JPH11190720A

JPH11190720A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPH11190720A
Application number: JP9367545A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hanai; 修一花井; Takashi Nakao; 敬中尾; Hisaharu Nishio; 久治西尾; Katsuhisa Yabuta; 勝久藪田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP3660116B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温状態で水しぶき等がかかった場合でも主
体金具側に強い熱衝撃が生じにくく、封着材層や検出素
子にその影響が及びにくいガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、筒状の主体金具３と、
先端部に検出部Ｄが形成されて該検出部Ｄを主体金具３
の一方の端部から突出させる形態で主体金具３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２と、軸方向一端側に形成された開口部から
主体金具３の他方の端部が軸方向に挿入され、当該主体
金具３との間に重なり部を形成する外筒１８と、重なり
部において主体金具３と外筒１８とを気密状態に結合す
る結合部３５とを備える。そして、上記他方の端部側に
おいて主体金具３の外周面には、外向きに突出する突出
部１５が周方向に沿って形成され、外筒１８の開口部側
の端部１８ａ，１８ｂがその突出部１５の表面の少なく
とも一部を覆うものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサ、ＨＣ
センサ、ＮＯ_X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。

【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
配置した構造を有するものが知られている。このような
構造のガスセンサにおいては、一般に、検出素子の外面
と主体金具の内面との間がガラス等の封着材層で封着さ
れる。また、該ガスセンサの取付け態様としては、例え
ば図１０に示すように、主体金具１０３の外周面にフラ
ンジ部１０４を形成し、主体金具１０３を取付け用の筒
状部１５０内に挿入してその端面にフランジ部１０４を
当接させ、さらに外筒１０５の外側に挿通した袋ナット
１５１を筒状部１５０の外周に形成された雄ねじ部に締
め込むことにより、フランジ部１０４を筒状部１５０の
端面と袋ナット１５１との間でクランプして止める構造
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構造のガスセンサは、例えば自動車用の酸素センサの場
合、エキゾーストマニホルドや車両の足周り部分に近い
排気管などに取り付けられことが多く、作動中はかなり
の高温となる。一方、排気管等の外に露出する袋ナット
や外筒は雨天走行時等においては水しぶき等がかかりや
すく、この場合は高温状態から急冷される形となるので
熱衝撃が生じやすい。また、図１０に示すように、袋ナ
ット１５１と主体金具１０３との間には隙間Ｇが形成さ
れており、水しぶき等がかかると、水滴がこの隙間Ｇか
ら主体金具１０３側に流れ込むことがある。

【０００４】そして、従来の酸素センサは、主体金具１
０３と外筒１０５とは、フランジ部１０４の端面から突
出する筒状の突出部１０６を外筒１０５の端部内側に嵌
め込み、両者の間をレーザー溶接することにより接合さ
れていたのであるが、高温のフランジ部１０４の端面が
隙間Ｇに露出した形になるために、流れ込んだ水滴等が
これにかかると大きな熱衝撃が発生し、内側のガラス封
着材層１０７や検出素子を痛めやすい問題がある。

【０００５】また、主体金具１０３と外筒１０５とは、
その接合部が隙間Ｇ内に露出しており、しかもろう材層
（図示せず）を介して広い面積で密着一体化しているこ
とから、この部分でも水滴との接触による急冷が生じや
すく、同様の問題を生ずる心配がある。

【０００６】本発明の課題は、高温状態で水しぶき等が
かかった場合でも主体金具側に強い熱衝撃が生じにく
く、ひいては封着材層や検出素子にその影響が及びにく
い構造のガスセンサを提供することにある。

【０００７】

【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、筒状の主体金具と、先端部に検出部が形
成されて該検出部を主体金具の一方の端部から突出させ
る形態で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、軸方向一端
側に形成された開口部から主体金具の他方の端部が軸方
向に挿入され、当該主体金具との間に重なり部を形成す
る外筒と、重なり部において主体金具と外筒とを気密状
態に結合する結合部とを備え、上記他方の端部側におい
て主体金具の外周面には、外向きに突出する突出部が周
方向に沿って形成され、外筒の開口部側の端部がその突
出部の表面の少なくとも一部を覆うものとされたことを
特徴とする。

【０００８】主体金具の突出部は、例えばガスセンサを
取付け用の孔部等に挿入して取り付ける際に、その孔部
開口縁と当接してガスセンサが孔部内に落ち込むことを
防止するとともに、検出素子の取付け位置を決めるスト
ッパ部として機能するものであり、例えば主体金具の外
周面から周方向に沿って鍔状に突出形成されるフランジ
部とすることができる。また、主体金具の内面と検出素
子の外面との間は、無機系の封着材層（例えばガラスを
主体とするもの）で封着することができる。

