JP2009115781A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、軸線方向に延びてこの径方向内側に保持される検出素子本体を備えるガスセンサに関し、特に、検出素子本体の軸線方向先端側を多孔質保護層で被覆したガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a cylindrical metal shell extending in the axial direction and a detection element body that extends in the axial direction and is held inside in the radial direction, and in particular, protects the front end side of the detection element body in the axial direction with porous protection. Relates to a gas sensor coated with a layer.
従来より、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、排気ガス中の特定ガス(例えば窒素酸化物や酸素など)の濃度に応じて、起電力が変化したり、抵抗値が変化する検出素子を備えるガスセンサが知られている。
このようなガスセンサの検出素子では、排気ガス中の水滴が付着した際の熱衝撃によるクラックの発生を防止するなどの目的から、検出素子本体の先端部分を多孔質のセラミックからなる多孔質保護層で被覆することが知られている。多孔質保護層を設けることにより、検出素子に付着した水滴は、この多孔質保護層で分散されながら緩慢に浸透していくので、検出素子本体に大きな熱衝撃が生じにくくなり、検出素子本体にクラックが発生することを防止できる。例えば、特許文献1にこのような多孔質保護層を有するガスセンサが開示されている(特許文献1の図1及びその説明箇所等を参照)。
Conventionally, a detection element that is attached to an exhaust pipe of an automobile and used to change the electromotive force or the resistance value according to the concentration of a specific gas (for example, nitrogen oxide or oxygen) in the exhaust gas. There is known a gas sensor comprising:
In the detection element of such a gas sensor, a porous protective layer made of a porous ceramic is used for the tip of the detection element body for the purpose of preventing the occurrence of cracks due to thermal shock when water droplets in the exhaust gas adhere. It is known to coat with. By providing a porous protective layer, the water droplets adhering to the detection element slowly permeate while being dispersed in this porous protective layer, so that a large thermal shock is unlikely to occur in the detection element body, The generation of cracks can be prevented. For example, a gas sensor having such a porous protective layer is disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 1 of Patent Document 1 and the description thereof).
しかしながら、従来における多孔質保護層は、その基端が尖った角部を有する形態とされていた。このため、使用時の振動や衝撃により、この基端に欠けが生じることがあった。そして、この欠けで多孔質保護層が薄くなったり、検出素子本体が露出した部分に、排気ガス中の水滴が付着すると、その際の熱衝撃により、検出素子本体のこの部位にクラックが生じることがあった。 However, the conventional porous protective layer has a configuration in which the base end has a sharp corner. For this reason, the base end may be chipped due to vibration or impact during use. If the porous protective layer becomes thin due to this chipping, or if water droplets in the exhaust gas adhere to the exposed part of the detection element body, cracks will occur in this part of the detection element body due to thermal shock at that time was there.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、多孔質保護層の基端に欠けが生じることに起因して、検出素子本体にクラックが生じることを防止したガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and provides a gas sensor that prevents cracks from occurring in the detection element body due to chipping at the base end of the porous protective layer. Objective.
その解決手段は、軸線方向に延びる筒状をなす主体金具と、前記主体金具の先端から突出する素子突出部を有し、軸線方向に延びて前記主体金具の径方向内側に保持された板状の検出素子本体と、前記検出素子本体の先端側を被覆してなる多孔質保護層と、前記多孔質保護層を直に取り囲むように前記主体金具に取り付けられ、前記素子突出部の径方向周囲に配置された側壁に前記被測定ガスを導入する導入孔が設けられたプロテクタと、を備えるガスセンサであって、前記多孔質保護層は、被覆部と、該被覆部よりも基端側に設けられ、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる縮径部からなり、前記縮径部は、いずれの前記導入孔よりも基端側に配置されるガスセンサである。 The solution includes a metal shell having a cylindrical shape extending in the axial direction, and an element projecting portion protruding from the tip of the metal shell, and extending in the axial direction and held on the radially inner side of the metal shell. A detection element body, a porous protective layer covering the front end side of the detection element body, and attached to the metal shell so as to directly surround the porous protection layer. And a protector provided with an introduction hole for introducing the gas to be measured on the side wall disposed in the cover, wherein the porous protective layer is provided on the base end side with respect to the covering portion and the covering portion. The reduced diameter portion is a gas sensor that is disposed closer to the proximal end side than any of the introduction holes.
本発明のガスセンサでは、多孔質保護層のうち、被覆部よりも基端側に位置する縮径部を、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる形態としている。つまり、この縮径部には、従来の多孔質保護層の基端にあったような尖った角部が存在しない。このため、使用時の振動や衝撃によって縮径部に欠けが生じて、この部分の多孔質保護層が薄くなったり、この部分で検出素子本体が露出するのを防止できる。従って、排気ガス中の水滴が縮径部に付着しても、検出素子本体にクラックが生じ難い。
しかも、この縮径部を、素子突出部を直に取り囲むプロテクタの側壁に設けられた導入孔よりも基端側に配置しているので、導入孔を通過した水滴が縮径部に付着し難い。従って、検出素子本体にクラックが生じるのを更に効果的に防止したガスセンサとすることができる。
In the gas sensor of the present invention, in the porous protective layer, the reduced diameter portion located on the proximal end side with respect to the covering portion is configured so that the thickness gradually decreases toward the proximal end side. In other words, the reduced diameter portion does not have a sharp corner as at the base end of the conventional porous protective layer. For this reason, it is possible to prevent the reduced-diameter portion from being chipped due to vibration or impact during use, and the porous protective layer in this portion to become thin, or the detection element body to be exposed in this portion. Therefore, even if water droplets in the exhaust gas adhere to the reduced diameter portion, the detection element main body is hardly cracked.
In addition, since the reduced diameter portion is disposed on the proximal end side with respect to the introduction hole provided in the side wall of the protector that directly surrounds the element protruding portion, water droplets that have passed through the introduction hole are unlikely to adhere to the reduced diameter portion. . Therefore, the gas sensor can be more effectively prevented from generating cracks in the detection element body.
なお、多孔質保護層の「縮径部」は、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる形態である。具体的には、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる、テーパ状やR形状などが挙げられる。
また、多孔質保護層の「被覆部」は、検出素子本体の先端から縮径部までの検出素子本体の周囲を被覆するものである。さらに、「プロテクタ」は、一重構造のプロテクタのみからなるものの他、2つ以上のプロテクタが重なった多重構造のプロテクタであってもよい。この多重構造の場合には、最も内側に配置され、検出素子本体を直に取り囲むプロテクタが、特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。
The “reduced diameter portion” of the porous protective layer is a form in which the thickness is gradually reduced toward the proximal end side. Specifically, a taper shape, an R shape, or the like that gradually decreases in thickness toward the base end side can be given.
The “covering portion” of the porous protective layer covers the periphery of the detection element body from the tip of the detection element body to the reduced diameter portion. Further, the “protector” may be a protector having a multiple structure in which two or more protectors are overlapped, in addition to a protector having only a single structure. In the case of this multiple structure, the protector that is arranged on the innermost side and directly surrounds the detection element main body corresponds to the “protector” in the claims.
更に、上記のガスセンサであって、前記多孔質保護層のうち前記縮径部の軸線方向長さを、前記被覆部の厚み以上3mm以下としてなるガスセンサとすると良い。 Further, in the above gas sensor, it is preferable that the axial direction length of the reduced diameter portion of the porous protective layer is a gas sensor having a thickness not less than 3 mm and not more than 3 mm.
本発明のガスセンサでは、縮径部の軸線方向長さを、被覆部の厚み以上、3mm以下としているので、使用時の振動や衝撃によって縮径部に欠けが生じるのをより確実に防止できる。従って、検出素子本体にクラックが生じるのを更に効果的に防止した信頼性の高いガスセンサとすることができる。 In the gas sensor of the present invention, since the length in the axial direction of the reduced diameter portion is not less than the thickness of the covering portion and not more than 3 mm, it is possible to more reliably prevent the reduced diameter portion from being chipped due to vibration or impact during use. Therefore, it is possible to provide a highly reliable gas sensor that more effectively prevents the detection element body from being cracked.
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記被覆部の厚みを、100μm以上600μm以下としてなるガスセンサとすると良い。 Furthermore, the gas sensor according to any one of the above, wherein the thickness of the covering portion is 100 μm or more and 600 μm or less.
多孔質保護層の被覆部の厚みが薄すぎると、具体的には100μmよりも薄いと、多孔質保護層に水滴が付着した際の熱衝撃による検出素子本体のクラックの発生を防止するなど、多孔質保護層に本来求められる効果が十分に得られないおそれがある。一方、多孔質保護層の被覆部の厚みが厚すぎると、具体的には600μmよりも厚いと、例えば、ヒータによる昇温時に熱がこの多孔質保護層にも伝わるため、検出素子本体の温度が下がって活性化するまでの時間が長くなる、ヒータの消費電力が増大する、ガスセンサの検出感度が悪くなるなどの問題が生じることがある。 If the thickness of the covering portion of the porous protective layer is too thin, specifically less than 100 μm, the occurrence of cracks in the detection element body due to thermal shock when water droplets adhere to the porous protective layer, etc. There is a possibility that the effect originally required for the porous protective layer cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the thickness of the covering portion of the porous protective layer is too thick, specifically, if it is thicker than 600 μm, for example, heat is transferred to the porous protective layer when the temperature is raised by the heater. In some cases, the time until the activation of the gas sensor decreases and the activation time increases, the power consumption of the heater increases, and the detection sensitivity of the gas sensor deteriorates.
これに対し、本発明のガスセンサでは、多孔質保護層の被覆部の厚みを100μm以上としているので、水滴の付着に伴うクラックの発生を防止するなどの多孔質保護層としての効果を十分に得ることができる。また一方で、多孔質保護層の被覆部の厚みを600μm以下としているので、ヒータによる昇温時に検出素子が活性化するまでの時間を十分に短くでき、ヒータの消費電力も減らすことができる。また、ガスセンサの検出感度も良好となる。 On the other hand, in the gas sensor of the present invention, since the thickness of the covering portion of the porous protective layer is 100 μm or more, sufficient effects as a porous protective layer such as preventing the occurrence of cracks due to adhesion of water droplets are sufficiently obtained. be able to. On the other hand, since the thickness of the covering portion of the porous protective layer is 600 μm or less, it is possible to sufficiently shorten the time until the detection element is activated when the temperature is raised by the heater, and to reduce the power consumption of the heater. In addition, the detection sensitivity of the gas sensor is improved.
