JP2005024396A

JP2005024396A - Gas sensor

Info

Publication number: JP2005024396A
Application number: JP2003190361A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nakanishi; 正典中西; Toshihiko Kimura; 敏彦木村; Takao Kojima; 孝夫小島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor which hardly produces abnormality in its output or the like, even in collisions with foreign matters from the outside, and is improved in heat release properties. <P>SOLUTION: This gas sensor 100 has a gas-detecting element 120, a cylindrical encircling body 130 made of ceramic for encircling the periphery of the gas-detecting element 120 and a main metal fitting 161 for surrounding the peripheries of both of the gas-detecting element 120 and the encircling body 130. The encircling body 130 has an encircling body exposing part 131 having a form which does not expose the gas detecting element 120 to the outside on the rear end side from the rear end of the main metal fitting 161 when the gas sensor 100 is used and exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the main metal fitting 161. The encircling body exposing part 131 has a plurality of protruded parts 132 distributed over the whole outer peripheral surface thereof. The protruding height H (mm) of each of the protruded parts 132 is set to 0.1 mm or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックからなるガス検出素子を有するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックからなるガス検出素子を有するガスセンサとして、様々なものが提案されている。これらのガスセンサとしては、例えば、内燃機関の排気管に取付けられて、排気中の酸素濃度を検知するものが挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５０９２８号公報（第１図）
【特許文献２】
特公平６−６０８８３号公報（第１図）
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のガスセンサでは、排気管から外部に突出する部分は、金属製の筒体で被覆されていた。これは、車両走行中に外部から飛んできた小石等の異物によってガスセンサが損傷しないようにするためであり、特に、ガス検出素子やセラミックセパレータなどのセラミック部分を保護するために設けられていた。ところが、外部に突出する部分全体を金属製の筒体で被覆しているため、ガスセンサの放熱性が良好でなかった。このため、ガスセンサを構成する樹脂（ゴム）製部品が、排気熱によって早期に劣化してしまう虞があった。特に、ガスセンサの内部への浸水を防止するために金属製の筒体に嵌め込まれているゴム製のグロメットが、排気熱によって早期に劣化してしまい、ガスセンサの内部への浸水を防止できなくなる虞があった。
【０００５】
これに対し、特許文献２のガスセンサでは、金属製の筒体を分割して両者の間に間隙を設け、金属製の筒体を通じてゴム製のグロメットに排気熱が伝わらないようにすることで、グロメットの熱劣化の防止を図っている。ところが、金属製の筒体の間隙部分からセラミックの筒体が外部に露出しているため、車両走行中に小石等の異物がこの露出部分に衝突することがあると、セラミックの筒体の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう虞があった。そして、その損傷部分からガスセンサの内部に水滴が浸入し、あるいは異物が侵入して、ガスセンサの出力等に異常が生じ、ひいては故障してしまう虞があった。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外部から異物が衝突した場合でもガスセンサの出力等に異常が生じにくいガスセンサを提供し、さらには、放熱性が良好となるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、セラミックからなる有底筒状のガス検出素子であって、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、上記ガス検出素子の後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、を備えるガスセンサであって、上記ガス検出素子は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する素子露出部を有し、上記素子露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなるガスセンサである。
【０００８】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる有底筒状のガス検出素子を有しており、このガス検出素子は、ガスセンサを使用に供したとき、主体金具の後端より後端側で外部に露出する素子露出部を有している。この素子露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、この凸状部の突出高さＨはいずれも０．１ｍｍ以上とされている。このため、外部から異物がセラミックの素子露出部に衝突する際、異物が素子露出部のうち凸状部に衝突する場合が出てくる。すると、異物の衝撃力で、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する。これによって、衝撃力が緩和・吸収され、衝撃が素子露出部の内部（ガス検出素子の内側）まで伝わり難くなるので、素子露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、素子露出部のうち凸状部またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサの内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【０００９】
なお、異物としては、例えば、外部から飛んでくる小石等やガスセンサの取付工具等が挙げられる。
また、凸状部の形状としては、例えば、略半球形状、略円錐形状、略円柱形状、略四角柱形状、略平板形状等が挙げられる。また、これらの凸状部の分布形態としては、素子露出部の外面全体に点在する形態が挙げられる。あるいは、凸状部の突出方向に直交する方向（ガス検出素子の外周面に沿う方向）に延びる細長形状の凸状部が、平行に配列された形態（例えば、複数の凸状部がそれぞれガス検出素子の軸線方向に延びる形態）としても良い。また、これらの凸状部は、素子露出部の外周面全体に規則的に分布している場合、不規則に分布している場合のいずれの場合でも、上述の効果を得ることができる。
【００１０】
また、素子露出部としては、ガス検出素子のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の全体が外部に露出する形態に限らず、ガス検出素子のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の一部が外部に露出する形態もある。後者の形態としては、例えば、ガス検出素子の内部への浸水を防止するために樹脂キャップによってガス検出素子の後端部を被覆することで、主体金具の後端より突出する後端側の部分のうち樹脂キャップに被覆されていない部分が外部に露出する形態が挙げられる。
【００１１】
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合（例えば、内燃機関の排気管に取付け、排気中の酸素濃度を検知する場合）は、ガス検出素子や主体金具の熱が、ガス検出素子の素子露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。さらに、凸状部によって素子露出部の表面積が大きくなるので、素子露出部はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、素子露出部自身の温度が比較的低温となることで、素子露出部が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、素子露出部が破損してしまう危険性を低減できる。
【００１２】
他の解決手段は、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む包囲体と、上記ガス検出素子の後端側及び上記包囲体の後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子及び上記包囲体の周囲を取り囲む主体金具と、を備えるガスセンサであって、上記包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で上記ガス検出素子を外部に露出させない形態を有し、且つ上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を含み、上記包囲体露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなるガスセンサである。
【００１３】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の周囲を取り囲む包囲体を有しており、この包囲体は、ガスセンサを使用に供したとき、主体金具の後端より後端側でガス検出素子を外部に露出させない形態を有している。このため、外部からの異物の衝突に対し、ガス検出素子を包囲体によって保護することができる。
【００１４】
さらに、この包囲体は、主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を有し、この包囲体露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有している。そして、この凸状部の突出高さＨはいずれも０．１ｍｍ以上とされている。このため、外部から異物がセラミックの包囲体露出部に衝突する際、異物が包囲体露出部のうち凸状部に衝突する場合が出てくる。すると、異物の衝撃力で、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する。これによって、衝撃力が緩和・吸収され、衝撃が包囲体露出部の内部（包囲体の内側）まで伝わり難くなるので、包囲体露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、包囲体露出部のうち凸状部またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサの内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００１５】
なお、ガス検出素子は、いずれの形状でも良く、例えば、有底筒状や板状のものが挙げられる。
また、異物としては、例えば、外部から飛んでくる小石等やガスセンサの取付工具等が挙げられる。
また、凸状部の形状としては、例えば、略半球形状、略円錐形状、略円柱形状、略四角柱形状、略平板形状等が挙げられる。また、これらの凸状部の分布形態としては、包囲体露出部の外面全体に点在する形態が挙げられる。あるいは、凸状部の突出方向に直交する方向（包囲体の外周面に沿う方向）に延びる細長形状の凸状部が、平行に配列された形態（例えば、複数の凸状部がそれぞれ包囲体の軸線方向に延びる形態）としても良い。また、これらの凸状部は、包囲体露出部の外周面全体に規則的に分布している場合、不規則に分布している場合のいずれの場合でも、上述の効果を得ることができる。
【００１６】
また、包囲体露出部としては、包囲体のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の全体が外部に露出する形態に限らず、包囲体のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の一部が外部に露出する形態もある。後者の形態としては、例えば、包囲体（ひいてはガス検出素子）の内部への浸水を防止するために樹脂キャップによって包囲体の後端部を被覆することで、主体金具の後端より突出する後端側の部分のうち樹脂キャップに被覆されていない部分が外部に露出する形態が挙げられる。
【００１７】
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合（例えば、内燃機関の排気管に取付け、排気中の酸素濃度を検知する場合）は、ガス検出素子や主体金具の熱が包囲体に伝わり、包囲体露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。さらに、凸状部によって包囲体露出部の表面積が大きくなるので、包囲体露出部はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、包囲体露出部自身の温度が比較的低温となることで、包囲体露出部が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、包囲体露出部が破損してしまう危険性を低減できる。
【００１８】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部は、上記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、隣り合う上記仮想切断面同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）がいずれも３Ｈ（ｍｍ）以下となるように配置されてなるガスセンサとすると良い。
【００１９】
本発明のガスセンサでは、凸状部を突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、隣り合う仮想切断面同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）がいずれも３Ｈ（ｍｍ）以下となる。このように凸状部を配置することで、異物（小石や取付工具等）が、セラミックの素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突する際、素子露出部あるいは包囲体露出部のうち凸状部に衝突する可能性を高くできる。このため、異物の衝撃力が大きい場合でも、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する可能性を高くできる。
【００２０】
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合は、上述のように凸状部を配置することで、より一層、素子露出部あるいは包囲体露出部の表面積が大きくなるので、素子露出部あるいは包囲体露出部は外気によってさらに冷却され易くなる。このため、ガスセンサの放熱性がさらに良好となり、また素子露出部あるいは包囲体露出部が熱衝撃で損傷してしまう危険性もさらに低減できる。
なお、最小間隙Ｌは、隣り合う仮想切断面の最短距離であり、素子露出部あるいは包囲体露出部の外周面に沿う方向の距離とは限らない。例えば、素子露出部あるいは包囲体露出部が円筒状である場合は、円筒状の外周面に沿う距離ではなく、直線距離が最小間隙Ｌとなる。
【００２１】
