JPH08240559A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPH08240559A JPH08240559A JP7070963A JP7096395A JPH08240559A JP H08240559 A JPH08240559 A JP H08240559A JP 7070963 A JP7070963 A JP 7070963A JP 7096395 A JP7096395 A JP 7096395A JP H08240559 A JPH08240559 A JP H08240559A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 検出素子に被水割れの生じない酸素濃度検出
器を提供すること。 【構成】 ハウジング１０内に挿入配置された固体電解
質２０よりなる検出素子２と，該検出素子２を加熱する
ヒータ１２とを有する。また，上記検出素子２は，その
外側に撥水性，断熱性を有する表面層２１を有してい
る。上記表面層はＢＮ等より形成されている。
器を提供すること。 【構成】 ハウジング１０内に挿入配置された固体電解
質２０よりなる検出素子２と，該検出素子２を加熱する
ヒータ１２とを有する。また，上記検出素子２は，その
外側に撥水性，断熱性を有する表面層２１を有してい
る。上記表面層はＢＮ等より形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，自動車エンジンの空燃
比制御等に用いられる酸素濃度検出器に関する。
比制御等に用いられる酸素濃度検出器に関する。
【０００２】
【従来技術】従来，自動車用エンジンより排出される排
気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器と
しては，固体電解質がＺｒＯ2 よりなる検出素子と，該
検出素子の内部に配置したヒータとを有する，酸素濃淡
起電力式のものが一般的に利用されている。
気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器と
しては，固体電解質がＺｒＯ2 よりなる検出素子と，該
検出素子の内部に配置したヒータとを有する，酸素濃淡
起電力式のものが一般的に利用されている。
【０００３】図１１に示すごとく，上記検出素子９は略
試験管状の固体電解質２０において，その内側面に白金
膜よりなる内側電極２０１を，その外側面に白金膜より
なる外側電極２０２を設けてある。上記外側電極２０２
の表面には，該外側電極２０２を保護するための，スピ
ネルよりなるコーティング層２３とアルミナよりなるト
ラップ層２２を設けてある。なお，上記酸素濃度検出器
は，一般に，エンジンと排気ガス浄化にかかる触媒コン
バーターとの間の排気管内に配置されている。
試験管状の固体電解質２０において，その内側面に白金
膜よりなる内側電極２０１を，その外側面に白金膜より
なる外側電極２０２を設けてある。上記外側電極２０２
の表面には，該外側電極２０２を保護するための，スピ
ネルよりなるコーティング層２３とアルミナよりなるト
ラップ層２２を設けてある。なお，上記酸素濃度検出器
は，一般に，エンジンと排気ガス浄化にかかる触媒コン
バーターとの間の排気管内に配置されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】近年，エンジンの高性能化に
伴う２バンク車両の増加により，酸素濃度検出器を従来
よりも下流側に設ける傾向がある。また，ＯＢＤＩＩ規
制等の触媒コンバータの劣化検出に対応するため，或い
は，Ａ／Ｆ制御補正のために，触媒コンバーター下流に
おいても，酸素濃度検出器を設置する機会が増大してい
る。このため，エンジン始動時において，排気管内の凝
縮水，残存水によって酸素濃度検出器が被水し，熱衝撃
による検出素子の被水割れが増大している。
伴う２バンク車両の増加により，酸素濃度検出器を従来
よりも下流側に設ける傾向がある。また，ＯＢＤＩＩ規
制等の触媒コンバータの劣化検出に対応するため，或い
は，Ａ／Ｆ制御補正のために，触媒コンバーター下流に
おいても，酸素濃度検出器を設置する機会が増大してい
る。このため，エンジン始動時において，排気管内の凝
縮水，残存水によって酸素濃度検出器が被水し，熱衝撃
による検出素子の被水割れが増大している。
【０００５】更に，排気ガス規制の強化に伴い，寒冷時
のエミッションを低減する必要がある。このため，より
熱容量の低い積層型の検出素子，また高出力のヒータが
用いられる機会が増えている。この場合には，検出素子
の昇温性能が向上するため，上記被水割れが更に生じや
すくなる。
のエミッションを低減する必要がある。このため，より
熱容量の低い積層型の検出素子，また高出力のヒータが
用いられる機会が増えている。この場合には，検出素子
の昇温性能が向上するため，上記被水割れが更に生じや
すくなる。
【０００６】上記問題点を解決するために，従来，検出
素子の側部を覆う保護カバーの構造を以下の構成とする
ことが行われている。即ち，上記保護カバーを二重構造
とする。上記保護カバーの底部に排水用の穴を設ける。
上記保護カバーにおける排気ガス導入穴の面積，穴の数
を最適化し，水滴の浸入を抑制する。また，上記二重の
保護カバーにおける，各排気ガス導入穴の開口場所を工
夫して，カバー内部を迷路構造とする。
素子の側部を覆う保護カバーの構造を以下の構成とする
ことが行われている。即ち，上記保護カバーを二重構造
とする。上記保護カバーの底部に排水用の穴を設ける。
上記保護カバーにおける排気ガス導入穴の面積，穴の数
を最適化し，水滴の浸入を抑制する。また，上記二重の
保護カバーにおける，各排気ガス導入穴の開口場所を工
夫して，カバー内部を迷路構造とする。
【０００７】しかし，上記構成は，保護カバー内の構造
が複雑化することになるため，検出素子に排気ガスが当
