JP2003194767A - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

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JP2003194767A
JP2003194767A JP2001398939A JP2001398939A JP2003194767A JP 2003194767 A JP2003194767 A JP 2003194767A JP 2001398939 A JP2001398939 A JP 2001398939A JP 2001398939 A JP2001398939 A JP 2001398939A JP 2003194767 A JP2003194767 A JP 2003194767A
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Tomohiko Funabashi
智彦 船橋
Keiichi Noda
恵一 野田
Keisuke Makino
圭祐 牧野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor where an element is completely protected from condensed water or the like by a relatively simple method without changing the structure of the element. <P>SOLUTION: The gas sensor 1 comprises a flat ceramic element 2 where a detection section D is formed at the front end side, and double protectors 6a and 6b for protecting the flat ceramic element 2 from moisture and oil content contained in the condensed water or gas to be detected. On one surface of the detection section D, a protection layer 24 is provided so that an electrode 25 for composing the gas detection surface is covered. Then, at a sidewall section W3 of the inner protector 6b, a gas-introducing hole 60 is formed at an angle position that faces the protection layer 24. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen sensor, HC
The present invention relates to a gas sensor such as a sensor or a NOx sensor for detecting a detected component in a gas to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述のようなガスセンサとして、被検出
成分を検出する検出部が前端に形成された検出素子を、
金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知ら
れている。中でも近年は、素子が活性になるまでの時間
を短くするという点を重視した、ヒータ内蔵型の板状素
子を有するガスセンサが主流となりつつある。このよう
なガスセンサにおいては、測定雰囲気中に位置する検出
部を覆うプロテクタが設けられている。プロテクタの側
壁部にはガス流通孔が形成され、排気ガス等の被測定ガ
スはこのガス流通孔からプロテクタ内に導かれ、検出部
と接触する。
2. Description of the Related Art As a gas sensor as described above, a detection element for detecting a component to be detected has a detection element formed at its front end.
A structure in which a metal casing is arranged inside is known. In particular, in recent years, a gas sensor having a plate-shaped element with a built-in heater, which places importance on shortening the time until the element becomes active, is becoming the mainstream. In such a gas sensor, a protector is provided to cover the detection unit located in the measurement atmosphere. A gas flow hole is formed in the side wall of the protector, and a gas to be measured such as exhaust gas is introduced into the protector through the gas flow hole and contacts the detector.

【0003】ところで、板状の検出素子は、筒状のもの
に比べ熱衝撃性に劣る。つまり、水や油等の付着した場
合にはクラックや割れが発生しやすい。そこで、熱衝撃
に強い保護層でガス検出面を被覆して保護するのが普通
である。他方、検出部を保護するプロテクタに関してい
えば、被測定ガス中の水滴や油滴あるいは汚れ等に対し
て、さらにプロテクタの壁部表面や内部空間で凝縮した
凝縮水の侵入に対して検出部の保護機能を高めるため、
プロテクタを内外2つの筒状部からなる二重構造とした
ものも多く使用されている。このような二重構造のプロ
テクタにおいては、内外のプロテクタの側壁部にそれぞ
れガス入口を形成し、被測定ガスはまず外プロテクタの
ガス入口を通り、次いで内プロテクタのガス入口を通っ
て検出部に到達する。
By the way, the plate-shaped detecting element is inferior in thermal shock resistance to the cylindrical one. That is, when water or oil adheres, cracks or breaks easily occur. Therefore, it is usual to cover the gas detection surface with a protective layer resistant to thermal shock to protect it. On the other hand, with regard to the protector that protects the detection unit, the detection unit protects against water droplets, oil droplets, dirt, etc. in the gas to be measured, as well as intrusion of condensed water condensed on the wall surface of the protector and the internal space. To enhance the protection function,
A protector having a double structure composed of two cylindrical parts inside and outside is also often used. In such a dual structure protector, gas inlets are formed in the side walls of the inner and outer protectors, respectively, and the gas to be measured first passes through the gas inlet of the outer protector and then the gas inlet of the inner protector to reach the detection portion. To reach.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出素
子のガス検出面には保護層が形成されているものの、そ
の他の面には配慮がなされていない場合がほとんどであ
る。そのため、凝縮水等が多量に発生するような測定雰
囲気におかれる場合、単にプロテクタを2重にしただけ
では、検出素子を完全に保護できない恐れがある。検出
部全体を保護層で被覆する方法が無いわけではないが非
常に面倒であり、製造工程や製造コストの増大を招くの
で好ましくない。
However, in most cases, the protective layer is formed on the gas detection surface of the detection element, but no consideration is given to other surfaces. Therefore, in a measurement atmosphere in which a large amount of condensed water or the like is generated, there is a possibility that the detection element cannot be completely protected by simply doubling the protector. It is not preferable that there is no method of covering the entire detection part with a protective layer, but it is very troublesome and increases the manufacturing process and manufacturing cost.

【0005】そこで本発明は、素子の構造を変更するこ
となく、比較的簡単な手法により凝縮水等から素子が完
全に保護されたガスセンサを提供することを課題とす
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensor in which the element is completely protected from condensed water and the like by a relatively simple method without changing the structure of the element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明のガスセンサは、検出素子の軸
線方向前端側に形成された検出部と、これを覆う形態に
て設けられる筒状の内プロテクタと、該内プロテクタの
外側に配置される同じく筒状の外プロテクタとを備えた
ガスセンサにおいて、検出部は、板状の固体電解質体の
表面に電極が形成され、該電極を覆う形で保護層が設け
られるとともに、裏面側にセラミックヒータが隣接する
構造を有し、外プロテクタの側壁部には、自身の内外に
被検出ガスを流通させるためのガス流通孔が形成され、
内プロテクタの側壁部には、自身内部の検出空間に被検
出ガスを導入するためのガス導入孔が形成される一方、
固体電解質体の板厚方向における保護層のある側を当該
ガスセンサの正面側と定め、さらに、検出部を含み軸線
方向に垂直な断面において、電極と、それを覆う保護層
との板厚方向に垂直な接合境界線を定め、該接合境界線
を含み、かつ軸線と平行な仮想平面にて内プロテクタの
側壁部を2分割した場合、正面側に位置する一方のみに
ガス導入孔が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a gas sensor according to the present invention is a gas sensor of the present invention, and a detection section formed on the front end side in the axial direction of a detection element, and a cylinder provided so as to cover the detection section. In a gas sensor including a cylindrical inner protector and a cylindrical outer protector arranged outside the inner protector, the detection unit has an electrode formed on the surface of a plate-shaped solid electrolyte body and covers the electrode. The protective layer is provided in a shape, and has a structure in which the ceramic heater is adjacent to the back side, the side wall of the outer protector, a gas flow hole for flowing the gas to be detected inside and outside itself is formed,
On the side wall portion of the inner protector, while a gas introduction hole for introducing the gas to be detected into the detection space inside itself is formed,
The side with the protective layer in the plate thickness direction of the solid electrolyte body is defined as the front side of the gas sensor, and further, in the cross section perpendicular to the axial direction including the detection part, in the plate thickness direction of the electrode and the protective layer covering it. When a vertical joint boundary line is defined and the side wall portion of the inner protector is divided into two parts along an imaginary plane that includes the joint boundary line and is parallel to the axis, the gas introduction hole is formed only on one side located on the front side. It is characterized by being

