JP2002082089A - ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents
ガスセンサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁碍子とセンサ素子との間をガラスのみで
封止可能な構成としたガスセンサ及びこのようなガスセ
ンサの製造方法を提供すること。 【解決手段】 ハウジング１０の基端側には内部に大気
側雰囲気１４２が形成された大気側カバー１２が設けて
あり，ハウジング１０の先端側には内部に被測定ガス側
雰囲気１４１が形成される被測定ガス側カバー１３を設
けてある。絶縁碍子２１の内側面とセンサ素子１５の外
側面との間はガラス封止材２５にて封止され，このガラ
ス封止材２５の接触界面は他の部分よりも基端側方向に
突出した状態にある。また，ガラスペレットを溶融固化
させることにより，絶縁碍子２１内にセンサ素子１５を
封止固定すること。
封止可能な構成としたガスセンサ及びこのようなガスセ
ンサの製造方法を提供すること。 【解決手段】 ハウジング１０の基端側には内部に大気
側雰囲気１４２が形成された大気側カバー１２が設けて
あり，ハウジング１０の先端側には内部に被測定ガス側
雰囲気１４１が形成される被測定ガス側カバー１３を設
けてある。絶縁碍子２１の内側面とセンサ素子１５の外
側面との間はガラス封止材２５にて封止され，このガラ
ス封止材２５の接触界面は他の部分よりも基端側方向に
突出した状態にある。また，ガラスペレットを溶融固化
させることにより，絶縁碍子２１内にセンサ素子１５を
封止固定すること。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，内燃機関の排気系に設置して燃
焼制御等に利用されるガスセンサ及びその製造方法に関
する。
焼制御等に利用されるガスセンサ及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来技術】センサ素子を絶縁碍子に挿通した後，該絶
縁碍子をハウジングに挿入固定し，ハウジングの先端側
に被測定ガス側カバーを，基端側に大気側カバーを設
け，絶縁碍子とハウジングとの間，センサ素子と絶縁碍
子との間が気密封止された構成を持つガスセンサが知ら
れている。この気密封止により，ガスセンサ内部を大気
側雰囲気と被測定ガス側雰囲気とに分離することができ
る。
縁碍子をハウジングに挿入固定し，ハウジングの先端側
に被測定ガス側カバーを，基端側に大気側カバーを設
け，絶縁碍子とハウジングとの間，センサ素子と絶縁碍
子との間が気密封止された構成を持つガスセンサが知ら
れている。この気密封止により，ガスセンサ内部を大気
側雰囲気と被測定ガス側雰囲気とに分離することができ
る。
【０００３】
【解決しようとする課題】ところでセンサ素子は被測定
ガスに接する被測定ガス側電極と基準ガスとなる大気と
接する基準電極とを有し，両者間に生じるイオン電流や
電位差を基に被測定ガス中のガス濃度を測定するよう構
成されている。そのため，大気側雰囲気と被測定ガス側
雰囲気との分離が不充分であると，正確なガス濃度の測
定が難しくなる。
ガスに接する被測定ガス側電極と基準ガスとなる大気と
接する基準電極とを有し，両者間に生じるイオン電流や
電位差を基に被測定ガス中のガス濃度を測定するよう構
成されている。そのため，大気側雰囲気と被測定ガス側
雰囲気との分離が不充分であると，正確なガス濃度の測
定が難しくなる。
【０００４】従来はセンサ素子と絶縁碍子との間に多層
的にタルク等の粉体材料及び封止ガラスを充填すること
で両雰囲気の気密的な分離を実現していた。例えば，特
許２８００８８３号では，セラミック製のセンサ保持具
内に交互に重なった複数の固相焼結されたガラス層，ス
テアタイト等で形成されたスペーサ層と，上記固相焼結
されたガラス層，スペーサ層の各々をとりまき，これら
の層から外側のハウジング等まで伸びるセラミック本体
と，セラミック本体と各スペーサ層との間に形成された
固相焼結された薄いガラス層と備えることにより対策し
ている。
的にタルク等の粉体材料及び封止ガラスを充填すること
で両雰囲気の気密的な分離を実現していた。例えば，特
許２８００８８３号では，セラミック製のセンサ保持具
内に交互に重なった複数の固相焼結されたガラス層，ス
テアタイト等で形成されたスペーサ層と，上記固相焼結
されたガラス層，スペーサ層の各々をとりまき，これら
の層から外側のハウジング等まで伸びるセラミック本体
と，セラミック本体と各スペーサ層との間に形成された
固相焼結された薄いガラス層と備えることにより対策し
ている。
【０００５】また，例えば，特許２８５５０９６号，特
表平１１−５１３１１３号では第１セラミック絶縁体と
第２セラミック絶縁体との間にガラス層を備えること
と，使用温度範囲についてガラスの径方向（中心方向）
に圧縮応力をかけることにより対策している。
表平１１−５１３１１３号では第１セラミック絶縁体と
第２セラミック絶縁体との間にガラス層を備えること
と，使用温度範囲についてガラスの径方向（中心方向）
に圧縮応力をかけることにより対策している。
【０００６】しかしながら，タルク等の粉体材料の充填
による気密性確保は，粉体の充填圧力，充填量等の管理
すべき内容が多く，コスト的にも不利である。更に，ガ
ラス層はガラス粉末材料を所望の位置に充填し，加熱溶
融させて冷却して固化させることで形成されている。こ
のため，高い密度のガラス封止材を得ることが難しく，
ガラス封止材単独の封止固定ではガスセンサに必要な気