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記被覆部は、前記検出素子本体の前記素子突出部をなだらかに覆ってなるガスセンサとすると良い。 Furthermore, in the gas sensor according to any one of the above, the covering portion may be a gas sensor that gently covers the element protruding portion of the detection element body.
本発明のガスセンサでは、多孔質保護層の被覆部が、検出素子本体の素子突出部をなだらかに覆っている。即ち、検出素子本体は板状をなすので、その素子突出部には、主面(板面)と側面、主面と先端面、側面と先端面により形成された稜(辺)や3つの面が集まってできた頂点を有するが、この素子突出部を被覆する多孔質保護層の被覆部は、その外表面全体が尖った角部の無いなだらかな形態とされている。このため、使用時の振動や衝撃によって被覆部に欠けが生じるのを効果的に防止できる。従って、より信頼性の高いガスセンサとすることができる。 In the gas sensor of the present invention, the covering portion of the porous protective layer gently covers the element protruding portion of the detection element body. That is, since the detection element main body has a plate shape, the element projecting portion includes a main surface (plate surface) and a side surface, a main surface and a front end surface, a ridge (side) formed by the side surface and the front end surface, and three surfaces. The covering portion of the porous protective layer covering the element protruding portion has a gentle shape with no sharp corners on the entire outer surface. For this reason, it is possible to effectively prevent the covering portion from being chipped due to vibration or impact during use. Therefore, a more reliable gas sensor can be obtained.
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記被覆部と前記プロテクタとの最小間隙を、0.5mm以上としてなるガスセンサとすると良い。 Furthermore, in the gas sensor according to any one of the above, a gas sensor in which a minimum gap between the covering portion and the protector is 0.5 mm or more is preferable.
被覆部とプロテクタとの最小間隙が小さすぎると、具体的には0.5mmよりも小さいと、被測定ガスと共にプロテクタ内に入った水滴が、プロテクタと被覆部との間に溜まるようにして被覆部に付着しやくする。また、一旦プロテクタの内周面に付着した水滴が、この内周面を移動して、被覆部に付着する場合もある。
これに対し、本発明では、検出素子とプロテクタとの最小間隙を0.5mm以上としているので、被測定ガスと共に水滴がプロテクタ内に入っても、被覆部には付着しにくくなる。また、一旦プロテクタの内周面に付着した水滴が移動しても、被覆部に接触しにくくなる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子本体にクラックが発生するのを、より確実に防止できる。
If the minimum gap between the cover and the protector is too small, specifically less than 0.5 mm, water droplets that have entered the protector together with the gas to be measured are covered between the protector and the cover. Gently adhere to the part. In addition, water drops once attached to the inner peripheral surface of the protector may move on the inner peripheral surface and adhere to the covering portion.
On the other hand, in the present invention, since the minimum gap between the detection element and the protector is 0.5 mm or more, even if water droplets enter the protector together with the gas to be measured, it is difficult to adhere to the covering portion. Moreover, even if the water droplet adhering to the inner peripheral surface of the protector once moves, it becomes difficult to contact the covering portion. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element body from being cracked by a thermal shock when a water droplet is attached.
さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記縮径部は、前記主体金具内部に配置されるガスセンサとすると良い。 Furthermore, in the gas sensor according to any one of the above, the reduced diameter portion may be a gas sensor disposed inside the metal shell.
本発明のガスセンサでは、縮径部を主体金具の内部に配置している。これにより、主体金具が障壁となって縮径部に水滴が付着し難い。従って、検出素子本体にクラックが生じるのを更に効果的に防止したガスセンサとすることができる。 In the gas sensor of the present invention, the reduced diameter portion is disposed inside the metal shell. Thereby, a metal shell becomes a barrier and a water droplet does not adhere easily to a reduced diameter part. Therefore, the gas sensor can be more effectively prevented from generating cracks in the detection element body.
さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記主体金具と前記被覆部との最小隙間が1.45mm以下であるガスセンサとすると良い。 Furthermore, the gas sensor according to any one of the above, wherein the minimum clearance between the metal shell and the covering portion is 1.45 mm or less.
主体金具と被覆部との最小間隙が大きすぎると、具体的には1.45mmよりも大きいと、被測定ガスと共にプロテクタ内に入った水滴が主体金具と検出素子本体(縮径部)との隙間に入りやすくなり、縮径部に水滴が付着しやくする。
これに対し、本発明では、主体金具と被覆部との最小間隙を1.45mm以下としているので、被測定ガスと共に水滴がプロテクタ内に入っても、縮径部には付着しにくくなる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子本体にクラックが発生するのを、より確実に防止できる。
If the minimum gap between the metal shell and the cover is too large, specifically, greater than 1.45 mm, water droplets that have entered the protector together with the gas to be measured are formed between the metal shell and the detection element body (reduced diameter portion). It becomes easy to enter the gap, and water droplets easily adhere to the reduced diameter portion.
On the other hand, in the present invention, since the minimum gap between the metal shell and the covering portion is 1.45 mm or less, even if water droplets enter the protector together with the gas to be measured, it is difficult to adhere to the reduced diameter portion. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element body from being cracked by a thermal shock when a water droplet is attached.
さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記縮径部と前記主体金具の先端との距離は、前記主体金具と前記被覆部との最小間隙よりも大きいガスセンサとすると良い。これにより、被測定ガスと共に水滴がプロテクタ内に入っても、縮径部にはさらに付着しにくくなる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子本体にクラックが発生するのを、より確実に防止できる。さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記主体金具と前記被覆部との最小隙間を、前記導入孔の直径よりも小さいガスセンサとすると更によい。 Furthermore, in the gas sensor according to any one of the above, the distance between the reduced diameter portion and the tip of the metallic shell is preferably a gas sensor that is larger than a minimum gap between the metallic shell and the covering portion. Thereby, even if a water droplet enters into the protector together with the gas to be measured, it is more difficult to adhere to the reduced diameter portion. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element body from being cracked by a thermal shock when a water droplet is attached. Furthermore, in the gas sensor according to any one of the above, it is further preferable that a minimum clearance between the metal shell and the covering portion is a gas sensor smaller than a diameter of the introduction hole.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態に係るガスセンサ100を示す。また、図2及び図3に、このガスセンサ100の先端側部分を拡大して示す。更に、図4に、ガスセンサ100を構成する検出素子200の先端側部分の平面図を示す。また、図5に、検出素子200の検出素子本体201の分解斜視図を示す。また、図6に、検出素子200の先端側部分の横断面図(図4のA−A断面図)を示す。なお、図1〜図4の各図においては、図中、下側が軸線AX方向先端側(以下、単に先端側とも言う。)であり、図中、上側が軸線AX方向基端側(以下、単に基端側とも言う。)である。また、図5においては、図中、左側が先端側であり、図中、右側が基端側である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a gas sensor 100 according to this embodiment. 2 and 3 are enlarged views of the front end portion of the gas sensor 100. FIG. Further, FIG. 4 shows a plan view of the tip side portion of the detection element 200 constituting the gas sensor 100. FIG. 5 is an exploded perspective view of the detection element main body 201 of the detection element 200. FIG. 6 shows a cross-sectional view (A-A cross-sectional view in FIG. 4) of the tip side portion of the detection element 200. 1 to 4, the lower side in the drawings is the distal end side in the axis AX direction (hereinafter, also simply referred to as the distal end side), and the upper side in the drawings is the proximal end side in the axis AX direction (hereinafter referred to as “the distal end side”). It is also simply referred to as the base end side). In FIG. 5, the left side is the distal end side, and the right side is the proximal end side in the figure.
このガスセンサ100は、図示しない自動車の排気管に取り付けられ、内部に保持する検出素子200が排気管内を流通する排気ガス(被検出ガス)中に晒されて、その排気ガス中の酸素(特定ガス成分)の濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。このガスセンサ100は、図1に示すように、軸線AX方向に延びる筒状の主体金具110、この主体金具110の内側に保持された板状の検出素子200、主体金具110の基端側に固設された外筒151、主体金具110の先端側に固設されたプロテクタ160等から構成されている。 This gas sensor 100 is attached to an exhaust pipe of an automobile (not shown), and a detection element 200 held inside is exposed to exhaust gas (detected gas) flowing through the exhaust pipe, so that oxygen (specific gas) in the exhaust gas is exposed. This is a so-called full-range air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas from the concentration of the component. As shown in FIG. 1, the gas sensor 100 includes a cylindrical metal shell 110 extending in the direction of the axis AX, a plate-shaped detection element 200 held inside the metal shell 110, and a base end side of the metal shell 110. The outer cylinder 151 is provided, the protector 160 is fixed to the front end side of the metal shell 110, and the like.
このうち、検出素子200は、一定の大きさの幅H(4mm)及び厚みD(1.5mm)(図6参照)を有して軸線AX方向に延びる板状(短冊状)をなす検出素子本体201を備える。検出素子本体201は、第1板面201aと第2板面201bと第1側面201cと第2側面201dを有する(図4、図6参照)。この検出素子本体201は、図1に示すように、後述する主体金具110の先端側開口端110sから先端側(図中、下方)に突出した素子突出部202と、主体金具110に径方向周囲を包囲された胴部207と、主体金具110から基端側(図中、上方)に突出した素子基端部209とからなる。 Among these, the detection element 200 has a fixed width H (4 mm) and thickness D (1.5 mm) (see FIG. 6), and has a plate shape (strip shape) extending in the axis AX direction. A main body 201 is provided. The detection element body 201 includes a first plate surface 201a, a second plate surface 201b, a first side surface 201c, and a second side surface 201d (see FIGS. 4 and 6). As shown in FIG. 1, the detection element main body 201 includes an element protruding portion 202 that protrudes from a distal end side open end 110s of a metal shell 110, which will be described later, to the front end side (downward in the drawing), and a radial direction around the metal shell 110. And a device base end portion 209 that protrudes from the metal shell 110 to the base end side (upward in the figure).
