JPH0245816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電固定方法に関し、更に詳しくはセ
ラミツク質の酸素センサ等の表面に形成された測
定用電流の引き出し線あるいはヒータ用電流の供
給線等の導電層に、外部の測定装置あるいは電源
に接続する導線を固定する方法に関するものであ
る。近年、科学技術の進歩に伴い、産業界の要望
に応えて新しい物性を持つた材料が誕生してきて
いるが、セラミツクの分野にも、いわゆるニユー
セラミツクという材料が登場し、電子産業、宇宙
産業、自動車産業等の分野でその耐熱性、絶縁
性、高強度その他の特殊性能から広く利用されつ
つある。上記のような分野で例えば自動車用エン
ジンの燃費改善および排気ガス浄化のため、空燃
比を正確に測定できる酸素センサなどの様に導電
層の基板あるいは基板を兼ねる電子部品として利
用される場合、その導電層に一般に白金等の導線
を固定接続することが、発生電流の取り出しある
いは消費電流の供給のために必要であつた。この
固定のためにはロウ付等の方法が一般に行なわれ
てきた。

第１図に従来の導線固定の一例を示す。１は酸
素センサ、２は酸素ポンプ素子、３は酸素濃淡電
池素子、４はスペーサ、５は酸素拡散孔を表わ
す。酸素センサ１の機能は、酸素汲み出し用の酸
素ポンプ素子２に通電して上記孔５を通して被測
定雰囲気からの拡散による酸素の流入を許しなが
ら両素子２，３の間にスペーサ４で囲われた室内
の酸素を例えば酸素濃淡電池素子３の出力即ち室
内と外との酸素濃度比が常に一定になるように汲
み出すことにより、酸素汲み出し電流が被測定ガ
ス雰囲気中の酸素濃度と対応することを利用して
被測定ガス中の酸素濃度を電気的に測定するとい
うものである。ここで、酸素ポンプ素子２による
酸素の汲み出しは、ポンプ素子２の両電極６，７
間に電圧印加することにより、電極６，７に挟ま
れたジルコニア等を主成分とするセラミツクの固
体電解質中を酸素イオンが内側の電極７から外側
の電極６へ移動し、電極６より被測定ガス中へ酸
素分子として放出されることによりなされるわけ
であるが、そのための電気の供給が外部よりなさ
れるためには、電極６より伸び出している引き出
し線８の未端部８ａの導電層および電極７より伸
び出している引き出し線９の末端部９ａとは素子
２を貫通するスルーホールにより電気的に導通状
態にある取り出し部１０の導電層に白金等の導線
１４，１５が固定接続される必要があり、各々接
続部１２，１３にてロウ付で固定されている。酸
素濃淡電池素子３においても、ポンプ素子２に比
べて、超電力を取り出すという機能が異なるのみ
で、その構造は全く同じであり、起電力取り出し
用導線１６，１７はロウ付により導電層に固定さ
れている。

ところが、上記のごとくのロウ付等の固定方法
を採用すると、ロウ付の際、セラミツクに熱衝撃
がかかり、又ロウ付部分が全体からみて小部分で
あるので、周辺部との温度差による熱歪みを生じ
セラミツクに亀裂が入ることがあり、又接続部分
が微細なため作業に熟練を要し、生産の歩留りを
低下させる一因にもなつていた。その使用時にお
いても、例えば前述のごとく空燃比測定のため自
動車排ガス中に付設された場合、酸素センサ全体
が高温に曝されるためロウ付部分が軟化すること
があり、断線あるいはシヨートの原因ともなつて
いた。

この他、白金等の導線を固定する方法が種々提
案されているが、耐熱性および結合強度の両性能
を満足して使用に供し得るものは見出されなかつ
た。

そこで本発明者は鋭意研究の結果、導線を直
接、導電層にロウ付等により取り付け加工するこ
とをせず、容易に固定でき、しかも結合強度も優
れた方法を見出し本発明を完成した。

