JPS5882150A - 耐久性のあるチタニア製排ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自＠車の排ガスに含まれる酸素を検知するため
のチタニア製抵抗型ガスセンサに関する。いっそう詳し
くは、本発明は埋めこまれ′た非常に細いプラチナ線間
のチタニアペレットを通して電気抵抗を測定するように
なっており、自動車に取付けて長期間使用することがで
きる頑丈な構造の酸素セン妊に関する。

二酸化チタン−５（普通はチタニアと呼ぶ）の電気抵抗
が周囲酸素の部分圧力の変イヒに応じて変化することは
知られている。したがって、チタニアペレットをガスに
さらし、その電気抵抗を測定することによって自動車の
排ガスの酸素含有量を監視する。ことができる。適当な
チタニアペレットはチタニア粒子を突き固めて、焼峙す
ることによって製造されることは公知である。（たとえ
ば、米国特許第４２４９１５６号）。チタニアとの良好
な電気接触を得るために、非常に細いプラチナ線を前記
突き固めたもの内に埋込んでチタニアと一緒に・繞結し
て密着結合している。プラチナ線は非常に細く、典型的
には普通０．０’０８インチ（０，２０３ミリ）の直径
のオーダーにあり、焼結中または自動車装着後の稼働中
いずれでも熱膨張差によりペレットに損傷を与える子と
がない。これらの細いプラチナ線はより厚い端子に接続
−され、これらの端子は抵抗測定回路に接続される。

しかしながう、ペレットがセンサに組込まれ、自動車に
搭載されている排ガス系統に装着されたとき自動車の作
動に伴う振動°、温間変化その他の状態により、プラチ
ナ線が切断したりプラチナ線とペレットの接続がゆるん
だりする傾向があり、特にペレットがプラチナ線だけで
ガス流内に懸架さＫている場合にはこ、の傾向が強い。

したがって、本発明の目的は、自動車の作動条件に耐え
て自動車に搭載されているセンサの耐用寿命が長い耐久
性めある構造を有する改良された抵抗型排ガス酸素セン
サを提供することにある。このセンサは所定位置にしつ
かりとくさびとめすることができるチタニアペレットを
包含する。したがって、ペレットは電気抵抗を行うのに
必要な細い線によって支えられることもなく該線顛応力
を加えることもない。さらに、本発明はペレットを所定
位置にくさび止めするように容易に組立てることができ
るセンサを提供する。

好適実施例において、本′発明の酸素センサは細長い空
所を画成する電気絶縁性のセラミック製管状本体を包”
含し、この空所は傾斜肩部にはって端子受入用部分と排
ガス開口とに長手方向に分割され、この肩部は端子受入
用一部分に面している。酸素反応性チタニアペレットは
この肩部に装着され、開旧幇通じて排ガスにさらされる
。導電、性端子ロッドが前記空所を通って延びていて、
ペレットを肩部に対してしっかりと押圧する。ロッドを
ペレツに浴接した細いプラチナ線によって良好な電気接
続が行われる。空所内の端子ロッドを分離しかつ電気的
に絶縁するセラミック製の絶縁性スペーサ部材もペレッ
トを肩部に押圧している。ペレットから隔たって空所内
にある浴融ガラスシールが本体、口゛歩ド、スペーサー
を一緒に結合して一体の耐久性のある構造を形成してお
り、これがペレットを所定位置　゛にロックする。この
一体構造により自動車へ作動条件によるもとでもプラチ
ナ線が破損することが少な（なり、センサの耐用寿命も
延びる。

以下、本発明の好適実施例を添付図面を参照しながら躾
しく説明する。

第１ないし３図・を参照して、好ましい酸素センサ１０
は自動車の排気マニホルドの壁１２にあるねじ孔１１に
装着してマニホルドを流れる排ガス流１３の酸素含有量
をモニターすミックのスリーブ１４を包含し、このスリ
ーブは軸線１５の回りに略円筒形となっており、電気絶
縁性であるアルミナ材料で作っである。

スリーブ１４の内端１６は排ガス流１３内にあり、外端
１８はマニホルド壁１２の外側にある。

スリーブ１４の拡大部２０が金属シェル゛２２によって
同心状に囲まれており、可鍛鋼のスペーサリング２４に
よってしつかり保持されている。スペーサリング２４は
シェル２２の外端２５を組立中に折込んだときにタイト
ハーメチックフィツトを与えると共にセラミックに損傷
を与えないように変形する。シェル２２から軸線方向内
方に垂れ下がって外ねじスカート２６が設けてあり、こ
れは壁１２にあるねじ孔１１と適合するようになってい
る。

