JP5934691B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、被検出ガス中に晒され、この中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えるガスセンサに関し、特に、多孔質の保護層を有するセンサ素子を備えるガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a sensor element that is exposed to a gas to be detected and detects a specific gas component therein, and more particularly, to a gas sensor including a sensor element having a porous protective layer.
従来、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、排気ガス中の特定ガス（例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素など）の濃度に応じて、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりするセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。センサ素子の先端側には特定ガス成分を検出する検知部が設けられており、ヒータ等によって加熱されることで、検知部が特定ガス成分を検出している。ところが、センサ素子の検知部が加熱により高温になっているときに、排気ガスに含まれる水滴が検知部に付着（被水）すると、熱衝撃によってセンサ素子にクラック等の破損が生ずるおそれがある。そこで、センサ素子の検知部を多孔質の保護層で覆い、センサ素子を被水から保護するガスセンサが開発されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, it is used by being attached to an exhaust pipe of an automobile, etc., and an electromotive force having a different magnitude or resistance value is generated depending on the concentration of a specific gas (for example, NOx (nitrogen oxide) or oxygen) in the exhaust gas. There is known a gas sensor including a sensor element that changes. A detection unit for detecting a specific gas component is provided on the tip side of the sensor element, and the detection unit detects the specific gas component by being heated by a heater or the like. However, when the detection part of the sensor element is heated to a high temperature, if a water droplet contained in the exhaust gas adheres to the detection part (water exposure), the sensor element may be damaged by a thermal shock. . In view of this, a gas sensor has been developed in which the detection portion of the sensor element is covered with a porous protective layer to protect the sensor element from being exposed to water (for example, see Patent Document 1).
図８に示すように、特許文献１のガスセンサは、絶縁材（セラミック、例えばアルミナ）からなるセラミックホルダ３００の挿通孔３２０にセンサ素子２１を挿通させて保持し、このセラミックホルダ３００を主体金具１１００の内側に配置した構造になっている。また、センサ素子２１の先端側の検知部は保護層２５で覆われている。
主体金具１１００は先後に貫通する内孔１１００ｈを有し、セラミックホルダ３００から先端側に突出したセンサ素子２１の保護層２５の後端部２６が、内孔１１００ｈ内に収容されている。さらに、主体金具１１００の先端には金属製のプロテクタ５１０、６１０が装着され、センサ素子２１を保護している。
なお、センサ素子２１をセラミックホルダ３００の挿通孔３２０に通して組付ける際に、保護層２５が挿通孔３２０に衝突して損傷することを防止するため、保護層２５の後端部２６を、挿通孔３２０の先端よりも先端側に離間させている。このため、挿通孔３２０と後端部２６との間に、保護層２５で保護されないセンサ素子２１の側面Ｐが介在している。
As shown in FIG. 8, the gas sensor of Patent Document 1 holds the
The
When the
ところで、図８のガスセンサにおいて、プロテクタ５１０、６１０の通気孔５６０、６７０からプロテクタ５１０の内部に水Ｗが侵入した場合、主体金具１１００の内面１１００ｉとセンサ素子２１（保護層２５）との隙間が比較的大きいため、水Ｗは主体金具１１００の内孔１１００ｈの内面１１００ｉを伝ってセラミックホルダ３００側へ上ってくる。その上、セラミックホルダ３００の先端向き面３００ａがセンサ素子２１の側面Ｐの位置で径方向に延びている（水平面状である）ので、先端向き面３００ａからセンサ素子２１へ向かって容易に水Ｗが移動し、センサ素子２１の側面Ｐに水Ｗが付着し易くなる。しかしながら、上述のように、側面Ｐには保護層２５が形成されていないため、熱衝撃によってセンサ素子２１にクラック等の破損が生ずるおそれがある。
そこで、例えば図９に示すように、主体金具１２００の内孔１２００ｈを縮径させることが考えられる。これにより、内面１２００ｉとセンサ素子２１（保護層２５）との隙間が小さくなり、主体金具１２００の内孔１２００ｈ内に水Ｗが侵入し難くなる。また、主体金具１２００の先端向き面１２００ｋが、センサ素子２１の保護層２５が設けられている位置で径方向に延びているため、先端向き面１２００ｋからセンサ素子２１へ向かって容易に水Ｗが移動したとしても、保護層２５に水Ｗが付着することとなる。その結果、保護層２５が形成されていない側面Ｐへの被水を抑制することができる。しかしながら、この場合、主体金具１２００の内面１２００ｉとセンサ素子２１（保護層２５）との隙間が小さくなったことで、センサ素子２１から内孔１２００ｈを介して金属製の主体金具１２００への熱逃げが促進され、センサ素子２１を高温に保ち難くなって検知性能が低下したり、高温にするための消費電力がより必要となる。
In the gas sensor of FIG. 8, when water W enters the
Therefore, for example, as shown in FIG. 9, it is conceivable to reduce the diameter of the
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、保護層よりも後端側におけるセンサ素子への被水を抑制し、かつ検知性能の低下を抑制したり、消費電力の低減を行うことができるガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a current situation, and suppresses water exposure to the sensor element on the rear end side with respect to the protective layer, suppresses a decrease in detection performance, and reduces power consumption. An object of the present invention is to provide a gas sensor that can be used.
