JP2002202282A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関す
る。更に詳しくは、センサ素子内に配設された導体層か
ら導出される取出線の断線を防止でき、更にはセンサ素
子のクラック及び折損を防止するガスセンサに関する。[0001] The present invention relates to a gas sensor. More specifically, the present invention relates to a gas sensor that can prevent breakage of a lead wire derived from a conductor layer provided in a sensor element, and further prevents cracking and breakage of the sensor element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、各種のガスの存在又は濃度に
応じた出力を行うセンサ素子が知られている。これらの
センサ素子は主体金具と称され、センサを取り付ける位
置にセンサ素子等を確実に固定することができる金具に
収められて使用される。しかし、センサ素子を主体金具
に直接組み付けたり、主体金具内に直接ガラスシール材
等のみで固定すると、熱膨張差によりセンサ素子やガラ
スシール材にクラックを生じる。このため機械的強度及
び耐熱性等に優れるセラミックホルダを介して組み付け
られるのが通常である。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a sensor element which outputs according to the presence or concentration of various gases. These sensor elements are called metal shells, and are used by being housed in metal fittings that can securely fix the sensor element and the like at the position where the sensor is mounted. However, when the sensor element is directly assembled to the metal shell or fixed directly in the metal shell with only a glass seal material or the like, cracks occur in the sensor element and the glass seal material due to a difference in thermal expansion. For this reason, it is usual to mount via a ceramic holder having excellent mechanical strength and heat resistance.
【０００３】また、センサ素子はその断面概形が角形の
ものが多くある一方、主体金具の断面概形は通常丸形で
ある。このため断面概形が丸形であり且つ角形のセンサ
素子が挿通されるための孔が設けられたアダプタを介し
てセラミックホルダ内にセンサ素子を固定し、このセラ
ミックホルダを主体金具に組み付けることでセンサ素子
から主体金具への形状変換を行っている。[0003] In addition, many sensor elements have a square cross section, while the metal shell generally has a round cross section. For this reason, the sensor element is fixed in a ceramic holder via an adapter provided with a hole for inserting a sensor element having a round cross-section and a square shape, and the ceramic holder is assembled to a metal shell. The shape conversion from the sensor element to the metal shell is performed.
【０００４】このセラミックホルダにセンサ素子を固定
するにあたっては、センサ素子を過度に強固に固定する
ことも、また、過度に緩やかに固定することも好ましく
なく、適度に固定される必要がある。このため、特開平
９−２５７７４５号公報及び特開平１１−２５８２０３
号公報等に開示されるようにセンサ素子とセラミックホ
ルダとの間を固定力の異なる複数の層からなる充填材で
充填することにより最適な固定を図っている。In fixing the sensor element to the ceramic holder, it is not preferable to fix the sensor element too strongly or too loosely, but it is necessary to fix it appropriately. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-257745 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-258203
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. H11-163, an optimum fixing is achieved by filling the gap between the sensor element and the ceramic holder with a filler composed of a plurality of layers having different fixing forces.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一方、この複数層から
なる充填材において、最も後方に配される充填材である
後方充填部はガラス粉末を溶融・固化させたものが通常
用いられ、気密を保持する役目も担っている。このた
め、隣接する充填部との境界は気密の保持がより確実で
ある位置、即ち、この境界が交わる外周がもっとも小さ
くなる取出線上に配置された（図３参照）。しかし、長
期にわたる冷熱間サイクルに晒された場合に境界と交わ
る取出線は、境界と交わらない場合に比べて劣化するこ
とがあり、更には長期使用した場合には断線に至ること
も考えられる。本発明は、上記問題点を解決するもので
あり、センサ素子内に配設された導体層から導出される
取出線の劣化更には断線を確実に且つ長期にわたって防
止でき、更にはセンサ素子のクラック及び折損を防止す
