CN112105925A - 气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在气体传感器中提高保持隔离物的保持构件的刚性的技术。该气体传感器至少具有检测元件、主体金属壳体、筒状的外筒、端子金属件、配置于外筒内并将端子金属件和检测元件收纳于内部的筒状的隔离物以及在轴线方向上与隔离物抵接的保持构件，在保持构件的朝向前端面或朝向后端面，在沿轴线方向观察时长度为自身的厚度以上的区域，在周向上连续地以预定的间隔设有多个肋。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体传感器的技术。
背景技术
众所周知一种气体传感器，其安装于汽车发动机等内燃机的排气通路，具有使输出与排气中的NOx(氮氧化物)、氧等特定气体的浓度相应地发生变化的检测元件(例如专利文献1)。检测元件构成为，具有至少1个以上的在固体电解质体设有一对电极的单元，基于与特定气体的浓度相应地从单元输出的输出信号来测量特定气体的浓度。
该检测元件被保持在用于将气体传感器安装于排气管的主体金属壳体。另外，检测元件的后端部侧比主体金属壳体向后方突出，由安装于主体金属壳体的后端侧的外筒包围。在检测元件的后端部设有用于获取输出的多个电极焊盘，电极焊盘经由引线和端子金属件与外部电路电连接。在外筒内还配置有由绝缘陶瓷构成的隔离物。多个端子金属件收纳于隔离物的内部，以彼此非接触的状态维持。
并且，在隔离物与外筒之间配置有在自身的内部保持隔离物的筒状的保持构件。保持构件具有包围隔离物的外侧面的筒部、位于比筒部靠后端侧的位置并在周向上隔有间隔地配置的多个支承部以及配置于多个支承部之间的内侧延伸部。多个支承部通过抵接于隔离物而在轴线方向上支承隔离物。详细而言，多个支承部限制隔离物向轴线方向的前端侧移动。另外，内侧延伸部通过与隔离物的外侧面抵接而在径向上夹持隔离物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-225737号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在以往的保持构件中，由于是多个支承部整体地形成从而保持隔离物的力释放的构造，因此，在来自外部的振动传递到隔离物时，有可能无法完全限制隔离物沿轴线方向的移动，隔离物晃动，收纳于隔离物的内部的端子金属件和隔离物内壁反复接触导致端子金属件疲劳损坏。其结果是，有可能检测元件与端子金属件的电连接的可靠性下降。
用于解决问题的方案
本发明是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的方式或应用例而实现。
根据本发明的一方式，气体传感器至少具有：检测元件，其沿轴线方向延伸，用于检测特定气体的浓度；主体金属壳体，其将所述检测元件的周围包围并保持所述检测元件；外筒，其呈筒状，安装于所述主体金属壳体的后端侧；端子金属件，其在一端侧连接有引线，并且在另一端侧与所述检测元件电连接；隔离物，其呈筒状，配置于所述外筒内，将所述端子金属件和所述检测元件收纳于内部；以及保持构件，其在所述轴线方向上与所述隔离物抵接，在所述保持构件的朝向前端面或朝向后端面，在沿所述轴线方向观察时长度为自身的厚度以上的区域，在周向上连续地以预定的间隔设有多个肋。
根据本方式的气体传感器，由于在保持构件的朝向前端面或朝向后端面，在周向上连续地以预定的间隔设有多个肋，因此，能够强化保持构件与隔离物的抵接部位附近的轴线方向上的刚性。由此，能够抑制保持构件的挠曲，能够防止隔离物的晃动。
在本方式的气体传感器中，也可以是，所述肋为具有高低差的凹凸形状。
根据本方式的气体传感器，肋的刚性进一步提高，因此优选。