【0007】上記本発明は、ガス検出能に方向依存性の
あるいわゆるTF(Thich Film)タイプの検出素子と、
2重構造のプロテクタとを備えたガスセンサであって、
特に、内プロテクタの側壁部に形成すべきガス導入孔の
位置を、特定範囲内に定めたものである。具体的にいう
と、検出素子の検出部において、ガス検出面である表面
側は熱衝撃に強い保護層が設けられているので、内プロ
テクタに形成するガス導入孔を、なるべくその保護層側
に形成するのである。このようにすると、ガス導入孔か
らみてセラミックヒータ側(保護層と反対側)はブライ
ンドゾーンとなるし、素子の側面は少なくともガス導入
孔と正対しなくなる。そうだとすれば、外プロテクタの
内周面などで生じた凝縮水、あるいは被検出ガスに含ま
れる水や油が内プロテクタ内の検出空間に侵入する場合
であっても、少なくとも検出部の側面や、セラミックヒ
ータ側の面にそれらが付着することを防止ないし抑制で
きる。従って、熱衝撃によって検出素子に割れやクラッ
クが生ずるという不具合の無い、耐久性に優れるガスセ
ンサを提供できる。特に、凝縮水等が非常に発生しやす
い雰囲気になればなるほど、その効果は顕著である。ま
た、素子の構造を変更する必要もないので、非常に安価
に製造できる。
The present invention described above includes a so-called TF (Thich Film) type detection element having a gas detection ability directionally dependent,
A gas sensor having a double structure protector,
In particular, the position of the gas introduction hole to be formed in the side wall portion of the inner protector is set within a specific range. Specifically, in the detection part of the detection element, the surface side that is the gas detection surface is provided with a protective layer that is resistant to thermal shock, so the gas introduction hole formed in the inner protector should be as close to the protective layer side as possible. To form. By doing so, the ceramic heater side (the side opposite to the protective layer) becomes a blind zone when viewed from the gas introduction hole, and the side surface of the element does not at least face the gas introduction hole. If so, even when condensed water generated on the inner peripheral surface of the outer protector or water or oil contained in the gas to be detected enters the detection space in the inner protector, at least the side surface of the detection unit or It is possible to prevent or suppress their adhesion to the surface on the ceramic heater side. Therefore, it is possible to provide a gas sensor having excellent durability, which is free from the problem that the detection element is cracked or cracked by thermal shock. In particular, the effect becomes more remarkable as the atmosphere becomes more likely to generate condensed water. Further, since it is not necessary to change the structure of the element, it can be manufactured at a very low cost.

【0008】なお、側壁部に形成されたガス導入孔から
ガス検出空間に導入された被検出ガスは、たとえば内プ
ロテクタの前端部に形成されたガス排出孔より外部へ排
出されるようにするとよい。また、少なくとも保護層の
形成されていない素子の側面がガス導入孔と正対しない
ようにするとよいので、保護層と電極との界面を基準と
すれば設計も容易である。実際には、電極はマイクロメ
ートルオーダーの薄膜形状となるので、保護層と固体電
解質体との界面を上記接合境界線とすることもできる。
The gas to be detected introduced into the gas detection space from the gas introduction hole formed in the side wall portion may be discharged to the outside through a gas discharge hole formed in the front end portion of the inner protector, for example. . In addition, at least the side surface of the element on which the protective layer is not formed does not face the gas introduction hole, so that the design is easy if the interface between the protective layer and the electrode is used as a reference. In practice, since the electrode has a thin film shape on the order of micrometers, the interface between the protective layer and the solid electrolyte body can be used as the junction boundary line.

【0009】[0009]

【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
酸素センサはλ型酸素センサと通称されるもので、細長
い板状のセラミック素子2(検出素子と同義)が主体金
具3に固定された構造を有している。そして、該主体金
具3の外周面に形成された取付ネジ部3aにより、前端
側の検出部Dが排気管内に位置するように取り付けら
れ、該排気管内を流れる被測定ガスとしての高温の排気
ガスに晒される。なお、本明細書では、主体金具3の中
心軸線O(単に軸線Oともいう)方向において検出部D
の突出側を「前方側(あるいは前端側)」、これと反対
側を「後方側(あるいは後端側)」として説明を行な
う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below with reference to the examples shown in the drawings. FIG. 1 shows an oxygen sensor 1 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile or the like as an embodiment of the gas sensor of the present invention. This oxygen sensor is commonly called a λ type oxygen sensor, and has a structure in which an elongated plate-shaped ceramic element 2 (synonymous with a detection element) is fixed to a metal shell 3. Then, the front end side detection portion D is mounted so as to be located in the exhaust pipe by the mounting screw portion 3a formed on the outer peripheral surface of the metal shell 3, and the high temperature exhaust gas as the measured gas flowing in the exhaust pipe. Be exposed to. In the present specification, the detection unit D is arranged in the direction of the central axis O of the metal shell 3 (also simply referred to as the axis O).
The description will be made assuming that the protruding side of "is the front side (or the front end side)" and the opposite side is the "rear side (or the rear end side)".

【0010】セラミック素子2は方形状の軸断面を有
し、図2(a)に示すように、それぞれ横長板状に形成
された酸素濃淡電池素子21と、該酸素濃淡電池素子2
1を所定の活性化温度に加熱するセラミックヒータ22
とが積層されたものとして構成されている。なお、酸素
濃淡電池素子21は、ジルコニア等を主体とする酸素イ
オン伝導性固体電解質により構成されている。他方、セ
ラミックヒータ22は抵抗発熱体を内蔵する公知のもの
とされる。
The ceramic element 2 has a rectangular axial cross section, and as shown in FIG. 2 (a), an oxygen concentration battery element 21 formed in a horizontally long plate shape and the oxygen concentration battery element 2 respectively.
Ceramic heater 22 for heating 1 to a predetermined activation temperature
And are configured to be laminated. The oxygen concentration battery element 21 is composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte mainly composed of zirconia or the like. On the other hand, the ceramic heater 22 is a known one having a resistance heating element built therein.

【0011】酸素濃淡電池素子21において多孔質電極
25,26には、その長手方向に沿って酸素センサ1の
取付基端側に向けて延びる電極リード部25a,26a
がそれぞれ一体化されている。このうち、セラミックヒ
ータ22と対向しない側の電極25からの電極リード部
25aは、その末端が電極端子部7として使用される。
検出部Dにおいては、積層方向の一方側の電極、すなわ
ちガス検出面をなす多孔質電極25を覆う形で保護層2
4が設けられている。保護層24は、アルミナ等を主体
として、熱衝撃性に優れ、酸素分子を容易に透過させる
ようにした多孔質セラミック層とされている。
In the oxygen concentration battery element 21, the porous electrodes 25 and 26 have electrode lead portions 25a and 26a extending in the longitudinal direction toward the mounting base end side of the oxygen sensor 1.
Are integrated respectively. Of these, the electrode lead portion 25a from the electrode 25 on the side not facing the ceramic heater 22 has its end used as the electrode terminal portion 7.
In the detection part D, the protective layer 2 is formed so as to cover the electrode on one side in the stacking direction, that is, the porous electrode 25 forming the gas detection surface.
4 are provided. The protective layer 24 is mainly made of alumina or the like, has a high thermal shock resistance, and is a porous ceramic layer that allows oxygen molecules to easily pass therethrough.

