專利名稱：陶瓷接合體、陶瓷加熱器以及氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷接合體、陶瓷加熱器以及氣體傳感器。
背景技術(shù)：
以往，在氧傳感器等使用固體電解質(zhì)體的氣體傳感器中，為了對固體電解質(zhì)體進(jìn) 行加熱而配置有陶瓷加熱器。作為該陶瓷加熱器而廣泛使用向氧化鋁等陶瓷基體中埋設(shè)由 鎢、鉬等金屬構(gòu)成的加熱電阻器而成的加熱器。并且，在陶瓷基體的外表面上設(shè)有與加熱電 阻器電連接的電極焊盤。在該電極焊盤上通過釬焊連接有金屬制的連接端子，該金屬制的 連接端子用于從外部對加熱電阻器施加電壓。 此外，為了連接陶瓷基體、電極焊盤、釬焊材料這些不同種類的材料，還可利用使 用有兩層電極焊盤的技術(shù)，其中，兩層包括第1層，其包括相對較多的作為陶瓷基體的主 要成分的陶瓷材料；第2層，其相對地減少陶瓷材料，并且浸滲有用于接合電極焊盤和連接 端子的釬焊材料的成分(參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1 :日本特開2007-22908號公報 另外，在第1層上形成第2層時，如果第1層和第2層的大小大致相同，則有時使 第2層與第1層錯開地形成(也就是說，使第2層從第1層的輪廓露出地形成)。于是，錯 開的第2層的部位不被設(shè)置在第l層上，而直接被設(shè)置在陶瓷基體上。于是，對于第2層， 在考慮與第1層以及釬焊材料的密合性時，第2層與陶瓷基體之間的密合性低于第1層與 陶瓷基體之間的密合性，因此第2層有可能從陶瓷基體剝離，甚至有可能以該第2層與陶瓷 基體剝離的部位為起點(diǎn)而導(dǎo)致整個第2層剝離。也就是說，有可能導(dǎo)致陶瓷基體與連接端 子分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題的至少一部分而完成的，其目的在于提供一種能夠抑
制陶瓷基體與連接端子的分離的技術(shù)。 技術(shù)方案1 —種陶瓷接合體，其包括陶瓷基體，其在長度方向上延伸；電極焊盤，其以鴇及 鉬的至少一種為主要成分，設(shè)置于上述陶瓷基體的表面上；連接端子，其與外部電路電連 接；接合部，其通過釬焊接合來連結(jié)上述電極焊盤與上述連接端子，其特征在于，上述電極 焊盤包括與上述陶瓷基體接觸的第1層和層疊于上述第1層的表面上且與上述接合部接觸 的第2層，在上述第1層以及上述第2層里含有在用于上述陶瓷基體的陶瓷材料中成為主 要成分的陶瓷材料，并且上述第1層所含有的上述陶瓷材料的含量(重量％ )大于上述第 2層中的含量，上述第1層的輪廓在整周上處于上述第2層的輪廓的外側(cè)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于以使第1層的輪廓在整周上處于第2層的輪廓的外側(cè)的方式設(shè) 置第2層，因此第2層不會形成為從第1層的輪廓露出。于是，第2層不會被直接設(shè)置在陶 瓷基體上，能夠?qū)⒌?層的整個邊緣與第1層牢固地進(jìn)行接合，從而能夠抑制剝離。于是，
3能夠防止陶瓷基體與連接端子的分離。 此外，為了以使第1層的輪廓在整周上處于第2層的輪廓的外側(cè)的方式將第2層 設(shè)置在第1層上，能夠通過在沿著電極焊盤的層疊方向觀察時，將第2層的面積設(shè)置成小于 第1層的面積來實現(xiàn)。另外，在確認(rèn)輪廓的位置關(guān)系的情況下，能沿著電極焊盤的層疊方向 觀察到第l層和第2層即可。具體地說，能沿著輪廓的各部分中的電極焊盤的層疊方向觀 察到輪廓的各部分即可。 另外，"主要成分"是指在其構(gòu)成中所含的材料為50重量％以上的材料。也就是說， "以鎢和鉬中的至少一方作為主要成分的電極焊盤"是指在電極焊盤中所含的材料中，所含 有鎢以及鉬的合計含量(在不含有其中一種的情況下則為另一種的含量)為50重量％以 上。 技術(shù)方案2 根據(jù)技術(shù)方案1所述的陶瓷接合體，其中，上述第1層的厚度比上述第2層的厚度厚。 第2層與以金屬作為主要成分的釬焊材料、以金屬作為主要成分的第l層進(jìn)行接 合，與此相對，第l層與由陶瓷構(gòu)成的陶瓷基體進(jìn)行接合。其結(jié)果是，和其它接合部位相比， 主要成分為不同種材料的第1層與陶瓷基體間的密合性最弱。另外，第1層接受來自第2 層、接合部的應(yīng)力，因而第l層相對于僅接受接合部的應(yīng)力的第2層而言接受更多的應(yīng)力。 對于此，能夠通過將第1層設(shè)成比第2層厚來充分保持第1層與陶瓷基體的密合性。此外， 第1層優(yōu)選在20 ii m以上。另一方面，通過將第2層設(shè)為比第1層薄，能夠減少自身的應(yīng)力， 能夠進(jìn)一步提高第2層與第1層的密合性以及第2層與接合部的密合性。
技術(shù)方案3 根據(jù)技術(shù)方案1或者技術(shù)方案2所述的陶瓷接合體，其中，上述接合部被設(shè)置成超 過上述第2層直到上述第1層的表面上為止。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于接合部擴(kuò)展至第1層，因此能夠牢固地接合接合部與電極焊盤
(包括了第1層和第2層)，從而能夠進(jìn)一步防止陶瓷基體與連接端子分離。 并且，優(yōu)選以使接合部覆蓋第2層的方式設(shè)置接合部。由此，由于第2層不會露出
