JP2007101353A - Gas sensor - Google Patents

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Susumu Naito
将 内藤
Akio Tanaka
章夫 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor capable of preventing an output characteristic from being fluctuated, and having excellent detection precision. <P>SOLUTION: The gas sensor 1 has a gas sensor element 2 for detecting a concentration of a specified gas in a measured gas, and an insulating insulator 3 for penetrating the gas sensor element 2 through an element through hole 30 to be held. The gas sensor element 2 and the insulating insulator 3 are fixed sealedly in a base end side of the element through hole 30, by an air-tight sealant 6. The gas sensor element 2 forms a sensing part 200 provided with a measured gas side electrode and a reference gas side electrode in a tip end side more than that of the insulator 3. A porous diffusion resistance layer 21 is arranged to diffuse the measured gas flowing toward the measured gas side electrode, in the sensing part 200. A cushioning sealant 4 is arranged to bury a clearance between the element through hole 30 of the insulator 3 and the gas sensor element 2, in at least tip part between the both. The cushioning sealant 4 is arranged separately from the porous diffusion resistance layer 21 along a longitudinal direction of the gas sensor element 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御等に利用するガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor used for air-fuel ratio control of an internal combustion engine.

従来より、自動車エンジンの排気系には、空燃比制御等に利用するガスセンサ9が設置されている。該ガスセンサ9は、図6に示すごとく、素子挿通孔930を持った筒状の絶縁碍子93と、素子挿通孔930内に封止固定されたガスセンサ素子92と、絶縁碍子93が挿入配置された筒状のハウジング95とを有する。   Conventionally, a gas sensor 9 used for air-fuel ratio control or the like is installed in an exhaust system of an automobile engine. As shown in FIG. 6, the gas sensor 9 includes a cylindrical insulator 93 having an element insertion hole 930, a gas sensor element 92 sealed and fixed in the element insertion hole 930, and an insulator 93 inserted therein. A cylindrical housing 95.

また、上記ガスセンサ9は、ガスセンサ素子92の外側面と素子挿通孔930における大径部931の内側面との間を、密閉封止材96にて強固に封止固定されている。即ち、ガスセンサ素子92と素子挿通孔930との間は、基準ガス側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との境界であるため、両者間を気密封止して、両雰囲気が混合しないようにする必要がある。   Further, the gas sensor 9 is firmly sealed and fixed between the outer side surface of the gas sensor element 92 and the inner side surface of the large-diameter portion 931 in the element insertion hole 930 with a hermetic sealing material 96. That is, since the space between the gas sensor element 92 and the element insertion hole 930 is a boundary between the reference gas side atmosphere and the measured gas side atmosphere, it is necessary to hermetically seal the two so that the two atmospheres do not mix. There is.

ところが、小径部932において絶縁碍子93とガスセンサ素子92との間には、ガスセンサ素子92の挿通を容易にするために、若干の隙間を設けてある。そのため、ガスセンサ素子92は、基端側においてのみ固定された状態となっていた。それ故、外部から大きな衝撃や振動を受けたときにガスセンサ素子92の先端側が振り子のように振れて(以下、素子振れという)素子挿通孔930の内側面に衝突する、或いは、応力が集中する等して、ガスセンサ素子92に折損がしばしば生じていた。
そこで、小径部932の内側面とガスセンサ素子92の外側面との間に緩衝封止材94にて封止されているガスセンサ9が提案されている(特許文献1参照)。
However, a slight gap is provided between the insulator 93 and the gas sensor element 92 in the small diameter portion 932 in order to facilitate insertion of the gas sensor element 92. For this reason, the gas sensor element 92 is fixed only on the base end side. Therefore, when receiving a large impact or vibration from the outside, the tip end side of the gas sensor element 92 swings like a pendulum (hereinafter referred to as element swing) and collides with the inner side surface of the element insertion hole 930 or stress is concentrated. For example, the gas sensor element 92 often breaks.
Therefore, a gas sensor 9 is proposed that is sealed with a buffer sealing material 94 between the inner surface of the small diameter portion 932 and the outer surface of the gas sensor element 92 (see Patent Document 1).