るガスセンサを提供することを目的とする。On the other hand, in the filler having a plurality of layers, the rear filler, which is the rearmost filler, is usually formed by melting and solidifying glass powder, and is used for airtightness. It also plays the role of holding. For this reason, the boundary between the adjacent filling portions is disposed at a position where the airtightness is more reliably maintained, that is, on the extraction line where the outer periphery where the boundary intersects becomes smallest (see FIG. 3). However, when exposed to a long-term cold / hot cycle, an extraction line that intersects with the boundary may be deteriorated as compared with a case where it does not intersect with the boundary. The present invention has been made to solve the above problems, and can reliably and for a long time prevent deterioration of a lead wire derived from a conductor layer provided in a sensor element and disconnection thereof. And to provide a gas sensor that prevents breakage.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のガスセンサは、
内部に導体層を有し、該導体層は長手方向の一端側から
取出線として導出されるセンサ素子と、該センサ素子が
挿通される円筒状のセラミックホルダとを備え、該セン
サ素子と該セラミックホルダとの間には充填材が充填さ
れているガスセンサにおいて、上記取出線が導出される
上記一端側を後方とした場合に、上記充填材は相対的に
粗密な前方充填部と相対的に緻密な後方充填部とからな
り、該取出線及び該センサ素子の後端部は該後方充填部
に埋入されていることを特徴とする。A gas sensor according to the present invention comprises:
A conductor layer is provided inside, the conductor layer includes a sensor element led out from one end side in the longitudinal direction as an extraction line, and a cylindrical ceramic holder through which the sensor element is inserted, and the sensor element and the ceramic In the gas sensor in which a filler is filled between the holder and the holder, when the one end side from which the extraction line is drawn is set to the rear, the filler is relatively dense and the front filling portion is relatively dense. And the extraction line and the rear end of the sensor element are embedded in the rear filling portion.
【０００７】上記「導体層」は、センサ素子内に備えら
れた、例えば、検知電極、参照電極（基準電極）等を意
味する。また、上記「取出線」は、センサ素子内で導体
層の後端部と接続されて、センサ素子の後端からセンサ
素子外へ露出される白金等から構成される金属線であ
り、センサ素子を構成する。[0007] The "conductor layer" means, for example, a detection electrode, a reference electrode (reference electrode) and the like provided in the sensor element. Further, the “extraction wire” is a metal wire made of platinum or the like that is connected to the rear end of the conductor layer in the sensor element and is exposed to the outside of the sensor element from the rear end of the sensor element. Is composed.
【０００８】上記「センサ素子」は特に限定されない。
例えば、ジルコニア板型酸素センサ用センサ素子、酸化
物半導体型酸素センサ用センサ素子、全領域空燃比セン
サ用センサ素子、窒素酸化物センサ用センサ素子及び炭
化水素センサ用センサ素子等が挙げられ、主としてヒー
タ素子を組み合わせて使用される。また、このセンサ素
子の内部に一体に焼成されたヒータ素子を備えるもので
あってよい。[0008] The "sensor element" is not particularly limited.
For example, a sensor element for a zirconia plate-type oxygen sensor, a sensor element for an oxide semiconductor-type oxygen sensor, a sensor element for a full-range air-fuel ratio sensor, a sensor element for a nitrogen oxide sensor, a sensor element for a hydrocarbon sensor, and the like are mainly used. Used in combination with heater elements. Further, a heater element integrally fired inside the sensor element may be provided.
【０００９】上記「セラミックホルダ」は、筒状である
こと以外にその形状は特に限定されない。通常ガスセン
サは冷熱間サイクルに課されるため、十分な耐熱性を有
するアルミナ等の材料から構成することが好ましい。ま
た、センサ素子にはアダプタが外嵌され、このアダプタ
を介してセラミックホルダ内に係止される（このためセ
ラミックホルダ前端はアダプタを係止できるように内径
を細径化できる）。The "ceramic holder" is not particularly limited in its shape other than being cylindrical. Since the gas sensor is usually subjected to a cold / hot cycle, it is preferable that the gas sensor be made of a material having sufficient heat resistance, such as alumina. Further, an adapter is externally fitted to the sensor element and is locked in the ceramic holder via the adapter (the front end of the ceramic holder can be reduced in inner diameter so that the adapter can be locked).
