JPH03180748A - ガス検出センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 梵吸Ｑ亘０ ［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／又はそのガス
濃度を検出するガス検出センサに関する。

［従来の技術］ 従来、この種のガス検出センサは、　センサ素子を有す
る基板を、このセンサ素子の検出結果を外部に出力する
ための電極線とともに、例えばステンレス製のハウジン
グ内に一体に格納し、被測定ガスを発生する内燃機関等
に設置されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のガス検出センサで（よ次のような
問題がある。

例え１ヱ車両に搭載する酸素センサで（よ測定の対象と
なる内燃機関の形状、大きさや設置位置等に応じて、セ
ンサ自体の大きさや形状を変更していた。具体的に（友
内燃機関の排気管の径に応じてセンサ素子を有する基板
の長さを変えたり、内燃機関外部の周辺機器の設置状態
（こ応じて電極線の収納部の形状や長さを変更している
。

この様にして内燃機関の形状等に応じてセンサ自体の形
状等を変更していたので（よ　センサ素子のみの破損や
電極線の断線等が生じた場合でも、センサ全体を新しい
ものに交換する必要がある。

つまり、センサの設計が設置すべき内燃機関により制約
さね　その自由度が制限されている。このため、汎用性
が低いばかりか、副次的にそのコスト上昇を招いている
。

本発明は上記問題点を解決するためになさ札センサの使
用に当たっての汎用性及び設計の自由度を高めることを
目的とする。

漿唄Ω構慮 ［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（
よ 周囲のガス成分及び／又はそのガス濃度に応じた電気的
信号を発するセンサ素子及び該センサ素子に接続される
リード端子を有するガス検出基板と、 該リード端子に接続されて、前記センサ素子の電気的信
号を外部に出力する電極線を有するリード部とを備え、 該リード部及び前記ガス検出基板を、ハウジング内に格
納したガス検出センサであって、前記ハウジング（志士
下に分割可能な上部ハウジング及び下部ハウジングを備
え、 前記ガス検出基板を、前記リード端子を前記上部ハウジ
ング側に露出させて、前記下部ハウジング内にセラミッ
クス材にて気密に収納して設け、前記リード部を、前記
電極線を前記露出したリード端子に対向させて、前記上
部ハウジング内に収納して設け、 前記上部、下部ハウジングの間に、前記リード端子と電
極線とを接続して前記上部ハウジングと下部ハウジング
とを係合・固定する係合部を設けたこと をその要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明のガス検出センサ（よガス検出
基板を収納した下部ハウジングとリード部を収納した上
部ハウジングとを、係合部を介して係合・固定すること
により、リード端子と電極線とを接続してセンサ素子と
電極線との導通を確保し、センサ素子の発する周囲のガ
ス成分及び／又はそのガス濃度に応じた電気的信号を外
部に出力する。従って、センサ素子を被測定ガス中に配
置すれ（よ　その被測定ガス中のガス成分及び／又はそ
のガス濃度を検出する。

そして、その設計に当たって（よ被測定ガスを発生する
内燃機関等に応じた下部ハウジング内のガス検出基板設
計と、上記内燃機関外部の周辺機器等に応じた上部ハウ
ジング内のリード部設計との分離・独立をもたらす。こ
の結果、センサ設計の自由度ばかりか、下部ハウジング
内のガス検出基板又は上部ハウジング内のリード部の一
方を共通にして他方を内燃機関やその周辺機器等に応じ
て変更することが可能となり、その汎用性が向上する。

［実施例］ 次に、本発明に係るガス検出センサを酸素濃度を検出す
る酸素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図は実施例の酸素センサの断面は　第２
図は素子基板の分解斜視図、第３図は第１図における１
−１線断面図、第４図は第１図におけるＩ＋−１ｉ線断
面図である。尚、説明に当たっては、　酸素濃度検出素
子等の組成　製造方法及び製造手順等は周知であるとと
もに本発明の要旨に直接関係しないので、その詳細につ
いては説明を省略することとする。

第１図に示すように、酸素センサ１（よ　チタニア（Ｔ
ｉＯ２）層からなる酸素濃度検出素子（センサ素子）２
を有する素子基板３を主体金具５に把持した検出部７と
、主体金具５の雄ネジに螺合するユニオン９によりこの
検出部７に着脱自在なリード部１１とから構成される。

