JP2012112739A - Gas sensor, gas sensor manufacturing method, and gas sensor unit - Google Patents

Gas sensor, gas sensor manufacturing method, and gas sensor unit Download PDF

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Kojiro Yasuda
功二郎 安田
Naoki Deguchi
直紀 出口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor, a gas sensor manufacturing method, and a gas sensor unit, capable of suppressing or mitigating thermal shock due to water covering of a ceramic enclosure.SOLUTION: A gas sensor 21 comprises: a bottom cylindrical gas detection element 22 extending in an axial direction o and having a tip side exposed to a gas to be measured; a main body metal fitting 25 surrounding the periphery of the gas detection element; a cylindrical ceramic enclosure 23 made of a nonconductive ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, and held by the main body metal fitting in a form of protruding this rear end side more than the rear end of the main body metal fitting; and a terminal member 24 connected with an inner electrode 29 formed in the inner peripheral surface of the gas detection element, outputting an output signal from the gas detection element to the outside, and held in the cylinder of the ceramic enclosure, in which a glaze layer 231 is formed at least on the outer surface of the ceramic enclosure and no needle crystal having a length of 50 μm or more is present in the surface of the glaze layer.

Description

本発明は、ガス検出素子を有し、セラミック包囲体の内部にガス検出素子からの出力信号を外部に出力する端子部材を保持したガスセンサ、ガスセンサの製造方法、及びガスセンサにセンサキャップを装着されたガスセンサユニットに関する。   The present invention includes a gas sensor having a gas detection element and holding a terminal member for outputting an output signal from the gas detection element to the outside inside the ceramic enclosure, a method for manufacturing the gas sensor, and a sensor cap attached to the gas sensor The present invention relates to a gas sensor unit.

従来から、ガス検出素子を有するガスセンサとして、様々なものが提案されている。これらのガスセンサとしては、例えば、酸素イオン導電性を有する固体電解質体からなるガス検出素子を有し、内燃機関の排気管やエンジンヘッド等の取付け対象体に取付けられて、排気ガス中の特定ガス(例えば酸素)の濃度を検知するものが挙げられる。又、このようなガスセンサにおいては、このガスセンサからの出力を外部に伝えるため、ガスセンサの後端にはセンサキャップが着脱自在に被せられ、全体としてガスセンサユニットを構成しているものがある。(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, various gas sensors having gas detection elements have been proposed. These gas sensors include, for example, a gas detection element made of a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity, and are attached to an object to be attached such as an exhaust pipe or an engine head of an internal combustion engine, and a specific gas in the exhaust gas. One that detects the concentration of oxygen (for example, oxygen). In some gas sensors, a sensor cap is detachably placed at the rear end of the gas sensor in order to transmit the output from the gas sensor to the outside, thereby constituting a gas sensor unit as a whole. (For example, refer to Patent Document 1).

特許文献1記載のガスセンサユニットにおいて、ガスセンサは、ガス検出素子の周囲を金属製の主体金具で取り囲むと共に、ガス検出素子の後端側をセラミック包囲体で取り囲み、さらにガス検出素子からの出力信号を外部に出力する端子部材をセラミック包囲体の内部に保持した構成となっている。
一方、センサキャップは、端子部材と接続するキャップ端子とゴム製の端子包囲部とを備えており、端子包囲部はキャップ端子を保持しつつ、自身の挿通孔にセラミック包囲体の後端側を収容可能になっている。
In the gas sensor unit described in Patent Literature 1, the gas sensor surrounds the periphery of the gas detection element with a metal metal shell, surrounds the rear end side of the gas detection element with a ceramic enclosure, and further outputs an output signal from the gas detection element. The terminal member that outputs to the outside is held inside the ceramic enclosure.
On the other hand, the sensor cap includes a cap terminal connected to the terminal member and a rubber-made terminal enclosure. The terminal enclosure holds the cap terminal, and the rear end side of the ceramic enclosure is placed in its insertion hole. It can be accommodated.

ところで、主体金具は排気の熱によって高温となるため、ゴム製のセンサキャップ(端子包囲部)もこの熱の伝播や放射熱によって高温(例えば200℃以上)となり、センサキャップが劣化してしまう虞がある。そこで、このような熱害を低減するため、センサキャップの先端を主体金具の後端から軸線方向に離間させ、包囲体の一部をこの隙間から露出させている(以下、露出部という)。さらに、このセラミック包囲体の露出部に外部からの水等が被水すると、熱衝撃に弱いセラミック包囲体が損傷するおそれがあることから、特許文献1記載の技術においては、セラミック包囲体の露出部に釉薬層を形成させている。この場合、セラミック包囲体の露出部が被水すると、まず釉薬層に被水するが釉薬層が熱衝撃を緩和するので、セラミック包囲体の露出部まで衝撃が伝わりにくくなる。   By the way, since the metal shell becomes high temperature due to the heat of the exhaust, the rubber sensor cap (terminal surrounding portion) also becomes high temperature (for example, 200 ° C. or more) due to this heat propagation or radiation heat, and the sensor cap may be deteriorated. There is. Therefore, in order to reduce such heat damage, the front end of the sensor cap is spaced apart from the rear end of the metallic shell in the axial direction, and a part of the enclosure is exposed from this gap (hereinafter referred to as an exposed portion). Furthermore, if the exposed portion of the ceramic enclosure is exposed to water or the like from the outside, the ceramic enclosure that is vulnerable to thermal shock may be damaged. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, the ceramic enclosure is exposed. A glaze layer is formed on the part. In this case, when the exposed portion of the ceramic enclosure is flooded, the glaze layer is first flooded, but the glaze layer alleviates the thermal shock, so that the impact is hardly transmitted to the exposed portion of the ceramic enclosure.

特開2005−201888号公報JP 2005-201888 A

しかしながら、セラミック包囲体に釉薬を塗布した後、熱処理によりセラミック包囲体に釉薬層を形成する際、焼成温度によっては、釉薬層の形成が不十分になったり、釉薬層の表面に針状結晶が露出する形態で釉薬層が形成されてしまい、釉薬層の緻密性を低下させることが判明した。釉薬層の緻密性が低下すると、セラミック包囲体の露出部の熱衝撃を緩和することが困難になり、被水によりセラミック包囲体が損傷するおそれがある。
そこで、本発明は、セラミック包囲体の表面に釉薬層を緻密に形成し、セラミック包囲体への被水による熱衝撃を抑制又は緩和することができるガスセンサ及びガスセンサユニットの提供を目的とする。
However, when the glaze layer is formed on the ceramic enclosure by heat treatment after the glaze is applied to the ceramic enclosure, depending on the firing temperature, the formation of the glaze layer may be insufficient, or acicular crystals may form on the surface of the glaze layer. It has been found that the glaze layer is formed in an exposed form, thereby reducing the denseness of the glaze layer. When the denseness of the glaze layer is lowered, it becomes difficult to mitigate the thermal shock of the exposed portion of the ceramic enclosure, and the ceramic enclosure may be damaged by water.
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensor and a gas sensor unit in which a glaze layer is densely formed on the surface of a ceramic enclosure so that thermal shock due to moisture on the ceramic enclosure can be suppressed or alleviated.