【０００９】上記本発明のガスセンサの構成によれば、
主体金具の突出部外面の少なくとも一部を、外筒の開口
部側の端部で覆うようにしたから、その覆われた部分に
おいては、水滴等が突出部の外面に直接付着することが
防止される。これにより、水しぶき等がかかっても主体
金具側に強い熱衝撃が生じにくく、ひいては封着材層や
検出素子にその影響が及びにくくなって、その寿命を延
ばすことができる。

【００１０】なお、外筒と主体金具との結合部はレーザ
ー溶接や抵抗溶接等の溶接により形成したり、あるいは
ろう付けにより形成することができる。この場合、レー
ザー溶接により結合部を形成した場合、外筒と主体金具
との密着・一体化領域の面積をろう付けと比較して小さ
くすることができ、ひいては水滴等が結合部に付着した
ときの急冷作用をより効果的に抑制することができるの
で、本発明に特に好適であるといえる。

【００１１】突出部を前述のフランジ部とする場合、主
体金具の軸線方向において検出部の突出側を前方側と
し、これと反対側を後方側として、外筒の開口部側の端
部は、フランジ部の後方側端面を少なくとも覆うものと
することができる。該フランジ部の後方側端面は、セン
サ取付け状態において水滴等を特に受けやすい部分であ
り、これを外筒端部で覆うことで主体金具への熱衝撃を
より効果的に緩和することができる。

【００１２】この場合、外筒の開口部側の端部により、
フランジ部の後方側端面とともに該フランジ部の外周面
も覆うようにすれば、外筒によるフランジ部の被覆面積
が増大し、主体金具等への熱衝撃の緩和をより効果的に
図ることができる。この場合、前述の結合部を、そのフ
ランジ部の外周面に沿って円環状に形成することができ
る。結合部は、外筒と主体金具とが密着・一体化する領
域であるから、水滴付着による主体金具の急冷が特に生
じやすく、内側の封着材層に対する熱衝撃の影響等も大
きくなりがちとなる。しかし、これをフランジ部の外周
面に形成することで、該結合部における冷却はフランジ
部の半径方向に伝播した後に内側の封着材層に至る形と
なるので、それによる熱衝撃の影響も一層及びにくくな
る効果が達成される。また、フランジ部の後端面には、
特に結合部を形成しない構成とすれば、該後端面とこれ
を覆う外筒端部とは一体化せずに単に接触するのみとな
るか、あるいはわずかな隙間が形成される形となるの
で、主体金具の該部分における熱衝撃の発生をさらに効
果的に防止ないし抑制することができるようになる。

【００１３】次に、外筒は、開口部側の端部寄りにおい
てその軸方向中間に段付部を形成してそれよりも先端側
を拡径することができ、その外筒の拡径部にフランジ部
を段付部に当たる位置まで挿入する構成とすることがで
きる。外筒の拡径部にフランジ部を挿入し、段部にその
後端面を当てて止めるようにすることで、外筒の主体金
具に対する組付の位置決めが行いやすくなる。また、結
合部がフランジ部の外周面又は後端面に対応する位置に
形成される場合は、フランジ部の後端面を主体金具の対
応する端面と面一に形成することができる。これによ
り、主体金具の製造が容易になる。

【００１４】主体金具の内面と検出素子の外面との間が
ガラスを主体とする封着材層によって封着される場合、
軸線方向においてその封着材層の後端位置を、フランジ
部の後端面位置よりも前方に位置させることが望まし
い。こうすることにより、例えばフランジ部後端面側に
水滴等が付着した場合も、封着材層の後端位置がフラン
ジ部後端面よりも前方に位置することで、その急冷によ
る熱衝撃等が封着材層に伝わりにくくなる。なお、封着
材層の後端位置は、より望ましくはフランジ部の前端面
よりも前方側に位置させるのがよい。

【００１５】また、本発明のガスセンサは、次のような
形態で取付部に主体金具を取り付ける構成とすることが
できる。すなわち、外周面に雄ねじ部が形成された筒状
の取付部内に主体金具を挿入して、その取付部の端面に
突出部を当接させた状態とする。そして、両端が開口す
るねじ孔を有して該ねじ孔の後端側開口縁に沿って内向
きに突出する張出部が形成されたナット部材を、外筒に
対しその後端側から外挿し、さらにこれを取付部の雄ね
じ部に螺合させることにより、突出部を取付部の端面と
ナット部材の張出部との間で挟み付けて保持する。

