JPH11242013A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH11242013A JPH11242013A JP10358341A JP35834198A JPH11242013A JP H11242013 A JPH11242013 A JP H11242013A JP 10358341 A JP10358341 A JP 10358341A JP 35834198 A JP35834198 A JP 35834198A JP H11242013 A JPH11242013 A JP H11242013A
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 検出素子が機械的衝撃あるいは封着材層の収
縮差による熱応力の影響を受けにくく、耐久性に優れた
ガスセンサを提供する。 【解決手段】 ガスセンサ１は、外筒１８と、その外筒
１８の内側に配置された主体金具３と、その主体金具３
の挿通孔３０において該主体金具３の内側に配置され、
測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子
２とを備える。主体金具３の内面と検出素子２の外面と
の間、又は主体金具３の内側において検出素子２との間
に配置される絶縁体４の内面と検出素子２の外面との間
は、ガラスを主体に構成される封着材層３２により封着
される。また、多孔質無機物質により構成された緩衝層
３３，３４は、検出素子２の軸線方向において封着材層
３２の少なくとも一方の端に接するように形成される。
縮差による熱応力の影響を受けにくく、耐久性に優れた
ガスセンサを提供する。 【解決手段】 ガスセンサ１は、外筒１８と、その外筒
１８の内側に配置された主体金具３と、その主体金具３
の挿通孔３０において該主体金具３の内側に配置され、
測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子
２とを備える。主体金具３の内面と検出素子２の外面と
の間、又は主体金具３の内側において検出素子２との間
に配置される絶縁体４の内面と検出素子２の外面との間
は、ガラスを主体に構成される封着材層３２により封着
される。また、多孔質無機物質により構成された緩衝層
３３，３４は、検出素子２の軸線方向において封着材層
３２の少なくとも一方の端に接するように形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサ、ＨＣ
センサ、ＮＯＸセンサなど、測定対象となるガス中の被
検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
センサ、ＮＯＸセンサなど、測定対象となるガス中の被
検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、上述のようなガスセンサとし
て、外筒の内側に主体金具を配し、その外筒の内側に測
定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子を
配置した構造を有するものが知られている。このような
構造のガスセンサにおいては一般に、検出素子の外面と
主体金具の内面との間、あるいは主体金具の内側におい
て検出素子との間に配置される絶縁体の内面と検出素子
の外面との間は、ガラス等の封着材層で封着される。
て、外筒の内側に主体金具を配し、その外筒の内側に測
定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子を
配置した構造を有するものが知られている。このような
構造のガスセンサにおいては一般に、検出素子の外面と
主体金具の内面との間、あるいは主体金具の内側におい
て検出素子との間に配置される絶縁体の内面と検出素子
の外面との間は、ガラス等の封着材層で封着される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば自動車用の酸素
センサ等の場合、センサの取り付け位置は、エキゾース
トマニホルドや車両の足周り部分に近い排気管などであ
ることも多い。この場合、車からの飛石等がセンサに当
たって機械的衝撃が加わったり、あるいは高温にさらさ
れた状態で水しぶき等を受けることにより、強い熱衝撃
が加わることもある。一方、センサ側においては検出素
子の方が封着材層よりも熱膨張率が小さいため、ガラス
封着工程での熱履歴（加熱／冷却）により内側の検出素
子が径方向に圧縮力を受けて、封着材層に覆われている
部分とそうでない部分との境界付近に応力が集中してい
る。このような状態で例えば飛石等の機械的衝撃や水し
ぶきによる熱衝撃がセンサに加わると、それに起因する
応力が、封着材層に覆われている部分とそうでない部分
との境界（以下封着境界層という）付近に加わることで
折れやすいという問題が有った。
センサ等の場合、センサの取り付け位置は、エキゾース
トマニホルドや車両の足周り部分に近い排気管などであ
ることも多い。この場合、車からの飛石等がセンサに当
たって機械的衝撃が加わったり、あるいは高温にさらさ
れた状態で水しぶき等を受けることにより、強い熱衝撃
が加わることもある。一方、センサ側においては検出素
子の方が封着材層よりも熱膨張率が小さいため、ガラス
封着工程での熱履歴（加熱／冷却）により内側の検出素
子が径方向に圧縮力を受けて、封着材層に覆われている
部分とそうでない部分との境界付近に応力が集中してい
る。このような状態で例えば飛石等の機械的衝撃や水し
ぶきによる熱衝撃がセンサに加わると、それに起因する
応力が、封着材層に覆われている部分とそうでない部分
