JPH11160274A - Gas sensor - Google Patents
Gas sensorInfo
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- JPH11160274A JPH11160274A JP9343680A JP34368097A JPH11160274A JP H11160274 A JPH11160274 A JP H11160274A JP 9343680 A JP9343680 A JP 9343680A JP 34368097 A JP34368097 A JP 34368097A JP H11160274 A JPH11160274 A JP H11160274A
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- metal shell
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- gas sensor
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサ、ＨＣ
センサ、ＮＯXセンサなど、測定対象となるガス中の被
検出成分を検出するためのガスセンサに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen sensor, an HC sensor,
Sensor, such as NO X sensor, it relates to a gas sensor for detecting a test substance in the measurement object gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、上述のようなガスセンサとし
て、外筒の内側に主体金具を配し、その外筒の内側に測
定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子を
配置するとともに、検出素子の外面と主体金具の内面と
の間をガラス等の封着材層で封着した構造を有するもの
が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas sensor as described above, a metal shell is disposed inside an outer cylinder, and a detection element for detecting a component to be detected in a gas to be measured is disposed inside the outer cylinder. In addition, there is known a structure having a structure in which a gap between an outer surface of a detection element and an inner surface of a metal shell is sealed with a sealing material layer such as glass.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】例えば自動車用の酸素
センサ等の場合、センサの取り付け位置はエキゾースト
マニホルドや車両の足周り部分に近い排気管等、高温
や、あるいは高温状態で水しぶき等がかかることによる
熱衝撃、さらには跳ね上がった小石等による機械的衝撃
など、厳しい環境にさらされる場所であることが多い。
そして、上記センサ構造の場合、検出素子と主体金具と
の間を封着する封着材層は上述のような熱衝撃や機械的
衝撃に弱く、従来はそれによる封着材層の破損等が問題
になることもあった。また、センサ製造時においても、
主体金具と外筒とを溶接により接合する場合の熱応力、
あるいはかしめ接合する際の機械的応力により封着材層
が損傷することもありうる。For example, in the case of an oxygen sensor for an automobile, the sensor may be attached to an exhaust manifold or an exhaust pipe close to a portion around a foot of the vehicle, for example, at a high temperature or at a high temperature. In many cases, the location is exposed to severe environments such as thermal shock due to thermal shock, and mechanical shock due to splashed pebbles.
In the case of the above sensor structure, the sealing material layer that seals between the detecting element and the metal shell is weak to the thermal shock and the mechanical shock as described above, and conventionally, the sealing material layer may be damaged. Sometimes it was a problem. Also, when manufacturing the sensor,
Thermal stress when the metal shell and outer cylinder are joined by welding,
Alternatively, the sealing material layer may be damaged by mechanical stress at the time of caulking.
【０００４】本発明の課題は、主体金具と検出素子との
間の封着材層が熱衝撃あるいは機械的衝撃の影響を受け
にくく、耐久性に優れたガスセンサを提供することにあ
る。[0004] It is an object of the present invention to provide a gas sensor excellent in durability, in which a sealing material layer between a metal shell and a detecting element is hardly affected by a thermal shock or a mechanical shock.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
ガスセンサは、外筒と、その外筒の内側に配置された主
体金具と、その主体金具の挿通孔において該主体金具の
内側に配置され、測定対象となるガス中の被検出成分を
検出する検出素子と、その検出素子の外面と挿通孔の内
面との間を封着する封着材層とを備え、上記課題を解決
するために、挿通孔の内面と外筒の内面との間に、封着
材層の周囲を取り囲む空隙部が、主体金具の一部を切り
欠く形態で形成されていることを特徴とする。A gas sensor according to the present invention comprises an outer cylinder, a metal shell disposed inside the outer cylinder, and a metal shell disposed inside the metal shell in an insertion hole of the metal shell. A detection element that detects a component to be detected in a gas to be measured, and a sealing material layer that seals between an outer surface of the detection element and an inner surface of the insertion hole is provided. Further, a gap surrounding the periphery of the sealing material layer is formed between the inner surface of the insertion hole and the inner surface of the outer cylinder in such a manner that a part of the metal shell is cut out.
【０００６】上記構成においては、主体金具の挿通孔の
内面と外筒の内面との間に空隙部を封着材層の周囲を取
り囲む形態で形成することで、例えば加熱状態において
水しぶきがかかった場合など、急激な温度変化等を受け
た場合でも該空隙部が断熱層の役割を果たし、その熱衝
撃の影響が封着材層に及びにくくなる。また、小石等の
異物の衝突による機械的撃力や熱衝撃による撃力等が作
用した場合、空隙部の外側壁部を形成する外筒ないし主
体金具部分が、自身の変形により衝撃を吸収する緩衝部
として作用しうるので、封着材層への影響を緩和するこ
とができる。これにより、外力あるいは熱衝撃による封
着材層の損傷を防止することができ、ひいてはガスセン
サの耐久性を向上させることができる。[0006] In the above configuration, a gap is formed between the inner surface of the insertion hole of the metallic shell and the inner surface of the outer cylinder so as to surround the periphery of the sealing material layer. In such a case, even when a sudden change in temperature or the like occurs, the void portion functions as a heat insulating layer, and the influence of the thermal shock hardly reaches the sealing material layer. In addition, when mechanical impact due to collision of foreign matter such as pebbles or impact due to thermal shock is applied, the outer cylinder or the metal shell forming the outer wall of the gap absorbs the impact due to its own deformation. Since it can function as a buffer, the influence on the sealing material layer can be reduced. Thereby, damage of the sealing material layer due to external force or thermal shock can be prevented, and the durability of the gas sensor can be improved.
【０００７】空隙部は、例えば主体金具の挿通孔の周方
向において連続的又は断続的な形態をなし、かつ主体金
具の肉厚方向中間部において挿通孔の形成方向に延びる
溝部とすることで、その断熱効果を一層顕著なものとす
ることができ、また主体金具の溝部外側に位置する薄肉
部分が前述の緩衝部の役割を果たすので、衝撃吸収作用
も向上する。[0007] The cavity is formed, for example, as a continuous or intermittent form in the circumferential direction of the insertion hole of the metal shell, and as a groove extending in the formation direction of the insertion hole at a middle portion in the thickness direction of the metal shell. The heat insulating effect can be made more remarkable, and the thin portion located outside the groove portion of the metal shell plays the role of the above-mentioned buffer portion, so that the shock absorbing effect is also improved.
【０００８】検出素子は、先端部に検出部が形成された
長尺形態とすることができる。この場合、その検出部を
突出させる形で主体金具の挿通孔内に挿通される。そし
て、溝部は、主体金具の検出部が突出しているのとは反
対側の端面に開口する有底形状をなすものとして形成で
きる。溝部をこのような形態とすることにより、例えば
主体金具端面側からの冷間鍛造、あるいは金属射出成形
法の場合はコア配置により、該形状の溝部を有する主体
金具を比較的効率よく製造することができる。[0008] The detecting element may be in the form of an elongated member having a detecting portion formed at the tip. In this case, the detection portion is inserted into the insertion hole of the metal shell so as to protrude. The groove can be formed as a bottomed shape that opens on the end face opposite to the side where the detection portion of the metal shell projects. By forming the groove portion in such a form, for example, in the case of cold forging from the end face side of the metal shell, or in the case of metal injection molding, by core arrangement, it is possible to relatively efficiently manufacture a metal shell having the groove portion of this shape. Can be.