たりにくくなる。この結果，酸素濃度検出器の応答性が
悪化し，エミッション・アイドル時の安定性が悪化する
等のエンジン制御の上の問題が生じてしまう。
が複雑化することになるため，検出素子に排気ガスが当
たりにくくなる。この結果，酸素濃度検出器の応答性が
悪化し，エミッション・アイドル時の安定性が悪化する
等のエンジン制御の上の問題が生じてしまう。
【０００８】本発明は，かかる問題点に鑑み，検出素子
に被水割れの生じない酸素濃度検出器を提供しようとす
るものである。
に被水割れの生じない酸素濃度検出器を提供しようとす
るものである。
【０００９】
【課題の解決手段】本発明は，ハウジング内に挿入配置
された固体電解質よりなる検出素子と，該検出素子を加
熱する加熱手段とを有する酸素濃度検出器において，上
記検出素子は，その外側に撥水性，断熱性を有する表面
層を有していることを特徴とする酸素濃度検出器にあ
る。
された固体電解質よりなる検出素子と，該検出素子を加
熱する加熱手段とを有する酸素濃度検出器において，上
記検出素子は，その外側に撥水性，断熱性を有する表面
層を有していることを特徴とする酸素濃度検出器にあ
る。
【００１０】上記表面層は，検出素子の最外層になるよ
うに設けてある。従って，固体電解質と外側電極とより
なる検出素子においては，外側電極の外側に上記表面層
を設ける。また，外側電極の表面に被毒トラップ層が設
けてある場合には，被毒トラップ層の上に上記表面層を
設ける。その他の場合も同様である。
うに設けてある。従って，固体電解質と外側電極とより
なる検出素子においては，外側電極の外側に上記表面層
を設ける。また，外側電極の表面に被毒トラップ層が設
けてある場合には，被毒トラップ層の上に上記表面層を
設ける。その他の場合も同様である。
【００１１】上記表面層はその厚みが２０〜５００μｍ
であることが好ましい。上記厚みが２０μｍ未満の場合
には，被水割れを防止することができないおそれがあ
る。一方，５００μｍよりも厚い場合には，上記表面層
の検出素子に対する付着強度が弱く，該表面層が脱落し
やすくなるおそれがある。
であることが好ましい。上記厚みが２０μｍ未満の場合
には，被水割れを防止することができないおそれがあ
る。一方，５００μｍよりも厚い場合には，上記表面層
の検出素子に対する付着強度が弱く，該表面層が脱落し
やすくなるおそれがある。
【００１２】次に，上記表面層の気孔率は２０〜９０％
であることが好ましい。上記気孔率が２０％未満である
場合には，被測定ガス中の被毒物による目詰まりが，表
面層に生じるおそれがある。一方，９０％を越えた場合
には，表面層の強度が低下するおそれがある。
であることが好ましい。上記気孔率が２０％未満である
場合には，被測定ガス中の被毒物による目詰まりが，表
面層に生じるおそれがある。一方，９０％を越えた場合
には，表面層の強度が低下するおそれがある。
【００１３】上記表面層は，例えばＢＮ，ＣａＦ2 ，Ｎ
ｂＣ，ＺｒＢ2 ，ＴｉＢ2 ，タルクのグループより選ば
れる一種以上の粒子により構成されている。また，上記
表面層はアルミナを含有していることが好ましい。上記
アルミナは，後述するごとく，表面層を形成する際のバ
インダとして使用する。上記アルミナの表面層全体に対
する含有量は，２０重量％以内であることが好ましい。
上記含有量が２０重量％を越えた場合には，被水割れを
防止できないおそれがある。
ｂＣ，ＺｒＢ2 ，ＴｉＢ2 ，タルクのグループより選ば
れる一種以上の粒子により構成されている。また，上記
表面層はアルミナを含有していることが好ましい。上記
アルミナは，後述するごとく，表面層を形成する際のバ
インダとして使用する。上記アルミナの表面層全体に対
する含有量は，２０重量％以内であることが好ましい。
上記含有量が２０重量％を越えた場合には，被水割れを
防止できないおそれがある。
【００１４】上記表面層を形成するに当たっては，上記
粒子に例えばアルミナゾル等の無機バインダ，分散剤，
水あるいはエタノール等を混合し，スラリーとなす。上
記スラリーを検出素子の外側に設け，焼成することによ
り表面層を得ることができる。また，上記粒子を検出素
子外側に，直接，非酸化性雰囲気において溶射すること
により表面層を形成することもできる。上記粒子の形状
は，球状，板状，塊状，ファイバー状，フォーム状，柱
状，針状等から選択することができる。
粒子に例えばアルミナゾル等の無機バインダ，分散剤，
水あるいはエタノール等を混合し，スラリーとなす。上
記スラリーを検出素子の外側に設け，焼成することによ
り表面層を得ることができる。また，上記粒子を検出素
子外側に，直接，非酸化性雰囲気において溶射すること
により表面層を形成することもできる。上記粒子の形状
は，球状，板状，塊状，ファイバー状，フォーム状，柱
状，針状等から選択することができる。
【００１５】また，上記とは異なる構成の，ハウジング
内に挿入配置された固体電解質よりなる検出素子と，該
検出素子を加熱する加熱手段とを有する酸素濃度検出器
において，上記加熱手段は検出素子の外部に配置されて
おり，かつ上記加熱手段及び検出素子は，その外側に撥
水性，断熱性を有する表面層を有していることを特徴と
する酸素濃度検出器がある。
内に挿入配置された固体電解質よりなる検出素子と，該
検出素子を加熱する加熱手段とを有する酸素濃度検出器
において，上記加熱手段は検出素子の外部に配置されて
おり，かつ上記加熱手段及び検出素子は，その外側に撥
水性，断熱性を有する表面層を有していることを特徴と
する酸素濃度検出器がある。
【００１６】上記構成の酸素濃度検出器においては，加
熱手段と検出素子が隣接配置されている。このため，検
出素子が被水する場合，同時に上記加熱手段も被水す
る。このため，上述の撥水性，断熱性を有する表面層を
加熱手段及び検出素子に設けることにより，両者の被水
割れを防止することができる。なお，上記表面層は，上
述した粒子等により構成されてなり，その厚みは２０〜
５００μｍ，気孔率は２０〜９０％である。