本発明のガスセンサは、軸線方向に延びると共に、先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部を有するセンサ素子であって、該検知部を覆う多孔質の保護層を有するセンサ素子と、前記センサ素子の前記保護層よりも後端側の部位を挿通させ、該センサ素子の径方向周囲を取り囲む挿通孔を有する筒状のセラミックホルダと、先端側に設けられた小径孔、及び該小径孔よりも後端側に設けられ、当該小径孔よりも径大な大径孔を備える内孔を有し、前記小径孔の内面と前記大径孔の内面とを繋ぐ後端向き面に前記セラミックホルダの先端向き面の一部を係合させて前記セラミックホルダの径方向周囲を取り囲む主体金具と、を備え、前記セラミックホルダには、前記先端向き面から後端側へ向かって凹み、前記挿通孔の先端に連通すると共に該挿通孔より径大な凹孔が形成され、前記保護層の後端部は、該凹孔の内周面と隙間を設けて前記凹孔内に収容され、前記凹孔の前記内周面と前記先端向き面とが繋がる前記セラミックホルダの先端縁は、全体に亘って前記小径孔の前記内面よりも径方向内側に設けられる。
The gas sensor of the present invention is a sensor element that extends in the axial direction and has a detection part that detects a specific gas component in the gas to be detected on the tip side, and has a porous protective layer that covers the detection part A cylindrical ceramic holder having an insertion hole that surrounds the periphery of the sensor element in the radial direction, and a small-diameter hole provided on the tip side, A rear end-facing surface that is provided on the rear end side of the small-diameter hole, has an inner hole having a large-diameter hole larger than the small-diameter hole, and connects the inner surface of the small-diameter hole and the inner surface of the large-diameter hole. A metal shell that engages a part of the front surface of the ceramic holder and surrounds the periphery of the ceramic holder in the radial direction, and the ceramic holder is recessed from the front surface toward the rear end side. , Connected to the tip of the insertion hole In addition, a concave hole having a diameter larger than that of the insertion hole is formed, and a rear end portion of the protective layer is accommodated in the concave hole with a clearance from an inner peripheral surface of the concave hole, and the inner side of the concave hole is leading edge of the ceramic holder and the peripheral surface and the front end facing surface is connected is provided radially inward of the inner surface of the small diameter hole throughout.
このガスセンサによれば、セラミックホルダに、先端向き面から後端側に向かって凹む凹孔が形成されると共に、保護層の後端部が、この凹孔内に隙間を設けて収容され、さらに、セラミックホルダの先端縁が、全体に亘って主体金具の小径孔の内面よりも径方向内側に設けられてなる。 According to this gas sensor, the ceramic holder is formed with a concave hole that is recessed from the front-facing surface toward the rear end side, and the rear end portion of the protective layer is accommodated with a gap in the concave hole. The tip edge of the ceramic holder is provided on the inner side in the radial direction from the inner surface of the small-diameter hole of the metal shell throughout.
つまり、上述のガスセンサは、セラミックホルダに設けられた凹孔の先端縁の内周面とセンサ素子との隙間が主体金具の小径孔の内面とセンサ素子との隙間より小さくする構成となる。これにより、水が、主体金具の小径孔の内面を伝ってセラミックホルダ側へ上ってきたとしても、セラミックホルダの凹孔内に侵入し難くなる。
また、上述のガスセンサは、セラミックホルダの先端向き面が、センサ素子の保護層が設けられている位置で径方向に延びる構成となる。これによりセラミックホルダの先端向き面からセンサ素子に向かって水が移動したとしても、センサ素子に設けられた保護層に水が付着することとなる。
この両者の結果により、センサ素子の保護層よりも後端側への水の付着を抑制することができ、センサ素子への熱衝撃を緩和する。
That is, the gas sensor described above is configured such that the gap between the inner peripheral surface of the tip edge of the concave hole provided in the ceramic holder and the sensor element is smaller than the gap between the inner surface of the small-diameter hole of the metal shell and the sensor element. Thereby, even if water goes up to the ceramic holder side along the inner surface of the small-diameter hole of the metal shell, it is difficult for water to enter the concave hole of the ceramic holder.