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒される有底筒状のガス検出素子と、前記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、絶縁性セラミックからなる筒状で、前記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、
前記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し前記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力し、前記セラミック包囲体の筒内に保持される端子部材とを有し、前記セラミック包囲体の少なくとも外表面に釉薬層が形成され、該釉薬層表面に長さ50μm以上の針状結晶が存在しない。
このようなガスセンサによれば、釉薬層の表面に針状結晶が露出しない形態で釉薬層が形成されることで、釉薬層が緻密になり、被水によるセラミック包囲体の熱衝撃を緩和することができる。
なお、針状結晶としては、長さ50μm以上の針状結晶が釉薬層の緻密性に影響を与えることが分かっており、さらに、針状結晶は、アスペクト比(長径/短径)が2以上である結晶のことを指す。
In order to solve the above problems, a gas sensor of the present invention includes a bottomed cylindrical gas detection element that extends in the axial direction and is exposed to a gas to be measured, and a metal shell that surrounds the gas detection element. In a cylindrical shape made of insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, and a ceramic enclosure held by the metal shell in a form in which the rear end side of the gas detection element protrudes from the rear end of the metal shell,
A terminal member connected to an inner electrode formed on an inner peripheral surface of the gas detection element, outputting an output signal from the gas detection element to the outside, and held in a cylinder of the ceramic enclosure; A glaze layer is formed on at least the outer surface of the enclosure, and no acicular crystals having a length of 50 μm or more are present on the surface of the glaze layer.
According to such a gas sensor, the glaze layer is formed in a form in which the acicular crystals are not exposed on the surface of the glaze layer, so that the glaze layer becomes dense and the thermal shock of the ceramic enclosure due to moisture can be reduced. Can do.
In addition, it has been found that acicular crystals having a length of 50 μm or more affect the denseness of the glaze layer, and the acicular crystals have an aspect ratio (major axis / minor axis) of 2 or more. Refers to the crystal.

本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒される有底筒状のガス検出素子と、前記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、絶縁性セラミックからなる筒状で、前記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、前記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し前記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力し、前記セラミック包囲体の筒内に保持される端子部材とを有するガスセンサの製造方法であって、前記セラミック包囲体の少なくとも外表面に釉薬を塗布した後、1250℃以上、1300℃以下の温度で熱処理し、前記セラミック包囲体に釉薬層を形成する。
このようにしてセラミック包囲体を形成すると、釉薬層表面に長さ50μm以上の針状結晶が形成されることを抑制し、釉薬層が緻密になり、被水によるセラミック包囲体の熱衝撃を緩和することができる。なお、熱処理温度が1300℃を超えると、釉薬層表面に長さ50μm以上の針状結晶が形成されてしまい、釉薬層の緻密性が低下してしまう虞がある。他方、熱処理温度が1250℃未満であれば、所望の釉薬層が形成されず、釉薬層表面に凹凸の表面状態となり、釉薬層231の緻密性が低下する虞がある。
The gas sensor manufacturing method of the present invention includes a bottomed cylindrical gas detection element that extends in the axial direction and whose tip side is exposed to a gas to be measured, a metal shell that surrounds the periphery of the gas detection element, and an insulating ceramic. A ceramic enclosure that surrounds the rear end side of the gas detection element and is held by the metal shell in a form in which the rear end side of the gas detection element protrudes from the rear end of the metal shell, and the gas detection element A gas sensor manufacturing method comprising: a terminal member connected to an inner electrode formed on an inner peripheral surface of the gas sensor; and outputting an output signal from the gas detection element to the outside, and a terminal member held in a cylinder of the ceramic enclosure, After applying a glaze to at least the outer surface of the ceramic enclosure, heat treatment is performed at a temperature of 1250 ° C. or more and 1300 ° C. or less to form a glaze layer on the ceramic enclosure.
When the ceramic enclosure is formed in this manner, the formation of a needle crystal having a length of 50 μm or more on the surface of the glaze layer is suppressed, the glaze layer becomes dense, and the thermal shock of the ceramic enclosure due to moisture is reduced. can do. When the heat treatment temperature exceeds 1300 ° C., needle-like crystals having a length of 50 μm or more are formed on the surface of the glaze layer, and the denseness of the glaze layer may be reduced. On the other hand, if the heat treatment temperature is less than 1250 ° C., the desired glaze layer is not formed, and the glaze layer surface becomes uneven, which may reduce the denseness of the glaze layer 231.

本発明のガスセンサユニットは、前記ガスセンサと、前記ガスセンサの前記端子部材と接続し、前記出力信号を外部装置に送信するキャップ端子と、当該キャップ端子と前記セラミック包囲体の後端側とを取り囲む挿通孔を有する弾性部材からなるとともに前記キャップ端子を保持する端子包囲部とを有するガスセンサキャップと、を備える。
このようなガスセンサユニットにおいても、本発明のガスセンサを適用することができる。
The gas sensor unit according to the present invention includes the gas sensor, a cap terminal that is connected to the terminal member of the gas sensor and transmits the output signal to an external device, and an insertion that surrounds the cap terminal and a rear end side of the ceramic enclosure. And a gas sensor cap having a terminal surrounding portion that holds the cap terminal and is made of an elastic member having a hole.
The gas sensor of the present invention can also be applied to such a gas sensor unit.

この発明によれば、セラミック包囲体の表面に釉薬層を緻密に形成し、セラミック包囲体への被水による熱衝撃を抑制又は緩和することができるガスセンサ、ガスセンサの製造方法及びガスセンサユニットが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a gas sensor, a gas sensor manufacturing method, and a gas sensor unit, in which a glaze layer is densely formed on the surface of the ceramic enclosure, and thermal shock due to moisture on the ceramic enclosure can be suppressed or alleviated. .

本発明の実施形態にかかるガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the axial direction of the gas sensor concerning embodiment of this invention. ガスセンサユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows a gas sensor unit. センサキャップの軸線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the axial direction of a sensor cap. キャップ端子の説明図であり、(a)は正面図、(b)は底面図である。It is explanatory drawing of a cap terminal, (a) is a front view, (b) is a bottom view. ガスセンサユニットを水没させる試験装置を示す図である。It is a figure which shows the test device which submerges a gas sensor unit. 実施例3のセラミック包囲体(釉薬層)表面の金属顕微鏡像である。It is a metal-microscope image of the ceramic enclosure (glaze layer) surface of Example 3. 比較例1のセラミック包囲体(釉薬層)表面の金属顕微鏡像である。2 is a metallographic microscope image of the surface of a ceramic enclosure (glaze layer) of Comparative Example 1.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施形態にかかるガスセンサ21の軸線O方向に沿う断面図である。図2は、ガスセンサ21にセンサキャップ700を装着したガスセンサユニット600、およびこれを使用に供したときの様子を示す説明図であり、軸線O方向に沿う断面図である。
図2から理解できるように、ガスセンサユニット600は、ガスセンサ21と、このガスセンサ21の軸線O方向後端側(図2中、上方)に配置されたセンサキャップ700とからなる。このガスセンサユニット600は、車両の排気管(取付け対象体)に、ガスセンサ21の先端部分を排気管内に突出させる形態で締結し、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサである。なお、センサキャップ700の先端は、主体金具25の後端から軸線方向に離間し、両者の隙間からセラミック包囲体23が露出している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view along the direction of the axis O of a gas sensor 21 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing the gas sensor unit 600 in which the sensor cap 700 is attached to the gas sensor 21, and the state when the gas sensor unit 600 is used, and is a cross-sectional view along the axis O direction.
As can be understood from FIG. 2, the gas sensor unit 600 includes the gas sensor 21 and a sensor cap 700 disposed on the rear end side (upward in FIG. 2) of the gas sensor 21 in the axis O direction. The gas sensor unit 600 is an oxygen sensor that is fastened to a vehicle exhaust pipe (attachment target body) in a form in which a tip portion of the gas sensor 21 protrudes into the exhaust pipe, and measures the oxygen concentration in the exhaust gas. Note that the front end of the sensor cap 700 is spaced apart from the rear end of the metal shell 25 in the axial direction, and the ceramic enclosure 23 is exposed from the gap therebetween.

