JP2014215262A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that detects the concentration of a gas to be detected.
自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサとして、軸線方向に延びるセンサ素子を、筒状の主体金具の内側に挿通して保持するものが知られている。このガスセンサは、以下のようにして製造される。まず、主体金具の内側にセンサ素子を挿通すると共に、充填部材及び筒状のセラミックスリーブを主体金具の後端部の内側に配置する。主体金具の後端側には加締め部が設けられており、この加締め部を、径方向内側に曲げつつ先端側へ向かって加締め金型によって押圧して加締める。これにより、加締め部によって先端側に押圧された金属リング及びセラミックスリーブを介して粉末充填部材が先端側に圧縮され、主体金具とセンサ素子の隙間をシールするようになっている。
そして、粉末充填部材によるシール性を向上させるため、粉末充填部材に用いるタルクのＣ軸配向度を調整する技術（特許文献１）や、粉末充填部材に水ガラスを添加した技術（特許文献２）が開発されている。
As a gas sensor for detecting the oxygen concentration in exhaust gas of an automobile or the like, there is known a gas sensor that inserts and holds a sensor element extending in the axial direction inside a cylindrical metal shell. This gas sensor is manufactured as follows. First, the sensor element is inserted inside the metallic shell, and the filling member and the cylindrical ceramic sleeve are arranged inside the rear end portion of the metallic shell. A caulking portion is provided on the rear end side of the metal shell, and the caulking portion is pressed and caulked by a caulking die toward the distal end side while being bent radially inward. Thereby, the powder filling member is compressed to the tip side through the metal ring and the ceramic sleeve pressed to the tip side by the caulking portion, and the gap between the metal shell and the sensor element is sealed.
And in order to improve the sealing property by a powder filling member, the technique (patent document 1) which adjusts the C-axis orientation degree of the talc used for a powder filling member, and the technique which added water glass to the powder filling member (patent document 2) Has been developed.
ところで、ガスセンサが高温で使用されると、粉末充填部材を加締め部により圧縮している主体金具と粉末充填部材との熱膨張係数が異なるために、主体金具の方が粉末充填部材よりも大きく膨張し、粉末充填部材に負荷されていた圧力が低下する。このため、粉末充填部材と主体金具（又はセンサ素子）との間に隙間が生じ、粉末充填部材のシール性が低下するおそれがある。そして、粉末充填部材に用いるタルクのＣ軸配向度などの従来の規定では、上述のガスセンサの高温使用時のシール性を十分に確保できないことがある。
従って、本発明は、ガスセンサの高温使用時の粉末充填部材によるシール性を向上させたガスセンサの提供を目的とする。
By the way, when the gas sensor is used at a high temperature, the metal shell that compresses the powder filling member by the caulking portion and the powder filling member have different thermal expansion coefficients, so the metal shell is larger than the powder filling member. It expands and the pressure applied to the powder filling member decreases. For this reason, a gap is generated between the powder filling member and the metal shell (or sensor element), and the sealing performance of the powder filling member may be deteriorated. The conventional regulations such as the degree of C-axis orientation of talc used for the powder-filled member may not be able to ensure a sufficient sealing property when the gas sensor is used at a high temperature.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas sensor with improved sealing performance by a powder filling member when the gas sensor is used at a high temperature.