第２図に示すように、検出部７の素子基板３（友センサ
素子２を加熱するヒータパターン３１及びこのヒータパ
ターン端部に溶接された白金リード端子３１ａ、３１ｂ
が形成された第１のアルミナ基板３２と、白金ペースト
で厚膜印刷したセンサ素子２の電極パターン３３．３４
及び各パターン端部に溶接された白金リード端子３３　
ａ、　　３４　ａが形成された第２のアルミナ基板３５
と、電極パターン３３．３４の先端部が露出する開口部
３６を有する第３のアルミナ基板３７とを積層して所定
の条件で焼結し、開口部３６を充填して上記電極パター
ン３３．３４先端に被着するようチタニア層、即ちセン
サ素子２を焼成してなる柱状体である。

尚、積層した上記各アルミナ基板の焼結（社　主体金具
５に気密に固定されるアルミナ質の筒状の基板ホルダ１
３の焼成と同時に行わ札素子基板３と基板ホルダ１３と
は一体化される。又、白金リード端子３１ａ、３１ｂ、
３３ａ及び３４　ａ　（ｔ、。

その端部が各アルミナ基板端面から露出するよう、各パ
ターンに溶接される。

検出部７は、上記した素子基板３．酸素センサ１を内燃
機関に取り付ける筒状の主体金具５の他、素子基板３と
同時焼成されたアルミナ質の基板ホルダ１３と、主体金
具５の先端に取り付けられて素子基板３を保護するプロ
テクタ１５等を備え、次のようにして組付けられる。

先ず、焼結前のアルミナ質の基板ホルダ１３の角穴１３
　ａ　Ｌ焼結前のアルミナ質の素子基板３をその端面が
ほぼ一致するよう挿入し、角穴、１３ａ内の隙間及び素
子基板３の突出側隅肉１３ｂにアルミナペーストを補足
して、その後、基板ホルダ１３及び素子基板３を、約１
５０℃で乾燥させる。尚、素子基板３．基板ホルダ１３
を、アルミナ質に代えてジルコニア質のものとしてもよ
い。

この場合に１上補足するペーストをジルコニアにする。

次に　第３図に示すように、基板ホルダ１３及び素子基
板３の上端面に、当該端面に露出している白金リード端
子３１ａ、３１ｂ、３３ａ及び３４ａを個別に被覆する
白金電極部１７ａ、１７ｂと１９ａ、１９ｂとを、白金
ペーストのスクリーン印刷法又はタンポン印刷法により
形成する。つまり、この白金電極部１７ａ、１７ｂによ
り、センサ素子２の検出信号を出力するための白金リー
ド端子３３　ａ、　　３４　ａを拡大し、白金電極部１
９ａ、１９ｂにより、ヒータパターン３１に接続された
白金リード端子３１ａ、３１ｂを拡大する。

こうして端子拡大のための上記白金ペースト印刷後、白
金ペーストの印刷された素子基板３．基板ホルダ１３を
１５００〜１６００’ＣＸ２時間の焼結条件で、一体か
つ気密に焼成する。

そして、素子基板３と一体となった基板ホルダ１３を、
ステンレス製のパツキン２１．２３とともに主体金具５
内に組み込み、主体金具５の上端を内側に回り込むよう
加締めて、上記パツキン２１．２３を上下に配置した基
板ホルダ１３を主体金具５内に固定する。こうして、素
子基板３及び基板ホルダ１３が、主体金具５内にパツキ
ン２１゜２３を介して気密′に固定される。尚、上記加
締めを行う際１：、パツキン２１と基板ホルダ１３との
間に滑石を充填し、気密性をより向上するようにしても
よい。

その後、基板ホルダ１３上端のキー溝１３ｃにキー２７
を嵌合・固定し、主体金具５上端部の肩にステンレス製
のパツキン２８を組み付けて、検出部７ができあがる。

この検出部７の主体金具５にユニオン９により着脱自在
なリード部１１（よ　第１諷　第３図及び第４図に示す
よう１：、ユニオン９を回転自在に保持するステンレス
製の外筒４１と、この外筒４１内に格納・固定されたア
ルミナ質の電極ホルダ４３と、４本の電極線（耐熱性を
必要とする範囲にはマグネシア等を配合したシールド線
）４５ａ。

４５　ｂ、　　４５　ｃ、　　４５　ｄを保護するよう
上記外筒４１上端に固定されたパイプ４７等のイ包　電
極ビン４９　ａ、　　４９　ｂ、　　４９　ｃ、　　４
９　ｄやステンレス製又はバネ鋼材製のバネ５１等を、
以下に説明するように電極ホルダ４３内に備えて構成さ
れている。尚、パイプ４７（よ外筒４１からの突出部に
おけるロー材４７ａにて外筒４１に気密になるようにロ
ー材されている。

