JPH05232062A

JPH05232062A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPH05232062A
Application number: JP4178349A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Morii; 洋明森井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミック質のセンサ素子板の支持強度が高
く、コストが低く、かつ鉛アタックによる断線のないガ
スセンサの提供。【構成】金属製のハウジング２内で滑石４を介してセ
ンサ素子板３を緩衝保持する。滑石４をハウジング２内
へ収入し、ハウジング２内をシールする封止ガラス５
は、Ｐｔリード１４と接触する部分に無鉛ガラス１６を
使用し、その上方でハウジング２と熱膨張率の近い有鉛
ガラス１７を使用する。この結果、メタルホルダータイ
プのガスセンサであっても、Ｐｔリード１４への鉛アタ
ックが無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスの状態を検出する
ガスセンサに関し、特に内燃機関の排気ガス中の酸素濃
度を検出する空燃比センサに用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスセンサは、ガス状態検出部を備える
セラミック質のセンサ素子板を滑石を介して金属製ハウ
ジングにより保持し、さらに、封止ガラスによってセン
サ素子板と滑石をハウジング内に封止固定する構造が耐
衝撃性に優れる等の理由で好適に用いられる。そして、
センサ素子板は、ガス状態検出部の出力を外部へ導き出
すためのＰｔリードを備える。このＰｔリードは、その
一部分がセンサ素子板の端部（ガス状態検出部とは反対
側の端部）に埋設され、残る部分がセンサ素子板の端部
から突出して設けられる。そして、このＰｔリードは、
ガス状態検出部とセンサ素子板に形成された素子電極を
介して接続される。そして、Ｐｔリードは、ハウジング
内において、封止ガラスによって埋設される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】封止ガラスは、ハウジ
ングを形成する金属と熱膨張率が近く、かつ融点が比較
的低い酸化鉛入りの有鉛ガラスが使用される。しかる
に、ＰｔまたはＰｔ合金を使用したＰｔリードが鉛ガラ
スを使用した封止ガラスに接触するため、約６００℃に
達する使用中の温度下で、Ｐｔリードが封止ガラス中の
鉛により鉛アタックを受けて粒界破断され、ついには断
線する恐れがあることが見出された。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の知見に基づいてなされ
たもので、その目的は、センサ素子板の耐衝撃強度が高
く、コストが低く、かつ鉛アタックによるＰｔリードに
断線の恐れの無い有利なセンサ素子板の封止固定構造を
備えたガスセンサの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のガスセンサは、
次の技術的手段を採用した。ガスセンサは、一端側にガ
ス状態検出部、他端側に一部分が埋設固定されて残部が
外方に突出するＰｔリード、および前記ガス状態検出部
と前記Ｐｔリードを電気的に接続する素子電極を備えた
セラミック質のセンサ素子板と、前記Ｐｔリードと電気
的に接続される金属製の外部リードと、金属製ハウジン
グと、前記センサ素子板を前記ハウジング内に保持する
粉末充填材と、前記ハウジング内に前記センサ素子板お
よび前記粉末充填材に重ね、かつ前記Ｐｔリードを覆っ
て、前記センサ素子板および前記粉末充填材を前記ハウ
ジング内に封止固定する封止ガラスとを備える。そし
て、前記封止ガラスは、前記Ｐｔリードと接触する部分
に無鉛ガラスを使用し、この無鉛ガラスに直接または間
接的に重ねて有鉛ガラスを使用した２重構造を備える。
なお、無鉛ガラスとしては、例えば、ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3
系やＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 系のほう酸系の結晶化
無鉛ガラス（熱処理温度約８５０℃、熱膨張率約５×１
０^-6／℃）が好適に用いられる。また、有鉛ガラスとし
ては、例えば、酸化鉛含有率１０〜５０重量％の非結晶
質または結晶性の有鉛ガラスが好適に用いられる。ま
た、有鉛ガラスは、無鉛ガラス層に対して直接重ねて用
いても良いし、両者間に粉末充填層等の熱応力緩衝層を
介して重ねても良い。そして、両者を直接重ねるとき
は、両者の熱膨張率の差を、約３×１０^-6／℃以内に調
節するのが好ましい。有鉛ガラスは封止用であるため、
有鉛ガラスが充填される金属製ハウジングとの間の熱膨
張率の差は約２×１０^-6／℃以内に調節する必要があ
る。有鉛ガラスの熱膨張率の調整は、有鉛ガラスに例え
ばＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスを用いる場合を
例に示せば、そのＢ2 Ｏ3 成分量やＳｉＯ2 成分量を調
節することによって、容易に行うことができる。

