JP3449806B2 - 酸素センサ構造 - Google Patents
酸素センサ構造Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関からの
排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ等に適用さ
れる酸素センサ構造に関するものである。
排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ等に適用さ
れる酸素センサ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車等の内燃機関の排気ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサとして、酸素イオ
ン伝導性の固体電解質（例えばジルコニア）等を用いた
起電力型のものと、金属酸化物（チタニア）等の感知物
質を用いた抵抗変化型のものがあり、内燃機関の空燃比
等を制御する目的で使用されている。
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサとして、酸素イオ
ン伝導性の固体電解質（例えばジルコニア）等を用いた
起電力型のものと、金属酸化物（チタニア）等の感知物
質を用いた抵抗変化型のものがあり、内燃機関の空燃比
等を制御する目的で使用されている。
【０００３】例えば抵抗変化型の酸素センサの場合
は、図５（ａ）に示す様に、ヒータを内蔵させたアルミ
ナ基板Ｐ１の先端側に、チタニア等からなる感知物質Ｐ
２を積層するとともに、後端側に出力用電極Ｐ３を配置
して板状の検出素子部Ｐ４を形成し、この検出素子部Ｐ
４を主体金具Ｐ５内に収納し、ガラスシールＰ６等の無
機接着剤でシールし固定した構造となっている。
は、図５（ａ）に示す様に、ヒータを内蔵させたアルミ
ナ基板Ｐ１の先端側に、チタニア等からなる感知物質Ｐ
２を積層するとともに、後端側に出力用電極Ｐ３を配置
して板状の検出素子部Ｐ４を形成し、この検出素子部Ｐ
４を主体金具Ｐ５内に収納し、ガラスシールＰ６等の無
機接着剤でシールし固定した構造となっている。
【０００４】また、起電力型の酸素センサの場合に
は、図５（ｂ）に示す様に、ジルコニア等の固体電解質
からなる袋状の検出素子部Ｐ７を、主体金具Ｐ８内に収
納し、滑石Ｐ９等を介して加締めによって固定した構造
となっている。
は、図５（ｂ）に示す様に、ジルコニア等の固体電解質
からなる袋状の検出素子部Ｐ７を、主体金具Ｐ８内に収
納し、滑石Ｐ９等を介して加締めによって固定した構造
となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年では、
ＬＥＶ（Low Emission Vehicle），ＵＬＥＶ（UltraLo
w Emission Vehicle）等のエミッション規制の強化が
進められる中、排ガス温度を高くしてＨＣ等未燃焼成分
を燃焼除去する方式が採用され始めている。
ＬＥＶ（Low Emission Vehicle），ＵＬＥＶ（UltraLo
w Emission Vehicle）等のエミッション規制の強化が
進められる中、排ガス温度を高くしてＨＣ等未燃焼成分
を燃焼除去する方式が採用され始めている。
【０００６】この排ガス温度が上昇すると、前記の酸
素センサの構造では、主体金具Ｐ５とガラスシールＰ６
との熱膨張差により、ガラスシールＰ６にクラックや割
れが入り、場合によっては、基板Ｐ１まで割れが発生す
ることがある。その対策として、前記の酸素センサの
構造を前記の酸素センサに取り入れ、図５（ｃ）に示
す様に、例えば板状の検出素子部Ｐ１０を円筒状のセラ
ミックホルダＰ１１に挿入し、このセラミックホルダＰ
１１を主体金具Ｐ１２内に配置して、加締めによって固
定する方法が考えられるが、必ずしも十分ではない。
素センサの構造では、主体金具Ｐ５とガラスシールＰ６
との熱膨張差により、ガラスシールＰ６にクラックや割
れが入り、場合によっては、基板Ｐ１まで割れが発生す
ることがある。その対策として、前記の酸素センサの
構造を前記の酸素センサに取り入れ、図５（ｃ）に示
す様に、例えば板状の検出素子部Ｐ１０を円筒状のセラ
ミックホルダＰ１１に挿入し、このセラミックホルダＰ
１１を主体金具Ｐ１２内に配置して、加締めによって固
定する方法が考えられるが、必ずしも十分ではない。
【０００７】例えば、酸素センサを触媒の下流側に取り
付ける場合には、路面状態によっては、酸素センサが完
全に水中に没することがある。そのときには、酸素セン
サが外側より急冷されることになるので、セラミックホ