【0012】一方、セラミックヒータ22に対向する側
の電極26の電極リード部26aは、図2(c)に示す
ように、酸素濃淡電池素子21を厚さ方向に横切るビア
26bにより反対側の素子面に形成された電極端子部7
と接続されている。すなわち、酸素濃淡電池素子21
は、両多孔質電極25,26の電極端子部7が電極25
側の板面末端に並んで形成される形となっている。上記
各電極、電極端子部及びビアは、Pt又はPt合金な
ど、酸素分子解離反応の触媒活性を有した金属粉末のペ
ーストを用いてスクリーン印刷等によりパターン形成
し、これを焼成することにより得られるものである。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, the electrode lead portion 26a of the electrode 26 on the side opposite to the ceramic heater 22 is provided with a via 26b that crosses the oxygen concentration battery element 21 in the thickness direction, and the element on the opposite side. Electrode terminal portion 7 formed on the surface
Connected with. That is, the oxygen concentration battery element 21
Is the electrode terminal portion 7 of both porous electrodes 25, 26.
It is formed so as to be lined up at the end of the side plate surface. The above-mentioned electrodes, electrode terminal portions and vias are obtained by forming a pattern by screen printing using a paste of metal powder having catalytic activity for oxygen molecule dissociation reaction, such as Pt or Pt alloy, and firing it. It is a thing.

【0013】一方、セラミックヒータ22の抵抗発熱体
パターン23に通電するためのリード部23a,23a
も、図2(d)に示すように、セラミックヒータ22の
酸素濃淡電池素子21と対向しない側の板面末端に形成
された電極端子部7,7に、それぞれビア23bを介し
て接続されている。図2(b)は、検出部Dにおける軸
線O方向に垂直な断面HSを示している。本図に示すよ
うに、酸素濃淡電池素子21とセラミックヒータ22と
は、ZrO系セラミックあるいはAl系セラミ
ック等のセラミック層27を介して互いに接合される。
そして、酸素濃淡電池素子21は、接合側の多孔質電極
(酸素基準側多孔質電極)26が、微小なポンピング電
流の印加により酸素基準電極として機能する一方、反対
側の多孔質電極25が排気ガスと接触する検出側電極と
なり、その表面がガス検出面となる。このように、検出
部Dは、板状の酸素濃淡電池素子21の表面に多孔質電
極25が形成され、該多孔質電極25を覆う形で多孔質
セラミックで構成された保護層24が設けられている。
そして、酸素濃淡電池素子21の板厚方向に関して、保
護層24とは反対側となる裏面側にセラミックヒータ2
2が隣接する構造となっている。
On the other hand, lead portions 23a, 23a for energizing the resistance heating element pattern 23 of the ceramic heater 22.
Also, as shown in FIG. 2D, the ceramic heater 22 is connected to the electrode terminal portions 7, 7 formed at the end of the plate surface on the side not facing the oxygen concentration battery element 21 via the vias 23b, respectively. There is. FIG. 2B shows a cross section HS of the detector D perpendicular to the axis O direction. As shown in the figure, the oxygen concentration battery element 21 and the ceramic heater 22 are bonded to each other via a ceramic layer 27 such as a ZrO 2 system ceramic or an Al 2 O 3 system ceramic.
Then, in the oxygen concentration battery element 21, the porous electrode (oxygen reference side porous electrode) 26 on the bonding side functions as an oxygen reference electrode by the application of a minute pumping current, while the porous electrode 25 on the opposite side is exhausted. It becomes the detection side electrode that comes into contact with the gas, and its surface becomes the gas detection surface. As described above, in the detection unit D, the porous electrode 25 is formed on the surface of the plate-shaped oxygen concentration battery element 21, and the protective layer 24 made of porous ceramic is provided so as to cover the porous electrode 25. ing.
The ceramic heater 2 is provided on the back surface side opposite to the protective layer 24 in the plate thickness direction of the oxygen concentration battery element 21.
Two are adjacent to each other.

【0014】図1に戻りセラミック素子2は、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、前端側の検出部Dが、排気管に固定される主体金具
3の前端より突出した状態で絶縁体4内に固定される。
絶縁体4には、その軸線方向において挿通孔30の後端
に一端が連通し、他端が絶縁体4の後端面に開口すると
ともに軸断面が該挿通孔30よりも大径の空隙部31が
形成されている。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(例えば結晶化亜
鉛シリカホウ酸系ガラス)を主体に構成される封着材層
32により封着されている。
Returning to FIG. 1, the ceramic element 2 is inserted into the insertion hole 30 of the insulator 4 arranged inside the metal shell 3, and the detection portion D on the front end side is fixed to the exhaust pipe. It is fixed in the insulator 4 while protruding from the front end.
One end of the insulator 4 communicates with the rear end of the insertion hole 30 in the axial direction, the other end opens to the rear end surface of the insulator 4, and the void portion 31 has an axial cross section larger than that of the insertion hole 30. Are formed. A space between the inner surface of the void 31 and the outer surface of the ceramic element 2 is sealed by a sealing material layer 32 mainly composed of glass (for example, crystallized zinc silica borate glass).

【0015】絶縁体4と主体金具3との間には、軸線方
向に隣接してタルクリング36と加締めリング37とが
はめ込まれ、主体金具3の後端側外周部を、加締めリン
グ37を介して絶縁体4側に加締めることにより、絶縁
体4と主体金具3とが固定されている。
A talc ring 36 and a caulking ring 37 are fitted between the insulator 4 and the metal shell 3 so as to be adjacent to each other in the axial direction, and the outer peripheral portion of the metal shell 3 on the rear end side is caulking ring 37. The insulator 4 and the metal shell 3 are fixed to each other by caulking the insulator 4 side via the.

【0016】また、外筒18の後端部内側にはセラミッ
クセパレータ16およびグロメット15が嵌め込まれ、
これらに続いてそのさらに内方側にコネクタ部13が設
けられている。リード線14の後端側はセラミックセパ
レータ16を貫通して外部に延びている。一方、リード
線14の前端側は、コネクタ部13を介して図2に示す
セラミック素子2の各電極端子部7に電気的に接続され
ている。
A ceramic separator 16 and a grommet 15 are fitted inside the rear end of the outer cylinder 18,
Following these, a connector portion 13 is provided further inward. The rear end side of the lead wire 14 penetrates the ceramic separator 16 and extends to the outside. On the other hand, the front end side of the lead wire 14 is electrically connected to each electrode terminal portion 7 of the ceramic element 2 shown in FIG. 2 via the connector portion 13.

【0017】酸素センサ1は、取付ねじ部3aにおいて
車両の排気管に固定される。その検出部Dが排気ガスに
晒されると、酸素濃淡電池素子21の多孔質電極25
(図2)が排気ガスと接触し、酸素濃淡電池素子21に
は該排気ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃淡電池起電力
が生じる。この起電力がセンサ出力として取り出され
る。
The oxygen sensor 1 is fixed to the exhaust pipe of the vehicle at the mounting screw portion 3a. When the detection part D is exposed to exhaust gas, the porous electrode 25 of the oxygen concentration battery element 21
(FIG. 2) comes into contact with the exhaust gas, and an oxygen concentration battery electromotive force corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas is generated in the oxygen concentration battery element 21. This electromotive force is taken out as a sensor output.