熱手段と検出素子が隣接配置されている。このため，検
出素子が被水する場合，同時に上記加熱手段も被水す
る。このため，上述の撥水性，断熱性を有する表面層を
加熱手段及び検出素子に設けることにより，両者の被水
割れを防止することができる。なお，上記表面層は，上
述した粒子等により構成されてなり，その厚みは２０〜
５００μｍ，気孔率は２０〜９０％である。
【００１７】上記酸素濃度検出器は，上記ハウジングの
上部に上記検出素子の上部を覆うカバーを有し，また該
カバーには上記検出素子の大気室に空気を導入する大気
導入口を設けてなり，かつ該大気導入口には撥油性フィ
ルタを設けることもできる。
上部に上記検出素子の上部を覆うカバーを有し，また該
カバーには上記検出素子の大気室に空気を導入する大気
導入口を設けてなり，かつ該大気導入口には撥油性フィ
ルタを設けることもできる。
【００１８】上記撥油性フィルタは，例えばＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオロエチレン）など，表面張力の低い
液体を弾く性質を有する多孔質樹脂より構成されてい
る。上記撥油性フィルタの配置に関しては，例えば，上
記カバーが大気に面する外側カバーとそれよりも内側に
設けた内側カバーとよりなる場合には，上記外側カバー
と内側カバーとの間に，パイプ状に形成した上記撥油性
フィルタを配置することができる（図１参照）。
（ポリテトラフルオロエチレン）など，表面張力の低い
液体を弾く性質を有する多孔質樹脂より構成されてい
る。上記撥油性フィルタの配置に関しては，例えば，上
記カバーが大気に面する外側カバーとそれよりも内側に
設けた内側カバーとよりなる場合には，上記外側カバー
と内側カバーとの間に，パイプ状に形成した上記撥油性
フィルタを配置することができる（図１参照）。
【００１９】また，上記カバーが一重である場合には，
上記大気導入口に面してブロック状に形成した上記撥油
性フィルタを配置することができる（図１０参照）。な
お，上記構成は，特に二輪車等の空燃比センサ等，酸素
濃度検出器が外部に露出して使用される場合に，特に有
効である。
上記大気導入口に面してブロック状に形成した上記撥油
性フィルタを配置することができる（図１０参照）。な
お，上記構成は，特に二輪車等の空燃比センサ等，酸素
濃度検出器が外部に露出して使用される場合に，特に有
効である。
【００２０】上記撥油性フィルタを設けることにより，
上記大気導入口より，水はもちろんのこと油，洗剤，防
錆剤等の表面張力の小さな液体が浸入することを防止す
ることができる。仮に，大気導入口に上述の液体が侵入
した場合には，大気導入口が塞がれてしまうため，検出
素子における大気室に新たな酸素を補充することができ
なくなる。また，侵入した液体が熱分解や燃焼すること
により酸素濃度検出器内部の酸素を消費することもあ
る。いずれの場合には，大気室の酸素濃度が低下し，結
果として酸素濃度検出特性の低下（酸欠現象）を招く。
上記大気導入口より，水はもちろんのこと油，洗剤，防
錆剤等の表面張力の小さな液体が浸入することを防止す
ることができる。仮に，大気導入口に上述の液体が侵入
した場合には，大気導入口が塞がれてしまうため，検出
素子における大気室に新たな酸素を補充することができ
なくなる。また，侵入した液体が熱分解や燃焼すること
により酸素濃度検出器内部の酸素を消費することもあ
る。いずれの場合には，大気室の酸素濃度が低下し，結
果として酸素濃度検出特性の低下（酸欠現象）を招く。
【００２１】更に，上記の表面層及び撥油性フィルタを
設けるという本発明にかかる構成は，ガス濃淡起電力
式，限界電流式等各種構成の酸素濃度検出器に適用可能
である。また，検出素子がコップ型，積層型等いずれの
場合においても，適用可能である。また，加熱手段を持
たない酸素濃度検出器においても，適用可能である。
設けるという本発明にかかる構成は，ガス濃淡起電力
式，限界電流式等各種構成の酸素濃度検出器に適用可能
である。また，検出素子がコップ型，積層型等いずれの
場合においても，適用可能である。また，加熱手段を持
たない酸素濃度検出器においても，適用可能である。
【００２２】
【作用及び効果】本発明の酸素濃度検出器においては，
検出素子の外側に撥水性，断熱性の表面層を設けてあ
る。そのため，外部の水滴によって酸素濃度検出器が被
水しても，該水滴を上記表面層が弾き，該水滴から受け
る固体電荷質等への熱衝撃を緩和するため，よって検出
素子において被水割れが生じない。
検出素子の外側に撥水性，断熱性の表面層を設けてあ
る。そのため，外部の水滴によって酸素濃度検出器が被
水しても，該水滴を上記表面層が弾き，該水滴から受け
る固体電荷質等への熱衝撃を緩和するため，よって検出
素子において被水割れが生じない。
【００２３】上記のごとく，本発明によれば，検出素子
に被水割れの生じない酸素濃度検出器を提供することが
できる。
に被水割れの生じない酸素濃度検出器を提供することが
できる。
【００２４】
実施例１ 本発明の実施例にかかる酸素濃度検出器１につき，図
１，図２を用いて説明する。図１に示すごとく，本例の
酸素濃度検出器１は，ハウジング１０内に挿入配置され
た固体電解質２０よりなる検出素子２と，該検出素子２
の内部に配置した上記加熱手段としてのヒータ１２とを
有する。図２に示すごとく，上記検出素子２は，その外
側に撥水性，断熱性を有する表面層２１を有している。
また，上記表面層２１はＢＮ粒子よりなり，厚みが６０
μｍ，気孔率が５０％である。
１，図２を用いて説明する。図１に示すごとく，本例の
酸素濃度検出器１は，ハウジング１０内に挿入配置され
た固体電解質２０よりなる検出素子２と，該検出素子２
の内部に配置した上記加熱手段としてのヒータ１２とを
有する。図２に示すごとく，上記検出素子２は，その外
側に撥水性，断熱性を有する表面層２１を有している。
また，上記表面層２１はＢＮ粒子よりなり，厚みが６０