上記ガスセンサ9によれば、ガスセンサ素子92は、少なくとも二点で支持されるため、素子挿通孔930の先端側におけるガスセンサ素子92の素子振れに起因するガスセンサ素子92の軸方向に直交する方向の回転力(モーメント)を低減することができる。また、外部から受けた衝撃や振動を緩衝封止材94によって吸収することができる。したがって、素子振れによる振れの支点での応力集中や、内側面に当って衝撃が加わることによるガスセンサ素子92の折損を防止することができる。   According to the gas sensor 9, since the gas sensor element 92 is supported at at least two points, the rotation in the direction perpendicular to the axial direction of the gas sensor element 92 due to the element shake of the gas sensor element 92 at the distal end side of the element insertion hole 930 is achieved. Force (moment) can be reduced. Further, the shock and vibration received from the outside can be absorbed by the buffer sealing material 94. Therefore, it is possible to prevent stress concentration at the fulcrum of vibration due to element vibration and breakage of the gas sensor element 92 due to impact applied to the inner surface.

しかしながら、上記ガスセンサ9においては、緩衝封止材94と多孔質拡散抵抗層921とが接触して配置されている範囲dにおいて、緩衝封止材94の材料が、多孔質拡散抵抗層921に染み込んで気孔を塞いでしまうおそれがある。即ち、緩衝封止材94には、例えば、アルミナ粉末の他に、バインダとしてのアルミナゾル及び硝酸アルミニウムが混入している。これらのバインダが多孔質拡散抵抗層921と接すると、毛管現象により、多孔質拡散抵抗層921においてバインダの吸い上げが起こり、その後の加熱によるバインダ揮発時に、バインダが酸化アルミニウムとなって多孔質拡散抵抗層921の気孔を塞いでしまう。   However, in the gas sensor 9, the material of the buffer sealing material 94 soaks into the porous diffusion resistance layer 921 in the range d in which the buffer sealing material 94 and the porous diffusion resistance layer 921 are in contact with each other. May block the pores. That is, the buffer sealing material 94 contains, for example, alumina sol and aluminum nitrate as a binder in addition to alumina powder. When these binders come into contact with the porous diffusion resistance layer 921, the binder is sucked up in the porous diffusion resistance layer 921 due to capillary action, and the binder becomes aluminum oxide when the binder is volatilized by subsequent heating. The pores of the layer 921 are blocked.

そして、多孔質拡散抵抗層921の気孔が塞がれることにより、多孔質拡散抵抗層921を通過して被測定ガス室へ供給される被測定ガスの量が減少してしまう。それ故、被測定ガス中の特定ガスの濃度に対するガスセンサ9の出力が低下、即ち、出力特性が変動してしまう。
その結果、所望の出力特性を有するガスセンサを得ることが困難となり、ひいては、ガスセンサ素子の検出精度が低下してしまうおそれがある。
Then, the pores of the porous diffusion resistance layer 921 are blocked, whereby the amount of the measurement gas that passes through the porous diffusion resistance layer 921 and is supplied to the measurement gas chamber is reduced. Therefore, the output of the gas sensor 9 with respect to the concentration of the specific gas in the gas to be measured is reduced, that is, the output characteristics are changed.
As a result, it is difficult to obtain a gas sensor having desired output characteristics, and as a result, the detection accuracy of the gas sensor element may be reduced.

特開2002−82088号公報JP 2002-82088 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、出力特性の変動を防ぎ、検出精度に優れたガスセンサを提供するものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a gas sensor that prevents fluctuations in output characteristics and has excellent detection accuracy.

本発明は、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を素子挿通孔に貫通させて保持する絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記ガスセンサ素子と上記絶縁碍子とは、上記素子挿通孔の基端側において密閉封止材によって封止固定してあり、
上記ガスセンサ素子は、上記絶縁碍子よりも先端側において、被測定ガス側電極と基準ガス側電極とを設けたセンシング部を形成してなり、
該センシング部には、上記被測定ガス側電極へ向かう被測定ガスを拡散させる多孔質拡散抵抗層が配設されており、
上記絶縁碍子の上記素子挿通孔と上記ガスセンサ素子との間の少なくとも先端部には、両者の隙間を埋める緩衝封止材が配設されており、
該緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層とは、上記ガスセンサ素子の長手方向に離隔配置されていることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
The present invention is a gas sensor having a gas sensor element that detects the concentration of a specific gas in a gas to be measured, and an insulator that holds the gas sensor element through the element insertion hole,
The gas sensor element and the insulator are sealed and fixed by a hermetic sealing material on the base end side of the element insertion hole,
The gas sensor element is formed on the tip side of the insulator, and forms a sensing portion provided with a measured gas side electrode and a reference gas side electrode,
The sensing unit is provided with a porous diffusion resistance layer for diffusing the measurement gas toward the measurement gas side electrode,
At least the tip between the element insertion hole of the insulator and the gas sensor element is provided with a buffer sealing material that fills the gap between the two,
The buffer sealing material and the porous diffusion resistance layer are located apart from each other in the longitudinal direction of the gas sensor element. (Claim 1)