さらに、上記のガスセンサであって、前記最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、いずれも２Ｈ（ｍｍ）以下であるガスセンサとすると好ましい。
このように凸状部を配置することで、異物（小石や取付工具等）がセラミックの素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突する際、素子露出部あるいは包囲体露出部のうち凸状部に衝突する可能性を極めて高くできる。このため、異物の衝撃力が大きい場合でも、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する可能性を極めて高くできる。
【００２２】
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合は、上記のように凸状部を配置することで、素子露出部あるいは包囲体露出部は外気によってさらに冷却され易くなる。このため、ガスセンサの放熱性がさらに良好となり、また熱衝撃をさらに緩和することができる。
【００２３】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、上記突出高さＨ（ｍｍ）と上記仮想切断面の最小寸法Ｗ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｗ≧１の関係を満たすガスセンサとすると良い。
【００２４】
本発明のガスセンサでは、凸状部を突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、突出高さＨ（ｍｍ）と仮想切断面の最小寸法Ｗ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｗ≧１の関係を満たす。このような形状の凸状部は、異物（小石や取付工具等）が衝突したときに破損し易くなる。このため、異物の衝撃力を緩和・吸収し、衝撃が素子露出部あるいは包囲体露出部の内部まで伝わり難くなるので、素子露出部あるいは包囲体露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性をより一層低減することができる。
なお、仮想切断面の最小寸法Ｗは、例えば、円錐形の凸状部の場合では、仮想切断面に相当する円の直径となる。矩形柱状の凸状部の場合では、仮想切断面に相当する長方形の短辺の長さとなる。
【００２５】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部の少なくともいずれかは、前記ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に延びる細長凸形状を有するガスセンサとすると良い。
【００２６】
本発明のガスセンサでは、凸状部の少なくともいずれかは、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に延びる細長凸形状である。このような形状の凸状部は、素子露出部あるいは包囲体露出部の補強リブにもなる。このため、素子露出部あるいは包囲体露出部は、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に働く曲げ応力に対し強固となる。具体的には、例えば、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に飛んできた小石等が素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突した場合でも、素子露出部あるいは包囲体露出部が破損する危険性は低減される。あるいは、作業者がガスセンサを取付ける際、取付工具等を素子露出部あるいは包囲体露出部に当ててしまったり、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に負荷をかけてしまった場合でも同様である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施の形態であるガスセンサ１００について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本実施形態１のガスセンサ１００の断面図である。ガスセンサ１００は、ガス検出素子１２０、外側電極１１１、内側電極１１２、ケーシング１６０、包囲体１３０、リード線１７０、樹脂キャップ１９０、パッキン１８１等を有する。
【００２８】
ケーシング１６０は、主体金具１６１及びプロテクタ１６２を有している。主体金具１６１はＳＵＳ４３０からなり、略円筒状に形成されている。この主体金具１６１の貫通孔１６１ｅには、後述するガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅを支持するための内周段部１６１ｄが、後端側向き拡径状のテーパをなす形態で周設されている。また、この主体金具の外周には、ガスセンサ１００を排気管１０（図３参照）に取付けるためのネジ部１６１ｂが形成されている。プロテクタ１６２は、金属製、略円筒状の筒体で、排気管１０内の排気をガスセンサ１００の内部に導入するための通気孔１６２ｂを複数有している。
【００２９】
ガス検出素子１２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部１２０ｂが閉塞された略円筒形状を有している。このガス検出素子１２０は、その軸線方向略中央部に径方向外向きに突出した鍔部１２０ｅを有し、この鍔部１２０ｅの先端面と主体金具１６１の内周段部１６１ｄの表面との間に金属製のパッキン１８１を介在させた状態でケーシング１６０内に固設されている。なお、ガス検出素子１２０を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ２Ｏ３またはＣａＯを固溶させたＺｒＯ２が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用しても良い。さらには、これにＨｆＯ２が含有されていても良い。
また、本実施形態では、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂ側をガスセンサ１００の先端側、その反対側をガスセンサの後端側とし、また、その他の形態においても同様とする。
【００３０】
外側電極１１１は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したもので、ガス検出素子１２０の外側面１２０ｃから鍔部１２０ｅの先端面を被覆するように設けられている。内側電極１１２も、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものであり、ガス検出素子１２０の内側面１２０ｄを被覆するように設けられている。
包囲体１３０は、絶縁性セラミック（具体的には、アルミナ）からなり、略円筒形状を有している。この包囲体１３０は、ガス検出素子１２０の周囲を取り囲むように配置され、自身の先端側がタルクから形成されたセラミック粉末１４１と共に、ガス検出素子１２０と主体金具１６１との間に介在するように固設されている。
【００３１】
リード線１７０は、内側電極１１２と接続するＳＵＳ３０４製の端子金具１５０に接続されている。これにより、内側電極１１２がリード線１７０と電気的に接続され、内側電極の出力信号が外部装置（例えば、ＥＣＵ）に送信される。なお、外側電極１１１は、主体金具１６１とパッキン１８１を介して電気的に接続しており、主体金具１６１を排気管１０（図３参照）に取付けることによりボディアースされる。
樹脂キャップ１９０は、略円筒状の樹脂体（具体的には、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で構成）で、リード線１７０を挿通させる貫通孔１９１を有している。この樹脂キャップ１９０は、リード線１７０の周囲に密着しつつ、包囲体１３０からガスセンサの後端側に突出するように設けられている。
【００３２】
ここで、本実施形態のガスセンサ１００を内燃機関の排気管１０に取付けて、使用に供したときの様子を図３に示す。ガスセンサ１００は、プロテクタ１６２を含む先端側が排気管１０内に位置し、主体金具１６１のネジ部１６１ｂより後端側の部分が外部に露出する形態で排気管１０に螺着される。
図３に示すように、ガスセンサ１００を排気管１０に取付けたとき、包囲体１３０によってガス検出素子１２０が外部に露出しない形態となっている。このため、例えば、車両走行中に跳ねた小石１１がガスセンサ１００に衝突した場合でも、包囲体１３０によってガス検出素子１２０を保護することができる。
【００３３】
一方、包囲体１３０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分は外部に露出している（この露出部分を包囲体露出部１３１とする）。つまり、包囲体１３０は、主体金具１６１の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部１３１を有している。この包囲体１３０はセラミック製のため、小石１１等の異物の衝突に対し強固ではない。仮に、車両走行中に跳ねた小石１１が包囲体露出部１３１に衝突し、包囲体露出部１３１の内周面１３１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまった場合には、その損傷部分からガスセンサ１００の内部に水滴が浸入し、あるいは異物が侵入して、ガスセンサ１００の出力等に異常が生じ、ひいては故障してしまう虞がある。
【００３４】
これに対し、本実施形態のガスセンサ１００では、包囲体露出部１３１には、図２に示すように、その外周面全体に分布する複数の凸状部１３２が形成されている。この凸状部１３２は、図２（ａ）に拡大して示すように、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。このため、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２に衝突した場合、小石１１の衝撃力で、先に、凸状部１３２に亀裂Ｋが生じたり、凸状部１３２またはその一部が破損する可能性がある。
【００３５】
さらに、図２（ａ）に拡大して示すように、凸状部１３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面１３２ｄを想定したとき（本実施形態１では長方形となる）、隣り合う仮想切断面１３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面１３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部１３２の突出高さＨと同等になっている。
【００３６】
このように、最小間隙Ｌがいずれも３Ｈ以下（本実施形態ではＬ＝Ｈ）となるように凸状部１３２を配置することで、異物（小石１１や取付工具等）が包囲体露出部１３１に衝突する際、包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２に衝突する可能性を高くすることができる。特に、本実施形態１では、最小間隙Ｌをいずれも２Ｈ以下としているので、異物が包囲体露出部１３１に衝突する際、凸状部１３２に衝突する可能性が極めて高くなる。
【００３７】
さらに、図２（ａ）に拡大して示すように、仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗ（本実施形態１では、長方形の短辺の長さに相当する）は、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部１３２の突出高さＨと仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。凸状部１３２を、このような関係を満たす形状とすることで、異物（小石１１や取付工具等）が凸状部１３２に衝突したとき、凸状部１３２またはその一部が破損し易くなる。
【００３８】
このため、例えば、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１に衝突した場合には、凸状部１３２またはその一部が破損（例えば、凸状部１３２に亀裂Ｋが生じる）することで、小石１１の衝撃力が緩和・吸収される。これによって、衝撃が包囲体露出部１３１の内部まで伝わり難くなるので、包囲体露出部１３１の内周面１３１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサ１００の内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００３９】
さらに、凸状部１３２は、図２（ｂ）に示すように、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に延びる細長凸形状である。このような形状の凸状部１３２は、包囲体露出部１３１の補強リブにもなる。このため、包囲体露出部１３１は、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に働く曲げ応力に対し強固となる。具体的には、例えば、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１に衝突し、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に曲げ応力が働いた場合でも、包囲体１３０が破損する危険性を低減することができる。あるいは、作業者がガスセンサ１００を取付ける際、取付工具等を包囲体露出部１３１に当ててしまったり、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に負荷をかけてしまった場合でも、包囲体１３０が破損する危険性を低減することができる。
なお、このような形状の凸状部１３２は、例えば、包囲体１３０を焼成する前段階において、ラバープレス等の手法によって成形することができる。
【００４０】
ところで、ガスセンサ１００は、使用に供したとき、排気熱によってガス検出素子１２０や主体金具１６１が加熱される。ところが、ガスセンサ１００は、セラミック製の包囲体露出部１３１を有している（セラミック製の包囲体１３０の一部を外部に露出させている）ので、ガス検出素子１２０等の熱は、包囲体１３０に伝わった後、包囲体露出部１３１を通じて外部に放散される。従って、ガスセンサ１００は、セラミック製の包囲体露出部１３１を設ける（包囲体１３０の一部を外部に露出させる）ことで、放熱性を良好とすることができる。
【００４１】
さらに、凸状部１３２によって包囲体露出部１３１の表面積が大きくなるので、包囲体露出部１３１はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、包囲体露出部１３１自身の温度が比較的低温となることで、包囲体露出部１３１が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、包囲体露出部１３１が破損してしまう危険性を低減できる。
【００４２】
このようなガスセンサ１００は、次のようにして製造する。
まず、図１に示すように、主体金具１６１とプロテクタ１６２とを溶接により一体にしたケーシング１６０を用意する。次いで、ケーシング１６０のうち主体金具１６１の内周段部１６１ｄ上にパッキン１８１を載置し、ガス検出素子１２０をケーシング１６０の後端側から内部に挿入する。このとき、ガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅが、パッキン１８１を挟んで主体金具１６１の内周段部１６１ｄに当接する。次いで、ガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅの後端側にリングパッキン１８５を載置し、セラミック粉末１４１を主体金具１６１とガス検出素子１２０との間の環状の間隙部分に所定量充填する。
一方、リード線１７０を用意し、包囲体１３０及び樹脂キャップ１９０を、先端側からこの順でリード線１７０に挿通させる。次いで、このリード線１７０の先端部に端子金具１５０を加締めて取付ける。
【００４３】
次いで、上記のようにリード線１７０、包囲体１３０、樹脂キャップ１９０、及び端子金具１５０を一体にしたものをケーシング１６０に固定する。具体的には、端子金具１５０をガス検出素子１２０内に挿入（圧入）し、さらに包囲体１３０をガス検出素子１２０と主体金具１６１との間に介在するように、且つセラミック粉末１４１を先端側に向かって圧縮充填するようにして挿入する。次いで、主体金具１６１の加締め部１６１ｃと包囲体１３０との間に加締めリング１８３を介在させ、加締め部１６１ｃを加締めることで、上記構成部品が一体に固定され、ガスセンサ１００が完成する。
このガスセンサ１００は、例えば、図３に示すように、内燃機関の排気管１０に取付けられて、排気中の酸素濃度を検知するために用いられる。
