JPS6327742A

JPS6327742A - センサ構造

Info

Publication number: JPS6327742A
Application number: JP61172466A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Morii; 森井　洋明
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1986-07-22
Publication date: 1988-02-05
Also published as: DE3724274A1; DE3724274C2; US4802369A

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばセラミック製の検出素子である固体電
解質を利用して酸素濃度検知に用いられる空燃比センサ
等のセンサ構造に関するものである。

［従来の技術］従来より、例えば空燃比センサ等、周囲の状態を電気信
号として検出するセン゛り構造としては、第１２図の部
分破断図に示す構造のものがあり、第１３図はそこに用
いられているセラミックスリーブ５４ａの斜視図、第１
４図は同じくセラミックガイド５Ｑａｘの斜視図である
。

セラミックガイド５０ａＸ、５０ａｙとセメント５２ａ
で一体化されたセラミック製検出素子１４ａは、セメン
ト５６ａｘ、５６ａＶとガラス１８ａとで、セラミック
スリーブ５４ａ内に固定されている。その基端部１７ａ
Ｖ側にはリード線２ａが絶縁状態で貫通する碍管６０ａ
とシール材１９ａ、２０ａとが設けられている。セラミ
ックスリーブ５４ａと筒状主体金具２４ａとは、その間
の一部に粉末滑石５８ａが充填された後に、熱かしめす
なわち熱を加えてかしめられ一体化される。

その際、セラミックスリーブ５４ａの凸条部２２ａより
基端部１７ａＶ側に外接する金属外筒２８ａも同時に熱
かしめされる。またこの金属外筒２８ａに外接する保護
外筒３２ａは六角かしめすなわち六方向よりかしめられ
て結合されている。

［発明が解決しようとする問題点］ところが前述のごと〈従来のセンサ４ａ構造では、セラ
ミックスリーブ５４ａ内にガラス１８ａ及びセメント５
２ａ、５６ａＸ、５６ａＶを用いて、セラミック製検出
素子１４ａを固定している構造であるため、セラミック
スリーブ５４ａの外側より筒状主体金具２４ａをかしめ
て一体化する際に、セラミックスリーブ５４ａに割れ及
びクラックが発生し、気密性に問題が生じたり、センサ
４ａの内部構造が破壊される問題点があった。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決するためになされた本発明の要旨は、セラミック製検出素子と、絶縁体を介して上記セラミック製検出素子を貫通口内に
装填した金属スリーブと、該金属スリーブの上記貫通口を閉塞するシール材と、該金属スリーブを内側に設置して一体化された筒状主体
金具と、を備えたことを特徴とするものである。

ここでセラミック製検出素子とは例えば固体電解質であ
るＺｒ　０２であってもよく、絶縁体は貫通口にセラミ
ック製検出素子を保持する絶縁碍管であってもよい。ま
た金属スリーブはＳＵＳ系の４０３．３０４，４３０．
３１０でもよく、シール材は鉛ガラス又はほう酸系ガラ
スでもよく、先端部側よりガラス、フッソゴム、シリコ
ンゴムの順序で３層が設けられていてもよい。さらに筒
状主体金具はＳＵＳ系の４０３であってもよい。

［作用］金属スリーブの貫通口がシール材により閉塞されること
により、一方の開口部から他方の開口部への気密が保た
れる。金属スリーブが筒状主体金具の内側に設置され一
体化されることによってセンサの内部構造が形成される
際に金属スリーブが緩衝材となって、セラミック製検出
素子を保護する。又、金属スリーブは絶縁体を介してセ
ラミック製検出素子を貫通口内に装填することにより、
そのセラミック製検出素子を絶縁された状態で保持する
。

［実施例］以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例のセンサ構造を示し、（イ
）はリード線２の配置を示す平面図、（ロ）はセンサ４
の部分破断図であり、第２図は金属スリーブ１０の斜視
図、第３図は絶縁碍管１２の斜視図である。

ステンレス鋼のＳＵＳ系の４０３からなる金属スリーブ
１０に内接して、中心部が四角に扱かれた円筒形のアル
ミナからなる絶縁碍管１２が設けられている。その絶縁
碍管１２の貫通口１３には、四角柱のセラミック製検出
素子１４が通され、セメント１５ｘ、１５ｙにより、絶
縁碍管１２の貫通口１３の先端部１７Ｘ側と基端部１７
ｙ側の両開口部周辺で固定されている。基端部１７ｙ側
の絶縁碍管１２及びセラミック製検出素子１４の端面は
該端面側からガラス１８．フッソゴム１９゜シリコンゴ
ム２０の順序で閉塞され、これら３層のシール材を貫い
て、セラミック製検出素子１４よりリード線２が伸びて
いる。シール材のガラスは、鉛ガラス又はほう酸系ガラ
スを用いてもよく、第４図はそのガラスの断面図を示し
ている。

