JPH03167461A - ガス検出センサ - Google Patents
ガス検出センサInfo
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- JPH03167461A JPH03167461A JP1306251A JP30625189A JPH03167461A JP H03167461 A JPH03167461 A JP H03167461A JP 1306251 A JP1306251 A JP 1306251A JP 30625189 A JP30625189 A JP 30625189A JP H03167461 A JPH03167461 A JP H03167461A
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- G—PHYSICS
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
漿肌史亘酌
［産業上の利用分野］
本発明は、被測定ガス中のガス成分及び／又はその濃度
を検出するガス検出センサに関する。
を検出するガス検出センサに関する。
［従来の技術１
従来、この種のガス栓出センサ、例えば酸素センサは、
通常、第６図に示すように、センサ素子が形成されたセ
ラミックス基板Ｐ１と、金属製（ＳＵＳ系）のハウジン
グＰ２とを有し、次のようにしてセラミックス基板Ｐ１
をハウジングＰ２内に固定している。
通常、第６図に示すように、センサ素子が形成されたセ
ラミックス基板Ｐ１と、金属製（ＳＵＳ系）のハウジン
グＰ２とを有し、次のようにしてセラミックス基板Ｐ１
をハウジングＰ２内に固定している。
センサ出力を伝達するための白金リード線Ｐ３を有する
セラミックス基板Ｐ Ｉ Ｆ この白金リード線Ｐ３
と接続された銅あるいはステンレスなどの金属リード線
Ｐ４とともに、ハウジングＰ２内に格納さ札 セラミッ
クス基板ＰＩ， 白金リード線Ｐ３及び金属リード線
Ｐ４の周囲を覆うように耐熱性ガラスＰ５が充填されて
いる。
セラミックス基板Ｐ Ｉ Ｆ この白金リード線Ｐ３
と接続された銅あるいはステンレスなどの金属リード線
Ｐ４とともに、ハウジングＰ２内に格納さ札 セラミッ
クス基板ＰＩ， 白金リード線Ｐ３及び金属リード線
Ｐ４の周囲を覆うように耐熱性ガラスＰ５が充填されて
いる。
即ち、従来のセンサは、セラミックス基板Ｐ２，白金リ
ード線Ｐ３及び金属リード線Ｐ４の周囲をＰｂＯを主成
分とする耐熱性のガラスＰ５で覆って、白金リード線Ｐ
３及び金属リード線Ｐ４やセラミックス基板Ｐ１上の図
示しない白金系ペースト相互の絶縁、延いては正確なセ
ンサ検出結果の出力に不可欠な１ＭΩ以上の絶縁特性と
気密性とを有するガラス層を備え、更にそのガラスＰ５
と接触して金属製のハウジングＰ２が覆うという構成と
なっている（特開昭６０−２１１３４５号公報）。
ード線Ｐ３及び金属リード線Ｐ４の周囲をＰｂＯを主成
分とする耐熱性のガラスＰ５で覆って、白金リード線Ｐ
３及び金属リード線Ｐ４やセラミックス基板Ｐ１上の図
示しない白金系ペースト相互の絶縁、延いては正確なセ
ンサ検出結果の出力に不可欠な１ＭΩ以上の絶縁特性と
気密性とを有するガラス層を備え、更にそのガラスＰ５
と接触して金属製のハウジングＰ２が覆うという構成と
なっている（特開昭６０−２１１３４５号公報）。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記従来のガス検出センサでは下記のよ
うな問題があり未だ十分ではなかった即ち、この様な技
術では、センサが高温で熱サイクルを受けると、ハウジ
ングＰ２に直に接しているガラスＰ５の熱膨張係数がス
テンレス製のハウジングＰ２より約５ Ｘ １ ０−６
／℃程度小さいために、ガラスＰ５に大きな熱応力がか
かり、このガラスＰ５にクラックが発生する。このため
、排ガスの漏洩（リーク）が生じて、酸素センサの検出
精度が低下する。
うな問題があり未だ十分ではなかった即ち、この様な技
術では、センサが高温で熱サイクルを受けると、ハウジ
ングＰ２に直に接しているガラスＰ５の熱膨張係数がス