【００４４】
次に、実施形態１にかかるガスセンサ１００の３つの変形形態について説明する。変形形態１〜３にかかるガスセンサ３００〜５００は、いずれも実施形態１のガスセンサ１００と比較して、凸状部の形状が異なり、その他の部分については同様である。従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００４５】
（変形形態１）
変形形態１のガスセンサ３００では、図４に示すように、正四角柱状の凸状部３３２が、包囲体露出部３３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部３３２は、図４（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部３３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面３３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面３３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面３３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部３３２の突出高さＨと同等になっている。
【００４６】
さらに、仮想切断面３３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態１では、正方形の１辺の長さに相当する）は、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、凸状部１３２の突出高さＨと仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部３３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部３３１に衝突した場合には、凸状部３３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ３００の放熱性を良好とすることができる。
【００４７】
（変形形態２）
変形形態２のガスセンサ４００では、図５に示すように、略円錐状の凸状部４３２が、包囲体露出部４３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部４３２は、図５（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部４３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面４３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面４３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面４３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部４３２の突出高さＨと同等になっている。
【００４８】
さらに、仮想切断面４３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態２では、円の直径に相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部４３２の突出高さＨと仮想切断面４３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部４３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部４３１に衝突した場合には、凸状部４３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ４００の放熱性を良好とすることができる。
【００４９】
（変形形態３）
変形形態３のガスセンサ５００では、図６に示すように、矩形円環状の凸状部５３２が、包囲体露出部５３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部５３２は、図６（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部５３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面５３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面５３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面５３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部５３２の突出高さＨと同等になっている。
【００５０】
さらに、仮想切断面５３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態３では、円環の幅寸法に相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部５３２の突出高さＨと仮想切断面５３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部５３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部５３１に衝突した場合には、凸状部５３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ５００の放熱性を良好とすることができる。
【００５１】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態であるガスセンサ２００について、図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態２にかかるガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と比較して、ガス検出素子及び包囲体の形状が異なり、その他の部分については同様である。従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００５２】
図７は本実施形態２のガスセンサ２００の断面図である。図７に示すように、本実施形態２のガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と異なるガス検出素子２２０、包囲体２３０、及び樹脂キャップ２９０を有しており、その他は実施形態１のガスセンサ１００と同様である。
包囲体２３０は、実施形態１の包囲体１３０と異なり、ガスセンサ２００の後端側外部に露出することなく、主体金具１６１内に配置されている。
【００５３】
ここで、本実施形態２のガスセンサ２００を内燃機関の排気管１０に取付けて、使用に供したときの様子を図９に示す。
排気管１０に取付けたとき、実施形態１のガスセンサ１００では、包囲体露出部１３１が外部に露出したが、本実施形態２のガスセンサ２００では、ガス検出素子２２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後方側の部分が外部に露出する（この露出部分を素子露出部２２１とする）。つまり、ガス検出素子１２１は、主体金具１６１の後端より後端側で外部に露出する素子露出部２２１を有している。
【００５４】
この素子露出部２２１には、図８に示すように、その外周面全体に分布する複数の凸状部２２２が形成されている。この凸状部２２２は、図８（ａ）に拡大して示すように、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部２２２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面２２２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面２２２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面２２２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部２２２の突出高さＨと同等になっている。
【００５５】
このように、最小間隙Ｌがいずれも３Ｈ以下となるように凸状部２２２を配置することで、異物（小石１１や取付工具等）が素子露出部２２１に衝突する際、素子露出部２２１のうち凸状部２２２に衝突する可能性を高くすることができる。特に、本実施形態２では、最小間隙Ｌをいずれも２Ｈ以下としているので、異物が素子露出部２２１に衝突する際、凸状部２２２に衝突する可能性が極めて高くなる。
【００５６】
さらに、仮想切断面２２２ｄの最小寸法Ｗ（本実施形態２では、長方形の短辺の長さに相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部２２２の突出高さＨと仮想切断面２２２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
【００５７】
素子露出部２２１に、このような形状の凸状部２２２を設けることで、図９に示すように、小石１１等が素子露出部２２１に衝突した場合には、凸状部２２２またはその一部が破損（例えば、凸状部２２２に亀裂Ｋが生じる）することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる。これによって、衝撃が素子露出部２２１の内部まで伝わり難くなるので、素子露出部２２１（ガス検出素子２２０）の内周面２２１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、素子露出部２２１のうち凸状部２２２またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサ２００の内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００５８】
ところで、本実施形態２のガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、使用に供したとき、排気熱によってガス検出素子２２０や主体金具１６１が加熱される。これに対し、ガスセンサ２００は、セラミック製の素子露出部２２１を有している（セラミック製のガス検出素子２２０の一部を外部に露出させている）ので、ガス検出素子２２０等の熱は、素子露出部２２１を通じて外部に放散される。従って、ガスセンサ１００は、セラミック製の素子露出部２２１を設ける（ガス検出素子２２０の一部を外部に露出させる）ことで、放熱性を良好とすることができる。
【００５９】
さらに、凸状部２２２によって素子露出部２２１の表面積が大きくなるので、素子露出部２２１はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、素子露出部２２１自身の温度が比較的低温となることで、素子露出部２２１が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、素子露出部２２１（ガス検出素子２２０）が破損してしまう危険性を低減できる。
【００６０】
以上において、本発明を実施形態１，２及び変形形態１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、変形形態１〜３では、凸状部を正四角柱形状、略円錐形状、あるいは円環凸形状としたガスセンサ３００〜５００を例示した。しかし、これらの形状に限らず、例えば、略半球形状、略円柱形状等いずれの形状としても良い。
【００６１】
また、実施形態等のガスセンサ１００〜５００では、同一形状の凸状部１３２，２２２，３３２，４３２，５３２をそれぞれ配置したが、異なる形状の複数種の凸状部を配置するようにしても良い。例えば、実施形態１で設けた細長凸形状の凸状部１３２と変形形態１で設けた正四角柱形状の凸状部３３２とを、包囲体の周方向に交互に配置するようにしても良い。
また、実施形態等では、凸状部１３２，３３２，４３２，５３２，２２２を、包囲体露出部１３１，３３１，４３１，５３１、素子露出部２２１の外周面全体に、間隙Ｗを一定の値として規則的に分布させた。しかし、間隙Ｗは一定である必要はなく、包囲体露出部あるいは素子露出部の外周面全体に凸状部を不規則に分布させても良い。
【００６２】
また、実施形態２のガスセンサ２００では、ガス検出素子２２０の素子露出部２２１に設けた凸状部２２２の形状を、ガス検出素子２２０の軸線Ｃ方向に延びる細長凸形状とした。しかし、このような形状に限定されるものではなく、変形形態１〜３のガスセンサ３００〜５００のような、正四角柱形状、略円錐形状、円環凸形状、あるいは、半球形状、略円柱形状等いずれの形状としても良い。
また、実施形態等のガスセンサ１００〜５００のガス検出素子１２０，２２０を加熱するために、ヒータを設けるようにしても良い。
また、実施形態１及び変形形態１〜３のガスセンサ１００，３００，４００，５００では、筒状のガス検出素子１２０を用いたが、板状のガス検出素子としても良い。
【００６３】
また、実施形態１では、包囲体１３０内を挿通させる形態で、樹脂キャップ１９０を設けるようにした（図１参照）。従って、包囲体１３０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の全体が、包囲体露出部１３１となっていた。しかし、包囲体１３０の後端部を被覆する形態で、樹脂キャップを設けるようにしても良い。この場合は、主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の一部（樹脂キャップに被覆されていない部分）が包囲体露出部となる。
一方、実施形態２では、ガスセンサ素子２２０の後端部を被覆する形態で、樹脂キャップ２９０を設けるようにした（図７参照）。従って、ガス検出素子１２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の一部（樹脂キャップに被覆されていない部分）が、素子露出部２２１となっていた。しかし、ガス検出素子１２０内に挿入する形態で、樹脂キャップを設けるようにしても良い。この場合は、ガス検出素子１２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の全体が、素子露出部となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかるガスセンサ１００の断面図である。
【図２】実施形態１にかかる包囲体１３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部１３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】実施形態１にかかるガスセンサ１００を使用に供したときの様子を示す説明図図である。
【図４】変形形態１にかかる包囲体３３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部３３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】変形形態２にかかる包囲体４３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部４３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】変形形態３にかかる包囲体５３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部５３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】実施形態２にかかるガスセンサ２００の断面図である。
【図８】実施形態２にかかるガス検出素子２２０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部２２２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図９】実施形態２にかかるガスセンサ２００を使用に供したときの様子を示す説明図図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００ガスセンサ
１２０，２２０ガス検出素子
１３１，３３１，４３１，５３１包囲体露出部
１３２，２２２，３３２，４３２，５３２凸状部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０包囲体
１３２ｄ，２２２ｄ，３３２ｄ，４３２ｄ，５３２ｄ仮想切断面
２２１素子露出部
Ｈ凸状部の突出高さ
Ｌ隣り合う仮想切断面同士の最小間隙
Ｗ仮想切断面の最小寸法
