CN104777209A - 传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器，一种传感器，大幅降低从传感器元件向密封构件传递的热量，进一步抑制传感器中的密封构件的热劣化。具备传感器元件(10)、主体配件(2)、配置在分离器(75)的后端侧并且具有固定在外筒(90)的内侧的筒状部及向该径向内侧伸出的伸出部(40a)的内筒(40)、自身的朝前端面(50a)与内筒的伸出部抵接且容纳在外筒的后端侧的弹性的密封构件(50)、以及与传感器元件电连接且插通密封构件的引线孔(51h)而向外侧引出的引线(68)，分离器与内筒在轴线方向上分离。

Description

传感器

技术领域

本发明涉及一种在后端部具有密封构件，且检测特定气体成分的浓度的气体传感器及温度传感器等传感器。

背景技术

作为提高汽车发动机等内燃机的燃油利用率及进行燃烧控制的传感器，公知有检测排出气体中的氧浓度的氧传感器及空燃比传感器。

作为这种传感器，一般采用将进行特定气体的浓度检测的传感器元件保持在主体配件上，并将传感器元件的后端侧用绝缘性的陶瓷制分离器来包围的构造(专利文献1)。其中，与引线连接的端子配件与传感器元件的各电极片分别电连接，比分离器靠后端侧配置有橡胶制的索环(密封构件)，分离器及索环被金属制的外筒覆盖。此外，引线通过索环的引线孔引出到外部。

并且，通过压紧外筒的后端侧，索环将分离器朝向前端侧弹性地按压，在索环与分离器的前端侧的保持配件之间保持分离器。

另一方面，近年来，为了减少元件的热容量来实现早期活性化，存在缩短传感器元件长度的需求。然而，在像专利文献1那样的结构的传感器中，若要满足上述需求，则需要根据传感器元件长度将分离器配置在前端侧。但是，若将分离器配置在前端侧，则支撑在分离器上的索环也一起配置在前端侧，因此来自暴露于高温排出气体的传感器元件的热经由主体配件传递到分离器，存在成为高温的分离器的热传递到索环而加快索环劣化的可能性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-164591号公报(图4)

因此，考虑到通过将锁环经由内筒与分离器分离来减少从分离器向索环传递的热的结构，但是若内筒与分离器抵接，则从内筒向索环传递的热的减少不够充分。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种传感器，能够大幅减少从传感器元件向密封构件传递的热量，进一步抑制密封构件的热劣化。

为了解决上述课题，本发明的一种传感器，具备：传感器元件，在轴线方向上延伸，在前端侧具有检测部；筒状的主体配件，包围上述传感器元件的外周面；筒状的外筒，配置在上述主体配件的后端侧；绝缘性的分离器，配置在上述主体配件的后端侧，包围上述传感器元件的后端侧，且固定在上述外筒的内侧；内筒，配置在上述分离器的后端侧，并且具有固定在上述外筒的内侧的筒状部、以及从该筒状部向径向内侧伸出的伸出部；弹性的密封构件，自身的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接，容纳在上述外筒的后端侧；引线，与上述传感器元件电连接，且插通上述密封构件的引线孔而向外侧引出，在上述传感器中，上述分离器与上述内筒在上述轴线方向上分离。

根据该传感器，能够将密封构件与分离器分离来抑制密封构件的热劣化。因此，能够大幅减少从内筒向密封构件传递的热量来进一步抑制密封构件的热劣化。

还可以将上述分离器与上述主体配件在上述轴线方向上分离。

根据该传感器，主体配件的热不直接传递到分离器，分离器难以成为高温，因此能够大幅减少从内筒向密封构件传递的热量来进一步抑制密封构件的热劣化。

上述密封构件还可以具有在轴线方向上贯通的通气孔，在上述通气孔中插入有防水性的通气过滤器。

此外，上述内筒的上述伸出部还可以具有与上述通气孔连通的贯通孔，在上述通气孔中还插入有筒状的过滤器固定配件，上述贯通孔与上述过滤器固定配件的内部空间连通，且上述过滤器固定配件的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接。

进一步，上述通气过滤器还可以是覆盖上述过滤器固定配件的外侧的片状的过滤器，上述过滤器固定配件在自身的前端侧具备向径向外侧突出的凸缘部，上述凸缘部的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接。

