JP4465253B2 - Gas sensor and gas sensor unit - Google Patents
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Description
本発明はセラミックからなるガス検出素子を有するガスセンサ及びガスセンサユニットに関する。 The present invention relates to a gas sensor having a gas detection element made of ceramic and a gas sensor unit.
従来より、セラミックからなる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、内燃機関の排気管に取付けられて、排気中の酸素濃度を検知するものが挙げられる。
ところで、特許文献1のガスセンサでは、排気管から外部に突出するセラミック包囲体は、金属製の筒体で被覆されていた。これは、車両走行中にセラミック包囲体が被水し、熱衝撃によって損傷することを防止するためであり、セラミック包囲体を保護するためであった。ところが、このようなガスセンサでは、外部に突出するセラミック包囲体を金属製の筒体で被覆しているため、ガスセンサの放熱性が良好でなかった。このため、ガスセンサを構成する樹脂(ゴム)製部品が、排気熱によって早期に劣化してしまう虞があった。 By the way, in the gas sensor of patent document 1, the ceramic surrounding body which protrudes outside from an exhaust pipe was coat | covered with the metal cylinder. This is to prevent the ceramic enclosure from getting wet and damaged by thermal shock while the vehicle is running, and to protect the ceramic enclosure. However, in such a gas sensor, since the ceramic enclosure projecting to the outside is covered with a metal cylinder, the heat dissipation of the gas sensor is not good. For this reason, there is a possibility that the resin (rubber) parts constituting the gas sensor may deteriorate early due to exhaust heat.
これに対し、特許文献2のガスセンサでは、金属製の筒体を分割して両者の間に間隙を設け、金属製の筒体の間隙部分から露出するセラミック包囲体を通じて放熱しやすくすることで、ゴム製のグロメットの劣化に対する防止を図っている。ところが、金属製の筒体の間隙部分からセラミック包囲体が露出しているため、車両走行中にセラミック包囲体が被水することがあると、熱衝撃によりセラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう虞があった。そして、その損傷部分からガスセンサの出力等に異常が生じ、ひいては故障してしまう虞があった。 On the other hand, in the gas sensor of Patent Document 2, by dividing the metal cylinder and providing a gap therebetween, it is easy to dissipate heat through the ceramic enclosure exposed from the gap portion of the metal cylinder. It prevents the rubber grommets from deteriorating. However, since the ceramic enclosure is exposed from the gap between the metal cylinders, if the ceramic enclosure may get wet while the vehicle is running, the ceramic enclosure will crack or break due to thermal shock. There was a risk of doing so. Then, there is a possibility that an abnormality or the like occurs in the output of the gas sensor from the damaged portion, and as a result, a failure occurs.
本発明は、かかる現状を鑑みてなされたものであって、外部から被水した場合でもガスセンサの出力等に異常が生じにくく、かつ、放熱性が良好となるガスセンサ及びガスセンサユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and provides a gas sensor and a gas sensor unit that are less likely to cause an abnormality in the output of the gas sensor even when exposed to water from the outside and have good heat dissipation. Objective.
その解決手段は、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、上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、上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、を備えるガスセンサであって、上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したときに、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を含み、少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層を形成してなるガスセンサである。 The solution includes a gas detection element whose front end is exposed to the gas to be measured, a metal shell surrounding the periphery of the gas detection element, and a cylindrical shape made of an insulating ceramic, and surrounding the rear end side of the gas detection element. And a ceramic enclosure that is held by the metal shell in a form in which the rear end side of the metal shell is protruded from the rear end of the metal shell. In some cases, the gas sensor includes an enclosure exposed portion exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell, and a glaze layer is formed at least on the enclosure exposed portion.
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲むセラミック包囲体を有しており、このセラミック包囲体は、ガスセンサを使用に供したときに、主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を有し、少なくとも包囲体露出部には、釉薬層を形成してなる。このため、車両走行中にセラミック包囲体の包囲体露出部が被水した際に、まず釉薬層に被水する。すると、釉薬層が熱衝撃を緩和し、包囲体露出部まで衝撃が伝わりにくくなる。さらには、包囲体露出部に釉薬層を形成することで、包囲体露出部の外周面を平滑化させることができ、熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。これにより、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができ、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。 The gas sensor of the present invention has a cylindrical shape made of ceramic and has a ceramic enclosure surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element. The ceramic enclosure is a metal shell when the gas sensor is used. An enclosure exposed portion exposed to the outside on the rear end side from the rear end is formed, and a glaze layer is formed at least on the enclosure exposed portion. For this reason, when the enclosure exposed portion of the ceramic enclosure gets wet during traveling of the vehicle, the glaze layer is first flooded. Then, the glaze layer alleviates the thermal shock, and the shock is not easily transmitted to the enclosure exposed portion. Furthermore, by forming the glaze layer on the envelope exposed portion, the outer peripheral surface of the envelope exposed portion can be smoothed, and the stress concentration of thermal shock can be suppressed. Thereby, the danger that a ceramic enclosure will be cracked or damaged can be reduced, and the risk that an abnormality or the like will occur in the output of the gas sensor or the like can be reduced.
なお、包囲体露出部としては、セラミック包囲体のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の全体が外部に露出する形態に限らず、セラミック包囲体のうち主体金具の後端より突出する部分の一部が外部に露出する形態もある。後者の形態としては、例えば、セラミック包囲体の内部への浸水を防止するために樹脂キャップによって、セラミック包囲体の後端部を被覆する際、主体金具の後端より突出する後端側の部分のうち樹脂キャップに密着されていない部分を外部に露出する形態が挙げられる。 The enclosure exposed portion is not limited to a form in which the entire portion of the rear end side protruding from the rear end of the metal shell is exposed to the outside of the ceramic enclosure, but from the rear end of the metal shell of the ceramic enclosure. There is also a form in which a part of the protruding portion is exposed to the outside. As the latter form, for example, when covering the rear end portion of the ceramic enclosure with a resin cap to prevent water from entering the ceramic enclosure, the portion on the rear end side protruding from the rear end of the metal shell The form which exposes the part which is not closely_contact | adhered to the resin cap outside among these is mentioned.
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される(高温にさらされる)ガスセンサである場合は、ガス検出素子や主体金具の熱がセラミック包囲体に伝わり、包囲体露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。 In addition, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to high temperature) when used, the heat of the gas detection element and the metal shell is transferred to the ceramic enclosure and dissipated to the outside through the enclosure exposure part. Therefore, heat dissipation can be improved.
また、釉薬層に使用される釉薬とは、上薬ともいい、セラミック包囲体の機械的強度を増すためにセラミック包囲体の表面に施したガラス質のものである。具体的には、硼珪酸ガラスやアルカリ硼珪酸ガラス等である。 Moreover, the glaze used for the glaze layer is also called an upper glaze, and is a glassy material applied to the surface of the ceramic enclosure in order to increase the mechanical strength of the ceramic enclosure. Specific examples include borosilicate glass and alkali borosilicate glass.
さらに、上記のガスセンサであって、釉薬層の表面粗さRaが0.4μm以下とされるガスセンサとすると良い。 Furthermore, the gas sensor may be a gas sensor in which the glaze layer has a surface roughness Ra of 0.4 μm or less.
本発明のガスセンサによれば、釉薬層の表面粗さRaを0.4μm以下に設定することで、釉薬層の表面がさらに平滑化され、釉薬層に熱衝撃が加わったときに亀裂や貫通等が起こる危険性を有効に低下させることができる。なお、本発明において、表面粗さRaは算術平均粗さRaのことであり、算術平均粗さRaの値は、JIS:B0601(1994年)の3「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されたものである。 According to the gas sensor of the present invention, by setting the surface roughness Ra of the glaze layer to 0.4 μm or less, the surface of the glaze layer is further smoothed, and when a thermal shock is applied to the glaze layer, cracks, penetrations, etc. Can effectively reduce the risk of occurrence. In the present invention, the surface roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra, and the value of the arithmetic average roughness Ra is defined in JIS: B0601 (1994) 3 “Definition of defined arithmetic average roughness and It is represented by “indication”.
なお、釉薬層の平滑化を有効に図るためには、下地となる包囲体露出部(セラミック包囲体)の表面粗さRaを1.2μm以下(好ましくは1.0μm)とすることが好ましく、このような下地に対して、釉薬層の膜厚を15μm〜100μmの範囲内とすれば、釉薬層の表面粗さRaを0.4μm以下に形成することができる。さらに、このような膜厚範囲とすれば、主体金具等に対する組み付け性が良好となる。 In order to effectively smooth the glaze layer, it is preferable that the surface roughness Ra of the envelope exposed portion (ceramic enclosure) as a base is 1.2 μm or less (preferably 1.0 μm), If the film thickness of the glaze layer is within a range of 15 μm to 100 μm with respect to such a base, the surface roughness Ra of the glaze layer can be formed to 0.4 μm or less. Furthermore, if it is in such a film thickness range, the assembling property with respect to the metal shell and the like becomes good.
ところで、セラミック包囲体に後端向きテーパ面を有する径大部を設け、その後端向きテーパ面に対して、パッキンを介しつつ、主体金具の後端を径方向内側に加締めることで、セラミック包囲体を主体金具に保持することがある。このとき、セラミック包囲体の後端向きテーパ面にパッキンによる応力がかかることで、セラミック包囲体にクラックが発生することがある。そこで、このような径大部を有するセラミック包囲体においては、包囲体露出部だけでなく後端向きテーパ面まで釉薬層を形成することで、セラミック包囲体の強度が増し、クラックの発生を防止することができる。 By the way, the ceramic enclosure is provided with a large diameter portion having a taper surface facing the rear end, and the rear end of the metal shell is caulked against the taper surface facing the rear end through the packing, so that the ceramic envelope is enclosed. The body may be held on the metal shell. At this time, cracks may occur in the ceramic enclosure due to the stress applied by the packing on the taper surface facing the rear end of the ceramic enclosure. Therefore, in the ceramic enclosure having such a large diameter part, the glaze layer is formed not only on the enclosure exposed part but also on the tapered surface facing the rear end, thereby increasing the strength of the ceramic enclosure and preventing the occurrence of cracks. can do.