到外部，因此能夠抑制來自外部的撞擊等直接施加給第2層，能夠防止第2層從第1層分離。 技術(shù)方案4 根據(jù)技術(shù)方案3所述的陶瓷接合體，其中，被設(shè)置在上述第1層的表面上的接合部 的體積小于被設(shè)置在上述第2層的表面上的接合部的體積。 為了提高第1層與陶瓷基體之間的密合性，使第1層所含有的陶瓷材料多于第2 層所含有的陶瓷材料。對應(yīng)于此，通過將接合部擴(kuò)大至第l層，能夠牢固地接合接合部與電 極焊盤(包括了第l層和第2層)，但是有時第l層中的陶瓷材料會浸滲到接合部中，使陶 瓷基體與第1層的密合性降低。因此，通過設(shè)成技術(shù)方案3的結(jié)構(gòu)，能夠抑制第1層中的陶 瓷材料浸滲到接合部中，能夠保持陶瓷基體與第l層的密合性。另一方面，通過在含有陶瓷 材料少于第1層的第2層的表面上設(shè)置更多的接合部，能夠提高電極焊盤和接合部的密合 性。 此外，"被設(shè)置在第2層的表面上的接合部的體積"是指位于從第2層的輪廓向與第2層垂直的方向延伸的范圍內(nèi)的接合部的體積，"被設(shè)置在第1層的表面上的接合部的體 積"是指位于上述范圍外的接合部的體積。
技術(shù)方案5 根據(jù)技術(shù)方案1 技術(shù)方案4所述的陶瓷接合體，其中，當(dāng)沿著上述電極焊盤的層 疊方向觀察時，上述第2層的輪廓在整周上處于在上述連接端子的表面中與上述接合部接 觸的接觸表面部分的輪廓的外側(cè)，在與上述長度方向垂直的寬度方向上的上述第2層的輪 廓與上述接觸表面部分的輪廓之間的最短距離，為上述接觸表面部分的上述寬度方向的最 大長度以上。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)沿著層疊方向觀察時，第2層的輪廓在整周上處于接觸表面部分 的輪廓的外側(cè)，并且，第2層的輪廓與接觸表面部分的輪廓之間的最短距離，為接觸表面部 分的寬度方向的最大長度(最大寬度)以上，因此，能夠不會在第2層的表面上過多地擴(kuò)展 接合部，能夠接合連接端子與電極焊盤(第2層)。其結(jié)果是，能夠抑制由于接合部的應(yīng)力 而使第2層剝離，從而能夠抑制陶瓷基體與連接端子分離。 并且，第2層的輪廓與接觸表面部分的輪廓之間的最短距離，優(yōu)選在接觸表面部 分的寬度方向的最大長度(最大寬度)的2倍以上。這樣，能夠在第2層上確保用于釬焊 材料擴(kuò)展的更大的空間。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步提高接合部與第2層的密合性。
技術(shù)方案6 —種陶瓷加熱器，其包括技術(shù)方案1 技術(shù)方案5中任一項所述的陶瓷接合體以 及發(fā)熱部，該發(fā)熱部被設(shè)置在上述陶瓷基體的前端側(cè)內(nèi)部，并且與上述電極焊盤連接。
能夠?qū)崿F(xiàn)以技術(shù)方案1 技術(shù)方案5的陶瓷接合體作為陶瓷加熱器。
技術(shù)方案7 根據(jù)技術(shù)方案6所述的陶瓷加熱器，其中，上述第2層的重心被設(shè)置成比上述第1 層的重心更靠近后端側(cè)。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于第2層形成在第1層的后端側(cè)，因此能夠使接合部和連接端子進(jìn) 一步遠(yuǎn)離前端側(cè)的發(fā)熱部，能夠抑制由熱引起的劣化。 此外，為了將第2層的重心設(shè)置成比第1層的重心更靠后端側(cè)，能夠通過將第2層 相對于第1層向后端側(cè)偏置來實現(xiàn)。
技術(shù)方案8 —種氣體傳感器，其包括氣體傳感器元件，其包括封閉了前端的有底筒狀的固體 電解質(zhì)、配置于該固體電解質(zhì)的外周面上的外側(cè)電極以及配置于該固體電解質(zhì)的內(nèi)周面上 的內(nèi)側(cè)電極；加熱器，其被插入配置到該氣體傳感器元件內(nèi)，其中，上述加熱器為技術(shù)方案 6或者技術(shù)方案7所述的陶瓷加熱器。 能夠?qū)崿F(xiàn)具備技術(shù)方案6或者技術(shù)方案7的陶瓷加熱器和氣體傳感器元件的氣體 傳感器。


圖1是表示氣體傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖2是表示陶瓷加熱器的立體圖。 圖3是表示陶瓷加熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
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圖4是陶瓷基體102的主視圖。 圖5是陶瓷加熱器100的主視圖。 圖6是陶瓷加熱器100的側(cè)視圖。 圖7是A-A剖視圖。 圖8是B-B剖視圖。 圖9是陶瓷加熱器100a的主視圖。 圖10是陶瓷加熱器100a的側(cè)視圖。 圖11是C-C剖視圖。 圖12是D-D剖視圖。 圖13是表示接合的樣子的說明圖。
具體實施例方式