電極ホルダ４３下端に（よ基板ホルダ１３上端が嵌合す
る嵌合孔４３ａと、基板ホルダ１３のキー２７が摺動自
在なキー溝４３ｂとが形成されている。又、電極ホルダ
４３（よ　キー溝４３ｂを基準として基板ホルダ１３上
端面の各白金電極部１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂに
対向する位置１：％４つのビン収納孔５３と、各ピン収
納孔５３にその上部・下部で連通ずる案内孔５３ａ、５
３ｂとを備える。

この各ピン収納孔５３内に１よ　ステンレス製の電極ビ
ン４９　ａ、　　４９　ｂ、　　４９　ｃ、　　４９　
ｄが、その先端に溶接された金又は白金製の端子チップ
５５を案内孔５３ｂから嵌合孔４３ａに突出して、摺動
自在に収納されている。これら各電極ビンは、その上端
側でビン収納孔５３内に収納されたバネ５１により、基
板ホルダ１３に向けて常時付勢されている。尚、この端
子チップ５５を金メツキ又は白金メツキしたステンレス
製のも゛のとしてもよい。

そして、各電極ビン４９　ａ、　　４９　ｂ、　　４９
　ｃ。

４９ｄの上端に、パイプ４７及び各案内孔５３ａ内に配
線された上記各電極線４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ
の先端を、おのおのの添え字符号を対応させて、溶接・
固定して、リード部１１ができあがる。

従って、電極ホルダ４３のキー溝４３ｂに基板ホルダ１
３のキー２７を合わせて、電極ホルダ４３の嵌合孔４３
ａに基板ホルダ］３の上端を嵌合し、主体金具５の雄ネ
ジにユニオン９を螺合させてこのユニオン９を回転させ
ると、基板ホルダ１３は嵌合孔４３ａ内を上記キー溝４
３ｂｌ：沿って電極ホルダ４３側に引き付けら札割々に
構成された検出部７とリード部１１とが、パツキン２８
を挟んで気密に一体となる。

この際、キー２７及びキー溝４３ｂを基準位置として対
向していた各白金電極部１７ａ、１７ｂ。

１９ａ、１９ｂと各電極ビン４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、
４９ｄ先端の端子チップ５５とが接触する。

このため、センサ素子２］志電極パターン３３゜３４と
白金リード端子３３　ａ、　　３４　ａと白金電極部１
７ａ、１７ｂと電極ビン４９ｃ、４９ｄ等を介して、電
極線４５ｃ、４５ｄに導通さ札　ヒータパターン３１（
九　白金リード端子３１ａ、３１ｂと白金電極部１９ａ
、１９ｂと電極ビン４９ａ。

４９ｂ等を介して、電極線４５　ａ、　　４５　ｂに導
通される。

こうして、センサ素子２の検出した酸素濃度を電気信号
として電極線４５　ｃ、　　４５　ｄを介して出力する
とともに、電極線４５　ａ、　　４５　ｂを介したヒー
タパターン３１の通電によりセンサ素子２を加熱してそ
の温度特性を向上させる酸素センサ１が完成する。

以上説明したように酸素センサとして不可欠なセンサ素
子とその出力を取り出すための電極線とを、それぞれ独
立に構成された検出部７とリード部１１とに分離して備
える本実施例の酸素センサ］によれ（ヱ素子基板３の長
さやセンサ素子２自体の大きさ、形状等、即ち内燃機関
の排気管内に配置される検出部７の設計を、内燃機関外
部に取り付けられるリード部１１と無関係に行うことが
できるので、検出部７ばかりかリード部１１の設計の自
由度を拡大することができる。この結果、検出部７又は
リード部１１の一方を共通にして他方を種々の形状、長
さ等が異なるものとすることができるので、センサ使用
に当たっての内燃機関の形状等による制約が軽減さ札　
その汎用性が拡大する。

しかも、センサ素子２の破損　電極線の断線等により検
出部７又はリード部１１のどちらか一方が故障して使用
できない状態に陥った場合には、故障した側のみを交換
すれば足り、センサ全体を交換する場合に比べて交換に
要する作業及びコストを低下させることができる。又、
検出部７とリード部１］の製造を別個に行うことができ
るため、従来の酸素センサの製造に必要であった組付は
工程（ガラス等による素子基板や白金電極線のハウジン
グへの格納・固定）の省略や検出部７．リード部１１の
製造工程の集約化及び簡略化を可能とし、製造効率の向
上及びコスト低減を図ることができる。白金電極線をシ
ース線に代えたので、断線等の発生を抑制することがで
きる。