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、前記主体金具内に保持されるセンサ素子と、前記主体金具の内側面と前記センサ素子の外表面との間に充填され、前記主体金具と前記センサ素子の隙間をシールする粉末充填部材と、を有するガスセンサにおいて、前記粉末充填部材を一方向に圧縮可能な空間に充填して４８０ＭＰａの圧力で圧縮したときの前記一方向の高さをＨ１とし、前記圧力を解放したときの前記一方向の高さをＨ２としたとき、（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１で表される反発率が０．１０以上であることを特徴とする。
ガスセンサが高温で使用されると、粉末充填部材を圧縮している主体金具と粉末充填部材との熱膨張係数が異なるために、主体金具の方が粉末充填部材よりも大きく膨張し、粉末充填部材に負荷されていた圧力が低下してシール性が低下するおそれがある。そこで、粉末充填部材の圧縮性を示す上記反発率が高いほど、粉末充填部材の熱膨張係数が金属（主体金具）の値に近付き、高温でもシール性が低下し難くなる。
又、粉末充填部材のＣ軸配向度等といった従来の指標では、高温でのシール性の良否を明確に判定することが困難であったが、上記反発率によって高温でのシール性が良好なガスセンサを確実に得ることができる。
In order to solve the above problems, a gas sensor of the present invention is filled with a cylindrical metal shell, a sensor element held in the metal shell, and an inner surface of the metal shell and an outer surface of the sensor element. In the gas sensor having the metal shell and a powder filling member that seals a gap between the sensor elements, the one when the powder filling member is filled in a space compressible in one direction and compressed at a pressure of 480 MPa. When the height in the direction is H1, and the height in one direction when the pressure is released is H2, the repulsion rate represented by (H2−H1) / H1 is 0.10 or more. And
When the gas sensor is used at a high temperature, the metal shell that compresses the powder filling member and the powder filling member have different thermal expansion coefficients, so the metal shell expands more than the powder filling member, and the powder filling member There is a possibility that the pressure applied to the lowering of the pressure decreases and the sealing performance decreases. Therefore, the higher the restitution rate indicating the compressibility of the powder-filled member, the closer the thermal expansion coefficient of the powder-filled member is to the value of the metal (metal shell), and the lower the sealability becomes even at high temperatures.
Further, it has been difficult to clearly determine whether the sealing property at high temperature is good or not with the conventional index such as the degree of C-axis orientation of the powder-filled member, but the gas sensor has a good sealing property at high temperature due to the repulsion rate. Can be definitely obtained.
前記粉末充填部材はタルクを主成分とするとよい。
このガスセンサによれば、上記反発率を示す粉末充填部材を安定して得ることができる。
The powder filling member is preferably composed mainly of talc.
According to this gas sensor, the powder filling member which shows the said repulsion rate can be obtained stably.
この発明によれば、ガスセンサの高温使用時の粉末充填部材によるシール性を向上させることができる。 According to this invention, the sealing performance by the powder filling member when the gas sensor is used at a high temperature can be improved.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ１００を、軸線Ｏ方向に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ１００は自動車の排気管内に挿入されて先端が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。センサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。
なお、図１の下側をガスセンサ１００の先端側とし、図１の上側をガスセンサ１００の後端側とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention cut along a plane along the axis O direction. In this embodiment, the gas sensor 100 is an oxygen sensor that is inserted into an exhaust pipe of an automobile and has a tip exposed to the exhaust gas to detect the oxygen concentration in the exhaust gas. The sensor element 3 is a known oxygen sensor element that constitutes an oxygen concentration cell in which a pair of electrodes are laminated on an oxygen ion conductive solid electrolyte body and outputs a detection value corresponding to the amount of oxygen.
In addition, let the lower side of FIG. 1 be the front end side of the gas sensor 100, and let the upper side of FIG.
