JP4607315B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス用のジルコニア酸素センサ等、各種の燃焼装置における空燃比の制御等に利用するガスセンサに関する。更に詳しくは、リード線の引き出し部位における、熱や衝撃等による劣化が少ないガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス中の酸素等を測定するために用いられるジルコニア酸素センサのリード線は、それぞれ保護外筒から導出されている。このリード線の引き出し部位から、外気等がガスセンサ内に侵入しないよう、ゴム等で作られたキャップが保護外筒に設けられ、これを貫通してリード線が導出されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなキャップは、使用環境である高温時には熱膨張を起こすが、保護外筒内に収められているために圧迫され、損傷し易かった。また、飛石等が保護外筒に衝突した場合、保護外筒内のセパレータに直接衝撃が伝わり、セパレータを破損する恐れがあった。更に、エンジンからの輻射熱や、排気ガスの熱を受けるので、セパレータに耐熱性の高いものが要求されていた。
本発明は、このような問題点を解決するものであり、キャップの熱や衝撃等による劣化が少ないガスセンサを提供することを目とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスセンサは、後方にリード端子が接続されるガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子の周囲を囲み、且つ該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、該主体金具の後方に接合され、該ガスセンサ素子の後方を囲むように設けられる外筒と、該外筒内に設けられるとともに、該リード端子を挿通するセパレータと、を備えるガスセンサであって、該セパレータは、該外筒の内壁に対向する側面に凹部が形成されており、
上記外筒は、先方側に配置される第1外筒、及び後方側に配置される第2外筒を接合して構成され、上記セパレータは、先方側及び後方側の端面の外縁に沿った側面部分において、突出するリブが形成されており、
上記リブは、上記第2外筒の内面と接触し、
上記セパレータの先方側の端面に接するようにパッキングが配設され、該パッキングは上記第2外筒の内面と接触し、
上記セパレータの後方側の端面に接するようにキャップが配設され、該キャップは上記第2外筒の内面と接触していることを特徴とする。
【0005】
更に、上記セパレータの側面上には、線状又は帯状に突出したリブを形成することができる。
【0006】
上記「セパレータ」は、使用温度で劣化が少なく、絶縁性を備える任意の部材とすることができる。この例として、エンジニアプラスチックや、セラミック製を挙げることができる。また、好例として、エンジニアプラスチックでは、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリオキシベンゾイル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール及びポリフェニレンサルファイド等を、セラミックスとしてはジルコニア及びアルミナ等を挙げることができる。
更に、パッキング及びキャップは、フッ素ゴムやシリコンゴムなど、耐熱性を備えたゴム素材を例示することができる。
【0007】
上記「凹部」とは、周縁から中央側に向かってへこみが生じている形状を備える部位であればよく、具体的な形状は任意とすることができる。例えば、球面状としてもよいし、円錐状、角錐状等を例示できる。また、任意形状の平坦な底を有していてもよい。
上記「パッキング」は、該第1外筒の端部側、及び該第2外筒の内面の間を塞いで気密性を保つことができればよく、その塞ぎ方は任意とすることができる。
【0008】
また、上記「リブ」は、セパレータを少ない面積で外筒に接触し、セパレータを支持することができればよく、任意の形状とすることができる。例えば、任意本数の直線形状としてもよいし、曲線形状とすることもできる。更に、接触形状が点状の突起を多数設けてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスセンサに関する実施例により本発明を更に詳しく説明する。本ガスセンサは、ガソリンエンジン等の内燃機関の排気管に接続され、排気ガス中の酸素ガスを測定するために用いられる。
本ガスセンサ1は、図1及び2に示すように、センサ素子11、主体金具12、第1外筒13及び第2外筒14からなる外筒、パッキング15、セパレータ16、キャップ17及びリード線182を備える。
【0010】
センサ素子11は、図2に示すように、その先端側111を排気ガスに曝すことで、排気ガス中の酸素濃度を測定することができるジルコニア酸素センサであり、末端側112(特許請求の範囲における導出側)にリード端子181が接続されている。
主体金具12及び第1外筒13は図1及び図2に示すように、略筒形状であり、互いに接合されるとともにセンサ素子11を収納するように配設される。また、第1外筒13の先端からセンサ素子11の先端側がプロテクタ19を介して露出するように配設される。
第1外筒13の末端側には略筒形状の第2外筒14(保護外筒ともいう)が設けられている。この第2外筒14の末端からはリード端子181に接続されたリード線182が導出される。また、第2外筒14内は、筒方向に貫通するリード線182の他、パッキング15、セパレータ16及びキャップ17が設けられている。
【0011】
セパレータ16は、図2〜5に示すように、略円柱体のエンジニアプラスチック(PEEK等を例示できる。)の成形体である。また、外周面にはリブ161が立設する。このリブ161は、周面の両端に周回するように設けられるリング状のリブ161と、円柱の軸方向に等間隔で4本設けられている直線状のリブ161がある。これらリブ161の高さの分だけ、第2外筒14とセパレータ16との間に空隙が生ずる。
更に、セパレータ16の末端側(リード線182の導出側)の端面は、図5に示すように略球状の凹面である凹部162を備え、端面の中央近辺はキャップ17との間に空隙が生じている。