一方、包囲体露出部から後端向きテーパ面まで単純に釉薬層を形成した場合、セラミック包囲体の後端向きテーパ面とその後端側に延びるの外表面との境界(以後セラミック包囲体の境界とも言う)は、成形時の釉薬が溜まりやすいため、他の部分よりも厚い釉薬層が形成されやすい。その結果、釉薬層の表面形状によっては、セラミック包囲体に向かうパッキンによる応力が、軸方向よりも径方向へ加重され、セラミック包囲体のクラックが生じやすくなる。そこで、本発明では、後端向きテーパ面とその後端側に延びるセラミック包囲体の外周面との境界における釉薬層の表面形状を1.5mm以下の曲率半径を有する凹部を有するものとし、この凹部にパッキンを介して主体金具を係合する。これにより、セラミック包囲体に向かうパッキンによる径方向への応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。なお、曲率半径が1.5mmを越えると、上記効果を十分に発揮することができない。 On the other hand, when the glaze layer is simply formed from the exposed portion of the enclosure to the taper surface facing the rear end, the boundary between the taper surface facing the rear end of the ceramic envelope and the outer surface extending to the rear end (hereinafter referred to as the boundary of the ceramic envelope) In other words, since the glaze at the time of molding tends to accumulate, a thicker glaze layer is easily formed than other portions. As a result, depending on the surface shape of the glaze layer, the stress due to the packing toward the ceramic enclosure is applied in the radial direction rather than the axial direction, and the ceramic enclosure is likely to crack. Therefore, in the present invention, the surface shape of the glaze layer at the boundary between the taper surface facing the rear end and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure extending to the rear end side is provided with a recess having a radius of curvature of 1.5 mm or less. The metal shell is engaged through the packing. Thereby, the stress to the radial direction by the packing which goes to a ceramic enclosure can be reduced, and generation | occurrence | production of the crack of a ceramic enclosure can be suppressed. Note that if the radius of curvature exceeds 1.5 mm, the above-described effects cannot be sufficiently exhibited.
他の解決手段は、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具、絶縁性セラミックからなる筒状で、上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、及び上記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し上記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有するガスセンサと、上記ガスセンサの上記端子部材と接続し、上記出力信号を外部装置に送信する筒状のキャップ端子、及び当該キャップ端子と上記セラミック包囲体の後端側を被覆し、絶縁性の弾性体からなる絶縁部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であって、上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサキャップの上記絶縁部と上記主体金具との間において外部に露出する包囲体露出部を有し、少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層が形成されていることを特徴とするガスセンサユニットである。 Another solution is a gas detection element whose front end is exposed to the gas to be measured, a metal shell surrounding the periphery of the gas detection element, and a cylindrical shape made of an insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end of the gas detection element. From the gas detection element connected to the ceramic enclosure held by the metal shell in a form in which the rear end side of the metal metal body protrudes from the rear end of the metal metal fitting, and the inner electrode formed on the inner peripheral surface of the gas detection element A gas sensor having a terminal member that outputs an output signal of the gas sensor, a cylindrical cap terminal that is connected to the terminal member of the gas sensor and transmits the output signal to an external device, and the cap terminal and the ceramic enclosure A gas sensor unit that covers the rear end side and has an insulating part made of an insulating elastic body, wherein the ceramic enclosure includes the above A gas sensor unit having an envelope exposed portion exposed to the outside between the insulating portion of the sensor cap and the metal shell, wherein a glaze layer is formed at least on the envelope exposed portion It is.
一般に、ガスセンサキャップの絶縁部は、樹脂(ゴム)製部品でされているため、ガスセンサの主体金具と接触させると、ガス検出素子や主体金具の熱が直接絶縁部に伝わり、絶縁部が早期に劣化してしまう虞があった。そこで、本発明のガスセンサユニットは、ガスセンサキャップの絶縁部と主体金具との間のセラミック包囲体を外部に露出させている。つまり、ガスセンサの主体金具と、ガスセンサキャップの絶縁部との間に間隙を設け、ガスセンサの主体金具とガスセンサキャップの絶縁部とを非接触状態とすることで、ガス検出素子や主体金具の熱を直接絶縁部に伝わることを抑制している。 In general, since the insulating part of the gas sensor cap is made of resin (rubber) parts, when it comes in contact with the metal shell of the gas sensor, the heat of the gas detection element and the metal shell is directly transferred to the insulating part, and the insulating part is quickly There was a risk of deterioration. Therefore, in the gas sensor unit of the present invention, the ceramic enclosure between the insulating portion of the gas sensor cap and the metal shell is exposed to the outside. In other words, by providing a gap between the gas sensor metal shell and the gas sensor cap insulation, and making the gas sensor metal shell and the gas sensor cap insulation non-contact, the heat of the gas detection element and metal shell is reduced. Direct transmission to the insulation is suppressed.
さらに、本発明のガスセンサユニットは、ガスセンサキャップの上記絶縁部が、セラミック包囲体の後端側を被覆するようにしており、ガスセンサキャップの絶縁部と主体金具との間に、セラミック包囲体を外部に露出する包囲体露出部を設けている。このため、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される(高温にさらされる)ガスセンサである場合は、ガス検出素子や主体金具の熱がセラミック包囲体に伝わり、包囲体露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。 Furthermore, in the gas sensor unit of the present invention, the insulating portion of the gas sensor cap covers the rear end side of the ceramic enclosure, and the ceramic enclosure is externally disposed between the insulating portion of the gas sensor cap and the metal shell. An enclosure exposed portion that is exposed to is provided. For this reason, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to a high temperature) when used, the heat of the gas detection element and the metal shell is transferred to the ceramic enclosure and is exposed to the outside through the enclosure exposure part. Since it is dissipated, heat dissipation can be improved.
そして、本発明のガスセンサによれば、包囲体露出部に、釉薬層を形成している。このため、車両走行中に包囲体露出部が被水した際に、まず釉薬層に被水する。すると、釉薬層が熱衝撃を緩和し、包囲体露出部まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。 And according to the gas sensor of this invention, the glaze layer is formed in the enclosure exposure part. For this reason, when the enclosure exposed portion gets wet during traveling of the vehicle, the glaze layer is first wetted. Then, since the glaze layer relieves the thermal shock and it is difficult for the impact to be transmitted to the exposed part of the enclosure, it is possible to reduce the risk of the ceramic enclosure being cracked or broken. Accordingly, it is possible to reduce the risk of an abnormality or failure in the output of the gas sensor.
さらに、本発明のガスセンサによれば、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面は、釉薬層を形成し、絶縁部がこの釉薬層が形成されたセラミック包囲体に嵌合されるようにしている。このため、釉薬層により平滑化されたセラミック包囲体の外周面にガスセンサキャップの内周面が嵌合することになり、ガスセンサキャップとセラミック包囲体の密着性が向上し、防水性向上が期待できる。 Furthermore, according to the gas sensor of the present invention, the outer peripheral surface on the rear end side from the rear end of the metal shell in the ceramic enclosure forms a glaze layer, and the insulating portion is fitted into the ceramic enclosure in which this glaze layer is formed. I try to do it. For this reason, the inner peripheral surface of the gas sensor cap is fitted to the outer peripheral surface of the ceramic enclosure smoothed by the glaze layer, the adhesion between the gas sensor cap and the ceramic enclosure is improved, and improvement in waterproofness can be expected. .
さらに、上記のガスセンサユニットであって、釉薬層の表面粗さRaが0.4μm以下とされるガスセンサユニットとすると良い。 Further, the gas sensor unit may be a gas sensor unit in which the surface roughness Ra of the glaze layer is 0.4 μm or less.
本発明のガスセンサによれば、釉薬層の表面粗さRaを0.4μm以下に設定することで、釉薬層の表面がさらに平滑化され、釉薬層に熱衝撃が加わったときに亀裂や貫通等が起こる危険性を有効に低下させることができる。なお、本発明において、表面粗さRaは算術平均粗さRaのことであり、算術平均粗さRaの値は、JIS:B0601(1994年)の3「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されたものである。 According to the gas sensor of the present invention, by setting the surface roughness Ra of the glaze layer to 0.4 μm or less, the surface of the glaze layer is further smoothed, and when a thermal shock is applied to the glaze layer, cracks, penetrations, etc. Can effectively reduce the risk of occurrence. In the present invention, the surface roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra, and the value of the arithmetic average roughness Ra is defined in JIS: B0601 (1994) 3 “Definition of defined arithmetic average roughness and It is represented by “indication”.
なお、釉薬層の平滑化を有効に図るためには、下地となる包囲体露出部(セラミック包囲体)の表面粗さRaを1.2μm以下(好ましくは1.0μm)とすることが好ましく、このような下地に対して、釉薬層の膜厚を15μm〜100μmの範囲内とすれば、釉薬層の表面粗さRaを0.4μm以下に形成することができる。さらに、このような膜厚範囲とすれば、主体金具等に対する組み付け性が良好となる。 In order to effectively smooth the glaze layer, it is preferable that the surface roughness Ra of the envelope exposed portion (ceramic enclosure) as a base is 1.2 μm or less (preferably 1.0 μm), If the film thickness of the glaze layer is within a range of 15 μm to 100 μm with respect to such a base, the surface roughness Ra of the glaze layer can be formed to 0.4 μm or less. Furthermore, if it is in such a film thickness range, the assembling property with respect to the metal shell and the like will be good.