との境界（以下封着境界層という）付近に加わることで
折れやすいという問題が有った。
【０００４】本発明の課題は、センサに機械的衝撃及び
熱衝撃が加わった場合に封着境界層に応力が集中しにく
くすることにより、耐久性に優れたガスセンサを提供す
ることにある。
熱衝撃が加わった場合に封着境界層に応力が集中しにく
くすることにより、耐久性に優れたガスセンサを提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のガスセンサは、外筒と、そ
の外筒に接合される主体金具と、その主体金具の内側に
配置され、測定対象となるガス中の被検出成分を検出す
る検出素子と、ガラスを主体に構成され、主体金具の内
面と検出素子の外面との間、又は主体金具の内側におい
て検出素子との間に配置される絶縁体の内面と検出素子
の外面との間を封着する封着材層と、多孔質無機物質に
より構成され、検出素子の軸線方向において封着材層の
少なくとも一方の端部側に配置される緩衝層とを有する
ことを特徴とする。
題を解決するために本発明のガスセンサは、外筒と、そ
の外筒に接合される主体金具と、その主体金具の内側に
配置され、測定対象となるガス中の被検出成分を検出す
る検出素子と、ガラスを主体に構成され、主体金具の内
面と検出素子の外面との間、又は主体金具の内側におい
て検出素子との間に配置される絶縁体の内面と検出素子
の外面との間を封着する封着材層と、多孔質無機物質に
より構成され、検出素子の軸線方向において封着材層の
少なくとも一方の端部側に配置される緩衝層とを有する
ことを特徴とする。
【０００６】上記本発明のガスセンサの構造により、検
出素子に対し機械的あるいは熱的な衝撃力が作用した場
合において、封着境界層に局所的な強い曲げ応力が加わ
ることを抑制する。
出素子に対し機械的あるいは熱的な衝撃力が作用した場
合において、封着境界層に局所的な強い曲げ応力が加わ
ることを抑制する。
【０００７】緩衝層は、図１に示すように封着材層３２
の両方の端部側に配置すれば、封着材層３２の各端にお
いて検出素子２への応力集中を緩和することができ、ひ
いては検出素子２の耐久性をさらに向上させることがで
きる。この場合、緩衝層３３、３４は同一の材質で構成
しても互いに異なる材質で構成してもいずれでもよい。
の両方の端部側に配置すれば、封着材層３２の各端にお
いて検出素子２への応力集中を緩和することができ、ひ
いては検出素子２の耐久性をさらに向上させることがで
きる。この場合、緩衝層３３、３４は同一の材質で構成
しても互いに異なる材質で構成してもいずれでもよい。
【０００８】検出素子２は、図１に示すように先端部に
検出部Ｄが形成された長尺形態をなし、その検出部Ｄを
突出させる形で主体金具３に挿通している。この場合、
緩衝層３３、３４の内、封着材層３２に対し該検出素子
２の先端部に近い側の端に接するもの３４は、封着材層
３２に含まれるガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子
と、その充填材粒子の隙間の一部を埋めるとともに封着
材層に含まれるガラスよりも耐熱性に優れ、かつ充填材
粒子よりも軟化温度の低い結合粒子とを含むものとして
構成できる。
検出部Ｄが形成された長尺形態をなし、その検出部Ｄを
突出させる形で主体金具３に挿通している。この場合、
緩衝層３３、３４の内、封着材層３２に対し該検出素子
２の先端部に近い側の端に接するもの３４は、封着材層
３２に含まれるガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子
と、その充填材粒子の隙間の一部を埋めるとともに封着
材層に含まれるガラスよりも耐熱性に優れ、かつ充填材
粒子よりも軟化温度の低い結合粒子とを含むものとして
構成できる。
【０００９】すなわち、緩衝層３４は、封着材層３２よ
りも高温にさらされやすい。そのため、緩衝層３４に対
しては、封着材層３２に含まれるガラスよりも耐熱性に
優れた充填材粒子と、その充填材粒子よりは軟化温度が
低いが上記ガラスよりは耐熱性に優れた結合粒子とから
なる構造とすることで、耐熱性を付与する必要がある。
この場合、充填材粒子としてはＡｌ２Ｏ３あるいはタル
クを主体とするものが使用でき、耐熱性に優れているこ
とからＡｌ２Ｏ３を主体成分とするものを特に好適に使
用できる。また、結合粒子は、封着材層３２の形成温度
（封着温度）において互いに溶着可能な粒子、例えば粘
土粒子を好適に使用できる。
りも高温にさらされやすい。そのため、緩衝層３４に対
しては、封着材層３２に含まれるガラスよりも耐熱性に
優れた充填材粒子と、その充填材粒子よりは軟化温度が
低いが上記ガラスよりは耐熱性に優れた結合粒子とから
なる構造とすることで、耐熱性を付与する必要がある。
この場合、充填材粒子としてはＡｌ２Ｏ３あるいはタル
クを主体とするものが使用でき、耐熱性に優れているこ
とからＡｌ２Ｏ３を主体成分とするものを特に好適に使
用できる。また、結合粒子は、封着材層３２の形成温度
（封着温度）において互いに溶着可能な粒子、例えば粘
土粒子を好適に使用できる。
【００１０】緩衝層３４は検出素子２の外面を均一に押
圧する事で検出素子の封着境界層において応力の集中を
防ぐ事を目的にしているが、緩衝層３４の製造工程にお
いて、緩衝層３４を、主体金具３あるいは絶縁体４に形
成された空隙部３１に検出素子２を挿入しておき、さら
にその空隙部３１に緩衝層３４の形成材料粉末（あるい
は粉末成形体）を充填、加圧した後、これを所定の封着
温度に加熱することで形成する場合、緩衝層３４は上部
からの圧力によって充填性を高めるが、粉末の場合は流