根据该传感器，通过在通气过滤器、过滤器固定配件、该凸缘部的朝前端面上抵接内筒的伸出部，能够防止密封构件内所配置的通气过滤器及过滤器固定配件朝向前端侧脱落。

还可以在上述内筒的上述伸出部上形成有向后端侧突出的突出部，上述突出部嵌入上述密封构件的上述朝前端面，限制上述密封构件在周向上的旋转。

根据该传感器，能够限制密封构件在周向上的旋转，能够防止多余的力施加到密封构件的引线孔中所插通的引线上而导致引线损伤。

还可以在上述朝前端面上形成有限制自身在周向上的旋转的旋转限制部，在上述内筒的上述伸出部上形成有与上述旋转限制部抵接的卡合部。

根据该传感器，能够限制密封构件在周向上的旋转，多余的力施加到密封构件的引线孔中所插通的引线上而导致引线损伤。

根据本发明，能够大幅减少从传感器元件向密封构件传递的热量，进一步抑制传感器中的密封构件的热劣化。

附图说明

图1是沿着本发明的实施方式的传感器的轴线方向的剖视图。

图2是索环、内筒及分离器的分解立体图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。

参照图1、图2说明本发明的实施方式的气体传感器(氧传感器)100。图1是沿着气体传感器100的轴线O方向的剖视图，图2是索环(密封构件)50、内筒40及分离器75的分解立体图。另外，将图1的下侧(传感器元件10的检测部10a所在的一侧)称为“前端侧”，将上侧(传感器元件10的电极取出部(电极片)10e所在的一侧)称为“后端侧”。

气体传感器100是组装有传感器元件10的组件。气体传感器100具备在轴线O方向(图1的上下方向)上延伸的板状的传感器元件10、以及固定在汽车发动机的排气管上的主体配件2。主体配件2呈大致圆筒状，用于固定到排气管上的螺纹部24形成在外表面上，另一方面，具有内孔25，在前端侧具有从内孔25向径向内侧突出的架子部2p。并且，主体配件2将传感器元件10容纳在内孔25内，并且以使设置在传感器元件10的前端侧的检测部10a和设置在后端侧的电极片10e分别从主体配件2突出的状态保持传感器元件10。此外，在主体配件2的内周面与传感器元件10的外周面之间，从检测部10a侧依次层叠有包围传感器元件10的外周面的陶瓷制的环状的保持构件21、粉末填充材(滑石环)22、23、以及陶瓷制的套管30。并且，压紧主体配件2的后端部2a来向前端侧按压套管30，从而保持构件21卡止于棚部2p且滑石环22、23被压溃而填充在内孔25内，传感器元件10牢固地固定在主体配件2内的预定位置。作为滑石环22、23，可以列举滑石(陶瓷粉末)、玻璃(硅酸玻璃或硅酸盐玻璃等硅酸化合物)。

另外，保持构件21及滑石环22经由金属罩20容纳在主体配件2的内孔25内。

此外，在主体配件2的前端侧外周，安装有包围传感器元件10的检测部10a的金属制的外部保护件4及内部保护件3。

另外，在该例子中，传感器元件10为在固体电解质层表面配置有一对电极的结构的氧传感器元件，此外层叠有用于使单体活性化的加热器、用于保护固体电解质层的绝缘层(铝等)。进一步，多孔质保护层12覆盖传感器元件10的检测部10a的表面。

另一方面，传感器元件10的后端侧、及传感器元件10的后端侧的两个板面上分别设置的电极片10e(该例子中，在各面上各有2个，共计4个)被圆筒状的陶瓷制分离器75包围。如后所述，分离器75在中心具有传感器元件10的插通孔75h，并且具有与该插通孔75h连通且分别容纳多个端子配件60(该例子中为4个)的空孔75k(参照图2，该例子中为4个)。并且，各端子配件60确保绝缘地分别插通在分别隔开的空孔75k中，端子配件60与传感器元件10的各电极片10e分别电连接。

分离器75内所保持的各端子配件60在前端向内侧折回，折回部分与传感器元件10的各电极片10e电连接。另一方面，各端子配件60的后端侧成为从分离器75的后端突出的压接部65。压接部65在自身的内侧压紧地连接引线68。各引线68经过后述的内筒40的外侧贯通孔41h(参照图2)及索环50的引线孔51h被引出到外部。

在分离器75的后端，与分离器75分离地配置有圆筒状且橡胶等弹性的密封构件(索环)50，分离器75和索环50被金属制的外筒90覆盖。此外，在外筒90的内侧的索环50与分离器75之间，配置有金属制且后端侧封闭的有底圆筒状的内筒40，内筒40和分离器75也在轴线O方向上分离。内筒40具有在轴线方向上延伸的筒状部、以及从该筒状部向径向内侧伸出的伸出部40a(参照图2)。

