JPH0536205Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、ガス成分又はその濃度を検出するた
めのガス検出器に関するものである。

［従来の技術］ 従来より大気中のガスの存在、あるいはその濃
度を検出するためのガス検出器の１つとしてガス
検出素子にSnO2、ZnO、TiO2、C0O等の酸化物
半導体を用い、ガスが接触した場合にその電気抵
抗が変化するといつた特性を利用してガスを検出
するものがある。そして近年この種のガス検出器
においては、その構造を簡単にし、生産性の向上
を図る為に絶縁性のセラミツク材からなる基板上
に検出素子及びその電極を厚膜印刷するといつ
た、ハイブリツド技術を応用したものが開発され
つつある。

ところで従来よりガス検出器においては、この
検出器を把持するためのハウジング内に納めら
れ、ガス検出の対象となる場所に固定できるよう
にされているのであるが、上述の如きセラミツク
基板上に検出素子を設けたガス検出器にあつては
セラミツク基板自体に凹凸がないことから、ハウ
ジング内に固定する際に用いられるスペーサの固
定位置が定め難いといつた問題があり、更には検
出素子がセラミツク基板面より突出されるのに対
し、スペーサはセラミツク基板面に当接するよう
取り付けられるので、取付作業時にスペーサが検
出素子に接触し、検出素子を傷つけてしまうとい
つた問題もあつた。

［考案の目的］ そこで本考案は、セラミツク基板上に検出素子
を有するガス検出器を、ハウジング内に固定する
ためのスペーサの位置決めが容易にでき、スペー
サが検出素子に接触し難い構造とすることによつ
て、ガス検出器のハウジング取付作業が容易で、
かつ取付作業時に検出素子を損傷させることのな
いガス検出器を提供することを目的としている。

［考案の構成］ 即ち、上記目的を達成するためになされた本考
案は、図１に例示する如く、 ガス成分及びその濃度によつて電気抵抗値の変
化する素子層１が基板面より突出して設けられる
と共に、該素子層に接続されて検出信号を得るた
めのセンサ電極、該素子層を加熱するための発熱
部、及び該発熱部に電源供給を行なうためのヒー
タ電極が内部に形成された平板状のセラミツク基
板２と、 該セラミツク基板２の上記素子層１が突出され
た基板面と同一面上に積層され、上記素子層の突
出厚以上の厚みを有する平板状の第１のセラミツ
ク層３と、 該第１のセラミツク層３の上記セラミツク基板
２とは反対側の面上に積層された第２のセラミツ
ク層４と、 を備え、上記第１のセラミツク層３及び上記第２
のセラミツク層４を、上記セラミツク基板の上記
素子層側より階段状に積層すると共に、 上記発熱部を、上記セラミツク基板２の、第１
及び第２のセラミツク層３，４が積層されない上
記素子層周囲の薄肉部に形成してなることを特徴
とするガス検出器を要旨としている。

［実施例］ 以下、本考案のガス検出器を内燃機関排気中の
酸素濃度を検出する酸素センサに適用して場合
を、例にとり、本考案の実施例として図面と共に
説明する。

第２図は酸素センサの部分断面図である。図に
おいて１０はセラミツク基板上に突出して形成さ
れた素子層としての検出素子１１を備え、酸素濃
度を検出するためのガス検出器、１２はガス検出
器１０を把持すると共に本センサを内燃機関に取
り付けるための筒状に形成された主体金具、１３
は主体金具１２の内燃機関先端部１２ａに取り付
けられ、ガス検出器１０を保護するためのプロテ
クタ、１４は主体金具１２と共にガス検出器１０
を把持するための内筒であり、ガス検出器１０は
スペーサ１５、充填粉末１６及びガラスシール１
７を介して主体金具１２及び内筒１４にて把持さ
れている。また主体金具１２の外周には内燃機関
取付用のねじ部１２ｂが刻設されており、内燃機
関壁面当接部分には排気が漏れないようガスケツ
ト１８が設けられている。

ここで充填粉末１６は滑石及びガラスの１：１
の混合粉末からなり、ガス検出器１０の内筒１４
内に固定するためのもの、ガラスシール１７は低
融点ガラスからなり、検出ガスの漏れを防止する
と共にガス検出器１０の端子を保護するためのも
のである。