体のように圧力が均等に伝わらない為、検出素子２の外
面に押圧力が均等に加わらないという問題があった。そ
こで、検出部Ｄを突出させる形で検出素子２を主体金具
３に挿通するとともに、検出部Ｄの突出している側にお
いて封着材層３２に接するように緩衝層３４を配置する
構成において、図１に示すように空隙部３１を検出素子
２の軸線方向における先端側（以下先端側という）が後
端側（以下後端側という）よりも径小となるように形成
する様にする。こうする事により、上記形成材料粉末を
空隙部３１に充填し粉末上部を加圧する際にその径小側
で粉末の充填性を高めることができ、検出素子２の外面
において緩衝層３４の押圧力をかなり均等化する事がで
きる。
圧する事で検出素子の封着境界層において応力の集中を
防ぐ事を目的にしているが、緩衝層３４の製造工程にお
いて、緩衝層３４を、主体金具３あるいは絶縁体４に形
成された空隙部３１に検出素子２を挿入しておき、さら
にその空隙部３１に緩衝層３４の形成材料粉末（あるい
は粉末成形体）を充填、加圧した後、これを所定の封着
温度に加熱することで形成する場合、緩衝層３４は上部
からの圧力によって充填性を高めるが、粉末の場合は流
体のように圧力が均等に伝わらない為、検出素子２の外
面に押圧力が均等に加わらないという問題があった。そ
こで、検出部Ｄを突出させる形で検出素子２を主体金具
３に挿通するとともに、検出部Ｄの突出している側にお
いて封着材層３２に接するように緩衝層３４を配置する
構成において、図１に示すように空隙部３１を検出素子
２の軸線方向における先端側（以下先端側という）が後
端側（以下後端側という）よりも径小となるように形成
する様にする。こうする事により、上記形成材料粉末を
空隙部３１に充填し粉末上部を加圧する際にその径小側
で粉末の充填性を高めることができ、検出素子２の外面
において緩衝層３４の押圧力をかなり均等化する事がで
きる。
【００１１】なお、上記本発明のガスセンサ１において
は、次のような構成も可能である。更に、図６の様に検
出素子２を挿通する主体金具３の空隙部３１の内面と外
筒の内面との間に、封着材層３２の周囲を取り囲む環状
の溝部４３を、主体金具３の一部を切り欠く形態で形成
する事が出来る。
は、次のような構成も可能である。更に、図６の様に検
出素子２を挿通する主体金具３の空隙部３１の内面と外
筒の内面との間に、封着材層３２の周囲を取り囲む環状
の溝部４３を、主体金具３の一部を切り欠く形態で形成
する事が出来る。
【００１２】上記構成とすることで、例えば加熱状態で
水しぶきがかかるなどにより、センサ１が急激な温度変
化等を受けた場合、該環状の溝部４３が断熱部の役割を
果たし、また、小石等の異物の衝突などの機械的衝撃力
がセンサに作用した場合には、環状の溝部３２の外側壁
部を形成する外筒ないし主体金具部分が、それ自身の変
形により機械的衝撃力を吸収する緩衝部として作用しう
るので、封着材層３２へ伝わる熱衝撃や機械的衝撃力を
緩和し、本発明の効果をより一層高めることができる。
水しぶきがかかるなどにより、センサ１が急激な温度変
化等を受けた場合、該環状の溝部４３が断熱部の役割を
果たし、また、小石等の異物の衝突などの機械的衝撃力
がセンサに作用した場合には、環状の溝部３２の外側壁
部を形成する外筒ないし主体金具部分が、それ自身の変
形により機械的衝撃力を吸収する緩衝部として作用しう
るので、封着材層３２へ伝わる熱衝撃や機械的衝撃力を
緩和し、本発明の効果をより一層高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照して説明する。図１には、この発
明のガスセンサの一実施例として、自動車等の排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示している。こ
の酸素センサ１は長尺のセラミック素子２（検出素子）
を備え、その先端側が排気管内を流れる高温の排気ガス
に晒される。
面に示す実施例を参照して説明する。図１には、この発
明のガスセンサの一実施例として、自動車等の排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示している。こ
の酸素センサ１は長尺のセラミック素子２（検出素子）
を備え、その先端側が排気管内を流れる高温の排気ガス
に晒される。
【００１４】セラミック素子２は細長い板状に形成さ
れ、図２に示すように、それぞれ板状に形成された酸素
濃淡電池素子２ａと、該酸素濃淡電池素子２ａを所定の
活性化温度に加熱するヒータ２ｂとが積層されたものと
して構成されている。酸素濃淡電池素子２ａは、酸素イ
オン伝導性を有する固体電解質体２１により構成されて
いる。そのような固体電解質体２１としては、Ｙ２Ｏ３
ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ２が代表的なものであ
るが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希土類金属の
酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用してもよい。一方、
ヒータ２ｂは、高融点金属で構成された抵抗発熱体パタ
ーン２３をセラミック基体２２中に埋設したセラミック
ヒータで構成されている。
れ、図２に示すように、それぞれ板状に形成された酸素
濃淡電池素子２ａと、該酸素濃淡電池素子２ａを所定の
活性化温度に加熱するヒータ２ｂとが積層されたものと
して構成されている。酸素濃淡電池素子２ａは、酸素イ
オン伝導性を有する固体電解質体２１により構成されて
いる。そのような固体電解質体２１としては、Ｙ２Ｏ３
ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ２が代表的なものであ
るが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希土類金属の
酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用してもよい。一方、
ヒータ２ｂは、高融点金属で構成された抵抗発熱体パタ
ーン２３をセラミック基体２２中に埋設したセラミック
ヒータで構成されている。
【００１５】このようなセラミック素子２が、図１に示
すように、主体金具３の内側に配置された絶縁体４の挿
通孔３０に挿通された状態で絶縁体４内に固定される。
絶縁体４には、挿通孔３０の後端に一端が連通して空隙
部３１が形成されている。その空隙部３１は絶縁体４の
後端面に開口するとともに軸断面が該挿通孔３０よりも
大径になっている。そして、その空隙部３１の内面とセ
ラミック素子２の外面との間は、ガラス（例えば亜鉛シ
リカホウ酸系結晶化ガラス、軟化温度６８４℃）を主体
に構成される封着材層３２により封着されている。
すように、主体金具３の内側に配置された絶縁体４の挿
通孔３０に挿通された状態で絶縁体４内に固定される。
絶縁体４には、挿通孔３０の後端に一端が連通して空隙
部３１が形成されている。その空隙部３１は絶縁体４の
後端面に開口するとともに軸断面が該挿通孔３０よりも
大径になっている。そして、その空隙部３１の内面とセ
ラミック素子２の外面との間は、ガラス（例えば亜鉛シ
リカホウ酸系結晶化ガラス、軟化温度６８４℃）を主体
に構成される封着材層３２により封着されている。
【００１６】また、空隙部３１内には封着材層３２の両
端に緩衝層３３及び３４がそれぞれ形成されている。こ
れら緩衝層３３，３４は、いずれも多孔質の無機物質に
より構成されている。このうち緩衝層３４は封着材層３
２に含まれるガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子
と、その充填材粒子の隙間の一部を埋めるとともに充填
材粒子よりも軟化温度の低い結合粒子とを含んだものと
して構成されている。一例としては充填材粒子はＡｌ２
Ｏ３を主体とした酸化物粒子であり、また、結合粒子は
粘土粒子である。
端に緩衝層３３及び３４がそれぞれ形成されている。こ
れら緩衝層３３，３４は、いずれも多孔質の無機物質に
より構成されている。このうち緩衝層３４は封着材層３
２に含まれるガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子
と、その充填材粒子の隙間の一部を埋めるとともに充填
材粒子よりも軟化温度の低い結合粒子とを含んだものと
して構成されている。一例としては充填材粒子はＡｌ２
Ｏ３を主体とした酸化物粒子であり、また、結合粒子は
粘土粒子である。
【００１７】上記粘土粒子は、含水アルミノケイ酸塩を
主体に構成されるものを使用でき、例えばアロフェン、
イモゴライト、ヒシンゲライト、スメクタイト、カオリ
ナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、
バーミキュライト、ドロマイト等の粘土鉱物（あるいは
それらの合成物）の２種以上を主体とするものとして構
成できる。また、酸化物系成分として、ＳｉＯ２及びＡ
ｌ２Ｏ３、さらに必要に応じてＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、
ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ等の１種又は２種
以上を主に含有するものを使用することができる。例え
ば、本実施例では、充填材粒子としてのＡｌ２Ｏ３８４
重量％及びＳｉＯ２１０重量％に対し、粘土粒子として
の適量のカオリナイトとドロマイトとを主として配合し
たものが使用されている。
主体に構成されるものを使用でき、例えばアロフェン、
イモゴライト、ヒシンゲライト、スメクタイト、カオリ
ナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、
バーミキュライト、ドロマイト等の粘土鉱物（あるいは
それらの合成物）の２種以上を主体とするものとして構
成できる。また、酸化物系成分として、ＳｉＯ２及びＡ
ｌ２Ｏ３、さらに必要に応じてＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、
ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ等の１種又は２種
以上を主に含有するものを使用することができる。例え
ば、本実施例では、充填材粒子としてのＡｌ２Ｏ３８４
重量％及びＳｉＯ２１０重量％に対し、粘土粒子として
の適量のカオリナイトとドロマイトとを主として配合し
たものが使用されている。
【００１８】なお、絶縁体４の空隙部３１の先端側をテ
ーパ面状に縮径し、縮径部３１ａを形成しており、緩衝
層３４の先端側もこれに対応し、縮径部３４ａとなって
いる。
ーパ面状に縮径し、縮径部３１ａを形成しており、緩衝
層３４の先端側もこれに対応し、縮径部３４ａとなって
いる。
【００１９】一方、緩衝層３３は、タルク粒子と、封着
材層３２に含まれるガラスよりも軟化温度がやや低い結
晶化ガラス（一例として亜鉛シリカホウ酸系結晶化ガラ
ス、軟化温度６８０℃）により構成されている。
材層３２に含まれるガラスよりも軟化温度がやや低い結
晶化ガラス（一例として亜鉛シリカホウ酸系結晶化ガラ
ス、軟化温度６８０℃）により構成されている。