テンレス製のハウジングＰ２より約５ Ｘ １ ０−６
／℃程度小さいために、ガラスＰ５に大きな熱応力がか
かり、このガラスＰ５にクラックが発生する。このため
、排ガスの漏洩（リーク）が生じて、酸素センサの検出
精度が低下する。
又、上記したガラスＰ５は、Ｐｂ○を約５０重量％以上
含有しその融点が５００℃からせいぜい６５０℃の非結
晶質のガラスであるために、内燃機関の排気系における
設置位置が、燃焼室から離れた比較的排ガス温度の低い
位置（上記ガラスＰ５の温度が約４００’Ｃ前後となる
位置）に制限される。
含有しその融点が５００℃からせいぜい６５０℃の非結
晶質のガラスであるために、内燃機関の排気系における
設置位置が、燃焼室から離れた比較的排ガス温度の低い
位置（上記ガラスＰ５の温度が約４００’Ｃ前後となる
位置）に制限される。
従って、酸素センサを燃焼室の近傍に配置して燃焼直後
の排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出結果を用いて
混合気の理論空燃比制御の精度を向上させようとしても
、このような位置に酸素センサを配置することにより、
ハウジングＰ２内における上記ガラスＰ５の温度が約５
００℃以上の高温に達することになるため、ガラスの軟
化を招き、その絶縁抵抗がＩＭＱを大きく下回る。この
結果、ガラスＰ５に絶縁被覆された白金リード線Ｐ３及
び金属リード線Ｐ４やペースト相互の間に電流リークが
発生し、排ガス中の正確な酸素濃度等と得ることができ
ず、上記した空燃比制御の精度向上を図ることができな
いでいる。
の排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出結果を用いて
混合気の理論空燃比制御の精度を向上させようとしても
、このような位置に酸素センサを配置することにより、
ハウジングＰ２内における上記ガラスＰ５の温度が約５
００℃以上の高温に達することになるため、ガラスの軟
化を招き、その絶縁抵抗がＩＭＱを大きく下回る。この
結果、ガラスＰ５に絶縁被覆された白金リード線Ｐ３及
び金属リード線Ｐ４やペースト相互の間に電流リークが
発生し、排ガス中の正確な酸素濃度等と得ることができ
ず、上記した空燃比制御の精度向上を図ることができな
いでいる。
本発明は、上記課題を解決するためにさな札高温環境下
の使用に耐えうるガス検出センサを提供することを目的
とする。
の使用に耐えうるガス検出センサを提供することを目的
とする。
装獣Ω構虜
［課題を解決するための手段］
かかる目的を達成するために、本発明の採用した手段は
、 周囲のガス成分及び／又はそのガス濃度に応じて電気的
特性が変化するセンサ素子を有する基板と、 該センサ素子を被測定ガス中に配置可能に、該基板を格
納するハウジングとを有し、 該ハウジングにおける前記基板を、セラミックス材層に
て気密に固定したガス検出センサであって、 前記セラミックス材層は、 Ｚ ｎｏ， Ｂ ２０３， Ｓ ｉ○２，ＭｇＯか
らなるガラス組成と、７５０℃〜９００℃の結晶化温度
と、前記ハウジングの熱膨張係数より小さくその差が２
〜３ Ｘ １ ０−６／’（：以下の熱膨張係数とを備
えた結品化ガラス層であること をその要旨とする。
、 周囲のガス成分及び／又はそのガス濃度に応じて電気的
特性が変化するセンサ素子を有する基板と、 該センサ素子を被測定ガス中に配置可能に、該基板を格
納するハウジングとを有し、 該ハウジングにおける前記基板を、セラミックス材層に
て気密に固定したガス検出センサであって、 前記セラミックス材層は、 Ｚ ｎｏ， Ｂ ２０３， Ｓ ｉ○２，ＭｇＯか
らなるガラス組成と、７５０℃〜９００℃の結晶化温度
と、前記ハウジングの熱膨張係数より小さくその差が２
〜３ Ｘ １ ０−６／’（：以下の熱膨張係数とを備
えた結品化ガラス層であること をその要旨とする。
ここで、上記結晶化ガラス層におけるガラス組成におけ
るＺｎ○，Ｂ２０３，Ｓｉ○２，Ｍｇｏ等の重量比はハ
ウジング自身の熱膨張係数にあわせて適宜決定すればよ
い。
るＺｎ○，Ｂ２０３，Ｓｉ○２，Ｍｇｏ等の重量比はハ
ウジング自身の熱膨張係数にあわせて適宜決定すればよ
