JPS5848853B2 - 排ガス組成検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば内燃機関排ガスの無害化のために排ガ
スの組成を一定状態に制御するときなどに有用な排ガス
組或検出器、特に組成検出素子が金属酸化物からなり周
囲の排ガスの酸素量の変化などの組成変化によって生じ
る抵抗変化性を利用するものであって温度制御用ヒータ
を具える排ガス組成検出器に関する。

この種の排ガス組成検出素子を使用する排ガス組成検出
器は、素子の抵抗変化の温度依存性が大きいのでヒータ
を用いて該素子の温度制御を行なうことが必要とされる
。

従来内燃機関の排ガス導管に取付けて用いるのに実用的
な構造の検出器として提案されたものに米国特許第３９
３６７９４号に記載されたものがある。

この検出器は、先端部に検出素子が配されるコップ状の
凹所が形成され該凹所のある先端部から他端側へ通じる
複数の導線挿通用孔を具える全体として柱状をなすセラ
ミックの支持体が使用されており、その支持体の凹所外
面に例えばプラチナ線のヒータがコイル状に巻き上げら
れたものである。

このような構造のものは、腐蝕性の排ガスに対するヒー
タの保護が不充分であり強度保持のため検出部の構造が
大型化することになるなどＯ欠点がある。

これに対して本発明は従来のものに比べてヒータによる
素子への加熱効果が優れ、排ガスからのヒータの保護が
完全であり、ヒータ材料として比較的安価な高融点金属
を使用することができ、内燃機関の振動に耐える力が大
きくコンパクトな構造をもつ新規な排ガス組成検出器の
提供を目的とする。

即ち、本発明Ｑつ排ガス組成検出器Ｑつ第１は、金属酸
化物からなる抵抗性排ガス組成検出素子と、末端が該排
ガス組戒検出素子中に互いに間隔をおいて埋設されて平
行に延びる２本の導線と、ほゾ柱体形状をなしてその長
手方向貫通孔に該導線を挿通せしめかつ長手方向一端側
に該排ガス組成検出素子を配置せしめたセラミック碍管
と、セラミック生シートの積層管状化構造をとって高融
点金属導電パターンを埋設した焼結セラミックの管状体
をなしかつ上記管状体の一端側は上記パターンが集中的
に配されて発熱部とされかつまた上記管状体の他端側に
は上記パターンの入力接続部が設けられた高融点金属導
電パターン埋設セラミック管状体と、上記セラミック碍
管の一端側に配置せられた上記排ガス組成検出素子を上
記セラミック管状体の発熱部が囲撓するよう上記セラミ
ック碍管を上記セラミック管状体内に嵌大した状態で両
者を組付け固着する手段と、上記セラミック碍管と組合
わされたセラミック管状体を抱持する取付金具とを含ん
でなるものであり、また本発明の排ガス組成検出器の第
２は、上記第１の排ガス組成検出器とは、セラミック碍
管と組合わされた高融点金属発熱導体パターン埋設セラ
ミック管状体を取付用金具で抱持させるのに、１上記セ
ラミック管状体の発熱部外面を覆うように該セラミック
管状体を嵌入せしめて上記セラミック碍管と組合わされ
たセラミック管状体を収容するセラミック外筒を用いこ
れを介して行わしめる点を異にするものである。

以下図示の実施例にもとづいて説明する。

第１図は第１の実施例を示し、１は例えばチタン酸化物
など遷移金属の酸化物を主成分とし一定温度において周
囲ガス中の酸素濃度の変化に対応して抵抗値が変化する
多孔質焼結体であって排ガス組成検出素子とするもの、
２，２′は端部が互いに間隔をおいて上記検出素子焼結
体中に埋設された２本の抵抗測定用導線、３はほゾ柱体
形状をなしその長手力向に貫通する孔３ ａ ， ３ａ
’を備えるセラミック絶縁碍管で、該孔は上記導線２，
２′を挿通保持し長手力向一端側で該排ガス組戒検出素
子を支持するようになされる。

３ｂはセラミック碍管３の先端に設けた溝で、円板形状
の検出素子１とゆるく嵌合して素子０ねじれを防止し素
子の保持性を高める。

４はほヌ′管状に成形され高融点金属導電パターン６を
埋設したセラミック管状体であり、その長手方向一端側
は上記パターン６が集中的に配された発熱部６ａを形成
しており、その他端側には上記パターン６の端と接続す
る入力接続部６ｂが設けられる。

そして上記セラミック碍管３はその先端側に配された検
出素子１が上記セラミック管状体４の発熱部６ａを配し
た側で囲撓されるように、上記セラミック管状体内に嵌
入され両者は耐熱性充填接着剤７を用いて固着一体化さ
れている。