密性を保つことが難しかった。
による気密性確保は，粉体の充填圧力，充填量等の管理
すべき内容が多く，コスト的にも不利である。更に，ガ
ラス層はガラス粉末材料を所望の位置に充填し，加熱溶
融させて冷却して固化させることで形成されている。こ
のため，高い密度のガラス封止材を得ることが難しく，
ガラス封止材単独の封止固定ではガスセンサに必要な気
密性を保つことが難しかった。
【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，絶縁碍子とセンサ素子との間をガラスの
みで封止可能な構成としたガスセンサ及びこのようなガ
スセンサの製造方法を提供しようとするものである。
されたもので，絶縁碍子とセンサ素子との間をガラスの
みで封止可能な構成としたガスセンサ及びこのようなガ
スセンサの製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，筒状の絶
縁碍子と該絶縁碍子内に封止固定されたセンサ素子と，
上記絶縁碍子が挿入配置された筒状のハウジングとより
なり，上記ハウジングの基端側には内部に大気側雰囲気
が形成された大気側カバーが設けてあるガスセンサにお
いて，上記絶縁碍子の内側面と上記センサ素子の外側面
との間はガラス封止材にて封止されると共に，このガラ
ス封止材における絶縁碍子内側面とセンサ素子外側面と
の接触界面は他の部分よりもガスセンサの基端側方向に
突出した状態にあることを特徴とするガスセンサにあ
る。
縁碍子と該絶縁碍子内に封止固定されたセンサ素子と，
上記絶縁碍子が挿入配置された筒状のハウジングとより
なり，上記ハウジングの基端側には内部に大気側雰囲気
が形成された大気側カバーが設けてあるガスセンサにお
いて，上記絶縁碍子の内側面と上記センサ素子の外側面
との間はガラス封止材にて封止されると共に，このガラ
ス封止材における絶縁碍子内側面とセンサ素子外側面と
の接触界面は他の部分よりもガスセンサの基端側方向に
突出した状態にあることを特徴とするガスセンサにあ
る。
【０００９】本発明において最も注目すべきことは，絶
縁碍子の内側面とセンサ素子の外側面との間はガラス封
止材のみで封止され，このガラス封止材における絶縁碍
子内側面とセンサ素子外側面との接触界面は他の部分よ
りもガスセンサの基端側方向に突出した状態に形成され
たことである。
縁碍子の内側面とセンサ素子の外側面との間はガラス封
止材のみで封止され，このガラス封止材における絶縁碍
子内側面とセンサ素子外側面との接触界面は他の部分よ
りもガスセンサの基端側方向に突出した状態に形成され
たことである。
【００１０】次に，本発明の作用につき説明する。ガラ
ス封止材における絶縁碍子内側面とセンサ素子外側面と
の接触界面は他の部分よりもガスセンサの基端側方向に
突出した形状とすることで（具体的には後述する図２参
照），ガラス封止材におけるセンサ素子と絶縁碍子との
界面を強固に固定し，高い気密性を維持することができ
る。このため，別部材，例えば粉体材料を用いたり，多
段的に封止材料を充填する等の手間や管理項目の多い手
法を利用せずとも，単独のガラス封止材のみでセンサ素
子と絶縁碍子との間を確実に気密封止することができ
る。
ス封止材における絶縁碍子内側面とセンサ素子外側面と
の接触界面は他の部分よりもガスセンサの基端側方向に
突出した形状とすることで（具体的には後述する図２参
照），ガラス封止材におけるセンサ素子と絶縁碍子との
界面を強固に固定し，高い気密性を維持することができ
る。このため，別部材，例えば粉体材料を用いたり，多
段的に封止材料を充填する等の手間や管理項目の多い手
法を利用せずとも，単独のガラス封止材のみでセンサ素
子と絶縁碍子との間を確実に気密封止することができ
る。
【００１１】以上，本発明によれば，絶縁碍子とセンサ
素子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセ
ンサを提供することができる。
素子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセ
ンサを提供することができる。
【００１２】上記ガラス封止材としては，例えば，Ｂ2
Ｏ3−ＺｎＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ−ＭｇＯとい
う組成の物質を使用することができる。これにより，セ
ンサ素子，絶縁碍子に対し，漏れ性が向上し，確実に気
密封止をすることができる。
Ｏ3−ＺｎＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＢａＯ−ＭｇＯとい
う組成の物質を使用することができる。これにより，セ
ンサ素子，絶縁碍子に対し，漏れ性が向上し，確実に気
密封止をすることができる。
【００１３】また，本発明は，後述する図１に示すごと
く，積層板状のセンサ素子を組付けたものの他，有底円
筒状のコップ型固体電解質体よりなるセンサ素子を組付
けたものに対し適用できる。また，本発明にかかる構成
は車両用内燃機関搭載用の酸素センサ，空燃比センサの
他，特に積層型の場合はＮＯｘセンサ，ＣＯセンサ等に
適用することができる。
く，積層板状のセンサ素子を組付けたものの他，有底円
筒状のコップ型固体電解質体よりなるセンサ素子を組付
けたものに対し適用できる。また，本発明にかかる構成
は車両用内燃機関搭載用の酸素センサ，空燃比センサの
他，特に積層型の場合はＮＯｘセンサ，ＣＯセンサ等に
適用することができる。
【００１４】次に，請求項２に記載の発明は，上記接触
界面において基端側方向に突出した箇所は，接触界面全