在本方式的气体传感器中，也可以是，所述保持构件具有：筒部，其包围所述隔离物的外侧面；外侧弯曲部，其在周向上连续地与所述筒部的后端相连接，以朝向径向内侧缩径的方式弯曲；以及多个支承部，该多个支承部在周向上隔有间隔地与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部相连接，朝向所述径向内侧延伸，并且在所述轴线方向上支承所述隔离物，也可以是，所述肋设于所述支承部。
根据本方式的气体传感器，保持构件中的、将隔离物抵接并支承的支承部在轴线方向上的刚性被强化，因此优选。
在本方式的气体传感器中，也可以是，所述保持构件还具有多个内侧延伸部，所述内侧延伸部与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部相连接，并且配置于在周向上相邻的两个所述支承部之间，所述多个内侧延伸部具有朝向所述轴线方向的前端侧弯曲的内侧弯曲部，通过前端侧端部抵接于所述隔离物的所述外侧面，在所述径向上夹持所述隔离物。
根据本方式的气体传感器，能够利用内侧延伸部在径向上夹持隔离物，能够进一步防止隔离物的晃动，因此优选。
附图说明
图1是作为本发明的第1实施方式的气体传感器的剖视图。
图2是隔离物由保持构件支承的状态的图。
图3是保持构件的剖视图。
图4是保持构件的俯视图。
图5是图4的F4a-F4a剖视图。
图6是图4的F4b-F4b剖视图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
图1是作为本发明的第1实施方式的气体传感器1的剖视图。在图1中，将与气体传感器1的轴线O(由点划线示出)平行的轴线方向CD作为上下方向进行图示，将检测元件10的前端部11侧作为气体传感器1的前端侧AS进行说明，将检测元件10的后端部12侧作为气体传感器1的后端侧BS进行说明。
在图1中，气体传感器(全范围空燃比气体传感器)1具有传感器元件21、具有沿轴线O方向贯通并供传感器元件21贯穿的贯通孔32的保持件(陶瓷保持件)30以及包围陶瓷保持件30的径向周围的主体金属壳体11。
传感器元件21中的、形成有***22的靠前端的部位比陶瓷保持件30向前端突出。这样在贯通孔32中穿过的传感器元件21通过借助由绝缘材料构成的套筒43、环形垫圈45将配置于陶瓷保持件30的后端面侧(图示上侧)的密封材料(在本例中为滑石)41沿前后方向压缩，从而在主体金属壳体11的内侧沿前后方向保持气密地固定。
此外，传感器元件21的包括后端29在内的靠后端29的部位比套筒43和主体金属壳体11向后方突出，在形成于该靠后端29的部位的各电极端子24压接有端子金属件40，该端子金属件40与所述各电极端子24电连接且设于穿过密封材料85被向外部拉出的各引线66的前端。另外，传感器元件21的包括该电极端子24在内的靠后端29的部位由外筒81覆盖。以下进一步详细地进行说明。
传感器元件21沿轴线O方向延伸，并且在朝向测量对象的前端侧(图示下侧)形成为具有***22的带板状(板状)，该***22由检查用电极等(未图示)构成，用于检测被检测气体中的特定气体成分。传感器元件21的横截面形成为前后为一定的大小的长方形(矩形)，并以陶瓷(固体电解质等)为主体形成为细长的结构。该传感器元件21自身与以往公知的传感器元件相同，在固体电解质(构件)的靠前端的部位配置有形成***22的一对检查用电极，在与此相连并靠后端的部位，暴露地形成有用于与引线66相连接的电极端子24，该引线66用于检查、输出和取出。另外，在本例中，在传感器元件21中的、以层叠状形成于固体电解质(构件)的陶瓷材料的靠前端的部位内部设有加热器(未图示)，在靠后端的部位暴露地形成有用于与引线66相连接的电极端子24，该引线66用于对该加热器施加电压。此外，这些电极端子24形成为纵长矩形，例如在传感器元件21的靠后端29的部位，在带板的宽幅面(两个面)横向排列有3个或两个电极端子，对此未图示。