【００１６】本発明のガスセンサにおいて、このような
取付け構造を採用することで、以下に述べる種々の効果
が達成される。突出部表面を覆う外筒の開口部側端部を、ナット部材
の張出部と突出部との間に挟み込む形にすることで、ナ
ット部材の貫通孔内面と外筒の外周面との間に形成され
る隙間に、突出部の表面（例えばフランジ部の後端面）
が直接露出しなくなり、水滴等の付着による主体金具へ
の熱衝撃がより効果的に緩和される。突出部をフランジ部として外筒の開口部側端部により
突出部の後端面及び外周面を覆い、さらに結合部をフラ
ンジ部の外周面に対応する位置に形成する構成では、結
合部が形成されるフランジ部外周面がナット部材により
覆われる形となるから、該部分に水滴等が極めて進入し
にくくなり、ひいては主体金具に対する熱衝撃を一層効
果的に防止ないし抑制することができる。

【００１７】

【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。

【００１８】セラミック素子２は方形状断面を有する細
長い板状に形成されており、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ＺｒＯ
₂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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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は、図２（ｄ）に示
すように、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２１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。

【００２２】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、ＺｒＯ₂系セラミックあるい
はＡｌ₂Ｏ₃系セラミック等のセラミック層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２
６には、電極リード部２６ａ（これも多孔質である）が
接合されるとともに、反対側の多孔質電極２５との間に
は、多孔質電極２６側に酸素が汲み込まれる方向に微小
なポンピング電流が印加され、そのポンピングされた酸
素は電極リード部２６ａを経て大気中に放出される。こ
れにより、多孔質電極２６内の酸素濃度は大気よりも若
干高い値に保持され、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。

【００２３】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。なお、本明細書では、主体金
具３の軸線方向において検出部Ｄの突出側を前方側と
し、これと反対側を後方側としている。

【００２４】主体金具３の後端部外周面にはその周方向
に沿って、外向きに突出する突出部としてのフランジ部
１５が形成されている。外筒１８の軸方向先端寄りには
段付部１８ａが形成され、その段付部１８ａよりもさら
に先端側が拡径部１８ｂとされている。そしてフランジ
部１５は拡径部１８ｂの内側に挿入され、その後端面が
段付部１８ａ内面に当たって止められるとともに、その
外周面において周方向に環状に形成された結合部として
のレーザー溶接部３５により、拡径部１８ｂと気密接合
されている。ここで、溶接部３５の幅はフランジ部１５
の外周面幅よりも狭く設定されている。また、主体金具
３の軸線方向において、封着材層３２の後端位置は、フ
ランジ部１５の後端面位置よりも前方に位置している
（フランジ部１５の前端面位置よりも前方に位置させて
もよい）。なお、結合部として溶接部３５は、レーザー
溶接に代えて環状のかしめ部により形成してもよいが、
特に高い防水性が望まれる用途に使用する場合は、レー
ザー溶接の方が液密性に優れているのでより望ましいと
いえる。

【００２５】図１に示すように、主体金具３のフランジ
部１５の外側にはナット部材５が取付けられている。ナ
ット部材５の内周面にはねじ部５ａが形成されるととも
に、その後端側開口縁には内向きに突出して周方向の張
出部５ｃが形成され、該張出部５ｃの内周面が貫通孔５
ｂとなっている。該ナット部材５は、貫通孔５ａにおい
て外筒１８に対し後端側から外挿され、後述する取付け
用の筒状部Ｅ３の雄ねじ部Ｅ２（図３）に締め込まれ
る。

【００２６】図１に示すように、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が圧入リングＡ
により電気的に接続され、それらの導線８はさらにセパ
レータ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。各リード線１４は収束状態で保
護チューブ１７により一体的に覆われている。そして保
護チューブ１７により覆われた各リード線１４は外筒１
８の末端側を貫通して外部に延び、それらの先端に図示
しないコネクタプラグが連結される。なお、外筒１８の
末端側は保護チューブ１７の先端部を覆うように縮径さ
れ、その外周には溶接あるいはカシメ等の結合部が形成
されている。