また、セパレータ16は、その両端面を貫通する貫通孔163が5つ設けられている。この貫通孔のそれぞれにリード端子181及びリード線182を通すことで、これらの接触及びショートを防止する。
【0012】
パッキング15は、セパレータ16の第1外筒13側の周面を周回するように設けられた略リング形状体のフッ素ゴムであり、図3に示すように、第1外筒13の端部側132、及び第2外筒14の内面に密着することで気密性を保つように設けられている。
このパッキング15は、径が約13mmの場合、横断面の大きさが縦1.0〜5.0mm、横1〜3mm(特に好ましくは縦1.5〜3.5mm、横1〜5mm)である。このような、パッキング15を縦0.5〜4.5mm程度に圧縮して設けることで、十分な気密性を保つことができる。
【0013】
キャップ17は、セパレータ16の末端側(リード線182導出側)端面に接触するように設けられた略円柱体であり、軸方向にリード線182を貫通させるための貫通孔が設けられている。また、キャップ17の末端側は、第2外筒14のかしめによってすぼめられた形となっている。
【0014】
このようなガスセンサ1は、外気及び水分等がガスセンサ内1に侵入し易い、第1外筒13と第2外筒14との隙間、及び第2外筒のリード線182導出側端部を、パッキング15及びキャップ17にて気密とすることにより、本ガスセンサ1内に外気及び水分等を侵入させないようにすることができた。
また、第2外筒14内の大部分を、熱膨張の少ない材質で構成されるセパレータ16によって占めることで、第2外筒14内が高温になっても内部が圧迫されないようにすることができ、パッキング15、キャップ17及びリード線182の圧迫による損傷を防ぐことができた。
【0015】
更に、セパレータ16を、パッキング15、キャップ17及びリブ161を介して第2外筒14内に設けるとともに、セパレータ16及び第2外筒14間、セパレータ16及びキャップ17間に空隙を設けることで、セパレータ16自体に第1外筒13及び第2外筒14からの熱が直接伝わりにくいものとすることができ、高温による劣化を抑制することができた。
また、これらの空隙は、セパレータ16及びキャップ17(特にキャップ17)が熱膨張を起こした際の逃げ場所となるため、セパレータ16及びキャップ17の圧迫を避けることができ、圧迫による劣化を抑制することができた。
特に、キャップ17は、かしめによって不均等な熱膨張を起こすため、圧迫による裂けが生じ易いが、セパレータ16の凹部162による空隙を埋めるように逃がすことができる。このため、圧迫による裂けを抑制することができる。
【0016】
更に、セパレータ16は、パッキング15、キャップ17及びリブ161を介して第2外筒14内に設けられているため、第2外筒14に加わる衝撃が伝わりにくく、衝撃による割れ等の損傷を抑制することができる。
また、パッキング15は、第2外筒14と接するリブ161に隣接するように配設されているため、凹部162に潜ることがなく、パッキング15が損傷したり、ガスセンサの気密性が下がったりすることがない。
【0017】
尚、本発明においては、上記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。セパレータ16の外周に設けるリブ161は、図4に示す4本に限らず、3本、5本及び6本等と適宜変更することができるし、ねじのようにらせん状に設けることもできる。また、リブ161の形状は、図2〜5に示す線形状に限らず、点状突起を多数設けたものとしてもよい。
更に、セパレータ16の他端面に形成する凹部162においても、球状に限らず、円錐状、角錐状としたり、底を平坦にすることができる。更に、リブ161の形状は、図2〜5に示す線形状に限らず、点状突起を多数設けたものとしてもよい。
また、セパレータ16の材質はエンジニアプラスチックに限らず、セラミックスとすることもできる。セパレータ16に用いるセラミックスとしてはジルコニア及びアルミナ等を例示することができる。
更に、各実施例において、セパレータ16の他端面に形成する凹部162は、球状に限らず、円錐状、角錐状としたり、底を平坦にすることができる。
【0018】
【発明の効果】
本発明のガスセンサ素子によれば、外筒内のセパレータに熱が伝わりにくいために高温になりにくい。また、セパレータ及びキャップは熱膨張による圧迫が生じない。このため、セパレータ及びキャップの高温による劣化を抑制することができる。
更に、セパレータに外筒からの衝撃が伝わりにくいため、衝撃による劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のガスセンサ素子の外観を説明するための平面図である。
【図2】本実施例のガスセンサ素子を説明するための断面図である。
【図3】セパレータを配設した様子を説明するための部分断面図である。
【図4】セパレータを説明するための模式横断面図である。
【図5】セパレータを説明するための模式縦断面図である。
【図6】第2外筒内にセパレータを備える、従来のガスセンサの断面図である。
【符号の説明】
1;ガスセンサ、11;センサ素子、12;主体金具、13;第1外筒、14;第2外筒(保護外筒)、15;パッキング、16;セパレータ、161;リブ、162;凹部、163;貫通孔、17;キャップ、181;リード端子、182;リード線、19;プロテクタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor used for controlling an air-fuel ratio in various combustion apparatuses, such as a zirconia oxygen sensor for exhaust gas of an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to a gas sensor that is less deteriorated due to heat, impact, or the like at a lead wire drawing portion.
[0002]
[Prior art]