このようにしてセラミック管状体４はセラミック碍管３
と協働して長手方向一端側で検出素子１を収納し、かつ
周壁部５ａが発熱するコップ状凹所５が形成される。

なお４ｃはセラミック管状体のフランジ部である。

このセラミック管状体は次Ｏ工程を経て製作された。

即ち、第２図に示す如くセラミック粉末（例えばアルミ
ナ）と有機バイダとを含みドクタブレード法またはロー
ル成形法などによって薄肉（例えば０．３６ｍπ）にシ
ート化された２枚の方形セラミック生シート２１．２２
を準備し、内１枚２１の表酊上には高融点金属特に好ま
しくはタングステンの粉末ペーストを適当な厚みで（例
えば焼成後約１７μとなる厚みで）かつ図示の如くシー
トの一側に偏して導電パターン６の発熱部６ａとされる
べきジグザグ状パターン２３ａを、他端には上記導電パ
ターンの入力接続部６ｂとなるべき上記ジグザグ状パタ
ーンから延びるリード部分２３ｂの端２３ｃをそれぞれ
配するようパターン２３（焼成後の長さ１２０間、巾約
１． ４ ｍｙｎ ）を印刷したのち他の一枚の生シ一
ト２２を重ねて熱圧着し、金属ペースト印刷パターン２
３を封入したセラミック生シ一ト２０を製作する。

尚この時パターン２３の末端２３ｃ ，２３ｃはシート
の一側の端部で図示りように露呈して設けられた。

このセラミック生シ一ト２０を適当な柱状芯体を用いて
その回りに、最初１巻きで長手方向一端側で高融点金属
ペースト印刷パターンが全周にわたりほゾ一様に埋設さ
れた管が形成され、あとの数巻きでその外側を取り巻く
断熱層が形成されるように密着して巻き上げた。

更にこ＼ではフランジ部４ａを設けるために帯状の生シ
ートを容易に巻き込んで未焼成のフランジ２４を形成し
て第２図Ｂに示す未焼成のセラミック管状成形体２５を
製作した。

尚巻き上げた各管状シート層間はシート面に有機バイダ
の溶剤を塗布しておくことにより密着性を高めるように
することが望ましい。

このようにして製作したセラミツク管状体成形体を焼成
して第１図中４で示すところの高融点金属導電パターン
６を埋設したセラミック管状体４を製作した。

尚セラミック管状体は高融点金属ペーストの印刷パター
ンの埋設したセラミック生シートの一巻きによって管状
体を完成させてもよく、また表面に高融点金属ペースト
印刷パターンを備えた１枚の生シートを用いこれを管状
に２巻き以上密着して巻き上げ２巻き目以上を金属ペー
スト印刷パターンのない絶縁層部分として形成してもよ
い。

第１図にもどって、８は径違い段部８ａを備えた耐熱金
属製チューブで該チューブに接合した取付サフランジ９
と＼もに上記セラミック碍管を固着したセラミック管状
体を抱持する取付用金具を構戒する。

１０は該金属チューブ８の径小部と上記セラミック管状
体との環状空隙部に充填された耐熱製接着剤、１１は該
金属チューブの径大部と上記セラミック管状体およびセ
ラミック碍管との間の空隙に充填された電気絶縁性耐熱
接着剤、１２は外部の電源および制御用装置と接続され
る多芯の配線用コード、１３は該コードの保持を兼ねた
金属チューブのキャップである。

本実施例の検出器は、内燃機関等の排ガス導管に対して
ほゾ直角方向にかつコップ状凹所５が排ガス流中に深く
突き出るように、取付用金具８，９によって排ガス導管
に取付けて使用される。

上述の実施例の構造から理解されるように本発明の排ガ
ス組成検出器は、ヒータ部分すなわち高融点金属導電パ
ターンの発熱部が高温腐蝕性の排ガスから完全に遮閉保
護され、構造は小型かつコンパクト化されしかも堅牢性
を維持する。

また検出素子１を接近してとりまく周壁部７の導電パタ
ーン発熱部からはきわめて薄いセラミック層を介して中
心部に輻射熱が集中的に伝達されて必要な素子の全体的
加熱が速やかに行われる。

更に周壁部において導電パターンの層から管の外壁面ま
での層の厚みを管の内壁面までの層の厚みよりも大きく
するならば外方のセラミック層によって断熱作用が行わ
れ伝熱効率を高める。

また導電パターンの材料は高融点金属すなわち白金、マ
ンガン、モリブテンなどが使用されるが、特にタングス
テンを使用するときは抵抗値の温度係数が特に大きいこ
とにより有利である。

第３図は第２の実施例を示し、同図中第１図の番号と同
一の番号を付したものは同一機能部品を示すので説明を
省略する。

この実施例において特徴的なことは、セラミック碍管と
組み合わされた高融点金属導電パターン埋設セラミック
管状体を取付用金具で抱持させるのに、セラミック外筒
１５を介して行わせた点である。

すなわちセラミック外筒１５は内に上記セラミック管状
体４を嵌入定置せしめてその発熱部側外面を覆い自体は
その上方端側に外方に張り出して設けたフランジ部１５
ａを金属チューブ９の段部９ａに当接させて該金属チュ
ーブの径小部内｛こ嵌入定置された上、接着剤１１で固
着される。