ところで、セラミック包囲体に後端向きテーパ面を有する径大部を設け、その後端向きテーパ面に対して、パッキンを介しつつ、主体金具の後端を径方向内側に加締めることで、セラミック包囲体を主体金具に保持することがある。このとき、セラミック包囲体の後端向きテーパ面にパッキンによる応力がかかることで、セラミック包囲体にクラックが発生することがある。そこで、このような径大部を有するセラミック包囲体においては、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面だけでなく後端向きテーパ面まで釉薬層を形成することで、セラミック包囲体の強度が増し、クラックの発生を防止することができる。 By the way, the ceramic enclosure is provided with a large diameter portion having a taper surface facing the rear end, and the rear end of the metal shell is caulked against the taper surface facing the rear end through the packing, so that the ceramic envelope is enclosed. The body may be held on the metal shell. At this time, cracks may occur in the ceramic enclosure due to the stress applied by the packing on the taper surface facing the rear end of the ceramic enclosure. Therefore, in the ceramic enclosure having such a large diameter portion, the glaze layer is formed not only from the rear end of the metal shell in the ceramic enclosure but also to the outer peripheral surface of the rear end as well as the taper surface facing the rear end. The strength of the body is increased and the occurrence of cracks can be prevented.
一方、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面から後端向きテーパ面まで単純に釉薬層を形成した場合、セラミック包囲体の後端向きテーパ面とその後端側に延びるの外表面との境界(以後セラミック包囲体の境界とも言う)は、成形時の釉薬が溜まりやすいため、他の部分よりも厚い釉薬層が形成されやすい。その結果、釉薬層の表面形状によっては、セラミック包囲体に向かうパッキンによる応力が、軸方向よりも径方向へ加重され、セラミック包囲体のクラックが生じやすくなる。そこで、本発明では、後端向きテーパ面とその後端側に延びるセラミック包囲体の外周面との境界における釉薬層の表面形状を1.5mm以下の曲率半径を有する凹部を有するものとし、この凹部にパッキンを介して主体金具を係合する。これにより、セラミック包囲体に向かうパッキンによる径方向への応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。なお、曲率半径が1.5mmを越えると、上記効果を十分に発揮することができない。 On the other hand, when the glaze layer is simply formed from the rear end side outer peripheral surface to the rear end tapered surface from the rear end of the metal shell in the ceramic enclosure, the ceramic envelope extends to the rear end tapered surface and the rear end side. At the boundary with the surface (hereinafter also referred to as the boundary of the ceramic enclosure), the glaze at the time of molding tends to accumulate, so that a thicker glaze layer is likely to be formed than other parts. As a result, depending on the surface shape of the glaze layer, the stress due to the packing toward the ceramic enclosure is applied in the radial direction rather than the axial direction, and the ceramic enclosure is likely to crack. Therefore, in the present invention, the surface shape of the glaze layer at the boundary between the taper surface facing the rear end and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure extending to the rear end side is provided with a recess having a radius of curvature of 1.5 mm or less. The metal shell is engaged through the packing. Thereby, the stress to the radial direction by the packing which goes to a ceramic enclosure can be reduced, and generation | occurrence | production of the crack of a ceramic enclosure can be suppressed. Note that if the radius of curvature exceeds 1.5 mm, the above-described effects cannot be sufficiently exhibited.
さらに、その他の解決手段は、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ガス検出素子と、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、上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、を備え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外周面に対して、釉薬材料を噴霧することで該セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成し、前記釉薬材料層を釉焼して釉薬層を形成するガスセンサの製造方法である。
Further, another solution is a gas detection element that extends in the axial direction and whose tip side is exposed to the gas to be measured, a metal shell that surrounds the periphery of the gas detection element, and a cylinder made of an insulating ceramic. A ceramic sensor that surrounds the periphery of the rear end side of the detection element and is held by the metal shell in a form in which the rear end side of the detection element protrudes from the rear end of the metal shell,
Production of a gas sensor in which a glaze material layer is formed on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure by spraying the glaze material on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure, and the glaze layer is formed by calcination of the glaze material layer Is the method.
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲むセラミック包囲体を有しており、このセラミック包囲体の外周面に対して、釉薬を噴霧することで、セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成する。これにより、セラミック包囲体の外周面を平滑化させることができ、ガスセンサを使用に供したときに外部に露出する包囲体露出部に、被水による熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。よって、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができ、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。 The gas sensor of the present invention has a ceramic envelope that surrounds the periphery of the rear end side of the gas detection element in a cylindrical shape made of ceramic, and sprays glaze on the outer peripheral surface of the ceramic envelope. The glaze material layer is formed on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure. Thereby, the outer peripheral surface of the ceramic enclosure can be smoothed, and the concentration of thermal shock stress due to water can be suppressed in the enclosure exposed part exposed to the outside when the gas sensor is used. . Therefore, it is possible to reduce the risk that the ceramic enclosure will be cracked or broken, and to reduce the risk that the output of the gas sensor will become abnormal or break down.
そのうえ、セラミック包囲体の外周面に対して、釉薬を噴霧することで、セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成することで、セラミック包囲体の境界における釉薬層の表面形状が曲率半径が1.5mm以下となる凹部を形成することができる。よって、セラミック包囲体に向かうパッキンの径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。 In addition, by spraying the glaze on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure, and forming a glaze material layer on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure, the surface shape of the glaze layer at the boundary of the ceramic enclosure has a radius of curvature. A recess that is 1.5 mm or less can be formed. Therefore, the stress in the radial direction of the packing toward the ceramic enclosure can be reduced, and the occurrence of cracks in the ceramic enclosure can be suppressed.
(実施形態1)
本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1(a)は、本実施形態1のガスセンサ100の断面図であり、図1(b)は、ガスセンサ100の部分拡大図である。ガスセンサ100は、ガス検出素子120、外側電極111、内側電極112、セラミック包囲体130、端子部材150、ケーシング160を有する。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a cross-sectional view of the gas sensor 100 of the first embodiment, and FIG. 1B is a partially enlarged view of the gas sensor 100. The gas sensor 100 includes a gas detection element 120, an outer electrode 111, an inner electrode 112, a ceramic enclosure 130, a terminal member 150, and a casing 160.
ケーシング160は、主体金具161及びプロテクタ162を有している。主体金具161はSUS430からなり、略円筒状に形成されている。この主体金具161には、後述するガス検出素子120の鍔部120eを支持するための内周受け部161eであって、後端側に向かって拡径するテーパ形状の内周受け部161e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161の外側には、ガスセンサ100を排気管10(図3参照)に取付けるためのネジ部161bが形成されており、このネジ部161bの後端側には、ネジ部161bを排気管に螺挿するための取付工具をあてがう六角部161dが周設されている。プロテクタ162は、金属製、略円筒状の筒体で、排気管10内の排気をガスセンサ100の内部に導入するための通気孔162bを有している。 The casing 160 has a metal shell 161 and a protector 162. The metal shell 161 is made of SUS430 and is formed in a substantially cylindrical shape. The metal shell 161 includes an inner periphery receiving portion 161e for supporting a flange portion 120e of the gas detection element 120, which will be described later, and a tapered inner periphery receiving portion 161e whose diameter increases toward the rear end side. It is provided in a form that protrudes radially inward from the inner peripheral surface. Further, a screw part 161b for attaching the gas sensor 100 to the exhaust pipe 10 (see FIG. 3) is formed outside the metal shell 161, and a screw part 161b is provided on the rear end side of the screw part 161b. A hexagonal portion 161d is provided around the mounting tool for screwing into the exhaust pipe. The protector 162 is a metal, substantially cylindrical cylinder, and has a vent hole 162 b for introducing exhaust gas in the exhaust pipe 10 into the gas sensor 100.
ガス検出素子120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120bが閉塞された軸線C方向に延びる略円筒形状を有している。このガス検出素子120の外周には、径方向外向きに突出した鍔部120eが設けられており、この鍔部120eの先端面と主体金具161の内周受け部161eの表面との間に金属製のパッキン142を介在させた状態で、ガス検出素子120は主体金具161内に配置されている。なお、ガス検出素子120を構成する固体電解質としては、例えば、Y2O3またはCaOを固溶かさせたZrO2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ZrO2との固溶体を使用しても良い。さらには、これにHfO2が含有させていても良い。
また、本実施形態では、ガス検出素子120の軸線C方向の先端部120b側を先端側、その反対側を後端側として説明する。なお、その他の形態においても同様とする。
The gas detection element 120 is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and has a substantially cylindrical shape extending in the direction of the axis C with the front end 120b closed. On the outer periphery of the gas detection element 120, a flange portion 120e protruding outward in the radial direction is provided, and a metal is formed between the front end surface of the flange portion 120e and the surface of the inner periphery receiving portion 161e of the metal shell 161. The gas detection element 120 is disposed in the metal shell 161 with the made packing 142 interposed. As the solid electrolyte constituting the gas detection element 120, for example, ZrO2 in which Y2O3 or CaO is dissolved is representative, but other alkaline earth metal or rare earth metal oxides and ZrO2 are used. A solid solution may be used. Furthermore, HfO2 may be contained therein.
In the present embodiment, the front end 120b side of the gas detection element 120 in the axis C direction is described as the front end side, and the opposite side is described as the rear end side. The same applies to other forms.
外側電極111は、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したもので、ガス検出素子120の先端部120bの外側面120cを被覆するように設けられている。なお、この外側電極111は、鍔部120eの先端面まで設けられており、パッキン142を介して主体金具161に電気的に接続される。内側電極112も、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものであり、ガス検出素子120の内側面120dを被覆するように設けられている。 The outer electrode 111 is made of porous Pt or Pt alloy, and is provided so as to cover the outer surface 120 c of the tip 120 b of the gas detection element 120. The outer electrode 111 is provided up to the distal end surface of the flange portion 120e, and is electrically connected to the metal shell 161 via the packing 142. The inner electrode 112 is also formed by porous Pt or a Pt alloy, and is provided so as to cover the inner side surface 120d of the gas detection element 120.