検出素子200の胴部207の中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ131が、自身の内側に検出素子200を挿通し、その先端側部分を筒底の開口131cから突出させた状態で配置されている。この金属カップ131は、主体金具110内に検出素子200を保持するための部材であり、その先端周縁部132は、先端側ほど縮径するテーパ状に形成されている。この金属カップ131内には、アルミナ製のセラミックリング133と、滑石粉末を圧縮した第1滑石リング135とが、検出素子200を挿通した状態で収容されている。第1滑石リング135は、金属カップ131内で押し潰されて細部にまで充填されており、これにより、検出素子200が、金属カップ131内で位置決めされて保持されている。 A metal metal cup 131 having a bottomed cylindrical shape is inserted into the inner side of the detection element 200 at the front end side slightly from the center of the body portion 207 of the detection element 200, and the front end side portion is opened at the bottom of the cylinder bottom. It is arranged in a state of protruding from 131c. The metal cup 131 is a member for holding the detection element 200 in the metal shell 110, and the distal end peripheral portion 132 is formed in a tapered shape having a diameter reduced toward the distal end side. In the metal cup 131, an alumina ceramic ring 133 and a first talc ring 135 compressed with talc powder are accommodated in a state where the detection element 200 is inserted. The first talc ring 135 is crushed in the metal cup 131 and filled to the fine details, whereby the detection element 200 is positioned and held in the metal cup 131.
金属カップ131と一体となった検出素子200は、その径方向周囲を筒状の主体金具110に取り囲まれて保持されている。この主体金具110は、ガスセンサ100を自動車の排気管に取り付け固定するためのものであり、SUS430の低炭素鋼からなる。この主体金具110の外周先端側には、排気管への取り付け用の雄ねじ部111が形成されている。また、この雄ねじ部111よりも先端側には、後述するプロテクタ160が固定される円環状の先端固定部113が突出形成されている。 The detection element 200 integrated with the metal cup 131 is held by being surrounded by a cylindrical metal shell 110 around its radial direction. The metal shell 110 is for attaching and fixing the gas sensor 100 to the exhaust pipe of the automobile, and is made of SUS430 low carbon steel. A male screw portion 111 for attachment to the exhaust pipe is formed on the outer peripheral tip side of the metal shell 110. Further, an annular tip fixing portion 113 to which a protector 160 (described later) is fixed is formed protruding from the tip side of the male screw portion 111.
また、主体金具110の外周中央には、取り付け用の工具が係合する工具係合部117が形成されている。また、主体金具110には、この工具係合部117と雄ねじ部111との間に、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット119が嵌挿されている。更に、工具係合部117の基端側には、後述する外筒151が固定される基端固定部116が形成されている。また、更にその基端側には、主体金具110内に検出素子200を加締め保持するための加締め部118が形成されている。 A tool engaging portion 117 with which a tool for attachment is engaged is formed at the center of the outer periphery of the metal shell 110. In addition, a gasket 119 is inserted between the tool engagement portion 117 and the male screw portion 111 in the metal shell 110 to prevent gas from being released when the metal fitting 110 is attached to the exhaust pipe. Further, a base end fixing portion 116 to which an outer cylinder 151 described later is fixed is formed on the base end side of the tool engaging portion 117. Further, a caulking portion 118 for caulking and holding the detection element 200 in the metal shell 110 is formed on the base end side.
また、主体金具110の内周先端側には、先端側ほど縮径するテーパ状をなす段部115が形成されている。この段部115には、検出素子200を保持する金属カップ131のテーパ状をなす先端周縁部132が係止されている。更に、主体金具110の内側のうち、金属カップ131の基端側には、第2滑石リング137が、検出素子200を挿通した状態で配置されている。そして、この第2滑石リング137を基端側から押さえるようにして、筒状のスリーブ141が主体金具110内に嵌め込まれている。このスリーブ141には、段状をなす肩部142が形成されている。この肩部142には、円環状の加締めパッキン143が配置されている。そして、主体金具110の加締め部118が、この加締めパッキン143を介してスリーブ141の肩部142を先端側に押圧するようにして、加締められている。 Further, on the inner peripheral front end side of the metal shell 110, a stepped portion 115 having a tapered shape whose diameter decreases toward the front end side is formed. The stepped portion 115 is engaged with a tip peripheral portion 132 having a tapered shape of the metal cup 131 that holds the detection element 200. Further, a second talc ring 137 is disposed in a state where the detection element 200 is inserted on the proximal end side of the metal cup 131 inside the metal shell 110. A cylindrical sleeve 141 is fitted into the metal shell 110 so that the second talc ring 137 is pressed from the base end side. The sleeve 141 is formed with a shoulder 142 having a stepped shape. An annular caulking packing 143 is disposed on the shoulder 142. The caulking portion 118 of the metal shell 110 is caulked so as to press the shoulder 142 of the sleeve 141 toward the distal end side through the caulking packing 143.
スリーブ141に押圧された第2滑石リング137は、主体金具110内で押し潰されて細部にわたって充填され、この第2滑石リング137と、金属カップ131内に予め装填された第1滑石リング135とによって、金属カップ131及び検出素子200が、主体金具110内で位置決めされて保持されている。主体金具110内の気密は、加締め部118とスリーブ141の肩部142との間に介在される加締めパッキン143によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。 The second talc ring 137 pressed against the sleeve 141 is crushed in the metal shell 110 and filled in details, and the second talc ring 137 and the first talc ring 135 preloaded in the metal cup 131, Thus, the metal cup 131 and the detection element 200 are positioned and held in the metal shell 110. The airtightness in the metal shell 110 is maintained by the caulking packing 143 interposed between the caulking portion 118 and the shoulder portion 142 of the sleeve 141, and the outflow of combustion gas is prevented.
検出素子200は、その素子基端部209が主体金具110の基端部である加締め部118よりも基端側に突出しており、その素子基端部209には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ145が被せられている。セパレータ145は、検出素子200の素子基端部209に形成された5個の電極パッド235,235,…とそれぞれ電気的に接続する5個の接続端子147,147,…(図1ではそのうちの1つを図示している。)を内部に保持している。これらの接続端子147,147,…は、ガスセンサ100の外部に引き出される5本のリード線149,149,…(図1ではそのうちの3本を図示している。)にも電気的に接続している。そして、セパレータ145は、接続端子147,147,…とリード線149,149,…との各接続部分を互いに絶縁しつつ収容している。 The element base end 209 of the detection element 200 protrudes to the base end side with respect to the crimping portion 118 that is the base end of the metal shell 110, and the element base end 209 has a cylinder made of insulating ceramics. -Shaped separator 145 is covered. The separator 145 has five connection terminals 147, 147,... That are electrically connected to the five electrode pads 235, 235,... Formed on the element base end portion 209 of the detection element 200, respectively (in FIG. One is shown.) Is held inside. These connection terminals 147, 147, ... are also electrically connected to five lead wires 149, 149, ... (three of which are shown in Fig. 1) drawn out of the gas sensor 100. ing. The separator 145 accommodates the connection portions of the connection terminals 147, 147,... And the lead wires 149, 149,.
そして、セパレータ145の周囲を囲うようにして、筒状の外筒151が配設されている。この外筒151は、ステンレス(本実施形態ではSUS304)製であり、その先端開口部152が、主体金具110の基端固定部116の径方向外側に配置されている。この先端開口部152は、外側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて、基端固定部116に接合されている。 A cylindrical outer cylinder 151 is disposed so as to surround the separator 145. The outer cylinder 151 is made of stainless steel (SUS304 in this embodiment), and the distal end opening 152 is disposed on the radially outer side of the proximal end fixing portion 116 of the metal shell 110. The distal end opening 152 is crimped from the outside, and is further laser-welded around the outer periphery and joined to the proximal end fixing portion 116.
また、外筒151とセパレータ145との間隙には、金属製で筒状をなす保持金具153が配設されている。この保持金具153は、自身の基端を内側に折り曲げて構成した支持部154を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ145の基端側外周に鍔状に設けられた鍔部146をこの支持部154に係止させて、セパレータ145を支持している。この状態で、保持金具153が配置された部分の外筒151が外側から加締められ、セパレータ145を支持した保持金具153が外筒151に固定されている。 In addition, in the gap between the outer cylinder 151 and the separator 145, a metal-made holding metal fitting 153 is disposed. The holding metal fitting 153 has a support portion 154 formed by bending its own base end inward, and a hook portion 146 provided in a hook shape on the outer periphery of the base end side of the separator 145 inserted into the inside thereof. The separator 145 is supported by being engaged with the support portion 154. In this state, the outer cylinder 151 at the portion where the holding metal fitting 153 is disposed is crimped from the outside, and the holding metal fitting 153 supporting the separator 145 is fixed to the outer cylinder 151.
また、外筒141の基端側開口には、フッ素系ゴム製のグロメット155が嵌合されている。このグロメット155は、5つの挿通孔156,156,…(図1ではそのうちの1つを図示している。)を有し、各挿通孔156,156,…に、セパレータ145から延出した5本のリード線149,149,…が気密に挿通されている。この状態でグロメット155は、セパレータ145を先端側に押圧しつつ、外筒151の外側から加締められて、外筒151に固定されている。 Further, a fluoro rubber grommet 155 is fitted into the base end side opening of the outer cylinder 141. This grommet 155 has five insertion holes 156, 156,... (One of which is shown in FIG. 1), and 5 extending from the separator 145 to each insertion hole 156, 156,. The lead wires 149, 149,... Are inserted in an airtight manner. In this state, the grommet 155 is fixed to the outer cylinder 151 by being crimped from the outside of the outer cylinder 151 while pressing the separator 145 toward the distal end.