周の９８％以上であることが好ましい。接触界面全周の
９８％以上とは，絶縁碍子内側面及びセンサ素子外側面
とガラス封止材との接触界面全周長さの９８％以上が突
出した状態にあることを示している。９８％以上が突出
していることで，単独のガラス封止材のみでセンサ素子
と絶縁碍子との間を確実に気密封止することができる。
仮に９８％未満であった場合は，気密もれが生じるおそ
れがある。また，全周が突出している場合がもっとも好
ましい。
界面において基端側方向に突出した箇所は，接触界面全
周の９８％以上であることが好ましい。接触界面全周の
９８％以上とは，絶縁碍子内側面及びセンサ素子外側面
とガラス封止材との接触界面全周長さの９８％以上が突
出した状態にあることを示している。９８％以上が突出
していることで，単独のガラス封止材のみでセンサ素子
と絶縁碍子との間を確実に気密封止することができる。
仮に９８％未満であった場合は，気密もれが生じるおそ
れがある。また，全周が突出している場合がもっとも好
ましい。
【００１５】次に，請求項３に記載の発明は，筒状の絶
縁碍子と該絶縁碍子内に封止固定されたセンサ素子と，
上記絶縁碍子が挿入配置された筒状のハウジングとより
なり，上記ハウジングの基端側には内部に大気側雰囲気
が形成された大気側カバーが設けてあり，上記ハウジン
グの先端側には内部に被測定ガス側雰囲気が形成される
被測定ガス側カバーを設けてあると共に，上記絶縁碍子
の内側面と上記センサ素子の外側面との間はガラス封止
材にて封止されると共に，このガラス封止材における絶
縁碍子内側面とセンサ素子外側面との接触界面は他の部
分よりもガスセンサの基端側方向に突出した状態にある
ガスセンサを製造するに当り，外形を絶縁碍子の内側面
に合わせ，またセンサ素子が挿通可能となる貫通穴を設
けた筒状ガラスペレットを準備し，該ガラスペレットを
上記絶縁碍子内に挿入し，ガラスペレット内の貫通穴に
センサ素子を配置した後，ガラスペレットを溶融固化さ
せることにより，絶縁碍子内にセンサ素子を封止固定す
ることを特徴とするガスセンサの製造方法にある。
縁碍子と該絶縁碍子内に封止固定されたセンサ素子と，
上記絶縁碍子が挿入配置された筒状のハウジングとより
なり，上記ハウジングの基端側には内部に大気側雰囲気
が形成された大気側カバーが設けてあり，上記ハウジン
グの先端側には内部に被測定ガス側雰囲気が形成される
被測定ガス側カバーを設けてあると共に，上記絶縁碍子
の内側面と上記センサ素子の外側面との間はガラス封止
材にて封止されると共に，このガラス封止材における絶
縁碍子内側面とセンサ素子外側面との接触界面は他の部
分よりもガスセンサの基端側方向に突出した状態にある
ガスセンサを製造するに当り，外形を絶縁碍子の内側面
に合わせ，またセンサ素子が挿通可能となる貫通穴を設
けた筒状ガラスペレットを準備し，該ガラスペレットを
上記絶縁碍子内に挿入し，ガラスペレット内の貫通穴に
センサ素子を配置した後，ガラスペレットを溶融固化さ
せることにより，絶縁碍子内にセンサ素子を封止固定す
ることを特徴とするガスセンサの製造方法にある。
【００１６】本発明にかかる製造方法では，所望の形状
に予め成形したガラスペレットを絶縁碍子内に挿入し，
ガラスペレット内の貫通穴にセンサ素子を配置した後，
ガラスペレットを溶融固化させることで絶縁碍子に対し
センサ素子を封止固定する。これにより，粉末ガラス材
料等を，直接に絶縁碍子内に充填してガラス封止材とな
す方法と比較して，より高密度にガラス材料を充填する
ことができる。そのため，所望のシール長さ，シール体
積を確保し易くなり，確実な封止を実現できる。よっ
て，センサ素子と絶縁碍子との界面を強固に固定し，高
い気密性を維持することができると共に，単独のガラス
封止材のみでセンサ素子と絶縁碍子との間を確実に気密
封止することができる。
に予め成形したガラスペレットを絶縁碍子内に挿入し，
ガラスペレット内の貫通穴にセンサ素子を配置した後，
ガラスペレットを溶融固化させることで絶縁碍子に対し
センサ素子を封止固定する。これにより，粉末ガラス材
料等を，直接に絶縁碍子内に充填してガラス封止材とな
す方法と比較して，より高密度にガラス材料を充填する
ことができる。そのため，所望のシール長さ，シール体
積を確保し易くなり，確実な封止を実現できる。よっ
て，センサ素子と絶縁碍子との界面を強固に固定し，高
い気密性を維持することができると共に，単独のガラス
封止材のみでセンサ素子と絶縁碍子との間を確実に気密
封止することができる。
【００１７】以上，本発明によれば，絶縁碍子とセンサ
素子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセ
ンサの製造方法を提供することができる。
素子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセ
ンサの製造方法を提供することができる。
【００１８】なお，ガラスペレットの形状は絶縁碍子の
内側面とセンサ素子の外側面の形状に沿うような側面形
状を持つよう構成することができ，また予めセンサ素子
を挿通するための貫通穴を持つバルク体とすることがで
きる。また，複数のペレットを用いることもできる。
内側面とセンサ素子の外側面の形状に沿うような側面形
状を持つよう構成することができ，また予めセンサ素子
を挿通するための貫通穴を持つバルク体とすることがで
きる。また，複数のペレットを用いることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例１にかかるガスセンサにつき，図１
