JP2006266912A - Gas sensor - Google Patents

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Yasuyuki Sato
保幸 佐藤
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誠司 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor capable of preventing the first insulator and the second insulator from being damaged. <P>SOLUTION: This gas sensor 1 has a sensor element 2 for detecting a concentration of a specified gas in measured gas, the first insulator 11 for inserting and holding the sensor element 2, the second insulator 12 arranged on a base end face 110 of the first insulator 11 to oppose a tip face 120, and for coating a base end part 22 of the sensor element 2, and a housing 10 for intrusing holding the first insulator 11. The base end face 110 of the first insulator 11 and the tip face 120 of the second insulator 12 abut to a metal sheet 31 interposed between the both. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured.

内燃機関の燃焼制御に利用されるガスセンサ9として、図11に示すごとく、ハウジング90と、これに挿通配置されると共に内部にセンサ素子8を挿入配置可能に構成した第1絶縁碍子91と、該第1絶縁碍子91の基端面910に当接して配置された第2絶縁碍子92とよりなるものが知られている。   As shown in FIG. 11, as a gas sensor 9 used for combustion control of an internal combustion engine, a housing 90, a first insulator 91 that is inserted and disposed in the housing 90 and is configured so that the sensor element 8 can be inserted and disposed therein, It is known that a second insulator 92 is disposed in contact with the base end surface 910 of the first insulator 91.

上記第1絶縁碍子91及び上記第2絶縁碍子92は通常、絶縁性セラミック材料より構成されている。セラミック部材の成形密度のバラツキ、焼成時の受熱量のバラツキ等により、セラミックには焼成の際に収縮率のバラツキが生じてしまう。そのため、微視的に見ると、上記第1絶縁碍子91の基端面910と第2絶縁碍子92の先端面920とに波状のうねりが発生してしまう。   The first insulator 91 and the second insulator 92 are usually made of an insulating ceramic material. Due to variations in the molding density of the ceramic member, variations in the amount of heat received during firing, etc., variations in shrinkage of the ceramic occur during firing. Therefore, when viewed microscopically, a wavy undulation occurs on the base end surface 910 of the first insulator 91 and the distal end surface 920 of the second insulator 92.

このうねりにより、上記第1絶縁碍子91と上記第2絶縁碍子92との当接部93と、上記第1絶縁碍子91の受け面である環状パッキン94とが、上記ガスセンサ9の軸方向に対する同一軸線上に位置しなくなる場合がある。その結果、上記第1絶縁碍子91に曲げ応力(引張応力)が発生し、これが原因となって上記第1絶縁碍子91が破損してしまうおそれがある。   Due to this undulation, the contact portion 93 between the first insulator 91 and the second insulator 92 and the annular packing 94 which is the receiving surface of the first insulator 91 are the same in the axial direction of the gas sensor 9. It may not be located on the axis. As a result, bending stress (tensile stress) is generated in the first insulator 91, which may cause damage to the first insulator 91.

そのため、上記当接部93が、ハウジング90の碍子受け面900に配設された環状パッキン94の外形を上記ガスセンサ9の軸方向に、第1絶縁碍子91の基端面910へ投影した投影範囲T内に位置しているガスセンサ9が提案されている(特許文献1参照)。該ガスセンサ9によれば、環状パッキン94に対する上記当接部93の水平方向(上記ガスセンサ9の軸方向に直交する方向)のズレを防止することができるため、上記第1絶縁碍子91に加わる曲げ応力を極小とすることができる。それ故、上記第1絶縁碍子91の破損が生じにくいガスセンサ9を得ることができる。   Therefore, the projection range T in which the contact portion 93 projects the outer shape of the annular packing 94 disposed on the insulator receiving surface 900 of the housing 90 onto the base end surface 910 of the first insulator 91 in the axial direction of the gas sensor 9. A gas sensor 9 located inside is proposed (see Patent Document 1). According to the gas sensor 9, the contact portion 93 can be prevented from being displaced in the horizontal direction (the direction perpendicular to the axial direction of the gas sensor 9) with respect to the annular packing 94, so that the bending applied to the first insulator 91 is performed. The stress can be minimized. Therefore, the gas sensor 9 in which the first insulator 91 is not easily damaged can be obtained.

しかしながら、上記基端面910と上記先端面120との接触は、当接部93を微視的に見ると、うねりの山同士における曲面と曲面との接触であり、この微小な当接部93にて荷重を受けることとなる。これにより、特に、上記第1絶縁碍子91及び上記第2絶縁碍子92の上記ガスセンサ9への組付け荷重により、上記第1絶縁碍子91又は上記第2絶縁碍子92が破損してしまうおそれがある。   However, when the contact portion 93 is viewed microscopically, the contact between the base end surface 910 and the distal end surface 120 is a contact between a curved surface and a curved surface between undulation peaks. Will receive a load. Thereby, in particular, the first insulator 91 or the second insulator 92 may be damaged due to the assembly load of the first insulator 91 and the second insulator 92 to the gas sensor 9. .

特開2001−343355号公報JP 2001-343355 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of preventing the occurrence of breakage of the first insulator and the second insulator.

第1の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した金属板に当接していることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor element for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, and a distal end surface opposed to a base end surface of the first insulator. A second insulator that is disposed and covers a base end portion of the sensor element; and a housing that fits and holds the first insulator.
The gas sensor is characterized in that the base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator are in contact with a metal plate interposed therebetween (claim 1).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した上記金属板に当接しているため、上記基端面と上記金属板、及び上記先端面と上記金属板との当接とすることができる。即ち、大きな応力が作用したときに塑性変形をする上記金属板と上記第1絶縁碍子又は上記第2絶縁碍子との当接となる。
Next, the effects of the present invention will be described.
Since the base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator are in contact with the metal plate interposed therebetween, the base end surface, the metal plate, and the tip end The contact between the surface and the metal plate can be made. That is, the metal plate that undergoes plastic deformation when a large stress is applied and the first insulator or the second insulator are brought into contact with each other.

そのため、上記第1絶縁碍子と上記金属板と上記第2絶縁碍子との間に荷重がかかったとき、上記基端面と上記先端面とにうねりが生じていても、そのうねりに上記金属板がなじむように変形する。これにより、上記基端面と上記金属板、上記金属板と上記先端面との間の接触面積が増大し、接触部にかかる応力を分散させることができる。その結果、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, when a load is applied between the first insulator, the metal plate, and the second insulator, even if undulation is generated on the base end surface and the distal end surface, the metal plate is formed on the undulation. Deform to fit. Thereby, the contact area between the said base end surface and the said metal plate, the said metal plate, and the said front end surface increases, and the stress concerning a contact part can be disperse | distributed. As a result, it is possible to prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

以上のごとく、本発明によれば、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

第2の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した絶縁性粉体からなる粉体層に当接していることを特徴とするガスセンサにある(請求項4)。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor element for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, and a distal end surface opposed to a base end face of the first insulator. A second insulator that is disposed and covers a base end portion of the sensor element; and a housing that fits and holds the first insulator.
In the gas sensor, the base end surface of the first insulator and the distal end surface of the second insulator are in contact with a powder layer made of insulating powder interposed therebetween. (Claim 4).