更に、素子基板３を基板ホルダ１３に固定する際に、こ
れら両部材ばかりか補足するペーストも同質の組成（ア
ルミナ又はジルコニアの一方）としたので、基板ホルダ
１３と素子基板３との間１こおける気密性を確実に向上
させることができる。

又、本実施例では、　白金ペーストのスクリーン印刷法
又はタンポン印刷法にて形成した白金電極部１７ａ、１
７ｂ等により、センサ素子２の検出信号を出力するため
の白金リード端子３３ａ、３４ａ及びヒータパターン３
１に接続された白金リード端子３１ａ、３１ｂを拡大す
るとともに　これら各白金電極に接触する端子チップ５
５を有する各電極ビンをバネ５１により上記白金電極部
に向けて常時付勢するよう構成したので、酸素センサ１
の組付は完了後（よ各白金電極部と各端子チップとの電
気的な接続の信頼性が向上する。この結果、センサ素子
２の検出結果の外部への出力のみならず、ヒータパター
ン３１によるセンサ素子２の加熱も、確実に行うことが
できる。

加えて、酸素センサ１の構成部材をステンレス材および
セラミックス材から形成したので、耐熱性の向上を図る
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。

例え（ヱ　ユニオン９を使用せず、リード部１１の外筒
４１と検出部７の主体金具５とを、直接ネジにより固定
するよう構成したり、電極線４５ａ。

４５　ｂ、　　４５　ｃ、　　４５　ｄを収納したバイ
ブ４７の先端に　コネクタを設けて、外部機器と酸素セ
ンサ１とを接続するようにしてもよい。

驚胆曵効呈 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［′Ｌ　ガス検出基板を収納した下部ハウ
ジングとリード部を収納した上部ハウジングとを別個に
構成し、係合部を介してこれら下部ハウジングと上部ハ
ウジングとを係合・固定することにより、リード端子と
電極線とを接続してセンサ素子と電極線との導通を確保
する。この結果、係合部による組付は完了後に１１　　
センサ素子による周囲（被測定ガス中）のガス成分及び
／又はそのガス濃度の検出が可能なガス検出センサを提
供する。

更に、被測定ガスを発生する内燃機関等に応じた下部ハ
ウジング内のガス検出基板設計と、上記内燃機関外部の
周辺機器等に応じた上部ハウジング内のリード部設計と
の分離・独立をもたらす。

このため、センサ設計の自由度の拡大ばかりか、ガス検
出基板又はリード部の一方を共通にして他方を内燃機関
やその周辺機器等に応じて変更することが可能となり、
その汎用性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の酸素センサの断面図、第２図は素子基
板の分解斜視図、第３図は第１図における１−１線断面
図、第４図は第１図における１１−１１線断面図である
。 １・・・酸素センサ ３・・・素子基板 ７・・・検出部 ３・・・基板ホルダ ７ａ、１７ｂ。 １・・・外筒 ５ａ、４５ｂ。 ９ａ、４９ｂ。 １・・・バネ ２・・・センサ素子 ５・・・主体金具 １１・・・リード部 ９ａ、１９ｂ・・・白金電極部 ３・・・電極ホルダ ５ｃ、４５ｄ・−・電極線 ９ｃ、４９ｄ・・・電極ビン ５−・・端子チップ

Claims (1)

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た電
   気的信号を発するセンサ素子及び該センサ素子に接続さ
   れるリード端子を有するガス検出基板と、 該リード端子に接続されて、前記センサ素子の電気的信
   号を外部に出力する電極線を有するリード部とを備え、 該リード部及び前記ガス検出基板を、ハウジング内に格
   納したガス検出センサであつて、 前記ハウジングは、上下に分割可能な上部ハウジング及
   び下部ハウジングを備え、 前記ガス検出基板を、前記リード端子を前記上部ハウジ
   ング側に露出させて、前記下部ハウジング内にセラミッ
   クス材にて気密に収納して設け、前記リード部を、前記
   電極線を前記露出したリード端子に対向させて、前記上
   部ハウジング内に収納して設け、 前記上部、下部ハウジングの間に、前記リード端子と電
   極線とを接続して前記上部ハウジングと下部ハウジング
   とを係合・固定する係合部を設けたこと を特徴とするガス検出センサ。