JP2006266912A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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
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
The
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
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
Further, the linear expansion coefficient α of the
The
In FIG. 3, the undulation of the
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
And the
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
The
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
Further, the base end portion of the atmosphere-
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
In addition, as shown in FIG. 1, the
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
The
Moreover, the
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
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
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
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
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
The
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
In FIG. 7, the undulation of the
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
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
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
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
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
The linear expansion coefficient γ of the
The
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
Moreover, the
In FIG. 9, the undulations of the
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
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
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
The
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
(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
First, a sample is prepared by assembling the
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
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
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
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
The survey results are shown in Table 1.
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
Moreover, about a thermal test, it turns out from Table 1 that the crack or the crack has generate | occur | produced in the
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
That is, if the difference in linear expansion coefficient between the
(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
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
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
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.
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
Furthermore, in the loading test, the
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
That is, from Table 2, when the difference in linear expansion coefficient between the
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
Furthermore, when the
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
Claims (9)
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.
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.
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. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010101723A (en) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Denso Corp | Gas sensor |
JP2015227790A (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
-
2005
- 2005-03-24 JP JP2005086376A patent/JP2006266912A/en not_active Withdrawn
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