【００２０】セラミック素子２と絶縁体４との上記封着
構造は、例えば以下のようにして製造することができ
る。まず、緩衝層３４を形成するための形成材料粉末、
本実施例では充填材粒子となるＡｌ２Ｏ３を主体成分と
する粉末と、結合粒子となる粘土粉末との混合粉末をプ
レス成形等により予め成形することにより、図４（ａ）
に示す粉末成形体５０を作製する。この粉末成形体５０
は、中央部を軸方向に貫通する挿通孔５０ｂを有すると
ともに、その先端周面は、絶縁体４の空隙部３１の縮径
部３１ａに対応するテーパ面５０ａとなっている。
構造は、例えば以下のようにして製造することができ
る。まず、緩衝層３４を形成するための形成材料粉末、
本実施例では充填材粒子となるＡｌ２Ｏ３を主体成分と
する粉末と、結合粒子となる粘土粉末との混合粉末をプ
レス成形等により予め成形することにより、図４（ａ）
に示す粉末成形体５０を作製する。この粉末成形体５０
は、中央部を軸方向に貫通する挿通孔５０ｂを有すると
ともに、その先端周面は、絶縁体４の空隙部３１の縮径
部３１ａに対応するテーパ面５０ａとなっている。
【００２１】次に、このような粉末成形体５０の挿通孔
５０ｂに対しセラミック素子２を挿通し、そのセラミッ
ク素子２の先端側を絶縁体４の挿通孔３０に挿入すると
ともに、粉末成形体５０を絶縁体４の空隙部３１内に収
容し、粉末成形体５０をセラミック素子２の軸方向に軽
く圧する。このとき、図４（ｂ）に示すように、粉末成
形体５０はテーパ面５０ａにおいて空隙部３１の縮径部
３１ａに密着状態で押し付けられることから、粉末成形
体５０の先端部は縮径部３１ａから径方向の反作用を受
けて押され、セラミック素子２の外面を押圧する。次
に、図４（ｃ）に示すように、ガラスを主体とする無機
材料粉末を筒状に成形して粉末成形体５１を作り、これ
をその挿通孔５１ａにセラミック素子２を挿通するよう
にセラミック素子２の後方側から外装し、粉末成形体５
０と隣接させ、絶縁体／検出素子の仮アセンブリ６０を
得る。
５０ｂに対しセラミック素子２を挿通し、そのセラミッ
ク素子２の先端側を絶縁体４の挿通孔３０に挿入すると
ともに、粉末成形体５０を絶縁体４の空隙部３１内に収
容し、粉末成形体５０をセラミック素子２の軸方向に軽
く圧する。このとき、図４（ｂ）に示すように、粉末成
形体５０はテーパ面５０ａにおいて空隙部３１の縮径部
３１ａに密着状態で押し付けられることから、粉末成形
体５０の先端部は縮径部３１ａから径方向の反作用を受
けて押され、セラミック素子２の外面を押圧する。次
に、図４（ｃ）に示すように、ガラスを主体とする無機
材料粉末を筒状に成形して粉末成形体５１を作り、これ
をその挿通孔５１ａにセラミック素子２を挿通するよう
にセラミック素子２の後方側から外装し、粉末成形体５
０と隣接させ、絶縁体／検出素子の仮アセンブリ６０を
得る。
【００２２】この状態で、絶縁体／検出素子の仮アセン
ブリ６０を温度８５０℃に加熱することにより、粉末成
形体５１は、そのガラスを主体とする無機材料粉末が互
いに溶着して封着材層３２となり、セラミック素子２と
絶縁体４との間を封着する。一方、粉末成形体５０は、
Ａｌ２Ｏ３を主体成分とする粉末粒子を分散させた状態
で粘土粉末粒子が互いに溶着し、図４（ｄ）に示す構造
の緩衝層３４となる。
ブリ６０を温度８５０℃に加熱することにより、粉末成
形体５１は、そのガラスを主体とする無機材料粉末が互
いに溶着して封着材層３２となり、セラミック素子２と
絶縁体４との間を封着する。一方、粉末成形体５０は、
Ａｌ２Ｏ３を主体成分とする粉末粒子を分散させた状態
で粘土粉末粒子が互いに溶着し、図４（ｄ）に示す構造
の緩衝層３４となる。
【００２３】次に、図５（ａ）に示すように、空隙部３
１の後端部において、セラミック素子２と絶縁体４との
間に緩衝層３３の形成材料粉末５２（本実施例ではタル
クと前述の亜鉛シリカホウ酸系結晶化ガラスとの混合粉
末）を充填して軽くこれを圧した後、再び温度８００℃
に加熱する。これにより、同図（ｂ）に示すように、形
成材料粉末５２はその結晶化ガラス粉末が溶着すること
により緩衝層３３になる。なお、形成材料粉末５２を空
隙部３１に直接充填する代わりに、これをプレス成形等
により予め成形体として空隙部３１内に配置するように
してもよい。
１の後端部において、セラミック素子２と絶縁体４との
間に緩衝層３３の形成材料粉末５２（本実施例ではタル
クと前述の亜鉛シリカホウ酸系結晶化ガラスとの混合粉
末）を充填して軽くこれを圧した後、再び温度８００℃
に加熱する。これにより、同図（ｂ）に示すように、形
成材料粉末５２はその結晶化ガラス粉末が溶着すること
により緩衝層３３になる。なお、形成材料粉末５２を空
隙部３１に直接充填する代わりに、これをプレス成形等
により予め成形体として空隙部３１内に配置するように
してもよい。
【００２４】次に、図１に示すように、絶縁体４と主体
金具３との間には、タルクリング３６とかしめリング３
７とがはめ込まれ、主体金具３の後端側外周部をかしめ
リング３７を押え込む事により、絶縁体４と主体金具３
とがお互いに固定される。また、主体金具３の先端外周
には、セラミック素子２の突出部分を覆う金属製の２重
のプロテクトカバー６ａ，６ｂがレーザー溶接あるいは
抵抗溶接（例えばスポット溶接）等によって固着されて
いる。一方、主体金具３の後端部は外筒１８の先端部内
側に挿入され、その重なり部において周方向に溶接（例
えばレーザー溶接）されている。なお、レーザー溶接に
代えて環状のかしめ部により形成してもよい。
金具３との間には、タルクリング３６とかしめリング３
７とがはめ込まれ、主体金具３の後端側外周部をかしめ
リング３７を押え込む事により、絶縁体４と主体金具３