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層とは、上記ガスセンサ素子の長手方向に離隔配置されている。それ故、上記緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層とが接触することがないため、上記緩衝封止材が上記多孔質拡散抵抗層に染み込むことを防ぐことができる。そして、そのため、上記多孔質拡散抵抗層が目詰まりすることに起因して被測定ガスの供給量が減少するという不具合を回避することができる。即ち、上記ガスセンサ素子の出力特性の変動を防ぐことができ、検出精度に優れたガスセンサを得ることができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
The buffer sealing material and the porous diffusion resistance layer are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the gas sensor element. Therefore, since the buffer sealing material and the porous diffusion resistance layer do not come into contact with each other, the buffer sealing material can be prevented from soaking into the porous diffusion resistance layer. Therefore, it is possible to avoid the problem that the supply amount of the gas to be measured decreases due to clogging of the porous diffusion resistance layer. That is, fluctuations in output characteristics of the gas sensor element can be prevented, and a gas sensor with excellent detection accuracy can be obtained.

また、上記緩衝封止材が、上記絶縁碍子の素子挿通孔と上記ガスセンサ素子との間の少なくとも先端部に配設されているため、上記ガスセンサ素子を少なくとも上記絶縁碍子の基端側と先端側との二点で固定することができる。それ故、上記素子挿通孔の先端側における上記ガスセンサ素子の素子振れに起因する上記ガスセンサ素子の軸方向に直交する方向の回転力(モーメント)を低減することができる。また、外部から受けた衝撃や振動を上記緩衝封止材によって吸収することができる。その結果、上記ガスセンサ素子の折損を防ぐことができる。   In addition, since the buffer sealing material is disposed at least at the distal end portion between the element insertion hole of the insulator and the gas sensor element, the gas sensor element is at least at the base end side and the distal end side of the insulator. And can be fixed at two points. Therefore, it is possible to reduce the rotational force (moment) in the direction perpendicular to the axial direction of the gas sensor element due to the element deflection of the gas sensor element on the tip side of the element insertion hole. Further, the shock and vibration received from the outside can be absorbed by the buffer sealing material. As a result, breakage of the gas sensor element can be prevented.

以上のごとく、本発明によれば、出力特性の変動を防ぎ、検出精度に優れた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 prevents fluctuations in output characteristics and is excellent in detection accuracy.

本発明(請求項1)において、上記ガスセンサとしては、例えば、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するNOx等の大気汚染物質濃度を調べるNOxセンサ等がある。   In the present invention (Claim 1), examples of the gas sensor include an air-fuel ratio sensor that is installed in an exhaust pipe of an internal combustion engine for various vehicles such as an automobile engine and used for an exhaust gas feedback system, and an oxygen concentration in the exhaust gas. There is an oxygen sensor for measuring NOx, and a NOx sensor for measuring the concentration of air pollutants such as NOx used for detecting deterioration of a three-way catalyst installed in an exhaust pipe.

また、上記緩衝封止材としては、例えば、アルミナ粉末の他に、バインダとしてのアルミナゾル及び硝酸アルミニウムを混入したものを用いることができる。
尚、本明細書においては、上記ガスセンサ素子がその軸方向において、内燃機関の排気管に曝される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
Moreover, as said buffer sealing material, what mixed alumina sol and aluminum nitrate as a binder other than an alumina powder can be used, for example.
In the present specification, in the axial direction of the gas sensor element, the side exposed to the exhaust pipe of the internal combustion engine will be described as the front end side, and the opposite side as the base end side.