図1に示すように、ガスセンサ21は、ガス検出素子22、セラミック包囲体23、端子部材24、及び主体金具25を備える。なお、以下の説明では、軸線Oに沿う方向のうち、センサキャップの取り付けられる側を後端側とし、この逆側を先端側として説明する。   As shown in FIG. 1, the gas sensor 21 includes a gas detection element 22, a ceramic enclosure 23, a terminal member 24, and a metal shell 25. In the following description, in the direction along the axis O, the side on which the sensor cap is attached is referred to as the rear end side, and the opposite side is referred to as the front end side.

主体金具25はSUS430からなり、円筒状に形成されている。この主体金具25には、後述するガス検出素子22の鍔状の突出部22bを支持するための内周受け部25aであって、先端側(図1中、下方)に向かって縮径するテーパ形状の内周受け部25aが、内周面から径方向内側に突出する形態で周設されている。また、この主体金具25の外側には、ガスセンサ21を排気管に取付けるためのネジ部25bが形成されており、このネジ部25bの後端側(図1中、上方)には、ネジ部25bを排気管に螺挿するための取付工具を係合させる鍔部(六角部)25cが周設されている。鍔部25cは、主体金具25の他の外面より径方向外側に突出している。鍔部25cの先端向き面には、ガスセンサ21を排気管に取付けた際のシールを行うための環状のガスケット33が嵌められている。
また、主体金具25の先端側には、後述するガス検出素子22の先端部22aを覆うプロテクタ26が取付けられている。プロテクタ26は、金属製、円筒状の有底筒体で、排気管内の排気をガスセンサ21の内部に導入するための通気孔26aを複数有している。
The metal shell 25 is made of SUS430 and is formed in a cylindrical shape. The metal shell 25 is an inner periphery receiving portion 25a for supporting a flange-like protruding portion 22b of the gas detection element 22 described later, and has a taper that decreases in diameter toward the distal end side (downward in FIG. 1). The inner periphery receiving portion 25a having a shape is provided around the inner peripheral surface so as to protrude radially inward. Further, a screw portion 25b for attaching the gas sensor 21 to the exhaust pipe is formed outside the metal shell 25, and a screw portion 25b is provided on the rear end side (upward in FIG. 1) of the screw portion 25b. A collar portion (hexagonal portion) 25c that engages with a mounting tool for screwing the tube into the exhaust pipe is provided. The flange portion 25 c protrudes radially outward from the other outer surface of the metal shell 25. An annular gasket 33 for sealing when the gas sensor 21 is attached to the exhaust pipe is fitted to the tip-facing surface of the flange portion 25c.
A protector 26 is attached to the front end side of the metal shell 25 so as to cover a front end portion 22a of a gas detection element 22 described later. The protector 26 is a metal, cylindrical bottomed cylindrical body, and has a plurality of vent holes 26 a for introducing exhaust gas in the exhaust pipe into the gas sensor 21.

ガス検出素子22は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部22aが閉塞された有底で、軸線O方向に延びる円筒状を有している。このガス検出素子21の外周には、径方向外向きに突出した鍔状の突出部22bが設けられており、この突出部22bの先端側面と主体金具25の内周受け部25aの表面との間に金属製のパッキン27を介在させた状態で、ガス検出素子22は主体金具25内に配置されている。なお、ガス検出素子22を構成する固体電解質としては、例えば、YまたはCaOを固溶させたZrOが代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrOとの固溶体を使用しても良い。さらには、これにHfOが含有されていても良い。 The gas detection element 22 is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and has a bottomed shape with a closed end 22a and a cylindrical shape extending in the direction of the axis O. On the outer periphery of the gas detection element 21, a hook-like protrusion 22b protruding outward in the radial direction is provided, and the tip side surface of the protrusion 22b and the surface of the inner periphery receiving part 25a of the metal shell 25 are provided. The gas detection element 22 is disposed in the metal shell 25 with a metal packing 27 interposed therebetween. As the solid electrolyte constituting the gas detection element 22, for example, ZrO 2 in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved is representative, but oxidation of other alkaline earth metals or rare earth metals is typical. it may be used a solid solution of the goods and ZrO 2. Furthermore, HfO 2 may be contained therein.

このガス検出素子22の先端部22aには、外周面に外側電極28が形成されている。この外側電極28は、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。この外側電極28は、突出部22bの先端側面まで設けられており、金属製のパッキン27を介して主体金具25に電気的に接続される。このため外側電極28の電位は、主体金具25から取り出すことができる。
一方、ガス検出素子120の内周面に、内側電極29が形成されている。この内側電極29も、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。
An outer electrode 28 is formed on the outer peripheral surface of the distal end portion 22 a of the gas detection element 22. The outer electrode 28 is made of porous Pt or Pt alloy. The outer electrode 28 is provided up to the tip side surface of the protruding portion 22 b and is electrically connected to the metal shell 25 via a metal packing 27. Therefore, the potential of the outer electrode 28 can be taken out from the metal shell 25.
On the other hand, an inner electrode 29 is formed on the inner peripheral surface of the gas detection element 120. This inner electrode 29 is also made of Pt or a Pt alloy formed porous.