ルダＰ１１と主体金具Ｐ１２との熱膨張差により、その
熱衝撃を（滑石Ｐ１３等によって）吸収できなかった分
の歪みが残ることがあり、又、主体金具Ｐ１２が急冷さ
れることによって、高温のセラミックホルダＰ１１が急
冷されて内部応力が生ずることがあり、その場合には、
図５（ｄ）に示す様に、セラミックホルダにリング状又
は縦方向のクラックや割れが発生することがある。
付ける場合には、路面状態によっては、酸素センサが完
全に水中に没することがある。そのときには、酸素セン
サが外側より急冷されることになるので、セラミックホ
ルダＰ１１と主体金具Ｐ１２との熱膨張差により、その
熱衝撃を（滑石Ｐ１３等によって）吸収できなかった分
の歪みが残ることがあり、又、主体金具Ｐ１２が急冷さ
れることによって、高温のセラミックホルダＰ１１が急
冷されて内部応力が生ずることがあり、その場合には、
図５（ｄ）に示す様に、セラミックホルダにリング状又
は縦方向のクラックや割れが発生することがある。
【０００８】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、主体金具にセラミック絶縁体を介して
検出素子部を固定する場合に、たとえ水没等が発生して
も、クラックや割れの発生することのない酸素センサ構
造を提供することを目的とする。
れたものであり、主体金具にセラミック絶縁体を介して
検出素子部を固定する場合に、たとえ水没等が発生して
も、クラックや割れの発生することのない酸素センサ構
造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１の発明は、セラミックからなる棒状の検出素
子部と、該検出素子部の周囲に配設され、該検出素子部
を支持するセラミック絶縁体と、該セラミック絶縁体の
周囲に配設され、該セラミック絶縁体を支持する主体金
具と、を備えた酸素センサ構造において、前記検出素子
部が前記セラミック絶縁体に封止剤にて封着されるとと
もに、該主体金具の座面より先端側にて前記セラミック
絶縁体が主体金具に支持され、更に、前記座面から前記
先端側の支持部分までの距離が、３／（前記主体金具の
側部の最小厚さＡ）以上であることを特徴とする酸素セ
ンサ構造を要旨とする。
に請求項１の発明は、セラミックからなる棒状の検出素
子部と、該検出素子部の周囲に配設され、該検出素子部
を支持するセラミック絶縁体と、該セラミック絶縁体の
周囲に配設され、該セラミック絶縁体を支持する主体金
具と、を備えた酸素センサ構造において、前記検出素子
部が前記セラミック絶縁体に封止剤にて封着されるとと
もに、該主体金具の座面より先端側にて前記セラミック
絶縁体が主体金具に支持され、更に、前記座面から前記
先端側の支持部分までの距離が、３／（前記主体金具の
側部の最小厚さＡ）以上であることを特徴とする酸素セ
ンサ構造を要旨とする。
【００１０】請求項２の発明は、前記酸素センサが、感
知物質として抵抗変化型の金属酸化物を使用した酸素セ
ンサであることを特徴とする前記請求項１記載の酸素セ
ンサ構造を要旨とする。請求項３の発明は、前記検出素
子部が、板状の部材であることを特徴とする前記請求項
１又は２記載の酸素センサ構造を要旨とする。
知物質として抵抗変化型の金属酸化物を使用した酸素セ
ンサであることを特徴とする前記請求項１記載の酸素セ
ンサ構造を要旨とする。請求項３の発明は、前記検出素
子部が、板状の部材であることを特徴とする前記請求項
１又は２記載の酸素センサ構造を要旨とする。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】ここで、前記検出素子部の先端側とは、測
定対象側を意味する。また、検出素子部の少なくとも先
端側に配置されて用いられる感知物質としては、例えば
酸素濃度によって抵抗値が変化する金属酸化物（例えば
チタニア等）を採用できる。
定対象側を意味する。また、検出素子部の少なくとも先
端側に配置されて用いられる感知物質としては、例えば
酸素濃度によって抵抗値が変化する金属酸化物（例えば
チタニア等）を採用できる。
【００１８】前記封止剤としては、例えばガラス、セメ
ント等の無機材料を採用できる。前記３／Ａ、５／Ａ
（後述する）の単位は、分母・分子それぞれ同一の［ｍ
ｍ］である。
ント等の無機材料を採用できる。前記３／Ａ、５／Ａ
（後述する）の単位は、分母・分子それぞれ同一の［ｍ
ｍ］である。
【００１９】
【作用】請求項１の発明では、検出素子部がセラミック
絶縁体内にて封止剤によって封着されるとともに、主体
金具の座面より先端側にてセラミック絶縁体が主体金具
に支持されている。そのため、主体金具の座面より後端