シェル２２はレンチを係合させる六角形のナツト部２Ｂ
を有し、センサ１０を開口に螺合させることができるよ
うになっている。シェル２２と壁１２との間には鋼の折
曲げガスケット３０が設けてあって気密シールを与えて
いる。

スリーブ１４は軸線方向の軸方向内径部３２を画成して
おり、この内径部は端１８゛にすぐ続く同心の円筒部３
４と、この円筒部３４から延びるゆるくテーパの付りた
部分３６と、端１６にあって排ガス流１３と連通ずる円
形の開口３８とを包含する。開口３・８の直径はテーパ
部３６の隣接した部分の直径よりは小さく、その間に面
取りした肩部４０が形成しである。゛端１６にあるスロ
ット４２には開口３８に対するガス流の出入を促準し、
そこのガス成分は排ガス流を代義する。　　　−軸線１
５に対して直角に端１６に隣接して内径部３２内に酸素
反応式円盤状ペレット４４が設置しており、このペレッ
トの面取りした縁４６は肩部−０と衝合している。ペレ
ット４４は二酸化チタンで作ってあり、その抵抗は周囲
酸素の濃度に左右される。ペレットの内面４Ｂは端１６
に面しており、開口３８を通る排ガスにさらされている
。反対側の外面５０は端１８に面している。２本のプラ
チナ線５２がペレット４４を貫いて、軸線方向に延びて
おり、これらのプラチナ線はペレット内面４８に担持さ
れた２つのスパッタ処理されたプラチナ成極５４に浴接
されている。第３図でもつとも分かるように、これらの
電極５４は露出したチタニアによって隔てられており、
一本のプラチナ線５２が各電極に接続しである。スパッ
タ処理した電極５４およびそれに溶接したプラチナ線５
２がチタニア材とプラチナ線の電気接続を改良する。こ
とが判明した。

２本の端子ロッド５６が内径部３２を貫いて軸、線方向
ペレット面５０まで延びており、ペレット４４を肩部４
０に向かって押している。これらのロッド５６は比較的
安い導電性鉄谷金、で作ってあり、プラチナ線５２より
相当厚い。たとえば、ロッド５６の直径は約０．６３イ
ンチ（Ｌ６０ミリ）であり、プラチナ線５２の直径は約
ｏ、ｏｏｓインチ（０，２０３ミリ）であってプラチナ
線をペレット４４内で一緒に焼結し、破損することなく
極端な熱サイクルを畳けることができる。ロッドおよび
プラチナ線は溶接部５Ｂによって接続されている。プラ
チナは高価なので、ペレット４４と溶接部５８との間の
距離を最小限にし、なから溶接および組立てに便利なよ
うに十分な長さを与えることが望ましい。ロッド５６は
スリーブ端１゛８から突出していてペレット４４を横切
るロッド５６間の眠気抵抗を測定する適当な抵抗器５７
に電気接続できるようにしである。

ロッド５６は電気絶縁性のセラミック製スペーサ部材６
０．６２，６４および溶融ガラスシール６６．６８によ
って内径部３２内で物理的に隔離されかつ電気的に絶縁
されている。ｉ融ガラスシールはスペーサ、端子ロッド
およびスリーブを結合して耐久性のある組笠体を作る。

第２図で分かるように、スペーサ６０は略円筒形となっ
ており、その長手方同軸線は軸線１５と同線状であ・す
、またこのスペーサはプラチナ線５２および端子ロッド
５６を受入れる軸線方向の溝ＴＯを有する。

スペーサ部材６０の内端Ｔ２はペレット面５０と衝合し
てかり、ペレット４４を肩部４０に押圧する際ロッド５
６と協働する。外端７４はワイヤ・ロッド浴接部５８お
よびガラスシール６６に隣接している。シール６６はス
ペーサ６０の端７４．とスペーサ６２の内端Ｔ６との間
に挾まれている。スペーサ６２もスペーサ６０と同様に
円筒形であって、端子口′ラドを受入れるための１１１
７７を有しかつ軸線１５ｙ同心である。シール６６はワ
イヤ・ロッド溶接部５Ｂ、を覆っており、これらの溶接
部を補強すると共に排ガスによる腐食から守っている。