上記ガスセンサ素子は、上記被測定ガス側電極と連続する電極リード部と上記緩衝封止材との間に緻密セラミックスを介設してなることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記緩衝封止材が比較的多孔度の高い上記電極リード部に接触することを防ぐことができる。そのため、該電極リード部を介して上記緩衝封止材が上記多孔質拡散抵抗層に染み込むことを防ぐことができる。
It is preferable that the gas sensor element has a dense ceramic interposed between an electrode lead portion continuous with the measured gas side electrode and the buffer sealing material.
In this case, the buffer sealing material can be prevented from contacting the electrode lead portion having a relatively high porosity. Therefore, the buffer sealing material can be prevented from penetrating into the porous diffusion resistance layer through the electrode lead portion.

上記多孔質拡散抵抗層は、25%以上の気孔率を有するものとすることができる(請求項3)。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、ガスセンサ素子に25%以上の気孔率を有する多孔質拡散抵抗層を用いた場合において、仮に、緩衝封止材が多孔質拡散抵抗層に接触したときには、該多孔質拡散抵抗層への緩衝封止材の染み込みが量的に顕著となり、出力特性の変動が生じやすくなる。したがって、かかる気孔率の大きい多孔質拡散抵抗層を有するガスセンサにおいては、特に本発明の効果が発揮される。
The porous diffusion resistance layer may have a porosity of 25% or more.
In this case, the effect of the present invention can be sufficiently exerted. That is, when a porous diffusion resistance layer having a porosity of 25% or more is used for the gas sensor element, if the buffer sealing material is in contact with the porous diffusion resistance layer, the buffer to the porous diffusion resistance layer is assumed. The penetration of the sealing material becomes significant in quantity, and the output characteristics tend to fluctuate. Therefore, in the gas sensor having such a porous diffusion resistance layer having a large porosity, the effect of the present invention is particularly exerted.

これに対して、上記多孔質拡散抵抗層の気孔率が25%未満の場合には、上記多孔質拡散抵抗層への上記緩衝封止材の染み込みが比較的少ないため、上記緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層との接触を防ぐことによる効果が比較的小さい。   On the other hand, when the porosity of the porous diffusion resistance layer is less than 25%, since the penetration of the buffer sealing material into the porous diffusion resistance layer is relatively small, the buffer sealing material and The effect of preventing contact with the porous diffusion resistance layer is relatively small.

上記多孔質拡散抵抗層は、1μm以上の平均気孔径を有するものとすることができる(請求項4)。
この場合にも、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、多孔質拡散抵抗層の平均気孔径が1μm以上である場合には、緩衝封止材の染み込みが量的に顕著となるおそれがあるが、ガスセンサに本発明の構造を採用することにより、出力特性の変動を充分に抑制することができる。
The porous diffusion resistance layer may have an average pore diameter of 1 μm or more.
Also in this case, the effect of the present invention can be sufficiently exhibited. That is, when the average pore diameter of the porous diffusion resistance layer is 1 μm or more, the penetration of the buffer sealing material may become significant in quantity, but by adopting the structure of the present invention to the gas sensor, Variations in output characteristics can be sufficiently suppressed.

これに対して、上記多孔質拡散抵抗層の平均気孔径が1μm未満の場合には、上記多孔質拡散抵抗層への上記緩衝封止材の染み込みが比較的少ないため、上記緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層との接触を防ぐことによる効果が比較的小さい。   On the other hand, when the average pore diameter of the porous diffusion resistance layer is less than 1 μm, since the penetration of the buffer sealing material into the porous diffusion resistance layer is relatively small, the buffer sealing material and The effect of preventing contact with the porous diffusion resistance layer is relatively small.

(実施例1)
本例の実施例にかかるガスセンサにつき、図1〜図4を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1に示すごとく、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子2と、該ガスセンサ素子2を素子挿通孔30に貫通させて保持する絶縁碍子3と、該絶縁碍子3が挿入配置されるハウジング5とを有する。
Example 1
A gas sensor according to an embodiment of the present example will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 of this example includes a gas sensor element 2 that detects the concentration of a specific gas in the gas to be measured, an insulator 3 that holds the gas sensor element 2 through the element insertion hole 30, and And a housing 5 in which the insulator 3 is inserted.