ガスセンサ１００は、先端が閉じた略円筒状(中空軸状)のセンサ素子（この例では酸素センサ素子）３を、筒状の主体金具２０の内側に挿通して保持するよう組み付けられている。センサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する筒状の固体電解質体と、固体電解質体の内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極及び外側電極（図示せず）とからなる。又、センサ素子３の中空部には丸棒状のヒータ１５が挿入され、固体電解質体を活性化温度に昇温するようになっている。
主体金具２０の後端部には、センサ素子３の後端側に設けられたリード線や端子（後述）を保持し、センサ素子３の後端部を覆う筒状の外筒４０が接合されている。さらに、センサ素子３の後端側の外筒４０内側には、絶縁性で円筒状のセパレータ１２１が加締め固定されている。一方、センサ素子３先端の検出部はプロテクタ７で覆われている。そして、このようにして製造されたガスセンサ１００の主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを排気管等のネジ孔に取付けることで、センサ素子３先端の検出部を排気管内に露出させて被検出ガス（排気ガス）を検知している。なお、主体金具２０の中央付近には、六角レンチ等を係合するための多角形の鍔部２０ｃが設けられ、鍔部２０ｃと雄ねじ部２０ｄとの間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット１４が嵌挿されている。
The gas sensor 100 is assembled so that a substantially cylindrical (hollow shaft-shaped) sensor element (oxygen sensor element in this example) 3 having a closed tip is inserted and held inside the cylindrical metal shell 20. The sensor element 3 includes a cylindrical solid electrolyte body that is tapered toward the tip, and inner and outer electrodes (not shown) formed on the inner and outer peripheral surfaces of the solid electrolyte body, respectively. Become. A round bar heater 15 is inserted into the hollow portion of the sensor element 3 so as to raise the temperature of the solid electrolyte body to the activation temperature.
A cylindrical outer tube 40 that holds a lead wire and a terminal (described later) provided on the rear end side of the sensor element 3 and covers the rear end portion of the sensor element 3 is joined to the rear end portion of the metal shell 20. ing. Further, an insulating cylindrical separator 121 is caulked and fixed inside the outer cylinder 40 on the rear end side of the sensor element 3. On the other hand, the detection part at the tip of the sensor element 3 is covered with a protector 7. Then, the male screw part 20d of the metal shell 20 of the gas sensor 100 manufactured in this way is attached to a screw hole such as an exhaust pipe, so that the detection part at the tip of the sensor element 3 is exposed in the exhaust pipe and the gas to be detected (exhaust gas) Gas). A polygonal flange portion 20c for engaging a hexagon wrench or the like is provided near the center of the metal shell 20, and a step between the flange portion 20c and the male screw portion 20d is attached to the exhaust pipe. A gasket 14 is inserted to prevent the gas from leaking when it is blown.
センサ素子３の中央側に鍔部３ａが設けられ、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径する段部が設けられている。又、段部の後端向き面にワッシャ１２を介して筒状のセラミックホルダ５が配置されている。そして、センサ素子３が主体金具２０及びセラミックホルダ５の内側に挿通され、セラミックホルダ５に後端側からワッシャ１３を介してセンサ素子３の鍔部３ａが当接している。
さらに、鍔部３ａの後端側におけるセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状の滑石粉末６、及び筒状のセラミックスリーブ１０が配置されている。そして、セラミックスリーブ１０の後端側に金属リング３０を配し、主体金具２０後端部を内側に屈曲して加締め部２０ａを形成することにより、セラミックスリーブ１０が先端側に押し付けられる。これにより滑石粉末６を押し潰し、セラミックスリーブ１０及び滑石粉末６が加締め固定されるとともに、センサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされている。
なお、滑石粉末６が特許請求の範囲の「粉末充填部材」に相当する。
A flange portion 3 a is provided on the center side of the sensor element 3, and a step portion that is reduced in diameter is provided on the inner peripheral surface near the tip of the metal shell 20. In addition, a cylindrical ceramic holder 5 is disposed on the surface facing the rear end of the step portion via a washer 12. The sensor element 3 is inserted inside the metal shell 20 and the ceramic holder 5, and the flange portion 3 a of the sensor element 3 is in contact with the ceramic holder 5 through the washer 13 from the rear end side.
Further, a cylindrical talc powder 6 and a cylindrical ceramic sleeve 10 are arranged in the radial gap between the sensor element 3 and the metal shell 20 on the rear end side of the flange 3a. Then, the metal ring 30 is disposed on the rear end side of the ceramic sleeve 10 and the caulking portion 20a is formed by bending the rear end portion of the metal shell 20 inward, thereby pressing the ceramic sleeve 10 toward the front end side. As a result, the talc powder 6 is crushed and the ceramic sleeve 10 and the talc powder 6 are caulked and fixed, and the gap between the sensor element 3 and the metal shell 20 is sealed.