側が、例えば水につかって内方向に熱応力がかかる場合
でも、先端側の支持部分における熱応力は比較的小さ
く、又、急冷されることによる熱伝導経路が長くなり、
セラミック絶縁体の熱衝撃が緩和されるため、セラミッ
ク絶縁体にクラックや割れが発生することを防止するこ
とが可能である。更に、本発明では、座面から支持部分
までの長さが、３／Ａ以上であるので、効果的にセラミ
ック絶縁体のクラックや割れを防止することが可能であ
る。
絶縁体内にて封止剤によって封着されるとともに、主体
金具の座面より先端側にてセラミック絶縁体が主体金具
に支持されている。そのため、主体金具の座面より後端
側が、例えば水につかって内方向に熱応力がかかる場合
でも、先端側の支持部分における熱応力は比較的小さ
く、又、急冷されることによる熱伝導経路が長くなり、
セラミック絶縁体の熱衝撃が緩和されるため、セラミッ
ク絶縁体にクラックや割れが発生することを防止するこ
とが可能である。更に、本発明では、座面から支持部分
までの長さが、３／Ａ以上であるので、効果的にセラミ
ック絶縁体のクラックや割れを防止することが可能であ
る。
【００２０】請求項２の発明では、酸素センサとして、
例えばチタニア等の抵抗変化型の金属酸化物を感知物質
に使用した酸素センサを採用できる。請求項３の発明で
は、検出素子部として、例えばチタニア等の感知物質を
積層した例えばアルミナ基板等の板状の部材を採用でき
る。
例えばチタニア等の抵抗変化型の金属酸化物を感知物質
に使用した酸素センサを採用できる。請求項３の発明で
は、検出素子部として、例えばチタニア等の感知物質を
積層した例えばアルミナ基板等の板状の部材を採用でき
る。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。尚、各図において上側及び下側は、酸素センサ
の後端側及び先端側を各々示す。 （実施例１）図１に示す様に、本実施例の酸素センサ１
は、検出素子部３に用いる感知物質として、酸素濃度に
応じて抵抗が変化する金属酸化物を採用したものであ
る。
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。尚、各図において上側及び下側は、酸素センサ
の後端側及び先端側を各々示す。 （実施例１）図１に示す様に、本実施例の酸素センサ１
は、検出素子部３に用いる感知物質として、酸素濃度に
応じて抵抗が変化する金属酸化物を採用したものであ
る。
【００２７】この検出素子部３は、長尺のアルミナ製の
基板３ａの先端側（測定対象側）に、チタニア等の金属
酸化物３ｂを積層配置したものであり、金属酸化物３ｂ
には図示しない電極が接続されている。これらの電極に
は、端子金具５（図では一方のみ示す）が接続され、端
子金具５には、外部に信号を取り出すリード線６，７が
接続されている。また、前記基板３ａには、金属酸化物
３ｂを加熱するために、図示しないヒータが形成されて
おり、このヒータにも、端子金具４（図では一方のみ示
す）を介して、リード線８，９が接続されている。
基板３ａの先端側（測定対象側）に、チタニア等の金属
酸化物３ｂを積層配置したものであり、金属酸化物３ｂ
には図示しない電極が接続されている。これらの電極に
は、端子金具５（図では一方のみ示す）が接続され、端
子金具５には、外部に信号を取り出すリード線６，７が
接続されている。また、前記基板３ａには、金属酸化物
３ｂを加熱するために、図示しないヒータが形成されて
おり、このヒータにも、端子金具４（図では一方のみ示
す）を介して、リード線８，９が接続されている。
【００２８】前記検出素子部３は、鍔部１１ａを有する
アルミナ製の筒状の保持部材１１（セラミックホルダ）
内にて、ガラス１３にてシールされて固定されており、
セラミックホルダ１１は、滑石１５を介して、耐熱金属
製の主体金具１７内に固定されている。つまり、検出素
子部３は、セラミックホルダ１１に保持された状態で、
主体金具１７を貫いて図の上下に伸びる様に、その軸中
心を合わせて固定されている。
アルミナ製の筒状の保持部材１１（セラミックホルダ）
内にて、ガラス１３にてシールされて固定されており、
セラミックホルダ１１は、滑石１５を介して、耐熱金属
製の主体金具１７内に固定されている。つまり、検出素
子部３は、セラミックホルダ１１に保持された状態で、
主体金具１７を貫いて図の上下に伸びる様に、その軸中
心を合わせて固定されている。
【００２９】また、検出素子部３の上方には、リード線
６〜９が貫通するセラミック製のセパレータ１０と耐熱
性のグロメットゴムである防水シール部材２１とが配置
されている。尚、このセラミック製のセパレータ１０の