い。
又、上記結晶化温度で焼結した場合その熱膨張係数を４
。７Ｘ１０−６〜５．３Ｘ１０−６／℃と小さな値にす
ることが好ましい。この場合、ハウジングをアルミナ質
から形成すれば、上記結晶化ガラスの膨張係数をアルミ
ナ質のハウジングの熱膨張係数より２〜３ Ｘ １ ０
−６／’Ｃ以下の範囲で小さくすることができる。又
、アルミナ質のハウジングであれば、耐熱性に優れると
ともに結晶化ガラスに対するなじみがよく、好適である
。
。７Ｘ１０−６〜５．３Ｘ１０−６／℃と小さな値にす
ることが好ましい。この場合、ハウジングをアルミナ質
から形成すれば、上記結晶化ガラスの膨張係数をアルミ
ナ質のハウジングの熱膨張係数より２〜３ Ｘ １ ０
−６／’Ｃ以下の範囲で小さくすることができる。又
、アルミナ質のハウジングであれば、耐熱性に優れると
ともに結晶化ガラスに対するなじみがよく、好適である
。
更に、結晶化ガラス層にて基板を気密に固定する範囲を
、基板だけでなくセンサ素子の出力を伝達するためのリ
ード總電極線の周囲をも覆う程度とすると、クラックが
一層生じ難く好適である。
、基板だけでなくセンサ素子の出力を伝達するためのリ
ード總電極線の周囲をも覆う程度とすると、クラックが
一層生じ難く好適である。
又、センサ素子として（よ従来使用されている種々のも
のでよく、例え（ヱ酸素ガス検出センサとするならば、
Ｓｎ○２，Ｔｉ０２等の遷移金属酸化物を用いたり、ｚ
ｒＯ２系等の酸素イオン伝導性固体電解質体を用いれば
よい。この際、出力特性を向上させるためにヒータを併
用することも何等差し支えない。
のでよく、例え（ヱ酸素ガス検出センサとするならば、
Ｓｎ○２，Ｔｉ０２等の遷移金属酸化物を用いたり、ｚ
ｒＯ２系等の酸素イオン伝導性固体電解質体を用いれば
よい。この際、出力特性を向上させるためにヒータを併
用することも何等差し支えない。
［作用］
上記構成を有する本発明のガス検出センサは、ハウジン
グ内にセンサ素子を有する基板を格納し、この基板を結
晶化ガラス層にて気密に固定している。しかも、結晶化
ガラス層をなす結晶化ガラスは、Ｚｎ０，８２ ０ａ，
Ｓｉｏ２，ＭｇＯからなるガラス組成と、７５０℃〜９
００℃の結晶化温度と、ハウジングの熱膨張係数より小
さくその差が２〜３ Ｘ １ ０−６／’Ｃ以下の熱膨
張係数とを備えている。
グ内にセンサ素子を有する基板を格納し、この基板を結
晶化ガラス層にて気密に固定している。しかも、結晶化
ガラス層をなす結晶化ガラスは、Ｚｎ０，８２ ０ａ，
Ｓｉｏ２，ＭｇＯからなるガラス組成と、７５０℃〜９
００℃の結晶化温度と、ハウジングの熱膨張係数より小
さくその差が２〜３ Ｘ １ ０−６／’Ｃ以下の熱膨
張係数とを備えている。
従って、センサが高温の熱サイクルを受けた場合でも、
ハウジングより僅かに小さい熱膨張係数に基づいて、結
晶化ガラス層とハウジングとの伸縮を略等しくして結晶
化ガラス層にかかる熱応力を緩和し、結晶化ガラス層に
クラックが生じることと防止する。
ハウジングより僅かに小さい熱膨張係数に基づいて、結
晶化ガラス層とハウジングとの伸縮を略等しくして結晶
化ガラス層にかかる熱応力を緩和し、結晶化ガラス層に
クラックが生じることと防止する。
又、結晶化ガラス層を上記ガラス組成で高温で結晶化さ
せて形成するるので、高温環境下における絶縁抵抗を大
きな値のまま維持する。
せて形成するるので、高温環境下における絶縁抵抗を大
きな値のまま維持する。
この結果、結晶化ガラス層の温度が約５００℃を越える
位置にガス検出センサを設置しても、基板を気密に固定
する結晶化ガラス層におけるクラックの発生及び絶縁性
の低下を回避し、ガス検出センサ出力を被測定ガス中の
ガス成分及び／又はそのガス濃度に応じて正確に得るこ
とができる。
位置にガス検出センサを設置しても、基板を気密に固定
する結晶化ガラス層におけるクラックの発生及び絶縁性
の低下を回避し、ガス検出センサ出力を被測定ガス中の
ガス成分及び／又はそのガス濃度に応じて正確に得るこ
とができる。
［実施例］
次に、本発明に係るガス栓出センサを内燃機関の排ガス
中の空燃比を検出する空燃比センサに適用した実施例に