また、図1、図4に示すごとく、ガスセンサ素子2と絶縁碍子3とは、素子挿通孔30の基端側において密閉封止材6によって封止固定してある。
また、ガスセンサ素子2は、絶縁碍子3よりも先端側において、被測定ガス側電極23と基準ガス側電極25とを設けたセンシング部200を形成してなる。そして、図2に示すごとく、該センシング部200には、被測定ガス側電極23へ向かう被測定ガスを拡散させる多孔質拡散抵抗層21が配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the gas sensor element 2 and the insulator 3 are sealed and fixed by a hermetic sealing material 6 on the base end side of the element insertion hole 30.
Further, the gas sensor element 2 is formed with a sensing unit 200 provided with a measured gas side electrode 23 and a reference gas side electrode 25 on the tip side of the insulator 3. As shown in FIG. 2, the sensing unit 200 is provided with a porous diffusion resistance layer 21 that diffuses the measurement gas toward the measurement gas side electrode 23.

また、図1、図4に示すごとく、絶縁碍子3の素子挿通孔30とガスセンサ素子2との間の先端部には、両者の隙間を埋める緩衝封止材4が配設されている。そして、緩衝封止材4と多孔質拡散抵抗層21とは、ガスセンサ素子2の長手方向に離隔配置されている(図1における符号D参照)。尚、離隔距離Dは、例えば、1mm以上とすることができる。また、本例では、ガスセンサ素子2の表面を研磨平滑化処理し、緩衝封止材4のガスセンサ素子2への表面浸透を防止している。
また、多孔質拡散抵抗層21は、25%以上の気孔率を有すると共に、1μm以上の平均気孔径を有する。
Further, as shown in FIGS. 1 and 4, a buffer sealing material 4 is disposed at a tip portion between the element insertion hole 30 of the insulator 3 and the gas sensor element 2 so as to fill a gap therebetween. The buffer sealing material 4 and the porous diffusion resistance layer 21 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the gas sensor element 2 (see symbol D in FIG. 1). The separation distance D can be set to 1 mm or more, for example. In this example, the surface of the gas sensor element 2 is polished and smoothed to prevent the buffer sealing material 4 from penetrating the gas sensor element 2.
The porous diffusion resistance layer 21 has a porosity of 25% or more and an average pore diameter of 1 μm or more.

本例のガスセンサ1は、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサである。
図2、図3に示すごとく、ジルコニアよりなる酸素イオン伝導性の固体電解質体24の表面には、開口部220を有すると共にアルミナよりなる緻密でガスを透過しない絶縁層22を設けてある。また、固体電解室体24と絶縁層22との間には、白金よりなる被測定ガス側電極23とこれに接続された電極リード部231と電極端子部232とを設けてある。
The gas sensor 1 of this example is an oxygen sensor that is installed in an exhaust pipe of an internal combustion engine for various vehicles such as an automobile engine and measures the oxygen concentration in the exhaust gas.
As shown in FIGS. 2 and 3, the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte body 24 made of zirconia is provided with an insulating layer 22 that has an opening 220 and is made of alumina and does not transmit gas. Further, between the solid electrolytic chamber body 24 and the insulating layer 22, a measurement gas side electrode 23 made of platinum, an electrode lead portion 231 and an electrode terminal portion 232 connected thereto are provided.

また、図3に示すごとく、固体電解質体24には、被測定ガス室形成層29が積層される。被測定ガス室形成層29は電気的絶縁性を有し、緻密でガスを透過させないアルミナセラミックスよりなり、被測定ガス室210を構成する開口部290が設けてある。
また、被測定ガス室形成層29に対して、緻密でガスシール性のアルミナセラミックスよりなる遮蔽層20が積層される。
As shown in FIG. 3, a gas chamber forming layer 29 to be measured is laminated on the solid electrolyte body 24. The measured gas chamber forming layer 29 is made of alumina ceramic that is electrically insulating and dense and does not allow gas to pass therethrough, and is provided with an opening 290 that constitutes the measured gas chamber 210.
A shielding layer 20 made of dense and gas-sealing alumina ceramics is laminated on the gas chamber forming layer 29 to be measured.

そして、被測定ガス室形成層29及び遮蔽層20は、被測定ガス側電極23と連続する電極リード部231をも覆うように形成されている。これにより、電極リード部231と緩衝封止材4との間には、緻密セラミックスからなる遮蔽層20と被測定ガス室形成層29とが介設されることとなる。   The measured gas chamber forming layer 29 and the shielding layer 20 are formed so as to cover the electrode lead portion 231 continuous with the measured gas side electrode 23. As a result, the shielding layer 20 made of dense ceramic and the measured gas chamber forming layer 29 are interposed between the electrode lead portion 231 and the buffer sealing material 4.