Further, the above-described gas sensor has a configuration in which the tip-facing surface of the ceramic holder extends in the radial direction at a position where the protective layer of the sensor element is provided. Thereby, even if water moves from the surface facing the tip of the ceramic holder toward the sensor element, water adheres to the protective layer provided on the sensor element.
As a result of both of these, the adhesion of water to the rear end side of the protective layer of the sensor element can be suppressed, and the thermal shock to the sensor element is mitigated.
その上、上述のガスセンサは、セラミックホルダに凹孔を設け、センサ素子との隙間を小さくする構成となる。よって、金属製の主体金具とは異なり、センサ素子からセラミックホルダへの熱逃げを抑制でき、センサ素子を高温に維持することができる。よって、検知性能の低下を抑制したり、消費電力の低減を行うことができる。 In addition, the gas sensor described above has a configuration in which a concave hole is provided in the ceramic holder so that a gap between the sensor element and the sensor element is reduced. Therefore, unlike a metallic metal shell, heat escape from the sensor element to the ceramic holder can be suppressed, and the sensor element can be maintained at a high temperature. Therefore, it is possible to suppress a decrease in detection performance and reduce power consumption.
また、本発明のガスセンサにおいては、前記セラミックホルダは、周方向に亘って、前記主体金具の前記後端向き面と前記小径孔の内面とが繋がる周縁の位置よりも軸線方向先端側へ突出する突出部が形成されているとよい。
このガスセンサによれば、小径孔の内面を伝ってセラミックホルダ側へ上ってきた水が、セラミックホルダの先端向き面からセンサ素子に向かって移動する際に、突出部へ伝わることで、軸線方向先端側へ移動するので、セラミックホルダに設けられた凹孔の内周面とセンサ素子との隙間により到達しにくくなり、センサ素子への水の付着をより一層抑制することができる。
Moreover, in the gas sensor of the present invention, the ceramic holder protrudes toward the front end side in the axial direction from the position of the peripheral edge where the rear end facing surface of the metal shell is connected to the inner surface of the small diameter hole in the circumferential direction. The protrusion part is good to be formed.
According to this gas sensor, when the water that has traveled to the ceramic holder side through the inner surface of the small-diameter hole moves toward the sensor element from the tip-facing surface of the ceramic holder, Since it moves to the tip side, it becomes difficult to reach due to the gap between the inner peripheral surface of the concave hole provided in the ceramic holder and the sensor element, and water adhesion to the sensor element can be further suppressed.
また、本発明のガスセンサにおいては、前記凹孔の前記内周面は前記軸線方向に平行であるか、又は後端側へ向かって小径となるテーパ状になっていてもよい。この構成を採ることで、セラミックホルダを成型する際、型抜きし易く、セラミックホルダの生産性が向上する。 In the gas sensor of the present invention, the inner peripheral surface of the concave hole may be parallel to the axial direction or may have a tapered shape with a smaller diameter toward the rear end side. By adopting this configuration, when the ceramic holder is molded, it is easy to remove the mold, and the productivity of the ceramic holder is improved.
この発明によれば、保護層よりも後端側でのセンサ素子への被水を抑制し、かつ検知性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress water exposure to the sensor element on the rear end side with respect to the protective layer and to suppress a decrease in detection performance.
本発明のガスセンサを実施するための形態について、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。ただし、本形態は、排気ガス中の酸素濃度を検出する全領域空燃比ガスセンサを具体化したものであり、したがって、まずこのガスセンサ１の全体構成について概略説明し、その後、各部位と共にその構成についてさらに詳細に説明する。
図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子２１と、センサ素子２１を挿通させる挿通孔３２を有するセラミックホルダ３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、を備えている。
センサ素子２１のうち、検知部２２が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ３０の先端向き面３０ａより先端に突出している（図２参照）。このように挿通孔３２を通されたセンサ素子２１は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。なお、センサ素子２１の後端２９を含む後端２９寄り部位はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端２９寄り部位に形成された各電極端子２４に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、この電極端子２４を含むセンサ素子２１の後端２９寄り部位は、保護筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。
The form for implementing the gas sensor of this invention is demonstrated in detail based on FIGS. However, the present embodiment embodies an all-range air-fuel ratio gas sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, first, the overall configuration of the gas sensor 1 will be briefly described, and then the configuration together with each part. Further details will be described.