１９は内筒１４を覆うように主体金具１２に取
りつけられる外筒、２０はシリコンゴムからなる
シール材であつて、リード線２１ないし２３と、
第３図に示すガラスシール１７より突出されたガ
ス検出器１０からの端子３１ないし３３との接続
部を絶縁保護するためのものである。またこのリ
ード線２１ないし２３と端子３１ないし３３との
接続は、第４図に示す如く、予め外筒１９内にシ
ール材２０及びリード線２１ないし２３を納める
と共に、各リード線２１ないし２３の先端を加締
金具２４ないし２６を接続し、その後加締金具２
４ないし２６を端子３１ないし３３と加締接続す
ることによつて行なわれる。

次に本実施例のガス検出器１０は第５図ないし
第１０図に示す如き手順の従つて作成される。尚
第５図ないし第１０図において、イは本ガス検出
器１０の組立て工程における正面図、ロはそのＡ
−Ａ線断面図を夫々示している。またこの第５図
ないし第１０図はガス検出器１０の製造工程を説
明するためのものであることから、解り易くする
ために各部の寸法は第２図に示すガス検出器と対
応させておらず、後述の第１１図及び第１２図に
ついても同様である。

ここで上記第５図ないし第１０図の各図におい
て、４０ないし４３は平均粒径1.5μmのA12O3
92重量％、SiO2 ４重量％、CaO2重量％及び
MgO2重量％からなる混合粉末100重量部に対し
てブチラール樹脂12重量部及びジブチルフタレー
ト（DBP）６重量部を添加し、有機溶剤中で混
合してスラリーとし、ドクタープレートを用いて
形成されたグリーンシートであり、グリーンシー
ト４０は厚さ１mm、グリーンシート４１は厚さ
0.2mm、グリーンシート４２及び４３は厚さ0.8mm
に予め作成されたものである。

また４４ないし４９は、Ptに対し７％のAl203
を添加した白金ペストで厚膜印刷したパターンで
あつて、４４及び４５は上部に検出素子１１が積
層されることにより検出素子１１に直接接続され
る電極パターン、４６はこの電極パターン４４及
び４５の周囲に形成されて検出素子１１を加熱す
る発熱部としての発熱抵抗体パターン、４７ない
し４９は発熱抵抗体パターン４６に電源を印刷す
ると共に検出素子１１から検出信号を抽出するた
めの電極パターンである。なお、電極パターン４
７，４９は、発熱部としての発熱抵抗体パターン
４６に電源を印加して発熱させる前述のヒータ電
極として機能し、また検出素子１１に直接接続さ
れる電極パターン４４，４５、及びこの電極パタ
ーン４４，４５に接続された電極パターン４８，
４９は、検出素子１１から検出信号を取り出すた
めの前述のセンサ電極として機能する。

本ガス検出器１０の製造は、第５図に示す如
く、まずグリーンシート４０上に上記４４ないし
４９の各パターンを白金ペーストで厚膜印刷する
ことにより始められ、次いで第６図に示す如く、
電極パターン４７ないし４９上に直径0.2mmの白
金リード線５１ないし５３が夫々配設されてい
る。

次に第７図から明らかな如く、グリーンシート
４１には電極パターン４４及び４５の先端部が露
出するよう打ち抜きによつて開口５５が形成さ
れ、電極パターン４４及び４５の先端部を除く全
てのパターンを覆うべく、グリーンシート４０上
にグリーンシート４１が積層熱圧着される。ここ
でこの積層圧着されたグリーンシート４０とグリ
ーンシート４１との積層体は、本考案を構成する
前述のセラミツク基板に相当し、後に開口５５内
に素子層に相当する検出素子１１が積層されるこ
ととなる。

続いて第８図に示す如く、上記作成された積層
体のグリーンシート４１上にグリーンシート４２
が積層熱圧着され、更に第９図に示す如くグリー
ンシート４２上にグリーンシート４３が階段状に
積層熱圧着される。ここで上記グリーンシート４
２は前述の第１のセラミツク層に相当し、またグ
リーンシート４３は第２のセラミツク層に相当す
るものである。