セラミック包囲体23は、絶縁性セラミック(具体的には、アルミナ)からなり、円筒状を有している。このセラミック包囲体23は、そのうちの肉厚とされた先端側部分23aが、ガス検出素子22のうち、突出部22bよりも後端側の部分の周囲を取り囲む形態で、タルクから形成されたセラミック粉末30と共に、ガス検出素子22と主体金具25との間に介在するように保持されている。
このセラミック包囲体23の外表面には釉薬層231が形成されている。この釉薬層231は、図6に示すように平滑に形成されており、長さ50μm以上の針状結晶が存在しない。ここで、釉薬層231表面の形態は、例えば倍率200倍程度の金属顕微鏡又は走査型電子顕微鏡の像で確認することができる。後述するように、釉薬層231及びセラミック包囲体23を形成するための焼成温度が1300℃を超えると、釉薬層231表面に長さ50μm以上の針状結晶が形成され、釉薬層231表面が粗くなる。そして、このように釉薬層231表面が粗くなると緻密性が失われ、水が釉薬層231からセラミック包囲体23へ浸透するので、被水によるセラミック包囲体23の熱衝撃を緩和することが困難になる。そこで、釉薬層231表面に長さ50μm以上の針状結晶を存在させないことで、釉薬層231を緻密にし、被水によるセラミック包囲体23の熱衝撃を緩和する。
なお、センサキャップ700の装着位置との関係で、セラミック包囲体23の被水領域(露出部)が予めわかっている場合、露出部のみに釉薬層231を形成してもよい。
The ceramic enclosure 23 is made of an insulating ceramic (specifically, alumina) and has a cylindrical shape. This ceramic enclosure 23 is a ceramic formed from talc in such a manner that the thickened tip side portion 23a surrounds the portion of the gas detection element 22 on the rear end side of the protruding portion 22b. Along with the powder 30, it is held so as to be interposed between the gas detection element 22 and the metal shell 25.
A glaze layer 231 is formed on the outer surface of the ceramic enclosure 23. This glaze layer 231 is formed smoothly as shown in FIG. 6, and there is no needle crystal having a length of 50 μm or more. Here, the form of the surface of the glaze layer 231 can be confirmed by, for example, an image of a metal microscope or a scanning electron microscope having a magnification of about 200 times. As will be described later, when the firing temperature for forming the glaze layer 231 and the ceramic enclosure 23 exceeds 1300 ° C., needle-like crystals having a length of 50 μm or more are formed on the surface of the glaze layer 231 and the surface of the glaze layer 231 is rough. Become. When the surface of the glaze layer 231 becomes rough in this way, the denseness is lost, and water penetrates from the glaze layer 231 into the ceramic enclosure 23. Therefore, it is difficult to mitigate the thermal shock of the ceramic enclosure 23 due to water. Become. Therefore, by making needle-shaped crystals having a length of 50 μm or more not exist on the surface of the glaze layer 231, the glaze layer 231 is made dense and the thermal shock of the ceramic enclosure 23 due to moisture is reduced.
In addition, when the wet region (exposed portion) of the ceramic enclosure 23 is known in advance in relation to the mounting position of the sensor cap 700, the glaze layer 231 may be formed only on the exposed portion.

上記した釉薬層231は、焼成後のセラミック包囲体23に釉薬を塗布した後、1250℃以上、1300℃以下の温度で熱処理を行うことで、形成することができる。なお、焼成温度が1250℃未満であると、釉薬層231が十分に形成されず、釉薬層231表面が凹凸の表面状態となり、釉薬層231の緻密性が失われる。
釉薬層231に使用される釉薬とは、上薬ともいい、セラミック包囲体23の機械的強度を増すためにセラミック包囲体23の表面に施したガラス質のものである。具体的には釉薬は、硼珪酸ガラスやアルカリ硼珪酸ガラス等である。
釉薬層231の厚みは焼成が可能な限り特に限定されないが、例えば5〜10μm程度とすることができる。又、釉薬層231の表面粗さRaが0.4μm以下であることが、所望の釉薬層231が形成されている状態となり、好ましい。
The glaze layer 231 described above can be formed by applying a glaze to the fired ceramic enclosure 23 and then performing a heat treatment at a temperature of 1250 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. Note that if the firing temperature is lower than 1250 ° C., the glaze layer 231 is not sufficiently formed, the surface of the glaze layer 231 becomes uneven, and the glaze layer 231 loses its denseness.
The glaze used for the glaze layer 231 is also called an upper glaze, and is a glassy material applied to the surface of the ceramic enclosure 23 in order to increase the mechanical strength of the ceramic enclosure 23. Specifically, the glaze is borosilicate glass or alkali borosilicate glass.
Although the thickness of the glaze layer 231 is not specifically limited as long as baking is possible, For example, it can be set as about 5-10 micrometers. Moreover, it is preferable that the surface roughness Ra of the glaze layer 231 is 0.4 μm or less because a desired glaze layer 231 is formed.

端子部材24は、例えばインコネル(英インコネル社、商標名)からなり、筒状で、出力側端子部24a、素子側端子部24b、及び両者を連結する端子接続部24cを有している。このうち、出力側端子部24aは、軸線Oに直交する断面が略C字形状の筒状である。この出力側端子部24aは、後述するキャップ端子751のセンサ接続部751a(図3参照)を、軸線Oに沿う方向(図1、2中、上下方向)に相対移動させて、自身の内側に挿入したときに、弾性的に拡径するように構成されている。さらに、この出力側端子部24aのうち後端側(図1中、上方)の周方向4カ所には、径方向内側に突出した凸状部241aが形成されている。   The terminal member 24 is made of, for example, Inconel (trade name of Inconel, UK), and has a cylindrical shape, and includes an output side terminal portion 24a, an element side terminal portion 24b, and a terminal connection portion 24c that couples both. Among these, the output-side terminal portion 24a has a cylindrical shape having a substantially C-shaped cross section perpendicular to the axis O. The output side terminal portion 24a moves a sensor connecting portion 751a (see FIG. 3) of a cap terminal 751 described later relative to a direction along the axis O (vertical direction in FIGS. It is configured to elastically expand its diameter when inserted. Further, convex portions 241a protruding radially inward are formed at four positions in the circumferential direction on the rear end side (upward in FIG. 1) of the output side terminal portion 24a.

さらに、出力側端子部24aのうち、凸状部241aより先端側(図1中、下方)の周方向3カ所には、この出力側端子部24aの一部を打ち抜いて径方向内側に折り曲げた内側屈曲部242aと、径方向外側に折り曲げられた外側屈曲部243aとが形成されている。このうち、内側屈曲部242aは、後述するように、キャップ端子751の挿入部751c(図4参照)を出力側端子部24aの内側に挿入して接続するときに、弾性的に径方向外側に屈曲し、挿入部751cが所定位置まで挿入されたときに、屈曲が戻ってクリック感を生じさせるように形成されている。また、外側屈曲部243aは、図1に示すように、ガスセンサ21にこの端子部材24が組み付けられた時点で、セラミック包囲体23の段差部23bの先端面(段差面)に当接して、出力側端子部24a(端子部材24)の抜け防止の役割を果たしている。   Further, in the output side terminal portion 24a, a part of the output side terminal portion 24a is punched out and bent radially inward at three positions in the circumferential direction on the tip side (downward in FIG. 1) from the convex portion 241a. An inner bent portion 242a and an outer bent portion 243a bent outward in the radial direction are formed. Among these, as will be described later, the inner bent portion 242a is elastically radially outward when the insertion portion 751c (see FIG. 4) of the cap terminal 751 is inserted and connected to the inner side of the output side terminal portion 24a. It is bent so that when the insertion portion 751c is inserted to a predetermined position, the bending returns and a click feeling is generated. Further, as shown in FIG. 1, the outer bent portion 243 a comes into contact with the tip surface (step surface) of the step portion 23 b of the ceramic enclosure 23 when the terminal member 24 is assembled to the gas sensor 21, and outputs It plays the role of preventing the side terminal portion 24a (terminal member 24) from coming off.

一方、端子部材24のうち、素子側端子部24bも、軸線Oに直交する断面が略C字形状の筒形状を有している。この素子側端子部24bは、図1に示すように、弾性的に縮径しつつガス検出素子22内に挿入されて、内側電極29と電気的に接続している。従って、本実施形態のガスセンサ21では、素子側端子部24bが、内側電極29を内側から径方向外側に向かって押圧しつつ電気的に接続している。   On the other hand, among the terminal members 24, the element-side terminal portion 24 b also has a cylindrical shape whose cross section perpendicular to the axis O is substantially C-shaped. As shown in FIG. 1, the element-side terminal portion 24 b is inserted into the gas detection element 22 while being elastically reduced in diameter, and is electrically connected to the inner electrode 29. Therefore, in the gas sensor 21 of the present embodiment, the element side terminal portion 24b is electrically connected while pressing the inner electrode 29 from the inner side toward the outer side in the radial direction.