【００１０】このアダプタは短円柱状であり、センサ素
子を挿通できる孔を備える。このアダプタもセラミック
ホルダと同様にアルミナから形成することが好ましい。
更に、センサ素子にアダプタを外嵌する際にはセンサ素
子とアダプタとの間に緩衝材を介することが好ましい。
この緩衝材としてはセラミック粉末、水硬化性化合物等
を含有するセラミックセメント等を用いることができ
る。このセラミックセメントは熱処理乾燥することで硬
化し、適度にセンサ素子をアダプタ内に固定できる。This adapter has a short columnar shape and has a hole through which the sensor element can be inserted. This adapter is also preferably formed from alumina, like the ceramic holder.
Further, when the adapter is externally fitted to the sensor element, it is preferable to interpose a buffer between the sensor element and the adapter.
As the cushioning material, ceramic powder or ceramic cement containing a water-curable compound or the like can be used. The ceramic cement is cured by heat treatment and drying, so that the sensor element can be appropriately fixed in the adapter.
【００１１】上記「充填材」は、前方充填部と後方充填
部からなる。この前方充填部は後方充填部に比べて相対
的に粗密であり、前方充填部は相対的に緻密である。特
に、後方充填部はこの後方充填部より前方における気密
を保持できる程度に緻密であることが好ましい。このた
め、後方充填部を構成する材料としては気密性が高く、
且つ耐熱性に優れたものが好ましい。このような材料と
しては溶融・固化されたガラス類を用いることができ、
特にホウケイ酸塩系ガラス等を用いることが好ましい。The above-mentioned "filler" comprises a front filling portion and a rear filling portion. The front filling portion is relatively coarse and dense as compared to the rear filling portion, and the front filling portion is relatively dense. In particular, the rear filling portion is preferably dense enough to maintain airtightness ahead of the rear filling portion. For this reason, airtightness is high as a material constituting the rear filling portion,
Those having excellent heat resistance are preferred. As such a material, glass that has been melted and solidified can be used,
In particular, it is preferable to use borosilicate glass or the like.
【００１２】一方、前方充填部が後方充填部と同様に緻
密であるとすると、センサ素子の冷熱間サイクルにおけ
る膨張・収縮による体積変化を生じた際にセンサ素子の
自由度が十分確保されずにクラックを生じたり、折損を
招くことがある。このため、高い耐熱性を有しながらも
適度に柔軟性を有する材料であることが好ましい。ま
た、更にはセンサ素子を構成する材料に応じて緻密度を
適宜選択できる材料を用いることが好ましい。このよう
な材料としては、滑石（好ましくはカオリン系滑石）、
マグネシア、アルミナ及びジルコニア等の１種以上の粉
末を溶融させたガラスによりバインディングした材料を
用いることができる。この材料は上記各種粉末とガラス
粉末との混合粉末を加熱し、ガラス粉末を溶融させた
後、冷却して得ることができる。また、各種粉末とガラ
ス粉末との混合比を変えることで緻密度も適宜選択する
ことができる。On the other hand, assuming that the front filling portion is as dense as the rear filling portion, the degree of freedom of the sensor element is not sufficiently secured when the sensor element undergoes a volume change due to expansion and contraction in a cold / hot cycle. Cracks or breakage may occur. For this reason, it is preferable that the material has high heat resistance and moderate flexibility. Further, it is preferable to use a material whose density can be appropriately selected according to the material constituting the sensor element. Such materials include talc (preferably kaolin-based talc),
A material in which one or more kinds of powders such as magnesia, alumina, and zirconia are bound with glass that is melted can be used. This material can be obtained by heating a mixed powder of the above various powders and glass powder, melting the glass powder, and then cooling. Also, the density can be appropriately selected by changing the mixing ratio between the various powders and the glass powder.
【００１３】本発明のガスセンサは、この充填材のうち
後方充填部に、前記の取出線が完全に埋入され、更に
は、センサ素子後端部も埋入されている（少なくともセ
ンサ素子の後端面は後方充填部内に存在する）。これに
より、前方充填部と後方充填部との境界が取出線と交わ
ることによる取出線の劣化等の不具合を全く生じない。In the gas sensor of the present invention, the above-mentioned lead-out line is completely embedded in the rear filling portion of the filler, and the rear end of the sensor element is also embedded (at least after the sensor element). The end face is in the rear filling). Thus, there is no problem such as deterioration of the extraction line due to the boundary between the front filling portion and the rear filling portion intersecting with the extraction line.