The talc powder 6 corresponds to the “powder filling member” in the claims.
センサ素子３の後端側に配置されたセパレータ１２１には、挿通孔（この例では４個）が設けられ、そのうち２個の挿通孔にそれぞれ内側端子金具７１、外側端子金具９１の板状基部７４、９４が挿入されて固定されている。各板状基部７４、９４の後端にはそれぞれコネクタ部７５、９５が形成され、コネクタ部７５、９５にそれぞれリード線４１、４１が加締め接続されている。又、セパレータ１２１の図示しない２個の挿通孔（ヒータリード孔）に、ヒータ１５から引き出されたヒータリード線４３（図１では１個のみ図示）が挿通されている。
セパレータ１２１の後端側の外筒４０内側には筒状のグロメット１３１が加締め固定され、グロメット１３１の４個の挿通孔からそれぞれ２個のリード線４１、及び２個のヒータリード線４３が外部に引き出されている。
なお、グロメット１３１の中心には貫通孔１３１ａが形成され、センサ素子３の内部空間に連通している。そして、グロメット１３１の貫通孔１３１ａに撥水性の通気フィルタ１４０が介装され、外部の水を通さずにセンサ素子３の内部空間に基準ガス（大気）を導入するようになっている。
The separator 121 disposed on the rear end side of the sensor element 3 is provided with insertion holes (four in this example), two of which are plate-like base portions of the inner terminal fitting 71 and the outer terminal fitting 91, respectively. 74 and 94 are inserted and fixed. Connector portions 75 and 95 are formed at the rear ends of the plate-like base portions 74 and 94, respectively, and lead wires 41 and 41 are crimped to the connector portions 75 and 95, respectively. Further, a heater lead wire 43 (only one is shown in FIG. 1) drawn from the heater 15 is inserted into two insertion holes (heater lead holes) (not shown) of the separator 121.
A cylindrical grommet 131 is caulked and fixed inside the outer cylinder 40 on the rear end side of the separator 121, and two lead wires 41 and two heater lead wires 43 are respectively inserted from the four insertion holes of the grommet 131. Has been pulled out.
A through hole 131 a is formed at the center of the grommet 131 and communicates with the internal space of the sensor element 3. A water-repellent ventilation filter 140 is interposed in the through-hole 131a of the grommet 131 so that the reference gas (atmosphere) is introduced into the internal space of the sensor element 3 without passing external water.
一方、主体金具２０の先端側には筒状のプロテクタ７が外嵌され、主体金具２０から突出するセンサ素子３の先端側がプロテクタ７で覆われている。プロテクタ７は、複数の孔部（図示せず）を有する有底筒状で金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外側プロテクタ７ｂおよび内側プロテクタ７ａを、溶接等によって取り付けて構成されている。 On the other hand, a cylindrical protector 7 is fitted on the front end side of the metal shell 20, and the front end side of the sensor element 3 protruding from the metal shell 20 is covered with the protector 7. The protector 7 is configured by attaching a bottomed cylindrical metal (for example, stainless steel, etc.) double outer protector 7b and an inner protector 7a having a plurality of holes (not shown) by welding or the like.