μｍ，気孔率が５０％である。
【００２５】上記検出素子２は，ＺｒＯ2 よりなるコッ
プ型の固体電解質２０の外側に白金膜よりなる外側電極
２０２を，内側には，大気室２００に面する内側電極２
０１を有している。上記外側電極２０２の表面には，該
外側電極２０２を保護するための，スピネルよりなるコ
ーティング層２３を，該コーティング層２３の表面には
アルミナよりなるトラップ層２２を設けてある。そし
て，上記トラップ層２２の表面に上記表面層２１が設け
てある。
プ型の固体電解質２０の外側に白金膜よりなる外側電極
２０２を，内側には，大気室２００に面する内側電極２
０１を有している。上記外側電極２０２の表面には，該
外側電極２０２を保護するための，スピネルよりなるコ
ーティング層２３を，該コーティング層２３の表面には
アルミナよりなるトラップ層２２を設けてある。そし
て，上記トラップ層２２の表面に上記表面層２１が設け
てある。
【００２６】次に，上記表面層２１を形成する方法につ
いて説明する。まず，平均粒径が８μｍのＢＮ粒子に，
アルミナゾルよりなる無機バインダ，硝酸アルミよりな
る分散剤を混合し，スラリーとなす。これをデッピング
法により，厚さが６０μｍとなるように，上記検出素子
２のトラップ層２２の外側に付着させ，乾燥させる。そ
の後，温度５００℃，一時間で焼成する。これにより，
上記表面層２１を有する検出素子２を得ることができ
る。
いて説明する。まず，平均粒径が８μｍのＢＮ粒子に，
アルミナゾルよりなる無機バインダ，硝酸アルミよりな
る分散剤を混合し，スラリーとなす。これをデッピング
法により，厚さが６０μｍとなるように，上記検出素子
２のトラップ層２２の外側に付着させ，乾燥させる。そ
の後，温度５００℃，一時間で焼成する。これにより，
上記表面層２１を有する検出素子２を得ることができ
る。
【００２７】更に，図１に示すごとく，本例の酸素濃度
検出器１は，検出素子２がその側面につば部２９を有
し，該つば部２９において上記ハウジング１０に支承さ
れている。上記つば部２９の上方には，粉末シール材１
０１がパッド１０２及びインシュレータ１０３により加
圧充填されている。
検出器１は，検出素子２がその側面につば部２９を有
し，該つば部２９において上記ハウジング１０に支承さ
れている。上記つば部２９の上方には，粉末シール材１
０１がパッド１０２及びインシュレータ１０３により加
圧充填されている。
【００２８】上記ハウジング１０の下方には，被測定ガ
ス室１６９を構成し，検出素子２の下部を保護するため
の二重の保護カバー１６１，１６２が設けてある。ま
た，上記ハウジング１０の上方には，上記検出素子２の
上部を覆う三つのカバーを有し，また該カバーには上記
検出素子２の大気室２００に空気を導入する大気導入口
を設けてなり，かつ該大気導入口には撥油性フィルタ１
１を設けてなる。
ス室１６９を構成し，検出素子２の下部を保護するため
の二重の保護カバー１６１，１６２が設けてある。ま
た，上記ハウジング１０の上方には，上記検出素子２の
上部を覆う三つのカバーを有し，また該カバーには上記
検出素子２の大気室２００に空気を導入する大気導入口
を設けてなり，かつ該大気導入口には撥油性フィルタ１
１を設けてなる。
【００２９】上記三つのカバーは，ハウジング１０の上
端に，リング１０４を介してかしめ固定されている保護
カバー１３と，該保護カバー１３の上部に設けたダスト
カバー１４と該ダストカバー１４の外方に上記撥油性フ
ィルタ１１を介して配置されているフィルタカバー１５
とよりなる。そして，上記ダストカバー１４とフィルタ
カバー１５には大気導入口１４０，１５０が設けてあ
り，上記大気導入口１４０，１５０と対面するように上
記撥油性フィルタ１１が両者の間に組付けてある。
端に，リング１０４を介してかしめ固定されている保護
カバー１３と，該保護カバー１３の上部に設けたダスト
カバー１４と該ダストカバー１４の外方に上記撥油性フ
ィルタ１１を介して配置されているフィルタカバー１５
とよりなる。そして，上記ダストカバー１４とフィルタ
カバー１５には大気導入口１４０，１５０が設けてあ
り，上記大気導入口１４０，１５０と対面するように上
記撥油性フィルタ１１が両者の間に組付けてある。
【００３０】上記撥油性フィルタ１１は，図３，図４に
示すごとく，パイプ状に成形した，多孔質のＰＴＦＥ樹
脂である。なお，上記撥油性フィルタ１１は上記ダスト
カバー１４とフィルタカバー１５によりかしめ固定され
ているため，図１に示すごとく，若干変形している。
示すごとく，パイプ状に成形した，多孔質のＰＴＦＥ樹
脂である。なお，上記撥油性フィルタ１１は上記ダスト
カバー１４とフィルタカバー１５によりかしめ固定され
ているため，図１に示すごとく，若干変形している。
【００３１】次に，本例における作用効果につき説明す
る。本例の酸素濃度検出器１においては，検出素子２の
外側に撥水性，断熱性の表面層２１を設けてある。その
ため，被測定ガス室１６９に侵入した水滴によって検出
素子２が被水しても，上記表面層２１が該水滴を弾き，
固体電荷質２０が該水滴から受ける熱衝撃を緩和するた
め，上記検出素子２には被水割れが生じない。
る。本例の酸素濃度検出器１においては，検出素子２の
外側に撥水性，断熱性の表面層２１を設けてある。その
ため，被測定ガス室１６９に侵入した水滴によって検出
素子２が被水しても，上記表面層２１が該水滴を弾き，
固体電荷質２０が該水滴から受ける熱衝撃を緩和するた
め，上記検出素子２には被水割れが生じない。
【００３２】従って，本例によれば，検出素子に被水割
れの生じない酸素濃度検出器を提供することができる。
れの生じない酸素濃度検出器を提供することができる。
【００３３】また，本例の酸素濃度検出器１において
は，空気は透過させるが，水は勿論のこと表面張力の低
い液体等を弾く性質を有する撥油性フィルタ１１を，ダ
ストカバー１４，フィルタカバー１５における大気導入
口１４０，１５０に対して設けてある。よって，上記大