In FIG. 1, a gas sensor (full-range air-fuel ratio gas sensor) 1 includes a
Of the
センサ素子２１は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、検知用電極等（図示せず）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子２１の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし（図３参照）、セラミック（固体電解質等）を主体として細長いものとして形成されている。センサ素子２１の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２５が被覆され、保護層２５の形成部位は、保護層２５の厚み分（例えば、０．５〜０．６mm）、横断面が大きくなっている（厚みは誇張して図示している）。このセンサ素子２１自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質（部材）の先端寄り部位に検知部２２をなす一対の検知用電極が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。また、本例では、センサ素子２１のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位内部にヒータ（図示せず）が設けられており、後端寄り部位には、このヒータへの電圧印加用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極端子２４は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子２１の後端２９寄り部位において、帯板の幅広面（両面）に３つ又は２つの電極端子が横に並んでいる。
The
主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述するプロテクタ５１、６１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形部１４を備えている。また、この多角形部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１５が連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット１９が取着されている。
一方、図２に示すように、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８は先端側に設けられた小径孔１８ａ、及び小径孔１８ａよりも後端側に設けられ、小径孔１８ａよりも径大な大径孔１８ｂを備えている。そして、小径孔１８ａの内面１７ａと、大径孔１８ｂの内面１７ｃとを繋ぐ後端向き面１７ｂを備えている。本例では後端向き面１７ｂは先端へ向かって先細るテーパ状に形成されている。又、内面１７ａ、後端向き面１７ｂ、内面１７ｃを合わせて主体金具１１の内周面１７と表記する。
The
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
主体金具１１の大径孔１８ｂの内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。図２に示すように、セラミックホルダ３０の先端向き面３０ａは、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された外周側先端向き面３０ａ２と、外周側先端向き面３０ａ２より内周側で平面状の内周側先端向き面３０ａ１とを有している。そして、外周側先端向き面３０ａ２の外周寄りの部位が後端向き面１７ｂに係合しつつ、セラミックホルダ３０が主体金具１１内に位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、挿通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子２１のうち保護層２５よりも後端側の部位が略隙間なく通るように、センサ素子２１の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。
Inside the large-
On the other hand, the
挿通孔３２の先端側には、セラミックホルダ３０の内周側先端向き面３０ａ１から後端側へ向かって凹み、挿通孔３２の先端に連通すると共に挿通孔３２より径大な凹孔３５が形成されている。本例では、凹孔３５は挿通孔３２より径大の円形をなし、凹孔３５の底面（挿通孔３２の先端の位置）３５ｂは平面をなしている。又、本例では凹孔３５の内周面３５ｉは軸線Ｏ方向に平行になっている。そして、凹孔３５の内周面３５ｉと内周側先端向き面３０ａ１とが繋がる位置に先端縁３５ｅが形成されている。なお、内周側先端向き面３０ａ１の先端縁３５ｅ側の部位は面取りされている。
センサ素子２１は、セラミックホルダ３０の挿通孔３２に通され、センサ素子２１の先端をセラミックホルダ３０の先端面向き面３０ａ及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。又、保護層２５の後端部２６は凹孔３５に収容されている。なお、センサ素子２１をセラミックホルダ３０の挿通孔３２に通して組付ける際に、保護層２５が挿通孔３２に衝突して保護層２５が損傷することを防止するため、保護層２５の後端部２６を、挿通孔３２の先端（底面３５ｂ）よりも先端側に離間させるとよい。また、保護層２５のうち、凹孔３５内に収容される後端部２６の軸線方向長さが、凹孔３５の外側に配置される先端部の軸線方向長さよりも短くされている。これにより、センサ素子２１の検出精度の低下を抑制している。
凹孔３５の内周面３５ｉは、凹孔３５内に収容された保護層２５の外周面と離間すると共に、主体金具１１の小径孔１８ａの内面１７ａ及びプロテクタ５１の最内周側（素子と直接対向する）となる内側のプロテクタ５１の内周面５１ａよりも全周に亘って径方向内側に位置している。