【０００６】

【発明の作用】上記構成よりなるガスセンサは、Ｐｔリ
ードが無鉛ガラスによって覆われて固定されるため、Ｐ
ｔリードが鉛アタックを受けることが無い。このため、
Ｐｔリードが、高温下でも鉛アタックによって断線する
ことが無い。また、無鉛ガラスに重ねて、金属製のハウ
ジングや外部リードと熱膨張率が近い有鉛ガラスによっ
てハウジング内を封止するため、ガスセンサに温度変化
が加わっても、ハウジング内が気密に保持され、ガスが
ハウジングの内部を通って外部へ洩れることが防がれ
る。

【０００７】

【発明の効果】本発明のガスセンサは、上記の作用で示
したように、金属製のハウジング内を封止ガラスによっ
て封止するものであるが、Ｐｔリードが鉛アタックによ
り断線する恐れがなく、しかもセンサ素子板の支持強度
が高く、コストも低く抑えることができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明のガスセンサを、図に示す一実
施例に基づき説明する。〔実施例の構成〕図１は本発明の実施例を示すガスセン
サの断面図である。本実施例のガスセンサ１は、自動車
の排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサで、ガ
スセンサ１のハウジング２が排気管（図示しない）に装
着されることにより、先端側が排気ガス通路に晒され、
後端側が排気管の外部に配置される。ガスセンサ１は、
大別すると、ハウジング２、Ｐｔリード付きのセラミッ
ク質のセンサ素子板３、外部リード１５、滑石４、およ
び封止ガラス５からなる。

【０００９】金属製のハウジング２は、排気管に取り付
けられる主体金具６と、この主体金具６の後端に内筒溶
接され、内部に封止ガラス５が封入されるシール用の内
筒７（ここでは、内径約８ｍｍ、肉厚約０．３〜０．５
ｍｍ）と、上記内筒７に対して同一の軸心上で、かつ隙
間を介して外側から嵌められるとともに、内筒７と同様
に主体金具６の後端に円筒溶接された外筒８とからな
る。主体金具６は、ステンレス製の筒体で、内部に粉末
充填材としての滑石４を介してセンサ素子板３を保持す
る。また、主体金具６の周囲には、排気管にねじ込まれ
るネジ部６ａと六角ボルト部６ｂとを備え、その先端に
は、ステンレス製の孔あきプロテクタ９が接合される。
このプロテクタ９は、内部に配されるセンサ素子板３の
ガス状態を検出する検出部を排気ガスの直撃から保護す
るためのものである。内筒７は、ステンレス製、好まし
くは熱膨張率が比較的小さいフェライト系のステンレス
製（ここでは熱膨張率約７×１０^-6／℃）で、外周に同
じくステンレス製の外筒８を備える２重構造にしてお
り、この内筒７の内部に封止ガラス５が封入される。そ
して、外筒８の後端側の内側には、シールゴム１０が挿
入され、リード線１１を保持するとともに、外筒８の後
端側がかしめられて、内筒７および外筒８内を気密に保
っている。

【００１０】本実施例に示すセンサ素子板３は、主体が
アルミナ等のセラミック質であり、外界との間の通気を
要しない閉鎖型のもので、先端部にガスの状態に応じて
電気特性が変化するチタニアなどの金属酸化物半導体を
担持したガス状態検出部１２を備える。また、センサ素
子板３内には、ガス状態検出部１２の出力を、外部へ導
くための素子電極（図示しない）が形成されている。ま
た、センサ素子板３には、素子電極に接続するととも
に、一端側がセンサ素子板３内に挿入固定され、他端側
がセンサ素子板３の長手方向外方へ突出するＰｔリード
１４が設けられている。

【００１１】滑石４は、センサ素子板３をハウジング２
内で保持する粉末充填材で、金属製パッキング１３によ
って係止、位置決めされたセンサ素子板３と主体金具６
との間に、センサ素子板３の端部がハウジング２内で露
出する程度に充填したものである。