外周には段差１０ａがあり、この段差１０ａにてセラミ
ックホルダ１１の上端１１ｂが係止している。
６〜９が貫通するセラミック製のセパレータ１０と耐熱
性のグロメットゴムである防水シール部材２１とが配置
されている。尚、このセラミック製のセパレータ１０の
外周には段差１０ａがあり、この段差１０ａにてセラミ
ックホルダ１１の上端１１ｂが係止している。
【００３０】前記主体金具１７の上部１７ａには、金属
外筒１６が外嵌するとともに防水のために例えばレーザ
ー溶接により全周溶接されている。この金属外筒１６の
上部の内側には、径方向に例えば六角加締め、八角加締
め、丸加締め等の加締めが行われて、防水シール部材２
１が押圧固定されている。
外筒１６が外嵌するとともに防水のために例えばレーザ
ー溶接により全周溶接されている。この金属外筒１６の
上部の内側には、径方向に例えば六角加締め、八角加締
め、丸加締め等の加締めが行われて、防水シール部材２
１が押圧固定されている。
【００３１】また、前記主体金具１７の下部には、検出
素子部３の先端側の周囲を覆う（開口部１９ａを有す
る）保護キャップ１９が装着されている。尚、主体金具
１７の座面の下側には、環状に、金属ガスケット２０が
配設されている。特に本実施例では、主体金具１７の側
部内側とセラミックホルダ１１の側部外側との間に、幅
０．６mmの間隙１８が設けられている。尚、この間隙寸
法としては、０．３〜１．０mmの範囲が、熱衝撃吸収に
優れ好適である。
素子部３の先端側の周囲を覆う（開口部１９ａを有す
る）保護キャップ１９が装着されている。尚、主体金具
１７の座面の下側には、環状に、金属ガスケット２０が
配設されている。特に本実施例では、主体金具１７の側
部内側とセラミックホルダ１１の側部外側との間に、幅
０．６mmの間隙１８が設けられている。尚、この間隙寸
法としては、０．３〜１．０mmの範囲が、熱衝撃吸収に
優れ好適である。
【００３２】また、主体金具１７の座面より先端側に
て、主体金具１７とセラミックホルダ１１とが当接し
て、主体金具１７がセラミックホルダ１１を図の下方よ
り支持している。具体的には、主体金具１７の傾斜面
（主体金具側支持部分）とセラミックホルダ１１の傾斜
面（セラミックホルダ側支持部分）とは、軸中心に対し
て約６０度傾斜するテーパ状となっている。尚、この傾
斜角は、４５〜７５度の範囲が、支持能力が高く且つ熱
衝撃吸収に優れ好適である。
て、主体金具１７とセラミックホルダ１１とが当接し
て、主体金具１７がセラミックホルダ１１を図の下方よ
り支持している。具体的には、主体金具１７の傾斜面
（主体金具側支持部分）とセラミックホルダ１１の傾斜
面（セラミックホルダ側支持部分）とは、軸中心に対し
て約６０度傾斜するテーパ状となっている。尚、この傾
斜角は、４５〜７５度の範囲が、支持能力が高く且つ熱
衝撃吸収に優れ好適である。
【００３３】更に、図２に示す様に、主体金具１７の座
面から傾斜面（の上端）までの距離Ｈは、２．０mm、当
接している長さＬは２．０mmとされている。この距離Ｈ
は、主体金具１７の側部の最小厚さＡによって耐熱衝撃
性が異なり、後述する様に、３／Ａ以上が好ましく、５
／Ａ以上であると一層好ましい。
面から傾斜面（の上端）までの距離Ｈは、２．０mm、当
接している長さＬは２．０mmとされている。この距離Ｈ
は、主体金具１７の側部の最小厚さＡによって耐熱衝撃
性が異なり、後述する様に、３／Ａ以上が好ましく、５
／Ａ以上であると一層好ましい。
【００３４】この様に本実施例の酸素センサ１において
は、主体金具１７の座面より先端側にてセラミックホル
ダ１１を支持し、更に、主体金具１７とセラミックホル
ダ１１との間には側面側に間隙１８が設けてあり、しか
も主体金具１７とセラミックホルダ１１とは、当接した
傾斜面で支持されているので、熱衝撃に極めて強いとい
う顕著な効果を奏する。
は、主体金具１７の座面より先端側にてセラミックホル
ダ１１を支持し、更に、主体金具１７とセラミックホル
ダ１１との間には側面側に間隙１８が設けてあり、しか
も主体金具１７とセラミックホルダ１１とは、当接した
傾斜面で支持されているので、熱衝撃に極めて強いとい
う顕著な効果を奏する。
【００３５】つまり、例えば酸素センサ１が触媒の下流
側に配置されている場合に、酸素センサ１が水没する
と、その後端側が急冷されるので、主体金具１７の径方
向内向きに大きな熱応力が加わるが、セラミックホルダ
１１の支持部分は、大きな熱応力のかかる座面より上側
ではなく、座面より下側に設けられているので、セラミ
ックホルダ１１にかかる熱応力が比較的小さい。又、主
体金具１７が急冷されることによるセラミックホルダ１