On the distal end side of the
The
The inner
つまり、図３に示すように、後述するプロテクタ５１、６１を取り外して、軸線Ｏ方向の先端側から主体金具１１の小径孔１８ａを通して見たとき、凹孔３５の先端縁３５ｅのすべてが視認可能になっている。このことを図２を参照して説明する。
図２において、凹孔３５の先端縁３５ｅの径方向の位置をＬ１とし、主体金具１１の小径孔１８ａの内面１７ａの最内側の位置をＬ２とする。ここで、本例では、凹孔３５の内周面３５ｉは軸線Ｏ方向に平行なため、凹孔３５の先端縁３５ｅだけでなく、凹孔３５の内周面３５ｉのどの位置でもＬ１は一定である。また、本例では、小径孔１８ａの内面１７ａは軸線Ｏ方向に平行なため、内面１７ａのどの位置でもＬ２は一定であるが、小径孔１８ａの内面１７ａが軸線Ｏ方向に平行でない場合には、軸線Ｏ方向に小径孔１８ａの内面１７ａの内径が最小となる位置をＬ２とする。従って、凹孔３５の先端縁３５ｅのすべてが視認可能であるとは、周方向のどの位置においてもＬ２＞Ｌ１である、つまり先端縁３５ｅが全体に亘って小径孔１８ａの内面１７ａよりも径方向内側にあることを示す。なお、周方向のいずれかの位置において、Ｌ２≦Ｌ１である場合には、先端縁３５ｅの一部が視認できないことになる。
That is, as shown in FIG. 3, when the
In FIG. 2, the radial position of the
一方、センサ素子２１の先端部位には、本形態では、２層構造からなり、共にそれぞれ通気孔（穴）５６、６７を有する有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１，６１が被せられている。このうち内側のプロテクタ５１の後端が、主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔５６はプロテクタ５１の後端側で周方向において例えば８箇所設けられている。一方プロテクタ５１の先端側にも、周方向において例えば４箇所、排出穴５３が設けられている。また、外側のプロテクタ６１は、内側のプロテクタ５１に外嵌して、同時に円筒部１２に溶接されている。外側のプロテクタ６１の通気孔６７は、先端寄り部位に、周方向において例えば８箇所設けられており、また、プロテクタ６１先端の底部中央にも排出孔６９が設けられている。
On the other hand, the tip portion of the
又、図１に示すように、センサ素子２１の後端２９寄り部位に形成された各電極端子２４には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、異径筒状をなす保護筒（金属筒）８１内に配置された絶縁材からなる端子金具保持部材９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、端子金具保持部材９１は、保護筒（金属筒）８１内に固定された環状支持部材８０を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この保護筒８１の先端部（大径筒部）８２を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。なお、リード線７１は保護筒８１の後端部の小径筒部８３の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、この小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。
因みに、このシール材８５は端子金具保持部材９１の後端を先方に押す形で配置されており、これにより、この端子金具保持部材９１及びその内部に設けられた端子金具７５の取付け安定が図られている。なお、端子金具保持部材９１はその外周に形成されたフランジ９３を保護筒８１の内側に固定された環状支持部材８０の上に支持させられており、これにてシール材８５の圧縮力を受けている。
Further, as shown in FIG. 1, each
Incidentally, this sealing
このようなガスセンサ１によれば、セラミックホルダ３０に、先端向き面３０ａから後端側に向かって凹む凹孔３５が形成されると共に、保護層２５の後端部２６が、この凹孔２５内に隙間を設けて収容され、さらに、セラミックホルダ３０の先端縁３５ｅが、全周に亘って主体金具１１の小径孔１８ａの内面１７ａよりも径方向内側に設けられてなる。
According to such a gas sensor 1, the
つまり、実施形態のガスセンサ１は、セラミックホルダ３０に設けられた凹孔３５の先端縁３５ｅの内周面３５ｉとセンサ素子２１との隙間が主体金具１１の小径孔１８ａの内面１７ａとセンサ素子２１との隙間より小さくする構成となる。これにより、プロテクタ５１、６１の通気孔５６、６７からガスセンサ内部に侵入した水Ｗが、主体金具１１の小径孔１８ａの内面１７ａの内面を伝ってセラミックホルダ３０側へ上ってきたとしても、セラミックホルダ３０の凹孔３５内に侵入し難くなる。
また、実施形態のガスセンサ１は、セラミックホルダ３０の先端向き面３０ａが、センサ素子２１の保護層２５が設けられている位置で径方向に延びる構成である。これにより、セラミックホルダ３０の先端向き面３０ａからセンサ素子２１に向かって水Ｗが移動したとしても、センサ素子２１に設けられた保護層２５に付着することとなる。この両者の結果により、側面Ｐへの水Ｗの付着を抑制することができる。
That is, in the gas sensor 1 of the embodiment, the gap between the inner
In addition, the gas sensor 1 of the embodiment has a configuration in which the tip-facing
その上、実施形態のガスセンサ１は、セラミックホルダ３０に凹孔３５を設け、センサ素子２１との隙間を小さくする構成である。よって、金属製の主体金具１１とは異なり、センサ素子２１からセラミックホルダ３０への熱逃げを抑制でき、センサ素子２１を高温に維持することができる。よって、検知性能の低下を抑制したり、消費電力の低減を行うことができる。