このような端子部材24は、所定形状の単一の金属板を用いて、プレス加工によって一体成形で形成する。このため、形成容易で、低コストである。また、本実施形態の端子部材24では、金属板を曲げ加工し、出力側端子部24a及びこれより軸線O方向先端側(図1中、下方)に位置する素子側端子部24bを筒状に成形しているので、センサキャップ700内に取り込まれた基準ガス(外気)を、ガス検出素子22の内側(内側電極29)まで導入することができる。   Such a terminal member 24 is formed by integral molding by pressing using a single metal plate having a predetermined shape. For this reason, it is easy to form and low cost. Further, in the terminal member 24 of the present embodiment, the metal plate is bent, and the output-side terminal portion 24a and the element-side terminal portion 24b located on the tip side in the axis O direction (downward in FIG. 1) are cylindrically formed. Since it is molded, the reference gas (outside air) taken into the sensor cap 700 can be introduced to the inside (inner electrode 29) of the gas detection element 22.

このようなガスセンサ21は、次のようにして製造する。まず、図1に示すように、主体金具25とプロテクタ26とを一体にする。次いで、外側電極28及び内側電極29が設けられたガス検出素子22をパッキン27と共に主体金具25の内部に挿入する。次いで、ガス検出素子22の突出部22bの後端側にリングパッキン31を配置し、セラミック粉末30を主体金具25とガス検出素子22との間隙部分に所定量充填する。次いで、セラミック包囲体23を先端側部分23aがガス検出素子22と主体金具25との間に介在するように挿入し、セラミック粉末30に当接させる。次いで、セラミック包囲体23を先端側に向かって加圧し、その加圧状態下で、主体金具25の加締め部25dとセラミック包囲体23との間に加締めリング32を介在させて加締め部25dを加締めることで、上記構成部品を一体に固定する。   Such a gas sensor 21 is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 1, the metal shell 25 and the protector 26 are integrated. Next, the gas detection element 22 provided with the outer electrode 28 and the inner electrode 29 is inserted into the metal shell 25 together with the packing 27. Next, the ring packing 31 is disposed on the rear end side of the protruding portion 22 b of the gas detection element 22, and a predetermined amount of ceramic powder 30 is filled in the gap portion between the metal shell 25 and the gas detection element 22. Next, the ceramic enclosure 23 is inserted so that the distal end portion 23 a is interposed between the gas detection element 22 and the metal shell 25, and is brought into contact with the ceramic powder 30. Next, the ceramic enclosure 23 is pressurized toward the distal end side, and under the pressurized state, a caulking ring 32 is interposed between the caulking portion 25d of the metal shell 25 and the ceramic enclosure 23, and the caulking portion. The above components are fixed together by caulking 25d.

最後に、端子部材24をセラミック包囲体23及びガス検出素子22の内側に挿入する。具体的には、端子部材24の素子側端子部24bを、弾性的に縮径させつつガス検出素子22内に挿入して、内側電極29と電気的に接続させる。これと共に、出力側端子部24aを先端側に押しこんで、出力側端子部24aの後端から、軸線Oに直交し、径方向外側に向かう花びら状に形成された止め部244aを、セラミック包囲体23の後端面に当接させる。こうして、出力側端子部24aをセラミック包囲体23の内側に配置する。
なお、止め部244aがセラミック包囲体23の後端面に当接するまで出力側端子部24aを押しこむことで、径方向内側に屈曲していた外側屈曲部243aが解放されて戻り、セラミック包囲体23の段差部23bの先端面(段差面)に係合するようになるので、端子部材24の抜け防止を図ることができる。このようにして、ガスセンサ100が完成する。
Finally, the terminal member 24 is inserted inside the ceramic enclosure 23 and the gas detection element 22. Specifically, the element side terminal portion 24 b of the terminal member 24 is inserted into the gas detection element 22 while being elastically reduced in diameter, and is electrically connected to the inner electrode 29. At the same time, the output side terminal portion 24a is pushed to the tip side, and the stopper portion 244a formed in a petal shape perpendicular to the axis O and radially outward from the rear end of the output side terminal portion 24a is surrounded by a ceramic. The body 23 is brought into contact with the rear end surface. In this way, the output side terminal portion 24 a is arranged inside the ceramic enclosure 23.
The output side terminal portion 24a is pushed in until the stop portion 244a contacts the rear end surface of the ceramic enclosure 23, whereby the outer bent portion 243a bent inward in the radial direction is released and returned, and the ceramic enclosure 23 is returned. Since the front end surface (step surface) of the step portion 23b is engaged, the terminal member 24 can be prevented from coming off. In this way, the gas sensor 100 is completed.

次に、センサキャップ700について、図面を参照しつつ説明する。図3は、センサキャップ700の部分破断断面図である。センサキャップ700は、キャップ端子751、このキャップ端子751を被覆し保持する被覆部材752、リード線753、及びフィルタ部材754を備えている。   Next, the sensor cap 700 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a partially cutaway sectional view of the sensor cap 700. The sensor cap 700 includes a cap terminal 751, a covering member 752 that covers and holds the cap terminal 751, a lead wire 753, and a filter member 754.

キャップ端子751(図3及び図4参照)は、例えばステンレス鋼(SUS310S等)からなり、板材を絞り加工等によって二重略円筒形状に成形してなる。さらに、キャップ端子751は、軸線Oについて同心環状で板状の環状部751aと、環状部751aの外周縁に連なって軸線Oに沿う一方側(図4(a)中、下方)に突出する把持部751bと、環状部751aの内周縁に連なって把持部751bと同じ側に突出する円筒状の挿入部751cと、を有する。環状部751a、把持部751b、及び挿入部751cは、互いに一体に成型されている。   The cap terminal 751 (see FIGS. 3 and 4) is made of, for example, stainless steel (SUS310S or the like), and is formed by forming a plate material into a double substantially cylindrical shape by drawing or the like. Further, the cap terminal 751 has a concentric annular plate-like annular portion 751a with respect to the axis O, and a grip that protrudes to one side (downward in FIG. 4A) along the axis O, continuing to the outer peripheral edge of the annular portion 751a. Part 751b, and cylindrical insertion part 751c which continues to the inner periphery of annular part 751a and protrudes on the same side as grip part 751b. The annular portion 751a, the grip portion 751b, and the insertion portion 751c are integrally molded with each other.