とがお互いに固定される。また、主体金具３の先端外周
には、セラミック素子２の突出部分を覆う金属製の２重
のプロテクトカバー６ａ，６ｂがレーザー溶接あるいは
抵抗溶接（例えばスポット溶接）等によって固着されて
いる。一方、主体金具３の後端部は外筒１８の先端部内
側に挿入され、その重なり部において周方向に溶接（例
えばレーザー溶接）されている。なお、レーザー溶接に
代えて環状のかしめ部により形成してもよい。
【００２５】酸素センサ１は、エキゾーストマニホルド
や車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられるこ
とも多い。この場合、車軸からの飛石等がセンサに当た
ったり、あるいは高温にさらされた状態で水しぶき等を
受けることにより、強い熱衝撃が加わることもある。そ
して、従来の酸素センサの構成では、図３（ａ）に示す
ように、絶縁体４の空隙部３１にはガラスを主体とする
封着材層３２のみが形成される形となっているが、例え
ば飛石等からの衝撃や熱衝撃等によりセラミック素子２
に曲げ応力が加わると、その軸線方向において封着材層
３２に覆われている部分とそうでない部分との境界付近
に応力が集中し、セラミック素子２が折れやすい。
や車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられるこ
とも多い。この場合、車軸からの飛石等がセンサに当た
ったり、あるいは高温にさらされた状態で水しぶき等を
受けることにより、強い熱衝撃が加わることもある。そ
して、従来の酸素センサの構成では、図３（ａ）に示す
ように、絶縁体４の空隙部３１にはガラスを主体とする
封着材層３２のみが形成される形となっているが、例え
ば飛石等からの衝撃や熱衝撃等によりセラミック素子２
に曲げ応力が加わると、その軸線方向において封着材層
３２に覆われている部分とそうでない部分との境界付近
に応力が集中し、セラミック素子２が折れやすい。
【００２６】しかしながら、上記本発明の酸素センサ１
の構成によれば、図３（ｂ）に示すように、セラミック
素子２の軸線方向において封着材層３２の両側に、多孔
質無機物質で構成された緩衝層３３，３４が配置されて
いることから、セラミック素子２に対し機械的あるいは
熱的な衝撃力が作用しても、上記境界付近に過度な応力
が集中しにくくなり、セラミック素子２を折れにくくす
ることができる。この場合、緩衝層３３，３４は、封着
材層３２に覆われていない部分を支持しているので、封
着境界層に集中する応力を分散する事が出来る。なお、
機械的衝撃が弱い場合は、後端側の緩衝層３３は省略す
る事も出来る。
の構成によれば、図３（ｂ）に示すように、セラミック
素子２の軸線方向において封着材層３２の両側に、多孔
質無機物質で構成された緩衝層３３，３４が配置されて
いることから、セラミック素子２に対し機械的あるいは
熱的な衝撃力が作用しても、上記境界付近に過度な応力
が集中しにくくなり、セラミック素子２を折れにくくす
ることができる。この場合、緩衝層３３，３４は、封着
材層３２に覆われていない部分を支持しているので、封
着境界層に集中する応力を分散する事が出来る。なお、
機械的衝撃が弱い場合は、後端側の緩衝層３３は省略す
る事も出来る。
【００２７】次に、図６（ａ）及び（ｂ）は、絶縁体４
を設けない酸素センサ１の構成例を示している。同図で
は、封着材層３２及び緩衝層３４は、主体金具３の空隙
部３１内において、その空隙部３１の内面とセラミック
素子２の外面との間に設けられている。また、空隙部３
１の内面と外筒１８の内面との間には、封着材層３２の
周囲を取り囲む環状の溝部４３が、主体金具３の一部を
切り欠く形態で形成されている。ここで、溝部４３の底
面４３ａは、セラミック素子２の軸線方向において封着
材層３２の先端面よりも先端側に位置するものとされて
いる。
を設けない酸素センサ１の構成例を示している。同図で
は、封着材層３２及び緩衝層３４は、主体金具３の空隙
部３１内において、その空隙部３１の内面とセラミック
素子２の外面との間に設けられている。また、空隙部３
１の内面と外筒１８の内面との間には、封着材層３２の
周囲を取り囲む環状の溝部４３が、主体金具３の一部を
切り欠く形態で形成されている。ここで、溝部４３の底
面４３ａは、セラミック素子２の軸線方向において封着
材層３２の先端面よりも先端側に位置するものとされて
いる。
【００２８】また、環状の溝部４３は、図７のように形
成することも可能である。すなわち、主体金具３の後端
部を外筒１８の端部内側に挿入し、環状の切欠部４３ｂ
を設け、外筒１８と切り欠き部４３ｂで溝部４３を形成
する（なお、切欠部４３ｂの代わりに、周方向に所定の
間隔で形成された溝状の凹部を形成してもよい）。な
お、主体金具３と外筒１８とは、周方向に沿って形成さ
れる溶接部３５（あるいはかしめ部）によって接合され
る。この構成は、環状の溝部４３を形成すべき主体金具
３の薄肉部３ｆの肉厚ｔが比較的小さい場合に有効であ
る。
成することも可能である。すなわち、主体金具３の後端
部を外筒１８の端部内側に挿入し、環状の切欠部４３ｂ
を設け、外筒１８と切り欠き部４３ｂで溝部４３を形成
する（なお、切欠部４３ｂの代わりに、周方向に所定の
間隔で形成された溝状の凹部を形成してもよい）。な
お、主体金具３と外筒１８とは、周方向に沿って形成さ
れる溶接部３５（あるいはかしめ部）によって接合され
る。この構成は、環状の溝部４３を形成すべき主体金具
３の薄肉部３ｆの肉厚ｔが比較的小さい場合に有効であ
る。
【００２９】以上の実施例ではガスセンサは、検出素子
（セラミック素子）として酸素濃淡電池素子のみを用い
るλセンサとして構成されていたが、これを他のタイプ