また、多孔質拡散抵抗層21は、図1〜図4に示すごとく、被測定ガス室形成層29の一部に埋め込まれるように配設されている。即ち、ガスセンサ素子2の軸方向と直交する方向に端面211を露出すると共に、被測定ガス室形成層29の開口部290を挟み込むように開口部290の両側に配設されている。そして、上記短手方向に露出した端面211より、被測定ガスが多孔質拡散抵抗層21を通過して被測定ガス室210へと導入される。   Further, as shown in FIGS. 1 to 4, the porous diffusion resistance layer 21 is disposed so as to be embedded in a part of the measurement gas chamber forming layer 29. That is, the end surface 211 is exposed in a direction orthogonal to the axial direction of the gas sensor element 2 and is disposed on both sides of the opening 290 so as to sandwich the opening 290 of the measured gas chamber forming layer 29. Then, the measurement gas passes through the porous diffusion resistance layer 21 and is introduced into the measurement gas chamber 210 from the end surface 211 exposed in the short direction.

また、例えば、多孔質拡散抵抗層21は、焼成前の被測定ガス室形成層29のグリーンシートの一部に多孔質拡散抵抗層21の材料を充填し、両者を一緒に焼成することにより形成することができる。また、焼成後の被測定ガス室形成層29の一部に多孔質拡散抵抗層21の材料を充填した後、焼成することもできる。   Further, for example, the porous diffusion resistance layer 21 is formed by filling a part of the green sheet of the measured gas chamber formation layer 29 before firing with the material of the porous diffusion resistance layer 21 and firing both together. can do. Moreover, after filling the material of the porous diffusion resistance layer 21 into a part of the measured gas chamber forming layer 29 after firing, firing may be performed.

また、図3に示すごとく、固体電解質体24における被測定ガス側電極23が配置された側とは反対側の面に、白金よりなる基準ガス側電極25とこれに接続されたリード部251、端子部252とが設けてある。また、端子部252は、導体が充填されたスルーホール240によって被測定ガス室210側に設けられた端子部253と導通している。   Further, as shown in FIG. 3, a reference gas side electrode 25 made of platinum and a lead portion 251 connected thereto are formed on the surface of the solid electrolyte body 24 opposite to the side where the measured gas side electrode 23 is disposed. A terminal portion 252 is provided. The terminal portion 252 is electrically connected to the terminal portion 253 provided on the measured gas chamber 210 side through the through hole 240 filled with a conductor.

図2、図3に示すごとく、このような固体電解質体24に対し、電気的絶縁性を有し、かつ緻密でガスを透過させないアルミナセラミックスよりなる基準ガス室形成層26が積層される。この基準ガス室形成層26には基準ガス室260として機能する溝部261が設けてある。基準ガス室260には、例えば外気(空気)が基準ガスとして導入されるよう構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a reference gas chamber forming layer 26 made of alumina ceramic that is electrically insulating and dense and does not transmit gas is laminated on such a solid electrolyte body 24. The reference gas chamber forming layer 26 is provided with a groove 261 that functions as the reference gas chamber 260. For example, outside air (air) is introduced into the reference gas chamber 260 as a reference gas.

そして、図2、図3に示すごとく、基準ガス室形成層26にヒータ基板28が積層される。
このヒータ基板28には通電により発熱する発熱体27、該発熱体27に通電するためのリード部271が基準ガス室形成層26と対面するよう設けてあり、またこれら発熱体27やリード部271を設けた面とは反対側の面に端子部272が設けてある。
端子部272とリード部271との間は、導体を充填したスルーホール280により導通している。
Then, as shown in FIGS. 2 and 3, the heater substrate 28 is laminated on the reference gas chamber forming layer 26.
The heater substrate 28 is provided with a heating element 27 that generates heat when energized, and a lead portion 271 for energizing the heating element 27 so as to face the reference gas chamber forming layer 26, and the heating element 27 and the lead portion 271. A terminal portion 272 is provided on the surface opposite to the surface provided with the.
The terminal portion 272 and the lead portion 271 are electrically connected by a through hole 280 filled with a conductor.