このうち把持部751bは、図4に示すように、環状部751aの外周縁に連なって、C字状に突出する基端部751baと、この基端部751baからスリットSL1、SL2、SL3、SL4、SL5によって5つに分割されて延びる分割把持部751bbとを有する。このスリットSL1,SL2,SL3は、軸線O方向に延びた形状とされている。
上述の分割把持部751bbには、それぞれ、内側に向けて突出する突起部751bcが形成されている。具体的には、5つの突出部751bcが、互いに72度ずつ隔たった角度で周方向に配置されている。
後述するように、ガスセンサ21のセラミック包囲体23の外周面23c(図1参照)に5つの突起部751bcをそれぞれ当接させ、キャップ端子751の把持部751bがセラミック包囲体23の後端部を包囲するようにして、この部分に嵌め込む。この場合に(図1参照)、分割スリットSL1、SL2、SL3、SL4、SL5の存在により、5つの分割把持部751bbは、それぞれ径方向外側に弾性的に屈曲する。そして、この反力によって、キャップ端子751が弾性的にセラミック包囲体23を保持する。
Among these, as shown in FIG. 4, the gripping portion 751b is connected to the outer peripheral edge of the annular portion 751a and protrudes in a C-shape, and slits SL1, SL2, SL3, SL4 from the base end portion 751ba. , And a divided gripping portion 751bb that is divided into five by SL5 and extends. The slits SL1, SL2, and SL3 have a shape extending in the direction of the axis O.
Each of the above-described divided gripping portions 751bb is formed with a protruding portion 751bc that protrudes inward. Specifically, the five protrusions 751bc are arranged in the circumferential direction at an angle of 72 degrees from each other.
As will be described later, five protrusions 751bc are brought into contact with the outer peripheral surface 23c (see FIG. 1) of the ceramic enclosure 23 of the gas sensor 21, respectively, and the gripping portion 751b of the cap terminal 751 serves as the rear end portion of the ceramic enclosure 23. Fit in this part so that it surrounds. In this case (see FIG. 1), the five divided grip portions 751bb are elastically bent outward in the radial direction due to the presence of the divided slits SL1, SL2, SL3, SL4, and SL5. Then, the cap terminal 751 elastically holds the ceramic enclosure 23 by this reaction force.

一方、挿入部751cは、前述したように、軸線Oを中心とする円筒状で、縮径、拡径等の変形が生じがたい剛性を有する。従って、後述するように、ガスセンサ21の出力側端子部24a内に挿入してこれに当接させたときに、自身は変形することなく、出力側端子部24aを拡径させることができる。この挿入部751cは、環状部751a側から、比較的径大の円筒状で軸線O方向に比較的長い導通部751ca、この導通部751caよりも径小の径小部751cb、この径小部751cbよりも径大の挿入先端部751ccを、この順に備える。   On the other hand, as described above, the insertion portion 751c has a cylindrical shape with the axis O as the center, and has a rigidity that prevents deformation such as a reduced diameter and an increased diameter. Therefore, as will be described later, when the gas sensor 21 is inserted into the output side terminal portion 24a and brought into contact with the output side terminal portion 24a, the output side terminal portion 24a can be expanded without deforming itself. The insertion portion 751c is a cylindrical portion having a relatively large diameter from the annular portion 751a side, and a conductive portion 751ca that is relatively long in the direction of the axis O, a small diameter portion 751cb that is smaller in diameter than the conductive portion 751ca, and a small diameter portion 751cb. The insertion tip portion 751cc having a larger diameter is provided in this order.

ガスセンサ21のセラミック包囲体23にキャップ端子751の把持部751bを嵌め込んだ場合(図2参照)、挿入部751cは、セラミック包囲体23の内側で、かつ、端子部材24の出力側端子部24aの内側に挿入される。この際、導通部751caは、出力側端子部24aの凸状部241aに当接して、出力側端子部24aと電気的に導通する。また、径小部751cbの径方向外側には、出力側端子部24aの内側屈曲部242aが位置しており、端子部材24からキャップ端子751を脱着する際に、この内側屈曲部242aが挿入先端部751ccに係合して、容易には抜けないようにしている。また、キャップ端子751の挿入部751cを端子部材24の出力側端子部24a内に挿入完了した際に、内側屈曲部242aが挿入先端部751ccに当接していた状態から解放され、クリック感が生じる。
なお、環状部751aは、図1に示すように、挿入部751caが端子部材24の出力側端子部24a内に挿入された状態において、セラミック包囲体23の後端面上に位置する出力側端子部24aの止め部244aに当接することで、キャップ端子751の挿入部751cがさらに先端側に挿入されることを防止している。
When the holding portion 751b of the cap terminal 751 is fitted into the ceramic enclosure 23 of the gas sensor 21 (see FIG. 2), the insertion portion 751c is inside the ceramic enclosure 23 and the output side terminal portion 24a of the terminal member 24. Inserted inside. At this time, the conducting portion 751ca contacts the convex portion 241a of the output side terminal portion 24a and is electrically connected to the output side terminal portion 24a. Further, an inner side bent portion 242a of the output side terminal portion 24a is located on the outer side in the radial direction of the small diameter portion 751cb, and when the cap terminal 751 is detached from the terminal member 24, the inner side bent portion 242a is inserted. The portion 751cc is engaged so that it cannot be easily removed. Further, when the insertion portion 751c of the cap terminal 751 is completely inserted into the output-side terminal portion 24a of the terminal member 24, the inner bent portion 242a is released from the state in contact with the insertion tip portion 751cc, and a click feeling is generated. .
As shown in FIG. 1, the annular portion 751 a is an output side terminal portion located on the rear end surface of the ceramic enclosure 23 in a state where the insertion portion 751 ca is inserted into the output side terminal portion 24 a of the terminal member 24. By abutting against the stopper 244a of 24a, the insertion portion 751c of the cap terminal 751 is further prevented from being inserted into the distal end side.

被覆部材752は、絶縁性のフッ素系ゴムを用いて中空状に成形してなり、キャップ端子751を収容するキャップ端子収容空間SPSを構成している。そして、被覆部材752の表面にはシボ加工が施されている。この被覆部材752は、キャップ端子751及びガスセンサユニット600時(図2参照)のセラミック包囲体23の後端側を包囲する挿通孔752aaを有する端子包囲部752a、端子包囲部752aの後端側から径方向に突出するように設けられ、連通孔752baを塞ぐように配置されたフィルタ部材754の周囲を包囲するフィルタ包囲部752b、端子包囲部752aの後端側から径方向に突出するように設けられ、リード線753の周囲を包囲するリード線包囲部752cを備える。   The covering member 752 is formed into a hollow shape using an insulating fluorine-based rubber, and constitutes a cap terminal accommodating space SPS that accommodates the cap terminal 751. Then, the surface of the covering member 752 is subjected to texturing. The covering member 752 includes a terminal surrounding portion 752a having an insertion hole 752aa surrounding the cap terminal 751 and the rear end side of the ceramic enclosure 23 at the time of the gas sensor unit 600 (see FIG. 2), and from the rear end side of the terminal surrounding portion 752a. A filter surrounding portion 752b that surrounds the periphery of the filter member 754 that is provided so as to protrude radially and closes the communication hole 752ba, and is provided so as to protrude radially from the rear end side of the terminal surrounding portion 752a. A lead wire surrounding portion 752c surrounding the lead wire 753.

一方、端子包囲部752aのうち、後端側(図中、上方)は、キャップ端子751の把持部751bの周囲に位置しており、その把持部751bと端子包囲部752aが当接している。一方、端子包囲部752aのうち把持部751bより先端側(図中、下方)には、ガスセンサ21のセラミック包囲体23の外周面23c(図1参照)に密着する寸法とされたリブ752abを有する。このリブ752abは、軸線O方向に2つ設けられている。また、このリブ752abのうち後端側(図中、上方)には、キャップ端子751の把持部751bの先端が係合されており、リブ752abによって、キャップ端子751を端子包囲部752a内に支持している。   On the other hand, the rear end side (upward in the drawing) of the terminal surrounding portion 752a is located around the grip portion 751b of the cap terminal 751, and the grip portion 751b and the terminal surrounding portion 752a are in contact with each other. On the other hand, on the distal end side (downward in the drawing) of the terminal surrounding portion 752a with respect to the gripping portion 751b, there is a rib 752ab dimensioned to be in close contact with the outer peripheral surface 23c (see FIG. 1) of the ceramic surrounding body 23 of the gas sensor 21. . Two ribs 752ab are provided in the direction of the axis O. The rib 752ab has a rear end side (upward in the drawing) engaged with the tip of the grip portion 751b of the cap terminal 751. The rib 752ab supports the cap terminal 751 in the terminal surrounding portion 752a. is doing.