即ち、本発明の要旨とするところは、セラミツ
ク質材料からなるセンサの基板のの表面に設けら
れた導電層に導線を固定する導線固定方法におい
て、セラミツク質材料からなる固定板に上記導線
の形状および上記導電層の位置に適合させて条溝
を形成し、次に上記固定板を上記基板の表面に貼
り合わせる際には、上記導線を上記固定板の条溝
に嵌入するとともに該固定板と上記基板との間に
挟んで上記導電層に接触固定し、その後焼成する
ことによつて上記基板と固定板とを融着させて上
記導線を固定することを特徴とする導線固定方法
にある。

次に図を参照しつつ説明する。第２図乃至第４
図は本発明の導線固定方法の第１実施例を表わ
す。ここで２１，２２はセラミツク質固定板、２
７，２８，２９，３０は各固定板２１，２２に設
けられた条溝を表わす。固定板２１は長方形の板
状をなし、その短辺に平行に２本の条溝２７，２
８が設けられている。条溝２７，２８は第５図に
示すごとくＶ字形状に固定板２１に刻設され、固
定板を酸素センサの引き出し線８，９側の末端部
分へ重ね合わせた場合、引き出し線８の末端部８
ａおよび引き出し線９の取り出し部１０の各々の
中央付近に条溝２７，２８が各々重なり合うよう
に固定板２１上に位置している。もう一方の固定
板２２も上記固定板２１と全く同じ形状をなして
いる。

上記固定板２１，２２を利用して導線１４，１
５が接続された酸素センサ２０は、例えば次の様
に組み立てられる。プリント印刷等で表裏面に電
極６，７および引き出し線８，９が設けられた生
の酸素ポンプ素子２、同様に電極と引き出し線が
印刷された生の酸素濃淡電池素子３および生のス
ペーサ４をスペーサ４を間に挾む形で、各接合面
にアセトン、トルエン、ブタノール等の有機溶剤
を塗布して積層する。次に条溝２７，２８に白金
等の導線１４，１５を嵌入した生の固定板２１を
引き出し線８，９側の酸素ポンプ素子２の末端部
に上記のような有機溶剤を使用して重ね合わせ
る。同様に条溝２９，３０に白金等の導線１６，
１７を嵌入した生の固定板２２を酸素濃淡電池素
子３側の上記固定板２１と同じ位置に重ね合わせ
る。このとき、固定板２１の条溝２７は電極６の
引き出し線８の末端部８ａに重なり、導線１４は
その末端部８ａに接触状態となり、同様に条溝２
８は電極７の引き出し線９とスルーホールで接続
している取り出し部１０に接触状態となる。一
方、固定板２２の条溝２９，３０に嵌入されてい
る導線１６，１７も同様に各々電極引き出し線の
末端部、取り出し部と接触状態となる。

このようにして、重ね合わせたものを、例えば
大気雰囲気中で300℃、２時間、場合により樹脂
抜きを兼ねて焼成することにより、酸素センサ２
０が製造される。この焼成時に溶融した引き出し
線の末端部、取り出し部の導電層が導線の表面を
濡らし、接触面積を広げて融着し、焼成後におい
て強固な結合となり、良導電性を示すものであ
る。更に、固定板も同様に導線の表面を濡らし、
接触面積を広げて融着し、焼成後に強固な結合と
なつて導電層とともに導線を固定する役目を果
す。酸素センサの組み立ては上記のような生の各
部分の接合面にアセトン、トルエン、ブタノール
等の有機溶剤を塗布して重ね合わせ焼成により一
体化する方法もあるが、酸素ポンプ素子２、酸素
濃淡電池素子３、スペーサ４および固定板２１，
２２を別個に焼結体として得てから、それらをジ
ルコニア粉末、アルミナ粉末またはスピネル粉末
のペーストを塗布して貼り合わせ後、焼成して一
体化する方法でもよい。この場合、既に焼結した
固定板の条溝に導線を嵌入した後、ペーストによ
り各部分を接着して導線を固定することになる
が、前記の方法と同様に、導電層および固定板と
導線とは強固な結合をなし、導線をしつかり固定
する。更に、上記セラミツクのペーストを予め固
定板の条溝に注入しておいて導線を嵌入し、前述
のごとく酸素センサとして組み立てた後焼成すれ
ば、固定板と導線との結合を更に強力なものとす
ることができる。又、導線と導電層との接続を確
実にするためには、第６図の概略説明図に示すご
とく、固定板２１の条溝が刻設されている面２１
ａから導線１４，１５を突出させる方がよく、こ
の場合突出部分ｌは導線の直径の０〜1/8に設定
することが好ましい。更に条溝の深さを固定板２
１より条溝２７，２８を削り取つた残りの厚さｔ
が0.2mm以上となるようにすることにより焼成後
条溝部にクラツク、導線の突き出し、露出等を生
じず、又、焼き締りによる固定板の線径分の盛り
上りがなく、平らな固定板表面を保つことができ
る。