In addition, the gas sensor 1 of the embodiment has a configuration in which the
その上、本例では、セラミックホルダ３０が、周方向に亘って、主体金具１１の後端向き面１７ｂと小径孔１８ａの内面１７ａとが繋がる周縁Ｑの軸線Ｏ方向の位置Ｌ３よりも、軸線Ｏ方向先端側へ突出出する突出部３０ｂを有する。このため、小径孔１８ａの内面１７ａを伝ってセラミックホルダ３０側へ上ってきた水Ｗが、先端向き面３０ａからセンサ素子２１に向かって移動する際に、突出部３０ｂへ伝わることで軸線Ｏ方向先端側へ移動するので、セラミックホルダ３０に設けられた凹孔３５の内周面３５ｉとセンサ素子２１との隙間により到達しにくくなり、センサ素子２１の側面Ｐへの水Ｗの付着をより一層抑制することができる。
In addition, in this example, the
次に、ガスセンサ１へのセンサ素子２１の組み付けについて説明する。
本例のガスセンサ１では、上記したように、主体金具１１内に設けられているセラミックホルダ３０の後端面側にはシール材（本例では滑石）４１が充填状態で配置され、そのシール材４１の後方にスリーブ４３が配置され、リングワッシャ４５を介して、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に連設された薄肉のカシメ用円筒部１６を内側に折り曲げかつ先端側に圧縮されている。そして、この圧縮により、内部のシール材等を圧縮してセンサ素子２１を主体金具１１の内側に気密状に固定している。
なお、このようなセンサ素子２１の固定は、図４の左図の上に示したように行う。つまり、センサ素子２１の後端２９を、セラミックホルダ３０、シール材４１、及びスリーブ４３に設けられた各挿通孔を通して組付け体仕掛品とし、この組付け体仕掛品を図４の左図の下に示したように、金具本体１１の内孔１８に挿入（配置）する。そして、スリーブ４３の後端であって、主体金具１１の後端のカシメ用円筒部１６の内側にリングワッシャ４５を配置し、センサ素子２１の先端２３を適量突出させる。次いで、この状態の主体金具１１を、図４の右図に示したようなジグ２０１にて位置決め支持させる。そして、この支持の際には、主体金具１１の多角形部１４の下面をジグ２０１の位置決め部２０５に当接させる。その後、同図において例示されるようなカシメ用金型２１０で、カシメ用円筒部１６を先端側に圧縮して内側に折り曲げる。これにより、センサ素子２１及びセラミックホルダ３０等を含む部品は主体金具１１の内側に固定され、センサ素子２１の先端２３のセラミックホルダ３０の先端から突出長Ｌ４を得る。なお、圧縮前のシール材（滑石成形体）４１、及びスリーブ４３の中央には、セラミックホルダ３０と同様に、軸線Ｏ方向からみて横断面がセンサ素子２１の横断面に対応する矩形（長方形）穴が設けられている。
Next, assembly of the
In the gas sensor 1 of this example, as described above, the sealing material 41 (talc in this example) is disposed in a filled state on the rear end surface side of the
The
そして、例えば、図５に示したように、センサ素子２１を含む先端側の半組立体１０１を製造、組立てる。なお、図５の半組立体１０１は、図４に示した製造工程後に、プロテクタ５１、６１を主体金具１１に溶接し、さらに、ガスケット１９を主体金具１１に組み付けることで作製できる。一方、それ以外の部分である上記した後端側の部位を半組立て体（仕掛品）１０２として、別途、製造、組立てておき、その両者を組付けることで、ガスセンサ１が製造される。すなわち、この両者を、図５に示したように、同軸状に配置し、図示下方の半組立体１０１において突出する素子２１の後端２９寄り部位を、端子金具保持部材９１内において対向して配置された端子金具７５相互間に相対的に挿入して、各端子金具７５を素子２１の後端２９寄り部位に設けられた各電極端子２４にバネ性によって圧接させる。そして、保護筒８１の先端の大径筒部８２を主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌し、同部位において全周をレーザ溶接することで図１のガスセンサ１として製造される。
Then, for example, as shown in FIG. 5, the tip-
本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
例えば、セラミックホルダ及びその凹孔、先端向き面の形状、主体金具の内孔の形状等は上記に限られない。
具体的には、図６に示すように、主体金具１１０の内周面１７０のうち、後端向き面１７０ｂを水平面状としてもよい。一方でセラミックホルダ１３０の先端向き面１３０ａを、後端向き面１７０ｂに係合する水平面状の外周側先端向き面１３０ａ３と、外周側先端向き面１３０ａ３より内周側で先端に向かって先細りのテーパ状に形成された中間先端向き面１３０ａ２と、中間先端向き面１３０ａ２より内周側で水平面状の内周側先端向き面１３０ａ１から構成してもよい。
図６の例においても、凹孔１３５の先端縁１３５ｅが、全周に亘って主体金具１１０の内孔１８０の小径孔１８０ａの内面１７０ａよりも径方向内側に位置している。つまり、プロテクタ５１、６１を取り外して軸線Ｏ方向の先端側から主体金具１１０を通して見たとき、凹孔１３５の先端縁１３５ｅのすべてが視認可能になっている。なお、主体金具１１０の内孔１８０は小径孔１８０ａと大径孔１８０ｂとで形成されている。
The gas sensor of the present invention can be embodied by appropriately changing the structure and configuration without departing from the gist of the present invention.