気導入口１４０，１５０より，油，洗剤，防錆剤等が浸
入し，酸素濃度検出器１内部で燃焼することにより酸素
を消費し，大気室２００内の酸素不足等による酸素濃度
検出性能の低下（酸欠現象）等を防止することができ
る。
は，空気は透過させるが，水は勿論のこと表面張力の低
い液体等を弾く性質を有する撥油性フィルタ１１を，ダ
ストカバー１４，フィルタカバー１５における大気導入
口１４０，１５０に対して設けてある。よって，上記大
気導入口１４０，１５０より，油，洗剤，防錆剤等が浸
入し，酸素濃度検出器１内部で燃焼することにより酸素
を消費し，大気室２００内の酸素不足等による酸素濃度
検出性能の低下（酸欠現象）等を防止することができ
る。
【００３４】実施例２ 本例は，図５及び表１〜表４を用い，本発明にかかる検
出素子の性能，即ち表面層の厚み，気孔率，成分等と被
水割れの発生温度，表面層の付着強度等との関係につい
て比較試料と共に説明する。
出素子の性能，即ち表面層の厚み，気孔率，成分等と被
水割れの発生温度，表面層の付着強度等との関係につい
て比較試料と共に説明する。
【００３５】まず，図５において，後述の表１に示す試
料４を用い（ただし，表面層の厚みが異なる），表面層
の厚みと被水割れの発生する温度との関係について説明
する。図５の横軸は表面層の厚み，縦軸は加熱した検出
素子に水を０．００１ｃｃ滴下し，被水割れが生じた温
度である。同図より知れるごとく，表面層の厚さが２０
μｍ未満である場合には，検出素子の温度が５００℃未
満において，被水割れが生じる。これにより，表面層の
厚さが少なくとも２０μｍ以上，望ましくは６０μｍ以
上必要であるということが判かる。
料４を用い（ただし，表面層の厚みが異なる），表面層
の厚みと被水割れの発生する温度との関係について説明
する。図５の横軸は表面層の厚み，縦軸は加熱した検出
素子に水を０．００１ｃｃ滴下し，被水割れが生じた温
度である。同図より知れるごとく，表面層の厚さが２０
μｍ未満である場合には，検出素子の温度が５００℃未
満において，被水割れが生じる。これにより，表面層の
厚さが少なくとも２０μｍ以上，望ましくは６０μｍ以
上必要であるということが判かる。
【００３６】次に，表１〜表４に示すごとく，材質，厚
み，気孔率の異なる表面層を有する検出素子について本
発明にかかる試料１〜１４を，比較試料Ｃ１〜Ｃ５と共
に評価した。即ち，試料１〜１４，比較試料Ｃ１〜Ｃ５
は，表１及び表２に示すごとく，表面層の材質（重量
％），気孔率（％），厚さ（μｍ）がそれぞれ異なる。
試料１〜１２，Ｃ１〜Ｃ４においては，表面層がＢＮ等
の単一の粒子により構成されている。試料１３，１４と
比較試料Ｃ５においては，表面層がＢＮの他にバインダ
としてアルミナを添加した材料により構成されている。
上記いずれの表面層も諸材料と有機バインダから成るス
ラリーにディップした後，乾燥，焼成（５００℃／ｈ）
することにより形成した。
み，気孔率の異なる表面層を有する検出素子について本
発明にかかる試料１〜１４を，比較試料Ｃ１〜Ｃ５と共
に評価した。即ち，試料１〜１４，比較試料Ｃ１〜Ｃ５
は，表１及び表２に示すごとく，表面層の材質（重量
％），気孔率（％），厚さ（μｍ）がそれぞれ異なる。
試料１〜１２，Ｃ１〜Ｃ４においては，表面層がＢＮ等
の単一の粒子により構成されている。試料１３，１４と
比較試料Ｃ５においては，表面層がＢＮの他にバインダ
としてアルミナを添加した材料により構成されている。
上記いずれの表面層も諸材料と有機バインダから成るス
ラリーにディップした後，乾燥，焼成（５００℃／ｈ）
することにより形成した。
【００３７】次に，上記試料１〜１４及び比較試料Ｃ１
〜Ｃ５の性能評価は，表３，表４に示すごとく，被水割
れの他，表面層の検出素子に対する付着強度，酸素検出
における初期応答性，被毒耐久性について調べた。上記
被水割れは，予め検出素子を５００℃に加熱しておき，
０．００１ｃｃの水を滴下した時に被水割れが生じたる
か否かを調べた。そして，表３及び表４においては，被
水割れの生じなかった試料を○，生じたものを×とし
た。
〜Ｃ５の性能評価は，表３，表４に示すごとく，被水割
れの他，表面層の検出素子に対する付着強度，酸素検出
における初期応答性，被毒耐久性について調べた。上記
被水割れは，予め検出素子を５００℃に加熱しておき，
０．００１ｃｃの水を滴下した時に被水割れが生じたる
か否かを調べた。そして，表３及び表４においては，被
水割れの生じなかった試料を○，生じたものを×とし
た。
【００３８】上記付着強度及び上記被毒耐久性のテスト
は，まず上記各試料及び比較試料を組付けた酸素濃度検
出器を２０００ｃｃ直列６気筒エンジンの排気系路に取
付ける。そして，エンジンの回転数を４０００ｒｐｍと
２５００ｒｐｍとして，各３０分づつ交互にエンジンを
駆動する。この場合，素子温度は５００℃〜７５０℃と
の間に保持される。なお，上記駆動において使用した燃
料は，エンジンオイル０．５重量％及び清浄剤を添加し
た無鉛ガソリンである。
は，まず上記各試料及び比較試料を組付けた酸素濃度検
出器を２０００ｃｃ直列６気筒エンジンの排気系路に取
付ける。そして，エンジンの回転数を４０００ｒｐｍと
２５００ｒｐｍとして，各３０分づつ交互にエンジンを
駆動する。この場合，素子温度は５００℃〜７５０℃と
の間に保持される。なお，上記駆動において使用した燃
料は，エンジンオイル０．５重量％及び清浄剤を添加し
た無鉛ガソリンである。
【００３９】そして，表３及び表４の付着強度は，テー
ピング法により剥離する面積が２０％以下の状態となっ
た試料を○，２０％を越えた状態となったものを×と評
価した。また，被毒耐久性はエンジンの回転数を１１０
０ｒｐｍ，検出素子の温度が４００℃に保持された状態
において，周波数の変化率が１０％未満である試料を
○，変化率が１０％以上であるものを×と評価した。
ピング法により剥離する面積が２０％以下の状態となっ
た試料を○，２０％を越えた状態となったものを×と評