セラミック包囲体130は、絶縁性セラミック(具体的には、アルミナ)からなり、略円筒形状を有している。このセラミック包囲体130は、先端側に径方向外側に突出する径大部133と、径大部133よりも後端側に位置する径小部134とを有し、径大部133と径小部134との間には、軸線C方向後端側に向く後端向きテーパ面135が形成されている。なお、本実施例において径小部134の厚さは1〜1.4mmで形成している。そして、このセラミック包囲体130の径大部133は、ガス検出素子120の後端側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141、リングパッキン143と共に、ガス検出素子120と主体金具161との間に介在している。そして、後端向きテーパ面135の後端側には加締めリング144が配置され、主体金具161の鋼端に位置する加締め部161cを内側に加締めることにより、加締めリング144がセラミック包囲体130の後端向きテーパ面135に向かって押圧され、セラミック包囲体130が主体金具161に保持されている。 The ceramic enclosure 130 is made of an insulating ceramic (specifically, alumina) and has a substantially cylindrical shape. The ceramic enclosure 130 has a large-diameter portion 133 that protrudes radially outward on the front end side, and a small-diameter portion 134 that is located on the rear end side of the large-diameter portion 133. A rear end-facing tapered surface 135 facing the rear end side in the axis C direction is formed between the portion 134. In this embodiment, the small-diameter portion 134 is formed with a thickness of 1 to 1.4 mm. The large-diameter portion 133 of the ceramic enclosure 130 surrounds the periphery of the rear end side of the gas detection element 120, together with the ceramic powder 141 and the ring packing 143 formed from talc, and the gas detection element 120 and the metal shell 161. Is intervening between. A caulking ring 144 is disposed on the rear end side of the taper surface 135 facing the rear end, and the caulking portion 144c located at the steel end of the metal shell 161 is caulked inward, so that the caulking ring 144 surrounds the ceramic. The ceramic enclosure 130 is held by the metal shell 161 by being pressed toward the tapered surface 135 toward the rear end of the body 130.
このセラミック包囲体130は、アルミナ等の絶縁性セラミック粉末を、所定の比率で配合し、これを公知のプレス成形や押出し成形により成形することにより、セラミック包囲体130の原形となる成形体を作る。なお、場合によっては切削工程にて成形体を切削してもよい。そして、これを焼成することでセラミック包囲体130を作製する。なお、本実施形態のセラミック包囲体130の表面粗Raは0.8μmに形成されている。 The ceramic envelope 130 is made of an insulating ceramic powder such as alumina in a predetermined ratio, and is molded by known press molding or extrusion molding to form a molded body that is the original shape of the ceramic envelope 130. . In some cases, the molded body may be cut in a cutting process. And the ceramic enclosure 130 is produced by baking this. Note that the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 of the present embodiment is 0.8 μm.
そして、セラミック包囲体130は主体金具161の後端より後端側に包囲体露出部131を有している。この包囲体露出部131は、ガスセンサを使用に供したときに、外部に露出する(図3参照)ようになっている。また、セラミック包囲体130の外周面うち、後端向きテーパ面135からセラミック包囲体130の後端まで釉薬層132が形成されている。この釉薬層132は、例えば、SiO2:77.5wt%、Al2O3:12.1wt%、MgO:3.4wt%、K2O:5.4wt%、Na2O:1.4wt%、CaO:0.1wt%、Fe2O3:0.1wt%が含有する釉薬を使用している。そして、釉薬層132の表面粗さRaは0.4μmとなっている。また、釉薬層132の膜厚は、20μmとなっている。 The ceramic enclosure 130 has an enclosure exposed portion 131 on the rear end side from the rear end of the metal shell 161. The enclosure exposed portion 131 is exposed to the outside when the gas sensor is used (see FIG. 3). Further, a glaze layer 132 is formed from the outer peripheral surface of the ceramic enclosure 130 to the rear end-facing tapered surface 135 to the rear end of the ceramic enclosure 130. This glaze layer 132 is, for example, SiO2: 77.5 wt%, Al2O3: 12.1 wt%, MgO: 3.4 wt%, K2O: 5.4 wt%, Na2O: 1.4 wt%, CaO: 0.1 wt%, The glaze which Fe2O3: 0.1wt% contains is used. And the surface roughness Ra of the glaze layer 132 is 0.4 μm. Moreover, the film thickness of the glaze layer 132 is 20 μm.
そして、図1(b)のように、セラミック包囲体130の後端向きテーパ面135とその後端側のセラミック包囲体130の外周面との境界136には凹部137が形成されている。本実施例では、この凹部の表面形状の曲率半径rが、1mmとなっている。このように、凹部の表面形状が1.5mm以下となる曲率半径を有することで、セラミック包囲体130に向かう加締めパッキン144による径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体130のクラックの発生を抑制することができる。 Then, as shown in FIG. 1B, a recess 137 is formed at a boundary 136 between the taper surface 135 facing the rear end of the ceramic enclosure 130 and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure 130 on the rear end side. In this embodiment, the curvature radius r of the surface shape of the recess is 1 mm. As described above, since the surface shape of the concave portion has a curvature radius of 1.5 mm or less, the radial stress due to the caulking packing 144 toward the ceramic enclosure 130 can be reduced, and cracks in the ceramic enclosure 130 can be reduced. Occurrence can be suppressed.
釉薬層132は、次のようにして形成する。
まず、所定形状のセラミック包囲体130を成形する。そして、本実施形態では、上記成分を水又は溶媒中に溶かし込んだ釉薬スラリーを噴霧ノズルからセラミック包囲体130の表面に噴霧する方法を用い、セラミック包囲体130の表面に塗布する。この方法を用いることで、焼成後の釉薬層132がセラミック包囲体の外周面を平滑化させることができ、ガスセンサ100を使用に供したときに外部に露出する包囲体露出部131に、被水による熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。また、上記方法を用いることで、セラミック包囲体130の境界136に余分な釉薬が溜まるのを防止できる。その結果、釉薬層132の表面形状が1.5mm以下となる(本実施形態では、1mm)曲率半径rを有する凹部137を形成することができ、セラミック包囲体130に向かう加締めパッキン144による径方向の応力を減らすことができる。なお、上記方法以外にも、上記釉薬スラリーが入った水槽にセラミック包囲体130を漬けたりする方法や、上記釉薬スラリーが表面に塗布された回転体にセラミック包囲体130を接触させつつ、セラミック包囲体130と回転体を逆方向に回転させる方法等があるが、上記方法を用いることでより良い効果を得ることができる。その後、そのセラミック包囲体130を焼成することにより、釉薬層132を形成する。
The glaze layer 132 is formed as follows.
First, a ceramic enclosure 130 having a predetermined shape is formed. And in this embodiment, the method of spraying the glaze slurry which melt | dissolved the said component in water or a solvent on the surface of the ceramic enclosure 130 from a spray nozzle is applied to the surface of the ceramic enclosure 130. FIG. By using this method, the glazed layer 132 after firing can smooth the outer peripheral surface of the ceramic enclosure, and when the gas sensor 100 is used, the enclosure exposed portion 131 exposed to the outside is covered with water. It is possible to suppress the concentration of stress due to thermal shock. Further, by using the above method, it is possible to prevent excess glaze from accumulating at the boundary 136 of the ceramic enclosure 130. As a result, the surface shape of the glaze layer 132 can be 1.5 mm or less (1 mm in this embodiment), and a recess 137 having a radius of curvature r can be formed. The diameter of the caulking packing 144 toward the ceramic enclosure 130 can be formed. Directional stress can be reduced. In addition to the above method, the ceramic enclosure 130 may be immersed in a water tank containing the glaze slurry, or the ceramic enclosure 130 while the ceramic enclosure 130 is in contact with the rotating body coated with the glaze slurry. Although there is a method of rotating the body 130 and the rotating body in the opposite directions, a better effect can be obtained by using the above method. Thereafter, the glaze layer 132 is formed by firing the ceramic enclosure 130.
端子部材150は、例えばインコネル718(英インコネル社、商標名)からなり、略筒形状で、出力端子部151、素子側端子部153、及び両者を連結する連結部152を有している。このうち、出力側端子部151は、軸線方向に直交する断面が略C字形状の筒状で、キャップ端子部材210のキャップ端子211(図2参照)を自身の内側に挿入して接続したときに、弾性的に拡径するように構成されている。さらに、その後端側の周方向3ヶ所には、径方向内側に突出した凸状部151bが形成されている。 The terminal member 150 is made of, for example, Inconel 718 (English Inconel, trade name), has a substantially cylindrical shape, and includes an output terminal portion 151, an element-side terminal portion 153, and a connecting portion 152 that connects the two. Among these, the output-side terminal portion 151 has a substantially C-shaped cross section perpendicular to the axial direction, and the cap terminal 211 (see FIG. 2) of the cap terminal member 210 is inserted and connected to itself. In addition, it is configured to elastically expand its diameter. Furthermore, convex portions 151b projecting radially inward are formed at three locations in the circumferential direction on the rear end side.
さらに、出力側端子部151のうち、凸状部151bに対応する周方向3ヶ所には、壁面を打ち抜いて径方向内側に折り曲げられた内側屈曲部151cと、径方向外側に折り曲げられた外側屈曲部151dとが形成されている。このうち、内側屈曲部151cは、キャップ端子部材210のキャップ端子211(図3参照)を出力側端子部151の内側に挿入して接続したとき、弾性的に径方向外側に屈曲するように形成されている。また、外側屈曲部151dは、図1に示すように、セラミック包囲体130の段差部130bの先端面に当接して、出力側端子部151の抜け防止の役割を果たしている。 Further, in the output side terminal portion 151, at three locations in the circumferential direction corresponding to the convex portion 151b, there are an inner bent portion 151c punched out of the wall surface and bent radially inward, and an outer bent bent outward in the radial direction. A portion 151d is formed. Among these, the inner bent portion 151c is formed to be elastically bent radially outward when the cap terminal 211 (see FIG. 3) of the cap terminal member 210 is inserted and connected to the inner side of the output side terminal portion 151. Has been. Further, as shown in FIG. 1, the outer bent portion 151 d abuts on the front end surface of the stepped portion 130 b of the ceramic enclosure 130 and plays a role of preventing the output side terminal portion 151 from coming off.