主体金具110に保持された検出素子200は、その素子突出部202が、主体金具110の先端側開口端110sよりも先端側に突出している。そして、この先端固定部113には、検出素子200の素子突出部202を、排気ガス中のデポジット(燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質)による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ160が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。このプロテクタ160は、有底筒状の内側プロテクタ161と、この内側プロテクタ161の径方向周囲を、空隙を介して取り囲む筒状をなす外側プロテクタ171とから構成される二重構造を有する。 The detection element 200 held by the metal shell 110 has an element protruding portion 202 that protrudes to the front end side from the front end opening end 110 s of the metal shell 110. The tip fixing portion 113 protects the element protruding portion 202 of the detection element 200 from contamination due to deposits (toxic substances such as fuel ash and oil components) in the exhaust gas, breakage due to moisture, and the like. A protector 160 is fitted and fixed by laser welding. The protector 160 has a double structure including a bottomed cylindrical inner protector 161 and a cylindrical outer protector 171 surrounding the inner periphery of the inner protector 161 via a gap.
内側プロテクタ161は、有底の筒状をなし、検出素子200の素子突出部202の先端側(図中、下方)及び径方向外側(図中、左右方向)を取り囲み、自身の内部に素子突出部202を配置した状態で、主体金具110に固定されている。この内側プロテクタ161には、自身の外部から内部へ排気ガスを導入する内側導入孔167,167,…が、検出素子200の先端200s(多孔質保護層240の先端側端240s)よりも基端側に複数設けられている。本実施形態において、この内側導入孔167の直径は1.5mmである。なお、この内側導入孔が特許請求の範囲の「導入孔」に相当する。また、この内側プロテクタ161の先端側には、内部に向けて切り込み状に開口された水抜き孔166,166,…が複数設けられている。これらの水抜き孔166,166,…は、検出素子200の先端200sよりも先端側に形成されている。また、この内側プロテクタ161の底壁中央には、排気ガス及び水を外部に排出する排出孔164が形成されている。 The inner protector 161 has a bottomed cylindrical shape, surrounds the tip end side (downward in the figure) and the radially outer side (leftward and rightward direction in the figure) of the element protruding portion 202 of the detection element 200, and projects the element inside itself. It is fixed to the metallic shell 110 with the portion 202 disposed. In this inner protector 161, inner introduction holes 167, 167,... For introducing exhaust gas from the outside to the inside are provided at the base end from the tip 200s of the detection element 200 (the tip side end 240s of the porous protective layer 240). A plurality are provided on the side. In the present embodiment, the inner introduction hole 167 has a diameter of 1.5 mm. The inner introduction hole corresponds to the “introduction hole” in the claims. Further, a plurality of drain holes 166, 166,... Opened in a cut shape toward the inside are provided on the front end side of the inner protector 161. These drain holes 166, 166,... Are formed on the tip side of the tip 200s of the detection element 200. A discharge hole 164 for discharging exhaust gas and water to the outside is formed in the center of the bottom wall of the inner protector 161.
一方、外側プロテクタ171は、内側プロテクタ161の径方向周囲を空隙を介して取り囲んだ状態で、主体金具110に固定されている。この外側プロテクタ171の先端部172は、内側プロテクタ161に向けて内側に折り曲げられている。これにより、内側プロテクタ161と外側プロテクタ171との空隙が先端側で閉塞されている。また、外側プロテクタ171のうち、検出素子200の先端200sよりも先端側の所定位置には、自身の外部から内部へ排気ガスを導入する複数の外側導入孔177,177,…が、周方向に並んで形成されている。これらの外側導入孔177,177,…の各々には、内側に向けて延出する板状のガイド体178,178,…が設けられている。これにより、外部から外側導入孔177,177,…を介して内部に導入された排気ガスは、内側プロテクタ161との空隙において、軸線AXの周方向に旋回する旋回流を生じる。 On the other hand, the outer protector 171 is fixed to the metal shell 110 in a state in which the outer periphery of the inner protector 161 is surrounded by a gap. The front end 172 of the outer protector 171 is bent inward toward the inner protector 161. Thereby, the space | gap of the inner side protector 161 and the outer side protector 171 is obstruct | occluded by the front end side. Further, in the outer protector 171, a plurality of outer introduction holes 177, 177,... For introducing exhaust gas from the outside to the inside are provided in the circumferential direction at a predetermined position on the tip side of the tip 200s of the detection element 200. It is formed side by side. Each of these outer introduction holes 177, 177,... Is provided with a plate-shaped guide body 178, 178,. As a result, the exhaust gas introduced from the outside through the outer introduction holes 177, 177,... Generates a swirling flow that swirls in the circumferential direction of the axis AX in the gap with the inner protector 161.
次に、本発明の主要部である検出素子200について説明する。検出素子200の素子突出部202の全体と胴部207の先端側の一部には、その外表面を覆うようにして、多孔質のアルミナからなる多孔質保護層240が被覆されている。
この多孔質保護層240のうち、その基端240kから軸線AX方向の長さtk(図4参照)が3mm以下(本実施形態では1mm)の範囲には、基端側(図中、上方)に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる縮径部247が設けられている。本実施形態には、縮径部247は、軸線AX方向の距離に比例して基端側ほど厚みが薄くなるテーパ状とされている。さらに、この縮径部247は、主体金具110の先端側開口端110sよりも3mm(図3の距離Iに相当)奥まって配置されている。これは、後述する主体金具110と被覆部242(基端側被覆部243)との最小間隙Hよりも距離Iが大きいことに相当する。
Next, the detection element 200 which is a main part of the present invention will be described. A porous protective layer 240 made of porous alumina is coated on the entire element protruding portion 202 of the detection element 200 and a part on the front end side of the body portion 207 so as to cover the outer surface thereof.
In the porous protective layer 240, the base end side (upward in the drawing) is within a range where the length tk (see FIG. 4) in the axis AX direction from the base end 240k is 3 mm or less (1 mm in this embodiment). A diameter-reduced portion 247 is provided that gradually decreases in thickness toward. In the present embodiment, the reduced diameter portion 247 has a tapered shape with a thickness that decreases in proportion to the distance in the direction of the axis AX. Further, the reduced diameter portion 247 is disposed 3 mm (corresponding to the distance I in FIG. 3) behind the distal end opening end 110 s of the metal shell 110. This corresponds to the distance I being larger than the minimum gap H between the metal shell 110 and the covering portion 242 (base end side covering portion 243) described later.
また、多孔質保護層240のうち、縮径部247よりも先端側には、被覆部242が設けられている(図2及び図3参照)。このうち、主体金具110の先端側開口端110sよりも先端側で、素子突出部202全体を覆う部分が先端側被覆部241であり、主体金具110内で胴部207の先端側の一部を覆う部分が基端側被覆部243である。従って、先端側被覆部241は、主体金具の110の先端側開口端110sから先端側に突出している。一方、基端側被覆部243は、先端側開口端110sよりも基端側に位置している。 Moreover, the coating | coated part 242 is provided in the front end side rather than the diameter reducing part 247 among the porous protective layers 240 (refer FIG.2 and FIG.3). Among these, the portion covering the entire element protruding portion 202 on the distal end side of the distal end side open end 110 s of the metal shell 110 is the distal end side covering portion 241, and a part of the front end side of the trunk portion 207 is formed in the metal shell 110. A portion to be covered is the base end side covering portion 243. Therefore, the front end side covering portion 241 protrudes from the front end side opening end 110s of the metal shell 110 to the front end side. On the other hand, the base end side covering portion 243 is located closer to the base end side than the distal end side opening end 110s.
そして、先端側被覆部241は、検出素子本体201の素子突出部202をなだらかに覆っており、その外表面が尖った角のない形態をなしている(図2〜図4及び図6参照)。即ち、先端側被覆部241の角部245,245,…は、いずれも丸くなっている。
また、多孔質保護層240のうち、被覆部242の厚みdk(図4及び図6参照)は、100μm以上600μm以下(本実施形態では400μm)とされている。また、この多孔質保護層240と内側プロテクタ161との最小間隙G(図3参照)は、0.5mm以上(本実施形態では、1mm)とされている。 さらに、多孔質保護層240(後端側被覆部243)と主体金具110との最小間隙H(図3参照)は、1.45mm以下(本実施形態では、1.25mm)とされている。これは、内側プロテクタ161の内側導入孔167の直径よりも小さくされている。
The front end side covering portion 241 gently covers the element protruding portion 202 of the detection element main body 201, and the outer surface thereof has a shape without a sharp corner (see FIGS. 2 to 4 and 6). . That is, the corner portions 245, 245,... Of the tip side covering portion 241 are all rounded.
Moreover, the thickness dk (refer FIG.4 and FIG.6) of the coating | coated part 242 among the porous protective layers 240 shall be 100 micrometers or more and 600 micrometers or less (400 micrometers in this embodiment). The minimum gap G (see FIG. 3) between the porous protective layer 240 and the inner protector 161 is 0.5 mm or more (1 mm in this embodiment). Furthermore, the minimum gap H (see FIG. 3) between the porous protective layer 240 (rear end side covering portion 243) and the metallic shell 110 is 1.45 mm or less (in this embodiment, 1.25 mm). This is smaller than the diameter of the inner introduction hole 167 of the inner protector 161.
この検出素子本体201は、図5及び図6に示すように、互いに積層された複数層を同時焼成して形成したものであり、特定ガス成分の検出に機能するセンサ機能部250と、このセンサ機能部250の一方に積層され、このセンサ機能部250を保護する保護部260と、このセンサ機能部250の他方に積層され、センサ機能部250を早期活性化させるために加熱するヒータ部270とを有する。 As shown in FIGS. 5 and 6, the detection element main body 201 is formed by simultaneously firing a plurality of layers stacked on each other, and includes a sensor function unit 250 that functions to detect a specific gas component, and the sensor. A protective unit 260 that is stacked on one side of the functional unit 250 and protects the sensor functional unit 250, and a heater unit 270 that is stacked on the other side of the sensor functional unit 250 and that heats to activate the sensor functional unit 250 early. Have
このうち、センサ機能部250は、酸素ポンプセル251と、酸素濃度検出セル253と、これらの間に積層された絶縁層219とから構成されている。
酸素ポンプセル251は、第1固体電解質層215と、この第1固体電解質体215の両面に形成された第1電極213及び第2電極217とから構成されている。第1固体電解質層215は、ジルコニアを主成分として、安定化剤にイットリア又はカルシアを添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。この第1固体電解質層215の基端側の所定位置には、第1スルーホール導体215a及び第2スルーホール導体215bが貫通形成されている。
Among these, the sensor function part 250 is comprised from the oxygen pump cell 251, the oxygen concentration detection cell 253, and the insulating layer 219 laminated | stacked among these.