ついて、図面に基づき説明する。
中の空燃比を検出する空燃比センサに適用した実施例に
ついて、図面に基づき説明する。
第１図は実施例の空燃比センサの概略断面図である。尚
、以下の説明に当たっては、空燃比センサにおける空燃
比検出素子，電極 リード線等の構成｛表周知のもので
あるとともに本発明の要旨と直接関係無いので、その説
明を省略する。
、以下の説明に当たっては、空燃比センサにおける空燃
比検出素子，電極 リード線等の構成｛表周知のもので
あるとともに本発明の要旨と直接関係無いので、その説
明を省略する。
図示するように、空燃比センサ１１社 ジルコニアー
イットリア系の空燃比検出素子板２、この検出素子板２
にアルミナ質のセメント３で接着・固定されたアルミナ
質のヒータ４、図示しない内燃機関に取り付けるための
主体金具６、主体金具６の下端に固定されたプロテクタ
８等を備え、次のようにして製造される。
イットリア系の空燃比検出素子板２、この検出素子板２
にアルミナ質のセメント３で接着・固定されたアルミナ
質のヒータ４、図示しない内燃機関に取り付けるための
主体金具６、主体金具６の下端に固定されたプロテクタ
８等を備え、次のようにして製造される。
先ず、筒状に成形したアルミナを１６００℃で焼成して
、上記検出素子板２を格納する内筒１４を焼結する。こ
うして焼結したアルミナ質の内筒１４（よ ６〜８Ｘ１
０−８／’Ｃの熱膨張係数を有する。
、上記検出素子板２を格納する内筒１４を焼結する。こ
うして焼結したアルミナ質の内筒１４（よ ６〜８Ｘ１
０−８／’Ｃの熱膨張係数を有する。
次に、セメント３で接着した空燃比検出素子板２とヒー
タ４とをアルミナ質の固定リング１８に差込み、各々の
リード線２０．２２をスポット溶接にて対応する電極線
２０ａ，２２ａに接続する。
タ４とをアルミナ質の固定リング１８に差込み、各々の
リード線２０．２２をスポット溶接にて対応する電極線
２０ａ，２２ａに接続する。
そして、固定リング１８とともに、内筒１４内に挿入す
る。そして、内筒１４内の固定リング１８の上に滑石及
び／又はアルミナとガラスからなる混合粉末を充填した
Ｍ２５を形成する。尚、この層２５を省略してもよい。
る。そして、内筒１４内の固定リング１８の上に滑石及
び／又はアルミナとガラスからなる混合粉末を充填した
Ｍ２５を形成する。尚、この層２５を省略してもよい。
次いで、ＺｎＯ：６０重量％ｐＢ２０３：２５重量％，
Ｓｉ０２ ： １０重量％，ＭｇＯ： ５重量％の重量
比で各組成物を調合し、約１５０μｍの平均粒径１二粉
砕して得られたガラス組成粉末を、固定リング１８上面
から各電極線２０ａ，２２ａ末端が埋没するまで、内筒
１４内に充填し、約８００００×１時間焼成して、結晶
化ガラス層２４を焼成する。この結晶化ガラス層２４は
、内筒１４の熱膨張係数（６〜８ Ｘ １ ０−８／’
Ｃ）より小さい５×１０−６／’Ｃの熱膨張係数を有す
る。尚、各成分の組成（上種々調整可能であり、熱膨張
係数を４．７ＸＩＯ−６〜５．３Ｘ１０−６／℃程度と
するのであれば、例えばＺｎＯを５５〜６５重量％，Ｂ
２０３を２０〜３０重量％，Ｓｉ○２を５〜１５重量％
，ＭｇＯを２〜８重量％とすればよい。もとより、この
組成に限るものではなく、結晶化ガラス層２４と内筒１
４の熱膨張係数の差が、２〜３×１０−８７℃以下の範
囲となるような各成分の調整は本発明に内包される。
Ｓｉ０２ ： １０重量％，ＭｇＯ： ５重量％の重量
比で各組成物を調合し、約１５０μｍの平均粒径１二粉
砕して得られたガラス組成粉末を、固定リング１８上面
から各電極線２０ａ，２２ａ末端が埋没するまで、内筒
１４内に充填し、約８００００×１時間焼成して、結晶
化ガラス層２４を焼成する。この結晶化ガラス層２４は
、内筒１４の熱膨張係数（６〜８ Ｘ １ ０−８／’
Ｃ）より小さい５×１０−６／’Ｃの熱膨張係数を有す
る。尚、各成分の組成（上種々調整可能であり、熱膨張
係数を４．７ＸＩＯ−６〜５．３Ｘ１０−６／℃程度と
するのであれば、例えばＺｎＯを５５〜６５重量％，Ｂ
２０３を２０〜３０重量％，Ｓｉ○２を５〜１５重量％
，ＭｇＯを２〜８重量％とすればよい。もとより、この