【００１４】尚、内部の発熱抵抗体を備え、この発熱抵
抗体に電圧を印加するための取出線が後端より導出され
たヒータ素子を備えるセンサ素子においては、この取出
線及びヒータ素子後端部は、センサ素子におけると同様
に後方充填部に埋入されているものとする。In the case of a sensor element having an internal heating resistor and a heater element extending from a rear end thereof for applying a voltage to the heating resistor, the extraction line and the rear end of the heater element are provided. It is assumed that the part is embedded in the rear filling part as in the sensor element.
【００１５】また、前方充填部と後方充填部との境界
は、これら充填材を構成する材料とセンサ素子を構成す
る材料との熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以上異なる場合に
は、直接接さないことが好ましい。即ち、センサ素子の
後方にはセンサ素子外周の少なくとも一部を覆う保護体
又は保護層を備え、境界は保護体又は保護層に交わるこ
とが好ましい。特に、後方充填部がガラスから形成さ
れ、センサ素子がジルコニア焼結体層、及び／又はジル
コニアとアルミナとの混合焼結体層等から構成され場合
は、少なくともこれらの焼結体層と境界とが直接接する
ことを防止するために保護体又は保護層を設けることが
好ましい。尚、上記の境界は前方充填部と後方充填部と
が混ざり合うことにより形成される層であってもよい
が、通常センサ素子の長さ方向に３ｍｍ以下のものであ
る。Further, the boundary between the front filling portion and the rear filling portion is not in direct contact with each other when the material constituting these fillers and the material constituting the sensor element have different thermal expansion coefficients by 5 ppm / ° C. or more. Is preferred. That is, a protective body or a protective layer that covers at least a part of the outer periphery of the sensor element is provided behind the sensor element, and the boundary preferably crosses the protective body or the protective layer. In particular, when the rear filling portion is formed of glass and the sensor element is formed of a zirconia sintered body layer and / or a mixed sintered body layer of zirconia and alumina, at least these sintered body layers and the boundary are formed. It is preferable to provide a protective body or a protective layer in order to prevent direct contact with the protective layer. The boundary may be a layer formed by mixing the front filling portion and the rear filling portion, but is usually 3 mm or less in the length direction of the sensor element.
【００１６】上記「保護体又は保護層」は境界の前方充
填部及び後方充填部との熱膨張率がより近い材料から構
成されることが好ましい。特に後方充填部はガラスによ
り形成されることが通常であるので熱膨張係数がガラス
に近く、且つ耐熱性が特に高いアルミナからなる部材を
用いることができる。このようなアルミナからなる部材
を用いる場合は前記センサ素子をアダプタ内に固定する
ために用いる緩衝材と同様なものを介して保護体をセン
サ素子に装着することができる。また、この部材に変え
て硬化後に同様な特性を発揮できるセラミックセメント
等のみを塗布して硬化させて保護層を形成することもで
きる。保護体及び保護層はセンサ素子の外周を全周にわ
たって覆っていてもよく、一部のみを覆っていてもよ
い。また、例えば、センサ素子と一体に接着されたアル
ミナ焼結体層から構成されるヒータ素子を備える場合
は、このアルミナ焼結体層は保護体及び保護層により覆
わなくてもよい。The "protector or protective layer" is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion closer to that of the front filling portion and the rear filling portion at the boundary. In particular, since the rear filling portion is usually formed of glass, a member made of alumina having a coefficient of thermal expansion close to that of glass and having particularly high heat resistance can be used. When such a member made of alumina is used, the protective body can be attached to the sensor element via a material similar to the cushioning material used to fix the sensor element in the adapter. Alternatively, instead of this member, a protective layer can also be formed by applying and curing only a ceramic cement or the like that can exhibit similar characteristics after curing. The protective body and the protective layer may cover the entire periphery of the sensor element, or may cover only a part thereof. Further, for example, when a heater element including an alumina sintered body layer integrally bonded to the sensor element is provided, the alumina sintered body layer does not need to be covered with the protective body and the protective layer.