【００２７】図３は、酸素センサ１の車両の排気管Ｅへ
の取付状態の一例を示すものである。排気管Ｅには、酸
素センサ１の取付位置に対応して該センサ１の先端部
（検出部Ｄ）を挿通するための挿通孔Ｅ１が形成されて
いる。また、その挿通孔Ｅ１の周縁に対応して排気管Ｅ
には、外周面に雄ねじ部Ｅ２が形成された筒状部Ｅ３が
突出形態でこれと一体に形成されている。この筒状部Ｅ
３の内径は、主体金具３の外径よりは少し大きく、フラ
ンジ部１５の外径よりは小さく設定されている。取付け
時においては、酸素センサ１を挿通孔Ｅ１において排気
管Ｅ内に挿入し、フランジ部１５の前端面を筒状部Ｅ３
の上端面と当接させる。そして、この状態でナット部材
５のねじ部５ａをねじ部Ｅ２においてフランジ部１５側
に締め込むことにより、筒状部Ｅ３とナット部材５の張
出部５ｃとの間でフランジ部１５が挾圧・保持され、酸
素センサ１は排気管Ｅに取り付られた状態となる。

【００２８】以下、酸素センサ１の作動について説明す
る。すなわち、図１の酸素センサ１は、図３に示すよう
にナット部材５のねじ部５ａにおいて車両の排気管Ｅに
固定され、またコネクタプラグ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２５
ａ及び２６ａを経て電極端子部７，７、さらにはリード
線１４，１４を介してセンサ出力として取り出される。
この種のλセンサ（あるいはＯ₂センサ）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。

【００２９】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、管外に露出するナ
ット部材５及び外筒１８には、高温状態で水しぶき等が
かかったりするなど、熱衝撃が加わりやすい。

【００３０】そして、上記酸素センサ１の構成によれ
ば、図４（ａ）に示すように、主体金具３のフランジ部
１５の外周部分が外筒１８の拡径部１８ｂにより覆われ
ているため、図４（ｂ）に示すように、水滴Ｗ等がナッ
ト部材５の貫通孔５ｂから内側へ侵入した場合でも、外
筒１８の拡径部１８ｂが存在することにより、その熱衝
撃が主体金具３ひいては封着材層３２に伝わりにくくな
り、熱衝撃による封着材層３２の損傷等を防止すること
ができる。

【００３１】また、従来の酸素センサでは、例えば外筒
１８の先端部内側とフランジ部１５の表面とが、ろう付
け等により広い領域で密着一体化されていたことから、
熱衝撃が外筒１８から主体金具３へ伝わりやすい欠点が
あった。しかしながら、上記酸素センサ１では、フラン
ジ部１５の外周面と拡径部１８ｂとを環状のレーザー溶
接部３５で接合する構成としたので、外筒１８と主体金
具３との一体化領域は溶接部３５のみとなり、それ以外
の部分では一体化せず単なる接触状態となるか、又はわ
ずかに隙間を生じた状態となる。その結果、熱衝撃が主
体金具３へさらに伝わりにくくなり、封着材層３２への
影響を緩和することができる。

【００３２】なお、図５（ａ）に示すように、拡径部１
８ｂの内側にフランジ部１５を挿入し、フランジ部１５
の後端面１５ａと段付部１８ａの内面との重なり部にお
いて円環状の溶接部３５を形成することにより、外筒１
８と主体金具３とを気密接合する構成としてもよい。こ
の場合、図５（ｂ）に示すように、外筒１８の拡径部１
８ｂを省略してもよい。

【００３３】また、図６に示すように、主体金具３に
は、フランジ部１５の後端面１５ａから軸方向後方側へ
突出する筒状の突出部３ｆを形成することができる。こ
の場合、レーザー溶接部３５は、突出部３ｆの外周面に
対応した位置に形成するようにしてもよい。

【００３４】次に、図７に示すように、ガラス等で構成
された封着材層３２に対し、セラミック素子２の軸線方
向において、その少なくとも一方の端部側に、多孔質無
機物質で構成された緩衝層３８を設けることもできる。
該緩衝層３８は、例えばタルク（滑石）等の無機物質粉
末の圧粉成形体あるいは多孔質仮焼体として形成され
る。セラミック素子２に対し機械的あるいは熱的な衝撃
力が作用しても、該セラミック素子２の封着材層３２に
覆われている部分とそうでない部分との上記境界付近に
過度な応力が集中しにくくなり、素子の寿命を延ばすこ
とができる。この場合、緩衝層３８は、素子２の封着材
層３２に覆われていない部分を支持し、これが軸線と交
差する向きに変位すること、ひいては強い曲げ応力が加
わることを抑制する働きをしているものと推測される。
また、ガラス封着工程で加熱／冷却を受けた場合に、封
着材層３２を構成するガラス、セラミック素子２、主体
金具３あるいは絶縁体４等の収縮差に起因してセラミッ
ク素子２に加わろうとする径方向の圧縮力あるいは曲げ
応力等を緩和する働きを有しているとも考えられる。こ
れにより、ガラス封着時におけるセラミック素子２の耐
久性も向上し、ひいてはセンサの製造歩留まりを高める
ことを可能となる。この場合、溝部３３の底面は、セラ
ミック素子２の軸線方向において封着材層３２の対応す
る端面よりも先端側に位置するものとされている。

