Ａ。

溶射粉末の平均粒径３０μであった。また多孔質膜を用
いる場合、溶射膜に酸化触媒を担持さ什ても良い。

検知片（８）、（１０）は、溶射膜（２２）によりキャ
ビティに保持される。溶射膜（２２）による保持強度は
高く、実験によれば２．２Ｘ２゜Ｏｍｍの表面の検知片
に対し、両側から０　、　Ｉ　ｍｍずっ模（２２）を張
り出したものでも、充分に検知片を保持できた。

従って張り出し部りは極くわずかで良い。

次に、センサの応答特性のためには、検知片（８）、（
１０）の一部にのみ溶射を施すのが良い。

応答特性への影響は主として、開口部（２４）。

（２６）の面積と、検知片（８）、（１０）面積の比で
定まり、緻密質の場合この比を少なくとも４０％以上、
より好ましくは６０％以上とする。多孔質の場合は、溶
射膜（２２）を介してのガスの拡散１１＋＜右１−１　
　濾自、Ｈ十Ａ面？−筒１ブナ、自Ｉ＼　）占＼１戸１
０部からのガスの拡散については、緻密質の場合と同様
であり、好ましくは開口部の面積を検知片の面積の４０
％以上、より好ましくは６０％以上とする。なお溶射膜
（２２）は、２つの検知片（８）。

（１０）の温度を均一化する作用をら持つ。

電極線（１２）は、溶射時の断線を防止するため、＋Ｍ
（１４）に収容して溶射するのが好ましい。溝を設けな
いと、電極線が基板（２）から遊離し、溶射に伴う熱の
ため、その部分て断線する。これに対し溝に収容すると
、電極線には直接溶射されず、溝に蓋をする形で溶射が
進み、断線は生じない。

溶射後の電極部の配置を、第１図（ｄ）に示す。

なおこの実施例では基板（２）の全体に溶射を施したが
、検知片（８）、（ｌ　Ｏ）とその周囲の電極の露出部
に施せば良く、全体に施す必要はない。例えば基板（２
）の基部は、通常能のハウジングにより別に保護されて
いるし、加熱温度ら低いためである。さらに電極（１２
）は検知片（８）、（１０）への接続部付近のみを線状
電極とし、他は膜状の電極としても良い。

第２図に、膜状の電極（１０２）を用いた実施例を示す
。（ａ）に溶射前の構造を、（ｂ）、（ｃ）に溶射後の
構造を示す。検知片（８）、（１０）をキャビティ（４
）、（６）に収容した後、印刷や蒸着等により、Ｐｔや
Ｐｔ−Ｒｈ等の貴金属の膜状電極（１０２）を設ける。

次いで溶射膜（２２）を設けて、検知片と電極とを保護
する。この場合も、溶射は全面に施す必要はなく、検知
片とその付近の電極に施せば良いことはかわらない。

このセンサを自動車エンジンやボイラー等からの排気管
に接続し、排気ガスとヒータ（２０）とにより、センサ
を加熱する。ｎ形ガス検知片（８）とｐ形ガス検知片（
１０）との抵抗値の積はセンサの温度に対応し、抵抗値
の比は排気ガスの空燃比に対応する。

ここで各検知片の大きさを、電極に平行方向で２　、２
　ｎ＋ｎ＋、直角方向で２ｍｍｘ深さで０　、５　ｍｍ
とし、振動等の外力への耐久性を調べた。センサに加速
度３０Ｇ１振動数２３０Ｈｚの振動を５時間加え、振動
テストを行う。これは自動車用電装部品に対する標準的
テスト条件である。溶射を施さないものでは、セメント
で検知片を固定しない限り、全て検知片が脱落した。溶
射を施した乙のでは、厚さ３０μの多孔質膜を検知片の
両側から０　、　ｌ　ｍｍずつ仕り出したものでする、
異常は生じなかった。

次に電極（１２）や（１０２）は溶射膜（２２）により
保護され、基板（２）からの剥離や飛び出しが防止され
る。また排気ガス中の固体粒子による研削ら、同様に溶
射膜（２２）で防がれる。電極に対する化学的腐蝕は、
以下のようにして防がれる。第１に溶射膜（２２）のた
め、排気ガスの影響が緩和されろ。第２に、腐蝕の原因
は主として排気ガス中のカーボンであり、このカーボン
は溶射膜（２２）に析出し、電極には達しない。