【００１７】更に、前記後方充填部は、ガラスからなり
気孔率が０．０１以下であることが好ましい。この気孔
率が０．０１を超えると気密を保持し難くなる傾向にあ
る。更に、前記前方充填部は、セラミック粉末とガラス
からなり気孔率が０．４２以上であることが好ましい。
この気孔率が０．４２未満であるとセンサ素子前方にお
ける固定する力が過度に大きくなり、冷熱間サイクルに
供された場合にクラック等を生じることがあるため好ま
しくない。Furthermore, it is preferable that the rear filling portion is made of glass and has a porosity of 0.01 or less. When the porosity exceeds 0.01, it tends to be difficult to maintain airtightness. Further, it is preferable that the front filling portion is made of ceramic powder and glass and has a porosity of 0.42 or more.
If the porosity is less than 0.42, the fixing force in front of the sensor element becomes excessively large, and cracks or the like may occur when subjected to a cold / hot cycle, which is not preferable.
【００１８】但し、０．４８５以上となると、前方充填
部と後方充填部との間に隙間を生じることがあり、耐振
性が低下する傾向にあるため好ましくない。また、０．
４４２未満であると前方充填部（溶融・固化後におけ
る）が体積収縮によりセラミックホルダとの間に隙間を
生じる傾向にあるため好ましくない。尚、本発明でいう
気孔率は、測定対象物の体積をＶ（ｍｌ）、測定対象物
の質量をＷ（ｇ）、測定対象物の組成から推定される真
比重をＰ（ｇ／ｍｌ）とした場合に下記式（１）で算出
できる。 気孔率＝｛１−Ｗ／（Ｖ×Ｐ）｝ ・・・・・（１）However, if it is 0.485 or more, a gap may be formed between the front filling portion and the rear filling portion, and the vibration resistance tends to decrease, which is not preferable. Also, 0.
If it is less than 442, the front filling portion (after melting and solidification) tends to form a gap with the ceramic holder due to volume shrinkage, which is not preferable. In the present invention, the porosity refers to the volume of the object to be measured in V (ml), the mass of the object to be measured in W (g), and the true specific gravity estimated from the composition of the object to be measured in P (g / ml). Can be calculated by the following equation (1). Porosity = {1-W / (V × P)} (1)
【００１９】本発明のように前方充填部と後方充填部と
の境界が、取出線と交わらないようにした場合、即ち、
緻密度が高い後方充填部によりセンサ素子の後端部を支
持しすると、冷熱間サイクルにおいてセンサ素子の膨張
・収縮による体積変化の自由度が低下する傾向にある。
しかし、上記のような特定の範囲内の気孔率の充填材を
用いることにより効果的にセンサ素子のクラックの発生
を長期に渡り防止できる。When the boundary between the front filling portion and the rear filling portion does not intersect with the extraction line as in the present invention,
When the rear end portion of the sensor element is supported by the rear filling portion having a high density, the degree of freedom of volume change due to expansion and contraction of the sensor element in a cold / hot cycle tends to decrease.
However, by using a filler having a porosity in the above-described specific range, cracks in the sensor element can be effectively prevented from occurring for a long time.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、実施例、図１及び図２を用
いて本発明を更に詳しく説明する。 ［１］ガスセンサの製造（全領域空燃比センサ） センサ素子として、安定化ジルコニアから形成された薄
層等が積層されて一体に焼成して得られた全領域空燃比
センサ素子１１（長さ４５ｍｍ）を用いた。この全領域
空燃比センサ素子１１には、アルミナから形成された薄
層等が積層されて一体に焼成して得られ、全領域空燃比
センサ素子１１を作動温度に保持するためのヒータ素子
１２（長さ４５ｍｍ）がセラミックセメントにより張り
合わされている。全領域空燃比センサ素子１１は導通層
として３層の電極層を有し、一端面より３本の取出線１
１１１、１１１２、１１１３として導出され、更にリー
ド線１１２１、１１２２、１１２３に接続されている。
同様に、ヒータ素子１２は導体層として発熱抵抗体を備
え、ヒータ素子の一端面からは２本の取出線１２１１、
１２１２として導出され、更にリード線１２２１、１２
２２に接続されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to an embodiment and FIGS. [1] Manufacture of gas sensor (all-area air-fuel ratio sensor) As a sensor element, a full-area air-fuel ratio sensor element 11 (length 45 mm) obtained by stacking thin layers made of stabilized zirconia and firing integrally ) Was used. The whole area air-fuel ratio sensor element 11 is obtained by laminating a thin layer or the like made of alumina and firing it integrally, and has a heater element 12 ( (Length 45 mm) are adhered by ceramic cement. The full-area air-fuel ratio sensor element 11 has three electrode layers as conductive layers, and three outgoing lines 1 from one end face.