【0018】主体金具3の前端には、セラミック素子2
の突出部分、すなわち検出部Dを覆う形態にて筒状の内
プロテクタ6bと、該内プロテクタ6bの外側に軸線O
に関して同軸状に配置される同じく筒状の外プロテクタ
6aとが固定されている。主体金具3の取付ネジ部3a
よりも前端側部分は、少し縮径されて小径部3bが形成
されている。プロテクタ6a,6bは、各々の側壁部W
1,W3の基端側が互いに重ね合わされる形で、小径部
3bにはめ込まれ、周方向に沿ってレーザー溶接部65
を形成することにより固着されている。各プロテクタ6
a,6bの基端側には、位置合わせマーク(図示せず)
が刻まれており、セラミック素子2、内プロテクタ6b
および外プロテクタ6aの互いの角度位置関係を調整し
つつ、嵌合および溶接を行なえるようになっている。プ
ロテクタは、上記のように2重構造とされていることか
ら、検出部Dに対する保護機能に優れる。2重構造を呈
する内外のプロテクタ6a,6bは、本発明の要部をな
すものであり、以下、詳細に説明する。
At the front end of the metal shell 3, the ceramic element 2
Of the cylindrical protector 6b in a form of covering the protruding portion of the inner protector 6b, that is, the detection portion D, and the axis O on the outer side of the protector 6b.
A cylindrical outer protector 6a, which is also coaxially arranged with respect to, is fixed. Mounting screw part 3a of the metal shell 3
The front end side portion is slightly reduced in diameter to form a small diameter portion 3b. The protectors 6a and 6b have side walls W respectively.
The base end sides of W1 and W3 are fitted to each other in the small diameter portion 3b, and the laser welded portion 65 is formed along the circumferential direction.
Are fixed by forming. Each protector 6
Alignment marks (not shown) on the base end side of a and 6b
Is engraved, the ceramic element 2 and the inner protector 6b
Fitting and welding can be performed while adjusting the angular positional relationship between the outer protector 6a and the outer protector 6a. Since the protector has the double structure as described above, it has an excellent protection function for the detection unit D. The inner and outer protectors 6a and 6b having a double structure form an essential part of the present invention and will be described in detail below.

【0019】まず図3は、外プロテクタ6aおよび内プ
ロテクタ6bの拡大半断面図である。外プロテクタ6a
の側壁部W1には、軸線Oと交差する向きに被検出ガス
を流通させるためのガス流通孔63が形成されている。
このガス流通孔63は周方向に複数形成されるものであ
る。外プロテクタ6aは概ね定径の筒状部材であり、筒
底をなす前端部W2と、前端部W2の周縁から軸線Oの
後方側に延びる形で形成される側壁部W1とによって内
部空間G1が形成されている。前端部W2には、軸線O
と孔の重心を略一致させる位置関係で前端部ガス流通孔
62が形成されている。内プロテクタ6bは、前方側に
進むにつれて側壁部W3が縮径する形となっており、筒
底をなす前端部W4には、同じく軸線Oと孔の重心を略
一致させる位置関係でガス排出孔61が形成されてい
る。本実施形態では、上記ガス流通孔62およびガス排
出孔61は円状に形成されている。
First, FIG. 3 is an enlarged half sectional view of the outer protector 6a and the inner protector 6b. Outer protector 6a
In the side wall W1 of the above, a gas flow hole 63 for flowing the gas to be detected is formed in a direction intersecting the axis O.
A plurality of gas circulation holes 63 are formed in the circumferential direction. The outer protector 6a is a cylindrical member having a substantially constant diameter, and the inner space G1 is formed by a front end portion W2 forming a cylindrical bottom and a side wall portion W1 formed so as to extend from the peripheral edge of the front end portion W2 to the rear side of the axis O. Has been formed. The front end W2 has an axis O
The front end gas flow hole 62 is formed in such a positional relationship that the center of gravity of the hole substantially coincides with the center of gravity of the hole. The inner protector 6b has a shape in which the side wall portion W3 is reduced in diameter toward the front side, and the front end portion W4 forming the cylinder bottom is also provided with a gas discharge hole in a positional relationship in which the axis O and the center of gravity of the hole are substantially aligned. 61 is formed. In this embodiment, the gas flow hole 62 and the gas discharge hole 61 are formed in a circular shape.

【0020】また、内プロテクタ6bの側壁部W3に
は、ガス導入孔60が1つのみ形成されている。外プロ
テクタ6aのガス流通孔63から内部空間G1に導入さ
れた被検出ガスは、軸線Oと交差する向きに上記ガス導
入孔60を経て検出空間G2へと導かれ、ガス排出孔6
1より排出される。
Further, only one gas introduction hole 60 is formed in the side wall W3 of the inner protector 6b. The gas to be detected introduced into the internal space G1 from the gas flow hole 63 of the outer protector 6a is guided to the detection space G2 through the gas introduction hole 60 in a direction intersecting the axis O, and the gas discharge hole 6 is discharged.
Emitted from 1.

【0021】図4は、検出部Dを含む位置での軸線Oに
垂直な断面HSを示している。保護層24がガス導入孔
60と正対するようにして、内プロテクタ6bの中心付
近に検出部Dが位置している。ここで、検出部Dをなす
板状の酸素濃淡電池素子21の板厚方向において、保護
層24のある側を酸素センサ1の正面側とする。また、
図1にも示すように、本実施形態においては主体金具3
の軸線Oと、セラミック素子2の軸線とが略一致する形
となっている。なお、厳密にセラミック素子2の軸線を
定義するとすれば、たとえば、棒状のセラミック素子2
が内接する最小体積の直円筒の中心軸線を、該セラミッ
ク素子2の軸線とすることができる。
FIG. 4 shows a cross section HS perpendicular to the axis O at a position including the detection portion D. The detector D is located near the center of the inner protector 6b so that the protective layer 24 faces the gas introduction hole 60. Here, in the plate thickness direction of the plate-shaped oxygen concentration battery element 21 forming the detection portion D, the side having the protective layer 24 is the front side of the oxygen sensor 1. Also,
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the metal shell 3
The axis O of the ceramic element 2 and the axis O of the ceramic element 2 substantially coincide with each other. Strictly defining the axis of the ceramic element 2, for example, the rod-shaped ceramic element 2
The central axis of the right circular cylinder having the smallest volume inscribed by can be the axis of the ceramic element 2.

【0022】さて、本実施形態に採用される板状のセラ
ミック素子2は、熱衝撃に弱いことを前述した。そこ
で、プロテクタを2重構造にして検出部Dを凝縮水から
保護するわけであるが、本実施形態のようにすれば、保
護機能(被水性ともいう)が飛躍的に向上する。具体的
には以下のようにする。まず、図4に示した断面HSに
おいて、検出部Dの電極25と、それを覆う保護層24
との接合境界線JBを定める。接合境界線JBは、酸素
濃淡電池素子21の板厚方向と垂直とされる。そして、
該接合境界線JBを含み、かつ軸線Oと平行な仮想平面
にて内プロテクタ6bの側壁部W3を2分割した場合、
正面側に位置する一方のみにガス導入孔60が形成され
ているようにする。つまり、本断面図中θで示される
角度範囲内にガス導入孔60が収まっているのがよい。
As described above, the plate-shaped ceramic element 2 used in this embodiment is weak against thermal shock. Therefore, the protector has a double structure to protect the detection unit D from condensed water, but the protection function (also referred to as water coverage) is dramatically improved by adopting the present embodiment. Specifically: First, in the cross section HS shown in FIG. 4, the electrode 25 of the detection unit D and the protective layer 24 covering the electrode 25 are provided.
The joint boundary line JB is defined. The junction boundary line JB is perpendicular to the plate thickness direction of the oxygen concentration battery element 21. And
When the side wall portion W3 of the inner protector 6b is divided into two parts on an imaginary plane that includes the joint boundary line JB and is parallel to the axis O,
The gas introduction hole 60 is formed only on one side located on the front side. That is, it is preferable that the gas introduction hole 60 be within the angle range indicated by θ 1 in this cross-sectional view.