上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した絶縁性粉体からなる粉体層に当接している。これにより、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子を上記ガスセンサに組付ける際の組付け荷重により、上記粉体層の絶縁性粉体を上記基端面と上記先端面との当接部の隙間に入り込ませることができる。したがって、上記第1絶縁碍子の基端面又は上記第2絶縁碍子の先端面にうねりが生じていても、このうねりの谷部分を上記粉体層によって均等に埋めることができる。   The base end surface of the first insulator and the distal end surface of the second insulator are in contact with a powder layer made of insulating powder interposed therebetween. As a result, the insulating powder of the powder layer is brought into contact with the base end surface and the tip end surface by an assembly load when the first insulator and the second insulator are assembled to the gas sensor. You can get into the gap. Therefore, even if undulation occurs on the base end surface of the first insulator or the distal end surface of the second insulator, the valley portion of the undulation can be evenly filled with the powder layer.

それ故、うねりの山同士の当接により上記第1絶縁碍子の基端面と上記第2絶縁碍子の先端面との接触面積が極小となるという不具合を回避することができる。そのため、上記ガスセンサに上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子を組付ける際の組付け荷重が作用しても、上記第1絶縁碍子と上記第2絶縁碍子との間に、局所的に過大な応力が集中することを回避することができる。これにより、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, it is possible to avoid the problem that the contact area between the base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator is minimized by the contact of the undulation peaks. For this reason, even when an assembly load is applied when the first insulator and the second insulator are assembled to the gas sensor, the gas sensor is locally excessively large between the first insulator and the second insulator. Concentration of various stresses can be avoided. Thereby, generation | occurrence | production of the failure | damage of the said 1st insulator and the said 2nd insulator can be prevented.

以上のごとく、本発明によれば、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

第3の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、上記基端面及び上記先端面の少なくとも一方に融着させたガラス層に当接していることを特徴とするガスセンサにある(請求項7)。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor element for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, and a distal end surface opposed to a base end face of the first insulator. A second insulator that is disposed and covers a base end portion of the sensor element; and a housing that fits and holds the first insulator.
The base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator are in contact with a glass layer fused to at least one of the base end surface and the tip end surface. (Claim 7).

上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、上記基端面及び上記先端面の少なくとも一方に融着させた上記ガラス層に当接している。そのため、上記基端面及び上記先端面にうねりが形成されていても、上記ガラス層を融着させてうねりを覆うことにより上記ガラス層を融着させた上記基端面又は上記先端面の少なくとも一方を平面状にすることができる。これにより、上記基端面及び上記先端面における、うねりの山同士における曲面と曲面との当接を回避して、曲面と平面との当接、あるいは平面同士の当接とすることができる。   The proximal end surface of the first insulator and the distal end surface of the second insulator are in contact with the glass layer fused to at least one of the proximal end surface and the distal end surface. Therefore, even if waviness is formed on the base end face and the front end face, at least one of the base end face or the front end face on which the glass layer is fused by fusing the glass layer to cover the waviness. It can be planar. Thereby, it is possible to avoid contact between the curved surface and the curved surface between the undulation peaks on the base end surface and the distal end surface, and to make contact between the curved surface and the flat surface, or contact between the flat surfaces.

それ故、上記ガスセンサに上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子を組付ける際の組付け荷重が作用しても、上記第1絶縁碍子と上記第2絶縁碍子との間に、局所的に過大な応力が集中することを回避することができるため、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, even if an assembly load is applied when the first insulator and the second insulator are assembled to the gas sensor, the gas sensor is locally disposed between the first insulator and the second insulator. Since it is possible to avoid excessive stress concentration, it is possible to prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

以上のごとく、本発明によれば、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

上記第1の発明(請求項1)、上記第2の発明(請求項4)、及び上記第3の発明(請求項7)において、上記ガスセンサは、内燃機関の排気系に設置して内燃機関の燃焼制御に利用される酸素センサ、空燃比センサ、及びNOxセンサ等の多くのセンサに対し適用することができる。   In the first invention (Invention 1), the second invention (Invention 4), and the third invention (Invention 7), the gas sensor is installed in an exhaust system of the internal combustion engine. The present invention can be applied to many sensors such as an oxygen sensor, an air-fuel ratio sensor, and a NOx sensor that are used for combustion control.

本明細書においては、上記ガスセンサにおいて、排気管等に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側として説明する。
上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子には、例えば、絶縁性セラミック材料として、アルミナ等を用いることができる。
上記金属板は、上記基端面及び上記先端面に沿った環状の形状であることが好ましい。
また、上記金属板の厚みは、0.05mm以上であれば本発明の効果を充分に得ることができるが、生産効率等を考慮すると、0.1〜2mm程度とすることが好ましい。
In the present specification, in the gas sensor, the side to be inserted into the exhaust pipe or the like will be referred to as the distal end side, and the opposite side will be described as the proximal end side.
For the first insulator and the second insulator, for example, alumina or the like can be used as an insulating ceramic material.
The metal plate preferably has an annular shape along the base end face and the tip end face.
Moreover, if the thickness of the said metal plate is 0.05 mm or more, the effect of this invention can fully be acquired, but when production efficiency etc. are considered, it is preferable to set it as about 0.1-2 mm.

また、上記絶縁性粉体として、アルミナ粉等を用いることができる。上記絶縁性粉体の平均粒径は、例えば、2〜100μm等のものを用いることができる。
また、上記粉体層は、例えば、0.1〜1mm程度の厚みとすることができる。
Further, alumina powder or the like can be used as the insulating powder. As the average particle diameter of the insulating powder, for example, a particle having a particle size of 2 to 100 μm can be used.
Moreover, the said powder layer can be made into thickness about 0.1-1 mm, for example.

また、上記ガラス層としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ほう珪酸ガラスといったものや、珪酸ガラスをベースに、アルカリ土類金属等の金属酸化物を添加して形成することができる。
また、上記ガラス層は、例えば、0.03〜0.3mm程度の厚みとすることができる。
The glass layer can be formed by adding, for example, soda-lime glass, lead glass, borosilicate glass, or a metal oxide such as alkaline earth metal based on silicate glass.
Moreover, the said glass layer can be made into the thickness of about 0.03-0.3 mm, for example.