接著，根據(jù)實施例并按照以下順序來說明本發(fā)明的實施方式。 A.第1實施例: B.第2實施例: C.變形例 A.第1實施例 Al.氣體傳感器的結(jié)構(gòu) 圖1是表示作為本發(fā)明的一個實施例的氣體傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。氣體傳感器 10用于檢測內(nèi)燃機(jī)的排氣氣體中的氧氣。氣體傳感器10主要具備氧檢測元件20、主體殼 體11、內(nèi)側(cè)端子構(gòu)件30、外側(cè)端子構(gòu)件40、陶瓷加熱器100。 圖1示出氣體傳感器10的軸線AX。下面，將沿著軸線AX延伸的構(gòu)件的兩端中的 配置有固體電解質(zhì)體21的端部(圖1的下側(cè))稱為前端，將配置有墊圈(grommet) 17的端 部(圖1的上側(cè))稱為后端。另外，圖中的長度方向FD表示與軸線AX平行的方向(圖1 中的上下方向)。 氧檢測元件20的形狀呈沿著軸線AX在軸線方向(圖1中的上下方向)上延伸 的、前端20s(圖l下側(cè))封閉、后端20k(圖l上側(cè))開口的有底筒狀。氧檢測元件20包 括具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體21、通過電鍍等形成在固體電解質(zhì)體21的外周面的 一部分上的外側(cè)電極106 (未圖示)、通過電鍍等形成在固體電解質(zhì)體21的內(nèi)周面的一部分 上的內(nèi)側(cè)電極108(未圖示)。另外，在氧檢測元件20的外周面上，在沿軸線AX方向的中部 設(shè)置有向外側(cè)突出的卡合凸緣部20f。卡合凸緣部20f與后述的主體殼體11卡合。
主體殼體11形成為包圍氧檢測元件20的外周的一部分的筒狀。在主體殼體11 的內(nèi)側(cè)借助金屬制密封件81(未圖示)配置有絕緣體(insulator) 13。該絕緣體13借助 金屬制密封件82(未圖示)與卡合凸緣部20f卡合。并且，在絕緣體13的后端側(cè)配置有滑 石(talc) 14、絕緣體13b以及金屬制密封件83，且主體殼體11的后端側(cè)被進(jìn)行彎邊壓緊處 理，由此在主體殼體11的內(nèi)側(cè)以氣密狀態(tài)保持氧檢測元件20。 在主體殼體11的前端側(cè)(圖1的下側(cè))安裝有保護(hù)器(protector) 15。保護(hù)器 15覆蓋氧檢測元件20的從主體殼體11的前端側(cè)開口部突出的前端部。保護(hù)器15具備外 側(cè)保護(hù)器15a和內(nèi)側(cè)保護(hù)器15b的二重結(jié)構(gòu)。在外側(cè)保護(hù)器15a和內(nèi)側(cè)保護(hù)器15b上形成有多個用于使排氣氣體透過的透氣口 (省略圖示)。通過保護(hù)器15的透氣口，向氧檢測元 件20的外側(cè)電極106供給排氣氣體。 主體殼體11在形成在外周面上的六角部lie的后端側(cè)(圖1的上側(cè))具備連接 部lld。在連接部lld上從外側(cè)通過整周激光焊接固定有筒狀的金屬外筒16的前端。在金 屬外筒16的后端側(cè)的開口中插入有由氟橡膠構(gòu)成的墊圈17。通過對金屬外筒16的后端的 鑿緊來固定該墊圈17。墊圈17密封金屬外筒16的該開口。在比墊圈17更靠近前端側(cè)的 位置配置有由絕緣性質(zhì)的氧化鋁陶瓷形成的隔離件(s印arator)18。并且，貫通墊圈17以 及隔離件18地配置有傳感器輸出引線19、19b以及加熱器引線12b、12c。此外，在墊圈17 的中央沿著軸線AX形成有貫通口 ，在該貫通口中嵌入有金屬管86。在金屬管86上覆蓋有 兼具有防水性以及通氣性的薄片狀的過濾器(filter)85。由此，氣體傳感器10的外部的空 氣通過過濾器85被導(dǎo)入到金屬外筒16內(nèi)，進(jìn)而被導(dǎo)入到氧檢測元件20的內(nèi)部空間G內(nèi)。
外側(cè)端子構(gòu)件40具備由不銹鋼板構(gòu)成的外嵌部41、隔離件插入部42、連接器部 43。隔離件插入部42被插入到隔離件18內(nèi)。隔離件抵接部42d從該隔離件插入部42分 支出來并突出。通過隔離件抵接部42d彈性地接觸到隔離件18的內(nèi)壁，使得外側(cè)端子構(gòu)件 40被保持在隔離件18內(nèi)。 在隔離件插入部42的后端設(shè)置有連接器部43。連接器部43通過鑿緊來夾住有傳
感器輸出引線1%的芯線，使外側(cè)端子構(gòu)件40和傳感器輸出引線19b電連接。 外嵌部41設(shè)置在隔離件插入部42的前端。外嵌部41夾在氧檢測元件20的后端
附近的外周，使外側(cè)端子構(gòu)件40和氧檢測元件20的外側(cè)電極106電連接。 內(nèi)側(cè)端子構(gòu)件30具備由不銹鋼板構(gòu)成的插入部33、隔離件插入部32、連接器部
31。隔離件插入部32被插入到隔離件18內(nèi)。隔離件抵接部32d從該隔離件插入部32分
支出來并突出。隔離件抵接部32d彈性地接觸到隔離件18的內(nèi)壁，使得內(nèi)部端子構(gòu)件30
被保持在隔離件18內(nèi)。 連接器部31設(shè)置在隔離件插入部32的后端。連接器部31通過壓緊連接來夾住 傳感器輸出引線19的芯線，使內(nèi)側(cè)端子構(gòu)件30和傳感器輸出引線19電連接。