組成に限るものではなく、結晶化ガラス層２４と内筒１
４の熱膨張係数の差が、２〜３×１０−８７℃以下の範
囲となるような各成分の調整は本発明に内包される。
次に、主体金具６内に、充填粉末（滑石に水ガラスを数
％加えた粉末）１０，ステンレス性のリングスペーサ１
２を介して、空燃比検出素子板２の格納済みの内筒１４
を気密に組付ける。この際、主体金具６と内筒１４のテ
ーパ部には、気密性を維持するために板パッキン２３が
配置される。また、主体金具６上端には、外筒１６も同
時に組付ける。
％加えた粉末）１０，ステンレス性のリングスペーサ１
２を介して、空燃比検出素子板２の格納済みの内筒１４
を気密に組付ける。この際、主体金具６と内筒１４のテ
ーパ部には、気密性を維持するために板パッキン２３が
配置される。また、主体金具６上端には、外筒１６も同
時に組付ける。
こうして、排ガス中の空燃比を検出する空燃比検出素子
板２を内筒］４内に、結晶化ガラス層２４にて気密に固
定した空燃比センサ１ができあがる。尚、外筒１６の上
端開口部に１社図示しないゴム製のキャップ及び金属製
保護キャップが嵌合される。
板２を内筒］４内に、結晶化ガラス層２４にて気密に固
定した空燃比センサ１ができあがる。尚、外筒１６の上
端開口部に１社図示しないゴム製のキャップ及び金属製
保護キャップが嵌合される。
次に、上記空燃比センサ１の高温環境下における絶縁特
性と気密特性について、説明する。
性と気密特性について、説明する。
比較品として（よ 空燃比センサ１における結晶化ガラ
ス層２４に替えてＰｂＯを主成分とする耐熱性の非結晶
質ガラスを、また空燃比センサ１１二おけるアルミナ質
の内筒１４に替えて１１×１０−６／℃の熱膨張係数の
ステンレス製の内筒を使用し、上記非結晶質ガラスにて
空燃比検出素子板２を気密に固定した以下のセンサＡ，
Ｂを用いた。
ス層２４に替えてＰｂＯを主成分とする耐熱性の非結晶
質ガラスを、また空燃比センサ１１二おけるアルミナ質
の内筒１４に替えて１１×１０−６／℃の熱膨張係数の
ステンレス製の内筒を使用し、上記非結晶質ガラスにて
空燃比検出素子板２を気密に固定した以下のセンサＡ，
Ｂを用いた。
センサＡは、ＰｂＯを７０〜８０重量％含有し、８，５
Ｘ１ ０−８／’Ｃの熱膨張係数と低融点（約５００℃
）の特性を有するガラス層を備える。
Ｘ１ ０−８／’Ｃの熱膨張係数と低融点（約５００℃
）の特性を有するガラス層を備える。
センサＢは、Ｐｂ○を約６０重量％含有し、７Ｘ１ ０
−６／’Ｃの熱膨張係数と中融点（約６５０℃）の特性
を有するガラス層を備える。
−６／’Ｃの熱膨張係数と中融点（約６５０℃）の特性
を有するガラス層を備える。
（実験１：絶縁特性の測定）
上記各センサを、第２図に示すように、ファン３１，ヒ
ータ３２を有する電気炉３３の恒温室３４内に入わ、各
センサのガラス部温度と、各センサの電極線２０ａ，２
２ａ間にＤＣ５０Ｖの電圧を印加して得られる抵抗値と
の関係を測定したその結果を第３図に示す。尚、各セン
サのガラス部温度は、図示しない熱電対で測定した恒温
室３４内温度から換算した 第３図に示すように、センサＡでは、その抵抗値１上
ガラス部温度が３３０℃以上となると、正確なセンサ検
出結果を出力するためや金属リード線等の相互の絶縁に
不可欠な絶縁抵抗値である１ＭΩを下回ってしまう。ま
た、センサＢで（上絶縁抵抗値は、ガラス部温度が４５
０℃以上となると、１ＭΩを下回ってしまう。これに対
して、実施例のセンサでは、その抵抗値を、ガラス部温
度が５５０℃となるまで、１ＭΩ以上の抵抗値のまま維
持することができる。
ータ３２を有する電気炉３３の恒温室３４内に入わ、各
センサのガラス部温度と、各センサの電極線２０ａ，２
２ａ間にＤＣ５０Ｖの電圧を印加して得られる抵抗値と
の関係を測定したその結果を第３図に示す。尚、各セン
サのガラス部温度は、図示しない熱電対で測定した恒温
室３４内温度から換算した 第３図に示すように、センサＡでは、その抵抗値１上
ガラス部温度が３３０℃以上となると、正確なセンサ検
出結果を出力するためや金属リード線等の相互の絶縁に
不可欠な絶縁抵抗値である１ＭΩを下回ってしまう。ま