【０００９】外筒は、主体金具に対し周方向に環状に形
成された溶接部により結合することができる。この場
合、上記有底の溝部は、その底面が検出素子の軸線方向
において溶接部よりも検出部側に位置するように形成す
ることで、溶接部と封着材層との間に空隙部としての溝
部を介在させることができる。これにより、ガスセンサ
の製造工程において溶接による熱衝撃等が封着材層に及
びにくくなり、ひいては封着材層の欠陥発生率が減少し
てその製造歩留まりを向上させることができる。The outer cylinder can be joined to the metal shell by a weld formed in a circumferential direction in an annular shape. In this case, the bottomed groove portion is formed such that the bottom surface thereof is located closer to the detection portion than the weld portion in the axial direction of the detection element, so that a gap portion is formed between the weld portion and the sealing material layer. Can be interposed. This makes it difficult for thermal shock or the like due to welding to reach the sealing material layer in the manufacturing process of the gas sensor, thereby reducing the defect occurrence rate of the sealing material layer and improving the manufacturing yield.
【００１０】また、主体金具には、所定の取付部への取
り付け操作を行なうための操作部（例えば六角断面形状
のもの）を、挿通孔の軸線方向においてその中間部に所
定幅で、かつ外周面から突出する形態で形成することが
できる。この場合、上記溝部の底面は、検出素子の軸線
方向において操作部の該溝部開口側の端縁よりも、検出
素子の先端側に位置するものとすることができる。すな
わち、主体金具においては、操作部の形成されない肉薄
部分において、熱衝撃あるいは機械的衝撃の封着材層へ
の影響が特に生じやすい。しかしながら、上記構成によ
れば、主体金具に形成される溝部は、挿通孔の軸線方向
においてその底面位置が操作部の幅内に入り込むように
形成される、すなわち主体金具におけるその開口端面側
において上記肉薄部分の全長に渡るように形成されるの
で、該肉薄部分において封着材層への熱衝撃あるいは機
械的衝撃等の影響を効果的に防止ないし抑制することが
できる。The metal shell has an operating portion (for example, having a hexagonal cross section) for performing an attaching operation to a predetermined attaching portion, having a predetermined width and an outer peripheral portion at an intermediate portion thereof in the axial direction of the insertion hole. It can be formed in a form protruding from the surface. In this case, the bottom surface of the groove may be located closer to the distal end of the detection element than the edge of the operation unit on the groove opening side in the axial direction of the detection element. That is, in the metal shell, a thermal shock or a mechanical shock particularly easily affects the sealing material layer in a thin portion where the operation portion is not formed. However, according to the above configuration, the groove formed in the metal shell is formed such that the bottom surface position enters the width of the operation portion in the axial direction of the insertion hole, that is, the groove is formed on the opening end surface side of the metal shell. Since it is formed so as to extend over the entire length of the thin portion, it is possible to effectively prevent or suppress the influence of a thermal shock or a mechanical shock on the sealing material layer in the thin portion.
【００１１】また、上記溝部の底面は、検出素子の軸線
方向において封着材層の対応する端面よりも先端側に位
置するように構成することができる。こうすれば、検出
素子の軸線方向において溝部が封着材層の全長に渡って
形成されるので、封着材層への熱衝撃あるいは機械的衝
撃等の影響を、さらに効果的に防止ないし抑制すること
ができる。[0011] Further, the bottom surface of the groove may be configured so as to be located on the distal end side of the corresponding end surface of the sealing material layer in the axial direction of the detection element. In this case, since the groove is formed over the entire length of the sealing material layer in the axial direction of the detection element, the influence of a thermal shock or a mechanical shock on the sealing material layer is more effectively prevented or suppressed. can do.
【００１２】また、本発明のガスセンサは、次のような
構成とすることも可能である。すなわち、主体金具の、
検出部の突出側とは反対の端部を外筒の端部内側に挿入
し、該外筒との重なり部においてその外周面に、周方向
に連続的又は断続的に形成され、かつ挿通孔の軸方向に
おいてその重なり部の中間位置まで延びる凹部又は切欠
部を設ける。そして、外筒の内面と凹部又は切欠部の内
面とによって形成される空間を前述の空隙部とし、それ
ら主体金具と外筒とを、上記重なり部において凹部又は
切欠部と干渉しない位置において、それらの周方向に沿
って形成される溶接部又はかしめ部等の環状に接合部に
よって接合する。この構成では、前述の溝部に代えて、
主体金具の外周面に開放する凹部又は切欠部を設け、そ
の開放側を外筒により覆って空隙部を形成するようにし
たから、外周面に主体金具の肉厚が比較的小さく（例え
ば１ｍｍ以下）、その肉厚方向中間部に前述の溝部を形
成しにくい場合でも、有効な空隙部を簡単に形成するこ
とができる。また、外筒と主体金具との接合部は、上記
凹部又は切欠部と緩衝しない位置に形成されるので、両
者の間の液密性も十分に確保できる。Further, the gas sensor of the present invention can have the following configuration. That is, of the metal shell,
An end opposite to the protruding side of the detecting portion is inserted inside the end of the outer cylinder, and is formed continuously or intermittently in a circumferential direction on an outer peripheral surface of an overlapping portion with the outer cylinder, and an insertion hole. A concave portion or notch extending to an intermediate position of the overlapping portion in the axial direction of. And the space formed by the inner surface of the outer cylinder and the inner surface of the concave portion or the notch portion is the above-mentioned gap portion, and the metal shell and the outer cylinder are located at a position where they do not interfere with the concave portion or the notch portion in the overlapping portion. Are joined by a joining portion in an annular shape such as a welded portion or a caulked portion formed along the circumferential direction. In this configuration, instead of the above-described groove,
Since a concave portion or a cutout portion is provided on the outer peripheral surface of the metal shell and the opening side is covered with an outer cylinder to form a gap, the thickness of the metal shell is relatively small on the outer peripheral surface (for example, 1 mm or less). ), Even when it is difficult to form the above-mentioned groove in the middle part in the thickness direction, an effective void can be easily formed. In addition, since the joint between the outer cylinder and the metal shell is formed at a position that does not buffer the concave portion or the notch, the liquid tightness between the two can be sufficiently ensured.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照して説明する。図１には、この発
明のガスセンサの一実施例として、自動車等の排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示している。こ
の酸素センサ１は通称λセンサあるいはＯ2センサと呼
ばれるもので、長尺のセラミック素子２（検出素子）を
備え、その先端側が排気管内を流れる高温の排気ガスに
晒される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows an oxygen sensor 1 for detecting the concentration of oxygen in exhaust gas of an automobile or the like as an embodiment of the gas sensor of the present invention. The oxygen sensor 1 is a so-called λ sensor or O 2 sensor, and has a long ceramic element 2 (detection element), and its tip end is exposed to high-temperature exhaust gas flowing in the exhaust pipe.