本発明においては、粉末充填部材を一方向に圧縮可能な空間（図２参照）に充填して４８０ＭＰａの圧力で圧縮したときの当該一方向の高さをＨ１とし、上記圧力を解放したときの一方向の高さをＨ２としたとき、（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１で表される反発率が０．１０以上である。
ガスセンサ１００が高温で使用されると、粉末充填部材を圧縮している主体金具２０と粉末充填部材との熱膨張係数が異なるために、主体金具２０の方が粉末充填部材よりも大きく膨張し、粉末充填部材に負荷されていた圧力が低下してシール性が低下するおそれがある。そこで、本発明者が検討したところ、粉末充填部材の圧縮性を示す上記反発率が高いほど、粉末充填部材が熱膨張する力と、圧縮された状態から戻ろうとする力（反発力）との合力が、主体金具２０の熱膨張する力を上回るため、高温でもシール性が低下し難いことが判明した。
ここで、４８０ＭＰａの圧力は、一般的なガスセンサ１００において、主体金具２０の後端部を加締め固定する際の、粉末充填部材が圧縮された状態の圧力に近い。
In the present invention, when the powder filling member is filled in a space compressible in one direction (see FIG. 2) and compressed at a pressure of 480 MPa, the height in the one direction is H1, and the pressure is released. When the height in one direction is H2, the repulsion rate represented by (H2-H1) / H1 is 0.10 or more.
When the gas sensor 100 is used at a high temperature, the metal shell 20 compressing the powder filling member and the powder filling member have different thermal expansion coefficients, so that the metal shell 20 expands more than the powder filling member, There is a possibility that the pressure applied to the powder filling member is lowered and the sealing performance is lowered. Therefore, as a result of investigation by the present inventors, the higher the repulsion rate indicating the compressibility of the powder filling member, the more the power of the powder filling member thermally expands and the force (repulsive force) to return from the compressed state. Since the resultant force exceeds the thermal expansion force of the metal shell 20, it has been found that the sealing performance is hardly lowered even at high temperatures.
Here, the pressure of 480 MPa is close to the pressure when the powder filling member is compressed when the rear end portion of the metal shell 20 is caulked and fixed in the general gas sensor 100.
次に、図２を参照して、粉末充填部材を一方向に圧縮して反発率を求める方法について説明する。
まず、中央開口２０２ｈを有する円筒状のシリンダ２０２と、シリンダ２０２の底部を閉塞するベース部２０４と、ピストン２０６とを有する加圧装置２００を用意する。そして、中央開口２０２ｈの上部から粉末充填部材（例えば滑石粉末）６を装入する（図２（ａ））。なお、中央開口２０２ｈ内の軸方向が特許請求の範囲の「一方向」に相当する。
次に、中央開口２０２ｈと同形の断面を有するピストン２０６を中央開口２０２ｈの上部に挿入し、ピストン２０６を軸方向に降ろして４８０ＭＰａの圧力で粉末充填部材６を圧縮する（図２（ｂ））。そして、圧縮時の中央開口２０２ｈ内の軸方向の粉末充填部材６の高さＨ１を測定する。次に、圧縮時の圧力を解放した後の粉末充填部材６の高さＨ２を測定する。そして、（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１によって反発率を求める。
なお、粉末充填部材６は、ガスセンサ１００に配置されて主体金具２０によって圧縮されていたものを取り出して測定してもよく、圧縮された粉末充填部材６は圧力を解放することによって、初期の状態に戻る。又、測定は常温で行う。加圧装置２００及びピストン２０６としては、例えば工具鋼（ＳＫＤ１１等）を用いることができる。つまり、粉末充填部材６は、ガスセンサ１００に配置されて主体金具２０によって圧縮されて使用されていたものであっても、未圧縮のものであっても、粉末充填部材６が有する反発力には変化がなく、よって反発率にも変化がない。換言すると、使用済みのガスセンサ１００を解体して回収した粉末充填部材６は、上記測定を経ることで上記反発率を特定することが可能である。
Next, with reference to FIG. 2, the method of calculating | requiring a repulsion rate by compressing a powder filling member to one direction is demonstrated.
First, a pressure device 200 having a cylindrical cylinder 202 having a central opening 202h, a base portion 204 that closes the bottom of the cylinder 202, and a piston 206 is prepared. And the powder filling member (for example, talc powder) 6 is inserted from the upper part of the central opening 202h (FIG. 2A). The axial direction in the central opening 202h corresponds to “one direction” in the claims.