価した。また，被毒耐久性はエンジンの回転数を１１０
０ｒｐｍ，検出素子の温度が４００℃に保持された状態
において，周波数の変化率が１０％未満である試料を
○，変化率が１０％以上であるものを×と評価した。
【００４０】上記初期応答性は，エンジンの回転数を１
１００ｒｐｍ，素子温度を４００℃プラスマイナス１０
℃に保持し，応答時間，即ちλ＝０．９〜λ＝１．１
（λは空気過剰率）への切換え時において出力が０．６
Ｖ〜０．３Ｖへと変化する時間を測定する。そして，表
３及び表４においては，上記応答時間が１５０ｍｓ以下
の試料を○，１５０ｍｓ〜２００ｍｓを△，２００ｍｓ
以上を×と評価した。
１００ｒｐｍ，素子温度を４００℃プラスマイナス１０
℃に保持し，応答時間，即ちλ＝０．９〜λ＝１．１
（λは空気過剰率）への切換え時において出力が０．６
Ｖ〜０．３Ｖへと変化する時間を測定する。そして，表
３及び表４においては，上記応答時間が１５０ｍｓ以下
の試料を○，１５０ｍｓ〜２００ｍｓを△，２００ｍｓ
以上を×と評価した。
【００４１】上記測定の結果，表３及び表４より，本発
明にかかる試料１〜１４が，いずれの測定結果において
も○である。これとは対照的に，表面層の気孔率が２０
％未満であるＣ１は，初期応答性や被毒耐久性の点で劣
り，気孔率が９０％を越えているＣ４は，付着強度が劣
る。また，表面層の厚みの薄いＣ２は，被水割れが生
じ，表面層の厚みの厚いＣ３は，付着強度が弱く，初期
応答性も劣る。更に，アルミナの含有量の多いＣ５は，
被水割れが生じてしまう。よって，本例によれば，試料
１〜１４が被水割れの生じない優れた検出素子であるこ
とが判る。
明にかかる試料１〜１４が，いずれの測定結果において
も○である。これとは対照的に，表面層の気孔率が２０
％未満であるＣ１は，初期応答性や被毒耐久性の点で劣
り，気孔率が９０％を越えているＣ４は，付着強度が劣
る。また，表面層の厚みの薄いＣ２は，被水割れが生
じ，表面層の厚みの厚いＣ３は，付着強度が弱く，初期
応答性も劣る。更に，アルミナの含有量の多いＣ５は，
被水割れが生じてしまう。よって，本例によれば，試料
１〜１４が被水割れの生じない優れた検出素子であるこ
とが判る。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】実施例３ 本例は，図６，図７に示すごとく，積層型の検出素子３
を有する酸素濃度検出器１である。本例の酸素濃度検出
器１は，ハウジング１０内に挿入配置された積層型の検
出素子３と，該検出素子３に一体的に設けた，加熱手段
としてのヒータ３５とを有する。
を有する酸素濃度検出器１である。本例の酸素濃度検出
器１は，ハウジング１０内に挿入配置された積層型の検
出素子３と，該検出素子３に一体的に設けた，加熱手段
としてのヒータ３５とを有する。
【００４７】上記ヒータ３５は，内部に発熱体３５１を
内蔵したセラミック体３５０より構成されている。ま
た，上記ヒータ３５は板状の固体電解質３０に対し積層
されてなり，該固体電解質３０とヒータ３５とにより大
気室３００が形成されている。また，上記大気室３００
に面するよう，固体電解質３０の内側には内側電極３０
１が設けてある。
内蔵したセラミック体３５０より構成されている。ま
た，上記ヒータ３５は板状の固体電解質３０に対し積層
されてなり，該固体電解質３０とヒータ３５とにより大
気室３００が形成されている。また，上記大気室３００
に面するよう，固体電解質３０の内側には内側電極３０
１が設けてある。
【００４８】一方，上記固体電解質３０の外側には外側
電極３０２が設けてある。外側電極３０２の表面には，
これを保護するためのコーティング層２３及びトラップ
層２２が設けてある。そして，上記トラップ層２２の表
面に撥水性，断熱性を有する表面層２１が設けてある。
その他は実施例１と同様である。また，本例の酸素濃度
検出器１においても，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
電極３０２が設けてある。外側電極３０２の表面には，
これを保護するためのコーティング層２３及びトラップ
層２２が設けてある。そして，上記トラップ層２２の表
面に撥水性，断熱性を有する表面層２１が設けてある。
その他は実施例１と同様である。また，本例の酸素濃度
検出器１においても，実施例１と同様の作用効果を有す
る。
【００４９】なお，本例の検出素子３において，表面層
２１は，検出素子３におけるトラップ層２２の表面を被
覆するように設けたが，ヒータ３５を構成するセラミッ
ク体３５０をも被覆するように，検出素子３全体に対
し，表面層２１を設けることもできる。この場合には，
上記セラミック体３５０の被水割れを防止することがで
きる。
２１は，検出素子３におけるトラップ層２２の表面を被
覆するように設けたが，ヒータ３５を構成するセラミッ
ク体３５０をも被覆するように，検出素子３全体に対
し，表面層２１を設けることもできる。この場合には，
上記セラミック体３５０の被水割れを防止することがで
きる。
【００５０】実施例４ 本例は，図８，図９に示すごとく，検出素子４１の外部
にヒータ４２を有する酸素濃度検出器４である。上記酸
素濃度検出器４は，ハウジング４０内に，インナーカバ
ー４４を介して挿入配置された固体電解質４１５よりな
る検出素子４１と，該検出素子４１を加熱するヒータ４
２とを有する。上記ヒータ４２は検出素子４１の外部に
おいて隣接配置され，かつ上記検出素子４１及びヒータ
４２は，その外側に撥水性，断熱性を有する表面層２１
を有している。
にヒータ４２を有する酸素濃度検出器４である。上記酸
素濃度検出器４は，ハウジング４０内に，インナーカバ
ー４４を介して挿入配置された固体電解質４１５よりな
る検出素子４１と，該検出素子４１を加熱するヒータ４
２とを有する。上記ヒータ４２は検出素子４１の外部に
おいて隣接配置され，かつ上記検出素子４１及びヒータ
４２は，その外側に撥水性，断熱性を有する表面層２１