For example, the ceramic holder and its concave hole, the shape of the tip-facing surface, the shape of the inner hole of the metal shell, etc. are not limited to the above.
Specifically, as shown in FIG. 6, the rear
Also in the example of FIG. 6, the leading
さらに、図６の例においても、セラミックホルダ１３０が、中間先端向き面１３０ａ２が、周方向に亘って、主体金具１１０の後端向き面１７０ｂと小径孔１８０ａの内面１７０ａとが繋がる周縁Ｑの軸線方向の位置Ｌ３よりも、軸線Ｏ方向先端側へ突出する突出部１３０ｂを有する。
又、図６の例では、凹孔１３５の内周面１３５ｉは後端側へ向かって小径となるテーパ状になっている。通常、セラミックホルダ１３０はセラミック材料を型抜きした後に焼成して製造されるため、仮に凹孔１３５の内周面１３５ｉが先端側へ向かって小径となるテーパ状になっていると、型抜きが困難になり、分割金型等を使用する必要が生じてコストアップになる。従って、凹孔の内周面は軸線Ｏ方向に平行であるか、又は後端側へ向かって小径となるテーパ状になっていることが好ましい。
Further, in the example of FIG. 6 as well, the
In the example of FIG. 6, the inner
又、上記実施例ではセラミックホルダ３０は、先端側から見たときに外周面が円形をなし、しかも、凹孔３５の内周面３５ｉも円形を成していることから、肉厚の均一化が図られる。したがって、セラミックホルダ３０をセラミック製としたときにおける肉厚不同に起因する焼成歪の発生を抑えられる。
通常、セラミックホルダに設けられる挿通孔は、それを通したとき、略隙間なし（微小隙間）となるように、センサ素子の横断面と形状、大きさが一致するものとされる。すなわち、センサ素子が先後に細長い帯板状(又は角棒状)のものであり、その横断面形状が長方形のものでは、これを通すためのセラミックホルダに設けられる挿通孔は、この素子を微小な隙間嵌めで通すことができる、横断面が長方形の挿通孔（開口）とされるし、素子が丸棒状のものであれば、その挿通孔は、同じ直径の円形の挿通孔とされる。一方、セラミックホルダ自体は、それが電気的絶縁や耐熱性の確保の要請から通常、セラミック製とされ、その形状は、挿通孔を除けば、外観は、先端側から見たときに外周面が円形をなすもの、例えば、円柱状のものとされる。したがって、肉厚の均一化を確保し、セラミックの焼成歪の発生や応力集中をなくすためにも、セラミックホルダは、先端側から見たときに外周面が円形をなし、凹孔の内周面が円筒状をなすように構成するのがよい。
ただし、例えば、図７に示したように先端側から見たときに、セラミックホルダ２３０の凹孔２３５の内周面２３５ｉが多角形（長方形）であってもよい。この場合には、なるべく多数の角を持つ円に近い多角形とし、なるべく肉厚の均等化が図られるようにするのが、その強度向上や焼成歪の発生防止上において好ましい。
Further, in the above embodiment, the
Usually, when the insertion hole provided in the ceramic holder is passed therethrough, the cross section, the shape, and the size of the sensor element coincide with each other so that there is substantially no gap (a minute gap). In other words, if the sensor element is a strip-like (or square bar) shape, and the cross-sectional shape of the sensor element is rectangular, the insertion hole provided in the ceramic holder for passing the sensor element has a minute size. An insertion hole (opening) having a rectangular cross section that can be passed through a gap fit, and if the element is a round bar, the insertion hole is a circular insertion hole having the same diameter. On the other hand, the ceramic holder itself is usually made of ceramic due to the requirement of ensuring electrical insulation and heat resistance, and the outer shape of the ceramic holder is the outer surface when viewed from the tip side, except for the insertion hole. A circular shape, for example, a cylindrical shape is used. Therefore, the ceramic holder has a circular outer peripheral surface when viewed from the front end, and the inner peripheral surface of the concave hole in order to ensure uniform thickness and eliminate the occurrence of firing distortion and stress concentration of the ceramic. It is good to comprise so that may form a cylinder shape.