插入部33設(shè)置在隔離件插入部32的前端。插入部33被插入到氧檢測元件20的 內(nèi)部。插入部33通過自身的彈性力，帶著按壓力地與形成在氧檢測元件20的內(nèi)周面上的 內(nèi)側(cè)電極108接觸。由此，插入部33保持與氧檢測元件20的內(nèi)側(cè)電極108之間的電連接。
在插入部33的前端設(shè)置有加熱器按壓部36。加熱器按壓部36將陶瓷加熱器100 的側(cè)面按壓向氧檢測元件20的內(nèi)周面。 陶瓷加熱器100被配置在內(nèi)部空間G內(nèi)，通過被內(nèi)側(cè)端子構(gòu)件30進(jìn)行保持來保持 姿勢。后述的連接端子130與加熱器引線12b、12c相連接，通過從加熱器引線12b、12c供 給電力，由此陶瓷加熱器100對固體電解質(zhì)體21進(jìn)行加熱。
A2.陶瓷加熱器的結(jié)構(gòu) 圖2是表示陶瓷加熱器的立體圖。圖3是表示陶瓷加熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解立體 圖。如圖2所示，通過在圓棒狀(在本實施例中，小3mm，全長50mm)的陶瓷基體102上固定 連接端子130來形成陶瓷加熱器100。如圖1所示，陶瓷加熱器100被插入到氧檢測元件 20內(nèi)，對氧檢測元件20進(jìn)行加熱。此外，將陶瓷加熱器100的長度方向的兩端側(cè)中的具備 發(fā)熱部分的一側(cè)(圖2左側(cè))設(shè)為"前端側(cè)"、將與"前端側(cè)"相反側(cè)設(shè)為"后端側(cè)"來進(jìn)行說明。 陶瓷加熱器100具備陶瓷基體102、電極焊盤121、連接端子130。如圖3所示，通 過在圓棒狀(圓柱形狀)的氧化鋁陶瓷制的絕緣管101的外周巻繞絕緣性較高的氧化鋁陶 瓷制的印制電路基板(green sheet) 140、 146，對它們進(jìn)行燒制來制造陶瓷基體102。
在印制電路基板140上形成有加熱電阻器141 (加熱器圖案)。加熱電阻器141具 備發(fā)熱部142和分別與發(fā)熱部142的兩端相連接的一對引線部143(陽極和陰極)。作為加 熱電阻器141的材料能夠采用鴇、鉬等各種導(dǎo)電材料。在印制電路基板140的后端側(cè)，在每 個引線部143處設(shè)置有兩個通孔(throughhole) 144。形成在陶瓷加熱器100的外表面上的 電極焊盤121通過通孔144與引線部143電連接。 印制電路基板146被壓接在印制電路基板140的形成有加熱電阻器141的面上。 在印制電路基板146的與該壓接面相反側(cè)的面上涂敷氧化鋁糊劑(alumina paste)，印制 電路基板140、 146將該涂敷面作為內(nèi)側(cè)地被巻繞在絕緣管101上并被從外周向內(nèi)按壓，從 而形成陶瓷加熱器成形體。其后，通過燒制陶瓷加熱器成形體來形成陶瓷基體102。
如圖2、圖3所示，陽極側(cè)的電極焊盤121和陰極側(cè)的電極焊盤121這兩個電極焊 盤121形成在陶瓷基體102的表面上。這些電極焊盤121分別被設(shè)置在印制電路基板140 的外面的形成有通孔144的位置。通過填充到通孔144的內(nèi)部的導(dǎo)電性糊劑來進(jìn)行陽極側(cè) 和陰極側(cè)各處的引線部143和電極焊盤121之間的導(dǎo)通。 圖4是陶瓷基體102的主視圖。該主視圖示出沿著與陶瓷基體102的中心軸線CX 垂直的方向(下面，也稱為層疊方向ND(參照后述的圖6))觀察到的陶瓷基體102的圖。長 度方向FD是表示與中心軸線CX平行的方向。寬度方向TD表示與長度方向FD和層疊方向 ND兩者垂直的方向。此外，該主視圖示出配置在陶瓷加熱器上的兩個電極焊盤121中的、一 個電極焊盤121的主視圖。 圖5是陶瓷加熱器100的主視圖。該主視圖表示在圖4示出的陶瓷基體102上固 定有連接端子130的狀態(tài)。連接端子130被配置成與中心軸線CX平行延伸，接合端部133 通過釬焊被固定在電極焊盤121上。 圖6是陶瓷加熱器100的側(cè)視圖。該側(cè)視圖是從將圖4、圖5示出的主視圖繞中心 軸線CX旋轉(zhuǎn)90度的方向后觀察到的圖(沿著寬度方向TD觀察到的圖)。
圖7表示圖5示出的A-A線處的剖面(包括中心軸線CX的剖面)，圖8表示圖5 示出的B-B線處的剖面(與中心軸線CX垂直的剖面)。圖7、圖8都表示一個電極焊盤121 附近。如圖所示，電極焊盤121形成在陶瓷基體102的表面上。另外，電極焊盤121通過通 孔144與引線部143相連接。 如圖4、圖7、圖8所示，電極焊盤121包括與陶瓷基體102接觸的第1層121a和 層疊在第1層121a上的第2層121b。 第1層121a的主要成分為鎢。另外，第1層121a包含陶瓷基體102的主要成分 的陶瓷材料即氧化鋁(alumina)。優(yōu)選將第1層121a中所包含的氧化鋁的含量設(shè)定在2 20wt% (重量百分比)的范圍內(nèi)。這樣，能夠不會過多地降低第l層121a的導(dǎo)電性但提高 第1層121a和陶瓷基體102的密合性。其結(jié)果是，能夠抑制第1層121a從陶瓷基體102 剝離。在本實施例中，第l層121a使用90wt^W(鎢)-10wt^AlA。 同樣地，第2層121b的 要成分為鎢。并且，第2層121b也包含作為陶瓷基體102的主要成分的陶瓷材料即氧化鋁。只是，將第2層121b所含有的氧化鋁的含量設(shè)定為小于 第1層121a所含有的氧化鋁的含量的值。當(dāng)氧化鋁的含量較小時，釬焊材料容易浸滲到第 2層121b里。其結(jié)果是，能夠提高第2層121b和釬焊材料的密合性。此外，第2層121b中 的氧化鋁的含量優(yōu)選設(shè)定在0 10wt^的范圍內(nèi)。這樣，在第2層121b中不含有氧化鋁也 可。在這種情況下，還能夠使第1層121a所含有的陶瓷材料的含量多于第2層121b中的 含量。在本實施例中，第2層121b使用100wt^的W(鎢)。 如上所述，在本實施例中，采用離陶瓷基體102越遠(yuǎn)作為陶瓷基體102的主要成分 的陶瓷材料的含量越小這樣的多層結(jié)構(gòu)的電極焊盤121。由此，提高了電極焊盤121和陶瓷 基體102的密合性，另外，也提高了電極焊盤121和接合部124的密合性。
