JPH0566552U - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の排気管等に取り付けられるガス検
出装置において、検出素子を備えたガス検出器を取付部
材から大きく突出させることなく、しかもヒータの通電
電流を大きくすることなく、検出素子の温度を一定に保
つことができるようにする。 【構成】 検出素子１１を備えると共に、検出素子１１
から検出信号を取り出すための電極パターン及び検出素
子１１を加熱して活性化させる発熱抵抗体パターンを内
蔵したガス検出器１０を、スペーサ１５を介して、主体
金具１２の内部中央に位置決め固定することにより、ガ
ス検出器１０のスペーサ１５より検出素子１１側の壁面
と主体金具１２の内部壁面との間に、間隙Ｓを形成す
る。この結果、ヒータ熱が主体金具１２を介して主体金
具１２が取り付けられる排気管に逃げる、所謂熱引きが
発生するのを防止でき、上記目的を達成できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の排気管等、被測定ガスが流れる流路の壁面に取り付けら れて、該流路を流れる被測定ガス中の所定のガス成分を検出するガス検出装置に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、この種のガス検出装置は、例えば特開昭５４−１５１４９８号公報 等に開示されているように、端部に酸化物半導体等からなる検出素子を備えると 共に、この検出素子から検出信号を取り出すための信号線を内蔵したガス検出器 と、検出素子を被測定ガス中に配設するためにガス検出器を排気管等の被測定ガ スが流れる流路の壁面に固定する取付部材とにより構成されている。

【０００３】 また取付部材は、ガス検出器を把持して検出素子を被測定ガス中に配設するだ けでなく、被測定ガスが排気管等から外部に漏れ出るのを防止する必要があるた め、中空の筒状に形成され、その外壁には、排気管等に形成された取付孔に固定 するための螺子部やガスケット等が設けられている。

【０００４】 またガス検出器としては、検出素子を活性化させるために、検出素子を加熱す るヒータを内蔵したものも知られている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところでこうした従来のガス検出装置においては、ガス検出器を取付部材にそ のまま固定するようにされていたため、検出素子の温度が、排気管等、当該ガス 検出装置が取り付けられる被測定ガス流路の壁面からの温度に影響され易く、上 記のように検出素子を活性化させるためにヒータを設けても、そのヒータの熱が 、取付部材を介して、被測定ガス流路の壁面に伝達される、所謂熱引きが生じる といった問題があった。

【０００６】 そこで従来では、こうした熱引きの問題を避けるために、取付部材からガス検 出器を大きく突出させ、その先端部分に検出素子及びヒータを設けることにより 、これら各部を、取付部材，延いては排気管等の被測定ガス流路の壁面から離す ようにしている。しかし、このようにガス検出器の突出量を大きくすると、ガス 検出器が被測定ガスの流路に大きく突出されることとなるので、今度は検出素子 が被測定ガスの温度に影響され易くなり、例えば内燃機関の始動直後等、被測定 ガスの温度が変化する条件下で良好な検出特性が得られなくなるといった問題が あった。

【０００７】 なお、ヒータの発熱量を大きくすれば、熱引きに影響されることなく検出素子 の温度を一定に保つことができるが、このような対策では、ヒータの通電電流を 大きくしなければならず、その電流経路の耐久性が低下するといった問題がある 。

【０００８】 本考案は、こうした問題に鑑みなされたもので、ガス検出器を取付部材から大 きく突出させることなく、しかもヒータの通電電流を大きくすることなく、検出 素子の温度を一定に保つことのできるガス検出装置を提供することを目的として いる。

【０００９】

【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なされた本考案は、 被測定ガス中の所定のガス成分を検出する検出素子を備えると共に、該検出素 子から検出信号を取り出すための信号線及び該検出素子を加熱するためのヒータ を内蔵したガス検出器と、 被測定ガスが流れる流路の壁面に形成された取付孔に装着可能に形成され、上 記ガス検出器を把持して上記検出素子を被測定ガス中に配設する、中空筒状の取 付部材と、 を備え、上記ガス検出器を、上記ガス検出器を挿通・固定可能に形成されたス ペーサを介して、上記取付部材の内部中央に固定することにより、上記ガス検出 器の上記スペーサより検出素子側の壁面と上記取付部材の内部壁面との間に間隙 を形成してなることを特徴としている。