た、センサＢで（上絶縁抵抗値は、ガラス部温度が４５
０℃以上となると、１ＭΩを下回ってしまう。これに対
して、実施例のセンサでは、その抵抗値を、ガラス部温
度が５５０℃となるまで、１ＭΩ以上の抵抗値のまま維
持することができる。
つまり、実施例の空燃比センサ１によれ（戴５５０℃ま
での高温環境下で、好適な絶縁特性を維持したまま使用
することができる。
での高温環境下で、好適な絶縁特性を維持したまま使用
することができる。
（実験２：気密特性の測定）
各センサを第２図に示す電気炉３３の恒温室３４に入れ
て高温環境下に置き、その後、第４図１二示すように、
１５ｋｇ／ｃｍ２の圧力を維持した圧力室４１に主体金
具６を介して取り付け、センサ上端と水銀又は水を用い
たＵ字管圧力計４２の一端とを配管４３で連結した。こ
の状態で、常温大気圧における水銀柱又は水柱の推移を
測定し、その結果を、恒温室内温度（４５０，５００，
６００，６５０，７００℃）と当該温度の炉内でのセン
サの処理時間との関係を示す第５図のグラフに記入した
。第５図のグラフ中に、各センサを識別する記号の肩に
符号＊が付してあるものは、空気が圧力室４１からセン
サを経てＵ字管圧力計４２に流入し、１ ｃｃ／ｍｉｎ
の圧力差（センサからのエアリーク）が観察されたこと
を示す。
て高温環境下に置き、その後、第４図１二示すように、
１５ｋｇ／ｃｍ２の圧力を維持した圧力室４１に主体金
具６を介して取り付け、センサ上端と水銀又は水を用い
たＵ字管圧力計４２の一端とを配管４３で連結した。こ
の状態で、常温大気圧における水銀柱又は水柱の推移を
測定し、その結果を、恒温室内温度（４５０，５００，
６００，６５０，７００℃）と当該温度の炉内でのセン
サの処理時間との関係を示す第５図のグラフに記入した
。第５図のグラフ中に、各センサを識別する記号の肩に
符号＊が付してあるものは、空気が圧力室４１からセン
サを経てＵ字管圧力計４２に流入し、１ ｃｃ／ｍｉｎ
の圧力差（センサからのエアリーク）が観察されたこと
を示す。
第５図に示すように、センサＡ， Ｂとも、４５０′
Ｃの高温環境下に２００時間置かれても、センサからの
エアリークは観察されず、５００℃の高温環境下に僅か
な時間（０．５〜５時間）置かれただけで、センサから
のエアリークの発生が観察されている。これに対して、
実施例のセンサでは、比較品のセンサより高温の６００
℃の高温環境下に５００時間置かれた場合や、６５０℃
の高温環境下に５０時間置かれた場合でも、センサから
のエアリークは観察されず、７００℃の高温環境下に０
．５〜１０時間置かれた場合に、初めてセンサからのエ
アリークの発生が観察されている。
Ｃの高温環境下に２００時間置かれても、センサからの
エアリークは観察されず、５００℃の高温環境下に僅か
な時間（０．５〜５時間）置かれただけで、センサから
のエアリークの発生が観察されている。これに対して、
実施例のセンサでは、比較品のセンサより高温の６００
℃の高温環境下に５００時間置かれた場合や、６５０℃
の高温環境下に５０時間置かれた場合でも、センサから
のエアリークは観察されず、７００℃の高温環境下に０
．５〜１０時間置かれた場合に、初めてセンサからのエ
アリークの発生が観察されている。
つまり、実施例の空燃比センサ１によれば、６００℃ま
での高温環境下で長期間にわたり使用されても、結晶化
ガラス層２４にクラックは発生せず、気密特性を好適な
まま維持することができる。
での高温環境下で長期間にわたり使用されても、結晶化
ガラス層２４にクラックは発生せず、気密特性を好適な
まま維持することができる。
これらの実験結果から、本実施例の空燃比センサ１によ
れ（ヱ従来のセンサの設置位置より排ガス温度が高い位
置にセンサの設置が可能となるので、燃焼直後の排ガス
中の空燃比を検出した結果を混合気の理論空燃比制御の
パラメータとして使用できる。このため、空燃比制御の
精度を一層向上させることができる。
れ（ヱ従来のセンサの設置位置より排ガス温度が高い位
置にセンサの設置が可能となるので、燃焼直後の排ガス
中の空燃比を検出した結果を混合気の理論空燃比制御の
パラメータとして使用できる。このため、空燃比制御の