のガスセンサ素子、例えば全領域酸素センサやＮＯｘセ
ンサ素子として構成することも可能である。
（セラミック素子）として酸素濃淡電池素子のみを用い
るλセンサとして構成されていたが、これを他のタイプ
のガスセンサ素子、例えば全領域酸素センサやＮＯｘセ
ンサ素子として構成することも可能である。
【図１】本発明のガスセンサの一例たる酸素センサの縦
断面図。
断面図。
【図２】その検出素子としてのセラミック素子の構造を
示す説明図。
示す説明図。
【図３】緩衝層の作用説明図。
【図４】図１の酸素センサの製造工程の一例を示す説明
図。
図。
【図５】図４に続く説明図。
【図６】図１の酸素センサの変形例を示す縦断面図。
【図７】主体金具に形成する環状の溝部の変形例を示す
縦断面図。
縦断面図。
１ 酸素センサ（ガスセンサ） ２，６０，７０ セラミック素子（検出素子） ３ 主体金具 ４ 絶縁体 １８ 外筒 ３０ 挿通孔 ３１ 空隙部 ３２ 封着材層 ３３，３４ 緩衝層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藪田 勝久 愛知県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
Claims (5)
- 【請求項１】外筒とその外筒に接合される主体金具とそ
の主体金具の内側に配置され、測定対象となるガス中の
被検出成分を検出する検出素子とガラスを主体に構成さ
れ、前記主体金具の内面と前記検出素子の外面との間、
又は前記主体金具の内側において前記検出素子との間に
配置される絶縁体の内面と前記検出素子の外面との間を
封着する封着材層と多孔質無機物質により構成され、前
記検出素子の軸線方向において前記封着材層の少なくと
も一方の端面に接して配置される緩衝層とを有する事を
特徴とする排ガスセンサ。 - 【請求項２】前記緩衝層が、前記検出素子の軸線方向に
おいて前記封着材層の少なくとも先端側の端面に接して
配置されており、前記緩衝層が、前記封着材層に含まれ
るガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子及び前記封着
材層に含まれるガラスよりも耐熱性に優れ、かつ前記充
填粒子よりも軟化温度の低い結合粒子の混合体よりなる
ことを特徴とする請求項１記載の排ガスセンサ。 - 【請求項３】前記充填材粒子はＡｌ２Ｏ３を主体とする
ものであり、前記結合粒子は粘土粒子である請求項２記
載のガスセンサ。 - 【請求項４】前記緩衝層が、前記検出素子の軸線方向に
おいて前記封着材層の少なくとも先端側の端面に接して
配置されており、該緩衝層の前記検出素子の軸線方向に
おける先端側が後端側よりも径小に形成されている請求
項１に記載のガスセンサ。 - 【請求項５】前記緩衝層は、前記検出素子の軸線方向に
おいて前記封着材層の両方の端面に接して配置されてい
る請求項１記載の排ガスセンサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35834198A JP3735206B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-17 | ガスセンサ |
| US09/219,824 US6418777B1 (en) | 1997-12-26 | 1998-12-23 | Gas sensor |
| EP98310733A EP0932039A3 (en) | 1997-12-26 | 1998-12-24 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-367546 | 1997-12-26 | ||
| JP36754697 | 1997-12-26 | ||
| JP35834198A JP3735206B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-17 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11242013A true JPH11242013A (ja) | 1999-09-07 |
| JP3735206B2 JP3735206B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=26580769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35834198A Expired - Fee Related JP3735206B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-17 | ガスセンサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6418777B1 (ja) |
| EP (1) | EP0932039A3 (ja) |
| JP (1) | JP3735206B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1139095A2 (en) | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Denso Corporation | Structure of gas sensor |
| JP2002082088A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-03-22 | Denso Corp | ガスセンサ |
