JPH03272448A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH03272448A JPH03272448A JP2072693A JP7269390A JPH03272448A JP H03272448 A JPH03272448 A JP H03272448A JP 2072693 A JP2072693 A JP 2072693A JP 7269390 A JP7269390 A JP 7269390A JP H03272448 A JPH03272448 A JP H03272448A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、被測定ガス中、なかでも内燃機関より排出さ
れる排気ガス中の酸素濃度を検出するための板状形状の
酸素センサ素子の改良に関するものである。
れる排気ガス中の酸素濃度を検出するための板状形状の
酸素センサ素子の改良に関するものである。
［従来の技術］
従来から、酸素濃度検出器として、内燃機関の排気ガス
中に含まれる酸素濃度を検知し、その検出信号に基づい
て内燃機関の燃焼状態を最適にコントロールすることに
より、排気ガスの浄化、燃費の節減等を行なう酸素セン
サが知られている。
中に含まれる酸素濃度を検知し、その検出信号に基づい
て内燃機関の燃焼状態を最適にコントロールすることに
より、排気ガスの浄化、燃費の節減等を行なう酸素セン
サが知られている。
このセンサの一つは、酸素イオン伝導性の固体電解質、
例えば酸化カルシウムや酸化イツトリウムをトープした
酸化ジルコニウム等を隔壁とし、その隔壁の両面に各々
所定の電極を設けたものをセンサ素子とし、それら電極
の一方を基準雰囲気。
例えば酸化カルシウムや酸化イツトリウムをトープした
酸化ジルコニウム等を隔壁とし、その隔壁の両面に各々
所定の電極を設けたものをセンサ素子とし、それら電極
の一方を基準雰囲気。
また他方の電極を排気ガス等の被測定ガスに晒し酸素濃
淡電池の原理によって生ずる起電力を検出信号としてい
る。
淡電池の原理によって生ずる起電力を検出信号としてい
る。
そして、このような酸素検知素子として、近年、製造の
容易性やコンパクト化の容易性等の観点から、有底円筒
形状のものに代わって、かかる検知素子を長手の板状体
と為し、その一方の端部に上記排気ガス等の被測定ガス
に晒される酸素検知部を設けたものか注目を浴びている
。特開昭５８− ｉ ５３１５５号公報や特開昭６１−
９７５６２号公報等には、そのような板状形状の酸素検
知素子の一例か示されている。
容易性やコンパクト化の容易性等の観点から、有底円筒
形状のものに代わって、かかる検知素子を長手の板状体
と為し、その一方の端部に上記排気ガス等の被測定ガス
に晒される酸素検知部を設けたものか注目を浴びている
。特開昭５８− ｉ ５３１５５号公報や特開昭６１−
９７５６２号公報等には、そのような板状形状の酸素検
知素子の一例か示されている。
また、他の一つのタイプの酸素センサとして、長手の板
状体基板上に酸素濃度により電気抵抗値の変化する酸化
物、例えば酸化チタンを設けたものをセンサ素子として
用い、これを排気ガス等の被測定ガスに晒し、酸素分圧
による素子の電気抵抗変化を検出するようにしたものも
知られている。
状体基板上に酸素濃度により電気抵抗値の変化する酸化
物、例えば酸化チタンを設けたものをセンサ素子として
用い、これを排気ガス等の被測定ガスに晒し、酸素分圧
による素子の電気抵抗変化を検出するようにしたものも
知られている。
第４図はこのような板状形状の酸素センサ素子の一例を
示すものである。
示すものである。
［発明か解決しようとする課題］
ところで、＄４図に示す如きこの種の酸素センサにあっ
ては、その酸素センサ素子１２の酸素検知部５が一般に
高温の排気ガス等の被測定ガスに晒されるものであり、
さらにかかる酸素センサ素子１２の酸素検知部５に充分
な酸素検知機能を発揮させるために、該酸素検知部５が
酸素センサ素子１２に内蔵されたヒータにより高温に保
持される場合もあるため、酸素センサ素子１２は熱応力
を受けることになる。
ては、その酸素センサ素子１２の酸素検知部５が一般に
高温の排気ガス等の被測定ガスに晒されるものであり、
さらにかかる酸素センサ素子１２の酸素検知部５に充分
な酸素検知機能を発揮させるために、該酸素検知部５が
酸素センサ素子１２に内蔵されたヒータにより高温に保
持される場合もあるため、酸素センサ素子１２は熱応力
を受けることになる。
しかしながら、この酸素センサ素子１２は板状形状のも
のであるため、その稜部分６において応力集中が発生し
、そのために酸素センサ素子１２にクラックが発生し、