【００１４】セラミック素子２は方形状断面を有して細
長い板状の外形を有し、図２（ａ）に示すように、それ
ぞれ横長板状に形成された酸素濃淡電池素子２１と、該
酸素濃淡電池素子２１を所定の活性化温度に加熱するヒ
ータ２２とが積層されたものとして構成されている。酸
素濃淡電池素子２１は、酸素イオン伝導性を有する固体
電解質により構成されている。そのような固体電解質と
しては、Ｙ2Ｏ3ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ2が代
表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属ない
し希土類金属の酸化物とＺｒＯ2との固溶体を使用して
もよい。また、ベースとなるＺｒＯ2にはＨｆＯ2が含有
されていてもよい。一方、ヒータ２２は、高融点金属あ
るいは導電性セラミックで構成された抵抗発熱体パター
ン２３をセラミック基体中に埋設した公知のセラミック
ヒータで構成されている。The ceramic element 2 has a rectangular cross section and an elongated plate-like outer shape. As shown in FIG. 2 (a), the oxygen concentration cell element 21 is formed in a horizontally long plate shape. A heater 22 for heating the concentration cell element 21 to a predetermined activation temperature is stacked. The oxygen concentration cell element 21 is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. A typical example of such a solid electrolyte is ZrO 2 in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved, but a solid solution of an oxide of an alkaline earth metal or a rare earth metal and ZrO 2 is used. May be used. Further, ZfO 2 serving as a base may contain HfO 2 . On the other hand, the heater 22 is a known ceramic heater in which a resistance heating element pattern 23 made of a high melting point metal or conductive ceramic is embedded in a ceramic base.
【００１５】酸素濃淡電池素子２１には、その長手方向
における一方の端部（主体金具３の先端より突出する部
分）寄りにおいてその両面に、酸素分子解離能を有した
多孔質電極２５，２６が形成されており、それら電極２
５，２６及びそれらの間に挟まれる固体電解質部分とが
検出部Ｄを形成することとなる。The oxygen concentration cell element 21 has porous electrodes 25 and 26 having oxygen molecule dissociation ability on both sides near one end (a part protruding from the tip of the metal shell 3) in the longitudinal direction. Electrodes 2
5, 26 and the solid electrolyte portion sandwiched therebetween form the detection portion D.
【００１６】各多孔質電極２５，２６からは、該酸素濃
淡電池素子２１の長手方向に沿って酸素センサ１の取付
基端側に向けて延びる電極リード部２５ａ，２６ａがそ
れぞれ一体に形成されている。このうち、ヒータ２２と
対向しない側の電極２５からの電極リード部２５ａは、
その末端が電極端子部７として使用される。一方、ヒー
タ２２に対向する側の電極２６の電極リード部２６ａ
は、図２（ｃ）に示すように、酸素濃淡電池素子２１を
厚さ方向に横切るビア２６ｂにより反対側の素子面に形
成された電極端子部７と接続されている。すなわち、酸
素濃淡電池素子２１は、両多孔質電極２５，２６の電極
端子部７が電極２５側の板面末端に並んで形成される形
となっている。上記各電極、電極端子部及びビアは、Ｐ
ｔ又はＰｔ合金など、酸素分子解離反応の触媒活性を有
した金属粉末のペーストを用いてスクリーン印刷等によ
りパターン形成し、これを焼成することにより得られる
ものである。From the porous electrodes 25 and 26, electrode leads 25a and 26a extending toward the base end of the oxygen sensor 1 along the longitudinal direction of the oxygen concentration cell element 21 are formed integrally. I have. Among them, the electrode lead portion 25a from the electrode 25 on the side not facing the heater 22 is
The end is used as the electrode terminal portion 7. On the other hand, the electrode lead portion 26a of the electrode 26 on the side facing the heater 22
As shown in FIG. 2 (c), is connected to the electrode terminal portion 7 formed on the opposite element surface by a via 26b crossing the oxygen concentration cell element 21 in the thickness direction. That is, the oxygen concentration cell element 21 has a shape in which the electrode terminal portions 7 of the porous electrodes 25 and 26 are formed side by side at the end of the plate surface on the electrode 25 side. Each of the above electrodes, electrode terminal portions and vias is P
It is obtained by forming a pattern by screen printing or the like using a paste of a metal powder having a catalytic activity of an oxygen molecule dissociation reaction such as a t or Pt alloy and firing the paste.
【００１７】一方、ヒータ２２の抵抗発熱体パターン２
３に通電するためのリード部２３ａ，２３ｂも、図２
（ｄ）に示すように、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２
１と対向しない側の板面末端に形成された電極端子部
７，７に、それぞれビア２３ｂを介して接続されてい
る。On the other hand, the resistance heating element pattern 2 of the heater 22
2 are also provided with lead portions 23a and 23b for energizing
As shown in (d), the oxygen concentration cell element 2 of the heater 22
Electrode terminal portions 7, 7 formed at the end of the plate surface on the side not facing 1 are connected via vias 23b, respectively.
【００１８】図２（ｂ）に示すように、酸素濃淡電池素
子２１とヒータ２２とはガラス層２７を介して互いに接
合される。そして、その接合側の多孔質電極２６には、
電極リード部２６ａ（これも多孔質である）のセラミッ
ク素子２の端面への露出部分から、該電極リード部２６
ａを経て大気が導入され、酸素基準電極として機能する
こととなる。一方、反対側の多孔質電極２５は排気ガス
と接触する検出側電極となる。As shown in FIG. 2B, the oxygen concentration cell element 21 and the heater 22 are joined to each other via a glass layer 27. Then, the porous electrode 26 on the joining side includes:
The electrode lead portion 26a (which is also porous) is exposed from the end face of the ceramic element 2 to the electrode lead portion 26a.
The atmosphere is introduced through a, and functions as an oxygen reference electrode. On the other hand, the porous electrode 25 on the opposite side becomes a detection-side electrode that comes into contact with the exhaust gas.
【００１９】このようなセラミック素子２が、図１に示
すように、主体金具３に形成された挿通孔３１に挿通さ
れるとともに、挿通孔３１の内面とセラミック素子２の
外面との間には両者の間を気密状態に封着するガラス等
の封着材層３２が形成される。そして、セラミック素子
２は、上記封着材層３２や外筒金具５等により、先端の
検出部Ｄが、排気管に固定される主体金具３の先端より
突出した状態で該主体金具３内に固定される。主体金具
３の先端外周には、セラミック素子２の突出部分を覆う
金属製のプロテクトカバー６がレーザー溶接あるいは抵
抗溶接（例えばスポット溶接）等によって固着されてい
る。このカバー６は、キャップ状を呈するもので、その
先端や周囲に、排気管内を流れる高温の排気ガスをカバ
ー６内に導く開口６ａが形成されている。As shown in FIG. 1, such a ceramic element 2 is inserted into an insertion hole 31 formed in the metal shell 3, and a gap is formed between the inner surface of the insertion hole 31 and the outer surface of the ceramic element 2. A sealing material layer 32 made of glass or the like is formed to seal the airtight state therebetween. The ceramic element 2 is inserted into the metallic shell 3 by the sealing material layer 32 and the outer metallic shell 5 in such a state that the detecting portion D at the distal end projects from the distal end of the metallic shell 3 fixed to the exhaust pipe. Fixed. A metal protect cover 6 that covers the protruding portion of the ceramic element 2 is fixed to the outer periphery of the distal end of the metal shell 3 by laser welding, resistance welding (for example, spot welding), or the like. The cover 6 has a cap shape, and has an opening 6a formed at a tip end and a periphery thereof for guiding high-temperature exhaust gas flowing through the exhaust pipe into the cover 6.