シール６８がスペーサ６２の外端１８とスペーサ６４の
内端゛８０−との間にある。ロッド５６がスペーサ６４
に・ある、丸い軸線方向チャンネル７９を貫いている。

、スペーサ６４の外端８２はスリーブ端１Ｂと同一平面
゛となっている。内径部３４内のスペーサ６２とロッド
５６の周りの環状の溶融がラスシール８４が組立てた要
素を一体の構造とする助けとなっている。

センサ１０は次のように作られる。ペレット４４はチタ
ニア粉末を突き固めて焼結する゛ことによって形成され
る。プラチナ線５２がペレット４４に埋込まれて一緒に
焼結さ゛れる。

プラチナ電極５４はペレット面４Ｂにスパッタ加工され
る。プラチナ線５２は曲げられて電極に溶接される。プ
ラチナ線は次に５８の所で端子ロッド５６に溶接される
。スペーサ６０．６２．６４とシール６６．６８．８４
を形成するための多孔性ガラスプレフォームが次にペレ
ットおよびロッドと共に配置されて副組立体を形成する
。この副組立体が端１８を通してスリーブ１４の内径部
３２に挿入される。このときペレット４４はロッド５６
によって肩部４０に対してしつかり固でされる。

特にシール６６．６Ｂを形成するためのプレフォームは
シールの寸法よりも大きい軸線１５に浴っだ長手方向寸
法を有し、その結果、副組立体をスリーブに挿入したと
き、スペーサ６４はスリーブ端１８上方に突出する。ペ
レット４４を肩部４０に向かってしつかり保持するよう
にロッド５６に圧力をかけながら、次に組立体を加熱し
てガラスを溶融させる。

このときスペーサ６４の外端８２に軸線方向に圧力が加
わってスペーサを一緒に圧し、端８２がスリーブ端１８
と同一平面になり、シール６６．６Ｂを突き固めること
になる。第１−図で分かるように、ロッド５６又はすな
わちスペーサ６０とテーパ付き内径部３６との間のギャ
ップはペレット４４に近ずくにつれて段々と狭くなる。

ギャップが十分に狭くなると粘性のある溶融ガラスはス
ペーサを圧縮したときでもそこに流入することができな
くなる。このようにして、シール６６の溶融ガラスはス
ペーサ６０の端７４付近に置かれペレツ半と一１ｉ４し
−それに損傷を与えることがねい。冷却すると溶融ガラ
スはスリーブ１４、ロッド５６およびスペーサ６０．６
，２．６４を一体の構造に結合し、ペレット４４を所定
位置にしっかりと（さび止めする。

センサ１０をマニホルド１２に装着したとき、ペレット
４４は開口３８を通る排ガス流１３にさらされる。ペレ
ット４４を横切る抵抗はオームメーター５７をロッド５
６に接続することによって容易に測定できる。ロッド５
６はプラチナ線５２を介してペレットに接。

続しである。ペレットが肩部４２、ロッド５６、スペー
サ６０の間にくさび止めしであるので、プラチナ線５２
がペレットの重量を支えることはない、これはプラチナ
線５２の破損を防ぎ、センサ１０の耐用寿命を延ばす。

第４．５図は本発明の別゛の実施例であるセンサ１００
の一部を示す。このセンサ１００は排気流内に位置する
ようになった端１０４を有するセラミック製のスリーブ
１０２を包含する。このスリーブ１０“２は軸線１０７
の回りに略円筒形である内径部１０６を画成しており、
この内径部は面取り盾部１０８と端１０４の所にある円
形の開口１１０とを有し、排気と連通している。内径部
１０６内にはｒＤＪ字形の円盤状チタニアペレット１１
２が設置してあり、その半円形の縁１１４が肩部１０８
と衝合しており、平らな縁１１６は軸線１０７に対して
直角であり、面１１８はこの軸−に対して平行である。

２本の端子ロッド１２０が内径部１０６を軸線方向に貫
いていて、ペレット１１２の平らな縁１１６に対して押
圧していて、丸い縁１１４を肩部１０８に対して押付け
てペレット１１２を所定位置にくさび止めしている。

ロッド１２０の端にはスロット１２１が設け“てあり、
これらのスロットは縁１１６を受入れてペレット１１２
を端方向に対して保持しかつ内径部１０６内に直立状態
に保持している。第１図のスペーサ６０に横断面の似た
電気絶縁性のセラミックスペーサ１２２がｄツいてこれ
らのロッドを電気的に絶縁している。