The oxygen pump cell 251 includes a first solid electrolyte layer 215 and a first electrode 213 and a second electrode 217 formed on both surfaces of the first solid electrolyte body 215. The first solid electrolyte layer 215 is composed of a partially stabilized zirconia sintered body having zirconia as a main component and yttria or calcia added to a stabilizer. A first through-hole conductor 215a and a second through-hole conductor 215b are formed to penetrate at a predetermined position on the base end side of the first solid electrolyte layer 215.
第1電極213は、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第1電極部213aと、この第1電極部213aから基端側に延びる第1リード部213bとから構成されている。この第1リード部213bは、その基端において、後述する保護本体層211に設けられた第8スルーホール導体211cに電気的に接続している。
第2電極217も、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第2電極部217aと、この第2電極部217aから基端側に延びる第2リード部217bとから構成されている。この第2リード部217bは、その基端において、第1固体電解質層215に設けられた第2スルーホール導体215bに電気的に接続すると共に、後述する絶縁層219に設けられた第5スルーホール導体219bに電気的に接続している。
The first electrode 213 is mainly composed of platinum, and has a first electrode portion 213a having a rectangular shape in plan view formed at a predetermined position on the distal end side, and a first lead portion extending from the first electrode portion 213a toward the proximal end side. 213b. The first lead portion 213b is electrically connected at its proximal end to an eighth through-hole conductor 211c provided in a protective main body layer 211 described later.
The second electrode 217 is also mainly composed of platinum, and has a second electrode portion 217a having a rectangular shape in plan view formed at a predetermined position on the distal end side, and a second lead portion extending from the second electrode portion 217a toward the proximal end side. 217b. The second lead portion 217b is electrically connected to the second through-hole conductor 215b provided in the first solid electrolyte layer 215 at the base end thereof, and is a fifth through-hole provided in an insulating layer 219 described later. It is electrically connected to the conductor 219b.
酸素濃度検出セル253は、第2固体電解質層223と、この第2固体電解質層223の両面に形成された第3電極221及び第4電極225とから構成されている。第2固体電解質層223は、第1固体電解質層215と同様に、ジルコニアを主成分として、安定化剤にイットリア又はカルシアを添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。また、この第2固体電解質層223の基端側の所定位置には、第3スルーホール導体223aが貫通形成されている。 The oxygen concentration detection cell 253 includes a second solid electrolyte layer 223 and a third electrode 221 and a fourth electrode 225 formed on both surfaces of the second solid electrolyte layer 223. Similar to the first solid electrolyte layer 215, the second solid electrolyte layer 223 is composed of a partially stabilized zirconia sintered body having zirconia as a main component and yttria or calcia added to a stabilizer. Further, a third through-hole conductor 223a is formed to penetrate at a predetermined position on the base end side of the second solid electrolyte layer 223.
第3電極221は、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第3電極部221aと、この第3電極部221aから基端側に延びる第3リード部221bとから構成されている。この第3リード部221bは、その基端において、後述する絶縁層219に設けられた第5スルーホール導体219bに電気的に接続している。
第4電極225も、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第4電極部225aと、この第4電極部225aから基端側に延びる第4リード部225bとから構成されている。この第4リード部225bは、その基端において、第2固体電解質層223に設けられた第2スルーホール導体223aに電気的に接続している。
The third electrode 221 is mainly composed of platinum, and has a third electrode portion 221a having a rectangular shape in plan view formed at a predetermined position on the distal end side, and a third lead portion extending from the third electrode portion 221a toward the proximal end side. 221b. The third lead portion 221b is electrically connected to a fifth through-hole conductor 219b provided in an insulating layer 219 described later at the base end thereof.
The fourth electrode 225 is also mainly composed of platinum, and has a fourth electrode portion 225a having a rectangular shape in plan view formed at a predetermined position on the distal end side, and a fourth lead portion extending from the fourth electrode portion 225a to the proximal end side. 225b. The fourth lead portion 225b is electrically connected to the second through-hole conductor 223a provided in the second solid electrolyte layer 223 at the base end.
絶縁層219は、アルミナを主成分として形成されている。この絶縁層219には、前述の第2電極部217a及び第3電極部221aに対応する位置に、この絶縁層219を貫通する平面視矩形状のガス検出室219dが設けられている。また、このガス検出室219dの幅方向の両側には、素子外部とガス検出室219dとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部220,220がそれぞれ設けられている。この拡散律速部220,220は、アルミナの多孔質体からなる。 The insulating layer 219 is formed using alumina as a main component. The insulating layer 219 is provided with a gas detection chamber 219d having a rectangular shape in plan view that penetrates the insulating layer 219 at a position corresponding to the second electrode portion 217a and the third electrode portion 221a. In addition, on both sides of the gas detection chamber 219d in the width direction, diffusion rate controlling portions 220 and 220 for realizing gas diffusion between the outside of the element and the gas detection chamber 219d under predetermined rate limiting conditions are provided. The diffusion control parts 220 and 220 are made of a porous body of alumina.
また、絶縁層219の基端側の所定位置には、第4スルーホール導体219a及び第5スルーホール導体219bが貫通形成されている。この第4スルーホール導体219aは、第1固体電解質層215に設けられた第1スルーホール導体215aに電気的に接続すると共に、第2固体電解質層223に設けられた第3スルーホール導体223aに電気的に接続している。また、第5スルーホール導体219bは、第2電極217の第2リード部217bに電気的に接続すると共に、第3電極221の第3リード部221bに電気的に接続している。 Further, a fourth through-hole conductor 219a and a fifth through-hole conductor 219b are formed to penetrate at a predetermined position on the base end side of the insulating layer 219. The fourth through-hole conductor 219a is electrically connected to the first through-hole conductor 215a provided in the first solid electrolyte layer 215, and is connected to the third through-hole conductor 223a provided in the second solid electrolyte layer 223. Electrically connected. The fifth through-hole conductor 219b is electrically connected to the second lead portion 217b of the second electrode 217 and electrically connected to the third lead portion 221b of the third electrode 221.
次に、保護部260について説明する。この保護部260は、アルミナを主成分とする保護本体層211を有する。この保護本体層211には、前述の第1電極部213aに対応する位置に、この保護本体層211を貫通する平面視矩形状の開口211dが設けられている。そして、この開口211d内には、これを閉塞するようにして、アルミナを主成分とする多孔質のガス導入部212が設けられている。 Next, the protection unit 260 will be described. The protective part 260 has a protective main body layer 211 mainly composed of alumina. The protective body layer 211 is provided with an opening 211d having a rectangular shape in plan view that penetrates the protective body layer 211 at a position corresponding to the first electrode portion 213a. And in this opening 211d, the porous gas introducing | transducing part 212 which has an alumina as a main component is provided so that this may be obstruct | occluded.
また、保護本体層211の表面のうち、基端側の所定位置には、3つの電極パッド235,235,235が幅方向に並んで配置されている。また、この保護本体層211の基端側の所定位置には、第6スルーホール導体211a、第7スルーホール導体211b及び第8スルーホール導体211cが貫通形成されている。第6スルーホール導体211aは、電極パッド235の1つに電気的に接続すると共に、第1固体電解質層215に設けられた第1スルーホール導体215aに電気的に接続している。また、第7スルーホール導体211bは、電極パッド235の1つに電気的に接続すると共に、第1固体電解質層215に設けられた第2スルーホール導体215bに電気的に接続している。また、第8スルーホール導体211cは、電極パッド235の1つに電気的に接続すると共に、第1電極213の第1リード部213bに電気的に接続している。 In addition, three electrode pads 235, 235, and 235 are arranged side by side in a width direction at a predetermined position on the base end side of the surface of the protective main body layer 211. Further, a sixth through-hole conductor 211a, a seventh through-hole conductor 211b, and an eighth through-hole conductor 211c are formed through the protective body layer 211 at a predetermined position on the base end side. The sixth through-hole conductor 211a is electrically connected to one of the electrode pads 235 and is electrically connected to the first through-hole conductor 215a provided in the first solid electrolyte layer 215. The seventh through-hole conductor 211b is electrically connected to one of the electrode pads 235 and is also electrically connected to the second through-hole conductor 215b provided in the first solid electrolyte layer 215. The eighth through-hole conductor 211c is electrically connected to one of the electrode pads 235 and is electrically connected to the first lead portion 213b of the first electrode 213.
次に、ヒータ部270について説明する。このヒータ部270は、電気絶縁性の第1ヒータ絶縁層227と、電気絶縁性の第2ヒータ絶縁層231と、これらの間に挟まれ、通電により発熱する発熱抵抗体229とを有する。第1ヒータ絶縁層227は、アルミナを主成分として形成され、センサ機能部250に積層されている。また、第2ヒータ絶縁層231も、アルミナを主成分として形成されている。 Next, the heater unit 270 will be described. The heater unit 270 includes an electrically insulating first heater insulating layer 227, an electrically insulating second heater insulating layer 231, and a heating resistor 229 that is sandwiched between them and generates heat when energized. The first heater insulating layer 227 is formed with alumina as a main component and is stacked on the sensor function unit 250. The second heater insulating layer 231 is also formed with alumina as a main component.