【００２０】また、挿通孔３１の内面と外筒１８の内面
との間には、封着材層３２の周囲を取り囲む空隙部３３
が、主体金具３の一部を切り欠く形態で形成されてい
る。上記空隙部３３は、主体金具３の挿通孔３１の周方
向に形成された環状形態をなし、かつ主体金具３の肉厚
方向中間部において挿通孔３１の形成方向に延びる溝部
とされている（以下、溝部３３という）。主体金具３の
後端部は外筒１８の先端部内側に挿入され、その重なり
部において周方向に環状に形成された結合部としての溶
接部（例えばレーザー溶接部）３５により互いに気密状
態で接合されている。なお、結合部として、溶接部３５
の代わりに環状のかしめ部を形成してもよい。A gap 33 surrounding the periphery of the sealing material layer 32 is provided between the inner surface of the insertion hole 31 and the inner surface of the outer cylinder 18.
However, it is formed in a form in which a part of the metal shell 3 is cut out. The gap 33 has an annular shape formed in the circumferential direction of the insertion hole 31 of the metal shell 3, and is a groove extending in the forming direction of the insertion hole 31 at a middle portion in the thickness direction of the metal shell 3 ( Hereinafter, the groove portion 33). The rear end portion of the metal shell 3 is inserted inside the front end portion of the outer cylinder 18, and is joined to each other in an airtight manner by a welded portion (for example, a laser welded portion) 35 which is formed in a circular shape in the circumferential direction at the overlapping portion. Have been. In addition, the welding part 35 is used as the coupling part.
Alternatively, an annular caulked portion may be formed.
【００２１】主体金具３はねじ部３ａにおいて、図示し
ない車両の排気管（取付部）にシール部材３ｂを介して
取り付けられるが、その取り付け操作を行なうための六
角断面形状の操作部３ｄが、挿通孔３１の軸線方向にお
いてその中間部に所定幅で、かつ外周面から突出する形
態で形成されている。そして、上記溝部３３の底面３３
ａは、セラミック素子２の軸線方向において操作部３ｄ
の該溝部開口側の端縁３ｅよりも先端側に延びて形成さ
れている。これにより溝部３３は、主体金具３の後端側
（溝部３３の開口端面側）の、外筒１８が接合される肉
薄部分３ｆの全長に渡るように形成されることとなる。
この場合、溝部３３の底面３３ａは、セラミック素子２
の軸線方向において溶接部３５よりも先端側に位置する
ものとなる。The metal shell 3 is attached to a vehicle exhaust pipe (mounting part) (not shown) via a sealing member 3b at a screw part 3a, and an operating part 3d having a hexagonal cross section for performing the mounting operation is inserted. The hole 31 has a predetermined width at an intermediate portion thereof in the axial direction and is formed to protrude from the outer peripheral surface. Then, the bottom surface 33 of the groove 33
a is an operation unit 3 d in the axial direction of the ceramic element 2.
Is formed so as to extend to the tip end side from the edge 3e on the groove opening side. As a result, the groove 33 is formed so as to extend over the entire length of the thin portion 3f to which the outer cylinder 18 is joined on the rear end side of the metal shell 3 (the opening end face side of the groove 33).
In this case, the bottom surface 33a of the groove 33 is
In the direction of the axis of FIG.
【００２２】上述のような溝部３３を有する主体金具３
は、例えば鍛造及び切削を主体とした機械加工を組み合
わせることにより製造することができる。図３は、その
工程の一例を示している。まず、図３（ａ）に示すよう
に、所定の素材を鍛造（冷間又は熱間）あるいは切削加
工することにより予備体４０を作る。予備体４０は、図
１の主体金具３の薄肉部３ｆ及び操作部３ｄとなるべき
薄肉部／操作部予定部４２、ねじ部３ａとなるべきねじ
部予定部４３、さらにプロテクトカバー装着部３ｈとな
るべきプロテクトカバー装着部予定部４４を備え、主体
金具３の概略の外形形状を有するものであるが、図１の
溝部３３、ねじ部３ａ、及び挿通孔３１が未形成状態で
ある。The metal shell 3 having the groove 33 as described above.
Can be manufactured by, for example, combining machining mainly including forging and cutting. FIG. 3 shows an example of the process. First, as shown in FIG. 3A, a preform 40 is made by forging (cold or hot) or cutting a predetermined material. The preparatory member 40 includes a thin portion 3f of the metal shell 3 of FIG. 1, a thin portion / operating portion scheduled portion 42 to be the operating portion 3d, a scheduled screw portion 43 to be the screw portion 3a, and a protection cover mounting portion 3h. It has a protection cover mounting portion scheduled portion 44 to be formed and has the general outer shape of the metal shell 3, but the groove portion 33, the screw portion 3a, and the insertion hole 31 in FIG. 1 are not formed.
【００２３】次に、図３（ｂ）に示すように、筒状の鍛
造パンチＰを用いて予備体４０に、その後方端面側から
軸線Ｏ方向に溝部３３を鍛造により形成し、その溝部３
３の外側において薄肉部／操作部予定部４２の周縁を切
削することにより、薄肉部３ｆを形成する。続いて、同
図（ｃ）に示すように、予備体４０の中央部軸線方向に
ドリルＫを用いて２段階の孔あけ加工を行なうことによ
り、段付きの挿通孔３１を穿設する。そして、薄肉部／
操作部予定部４２に所定の面取加工を施して操作部３ｄ
を形成し、ねじ部予定部４３にねじ切り加工を施してね
じ部３ａを形成することで、同図（ｄ）に示すように主
体金具３が完成する。Next, as shown in FIG. 3 (b), a groove 33 is formed by forging in the direction of the axis O from the rear end face side of the preform 40 using a cylindrical forging punch P.
The thin portion 3f is formed by cutting the periphery of the thin portion / predetermined operation portion 42 on the outside of 3. Subsequently, as shown in FIG. 3C, a two-stage drilling process is performed using a drill K in the axial direction of the central portion of the preliminary body 40, so that a stepped insertion hole 31 is formed. And thin part /
A predetermined chamfering process is performed on the operation section scheduled section 42 to perform the operation section 3d.
Is formed, and the threaded portion 43a is formed by subjecting the threaded portion 43 to threading, thereby completing the metal shell 3 as shown in FIG.
【００２４】一方、主体金具３は、以下に説明するよう
に、金属射出成形体を焼成することにより製造すること
もできる。まず、原料金属粉末と、ポリプロピレンや各
種ワックス類等の樹脂バインダとを混練し、これをペレ
ットないしフレーク状に成形したコンパウンドを用意す
る。一方、図４（ａ）に示すように射出成形用金型５０
としては、主体金具３の外形に対応した内面形状を有す
るキャビティ５１が形成された例えば２分割の成形型５
２，５２と、そのキャビティ５１に対し軸線方向に出入
り可能に設けられて、射出成形体に溝部３３（図１）と
なるべき空間部を形成するための溝部形成部５３ａと、
同じく挿通孔３１となるべき空間部を形成するための挿
通孔形成部５３ｂとが同心的に一体形成されたコア部材
５３とを備えたものを用いる。On the other hand, the metal shell 3 can be manufactured by firing a metal injection molded body as described below. First, a compound is prepared by kneading a raw metal powder and a resin binder such as polypropylene or various waxes and molding the mixture into pellets or flakes. On the other hand, as shown in FIG.