金属スリーブ１０の外周壁の中央部の全周には凸条部２
２が設けられ、この凸条部２２は２つの凸条部２２Ｘ、
２２Ｖよりなっている。上記２つの凸条部２２Ｘ、２２
ｙに外接するステンレス鋼のＳＵＳ系の４０３からなる
筒状主体金具２４は熱かしめにより金属スリーブ１０と
一体化されるものでおる。第５図の斜視図に示す板厚約
０．３Ｍのステンレス鋼のＳＵＳ系の４０３からなる円
形金属パツキン２３は、先端部１７Ｘ側の凸条部２２ｘ
の先端部１７ｘ側の側壁面と筒状主体金具２４との間に
設けられている。

凸条部２２より先端部１７Ｘ側に伸びる金属スリーブ１
０は軽量化のために薄くなっており、その先端は第６図
の部分断面図に示すように、内側に９０’折れ曲ってお
り、セラミック製検出素子１４が貫通する絶縁碍管１２
を保持している。

また凸条部２２より基端部１７Ｖ側の金属スリーブ１０
の外周壁には第７図の斜視図に示す、薄肉で先端部１７
Ｘ側の端部２８Ｘが外側に９０’折れ曲っている金属外
筒２８が外接し、ざらに基端部１７Ｖ側に伸びている。

この金属外筒２８はその端部２８Ｘが上記熱かしめの際
に筒状主体金具２４の基端部１７Ｖ側の端部２４ｙの内
側に設置されて、同時に熱かしめされて固定されるもの
である。ざらにこの金属外筒２８の基端部１７’ｙ’側
の外周壁には保護外筒３２が外接しその接する部分で六
角かしめされる。

本実施例は以上のように構成されているが、上記構成の
内、第８図の金属スリーブ１０の基端部１７ｙ側の端部
１０ｙの正面図、第９図のその周辺の端面図に示すよう
に、金属スリーブ１０には約０．５ｍの段差の段部２１
が設けられて薄くなっており、外部衝撃の緩和に効果が
ある。ざらに金属スリーブ１０の基端部１７ｙ側の端部
１０Ｖと金属外筒２８との間に空気層４０ができるため
に冷却効果が生じ熱衝撃の緩和に効果がある。

又、金属スリーブ１０を用いれば、熱かしめによる割れ
やクラックが発生することを防止する効果があり、さら
にセラミックスリーブ５４ａに比べて、金属スリーブ１
０は複雑な加工が容易であるので、センサ４の性能を向
上させることに役立つ様々な形状に容易に加工できる利
点がある。

上述したように金属スリーブ１０．筒状主体金具２４及
び金属パツキン２３の材質は同一であるからそれらの熱
膨張率は同一でありセラミック製検出素子１４の熱膨張
率もほぼ同一である。改に熱膨張率が異なることによっ
て間隙が生じ気密性が損われて、センサ４の測定の精度
が低下することを防ぐ効果がある。

上記部材間の熱膨張率がほぼ同一であることとシール材
とにより、従来のセンサ構造においては１５ＫＩ／ｃｉ
の空気圧のもとて毎分４０〜６０ＣＣのガス漏出が見ら
れたが、本発明の第１実施例のセンサ構造においては、
ガスの漏出が測定できないほどであり、気密性において
、その効果が顕著である。なお上記シール材としてフッ
ソゴムを用いることにより耐熱の効果があり、またリー
ド線２の温度がシール材の基端部１７Ｖ側では２００°
Ｃ以下のためシリコンゴム２０を用いることができ、安
価なシリコンゴム２０を用いることによりコスト低減の
効果がある。

また本実施例は粉末滑石５８ａを使用しないも　・ので
あるから、そのための工程を必要とぜず、よってセンサ
４の製造工程が少なくなり、ざらにセラミック検出素子
１４の貫通する絶縁碍管１２を金属スリーブ１０に挿入
して容易に組み立てうるので、製造が容易になる利点が
ある。この絶縁碍管１２は、第１０図の斜視図の（イ）
に示すように、１本の絶縁碍管１２の開口部の周辺でセ
メント３６を用いて固着しても、（イ）に示すように２
本の絶縁碍管１２Ｘ、１２Ｖをセメント３６Ｘ。