また、この第2ヒータ絶縁層231の基端側の所定位置には、第9スルーホール導体231aと第10スルーホール導体231bが貫通形成されている。また、この第2ヒータ絶縁層231の表面のうち、基端側の所定位置には、2つの電極パッド235,235が幅方向に並んで配置されている。一方の電極パッド235は、第9スルーホール導体231aに電気的に接続している。他方の電極パッド235は、第10スルーホール導体231bに電気的に接続している。 In addition, a ninth through-hole conductor 231a and a tenth through-hole conductor 231b are formed penetratingly at a predetermined position on the base end side of the second heater insulating layer 231. In addition, two electrode pads 235 and 235 are arranged side by side in the width direction at a predetermined position on the base end side of the surface of the second heater insulating layer 231. One electrode pad 235 is electrically connected to the ninth through-hole conductor 231a. The other electrode pad 235 is electrically connected to the tenth through-hole conductor 231b.
発熱抵抗体229は、先端側の所定位置に配置され、蛇行状をなす発熱部229aと、この発熱部229aの一端から基端側に延びる第1ヒータリード部229bと、発熱部229aの他端から基端側に延びる第2ヒータリード部229cとからなる。第1ヒータリード部229bは、その基端において、第2ヒータ絶縁層231に設けられた第9スルーホール導体231aに電気的に接続している。また、第2ヒータリード部229cは、その基端において、第2ヒータ絶縁層231に設けられた第10スルーホール導体231bに電気的に接続している。 The heat generating resistor 229 is disposed at a predetermined position on the distal end side, and has a meandering heat generating portion 229a, a first heater lead portion 229b extending from one end of the heat generating portion 229a to the base end side, and the other end of the heat generating portion 229a. And a second heater lead portion 229c extending from the base end side to the base end side. The first heater lead portion 229b is electrically connected to the ninth through-hole conductor 231a provided in the second heater insulating layer 231 at the base end. The second heater lead portion 229c is electrically connected to the tenth through-hole conductor 231b provided in the second heater insulating layer 231 at the base end.
次いで、ガスセンサ100及び検出素子200の製造方法について説明する。なお、焼成後の部材とこれに対応する焼成前の部材とは、便宜上、同一の符号を用いて説明する(図5及び図6参照)。
まず、アルミナ粉末97wt%及び焼結調整剤としてのシリカ3wt%からなる第1原料粉末と、ブチラール樹脂及びジブチルフタレート(DBP)からなる可塑剤とを湿式混合により分散したスラリを用意した。そして、ドクターブレード装置を使用したシート成形法により、このスラリをシート状物に成形した後、所定の大きさに切断して、絶縁層219に対応する未焼成絶縁層219、保護本体層211に対応する未焼成保護本体層211、第1ヒータ絶縁層227に対応する未焼成第1ヒータ絶縁層227、及び、第2ヒータ絶縁層231に対応する未焼成第2ヒータ絶縁層231をそれぞれ形成した。更に、未焼成絶縁層219にガス検出室219dを形成した。また、未焼成保護本体層211に開口211dを形成した。
Next, a method for manufacturing the gas sensor 100 and the detection element 200 will be described. In addition, the member after baking and the member before baking corresponding to this are demonstrated using the same code | symbol for convenience (refer FIG.5 and FIG.6).
First, a slurry was prepared in which a first raw material powder composed of 97 wt% alumina powder and 3 wt% silica as a sintering regulator and a plasticizer composed of butyral resin and dibutyl phthalate (DBP) were dispersed by wet mixing. Then, this slurry is formed into a sheet-like material by a sheet forming method using a doctor blade device, and then cut into a predetermined size to form an unfired insulating layer 219 corresponding to the insulating layer 219 and the protective main body layer 211. A corresponding unfired protective main body layer 211, an unfired first heater insulating layer 227 corresponding to the first heater insulating layer 227, and an unfired second heater insulating layer 231 corresponding to the second heater insulating layer 231 were formed, respectively. . Further, a gas detection chamber 219d was formed in the unfired insulating layer 219. In addition, an opening 211 d was formed in the unfired protective main body layer 211.
また一方で、アルミナ粉末63wt%、焼結調整剤としてのシリカ3wt%及びカーボン粉末34wt%からなる第2原料粉末と、ブチラール樹脂及びDBPからなる可塑剤とを湿式混合により分散したスラリを用意した。そして、このスラリを用いて、ガス導入部212に対応する未焼成ガス導入部212を得た。
また、アルミナ粉末100wt%と、ブチラール樹脂及びDBPからなる可塑剤を湿式混合により分散したスラリを用意した。そして、このスラリを用いて、拡散律速部220,220に対応した未焼成拡散律速部220,220を得た。
On the other hand, a slurry was prepared in which a second raw material powder consisting of 63 wt% alumina powder, 3 wt% silica as a sintering regulator and 34 wt% carbon powder, and a plasticizer consisting of butyral resin and DBP were dispersed by wet mixing. . And using this slurry, the unfired gas introduction part 212 corresponding to the gas introduction part 212 was obtained.
Further, a slurry was prepared in which 100 wt% of alumina powder and a plasticizer composed of butyral resin and DBP were dispersed by wet mixing. And using this slurry, the unsintered diffusion rate limiting portions 220 and 220 corresponding to the diffusion rate limiting portions 220 and 220 were obtained.
また、ジルコニア粉末97wt%及び焼結調整剤としてのシリカ(SiO2 粉末及びアルミナ粉末合計3wt%)とからなる第3原料粉末と、ブチラール樹脂及びDBPからなる可塑剤とを湿式混合により分散したスラリを用意した。そして、このスラリを用いて、第1固体電解質体215に対応する未焼成第1固体電解質体215と、第2固体電解質体223に対応する未焼成第2固体電解質体223を形成した。 Further, a slurry in which a third raw material powder composed of 97 wt% of zirconia powder and silica as a sintering regulator (a total of 3 wt% of SiO2 powder and alumina powder) and a plasticizer composed of butyral resin and DBP are dispersed by wet mixing is used. Prepared. Then, an unfired first solid electrolyte body 215 corresponding to the first solid electrolyte body 215 and an unfired second solid electrolyte body 223 corresponding to the second solid electrolyte body 223 were formed using this slurry.
そして、図5中に示した下方のものから順に、未焼成第2ヒータ絶縁層231、発熱抵抗体229に対応する未焼成発熱抵抗体229、未焼成第1ヒータ絶縁層227、第4電極225に対応した未焼成第4電極225、未焼成第2固体電解質層223、第3電極221に対応した未焼成第3電極221、未焼成絶縁層219、第2電極217に対応した未焼成第2電極217、未焼成第1固体電解質層215、第1電極213に対応した未焼成第1電極213、及び、未焼成保護本体層211等を積層して、未焼成積層体を形成した。 Then, in order from the lower side shown in FIG. 5, the unfired second heater insulating layer 231, the unfired heating resistor 229 corresponding to the heating resistor 229, the unfired first heater insulating layer 227, and the fourth electrode 225. Unsintered fourth electrode 225, unsintered second solid electrolyte layer 223, unsintered third electrode 221 corresponding to third electrode 221, unsintered insulating layer 219, unsintered second corresponding to second electrode 217 The electrode 217, the unfired first solid electrolyte layer 215, the unfired first electrode 213 corresponding to the first electrode 213, the unfired protective main body layer 211, and the like were laminated to form an unfired laminate.
具体的には、未焼成第2ヒータ絶縁層231上に、白金を主成分とするペーストを用いて、スクリーン印刷により、未焼成発熱抵抗体229を形成した。そして、これら未焼成第2ヒータ絶縁層231及び未焼成発熱抵抗体229上に、未焼成第1ヒータ絶縁層227を積層した。
また、未焼成第2固体電解質層223の一方の面に、白金90wt%及びジルコニア粉末10wt%の白金ペーストを用いて、クリーン印刷により、未焼成第4電極225を形成した。そして、これらを、未焼成第4電極225を挟み込むようにして、未焼成第1ヒータ絶縁層227上に積層した。その後、未焼成第2固体電解質層223上に、白金90wt%及びジルコニア粉末10wt%の白金ペーストを用いて、クリーン印刷により、未焼成第3電極221を形成した。
Specifically, an unfired heating resistor 229 was formed on the unfired second heater insulating layer 231 by screen printing using a paste mainly composed of platinum. Then, an unfired first heater insulating layer 227 was laminated on the unfired second heater insulating layer 231 and the unfired heating resistor 229.
Further, an unfired fourth electrode 225 was formed on one surface of the unfired second solid electrolyte layer 223 by clean printing using a platinum paste of 90 wt% platinum and 10 wt% zirconia powder. And these were laminated | stacked on the unbaked 1st heater insulating layer 227 so that the unbaked 4th electrode 225 might be pinched | interposed. Thereafter, an unfired third electrode 221 was formed on the unfired second solid electrolyte layer 223 by clean printing using a platinum paste of 90 wt% platinum and 10 wt% zirconia powder.
次に、未焼成第2固体電解質層223及び未焼成第3電極221上に、未焼成絶縁層219及び未焼成拡散律速部220,220を積層した。なお、焼成後、ガス検出室107cとなる部分には、カーボンを主成分とするペーストを印刷しておく。
また、未焼成第1固体電解質層215の一方の面に、白金90wt%及びジルコニア粉末10wt%の白金ペーストを用いて、クリーン印刷により、未焼成第2電極217を形成した。そして、これらを、未焼成第2電極217を挟み込むようにして、未焼成絶縁層219上に積層した。その後、未焼成第1固体電解質層215上に、白金90wt%及びジルコニア粉末10wt%の白金ペーストを用いて、クリーン印刷により、未焼成第1電極213を形成した。
次に、未焼成第1固体電解質層215及び未焼成第1電極213上に、未焼成保護本体層211を積層した。未焼成保護本体層211には、予め、ガス導入部212に対応する未焼成ガス導入部212を形成しておく。かくして、未焼成積層体が形成される。
Next, the unsintered insulating layer 219 and the unsintered diffusion limiting parts 220 and 220 were laminated on the unsintered second solid electrolyte layer 223 and the unsintered third electrode 221. In addition, after baking, the paste which has carbon as a main component is printed in the part used as the gas detection chamber 107c.