１の冷却経路が長くなり、セラミックホルダ１１の熱衝
撃が緩和される。その結果、セラミックホルダ１１にク
ラックや割れの発生を防止できる。
側に配置されている場合に、酸素センサ１が水没する
と、その後端側が急冷されるので、主体金具１７の径方
向内向きに大きな熱応力が加わるが、セラミックホルダ
１１の支持部分は、大きな熱応力のかかる座面より上側
ではなく、座面より下側に設けられているので、セラミ
ックホルダ１１にかかる熱応力が比較的小さい。又、主
体金具１７が急冷されることによるセラミックホルダ１
１の冷却経路が長くなり、セラミックホルダ１１の熱衝
撃が緩和される。その結果、セラミックホルダ１１にク
ラックや割れの発生を防止できる。
【００３６】また、座面より上側では大きな熱応力が加
わるが、主体金具１７とセラミックホルダ１１との間に
は側面側に間隙１８が設けてあるので、熱応力は主体金
具１７からセラミックホルダ１１に直接には伝わらな
い。よって、この点からも、クラックや割れの発生を防
止できる。
わるが、主体金具１７とセラミックホルダ１１との間に
は側面側に間隙１８が設けてあるので、熱応力は主体金
具１７からセラミックホルダ１１に直接には伝わらな
い。よって、この点からも、クラックや割れの発生を防
止できる。
【００３７】更に、主体金具１７とセラミックホルダ１
１とは、当接した傾斜面で支持されているので、仮に径
方向に熱応力がかかっても、熱応力は径方向と軸方向と
に分散されてしまい、径方向にはそれほど大きな力は加
わらない、よって、この点からも、クラックや割れの発
生を防止できる。 ＜実験例１＞次に、本実施例の効果を確認するために行
った、実験例について説明する。
１とは、当接した傾斜面で支持されているので、仮に径
方向に熱応力がかかっても、熱応力は径方向と軸方向と
に分散されてしまい、径方向にはそれほど大きな力は加
わらない、よって、この点からも、クラックや割れの発
生を防止できる。 ＜実験例１＞次に、本実施例の効果を確認するために行
った、実験例について説明する。
【００３８】図３（ａ）に示す様に、前記実施例１の
構造の酸素センサ（上部約６０mm）を、金属ガスケット
（ステンレス；１．０mm厚）を介して板材に取り付け、
下方よりバーナで加熱した。そして、図３（ｂ）に示す
様に、酸素センサの上部の水没を繰り返し（６００
回）、その時の主体金具の温度をＫ熱電対で測定した。
構造の酸素センサ（上部約６０mm）を、金属ガスケット
（ステンレス；１．０mm厚）を介して板材に取り付け、
下方よりバーナで加熱した。そして、図３（ｂ）に示す
様に、酸素センサの上部の水没を繰り返し（６００
回）、その時の主体金具の温度をＫ熱電対で測定した。
【００３９】この実験を、下記表１に示す各試料No.の
寸法、即ち厚さＡ，距離Ｈ（図２参照）の酸素センサに
対して、３個づつ行ない、クラックの有無を調べた。そ
の結果を同じく表２に記す。尚、表１には、３／Ａ，５
／Ａの計算値も記した。また、表１のテスト１は、水注
入時の温度が３５０℃、テスト２はそれよりも高い温度
（厳しい条件）の４００℃としたものである。
寸法、即ち厚さＡ，距離Ｈ（図２参照）の酸素センサに
対して、３個づつ行ない、クラックの有無を調べた。そ
の結果を同じく表２に記す。尚、表１には、３／Ａ，５
／Ａの計算値も記した。また、表１のテスト１は、水注
入時の温度が３５０℃、テスト２はそれよりも高い温度
（厳しい条件）の４００℃としたものである。
【００４０】また、傾斜面の面粗度等の製造時のばら
つきを考慮し、前記試料No.３〜６の酸素センサを用
い、更に同様な実験を行った。その結果を下記表２に記
す。尚、試料数は各１００個とした。
つきを考慮し、前記試料No.３〜６の酸素センサを用
い、更に同様な実験を行った。その結果を下記表２に記
す。尚、試料数は各１００個とした。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】この表１及び表２から明らかな様に、座面
より先端側に支持部分がある場合には、クラックが発生
し難いということが分かる。尚、より先端側に支持部分
があるものほど、クラックが発生し難いという傾向があ
る。また、距離Ｈが、３／Ａ以上の場合には、クラック
の発生数が低減することがわかる。更に、距離Ｈが、５
／Ａ以上の場合に、更に、クラックの発生数が低減する
ことに関しては、例えば表２の試料No.５，６からわか
る。尚、表１，２中の○は、３／Ａ又は５／Ａの条件を
満たすものを示し、×は条件を満たさないものを示す。 （実施例２）本実施例の酸素センサ３１は、図４（ａ）
に示す様に、主体金具３３の支持部分（傾斜面３３ａ）