111, 1112, and 1113, and further connected to lead wires 1121, 1122, and 1123.
Similarly, the heater element 12 includes a heating resistor as a conductor layer, and has two outgoing wires 1211 from one end face of the heater element.
1212 and further leads 1221, 12
22.
【００２１】このヒータ素子１２を備えるセンサ素子１
１（以下、単にこれらを合わせて「素子」という）に、
高さ６ｍｍ、外径が７．３ｍｍであり、中心部に素子を
挿通できる孔が設けられ、アルミナから形成されたアダ
プタ１３に、素子との間をセラミックセメント（加熱硬
化後、緩衝層１４となる）が充填するように塗布した
後、外嵌した。次いで、全領域空燃比センサ素子１１の
後端から１０ｍｍまでを覆うコの字型のアルミナ製の保
護体１５を、センサ素子と接触する面にセラミックセメ
ントを塗布して全領域空燃比センサ素子１１に外嵌した
（ヒータ素子１２は保護されていない）。一方、アルミ
ナから形成され、内部にアダプタを挿通でき、前端部に
おいてはこのアダプタを係止できるように内径が細径化
されたセラミックホルダ１６を用意し、このセラミック
ホルダ１６にアダプタ及び保護体が外嵌かれた素子を挿
入し、同軸的に保持した。The sensor element 1 having the heater element 12
1 (hereinafter simply referred to as "element")
The height is 6 mm, the outer diameter is 7.3 mm, and a hole through which the element can be inserted is provided in the center. A ceramic cement (after heat curing, the buffer layer 14 and Was applied so as to be filled, and then externally fitted. Next, a U-shaped alumina protector 15 covering up to 10 mm from the rear end of the entire area air-fuel ratio sensor element 11 is coated with ceramic cement on the surface in contact with the sensor element, and the entire area air-fuel ratio sensor element 11 is applied. (The heater element 12 is not protected). On the other hand, a ceramic holder 16 made of alumina and having an inner diameter reduced so as to allow an adapter to be inserted therein and to be able to lock the adapter at the front end is prepared. The fitted element was inserted and held coaxially.
【００２２】次いで、加熱・固化後に前方充填部１７１
となる滑石とガラスとの混合粉末及び後方充填部１７２
となるガラス粉末を調整し、得られた粉末をセラミック
ホルダと素子との間を満たすように充填した。この際、
前方充填部１７１となる粉末は保護体の後端から５ｍｍ
の位置まで充填した。更に、後方充填部１７２となる粉
末をセラミックホルダの後端まで完全に充填した。ま
た、充填中は下部から連続的に振動を加えて高充填を図
った。次いで、加熱炉において８００℃で１時間加熱
し、粉末中のガラス成分を溶融させた。その後、加熱炉
から取り出し、放冷した。Next, after heating and solidification, the front filling portion 171 is formed.
Talc and glass mixed powder and rear filling portion 172
Was prepared, and the obtained powder was filled so as to fill the space between the ceramic holder and the element. On this occasion,
The powder to be the front filling portion 171 is 5 mm from the rear end of the protective body.
Was filled up to the position. Further, the powder to be the rear filling portion 172 was completely filled up to the rear end of the ceramic holder. During filling, vibration was continuously applied from below to achieve high filling. Next, the powder was heated at 800 ° C. for 1 hour in a heating furnace to melt the glass component in the powder. Then, it was taken out of the heating furnace and allowed to cool.
【００２３】その後、充填材により保持された素子を備
えるセラミックホルダ１６を、プロテクタ２１及び２２
が溶接された主体金具３に挿入し、セラミックホルダ１
６と主体金具３との隙間に滑石４を充填し、更にその後
方から止め金具５を嵌め込んだ。次いで、主体金具３と
止め金具５との間に内筒６の一端側を嵌め込み、主体金
具３の端部を加締めて内筒６を固定した。その後、素子
から導出された取出線に接続されたリード線を、更に電
気的にコネクタへと導通させるリード線部品組立体７
を、内筒６の後方から外筒７１を嵌着することにより取
り付けた。そして、内筒６と外筒７１との嵌着部を加締
めて全領域空燃比センサＳを得た。Thereafter, the ceramic holder 16 having the element held by the filler is placed in the protectors 21 and 22.