Ｃガス検出素子及び包囲体の軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor having a gas detection element made of ceramic.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various gas sensors having a gas detection element made of ceramic have been proposed. Examples of these gas sensors include those that are attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine and detect the oxygen concentration in the exhaust (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laying-Open No. 2001-50928 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-60883 (FIG. 1)
[Problems to be solved by the invention]
[0004]
By the way, in the gas sensor of patent document 1, the part which protrudes outside from an exhaust pipe was coat | covered with the metal cylinder. This is to prevent the gas sensor from being damaged by foreign matters such as pebbles flying from the outside during traveling of the vehicle, and in particular, provided to protect ceramic parts such as a gas detection element and a ceramic separator. However, since the entire portion protruding to the outside is covered with a metal cylinder, the heat dissipation of the gas sensor is not good. For this reason, there is a possibility that the resin (rubber) parts constituting the gas sensor may deteriorate early due to exhaust heat. In particular, rubber grommets fitted in metal cylinders to prevent water from entering the gas sensor may deteriorate early due to exhaust heat, preventing water from entering the gas sensor. was there.
[0005]
On the other hand, in the gas sensor of Patent Document 2, by dividing the metal cylinder and providing a gap between them, the exhaust heat is not transmitted to the rubber grommet through the metal cylinder. The grommet is designed to prevent thermal degradation. However, since the ceramic cylinder is exposed to the outside from the gap portion of the metal cylinder, if foreign objects such as pebbles collide with this exposed portion during vehicle travel, the inside of the ceramic cylinder There is a possibility that a crack extending to the peripheral surface may occur or a through hole may be vacant. Then, water droplets may enter the gas sensor from the damaged portion, or foreign matter may enter, resulting in an abnormality in the output of the gas sensor, which may eventually break down.
[0006]
The present invention has been made in view of the present situation, and provides a gas sensor that is less likely to cause an abnormality in the output of the gas sensor even when a foreign object collides from the outside, and further provides a gas sensor that has good heat dissipation. The purpose is to do.
[0007]
[Means, actions and effects for solving the problems]
The solution is a bottomed cylindrical gas detection element made of ceramic, the gas detection element having the tip side exposed to the gas to be measured, and the rear end side of the gas detection element protruding from the rear end of the gas detection element A gas sensor comprising a metal shell surrounding the gas detection element, wherein the gas detection element is exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal metal fitting when the gas sensor is used. The element exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface, and the protruding height H (mm) of the convex portion is 0.1 mm or more. This is a gas sensor.
[0008]
The gas sensor of the present invention has a bottomed cylindrical gas detection element made of ceramic, and this gas detection element is exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell when the gas sensor is used. It has an element exposure part. The element exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface, and the projecting height H of each convex portion is 0.1 mm or more. For this reason, when a foreign substance collides with the ceramic element exposure part from the outside, the foreign substance may collide with a convex part among element exposure parts. Then, due to the impact force of the foreign matter, the convex portion is cracked first, or the convex portion or a part thereof is damaged. As a result, the impact force is relaxed / absorbed, and the impact is difficult to be transmitted to the inside of the element exposed portion (inside the gas detection element), so that a crack extending to the inner peripheral surface of the element exposed portion is generated or a through hole is vacant It is possible to reduce the risk of losing. Therefore, if the convex portion or a part of the exposed portion of the element is damaged, it is possible to reduce the risk that water droplets may enter the gas sensor or foreign matter may enter.
[0009]
In addition, as a foreign material, the pebble etc. which fly from the outside, the attachment tool of a gas sensor, etc. are mentioned, for example.
Examples of the shape of the convex portion include a substantially hemispherical shape, a substantially conical shape, a substantially cylindrical shape, a substantially quadrangular prism shape, and a substantially flat plate shape. Moreover, as a distribution form of these convex-shaped parts, the form scattered on the whole outer surface of an element exposure part is mentioned. Alternatively, elongated protrusions extending in a direction orthogonal to the protruding direction of the protrusions (direction along the outer peripheral surface of the gas detection element) are arranged in parallel (for example, a plurality of protrusions are gas It is also possible to adopt a form extending in the axial direction of the detection element. In addition, the above-described effects can be obtained in any case where these convex portions are regularly distributed over the entire outer peripheral surface of the element exposed portion or irregularly distributed.
[0010]
Further, the element exposure portion is not limited to a form in which the entire portion of the gas detection element on the rear end side protruding from the rear end of the metal shell is exposed to the outside, and the gas detection element protrudes from the rear edge of the metal shell. There is also a form in which a part of the rear end side portion is exposed to the outside. As the latter form, for example, a portion on the rear end side that protrudes from the rear end of the metal shell by covering the rear end portion of the gas detection element with a resin cap in order to prevent water from entering the gas detection element. Among these, there is a form in which a portion not covered with the resin cap is exposed to the outside.
[0011]
Further, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to a high temperature) when used (for example, attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine to detect oxygen concentration in the exhaust gas), the gas detection is performed. Since the heat of the element and the metal shell is dissipated to the outside through the element exposure part of the gas detection element, heat dissipation can be improved. Furthermore, since the surface area of the element exposed portion is increased by the convex portion, the element exposed portion is more easily cooled by the outside air, and the heat dissipation is further improved. Furthermore, since the temperature of the element exposed portion itself is relatively low, even when the element exposed portion is rapidly cooled with water droplets, the degree of thermal shock that occurs is relatively small, and the element exposed portion is damaged. Risk can be reduced.