ついで、フィルタ包囲部752bについて説明する(図3参照)。このフィルタ包囲部752bは、連通孔752baを塞ぐように配置されたフィルタ部材754の周囲を包囲している。具体的には、フィルタ部材754は、微細気孔が連続する連続多孔質構造のPTFEからなり、円柱状の本体部754aと、この本体部754aの周囲を円環状に取り囲む平滑化処理部754bとからなるフィルタ部材754である。   Next, the filter surrounding portion 752b will be described (see FIG. 3). The filter surrounding portion 752b surrounds the periphery of the filter member 754 disposed so as to close the communication hole 752ba. Specifically, the filter member 754 is made of PTFE having a continuous porous structure in which fine pores are continuous, and includes a cylindrical main body 754a and a smoothing processing unit 754b surrounding the main body 754a in an annular shape. This is a filter member 754.

さらに、フィルタ包囲部752bの連通孔752baに、内側に向かって突出する環状の突出部752bbを設け、この突出部752bbをフィルタ部材754の外周面に密着させて、フィルタ部材754を保持している。   Further, an annular projecting portion 752bb projecting inward is provided in the communication hole 752ba of the filter surrounding portion 752b, and the projecting portion 752bb is brought into close contact with the outer peripheral surface of the filter member 754 to hold the filter member 754. .

ついで、リード線包囲部752cについて説明する(図3参照)。このリード線包囲部752cは、リード線753を包囲しており、フィルタ包囲部752bとはキャップ端子751を挟んで反対側に配置されている。このリード線包囲部752cには、リード線753を連通するリード線連通孔752caを有する。   Next, the lead wire surrounding portion 752c will be described (see FIG. 3). The lead wire surrounding portion 752c surrounds the lead wire 753 and is disposed on the opposite side of the filter surrounding portion 752b with the cap terminal 751 interposed therebetween. The lead wire surrounding portion 752c has a lead wire communication hole 752ca that allows the lead wire 753 to communicate therewith.

リード線753は、芯線のほか、被覆材を有している。このリード線753の先端側は、キャップ端子751の挿入部751c内まで挿入され、接続部751cの内部でリード線固定部材755の加締め部755aにて加締められている。   The lead wire 753 has a coating material in addition to the core wire. The leading end side of the lead wire 753 is inserted into the insertion portion 751c of the cap terminal 751, and is crimped by the crimping portion 755a of the lead wire fixing member 755 inside the connection portion 751c.

このリード線固定部材755は略円筒形状を有しており、加締め部755aの他、キャップ端子751の挿入部751cの内壁に嵌め合う嵌合部755cを有している。なお、加締め部755a及び嵌合部755cにより、リード線753を通じて、ガスセンサ21のガス検出素子22の内側電極29からの出力信号を、外部装置(例えば、エンジンコントロールユニット(ECU))に送信することが可能となる。また、加締め部755aと嵌合部755cとの間に位置し、リード線(被覆材)を固定する略C形状の被覆材固定部755bをさらに備えている。また、嵌合部755cの後端側に径方向外側に突出するように形成され、キャップ端子751の環状部751aに接合される接合部755dを有する。この説合部755dとキャップ端子751の環状部751aとは溶接等によって接合されている。
その結果、図3に示されるように、リード線753は、端子包囲部752aの挿通孔752aa内で挿入部751cの軸線方向に沿って屈曲してキャップ端子751に固定されている。
The lead wire fixing member 755 has a substantially cylindrical shape, and includes a fitting portion 755c that fits into the inner wall of the insertion portion 751c of the cap terminal 751 in addition to the crimping portion 755a. Note that an output signal from the inner electrode 29 of the gas detection element 22 of the gas sensor 21 is transmitted to an external device (for example, an engine control unit (ECU)) through the lead wire 753 by the crimping portion 755a and the fitting portion 755c. It becomes possible. Further, it further includes a substantially C-shaped covering material fixing portion 755b that is positioned between the crimped portion 755a and the fitting portion 755c and fixes the lead wire (covering material). In addition, a joint portion 755d is formed on the rear end side of the fitting portion 755c so as to protrude radially outward and is joined to the annular portion 751a of the cap terminal 751. The joint portion 755d and the annular portion 751a of the cap terminal 751 are joined by welding or the like.
As a result, as shown in FIG. 3, the lead wire 753 is bent along the axial direction of the insertion portion 751c in the insertion hole 752aa of the terminal surrounding portion 752a and fixed to the cap terminal 751.

以上のようにして、ガスセンサユニット600が構成される。   The gas sensor unit 600 is configured as described above.

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。例えば、ガスセンサ21は酸素センサに限られない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, the gas sensor 21 is not limited to an oxygen sensor.

セラミック包囲体(アルミナ)に釉薬として、SiO2、Al2O3、ZrO2などの複合鉱物の混合粉末よりなるスラリーを塗布した後、それぞれ表1に示す温度及び時間で熱処理し、セラミック包囲体23の外表面に釉薬層231を形成した。そして、このセラミック包囲体23(釉薬層231)表面の形態を金属顕微鏡で撮影した。
次に、表1に示すセラミック包囲体23のうち、実施例1〜5、及び比較例1〜4のものを用いて図1に示すガスセンサ21を製造し、これにセンサキャップ700を装着して図2に示すガスセンサユニット600を準備した。このガスセンサユニット600を図5に示す試験容器(槽)500に取り付けた。試験容器にはガスセンサ21を挿通するネジ孔が開口しており、このネジ孔に主体金具のネジ部25bを螺挿することで取付けを行った。又、ガスセンサ21のセラミック包囲体23の露出部に温度センサを装着し、温度センサ及びセラミック包囲体23を囲むようにセンサキャップ700をガスセンサ21に嵌め込んだ。
そして、試験容器の下方に突出するプロテクタ26を炎Fで加熱し、セラミック包囲体23が所定温度になった時点で、ガスセンサユニット600上部よりシャワーSHで試験容器に注水し、ガスセンサユニット600を水没させ、セラミック包囲体23を急冷した。水没後に排水し、センサキャップを外してセラミック包囲体23の割れの有無を目視判定した。割れが無ければ炎Fによる加熱温度を高くして同様な試験を行い、割れが生じたときの加熱温度を「割れ温度」とした。
After applying a slurry made of a mixed powder of composite minerals such as SiO2, Al2O3, ZrO2 as a glaze to the ceramic enclosure (alumina), heat treatment was performed at the temperature and time shown in Table 1 respectively, and the outer surface of the ceramic enclosure 23 was applied. A glaze layer 231 was formed. And the form of the surface of this ceramic enclosure 23 (glaze layer 231) was image | photographed with the metal microscope.
Next, the gas sensor 21 shown in FIG. 1 is manufactured using the ceramic enclosures 23 shown in Table 1 in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, and a sensor cap 700 is attached to the gas sensor 21. A gas sensor unit 600 shown in FIG. 2 was prepared. The gas sensor unit 600 was attached to a test container (tank) 500 shown in FIG. The test vessel has a screw hole through which the gas sensor 21 is inserted, and the screw hole 25b of the metal shell is screwed into the screw hole for attachment. Further, a temperature sensor was attached to the exposed portion of the ceramic enclosure 23 of the gas sensor 21, and a sensor cap 700 was fitted into the gas sensor 21 so as to surround the temperature sensor and the ceramic enclosure 23.
Then, the protector 26 protruding downward from the test container is heated with the flame F, and when the ceramic enclosure 23 reaches a predetermined temperature, water is poured into the test container with the shower SH from the upper part of the gas sensor unit 600, and the gas sensor unit 600 is submerged. The ceramic enclosure 23 was cooled rapidly. It drained after submergence, the sensor cap was removed, and the presence or absence of the crack of the ceramic enclosure 23 was determined visually. If there was no crack, the heating temperature by the flame F was raised and the same test was conducted, and the heating temperature when the crack occurred was defined as “cracking temperature”.