酸素濃度検出の機能が失われてしまうという問題があっ
た。
のであるため、その稜部分６において応力集中が発生し
、そのために酸素センサ素子１２にクラックが発生し、
酸素濃度検出の機能が失われてしまうという問題があっ
た。
［課題を解決するための手段］
従って本発明は、上述のような問題を解決することを目
的としてなされたものであり、本発明によれば、先端部
に、被測定ガスの酸素濃度に応じて電極間に起電力を生
じるか、あるいは電気抵抗が変化する酸素検知部が設け
られた細長な板状形状の酸素センサ素子を有し、該酸素
センサ素子の被測定ガスに晒される部位の酸素センサ素
子長手方向に平行に形成される稜部分に面取り加工を施
したことを特徴とする酸素センサ、か提供される。
的としてなされたものであり、本発明によれば、先端部
に、被測定ガスの酸素濃度に応じて電極間に起電力を生
じるか、あるいは電気抵抗が変化する酸素検知部が設け
られた細長な板状形状の酸素センサ素子を有し、該酸素
センサ素子の被測定ガスに晒される部位の酸素センサ素
子長手方向に平行に形成される稜部分に面取り加工を施
したことを特徴とする酸素センサ、か提供される。
［実施例］
以下、本発明を図示の実施例に基づいて更に具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
第１図（ａ）は本発明の酸素センサの一例を示す構成断
面図、第１図（ｂ）は本発明の酸素センサに用いる酸素
センサ素子の一例を示す斜視図、第１図（Ｃ）、（ｄ）
はそれぞれ第１図（ｂ）のｌ−１１１ｒ面図である。
面図、第１図（ｂ）は本発明の酸素センサに用いる酸素
センサ素子の一例を示す斜視図、第１図（Ｃ）、（ｄ）
はそれぞれ第１図（ｂ）のｌ−１１１ｒ面図である。
第１図（ａ）、（ｂ）、ＣＣ）、（ｄ）において、１２
はジルコニアを主成分とする固体電解質からなる長手板
状の酸素センサ素子であって、よく知られているように
、その先端部に酸素検知部５か形成された構成となって
いる。即ち１本願出願人が先に出願した特開昭６０−１
２８３４８号等にも明らかにされているように、かかる
酸素センサ素子１２の酸素検知部５は第１図（Ｃ）に示
すように、ジルコニアを主体とする酸素イオン伝導性の
固体電解質体ｌの外側面に形成された、外部の被測定ガ
スに接触せしめられる測定電極４０と、その表面全体を
覆う多孔質保護層２と、かかる固体電解質体ｌの内側面
に形成されて、空気等の基準ガスに接触せしめられる基
準電極４１とを含んで構成されており、さらにそのよう
な酸素検知部５を所定の温度に加熱するために、ヒータ
エレメント４３が印刷、積層されて、一体的に配設され
ているのである。
はジルコニアを主成分とする固体電解質からなる長手板
状の酸素センサ素子であって、よく知られているように
、その先端部に酸素検知部５か形成された構成となって
いる。即ち１本願出願人が先に出願した特開昭６０−１
２８３４８号等にも明らかにされているように、かかる
酸素センサ素子１２の酸素検知部５は第１図（Ｃ）に示
すように、ジルコニアを主体とする酸素イオン伝導性の
固体電解質体ｌの外側面に形成された、外部の被測定ガ
スに接触せしめられる測定電極４０と、その表面全体を
覆う多孔質保護層２と、かかる固体電解質体ｌの内側面
に形成されて、空気等の基準ガスに接触せしめられる基
準電極４１とを含んで構成されており、さらにそのよう
な酸素検知部５を所定の温度に加熱するために、ヒータ
エレメント４３が印刷、積層されて、一体的に配設され
ているのである。
そして第１図（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）に示すように、酸
素センサ素子１２の排気カスに晒される部位、すなわち
セラミックサポータ２８ａから突出する部分の酸素セン
サ素子１２の長手方向に平行な４つの稜に面取り加工を
施し、面取部７を設けている。
素センサ素子１２の排気カスに晒される部位、すなわち
セラミックサポータ２８ａから突出する部分の酸素セン
サ素子１２の長手方向に平行な４つの稜に面取り加工を
施し、面取部７を設けている。
この面取部７は、多孔質保護層２を含む稜に設けること
か酸素センサ素子１２の内外の温度差に基づく熱応力の
緩和に最も有効であり、第１図（ｂｌ（Ｃ）、（ｄ）で
は４つの稜に面取り加工を施しているか、多孔質保護層
２を含む２つの稜のみに面取り加工を施しても本発明の
効果を充分に発揮てきる。その面取り加工は第１図（ｃ
）に示すように、多孔質保護層２と固体電解質体ｌを含
めて行なうことか最も有効であるか、第１図（ｄ）に示
すように多孔質保護層２のみに行なってもよい。
か酸素センサ素子１２の内外の温度差に基づく熱応力の