〜図３を用いて説明する。図１に示すごとく，本例のガ
スセンサ１は，筒状の絶縁碍子２１と該絶縁碍子２１内
に封止固定されたセンサ素子１５と，上記絶縁碍子２１
が挿入配置された筒状のハウジング１０とよりなる。上
記ハウジング１０の基端側には内部に大気側雰囲気１４
２が形成された大気側カバー１２が設けてあり，上記ハ
ウジング１０の先端側には内部に被測定ガス側雰囲気１
４１が形成される被測定ガス側カバー１３を設けてあ
る。
〜図３を用いて説明する。図１に示すごとく，本例のガ
スセンサ１は，筒状の絶縁碍子２１と該絶縁碍子２１内
に封止固定されたセンサ素子１５と，上記絶縁碍子２１
が挿入配置された筒状のハウジング１０とよりなる。上
記ハウジング１０の基端側には内部に大気側雰囲気１４
２が形成された大気側カバー１２が設けてあり，上記ハ
ウジング１０の先端側には内部に被測定ガス側雰囲気１
４１が形成される被測定ガス側カバー１３を設けてあ
る。
【００２０】そして，図２に示すごとく，上記絶縁碍子
２１の内側面２１０と上記センサ素子１５の外側面１５
０との間はガラス封止材２５にて封止されると共に，こ
のガラス封止材２５における絶縁碍子２１の内側面２１
０とセンサ素子１５の外側面１５０との接触界面２５０
は他の部分よりもガスセンサ１の基端側方向に突出した
状態にある。
２１の内側面２１０と上記センサ素子１５の外側面１５
０との間はガラス封止材２５にて封止されると共に，こ
のガラス封止材２５における絶縁碍子２１の内側面２１
０とセンサ素子１５の外側面１５０との接触界面２５０
は他の部分よりもガスセンサ１の基端側方向に突出した
状態にある。
【００２１】以下，詳細に説明する。本例にかかるガス
センサ１は自動車内燃機関の排気系に取付けて，内燃機
関の空燃比制御に利用されるものである。図１に示すご
とく，ガスセンサ１において，ハウジング１０の先端側
には外側カバー１３１，内側カバー１３２よりなる二重
構造の被測定ガス側カバー１３が設けてある。両カバー
１３１，１３２は被測定ガスが導入される被測定ガス導
入穴１３０が設けてあり，ここから被測定ガスが導入さ
れて，内側カバー１３２の内部に被測定ガス側雰囲気１
４１が形成される。
センサ１は自動車内燃機関の排気系に取付けて，内燃機
関の空燃比制御に利用されるものである。図１に示すご
とく，ガスセンサ１において，ハウジング１０の先端側
には外側カバー１３１，内側カバー１３２よりなる二重
構造の被測定ガス側カバー１３が設けてある。両カバー
１３１，１３２は被測定ガスが導入される被測定ガス導
入穴１３０が設けてあり，ここから被測定ガスが導入さ
れて，内側カバー１３２の内部に被測定ガス側雰囲気１
４１が形成される。
【００２２】また，ハウジング１０の基端側には大気側
カバー１２が設けてある。大気側カバー１２の基端側の
外周面には撥水フィルタ１２２を介して外側カバー１２
１が設けてある。また，大気側カバー１２，外側カバー
１２１は共に撥水フィルタ１２２と対面する位置に大気
導入穴１２０が設けてある。また，大気側カバー１２は
基端側がより小径に，先端側がより大径に構成され，径
の切り替わり部分に段部１２９が形成されている。そし
て，ガスセンサ１の大気側カバー１２内には上記大気導
入穴１２０と連通し，大気が導入されて大気側雰囲気１
４２が形成される。
カバー１２が設けてある。大気側カバー１２の基端側の
外周面には撥水フィルタ１２２を介して外側カバー１２
１が設けてある。また，大気側カバー１２，外側カバー
１２１は共に撥水フィルタ１２２と対面する位置に大気
導入穴１２０が設けてある。また，大気側カバー１２は
基端側がより小径に，先端側がより大径に構成され，径
の切り替わり部分に段部１２９が形成されている。そし
て，ガスセンサ１の大気側カバー１２内には上記大気導
入穴１２０と連通し，大気が導入されて大気側雰囲気１
４２が形成される。
【００２３】図１，図２に示すごとく，上記ハウジング
１０は略筒状で，内側面には径方向内側に向かう二ヶ所
の突出部１０１，１０２が設けてある。基端側の突出部
１０１における受け面１０３は絶縁碍子２１の外側面に
設けられたテーパー部２１１を支承するよう構成されて
いる。なお，上記絶縁碍子２１は純度９８％のアルミナ
セラミックより構成されている。
１０は略筒状で，内側面には径方向内側に向かう二ヶ所
の突出部１０１，１０２が設けてある。基端側の突出部
１０１における受け面１０３は絶縁碍子２１の外側面に
設けられたテーパー部２１１を支承するよう構成されて
いる。なお，上記絶縁碍子２１は純度９８％のアルミナ
セラミックより構成されている。
【００２４】上記受け面１０３においては，環状の金属
パッキン１１を介してテーパー部２１１が支承される
（図２）。また，上記金属パッキン１１は純度９９％の
ニッケル材料より構成されている。そして，上記金属パ
ッキン１１の配置された部分で，ガスセンサ１内の大気
側雰囲気と被測定ガス側雰囲気が気密的に分離される。
パッキン１１を介してテーパー部２１１が支承される
（図２）。また，上記金属パッキン１１は純度９９％の
ニッケル材料より構成されている。そして，上記金属パ
ッキン１１の配置された部分で，ガスセンサ１内の大気
側雰囲気と被測定ガス側雰囲気が気密的に分離される。
【００２５】上記絶縁碍子２１の基端側の端面には大気
側絶縁碍子２２が配置され，該大気側絶縁碍子２２と大
気側カバー１２の段部１２９との間には皿バネ２２０が
設けてある。大気側絶縁碍子２２の内部には４本のリー
ド部１６が配置され，センサ素子１５と電気的導通が取
れるように両者は接触している。なお，センサ素子１５
