JP2017106874A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスセンサは、センサ素子2、インシュレータ3及び多孔質保護層4を有する。多孔質保護層4は、センサ素子2における、拡散抵抗層23の表面を含む、抵抗体221の配置位置よりも先端側X1の表面であってインシュレータ3の先端面301よりも先端側X1に位置する表面に設けられている。多孔質保護層4は、被測定ガス中の水分及び被毒物からセンサ素子2を保護する性質を有する。
【選択図】図3
Description
該センサ素子を挿通させる挿通穴(31)を有するセラミックス製のインシュレータ(3)と、を備えるガスセンサにおいて、
上記インシュレータは、上記センサ素子における上記抵抗体の配置位置の全体を覆っており、
上記センサ素子の先端部(200)には、上記被測定ガスを上記測定電極へ導くための拡散抵抗層(23)が設けられており、
上記センサ素子における、上記拡散抵抗層の表面を含む、上記抵抗体の配置位置よりも先端側に位置する表面には、上記被測定ガス中の水分及び被毒物から上記センサ素子を保護する多孔質保護層(4)が設けられている、ガスセンサにある。
以下に、上述したガスセンサの実施形態につき、図1〜図5を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサ1は、図1に示すごとく、センサ素子2、インシュレータ3及び多孔質保護層4を有する。
多孔質保護層4は、図3に示すごとく、センサ素子2における、拡散抵抗層23の表面を含む、抵抗体221の配置位置よりも先端側X1の表面であってインシュレータ3の先端面301よりも先端側X1に位置する表面に設けられている。多孔質保護層4は、被測定ガスG中の水分及び被毒物からセンサ素子2を保護するものである。具体的には、多孔質保護層4は、被測定ガスG中の気体を透過させる一方、被測定ガスG中の水分及び被毒物を透過させない性質を有する。
本形態のガスセンサ1は、車両の内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる被測定ガスGとしての、排ガスに含まれる酸素の濃度又は特定ガス成分の濃度を測定するために用いられる。
ここで、図1に示すごとく、センサ素子2が伸びる方向をガスセンサ1の軸方向Xとして表す。また、センサ素子2における被測定ガスGが導入される側を先端側X1といい、その反対側を基端側X2という。
拡散抵抗層23は、図2に示すごとく、セラミックスの多孔質体から形成されており、被測定ガスGの流れを拡散させて、被測定ガス室214内への被測定ガスGの流れを律速させるものである。固体電解質基板21は、イットリア安定化ジルコニウムから形成されており、測定電極211及び基準電極212は、白金等の貴金属を用いて形成されている。
ハウジング51の先端側部分の外周には、インシュレータ3の先端側部分及びセンサ素子2の先端側部分を覆う保護カバー52が固定されている。保護カバー52には、被測定ガスGとしての排ガスが流通する流通孔521が設けられている。
ハウジング51の基端側部分の外周には、ブッシュ54を保持する円筒状カバー53が固定されている。ブッシュ54には、リード線29が挿通されている。円筒状カバー53を縮径させることにより、円筒状カバー53、ブッシュ54及びリード線29がかしめられている。
本形態のガスセンサ1においては、図3に示すごとく、センサ素子2における拡散抵抗層23を含む、抵抗体221の配置位置よりも先端側X1の表面であって、インシュレータ3の先端面301よりも先端側X1に位置する表面には、多孔質保護層4が設けられている。従来のガスセンサのセンサ素子においては、センサ素子の先端部における、抵抗体の配置位置の全体に多孔質保護層を設けていた。この場合、多孔質保護層の使用量が多くなるだけでなく、多孔質保護層を含むセンサ素子の熱容量が大きくなっていた。これに対し、本形態のガスセンサ1においては、多孔質保護層4を、抵抗体221の配置位置よりも先端側X1に位置する表面であって、インシュレータ3の先端面301よりも先端側X1に位置する表面にのみ設けることができる。これにより、多孔質保護層4を含むセンサ素子2の熱容量を小さくすることができる。そのため、抵抗体221によって固体電解質基板21を加熱する際のセンサ素子2の昇温性が向上し、固体電解質基板21の早期活性化を図ることができる。
本形態のガスセンサ1においては、図6に示すごとく、インシュレータ3の挿通穴31は、最小隙間部331を形成する基端側穴部311と、先端側隙間部332を形成する、基端側穴部311よりも大きな先端側穴部312とを有する。先端側穴部312は、センサ素子2の第2側面202に対向する先端側部分の幅を、センサ素子2の第2側面202に対向する基端側部分の幅よりも小さくして形成されている。
本形態においても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