此外，在传感器元件21的***22覆盖有由氧化铝或尖晶石等构成的多孔质的保护层23。
主体金属壳体11形成为前后同心异径的筒状，前端侧为小径，具有用于外嵌并固定后述的保护件51、61的圆筒状的圆环状部(以下也称作圆筒部)12，在该圆环状部12的后方(图示上方)的外周面设有与之相比形成为大径的、用于向发动机的排气管固定的螺纹部13。并且，在该螺纹部13的后方具有用于利用该螺纹部13拧入传感器1的多边形部14。另外，在该多边形部14的后方连接设置有供覆盖气体传感器1的后方的保护筒(外筒)81外嵌并焊接的圆筒部15，在该圆筒部15的后方具有外径比该圆筒部15小并且薄壁的压紧用圆筒部16。此外，该压紧用圆筒部16在图1中由于是压紧之后，因此向内侧弯曲。此外，在多边形部14的下表面安装有拧入时的密封用的垫片19。
另一方面，主体金属壳体11具有沿轴线O方向贯通的内孔18。内孔18的内周面具有从后端侧朝向前端侧去向径向内侧变细的斜面状的台阶部17。
在主体金属壳体11的内侧配置有由绝缘性陶瓷(例如氧化铝)构成并形成为大致短圆筒状的陶瓷保持件30。陶瓷保持件30具有形成为朝向前端去变细的斜面状的朝向前端面30a。并且，朝向前端面30a的靠外周的部位卡定于台阶部17，并且陶瓷保持件30被密封材料41从后端侧按压，从而陶瓷保持件30在主体金属壳体11内被定位且间隙配合。另一方面，贯通孔32设于陶瓷保持件30的中心，并且被设为与传感器元件21的横截面大致相同的尺寸的矩形的开口，以使得传感器元件21大致无间隙地穿过。
传感器元件21贯穿于陶瓷保持件30的贯通孔32，传感器元件21的前端比陶瓷保持件30和主体金属壳体11的前端12a向前方突出。
另一方面，传感器元件21的前端部位在本方式中由两层构造构成，均由分别具有通气孔(孔)56、67的有底圆筒状的保护件(保护罩)51、61覆盖。其中的内侧的保护件51的后端被外嵌并焊接于主体金属壳体11的圆筒部12。此外，通气孔56在保护件51的后端侧在周向上例如设有8处。另一方面，还在保护件51的前端侧在周向上例如设有4处排出孔53。
另外，外侧的保护件61外嵌于内侧的保护件51，并同时焊接于圆筒部12。外侧的保护件61的通气孔67在靠前端的部位在周向上例如设有8处，另外，还在外侧的保护件61前端的底部中央设有排出孔69。
此外，如图1所示，在穿过密封材料85被向外部拉出的各引线66的前端设置的各端子金属件40通过其弹性被压接于在传感器元件21的靠后端29的部位形成的各电极端子24，并与该各电极端子24电连接。并且，包括该压接部的各端子金属件40在配置于外筒81内的绝缘性的隔离物90内设置的各收纳部内，分别以相对配置的方式设置。此外，隔离物90被在外筒81内压紧固定的保持构件70限制了向径向和前端侧的移动。并且，通过将该外筒81的前端部外嵌并焊接于主体金属壳体11的靠后端的部位的圆筒部15，从而气体传感器1的后方以气密状被覆盖。
此外，引线66穿过配置于外筒81的后端部的内侧的密封材料(例如橡胶)85被向外部拉出，通过对该小径筒部83进行缩径压紧来压缩该密封材料85，从而能够保持该部位的气密。
另外，在外筒81的比轴线O方向的中央稍靠后端侧的位置，形成有前端侧径大的台阶部81d，该台阶部81d的内表面以将隔离物90的后端向前方按压的方式支承该隔离物90的后端。另一方面，形成于隔离物90的外周的凸缘93被支承在固定于外筒81的内侧的保持构件70之上，隔离物90由台阶部81d和保持构件70保持在轴线O方向上。