[0012]
Other solutions include: a gas detection element whose front end is exposed to a gas to be measured; a cylinder made of ceramic and surrounding the periphery of the gas detection element; a rear end side of the gas detection element and the envelope A gas sensor comprising a metal shell surrounding the periphery of the gas detection element and the enclosure in a form in which the rear end side protrudes from the rear end of the gas sensor, wherein the enclosure uses the gas sensor. And having a form that does not expose the gas detection element to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell, and includes an enclosure exposed portion exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell, The enclosure exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface thereof, and the protruding height H (mm) of the convex portion is a gas sensor in which all are 0.1 mm or more. .
[0013]
The gas sensor of the present invention has a cylindrical shape made of ceramic and has an enclosure that surrounds the periphery of the gas detection element. This enclosure is located on the rear end side from the rear end of the metal shell when the gas sensor is used. The gas detection element is not exposed to the outside. For this reason, the gas detection element can be protected by the enclosure against the collision of foreign matter from the outside.
[0014]
Furthermore, the enclosure has an enclosure exposed portion that is exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell, and the enclosure exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface thereof. is doing. And the protrusion height H of this convex part is 0.1 mm or more. For this reason, when a foreign substance collides with the ceramic enclosure exposed part from the outside, the foreign substance may collide with a convex part among the enclosure exposed part. Then, due to the impact force of the foreign matter, the convex portion is cracked first, or the convex portion or a part thereof is damaged. As a result, the impact force is relaxed / absorbed, and the impact is difficult to be transmitted to the inside of the enclosure exposed portion (inside the enclosure), so that a crack extending to the inner peripheral surface of the enclosure exposed portion is generated or the through hole is formed. The risk of being vacant can be reduced. Therefore, if the convex portion or a part of the exposed portion of the enclosure is damaged, it is possible to reduce the risk of water droplets penetrating into the gas sensor or entering foreign matter.
[0015]
The gas detection element may have any shape, and examples thereof include a bottomed cylindrical shape and a plate shape.
Examples of the foreign matter include pebbles flying from the outside, a gas sensor mounting tool, and the like.
Examples of the shape of the convex portion include a substantially hemispherical shape, a substantially conical shape, a substantially cylindrical shape, a substantially quadrangular prism shape, and a substantially flat plate shape. Moreover, as a distribution form of these convex-shaped parts, the form scattered on the whole outer surface of an enclosure exposed part is mentioned. Alternatively, the elongated protrusions extending in the direction orthogonal to the protruding direction of the protrusions (the direction along the outer peripheral surface of the envelope) are arranged in parallel (for example, the plurality of protrusions are each an envelope. It is also possible to adopt a form extending in the axial direction. Moreover, the above-described effects can be obtained in any case where these convex portions are regularly distributed over the entire outer peripheral surface of the surrounding body exposed portion or irregularly distributed.
[0016]
The enclosure exposed portion is not limited to a form in which the entire rear end portion of the enclosure that protrudes from the rear end of the metal shell is exposed to the outside, but protrudes from the rear end of the metal shell of the enclosure. There is also a form in which part of the rear end portion is exposed to the outside. As the latter form, for example, by covering the rear end of the enclosure with a resin cap in order to prevent water from entering the enclosure (and thus the gas detection element), The form which the part which is not coat | covered with the resin cap among the parts of an end side is exposed outside is mentioned.
[0017]
Further, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to a high temperature) when used (for example, attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine to detect oxygen concentration in the exhaust gas), the gas detection is performed. Since heat of the element and the metal shell is transmitted to the enclosure and is dissipated to the outside through the enclosure exposed portion, heat dissipation can be improved. Furthermore, since the surface area of the envelope exposed portion is increased by the convex portion, the envelope exposed portion is more easily cooled by the outside air, and the heat dissipation is further improved. Furthermore, since the temperature of the envelope exposed portion itself is relatively low, even when the envelope exposed portion is quenched with water droplets, the degree of thermal shock that occurs is relatively small, so the envelope exposed portion is damaged. Can reduce the risk of losing.
[0018]
Furthermore, in any one of the gas sensors described above, the convex portions are adjacent to each other when assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portions at a position that is 1/2 of the protruding height H (mm). It is preferable that the gas sensor is arranged so that the minimum gap L (mm) between the virtual cut surfaces is 3H (mm) or less.
[0019]
In the gas sensor of the present invention, assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portion at a position that is 1/2 of the protrusion height H (mm), the minimum gap L (mm) between adjacent virtual cut surfaces is any. 3H (mm) or less. By arranging the convex portion in this way, when a foreign object (pebbles, mounting tool, etc.) collides with the ceramic element exposed portion or the envelope exposed portion, the convex portion of the element exposed portion or the envelope exposed portion. It is possible to increase the possibility of collision. For this reason, even when the impact force of the foreign matter is large, it is possible to increase the possibility that the convex portion first cracks or the convex portion or a part thereof is damaged.
[0020]
Furthermore, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to a high temperature) when it is used, by arranging the convex portion as described above, the element exposed portion or the enclosure exposed further. Since the surface area of the portion is increased, the element exposed portion or the enclosure exposed portion is further easily cooled by the outside air. For this reason, the heat dissipation of the gas sensor is further improved, and the risk of the element exposed portion or the envelope exposed portion being damaged by thermal shock can be further reduced.
The minimum gap L is the shortest distance between adjacent virtual cut surfaces, and is not necessarily the distance in the direction along the outer peripheral surface of the element exposed portion or the enclosure exposed portion. For example, when the element exposed portion or the enclosure exposed portion is cylindrical, the minimum distance L is not a distance along the cylindrical outer peripheral surface but a linear distance.
[0021]
Furthermore, in the gas sensor described above, it is preferable that the minimum gap L (mm) is 2H (mm) or less.
By arranging the convex portion in this way, when a foreign object (pebbles, mounting tool, etc.) collides with the ceramic element exposed portion or the envelope exposed portion, the convex portion of the element exposed portion or the envelope exposed portion is arranged. The possibility of collision is extremely high. For this reason, even when the impact force of the foreign matter is large, the possibility that the convex portion is cracked first or the convex portion or a part thereof is damaged can be extremely increased.
[0022]
Furthermore, when the gas detection element is a gas sensor that is heated (exposed to a high temperature) when used, the element-exposed portion or the enclosure-exposed portion is exposed to the outside air by arranging the convex portion as described above. This makes it easier to cool. For this reason, the heat dissipation of the gas sensor is further improved, and the thermal shock can be further reduced.
[0023]
Furthermore, in any one of the above gas sensors, when assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portion at a position that is ½ of the protruding height H (mm), the protruding height H (mm) The minimum dimension W (mm) of the virtual cut surface is preferably a gas sensor that satisfies the relationship of H / W ≧ 1.
[0024]
In the gas sensor of the present invention, assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portion at a position that is 1/2 of the protrusion height H (mm), the protrusion height H (mm) and the minimum dimension W ( mm) satisfies the relationship of H / W ≧ 1. The convex portion having such a shape is easily damaged when a foreign object (pebbles, mounting tool, etc.) collides with it. For this reason, the impact force of the foreign matter is mitigated / absorbed, and it becomes difficult for the impact to be transmitted to the inside of the element exposed portion or the envelope exposed portion, so that a crack extending to the inner peripheral surface of the element exposed portion or the envelope exposed portion may occur. Further, it is possible to further reduce the risk of the through hole being vacant.
Note that the minimum dimension W of the virtual cut surface is, for example, the diameter of a circle corresponding to the virtual cut surface in the case of a conical convex portion. In the case of a rectangular columnar convex portion, the length is the short side of the rectangle corresponding to the virtual cut surface.
[0025]
Furthermore, in any of the above gas sensors, at least one of the convex portions may be a gas sensor having an elongated convex shape extending in an axial direction of the gas detection element or the enclosure.
[0026]
In the gas sensor of the present invention, at least one of the convex portions has an elongated convex shape extending in the axial direction of the gas detection element or the enclosure. The convex portion having such a shape also serves as a reinforcing rib for the element exposed portion or the enclosure exposed portion. For this reason, the element exposed portion or the enclosure exposed portion is strong against bending stress acting in the direction perpendicular to the axial direction of the gas detection element or the enclosure. Specifically, for example, even when a gas detection element or a pebble flying in a direction orthogonal to the axial direction of the enclosure collides with the element exposure part or the enclosure exposure part, the element exposure part or the enclosure exposure part is not The risk of breakage is reduced. Or, even when an operator attaches a gas sensor to the element exposed part or the enclosure exposed part or applies a load in a direction perpendicular to the axial direction of the gas detection element or enclosure It is the same.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
A gas sensor 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor 100 according to the first embodiment. The gas sensor 100 includes a gas detection element 120, an outer electrode 111, an inner electrode 112, a casing 160, an enclosure 130, a lead wire 170, a resin cap 190, a packing 181 and the like.