を有している。
【００５１】上記酸素濃度検出器４において，上記ハウ
ジング４０の下端には被測定ガス室４６９を形成する被
測定ガス側カバー４６が設けてあり，上端には保護カバ
ー４７が設けてある。
ジング４０の下端には被測定ガス室４６９を形成する被
測定ガス側カバー４６が設けてあり，上端には保護カバ
ー４７が設けてある。
【００５２】上記検出素子４１及びヒータ４２とインナ
ーカバー４４の内壁との間には，サポータ４４１，粉末
シール材４４２，インシュレータ４４３が順次積層され
てなり，一方，上記インナーカバー４４とハウジング４
０との間は，粉末シール材４３１がスペーサ４３２によ
り加圧充填されている。なお，検出素子４１とヒータ４
２との間はセラミックセメント４５により固定されてい
る。
ーカバー４４の内壁との間には，サポータ４４１，粉末
シール材４４２，インシュレータ４４３が順次積層され
てなり，一方，上記インナーカバー４４とハウジング４
０との間は，粉末シール材４３１がスペーサ４３２によ
り加圧充填されている。なお，検出素子４１とヒータ４
２との間はセラミックセメント４５により固定されてい
る。
【００５３】図９に示すごとく，上記検出素子４１は，
セラミック基板４１９に面して板状の固体電解質４１５
を配置してなり，該固体電解質４１５とセラミック基板
４１９とによって大気室４１０が形成されている。
セラミック基板４１９に面して板状の固体電解質４１５
を配置してなり，該固体電解質４１５とセラミック基板
４１９とによって大気室４１０が形成されている。
【００５４】また，上記大気室４１０に面するように固
体電解質４１５には内側電極４１１が設けてある。一
方，上記固体電解質４１５の外側には，外側電極４１２
が設けてある。上記外側電極４１２の表面には，これを
保護するためのコーティング層２３が設けてある。
体電解質４１５には内側電極４１１が設けてある。一
方，上記固体電解質４１５の外側には，外側電極４１２
が設けてある。上記外側電極４１２の表面には，これを
保護するためのコーティング層２３が設けてある。
【００５５】また，上記ヒータ４２は，発熱体４２５と
これを被覆するセラミック体４２０より構成されてい
る。そして，上記検出素子４１及びヒータ４２のインナ
ーカバー４４によって保護されていない表面全体，即
ち，被測定ガス室４６９内に露出している部分全体に，
撥水性，断熱性を有する表面層２１が設けてある。その
他は，実施例１と同様である。
これを被覆するセラミック体４２０より構成されてい
る。そして，上記検出素子４１及びヒータ４２のインナ
ーカバー４４によって保護されていない表面全体，即
ち，被測定ガス室４６９内に露出している部分全体に，
撥水性，断熱性を有する表面層２１が設けてある。その
他は，実施例１と同様である。
【００５６】本例の酸素濃度検出器４においては，検出
素子４１，ヒータ４２の双方に撥水性，断熱性を有する
表面層２１を設けてある。よって，被水による割れ発生
を双方の部品において防止することができる。その他は
実施例１と同様の作用効果を有する。
素子４１，ヒータ４２の双方に撥水性，断熱性を有する
表面層２１を設けてある。よって，被水による割れ発生
を双方の部品において防止することができる。その他は
実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５７】実施例５ 本例は，図１０に示すごとく，ブロック状の撥油性フィ
ルタ１１５を用いた酸素濃度検出器１である。本例の酸
素濃度検出器１は，ハウジング１０に挿入配置した検出
素子２と，該ハウジング１０の上端にかしめ固定された
保護カバー１３及び該保護カバー１３の上部を覆うダス
トカバー１４より構成されている。
ルタ１１５を用いた酸素濃度検出器１である。本例の酸
素濃度検出器１は，ハウジング１０に挿入配置した検出
素子２と，該ハウジング１０の上端にかしめ固定された
保護カバー１３及び該保護カバー１３の上部を覆うダス
トカバー１４より構成されている。
【００５８】そして，上記ダストカバー１４の上端面に
設けた嵌合部１４９には，略円柱状の撥油性フィルタ１
１５が，上記ダストカバー１４に設けた大気導入口１４
０に対面するように配置されている。なお，上記撥油性
フィルタ１１５には，検出素子２の出力取出し用端子等
を配置するための貫通穴１４８が設けてある。その他
は，実施例１と同様である。
設けた嵌合部１４９には，略円柱状の撥油性フィルタ１
１５が，上記ダストカバー１４に設けた大気導入口１４
０に対面するように配置されている。なお，上記撥油性
フィルタ１１５には，検出素子２の出力取出し用端子等
を配置するための貫通穴１４８が設けてある。その他
は，実施例１と同様である。
【００５９】本例においては，ハウジング１０内に挿
入，配置された固体電解質２０よりなる検出素子２と，
該検出素子２を加熱する加熱素子１２とを有する酸素濃
度検出器１において，ハウジング１０上部に検出素子２
の上部を覆うカバー１４を有し，該カバー１４に検出素
子２の大気室２００に空気を導入する大気導入口１４０
を設け，該大気導入口１４０に撥油性フィルタ１１５を
設けたことを特徴とするものである。
入，配置された固体電解質２０よりなる検出素子２と，
該検出素子２を加熱する加熱素子１２とを有する酸素濃
度検出器１において，ハウジング１０上部に検出素子２
の上部を覆うカバー１４を有し，該カバー１４に検出素
子２の大気室２００に空気を導入する大気導入口１４０
を設け，該大気導入口１４０に撥油性フィルタ１１５を
設けたことを特徴とするものである。
【００６０】そして，かかる酸素濃度検出器１によれ
ば，大気導入口１４０より油，洗剤（洗車時），防錆剤
等が進入し，酸素濃度検出器１内部で燃焼することによ
り酸素を消費し，大気室２００内の酸素不足等による酸
素濃度検出性能の低下（酸欠）等を防ぐという効果を奏
する。
ば，大気導入口１４０より油，洗剤（洗車時），防錆剤