素子側端子部153は、軸線方向に直行する断面が略C字形状の筒形状を有している。この素子側端子部153は、図1に示すように、弾性的に縮径しつつガス検出素子120内に挿入されて、内側電極112と電気的に接続している。従って、ガスセンサ100では、素子側端子部153が、内側電極112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する。 The element side terminal portion 153 has a cylindrical shape with a substantially C-shaped cross section orthogonal to the axial direction. As shown in FIG. 1, the element side terminal portion 153 is inserted into the gas detection element 120 while being elastically reduced in diameter, and is electrically connected to the inner electrode 112. Therefore, in the gas sensor 100, the element side terminal portion 153 is electrically connected while pressing the inner electrode 112 from the inner side toward the outer side in the radial direction.
このような、ガスセンサ100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161とプロテクタ162とを一体にしたケーシング160を用意する。次いで、外側電極111及び内側電極112が設けられたガス検出素子120をパッキン142と共にケーシング160の内部に挿入する。次いで、ガス検出素子120の鍔部120eの後端側にリングパッキン143を配置し、セラミック粉末141を主体金具161とガス検出素子120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130をガス検出素子120と主体金具161との間に介在するように挿入し、先端面をセラミック粉末141に当接させる。次いで、セラミック包囲体130を先端側に向かって加圧し、その加圧状態下で、主体金具161の後端側を加締め、加締め部161cを形成することで、主体金具161の加締め部161cとセラミック包囲体130との間に加締めリング144を介在させて、上記構成部品を一体に固定する。
Such a gas sensor 100 is manufactured as follows.
First, as shown in FIG. 1, a casing 160 in which a metal shell 161 and a protector 162 are integrated is prepared. Next, the gas detection element 120 provided with the outer electrode 111 and the inner electrode 112 is inserted into the casing 160 together with the packing 142. Next, a ring packing 143 is disposed on the rear end side of the flange 120e of the gas detection element 120, and a predetermined amount of ceramic powder 141 is filled in the gap between the metal shell 161 and the gas detection element 120. Next, the ceramic enclosure 130 is inserted so as to be interposed between the gas detection element 120 and the metal shell 161, and the tip surface is brought into contact with the ceramic powder 141. Next, the ceramic enclosure 130 is pressurized toward the front end side, and under the pressurized state, the rear end side of the metal shell 161 is swaged to form a swaged portion 161c, whereby the swaged portion of the metal shell 161 is formed. A caulking ring 144 is interposed between 161c and the ceramic enclosure 130, and the above components are fixed together.
最後に、端子部材150をセラミック包囲体130及びガス検出素子120の内側に挿入する。具体的には、素子側端子部153を弾性的に縮径しつつガス検出素子120内に挿入して、内側電極112と電気的に接続させる。これと共に、出力側端子部151をセラミック包囲体130の内側に配置しつつ、外側屈曲部151dをセラミック包囲体130の段差部130bの先端面に当接させる。なお、セラミック包囲体130の内周面130cと出力側端子部151の外周面151eとの間には間隙が設けられている。
このようにして、ガスセンサ100が完成する。
Finally, the terminal member 150 is inserted inside the ceramic enclosure 130 and the gas detection element 120. Specifically, the element side terminal portion 153 is inserted into the gas detection element 120 while elastically reducing the diameter, and is electrically connected to the inner electrode 112. At the same time, the outer side bent portion 151 d is brought into contact with the front end surface of the stepped portion 130 b of the ceramic enclosure 130 while the output side terminal portion 151 is arranged inside the ceramic enclosure 130. Note that a gap is provided between the inner peripheral surface 130 c of the ceramic enclosure 130 and the outer peripheral surface 151 e of the output-side terminal portion 151.
In this way, the gas sensor 100 is completed.
次に、本実施形態1のガスセンサ100及びガスセンサキャップ200からなるガスセンサユニット300を使用に供したときの様子を図4に示す。このガスセンサユニット300は、例えば、内燃機関の排気中の酸素濃度を検知するために用いることができる。 Next, FIG. 4 shows a state when the gas sensor unit 300 including the gas sensor 100 and the gas sensor cap 200 according to the first embodiment is used. This gas sensor unit 300 can be used, for example, to detect the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine.
まず、ガスセンサキャップ200について、図面を参照しつつ説明する。図2は、ガスセンサキャップ200の部分断面図である。ガスセンサキャップ200は、キャップ端子部材210、キャップ端子部材210を被覆する絶縁部220、及びリード線230を有している。
キャップ端子部材210は、例えば、SUS310Sからなり、略円筒形状のキャップ端子211と、リード線230を加締めて接続させる加締め部213とを有している。このうち、キャップ端子211は、ガスセンサ100の出力側端子部151内に挿入されて接続したときに、自身は変形することなく、出力側端子部151を拡径させる剛性を有している。なお、キャップ端子211の外形寸法をFとする。
First, the gas sensor cap 200 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the gas sensor cap 200. The gas sensor cap 200 includes a cap terminal member 210, an insulating portion 220 that covers the cap terminal member 210, and a lead wire 230.
The cap terminal member 210 is made of, for example, SUS310S, and includes a substantially cylindrical cap terminal 211 and a caulking portion 213 for caulking and connecting the lead wire 230. Among these, the cap terminal 211 has rigidity to expand the diameter of the output side terminal portion 151 without being deformed when inserted into the output side terminal portion 151 of the gas sensor 100 and connected thereto. The outer dimension of the cap terminal 211 is F.
リード線230は、その一端がキャップ端子部材210の加締め部213に加締められてキャップ端子211と電気的に接続している。このため、このリード線230を通じて、ガスセンサ100のガス検出素子120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(以下、ECUともいう))に送信することが可能となる。
絶縁部220は、フッ素系のゴムを用いて中空状に成形してなり、絶縁部220には、密着部221を有している。さらに絶縁部220は、ガスセンサ100のセラミック包囲体130よりも軸線方向長さが短く設定されており、ガスセンサ100にガスセンサキャップ200を組み付けたときに、密着部221よりも先端側に形成されるガスセンサ100の包囲体露出部131が外部に露出するようになっている。
One end of the lead wire 230 is crimped by a crimping portion 213 of the cap terminal member 210 and is electrically connected to the cap terminal 211. Therefore, an output signal from the gas detection element 120 of the gas sensor 100 can be transmitted to an external device (for example, an engine control unit (hereinafter also referred to as ECU)) through the lead wire 230.
The insulating part 220 is formed into a hollow shape using a fluorine-based rubber, and the insulating part 220 has a close contact part 221. Furthermore, the insulating part 220 is set to have a shorter axial length than the ceramic enclosure 130 of the gas sensor 100, and the gas sensor formed on the front side of the contact part 221 when the gas sensor cap 200 is assembled to the gas sensor 100. 100 enclosure exposed portions 131 are exposed to the outside.
ガスセンサキャップ200は、絶縁部220内に、キャップ端子部材210が密着部221と同軸に配置され、キャップ端子部材210に接続されたリード線230が挿入口223から外部に延出する形態で構成されている。 The gas sensor cap 200 is configured in such a manner that a cap terminal member 210 is disposed coaxially with the contact portion 221 in the insulating portion 220 and a lead wire 230 connected to the cap terminal member 210 extends from the insertion port 223 to the outside. ing.
次に、ガスセンサユニット300を、図3を参照して具体的に説明する。まず、ガスセンサ100を、プロテクタ162を含む先端側が排気管10内に位置し、主体金具161のネジ部161bより後端側の部分が外部に露出する形態で排気管10に螺着する。なお、このとき、主体金具161と電気的に接続している外側電極111が、主体金具161を通じてボディーアースされる。次いで、ガスセンサキャップ200のキャップ端子211をガスセンサ100の出力側端子部151の内側に挿入するようにして、ガスセンサキャップ200をガスセンサ100に取付ける。 Next, the gas sensor unit 300 will be specifically described with reference to FIG. First, the gas sensor 100 is screwed into the exhaust pipe 10 such that the front end side including the protector 162 is located in the exhaust pipe 10 and the rear end side portion of the metal shell 161 is exposed to the outside. At this time, the outer electrode 111 electrically connected to the metallic shell 161 is grounded through the metallic shell 161. Next, the gas sensor cap 200 is attached to the gas sensor 100 such that the cap terminal 211 of the gas sensor cap 200 is inserted into the output side terminal portion 151 of the gas sensor 100.
このとき、出力側端子部151の内径Eがキャップ端子211の外径Fに比して小さいため、出力側端子部151は、凸状部151bにおいてキャップ端子211から径方向外側に力を受け、出力側端子部151が弾性的に拡径する。
従って、出力側端子部151がキャップ端子211を径方向内側に押圧しつつ電気的に接続する。このため、車両等の振動などの影響で、出力側端子部151とキャップ端子211との間の接続が瞬断し、ノイズを生ずる等の危険性(ガス検出精度低下の危険性)を小さくできる。
At this time, since the inner diameter E of the output side terminal portion 151 is smaller than the outer diameter F of the cap terminal 211, the output side terminal portion 151 receives a force radially outward from the cap terminal 211 at the convex portion 151b. The output side terminal portion 151 is elastically expanded.
Therefore, the output side terminal portion 151 is electrically connected while pressing the cap terminal 211 radially inward. For this reason, the connection between the output-side terminal portion 151 and the cap terminal 211 is momentarily interrupted due to the influence of vibrations of the vehicle or the like, and the risk of generating noise or the like (the risk of a decrease in gas detection accuracy) can be reduced. .
