JP2021043224A5

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Publication number: JP2021043224A5
Application number: JP2020204862A
Authority: JP
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2039-01-22

Description

素子封止体４０は、センサ素子２０を封止固定する部材である。素子封止体４０は、主体金具４２及び内筒４３を備えた筒状体４１と、碍子４４ａ～４４ｃ（緻密体の一例）と、圧粉体４５ａ，４５ｂと、メタルリング４６と、を備えている。センサ素子２０は素子封止体４０の中心軸上に位置しており、素子封止体４０を前後方向に貫通している。

そして、センサ素子２０は、上側コネクタ電極７１が配設された側面（ここでは第１面６０ａ）に配設され、検出部６３の複数の電極のいずれか（ここでは外側電極６４）と上側コネクタ電極７１ｂとを導通する外側リード線７５、を備えている。また、多孔質層８０（特に第１内側多孔質層８３）は外側リード線７５の少なくとも一部を被覆している。そのため、外側リード線７５の少なくとも一部を多孔質層８０によって保護できる。また、外側リード線７５を多孔質層８０によって保護する場合には、上側コネクタ電極７１ｂに近い位置に多孔質層（ここでは第１内側多孔質層８３）が存在しやすいため、水分が第１内側多孔質層８３を介して上側コネクタ電極７１ｂに到達するのを第１水侵入抑制部９１によって抑制する意義が高い。

［液体侵入試験］
実験例１～３１のセンサ素子２０について、素子本体６０の前端側を液体に浸した場合に毛細管現象によって素子本体６０の後端側にどの程度液体が浸入するかを試験した。まず、センサ素子２０の長手方向が鉛直方向に沿うようにした状態で、センサ素子２０の素子本体６０の前端（第５面６０ｅ）から後端側に向かって２０ｍｍの位置（以下、浸漬位置）までの部分を、レッドチェック液に浸した。その状態で２０時間放置し、レッドチェック液が浸漬位置よりも後端側にどの程度浸入したかを目視にて測定し、侵入距離とした。この侵入距離は、第１，第２内側多孔質層８３，８４内を毛細管現象によってレッドチェック液が浸漬位置から素子本体６０の後端側にどの程度移動したかを表す値である。２０時間経過後の侵入距離が１０ｍｍ未満であった場合に非常に良好（Ａ）と判定し、１０ｍｍ以上２０ｍｍ未満であった場合に良好（Ｂ）と判定し、２０ｍｍ以上であった場合に不良（Ｆ）と判定した。レッドチェック液は、栄進化学製のＲ－３Ｂ（ＮＴ）プラスを用いた。レッドチェック液は、炭化水素油を４０～６０ｗｔ％，可塑性溶剤を１０～２０ｗｔ％，グリコールエーテルを１～２０ｗｔ％，非イオン界面活性剤を１２～５０ｗｔ％，アゾ系油溶性赤色染料を１～５ｗｔ％含む。レッドチェック液は、２０℃での密度が０．８６ｇ／ｃｍ³であり、水よりも密度が小さい。

表１からわかるように、長さＬが０．５ｍｍ以上且つ第１，第２緻密層９２，９５の気孔率が１０％未満である実験例５～７，９，１０，１２～１４，１６～１８，２０，２１，２３，２４，２６，２７，２９，３０は、いずれも液体侵入試験の結果が非常に良好又は良好であった。これに対し、長さＬが０．５ｍｍ未満である実験例１～４や、第１，第２緻密層９２，９５の気孔率が１０％である実験例８，１１，１５，１９，２２，２５，２８，３１では、液体侵入試験の結果が不良であった。このことから、第１，第２水侵入抑制部９１，９４の長さＬが０．５ｍｍ以上且つ第１，第２緻密層９２，９５の気孔率が１０％未満であれば、毛細管現象による水分の移動を第１，第２水侵入抑制部９１，９４によって十分抑制できることが確認された。実験例５の結果からわかるように、第１，第２緻密層９２，９５の長さＬｅが０．５ｍｍ未満であっても、第１，第２水侵入抑制部９１，９４の長さＬが０．５ｍｍ以上であれば、毛細管現象による水分の移動が十分抑制されていた。また、実験例６，７間や実験例１２～１４間などの比較から、第１，第２緻密層９２，９５の気孔率が小さいほど毛細管現象による水分の移動を抑制する効果が高まることが確認できた。第１，第２緻密層９２，９５の長さＬｅが長いほど、第１，第２緻密層９２，９５の気孔率が大きくても液体侵入試験の評価結果がＡからＢに低下しにくくなる傾向が確認された。