緩和に最も有効であり、第１図（ｂｌ（Ｃ）、（ｄ）で
は４つの稜に面取り加工を施しているか、多孔質保護層
２を含む２つの稜のみに面取り加工を施しても本発明の
効果を充分に発揮てきる。その面取り加工は第１図（ｃ
）に示すように、多孔質保護層２と固体電解質体ｌを含
めて行なうことか最も有効であるか、第１図（ｄ）に示
すように多孔質保護層２のみに行なってもよい。
この板状の酸素センサ素子１２は、円筒形の金属製のキ
ャップ１０に、セラミックサポータ２８；２８ａ、２８
ｂ、２８ｃの間に充填されるタルク３０ ； ３０ａ、
３０ｂを介して固定され、かつ気ｖ：Ｍ止される。
ャップ１０に、セラミックサポータ２８；２８ａ、２８
ｂ、２８ｃの間に充填されるタルク３０ ； ３０ａ、
３０ｂを介して固定され、かつ気ｖ：Ｍ止される。
タルク３０による酸素センサ素子１２の固定はタルク粉
末３０をセラミックサポータ２８を介して加圧圧縮する
ことによりなされる。
末３０をセラミックサポータ２８を介して加圧圧縮する
ことによりなされる。
一方、キャップｌＯのハウジング４に気密リング１１に
より固定される側とは反対側の上部開口端側には、リー
ド線１３が挿入されたゴム栓１４がキャップ１０により
かしめ固定されて、キャップＩＯを密閉している。また
、上記リード線１３は、その端部が酸素センサ素子１２
の端子電極に電気的に接続されている。なお、３は保護
カバーである。
より固定される側とは反対側の上部開口端側には、リー
ド線１３が挿入されたゴム栓１４がキャップ１０により
かしめ固定されて、キャップＩＯを密閉している。また
、上記リード線１３は、その端部が酸素センサ素子１２
の端子電極に電気的に接続されている。なお、３は保護
カバーである。
以上のようにして構成された酸素センサ２０においては
、酸素センサ素子１２の排気ガスに晒される部位に排気
ガスおよび／又は内蔵されているヒータからの熱により
熱応力が加わっても、応力集中を起こすことがなく、ク
ラックにより酸素濃度検出の機能が失われてしまうとい
うことがなくなった。
、酸素センサ素子１２の排気ガスに晒される部位に排気
ガスおよび／又は内蔵されているヒータからの熱により
熱応力が加わっても、応力集中を起こすことがなく、ク
ラックにより酸素濃度検出の機能が失われてしまうとい
うことがなくなった。
従来構造の酸素センサと本発明による構造の酸素センサ
とを熱衝撃試験に供した時のクラック発生試験結果を第
２図に示す。
とを熱衝撃試験に供した時のクラック発生試験結果を第
２図に示す。
熱衝撃条件は、酸素センサ素子に内蔵されたヒータに電
力を供給して酸素検知部を６０秒加熱しく電力供給量に
より酸素検知部温度を調節した）次にエアブロ−にて１
０ｍ／ｓの室温（１０〜２０″Ｃ）の空気を酸素センサ
素子に６０秒吹きつけることを繰り返すことにより行な
い、１０サイクル後のクラック発生率を調査した。
力を供給して酸素検知部を６０秒加熱しく電力供給量に
より酸素検知部温度を調節した）次にエアブロ−にて１
０ｍ／ｓの室温（１０〜２０″Ｃ）の空気を酸素センサ
素子に６０秒吹きつけることを繰り返すことにより行な
い、１０サイクル後のクラック発生率を調査した。
第２図から１本発明のように酸素センサ素子に面取り加
工を施すことにより、熱応力によるクラック発生が著し
く改善されることかわかる。
工を施すことにより、熱応力によるクラック発生が著し
く改善されることかわかる。
なお、本発明は上述した実施例のみに限定されるもので
はなく、特許請求の範囲内での変形、変更が可能である
。例えば、上述した実施例ではセラミックサポータ２８
ａから突出する部分に面取り加工を施したが、第３図（
ａ）に示すように稜全てを面取り加工してもよいし、第
３図（ｂ）に示すように稜の途中まで面取り加工しても
伺らさしつかえない。また、面取り加工を第３図（ｃ）
に示すようにテーパ状にしてもよく、第３図（ｄ）に示
すようにＲ形状としてもよい。
はなく、特許請求の範囲内での変形、変更が可能である
。例えば、上述した実施例ではセラミックサポータ２８
ａから突出する部分に面取り加工を施したが、第３図（
ａ）に示すように稜全てを面取り加工してもよいし、第
３図（ｂ）に示すように稜の途中まで面取り加工しても
伺らさしつかえない。また、面取り加工を第３図（ｃ）
に示すようにテーパ状にしてもよく、第３図（ｄ）に示
すようにＲ形状としてもよい。
また上述した実施例では４つの稜全てに面取り加工を施
したが、使用時の酸素センサ素子に加わる熱応力に応じ
て、先に述べたように多孔質保護層を含む２つの稜のみ
に面取りを施してもよい。
したが、使用時の酸素センサ素子に加わる熱応力に応じ
て、先に述べたように多孔質保護層を含む２つの稜のみ
に面取りを施してもよい。