Further, an unfired second electrode 217 was formed on one surface of the unfired first solid electrolyte layer 215 by clean printing using a platinum paste of 90 wt% platinum and 10 wt% zirconia powder. And these were laminated | stacked on the unbaking insulating layer 219 so that the unbaking 2nd electrode 217 might be pinched | interposed. Thereafter, an unfired first electrode 213 was formed on the unfired first solid electrolyte layer 215 by clean printing using a platinum paste of 90 wt% platinum and 10 wt% zirconia powder.
Next, an unfired protective main body layer 211 was laminated on the unfired first solid electrolyte layer 215 and the unfired first electrode 213. An unsintered gas introduction part 212 corresponding to the gas introduction part 212 is formed in the unsintered protection main body layer 211 in advance. Thus, an unfired laminate is formed.
次に、この未焼成積層体を1MPaで加圧して圧着した後、所定の大きさで切断した。その後、この未焼成積層体を、樹脂抜きし、更に焼成温度1500℃で1時間保持する本焼成を行って、検出素子本体201を得た。 Next, this unfired laminate was pressed and pressure-bonded at 1 MPa, and then cut into a predetermined size. Thereafter, the unfired laminate was removed from the resin, and further subjected to main firing which was held at a firing temperature of 1500 ° C. for 1 hour, whereby a detection element body 201 was obtained.
次に、スピネル粉末とチタニア粉末を調合し、更に揮発性溶剤としてのエタノールを加えて調合して、コート液を得た。そして、図7及び図8に示すように、このコート液を、検出素子本体201にスプレーし、焼成後に多孔質保護層240となる未焼成多孔質保護層240を形成し乾燥させた。 Next, spinel powder and titania powder were prepared, and ethanol as a volatile solvent was further added to prepare a coating solution. Then, as shown in FIGS. 7 and 8, this coating liquid was sprayed on the detection element main body 201 to form an unfired porous protective layer 240 that becomes the porous protective layer 240 after firing, and was dried.
具体的には、まず、図7に示すように、第1保持治具300によって、検出素子本体201の素子突出部202を突出させた状態で、検出素子本体201の基端側部分(胴部207及び素子基端部209)を保持した。そして、検出素子本体201の先端側から、ニードル式のノズルを用いたスプレ装置320により、検出素子本体201の素子突出部202にコート液を被着させた。その際、吸引装置330を、検出素子本体201の径方向外側に配置して、周囲に飛散したセラミック粉末(コート液からエタノールが揮発したもの)を回収する。この吸引装置330で回収されたセラミック粉末は再度エタノールに分散させることによって再利用する。 Specifically, first, as shown in FIG. 7, in a state where the element protruding portion 202 of the detection element body 201 is protruded by the first holding jig 300, the base end side portion (body portion) of the detection element body 201 is formed. 207 and element base end portion 209). And the coating liquid was made to adhere to the element protrusion part 202 of the detection element main body 201 from the front end side of the detection element main body 201 with the spray apparatus 320 using the needle type nozzle. At that time, the suction device 330 is arranged on the outer side in the radial direction of the detection element main body 201, and the ceramic powder (the one in which ethanol is volatilized from the coating liquid) scattered around is collected. The ceramic powder recovered by the suction device 330 is reused by being dispersed again in ethanol.
次に、第1保持治具300からこの検出素子本体201を取り外した。そして次に、図8に示すように、第2保持治具310によって、検出素子本体201の素子突出部202及び胴部207の先端側の一部である胴部先端側部207aを突出させた状態で、検出素子本体201の基端側部分(胴部207の残部である胴部基端側部207b及び素子基端部209)を保持した。この第2保持治具310は、その先端にすり鉢状の凹部313を構成する突出部311を有する。そして、この第2保持治具310を軸線回りに回転させることにより、検出素子本体201を軸線回りに回転させながら、検出素子本体201の径方向外側から、スプレ装置320により検出素子本体201にコート液を被着させた。検出素子本体201の表面にコート液が付着した時点で揮発性溶媒が揮発するため、乾燥したセラミック原料粉末による層が検出素子本体201(素子突出部202及び胴部先端側部207a)の表面に形成される。 Next, the detection element body 201 was removed from the first holding jig 300. Next, as shown in FIG. 8, the element projecting portion 202 of the detection element main body 201 and the body front end side portion 207 a that is a part of the front end side of the body portion 207 are protruded by the second holding jig 310. In the state, the base end side portions of the detection element main body 201 (the trunk base end side portion 207b and the element base end portion 209 which are the remaining portions of the trunk portion 207) were held. This 2nd holding jig 310 has the protrusion part 311 which comprises the mortar-shaped recessed part 313 in the front-end | tip. Then, by rotating the second holding jig 310 about the axis, the spray device 320 coats the detection element body 201 from the outside in the radial direction of the detection element body 201 while rotating the detection element body 201 around the axis. The liquid was applied. Since the volatile solvent is volatilized when the coating liquid adheres to the surface of the detection element body 201, a layer of the dried ceramic raw material powder is formed on the surface of the detection element body 201 (the element protruding portion 202 and the body front end side portion 207a). It is formed.
その際、第2保持治具310には、突出部311が設けられているので、この突出部311が障壁となって、検出素子本体201の胴部先端側部207aのうち、第2保持治具310近傍の基端側部分には、被着されるコート液の量が基端側に向かうにつれて少なくなる。この部分が焼成後に縮径部247となる。 At this time, since the second holding jig 310 is provided with the protruding portion 311, the protruding portion 311 serves as a barrier, and the second holding jig out of the body distal end side portion 207 a of the detection element body 201. The amount of the coating liquid to be deposited on the proximal end portion in the vicinity of the tool 310 decreases as it goes toward the proximal end. This portion becomes the reduced diameter portion 247 after firing.
次に、この状態の検出素子本体201を大気雰囲気下にて昇温していき、最高温度1000℃で1時間保持しつつ熱処理した後、空冷にて冷却して、多孔質保護層240を有する検出素子200を得た。 Next, the detection element body 201 in this state is heated in an air atmosphere, heat-treated while being held at a maximum temperature of 1000 ° C. for 1 hour, and then cooled by air to have a porous protective layer 240. The detection element 200 was obtained.
そして、前述した方法で製造した検出素子200を金属カップ131に挿入し、更にセラミックリング133と第1滑石リング135で固定して、組み立て体を形成する。その後、この組み立て体を、プロテクタ160を接合した主体金具110に挿入し、更に第2滑石リング137とスリーブ141、加締めパッキン143を挿入して、主体金具110の加締め部118にて加締め、下部組立体を形成する。一方、外筒151、セパレータ141、グロメット155等を組み付け、上部組立体を形成する。そして、下部組立体と上部組立体とを接合して、ガスセンサ100を完成させる。 Then, the detection element 200 manufactured by the above-described method is inserted into the metal cup 131 and further fixed by the ceramic ring 133 and the first talc ring 135 to form an assembly. Thereafter, the assembly is inserted into the metal shell 110 to which the protector 160 is joined, and the second talc ring 137, the sleeve 141, and the caulking packing 143 are further inserted, and the caulking portion 118 of the metal shell 110 is caulked. Forming a lower assembly; On the other hand, the outer cylinder 151, the separator 141, the grommet 155, and the like are assembled to form an upper assembly. Then, the lower assembly and the upper assembly are joined to complete the gas sensor 100.
以上で説明したように、本実施形態では、多孔質保護層240の縮径部247を、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなるテーパ状としているので、この縮径部247には、尖った角部が存在しない。このため、使用時の振動や衝撃によって縮径部247に欠けが生じ、この部分の多孔質保護層240が薄くなったり、この部分で検出素子本体201が露出するのを防止できるので、排気ガス中の水滴が縮径部247に付着しても、検出素子本体201にクラックが生じ難い。しかも、この縮径部247を、多孔質保護層240を直に取り囲む内側プロテクタ161の内側導入孔167よりも基端側に配置しているので、内側導入孔167を通過した水滴が縮径部247に付着し難い。従って、検出素子本体201にクラックが生じるのを更に効果的に防止したガスセンサ100とすることができる。 As described above, in the present embodiment, the diameter-reduced portion 247 of the porous protective layer 240 is tapered so that the thickness gradually decreases toward the base end side. There are no sharp corners. For this reason, it is possible to prevent the reduced-diameter portion 247 from being chipped due to vibration or impact during use, and the porous protective layer 240 in this portion can be prevented from being thinned, or the detection element body 201 can be prevented from being exposed in this portion. Even if the water droplet inside adheres to the reduced diameter portion 247, the detection element body 201 is unlikely to crack. In addition, since the reduced diameter portion 247 is disposed on the proximal end side with respect to the inner introduction hole 167 of the inner protector 161 that directly surrounds the porous protective layer 240, water drops that have passed through the inner introduction hole 167 are reduced in diameter. It is difficult to adhere to 247. Therefore, the gas sensor 100 can be obtained in which cracks in the detection element body 201 are more effectively prevented.
また、多孔質保護層240の縮径部247の軸線AX方向の長さtkを、被覆部242の厚みdk以上、3mm以下としているので、使用時の振動や衝撃によって縮径部247に欠けが生じるのをより確実に防止できる。
また、多孔質保護層240の被覆部242の厚みdkを100μm以上としているので、水滴の付着に伴うクラックの発生を防止するなどの多孔質保護層240としての効果を十分に得ることができる。一方で、多孔質保護層240の被覆部242の厚みdkを600μm以下としているので、発熱抵抗体229による昇温時に検出素子200が活性化するまでの時間を十分に短くでき、発熱抵抗体229の消費電力も減らすことができる。また、検出素子200の検出感度も良好となる。
Further, since the length tk in the axis AX direction of the reduced diameter portion 247 of the porous protective layer 240 is set to the thickness dk of the covering portion 242 and 3 mm or less, the reduced diameter portion 247 is not chipped due to vibration or impact during use. It can prevent more reliably.