【００１０】

【作用及び考案の効果】

このように本考案のガス検出装置においては、ガス検出器をスペーサを介して 取付部材の内部中央に固定することにより、ガス検出器のスペーサより検出素子 側の壁面と取付部材の内部壁面との間に間隙を形成している。

【００１１】 このため、従来のガス検出装置に比べて、ガス検出器と取付部材との接合面積 が少なくなり、ヒータ熱の熱引きを抑制できる。また、熱引きの影響を避けるた めにガス検出器の取付部材からの突出量を大きくする必要がないため、被測定ガ スの温度の影響を受けることなく、安定した検出特性を得ることができる。また 熱引きの影響を避けるために、ヒータの発熱量を大きくする必要もないので、ヒ ータへの通電電流を小さくして、その電流経路の耐久性を向上することもできる 。

【００１２】

【実施例】

以下に本考案の実施例を図面と共に説明する。 まず図１は、内燃機関の排気管に取り付けられて排気中の酸素濃度を検出する 実施例のガス検出装置の全体構成を表す一部破断側面図である。

【００１３】 図１において、１０は、セラミック基板上に検出素子１１を備え、酸素濃度を 検出するためのガス検出器、１２は、ガス検出器１０を把持すると共に、ガス検 出器１０を内燃機関の排気管に取り付けるために、筒状に形成された取付部材と しての主体金具、１３は、主体金具１２の排気側先端部１２ａに取り付けられ、 ガス検出器１０を保護するためのプロテクタ、１４は、主体金具１２と共にガス 検出器１０を把持するための内筒である。ガス検出器１０は、スペーサ１５を介 して主体金具１２の内部中央に位置決め固定され、更にスペーサ１５より端末側 で、充填粉末１６及びガラスシール１７を介して、主体金具１２及び内筒１４に しっかりと把持されている。また主体金具１２の外周には、内燃機関の排気管取 付用のねじ部１２ｂが刻設されており、内燃機関壁面当接部分には排気が漏れな いようガスケット１８が設けられている。

【００１４】 ここで充填粉末１６は、滑石及びガラスの１：１の混合粉末からなり、ガス検 出器１０を主体金具１２及び内筒１４内に固定するためのものであり、ガラスシ ール１７は、低融点ガラスからなり、排気の漏れを防止すると共にガス検出器１ ０の端子を保護するためのものである。

【００１５】 次に、１９は内筒１４を覆うように主体金具１２に取りつけられる外筒、２０ はシリコンゴムからなるシール材である。なおシール材２０は、リード線２１〜 ２３と、図２に示すガラスシール１７より突出されたガス検出器１０からの端子 ３１〜３３との接続部を絶縁保護するためのものである。

【００１６】 また、このリード線２１〜２３と端子３１〜３３との接続は、図３に示す如く 、予め外筒１９内にシール材２０及びリード線２１〜２３を納めると共に、各リ ード線２１〜２３の先端に加締金具２４〜２６を接続し、その後加締金具２４〜 ２６を端子３１〜３３と加締接続することによって行なわれる。

【００１７】 次に、本実施例のガス検出器１０は、図４〜図９に示す手順に従って作製され る。なお、図４〜図９において、（イ）は本ガス検出器１０の組立て工程におけ る正面図、（ロ）はそのＡ−Ａ線断面図を夫々示している。 またこの図４〜図９はガス検出器１０の製造工程を説明するためのものである ことから、解り易くするために各部の寸法は図１に示すガス検出器と対応させて おらず、後述の図１０及び図１１についても同様である。

【００１８】 ここで上記図４〜図９の各図において、４０〜４３は平均粒径１．５μｍのＡ ｌ2 Ｏ3 ９２重量％、ＳｉＯ2 ４重量％、ＣａＯ2 重量％及びＭｇＯ２重量％か らなる混合粉末１００重量部に対してブチラール樹脂１２重量部及びジブチルフ タレート（ＤＢＰ）６重量部を添加し、有機溶剤中で混合してスラリーとし、ド クタープレートを用いて形成されたグリーンシートであり、グリーンシート４０ は厚さ１mm、グリーンシート４１は厚さ０．２mm、グリーンシート４２及び４３ は厚さ０．８mmに予め作成されたものである。