Next, the piston 206 having the same cross section as the central opening 202h is inserted into the upper part of the central opening 202h, the piston 206 is lowered in the axial direction, and the powder filling member 6 is compressed with a pressure of 480 MPa (FIG. 2 (b)). . And the height H1 of the powder filling member 6 of the axial direction in the center opening 202h at the time of compression is measured. Next, the height H2 of the powder filling member 6 after releasing the pressure at the time of compression is measured. Then, the restitution rate is obtained by (H2−H1) / H1.
In addition, the powder filling member 6 may be taken out and measured by being placed on the gas sensor 100 and compressed by the metal shell 20, and the compressed powder filling member 6 is in an initial state by releasing the pressure. Return to. The measurement is performed at room temperature. As the pressurizing device 200 and the piston 206, for example, tool steel (SKD11 or the like) can be used. That is, whether the powder filling member 6 is disposed on the gas sensor 100 and compressed by the metal shell 20 or is uncompressed, the powder filling member 6 has a repulsive force. There is no change, so there is no change in the rebound rate. In other words, the powder filling member 6 recovered by disassembling the used gas sensor 100 can specify the rebound rate through the measurement.
上記反発率が０．１０未満であると、粉末充填部材６の熱膨張係数が金属（主体金具２０）の値よりも大幅に小さくなる。このため、粉末充填部材６と主体金具２０（又はセンサ素子３）との間に隙間が生じ、シール性が低下する。
一方、上記反発率は高いほどよいが、粉末充填部材６は一般に天然鉱石を粉砕して得られたタルク（含水珪酸マグネシウム［Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２］）を主成分（５０質量％以上）とする滑石粉末からなり、不純物の含有率は１〜３０重量％である。例えば、マグネサイト等からなる不純物を約０．３〜５重量％含む広西タルクや、マグネサイト、ドロマイト等の不純物を約１〜３０重量％含む海城タルクが挙げられる。このような天然鉱石由来の滑石粉末自体は、反発率が０．１５を超えることは難しい。
When the restitution rate is less than 0.10, the thermal expansion coefficient of the powder filling member 6 is significantly smaller than the value of the metal (metal shell 20). For this reason, a gap is generated between the powder filling member 6 and the metal shell 20 (or the sensor element 3), and the sealing performance is lowered.
On the other hand, the higher the restitution rate, the better. However, the powder filling member 6 is generally composed of talc (hydrous magnesium silicate [Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ]) obtained by pulverizing natural ore as the main component (50 mass). % Or more), and the impurity content is 1 to 30% by weight. Examples thereof include Guangxi talc containing about 0.3 to 5% by weight of impurities such as magnesite, and Kaijo talc containing about 1 to 30% by weight of impurities such as magnesite and dolomite. It is difficult for such talc powder derived from natural ore itself to have a rebound rate exceeding 0.15.
また、粉末充填部材にタルク以外の成分を添加してもよい。この成分としては、水ガラス等が挙げられる。水ガラスは、粉末充填部材全体に対して２〜７質量％添加することで、反発率を高めることができる。
粉末充填部材６は、粉末材料を金型成形によりリング状に成形することができるが、粉末材料を成形せずに粉末状のまま、センサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に充填することもできる。
又、粉末充填部材６を構成する粉末材料のハンドリング性を向上させるため、粉末材料を造粒して所定の平均粒径としてもよい。なお、後述する実施例に示すように、粉末充填部材６の高温でのシール性の良否は、粉末材料の平均粒径や組成によらず、上記反発率によって判定できる。
Moreover, you may add components other than a talc to a powder filling member. Examples of this component include water glass. Water glass can increase the repulsion rate by adding 2 to 7 mass% with respect to the entire powder-filled member.