精度を一層向上させることができる。
しかも、ガラス部温度が５００’Ｃ〜６００℃と高温に
なる位置に設置しても、空燃比検出素子板２を内筒１４
内に固定する結晶化ガラス層２４は高い絶縁性と気密性
とを共に維持しているので、空燃比の測定結果の信頼性
の向上をもたらすことができる。
なる位置に設置しても、空燃比検出素子板２を内筒１４
内に固定する結晶化ガラス層２４は高い絶縁性と気密性
とを共に維持しているので、空燃比の測定結果の信頼性
の向上をもたらすことができる。
更に、本実施例で１社結晶化ガラス層２４を各リード線
２０．２２のスポット溶接部のみならず各電極線の末端
周辺にまで生成したので、スポット溶接部の剥離回避や
リード線電極線を強固に固定することができる。
２０．２２のスポット溶接部のみならず各電極線の末端
周辺にまで生成したので、スポット溶接部の剥離回避や
リード線電極線を強固に固定することができる。
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、その要旨を
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。
した実施例に何等限定されるものではなく、その要旨を
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Ｉｆ，Ｓｎ○２，Ｔｉ０２等の遷移金属酸化物を検
出素子に用いた酸素センサ１二適用できることは勿論で
ある。又、空燃比検出素子板２を気密に固定する際に、
上記した結晶化ガラス層と滑石等からなる充填粉末層と
を共に形成するよう構成することもできる。
出素子に用いた酸素センサ１二適用できることは勿論で
ある。又、空燃比検出素子板２を気密に固定する際に、
上記した結晶化ガラス層と滑石等からなる充填粉末層と
を共に形成するよう構成することもできる。
及胆Ω塾是
以上実施例を含めて詳述したように、本発明のガス検出
センサによれ（ヱ センサ素子を有する基板のハウジン
グへの固定を、Ｚｎ○，Ｂ２０３，ＳｉＯ２，ＭｇＯか
らなるガラス組成と、７５０’Ｃ〜９００℃の結晶化温
度と、前記ハウジングの熱膨張係数より小さくその差が
２〜３ Ｘ １ ０ −６／’Ｃ以下の熱膨張係数とを
備えた結晶化ガラス層により気密に行うので、この結晶
化ガラス層の特性に基づいて、結晶化ガラス層における
クラックの発？及び絶縁抵抗値の１ＭΩ以下への低下を
回避して、高温環境下であっても高い気密性と好適な絶
縁特性を維持することができる。
センサによれ（ヱ センサ素子を有する基板のハウジン
グへの固定を、Ｚｎ○，Ｂ２０３，ＳｉＯ２，ＭｇＯか
らなるガラス組成と、７５０’Ｃ〜９００℃の結晶化温
度と、前記ハウジングの熱膨張係数より小さくその差が
２〜３ Ｘ １ ０ −６／’Ｃ以下の熱膨張係数とを
備えた結晶化ガラス層により気密に行うので、この結晶
化ガラス層の特性に基づいて、結晶化ガラス層における
クラックの発？及び絶縁抵抗値の１ＭΩ以下への低下を
回避して、高温環境下であっても高い気密性と好適な絶
縁特性を維持することができる。
この結果、ガス検出センサの高温環境位置への設置を可
能とし、従来得ることのできなかった高温被測定ガス中
のガス成分及び／又はそのガス濃度を得ることができる
。また、高温環境下のセンサ出力の信頼性■向上させる
こともできる。
能とし、従来得ることのできなかった高温被測定ガス中
のガス成分及び／又はそのガス濃度を得ることができる
。また、高温環境下のセンサ出力の信頼性■向上させる
こともできる。
第１図は実施例の空燃比センサの概略断面図、第２図は
センサの絶縁特性を測定する方法を説明するための説明
図、第３図は高温環境下における温度とセンサの電極線
間に所定の電圧を印加した場合に得られる抵抗値との関
係のグラフ、第４図はセンサの気密特性を測定する方法
を説明するための説明図、第５図はセンサからのエアリ
ークの有無を高温環境下におけるセンサの加熱処理時間
と温度との関係において測定したグラフ、第６図は従来
の酸素センサを一部破断して示す説明図である。 １・・・空燃比センサ ２・・・空燃比検出素子板 ４・・・ヒータ ６・・・主体金具 １４・・・内筒 ２３・・・板パッキン ２４・・・結晶化ガラス層