［実験例１Ａ］
図８に示す位置関係を有するガスセンサ１０を上述した製造方法により作製して、実験例１Ａとした。実験例１Ａのガスセンサ１０は、第１，第２水侵入抑制部９１，９４の前後方向の位置を変更した点以外は実験例２７と同じセンサ素子２０を組み込んで作製した。実験例１Ａのガスセンサ１０において、碍子４４ａ～４４ｃはいずれもアルミナからなるセラミックスの焼結体とし、碍子４４ａの軸方向長さを８ｍｍ、碍子４４ｂの軸方向長さを１０ｍｍ、碍子４４ｃの軸方向長さを４．５ｍｍとした。碍子４４ａ～４４ｃの気孔率をＳＥＭ画像を用いて導出したところ、１％未満であった。圧粉体４５ａ，４５ｂはタルク粉末を成形したものとした。また、筒状体４１内で圧粉体４５ａ，４５ｂに前後から加わる封止荷重が適切となるように、タルク粉末の量を調整した。封止後の圧粉体４５ａの軸方向長さは６ｍｍ、圧粉体４５ｂの軸方向長さは７ｍｍであった。碍子４４ａ～４４ｃと多孔質層８０及び水侵入抑制部９０との上下方向の離間距離はいずれも１００μｍであった。図８に示すように、実験例１Ａでは、第１，第２水侵入抑制部９１，９４の前端の位置が、碍子４４ｂの内周面４４ｂ１，４４ｂ２の前端の位置と同じになっている。第１，第２水侵入抑制部９１，９４の前端は、素子本体６０の前端から２９ｍｍの距離に位置している。第１緻密層９２及び第２緻密層９５は碍子４４ｂ，４４ｃと重複しており、連続した重複部分の長さである重複距離Ｗは、より長い距離に亘って重複している碍子４４ｂとの位置関係に基づいて、１０ｍｍとなった。

Claims

センサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する金属製の筒状体と、前記貫通孔内に配置され該貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１以上の圧粉体と、気孔率が１０％未満であり前記貫通孔内に配置されると共に内部を前記センサ素子が貫通し前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の１以上の緻密体と、
を備えたガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である１以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記１以上の側面のいずれかの前記後端側に１以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が１０％以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の存在範囲と前記１以上の緻密体の内周面の前記長手方向の存在範囲との連続した重複部分の長さである重複距離Ｗが０．５ｍｍ以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が１０％未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
前記複数の電極の１つであり前記緻密層が配設された前記側面に配設された外側電極と、
を備え、
前記緻密層は、前記外側電極が配設された側面において、前記外側電極よりも前記後端側に配設され且つ前記外側電極の後端部よりも前記前端側には配設されていない、
ガスセンサ。
センサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する金属製の筒状体と、前記貫通孔内に配置され該貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１以上の圧粉体と、気孔率が１０％未満であり前記貫通孔内に配置されると共に内部を前記センサ素子が貫通し前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の１以上の緻密体と、
を備えたガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である１以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記１以上の側面のいずれかの前記後端側に１以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が１０％以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の存在範囲と前記１以上の緻密体の内周面の前記長手方向の存在範囲との連続した重複部分の長さである重複距離Ｗが０．５ｍｍ以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が１０％未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面に配設され、前記複数の電極のいずれかと前記コネクタ電極とを導通する外側リード部と、
を備え、
前記多孔質層は前記外側リード部のうち前記緻密層に被覆されていない部分の少なくとも一部を被覆している、
ガスセンサ。
センサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する金属製の筒状体と、前記貫通孔内に配置され該貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１以上の圧粉体と、気孔率が１０％未満であり前記貫通孔内に配置されると共に内部を前記センサ素子が貫通し前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の１以上の緻密体と、
を備えたガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端及び後端と、該長手方向に沿った表面である１以上の側面と、を有する長尺な素子本体と、
前記素子本体の前記前端側に配設された複数の電極を有し、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための検出部と、
前記１以上の側面のいずれかの前記後端側に１以上配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記コネクタ電極が配設された前記側面のうち少なくとも前記前端側を被覆し且つ気孔率が１０％以上の多孔質層と、
前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するか又は前記多孔質層よりも前記後端側に位置するように前記側面に配設され、前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置し、前記長手方向の存在範囲と前記１以上の緻密体の内周面の前記長手方向の存在範囲との連続した重複部分の長さである重複距離Ｗが０．５ｍｍ以上であり、前記側面を被覆し且つ気孔率が１０％未満の緻密層と該緻密層に隣接し且つ前記多孔質層が存在しない隙間領域とのうち少なくとも前記緻密層を有し、前記長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制する水侵入抑制部と、
を備え、
前記緻密層と、前記多孔質層のうち前記緻密層の前記前端側に位置する部分とは、互いに隣接しているか、又は両者の間が離間しており両者の間に前記隙間領域が存在する、
ガスセンサ。
前記センサ素子は、前記コネクタ電極が配設された前記側面に配設され前記複数の電極のいずれかと前記コネクタ電極とを導通する外側リード部を備えており、
前記多孔質層は、前記外側リード部の少なくとも一部を被覆している、
請求項１又は３に記載のガスセンサ。
前記緻密層は、前記長手方向の長さＬｅが０．５ｍｍ以上である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
前記緻密層は、前記長手方向の長さＬｅが２０ｍｍ以下である、
請求項１～５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
前記隙間領域は、前記長手方向の長さＬｇが１ｍｍ以下である、
請求項１～６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
前記水侵入抑制部は、前記隙間領域を備えない、
請求項７に記載のガスセンサ。
前記水侵入抑制部は、前記多孔質層を前記長手方向に沿って分割するように前記側面に配設されている、
請求項１～８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
前記素子本体は、直方体形状をしており、前記長手方向に沿った表面である４つの前記側面を有しており、
前記コネクタ電極は、前記４つの側面のうち互いに対向する第１側面及び第２側面にそれぞれ１以上配設されており、
前記多孔質層は、前記第１側面及び前記第２側面をそれぞれ被覆しており、
前記水侵入抑制部は、前記第１側面及び前記第２側面にそれぞれ配設されている、
請求項１～９のいずれか１項に記載のガスセンサ。