在外筒90的轴线O方向的比中央靠前端侧，压紧地固定有从前端侧保持分离器75的金属制且大致圆筒状的固定配件80，形成压紧部90t。进一步，外筒90的比上述压紧部90t靠后端部朝向后端侧比分离器75的外径缩径，形成内侧凸部90a。如图2所示，固定配件80由金属制成且呈大致圆筒状，在周向上以等间隔具有多个(该例子中为6个)从其后端缘朝向内表面具有折回面80b的长片80s。此外，在轴线O方向上，固定配件80的朝前端面位于与主体配件2的后端部2a大致相同的位置。

并且，外筒90的后端侧被压紧，索环50被保持在外筒90内，并且在内筒40的筒状部的位置，外筒90向径向内侧压紧而形成压紧部90s，内筒40被固定在外筒90内。此外，由此索环50的朝前端面50a被内筒40的伸出部40a按压。

此外，在固定配件80的折回面80b嵌入分离器75的朝前端面75b的状态下，使分离器75的朝后端面75a卡止于内侧凸部90a的朝前端面，在固定配件80的侧面将外筒90向径向内侧压紧。由此，分离器75在前端侧和后端侧的上下夹在轴线O方向上，且在轴线O方向上与主体配件2(的后端部2a)分离地被保持。此外，长片80s与分离器75的外侧面抵接，通过长片80s的弹性力，施加到外筒90上的冲击不会直接传递到分离器75。

进一步，在内部保持有分离器75、内筒40及索环50的外筒90与主体配件2的后端侧嵌合，对嵌合部压紧之后进行全周焊接，从而两者被连接。

进一步，如图2所示，在索环50的中心形成有在轴线O方向上贯通的通气孔50h，比通气孔50h靠径向外侧，沿着周向形成有在轴线O方向上贯通的多个(该例子中为4个)引线孔51h。

并且，各引线68通过引线孔51h向外部引出。另一方面，在通气孔50h中插入有筒状的过滤器固定配件55、以及覆盖过滤器固定配件55的外侧的防水性的通气过滤器52。由此，能够从索环50的外部向气体传感器内导入基准气体(大气)。通气过滤器52由PTFE(四聚氟乙烯)等氟树脂构成，能够不使水滴通过而使大气通过。

过滤器固定配件55由金属制成，呈后端侧封闭的有底圆筒状。在过滤器固定配件55的朝后端面形成有中心孔55h，基准大气从中心孔55h经由通气过滤器52向气体传感器内流入。另一方面，在过滤器固定配件55的前端侧形成有向径向外侧突出的凸缘部55f。此外，在索环50的朝前端面50a侧，通气孔50h的周缘向后端侧凹陷而形成凹部50a1，凸缘部55f的朝后端面55a经由通气过滤器52与凹部50a1抵接(容纳在凹部50a1内)。

另一方面，在内筒40的伸出部40a的中心形成有贯通孔40h，比贯通孔40h靠径向外侧，沿着周向形成有多个(该例子中为4个)外侧贯通孔41h。并且，贯通孔40h与通气孔50h连通，外侧贯通孔41h与引线孔51h连通。

另外，需要使贯通孔40h不与凸缘部55f完全重叠，以防止过滤器固定配件55经过贯通孔40h而脱落。在本实施方式中，由于凸缘部55f的直径大于贯通孔40h的孔径，因此贯通孔40h不与凸缘部55f完全重叠，贯通孔40h与过滤器固定配件55的内表面(中心孔55h)连通，且凸缘部55f的朝前端面55b与内筒40的伸出部40a抵接。

进一步，在本实施方式中，在内筒40的伸出部40a上，在相邻的2个外侧贯通孔41h之间形成有向后端侧突出的矩形状的突出部40s。并且，突出部40s嵌入索环50的朝前端面50a，限制索环50在周向上的旋转。

如上所述，在本实施方式中，在索环50与分离器75之间配置内筒40，使索环50与分离器75分离。并且，内筒40与分离器75之间的接触面积小。因此，从分离器75到索环50的热的传递减少，能够抑制索环50的热劣化。

进一步，由于分离器75与主体配件2之间也分离，因此主体配件2的热不直接传递到分离器75，分离器75难以成为高温。因此，能够大幅降低从内筒40向索环50传递的热量来进一步抑制索环50的热劣化。

此外，通过在凸缘部55f的朝前端面55b上抵接内筒40的伸出部40a，能够防止配置在索环50内的过滤器固定配件55朝向前端侧脱落。另外，通过比索环50的引线孔51h靠径向内侧配置通气过滤器52，因传递有排出气体侧的热而成为高温的外筒90的热难以传递到通气过滤器52，能够抑制通气过滤器52的劣化。进一步，在压紧索环50而将通气过滤器52固定在通气孔50h内时，由于通气孔50h位于靠近索环50的中心的一侧，因此压紧力在通气孔50h的周向上均匀地施加，能够稳定的进行压紧，通气过滤器52的密封性得以维持。