３６ｙで固着してもよく、特に２本の場合は、開口部が
４ケ所になり固着面積が広く、強固に固着できる利点が
ある。

第１１図は本発明の第２実施例のセンサ４ｂ構造を示し
、（イ）はそのリード線２ｂ配置を示す平面図、（ロ）
はその部分破断図である。第２実施例は第１実施例と比
べて金属スリーブ１０ｂの内径が軽量化のため大きくな
り、またその先りｉ：部１７ｂｘ側の形状と、金属パツ
キン２３ｂの形状とが異なっているものでおる。金属ス
リーブ１０ｂに内接する絶縁碍管１２ｂを介してセラミ
ック製検出素子１４ｂが金属スリーブ１０ｂ内に装填さ
れ、熱かしめにより筒状主体金具２４ｂが一体化され、
金属スリーブ１０ｂの基端部１７ｂｙ側の外側には、金
属外筒２８ｂ、保護外筒３２　ｂ　ｈ号段けられている
。またシール材としてガラス１８ｂ、フッソゴム１９ｂ
、シリコンゴム２０ｂが用いられ、シール材を貫いてリ
ード線２ｂが設けられている。金属スリーブ１０ｂの外
周壁の中央部には凸条部２２ｂが設けられ、筒状主体金
具２４ｂと熱かしめにより一体化されている。凸条部２
２ｂより先端部１７ｂｘ側へ伸びる金属スリーブ１０ｂ
は筒状主体金具２４ｂとの間に空間５９ｂを形成してい
るが金属スリーブ１０ｂ先端が内側に、くの字形に折れ
曲りその外壁と筒状主体金具２４ｂとの間に金属パツキ
ン２３ｂが密接することにより、気密性が保たれている
。また金属スリーブ１０ｂの先端で金属パツキン２３ｂ
によってシールされることにより、そのシールされる部
分とセラミック製検出素子１４ｂの先端までの内容積が
少ないため、測定対象のガスの流動が速くなり、センサ
４ｂの応答性が良くなる効果がある。

ざらに金属スリーブ１０ｂの先端部１７ｂｘ側の形状が
単純で製造が容易である利点がある。

［発明の効果］本発明はセラミック製検出素子を絶縁体を介して金属ス
リーブに装填し、その金属スリーブと筒状主体金具とを
熱かしめにより一体化し、さらに金属スリーブがシール
されているセンサ構造であり、金属スリーブを用いるこ
とにより熱かしめにより一体化を行っても割れやクラッ
クが発生することがないので、気密性の低下やセンサ構
造の破壊を防ぐ効果がある。ざらに金属スリーブは、複
雑な加工が容易であるので、センサ構造に必要な所望の
形状を容易に得ることができる利点がある。

またシール材としてのガラスと金属スリーブとの熱膨張
率がほぼ同一なものを用いれば気密性を向上させること
ができ、センサの測定の精度を上げる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示し、（イ）はそのリー
ド線の配置を示す平面図、（ロ）はその部分破断図、第
２図は金属スリーブを示す斜視図、第３図は絶縁碍管を
示す斜視図、第４図はシール材の断面図、第５図は金属
パツキンの斜視図、第６図は金属スリーブの基端部周辺
の断面図、第７図は金属外筒の斜視図、第８図は金属ス
リーブの基端部側の＠部を示す正面図、第９図はその周
辺を示す端面図、第１０図の（イ）は１本の絶縁碍管の
固着状態を示す斜視図、（ロ）は２本の絶縁碍管の固着
状態を示す斜視図、第１１図は本発明の第２実施例を示
し、（イ）はそのリード線の配置を示す平面図、（ロ）
はその部分破断図、第１２図は従来のセンサ構造を示す
部分破断図、第１３図はセラミックスリーブの斜視図、
第１４図はセラミックガイドの斜視図である。４．４ａ、４ｂ・・・センサ１０．１０ｂ・・・金属スリーブ１２．１２ｂ・・・絶縁碍管１８．１８ａ、１８ｂ、１９．１９ａ、１９ｂ

Claims

【特許請求の範囲】セラミック製検出素子と、絶縁体を介して上記セラミック製検出素子を貫通口内に
装填した金属スリーブと、該金属スリーブの上記貫通口を閉塞するシール材と、該金属スリーブを内側に設置して一体化された筒状主体
金具と、を備えたことを特徴とするセンサ構造。２　上記金属スリーブの材質がステンレス鋼のＳＵＳ系
である特許請求の範囲第１項記載のセンサ構造。３　上記金属スリーブの基端部の外径が段差により減少
する構造である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
センサ構造。４　上記シール材が少なくともガラスからなる特許請求
の範囲第１乃至３項のいずれか記載のセンサ構造。５　上記シール材が上記金属スリーブの先端側よりガラ
ス、フッソゴム及びシリコンゴムの順序で少なくとも３
層からなる特許請求の範囲第１乃至３項のいずれか記載
のセンサ構造。