Lead wires of a zirconia oxygen sensor used for measuring oxygen or the like in the exhaust gas are respectively led out from the protective outer cylinder. A cap made of rubber or the like is provided on the protective outer cylinder so as to prevent outside air or the like from entering the gas sensor from the lead wire drawing portion, and the lead wire is led through the cap.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a cap undergoes thermal expansion at a high temperature, which is the use environment, but is easily compressed and damaged because it is contained in the protective outer cylinder. Further, when stepping stones or the like collide with the protective outer cylinder, an impact is directly transmitted to the separator in the protective outer cylinder, and the separator may be damaged. Furthermore, since it receives the radiant heat from the engine and the heat of exhaust gas, a separator having high heat resistance is required.
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor in which the cap is less deteriorated by heat, impact, or the like.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The gas sensor of the present invention includes a gas sensor element to which a lead terminal is connected at the rear, a metal shell that surrounds the gas sensor element and holds the gas sensor element, and is joined to the rear of the metal metal element, A gas sensor comprising an outer cylinder provided so as to surround the rear, and a separator provided in the outer cylinder and inserted through the lead terminal, wherein the separator is disposed on a side surface facing the inner wall of the outer cylinder. A recess is formed ,
The outer cylinder is configured by joining a first outer cylinder arranged on the front side and a second outer cylinder arranged on the rear side, and the separator is along the outer edge of the end surface on the front side and the rear side. In the side part, protruding ribs are formed,
The rib contacts the inner surface of the second outer cylinder;
A packing is disposed so as to be in contact with the end face on the front side of the separator, and the packing is in contact with the inner surface of the second outer cylinder;
A cap is disposed so as to contact an end surface on the rear side of the separator, and the cap is in contact with an inner surface of the second outer cylinder .
[0005]
Furthermore, on the side surface of the separator, it is possible to form the ribs projecting in a linear or band.
[0006]
The “separator” can be any member that has little deterioration at the use temperature and has insulating properties. Examples of this are engineer plastics and ceramics. Also, as a good example, engineering plastics include polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, polyoxybenzoyl, polyamide, polycarbonate, polyacetal and polyphenylene sulfide. Examples thereof include zirconia and alumina.