上記金属板の線膨張係数αと、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の線膨張係数βとは、α−β≦4.1×10-6/℃の関係を有することが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記線膨張係数αと上記線膨張係数βとの差に起因する熱応力や熱衝撃等の過大な応力が上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子に作用することを充分に回避することができる。そのため、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
一方、α−β>4.1×10-6/℃の場合、熱応力や熱衝撃等の過大な応力が上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子に作用するおそれがある。
The linear expansion coefficient α of the metal plate and the linear expansion coefficient β of the first insulator and the second insulator preferably have a relationship of α−β ≦ 4.1 × 10 −6 / ° C. ( Claim 2).
In this case, it is sufficient that excessive stress such as thermal stress or thermal shock caused by the difference between the linear expansion coefficient α and the linear expansion coefficient β acts on the first insulator and the second insulator. Can be avoided. Therefore, it is possible to more reliably prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.
On the other hand, when α−β> 4.1 × 10 −6 / ° C., excessive stress such as thermal stress or thermal shock may act on the first insulator and the second insulator.

上記金属板は、鉄鋼材、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、チタン、又はチタン合金からなることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記金属板の線膨張係数と上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の線膨張係数との差を充分小さいものとすることができるため、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生を充分に防ぐことができる。
The metal plate is preferably made of a steel material, a ferritic stainless steel, a martensitic stainless steel, titanium, or a titanium alloy.
In this case, the difference between the linear expansion coefficient of the metal plate and the linear expansion coefficients of the first insulator and the second insulator can be made sufficiently small. Therefore, the first insulator and the first insulator 2 Occurrence of breakage of the insulator can be sufficiently prevented.

上記粉体層は、上記第1絶縁碍子の上記基端面及び上記第2絶縁碍子の上記先端面の少なくとも一方に、上記絶縁性粉体と水との混合物を塗布し、その後乾燥することにより形成してなることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上述した絶縁性粉体からなる粉体層を容易、かつ確実に形成することができる。
また、上記基端面と上記先端面との両方に上記粉体層を形成した場合、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
The powder layer is formed by applying a mixture of the insulating powder and water to at least one of the base end face of the first insulator and the tip end face of the second insulator and then drying. (Claim 5).
In this case, the powder layer made of the above-described insulating powder can be easily and reliably formed.
Moreover, when the said powder layer is formed in both the said base end surface and the said front end surface, generation | occurrence | production of a failure | damage of the said 1st insulator and the said 2nd insulator can be prevented more reliably.

上記粉体層は、上記絶縁性粉体からなるシート状体を作製した後、該シート状体を上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面との間に介設することにより形成してなることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上述した絶縁性粉体からなる粉体層を容易、かつ確実に形成することができる。
また、上記シート状体は、例えば、ドクターブレード法にて作製することができる。そして、作製された上記シート状体を所望の形状に打ち抜くことで上記粉体層を形成することができる。
The powder layer is a sheet-like body made of the insulating powder, and the sheet-like body is interposed between the base end face of the first insulator and the tip end face of the second insulator. It is preferable to form by installing (Claim 6).
In this case, the powder layer made of the above-described insulating powder can be easily and reliably formed.
Moreover, the said sheet-like body is producible with a doctor blade method, for example. And the said powder layer can be formed by punching out the produced said sheet-like body in a desired shape.

上記ガラス層の線膨張係数γと、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の線膨張係数βとは、0.2×10-6≦β−γ≦3×10-6/℃の関係を有することが好ましい(請求項8)。
この場合には、上記ガラス層に充分な圧縮応力が付与されるため、上記第1絶縁碍子の基端面又は上記第2絶縁碍子の先端面にも圧縮応力を充分に付与することができる。これにより、上記第1絶縁碍子および上記第2絶縁碍子に作用する径方向外側方向への引張力を抑制することができる。そのため、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
The linear expansion coefficient γ of the glass layer and the linear expansion coefficient β of the first and second insulators are in a relationship of 0.2 × 10 −6 ≦ β−γ ≦ 3 × 10 −6 / ° C. (Claim 8).
In this case, since sufficient compressive stress is applied to the glass layer, it is possible to sufficiently apply compressive stress to the base end surface of the first insulator or the distal end surface of the second insulator. Thereby, the tensile force to the radial direction outer direction which acts on the said 1st insulator and the said 2nd insulator can be suppressed. Therefore, it is possible to more reliably prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

一方、β−γ<0.2×10-6/℃である場合、上記ガラス層形成によって、上記第1絶縁碍子の基端面又は上記第2絶縁碍子の先端面に圧縮応力を充分に付与することが困難となるおそれがある。そのため、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子に作用する径方向外側方向への引張力を充分に抑制することが困難となるおそれがある。
また、β−γ>3×10-6/℃である場合、収縮量の違いにより、上記ガラス層の溶融、冷却固化に伴い、上記ガラス層に亀裂が発生したり、上記ガラス層を形成した上記第1絶縁碍子又は上記第2絶縁碍子と上記ガラス層との間に剥離が発生したりするおそれがある。
On the other hand, when β−γ <0.2 × 10 −6 / ° C., a compressive stress is sufficiently applied to the base end face of the first insulator or the tip end face of the second insulator by the glass layer formation. May be difficult. Therefore, it may be difficult to sufficiently suppress the tensile force in the radially outward direction that acts on the first insulator and the second insulator.
Further, when β−γ> 3 × 10 −6 / ° C., cracks occurred in the glass layer or the glass layer was formed as the glass layer melted and cooled and solidified due to the difference in shrinkage. There is a possibility that peeling occurs between the first insulator or the second insulator and the glass layer.

上記ガラス層は、元素周期律表におけるI族の元素を含有しないガラス材からなることが好ましい(請求項9)。
この場合には、上記ガスセンサの性能を確保することができる。即ち、仮に、上記ガラス層に上記I族の元素を含有させた場合、上記ガラス層が高温多湿雰囲気に長時間さらされて、上記I族の元素が溶出するおそれがある。そのため、この溶出した上記I族の元素が上記センサ素子の電極及びヒータ電極間に付着することにより、上記センサ素子の絶縁抵抗が低下し、センサ性能が低下するおそれがある。そこで、請求項9の発明によれば、かかる不具合を防いで上記ガスセンサの性能を確保することができる。
The glass layer is preferably made of a glass material that does not contain a group I element in the periodic table.
In this case, the performance of the gas sensor can be ensured. That is, if the glass layer contains the group I element, the glass layer may be exposed to a high-temperature and high-humidity atmosphere for a long time, and the group I element may be eluted. Therefore, when the eluted group I element adheres between the electrode of the sensor element and the heater electrode, the insulation resistance of the sensor element is lowered, and the sensor performance may be lowered. Therefore, according to the ninth aspect of the present invention, it is possible to prevent such problems and ensure the performance of the gas sensor.

(実施例1)
本発明の実施例にかかる内燃機関の燃焼制御等に利用するガスセンサ1につき、図1〜図5を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、自動車エンジンの排気系に設置され、エンジンの燃焼制御に利用される酸素センサである。
Example 1
A gas sensor 1 used for combustion control of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The gas sensor 1 of this example is an oxygen sensor that is installed in an exhaust system of an automobile engine and is used for engine combustion control.

