JP2006208165A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor that is easily removable from an exhaust pipe, even after a prolonged use. <P>SOLUTION: This gas sensor 101 comprises a gas detection element 103 of which tip side is exposed to gas to be measured, and a cylindrical subject metal fitting 121 for fixing the gas detection element 103, by projecting the tip side of the gas detection element 103 rather than its own tip, the subject metal fitting 121 having a fixing screw part 129 for attaching to the exhaust pipe 401, the surface of a fixing screw part 120 having a coated layer 301 with a Vickers hardness of 300 HV or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガス検出素子及び主体金具を有するガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor having a gas detection element and a metal shell.

従来より、ガス検出素子を有するガスセンサとして、例えば内燃機関から排出される排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ等が提案されている。このようなガスセンサは、ガス検出素子と、そのガス検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させてガス検出素子を固定する筒状の主体金具とを備える構造が代表的である。しかして、このようなガスセンサは、主体金具に設けられたねじ部を、例えば内燃機関の排気管等に設けられるガスセンサ取付孔のねじ部に螺合し、排気管内にガス検出素子の先端側を晒すようにして、排気管に取り付けられる。   Conventionally, as a gas sensor having a gas detection element, for example, an oxygen sensor for measuring the oxygen concentration of exhaust gas discharged from an internal combustion engine has been proposed. Such a gas sensor typically has a structure including a gas detection element and a cylindrical metal shell that fixes the gas detection element by projecting the distal end side of the gas detection element from its own distal end. Thus, in such a gas sensor, a screw portion provided in the metal shell is screwed into a screw portion of a gas sensor mounting hole provided in, for example, an exhaust pipe of an internal combustion engine, and the distal end side of the gas detection element is placed in the exhaust pipe. It is attached to the exhaust pipe so that it is exposed.

ところで、内燃機関等の使用時には、排気管にその内燃機関等から熱負荷を受け、さらにはこの熱が排気管に取り付けられたガスセンサにも伝導する。具体的には、センサ取付孔のねじ部から主体金具のねじ部に伝導することで、ガスセンサに熱が伝わる。このとき、過度の熱が両ねじ部を伝導すると、センサ取り付け穴のねじ部と主体金具のねじ部とが接合されてしまい、排気管と主体金具とが焼き付くことがあり、ガスセンサを排気管から取り外すことが困難となることがある。   By the way, when an internal combustion engine or the like is used, the exhaust pipe receives a heat load from the internal combustion engine or the like, and this heat is also conducted to a gas sensor attached to the exhaust pipe. Specifically, heat is transmitted to the gas sensor by conducting from the screw portion of the sensor mounting hole to the screw portion of the metal shell. At this time, if excessive heat is conducted through both screw parts, the screw part of the sensor mounting hole and the screw part of the metal shell may be joined, and the exhaust pipe and the metal shell may be seized. It may be difficult to remove.

そこで、従来では、主体金具のねじ部の表面に排気管との焼き付きを防止するための焼き付き防止層を設けることで、過度の熱が両ねじ部を伝導したとしても排気管と主体金具とが焼き付くことを防止し、ガスセンサを容易に排気管から取り外すことできるようにした。
特表2004−503058号公報
Therefore, conventionally, by providing an anti-seizure layer for preventing seizure with the exhaust pipe on the surface of the threaded portion of the metal shell, the exhaust pipe and the metal shell are not even if excessive heat is conducted through both screw parts. The seizure was prevented and the gas sensor was easily removed from the exhaust pipe.
Japanese translation of PCT publication No. 2004-503058