Furthermore, the packing and the cap can exemplify rubber materials having heat resistance such as fluorine rubber and silicon rubber.
[0007]
The “concave portion” may be a portion having a shape in which a dent is generated from the peripheral edge toward the center side, and a specific shape may be arbitrary. For example, a spherical shape may be used, and a conical shape, a pyramid shape, etc. may be exemplified. Moreover, you may have the flat bottom of arbitrary shapes.
The “packing” is not particularly limited as long as it can maintain airtightness by closing the end portion side of the first outer cylinder and the inner surface of the second outer cylinder.
[0008]
The “rib” is not limited as long as it can contact the outer cylinder with a small area and support the separator, and can have any shape. For example, it may be an arbitrary number of linear shapes or a curved shape. Furthermore, a large number of protrusions having a point-contact shape may be provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples relating to the gas sensor of the present invention. This gas sensor is connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine such as a gasoline engine and is used for measuring oxygen gas in the exhaust gas.
1 and 2, the
[0010]
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
A substantially cylindrical second outer cylinder 14 (also referred to as a protective outer cylinder) is provided on the terminal side of the first
[0011]
As shown in FIGS. 2 to 5, the
Further, the end surface of the
Further, the
[0012]
The
When the diameter of the packing 15 is about 13 mm, the size of the cross section is 1.0 to 5.0 mm in length and 1 to 3 mm in width (particularly preferably 1.5 to 3.5 mm in length and 1 to 5 mm in width). is there. By providing such a packing 15 compressed to about 0.5 to 4.5 mm in length, sufficient airtightness can be maintained.
[0013]
The
[0014]
Such a
Further, by occupying most of the inside of the second
[0015]
Further, the
In addition, since these gaps serve as escape places when the
In particular, since the
[0016]
Furthermore, since the
Further, since the packing 15 is disposed so as to be adjacent to the
[0017]
In addition, in this invention, it can be set as the aspect variously changed within the range of this invention according to the objective and use, without being restricted to what is shown in the said Example. The
Further, the
The material of the
Furthermore, in each Example, the recessed
[0018]
【The invention's effect】
According to the gas sensor element of the present invention, since heat is not easily transmitted to the separator in the outer cylinder, it is difficult to reach a high temperature. Further, the separator and the cap are not compressed by thermal expansion. For this reason, the deterioration by the high temperature of a separator and a cap can be suppressed.
Furthermore, since the impact from the outer cylinder is not easily transmitted to the separator, deterioration due to the impact can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view for explaining the appearance of a gas sensor element of the present embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a gas sensor element of the present embodiment.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view for explaining a state in which a separator is provided.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a separator.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a separator.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional gas sensor including a separator in a second outer cylinder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該セパレータは、該外筒の内壁に対向する側面に凹部が形成されており、
上記外筒は、先方側に配置される第1外筒、及び後方側に配置される第2外筒を接合して構成され、上記セパレータは、先方側及び後方側の端面の外縁に沿った側面部分において、突出するリブが形成されており、
上記リブは、上記第2外筒の内面と接触し、
上記セパレータの先方側の端面に接するようにパッキングが配設され、該パッキングは上記第2外筒の内面と接触し、
上記セパレータの後方側の端面に接するようにキャップが配設され、該キャップは上記第2外筒の内面と接触していることを特徴とするガスセンサ。A gas sensor element to which a lead terminal is connected at the rear, a metal shell that surrounds the gas sensor element, and that holds the gas sensor element, and is joined to the rear of the metal metal fitting so as to surround the gas sensor element A gas sensor provided with an outer cylinder and a separator provided in the outer cylinder and inserted through the lead terminal,
The separator has a recess formed on a side surface facing the inner wall of the outer cylinder,
The outer cylinder is configured by joining a first outer cylinder arranged on the front side and a second outer cylinder arranged on the rear side, and the separator is along the outer edge of the end surface on the front side and the rear side. In the side part, protruding ribs are formed,
The rib contacts the inner surface of the second outer cylinder;
A packing is disposed so as to be in contact with the end face on the front side of the separator, and the packing is in contact with the inner surface of the second outer cylinder;
A gas sensor, wherein a cap is disposed so as to be in contact with an end surface on the rear side of the separator, and the cap is in contact with an inner surface of the second outer cylinder.
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