センサの絶縁特性を測定する方法を説明するための説明
図、第３図は高温環境下における温度とセンサの電極線
間に所定の電圧を印加した場合に得られる抵抗値との関
係のグラフ、第４図はセンサの気密特性を測定する方法
を説明するための説明図、第５図はセンサからのエアリ
ークの有無を高温環境下におけるセンサの加熱処理時間
と温度との関係において測定したグラフ、第６図は従来
の酸素センサを一部破断して示す説明図である。 １・・・空燃比センサ ２・・・空燃比検出素子板 ４・・・ヒータ ６・・・主体金具 １４・・・内筒 ２３・・・板パッキン ２４・・・結晶化ガラス層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、周囲のガス成分及び／又はそのガス濃度に応じて電
気的特性が変化するセンサ素子を有する基板と、 該センサ素子を被測定ガス中に配置可能に、該基板を格
納するハウジングとを有し、 該ハウジングにおける前記基板を、セラミックス材層に
て気密に固定したガス検出センサであって、 前記セラミックス材層は、 ＺｎＯ、Ｂ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＭｇＯからなるガ
ラス組成と、７５０℃〜９００℃の結晶化温度と、前記
ハウジングの熱膨張係数より小さくその差が２〜３×１
０＾−＾６／℃以下の熱膨張係数とを備えた結晶化ガラ
ス層であること を特徴とするガス検出センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306251A JP2708915B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | ガス検出センサ |
| US07/598,018 US5228975A (en) | 1989-11-25 | 1990-10-11 | Gas sensor having hermetic and electrically insulating seal in housing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306251A JP2708915B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | ガス検出センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03167461A true JPH03167461A (ja) | 1991-07-19 |
| JP2708915B2 JP2708915B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=17954822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306251A Expired - Fee Related JP2708915B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | ガス検出センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5228975A (ja) |
| JP (1) | JP2708915B2 (ja) |
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| JP2002202282A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
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| JP2017187284A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
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