しかしながら、近年、更なる内燃機関の高性能化により、排気管及び主体金具にかかる熱負荷が高くなってきている。更には、ガスセンサ自身の耐久性向上により、ガスセンサを長時間使用することが増加している。すると、特許文献1のような焼き付き防止層では、十分に主体金具と排気管との焼き付きを防止できないことがある。つまり、長時間ガスセンサを使用した後には、焼き付き防止層の効力が十分に発揮できずに焼き付きが発生し、ガスセンサを排気管から取り外すことが困難となることがある。   However, in recent years, the heat load applied to the exhaust pipe and the metal shell has been increased due to further enhancement of the performance of the internal combustion engine. Furthermore, the use of the gas sensor for a long time is increasing due to the improvement in durability of the gas sensor itself. Then, the seizure prevention layer as in Patent Document 1 may not sufficiently prevent seizure between the metal shell and the exhaust pipe. In other words, after using the gas sensor for a long time, the seizure prevention layer cannot fully exhibit the effect of seizure, and it may be difficult to remove the gas sensor from the exhaust pipe.

本発明は、かかる現状を鑑みてなされたものであって、ガスセンサの長時間の使用後も、ガスセンサが排気管から容易に取り外す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 the present situation, and an object of the present invention is to provide a gas sensor in which the gas sensor can be easily detached from the exhaust pipe even after the gas sensor has been used for a long time.

その解決手段として、本発明のガスセンサは、被測定ガスに先端側が晒されるガス検出素子と、該ガス検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて該ガス検出素子を固定する筒状の主体金具とを備え、該主体金具には、排気管に取り付けるためのねじ部を有するガスセンサにおいて、
前記ねじ部の表面上に、ビッカース硬度が300HV以上である被覆層を有することを特徴とする。
As a solution, the gas sensor of the present invention includes a gas detection element that is exposed to the gas to be measured and a cylindrical shape that fixes the gas detection element by projecting the front end side of the gas detection element beyond its own end. A gas sensor having a threaded portion to be attached to the exhaust pipe.
A coating layer having a Vickers hardness of 300 HV or more is provided on the surface of the threaded portion.

このように、本発明では、ねじ部の表面上にビッカース硬度が300HV以上の被覆層を形成する。これにより、更なる内燃機関の高性能化により、排気管又は主体金具にかかる熱負荷が高くなったとしても排気管と主体金具との焼き付きを防止することができる。また、ガスセンサ自身の耐久性向上により、ガスセンサを長時間使用することが増加したとしても、主体金具と排気管との焼き付きを防止することができる。   Thus, in the present invention, a coating layer having a Vickers hardness of 300 HV or more is formed on the surface of the thread portion. Thereby, even if the heat load applied to the exhaust pipe or the metal shell is increased due to further enhancement of the performance of the internal combustion engine, it is possible to prevent seizure between the exhaust pipe and the metal shell. Moreover, even if the use of the gas sensor increases for a long time due to improvement in durability of the gas sensor itself, seizure between the metal shell and the exhaust pipe can be prevented.

なお、被覆層のビッカース硬度が300HV未満では、十分な硬度が得られないため、焼き付きを防止できないことがある。また、被覆層のビッカース硬度が600HVを越えると、被覆層自身の硬度が固すぎて、ねじ部の表面上に形成することが困難となることがある。   In addition, when the Vickers hardness of the coating layer is less than 300 HV, sufficient hardness cannot be obtained, and thus seizure may not be prevented. On the other hand, when the Vickers hardness of the coating layer exceeds 600 HV, the coating layer itself may be too hard to be formed on the surface of the threaded portion.

そして、本発明では、被覆層にリンが10wt%以下含有されていることが好ましい。被覆層にリンが含有することで、被覆層のビッカース硬度が300HV以上とすることが容易にできる。なお、10wt%を越えると、被覆層自身が脆くなり、本発明の効果を得ることが難しくなる。   And in this invention, it is preferable that 10 wt% or less of phosphorus is contained in the coating layer. By containing phosphorus in the coating layer, the coating layer can easily have a Vickers hardness of 300 HV or more. In addition, when it exceeds 10 wt%, the coating layer itself becomes brittle and it is difficult to obtain the effects of the present invention.