さらに、出力側端子部151が拡径することで、出力側端子部151の外周面151eとセラミック包囲体130の内周面130cとの間隙が挿入前より小さくなる。具体的には、出力側端子部151がセラミック包囲体130に包囲された状態の出力側端子部151が径方向に揺動し難くなるので、振動の影響による端子部材150の連結部152における疲労破壊(亀裂、折損等)を抑制することができる。 Furthermore, since the diameter of the output side terminal portion 151 is increased, the gap between the outer peripheral surface 151e of the output side terminal portion 151 and the inner peripheral surface 130c of the ceramic enclosure 130 becomes smaller than before insertion. Specifically, since the output-side terminal portion 151 in a state where the output-side terminal portion 151 is surrounded by the ceramic enclosure 130 is less likely to swing in the radial direction, fatigue in the connecting portion 152 of the terminal member 150 due to the influence of vibration. Destruction (cracking, breakage, etc.) can be suppressed.
さらに、セラミック包囲体130の包囲体露出部131が露出するように、ガスセンサキャップ200をガスセンサ100に取付ける。このため、使用に供したとき、ガス検出素子120が加熱される(高温にさらされる)ガスセンサ100である場合は、ガス検出素子120や主体金具161の熱がセラミック包囲体130に伝わり、包囲体露出部131を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。 Further, the gas sensor cap 200 is attached to the gas sensor 100 so that the enclosure exposed portion 131 of the ceramic enclosure 130 is exposed. For this reason, when the gas detection element 120 is heated (exposed to a high temperature) when used, the heat of the gas detection element 120 and the metal shell 161 is transmitted to the ceramic enclosure 130, and the enclosure Since it is dissipated outside through the exposed part 131, heat dissipation can be made favorable.
さらに、包囲体露出部131(セラミック包囲体130)には釉薬層132が形成されている。このため、車両走行中にセラミック包囲体130の包囲体露出部131が被水した際に、釉薬層132が熱衝撃を緩和、吸収し、包囲体露出部131まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体130に亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサ100の出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。 Further, a glaze layer 132 is formed on the enclosure exposed portion 131 (ceramic enclosure 130). For this reason, when the enclosure exposed portion 131 of the ceramic enclosure 130 gets wet during traveling of the vehicle, the glaze layer 132 relaxes and absorbs the thermal shock, and it is difficult for the impact to be transmitted to the enclosure exposed portion 131. It is possible to reduce the risk that the enclosure 130 is cracked or has a through hole. Therefore, it is possible to reduce the risk of an abnormality or failure in the output of the gas sensor 100 or the like.
さらに、ゴム製の環状の密着部221を、セラミック包囲体130の釉薬層132の形成された外周面130dの周方向(360度)に亘って密着することができる。これにより、ガスセンサ100とガスセンサキャップ200との間から、ガスセンサユニット300の内部への浸水を防止することができる。
なお、ガスセンサユニット300では、フッ素系ゴムによって絶縁部220を形成しているため、絶縁部220の耐熱性が良好となり、セラミック包囲体130との密着性もさらに良好となる。
Furthermore, the annular contact portion 221 made of rubber can be in close contact over the circumferential direction (360 degrees) of the outer peripheral surface 130d of the ceramic envelope 130 on which the glaze layer 132 is formed. Thereby, it is possible to prevent water from entering between the gas sensor 100 and the gas sensor cap 200 into the gas sensor unit 300.
In the gas sensor unit 300, since the insulating part 220 is formed of fluorine-based rubber, the heat resistance of the insulating part 220 is improved and the adhesiveness with the ceramic enclosure 130 is further improved.
また、このようなガスセンサユニット300では、ガスセンサキャップ200のリード線230を介して外部から基準ガス(外気)を絶縁部220内に取り込み、さらに、この基準ガスを端子部材150内(通気路T1)を経由させて、ガス検出素子120の内側(筒内)に取り込むことができる。 Further, in such a gas sensor unit 300, a reference gas (outside air) is taken into the insulating part 220 from the outside via the lead wire 230 of the gas sensor cap 200, and further, this reference gas is taken into the terminal member 150 (air passage T1). Can be taken into the gas detection element 120 (inside the cylinder).
(実施形態2)
次に、本発明の第2の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図4(a)は、本実施形態2のガスセンサ400の断面図であり、図1(b)は、ガスセンサ100の部分拡大図である。本実施形態2のガスセンサ400は、実施形態1のガスセンサ100と比較して、端子部材及びセラミック包囲体の形状が異なり、その他の部分については同様である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
4A is a cross-sectional view of the gas sensor 400 of the second embodiment, and FIG. 1B is a partially enlarged view of the gas sensor 100. FIG. The gas sensor 400 according to the second embodiment is different from the gas sensor 100 according to the first embodiment in the shape of the terminal member and the ceramic enclosure, and the other parts are the same.
ガスセンサ400は、実施形態1のガスセンサ100と同様のガス検出素子120、外側電極111、内側電極112、ケーシング160と、実施形態1のガスセンサ100と異なるセラミック包囲体430及び端子部材450を有する。
このうち、セラミック包囲体430は、実施形態1のセラミック包囲体130と同様に、絶縁性セラミックからなり、略円筒形状を有しているが、実施形態1のセラミック包囲体130に比して、軸線方向の長さが短くなっている。そして、セラミック包囲体430の外周面のうち、径大部433に形成された後端向きテーパ面435からセラミック包囲体430の後端にかけて、実施形態1と同様に釉薬層132が形成されている。
The gas sensor 400 includes the same gas detection element 120, outer electrode 111, inner electrode 112, casing 160 as the gas sensor 100 of the first embodiment, and a ceramic enclosure 430 and a terminal member 450 that are different from the gas sensor 100 of the first embodiment.
Among these, the ceramic enclosure 430 is made of an insulating ceramic and has a substantially cylindrical shape, similar to the ceramic enclosure 130 of the first embodiment, but compared to the ceramic enclosure 130 of the first embodiment, The axial length is shortened. The glaze layer 132 is formed from the rear end-oriented taper surface 435 formed in the large diameter portion 433 to the rear end of the ceramic enclosure 430 in the outer peripheral surface of the ceramic enclosure 430 as in the first embodiment. .
そして、図4(b)のように、セラミック包囲体430の後端向きテーパ面435とその後端側のセラミック包囲体430の外周面との境界436には凹部437が形成されている。本実施例では、この凹部の表面形状の曲率半径rが、1mmとなっている。このように、凹部の表面形状が1.5mm以下となる曲率半径を有することで、セラミック包囲体430に向かう加締めパッキン144による径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体430クラックの発生を抑制することができる。 As shown in FIG. 4B, a recess 437 is formed at a boundary 436 between the taper surface 435 facing the rear end of the ceramic enclosure 430 and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure 430 on the rear end side. In this embodiment, the curvature radius r of the surface shape of the recess is 1 mm. Thus, since the surface shape of the recess has a radius of curvature of 1.5 mm or less, the radial stress due to the caulking packing 144 toward the ceramic enclosure 430 can be reduced, and the occurrence of cracks in the ceramic enclosure 430 is generated. Can be suppressed.
端子部材450は、図6に示すように、略筒形状で、出力側端子部451、素子側端子部453、及び両者を連結する連結部452を有している。
このうち、出力側端子部451は、軸線方向に直交する断面が略C字形状の筒形状で、キャップ端子部材510のキャップ端子511(図7参照)の内側に挿入して接続したときに、弾性的に縮径するように構成されている。
As shown in FIG. 6, the terminal member 450 has a substantially cylindrical shape, and includes an output-side terminal portion 451, an element-side terminal portion 453, and a connecting portion 452 that connects the two.
Among these, the output side terminal portion 451 has a substantially C-shaped cross section orthogonal to the axial direction, and is inserted and connected to the inside of the cap terminal 511 (see FIG. 7) of the cap terminal member 510. It is configured to elastically reduce the diameter.
さらに、その軸線方向中央部の周方向3ヶ所には、径方向外側に突出した凸状部451bが形成されている。この凸状部451bは、セラミック包囲体430の後端面430fに当接して、出力側端子部451がセラミック包囲体430内に入り込むのを防止する役割を果たしている。(図4参照)。
さらに、出力側端子部451の先端側には、打ち抜いて径方向外側に折り曲げられた外側屈曲部451dが形成されている。この外側屈曲部451dは、セラミック包囲体430の段差部430bの先端面430dに当接して、出力側端子部451の抜け防止の役割を果たしている。(図4参照)。
Furthermore, convex portions 451b protruding outward in the radial direction are formed at three locations in the circumferential direction of the central portion in the axial direction. The convex portion 451 b abuts on the rear end surface 430 f of the ceramic enclosure 430 and plays a role of preventing the output side terminal portion 451 from entering the ceramic enclosure 430. (See FIG. 4).
Further, an outer bent portion 451d that is punched and bent radially outward is formed on the distal end side of the output side terminal portion 451. The outer bent portion 451d abuts on the front end surface 430d of the step portion 430b of the ceramic enclosure 430 and plays a role in preventing the output side terminal portion 451 from coming off. (See FIG. 4).
素子側端子部453は、軸線方向に直交する断面が略C字形状の筒形状を有している。図5に示すように、弾性的に縮径しつつガス検出素子120内に挿入されて、内側電極112と電気的に接続している。従って、ガスセンサ400では、素子側端子部453が内側電極112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する。このため、振動等の影響で、両者間の接続が瞬断し、ノイズを生ずる等の危険性を小さくできる。 The element-side terminal portion 453 has a cylindrical shape having a substantially C-shaped cross section orthogonal to the axial direction. As shown in FIG. 5, it is inserted into the gas detection element 120 while being elastically reduced in diameter, and is electrically connected to the inner electrode 112. Therefore, in the gas sensor 400, the element side terminal portion 453 electrically connects the inner electrode 112 while pressing the inner electrode 112 from the inner side toward the outer side in the radial direction. For this reason, due to the influence of vibration or the like, the connection between the two is interrupted and the risk of generating noise can be reduced.
次に、本実施形態2のガスセンサ400及びガスセンサキャップ500からなるガスセンサユニット600を使用に供したときの様子を図6に示す。このガスセンサユニット600は、実施形態1と同様に、例えば、内燃機関の排気中の酸素濃度を検知するために用いることができる。 Next, FIG. 6 shows a state when the gas sensor unit 600 including the gas sensor 400 and the gas sensor cap 500 according to the second embodiment is used. The gas sensor unit 600 can be used to detect the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine, for example, as in the first embodiment.