固定板の形態は上述のＶ字形状の条溝を有する
もの以外に、第７図乃至第９図に示すような形態
のものが使用できる。第７図はＵ字形状の条溝３
２，３３を刻設した固定板３１を表わす。この形
態の場合もＶ字形状の条溝の場合と同様に条溝が
刻設されている面３１ａから導線がその直径の０
〜1/8突出していることが好ましく、又固定板３
１より条溝３２，３３を削り取つた残りの厚さが
0.2mm以上となるようにすることが好ましく、こ
のようなＵ字形状の状溝ならば、導線の嵌入量の
割に条溝は浅くて済み、Ｖ字形状の条溝を有する
固定板２１に比べて固定板の強度をより高く保持
させることができる。

第８図は上述のような削り加工と異なりプレス
加工によりＵ字形状の条溝３５，３６を形成した
固定板３４を表わす。第９図も同様にプレス加工
により、台形状の条溝４０，４１を形成した固定
板３９を表わす。上記固定板３４，３９はプレス
加工により条溝３５，３６，４０，４１が形成さ
れているため、条溝の設けられた面とは反対側の
面３４ｂ，３９ｂに条溝３５，３６，４０，４１
と近似形状の突出部３７，３８，４２，４３が形
成されている。この突出部が生ずることにより条
溝を刻設した場合と異なり固定板３４，３９の強
度低下の心配がなくなり、固定板の厚みを薄くで
き、材料を節約することができる。

この他、特に導線と導電層との接続部分の気密
性が必要な場合、例えば酸素センサに適用する場
合においてカーボン等の導電性微粒子の汚染によ
る導線のシヨートを防止するため、第１０図の概
略図に示すような形態の固定板４４を使用するこ
とができる。この固定板において、Ｖ字形状の条
溝４５，４６は部分的に刻設された状態で設けら
れており、第５図の固定板に比べて条溝の刻設さ
れた面４４ａの部分４７，４８が削られずに残つ
ている。それ故、これらの条溝４５，４６に嵌入
されて、導電層に固着された導線、更にその導線
と接続している引き出し線末端部および取り出し
部が、その接続周辺部分が酸素ポンプ素子等に密
着状態となることにより、気密状態に保持されカ
ーボン等の侵入によるシヨートを防ぐことができ
るのである。

上述した各種固定板の大きさは、例えば自動車
排ガス測定用酸素センサに適用するような場合は
一般に縦２mm〜15mm、横３mm〜10mm、厚さ0.6mm
前後が使用され、その素材は固定板を貼着する部
材と同じものの使用が熱歪みを解消する上で好ま
しく、例えば酸素センサに適用するのであれば、
センサの素子の材質と同じくジルコニア、二酸化
セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウム等
を主成分とする固体電解質を使用することが好ま
しい。