ところで、主体金具と排気管とが同種金属材料で出来ているものは、特に焼き付きの現象が発生することを発明者が知見している。そこで、本発明のように、ビッカース硬度300HV以上の被覆層を主体金具のねじ部の表面上に設けることで、主体金具と排気管とが同種金属材料で出来ていたとしても有効に焼き付きを防止できる。なお、同種金属材料とは、主成分が同種類の金属材料のことを指す。   By the way, the inventors have found that when the metal shell and the exhaust pipe are made of the same metal material, the phenomenon of seizure occurs. Therefore, as in the present invention, by providing a coating layer having a Vickers hardness of 300 HV or more on the surface of the threaded portion of the metal shell, even if the metal shell and the exhaust pipe are made of the same metal material, the seizure can be effectively prevented. it can. The same kind of metal material refers to a metal material whose main component is the same kind.

また、ガスセンサの主体金具は、ステンレス鋼で形成されていることが一般的である。このとき、ガスセンサが取り付けられる排気管が、同系統のステンレス鋼である場合、特に焼き付きの現象が発生することを発明者が知見している。そこで、本発明のように、ビッカース硬度300HV以上の被覆層をねじ部の表面上に設けることで、有効に焼き付きを防止できる。   Further, the metal shell of the gas sensor is generally formed of stainless steel. At this time, when the exhaust pipe to which the gas sensor is attached is stainless steel of the same system, the inventors have found that a phenomenon of seizure occurs particularly. Therefore, as in the present invention, seizing can be effectively prevented by providing a coating layer having a Vickers hardness of 300 HV or more on the surface of the threaded portion.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態に係るガスセンサ101の断面図を図1に示す。なお、図1においては、下方が先端側、上方が後端側となる。このガスセンサ101は、被測定ガスである排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。ガスセンサ101は、図1に示すように、軸線C方向に延びるガス検出素子103と、このガス検出素子103の周囲を取り囲む筒状の主体金具121とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A cross-sectional view of the gas sensor 101 according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, the lower side is the front end side and the upper side is the rear end side. The gas sensor 101 is an oxygen sensor that detects an oxygen concentration in exhaust gas that is a gas to be measured. As shown in FIG. 1, the gas sensor 101 includes a gas detection element 103 that extends in the direction of the axis C, and a cylindrical metal shell 121 that surrounds the periphery of the gas detection element 103.

このうち、ガス検出素子103は、先端部105が閉塞した有底筒状をなし、イットリアを安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアを主体に形成されている。このガス検出素子103の内周面には、そのほぼ全面を覆うようにPtあるいはPt合金により多孔質状に形成された内部電極層108が形成され、外周面には同様な多孔質状の外部電極層106が設けられている。また、このガス検出素子103の軸線方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する係合フランジ部111が設けられている。この係合フランジ部111は、後述するように、このガス検出素子103を主体金具121に保持するために利用される。また、このガス検出素子103の内側には、棒状に形成されると共に、内部に発熱抵抗体を有するセラミックヒータ109が挿設されている。   Among these, the gas detection element 103 has a bottomed cylindrical shape with a closed end portion 105, and is mainly formed of partially stabilized zirconia in which yttria is solid-solved as a stabilizer. An internal electrode layer 108 formed in a porous shape with Pt or a Pt alloy is formed on the inner peripheral surface of the gas detection element 103 so as to cover almost the entire surface, and a similar porous external layer is formed on the outer peripheral surface. An electrode layer 106 is provided. Further, an engagement flange portion 111 that protrudes radially outward is provided at a substantially intermediate position in the axial direction of the gas detection element 103. The engagement flange portion 111 is used to hold the gas detection element 103 on the metal shell 121 as will be described later. A ceramic heater 109 having a heating resistor is inserted inside the gas detection element 103 and is formed in a rod shape.