スペーサ１２２はペレット縁１１６□を受入れる端スロ
ット１２３を包含する。このようにしてごスペーサはペ
レット１１２と衝合し、ロッド１２０と協働してそれを
肩部１０８に押し付ける。ロッド１２０、スペーサ１２
２およびスリーブ１０２は溶融ガラスシール１２４によ
つ′て結合されてペレットを所定位置にしつかり保持す
る一体の耐久性のある構造を構成する。

２本の非常に細いプラチナ線１２６がペレツ、ト１１２
の縁１１４に直径方向に埋込まれており、内径部１０６
の表面に隣接して軸線方向に延び、端子ロッド１２０に
溶接部１２８の所で浴接されており、チタニアの抵抗を
測定する目的でロッド１２０およびペレット１１２を電
気的に接続している。センサ１ｏ。

の残りの部分は＠１図のセンサと実質的に同様である。

このよう如して、自動車の排ガス系統に適当に装着した
とき、チタニアペレット１１２は開口１１０を通る排ガ
スにさらされる。チタニアの抵抗値、したがって排ガス
の酸素含有量は適当なオーへメーターを口゛ラド１２０
に接続することによって測定される。

このロッド１２０は埋込んだ細いプラチナ線１２６によ
ってペレットに接続されているのである。ペレットはロ
ッド１２０およびスペーサ１２２によって肩部１０Ｂに
対して固定されているので、細いプラチナ線１２０はペ
レットの重量を担持しておらず、自動車の作動条件の下
でもプラチナ線が切断する傾向は少なくなる。

