JP6414449B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
該ハウジングの内周穴に設けられた、少なくとも部分的に内径が小さくなる段差部と、
上記ハウジングの上記内周穴に挿入される共に、外表面がセラミックスからなるガスセンサ素子自体又は該ガスセンサ素子がセラミックス成形体に挿入された部材からなる素子体と、
該素子体と上記ハウジングとの間を封止するシール部と、を有するガスセンサにおいて、
上記シール部は、上記段差部よりも後端側に位置する後端側穴部内に配置されており、上記後端側穴部内の上記段差部上に充填された無機粉末からなる粉末充填部と、該粉末充填部上に形成されたガラス体からなるガラス部とを有し、
該ガラス部は、上記素子体と上記ハウジングとの熱膨張差を緩和する熱膨張係数の傾斜構造を有していることを特徴とするガスセンサにある。
上記ガスセンサにおいて、「先端側」とは、ガスセンサが被測定ガスに晒される側をいう。また、「後端側」とはその反対側をいう。
ガスセンサにおいて、素子体は、ガスセンサ素子自体であってもよいし、ガスセンサ素子がセラミックス成形体に挿入された部材であってもよい。
次に、ガスセンサの実施例について、図面を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1〜図3に示すごとく、金属製の筒形状のハウジング2と、ハウジング2の内周穴21に挿入される共に、ガスセンサ素子3からなる素子体4と、素子体4とハウジング2との間を封止するシール部5とを有する。
具体的には、まず、ハウジング2の内周穴21内にガスセンサ素子3を挿通させる。次いで、ハウジングの後端側穴部212内に無機粉末(タルク)を充填する。無機粉末は、後端側穴部212内の段差部213上に充填される。次いで、熱膨張係数が異なる3種類の筒状のガラス成形体A〜Cを準備する。
ガスセンサ1においては、ハウジング2の内周穴21内に段差部213が設けられている。そして、後端側穴部212内の段差部213上に充填された無機粉末からなる粉末充填部51と、粉末充填部51上に積層形成されたガラス体からなるガラス部52とにより、シール部5が形成されている。そのため、高温環境下においてもシール部5における気密性が確保される。高温環境下において、たとえ粉末充填部51に亀裂などが生じたとしても、ガラス部52により気密性が十分に確保されるためである。一方、ガラス部52は、ガスセンサ素子3とハウジング2との熱膨張差を緩和する熱膨張係数の傾斜構造を有している。その結果、熱膨張差による破壊が防止され、シール部5の気密性が確保される。
本例は、ガスセンサ素子がセラミックス成形体に挿入された部材からなる素子体を備えるガスセンサの例である。図4に示すごとく、本例のガスセンサ1においては、素子体4が、アルミナからなる筒状のセラミックス成形体35と、この成形体35内に挿入されたガスセンサ素子3とからなる。成形体35内には、板状のガスセンサ素子3が挿入されており、成形体35とガスセンサ素子3とは一体化されている。
本例は、ハウジングの形状が実施例1とは異なるガスセンサの例である。
図5に示すごとく、本例のガスセンサ1において、ハウジング2の内周穴21は、部分的に内径が小さくなる段差部213を有している。段差部213は、ハウジング2の内周穴21の内周面217が部分的に内側に突出する突出部からなる。内周穴21は、段差部213を除いて略同一の内径を有している。即ち、内周穴21は、段差部213を境にして先端側に位置する先端側穴部21と、後端側に位置する後端側穴部212とを有し、先端側穴部21と後端側穴部212の内径が略同一である。その他の構成は、実施例1と同様である
本例は、粉末充填部を形成することなく、ガラスによりシール部を形成した例である。図6に示すごとく、本例のガスセンサ9は、実施例1及び実施例2に示す粉末充填部を有しておらず、ハウジング2の段差部上にガラスからなるシール部92が形成されている。シール部92は、ガスセンサ9の径方向Yの外側に向かって熱膨張係数が段階的に大きくなる複数のガラス層921、922、923を有すると共に、ガスセンサ9の軸方向Xの先端側に向かって熱膨張係数が段階的に大きくなる複数のガラス層924、925を有する。各ガラス層921、922、923、924、925の熱膨張係数差は、2×10-6/℃以下である。その他の構成は、実施例1と同様である。本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例は、ガラス部の高さと熱応力との関係を調べる例である。即ち、実施例1と同様の構成のガスセンサにおいて、ガラス部の高さ(図2における高さH)を変更したときにおけるガラス部にかかる熱応力を調べた。熱応力は、ガラス部の温度を850℃から温度25℃まで変化させたときの最大応力である。その結果を図7に示す。
2 ハウジング
3 ガスセンサ素子
5 シール部
51 粉末充填部
52 ガラス部
Claims (8)
- 金属製の筒形状のハウジング(2)と、
該ハウジング(2)の内周穴(21)に設けられた、少なくとも部分的に内径が小さくなる段差部(213)と、
上記ハウジング(2)の上記内周穴(21)に挿入される共に、外表面がセラミックスからなるガスセンサ素子(3)自体又は該ガスセンサ素子(3)がセラミックス成形体(35)に挿入された部材からなる素子体(4)と、
該素子体(4)と上記ハウジング(2)との間を封止するシール部(5)と、を有するガスセンサにおいて、
上記シール部(5)は、上記段差部(213)よりも後端側に位置する後端側穴部(212)内に配置されており、上記後端側穴部(212)内の上記段差部(213)上に充填された無機粉末からなる粉末充填部(51)と、該粉末充填部(51)上に形成されたガラス体からなるガラス部(52)とを有し、
該ガラス部(52)は、上記素子体(4)と上記ハウジング(2)との熱膨張差を緩和する熱膨張係数の傾斜構造を有していることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 上記ハウジング(2)の内周穴(21)は、上記素子体(4)の先端側に位置する先端側穴部(211)と、該先端側穴部(211)よりも後端側に位置して、該先端側穴部(211)よりも拡径した上記後端側穴部(212)と、該後端側穴部(212)と上記先端側穴部(211)との境界部分に、垂直又は傾斜状に形成された上記段差部(213)とを有していることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ(1)。
- 上記段差部(213)は、上記ハウジング(2)の上記内周穴(21)の内周面(217)が部分的に内側に突出する突出部からなることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ(1)。
- 上記ガラス部(52)は、径方向の外側に向かって熱膨張係数が段階的に大きくなる複数のガラス層(521、522、523)を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)。
- 隣接する上記ガラス層(521、522、523)間の上記熱膨張係数の差が2×10 -6 /℃以下であることを特徴とする請求項4に記載のガスセンサ(1)。
- 上記無機粉末はタルクであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)。
- 上記素子体(4)は、ガスセンサ素子(3)自体であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)。
- 上記ガラス部(52)の高さは、1〜8mmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ(1)。
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