また、ガスセンサ1は、図1、図2に示すごとく、被測定中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子2と、該センサ素子2を挿嵌保持する第1絶縁碍子11と、該第1絶縁碍子11の基端面110に先端面120を対向させて配置されると共にセンサ素子2の基端部22を覆う第2絶縁碍子12と、第1絶縁碍子11を嵌入保持するハウジング10とを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the gas sensor 1 includes a sensor element 2 for detecting a specific gas concentration under measurement, a first insulator 11 for inserting and holding the sensor element 2, and the first insulation. It has the 2nd insulator 12 which is arrange | positioned with the front end surface 120 facing the base end surface 110 of the insulator 11, and covers the base end part 22 of the sensor element 2, and the housing 10 which inserts and holds the 1st insulator 11. FIG.

そして、図1〜図3に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、両者の間に介設した金属板31に当接している。
また、金属板31の線膨張係数αと、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の線膨張係数βとは、α−β≦4.1×10-6/℃の関係を有する。
また、金属板31は、フェライト系ステンレスからなる。
尚、図3は説明の便宜上、基端面110及び先端面120のうねりを大きく描いている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are in contact with a metal plate 31 interposed therebetween.
Further, the linear expansion coefficient α of the metal plate 31 and the linear expansion coefficient β of the first insulator 11 and the second insulator 12 have a relationship of α−β ≦ 4.1 × 10 −6 / ° C.
The metal plate 31 is made of ferritic stainless steel.
In FIG. 3, the undulation of the base end face 110 and the front end face 120 is greatly drawn for convenience of explanation.

図4、図5に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110には先端側へ後退した凹部111が形成され、第2絶縁碍子12の先端面120には上記凹部111に嵌合可能な凸部121が形成されている。
そして、第1絶縁碍子11と第2絶縁碍子12とは、上記凹部111と上記凸部121とを嵌合させた状態で基端面110と先端面120とを当接させている。ここで、基端面110と先端面120とは凹部111又は凸部121が形成されていない部分(図4における斜線部分)において互いに当接している。したがって、金属板31は凹部111又は凸部121の形成部分以外の基端面110及び先端面120に当接している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the base end surface 110 of the first insulator 11 is formed with a recess 111 that is retracted toward the tip side, and the tip surface 120 of the second insulator 12 can be fitted into the recess 111. Convex part 121 is formed.
And the 1st insulator 11 and the 2nd insulator 12 are making the base end surface 110 and the front end surface 120 contact | abut in the state which fitted the said recessed part 111 and the said convex part 121. FIG. Here, the base end surface 110 and the front end surface 120 are in contact with each other at a portion where the concave portion 111 or the convex portion 121 is not formed (shaded portion in FIG. 4). Therefore, the metal plate 31 is in contact with the base end surface 110 and the front end surface 120 other than the portion where the concave portion 111 or the convex portion 121 is formed.

本例のガスセンサ1は、図1に示すごとく、ハウジング10の基端側に設けた大気側カバー14と、ハウジング10の先端側に設けた二重の被測定ガス側カバー13とを有する。
そして、センサ素子2の基端部22側は大気側カバー14内の第2絶縁碍子12内に、先端部21側は被測定ガス側カバー13内に位置する。
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 of this example includes an atmosphere-side cover 14 provided on the proximal end side of the housing 10 and a double measured gas-side cover 13 provided on the distal end side of the housing 10.
The base end 22 side of the sensor element 2 is located in the second insulator 12 in the atmosphere-side cover 14, and the distal end 21 side is located in the measured gas-side cover 13.

ハウジング10の内部には、筒状の第1絶縁碍子11が配設され、この内部にセンサ素子2の中央部が挿通固定されている。該中央部と第1絶縁碍子11との間はガラス封着材5により封止されている。
また、大気側カバー14の基端部は、ゴムブッシュ16によって塞がれている。ゴムブッシュ16には4つの端子収納穴160が設けてあり、各端子収納穴160には4本のリード線15が挿通配置されている。
A cylindrical first insulator 11 is disposed inside the housing 10, and a central portion of the sensor element 2 is inserted and fixed therein. A space between the central portion and the first insulator 11 is sealed with a glass sealing material 5.
Further, the base end portion of the atmosphere-side cover 14 is closed by a rubber bush 16. The rubber bushing 16 is provided with four terminal storage holes 160, and four lead wires 15 are inserted into the terminal storage holes 160.

また、第2絶縁碍子12は、第1絶縁碍子11の基端面110と大気側カバー14の肩部140との間に配設される。なお、第2絶縁碍子12と肩部140との間には、両者間を広げる方向に付勢された皿バネ6が配設されており、該皿バネ6の付勢力により第2絶縁碍子12が第1絶縁碍子11に押圧されている。
また、図1に示すごとく、第1絶縁碍子11はハウジング10の内側面に突出形成された碍子受け面100に対し環状パッキン4を介して配置されている。
The second insulator 12 is disposed between the base end surface 110 of the first insulator 11 and the shoulder 140 of the atmosphere side cover 14. A disc spring 6 urged in a direction to widen the gap between the second insulator 12 and the shoulder 140 is disposed, and the second insulator 12 is urged by the urging force of the disc spring 6. Is pressed by the first insulator 11.
In addition, as shown in FIG. 1, the first insulator 11 is arranged via an annular packing 4 with respect to an insulator receiving surface 100 that is formed to protrude from the inner surface of the housing 10.

また、センサ素子2の先端部21は排気ガス中に露出しており、該先端部21において排気ガス成分による電気化学的反応が生じる。先端部21には、電極が設けられており、該電極により、上記電気化学的反応により発生した電気信号を探知して、リード線15から上記電気信号を外部に取り出すことにより、ガス濃度を検知している。
また、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12は絶縁性セラミック材料により形成されている。
また、金属板31は0.1〜2mmの厚みとすることができる。
Further, the tip portion 21 of the sensor element 2 is exposed in the exhaust gas, and an electrochemical reaction due to the exhaust gas component occurs in the tip portion 21. The tip portion 21 is provided with an electrode. The electrode detects the electric signal generated by the electrochemical reaction, and detects the gas concentration by taking out the electric signal from the lead wire 15 to the outside. is doing.
The first insulator 11 and the second insulator 12 are made of an insulating ceramic material.
Moreover, the metal plate 31 can be 0.1-2 mm thick.

次に、本例の作用効果につき説明する。
第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、図1〜図3に示すごとく、両者の間に介設した金属板31に当接しているため、基端面110と金属板31、及び先端面120と金属板31との当接とすることができる。即ち、大きな応力が作用したときに塑性変形する金属板31と第1絶縁碍子11又は第2絶縁碍子12との当接となる。
Next, the function and effect of this example will be described.
Since the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are in contact with the metal plate 31 interposed between them, as shown in FIGS. 110 and the metal plate 31, and the tip surface 120 and the metal plate 31 can be in contact with each other. That is, the metal plate 31 that is plastically deformed when a large stress is applied and the first insulator 11 or the second insulator 12 are brought into contact with each other.