Is inserted into the welded metal shell 3, and the ceramic holder 1
The talc 4 was filled in the gap between the metal shell 6 and the metal shell 3, and the stopper 5 was fitted from behind. Next, one end of the inner cylinder 6 was fitted between the metal shell 3 and the stopper 5, and the inner cylinder 6 was fixed by caulking the end of the metal shell 3. Thereafter, the lead wire component assembly 7 for further electrically connecting the lead wire connected to the lead wire led out from the element to the connector.
Was attached by fitting an outer cylinder 71 from behind the inner cylinder 6. Then, the fitting portion between the inner cylinder 6 and the outer cylinder 71 was caulked to obtain the full area air-fuel ratio sensor S.
【００２４】［２］充填材の評価 保護体を設けないこと以外は［１］におけると同様にし
てセラミックホルダにセンサ素子を装着し、前方充填部
及び後方充填部を形成した。この際、後方充填部となる
粉末として結晶化ガラス粉末（溶融・固化させた結晶化
ガラスの状態において密度が３．６４ｇ／ｃｍ3である
シリカホウ酸亜鉛マグネシウム系ガラス）を用いた。一
方、前方充填部となる粉末として、表１に示す各種混合
粉末を調整して用いた。この前方充填部となる混合粉末
は上記と同じ結晶化ガラス粉末と、滑石（粉末状態で密
度が２．８３ｇ／ｃｍ3であるシリカマグネシア系滑
石）とを混合することで調整した。[2] Evaluation of Filler A sensor element was mounted on a ceramic holder in the same manner as in [1] except that no protective body was provided, and a front filling portion and a rear filling portion were formed. At this time, crystallized glass powder (zinc magnesium borate-based glass having a density of 3.64 g / cm 3 in the state of molten and solidified crystallized glass) was used as the powder to be the rear filling portion. On the other hand, various mixed powders shown in Table 1 were adjusted and used as the powder to be the front filling portion. The mixed powder to be the front filling portion was prepared by mixing the same crystallized glass powder as described above and talc (silica magnesia-based talc having a density of 2.83 g / cm 3 in a powder state).
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】得られたガスセンサ素子を加熱冷却サイク
ル試験に供して、センサ素子の割れを調査した。また、
前方充填部と後方充填部との間に隙間を生じているかを
調査した。その結果を表１に併記した。The obtained gas sensor element was subjected to a heating / cooling cycle test to check for cracks in the sensor element. Also,
It was investigated whether a gap was formed between the front filling part and the rear filling part. The results are shown in Table 1.
【００２７】表１の結果より、保護体を設けない場合は
前方充填部は０．４８２を超える気孔率とすることが好
ましいことが分かる。特に、振動に対する耐久性を向上
させるためには前方充填部と後方充填部との間に隙間を
全く生じないことが好ましい。このため、０．４８４未
満の気孔率とすることが好ましい。一方、気孔率が０．
４８２以下である前方充填部を用いる場合は、歩留まり
を向上させるためにも保護体を設けることが好ましいこ
とが分かる。尚、気孔率が０．４４２未満であると前方
充填部（溶融・固化後における）の体積収縮によりセラ
ミックホルダとの間に隙間を生じた。From the results shown in Table 1, it can be seen that when no protective body is provided, the front filling portion preferably has a porosity exceeding 0.482. In particular, in order to improve the durability against vibration, it is preferable that no gap is formed between the front filling portion and the rear filling portion. Therefore, the porosity is preferably less than 0.484. On the other hand, the porosity is 0.
When a front filling portion of 482 or less is used, it is understood that it is preferable to provide a protective body in order to improve the yield. If the porosity is less than 0.442, a gap was formed between the front filling portion (after melting and solidification) and the ceramic holder due to volume shrinkage.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明のガスセンサによると、長期にわ
たって安定してガスの検知及びガスの濃度を測定するこ
とができる。According to the gas sensor of the present invention, gas detection and gas concentration can be stably measured over a long period of time.