进一步，通过在内筒40的伸出部40a上形成突出部40s，能够限制索环50在周向上的旋转，能够防止多余的力施加到索环50的引线孔51h中所插通的引线68上而导致引线68损伤。

本发明不限于上述实施方式，当然包括属于本发明的思想及范围的各种变形及等同物。例如，分离器、索环、内筒及通气过滤器的形状不限于上述形状。

此外，作为传感器，不限于氧传感器以及NOx传感器、用于测定HC、H₂等气体浓度的气体传感器，还能够适用于例如温度传感器等。

此外，也可以将内筒40通过激光焊接等焊接来固定于外筒90。将分离器75固定在外筒90的内侧的方法也不限于上述方法。

此外，在本实施方式中，将形成在内筒40上的突出部40s嵌入索环50的朝前端面50a而限制了旋转，但也可以在索环50的朝前端面50a上形成旋转限制部50b，并在内筒40的伸出部40a上形成与上述旋转限制部50b抵接的卡合部来限制旋转。上述的索环50侧的旋转限制部50b既可以是向前端侧突出的突出部，也可以是向后端侧凹入的凹部。

内筒40的伸出部40a的位置也不限定于筒状部的后端。

在内筒40的伸出部40a上突出的矩形状的突出部40s的形状、位置、个数等也没有限制。

进一步，若使内筒40的前端缘比端子配件60的压接部65位于后端侧，则能够抑制压接部65与导电性的内筒40接触而导致绝缘性下降。

此外，通气过滤器52也不限于片状，例如也可以是圆柱状及圆筒状。此外，只要过滤器固定配件55的直径大于贯通孔40h的孔径，就还可以省略凸缘部55f。在这种情况下，过滤器固定配件55的前端缘与内筒40的伸出部40a抵接。

符号说明

2 主体配件

10 传感器元件

10a 检测部

40 内筒

40a 内筒的伸出部

40h 贯通孔

40s 内筒的突出部

50 密封构件(锁环)

50a 密封构件(锁环)的朝前端面

50b 旋转限制部

50h 密封构件(锁环)的通气孔

51h 引线孔

52 通气过滤器

55 过滤器固定配件

55a 凸缘部的朝后端面

55b 凸缘部的朝前端面

55f 过滤器固定配件的凸缘部

60 端子配件

68 引线

75 分离器

90 外筒

100 传感器

O 轴线方向

Claims (7)

1.一种传感器，具备：

传感器元件，在轴线方向上延伸，在前端侧具有检测部；

筒状的主体配件，包围上述传感器元件的外周面；

筒状的外筒，配置在上述主体配件的后端侧；

绝缘性的分离器，配置在上述主体配件的后端侧，包围上述传感器元件的后端侧，且固定在上述外筒的内侧；

内筒，配置在上述分离器的后端侧，并且具有固定在上述外筒的内侧的筒状部、以及从该筒状部向径向内侧伸出的伸出部；

弹性的密封构件，该弹性的密封构件自身的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接，容纳在上述外筒的后端侧；

引线，与上述传感器元件电连接，并且插通上述密封构件的引线孔而向外侧引出，

在上述传感器中，

上述分离器与上述内筒在上述轴线方向上分离。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，

上述分离器与上述主体配件在上述轴线方向上分离。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，

上述密封构件具有在轴线方向上贯通的通气孔，

在上述通气孔中插入有防水性的通气过滤器。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中，

上述内筒的上述伸出部具有与上述通气孔连通的贯通孔，

在上述通气孔中还插入有筒状的过滤器固定配件，

上述贯通孔与上述过滤器固定配件的内部空间连通，且上述过滤器固定配件的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中，

上述通气过滤器是覆盖上述过滤器固定配件的外侧的片状的过滤器，

上述过滤器固定配件在自身的前端侧具备向径向外侧突出的凸缘部，

上述凸缘部的朝前端面与上述内筒的上述伸出部抵接。

6.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，

在上述内筒的上述伸出部上形成有向后端侧突出的突出部，

上述突出部嵌入上述密封构件的上述朝前端面，限制上述密封构件在周向上的旋转。

7.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，

在上述密封构件的上述朝前端面上形成有限制上述密封构件自身在周向上的旋转的旋转限制部，

在上述内筒的上述伸出部上形成有与上述旋转限制部抵接的卡合部。