【0023】検出部Dにおいては、保護層24の形成さ
れていない箇所、具体的には各層の側面部と、セラミッ
クヒータ22の形成されている側の面が熱衝撃性に劣
る。従って、接合境界線JBよりも正面側にのみ内プロ
テクタ6bのガス導入孔60を形成すれば、外プロテク
タ6aの内周面で生じた凝縮水などが検出空間G2に侵
入する場合であっても、少なくとも検出部Dの側面やセ
ラミックヒータ22側の面にそれが付着することを防止
ないし抑制できる。なお、電極25はスクリーン印刷等
の技術によって形成されるので、その厚さはごく僅かで
ある。従って、接合境界線JBは、実際には、保護層2
4と酸素濃淡電池素子21との接合境界に概ね等しいと
見ることもできる。
In the detection section D, the portion where the protective layer 24 is not formed, specifically, the side surface portion of each layer and the surface where the ceramic heater 22 is formed are inferior in thermal shock resistance. Therefore, if the gas introduction hole 60 of the inner protector 6b is formed only on the front side of the joint boundary line JB, even when condensed water or the like generated on the inner peripheral surface of the outer protector 6a enters the detection space G2. At least, it can be prevented or suppressed that it adheres to the side surface of the detection unit D or the surface on the ceramic heater 22 side. Since the electrode 25 is formed by a technique such as screen printing, the thickness thereof is very small. Therefore, the junction boundary line JB is actually the protective layer 2
It can also be considered that it is almost equal to the junction boundary between the oxygen concentration cell element 4 and the oxygen concentration cell element 21.

【0024】なお、軸線O方向に関するガス導入孔60
の位置についていうと、保護層24の形成されていない
位置に孔があるのは望ましくない。従って、ガス導入孔
の後端を通る軸線Oと垂直な線分を考えたとき、該線分
よりもさらに後方側にも保護層24がある、という構成
になっているとよい。あるいは、セラミック素子2の検
出面側の全部を保護層24で覆うようにしてもよい。ま
た、断面HSを採択できる位置についていうと、軸線O
方向において保護層24が形成されている範囲内での任
意位置である。
Incidentally, the gas introduction hole 60 in the direction of the axis O
Regarding the position of, it is not desirable that there is a hole at a position where the protective layer 24 is not formed. Therefore, when considering a line segment that is perpendicular to the axis O that passes through the rear end of the gas introduction hole, it is preferable that the protective layer 24 is provided further rearward than the line segment. Alternatively, the entire detection surface side of the ceramic element 2 may be covered with the protective layer 24. Further, regarding the position where the cross section HS can be adopted, the axis O
It is an arbitrary position within the range in which the protective layer 24 is formed in the direction.

【0025】図5は、図4と同様の断面図であり、ガス
導入孔60のより望ましい形成領域を説明するものであ
る。まず、図5中θで示される角度範囲内にガス導入
孔60が収まっていると、該ガス導入孔60から検出空
間G2に水滴や油滴が侵入するような場合であっても、
それらはセラミックヒータ22側の面はもちろん、検出
部Dを構成する各層の側面にも非常に到達し難い。特
に、内プロテクタ6bのごく限られた角度範囲にガス導
入孔を設ける本実施形態においては、周方向の全域にわ
たって孔を設ける場合と比較して、検出空間G2内で検
出部Dの周りに生じる旋回流も僅かである。そのため、
侵入した霧状の水滴が反対側に回り込むといった現象も
効果的に抑制されている。
FIG. 5 is a sectional view similar to FIG. 4, and illustrates a more desirable formation region of the gas introduction hole 60. First, when the gas introduction hole 60 is contained within the angle range indicated by θ 2 in FIG. 5, even when a water drop or an oil drop enters the detection space G2 from the gas introduction hole 60,
It is very difficult for them to reach not only the surface on the side of the ceramic heater 22 but also the side surface of each layer forming the detection unit D. In particular, in the present embodiment in which the gas introduction holes are provided in a very limited angular range of the inner protector 6b, the gas is generated around the detection portion D in the detection space G2 as compared with the case where the holes are provided in the entire circumferential direction. The swirling flow is also slight. for that reason,
It is also effectively suppressed that the invading mist-like water drops go around to the other side.

【0026】上記したθで示される角度範囲は、図4
に示したθに包含される範囲である。具体的には、ま
ず、前述した断面HSにおいて、保護層24を含む検出
部Dを包囲可能な最小の長方形状をなす包囲領域WRを
定める。本実施形態では、断面HSにおいて検出部Dの
外形線自体が包囲領域WRに等しい。次に、包囲領域W
Rの対角線HL,HLを含み、かつ軸線Oと平行な2つ
の仮想平面にて内プロテクタ6bの側壁部W3を4分割
する。そして、それら4分割された側壁部W3のうち、
保護層24と正対する部分のみにガス導入孔60が形成
されるようにする。素子の応答速度の低下が懸念される
場合は、許容範囲内の複数箇所にガス導入孔60を設け
ることも可能であるし、孔の大きさによって調整するこ
とも可能である。
The angle range indicated by θ 2 is shown in FIG.
It is a range included in θ 1 shown in. Specifically, first, in the above-described cross section HS, the surrounding area WR having the smallest rectangular shape capable of surrounding the detecting portion D including the protective layer 24 is determined. In the present embodiment, the outer shape line of the detection unit D is equal to the surrounding region WR in the cross section HS. Next, the surrounding area W
The side wall W3 of the inner protector 6b is divided into four by two virtual planes that include the diagonal lines HL and HL of R and are parallel to the axis O. Then, of the four side wall parts W3
The gas introduction hole 60 is formed only in the portion directly facing the protective layer 24. If there is a concern that the response speed of the element may decrease, the gas introduction holes 60 may be provided at a plurality of positions within the allowable range, or the gas introduction holes 60 may be adjusted depending on the size of the holes.

【0027】なお、図6の断面模式図に示すように、セ
ラミック素子2は、機械的強度や熱衝撃性を高めるため
に、焼成後あるいは焼成前に面取り部cfが設けられる
場合がある。従って、上記したように包囲領域WRを定
めれば、検出部Dの断面形状が長方形でない場合も、ガ
ス導入孔60の形成領域を特定しやすい。
As shown in the schematic sectional view of FIG. 6, the ceramic element 2 may be provided with a chamfered portion cf after or before firing in order to enhance mechanical strength and thermal shock resistance. Therefore, if the surrounding region WR is determined as described above, even if the cross-sectional shape of the detection portion D is not rectangular, the formation region of the gas introduction hole 60 can be easily specified.

【0028】次に、ガスセンサ1に極めて高い被水性が
求められる場合に、内プロテクタ6bにガス導入孔60
を形成する方法について説明する。まず、図7に示すの
は、図4と同様の断面HSを示す図である。まず、検出
部Dにおける板厚方向と平行、かつ保護層24を間に収
めることが可能な最小幅の1対の平行な基準線PL,P
Lを定める。さらに、該平行基準線PL,PLを含み、
かつ軸線Oと平行な2つの仮想平面にて内プロテクタ6
bの側壁部W3を4分割する。そして、それら4分割さ
れた側壁部W3のうち、保護層24と正対する部分に自
身の重心Gが必ず位置するように、ガス導入孔60を形
成すればよい。すなわち、図7中に示す角度θの範囲
内に孔の重心Gが位置するように調整する。このように
すれば、図4および図5で例示した形態と比較しても、
より高い被水性を内プロテクタ6bに付与することがで
きる。なぜならば、最も多く被検出ガスの通過する位置
が重心Gであると考えられるためである。
Next, when the gas sensor 1 is required to have extremely high water content, the gas introducing hole 60 is formed in the inner protector 6b.
A method of forming the will be described. First, FIG. 7 shows a cross-section HS similar to that shown in FIG. First, a pair of parallel reference lines PL and P that are parallel to the plate thickness direction in the detection unit D and have a minimum width that can accommodate the protective layer 24 therebetween.
Determine L. Further, including the parallel reference lines PL, PL,
And the inner protector 6 on two virtual planes parallel to the axis O.
The side wall W3 of b is divided into four. Then, the gas introduction hole 60 may be formed so that the center of gravity G of the side wall portion W3 divided into four parts is located at a portion directly facing the protective layer 24. That is, the center of gravity G of the hole is adjusted within the range of the angle θ 3 shown in FIG. 7. In this way, even if compared with the form illustrated in FIGS. 4 and 5,
Higher wettability can be imparted to the inner protector 6b. This is because it is considered that the position at which the gas to be detected most passes through is the center of gravity G.