【００１９】 また４４〜４９はＰｔに対し７％のＡｌ2 Ｏ3 を添加した白金ペーストで厚膜 印刷したパータンであって、４４及び４５は検出素子１１の電極となる電極パタ ーン、４６は検出素子１１を加熱するためのヒータとなる発熱抵抗体パターン、 ４７〜４９は発熱抵抗体パターン４６や検出素子１１に電源を印加あるいは検出 信号を抽出するための電極パターンである。

【００２０】 本ガス検出器１０の製造は、第１の製造工程を表す図４に示す如く、まずグリ ーンシート４０上に上記４４〜４９の各パターンを白金ペーストで厚膜印刷する ことにより始められ、次いで第２の製造工程を表す図５に示す如く、電極パター ン４７〜４９上に直径０．２mmの白金リード線５１〜５３が夫々配設されている 。

【００２１】 次に第３の製造工程を表す図６に示す如く、グリーンシート４１には電極パタ ーン４４及び４５の先端部が露出するよう打ち抜きによって開口５５が形成され 、電極パターン４４及び４５の先端部を除く全てのパターンを覆うべく、グリー ンシート４０上にグリーンシート４１が積層熱圧着される。

【００２２】 続いて第４の製造工程を表す図７に示す如く、上記作成された積層体のグリー ンシート４１上にグリーンシート４２が積層熱圧着され、更に第５の製造工程を 表す図８に示す如く、グリーンシート４２上にグリーンシート４３が階段状に積 層熱圧着される。

【００２３】 このようにして、白金リード線５１〜５３の一部が突出され、電極パターン４ ４及び４５の先端部が露出された階段状の積層板が作成されると、今後はこの積 層板を１５００℃の大気中に２時間放置することによって、第１のセラミック層 と第２のセラミック層が積層されたセラミック基板が焼成される。

【００２４】 その後、最終製造工程を表す図９に示す如く、上記焼成されたセラミック基板 の開口５５に検出素子１１を設けることとなるのであるが、この検出素子１１は 平均粒径１．２μｍのＴi Ｏ2 粉末１００モル部に対し、モル部の白金ブラック を添加し、更に全粉末に対して３重量％のエチルセルロースを添加しブチルカル ビトール（２−（２−ブトキシエトキシ）エタノールの商品名）中で混合し３０ ０ポイズに粘度調整したＴi Ｏ2 ペーストを、開口５５を充塞しかつ電極パター ン４４及び４５の先端に被着するよう厚膜印刷した後、１２００℃の大気中に１ 時間放置して焼き付けることによって形成される。なお、この検出素子１１の基 板からの突出部分は前記積層焼結されたグリーンシート４２より薄くされており ０．３mm以下となっている。

【００２５】 このようにして作製されたガス検出器１０の外部に突出された白金リード線５ １〜５３と、端子３１〜３３との接続は、図１０に示す如く、厚さ０．３mmのニ ッケル板にエッチング加工によって一体形成された端子３１〜３３を、白金リー ド線５１〜５３に夫々配設し、溶接することによって行なわれる。

【００２６】 なお、この端子３１〜３３が一体形成されたニッケル板は、ガス検出器１０が スペーサ１５を介して主体金具１２の内部中央に位置決め固定され、その後ガス 検出器１０の基板の一部及び白金リード線５１〜５３と端子３１〜３３との接合 部分がガラスシール１７によって保護され、内筒１４内に固定された後、所定の 長さに切断される。また、図１０における（イ）はガス検出器１０の正面図、（ ロ）はその右側面図を示している。

【００２７】 また次に上記のように本実施例のガス検出器１０は、検出素子１１側基板面が 階段状に形成されているため、ガス検出器１０には、図１１に示すように、グリ ーンシート４２で形成されたセラミック層とグリーンシート４３で形成されたセ ラミック層との段差部分にスペーサ１５が固定され、この状態で主体金具１２の 内部中央に固定される。