まず、ガスセンサキャップ500について、図面を参照しつつ説明する。図5は、ガスセンサキャップ500の部分断面図である。ガスセンサキャップ500は、キャップ端子部材510、キャップ端子部材510を被覆する絶縁部520、及びリード線230を有している。
キャップ端子510は、断面略U字型の有底円筒状のキャップ端子511と、リード線230を加締めて接続させる加締め部513とを有している。
First, the gas sensor cap 500 will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the gas sensor cap 500. The gas sensor cap 500 includes a cap terminal member 510, an insulating portion 520 that covers the cap terminal member 510, and a lead wire 230.
The cap terminal 510 includes a bottomed cylindrical cap terminal 511 having a substantially U-shaped cross section, and a crimping portion 513 for crimping and connecting the lead wire 230.
このうち、キャップ端子511は、ガスセンサ400の出力側端子部451を自身の内側に挿入させて接続したときに、自身は変形することなく、出力側端子部451を縮径させる剛性を有している。なお、キャップ端子511は、その軸線方向中央部の周方向3ヶ所に、径方向内側に突出した凸状部511bが形成されている。ここで、この3つの凸状部511bに接する仮想円の直径Hをキャップ端子511の内径とする(図5参照)。 Among these, the cap terminal 511 has rigidity to reduce the diameter of the output side terminal portion 451 without deforming itself when the output side terminal portion 451 of the gas sensor 400 is inserted and connected to the inside. Yes. Note that the cap terminal 511 has convex portions 511b protruding radially inward at three locations in the circumferential direction of the central portion in the axial direction. Here, the diameter H of the virtual circle in contact with the three convex portions 511b is defined as the inner diameter of the cap terminal 511 (see FIG. 5).
リード線230は、実施形態1と同様に、その一端がキャップ端子部材510の加締め部513に加締められてキャップ端子511と電気的に接続している。このため、このリード線230を通じて、ガスセンサ400とガス検出素子120からの出力信号を外部装置(例えば、ECU)に送信することが可能となる。
絶縁部520は、フッ素系のゴムを用いて中空状に成形してなり、絶縁部520には、密着部521を有している。
As in the first embodiment, one end of the lead wire 230 is crimped by a crimping portion 513 of the cap terminal member 510 and is electrically connected to the cap terminal 511. For this reason, output signals from the gas sensor 400 and the gas detection element 120 can be transmitted to an external device (for example, ECU) through the lead wire 230.
The insulating portion 520 is formed into a hollow shape using a fluorine-based rubber, and the insulating portion 520 has a close contact portion 521.
次に、ガスセンサユニット300を具体的に説明する。具体的には、実施形態1と同様にして、ガスセンサ400を排気管10に装着する。次いで、ガスセンサ400の出力側端子部451がガスセンサキャップ500のキャップ端子511の内側に挿入されるようにして、ガスセンサキャップ500をガスセンサ400に取付ける。 Next, the gas sensor unit 300 will be specifically described. Specifically, the gas sensor 400 is attached to the exhaust pipe 10 as in the first embodiment. Next, the gas sensor cap 500 is attached to the gas sensor 400 such that the output-side terminal portion 451 of the gas sensor 400 is inserted inside the cap terminal 511 of the gas sensor cap 500.
この時、出力側端子部451の外径Gがキャップ端子511の内径Hに比して大きいため、出力側端子部451は、キャップ端子511の凸状部511bから径方向内側に力を受け、出力側端子部451が弾性的に縮径する。
従って、出力側端子部451がキャップ端子511を径方向外側に押圧しつつ電気的に接続する。このため、車両等の振動などの影響で、出力側端子部451とキャップ端子511との間の接続が瞬時に、ノイズを生ずる等の危険性(ガス検出精度低下の危険性)を小さくできる。
At this time, since the outer diameter G of the output side terminal portion 451 is larger than the inner diameter H of the cap terminal 511, the output side terminal portion 451 receives a force radially inward from the convex portion 511b of the cap terminal 511, The output side terminal portion 451 is elastically reduced in diameter.
Therefore, the output-side terminal portion 451 is electrically connected while pressing the cap terminal 511 radially outward. For this reason, due to the influence of vibrations of the vehicle or the like, the risk that the connection between the output side terminal portion 451 and the cap terminal 511 instantly generates noise (risk of gas detection accuracy reduction) can be reduced.
さらに、ガスセンサキャップ500の密着部521と主体金具161との間において、セラミック包囲体430の包囲体露出部431が露出するように、ガスセンサキャップ500をガスセンサ400に取付ける。このため、使用に供したとき、ガス検出素子120が加熱される(高温にさらされる)ガスセンサ400である場合、(例えば、内燃機関の排気管に取り付け、排気中の酸素濃度を検知する場合)は、ガス検出素子120や主体金具161の熱がセラミック包囲体130に伝わり、包囲体露出部431を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。 Further, the gas sensor cap 500 is attached to the gas sensor 400 so that the enclosure exposed portion 431 of the ceramic enclosure 430 is exposed between the close contact portion 521 of the gas sensor cap 500 and the metal shell 161. For this reason, when the gas sensor 400 is heated (exposed to high temperature) when it is used, (for example, when it is attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine to detect the oxygen concentration in the exhaust gas). Since the heat of the gas detection element 120 and the metal shell 161 is transmitted to the ceramic enclosure 130 and dissipated to the outside through the enclosure exposed portion 431, the heat dissipation can be improved.
さらに、包囲体露出部431(セラミック包囲体430)には釉薬層132が形成されている。このため、車両走行中にセラミック包囲体430の包囲体露出部431が被水した際に、釉薬層132が熱衝撃を緩和、吸収し、包囲体露出部431まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体430に亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサ400の出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。 Furthermore, the glaze layer 132 is formed in the enclosure exposed part 431 (ceramic enclosure 430). For this reason, when the enclosure exposed portion 431 of the ceramic enclosure 430 is wetted while the vehicle is traveling, the glaze layer 132 relaxes and absorbs the thermal shock, and the impact is not easily transmitted to the enclosure exposed portion 431. It is possible to reduce the risk that the enclosure 430 is cracked or has a through hole. Accordingly, it is possible to reduce the risk of an abnormality or failure in the output of the gas sensor 400.
さらに、ゴム製の環状の密着部521を、セラミック包囲体430の釉薬層132の形成された外周面130dの周方向(360度)に亘って密着することができる。これにより、ガスセンサ400とガスセンサキャップ500との間から、ガスセンサユニット130の内部への浸水を防止することができる。 Furthermore, the annular contact portion 521 made of rubber can be in close contact over the circumferential direction (360 degrees) of the outer peripheral surface 130d of the ceramic envelope 430 where the glaze layer 132 is formed. Thereby, it is possible to prevent water from entering between the gas sensor 400 and the gas sensor cap 500 into the gas sensor unit 130.
また、このようなガスセンサユニット600においても、実施形態1のガスセンサユニット300と同様に、ガスセンサキャップ500のリード線230を通して外部から基準ガス(外気)を絶縁部520内に取り込み、さらに、この基準ガスを端子部材450内(通気路T2)に経由させて、ガス検出素子120の内側に(筒内)に取り込むことができる。 Also in such a gas sensor unit 600, similarly to the gas sensor unit 300 of the first embodiment, the reference gas (outside air) is taken into the insulating portion 520 from the outside through the lead wire 230 of the gas sensor cap 500, and further, this reference gas Can be taken into the inside (cylinder) of the gas detection element 120 through the terminal member 450 (air passage T2).
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
図1に示す形状のガスセンサ100の各種試験品を以下のように用意した。なお、セラミック包囲体130の材質としてアルミナセラミックを用いた。そして、セラミック包囲体130の外表面に、釉薬層132を形成していないガスセンサ100、セラミック包囲体130の外表面に、膜厚が10μmの釉薬層132を形成したガスセンサ100、セラミック包囲体130の外表面に膜厚が20μmの釉薬層132を形成したガスセンサ100をそれぞれ10個ずつ用意した。
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
Various test products of the gas sensor 100 having the shape shown in FIG. 1 were prepared as follows. Note that alumina ceramic was used as the material of the ceramic enclosure 130. Further, the gas sensor 100 in which the glaze layer 132 is not formed on the outer surface of the ceramic enclosure 130, the gas sensor 100 in which the glaze layer 132 having a film thickness of 10 μm is formed on the outer surface of the ceramic enclosure 130, and the ceramic enclosure 130 Ten gas sensors 100 each having a glaze layer 132 having a thickness of 20 μm formed on the outer surface were prepared.
まず、上記ガスセンサ100のセラミック包囲体130の表面粗さRaを測定した。測定方法は上記に示したJISB:0601に準ずる。セラミック包囲体130の表面に、釉薬層132を形成していない場合、セラミック包囲体130の表面粗さRaが1μmとなり、セラミック包囲体130の表面に、膜厚が10μmの釉薬層132を形成した場合、セラミック包囲体130の表面粗さRaが0.5μmとなり、セラミック包囲体130の表面に膜厚が20μmの釉薬層132を形成した場合、セラミック包囲体130の表面粗さRaが0.15μmとなった。 First, the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 of the gas sensor 100 was measured. The measuring method is based on JISB: 0601 shown above. When the glaze layer 132 is not formed on the surface of the ceramic enclosure 130, the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 is 1 μm, and the glaze layer 132 having a thickness of 10 μm is formed on the surface of the ceramic enclosure 130. In this case, when the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 is 0.5 μm and the glaze layer 132 having a film thickness of 20 μm is formed on the surface of the ceramic enclosure 130, the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 is 0.15 μm. It became.