In addition, since the thickness dk of the covering portion 242 of the porous protective layer 240 is 100 μm or more, the effects as the porous protective layer 240 such as prevention of generation of cracks due to adhesion of water droplets can be sufficiently obtained. On the other hand, since the thickness dk of the covering portion 242 of the porous protective layer 240 is 600 μm or less, it is possible to sufficiently shorten the time until the detection element 200 is activated when the heating resistor 229 raises the temperature. The power consumption can be reduced. In addition, the detection sensitivity of the detection element 200 is improved.
また、多孔質保護層240の被覆部242は、検出素子本体201の素子突出部202をなだらかに覆っている。このため、使用時の振動や衝撃によって被覆部242に欠けが生じるのを防止できる。
また、本実施形態では、被覆部242と内側プロテクタ161との最小間隙Gを0.5mm以上としているので、被検出ガスと共に水滴が内側プロテクタ内161に入ったとしても、被覆部242に付着しにくくなる。また、一旦内側プロテクタ161の内周面に付着した水滴が、被覆部242に接触することも防止できる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子200にクラックの発生するのをより確実に防止できる。
Further, the covering portion 242 of the porous protective layer 240 gently covers the element protruding portion 202 of the detection element main body 201. For this reason, it is possible to prevent the covering portion 242 from being chipped due to vibration or impact during use.
In the present embodiment, since the minimum gap G between the covering portion 242 and the inner protector 161 is 0.5 mm or more, even if water droplets enter the inner protector 161 together with the gas to be detected, they adhere to the covering portion 242. It becomes difficult. Further, it is possible to prevent water droplets once attached to the inner peripheral surface of the inner protector 161 from coming into contact with the covering portion 242. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element 200 from being cracked by a thermal shock when a water droplet adheres.
さらに、縮径部247を主体金具110の内部に配置している。これにより、主体金具110が障壁となって縮径部247に水滴が付着し難い。従って、検出素子本体201にクラックが生じるのを更に効果的に防止したガスセンサ100とすることができる。
さらに、主体金具110と被覆部242との最小間隙Hを1.45mm以下としているので、被測定ガスと共に水滴が内側プロテクタ161内に入っても、縮径部247には付着しにくくなる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子本体201にクラックが発生するのを、より確実に防止できる。
さらに、主体金具110と被覆部242との最小間隙Hよりも、主体金具110の先端側開口端110sと縮径部247との距離Iが大きいので、被測定ガスと共に水滴が内側プロテクタ161内に入っても、縮径部247にはさらに付着しにくくなる。従って、水滴が付着した際の熱衝撃により検出素子本体201にクラックが発生するのを、より確実に防止できる。さらに、主体金具110と被覆部247との最小隙間Hを、内側導入孔167の直径よりも小さくしても、縮径部247に水滴が付着しにくくなり、検出素子本体201にクラックが発生するのを防止できる。
Further, the reduced diameter portion 247 is disposed inside the metal shell 110. Thereby, the metal shell 110 serves as a barrier, and water droplets hardly adhere to the reduced diameter portion 247. Therefore, the gas sensor 100 can be obtained in which cracks in the detection element body 201 are more effectively prevented.
Furthermore, since the minimum gap H between the metal shell 110 and the covering portion 242 is 1.45 mm or less, even if water droplets enter the inner protector 161 together with the gas to be measured, it is difficult to adhere to the reduced diameter portion 247. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element body 201 from being cracked by a thermal shock when a water droplet is attached.
Further, since the distance I between the distal end side opening end 110 s of the metal shell 110 and the reduced diameter portion 247 is larger than the minimum gap H between the metal shell 110 and the covering portion 242, water droplets together with the gas to be measured enter the inner protector 161. Even if it enters, it becomes more difficult to adhere to the reduced diameter portion 247. Therefore, it is possible to more reliably prevent the detection element body 201 from being cracked by a thermal shock when a water droplet is attached. Furthermore, even if the minimum gap H between the metal shell 110 and the covering portion 247 is smaller than the diameter of the inner introduction hole 167, water droplets are less likely to adhere to the reduced diameter portion 247, and a crack occurs in the detection element body 201. Can be prevented.
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態は、ガスセンサ100として全領域空燃比センサを例示したが、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサ等について、本発明を適用することもできる。
また、上記実施形態では、プロテクタ160を内側プロテクタ161及び外側プロテクタ171の2重構造で例示したが、1重構造のプロテクタであってもよい。
また、上記実施形態では、被覆部242が素子突出部202全体を覆う先端側被覆部241と、主体金具110内で胴部207の先端側の一部を覆う基端側被覆部243とからなる構造を例示したが、縮径部247が主体金具110の先端側開口端110sよりも先端側に露出し、被覆部242が素子突出部202の一部を覆う先端側被覆部241のみからなる構造であってもよい。この場合、縮径部247は、内側プロテクタ161の内側導入孔167よりも基端側に配置されている。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. .
For example, in the above-described embodiment, the full-range air-fuel ratio sensor is exemplified as the gas sensor 100, but the present invention can also be applied to an oxygen sensor, a NOx sensor, an HC sensor, and the like.
Moreover, in the said embodiment, although the protector 160 was illustrated by the double structure of the inner side protector 161 and the outer side protector 171, the protector of a single structure may be sufficient.
In the above embodiment, the covering portion 242 includes the distal end side covering portion 241 that covers the entire element protruding portion 202, and the proximal end side covering portion 243 that covers a part of the front end side of the body portion 207 within the metal shell 110. Although the structure is exemplified, the reduced diameter portion 247 is exposed to the front end side from the front end opening end 110s of the metal shell 110, and the cover portion 242 includes only the front end side covering portion 241 that covers a part of the element protruding portion 202. It may be. In this case, the reduced diameter portion 247 is disposed closer to the proximal end than the inner introduction hole 167 of the inner protector 161.
100 ガスセンサ
110 主体金具
110s 先端側開口端
160 プロテクタ
161 内側プロテクタ
171 外側プロテクタ
200 検出素子
201 検出素子本体
201a 第1板面
201b 第2板面
201c 第1側面
202d 第2側面
202 素子突出部
207 胴部
209 素子基端部
240 多孔質保護層
240s 先端側端
240k 基端側端
241 先端側被覆部
243 基端側被覆部
245 (先端側被覆部の)角部
247 保護層基端部
AX 軸線
100 gas sensor 110 metal shell 110s front end opening end 160 protector 161 inner protector 171 outer protector 200 detecting element 201 detecting element body 201a first plate surface 201b second plate surface 201c first side surface 202d second side surface 202 element protruding portion 207 trunk 209 Element base end portion 240 Porous protective layer 240s Tip side end 240k Base end side end 241 Tip side cover portion 243 Base end side cover portion 245 Corner portion 247 (tip end side cover portion) Protective layer base end portion AX Axis
Claims (9)
前記主体金具の先端から突出する素子突出部を有し、軸線方向に延びて前記主体金具の径方向内側に保持された板状の検出素子本体と、
前記検出素子本体の先端側を被覆してなる多孔質保護層と、
前記多孔質保護層を直に取り囲むように前記主体金具に取り付けられ、前記素子突出部の径方向周囲に配置された側壁に前記被測定ガスを導入する導入孔が設けられたプロテクタと、を備えるガスセンサであって、
前記多孔質保護層は、被覆部と、該被覆部よりも基端側に設けられ、基端側に向かうにつれて徐々に厚みが薄くなる縮径部からなり、
前記縮径部は、いずれの前記導入孔よりも基端側に配置されるガスセンサ。 A cylindrical metal shell extending in the axial direction;
A plate-shaped detection element main body having an element protruding portion protruding from the tip of the metal shell, extending in the axial direction, and held on the radially inner side of the metal shell;
A porous protective layer covering the tip side of the detection element body;
A protector which is attached to the metal shell so as to directly surround the porous protective layer, and is provided with an introduction hole for introducing the gas to be measured into a side wall disposed around the radial direction of the element protrusion. A gas sensor,
The porous protective layer is composed of a covering portion and a diameter-reduced portion that is provided closer to the base end side than the covering portion and gradually decreases in thickness toward the base end side,
The reduced diameter portion is a gas sensor arranged on the proximal end side from any of the introduction holes.
前記多孔質保護層のうち前記縮径部の軸線方向長さは、前記被覆部の厚み以上3mm以下としてなるガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1,
The gas sensor in which the length in the axial direction of the reduced diameter portion of the porous protective layer is not less than the thickness of the covering portion and not more than 3 mm.
前記被覆部の厚みを、100μm以上600μm以下としてなるガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein
A gas sensor having a thickness of the covering portion of 100 μm or more and 600 μm or less.
前記被覆部は、前記素子突出部をなだらかに覆ってなるガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The covering portion is a gas sensor that gently covers the element protruding portion.
前記被覆部と前記プロテクタとの最小間隙が0.5mm以上であるガスセンサ。 It is a gas sensor as described in any one of Claims 1-4, Comprising:
A gas sensor having a minimum gap of 0.5 mm or more between the covering portion and the protector.
前記縮径部は、前記主体金具内部に配置されるガスセンサ。 It is a gas sensor as described in any one of Claims 1-5, Comprising:
The reduced diameter portion is a gas sensor disposed inside the metal shell.
前記主体金具と前記被覆部との最小間隙が1.45mm以下であるガスセンサ。 The gas sensor according to claim 6,
A gas sensor in which a minimum gap between the metal shell and the covering portion is 1.45 mm or less.
前記縮径部と前記主体金具の先端との距離は、前記主体金具と前記被覆部との最小間隙よりも大きいガスセンサ。 The gas sensor according to claim 6 or 7, wherein
A gas sensor in which a distance between the reduced diameter portion and a tip of the metal shell is larger than a minimum gap between the metal shell and the covering portion.
前記主体金具と前記被覆部との最小間隙は、前記導入孔の直径よりも小さいガスセンサ。 The gas sensor according to claim 6 to 8, wherein
A gas sensor in which a minimum gap between the metal shell and the covering portion is smaller than a diameter of the introduction hole.
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