【図１】本発明のガスセンサ（全領域空燃比センサ）の
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor (all-area air-fuel ratio sensor) of the present invention.
【図２】本発明に関するセラミックホルダ内の断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view of the inside of a ceramic holder according to the present invention.
【図３】従来のガスセンサに用いられるセラミックホル
ダ内の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the inside of a ceramic holder used for a conventional gas sensor.
Ｓ；ガスセンサ（全領域空燃比センサ）、１１；センサ
素子（全領域空燃比センサ素子）、１２；ヒータ素子、
１１１１、１１１２、１１１３；センサ素子取出線、１
１２１、１１２２、１１２３；センサ素子リード線、１
２１１、１２１２；ヒータ素子取出線、１２２１、１２
２２；ヒータ素子リード線、１３；アダプタ、１４；緩
衝材、１５；保護体、１６；セラミックホルダ、１７
１、１７１’；前方充填部、１７２；後方充填部、２
１、２２；プロテクタ、３；主体金具、４；滑石、５；
止め金具、６；内筒、７；リード線部品組立体、７１；
外筒。S: gas sensor (full area air-fuel ratio sensor), 11: sensor element (full area air-fuel ratio sensor element), 12: heater element,
1111, 1112, 1113; sensor element extraction line, 1
121, 1122, 1123; sensor element lead wires, 1
211, 1212; heater element extraction lines, 1221, 12
22; heater element lead wire, 13; adapter, 14; cushioning material, 15; protective body, 16; ceramic holder, 17
1, 171 ′; front filling portion, 172; rear filling portion, 2
1, 22; protector, 3; metal shell, 4; talc, 5;
Stopper, 6; Inner cylinder, 7; Lead wire component assembly, 71;
Outer cylinder.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 伸一 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC02 BD04 BF05 BF06 BF09 BF18 BF27 BG05 BH09 BJ03 BL08 BM04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shinichi Nakamura 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya Japan F-term (reference) 2G004 BB04 BC02 BD04 BF05 BF06 BF09 BF18 BF27 BG05 BH09 BJ03 BL08 BM04
Claims (4)
向の一端側から取出線として導出されるセンサ素子と、
該センサ素子が挿通される円筒状のセラミックホルダと
を備え、該センサ素子と該セラミックホルダとの間に充
填材が充填されたガスセンサにおいて、上記取出線が導
出される上記一端側を後方とした場合に、上記充填材は
相対的に粗密な前方充填部と相対的に緻密な後方充填部
とからなり、該取出線及び該センサ素子の後端部は該後
方充填部に埋入されていることを特徴とするガスセン
サ。1. A sensor element having a conductor layer inside, wherein the conductor layer is led out from one end side in a longitudinal direction as an extraction line;
A cylindrical ceramic holder through which the sensor element is inserted, and a gas sensor in which a filler is filled between the sensor element and the ceramic holder; In this case, the filler is composed of a relatively dense front filling portion and a relatively dense rear filling portion, and the extraction line and the rear end of the sensor element are embedded in the rear filling portion. A gas sensor, characterized in that:
外周の少なくとも一部を覆う保護体又は保護層を備え、
上記前方充填部と上記後方充填部との境界は該保護体上
又は該保護層上に存在する請求項１記載のガスセンサ。2. A protective body or a protective layer covering at least a part of an outer periphery of the sensor element is provided behind the sensor element,
The gas sensor according to claim 1, wherein a boundary between the front filling portion and the rear filling portion exists on the protective body or the protective layer.
が０．０１以下である請求項１又は２に記載のガスセン
サ。3. The gas sensor according to claim 1, wherein the rear filling portion is made of glass and has a porosity of 0.01 or less.
スからなり気孔率が０．４２以上である請求項１乃至３
のうちのいずれか１項に記載のガスセンサ。4. The front filling part is made of ceramic powder and glass and has a porosity of 0.42 or more.
The gas sensor according to any one of the above.
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- 2000-12-28 JP JP2000403372A patent/JP4624548B2/en not_active Expired - Fee Related
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