そのため、第1絶縁碍子11と金属板31と第2絶縁碍子12との間に荷重がかかったとき、基端面110と先端面120とにうねりが生じていても、図3に示すごとく、そのうねりに金属板31がなじむように変形する。これにより、基端面110と金属板31、金属板31と先端面120との間の接触面積が増大し、接触部にかかる応力を分散させることができる。その結果、第1絶縁碍子11および第2絶縁碍子12の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, when a load is applied between the first insulator 11, the metal plate 31, and the second insulator 12, even if undulation occurs on the base end surface 110 and the front end surface 120, as shown in FIG. It deform | transforms so that the metal plate 31 may adapt to a wave | undulation. Thereby, the contact area between the base end surface 110 and the metal plate 31, and between the metal plate 31 and the front end surface 120 increases, and the stress applied to the contact portion can be dispersed. As a result, it is possible to prevent the first insulator 11 and the second insulator 12 from being damaged.

また、金属板31の線膨張係数αと、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の線膨張係数βとは、α−β≦4.1×10-6/℃の関係を有する。そのため、線膨張係数αと線膨張係数βとの差に起因する熱応力や熱衝撃等の過大な応力が第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12に作用することを充分に回避することができる。 Further, the linear expansion coefficient α of the metal plate 31 and the linear expansion coefficient β of the first insulator 11 and the second insulator 12 have a relationship of α−β ≦ 4.1 × 10 −6 / ° C. Therefore, it is possible to sufficiently avoid that excessive stress such as thermal stress or thermal shock caused by the difference between the linear expansion coefficient α and the linear expansion coefficient β acts on the first insulator 11 and the second insulator 12. it can.

また、金属板31は、フェライト系ステンレスからなる。これにより、金属板31の線膨張係数αと第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の線膨張係数βとの差を充分小さいものとすることができるため、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生を充分に防ぐことができる。   The metal plate 31 is made of ferritic stainless steel. As a result, the difference between the linear expansion coefficient α of the metal plate 31 and the linear expansion coefficient β of the first insulator 11 and the second insulator 12 can be made sufficiently small. Therefore, the first insulator 11 and the second insulator Occurrence of breakage of the insulator 12 can be sufficiently prevented.

以上のごとく、本例によれば、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide a gas sensor that can prevent the first insulator and the second insulator from being damaged.

(実施例2)
本例は、図6、図7に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、両者の間に介設した絶縁性粉体からなる粉体層32に当接している。
粉体層32は、第1絶縁碍子11の基端面110に絶縁性粉体と水との混合物を塗布し、その後乾燥することにより形成している。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 6 and 7, the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are made of an insulating powder interposed therebetween. In contact with the layer 32.
The powder layer 32 is formed by applying a mixture of insulating powder and water to the base end face 110 of the first insulator 11 and then drying.

また、絶縁性粉体として、アルミナ粉等を用いることができる。また、絶縁性粉体の平均粒径は、20〜100μmとすることができる。
また、粉体層32は、0.1〜1mmの厚みとすることができる。
尚、図7は説明の便宜上、基端面110及び先端面120のうねりを大きく描いている。
その他は、実施例1と同様である。
Moreover, alumina powder etc. can be used as insulating powder. Moreover, the average particle diameter of insulating powder can be 20-100 micrometers.
Moreover, the powder layer 32 can be 0.1-1 mm thick.
In FIG. 7, the undulation of the base end face 110 and the front end face 120 is greatly drawn for convenience of explanation.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、図6、図7に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、両者の間に介設した絶縁性粉体からなる粉体層32に当接している。これにより、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12をガスセンサ1に組付ける際の組付け荷重により、粉体層32が基端面110と先端面120との当接部の隙間に入り込ませることができる。   In the case of this example, as shown in FIGS. 6 and 7, the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are made of insulating powder interposed between the two. It is in contact with the powder layer 32. As a result, the powder layer 32 is caused to enter the gap between the base end surface 110 and the front end surface 120 due to the assembly load when the first insulator 11 and the second insulator 12 are assembled to the gas sensor 1. Can do.

したがって、第1絶縁碍子11の基端面110又は第2絶縁碍子12の先端面120にうねりが生じていても、図7に示すごとく、このうねりの谷部分を粉体層32によって均等に埋めることができる。これにより、うねりの山同士の当接により第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120との接触面積が極小となるという不具合を回避することができる。   Therefore, even if undulation occurs on the base end surface 110 of the first insulator 11 or the distal end surface 120 of the second insulator 12, the valley portions of the undulation are evenly filled with the powder layer 32 as shown in FIG. Can do. Thereby, the malfunction that the contact area of the base end surface 110 of the 1st insulator 11 and the front end surface 120 of the 2nd insulator 12 becomes the minimum by contact | abutting of the peak of a wave | undulation can be avoided.

それ故、ガスセンサ1に第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12を組み付ける際の組付け荷重が作用しても、第1絶縁碍子11と第2絶縁碍子12との間に、局所的に過大な応力が集中することを回避することができる。これにより、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, even if an assembly load is applied to the gas sensor 1 when the first insulator 11 and the second insulator 12 are assembled, it is locally excessive between the first insulator 11 and the second insulator 12. Concentration of various stresses can be avoided. Thereby, generation | occurrence | production of the failure | damage of the 1st insulator 11 and the 2nd insulator 12 can be prevented.

また、粉体層32は、第1絶縁碍子11の基端面12に絶縁性粉体と水との混合物を塗布し、その後乾燥することにより形成してなる。これにより、上述した絶縁性粉体からなる粉体層32を容易、かつ確実に形成することができるため、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
The powder layer 32 is formed by applying a mixture of insulating powder and water to the base end face 12 of the first insulator 11 and then drying it. Thereby, since the powder layer 32 made of the above-described insulating powder can be easily and reliably formed, it is possible to more reliably prevent the first insulator 11 and the second insulator 12 from being damaged. it can.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施例3)
本例は、図8、図9に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、基端面110に融着させたガラス層33に当接している。
また、ガラス層33の線膨張係数γと、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の線膨張係数βとは、0.2×10-6≦β−γ≦3×10-6/℃の関係を有する。
また、ガラス層33は、元素周期律表におけるI族の元素を含有しないガラス材からなる。
(Example 3)
In this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are in contact with the glass layer 33 fused to the base end face 110. Yes.
The linear expansion coefficient γ of the glass layer 33 and the linear expansion coefficients β of the first insulator 11 and the second insulator 12 are 0.2 × 10 −6 ≦ β−γ ≦ 3 × 10 −6 / ° C. Have the relationship.
The glass layer 33 is made of a glass material that does not contain a group I element in the periodic table.