【００２８】 なお、本実施例のガス検出装置においては、リード線２１及び２３間に加熱用 の電源を印加することによって発熱抵抗体パターン４６を加熱し、検出素子１１ を活性化させ、リード線２２及び２３間の抵抗値の変化を検出することによって 酸素濃度が検出できるようになる。

【００２９】 以上説明したように、本実施例のガス検出装置においては、端部に検出素子１ １を備えたガス検出器１０が、スペーサ１５を介して主体金具１２の内部中央に 位置決め固定されている。このため図１に示す如く、ガス検出器１０のスペーサ １５より検出素子１１側の壁面と主体金具１２の内部壁面との間には、間隙Ｓが 形成される。

【００３０】 従って、本実施例のガス検出装置によれば、従来のガス検出装置に比べて、ガ ス検出器と取付部材との接合面積が少なくなり、ヒータ熱の熱引きを抑制するこ とができる。 また、熱引きの影響を避けるためにガス検出器１０の主体金具１２からの突出 量を大きくする必要がないため、排気温度の影響を受けることなく、安定した検 出特性を得ることができる。また本実施例のガス検出装置には、ガス検出器１０ を保護するプロテクタ１３が主体金具１２に取り付けられているため、ガス検出 器１０の主体金具１２からの突出量を大きくすると、プロテクタ１３の突出量も 大きくなり、内燃機関の振動等によりプロテクタ１３が変形したり、その取付部 （図１に示す１２ａ部分）でのストレスが大きくなって、破損し易くなるが、本 実施例ではこうした問題も解決できる。

【００３１】 また熱引きの影響を避けるために、ヒータの発熱量を大きくする必要もないの で、ヒータを構成している発熱抵抗体パターン４６への通電電流を小さくするこ とができ、通電電流の増加に伴い発熱抵抗体パターン４６が断線するといったこ とも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のガス検出装置の全体構成を表す一部破
断側面図である。

【図２】実施例の内筒内に固定されたガス検出器の端子
部分を表す一部破断側面図である。

【図３】実施例のガス検出器の端子に接続されるリード
線の外筒取付構造を表わす一部破断側面図である。

【図４】実施例のガス検出器を製造する際の第１の製造
工程を表す説明図である。

【図５】実施例のガス検出器を製造する際の第２の製造
工程を表す説明図である。

【図６】実施例のガス検出器を製造する際の第３の製造
工程を表す説明図である。

【図７】実施例のガス検出器を製造する際の第４の製造
工程を表す説明図である。

【図８】実施例のガス検出器を製造する際の第５の製造
工程を表す説明図である。

【図９】実施例のガス検出器を製造する際の最終製造工
程を表す説明図である。

【図１０】実施例のガス検出器の端子の接続方法を説明
する説明図である。

【図１１】実施例のガス検出器にスペーサを固定した状
態を表す斜視図である。

【符号の説明】

１０…ガス検出器 １１…検出素子 １２…主体金
具 １５…スペーサ ４０、４１、４２、４３…グリーン
シート ４４，４５，４７，４８，４９…電極パターン ４６…発熱抵抗体パターン（ヒータ）

フロントページの続き (72)考案者 黒木 義昭 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガス中の所定のガス成分を検出す
   る検出素子を備えると共に、該検出素子から検出信号を
   取り出すための信号線及び該検出素子を加熱するための
   ヒータを内蔵したガス検出器と、 被測定ガスが流れる流路の壁面に形成された取付孔に装
   着可能に形成され、上記ガス検出器を把持して上記検出
   素子を被測定ガス中に配設する、中空筒状の取付部材
   と、 を備え、上記ガス検出器を、上記ガス検出器を挿通・固
   定可能に形成されたスペーサを介して、上記取付部材の
   内部中央に固定することにより、上記ガス検出器の上記
   スペーサより検出素子側の壁面と上記取付部材の内部壁
   面との間に間隙を形成してなることを特徴とするガス検
   出装置。