| US6792678B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-09-21 | Denso Corporation | Method of manufacturing a gas sensor |
| US7497109B2 (en) | 2005-03-23 | 2009-03-03 | Denso Corporation | Structure of gas sensor designed to minimize damage to porcelain insulators |
| KR101232792B1 (ko) * | 2011-03-25 | 2013-02-13 | 세종공업 주식회사 | 고온 배기환경용 가스센서 |
| WO2015190518A1 (ja) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | 株式会社デンソー | ガスセンサの製造方法 |
| JP2016099184A (ja) * | 2014-11-20 | 2016-05-30 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2017133911A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 |
| JP2017187284A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| JP2020148669A (ja) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 株式会社デンソー | ガスセンサ、およびガスセンサの製造方法 |
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| US6673224B2 (en) * | 2000-06-30 | 2004-01-06 | Denso Corporation | Sealing structure of gas sensor |
| JP4517526B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2010-08-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサの製造方法 |
| JP4560977B2 (ja) * | 2001-03-29 | 2010-10-13 | 株式会社デンソー | ガスセンサの製造方法 |
| DE10225150A1 (de) * | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Robert Bosch Gmbh | Gasmessfühler |
| JP2005326394A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-11-24 | Denso Corp | ガスセンサ |
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| CN111537434B (zh) * | 2020-05-11 | 2022-05-31 | 西南石油大学 | 一种跨地震断层埋地管道试验装置 |
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| US4040930A (en) | 1976-02-05 | 1977-08-09 | Uop Inc. | Oxygen sensor |
| JPS60211345A (ja) | 1984-04-06 | 1985-10-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 高温で使用するセンサーのセラミック基板の端子構造 |
| JPH021540A (ja) | 1988-02-12 | 1990-01-05 | Ngk Insulators Ltd | 酸素センサの端子構造 |
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| US5329806A (en) * | 1993-05-11 | 1994-07-19 | General Motors Corporation | Exhaust sensor with tubular shell |
| EP0704697A1 (en) | 1994-09-27 | 1996-04-03 | General Motors Corporation | Exhaust sensor including a ceramic tube in metal tube package |
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-
1998
- 1998-12-17 JP JP35834198A patent/JP3735206B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-12-23 US US09/219,824 patent/US6418777B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-12-24 EP EP98310733A patent/EP0932039A3/en not_active Withdrawn
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