For example, a two-part mold 5 in which a cavity 51 having an inner surface shape corresponding to the outer shape of the metal shell 3 is formed.
2, 52, and a groove forming portion 53a which is provided so as to be able to move in and out of the cavity 51 in the axial direction and forms a space to be the groove 33 (FIG. 1) in the injection molded article.
Similarly, a core member 53 having a through hole forming portion 53b for forming a space to be the through hole 31 and a core member 53 concentrically and integrally formed is used.
【００２５】まず、成形型５２，５２を型合わせし、そ
のキャビティ５１にコア部材５３を挿入して図４（ａ）
の状態とする。次に、そのキャビティ５１内に加熱軟化
させたコンパウンドを図示しないランナより射出し、こ
れを固化させることにより、図４（ｂ）に示すように、
射出成形体Ｉが形成される。なお、射出成形体Ｉには、
溝部形成部５３ａに対応する形状の溝部Ｇと、挿通孔形
成部５３ｂに対応する形状の挿通孔Ｔとが形成される。
そして、コア部材５３を抜き取り、さらに図４（ｃ）に
示すように成形型５２，５２を型開きすることにより射
出成形体Ｉを取り出す。First, the molds 52, 52 are aligned, and a core member 53 is inserted into the cavity 51, and the mold is inserted into the mold shown in FIG.
State. Next, a compound softened by heating is injected into the cavity 51 from a runner (not shown), and is solidified, so that the compound is solidified as shown in FIG.
An injection molded body I is formed. In addition, in the injection molded body I,
A groove G having a shape corresponding to the groove forming portion 53a and an insertion hole T having a shape corresponding to the insertion hole forming portion 53b are formed.
Then, the core member 53 is extracted, and the injection molds 52 are opened as shown in FIG.
【００２６】回収された成形体Ｉは、所定の脱バインダ
炉において、真空ないし所定の減圧雰囲気下で焼結温度
よりも低温で加熱され、樹脂バインダを蒸発ないし分解
させることにより、そのバインダ成分が除去される。こ
こで、その加熱温度は、バインダ成分の残留が少なく、
しかもバインダ成分の分解ないし蒸発の速度が小さくな
り過ぎない範囲で設定される。バインダ成分が除去され
た成形体Ｉは、図５に示すように、焼結炉Ｆ内で真空な
いし所定の減圧雰囲気において焼結することにより、図
４（ｄ）に示す主体金具３となる。なお、射出成形体Ｉ
の溝部Ｇと挿通孔Ｔとは、それぞれ溝部３３及び挿通孔
３１となる。The recovered compact I is heated at a temperature lower than the sintering temperature in a predetermined binder removal furnace under a vacuum or a predetermined reduced-pressure atmosphere to evaporate or decompose the resin binder. Removed. Here, the heating temperature is such that the residual binder component is small,
In addition, it is set within a range where the rate of decomposition or evaporation of the binder component does not become too small. The molded body I from which the binder component has been removed is sintered in a sintering furnace F in a vacuum or a predetermined reduced-pressure atmosphere as shown in FIG. 5 to form the metal shell 3 shown in FIG. In addition, the injection molded body I
The groove portion G and the insertion hole T become a groove portion 33 and an insertion hole 31, respectively.
【００２７】なお、主体金具３の素材としては、一定レ
ベル以上の耐食性を備え、さらにはセラミック素子２の
酸素濃淡電池素子２１を構成するＺｒＯ2系固体電解質
との線膨張係数の差が比較的小さい材質を用いることが
望ましい。また、図３に示すように、冷間鍛造により主
体金具３を製造する場合は、加工硬化を比較的起こしに
くい材質を選定することが望ましい。The material of the metal shell 3 has a certain level of corrosion resistance or more and has a relatively small difference in linear expansion coefficient from the ZrO 2 -based solid electrolyte constituting the oxygen concentration cell element 21 of the ceramic element 2. It is desirable to use a small material. As shown in FIG. 3, when manufacturing the metal shell 3 by cold forging, it is desirable to select a material that hardly causes work hardening.
【００２８】例えばステンレス鋼系の材質で代表的なも
のとしては、ＳＵＳ４３０（概略組成：Ｆｅ−１６〜１
８重量％Ｃｒ−０．１重量％Ｃ）等のフェライト系ステ
ンレス鋼を使用することができる（特に冷間加工用に好
適である）。また、Ｎｂ、ＴｉあるいはＭｏを含有した
フェライト系あるいはオーステナイト系ステンレス鋼
も、主体金具３の材質として好適に使用できる。例え
ば、前述の封着材層３２は、セラミック素子２の外側に
予め圧粉成形したガラス粉末をはめ込んで、それらを挿
通孔３１内に挿入し、その状態で大気中あるいは窒素雰
囲気等の不活性ガス雰囲気中で８００〜９００℃に加熱
してガラス粉末を焼結することにより形成できる。この
場合、上記材質の採用により、加熱処理時の主体金具３
の変色を防止ないし抑制できる利点がある。Ｍｏ含有の
ステンレス鋼の具体的な材質として、フェライト系のＳ
ＵＳ４３４（概略組成：Ｆｅ−１６〜１８重量％Ｃｒ−
１重量％Ｍｏ−０．１重量％Ｃ）、オーステナイト系の
ＳＵＳ３１６（概略組成：Ｆｅ−１６〜１８重量％Ｃｒ
−１０〜１４重量％Ｎｉ−２．５重量％Ｍｏ）、ＳＵＳ
３１７（概略組成：Ｆｅ−１８〜２０重量％Ｃｒ−１１
〜１５重量％Ｎｉ−３．５重量％Ｍｏ）等を、Ｔｉ含有
のステンレス鋼としてオーステナイト系のＳＵＳ３２１
（概略組成：Ｆｅ−１７〜１９重量％Ｃｒ−９〜１３重
量％Ｎｉ−炭素含有量（重量％）の５倍以上のＴｉ）等
を、Ｎｂ含有のステンレス鋼としてオーステナイト系の
ＳＵＳ３４７（概略組成：Ｆｅ−１７〜１９重量％Ｃｒ
−９〜１３重量％Ｎｉ−炭素含有量（重量％）の１０倍
以上のＮｂ）等をそれぞれ例示できる。For example, a typical stainless steel material is SUS430 (schematic composition: Fe-16 to 1).
A ferritic stainless steel such as 8 wt% Cr-0.1 wt% C) can be used (particularly suitable for cold working). Further, a ferritic or austenitic stainless steel containing Nb, Ti or Mo can also be suitably used as the material of the metal shell 3. For example, the above-mentioned sealing material layer 32 is formed by inserting glass powder which has been compacted in advance into the outside of the ceramic element 2 and inserting them into the insertion hole 31, and in this state, inert gas such as air or nitrogen atmosphere. It can be formed by sintering glass powder by heating to 800 to 900 ° C. in a gas atmosphere. In this case, by using the above-mentioned material, the metal shell 3 during the heat treatment can be used.