は積層型の酸素濃度測定用のヒータ内蔵素子で，センサ
出力取出し用の電極を２つ，内蔵されたヒータ通電用の
電極を２つ，合計４つの外部導出用の電極端子を有する
（図示略）。上記４本のリード部１６はこれらの電極端
子とそれぞれ導通するよう接触している。
側絶縁碍子２２が配置され，該大気側絶縁碍子２２と大
気側カバー１２の段部１２９との間には皿バネ２２０が
設けてある。大気側絶縁碍子２２の内部には４本のリー
ド部１６が配置され，センサ素子１５と電気的導通が取
れるように両者は接触している。なお，センサ素子１５
は積層型の酸素濃度測定用のヒータ内蔵素子で，センサ
出力取出し用の電極を２つ，内蔵されたヒータ通電用の
電極を２つ，合計４つの外部導出用の電極端子を有する
（図示略）。上記４本のリード部１６はこれらの電極端
子とそれぞれ導通するよう接触している。
【００２６】上記リード部１６の基端側は大気側絶縁碍
子２２の外部において，コネクタ部１７を介してリード
線１８と接続されている。リード線１８は大気側カバー
１２の基端側に設けた弾性絶縁部材２３を通じてガスセ
ンサ１外部へ通じている。
子２２の外部において，コネクタ部１７を介してリード
線１８と接続されている。リード線１８は大気側カバー
１２の基端側に設けた弾性絶縁部材２３を通じてガスセ
ンサ１外部へ通じている。
【００２７】図２に示すごとく，上記絶縁碍子２１には
センサ素子１５が挿通されており，センサ素子１５と絶
縁碍子２１との間はガラス封止材２５にて封止固定され
ている。ガラス封止材２５の基端側の表面はセンサ素子
１５及び絶縁碍子２１とのそれぞれの接触界面２５０が
盛り上がっている。この接触界面２５０は環状である。
ガラス封止材２５と絶縁碍子２１との接触界面２５０は
円環状で，ガラス封止材２５とセンサ素子１５との接触
界面は角環状である。本例では，円環状である接触界面
２５０と角環状の接触界面２５０との全周が盛り上がっ
ている。また，上記ガラス封止材２５は，２１％（重量
％）Ｂ2Ｏ3−３４．６％ＺｎＯ−１２．２％ＳｉＯ2−
４．９％Ａｌ2Ｏ3−１４．２％ＢａＯ−１２．７％Ｍｇ
Ｏという組成である。
センサ素子１５が挿通されており，センサ素子１５と絶
縁碍子２１との間はガラス封止材２５にて封止固定され
ている。ガラス封止材２５の基端側の表面はセンサ素子
１５及び絶縁碍子２１とのそれぞれの接触界面２５０が
盛り上がっている。この接触界面２５０は環状である。
ガラス封止材２５と絶縁碍子２１との接触界面２５０は
円環状で，ガラス封止材２５とセンサ素子１５との接触
界面は角環状である。本例では，円環状である接触界面
２５０と角環状の接触界面２５０との全周が盛り上がっ
ている。また，上記ガラス封止材２５は，２１％（重量
％）Ｂ2Ｏ3−３４．６％ＺｎＯ−１２．２％ＳｉＯ2−
４．９％Ａｌ2Ｏ3−１４．２％ＢａＯ−１２．７％Ｍｇ
Ｏという組成である。
【００２８】また，本例にかかるガスセンサ１における
センサ素子１５と絶縁碍子２１の封止固定は次のように
行われる。図３に示すごとく，絶縁碍子２１とセンサ素
子１５，外形を絶縁碍子２１の内側面２１０に合わせ，
またセンサ素子１５が挿通可能となる貫通穴２６０を設
けた筒状ガラスペレット２６を準備する。なお，このガ
ラスペレット２６の基端側の表面２６９は平らである。
センサ素子１５と絶縁碍子２１の封止固定は次のように
行われる。図３に示すごとく，絶縁碍子２１とセンサ素
子１５，外形を絶縁碍子２１の内側面２１０に合わせ，
またセンサ素子１５が挿通可能となる貫通穴２６０を設
けた筒状ガラスペレット２６を準備する。なお，このガ
ラスペレット２６の基端側の表面２６９は平らである。
【００２９】ガラスペレット２６に対しセンサ素子１５
を挿入し，次いでガラスペレット２６を絶縁碍子２１に
挿入する。なお，この順序は逆でもよい。その後，三者
を温度８００〜９５０℃に維持された加熱炉で３０分〜
５時間加熱し，その後，自然冷却して溶融したガラスペ
レット２６を固化させる。
を挿入し，次いでガラスペレット２６を絶縁碍子２１に
挿入する。なお，この順序は逆でもよい。その後，三者
を温度８００〜９５０℃に維持された加熱炉で３０分〜
５時間加熱し，その後，自然冷却して溶融したガラスペ
レット２６を固化させる。
【００３０】ガラスペレット２６が溶融した際に表面張
力によって，センサ素子１５や絶縁碍子２１と接した接
触界面２５０近傍が盛り上がるため，冷却によって，自
然と図１，図２に記載したごとき，接触界面２５０が基
端側に突出し，他の部分が略平らとなる形状が形成され
る。これにより，ガラス材料が隙間なく均一に充填さ
れ，シール性が向上する。その後，一体化したセンサ素
子１５−絶縁碍子２１のアセンブリを金属パッキン１１
を介してハウジング１０に設置する等して，ガスセンサ
１を構成する。
力によって，センサ素子１５や絶縁碍子２１と接した接
触界面２５０近傍が盛り上がるため，冷却によって，自
然と図１，図２に記載したごとき，接触界面２５０が基
端側に突出し，他の部分が略平らとなる形状が形成され
る。これにより，ガラス材料が隙間なく均一に充填さ
れ，シール性が向上する。その後，一体化したセンサ素
子１５−絶縁碍子２１のアセンブリを金属パッキン１１
を介してハウジング１０に設置する等して，ガスセンサ
１を構成する。
【００３１】本例の作用効果について説明する。本例で
は，図２に示すごとく，ガラス封止材２５の基端側の表
面において，絶縁碍子２１の内側面２１０とセンサ素子
１５の外側面１５０との接触界面２５０を他の部分より
もガスセンサ１の基端側方向に突出した形状とすること