そして、上記のガスセンサ100のネジ部161bを水槽の底部に設けられたネジ部に螺合し、セラミック包囲体130が完全に水槽内に位置するように配置する。そして、ガスセンサ100の六角部161dの温度を測温しながら、バーナを用いてガスセンサの水槽から突出した部位(例えば、プロテクタ162や主体金具161)を加熱する。その後、六角部161dの温度が400℃となった時に、水槽内にセラミック包囲体130が完全に水没するように注水する。そして、セラミック包囲体130を1分間水没させ、その後、排水した。これを1サイクルとし、これを10サイクル繰り返し、その後のセラミック包囲体130に割れが生じているか否かを視認した。 Then, the screw part 161b of the gas sensor 100 is screwed into a screw part provided at the bottom of the water tank, and the ceramic enclosure 130 is disposed completely within the water tank. Then, while measuring the temperature of the hexagonal portion 161d of the gas sensor 100, a portion (for example, the protector 162 or the metal shell 161) protruding from the water tank of the gas sensor is heated using a burner. Thereafter, when the temperature of the hexagonal portion 161d reaches 400 ° C., water is poured so that the ceramic enclosure 130 is completely submerged in the water tank. Then, the ceramic enclosure 130 was submerged for 1 minute and then drained. This was defined as one cycle, and this was repeated 10 cycles, and it was visually confirmed whether or not the subsequent ceramic enclosure 130 was cracked.
セラミック包囲体130の表面に、釉薬層132を形成していないガスセンサ100は、10個中全てに割れが生じていた。セラミック包囲体130の表面に、膜厚が10μmの釉薬層132を形成したガスセンサ100は、10個中2個に割れが生じていた。セラミック包囲体130の表面に膜厚が20μmの釉薬層132を形成したガスセンサ100は、10個中全てに割れが生じていなかった。
これにより、セラミック包囲体130に釉薬層132を設けることで、セラミック包囲体130に亀裂等が生じにくくなる。さらには、セラミック包囲体130の表面粗さRaを0.15μmとすることで、更にセラミック包囲体130に亀裂等が生じにくくなる。
The gas sensor 100 in which the glaze layer 132 was not formed on the surface of the ceramic enclosure 130 was cracked in all ten. In the gas sensor 100 in which the glaze layer 132 having a film thickness of 10 μm was formed on the surface of the ceramic enclosure 130, two out of ten gas sensors had cracks. In the gas sensor 100 in which the glaze layer 132 having a film thickness of 20 μm was formed on the surface of the ceramic enclosure 130, no cracks were generated in all 10 pieces.
Thus, by providing the glaze layer 132 on the ceramic enclosure 130, the ceramic enclosure 130 is less likely to crack. Furthermore, by setting the surface roughness Ra of the ceramic enclosure 130 to 0.15 μm, cracks and the like are less likely to occur in the ceramic enclosure 130.
以上において、本発明を実施形態1、2に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態1、2のガスセンサ100、400では、セラミック包囲体130、430の主体金具161の後端より後端側に、釉薬層132を設けたが、これに限定されることはなく、例えば、包囲体露出部131、431のみに釉薬層132を設けても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described examples, and it can be applied as appropriate without departing from the scope of the present invention. Nor.
For example, in the gas sensors 100 and 400 of the first and second embodiments, the glaze layer 132 is provided on the rear end side from the rear end of the metal shell 161 of the ceramic enclosures 130 and 430, but is not limited thereto. For example, the glaze layer 132 may be provided only on the enclosure exposed portions 131 and 431.
100、400 ガスセンサ
112 内側電極
120 ガス検出素子
130、430 セラミック包囲体
131、431 包囲体露出部
132 釉薬層
150、450 端子部材
151、451 出力側端子部
153、453 素子側端子部
200、500 ガスセンサキャップ
210、510 キャップ端子部材
211、511 キャップ端子(外部端子)
220、520 絶縁部
221、521 密着部
230 リード線
300、600 ガスセンサユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,400 Gas sensor 112 Inner electrode 120 Gas detection element 130,430 Ceramic enclosure 131,431 Enclosure exposed part 132 Glaze layer 150,450 Terminal member 151,451 Output side terminal part 153,453 Element side terminal part 200,500 Gas sensor Cap 210, 510 Cap terminal member 211, 511 Cap terminal (external terminal)
220, 520 Insulating part 221, 521 Adhering part 230 Lead wire 300, 600 Gas sensor unit
Claims (12)
上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、上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、
を備えるガスセンサであって、
上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したときに、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を含み、
少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層を形成してなることを特徴とするガスセンサ。 A gas detection element extending in the axial direction and having the tip side exposed to the gas to be measured;
A metal shell surrounding the gas detection element;
In a cylindrical shape made of an insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, a ceramic enclosure that 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,
A gas sensor comprising:
The ceramic enclosure includes an enclosure exposed portion exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell when the gas sensor is used.
A gas sensor, wherein a glaze layer is formed at least on the enclosure exposed portion.
前記釉薬層の表面粗さRaが0.4μm以下とされることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1,
A gas sensor, wherein the glaze layer has a surface roughness Ra of 0.4 μm or less.
前記釉薬層の膜厚が15μm〜100μmであることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1 or 2,
The gas sensor according to claim 1, wherein the thickness of the glaze layer is 15 μm to 100 μm.
前記セラミック包囲体は、前記包囲体露出部の外径よりも大きな外径を有し、後端向きテーパ面を有する径大部を備え、
前記釉薬層は、少なくとも前記包囲体露出部から前記後端向きテーパ面まで形成されていることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The ceramic enclosure has an outer diameter larger than the outer diameter of the enclosure exposed portion, and includes a large-diameter portion having a taper surface facing the rear end.
The gas sensor according to claim 1, wherein the glaze layer is formed from at least the enclosure exposed portion to the taper surface facing the rear end.
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面とその後端側に延びる前記セラミック包囲体の外周面との境界における表面形状が1.5mm以下の曲率半径を有する凹部を構成し、
前記凹部は、パッキンを介して主体金具と係合していることを特徴とするガスセンサ。 The gas sensor according to claim 4, wherein
The glaze layer constitutes a recess having a radius of curvature of 1.5 mm or less at the boundary between the taper surface facing the rear end and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure extending to the rear end side,
The gas sensor according to claim 1, wherein the concave portion is engaged with a metal shell through a packing.
上記ガスセンサの上記端子部材と接続し、上記出力信号を外部装置に送信する筒状のキャップ端子、及び当該キャップ端子と上記セラミック包囲体の後端側を被覆し、絶縁性の弾性体からなる絶縁部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であって、
上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサキャップの上記絶縁部と上記主体金具との間において外部に露出する包囲体露出部を有し、
少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層が形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。 A gas detection element that extends in the axial direction and whose front end is exposed to the gas to be measured, a metal shell that surrounds the periphery of the gas detection element, and a cylinder made of insulating ceramic, surrounds the rear end of the gas detection element The gas detection element is connected to an inner electrode formed on the inner peripheral surface of the ceramic surrounding body and the gas detection element, which is surrounded and is held by the metal shell in a form in which the rear end side of the metal shell protrudes from the rear end of the metal shell A gas sensor having a terminal member for outputting an output signal from the outside,
A cylindrical cap terminal that is connected to the terminal member of the gas sensor and transmits the output signal to an external device, and an insulating elastic body that covers the cap terminal and the rear end side of the ceramic enclosure. A gas sensor cap having a portion;
A gas sensor unit comprising:
The ceramic enclosure has an enclosure exposed portion exposed to the outside between the insulating portion of the gas sensor cap and the metal shell,
A gas sensor unit, wherein a glaze layer is formed at least in the enclosure exposed portion.
前記釉薬層は、前記セラミック包囲体における上記主体金具の後端より後端側外周面に形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。 The gas sensor unit according to claim 6,
The gas sensor unit according to claim 1, wherein the glaze layer is formed on an outer peripheral surface on a rear end side with respect to a rear end of the metal shell in the ceramic enclosure.
前記の表面粗さRaが0.4μm以下とされることを特徴とするガスセンサユニット。 The gas sensor unit according to claim 6 or 7,
A gas sensor unit having the surface roughness Ra of 0.4 μm or less.
前記釉薬層の膜厚が15μm〜100μmであることを特徴とするガスセンサユニット。 In the gas sensor unit according to any one of claims 6 to 8,
The gas sensor unit, wherein the glaze layer has a thickness of 15 μm to 100 μm.
前記セラミック包囲体は、前記包囲体露出部の外径よりも大きな外径を有し、後端向きテーパ面を有する径大部を備え、
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面まで形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。 In the gas sensor unit according to any one of claims 6 to 9,
The ceramic enclosure has an outer diameter larger than the outer diameter of the enclosure exposed portion, and includes a large-diameter portion having a taper surface facing the rear end.
The gas sensor unit, wherein the glaze layer is formed up to the taper surface facing the rear end.
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面とその後端側に延びる前記セラミック包囲体の外周面との境界における表面形状が1.5mm以下の曲率半径を有する凹部を構成し、
前記凹部は、パッキンを介して主体金具と係合していることを特徴とするガスセンサユニット。 In the gas sensor unit according to claim 10,
The glaze layer constitutes a recess having a radius of curvature of 1.5 mm or less at the boundary between the taper surface facing the rear end and the outer peripheral surface of the ceramic enclosure extending to the rear end side,
The gas sensor unit according to claim 1, wherein the recess is engaged with a metal shell through a packing.
上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、上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、
を備え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外周面に対して、釉薬材料を噴霧することで該セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成し、
前記釉薬材料層を釉焼して釉薬層を形成することを特徴とするガスセンサの製造方法。
A gas detection element extending in the axial direction and having the tip side exposed to the gas to be measured;
A metal shell surrounding the gas detection element;
In a cylindrical shape made of an insulating ceramic, surrounding the periphery of the rear end side of the gas detection element, a ceramic enclosure that 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,
A method of manufacturing a gas sensor comprising:
A glaze material layer is formed on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure by spraying the glaze material on the outer peripheral surface of the ceramic enclosure,
A method for producing a gas sensor, wherein the glaze layer is formed by baking the glaze material layer.
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