本形態のガスセンサ1においては、図7に示すごとく、インシュレータ3における、センサ素子2の抵抗体221の配置位置よりも基端側X2に位置する部位には、インシュレータ3の内周における先端側隙間部332とインシュレータ3の外周とを連通する複数の通気孔35が設けられている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
そこで、本形態のガスセンサ1においては、センサ素子2の基端側X2の部位において生じた水滴が通気孔35の毛細管現象によって通気孔35内に吸収されるようにすることができる。これにより、高温であるセンサ素子2の先端側X1の部位に水滴が到達することを防ぐことができる。そのため、センサ素子2の先端側X1の部位及びインシュレータ3に水蒸気の凝縮による割れが生じることを防ぐことができる。
その他、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
本形態のガスセンサ1においては、図8に示すごとく、隙間33の先端側隙間部332の隙間は、実施形態1に示す先端側隙間部332よりもさらに大きく形成されている。そして、先端側隙間部332の先端側X1には、先端側隙間部332の隙間よりも小さな隙間の先端側狭小隙間部333が形成されている。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
本形態のガスセンサ1においては、図9に示すごとく、センサ素子2の先端側X1の部位には、基端側部分251に比べて幅が小さい幅細部25が形成されている。また、幅細部25と基端側部分251との間には、段部252が形成されている。一方、インシュレータ3の先端側X1の部位には、基端側穴部361に比べて穴の内径が小さい小穴部362が形成されている。また、小穴部362と基端側穴部361との間には、段部363が形成されている。そして、センサ素子2の段部252はインシュレータ3の段部363に当接している。なお、センサ素子2の段部252は、インシュレータ3の段部363との間に微小な隙間を形成する状態で、インシュレータ3の段部363に接近していてもよい。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
2 センサ素子
21 固体電解質基板
211 測定電極
212 基準電極
22 ヒータ基板
221 抵抗体
23 拡散抵抗層
3 インシュレータ
4 多孔質保護層
Claims (6)
- 被測定ガス(G)に晒される測定電極(211)及び基準ガス(A)に晒される基準電極(212)が設けられた酸素イオン伝導性の固体電解質基板(21)と、通電によって発熱する抵抗体(221)が埋設されたセラミックス製のヒータ基板(22)とが積層されたセンサ素子(2)と、
該センサ素子を挿通させる挿通穴(31)を有するセラミックス製のインシュレータ(3)と、を備えるガスセンサにおいて、
上記インシュレータは、上記センサ素子における上記抵抗体の配置位置の全体を覆っており、
上記センサ素子の先端部(200)には、上記被測定ガスを上記測定電極へ導くための拡散抵抗層(23)が設けられており、
上記センサ素子における、上記拡散抵抗層の表面を含む、上記抵抗体の配置位置よりも先端側に位置する表面には、上記被測定ガス中の水分及び被毒物から上記センサ素子を保護する多孔質保護層(4)が設けられている、ガスセンサ。 - 上記センサ素子は、上記挿通穴の基端側部分に配置された封止材(32)によって上記インシュレータに保持されており、
上記センサ素子と上記挿通穴との隙間(33)は、上記封止材の配置位置の先端側に隣接して設けられた最小隙間部(331)と、該最小隙間部の先端側に隣接して設けられ上記最小隙間部よりも隙間が大きい先端側隙間部(332)とを有している、請求項1に記載のガスセンサ。 - 上記センサ素子の先端側部分には、該センサ素子の基端側部分に比べて細い幅細部(24)が形成されており、
上記先端側隙間部は、上記幅細部と上記挿通穴との間に形成されている、請求項2に記載のガスセンサ。 - 上記挿通穴は、上記最小隙間部を形成する基端側穴部(311)と、上記先端側隙間部を形成する、上記基端側穴部よりも大きな先端側穴部(312)とを有している、請求項2に記載のガスセンサ。
- 上記多孔質保護層は、上記インシュレータの先端面(301)よりも先端側に位置する表面に設けられており、
上記多孔質保護層と、上記インシュレータの先端との間には、隙間(41)が形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスセンサ。 - 上記インシュレータにおける、上記センサ素子の上記抵抗体の配置位置よりも基端側に位置する部位には、上記先端側隙間部と上記インシュレータの外周とを連通する通気孔(35)が設けられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサ。
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