The powder filling member 6 can form the powder material into a ring shape by die molding, but fills the radial gap between the sensor element 3 and the metal shell 20 without forming the powder material in a powder form. You can also
Moreover, in order to improve the handling property of the powder material constituting the powder filling member 6, the powder material may be granulated to have a predetermined average particle size. In addition, as shown in the Example mentioned later, the quality of the sealing performance in the high temperature of the powder filling member 6 can be determined by the said repulsion rate irrespective of the average particle diameter and composition of a powder material.
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
本発明は、自動車や各種内燃機関の排ガス中や、ボイラ等の燃焼ガス中の酸素濃度を測定する全領域空燃比センサ等の酸素センサに適用することができるが、これらの用途に限られない。例えば、ＮＯｘガス濃度検出用ガスセンサや、ＮＯX以外のガス（例えばＣＯXやＨ2Ｏ、ＨＣなど）の濃度を測定するためのセンサ素子を有するガスセンサに対して適用することもできる。
又、筒型に限らず板状のセンサ素子に対して本発明を適用することもできる。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
The present invention can be applied to oxygen sensors such as a full-range air-fuel ratio sensor that measures the oxygen concentration in the exhaust gas of automobiles and various internal combustion engines and in the combustion gas of boilers and the like, but is not limited to these applications. . For example, the present invention can be applied to a gas sensor for detecting the concentration of NO x gas or a gas sensor having a sensor element for measuring the concentration of a gas other than NO x (for example, CO x , H 2 O, HC, etc.).
Further, the present invention can be applied to a plate-like sensor element without being limited to a cylindrical shape.
図７に示すガスセンサ１００ｘを製造した。ガスセンサ１００ｘは、図１のガスセンサ１００からヒータ１５を取り除くと共に、センサ素子３より後端側の構成部分（セパレータ１２１等）を取り付けず、外筒４０の代わりに模擬外筒４０ｘを取り付けたものである。模擬外筒４０ｘは後端側に窄まる漏斗状をなしている。主体金具２０は、ステンレス鋼（熱膨張係数：１１．５×１０-6／℃）を用いて形成した。又、所望の粒度に調整した海城タルク粉末を準備した。このタルク粉末を金型成形によりリング状の粉末充填部材６に成形した。粉末充填部材６を構成するタルク粉末の平均粒径（レーザー回折式粒度計により測定）及び組成（蛍光Ｘ線にて定量）を表１に示す。又、粉末充填部材６の粉末Ｘ線回折像を図３〜６に示す。なお、図３〜６の縦軸はＸ線強度を示し、横軸は回折角（２θ）を示す。又、図３〜６の下欄に、タルクの粉末Ｘ線回折像を比較のために記した。表１の組成の「Igloss」は強熱減量（Ignition Loss）を示す。 A gas sensor 100x shown in FIG. 7 was manufactured. The gas sensor 100x is obtained by removing the heater 15 from the gas sensor 100 of FIG. 1 and attaching a simulated outer cylinder 40x in place of the outer cylinder 40 without attaching components (such as the separator 121) on the rear end side from the sensor element 3. is there. The simulated outer cylinder 40x has a funnel shape constricted on the rear end side. The metal shell 20 was formed using stainless steel (thermal expansion coefficient: 11.5 × 10 −6 / ° C.). Moreover, the Kaijo talc powder adjusted to the desired particle size was prepared. This talc powder was molded into a ring-shaped powder filling member 6 by die molding. Table 1 shows the average particle diameter (measured by a laser diffraction particle size meter) and the composition (quantified by fluorescent X-rays) of the talc powder constituting the powder filling member 6. Moreover, the powder X-ray-diffraction image of the powder filling member 6 is shown in FIGS. In addition, the vertical axis | shaft of FIGS. 3-6 shows X-ray intensity, and a horizontal axis shows a diffraction angle (2 (theta)). Moreover, the powder X-ray-diffraction image of the talc was written in the lower column of FIGS. “Igloss” in the composition of Table 1 represents ignition loss.