また、ガラス層33は、第1絶縁碍子11の基端面110に融着されているが、第2絶縁碍子12の先端面120には融着されていない。
また、ガラス層33は、0.03〜0.3mmの厚みとすることができる。
尚、図9は説明の便宜上、基端面110及び先端面120のうねりを大きく描いている。
その他は、実施例1と同様である。
The glass layer 33 is fused to the base end face 110 of the first insulator 11, but is not fused to the tip face 120 of the second insulator 12.
Moreover, the glass layer 33 can be 0.03-0.3 mm thick.
In FIG. 9, the undulations of the base end face 110 and the front end face 120 are greatly drawn for convenience of explanation.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、図8、図9に示すごとく、第1絶縁碍子11の基端面110と第2絶縁碍子12の先端面120とは、基端面110に融着させたガラス層33に当接している。そのため、基端面110にうねりが形成されていても、図9に示すごとく、ガラス層32を融着させて基端面110のうねりを覆うことにより、基端面110を平面状にすることができる。これにより、基端面110及び先端面120における、うねりの山同士における曲面と曲面との当接を回避して、曲面と平面との当接、あるいは平面同士の当接とすることができる。   In the case of this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip end face 120 of the second insulator 12 are bonded to the glass layer 33 fused to the base end face 110. It is in contact. Therefore, even if undulations are formed on the base end face 110, the base end face 110 can be made flat by fusing the glass layer 32 to cover the undulations of the base end face 110 as shown in FIG. Thereby, it is possible to avoid the contact between the curved surface and the curved surface between the undulation peaks on the base end surface 110 and the distal end surface 120, and to make the contact between the curved surface and the flat surface, or the contact between the flat surfaces.

それ故、ガスセンサ1に第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12を組付ける際の組付け荷重が作用しても、第1絶縁碍子11と第2絶縁碍子12との間に、局所的に過大な応力が集中することを回避することができるため、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生を防ぐことができる。   Therefore, even when an assembly load is applied to the gas sensor 1 when assembling the first insulator 11 and the second insulator 12, locally between the first insulator 11 and the second insulator 12. Since it is possible to avoid excessive stress concentration, it is possible to prevent the first insulator 11 and the second insulator 12 from being damaged.

また、ガラス層33の線膨張係数γと、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の線膨張係数βとは、0.2×10-6≦β−γ≦3×10-6/℃の関係を有する。それ故、ガラス層33に充分な圧縮応力が付与されるため、第1絶縁碍子11の基端面110又は第2絶縁碍子12の先端面120にも圧縮応力を充分に付与することができる。これにより、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12に作用する径方向外側方向への引張力を抑制することができる。
また、ガラス層33は、元素周期律表におけるI族の元素を含有しないガラス材からなる。そのため、ガスセンサ1の性能を確保することができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
The linear expansion coefficient γ of the glass layer 33 and the linear expansion coefficients β of the first insulator 11 and the second insulator 12 are 0.2 × 10 −6 ≦ β−γ ≦ 3 × 10 −6 / ° C. Have the relationship. Therefore, since sufficient compressive stress is applied to the glass layer 33, it is possible to sufficiently apply compressive stress to the base end surface 110 of the first insulator 11 or the distal end surface 120 of the second insulator 12. Thereby, the tensile force to the radial direction outer direction which acts on the 1st insulator 11 and the 2nd insulator 12 can be suppressed.
The glass layer 33 is made of a glass material that does not contain a group I element in the periodic table. Therefore, the performance of the gas sensor 1 can be ensured.
The other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

上述した実施例3においては、第1絶縁碍子11の基端面110にガラス層33を融着して、第2絶縁碍子12の先端面120には融着していないが、基端面110及び先端面120の双方にガラス層33を融着させることもできる。この場合、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生をより確実に防ぐことができる。   In the third embodiment described above, the glass layer 33 is fused to the base end face 110 of the first insulator 11 and is not fused to the tip end face 120 of the second insulator 12. It is also possible to fuse the glass layer 33 to both surfaces 120. In this case, the occurrence of breakage of the first insulator 11 and the second insulator 12 can be prevented more reliably.

(実施例4)
本例は、表1、図10に示すごとく、上述の実施例1に示したガスセンサ1につき、載荷試験及び冷熱試験を行い、第1絶縁碍子11又は第2絶縁碍子12の亀裂又は割れの発生状況を調査した例である。
まず、各種金属板31を介設して第1絶縁碍子11に第2絶縁碍子12を組付けて試料を作製すると共に、載荷試験を行い、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の亀裂又は割れの発生状況を調査した。
Example 4
In this example, as shown in Table 1 and FIG. 10, the loading test and the cooling test are performed on the gas sensor 1 shown in the first embodiment, and the first insulator 11 or the second insulator 12 is cracked or cracked. This is an example of investigating the situation.
First, a sample is prepared by assembling the second insulator 12 to the first insulator 11 with various metal plates 31 interposed therebetween, a load test is performed, and cracks in the first insulator 11 and the second insulator 12 are observed. Or the occurrence of cracks was investigated.

上記載荷試験としては、図10に示すごとく、第2絶縁碍子12を、基端側を下にして支承治具72に載置し、その先端面120に基端面110を当接させた状態で第1絶縁碍子11を第2絶縁碍子12に組み合わせる。そして、第1絶縁碍子11の先端側から押圧治具71を被せると共に、支承治具72に向かって10KNの荷重Fをかける。   In the above-described load test, as shown in FIG. 10, the second insulator 12 is placed on the support jig 72 with the base end side down, and the base end surface 110 is in contact with the front end surface 120. The first insulator 11 is combined with the second insulator 12. Then, the pressing jig 71 is covered from the front end side of the first insulator 11 and a load F of 10 KN is applied toward the supporting jig 72.

また、各試料について、内燃機関の運転中の最高温度である600℃にて20時間保持した後、常温に4時間保持することを1サイクルとして、20サイクルの冷熱試験を行い、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の亀裂又は割れの発生状況を調査した。
尚、600℃から常温への冷却は、試料を600℃の炉から大気中へ取り出して自然冷却することにより行ない、常温から600℃までの加熱は、試料を大気中から600℃の炉中に投入することにより行なった。
In addition, each sample was subjected to a 20-cycle cooling test by holding for 20 hours at 600 ° C., which is the maximum temperature during operation of the internal combustion engine, and then holding at room temperature for 4 hours, and the first insulator was tested. 11 and the state of occurrence of cracks in the second insulator 12 were investigated.
The cooling from 600 ° C. to room temperature is performed by taking the sample from the furnace at 600 ° C. into the atmosphere and naturally cooling, and the heating from room temperature to 600 ° C. is carried out from the atmosphere into the furnace at 600 ° C. It was done by throwing in.