このようにして、白金リード線５１ないし５３
の一部が突出され、電極パターン４４及び４５の
先端部が露出された階段状の積層板が作成される
と、今後はこの積層板を1500℃の大気中に２時間
放置することによつて、第１のセラミツク層と第
２のセラミツク層が積層されたセラミツク基板が
焼成されている。

その後第１０図に示す如く、上記焼成されたセ
ラミツク基板の開口５５に検出素子１１を設ける
こととなるのであるが、この検出素子１１は平均
粒径1.2μmのTiO2粉末100モル部に対し、モル部
の白金ブラツクを添加し、更に全粉末に対して３
重量％のエチルセルロースを添加しブチルカルビ
トール（２−（２−ブトキシエトキシ）エタノー
ルの商品名）中で混合し300ポイズに粘度調整し
たTiO2ペーストを、開口５５を充塞しかつ電極
パターン４４及び４５の先端に被着するよう厚膜
印刷した後、1200℃の大気中に１時間放置して焼
き付けることによつて形成される。尚、この検出
素子１１の基板からの突出部分は前記積層焼結さ
れたグリーンシート４２より薄くされており0.3
mm以下となつている。

このようにして作成されたガス検出器の１０の
外部に突出された白金リード線５１ないし５３と
端子３１ないし３３との接続は、第１１図に示す
如く、厚さ0.3mmのニツケル板にエツチング加工
によつて一体形成された端子３１ないし３３を、
白金リード線５１ないし５３に夫々配設し、溶接
することによつて行われる。尚、この端子３１な
いし３３が一体形成されたニツケル板はガス検出
器１０が主体金具１２に固定され、その後ガス検
出器１０の基板の一部及び白金リード線５１ない
し５３と端子３１ないし３３との接合部分がガラ
スシール１７によつて保護され、内筒１４内に固
定された後に所定の長さに切断される。また、第
１１図におけるイは本ガス検出器１０の正面図、
ロはその右側面図を示している。

以上説明した如く、本実施例の酸素センサにお
いては、ガス検出器１０の検出素子１１側基板面
が階段状に形成されていることから、第１２図に
示すようにスペーサ１５を本ガス検出器１０に取
り付ける際にはグリーンシート４２で形成された
セラミツク層とグリーンシート４３で形成された
セラミツク層との段差部分にて確実に位置決めが
行なえるようになる。また本ガス検出器１０のス
ペーサ１５嵌合部分は、検出素子１１部分以上の
厚みを有するので、当然スペーサ１５の嵌合孔は
検出素子１１部分より大きくなり、検出素子１１
を傷つけることなく取付けることができるように
なる。従つて本ガス検出器１０の主体金具１２取
付作業の作業能率は向上され、検出素子１１の損
傷も防止できることとなる。

尚、上記作成された酸素センサにおいては、リ
ード線２１及び２３間に加熱用の電源を印加する
ことによつて発熱抵抗体パターン４６を加熱し、
検出素子１１を活性化させ、リード２２及び２３
間の抵抗値の変化を検出することによつて酸素濃
度が検出できるようになる。

また次に本実施例のガス検出器１０は、板状の
グリーンシート４０〜４３を積層することによ
り、検出素子１１側から段階状に形成されている
ため、単に板状の基板に検出素子を設けた場合に
比べ、耐震性を向上することもでき、外部からの
衝撃等により主体金具１２への取付部分で折れる
といつたことも防止できる。また検出素子１１が
突出されたガス検出器１０の先端部分の板厚は薄
くなつており、しかもこの薄肉部に、検出素子１
１を加熱するための発熱抵抗体パターン４６が形
成されているため、検出素子１１を速やかに加熱
することができる。

また更に、この発熱抵抗体パターン４６を含む
電極パターン４４〜４９は、グリーンシート４１
の開口５５部分を除き、グリーンシート４０とグ
リーンシート４１との間に形成され、該開口５５
には素子層１１が形成されている。従つて、電極
パターン４４〜４９は、外部に露出せず、被測定
ガス成分により腐食するようなことはないため、
センサの寿命を延ばすことができる。