图2是隔离物90由保持构件70支承的状态的图。图3是保持构件70的剖视图。图4是保持构件70的俯视图。图5是图4的F4a-F4a剖视图。图6是图4的F4b-F4b剖视图。图2、图3、图5、图6表示筒部71与外筒80的压紧相对应地变形之前的状态。另外，在图2、图3、图5、图6中，利用箭头图示保持构件70的径向RD。在图4中，以二点划线示出在将保持构件70组装于气体传感器1的情况下隔离物90的外侧面92所配置的位置。并且，在图5、图6中，省略隔离物90的内部的详细的构造。
如图2所示，隔离物90在筒状的保持构件70内贯穿。隔离物90中的后端侧部分比保持构件70向后端侧BS突出，隔离物90中的前端侧部分从保持构件70的前端开口75向前端侧AS突出。
如图3和图4所示，保持构件70具有筒部71、外侧弯曲部72、多个支承部76以及多个内侧延伸部73。如图2所示，筒部71配置为包围隔离物90的外侧面92。如图3所示，外侧弯曲部72与筒部71的后端相连接，以朝向径向RD内侧缩径的方式弯曲。详细而言，外侧弯曲部72以在上侧形成凸部的方式(即，以圆弧的中心位于前端侧AS的方式)弯曲。外侧弯曲部72在周向上连续地与筒部71的后端相连接。
如图3所示，支承部76从外侧弯曲部72中的径向RD内侧的端部72e朝向径向RD内侧延伸。在第1实施方式中，支承部76沿与径向RD平行的方向延伸。如图4所示，支承部76在周向上连续地隔有间隔地设有多个(在本实施方式中为6个)。另外，在各支承部76分别设有从端部79朝向径向RD外侧延伸的肋76a。即，肋76a在周向上连续地隔有间隔地设有多个(在本实施方式中为6个)。肋76a形成为在轴线方向上具有高低差的凹凸形状。如图5所示，支承部76中的径向RD内侧的端部79通过与斜面部94抵接，将隔离物90沿轴线方向CD支承。具体而言，通过端部79和斜面部94抵接，限制隔离物90向前端侧AS移动。在此，将各端部79从隔离物90受到的前端侧AS方向的力设为力F1。另外，将隔离物90与支承部76相抵接的抵接位置(端部79)同筒部71之间的沿着径向RD的最大长度设为最大长度LA，将支承部76中的形成有肋76a的区域的沿着径向RD的长度设为长度L76。此外，在第1实施方式中，如图1所示，仅筒部71的中央部通过压紧而变形，筒部71的后端部附近没有发生由压紧引起的变形，因此，最大长度LA相当于变形前的筒部71的外侧面与支承部76的端部79之间的长度。
如图4所示，在本实施例中，支承部76中的形成有肋76a的区域的沿着径向RD的长度L76比保持构件的厚度长。具体而言，支承部76中的形成有肋76a的区域比保持构件的筒部71的从外周面至内周面的长度LB长。通过使肋76a在这样的长度的区域内连续地形成于支承部76，强化支承部76的刚性。由此，限制隔离物90向前端侧AS移动的效果增大，能够防止隔离物90的晃动。
如图4所示，内侧延伸部73配置于在周向上相邻的两个支承部76之间。在本实施方式中，内侧延伸部73设有6个。如图3所示，内侧延伸部73具有内侧弯曲部73a、内侧直部73b以及内侧抵接部73c。内侧弯曲部73a与端部73e相连接，朝向前端侧AS弯曲。详细而言，内侧弯曲部73a以在上侧形成凸部的方式(即，以圆弧的中心位于前端侧AS的方式)弯曲。内侧直部73b是从内侧弯曲部73a的径向RD内侧的端部向前端侧AS延伸的构件。内侧直部73b为平板状。内侧抵接部73c是从内侧直部73b的前端侧AS端部向径向RD内侧延伸的构件。内侧直部73b和内侧抵接部73c构成为，能够在径向RD上弹性变形。如图6所示，圆弧状的前端侧端部78在弧整体上连续地与外侧面92抵接。另外，在外侧面92在筒部71内贯穿的状态下，在径向RD上从外侧面92受到力F2，从而与自由状态相比，内侧延伸部73(即内侧抵接部73c)向径向RD外侧弹性变形。由此，隔离物90通过多个内侧抵接部73c被夹持在径向RD内侧，因此，隔离物90在一定程度上在径向RD上被定位。
此外，本发明并不限定于上述的实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内，能够在多种方案中实施。