また、比較試料として、金属板31を介設させずに第1絶縁碍子11と第2絶縁碍子12とを当接させたものについても、同様に調査した。
また、載荷試験においては、いずれの試料についても20本ずつ作製した。冷熱試験においては、いずれの試料についても4本ずつ作製した。
また、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の亀裂及び割れの判別については、染色液に浸漬することによるカラーチェックにて行なった。
調査結果を表1に示す。
In addition, as a comparative sample, a case where the first insulator 11 and the second insulator 12 were brought into contact without the metal plate 31 being interposed was also investigated in the same manner.
In the loading test, 20 samples were prepared for each sample. In the cooling test, four samples were prepared for each sample.
In addition, the first insulator 11 and the second insulator 12 were checked for cracks and cracks by color check by immersing them in a dyeing solution.
The survey results are shown in Table 1.

Figure 2006266912
Figure 2006266912

表1より、載荷試験については、20本中3本の比較試料について第1絶縁碍子11又は第2絶縁碍子12に亀裂又は割れが発生していることがわかる。一方、金属板31を介設した試料については、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12に亀裂又は割れは発生していない。
また、冷熱試験については、表1より、Ni又はSUS304の金属板31を介設した試料について、第1絶縁碍子11又は第2絶縁碍子12に亀裂又は割れが発生していることがわかる。
From Table 1, it can be seen that for the loading test, cracks or cracks occurred in the first insulator 11 or the second insulator 12 for three of the 20 comparative samples. On the other hand, for the sample with the metal plate 31 interposed, the first insulator 11 and the second insulator 12 are not cracked or cracked.
Moreover, about a thermal test, it turns out from Table 1 that the crack or the crack has generate | occur | produced in the 1st insulator 11 or the 2nd insulator 12 about the sample which interposed the metal plate 31 of Ni or SUS304.

また、Niと第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12との線膨張係数差は、6.0×10-6/℃であり、一方、上記の両試験において良好な結果が得られた軟鋼と第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12との線膨張係数差は、4.1×10-6/℃である。
即ち、金属板31と第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12との線膨張係数差が4.1×10-6/℃以下の範囲内であれば、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生を充分に防ぐことができる。
Further, the difference in coefficient of linear expansion between Ni and the first insulator 11 and the second insulator 12 is 6.0 × 10 −6 / ° C. On the other hand, mild steel that has obtained good results in both the above tests. The linear expansion coefficient difference between the first insulator 11 and the second insulator 12 is 4.1 × 10 −6 / ° C.
That is, if the difference in linear expansion coefficient between the metal plate 31 and the first and second insulators 11 and 12 is within a range of 4.1 × 10 −6 / ° C. or less, the first and second insulators 11 and 11 are used. Occurrence of breakage of the insulator 12 can be sufficiently prevented.

(実施例5)
本例は、表2に示すごとく、上述の実施例3に示したガスセンサ1につき、各種ガラスを基端面110に融着することにより、ガラス層33を形成して試料を作製した後、ガラス層33、第1絶縁碍子11、又は第2絶縁碍子12の亀裂又は割れの発生状況を調査したものである。
(Example 5)
In this example, as shown in Table 2, for the gas sensor 1 shown in Example 3 described above, various glasses were fused to the base end surface 110 to form a glass layer 33, and then a sample was prepared. 33, the occurrence of cracks or cracks in the first insulator 11 or the second insulator 12 was investigated.

また、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12をガスセンサ1に組付ける際に、各試料に載荷試験を行い、ガラス層33、第1絶縁碍子11、又は第2絶縁碍子12の亀裂又は割れの発生状況についても合わせて調査した。
上記載荷試験は、実施例4の載荷試験と同様の方法にて行なった。
Further, when the first insulator 11 and the second insulator 12 are assembled to the gas sensor 1, a loading test is performed on each sample, and the glass layer 33, the first insulator 11, or the second insulator 12 is cracked or cracked. We also investigated the situation of the occurrence.
The load test described above was performed in the same manner as the load test of Example 4.

また、比較試料として、基端面110及び先端面120のどちらにもガラス層33を形成していないものを作製した。
また、いずれの試料についても20本ずつ作製した。
亀裂及び割れの判別は、実施例4と同様の方法にて行なった。
調査結果を表2に示す。
Further, a comparative sample in which the glass layer 33 was not formed on either the base end face 110 or the front end face 120 was produced.
In addition, 20 samples were prepared for each sample.
The determination of cracks and cracks was performed in the same manner as in Example 4.
The survey results are shown in Table 2.

Figure 2006266912
Figure 2006266912

表2より、ソーダ石灰ガラス、又は、ほう珪酸ガラスからなるガラス層33を形成した試料について、ガラス層33形成後にガラス層33、第1絶縁碍子11、又は第2絶縁碍子12に亀裂又は割れが発生していることがわかる。
更に、載荷試験においては、ソーダ石灰ガラス又は線膨張係数が7.5×10-6/℃の鉛ガラスからなるガラス層33を形成した試料について、ガラス層33、第1絶縁碍子11、又は第2絶縁碍子12に亀裂又は割れが発生していることがわかる。
From Table 2, regarding the sample in which the glass layer 33 made of soda-lime glass or borosilicate glass was formed, the glass layer 33, the first insulator 11 or the second insulator 12 was cracked or cracked after the glass layer 33 was formed. You can see that it has occurred.
Furthermore, in the loading test, the glass layer 33, the first insulator 11, or the first layer is formed on a sample in which the glass layer 33 made of soda-lime glass or lead glass having a linear expansion coefficient of 7.5 × 10 −6 / ° C. is formed. It can be seen that the two insulators 12 are cracked or cracked.

また、20本中3本の比較試料についても、載荷試験において、ガラス層33、第1絶縁碍子11、又は第2絶縁碍子12に亀裂又は割れが発生していることがわかる。
即ち、表2より、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12とガラス層33との線膨張係数差が0.2×10-6/℃以上、3×10-6/℃以下である場合には、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生を充分に防ぐことができることがわかる。
In addition, it can be seen that three out of 20 comparative samples are cracked or cracked in the glass layer 33, the first insulator 11, or the second insulator 12 in the loading test.
That is, from Table 2, when the difference in linear expansion coefficient between the first insulator 11 and the second insulator 12 and the glass layer 33 is 0.2 × 10 −6 / ° C. or more and 3 × 10 −6 / ° C. or less. It can be seen that the occurrence of breakage of the first insulator 11 and the second insulator 12 can be sufficiently prevented.

