JP5820883B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
本発明のガスセンサは、少なくとも、軸線を中心とした筒状の筒部および該筒部の先端を閉じる先端部を有する固体電解質体からなるセンサ素子と、自身の外径寸法が前記センサ素子の内径寸法よりも小さく形成されており、前記センサ素子の内部に配置され、発熱することにより前記センサ素子を加熱する筒状または柱状のヒータと、を備えるガスセンサであって、前記ヒータの先端側には発熱部が設けられ、前記ヒータの先端部は前記センサ素子の前記先端部の内面と接触し、かつ、前記ヒータの側部のうち前記発熱部の形成領域は前記センサ素子の前記筒部の内周面と直接接触し、かつ、前記ヒータの後端部は前記センサ素子の前記筒部から離間している。また、このガスセンサにおいては、前記ヒータの先端角部には面取りが施されてなる面取り部が形成されており、該面取り部は、前記センサ素子の前記先端部の内面と非接触状態である。
上記発明においては、前記センサ素子の前記先端部の内面が平坦に形成されてもよい。
このようにセンサ素子の先端、言い換えると先端部の先端である外面を平坦に形成することにより、先端部の外面を球面状に形成した場合と比較して、先端部の体積が小さくなる。そのため、同じ割合で加熱された場合、先端部の外面が平坦に形成されていると温度の上昇が早くなる。
本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関のシリンダヘッドに締結され、シリンダヘッド内に形成された排気流路内にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお、以下の説明では、軸線Oに沿う方向のうち、主体金具60に対してプロテクタ80の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。
0.3≦r/R
の関係が成り立つ。さらには、
r/R=0.47
の関係を満たすように、筒部12の内直径(または内半径)R、および、先端部13の平坦領域径(または直径)rが定められてもよい。
ヒータ20は、丸棒状のアルミナからなるセラミック管21と、セラミック管21の外周を覆うアルミナからなるセラミック層22と、から主に構成されている。セラミック層22における先端側には、電力が供給されることにより熱を発生する発熱部23が設けられている。本実施形態では、発熱部23として、電力が供給されることにより熱を発生させる材料、例えばタングステン系の材料から形成された発熱抵抗体24が、セラミック層22に埋め込まれている例に適用して説明する(図3A参照)。なお、本実施形態では丸棒状のヒータを用いた例に適用して説明したが、ヒータの形状は、丸棒状に限らず、筒状または柱状であっても良い。
素子本体11(センサ素子11)がセンサ素子の一例に相当し、筒部12が筒部の一例に相当し、先端部13が先端部の一例に相当し、接続部15が接続部の一例に相当する。また、ヒータ20がヒータの一例に相当する。
なお、比較測定は、「センサ素子における異なる部位間の温度差」、「センサ活性時間」、「センサ出力バラツキ」の3項目について実施した。
図8に、「センサ素子における異なる部位間の温度差」、「センサ活性時間」、「センサ出力バラツキ」のそれぞれの測定結果を示す。なお、「センサ素子における異なる部位間の温度差」とは、センサ素子の外周表面のうち、最高発熱部分と、センサ素子の周方向における反対側部分(周方向に180度移動した部分)と、の温度差である。
Claims (8)
- ガスセンサであって、
少なくとも、軸線を中心とした筒状の筒部および該筒部の先端を閉じる先端部を有する固体電解質体からなるセンサ素子と、
自身の外径寸法が前記センサ素子の内径寸法よりも小さく形成されており、前記センサ素子の内部に配置され、発熱することにより前記センサ素子を加熱する筒状または柱状のヒータと、
を備えており、
前記ヒータの先端側には発熱部が設けられ、
前記ヒータの先端部は前記センサ素子の前記先端部の内面と接触し、かつ、前記ヒータの側部のうち前記発熱部の形成領域は前記センサ素子の前記筒部の内周面と直接接触し、かつ、前記ヒータの後端部は前記センサ素子の前記筒部から離間しており、
前記ヒータの先端角部には面取りが施されてなる面取り部が形成されており、該面取り部は、前記センサ素子の前記先端部の内面と非接触状態であるガスセンサ。 - 前記センサ素子の前記先端部の内面が平坦に形成されてなる請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子は、前記筒部および前記先端部を一体に形成したものであり、
前記筒部の内周面と前記先端部の内面との境目である接続部は、前記内周面と前記内面とを滑らかにつなぐ円弧状の曲面に形成されている請求項1または請求項2に記載のガスセンサ。 - 前記筒部の内周面の直径Rと、前記先端部の内面の直径rとは、0.3≦r/Rの関係を満たす請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記筒部の内周面の直径Rと、前記先端部の内面の直径rとは、r/R=0.47の関係を満たす請求項4に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子の前記先端部は、前記内面のほかに、前記センサ素子の先端である外面も平坦に形成されている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子の前記先端部は、前記軸線方向の厚さが、前記センサ素子の前記筒部における前記ヒータが接触する部分の径方向の厚さ以上の厚さである請求項6に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子の前記先端部は、前記軸線方向の厚さが、前記センサ素子の前記筒部における前記ヒータが接触する部分の径方向の厚さと同一の厚さである請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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