次に、本例の作用効果につき説明する。
緩衝封止材4と多孔質拡散抵抗層21とは、図1、図4に示すごとくガスセンサ素子2の長手方向に離隔配置されている。それ故、緩衝封止材4と多孔質拡散抵抗層21とが接触することがないため、緩衝封止材4が多孔質拡散抵抗層21に染み込むことを防ぐことができる。そして、そのため、多孔質拡散抵抗層21が目詰まりすることに起因して被測定ガスの供給量が減少するという不具合を回避することができる。即ち、ガスセンサ素子2の出力特性の変動を防ぐことができ、検出精度に優れたガスセンサ1を得ることができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
The buffer sealing material 4 and the porous diffusion resistance layer 21 are spaced apart in the longitudinal direction of the gas sensor element 2 as shown in FIGS. Therefore, since the buffer sealing material 4 and the porous diffusion resistance layer 21 do not come into contact with each other, the buffer sealing material 4 can be prevented from penetrating into the porous diffusion resistance layer 21. Therefore, it is possible to avoid the problem that the supply amount of the gas to be measured decreases due to the porous diffusion resistance layer 21 being clogged. That is, fluctuations in the output characteristics of the gas sensor element 2 can be prevented, and the gas sensor 1 having excellent detection accuracy can be obtained.

また、図1、図4に示すごとく、緩衝封止材4が、絶縁碍子3の先端側に配設されているため、ガスセンサ素子2を、絶縁碍子3の基端側と先端側との二点で固定することができる。それ故、素子挿通孔30の先端側におけるガスセンサ素子2の素子振れに起因するガスセンサ素子2の軸方向に直交する方向の回転力(モーメント)を低減することができる。また、外部から受けた衝撃や振動を緩衝封止材4によって吸収することができる。その結果、ガスセンサ素子2の折損を防ぐことができる。   As shown in FIGS. 1 and 4, since the buffer sealing material 4 is disposed on the distal end side of the insulator 3, the gas sensor element 2 is connected to the base end side and the distal end side of the insulator 3. Can be fixed with dots. Therefore, it is possible to reduce the rotational force (moment) in the direction perpendicular to the axial direction of the gas sensor element 2 due to the element shake of the gas sensor element 2 on the tip side of the element insertion hole 30. Further, the shock and vibration received from the outside can be absorbed by the buffer sealing material 4. As a result, breakage of the gas sensor element 2 can be prevented.

また、図3に示すごとく、ガスセンサ素子2は、被測定ガス側電極23と連続する電極リード部231と、緩衝封止材4(図3には記載されていない)との間に緻密セラミックスからなる遮蔽層20と被測定ガス室形成層29とを介設してなるため、緩衝封止材4が、比較的多孔度の高い電極リード部231に接触することを防ぐことができる。そのため、該電極リード部231を介して緩衝封止材4が多孔質拡散抵抗層21に染み込むことを防ぐことができる。   Further, as shown in FIG. 3, the gas sensor element 2 is formed from a dense ceramic between an electrode lead portion 231 that is continuous with the measured gas side electrode 23 and a buffer sealing material 4 (not shown in FIG. 3). Since the shielding layer 20 and the measured gas chamber forming layer 29 are interposed, the buffer sealing material 4 can be prevented from contacting the electrode lead portion 231 having a relatively high porosity. Therefore, it is possible to prevent the buffer sealing material 4 from penetrating into the porous diffusion resistance layer 21 through the electrode lead portion 231.

また、本例のガスセンサ1における多孔質拡散抵抗層21は、25%以上の気孔率を有すると共に、1μm以上の平均気孔径を有するが、かかる場合には、ガスセンサ1に本発明における上述の構造を採用することにより、特に、本発明の作用効果を発揮することができる。   Further, the porous diffusion resistance layer 21 in the gas sensor 1 of the present example has a porosity of 25% or more and an average pore diameter of 1 μm or more. In such a case, the gas sensor 1 has the above-described structure in the present invention. In particular, the effects of the present invention can be exhibited.

以上のごとく、本例によれば、出力特性の変動を防ぎ、検出精度に優れた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 prevents fluctuations in output characteristics and is excellent in detection accuracy.