で，ガラス封止材２５におけるセンサ素子１５と絶縁碍
子２１との界面を強固に固定し，高い気密性を維持する
ことができる。
は，図２に示すごとく，ガラス封止材２５の基端側の表
面において，絶縁碍子２１の内側面２１０とセンサ素子
１５の外側面１５０との接触界面２５０を他の部分より
もガスセンサ１の基端側方向に突出した形状とすること
で，ガラス封止材２５におけるセンサ素子１５と絶縁碍
子２１との界面を強固に固定し，高い気密性を維持する
ことができる。
【００３２】更に，本例に示した方法では，図３に示す
ごとく，所定の形状に構成したガラスペレット２６を絶
縁碍子２１内に挿入し，ガラスペレット２６内の貫通穴
２６０にセンサ素子１５を配置した後，ガラスペレット
２６を溶融固化させることで絶縁碍子２１に対しセンサ
素子１５を封止固定している。これにより，粉末ガラス
材料等を充填してガラス封止材となす従来方法と比較し
て，より高密度で緻密なガラス封止材２５による封止が
実現できる。
ごとく，所定の形状に構成したガラスペレット２６を絶
縁碍子２１内に挿入し，ガラスペレット２６内の貫通穴
２６０にセンサ素子１５を配置した後，ガラスペレット
２６を溶融固化させることで絶縁碍子２１に対しセンサ
素子１５を封止固定している。これにより，粉末ガラス
材料等を充填してガラス封止材となす従来方法と比較し
て，より高密度で緻密なガラス封止材２５による封止が
実現できる。
【００３３】このため，別部材，例えば粉体材料を用い
たり，多段的に封止材料を充填する等の手間や管理項目
の多い手法を利用せずとも，単独のガラス封止材のみで
センサ素子と絶縁碍子との間を確実に気密封止すること
ができる。
たり，多段的に封止材料を充填する等の手間や管理項目
の多い手法を利用せずとも，単独のガラス封止材のみで
センサ素子と絶縁碍子との間を確実に気密封止すること
ができる。
【００３４】以上，本例によれば，絶縁碍子とセンサ素
子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセン
サ及びその製造方法を提供することができる。
子との間をガラスのみで封止可能な構成としたガスセン
サ及びその製造方法を提供することができる。
【００３５】その他，本発明にかかるガスセンサに対す
る採用に適したガラス封止材の組成を以下の表１〜表６
に示した。なお，表中の組成（ｗｔ％）と記された欄の
数値は全て酸化物換算での値である。
る採用に適したガラス封止材の組成を以下の表１〜表６
に示した。なお，表中の組成（ｗｔ％）と記された欄の
数値は全て酸化物換算での値である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】実施形態例２ 本例は，絶縁碍子の内側面２１０とガラス封止材２５と
の接触界面２５０の盛り上がり量と気密もれ量との間の
関係について測定を行った。つまり，多くのガスセンサ
を準備して，各ガスセンサにおける絶縁碍子２１の内側
面２１０とガラス封止材２５との接触界面２５０の状態
が，図４（ａ）に示すごとく，盛り上がっているもの及
び盛り下がっているものに分類する。
の接触界面２５０の盛り上がり量と気密もれ量との間の
関係について測定を行った。つまり，多くのガスセンサ
を準備して，各ガスセンサにおける絶縁碍子２１の内側
面２１０とガラス封止材２５との接触界面２５０の状態
が，図４（ａ）に示すごとく，盛り上がっているもの及
び盛り下がっているものに分類する。
【００４３】それぞれのガスセンサについて，次のよう
に気密もれ量を測定した。すなわち，各ガスセンサを図
５に示す装置に組み込んで，大気側と被測定ガス側との
気密漏れについて測定した。この装置は，エア供給を制
御するバルブ７１を設けた気密漏れ量測定器７２とガス
センサ取付治具７４と，両者を結ぶパイプに設けたバル
ブ７３とよりなる。
に気密もれ量を測定した。すなわち，各ガスセンサを図
５に示す装置に組み込んで，大気側と被測定ガス側との
気密漏れについて測定した。この装置は，エア供給を制
御するバルブ７１を設けた気密漏れ量測定器７２とガス
センサ取付治具７４と，両者を結ぶパイプに設けたバル
ブ７３とよりなる。
【００４４】測定方法について説明すると，取付治具７
４にガスセンサ１を取付けて，大気側と被測定ガス側と
を気密的に分離する。この状態でバルブ７１，７３を開
けてエアを取付治具７４内のエア溜まり７４０に供給す
る。なお，ガスセンサ１のハウジング１０と取付治具７
４との間はゴムパッキン７４１でシールされている。
４にガスセンサ１を取付けて，大気側と被測定ガス側と
を気密的に分離する。この状態でバルブ７１，７３を開
けてエアを取付治具７４内のエア溜まり７４０に供給す
る。なお，ガスセンサ１のハウジング１０と取付治具７
４との間はゴムパッキン７４１でシールされている。
【００４５】仮に絶縁碍子２１とガラス封止材２５との
間のシールが不充分であれば，両者間からエアが同図の
矢線に示すごとくリークするため，時間と共にエア溜ま
り７４０に圧力降下が生じる。従って，この装置を用い
てエア溜まり７４０に所定量のエア（４気圧）を供給
し，１０秒経過後にエア溜まり７４０の圧力を測定し
た。この値から気密漏れ量（ｃｍ3）が分かる。ただし
その他の箇所からの気密もれがないことを予め予備試験
で確認しておく。この結果を図４（ｂ）に記載した。
間のシールが不充分であれば，両者間からエアが同図の
矢線に示すごとくリークするため，時間と共にエア溜ま
り７４０に圧力降下が生じる。従って，この装置を用い
てエア溜まり７４０に所定量のエア（４気圧）を供給