等が進入し，酸素濃度検出器１内部で燃焼することによ
り酸素を消費し，大気室２００内の酸素不足等による酸
素濃度検出性能の低下（酸欠）等を防ぐという効果を奏
する。
【図１】実施例１における，酸素濃度検出器の断面説明
図。
図。
【図２】実施例１における，検出素子の要部断面説明
図。
図。
【図３】実施例１における，撥油性フィルタの断面図。
【図４】実施例１における，撥油性フィルタの斜視図。
【図５】実施例２における，検出素子の表面層の厚さと
被水割れの発生する温度との関係を示す線図。
被水割れの発生する温度との関係を示す線図。
【図６】実施例３における，積層型の検出素子を有する
酸素濃度検出器の断面説明図。
酸素濃度検出器の断面説明図。
【図７】実施例３における，積層型の検出素子の断面
図。
図。
【図８】実施例４における，検出素子とヒータが別体で
ある酸素濃度検出器の断面説明図。
ある酸素濃度検出器の断面説明図。
【図９】図８における，Ａ−Ａ矢視断面図。
【図１０】実施例５における，ブロック状の撥油性フィ
ルタを有する酸素濃度検出器の断面説明図。
ルタを有する酸素濃度検出器の断面説明図。
【図１１】従来例における，検出素子の要部断面図。
１，４．．．酸素濃度検出器， １０，４０．．．ハウジング， １１．．．撥油性フィルタ， １２．．．ヒータ， １３．．．保護カバー， １４．．．ダストカバー， １５．．．フィルタカバー， １４０，１５０．．．大気導入口， ２，３，４１．．．検出素子， ２０，３０，４１５．．．固体電解質， ２００，３００，４１０．．．大気室， ２１．．．表面層，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜谷 正広 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 太田 実 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 三輪 直人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 ハウジング内に挿入配置された固体電解
質よりなる検出素子と，該検出素子を加熱する加熱手段
とを有する酸素濃度検出器において，上記検出素子は，
その外側に撥水性，断熱性を有する表面層を有している
ことを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項２】 請求項１において，上記表面層はその厚
みが２０〜５００μｍであることを特徴とする酸素濃度
検出器。 - 【請求項３】 請求項１または２において，上記表面層
の気孔率は２０〜９０％であることを特徴とする酸素濃
度検出器。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項において，
上記表面層は，ＢＮ，ＣａＦ2 ，ＮｂＣ，ＺｒＢ2 ，Ｔ
ｉＢ2 ，タルクのグループより選ばれる一種以上の粒子
により構成されていることを特徴とする酸素濃度検出
器。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項において，
上記表面層は，アルミナを含有していることを特徴とす
る酸素濃度検出器。 - 【請求項６】 ハウジング内に挿入配置された固体電解
質よりなる検出素子と，該検出素子を加熱する加熱手段
とを有する酸素濃度検出器において，上記加熱手段は検
出素子の外部に配置されており，かつ上記加熱手段及び
検出素子の外側には撥水性，断熱性を有する表面層を有
していることを特徴とする酸素濃度検出器。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一項において，
上記酸素濃度検出器は，上記ハウジングの上部に上記検
出素子の上部を覆うカバーを有し，また該カバーには上
記検出素子の大気室に空気を導入する大気導入口を設け
てなり，かつ該大気導入口には撥油性フィルタを設けて
なることを特徴とする酸素濃度検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07096395A JP3671452B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 酸素濃度検出器 |
| US08/609,634 US5800689A (en) | 1995-03-02 | 1996-03-01 | Oxygen concentration detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07096395A JP3671452B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240559A true JPH08240559A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3671452B2 JP3671452B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=13446690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07096395A Expired - Lifetime JP3671452B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5800689A (ja) |
| JP (1) | JP3671452B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11153571A (ja) * | 1997-11-20 | 1999-06-08 | Denso Corp | 酸素センサ素子 |
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