粉末充填部材６につき、図２に示す加圧装置２００を用いて反発力を測定した。
又、得られたガスセンサ１００ｘにつき、以下に説明する加熱気密漏洩量測定の方法により、粉末充填部材６の主体金具２０及びセンサ素子３に対する高温でのシール性を評価した。具体的には、図７に示すように、取付用ベース３０１のネジ孔にガスセンサ１００ｘの主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを取付け、取付用ベース３０１のネジ孔から後端側（図７の矢印方向）へ向かって６５０℃の空気Ａｉｒを圧力４．０ｋｇｆ/ｃｍ２で吹付けた。そして、模擬外筒４０ｘの後端側に取り付けた図示しない流量計により、検出部側から粉末充填部材６を透過して漏れ出してくる気体の流量を１分間連続測定した。このとき、流量計に示された気体の流量、すなわち、漏れ出た気体のリーク量が１．０ｃｃ／ｍｉｎ以下であれば○、そうでなければ×として判定した。
得られた結果を表１に示す。
The repulsive force of the powder filling member 6 was measured using the pressurizing apparatus 200 shown in FIG.
Further, the obtained gas sensor 100x was evaluated for sealing performance at a high temperature with respect to the metal shell 20 and the sensor element 3 of the powder filling member 6 by a method of measuring the amount of heat-tight leakage described below. Specifically, as shown in FIG. 7, the male screw portion 20d of the metal shell 20 of the gas sensor 100x is attached to the screw hole of the mounting base 301, and the rear end side (in the direction of the arrow in FIG. 7) from the screw hole of the mounting base 301. ) At 650 ° C. at a pressure of 4.0 kgf / cm 2 . And the flow rate of the gas which permeate | transmits the powder filling member 6 and leaks from the detection part side was continuously measured for 1 minute with the flowmeter which is not shown attached to the rear end side of the simulation outer cylinder 40x. At this time, the gas flow rate indicated by the flow meter, that is, the leakage amount of the leaked gas was determined to be ◯ if it was 1.0 cc / min or less, otherwise it was determined to be x.
The obtained results are shown in Table 1.
表１から明らかなように、４８０ＭＰａの圧力で粉末充填部材６を圧縮したときの反発力が０．１０以上である種類１〜３の場合、６５０℃でのシール性が良好となった。
一方、反発力が０．１０未満である種類４の場合、６５０℃でのシール性が低下した。
As is clear from Table 1, in the case of types 1 to 3 where the repulsion force is 0.10 or more when the powder filling member 6 is compressed at a pressure of 480 MPa, the sealing property at 650 ° C. is good.
On the other hand, in the case of the type 4 whose repulsive force is less than 0.10, the sealing performance at 650 ° C. was lowered.
３ センサ素子
６ 粉末充填部材（滑石粉末）
２０ 主体金具
１００ ガスセンサ
3 Sensor element 6 Powder filling member (talc powder)
20 Metal shell 100 Gas sensor
Claims (2)
前記粉末充填部材を一方向に圧縮可能な空間に充填して４８０ＭＰａの圧力で圧縮したときの前記一方向の高さをＨ１とし、前記圧力を解放したときの前記一方向の高さをＨ２としたとき、（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１で表される反発率が０．１０以上であることを特徴とするガスセンサ。 Filled between a cylindrical metal shell, a sensor element held in the metal shell, an inner surface of the metal shell and an outer surface of the sensor element, and seals a gap between the metal shell and the sensor element A gas filling member,
When the powder filling member is filled in a space compressible in one direction and compressed at a pressure of 480 MPa, the height in one direction is H1, and the height in one direction when the pressure is released is H2. When this is done, the gas sensor is characterized in that the repulsion rate represented by (H2-H1) / H1 is 0.10 or more.
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| WO2023120565A1 (en) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor and method for producing gas sensor |
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- 2013-04-30 JP JP2013094928A patent/JP2014215262A/en active Pending
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