(実施例2)
本例は、図5に示すごとく、被測定ガス室形成層29における固体電解質体24が配設された側と反対側の面に、被測定ガス室形成層29の開口部290を覆う状態で多孔質拡散抵抗層21が積層されているガスセンサ1の例である。また、多孔質拡散抵抗層21には、被測定ガス室形成層29が配設された側と反対側の面に、多孔質拡散抵抗層21と略同等の軸方向長さ及び幅を有する遮蔽層20を積層してある。
また、本例においても、ガスセンサ1は、緩衝封止材4(図5には記載されていない)と多孔質拡散抵抗層21とを離隔配置した構成としてある。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を有する。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 5, the opening 290 of the measured gas chamber forming layer 29 is covered on the surface of the measured gas chamber forming layer 29 opposite to the side where the solid electrolyte body 24 is disposed. This is an example of the gas sensor 1 in which a porous diffusion resistance layer 21 is laminated. Further, the porous diffusion resistance layer 21 has a shield having an axial length and width substantially equal to those of the porous diffusion resistance layer 21 on the surface opposite to the side where the measured gas chamber forming layer 29 is disposed. Layer 20 is laminated.
Also in this example, the gas sensor 1 has a configuration in which the buffer sealing material 4 (not shown in FIG. 5) and the porous diffusion resistance layer 21 are spaced apart.
In addition, the configuration and operational effects are the same as those of the first embodiment.

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、図1のA−A線断面に相当するガスセンサ素子の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the gas sensor element corresponded in the AA cross section of FIG. 実施例1における、ガスセンサ素子の斜視展開図。FIG. 3 is a perspective development view of the gas sensor element in the first embodiment. 実施例1における、ガスセンサ素子と絶縁碍子との組付け状態を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the assembly | attachment state of the gas sensor element and an insulator in Example 1. FIG. 実施例2における、ガスセンサ素子の斜視展開図。FIG. 6 is a perspective development view of a gas sensor element in Example 2. 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
2 ガスセンサ素子
21 多孔質拡散抵抗層
23 被測定ガス側電極
24 基準ガス側電極
200 センシング部
3 絶縁碍子
30 素子挿通孔
4 緩衝封止材
6 密閉封止材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 2 Gas sensor element 21 Porous diffused resistance layer 23 Gas side electrode to be measured 24 Reference gas side electrode 200 Sensing part 3 Insulator 30 Element insertion hole 4 Buffer sealing material 6 Sealing sealing material

Claims (4)

被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を素子挿通孔に貫通させて保持する絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記ガスセンサ素子と上記絶縁碍子とは、上記素子挿通孔の基端側において密閉封止材によって封止固定してあり、
上記ガスセンサ素子は、上記絶縁碍子よりも先端側において、被測定ガス側電極と基準ガス側電極とを設けたセンシング部を形成してなり、
該センシング部には、上記被測定ガス側電極へ向かう被測定ガスを拡散させる多孔質拡散抵抗層が配設されており、
上記絶縁碍子の上記素子挿通孔と上記ガスセンサ素子との間の少なくとも先端部には、両者の隙間を埋める緩衝封止材が配設されており、
該緩衝封止材と上記多孔質拡散抵抗層とは、上記ガスセンサ素子の長手方向に離隔配置されていることを特徴とするガスセンサ。
A gas sensor having a gas sensor element for detecting the concentration of a specific gas in a gas to be measured, and an insulator for holding the gas sensor element through the element insertion hole,
The gas sensor element and the insulator are sealed and fixed by a hermetic sealing material on the base end side of the element insertion hole,
The gas sensor element is formed on the tip side of the insulator, and forms a sensing portion provided with a measured gas side electrode and a reference gas side electrode,
The sensing unit is provided with a porous diffusion resistance layer for diffusing the measurement gas toward the measurement gas side electrode,
At least the tip between the element insertion hole of the insulator and the gas sensor element is provided with a buffer sealing material that fills the gap between the two,
The gas sensor, wherein the buffer sealing material and the porous diffusion resistance layer are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the gas sensor element.
請求項1において、上記ガスセンサ素子は、上記被測定ガス側電極と連続する電極リード部と上記緩衝封止材との間に緻密セラミックスを介設してなることを特徴とするガスセンサ。   2. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor element comprises a dense ceramic interposed between an electrode lead portion continuous with the gas to be measured side electrode and the buffer sealing material. 請求項1又は2において、上記多孔質拡散抵抗層は、25%以上の気孔率を有することを特徴とするガスセンサ。   3. The gas sensor according to claim 1, wherein the porous diffusion resistance layer has a porosity of 25% or more. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記多孔質拡散抵抗層は、1μm以上の平均気孔径を有することを特徴とするガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the porous diffusion resistance layer has an average pore diameter of 1 μm or more.
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