開口部（２４）、（２６）の面積と、センサの応答特性
との関係を調べた。センサをブリッジ回路に組み込み、
９００℃に加熱して、雰囲気を当量比λが０．９８と１
．０２との間で切り替える。第４図（ａ）に還元側から
酸化側への応答を、（ｂ）に酸化側から還元側への応答
を示す。センサは第１図のもので、溶射マスクは第３図
（ａ）の４方からせり出すものである。せり出し部の幅
をＤとして表示し、センサ出力はブリッジ出力を現す。

酸化側から還元側への応答への、溶射膜の影響は小さい
（第４図（ｂ））。しかし還元側から酸化側の応答への
影響は大きい（第４図（ａ））。幅りが０゜１ｍｍでは
溶射の影響はほとんどなく、応答は溶射前のものと等し
い。０　、２　ｍｍではやや応答が遅れている。０　、
３　ｍｍでは応答遅れはかなり大きい。

表１〜３に、還元側から酸化側への応答に付いて、溶射
による応答遅れを示す。実験条件は第４図（ａ）と同じ
で、Ｄは溶射膜の仕り出し部の幅を現し、Ｓ、／Ｓ、は
開口部（２４）、（２６）と検知片（８）、（１０）と
の面積の比を現す。応答の遅れとして、還元側と酸化側
の中間の出力に到達するまでの時間への溶射の影響を示
す。表１に第３図（ａ）のマスクパターンで、緻密質の
溶射膜を用いた際の結果を示す。表２にマスクパターン
を第３図（ｂ）のものとし、同じく緻密質の溶射膜を用
いた際の枯里を示す一寿３には、ｇ４竹の溶射筒で筑３
図（ｂ）のマスクでの結果を示す。なお半導体はｐ形が
ＳｒＴｉＯ３、ｎ形がＢ　ａ　Ｓ　ｎ　Ｏ３である。

０．１　　　　　８２　　　　　　　　　・・・０．２
　　　　　６５　　　　　　　０．１０．３　　　　　
５０　　　　　　　０．７０．５　　　　　２７　　　
　　　〜２０　、、ｌ　　　　　　９０　　　　　　　
　　・・・０．３５　　　　７０　　　　　　　０．１
０．５　　　　　５５　　　　　　　０．７０．７　　
　　　３６　　　　　　　１．５表　３　（多孔質）０．２　　　　　８２　　　　　　　　　　・・・０．
４　　　　　　６５　　　　　　　　０．１０．５　　
　　　　５５　　　　　　　　０．３全体　　　　　　
０　　　　　　０゜６開ロ部（２４）、（２６）と検知
片（８）、（１０）との面積比を０．４以上、より好ま
しくは０．６以上、とすれば、溶射の影響を昔しく小さ
くできる。

なおこれらの実施例では、ｐ形ガス検知片とｎ形ガス検
知片とのペアを用いたが、ｐ形ガス検知片のみ、あるい
はｎ形ガス検知片のみとしても良いことはいうまでしな
い。また同種の半導体を組み合わせて、その一方を緻密
質の溶射膜で完全に覆い、サーミスタとして用いても良
い。さらにセンサの形状は自由に変形でき、例えば基体
を角柱状とし、その先端にキャビティを設けて検知片を
収容するようにしても良い。

［発明の効果］この発明では、検知片の基体からの遊離を防止できろと
ともに、電極の保護を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ第１
の実施例を現し、第１図（ａ）は溶射前の排気ガスセン
サの平面図、第１図（ｂ）は溶射後の排気ガスセンサの
平面図、第１図（ｃ）は第１図（ｂ）のｅ−Ｃ方向拡大
断面図である。第１図（ｄ）は第１図（ｂ）のｄ−ｄ方
向拡大断面図である。第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第２の実施例
を現し、第２図（ａ）は溶射前の排気ガスセンサの平面
図、第２図（ｂ）は溶射後の排気ガスセンサの平面図、
第２図（ｃ）は第２図（ｂ）のｃ−ｃ方向拡大断面図で
ある。第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例で用いるマスク
パターンを現す平面図、第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞ
れ実施例の特性図である。図において、（２）基板、（４）、（６）キャピテイ、
（８）、（１０）ガス検知片、（１２）、（１０２）電
極、（２２）溶射膜、（２４）、（２６）開口部。第４図（ａ）Ｔｉｍｅ（ｓｅｃ）第４図（ｂ）Ｔｉｍｅ　（ｓｅｃ　）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）耐熱絶縁性基体に設けたキャビティに、ガスによ
り抵抗値が変化する金属酸化物半導体に少なくとも一対
の電極を接続したガス検知片を収容すると共に、前記ガ
ス検知片および検知片の周囲の電極の露出部を溶射膜に
より保護したことを特徴とする、排気ガスセンサ。