とセラミックホルダ３５の支持部分（傾斜面３５ａ）と
の間に、例えばステンレス板等からなる金属製の板パッ
キン３７を配置したものである。この板パッキン３７は
リング状であり、その厚さは０．３〜０．５mm、ビッカ
ース硬度は２００〜６００である。
より先端側に支持部分がある場合には、クラックが発生
し難いということが分かる。尚、より先端側に支持部分
があるものほど、クラックが発生し難いという傾向があ
る。また、距離Ｈが、３／Ａ以上の場合には、クラック
の発生数が低減することがわかる。更に、距離Ｈが、５
／Ａ以上の場合に、更に、クラックの発生数が低減する
ことに関しては、例えば表２の試料No.５，６からわか
る。尚、表１，２中の○は、３／Ａ又は５／Ａの条件を
満たすものを示し、×は条件を満たさないものを示す。 （実施例２）本実施例の酸素センサ３１は、図４（ａ）
に示す様に、主体金具３３の支持部分（傾斜面３３ａ）
とセラミックホルダ３５の支持部分（傾斜面３５ａ）と
の間に、例えばステンレス板等からなる金属製の板パッ
キン３７を配置したものである。この板パッキン３７は
リング状であり、その厚さは０．３〜０．５mm、ビッカ
ース硬度は２００〜６００である。
【００４４】本実施例においては、板パッキン３７の表
面の滑らかなものを採用すれば、板パッキン３７を使用
しないものと比べて、主体金具３３とセラミックホルダ
３５の支持部分が滑らかになり、よって、径方向に熱応
力が加わっても確実に軸方向に応力を分散することがで
き、熱応力に対する適応能力が高いという効果がある。
面の滑らかなものを採用すれば、板パッキン３７を使用
しないものと比べて、主体金具３３とセラミックホルダ
３５の支持部分が滑らかになり、よって、径方向に熱応
力が加わっても確実に軸方向に応力を分散することがで
き、熱応力に対する適応能力が高いという効果がある。
【００４５】また、板パッキン３７を使用する場合に
は、主体金具３３とセラミックホルダ３５との傾斜面３
３ａ，３５ａをそれほど滑らかにする必要がないので、
加工上有利であるという利点がある。 ＜実験例２＞また、前記実施例２の構造を有する酸素セ
ンサに対しても、前記実験例１と同様な実験を行った。
試料は、前記試料No.３，４のものを、板パッキンの厚
さ分だけ主体金具の座ぐりを行なって用いた（各１００
個）。その結果を、下記表３に記す。
は、主体金具３３とセラミックホルダ３５との傾斜面３
３ａ，３５ａをそれほど滑らかにする必要がないので、
加工上有利であるという利点がある。 ＜実験例２＞また、前記実施例２の構造を有する酸素セ
ンサに対しても、前記実験例１と同様な実験を行った。
試料は、前記試料No.３，４のものを、板パッキンの厚
さ分だけ主体金具の座ぐりを行なって用いた（各１００
個）。その結果を、下記表３に記す。
【００４６】
【表３】
【００４７】この表３から明らかな様に、板パッキンを
使用したものは、前記表２の板パッキンを使用しないも
のと比較して、クラックの発生した数が少なく、一層好
適であることが分かる。尚、板パッキンの厚いものほ
ど、その効果が高いという傾向がある。 （実施例３）本実施例の酸素センサ４１は、図４（ｂ）
に示す様に、主体金具４３の支持部分（傾斜面４３ａ）
とセラミックホルダ４５の支持部分（傾斜面４５ａ）と
の間に、保護キャップ４７の上端４７ａを配置したもの
である。つまり、保護キャップ４７の径方向の側面４７
ｂの上部は、主体金具４３の側面とセラミックホルダ４
５の側面との間に配置されるとともに、その上端４７ａ
が外側に広がる様に、テーパ状に広がって、前記両傾斜
面４３ａ，４５ａの間に配置されており、この構成によ
って、前記実施例２の板パッキンと同様な効果を奏す
る。
使用したものは、前記表２の板パッキンを使用しないも
のと比較して、クラックの発生した数が少なく、一層好
適であることが分かる。尚、板パッキンの厚いものほ
ど、その効果が高いという傾向がある。 （実施例３）本実施例の酸素センサ４１は、図４（ｂ）
に示す様に、主体金具４３の支持部分（傾斜面４３ａ）
とセラミックホルダ４５の支持部分（傾斜面４５ａ）と
の間に、保護キャップ４７の上端４７ａを配置したもの
である。つまり、保護キャップ４７の径方向の側面４７
ｂの上部は、主体金具４３の側面とセラミックホルダ４
５の側面との間に配置されるとともに、その上端４７ａ
が外側に広がる様に、テーパ状に広がって、前記両傾斜
面４３ａ，４５ａの間に配置されており、この構成によ
って、前記実施例２の板パッキンと同様な効果を奏す
る。
【００４８】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上述した