在上述实施方式中，说明了用于检测在汽车的排气管内流通的排气气体中有无氧的气体传感器，但并不限定于此，能够对用于检测其他气体中的特定的气体(例如NOx)的各种气体传感器应用本实施方式。
在本实施方式中，形成有肋76a的区域的沿着径向RD的长度L76为筒部71与端部79之间的沿着径向RD的最大长度LA的大约50％的长度，但既可以是该长度以上的长度，也可以是与最大长度LA相同的值。即，通过满足LB≤L76≤LA，能够起到本发明的效果。
另外，在本实施方式中，肋76a形成为具有高低差的凹凸形状，但并不限定于此，也可以在支承部76的朝向前端面或朝向后端面形成凹部或凸部。
另外，在本实施方式中，肋76a在形成区域的整个面形成有同样的凹部和与该凹部相对应的凸部，但并不限定于此，也可以是，比长度LB短的凹部或凸部在支承部76的肋形成区域的整个面形成有多个。上述方案能够通过实施例如滚花加工、压花加工来实现。
附图标记说明
1、气体传感器；11、主体金属壳体；19、垫片；21、传感器元件；22、***；23、保护层；30、陶瓷保持件；40、端子金属件；41、密封材料(滑石)；43、套筒；45、环形垫圈；51、内侧的保护件；61、外侧的保护件；66、引线；70、保持构件；71、筒部；72、外侧弯曲部；73、内侧延伸部；73a、内侧弯曲部；73b、内侧直部；73c、内侧抵接部；73e、端部；75、前端开口；76、支承部；76a、肋；76e、端部；78、前端侧端部；79、端部；81、外筒；85、密封材料(橡胶)；90、隔离物；92、外侧面；93、凸缘；94、斜面部；AS、前端侧；BS、后端侧；CD、轴线方向；F1、力；F2、力；O、轴线；RD、径向。
Claims (4)
1.一种气体传感器，其中，
该气体传感器至少具有：
检测元件，其沿轴线方向延伸，用于检测特定气体的浓度；
主体金属壳体，其将所述检测元件的周围包围并保持所述检测元件；
外筒，其呈筒状，安装于所述主体金属壳体的后端侧；
端子金属件，其在一端侧连接有引线，并且在另一端侧与所述检测元件电连接；
隔离物，其呈筒状，配置于所述外筒内，将所述端子金属件和所述检测元件收纳于内部；以及
保持构件，其在所述轴线方向上与所述隔离物抵接，
在所述保持构件的朝向前端面或朝向后端面，在沿所述轴线方向观察时长度为自身的厚度以上的区域，在周向上连续地以预定的间隔设有多个肋。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述肋为具有高低差的凹凸形状。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，
所述保持构件具有：筒部，其包围所述隔离物的外侧面；外侧弯曲部，其在周向上连续地与所述筒部的后端相连接，以朝向径向内侧缩径的方式弯曲；以及多个支承部，该多个支承部在周向上隔有间隔地与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部相连接，朝向所述径向内侧延伸，并且在所述轴线方向上支承所述隔离物，
所述肋设于所述支承部。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，
所述保持构件还具有多个内侧延伸部，所述内侧延伸部与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部相连接，并且配置于在周向上相邻的两个所述支承部之间，所述多个内侧延伸部具有朝向所述轴线方向的前端侧弯曲的内侧弯曲部，通过前端侧端部抵接于所述隔离物的所述外侧面，在所述径向上夹持所述隔离物。
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