【0029】なお、上記した角度θの範囲内にガス導
入孔60のほとんど(たとえば、プロテクタの外周面に
おける孔の面積の半分以上)が収まるようにする形態で
もよい。あるいは、角度θの範囲内にガス導入孔60
の概ね全部が収まるようにすれば、該ガス導入孔60は
保護層24と全く正対するようになるので、より望まし
い。
It should be noted that a configuration may be adopted in which most of the gas introduction holes 60 (for example, more than half the area of the holes on the outer peripheral surface of the protector) are set within the range of the angle θ 3 . Alternatively, the gas introduction hole 60 is provided within the range of the angle θ 3.
It is more desirable that the gas introduction hole 60 directly faces the protective layer 24 if almost all of the above are accommodated.

【0030】次に、内外のプロテクタ6a,6bの側壁
部W1,W3に形成される孔の位置関係について説明す
る。図4に示すように、外プロテクタ6aの側壁部W1
に形成されたガス流通孔63は、周方向において内プロ
テクタ6bの側壁部W3に形成されたガス導入孔60に
重ならないように調整されている。このようにすれば、
外プロテクタ6aのガス流通孔63より導入された被検
出ガスに、水滴等が含まれる場合であっても、内プロテ
クタ6bの検出空間G2にダイレクトに入り込むことが
防止される。
Next, the positional relationship between the holes formed in the side wall portions W1 and W3 of the inner and outer protectors 6a and 6b will be described. As shown in FIG. 4, the side wall W1 of the outer protector 6a
The gas passage hole 63 formed in the above is adjusted so as not to overlap the gas introduction hole 60 formed in the side wall portion W3 of the inner protector 6b in the circumferential direction. If you do this,
Even if the gas to be detected introduced through the gas flow hole 63 of the outer protector 6a contains water droplets or the like, it is prevented from directly entering the detection space G2 of the inner protector 6b.

【0031】孔の位置関係を具体的に説明する。図10
は、内外のプロテクタ6a,6bの軸線Oと垂直な方向
における拡大断面図である。まず、外プロテクタ6aの
側壁部W1に形成されたガス流通孔63の重心Gを通
り、軸線Oと垂直に交わる基準線Kを定める。一方、内
プロテクタ6bに近い側のガス流通孔63の開口端縁
を、該ガス流通孔63の外形線FPとする。そして、基
準線Kとの距離を一定に保つようにして、その外形線F
Pを内プロテクタ6bの側壁部W3に投影する。その投
影線FP’が内プロテクタ6bの側壁部W3に形成され
たガス導入孔60に重ならないように調整されていると
よい。
The positional relationship of the holes will be specifically described. Figure 10
[FIG. 4] is an enlarged cross-sectional view in a direction perpendicular to the axis O of the protectors 6a and 6b inside and outside. First, the reference line K that passes through the center of gravity G of the gas flow hole 63 formed in the side wall portion W1 of the outer protector 6a and intersects the axis O at right angles is determined. On the other hand, the opening edge of the gas flow hole 63 on the side closer to the inner protector 6b is defined as the outline FP of the gas flow hole 63. Then, keeping the distance from the reference line K constant, the outline F
P is projected on the side wall W3 of the inner protector 6b. It is preferable that the projection line FP ′ is adjusted so as not to overlap the gas introduction hole 60 formed in the sidewall W3 of the inner protector 6b.

【0032】さらに周方向だけでなく、図8(a)の模
式図に示すように、内プロテクタのガス導入口60と外
プロテクタのガス流通孔63とが軸線O方向においても
重ならないように調整されていると尚良い。軸線O方向
で重ならないというのは、酸素センサ1を軸線Oと平行
な平面に透視投影した場合に、ガス流通孔63の投影線
とガス導入孔60の投影線とが重ならないということで
ある。軸線O方向でのガス導入孔60の位置は、たとえ
ば図8(b)の模式図にいくつか例示できる。セラミ
ック素子2の前端よりも後方側、つまり領域L1に孔の
全部が位置する場合。セラミック素子2と孔の一部と
が重なる場合(領域L2)。セラミック素子2の前端
よりも前方側、つまり領域L3に孔の全部が位置する場
合。被水性の高い順でいうと、、、の順である
が、応答性は逆である。従って、要求される性能に応じ
て種々調整するとよい。
In addition to the circumferential direction, as shown in the schematic view of FIG. 8A, the gas inlet 60 of the inner protector and the gas flow hole 63 of the outer protector are adjusted so as not to overlap in the axis O direction. It is still good if it is done. The fact that the oxygen sensor 1 does not overlap in the direction of the axis O means that the projection line of the gas flow hole 63 and the projection line of the gas introduction hole 60 do not overlap when the oxygen sensor 1 is perspectively projected on a plane parallel to the axis O. . Some positions of the gas introduction hole 60 in the direction of the axis O can be illustrated in the schematic view of FIG. 8B, for example. When all the holes are located on the rear side of the front end of the ceramic element 2, that is, in the region L1. When the ceramic element 2 and a part of the hole overlap (region L2). In the case where all of the holes are located on the front side of the front end of the ceramic element 2, that is, in the region L3. In the order of high wetness, the order is ,, but the responsiveness is opposite. Therefore, various adjustments may be made according to the required performance.

【0033】また、図10に示すように、ガス流通孔6
3には内部空間G1側に進むにつれて、孔の断面積が縮
小する形態を採用できる。このようにすれば、外部より
導入された被検出ガスは、方向をそのまま維持して真っ
直ぐ進み易い。図10の場合だとガス流通孔63より導
入された被検出ガスは、一旦内プロテクタ6bの側壁部
W3に当たって拡散する形となる。この形態は、内プロ
テクタ6bに形成されるガス導入孔60にも採用でき
る。
Further, as shown in FIG. 10, the gas flow hole 6
For 3, the shape in which the cross-sectional area of the hole is reduced as it goes to the inner space G1 side can be adopted. With this configuration, the gas to be detected introduced from the outside is easy to proceed straight while maintaining its direction. In the case of FIG. 10, the gas to be detected introduced through the gas flow hole 63 once comes into contact with the side wall W3 of the inner protector 6b and diffuses. This form can also be adopted for the gas introduction hole 60 formed in the inner protector 6b.

【0034】なお、本明細書中でいう「孔の重心G」は
以下のようにして定める。すなわち、図10に示すよう
に、孔の開口端が最小面積の仮想面(平面である必要は
ない)で塞がれることによって生ずる空所Sに、一様密
度の物質を詰めた場合に生ずる質量中心を、「孔の重心
G」とする。
The "center of gravity G of the hole" referred to in this specification is determined as follows. That is, as shown in FIG. 10, this occurs when a space S formed by closing the open end of the hole with a virtual surface (not necessarily a flat surface) having the smallest area is filled with a substance of uniform density. The center of mass is defined as "center of gravity G of hole".