[0028]
The casing 160 has a metal shell 161 and a protector 162. The metal shell 161 is made of SUS430 and is formed in a substantially cylindrical shape. In the through hole 161e of the metal shell 161, an inner peripheral step portion 161d for supporting a flange portion 120e of the gas detection element 120, which will be described later, is provided so as to form a taper with a diameter increasing toward the rear end side. Yes. Further, a threaded portion 161b for attaching the gas sensor 100 to the exhaust pipe 10 (see FIG. 3) is formed on the outer periphery of the metal shell. The protector 162 is a metal, substantially cylindrical cylinder, and has a plurality of vent holes 162 b for introducing exhaust gas in the exhaust pipe 10 into the gas sensor 100.
[0029]
The gas detection element 120 is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, and has a substantially cylindrical shape with a closed end 120b. The gas detection element 120 has a flange portion 120e that protrudes radially outward at a substantially central portion in the axial direction thereof, and is between the front end surface of the flange portion 120e and the surface of the inner peripheral step portion 161d of the metal shell 161. Further, it is fixed in the casing 160 with a metal packing 181 interposed therebetween. A typical example of the solid electrolyte constituting the gas detection element 120 is ZrO2 in which Y2O3 or CaO is dissolved, but other alkaline earth metal or rare earth metal oxides and ZrO2 A solid solution may be used. Further, this may contain HfO2.
In the present embodiment, the front end 120b side of the gas detection element 120 is the front end side of the gas sensor 100, the opposite side is the rear end side of the gas sensor, and the same applies to other forms.
[0030]
The outer electrode 111 is made of porous Pt or Pt alloy, and is provided so as to cover the outer surface 120c of the gas detection element 120 to the tip surface of the flange 120e. The inner electrode 112 is also formed by porous Pt or a Pt alloy, and is provided so as to cover the inner side surface 120d of the gas detection element 120.
The enclosure 130 is made of an insulating ceramic (specifically, alumina) and has a substantially cylindrical shape. The surrounding body 130 is arranged so as to surround the periphery of the gas detection element 120, and the distal end side of the enclosure 130 is fixed with the ceramic powder 141 formed of talc so as to be interposed between the gas detection element 120 and the metal shell 161. It is installed.
[0031]
The lead wire 170 is connected to a terminal fitting 150 made of SUS304 that is connected to the inner electrode 112. Thereby, the inner electrode 112 is electrically connected to the lead wire 170, and the output signal of the inner electrode is transmitted to an external device (for example, ECU). The outer electrode 111 is electrically connected to the metal shell 161 through the packing 181 and is grounded by attaching the metal shell 161 to the exhaust pipe 10 (see FIG. 3).
The resin cap 190 is a substantially cylindrical resin body (specifically, made of a fluorine-based resin such as PTFE) and has a through hole 191 through which the lead wire 170 is inserted. The resin cap 190 is provided so as to protrude from the enclosure 130 to the rear end side of the gas sensor while being in close contact with the periphery of the lead wire 170.
[0032]
Here, FIG. 3 shows a state when the gas sensor 100 of the present embodiment is attached to the exhaust pipe 10 of the internal combustion engine and used. The gas sensor 100 is screwed into the exhaust pipe 10 in such a manner that the front end side including the protector 162 is located in the exhaust pipe 10 and a portion on the rear end side of the threaded portion 161b of the metal shell 161 is exposed to the outside.
As shown in FIG. 3, when the gas sensor 100 is attached to the exhaust pipe 10, the gas detection element 120 is not exposed to the outside by the enclosure 130. For this reason, for example, even when the pebbles 11 bounced during traveling of the vehicle collide with the gas sensor 100, the gas detection element 120 can be protected by the enclosure 130.
[0033]
On the other hand, the rear end portion of the enclosure 130 that protrudes from the rear end of the metallic shell 161 is exposed to the outside (this exposed portion is referred to as an enclosure exposed portion 131). That is, the enclosure 130 has an enclosure exposed portion 131 that is exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell 161. Since the enclosure 130 is made of ceramic, it is not strong against collision of foreign matter such as the pebbles 11. If the pebbles 11 bounced during vehicle travel collide with the enclosure exposed portion 131 and a crack extending to the inner peripheral surface 131c of the enclosure exposed portion 131 occurs or a through-hole is opened, There is a risk that water droplets may enter the inside of the gas sensor 100 from the damaged portion or foreign matter may enter, resulting in an abnormality in the output of the gas sensor 100 and eventually failure.
[0034]
On the other hand, in the gas sensor 100 of the present embodiment, the envelope body exposed portion 131 is formed with a plurality of convex portions 132 distributed over the entire outer peripheral surface thereof, as shown in FIG. As shown in the enlarged view of FIG. 2A, each of the convex portions 132 has a protruding height H of 0.2 mm. For this reason, as shown in FIG. 3, when the pebbles 11 collide with the convex portion 132 of the surrounding body exposed portion 131, the impact K of the pebbles 11 causes a crack K to occur in the convex portion 132 first. The convex portion 132 or a part thereof may be damaged.
[0035]
Furthermore, as shown in an enlarged view in FIG. 2A, when a virtual cut surface 132d obtained by cutting the convex portion 132 at a height H / 2 (specifically, 0.1 mm) is assumed (the first embodiment). The minimum gap L (mm) between adjacent virtual cut surfaces 132d is 0.2 mm. Accordingly, the minimum gap L between the adjacent virtual cut surfaces 132d is equal to the protruding height H of the convex portion 132.
[0036]
Thus, by arranging the convex portion 132 so that the minimum gaps L are all 3H or less (L = H in the present embodiment), foreign objects (pebbles 11, attachment tools, etc.) are surrounded by the exposed body portion 131. When colliding, it is possible to increase the possibility of colliding with the convex portion 132 of the surrounding body exposed portion 131. In particular, in the first embodiment, since the minimum gaps L are all 2H or less, when a foreign object collides with the enclosure exposed portion 131, the possibility of colliding with the convex portion 132 becomes extremely high.
[0037]
Further, as shown in an enlarged view in FIG. 2A, the minimum dimension W of the virtual cut surface 132d (corresponding to the length of the short side of the rectangle in the first embodiment) is 0.15 mm in all cases. ing. Therefore, the protrusion height H of the convex portion 132 and the minimum dimension W of the virtual cut surface 132d satisfy the relationship of H / W = 1.33 ≧ 1. By making the convex portion 132 into a shape that satisfies such a relationship, when a foreign object (pebbles 11, attachment tool, or the like) collides with the convex portion 132, the convex portion 132 or a part thereof is easily damaged. .
[0038]
Therefore, for example, as shown in FIG. 3, when the pebbles 11 collide with the surrounding body exposed portion 131, the convex portion 132 or a part thereof is damaged (for example, a crack K occurs in the convex portion 132). By doing so, the impact force of the pebbles 11 is relaxed and absorbed. This makes it difficult for the impact to be transmitted to the inside of the envelope body exposed portion 131, thereby reducing the risk of cracks extending to the inner peripheral surface 131c of the envelope body exposed portion 131 and opening of through holes. Can do. Therefore, the convex portion 132 or a part thereof in the surrounding body exposed portion 131 is damaged, and conversely, the risk of water droplets entering the inside of the gas sensor 100 or foreign matter invading can be reduced.
[0039]
Furthermore, the convex-shaped part 132 is an elongate convex shape extended in the axis line C direction of the enclosure 130, as shown in FIG.2 (b). The convex portion 132 having such a shape also serves as a reinforcing rib of the enclosure exposed portion 131. For this reason, the enclosure exposed portion 131 is strong against bending stress acting in the direction orthogonal to the axis C direction of the enclosure 130. Specifically, for example, as shown in FIG. 3, even when the pebbles 11 collide with the enclosure exposed portion 131 and bending stress acts in a direction perpendicular to the axis C direction of the enclosure 130, the enclosure 130 is The risk of breakage can be reduced. Alternatively, even when an operator attaches the gas sensor 100 to the enclosure exposed portion 131 or attaches a load in a direction perpendicular to the axis C direction of the enclosure 130, the enclosure 130 is attached. Can reduce the risk of breakage.
In addition, the convex part 132 of such a shape can be shape | molded by methods, such as a rubber press, in the step before baking the enclosure 130, for example.
[0040]
By the way, when the gas sensor 100 is used, the gas detection element 120 and the metal shell 161 are heated by the exhaust heat. However, since the gas sensor 100 has the ceramic enclosure exposed portion 131 (a part of the ceramic enclosure 130 is exposed to the outside), the heat of the gas detection element 120 and the like is After being transmitted to 130, it is dissipated to the outside through the enclosure exposed portion 131. Therefore, the gas sensor 100 can improve heat dissipation by providing the ceramic enclosure exposed portion 131 (exposing a part of the enclosure 130 to the outside).