し，１０秒経過後にエア溜まり７４０の圧力を測定し
た。この値から気密漏れ量（ｃｍ3）が分かる。ただし
その他の箇所からの気密もれがないことを予め予備試験
で確認しておく。この結果を図４（ｂ）に記載した。
【００４６】同図より，盛り上がり量が０となると気密
もれが生じることが解る。なお，盛り上がり量は走査型
電子顕微鏡を用いて接触界面２５０を観察することで精
密に測定することができる。本例も走査型電子顕微鏡を
用いた観察から盛り上がり量及び盛り下がり量を測定し
た。また，本例は絶縁碍子２１とガラス封止材２５との
間の接触界面２５０についての測定であるが，センサ素
子１５とガラス封止材２５との間の接触界面２５０につ
いて同じように気密もれ量を測定したところ，本例と同
様の結果を得ることができた。
もれが生じることが解る。なお，盛り上がり量は走査型
電子顕微鏡を用いて接触界面２５０を観察することで精
密に測定することができる。本例も走査型電子顕微鏡を
用いた観察から盛り上がり量及び盛り下がり量を測定し
た。また，本例は絶縁碍子２１とガラス封止材２５との
間の接触界面２５０についての測定であるが，センサ素
子１５とガラス封止材２５との間の接触界面２５０につ
いて同じように気密もれ量を測定したところ，本例と同
様の結果を得ることができた。
【図１】実施形態例１における，ガスセンサの縦断面説
明図。
明図。
【図２】実施形態例１における，ガスセンサの要部拡大
説明図。
説明図。
【図３】実施形態例１における，センサ素子，絶縁碍
子，ガラスペレットの組み立て説明図。
子，ガラスペレットの組み立て説明図。
【図４】実施形態例２における，（ａ）絶縁碍子の内側
側面とガラス封止材との接触界面を示す拡大説明図及び
（ｂ）絶縁碍子の内側側面とガラス封止材との接触界面
の盛り上がり量と気密もれ量との間の関係を示す線図。
側面とガラス封止材との接触界面を示す拡大説明図及び
（ｂ）絶縁碍子の内側側面とガラス封止材との接触界面
の盛り上がり量と気密もれ量との間の関係を示す線図。
【図５】実施形態例２における，気密もれ量の測定方法
を示す説明図。
を示す説明図。
１．．．ガスセンサ， １０．．．ハウジング， １２．．．大気側カバー， １３．．．被測定ガス側カバー， １４１．．．被測定ガス側雰囲気， １４２．．．大気側雰囲気， １５．．．センサ素子， ２１．．．絶縁碍子， ２５．．．ガラス封止材， ２６．．．ガラスペレット，
Claims (3)
- 【請求項１】 筒状の絶縁碍子と該絶縁碍子内に封止固
定されたセンサ素子と，上記絶縁碍子が挿入配置された
筒状のハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側
には内部に大気側雰囲気が形成された大気側カバーが設
けてあるガスセンサにおいて，上記絶縁碍子の内側面と
上記センサ素子の外側面との間はガラス封止材にて封止
されると共に，このガラス封止材における絶縁碍子内側
面とセンサ素子外側面との接触界面は他の部分よりもガ
スセンサの基端側方向に突出した状態にあることを特徴
とするガスセンサ。 - 【請求項２】 請求項１において，上記接触界面におい
て基端側方向に突出した箇所は，接触界面の全周の９８
％以上であることを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項３】 筒状の絶縁碍子と該絶縁碍子内に封止固
定されたセンサ素子と，上記絶縁碍子が挿入配置された
筒状のハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側
には内部に大気側雰囲気が形成された大気側カバーが設
けてあり，上記ハウジングの先端側には内部に被測定ガ
ス側雰囲気が形成される被測定ガス側カバーを設けてあ
ると共に，上記絶縁碍子の内側面と上記センサ素子の外
側面との間はガラス封止材にて封止されると共に，この
ガラス封止材における絶縁碍子内側面とセンサ素子外側
面との接触界面は他の部分よりもガスセンサの基端側方
向に突出した状態にあるガスセンサを製造するに当り，
外形を絶縁碍子の内側面に合わせ，またセンサ素子が挿
通可能となる貫通穴を設けた筒状ガラスペレットを準備
し，該ガラスペレットを上記絶縁碍子内に挿入し，ガラ
スペレット内の貫通穴にセンサ素子を配置した後，ガラ
スペレットを溶融固化させることにより，絶縁碍子内に
センサ素子を封止固定することを特徴とするガスセンサ
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001123119A JP3800978B2 (ja) | 2000-06-30 | 2001-04-20 | ガスセンサ及びその製造方法 |
| US09/879,069 US6546783B2 (en) | 2000-06-30 | 2001-06-13 | Gas sensor and manufacturing method for the same |
| EP01115584A EP1167961B9 (en) | 2000-06-30 | 2001-06-28 | Gas sensor and manufacturing method for the same |
| US10/298,577 US6637256B2 (en) | 2000-06-30 | 2002-11-19 | Gas sensor and manufacturing method for the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-198000 | 2000-06-30 | ||