以上詳述したごとく、本発明は、セラミツク質
材料からなるセンサの基板の表面に設けられた導
電層に導線を固定する導線固定方法において、セ
ラミツク質材料からなる固定板に上記導線の形状
および上記導電層の位置に適合させて条溝を形成
し、次に上記固定板を上記基板の表面に貼り合わ
せる際には、上記導線を上記固定板の条溝に嵌入
するとともに該固定板と上記基板との間に挟んで
上記導電層に接触固定し、その後焼成することに
よつて上記基板と固定板とを融着させて上記導線
を固定することにより、導線を導電層に接続する
に際し、ロウ付を必要としないため熱衝撃、熱歪
みによるロウ付部分の割れ亀裂を生ずることがな
く、使用時自動エンジン排ガス等の高温雰囲気に
曝されても、接続部分が融け出すことがないため
断線やシヨートがほとんど発生せず、又導線を固
定板の条溝に嵌入した形で貼り合わせるためその
位置合わせが容易であり、更に固定板による導線
の保護、センサ等適用部位の強度向上にもつなが
るものである。本発明は以上のような効果を奏す
るので、酸素センサ以外の分野、例えばヒータそ
の他セラミツク上の電極、引き出し線等の耐熱性
を要する個所に対する耐熱金属線の固定例えば熱
電対線の固定、保持、ヒーターの埋込み等にも適
用できる。

次に、本発明方法により製造した酸素センサと
従来のごとくロウ付により製造した酸素センサを
用い次に示す如く各導線の結合強度を測定した。

直径0.4mm又は0.5mmの白金のリード線を使用し
て本考案の形に組み立てた自動車排ガス用の酸素
センサを水平に保持し、直径0.65mmのニツケル線
の一端を白金リード線の端にスポツト溶接し、ニ
ツケル線の他端を鈎状にして、その部分でプツシ
ユプルゲージにて水平に引つ張ることにより結合
強度を測定した。その結果、直径0.4mmの白金線
を使用した酸素センサの場合、５個の試験体の測
定において全て白金線が破断した。直径0.5mmの
白金線の酸素センサの場合は５個の試験体の内４
個が白金線の断線でその強度は4.5〜5.5Kgであ
り、１個が結合部破壊でその強度は5.5Kgであつ
た。従来品はロウ付部分と導電層あるいは導電層
と電解質板の間で接着破壊あるいは電解質板にク
ラツクが生じ、その引張り剪断強度は0.5Kgであ
つた。上述の如く本発明方法によるものは、接着
部分の破壊は5.5Kgで発生し、他は白金線が切れ
たのみで、その強度は約5.0Kgであることから本
発明の固定方法は十分に導線と導電層との接着部
分を保護、補強し、更にその周辺部分をも保護、
補強していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロウ付による導線固定方法によ
り製造された酸素センサを表わす斜視図、第２図
は本発明方法の第１実施例により製造された酸素
センサの斜視図、第３図はその部分拡大平面図、
第４図はその−断面図、第５図は第１実施例
に使用される固定板の斜視図、第６図は第１実施
例の固定板の条溝への導線の嵌入状態を説明する
ための断面図、第７図は他の条溝形状の固定板の
場合の断面図、第８図はプレス成形した固定板の
場合の断面図、第９図はプレス成形した他の形状
の固定板の場合の断面図、第１０図は条溝を部分
的に刻設した固定板の斜視図を表わす。 ２１，２２，３１，３４，３９，４４……セラ
ミツク質固定板、２７，２８，２９，３０，３
２，３３，３５，３６，４０，４１，４５，４６
……条溝、１４，１５，１６，１７……導線、８
……引き出し線（導電層）、１０……取り出し部
（導電層）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク質材料からなるセンサの基板のの
   表面に設けられた導電層に導線を固定する導線固
   定方法において、 セラミツク質材料からなる固定板に上記導線の
   形状および上記導電層の位置に適合させて条溝を
   形成し、次に上記固定板を上記基板の表面に貼り
   合わせる際には、上記導線を上記固定板の条溝に
   嵌入するとともに該固定板と上記基板との間に挟
   んで上記導電層に接触固定し、その後焼成するこ
   とによつて上記基板と固定板とを融着させて上記
   導線を固定することを特徴とする導線固定方法。 ２ セラミツク質材料が酸素センサの酸素ポンプ
   素子および酸素濃淡電池素子であり、導電層が、
   上記各素子の電極より伸び出している引き出し線
   あるいは取り出し部の導電層である特許請求の範
   囲第１項記載の導線固定方法。