Has the advantage of preventing or suppressing discoloration. As a specific material of Mo-containing stainless steel, ferrite-based S
US434 (rough composition: Fe-16 to 18% by weight Cr-
1% by weight Mo-0.1% by weight C), austenitic SUS316 (rough composition: Fe-16 to 18% by weight Cr)
-10-14% by weight Ni-2.5% by weight Mo), SUS
317 (rough composition: Fe-18 to 20% by weight Cr-11)
Austenitic SUS321 as a Ti-containing stainless steel.
(Schematic composition: Fe-17 to 19% by weight, Cr-9 to 13% by weight, Ni-Ti of 5 times or more of the content of carbon (% by weight)) and the like are austenitic SUS347 (Normal composition) as Nb-containing stainless steel. : Fe-17 to 19% by weight Cr
-9 to 13% by weight Ni-carbon content (% by weight) of 10 times or more Nb) and the like can be exemplified.
【００２９】図１に戻り、セラミック素子２の各電極端
子部７（４極を総称する）には、導線部材としてそれぞ
れ裸の導線（長手状金属薄板）８が第一コネクタＡによ
り電気的に接続され、それらの導線８はさらに第二コネ
クタ部１３を介して、樹脂被覆されたリード線１４に電
気的に接続されている。都合４本のリード線１４は外筒
１８の末端内側に嵌め込まれたグロメット１５を貫通し
て外部に延び、それらの先端にコネクタプラグ１６が連
結され、各リード線１４の外部に延びる部分には、これ
らを収束して保護する保護チューブ１７が被せられてい
る。Returning to FIG. 1, a bare conductor (long metal thin plate) 8 is electrically connected to each electrode terminal portion 7 (collectively referred to as four poles) of the ceramic element 2 by the first connector A as a conductor member. The conductors 8 are electrically connected to a resin-coated lead wire 14 via a second connector 13. The four lead wires 14 extend through the grommet 15 fitted inside the end of the outer cylinder 18 to the outside, and a connector plug 16 is connected to the tip thereof. , A protective tube 17 that converges and protects them.
【００３０】以下、酸素センサ１の作動について説明す
る。すなわち、酸素センサ１は、前述の通り主体金具３
のねじ部３ａにおいて車両の排気管等に固定され、また
コネクタプラグ１６が図示しないコントローラに接続さ
れて使用に供される。そして、その検出部Ｄが排気ガス
に晒されると、酸素濃淡電池素子２１の多孔質電極２５
（図２）が排気ガスと接触し、酸素濃淡電池素子２１に
は該排気ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃淡電池起電力
が生じる。この起電力が、電極リード部２５ａ及び２６
ａを経て電極端子部７，７、さらにはリード線１４，１
４を介してセンサ出力として取り出される。この種の酸
素センサ１は、排気ガス組成が理論空燃比となる近傍で
濃淡電池起電力が急激に変化する特性を示すことから、
空燃比検出用に広く使用されるものである。Hereinafter, the operation of the oxygen sensor 1 will be described. That is, the oxygen sensor 1 includes the metal shell 3 as described above.
Is fixed to the exhaust pipe of the vehicle at the screw portion 3a, and the connector plug 16 is connected to a controller (not shown) for use. When the detection unit D is exposed to the exhaust gas, the porous electrode 25 of the oxygen concentration cell element 21 is exposed.
(FIG. 2) comes into contact with the exhaust gas, and an oxygen concentration cell electromotive force is generated in the oxygen concentration cell element 21 according to the oxygen concentration in the exhaust gas. The electromotive force is applied to the electrode lead portions 25a and 26a.
a through the electrode terminal portions 7, 7 and the lead wires 14, 1
4 and is taken out as a sensor output. This type of oxygen sensor 1 has a characteristic that the concentration cell electromotive force changes abruptly in the vicinity where the exhaust gas composition reaches the stoichiometric air-fuel ratio.
It is widely used for air-fuel ratio detection.
【００３１】ここで、酸素センサ１の、例えば自動車に
おける取り付け位置は、エキゾーストマニホルドや車両
の足周り部分に近い排気管等であり、管外に露出する主
体金具３のねじ部３ａよりも後端部分（図１参照）に
は、高温状態で水しぶき等がかかったり、あるいは跳ね
上がった小石等が衝突するなど、熱衝撃あるいは機械的
衝撃が加わりやすい。そして、上記本発明の酸素センサ
１の構成によれば、主体金具３とセラミック素子２とを
封着する封着材層３２の周囲に、環状の溝部（空隙部）
３３が形成されており、急激な温度変化等を受けた場合
でも該溝部３３が断熱層の役割を果たし、その熱衝撃の
影響が封着材層３２に及びにくくなる。また、溝部３３
の外側壁部を形成する主体金具部分３ｇが、自身の変形
により衝撃を吸収する緩衝部として作用しうるので、封
着材層３２への影響を緩和することができる。これによ
り、外力あるいは熱衝撃による封着材層３２の損傷を防
止することができる。Here, the mounting position of the oxygen sensor 1 in, for example, an automobile is an exhaust manifold or an exhaust pipe close to the foot circumference of the vehicle, etc., and is located at the rear end of the screw 3a of the metal shell 3 exposed outside the pipe. Thermal shock or mechanical shock is likely to be applied to the portion (see FIG. 1), such as splashing in a high temperature state, or collision of splashed pebbles. According to the configuration of the oxygen sensor 1 of the present invention, an annular groove (gap) is formed around the sealing material layer 32 for sealing the metal shell 3 and the ceramic element 2.
The groove 33 functions as a heat insulating layer even when a sudden temperature change or the like is formed, and the influence of the thermal shock does not easily reach the sealing material layer 32. Also, the groove 33
Since the metal shell portion 3g forming the outer wall portion can function as a shock absorbing portion that absorbs an impact due to its own deformation, the influence on the sealing material layer 32 can be reduced. Thereby, damage to the sealing material layer 32 due to external force or thermal shock can be prevented.
【００３２】なお、図６に示すように、空隙部（溝部）
３３は、挿通孔３１の周囲において断続的に設けること
も可能である。同図では、空隙部３３は、ほぼ円形断面
を有してセラミック素子２の軸線方向に延びる複数の有
底の孔部を、挿通孔３１の周方向において所定の間隔で
形成したものとなっている。As shown in FIG. 6, voids (grooves)
33 can also be provided intermittently around the insertion hole 31. In the figure, the gap portion 33 is formed by forming a plurality of bottomed holes having a substantially circular cross section and extending in the axial direction of the ceramic element 2 at predetermined intervals in the circumferential direction of the insertion hole 31. I have.