| JP2000198000 | 2000-06-30 | ||
| JP2001123119A JP3800978B2 (ja) | 2000-06-30 | 2001-04-20 | ガスセンサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002082089A true JP2002082089A (ja) | 2002-03-22 |
| JP3800978B2 JP3800978B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=26595075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001123119A Expired - Lifetime JP3800978B2 (ja) | 2000-06-30 | 2001-04-20 | ガスセンサ及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6546783B2 (ja) |
| EP (1) | EP1167961B9 (ja) |
| JP (1) | JP3800978B2 (ja) |
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| US10514349B2 (en) | 2015-09-29 | 2019-12-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
| WO2023199691A1 (ja) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
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| 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 |
| DE10127917C1 (de) * | 2001-06-08 | 2002-12-12 | Bosch Gmbh Robert | Gassensor, insbesondere Lambdasonde |
| JP2004264262A (ja) * | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Denso Corp | セラミック素子と摺動端子との摺動接触構造 |
| EP1507144B1 (en) * | 2003-07-04 | 2018-05-09 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Cylindrical gas sensor comprising a vibration resistant protector |
| DE102004063173A1 (de) * | 2004-12-29 | 2006-07-13 | Robert Bosch Gmbh | Gasmessfühler |
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| US8147667B2 (en) | 2006-12-20 | 2012-04-03 | Robert Bosch Gmbh | Exhaust gas sensor and method of manufacture |
| US7980132B2 (en) | 2008-08-26 | 2011-07-19 | Caterpillar Inc. | Sensor assembly having a thermally insulating enclosure |
| US9297791B2 (en) | 2012-12-20 | 2016-03-29 | Robert Bosch Gmbh | Gas sensor with thermal shock protection |
| JP6234847B2 (ja) | 2014-03-10 | 2017-11-22 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサの組立方法およびガスセンサの組立装置 |
| US10190895B2 (en) * | 2015-03-16 | 2019-01-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for assembling gas sensor, and gas sensor assembly apparatus |
| JP6610228B2 (ja) * | 2015-12-10 | 2019-11-27 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス管成形用スリーブ |
| US10564157B2 (en) * | 2017-02-28 | 2020-02-18 | Corning Incorporated | Analyte detection utilizing nanoporous glass analyte concentrator |
| JP7396917B2 (ja) | 2020-02-12 | 2023-12-12 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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