酸素センサは、例えば車両の排気ガスを浄化する触媒の
下流側に配置される場合に、水没等によって大きな熱衝
撃を受けても、その機能を発揮できるので好適である
が、その位置に限定されるものではない。例えば、触媒
の上流等の車両の床下などに配置されても十分にその機
能を発揮できる。
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上述した
酸素センサは、例えば車両の排気ガスを浄化する触媒の
下流側に配置される場合に、水没等によって大きな熱衝
撃を受けても、その機能を発揮できるので好適である
が、その位置に限定されるものではない。例えば、触媒
の上流等の車両の床下などに配置されても十分にその機
能を発揮できる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述した様に、請求項１の発明で
は、検出素子部がセラミック絶縁体内にて封止剤によっ
て封着されるとともに、主体金具の座面より先端側にて
セラミック絶縁体が主体金具に支持されている。よっ
て、主体金具の座面より後端側が、例えば水につかって
径方向内向きに熱応力が加わった場合でも、セラミック
絶縁体にそれほど大きな熱応力が加わらないので、クラ
ックや割れの発生を防止できるという顕著な効果を奏す
る。更に、本発明では、座面から先端側の支持部分まで
の距離が、３／Ａ以上であるので、効果的にセラミック
絶縁体のクラックや割れを防止できる。
は、検出素子部がセラミック絶縁体内にて封止剤によっ
て封着されるとともに、主体金具の座面より先端側にて
セラミック絶縁体が主体金具に支持されている。よっ
て、主体金具の座面より後端側が、例えば水につかって
径方向内向きに熱応力が加わった場合でも、セラミック
絶縁体にそれほど大きな熱応力が加わらないので、クラ
ックや割れの発生を防止できるという顕著な効果を奏す
る。更に、本発明では、座面から先端側の支持部分まで
の距離が、３／Ａ以上であるので、効果的にセラミック
絶縁体のクラックや割れを防止できる。
【００５０】請求項２の発明では、酸素センサとして、
例えばチタニア等の抵抗変化型の金属酸化物を感知物質
に使用した酸素センサを採用できる。請求項３の発明で
は、検出素子部として、例えばチタニア等の感知物質を
積層した例えばアルミナ基板等の板状の部材を採用でき
る。特に板状の部材は、例えば板断面形状の貫通孔を有
する円筒状のセラミック絶縁体を介して、円筒状の貫通
孔を有する主体金具に好適に取り付けることができる。
例えばチタニア等の抵抗変化型の金属酸化物を感知物質
に使用した酸素センサを採用できる。請求項３の発明で
は、検出素子部として、例えばチタニア等の感知物質を
積層した例えばアルミナ基板等の板状の部材を採用でき
る。特に板状の部材は、例えば板断面形状の貫通孔を有
する円筒状のセラミック絶縁体を介して、円筒状の貫通
孔を有する主体金具に好適に取り付けることができる。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【図１】 実施例１の酸素センサを一部破断して示す説
明図である。
明図である。
【図２】 実施例１の酸素センサの要部を示し、（ａ）
はその支持部分を示す説明図であり、（ｂ）は主体金具
の最小厚さＡを示す説明図である。
はその支持部分を示す説明図であり、（ｂ）は主体金具
の最小厚さＡを示す説明図である。
【図３】 実験方法を示す説明図である。
【図４】 その他の実施例を示し、（ａ）は実施例１の
酸素センサの要部を示す説明図、（ｂ）は実施例３の酸
素センサの要部を示す説明図である。
酸素センサの要部を示す説明図、（ｂ）は実施例３の酸
素センサの要部を示す説明図である。
【図５】 従来技術を示す説明図である。
１，３１５１…酸素センサ
３…検出素子部
１１，３５，４５…セラミックホルダ（保持部材）
１７，３３，４３…主体金具
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小島 孝夫
愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号
日本特殊陶業株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−246458（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−27080（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−167461（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−146363（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/12