上記実施例5においては、第1絶縁碍子11の基端面110にはガラス層33を形成し、第2絶縁碍子12の先端面120には形成していないが、先端面120にガラス層33を形成し、基端面110には形成しない場合においても、同様の結果が得られると考えられる。
更に、第1絶縁碍子11の基端面110及び第2絶縁碍子12の先端面120の双方に、上記ガラス層33を融着する場合には、第1絶縁碍子11及び第2絶縁碍子12の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
In the fifth embodiment, the glass layer 33 is formed on the proximal end surface 110 of the first insulator 11 and not formed on the distal end surface 120 of the second insulator 12, but the glass layer 33 is formed on the distal end surface 120. Even if it is formed and not formed on the base end face 110, it is considered that the same result can be obtained.
Furthermore, when the glass layer 33 is fused to both the base end face 110 of the first insulator 11 and the tip face 120 of the second insulator 12, the first insulator 11 and the second insulator 12 are damaged. Can be more reliably prevented.

実施例1における、ガスセンサの断面説明図。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a gas sensor in the first embodiment. 実施例1における、第1絶縁碍子と第2絶縁碍子との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the 1st insulator and the 2nd insulator in Example 1. FIG. 実施例1における、第1絶縁碍子の基端面と第2絶縁碍子の先端面との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the base end surface of a 1st insulator and the front end surface of a 2nd insulator in Example 1. FIG. 実施例1における、(a)第1絶縁碍子の基端面の説明図、(b)第2絶縁碍子の先端面の説明図。In Example 1, (a) Explanatory drawing of the base end surface of a 1st insulator, (b) Explanatory drawing of the front end surface of a 2nd insulator. 実施例1における、センサ素子を挿嵌保持させた第1絶縁碍子と第2絶縁碍子とを示す説明図。Explanatory drawing which shows the 1st insulator and the 2nd insulator which inserted and hold | maintained the sensor element in Example 1. FIG. 実施例2における、第1絶縁碍子と第2絶縁碍子との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the 1st insulator and the 2nd insulator in Example 2. FIG. 実施例2における、第1絶縁碍子の基端面と第2絶縁碍子の先端面との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the base end surface of a 1st insulator and the front end surface of a 2nd insulator in Example 2. FIG. 実施例3における、第1絶縁碍子と第2絶縁碍子との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the 1st insulator and the 2nd insulator in Example 3. FIG. 実施例3における、第1絶縁碍子の基端面と第2絶縁碍子の先端面との当接部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the contact part of the base end surface of a 1st insulator and the front end surface of a 2nd insulator in Example 3. FIG. 実施例4における、第1絶縁碍子及び第2絶縁碍子に荷重をかける方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the method of applying a load to the 1st insulator and the 2nd insulator in Example 4. FIG. 従来例における、ガスセンサの断面説明図。Sectional explanatory drawing of the gas sensor in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガスセンサ
10 ハウジング
11 第1絶縁碍子
110 基端面
12 第2絶縁碍子
120 先端面
2 センサ素子
22 基端部
31 金属板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 10 Housing 11 1st insulator 110 Base end surface 12 2nd insulator 120 Front end surface 2 Sensor element 22 Base end part 31 Metal plate

Claims (9)

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した金属板に当接していることを特徴とするガスセンサ。
A sensor element for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, a distal end surface of the first insulator that faces the base end face of the first insulator, and the sensor A second insulator covering the base end of the element, and a housing for fitting and holding the first insulator;
The gas sensor according to claim 1, wherein the base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator are in contact with a metal plate interposed therebetween.
請求項1において、上記金属板の線膨張係数αと、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の線膨張係数βとは、α−β≦4.1×10-6/℃の関係を有することを特徴とするガスセンサ。 In Claim 1, the linear expansion coefficient α of the metal plate and the linear expansion coefficient β of the first insulator and the second insulator have a relationship of α−β ≦ 4.1 × 10 −6 / ° C. A gas sensor comprising: 請求項1又は2において、上記金属板は、鉄鋼材、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、チタン、又はチタン合金からなることを特徴とするガスセンサ。   3. The gas sensor according to claim 1, wherein the metal plate is made of steel, ferritic stainless steel, martensitic stainless steel, titanium, or a titanium alloy. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、両者の間に介設した絶縁性粉体からなる粉体層に当接していることを特徴とするガスセンサ。
A sensor element for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, a distal end surface of the first insulator that faces the base end face of the first insulator, and the sensor A second insulator covering the base end of the element, and a housing for fitting and holding the first insulator;
The gas sensor according to claim 1, wherein the base end face of the first insulator and the tip end face of the second insulator are in contact with a powder layer made of insulating powder interposed therebetween.
請求項4において、上記粉体層は、上記第1絶縁碍子の上記基端面及び上記第2絶縁碍子の上記先端面の少なくとも一方に、上記絶縁性粉体と水との混合物を塗布し、その後乾燥することにより形成してなることを特徴とするガスセンサ。   5. The powder layer according to claim 4, wherein the mixture of the insulating powder and water is applied to at least one of the base end face of the first insulator and the tip end face of the second insulator, A gas sensor formed by drying. 請求項4において、上記粉体層は、上記絶縁性粉体からなるシート状体を作製した後、該シート状体を上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面との間に介設することにより形成してなることを特徴とするガスセンサ。   5. The powder layer according to claim 4, wherein the powder layer is a sheet-shaped body made of the insulating powder, and then the sheet-shaped body is divided into the base end surface of the first insulator and the distal end surface of the second insulator. A gas sensor formed by being interposed between the two. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第1絶縁碍子と、該第1絶縁碍子の基端面に先端面を対向させて配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第2絶縁碍子と、上記第1絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第1絶縁碍子の上記基端面と上記第2絶縁碍子の上記先端面とは、上記基端面及び上記先端面の少なくとも一方に融着させたガラス層に当接していることを特徴とするガスセンサ。
A sensor element for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured, a first insulator for inserting and holding the sensor element, a distal end surface of the first insulator that faces the base end face of the first insulator, and the sensor A second insulator covering the base end of the element, and a housing for fitting and holding the first insulator;
The base end surface of the first insulator and the tip end surface of the second insulator are in contact with a glass layer fused to at least one of the base end surface and the tip end surface. .
請求項7において、上記ガラス層の線膨張係数γと、上記第1絶縁碍子及び上記第2絶縁碍子の線膨張係数βとは、0.2×10-6/℃≦β−γ≦3×10-6/℃の関係を有することを特徴とするガスセンサ。 8. The linear expansion coefficient γ of the glass layer and the linear expansion coefficient β of the first insulator and the second insulator are 0.2 × 10 −6 / ° C. ≦ β−γ ≦ 3 ×. A gas sensor having a relationship of 10 −6 / ° C. 請求項7又は8において、上記ガラス層は、元素周期律表におけるI族の元素を含有しないガラス材からなることを特徴とするガスセンサ。   9. The gas sensor according to claim 7, wherein the glass layer is made of a glass material that does not contain a group I element in the periodic table.
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JP2015227790A (en) * 2014-05-30 2015-12-17 日本特殊陶業株式会社 Sensor

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