However, for example, as shown in FIG. 7, the inner
また、上記形態ではセンサ素子を、横断面が長方形（矩形）の帯板状のものとしたが、本発明のガスセンサに使用されるセンサ素子は、横断面が正方形のものであっても、それ以外のものであってもよい。さらに、上記においては全領域空燃比ガスセンサにおいて具体化したが、本発明に係るガスセンサは、その他のガスセンサにおいても具体化できる。 In the above embodiment, the sensor element has a rectangular plate shape with a rectangular cross section. However, the sensor element used in the gas sensor of the present invention may have a square cross section. Other than that. Furthermore, in the above description, the full-range air-fuel ratio gas sensor is embodied, but the gas sensor according to the present invention can be embodied in other gas sensors.
１ ガスセンサ
１１、１１０ 主体金具（ハウジング）
２１ センサ素子
２２ 検知部
２５ 保護層
３０、１３０、２３０ セラミックホルダ
３０ａ、３０ａ１、３０ａ２、１３０ａ、１３０ａ１、１３０ａ２、１３０ａ３ セラミックホルダの先端向き面
３０ｂ、１３０ｂ 突出部
３２、１３２ セラミックホルダの挿通孔
３５、１３５、２３５ 凹孔
３５ｅ、１３５ｅ 凹孔の先端縁
３５ｉ、１３５ｉ、２３５ｉ 凹孔の内周面
１８、１８０ 内孔
１８ａ、１８０ａ 小径孔
１８ｂ、１８０ｂ 大径孔
１７ａ、１７０ａ 小径孔の内面
１７ｂ、１７０ｂ 後端向き面
１７ｃ、１７０ｃ 大径孔の内面
Ｏ 軸線
1
21
Claims (3)
前記センサ素子の前記保護層よりも後端側の部位を挿通させ、該センサ素子の径方向周囲を取り囲む挿通孔を有する筒状のセラミックホルダと、
先端側に設けられた小径孔、及び該小径孔よりも後端側に設けられ、当該小径孔よりも径大な大径孔を備える内孔を有し、前記小径孔の内面と前記大径孔の内面とを繋ぐ後端向き面に前記セラミックホルダの先端向き面の一部を係合させて前記セラミックホルダの径方向周囲を取り囲む主体金具と、を備えたガスセンサであって、
前記セラミックホルダには、前記先端向き面から後端側へ向かって凹み、前記挿通孔の先端に連通すると共に該挿通孔より径大な凹孔が形成され、
前記保護層の後端部は、該凹孔の内周面と隙間を設けて前記凹孔内に収容され、
前記凹孔の前記内周面と前記先端向き面とが繋がる前記セラミックホルダの先端縁は、全体に亘って前記小径孔の前記内面よりも径方向内側に設けられるガスセンサ。 A sensor element that extends in the axial direction and has a detection unit that detects a specific gas component in the gas to be detected on the tip side, and has a porous protective layer that covers the detection unit;
A cylindrical ceramic holder having an insertion hole that is inserted through a portion of the sensor element on the rear end side of the protective layer and surrounds the sensor element in the radial direction;
A small-diameter hole provided on the front end side, and an inner hole provided on the rear end side with respect to the small-diameter hole and having a large-diameter hole larger in diameter than the small-diameter hole, and an inner surface of the small-diameter hole and the large-diameter A metal shell that engages a part of the tip-facing surface of the ceramic holder with the rear-facing surface that connects the inner surface of the hole and surrounds the periphery of the ceramic holder in the radial direction,
The ceramic holder is recessed from the front-facing surface toward the rear end side, and communicates with the front end of the insertion hole and has a concave hole larger in diameter than the insertion hole.
The rear end portion of the protective layer is accommodated in the concave hole by providing a gap with the inner peripheral surface of the concave hole,
Leading edge of the ceramic holder the inner peripheral surface of the concave hole and said forward-facing surface is connected, the gas sensor is provided radially inward from the inner surface of the throughout the small-diameter hole.
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