接著說明各層121a、121b的形狀。如圖4所示，在本實施例中，沿著層疊方向ND 觀察到的第1層121a的形狀呈高度tl為5. Omm、寬度wl為2. 4mm的大致矩形(高度表示 沿長度方向FD方向的長度，寬度表示沿寬度方向TD的長度。另外，四角為圓角)。另外， 沿著層疊方向觀察的第2層121b的形狀呈高度t2為3. 2mm、寬度w2為2. 2mm的大致矩形 (四角為圓角)。 如圖4所示，當(dāng)沿著電極焊盤121層疊方向觀察時，第1層121a的輪廓在整周上 處于第2層121b的輪廓的外側(cè)。即，第2層121b的整個輪廓被包含于第1層121a的輪廓 的內(nèi)側(cè)。其結(jié)果是，第2層121b的面積小于第1層121a的面積，在第2層121b的周圍在 整周上露出第1層121a。由此，能夠不使第2層121b直接設(shè)置在陶瓷基體102上而將第2 層121b的整個邊緣與第1層121a牢固地接合，因此能夠抑制第2層121b從第1層121a 剝離。 另外，如圖4所示，第2層121b的重心CG被設(shè)置在比第1層121a的重心PP靠近 后端側(cè)的位置。即，第2層121b被配置成相對于第l層121a向后端側(cè)偏離的狀態(tài)。由此， 能夠?qū)⒔雍喜?42和連接端子130進(jìn)一步遠(yuǎn)離發(fā)熱部142，能夠抑制由熱引起的劣化。
圖5、圖6表示連接端子130。連接端子130由使用鎳的合金形成。連接端子130 具有連接部134、被設(shè)置在連接部134的一端上的接合端部133、被設(shè)置在連接部134的另 一端上的壓緊連接部135。如圖6所示，連接部134的一端在層疊方向上彎曲成階梯狀，并 且與接合端部133相連接。如圖5所示，接合端部133被配置并釬焊在第2層121b的大致 中央。另外，在本實施例中，接合端部133的長度L1(圖7)為2.0mm。 壓緊連接部135使用寬度比連接部134寬的平板來形成。連接部134與壓緊連接 部135之間的連接部分以連接部134的長度方向為軸扭轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)過大致直角。壓緊連接部135 的兩端向相同一側(cè)彎曲。兩個壓緊連接部135通過鉚接來分別夾住加熱器引線12b、12c的 芯線，對加熱電阻器141和加熱器引線12b、12c進(jìn)行電連接。 并且，如圖5、圖6、圖7、圖8所示，連接端子130通過釬焊固定在第2層121b以及 第1層121a上。通過釬焊形成對連接端子130和第2層121b進(jìn)行接合的接合部124。接 合部124是使釬焊材料固化而得到的。在本實施例中，作為釬焊材料采用Au-Cu合金(金 和銅的合金)。 圖7、圖8示出釬焊的詳細(xì)圖。接合端部133被配置成相對于電極焊盤121 (第2 層121b)大致平行。接合端部133可以與第2層121b接觸，而且，也可以在這些構(gòu)件133、 121b之間空出間隙(在本實施例中，將間隙L2設(shè)定為0 0. 5mm的范圍內(nèi))。
如圖7、8所示，接合端部133的表面中的與第2層121b相面對的表面FS與接合 部124接觸，且與表面FS相鄰的表面SI S4也與接合部124接觸。并且，在接合部124 中，釬焊材料從接合端部133朝向第2層121b以及第1層121a以填角(fillet)形狀地擴(kuò)展。 這樣，將接合部124超過第2層121b直至第1層121a的表面的設(shè)置，由此接合部 124與電極焊盤121的接合面積增加，從而能夠牢固地接合接合部124和電極焊盤121。并 且，接合部124以覆蓋第2層121b的方式設(shè)置。由此，能夠?qū)碜酝獠康淖矒舻戎苯邮┘?到第2層121b上這種情況抑制，從而能夠防止第2層121b從第1層121a分離。
此外，如圖5、圖6所示，接合部124被設(shè)置成將第1層121a的表面上的至少一部 分露出到外部。也就是說，在第1層121a的一部分的表面上沒有設(shè)置接合部124。