G01N 27/409
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックからなる棒状の検出素子部
と、該検出素子部の周囲に配設され、該検出素子部を支
持するセラミック絶縁体と、該セラミック絶縁体の周囲
に配設され、該セラミック絶縁体を支持する主体金具
と、を備えた酸素センサ構造において、 前記検出素子部が前記セラミック絶縁体に封止剤にて封
着されるとともに、該主体金具の座面より先端側にて前
記セラミック絶縁体が主体金具に支持され、 更に、前記座面から前記先端側の支持部分までの距離
が、３／（前記主体金具の側部の最小厚さＡ）以上であ
る ことを特徴とする酸素センサ構造。 - 【請求項２】 前記酸素センサが、感知物質として抵抗
変化型の金属酸化物を使用した酸素センサであることを
特徴とする前記請求項１記載の酸素センサ構造。 - 【請求項３】 前記検出素子部が、板状の部材であるこ
とを特徴とする前記請求項１又は２記載の酸素センサ構
造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30517994A JP3449806B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 酸素センサ構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30517994A JP3449806B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 酸素センサ構造 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002355404A Division JP3588094B2 (ja) | 2002-12-06 | 2002-12-06 | 酸素センサ構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08160001A JPH08160001A (ja) | 1996-06-21 |
| JP3449806B2 true JP3449806B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=17942013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30517994A Expired - Fee Related JP3449806B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 酸素センサ構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449806B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4491975B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2010-06-30 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016001105A (ja) * | 2014-06-11 | 2016-01-07 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP6966512B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2021-11-17 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
| JP6563295B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2019-08-21 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
-
1994
- 1994-12-08 JP JP30517994A patent/JP3449806B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08160001A (ja) | 1996-06-21 |
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