このようにすることによってセラミック管状体中の導電
パターン発熱部からの熱が排ガス等の外部に放散するこ
とを有利に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図Ａは本発明排ガス組威検出器の第１実施例の破断
正而図、第１図Ｂは、上記実施例の要部破断側面図、第
１図Ｃは上記第１実施例の高融点金属導電パターン埋設
セラミック管状体の斜視図、第２図ＡおよびＢは上記第
１実施例の高融点金属導電パターン埋設セラミック管状
体の製作工程を説明するための図、第３図は第２実施例
の破断正面図である。 １・・・排ガス組成検出素子、２，２′・・・導線、３
・・・セラミック碍管、３ａ・セラミック碍管の貫通孔
、４・・・高融点金属導電パターン埋設セラミック管状
体、５・・・コップ状凹所、６・・・高融点金属導電パ
ターン、６ａ・・・発熱部、６ｂ・・・入力接続部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属酸化物からなる抵抗性排ガス組成検出素子と、
   末端が該排ガス組成検出素子中に互いに間隔をおいて埋
   設されて平行に延びる２本の導線と、ほぼ柱体形状をな
   してその長手方向貫通孔に該導線を挿通せしめてかつ長
   手方向一端側に該排ガス組成検出素子を配置せしめたセ
   ラミック碍管と、セラミック生シートの積層管状化構造
   をとって高融点金属導電パターンを埋設した焼結セラミ
   ックの管状体をなしかつ上記管状体の一端側には上記パ
   ターンの発熱部が配されかつまた上記管状体の他端側に
   は上記パターンの入力接続部が設けられた高融点金属導
   電パターン埋設セラミック管状体と、上記セラミック碍
   管の一端側に配置せられた上記排ガス組成検出素子を上
   記セラミック管状体の発熱部を配した側が囲撓するよう
   上記セラミック碍管を上記セラミック管状体内に嵌大し
   た状態で両者を組付け固着する手段と、上記セラミック
   碍管と組合わされたセラミック管状体を抱持する取付金
   具とを含んでなる排ガス組成検出器。 ２ 組付け固着手段は、セラミック碍管とセラミック管
   状体との耐熱性充填接着剤による接着手段である、特許
   請求の範囲第１項記載の排ガス組成検出器。 ３ セラミック管状体の発熱部の埋設導電パターンから
   該セラミック管状体の外表面までの厚みを該パターンか
   ら該セラミック管状体の内表面までの厚みよりも大きく
   して発熱部における外方への熱の放散を抑制するように
   した特許請求の範囲第１項記載の排ガス組成検出器。 ４ セラミック碍管の先端面に溝が設けられ該溝に板形
   状とした排ガス組成検出素子がゆるく嵌合して配された
   特許請求の範囲第１項記載の排ガス組或検出器。 ５ 金属酸化物からなる抵抗性排ガス組成検出素子と、
   末端が該排ガス組成検出素子中に互いに間隔をおいて埋
   設されて平行に延びる２本の導線と、ほぼ柱体形状をな
   してその長手方向貫通孔に該導線を挿通せしめかつ長手
   方向一端側に該排ガス組成検出素子を配置せしめたセラ
   ミック碍管と、セラミック生シートの積層管状化構造を
   とって高融点金属導電パターンを埋設した焼結セラミッ
   クの管状体をなしかつ上記管状体の一端側は上記パター
   ンの発熱部が配されかつまた上記管状体の他端側には上
   記パターンの入力接続部が設けられた高融点金属導電パ
   ターン埋設セラミック管状体と、上記セラミック碍管の
   一端側に配置せられた上記排ガス組成検出素子を上記セ
   ラミック管状体の発熱部を配した側が囲撓するよう上記
   セラミック碍管を上記セラミック管状体内に嵌大した状
   態で両者を組付け固着する手段と、上記セラミック管状
   体の発熱部側０外面を覆うように該セラミック管状体を
   嵌大して上記セラミック碍管と組合わされたセラミック
   管状体を収容したセラミック外筒と、上記セラミック外
   筒を抱持する取付用金具とからなる排ガス組成検出器。 ６ 組付け固着手段は、セラミック碍管とセラミック管
   状体との耐熱性充填接着剤による接着手段である、特許
   請求り範囲第５項記載０排ガス組或検出器。 ７ セラミック管状体の発熱部の埋設導電パターンから
   該セラミック管状体の外表面までの厚みを該パターンか
   ら該セラミック管状体の内表面までの厚みよりも太きく
   して発熱部における外方への熱め放散を抑制するように
   した特許請求の範囲第５項記載の排ガス組成検出器。 ８ セラミック碍管の先端面に溝が設けられ該溝に板形
   状とした排ガス組成検出素子がゆるく嵌合して配された
   特許請求の範囲第５項記載の排ガス組成検出器。