【0035】次に、図9は、被検出ガスの流れと、プロ
テクタ6a,6bに形成される孔との関係を説明する模
式図である。外プロテクタ6aの側壁部W1には、少な
くとも3箇所以上、周方向の均等角度間隔を以ってガス
流通孔63が形成されているとよい。図に示す形態では
120°の等角度間隔である。このようにすれば、
(a)および(b)に示すように、排気管等への酸素セ
ンサ1の取り付け角度が180°反転して、被検出ガス
の流れEGに対して孔位置が定まらない場合でも、被検
出ガスは、ガスの流れに沿って外プロテクタ6aの内部
空間G1に導入される。そして、次第に内プロテクタ6
b内の検出空間G2へも拡散する。
Next, FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the relationship between the flow of the gas to be detected and the holes formed in the protectors 6a and 6b. It is preferable that the gas flow holes 63 be formed at least at three or more locations on the side wall W1 of the outer protector 6a at equal angular intervals in the circumferential direction. In the form shown, they are equiangularly spaced at 120 °. If you do this,
As shown in (a) and (b), even when the mounting angle of the oxygen sensor 1 to the exhaust pipe or the like is reversed by 180 ° and the hole position is not fixed with respect to the flow EG of the gas to be detected, the gas to be detected is not detected. Are introduced into the internal space G1 of the outer protector 6a along the gas flow. And gradually the inner protector 6
It also diffuses into the detection space G2 in b.

【0036】[0036]

【実験例】本発明の有効性を確かめるために、図2に示
した構造を有するセラミック素子2を作製し、セラミッ
クヒータ22を加熱しつつ、セラミック素子2にマイク
ロピペットで少量の水を滴下させるという被水テストを
行った。図11に模式的に示すように、保護層(正
面)、側面、ヒータ面(裏面)、を水の滴下位置と
した。ヒータ面での発熱温度に対して、各部分にクラッ
クが生じる滴下水量を調べてグラフにプロットした。ク
ラックの発生の確認は目視による。図12が結果を示す
グラフである。グラフは、図13に模式的に示すよう
に、各測定点を結んでできる擬似包絡線f(α)よりも
常に大となる領域を、クラック発生領域として見ること
ができる。クラック発生領域が狭いほど、被水性が高
い。
[Experimental Example] In order to confirm the effectiveness of the present invention, a ceramic element 2 having the structure shown in FIG. 2 is produced, and a small amount of water is dropped on the ceramic element 2 with a micropipette while heating the ceramic heater 22. I did a water test. As schematically shown in FIG. 11, the protective layer (front surface), the side surface, and the heater surface (rear surface) were set as water dropping positions. The amount of dripping water at which cracks were generated in each portion was investigated and plotted against the heat generation temperature on the heater surface. The generation of cracks is confirmed visually. FIG. 12 is a graph showing the results. In the graph, as schematically shown in FIG. 13, a region that is always larger than the pseudo envelope f (α) formed by connecting the measurement points can be seen as a crack generation region. The narrower the cracked area, the higher the wettability.

【0037】実験の結果より、保護層の形成された正面
部は、側面部およびヒータ部に比べ、低温度域において
格段に高い被水性を示すことが分かる。すなわち、保護
層に多少の水が付着しても、セラミック素子2が損傷す
る恐れは少ない。本発明のガスセンサ1は、ガス導入孔
60をなるべく保護層と正対する位置に形成してあるた
め、側面部およびヒータ部を水の付着から守れる。つま
り、凝縮水が多量に発生する使用環境においても、セラ
ミック素子2にクラック・割れ等が発生し難い。なお、
保護層においてもヒータ面の発熱温度の上昇とともに被
水性が低下するが、多量の被水はエンジン始動直後がほ
とんどである。そのため、ヒータが十分に昇温した後の
被水量は少ないことを考慮すると、高温度域における保
護層の被水性低下は、たいした問題ではない。
From the results of the experiment, it can be seen that the front portion on which the protective layer is formed shows much higher wettability in the low temperature region than the side portion and the heater portion. That is, even if some water adheres to the protective layer, the ceramic element 2 is less likely to be damaged. In the gas sensor 1 of the present invention, the gas introduction hole 60 is formed at a position facing the protective layer as much as possible, so that the side surface portion and the heater portion can be protected from adhesion of water. That is, even in an environment where a large amount of condensed water is generated, the ceramic element 2 is unlikely to be cracked. In addition,
Even in the protective layer, the water content decreases as the heat generation temperature of the heater surface rises, but a large amount of water is almost immediately after the engine is started. Therefore, considering that the amount of water that has been exposed to water after the heater has been sufficiently heated is small, the decrease in water coverage of the protective layer in the high temperature range is not a serious problem.

【0038】以上、本発明は実施の形態に限定されるも
のではなく、要旨を逸脱しない範囲にて種々の態様で実
施できることはいうまでもない。また、添付の図面は、
理解のための模式的あるいは概念的なものであることを
断っておく。
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. Also, the attached drawings are
Note that it is a schematic or conceptual one for understanding.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のガスセンサの一実施形態を示す酸素セ
ンサを、縦断面とともに示す全体図。
FIG. 1 is an overall view showing a longitudinal section of an oxygen sensor showing an embodiment of a gas sensor of the present invention.

【図2】セラミック素子の構造説明図。FIG. 2 is a structural explanatory view of a ceramic element.

【図3】外プロテクタおよび内プロテクタの拡大半断面
図。
FIG. 3 is an enlarged half cross-sectional view of an outer protector and an inner protector.

【図4】検出部を含む位置での軸線に垂直な断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view perpendicular to the axis at a position including a detection unit.

【図5】内プロテクタに形成されるガス導入孔の形成範
囲を示す、検出部を含む位置での軸線に垂直な断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a formation range of a gas introduction hole formed in an inner protector, the cross section being perpendicular to an axis line at a position including a detection portion.

【図6】セラミック素子の断面模式図。FIG. 6 is a schematic sectional view of a ceramic element.

【図7】図5に続く断面図。7 is a cross-sectional view following FIG.

【図8】軸線方向におけるガス流通孔およびガス導入孔
の位置関係を説明する模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between a gas flow hole and a gas introduction hole in an axial direction.

【図9】被検出ガスの流れと、プロテクタに形成される
孔との関係を説明する模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the relationship between the flow of a gas to be detected and the holes formed in the protector.

【図10】プロテクタの軸線と垂直な拡大断面図。FIG. 10 is an enlarged sectional view perpendicular to the axis of the protector.

【図11】被水テストの方法を説明する模式図。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method of a water test.

【図12】テストの結果をプロットしたグラフ。FIG. 12 is a graph in which the test results are plotted.

【図13】グラフの見方を説明する模式図。FIG. 13 is a schematic diagram illustrating how to read a graph.