另外，如圖7、圖8所示，將設(shè)于第1層121a的表面上的接合部124的體積設(shè)為小 于設(shè)于第2層121b的表面上的接合部124的體積。由此，能夠抑制第1層121a中的陶瓷 材料浸滲到接合部124里，能夠一邊保持陶瓷基體102和第1層121a的密合性， 一邊也提 高接合部124和電極焊盤121的密合性。 此外，在本實施例中，第1層121a的厚度L3為30 ii m，第2層121b的厚度L4為 25 ii m(圖7)。這樣，第1層121a的厚度比第2層121b的厚度厚。由此，能夠充分保持作為 完全不同的種類材料的第1層121a和陶瓷基體102的密合性，還能夠抑制第1層121a從 陶瓷基體102剝離。另一方面，通過將第2層121b設(shè)為比第l層121a薄，能夠減小自身的 應(yīng)力，能夠進(jìn)一步提高第2層121b與第1層121a的密合性以及第2層121b與接合部124 的密合性。 此外，在陶瓷加熱器100上設(shè)置有兩組(陽極和陰極)電極焊盤121和連接端子 130。電極焊盤121的結(jié)構(gòu)和電極焊盤121與連接端子130的接合狀態(tài)在各組之間相同。連 接端子130的結(jié)構(gòu)除了壓緊連接部135的朝向以外在各組之間相同。 如上所述，采用第1實施例，能夠分別抑制陶瓷基體102和第1層121a的分離、第 1層121a和第2層121b的分離、第2層121b和接合部124的分離、第2層121b和連接端 子130的分離。由此，能夠抑制連接端子130和陶瓷基體102的分離。
此外，在本實施例中，陶瓷基體102、電極焊盤121、接合部124、連接端子130構(gòu)成 的整體相當(dāng)于權(quán)利要求范圍內(nèi)的"陶瓷接合體"。 此外，作為陶瓷加熱器100的制造方法能夠采用公知的各種方法。例如，能夠采用 以下方法。首先，將包含導(dǎo)電材料的墨涂敷到印制電路基板140的表面上來形成圖3的加 熱電阻器141和電極焊盤121。作為涂墨技術(shù)，能夠采用絲網(wǎng)印刷等各種技術(shù)。在此，也可 以在印制電路基板140上形成第1層121a，其后，在第1層121a上形成第2層121b。在通 孔144的內(nèi)部填充導(dǎo)電性糊劑。接著，在印制電路基板140上層疊印制電路基板146。接 著，將層疊后的薄板140、 146巻繞到瓷管101上，由此形成燒制前的陶瓷基體102。接著， 通過燒制形成陶瓷基體102。接著，通過釬焊在電極焊盤121上固定連接端子130。作為釬 焊的方法能夠采用各種方法。例如，首先，將接合端部133配置在與第2層121b相面對的 位置上。接著，使被加熱為熔融態(tài)的釬焊材料流動以覆蓋接合端部133和第2層121b。并 且，通過冷卻來固化釬焊材料，由此將連接端子130固定在電極焊盤121上。此外，也可以 在釬焊之前利用鎳等金屬來對第2層121b的表面進(jìn)行電鍍。這樣，能夠加快釬焊材料浸滲
10到第2層121b。 另外，作為氣體傳感器10的制造方法也能夠采用公知的各種方法。
B.第2實施例 圖9、圖10是表示陶瓷加熱器的另一個實施例的說明圖。與圖5、圖6所示的第1 實施例具有3點(diǎn)差異。第1點(diǎn)差異是連接端子130a的形狀與第1實施例的連接端子130的 形狀不同。第2點(diǎn)差異是第2層121c的形狀與第1實施例的第2層121b的形狀不同(下 面，將具有第1層121a和第2層121c的電極焊盤稱為電極焊盤121X)。第3點(diǎn)差異是連接 端子130a和電極焊盤121X(第2層121c)間的接合部124a的形狀與第1實施例中的接合 部124的形狀不同。其它結(jié)構(gòu)與第l實施例的結(jié)構(gòu)相同。此外，圖9表示與圖5相同的主 視圖，圖10表示與圖6相同的側(cè)視圖。 陶瓷基體102和電極焊盤121X的結(jié)構(gòu)分別與圖2 圖4所示的第1實施例的陶 瓷基體102和電極焊盤121的結(jié)構(gòu)相同。因而，第2實施例的陶瓷加熱器100a具有與第1 實施例的陶瓷加熱器100相同的各種優(yōu)點(diǎn)。 連接端子130a被配置成與中心軸線CX平行地延伸，接合端部133a通過釬焊被固 定在電極焊盤121X上。該陶瓷加熱器100a能夠代替第1實施例的陶瓷加熱器100而利用。
在第2實施例中，連接端子130a具有連接部134a、設(shè)于連接部134a的一端上的 接合端部133a、設(shè)于連接部134a的另一端上的壓緊連接部135a。接合端部133a和連接 部134a使用厚度L6(圖9)為0. 3mm的平板來形成。如圖10所示，接合端部133a和連接 部134a整體的形狀呈L字狀。接合端部133a是長度L5(圖11)為2.0mm的矩形平板。連 接部134a的一個長邊和接合端部133a的一個長邊位于共用的線LS上。并且，在從連接部 134a觀察時，與接合端部133a的線LS相反一側(cè)的端部133即是突出的。
以使該突出的部分133即與電極焊盤121X(第2層121c)相面對的方式配置連接 端子130a(圖10)。接合端部133a被配置在第2層121c的大致中央(圖9)。如后述那樣， 接合端部133a被配置成相對于電極焊盤121X(第2層121c)大致垂直。在這種狀態(tài)下，將 接合端部133a釬焊在電極焊盤121X(第2層121c)上。 壓緊連接部135a連接在連接部134a的另一端上。壓緊連接部135a的結(jié)構(gòu)與圖 5、圖6示出的壓緊連接部135的結(jié)構(gòu)相同。兩個壓緊連接部135a分別通過壓緊連接來夾 住加熱器引線12b、12c的芯線，對加熱電阻器141 (圖3)與加熱器引線12b、12c進(jìn)行電連接。 圖11、圖12詳細(xì)表示了釬焊。圖11表示沿圖9的C-C線的剖面(通過中心軸線 CX的剖面)，圖12表示沿圖9的D-D線的剖面(與中心軸線CX垂直的剖面)。圖11、圖12 都表示一個電極焊盤121X附近。 連接端子130a通過釬焊固定在第2層121c上。通過釬焊形成接合連接端子130a 與第2層121c的接合部124a。該接合部124a是釬焊材料固化而得到的。