本発明を特定の実施例について説明してきたがそれに発
明を限定するつもりはな〈発明は特許請求の範囲に記載
した範囲におい、てのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐久性のある酸素センサの縦断面図で
ある。 第２図は第１図の２−２線に沿った矢印方向に見た断面
図である、。 第３図は第１図の３−３線に沿った矢印方向に見た端面
図である。 第４図は本発明の別の実施例を示す縦断面図である。 第５図は第４図の５−５線に沿った矢印方向に見た部分
断面端面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・酸素センサ、１２・・・排ガスマニホルド壁
、１４・・・セラミックスリーブ、２２・・・金属シェ
ル、２４・・・スペーサリング、３０・・・ガスゲット
、４０・・・面取り肩部、４４・・・ペレット、５２・
・・プラチナ線、５４川電極、 ５６・・・端子ロッド、　６０．６２．６４・・・スペ
ーサ、６６．６Ｂ・・・シ・・・ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ５　　ｌ　耐久性のある酸素ガスセンサであって、電気
   絶縁性本体を包含し、該本体はそれを通って延在する細
   長い空所を画成し、該空所はガス内の酸素を検知するた
   めにガスと連通ずるガス開口と、該ガス開口から離間し
   た端子受入用長手方向部分とを有する耐久性のある酸素
   ガスセンサにおいて、本体を前記ガス開口（例えば３８
   ）に向って変位しないように前記長手方向部分（例えば
   ３４．３６）内に支えるような寸法形状となっている肩
   部（例えば４０）が前記ガス開口（例えば３８）に隣接
   して前記本体（例えば１４）に形成し°てあ゛す：電気
   抵抗型酸素感知ペレット（例えば４４）が設けられ、該
   ペレットは前記肩部（例えば４０）と衝合状態で前記空
   所（例えば３２）内に位置してそれにより支えられ、前
   記ガス開口（例えば３Ｂ）を・通じてガスに露出きれ、
   端子“ロッド（例えば？６）が前記端子受入用長手方向
   部分（例えば３４，３６）を通って延在し前記ペレット
   （例えば、４４）と衝合して該ペレット（例えば４４）
   を前記肩部（例えば４０）に対して保持しており；−電
   気絶縁性スペーサ部材（例えば６０）、ｆ前記端子ロッ
   ド（例えば５６）の間で前記端子受入用長手方向部分（
   例えば３４．３６）内に位置して前記端子ロッドを電気
   的に絶縁し前記ペレット（例えば４４）と衝合して該ペ
   レツｌ−（例えば４４）を前記肩部（例えば４０）に対
   して保持しており；前記端子ロッド（例えば５６）、ス
   ペーサ部材（例えば６０う、本体（例えば１４）を−緒
   に前記ペレット（例えば４４）から遠隔の位置で結合下
   るシール手段（例えば６６）が設けられ、そへによ′り
   前記ペレット（例えば４４）が前記端子ロッド（例えば
   ５６）と前記スペーサ部材（例えば６０）とによって前
   記肩部（例えば４０）に対してしっかりと保持されてい
   るこ９を°特徴とする耐久性のある酸素ガスセンサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の耐久性のめ前記端子受
   入用長手方向部分（例えば３４、の傾斜肩部（例えば４
   ０）であり；＝記ペレットカ酸素感知チタニアペレット
   （例えば４４）であり、該ペレットが前記肩部（例え＆
   ｆ　４０　）と衝合する第１の表面（例えば４８）と、
   前記端子受入用長手方向部分（例えば３．′４．３６）
   に面する第２の反対側表面（例えば５０）とを有し；少
   な（とも２本の端子ロッド（例えば５６）が前記端子受
   入用部分（例えば３４，３６）を通って延びており、各
   ロッドの一端が前記ペレット第２表面（例。えば５０）
   と衝合しており；前記スで−サ部材が前記端子全入用部
   分（例えば３４．３６）内の前記端子ロツ゛ド（例えば
   ５６）を電気的に絶縁すると共−に前記ペレットの第２
   表面（例えば５０）と衝合するような寸法形状のセラミ
   ック製スペー、媛部材（例えば６０）であることを特徴
   とする耐久性の５する排ガス酸素センサ。 ３　特許請求の範囲第１項記載の耐久性のある排ガス酸
   素センサであって、電気絶縁性のを体が排気系統の壁を
   ゛通って装着されるようになっているセラミック製のス
   リーブであり、第１の端が赫ガス内に位置し、第２の端
   が排ガス系統の外に位置しており、該スリーブが前記端
   の間に延びる。軸線方向の内径部を画成しており、前記
   ガス開口を排ガスと連通ずるように前記第１の端に有し
   、前記第２の端に前記端子受入用１部分が比較的広い幅
   で開口しである耐久−のある排ガス酸素センサにおいて
   、前、記肩部が前記端子受入用部分（例えば１０６）に
   面した面取りした肩部（例えば１０Ｂ）であり；前記ペ
   レットが縁（例えば１１４）を備えた略円盤形の酸素感
   知チタニアペレット（例えば１１２）であり、これが端
   子受入用内径部分（例えば１０６）内に位置して前記縁
   （例剣ば１１４）が前記面取り肩部（例えば１０Ｂ）と
   衝合し、前記ペレットが前記ガス開口（例えば１１０）
   と連通ずるガス接触面と前記縁（例えば１．１４）の反
   対側の第２の縁（例えば１１６）とを有し、該第２の縁
   でギれが前記肩部（例えば１０Ｂ）と衝合して前記痺２
   の縁に加えられる圧力によって前記ペレット（例えば１
   １２）を前記肩部（例えば１０Ｂ）に対して保持し；２
   本の軸−線方向に隔たった端子ロッド（例えば１２０）
   がセンサ（例えば１００）の第２端から端子受入用１部
   分（例えば １０６）を通って延びており、該２本、の端子ロッドが
   前記ペレット（例えば１１２）に電気的に接続してあっ
   てチタニアの抵抗の測定を許容し、該ロッド（例えば１
   ２０）がペレット第２縁（例えば１１６）と係合丁“る
   スロット付き内端（例えば１２１）を有して前記ペレッ
   ト（例えば１１２）を、前記肩部（例えば１０８）に対
   して押圧しており；前記電気絶縁性スペーサ部材が前記
   端子ロッド（例えば１２０）から隔たったセラミック製
   スペーサ部材（例えば１２２）であり、該スペーサ部材
   が前記ペレットｊヵえば昌、）。□２．（ヵえば４，６
   ）と衝合して前記ペレット（例えば１１２）を前記肩部
   （例えば１０８５に対して押圧しており；端子ロッド（
   例えば１２０）、スペーサ部材（例えば１２２）および
   本体（例゛えば１０２）を−緒に結合する手段が前記ペ
   レット（例えば１１２）から隔たり、前記端子ロッド、
   前記スペーサ部材及び前記スリーブを一緒に結合して一
   体の組立体を形成する溶融ガラスシール手段（例えば１
   ２４）を■することを特徴とす（る耐久性のある排ガス
   酸素センサ。