【符号の説明】 1 ガスセンサ 2 セラミック素子(検出素子) 6a 内プロテクタ 6b 外プロテクタ 21 固体電解質体(酸素濃淡電池素子) 24 保護層 25 電極 60 ガス導入孔 63 ガス流通孔 W1 外プロテクタの側壁部 W3 内プロテクタの側壁部 JB 接合境界線 G2 検出空間 HS 断面 D 検出部 O 軸線 WR 包囲領域 HL 対角線 PL 平行基準線 G 重心 K 基準線 FP 外形線 FP’ 投影線[Explanation of symbols] 1 gas sensor 2 Ceramic element (detection element) 6a protector 6b outer protector 21 Solid electrolyte body (oxygen concentration battery element) 24 Protective layer 25 electrodes 60 gas inlet 63 Gas flow hole Side wall of W1 outer protector Side wall of protector inside W3 JB junction boundary G2 detection space HS cross section D detector O axis WR surrounding area HL diagonal PL parallel reference line G center of gravity K reference line FP outline FP 'projection line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 恵一 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 (72)発明者 牧野 圭祐 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   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Keiichi Noda             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture             Inside this special ceramics company (72) Inventor Keisuke Makino             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture             Inside this special ceramics company

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出素子(2)の軸線(O)方向前端側
に形成された検出部(D)と、これを覆う形態にて設け
られる筒状の内プロテクタ(6b)と、該内プロテクタ
(6b)の外側に配置される同じく筒状の外プロテクタ
(6a)とを備えたガスセンサ(1)において、 前記検出部(D)は、板状の固体電解質体(21)の表
面に電極(25)が形成され、該電極(25)を覆う形
で保護層(24)が設けられ、かつ裏面側にセラミック
ヒータ(22)が隣接する構造を有し、 前記外プロテクタ(6a)の側壁部(W1)には、自身
の内外に被検出ガスを流通させるためのガス流通孔(6
3)が形成され、前記内プロテクタ(6b)の側壁部
(W3)には、自身内部の検出空間(G2)に前記被検
出ガスを導入するためのガス導入孔(60)が形成され
る一方、 前記固体電解質体(21)の板厚方向における前記保護
層(24)のある側を当該ガスセンサ(1)の正面側と
定め、 さらに、前記検出部(D)を含み前記軸線(O)方向に
垂直な断面(HS)において、前記電極(25)と、そ
れを覆う前記保護層(24)との前記板厚方向に垂直な
接合境界線(JB)を定め、該接合境界線(JB)を含
み、かつ前記軸線(O)と平行な仮想平面にて前記内プ
ロテクタ(6b)の側壁部(W3)を2分割した場合、
前記正面側に位置する一方のみに前記ガス導入孔(6
0)が形成されていることを特徴とするガスセンサ
(1)。
1. A detection part (D) formed on the front end side of the detection element (2) in the direction of the axis (O), a cylindrical inner protector (6b) provided so as to cover the detection part (D), and the inner protector. In the gas sensor (1) provided with a tubular outer protector (6a) which is also arranged outside (6b), the detection unit (D) has electrodes () on the surface of the plate-shaped solid electrolyte body (21). 25) is formed, a protective layer (24) is provided so as to cover the electrode (25), and a ceramic heater (22) is adjacent to the back surface side of the outer protector (6a). In (W1), there are gas circulation holes (6) for circulating the gas to be detected in and out of itself.
3) is formed, and a gas introduction hole (60) for introducing the gas to be detected into the detection space (G2) inside itself is formed in the side wall portion (W3) of the inner protector (6b). The side with the protective layer (24) in the plate thickness direction of the solid electrolyte body (21) is defined as the front side of the gas sensor (1), and further includes the detection unit (D) in the axis (O) direction. In the cross section (HS) perpendicular to, the joint boundary line (JB) perpendicular to the plate thickness direction between the electrode (25) and the protective layer (24) covering the electrode (25) is defined, and the joint boundary line (JB) is defined. And the side wall portion (W3) of the inner protector (6b) is divided into two parts on an imaginary plane parallel to the axis (O),
The gas inlet hole (6
Gas sensor (1) characterized in that 0) is formed.
【請求項2】 前記断面(HS)において、前記保護層
(24)を含む前記検出部(D)を包囲可能な最小の長
方形状をなす包囲領域(WR)を定め、該包囲領域(W
R)の対角線(HL,HL)を含み、かつ前記軸線
(O)と平行な2つの仮想平面にて前記内プロテクタ
(6b)の側壁部(W3)を4分割した場合、 前記ガス導入孔(60)は、それら分割された側壁部
(W3)のうち、前記保護層(24)と正対する部分の
みに形成されている請求項1記載のガスセンサ(1)。
2. In the cross section (HS), a minimum rectangular enclosing region (WR) that can enclose the detection part (D) including the protective layer (24) is defined, and the enclosing region (W).
When the side wall portion (W3) of the inner protector (6b) is divided into four by two virtual planes including the diagonal line (HL, HL) of R) and parallel to the axis line (O), the gas introduction hole ( The gas sensor (1) according to claim 1, wherein the portion (60) is formed only on a portion of the divided side wall portion (W3) that faces the protective layer (24).
【請求項3】 前記断面(HS)において、前記板厚方
向と平行、かつ前記保護層(24)を間に収めることが
可能な最小幅の平行基準線(PL,PL)を定め、さら
に、該平行基準線(PL,PL)を含み、かつ前記軸線
(O)と平行な2つの仮想平面にて前記内プロテクタ
(6b)の側壁部(W3)を4分割したとき、 前記ガス導入孔(60)は、それら分割された側壁部
(W3)のうち、前記保護層(24)と正対する部分に
自身の重心が位置するように形成されている請求項1ま
たは2記載のガスセンサ(1)。
3. A parallel reference line (PL, PL) having a minimum width that is parallel to the plate thickness direction and that can accommodate the protective layer (24) in the cross section (HS) is defined, and further, When the side wall portion (W3) of the inner protector (6b) is divided into four by two virtual planes including the parallel reference lines (PL, PL) and parallel to the axis line (O), the gas introduction hole ( The gas sensor (1) according to claim 1 or 2, wherein 60) is formed so that its center of gravity is located at a portion of the divided side wall portion (W3) directly facing the protective layer (24). .
【請求項4】 前記外プロテクタ(6a)の側壁部(W
1)には、少なくとも3箇所以上、周方向の均等角度間
隔を以って前記ガス流通孔(63)が形成されている請
求項1ないし3のいずれか1項に記載のガスセンサ
(1)。
4. A side wall portion (W) of the outer protector (6a).
The gas sensor (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas flow holes (63) are formed in at least three locations in 1) at equal angular intervals in the circumferential direction.
【請求項5】 前記外プロテクタ(6a)の側壁部(W
1)に形成された前記ガス流通孔(63)の重心(G)
を通り、前記軸線(O)と垂直に交わる基準線(K)を
定める一方、 前記ガス流通孔(63)の開口端縁を、該ガス流通孔
(63)の外形線(FP)とするとともに、前記基準線
(K)との距離を一定に保つようにして、その外形線
(FP)を前記内プロテクタ(6b)の側壁部(W3)
に投影したとき、その投影線(FP’)が前記内プロテ
クタ(6b)の側壁部(W3)に形成されたガス導入孔
(60)に重ならないように調整されている請求項1な
いし4のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)。
5. A side wall portion (W) of the outer protector (6a).
Center of gravity (G) of the gas flow hole (63) formed in 1)
While defining a reference line (K) that passes through the axis and intersects perpendicularly with the axis (O), the opening edge of the gas flow hole (63) is used as the outer shape line (FP) of the gas flow hole (63). , The contour line (FP) is kept constant at a distance from the reference line (K), and a side wall portion (W3) of the inner protector (6b).
5. The projection line (FP ') is adjusted so as not to overlap the gas introduction hole (60) formed in the side wall portion (W3) of the inner protector (6b) when projected onto the surface. The gas sensor (1) according to any one of claims.
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