【００３３】また、空隙部３３は、図７のように形成す
ることも可能である。すなわち、主体金具３の、検出部
Ｄ（図１）の突出側とは反対の端部を外筒１８の端部内
側に挿入し、該外筒１８との重なり部においてその外周
面に、周方向に連続的に形成され、かつ挿通孔３１の軸
方向においてその重なり部の中間位置まで延びる環状の
切欠部３３ａを設ける（なお、切欠部３３ａの代わり
に、周方向に所定の間隔で形成された溝状の凹部を形成
してもよい）。そして、外筒１８の内面と切欠部３３ａ
の内面とによって形成される空間が空隙部３３とされ
る。なお、主体金具３と外筒１８とは、上記重なり部に
おいて切欠部３３ａと干渉しない位置において、周方向
に沿って形成される溶接部３５（あるいはかしめ部）に
よって接合される。この構成は、空隙部３３を形成すべ
き主体金具３の薄肉部３ｆの肉厚ｔが比較的小さい場合
に有効である。Further, the gap 33 can be formed as shown in FIG. That is, the end of the metal shell 3 opposite to the protruding side of the detection portion D (FIG. 1) is inserted into the inside of the end of the outer cylinder 18, and the outer peripheral surface of the outer cylinder 18 is overlapped with the outer cylinder 18. Annular cutouts 33a are formed continuously in the axial direction and extend to an intermediate position between the overlapping portions in the axial direction of the insertion hole 31 (note that the cutouts 33a are formed at predetermined intervals in the circumferential direction instead of the cutouts 33a). May be formed. And the inner surface of the outer cylinder 18 and the notch 33a
The space formed by the inner surface of the second member is a gap portion 33. In addition, the metal shell 3 and the outer cylinder 18 are joined by a welded portion 35 (or a caulked portion) formed along the circumferential direction at a position where the metal portion 3 does not interfere with the cutout portion 33a in the overlapping portion. This configuration is effective when the thickness t of the thin portion 3f of the metal shell 3 in which the gap 33 is to be formed is relatively small.
【００３４】なお、上記実施例は検出素子（セラミック
素子）として酸素濃淡電池素子のみを用いるλセンサに
本発明を適用した例であったが、他のタイプのガスセン
サに適用することももちろん可能である。以下、いくつ
かの例を示す。まず、図８は検出素子を全領域酸素セン
サ素子とした場合の概念図である。この場合、セラミッ
ク素子６０は、それぞれ酸素イオン伝導性固体電解質で
構成される酸素ポンプ素子６１と酸素濃淡電池素子６２
とが測定室６５を挟んで対向配置された構造を有し、排
気ガスは多孔質セラミック等で構成された拡散孔６７を
通って測定室６５に導入される。そして、酸素濃淡電池
素子６２は、素子内に埋設された電極６３を酸素基準電
極として、測定室６５側の電極６４との間に生ずる濃淡
電池起電力により、測定室６５内の酸素濃度を測定す
る。一方、酸素ポンプ素子６１には電極６６及び６８を
介して図示しない外部電源により電圧が印加され、その
電圧の向きと大きさにより定まる速度で、測定室６５に
対し酸素を汲み込む又は汲み出すようになっている。そ
して、該酸素ポンプ素子６１の作動は、酸素濃淡電池素
子６２が検知する測定室６５内の酸素濃度に基づいて図
示しない制御部により、該測定室６５内の酸素濃度が一
定に保持されるように制御され、このときの酸素ポンプ
素子６１のポンプ電流に基づいて排気ガスの酸素濃度を
検出する。Although the above embodiment is an example in which the present invention is applied to a λ sensor using only an oxygen concentration cell element as a detecting element (ceramic element), it is of course possible to apply the present invention to other types of gas sensors. is there. The following are some examples. First, FIG. 8 is a conceptual diagram in the case where the detection element is an entire-area oxygen sensor element. In this case, the ceramic element 60 includes an oxygen pump element 61 and an oxygen concentration cell element 62 each composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte.
The exhaust gas is introduced into the measurement chamber 65 through a diffusion hole 67 made of a porous ceramic or the like. The oxygen concentration cell element 62 measures the oxygen concentration in the measurement chamber 65 by the concentration cell electromotive force generated between the electrode 63 embedded in the element and the electrode 64 on the measurement chamber 65 side as an oxygen reference electrode. I do. On the other hand, a voltage is applied to the oxygen pump element 61 from an external power source (not shown) via the electrodes 66 and 68, and oxygen is pumped into or out of the measurement chamber 65 at a speed determined by the direction and magnitude of the voltage. It has become. The operation of the oxygen pump element 61 is controlled by a control unit (not shown) based on the oxygen concentration in the measurement chamber 65 detected by the oxygen concentration cell element 62 so that the oxygen concentration in the measurement chamber 65 is kept constant. The oxygen concentration of the exhaust gas is detected based on the pump current of the oxygen pump element 61 at this time.
【００３５】また、図９は、セラミック素子を２チャン
バー方式のＮＯXセンサ素子とした場合の例を示してい
る。セラミック素子７０はＺｒＯ2等の酸素イオン伝導
性固体電解質で構成され、その内部には第一及び第二の
測定室７１，７２が隔壁７１ａを挟んで形成されるとと
もに、上記隔壁７１ａには多孔質セラミック等で構成さ
れてそれらを互いに連通させる第二拡散孔７３が形成さ
れている。また、第一測定室７１は第一拡散孔７４によ
り周囲雰囲気と連通している。そして、第一測定室７１
に対しては電極７６及び７７を有する第一酸素ポンプ素
子７５が、また、第二測定室７２に対しては電極７９及
び８０を有する第二酸素ポンプ素子７８が、それぞれ壁
部７１ａに関して反対側に位置している。また、隔壁７
１ａには、第一測定室７１内の酸素濃度を検出する酸素
濃淡電池素子８３（隔壁７１ａ内の酸素基準電極８１
と、第一測定室７１に面する対向電極８２を有する）が
形成されている。Further, FIG. 9 shows an example in which the ceramic element and the NO X sensor element of two-chamber system. The ceramic element 70 is composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte such as ZrO 2 , in which first and second measurement chambers 71 and 72 are formed with a partition wall 71a interposed therebetween. A second diffusion hole 73 formed of a high-quality ceramic or the like and connecting them to each other is formed. Further, the first measurement chamber 71 is in communication with the surrounding atmosphere through the first diffusion hole 74. And the first measurement chamber 71
And a second oxygen pump element 78 having electrodes 79 and 80 on the opposite side with respect to the wall 71a. It is located in. The partition 7
1a, an oxygen concentration cell element 83 (oxygen reference electrode 81 in the partition 71a) for detecting the oxygen concentration in the first measurement chamber 71 is provided.
And a counter electrode 82 facing the first measurement chamber 71).
【００３６】その作動であるが、まず第一測定室７１内
に周囲雰囲気のガスが第一拡散孔７４を通って導入され
る。そして、その導入されたガスから酸素が第一酸素ポ
ンプ素子７５により汲み出される。なお、測定室内の酸
素濃度は酸素濃淡電池素子８３により検出され、その検
出値に基づいて図示しない制御部により第一の酸素ポン
プ素子７５は、第一測定室７１内のガス中の酸素濃度
が、ＮＯXの分解を起こさない程度の一定値となるよう
に、その酸素汲み出しのための作動が制御される。この
ようにして酸素が減じたガスは第二測定室７２へ第二拡
散孔７３を通って移動し、そこでガス中のＮＯXと酸素
とが完全に分解するように、第二酸素ポンプ素子７８に
より酸素が汲み出される。このときの第二酸素ポンプ素
子７８のポンプ電流に基づいてガス中のＮＯXの濃度を
検出する。In operation, first, a gas in the surrounding atmosphere is introduced into the first measurement chamber 71 through the first diffusion hole 74. Then, oxygen is pumped from the introduced gas by the first oxygen pump element 75. The oxygen concentration in the measurement chamber is detected by the oxygen concentration cell element 83, and the first oxygen pump element 75 controls the oxygen concentration in the gas in the first measurement chamber 71 by a control unit (not shown) based on the detected value. , so that a constant value of a degree that does not cause decomposition of nO X, working for the oxygen pumping is controlled. As Thus oxygen is reduced by gas travels through the second diffusion hole 73 into the second measurement chamber 72, where and the NO X and oxygen in the gas is completely decomposed, the second oxygen pump element 78 Pumps out oxygen. Detecting the concentration of the NO X in the gas based on the pump current of the second oxygen pump element 78 at this time.