得られた結果を表1に示す。   The obtained results are shown in Table 1.

表1に示すように、1250℃以上、1300℃以下の温度で熱処理した各実施例の場合、釉薬層231の表面が平滑であり、金属顕微鏡で観察したとき、長さ50μm以上の針状結晶が見られなかった(図6には、実施例3の表面状態を示す)。なお、金属顕微鏡像において、アスペクト比(長径/短径)が2以上である結晶を、針状結晶とみなした。
一方、1250℃未満の温度で焼成した比較例4の場合、金属顕微鏡で釉薬層231表面を観察すると凹凸を有する表面状態が見られ、釉薬層231表面が粗くなった。又、1300℃を超える温度で焼成した比較例1〜3の場合、金属顕微鏡で釉薬層231表面に長さ50μm以上の針状結晶が見られ、釉薬層231表面が粗くなった(図7には、比較例1の表面状態を示す)。
又、実施例1〜5については割れ温度が340℃以上であり、割れ温度が320℃である比較例1〜4に比べて耐熱性が向上した。このことより、1250℃以上、1300℃以下の温度で熱処理すると、釉薬層231が緻密になってセラミック包囲体23への熱衝撃を緩和することがわかる。
As shown in Table 1, in the case of each example heat-treated at a temperature of 1250 ° C. or more and 1300 ° C. or less, the surface of the glaze layer 231 is smooth, and when observed with a metal microscope, a needle-like crystal having a length of 50 μm or more Was not seen (FIG. 6 shows the surface state of Example 3). In the metal microscope image, a crystal having an aspect ratio (major axis / minor axis) of 2 or more was regarded as an acicular crystal.
On the other hand, in the case of Comparative Example 4 fired at a temperature lower than 1250 ° C., when the surface of the glaze layer 231 was observed with a metal microscope, a surface state having irregularities was seen, and the surface of the glaze layer 231 became rough. In the case of Comparative Examples 1 to 3 fired at a temperature exceeding 1300 ° C., a needle-like crystal having a length of 50 μm or more was observed on the surface of the glaze layer 231 with a metal microscope, and the surface of the glaze layer 231 became rough (see FIG. 7). Indicates the surface state of Comparative Example 1).
Moreover, about Examples 1-5, the cracking temperature was 340 degreeC or more, and heat resistance improved compared with Comparative Examples 1-4 with a cracking temperature of 320 degreeC. From this, it can be seen that when the heat treatment is performed at a temperature of 1250 ° C. or more and 1300 ° C. or less, the glaze layer 231 becomes dense and the thermal shock to the ceramic enclosure 23 is reduced.

21 ガスセンサ
22 ガス検出素子
23 セラミック包囲体
23c セラミック包囲体23の外表面
231 釉薬層
24 端子部材
25 主体金具
29 内側電極
600 ガスセンサユニット
700 センサキャップ
751 キャップ端子
752a 端子包囲部
752aa 挿通孔
O 軸線方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Gas sensor 22 Gas detection element 23 Ceramic enclosure 23c Outer surface 231 of ceramic enclosure 23 Glazing layer 24 Terminal member 25 Metal fitting 29 Inner electrode 600 Gas sensor unit 700 Sensor cap 751 Cap terminal 752a Terminal enclosure 752aa Insertion hole O Axial direction

Claims (3)

軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒される有底筒状のガス検出素子と、
前記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
絶縁性セラミックからなる筒状で、前記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、
前記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し前記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力し、前記セラミック包囲体の筒内に保持される端子部材とを有し、
前記セラミック包囲体の少なくとも外表面に釉薬層が形成され、該釉薬層表面に長さ50μm以上の針状結晶が存在しないガスセンサ。
A bottomed cylindrical gas detection element that extends in the axial direction and whose tip side is exposed to the gas to be measured;
A metal shell surrounding the periphery of the gas detection element;
In a cylindrical shape made of insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, and a ceramic enclosure held by the metal shell in a form in which the rear end side of the gas detection element protrudes from the rear end of the metal shell,
A terminal member connected to an inner electrode formed on the inner peripheral surface of the gas detection element, outputting an output signal from the gas detection element to the outside, and held in a cylinder of the ceramic enclosure;
A gas sensor in which a glaze layer is formed on at least the outer surface of the ceramic enclosure, and no acicular crystals having a length of 50 μm or more are present on the glaze layer surface.
軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒される有底筒状のガス検出素子と、
前記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
絶縁性セラミックからなる筒状で、前記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、
前記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し前記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力し、前記セラミック包囲体の筒内に保持される端子部材とを有するガスセンサの製造方法であって、
前記セラミック包囲体の少なくとも外表面に釉薬を塗布した後、1250℃以上、1300℃以下の温度で熱処理し、前記セラミック包囲体に釉薬層を形成するガスセンサの製造方法。
A bottomed cylindrical gas detection element that extends in the axial direction and whose tip side is exposed to the gas to be measured;
A metal shell surrounding the periphery of the gas detection element;
In a cylindrical shape made of insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, and a ceramic enclosure held by the metal shell in a form in which the rear end side of the gas detection element protrudes from the rear end of the metal shell,
A gas sensor manufacturing method comprising: a terminal member connected to an inner electrode formed on an inner peripheral surface of the gas detection element, outputting an output signal from the gas detection element to the outside, and held in a cylinder of the ceramic enclosure Because
A method of manufacturing a gas sensor, wherein a glaze is applied to at least an outer surface of the ceramic enclosure, and then a heat treatment is performed at a temperature of 1250 ° C. or more and 1300 ° C. or less to form a glaze layer on the ceramic enclosure.
請求項1記載のガスセンサと、
前記ガスセンサの前記端子部材と接続し、前記出力信号を外部装置に送信するキャップ端子と、当該キャップ端子と前記セラミック包囲体の後端側とを取り囲む挿通孔を有する弾性部材からなるとともに前記キャップ端子を保持する端子包囲部と、を有するガスセンサキャップと、
を備えるガスセンサユニット。
A gas sensor according to claim 1;
The cap terminal includes a cap terminal that is connected to the terminal member of the gas sensor and transmits the output signal to an external device, and an elastic member that has an insertion hole that surrounds the cap terminal and the rear end side of the ceramic enclosure. A gas sensor cap having a terminal surrounding portion for holding
A gas sensor unit comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014027642A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor and gas sensor unit

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