[0041]
Furthermore, since the surface area of the envelope exposed portion 131 is increased by the convex portion 132, the envelope exposed portion 131 is more easily cooled by the outside air, and the heat dissipation is further improved. Furthermore, since the temperature of the envelope exposed portion 131 itself is relatively low, even when the envelope exposed portion 131 is quenched with water droplets, the degree of thermal shock that occurs is relatively small. The risk of 131 being damaged can be reduced.
[0042]
Such a gas sensor 100 is manufactured as follows.
First, as shown in FIG. 1, a casing 160 is prepared in which a metal shell 161 and a protector 162 are integrated by welding. Next, the packing 181 is placed on the inner peripheral step 161 d of the metal shell 161 in the casing 160, and the gas detection element 120 is inserted into the casing 160 from the rear end side. At this time, the flange 120e of the gas detection element 120 contacts the inner peripheral step 161d of the metal shell 161 with the packing 181 interposed therebetween. Next, a ring packing 185 is placed on the rear end side of the flange 120e of the gas detection element 120, and a predetermined amount of ceramic powder 141 is filled in the annular gap portion between the metal shell 161 and the gas detection element 120.
On the other hand, the lead wire 170 is prepared, and the enclosure 130 and the resin cap 190 are inserted through the lead wire 170 in this order from the front end side. Next, the terminal fitting 150 is caulked and attached to the tip of the lead wire 170.
[0043]
Next, the lead wire 170, the enclosure 130, the resin cap 190, and the terminal fitting 150 are integrated into the casing 160 as described above. Specifically, the terminal fitting 150 is inserted (press-fitted) into the gas detection element 120, and the enclosure 130 is interposed between the gas detection element 120 and the metallic shell 161, and the ceramic powder 141 is placed on the distal end side. It is inserted so as to be compressed and filled. Next, the caulking ring 183 is interposed between the caulking portion 161c of the metal shell 161 and the enclosure 130, and the caulking portion 161c is caulked, whereby the above-described components are integrally fixed, and the gas sensor 100 is completed. .
For example, as shown in FIG. 3, the gas sensor 100 is attached to an exhaust pipe 10 of an internal combustion engine, and is used to detect an oxygen concentration in exhaust gas.
[0044]
Next, three modifications of the gas sensor 100 according to the first embodiment will be described. The gas sensors 300 to 500 according to the first to third modifications are different from the gas sensor 100 according to the first embodiment in the shape of the convex portions, and the other portions are the same. Therefore, the description will focus on the parts different from the first embodiment, and the description of the same parts will be omitted or simplified.
[0045]
(Modification 1)
In the gas sensor 300 according to the first modification, as shown in FIG. 4, regular quadrangular columnar convex portions 332 are formed distributed over the entire outer peripheral surface of the enclosure exposed portion 331. As shown in the enlarged view of FIG. 4A, each of the convex portions 332 has a protruding height H of 0.2 mm as in the gas sensor 100 of the first embodiment.
Further, assuming a virtual cut surface 332d obtained by cutting the convex portion 332 at a height H / 2 (specifically, 0.1 mm), the minimum gap L (mm) between adjacent virtual cut surfaces 332d is an implementation. In the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment, both are 0.2 mm. Accordingly, the minimum gap L between the adjacent virtual cut surfaces 332d is equal to the protruding height H of the convex portion 332.
[0046]
Further, the minimum dimension W of the virtual cut surface 332d (corresponding to the length of one side of the square in the first modification) is 0.2 mm. Therefore, the protrusion height H of the convex portion 132 and the minimum dimension W of the virtual cut surface 132d satisfy the relationship of H / W = 1.
By providing the convex portion 332 having such a shape, when the pebbles 11 and the like collide with the enclosure exposed portion 331, as in the gas sensor 100 of the first embodiment, the convex portion 332 or a part thereof is damaged. By doing so, the impact force of the pebbles 11 and the like can be relaxed and absorbed (see FIG. 3). Furthermore, similarly to the gas sensor 100 of Embodiment 1, the heat dissipation of the gas sensor 300 can be improved.
[0047]
(Modification 2)
In the gas sensor 400 according to the second modification, as shown in FIG. 5, the substantially conical convex portions 432 are distributed over the entire outer peripheral surface of the surrounding body exposed portion 431. As shown in the enlarged view of FIG. 5A, each of the protruding portions 432 has a protruding height H of 0.2 mm as in the gas sensor 100 of the first embodiment.
Furthermore, when assuming a virtual cut surface 432d obtained by cutting the convex portion 432 at a height H / 2 (specifically, 0.1 mm), the minimum gap L (mm) between adjacent virtual cut surfaces 432d is implemented. In the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment, both are 0.2 mm. Accordingly, the minimum gap L between the adjacent virtual cut surfaces 432d is equal to the protruding height H of the convex portion 432.
[0048]
Further, the minimum dimension W of the virtual cut surface 432d (corresponding to the diameter of a circle in the second modification) is 0.15 mm in the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment. Therefore, the protrusion height H of the convex portion 432 and the minimum dimension W of the virtual cut surface 432d satisfy the relationship of H / W = 1.33 ≧ 1.
By providing the convex portion 432 having such a shape, when the pebbles 11 or the like collide with the enclosure exposed portion 431, the convex portion 432 or a part thereof is damaged as in the gas sensor 100 of the first embodiment. By doing so, the impact force of the pebbles 11 and the like can be relaxed and absorbed (see FIG. 3). Furthermore, similarly to the gas sensor 100 of Embodiment 1, the heat dissipation of the gas sensor 400 can be improved.
[0049]
(Modification 3)
In the gas sensor 500 according to the third modified example, as shown in FIG. 6, rectangular annular convex portions 532 are formed distributed over the entire outer peripheral surface of the enclosure exposed portion 531. As shown in the enlarged view of FIG. 6A, each of the convex portions 532 has a protruding height H of 0.2 mm as in the gas sensor 100 of the first embodiment.
Further, assuming a virtual cut surface 532d obtained by cutting the convex portion 532 at a height H / 2 (specifically, 0.1 mm), the minimum gap L (mm) between the adjacent virtual cut surfaces 532d is implemented. In the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment, both are 0.2 mm. Accordingly, the minimum gap L between the adjacent virtual cut surfaces 532d is equal to the protruding height H of the convex portion 532.
[0050]
Further, the minimum dimension W of the virtual cut surface 532d (corresponding to the width of the ring in the third modification) is 0.15 mm in the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment. Therefore, the protrusion height H of the convex portion 532 and the minimum dimension W of the virtual cut surface 532d satisfy the relationship of H / W = 1.33 ≧ 1.
By providing the convex portion 532 having such a shape, as in the gas sensor 100 of the first embodiment, when the pebbles 11 or the like collide with the enclosure exposed portion 531, the convex portion 532 or a part thereof is damaged. By doing so, the impact force of the pebbles 11 and the like can be relaxed and absorbed (see FIG. 3). Furthermore, similarly to the gas sensor 100 of Embodiment 1, the heat dissipation of the gas sensor 500 can be made favorable.
[0051]
(Embodiment 2)
Next, the gas sensor 200 which is the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings. In addition, the gas sensor 200 concerning Embodiment 2 differs in the shape of a gas detection element and an enclosure compared with the gas sensor 100 of Embodiment 1, and is the same about another part. Therefore, the description will focus on the parts different from the first embodiment, and the description of the same parts will be omitted or simplified.
[0052]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the gas sensor 200 of the second embodiment. As shown in FIG. 7, the gas sensor 200 according to the second embodiment includes a gas detection element 220, an enclosure 230, and a resin cap 290 that are different from the gas sensor 100 according to the first embodiment. 100.
Unlike the enclosure 130 of the first embodiment, the enclosure 230 is disposed in the metal shell 161 without being exposed to the outside of the rear end side of the gas sensor 200.
[0053]
Here, FIG. 9 shows a state when the gas sensor 200 of the second embodiment is attached to the exhaust pipe 10 of the internal combustion engine and used.
When attached to the exhaust pipe 10, the enclosure exposed portion 131 is exposed to the outside in the gas sensor 100 of the first embodiment. However, in the gas sensor 200 of the second embodiment, from the rear end of the metal shell 161 of the gas detection element 220. The protruding rear portion is exposed to the outside (this exposed portion is referred to as an element exposed portion 221). That is, the gas detection element 121 has an element exposure part 221 that is exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell 161.
[0054]
As shown in FIG. 8, the element exposed portion 221 is formed with a plurality of convex portions 222 distributed over the entire outer peripheral surface thereof. As shown in the enlarged view of FIG. 8A, each of the protruding portions 222 has a protruding height H of 0.2 mm.
Further, assuming a virtual cut surface 222d obtained by cutting the convex portion 222 at a height H / 2 (specifically, 0.1 mm), the minimum gap L (mm) between the adjacent virtual cut surfaces 222d is implemented. In the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment, both are 0.2 mm. Accordingly, the minimum gap L between the adjacent virtual cut surfaces 222d is equal to the protruding height H of the convex portion 222.