如圖11、圖12所示，將接合端部133a配置成相對于電極焊盤121X(第2層121c) 大致垂直(即，接合端部133a與電極焊盤121X的層疊方向大致平行)的狀態(tài)。接合端部 133a的表面中的與第2層121c相面對的面是端部133ap的表面FSa。表面FSa是與接合 端部133a的長邊和接合端部133a的厚度方向兩者平行的面。該表面FSa相對于電極焊盤 121X(第2層121c)大致平行。接合端部133a可以與第2層121c接觸，而且，也可以在這些構(gòu)件133a、 121c之間空出間隙(在本實施例中，將間隙L2設(shè)定為0 0. 2mm的范圍內(nèi))。
如圖所示，接合端部133a的表面上的表面FSa與接合部124a接觸，與表面FSa相 鄰的表面Sla S4a也與接合部124a接觸。并且，在接合部124a中，釬焊材料從接合端部 133a朝向第2層121c的周緣以填角形狀地擴(kuò)展。 圖13是表示接合端部133a和電極焊盤121X之間接合的樣子的說明圖。圖13示 出圖9中的電極焊盤121X附近的放大圖。在圖中，示出連接端子130a的一部分和電極焊 盤121X的主視圖。 帶有陰影的區(qū)域CA表示接觸表面部分CA。接觸表面部分CA是指與連接端子130a 的表面上的接合部124a(圖11、圖12)接觸的部分。在本實施例中，圖11、圖12中示出的 表面FSa、 Sla、 S2a、 S3a、 S4a整體中的與接合部124a接觸的部分相當(dāng)于接觸表面部分CA。
在本實施例中，當(dāng)沿著電極焊盤121X的層疊方向ND觀察時，接觸表面部分CA為 矩形區(qū)域。接觸表面部分CA的寬度(沿寬度方向TD的長度)L6為0. 3mm，高度L5 (沿長度 方向FD的長度)為2.0mm。另外，第2層121c的寬度w3為1. 5mm，高度t3為3. 2mm。該接 觸表面部分CA被配置在第2層121c的大致中央。其結(jié)果是，第2層121c在接觸表面部分 CA的整周上朝向外側(cè)突出0. 6mm。 也就是說，當(dāng)沿著電極焊盤121X的層疊方向ND觀察時，第2層121c的輪廓在整 周上處于接觸表面部分CA的輪廓的外側(cè)，在與長度方向FD垂直的寬度方向TD上的第2層 121c的輪廓與接觸表面部分CA的輪廓之間的最短距離(在本實施例中為0. 6mm)，為接觸 表面部分CA的寬度方向TD的最大長度(在本實施例中為0.3mm)以上。其結(jié)果是，能夠在 第2層121c上確保用于釬焊材料在接觸表面部分CA的整周上擴(kuò)展的充分的空間。因而， 能夠提高接合部124a(圖11、圖12)和第2層121c的密合性。另外，不需要在第2層121c 上過厚地設(shè)置接合部124a，就能夠?qū)B接端子130a和電極焊盤121X (第2層121c)進(jìn)行 接合。其結(jié)果是，能夠抑制由于接合部124a的應(yīng)力而使第2層121c剝離。此外，寬度方向 TD上的第2層121c的輪廓與接觸表面部分CA的輪廓之間的距離也可以根據(jù)長度方向FD 的位置改變。同樣地，接觸表面部分CA的寬度方向TD的長度也可以根據(jù)長度方向FD的位 置改變。 此外，在陶瓷加熱器100a上設(shè)置有兩組(陽極和陰極)電極焊盤121X和連接端 子130a。電極焊盤121X的結(jié)構(gòu)以及電極焊盤121X和連接端子130a之間的接合狀態(tài)在各 組之間相同。連接端子130a的結(jié)構(gòu)除了壓緊連接部135a的朝向以外在各組之間相同。
C.變形例 此外，在上述各實施例中的技術(shù)特征中，除在獨(dú)立權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的技術(shù)特 征以外，其它要素為附加技術(shù)特征，能夠適當(dāng)?shù)厥÷?。另外，本發(fā)明并不限于上述實施例和 實施方式，在不脫離其技術(shù)思想的范圍內(nèi)可以以各種方式實施，例如可以如下那樣變形。
在上述各實施例中，作為陶瓷基體的結(jié)構(gòu)并不限于圖2 4的結(jié)構(gòu)，可以采用各種 結(jié)構(gòu)。例如，作為形狀，并不限于圓柱形狀，還可以采用任意的形狀。例如，也可以采用平板 形狀。另外，作為陶瓷基體的材料，并不限于氧化鋁，可以采用各種陶瓷材料。例如，也可以 采用多鋁紅柱石、尖晶石。 在上述各實施例中，作為電極焊盤的結(jié)構(gòu)，可以采用各種結(jié)構(gòu)。例如，作為第1層 121a的形狀，并不限于矩形，可以采用橢圓、多邊形等任意的形狀。同樣，作為第2層121b、
12121c的形狀，也可以采用任意的形狀。另外，作為第1層的厚度和第2層的厚度分別可以采 用與圖7中所說明的值不同的值。另外，第1層的厚度也可以比第2層的厚度薄。