【００３５】なお、以上の実施例ではガスセンサは、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センサとして構成されていたが、これを他の
タイプのガスセンサ素子として構成することも可能であ
る。以下、いくつかの例を示す。まず、図８は全領域酸
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。なお、６９は酸
素ポンプ素子６１と酸素濃淡電池素子６２とを加熱する
ヒータである。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。

【００３６】また、図９は、セラミック素子を２チャン
バー方式のＮＯ_X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。なお、８６は、第一酸素ポンプ素子７
５、第二酸素ポンプ素子７８及び酸素濃淡電池素子８３
を加熱するヒータである。

【００３７】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、ＮＯ_X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ＮＯ_X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ＮＯ_Xの濃度を
検出する。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】ガスセンサの排気管への取付状態の一例を示す
説明図。

【図４】図１の拡大部分断面図。

【図５】溶接部の形成位置の変形例を示す説明図。

【図６】同じく別の変形例を示す説明図。

【図７】封着材層と隣接して緩衝層が形成される酸素セ
ンサの例を示す縦断面図。

【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。

【図９】同じくＮＯ_Xセンサ素子で構成される例を示す
断面模式図。

【図１０】従来の酸素センサの図。

【符号の説明】

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５ナット部材１５フランジ部（突出部）１８外筒１８ａ段付部３１挿通孔３２封着材層３３溝部（空隙部）３５レーザー溶接部（結合部）

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の主体金具と、先端部に検出部が形成されて該検出部を前記主体金具の
一方の端部から突出させる形態で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、軸方向一端側に形成された開口部から前記主体金具の他
方の端部が軸方向に挿入され、当該主体金具との間に重
なり部を形成する外筒と、前記重なり部において前記主体金具と前記外筒とを気密
状態に結合する結合部とを備え、前記他方の端部側において前記主体金具の外周面には、
外向きに突出する突出部が周方向に沿って形成され、前
記外筒の前記開口部側の端部がその突出部の表面の少な
くとも一部を覆うものとされたことを特徴とするガスセ
ンサ。
【請求項２】前記突出部は、前記主体金具の外周面か
ら周方向に沿って鍔状に突出形成されるフランジ部であ
り、前記主体金具の軸線方向において前記検出部の突出側を
前方側とし、これと反対側を後方側として、前記外筒の
前記開口部側の端部は、前記フランジ部の後方側端面を
少なくとも覆うものである請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】前記外筒の前記開口部側の端部は、前記
フランジ部の後方側端面とともに該フランジ部の外周面
も覆うものとされ、前記結合部はそのフランジ部の外周
面に沿って円環状に形成されている請求項２記載のガス
センサ。
【請求項４】前記外筒には、前記開口部側の端部寄り
においてその軸方向中間に段付部が形成されてそれより
も先端側が拡径され、前記フランジ部は、その後端面が前記主体金具の対応す
る端面と面一に形成され、前記外筒の前記拡径部には該フランジ部が前記段付部に
当たる位置まで挿入されている請求項３記載のガスセン
サ。
【請求項５】前記主体金具の内面と前記検出素子の外
面との間がガラスを主体とする封着材層によって封着さ
れており、前記軸線方向においてその封着材層の後端位
置が、前記フランジ部の後端面位置よりも前方に位置し
ている請求項２ないし４のいずれかに記載のガスセン
サ。
【請求項６】外周面に雄ねじ部が形成された筒状の取
付部内に前記主体金具を挿入して、その取付部の端面に
前記突出部を当接させた状態とし、両端が開口するねじ
孔を有して該ねじ孔の後端側開口縁に沿って内向きに突
出する張出部が形成されたナット部材を、前記外筒に対
しその後端側から外挿し、さらにこれを前記取付部の前
記雄ねじ部に螺合させることにより、前記突出部を前記
取付部の端面と前記ナット部材の前記張出部との間で挟
み付けて保持することにより、前記取付部に前記主体金
具を取り付けるようにした請求項１ないし５のいずれか
に記載のガスセンサ。