[0055]
In this way, by arranging the convex portions 222 so that the minimum gaps L are all 3H or less, when foreign matter (pebbles 11, mounting tools, etc.) collides with the element exposure portion 221, Among them, the possibility of colliding with the convex portion 222 can be increased. In particular, in the second embodiment, since the minimum gaps L are all 2H or less, there is a very high possibility that a foreign object will collide with the convex portion 222 when colliding with the element exposed portion 221.
[0056]
Further, the minimum dimension W of the virtual cut surface 222d (corresponding to the length of the short side of the rectangle in the second embodiment) is 0.15 mm in the same manner as the gas sensor 100 of the first embodiment. Therefore, the protrusion height H of the convex portion 222 and the minimum dimension W of the virtual cut surface 222d satisfy the relationship of H / W = 1.33 ≧ 1.
[0057]
By providing the element-exposed portion 221 with the convex portion 222 having such a shape, when the pebbles 11 or the like collide with the element-exposed portion 221, as shown in FIG. Is damaged (for example, a crack K occurs in the convex portion 222), the impact force of the pebbles 11 and the like can be relaxed and absorbed. This makes it difficult for the impact to be transmitted to the inside of the element exposed portion 221, so that there is a risk that a crack extending to the inner peripheral surface 221 c of the element exposed portion 221 (gas detection element 220) occurs or a through hole is vacated. Can be reduced. Therefore, the convex portion 222 or a part thereof in the element exposed portion 221 is damaged, and conversely, the risk that water droplets enter the inside of the gas sensor 200 or foreign matters enter can be reduced.
[0058]
By the way, the gas sensor 200 of the second embodiment, like the gas sensor 100 of the first embodiment, heats the gas detection element 220 and the metal shell 161 by exhaust heat when used. On the other hand, since the gas sensor 200 has the ceramic element exposure part 221 (a part of the ceramic gas detection element 220 is exposed to the outside), the heat of the gas detection element 220 and the like is It is diffused to the outside through the element exposure part 221. Therefore, the gas sensor 100 can improve heat dissipation by providing the ceramic element exposure portion 221 (exposing a part of the gas detection element 220 to the outside).
[0059]
Furthermore, since the surface area of the element exposure part 221 is increased by the convex part 222, the element exposure part 221 is more easily cooled by the outside air, and the heat dissipation is further improved. Furthermore, since the temperature of the element exposure part 221 itself is relatively low, even when the element exposure part 221 is rapidly cooled with water droplets, the degree of thermal shock that occurs is relatively small, so that the element exposure part 221 (gas The risk of the detection element 220) being damaged can be reduced.
[0060]
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments and the first to third modifications. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and may be appropriately changed without departing from the gist thereof. Needless to say, this is applicable.
For example, in the first to third modifications, the gas sensors 300 to 500 in which the convex portion has a regular quadrangular prism shape, a substantially conical shape, or an annular convex shape are illustrated. However, it is not limited to these shapes, and may be any shape such as a substantially hemispherical shape or a substantially cylindrical shape.
[0061]
Further, in the gas sensors 100 to 500 according to the embodiments and the like, the convex portions 132, 222, 332, 432, and 532 having the same shape are arranged, but plural types of convex portions having different shapes may be arranged. . For example, the elongated convex shaped convex portions 132 provided in the first embodiment and the regular quadrangular prism shaped convex portions 332 provided in the first modified embodiment may be alternately arranged in the circumferential direction of the enclosure.
In the embodiment, the convex portions 132, 332, 432, 532, and 222 are placed on the entire outer peripheral surface of the surrounding body exposed portions 131, 331, 431, and 531, and the element exposed portion 221, and the gap W is set to a constant value. Regularly distributed. However, the gap W does not need to be constant, and the convex portions may be irregularly distributed over the entire outer peripheral surface of the enclosure exposed portion or the element exposed portion.
[0062]
In the gas sensor 200 of the second embodiment, the shape of the convex portion 222 provided in the element exposure portion 221 of the gas detection element 220 is an elongated convex shape extending in the axis C direction of the gas detection element 220. However, it is not limited to such a shape, but is a regular quadrangular prism shape, a substantially conical shape, an annular convex shape, a hemispherical shape, a substantially cylindrical shape, etc., as in the gas sensors 300 to 500 of the first to third modifications. Any shape may be used.
In addition, a heater may be provided to heat the gas detection elements 120 and 220 of the gas sensors 100 to 500 according to the embodiments and the like.
Moreover, in the gas sensor 100, 300, 400, 500 of the first embodiment and the first to third modifications, the cylindrical gas detection element 120 is used, but a plate-like gas detection element may be used.
[0063]
In the first embodiment, the resin cap 190 is provided so as to be inserted through the enclosure 130 (see FIG. 1). Therefore, the entire rear end portion of the enclosure 130 that protrudes from the rear end of the metal shell 161 is the enclosure exposed portion 131. However, a resin cap may be provided so as to cover the rear end portion of the enclosure 130. In this case, a part of the rear end portion protruding from the rear end of the metal shell 161 (portion not covered with the resin cap) becomes the enclosure exposed portion.
On the other hand, in Embodiment 2, the resin cap 290 is provided so as to cover the rear end portion of the gas sensor element 220 (see FIG. 7). Therefore, a part of the rear end portion of the gas detection element 120 that protrudes from the rear end of the metal shell 161 (portion not covered with the resin cap) is the element exposure portion 221. However, a resin cap may be provided so as to be inserted into the gas detection element 120. In this case, the entire portion of the gas detection element 120 on the rear end side that protrudes from the rear end of the metal shell 161 becomes the element exposure portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor 100 according to a first embodiment.
2A and 2B are views showing an enclosure 130 according to the first embodiment, in which FIG. 2A is a top view thereof and an enlarged view of a convex portion 132, and FIG. 2B is a side view thereof.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state when the gas sensor 100 according to the first embodiment is used.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing an enclosure 330 according to the first modification, in which FIG. 4A is a top view thereof and an enlarged view of a convex portion 332, and FIG. 4B is a side view thereof.
FIGS. 5A and 5B are views showing an enclosure 430 according to the second modification, in which FIG. 5A is a top view thereof and an enlarged view of a convex portion 432, and FIG. 5B is a side view thereof.
6A and 6B are views showing an enclosure 530 according to a third modification, in which FIG. 6A is a top view thereof and an enlarged view of a convex portion 532, and FIG. 6B is a side view thereof.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a gas sensor 200 according to a second embodiment.
8A and 8B are diagrams showing a gas detection element 220 according to a second embodiment, in which FIG. 8A is a top view thereof and an enlarged view of a convex portion 222, and FIG. 8B is a side view thereof.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state when the gas sensor 200 according to the second embodiment is used.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400, 500 Gas sensor
120,220 Gas detection element
131,331,431,531 Enclosed body exposed portion
132, 222, 332, 432, 532 Convex part
130, 230, 330, 430, 530
132d, 222d, 332d, 432d, 532d Virtual cutting plane
221 Element exposed area
H Projection height of convex part
L Minimum gap between adjacent virtual cut surfaces
W Minimum dimension of virtual cut surface
C Gas detection element and enclosure axis

Claims

A gas detection element having a bottomed cylindrical shape made of ceramic, the front end side of which is exposed to the gas to be measured;
In the form in which the rear end side of the gas detection element protrudes from the rear end of itself, a metal shell surrounding the periphery of the gas detection element,
A gas sensor comprising:
The gas detection element has an element exposure portion exposed to the outside on the rear end side from the rear end of the metal shell when the gas sensor is used.
The element exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface thereof,
A gas sensor in which the protruding height H (mm) of the convex portion is 0.1 mm or more.

A gas detection element whose tip side is exposed to the gas to be measured;
A cylinder made of ceramic and surrounding the gas detection element;
In the form of projecting the rear end side of the gas detection element and the rear end side of the enclosure from its rear end, a metal shell surrounding the gas detection element and the enclosure,
A gas sensor comprising:
The enclosure has a form in which the gas detection element is not exposed to the outside at the rear end side from the rear end of the metal shell when the gas sensor is used, and the rear end side from the rear end of the metal shell. Including an enclosure exposed portion exposed to the outside,
The enclosure exposed portion has a plurality of convex portions distributed over the entire outer peripheral surface thereof,
A gas sensor in which the protruding height H (mm) of the convex portion is 0.1 mm or more.

The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein
The convex portion is
When assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portion at a position that is 1/2 of the protruding height H (mm),
A gas sensor arranged such that the minimum gap L (mm) between adjacent virtual cut surfaces is 3 H (mm) or less.

The gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
When assuming a virtual cut surface obtained by cutting the convex portion at a position that is 1/2 of the protruding height H (mm),
A gas sensor in which the protrusion height H (mm) and the minimum dimension W (mm) of the virtual cut surface satisfy a relationship of H / W ≧ 1.

It is a gas sensor as described in any one of Claims 1-4, Comprising:
At least one of the convex portions is a gas sensor having an elongated convex shape extending in the axial direction of the gas detection element or the enclosure.