さらに、酸素センサ素子がヒータを内蔵しない場合にお
いても、内燃機関の排気ガス温度の急変等の熱衝撃に対
して極めて耐久性の高いセンサとすることができるもの
である。
いても、内燃機関の排気ガス温度の急変等の熱衝撃に対
して極めて耐久性の高いセンサとすることができるもの
である。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の酸素センサによれば、酸
素センサ素子の稜部分に面取り加工を施しているため、
酸素センサ素子に熱応力が加わってもクラックか生しる
ことかなく、酸素濃度検出の機能か失われることのない
熱応力に強い酸素センサを得ることかできる。
素センサ素子の稜部分に面取り加工を施しているため、
酸素センサ素子に熱応力が加わってもクラックか生しる
ことかなく、酸素濃度検出の機能か失われることのない
熱応力に強い酸素センサを得ることかできる。
第１図（ａ）は本発明の酸素センサの一例を示す構成断
面図、第１図（ｂ）は本発明の酸素センサに用いる酸素
センサ素子の一例を示す斜視図、第１図（ｃ） 、 （
ｄ）はそれぞれ第１図（ｂ）のＩ−Ｉ断面図、第２図は
熱衝撃試験によるクラック発生率を示すグラフ、第３図
（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の酸素センサ素子の他
の例を示す斜視図、第４図は従来の酸素センサ素子を示
す斜視図である。 ｌ・・・固体電解質体、２・・・多孔質保護層、５・・
・酸素検知部、６−・稜、７・・・面取部、１２・・・
酸素センサ素子、２０・・・酸素センサ、２８・・・セ
ラミックサポータ、４０・・・測定電極、４１・・・基
準電極、４３・・・ヒータエレメント。
面図、第１図（ｂ）は本発明の酸素センサに用いる酸素
センサ素子の一例を示す斜視図、第１図（ｃ） 、 （
ｄ）はそれぞれ第１図（ｂ）のＩ−Ｉ断面図、第２図は
熱衝撃試験によるクラック発生率を示すグラフ、第３図
（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の酸素センサ素子の他
の例を示す斜視図、第４図は従来の酸素センサ素子を示
す斜視図である。 ｌ・・・固体電解質体、２・・・多孔質保護層、５・・
・酸素検知部、６−・稜、７・・・面取部、１２・・・
酸素センサ素子、２０・・・酸素センサ、２８・・・セ
ラミックサポータ、４０・・・測定電極、４１・・・基
準電極、４３・・・ヒータエレメント。
Claims (1)
- （１）先端部に、被測定ガスの酸素濃度に応じて電極間
に起電力を生じるか、あるいは電気抵抗が変化する酸素
検知部が設けられた細長な板状形状の酸素センサ素子を
有し、該酸素センサ素子の被測定ガスに晒される部位の
酸素センサ素子長手方向に平行に形成される稜部分に面
取り加工を施したことを特徴とする酸素センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072693A JP2786507B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 酸素センサ |
| US07/668,552 US5144249A (en) | 1990-03-22 | 1991-03-13 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072693A JP2786507B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272448A true JPH03272448A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2786507B2 JP2786507B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=13496703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2072693A Expired - Lifetime JP2786507B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 酸素センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5144249A (ja) |
| JP (1) | JP2786507B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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