【００１２】センサ素子板３は、ハウジング２への挿入
前に予めＰｔあるいはＰｔ合金（例えばＰｔ／Ｒｈ）よ
りなるＰｔリード１４と外部リード１５とが電気的に接
続された後にハウジング２内に収納される。各外部リー
ド１５はステンレス製の薄く長い板材で、封止ガラス５
によって絶縁保持される。なお、各外部リード１５は、
シールゴム１０内においてリード線１１と接続され、ガ
ス状態検出部１２の出力がＰｔリード１４、外部リード
１５を介して外部へ導かれる。

【００１３】封止ガラス５は、ハウジング２内にパッキ
ング１３、センサ素子板３、滑石４、外部リード１５を
配置した状態で、ハウジング２内に原料粉末の状態で充
填され、その後、軟化点温度または結晶化温度以上に加
熱処理され、センサ素子板３、滑石４、外部リード１５
をハウジング２内に封止して、ハウジング２内からガス
が外部へ洩れるのを防ぐとともに、それらをハウジング
２内に固定するもので、先にハウジング２内に設けられ
てＰｔリード１４を完全に覆うＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｓｉ
Ｏ2 系の結晶化無鉛ガラス１６（熱処理温度約８５０
℃、熱膨張率約５×１０^-6／℃）と、その無鉛ガラス１
６に直接重ねて設けられ、内筒７の内部を完全にシール
するＢ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −ＰｂＯ系の有鉛ガラス１７
（軟化点温度約７００℃、熱膨張率６〜７×１０^-6／
℃）との２重構造を備える。なお、有鉛ガラス１７は、
各外部リード１５間を１ＭΩ以上の絶縁状態で気密的に
保持でき、さらに使用条件によって軟化しない材料が選
ばれている。なお、無鉛ガラス１６は、十分な高温絶縁
抵抗を備え、Ｐｔリード１４間を絶縁する。

【００１４】〔実施例の効果〕有鉛ガラス１７よりも先
に無鉛ガラス１６をハウジング２内に封入するが、無鉛
ガラス１６に有鉛ガラス１７の軟化点よりも融点の高い
ガラスを使用することにより、後から入れられる有鉛ガ
ラス１７によるシール作業を容易に行うことができる。
本実施例のガスセンサ１は、金属製のハウジング２内を
封止ガラス５によって封止固定するものであるが、Ｐｔ
リード１４は無鉛ガラス１６に接触するため、Ｐｔリー
ド１４は鉛アタックによる断線が無い。また、センサ素
子板３は滑石４を用いて支持したことにより支持強度が
高く、車両の振動を受けてもセンサ素子板３を破損する
ことなく保持でき、かつ制作が容易なため製造コストを
低くおさえることができる。

【００１５】〔変形例〕上記の実施例では、ガスセンサ
を自動車の空燃比センサに使用した例を示したが、暖房
装置やボイラーなどに使用される燃焼装置のガス状態を
検出したり、各種製造装置に使用されるガス（気体）の
状態を検出するなど、他のガスセンサに本発明を適用し
ても良い。粉末充填材に滑石を用いた例を示したが、滑
石内にガラス等のセラミック粉末を混入させたものも好
適に用いられる。閉鎖型のセンサ素子板として、金属酸
化物半導体素子をアルミナ板の先端に担持させたアルミ
ナ質の板を例示したが、閉鎖型であれば酸素イオン伝導
性固体電解質からなる電気化学的センサ部を先端のガス
状態検出部に使用したジルコニア質のセンサ素子板であ
っても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスセンサの断面図である。

【符号の説明】

１ガスセンサ２ハウジング３センサ素子板４滑石５封止ガラス１４Ｐｔリード１５外部リード１６無鉛ガラス１７有鉛ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側にガス状態検出部、他端側に一部
分が埋設固定されて残部が外方に突出するＰｔリード、
および前記ガス状態検出部と前記Ｐｔリードを電気的に
接続する素子電極を備えたセラミック質のセンサ素子板
と、前記Ｐｔリードと電気的に接続される金属製の外部リー
ドと、金属製ハウジングと、前記センサ素子板を前記ハウジング内に保持する粉末充
填材と、前記ハウジング内に前記センサ素子板および前記粉末充
填材に重ね、かつ前記Ｐｔリードを覆って、前記センサ
素子板および前記粉末充填材を前記ハウジング内に封止
固定する封止ガラスとを備えるガスセンサにおいて、前記封止ガラスは、前記Ｐｔリードと接触する部分に無
鉛ガラスを使用し、この無鉛ガラスに重ねて有鉛ガラス
を使用した２重構造を備えることを特徴とするガスセン
サ。