【図１】本発明のガスセンサの一例を示す酸素センサの
縦断面図及びＡ−Ａ断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view and an AA sectional view of an oxygen sensor showing an example of a gas sensor of the present invention.
【図２】その検出素子としてのセラミック素子の構造を
示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a structure of a ceramic element as the detection element.
【図３】主体金具の製造工程の説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the metal shell.
【図４】同じく別の製造工程説明図。FIG. 4 is another manufacturing process explanatory view.
【図５】図４に続く製造工程説明図。FIG. 5 is an explanatory view of the manufacturing process following FIG. 4;
【図６】主体金具に形成する空隙部の変形例を示す軸断
面図。FIG. 6 is an axial sectional view showing a modified example of a gap formed in a metal shell.
【図７】同じく別の変形例を示す縦断面図。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another modified example.
【図８】セラミック素子が全領域酸素センサ素子で構成
される例を示す断面模式図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a ceramic element is formed of an entire-area oxygen sensor element.
【図９】同じくＮＯXセンサ素子で構成される例を示す
断面模式図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example similarly constituted by a NO X sensor element.
１ 酸素センサ（ガスセンサ） ２，６０，７０ セラミック素子（検出素子） ３ 主体金具 １８ 外筒 ３１ 挿通孔 ３２ 封着材層 ３３ 溝部（空隙部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor (gas sensor) 2, 60, 70 Ceramic element (detection element) 3 Metal shell 18 Outer cylinder 31 Insertion hole 32 Sealing material layer 33 Groove (void)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藪田 勝久 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 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Katsuhisa Yabuta 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd.
Claims (7)
され、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検
出素子と、 その検出素子の外面と前記挿通孔の内面との間を封着す
る封着材層とを備え、 前記挿通孔の内面と前記外筒の内面との間に、前記封着
材層の周囲を取り囲む空隙部が、前記主体金具の一部を
切り欠く形態で形成されていることを特徴とするガスセ
ンサ。1. An outer cylinder, a metal shell arranged inside the outer cylinder, and a component to be detected in a gas to be measured, which is arranged inside the metal shell through an insertion hole of the metal shell. And a sealing material layer for sealing between an outer surface of the detecting element and an inner surface of the insertion hole, wherein the sealing is performed between an inner surface of the insertion hole and an inner surface of the outer cylinder. A gas sensor, wherein a gap surrounding the material layer is formed by cutting out a part of the metal shell.
いて連続的又は断続的な形態をなし、かつ前記主体金具
の肉厚方向中間部において前記挿通孔の形成方向に延び
る溝部である請求項１記載のガスセンサ。2. The gap part is a groove part which forms a continuous or intermittent form in the circumferential direction of the insertion hole and extends in the thickness direction middle part of the metal shell in the direction in which the insertion hole is formed. Item 3. The gas sensor according to Item 1.
れた長尺形態をなし、その検出部を突出させる形で前記
主体金具の挿通孔内に挿通されるとともに、 前記溝部は、前記主体金具の前記検出部が突出している
のとは反対側の端面に開口する有底形状をなすものであ
る請求項２記載のガスセンサ。3. The detection element is formed in a long form having a detection portion formed at a tip portion, and is inserted into an insertion hole of the metal shell so that the detection portion protrudes. The gas sensor according to claim 2, wherein the gas sensor has a bottomed shape that is open at an end face of the metal shell opposite to the side where the detection portion protrudes.
に環状に形成された溶接部により結合され、 前記溝部の底面は、前記検出素子の軸線方向において前
記溶接部よりも前記検出部寄りに位置する請求項３記載
のガスセンサ。4. The outer cylinder is joined to the metal shell by a weld formed in a circumferential direction in an annular shape, and a bottom surface of the groove is located closer to the detection unit than to the weld in the axial direction of the detection element. 4. The gas sensor according to claim 3, wherein the gas sensor is located closer to the gas sensor.
付け操作を行なうための操作部が、前記挿通孔の軸線方
向においてその中間部に所定幅で、かつ外周面から突出
する形態で形成され、 前記溝部の底面は、前記検出素子の軸線方向において前
記操作部の該溝部開口側の端縁よりも、前記検出素子の
先端側に位置するものである請求項３又は４に記載のガ
スセンサ。5. The metal shell has an operating portion for performing an attaching operation to a predetermined attaching portion formed at a middle portion of the insertion hole in an axial direction thereof with a predetermined width and protruding from an outer peripheral surface. 5. The gas sensor according to claim 3, wherein a bottom surface of the groove is located on a tip end side of the detection element in an axial direction of the detection element with respect to an edge of the operation unit on an opening side of the groove. .
方向において前記封着材層の対応する端面よりも先端側
に位置する請求項３ないし５のいずれかに記載のガスセ
ンサ。6. The gas sensor according to claim 3, wherein a bottom surface of the groove is located on a tip end side of a corresponding end surface of the sealing material layer in an axial direction of the detection element.
れた長尺形態をなし、その検出部を突出させる形で前記
主体金具の挿通孔内に挿通され、 前記主体金具は、前記検出部の突出しているのとは反対
側の端部が前記外筒の端部内側に挿入され、該外筒との
重なり部においてその外周面には、周方向に連続的又は
断続的に形成され、かつ前記挿通孔の軸方向においてそ
の重なり部の中間位置まで延びる凹部又は切欠部を有
し、 前記外筒の内面と前記凹部又は切欠部の内面とによって
形成される空間が前記空隙部とされ、 前記主体金具と前記外筒とは、前記重なり部において前
記凹部又は切欠部と干渉しない位置において、それら周
方向に沿って形成される溶接部又はかしめ部等の環状の
接合部によって接合されている請求項１記載のガスセン
サ。7. The detection element has a long shape with a detection portion formed at a tip portion, and is inserted into an insertion hole of the metal shell so as to protrude the detection portion. The end opposite to the protruding part is inserted inside the end of the outer cylinder, and is formed continuously or intermittently in the circumferential direction on the outer peripheral surface at the overlapping portion with the outer cylinder. And a recess or notch extending to an intermediate position of the overlapping portion in the axial direction of the insertion hole, and a space formed by the inner surface of the outer cylinder and the inner surface of the recess or the notch is the gap. The metal shell and the outer cylinder are joined at a position where the overlapping portion does not interfere with the concave portion or the notch portion by an annular joint portion such as a welded portion or a caulked portion formed along the circumferential direction. The gas sensor according to claim 1, Sa.
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