另外，作為電極焊盤的第l層的主要成分，并不限于鎢，還可以采用鉬等各種導(dǎo)體 材料。對于第2層的主要成分也是相同的。 在上述各實施例中，作為連接端子的結(jié)構(gòu)，并不限于圖5 圖8所示的結(jié)構(gòu)、圖 9 圖13所示的結(jié)構(gòu)，可以采用各種結(jié)構(gòu)。例如，在形成構(gòu)件133、134(圖5、圖6)、構(gòu)件 133a、134a(圖9、圖10)的過程中也可以代替平板而使用圓棒。另外，在圖6所示的實施例 中，也可以省略階梯狀的彎曲。另外，在圖IO所示的實施例中，連接部134a也可以在厚度 方向彎曲成階梯狀。另外，也可以省略壓緊連接部135、135a。另外，連接端子也可以在與陶 瓷基體的表面垂直的方向上延伸，以代替在與陶瓷基體的表面平行的方向上延伸。
另外，作為連接端子的材料，并不限于使用鎳的合金，還能夠采用銅、鐵或它們的 合金等各種導(dǎo)體材料。 在上述各實施例中，作為連接端子與電極焊盤(第2層)接合的結(jié)構(gòu)，并不限于 圖5 圖8所示的結(jié)構(gòu)、圖9 圖13所示的結(jié)構(gòu)，可以采用各種結(jié)構(gòu)。例如，在利用圖5、 圖6所示的連接端子130的情況下，也可以將接合端部133配置成與電極焊盤121 (第2層 121b)大致垂直。另外，在圖9 圖12中，接合部124a也可以超過第2層121c擴(kuò)展至第1 層121a。 此外，作為用于接合的釬焊材料，并不限于Au-Cu合金，還可以采用各種導(dǎo)體材料 (例如，Cu(銅)、Ag(銀))。 在上述各實施例中，作為具有陶瓷加熱器的氣體傳感器，并不限于圖1示出的氧 傳感器，還可以采用用于檢測特定的氣體成分或者測量特定的氣體成分的濃度的各種氣體 傳感器。例如，可以采用空燃比傳感器，另外，也可以采用用于測量氮氧化合物(N0X)的濃度 的傳感器。另外，作為具有陶瓷加熱器的裝置，并不限于氣體傳感器，還可以采用各種裝置。
權(quán)利要求
一種陶瓷接合體，包括陶瓷基體，其在長度方向上延伸；電極焊盤，其以鎢及鉬的至少一方為主要成分，設(shè)置于上述陶瓷基體的表面上；連接端子，其與外部電路電連接；接合部，其通過釬焊接合來連結(jié)上述電極焊盤與上述連接端子，其特征在于，上述電極焊盤包括與上述陶瓷基體接觸的第1層和層疊于上述第1層的表面上且與上述接合部接觸的第2層，在上述第1層以及上述第2層里含有在用于上述陶瓷基體的陶瓷材料中作為主要成分的陶瓷材料，并且上述第1層所含有的上述陶瓷材料的含量(重量％)大于上述第2層中的含量，上述第1層的輪廓在整周上處于上述第2層的輪廓的外側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的陶瓷接合體，其中， 上述第1層的厚度比上述第2層的厚度厚。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2所述的陶瓷接合體，其中， 上述接合部被設(shè)置成超過上述第2層直至上述第1層的表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷接合體，其中，設(shè)于上述第1層的表面上的接合部的體積小于設(shè)于上述第2層的表面上的接合部的體積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項所述的陶瓷接合體，其中，當(dāng)沿著上述電極焊盤的層疊方向觀察時，上述第2層的輪廓在整周上處于在上述連接 端子的表面中與上述接合部接觸的接觸表面部分的輪廓的外側(cè)，在與上述長度方向垂直的 寬度方向上的上述第2層的輪廓與上述接觸表面部分的輪廓之間的最短距離，為上述接觸 表面部分的上述寬度方向的最大長度以上。
6. —種陶瓷加熱器，其特征在于，包括權(quán)利要求1 5中任一項所述的陶瓷接合體以及發(fā)熱部，該發(fā)熱部設(shè)于上述陶瓷 基體的前端側(cè)內(nèi)部，并且與上述電極焊盤連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷加熱器，其中，上述第2層的重心設(shè)于比上述第1層的重心更靠后端側(cè)的位置。
8. —種氣體傳感器，其中，包括氣體傳感器元件，其包括封閉了前端的有底筒狀的固體電解質(zhì)體、配置于該固體電解 質(zhì)體的外周面上的外側(cè)電極以及配置于該固體電解質(zhì)體的內(nèi)周面上的內(nèi)側(cè)電極；加熱器， 其被插入配置到該氣體傳感器元件內(nèi)，其中，上述加熱器為權(quán)利要求6或者7所述的陶瓷加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷接合體、陶瓷加熱器以及氣體傳感器。其目的在于提供一種能夠抑制陶瓷基體與連接端子的分離的技術(shù)。本發(fā)明利用一種包括在長度方向上延伸的陶瓷基體、設(shè)于陶瓷基體的表面上的電極焊盤、與外部電路電連接的連接端子以及用于接合電極焊盤與連接端子的接合部。在此，電極焊盤包括與陶瓷基體接觸的第1層和層疊在第1層上且與接合部接觸的第2層。在第1層中，上述第1層所含有的上述陶瓷基體的陶瓷材料的含量(重量％)大于上述第2層中的含量。第1層的輪廓在整周上處于第2層的輪廓的外側(cè)。
文檔編號H05B3/03GK101723699SQ20091018064
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者桑山友廣, 櫻井喜久男 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社