［考案の効果］ 以上詳述した如く、本考案のガス検出器におい
ては、セラミツク基板の素子層の突出面上に、素
子層側から、第１及び第２のセラミツク層が階段
状に積層されているため、第１のセラミツク層と
第２のセラミツク層との段差を利用して、ガス検
出器をハウジング等に簡単に位置決め固定するこ
とができ、しかも第１のセラミツク層がセラミツ
ク基板からの素子層の突出厚よりも厚いので、ガ
ス検出器をハウジング等へ固定するためのスペー
サを取り付ける際に、スペーサが素子層に接触し
て、素子層を傷つけてしまうといつたことを防止
できる。

また、このように本考案のガス検出器において
は、セラミツク基板上に第１及び第２のセラミツ
ク層を積層することにより、素子層側から階段状
に形成されているため、単に板状のセラミツク基
板に素子層を積層した場合に比べ、耐震性を向上
することができ、当該ガス検出器をハウジング内
に収納した際、外部からの衝撃等によりハウジン
グ内でガス検出器が破損するといつたことも防止
できる。

また、素子層を加熱する発熱部は、セラミツク
基板の、第１及び第２のセラミツク層が積層され
ない素子層周囲や薄肉部に形成されているので、
素子層を速やかに加熱することができるようにな
る。

つまり、板状のセラミツク基板に素子層を設け
たガス検出器において、その強度を保つためにセ
ラミツク基板の板厚を厚くすると、発熱部から素
子層への熱伝導性が悪くなり、逆に発熱部から素
子層への熱伝導性を確保するためにセラミツク基
板の板厚さを薄くすると、強度を確保できなくな
るが、本考案では、セラミツク基板上に第１及び
第２のセラミツク層を階段状に積層し、セラミツ
ク基板において、第１及び第２のセラミツク層が
積層されない、薄肉部に発熱部を形成しているた
め、ガス検出器自体の強度を確保しつつ、発熱部
から素子層への熱の伝導性を向上して、素子層を
速やかに加熱できるようにしているのである。

また更に、本考案のガス検出器では、この発熱
部や、センサ電極及びヒータ電極が、セラミツク
基板の内部に形成されているので、これら各部が
被測定ガスに晒されることにより腐食するといつ
たことを防止でき、ガス検出器の寿命を延ばすこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のガス検出器の構成例を示す側
面図、第２図ないし第１２図は本考案のガス検出
器が内燃機関排気中の酸素濃度を検出する酸素セ
ンサに適用された実施例を示しており、第２図は
本酸素センサの構造全体を、第３図は内筒内に固
定されたガス検出器の端子部分を、第４図はその
端子に接続されるリード線の外筒取付構造を夫々
表わす部分断面図、第５図ないし第１０図はガス
検出器１０の組立て手順を示し、各図において
夫々イは正面図、ロはＡ−Ａ線端面図、第１１図
はガス検出器１０の端子の接続を示し、イは正面
図、ロは右側面図、第１２図はガス検出器１０に
スペーサ１５を取付けた斜視図である。 １……素子層、２……セラミツク基板、３……
第１のセラミツク層、４……第２のセラミツク
層、１０……ガス検出器、１１……検出素子、１
２……主体金具、１５……スペーサ、４０，４
１，４２，４３……グリーンシート。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ガス成分及びその濃度によつて電気抵抗値の変
   化する素子層が基板面より突出して設けられると
   共に、該素子層に接続されて検出信号を得るため
   のセンサ電極、該素子層を加熱するための発熱
   部、及び該発熱部に電源供給を行なうためのヒー
   タ電極が内部に形成された平板状のセラミツク基
   板と、 該セラミツク基板の上記素子層が突出された基
   板面と同一面上に積層され、上記素子層の突出厚
   以上の厚みを有する平板状の第１のセラミツク層
   と、 該第１のセラミツク層の上記セラミツク基板と
   は反対側の面上に積層された第２のセラミツク層
   と、 を備え、上記第１のセラミツク層及び上記第２の
   セラミツク層を、上記セラミツク基板の上記素子
   層側より階段状に積層すると共に、 上記発熱部を、上記セラミツク基板の、第１及
   び第２のセラミツク層が積層されない上記素子層
   周囲の薄肉部に形成してなることを特徴とするガ
   ス検出器。