主体金具121は、SUS430からなる筒状をなしており、プロテクタ151内に挿入される先端部123を有する。また、主体金具121の内周には、先端部123より後端側の位置に、ガス検出素子103を軸線方向に保持するための棚部(支持面)125が設けられている。一方、主体金具121の外周には、先端部123よりも後端側の位置に、このガスセンサ101を排ガス管に取り付けるための取付ネジ部129が設けられている。なお、取付ネジ部129の詳細については語述する。また、この取付ネジ部129の後端側には、このガスセンサ101を排ガス管に取り付ける際に利用される六角フランジ部131(工具係合部)が設けられている。   The metal shell 121 has a cylindrical shape made of SUS430 and has a distal end portion 123 that is inserted into the protector 151. In addition, a shelf (support surface) 125 for holding the gas detection element 103 in the axial direction is provided on the inner periphery of the metal shell 121 at a position on the rear end side from the front end portion 123. On the other hand, an attachment screw portion 129 for attaching the gas sensor 101 to the exhaust gas pipe is provided on the outer periphery of the metal shell 121 at a position on the rear end side of the front end portion 123. The details of the mounting screw portion 129 will be described. Further, a hexagonal flange portion 131 (tool engaging portion) used when the gas sensor 101 is attached to the exhaust gas pipe is provided on the rear end side of the attachment screw portion 129.

この主体金具121は、ガス検出素子103の先端部105が自身の先端面から突出した状態で、ガス検出素子103を同軸状に保持している。具体的には、図1に示すように、主体金具121の棚部125上には、第1板パッキン133が配置されている。さらに、その上には、内周に段付部136を有する筒状の第1固定部材135(アルミナ製)が配置されている。ガス検出素子103は、この第1固定部材135に挿通され、ガス検出素子103の係合フランジ部111が、第2板パッキン137を介して、第1固定部材135の段付部136に係合している。第1固定部材135の後端側には、ガス検出素子103の外周面と主体金具121の内周面とによって形成される間隙に、滑石が圧縮充填された充填封止層139が配置されている。   The metal shell 121 holds the gas detection element 103 coaxially in a state where the front end portion 105 of the gas detection element 103 protrudes from the front end surface of the metal shell 121. Specifically, as shown in FIG. 1, a first plate packing 133 is disposed on the shelf 125 of the metal shell 121. Furthermore, a cylindrical first fixing member 135 (made of alumina) having a stepped portion 136 on the inner periphery is disposed thereon. The gas detection element 103 is inserted into the first fixing member 135, and the engagement flange portion 111 of the gas detection element 103 is engaged with the stepped portion 136 of the first fixing member 135 via the second plate packing 137. is doing. On the rear end side of the first fixing member 135, a filling sealing layer 139 in which talc is compressed and filled is disposed in a gap formed by the outer peripheral surface of the gas detection element 103 and the inner peripheral surface of the metal shell 121. Yes.

さらに、この充填封止層139の後端側には、内側をガス検出素子103が貫通する筒状の第2固定部材141(アルミナ製)が配置されている。第2固定部材141の後端側には加締めリング145が配置され、主体金具121の後端部132が径方向内側に加締められることで、ガス検出素子103は、主体金具121内に気密状態で保持されている。 Further, on the rear end side of the filling sealing layer 139, a cylindrical second fixing member 141 (made of alumina) through which the gas detection element 103 passes is disposed. A caulking ring 145 is disposed on the rear end side of the second fixing member 141, and the rear end portion 132 of the metal shell 121 is caulked inward in the radial direction, so that the gas detection element 103 is hermetically sealed in the metal shell 121. Held in a state.

プロテクタ151は、主体金具121の先端部123に挿入され、固定される。このプロテクタ151は、ガス検出素子103の先端部105と間隙を介して覆うSUS310S製の筒状の内側カバー部153と、この内側カバー部153の外周に配置されたSUS310S製の筒状の外側カバー部173とを有する二重構造をなしており、それぞれにガス導入孔176を有している。   The protector 151 is inserted into the front end 123 of the metal shell 121 and fixed. The protector 151 includes a cylindrical inner cover portion 153 made of SUS310S that covers the front end portion 105 of the gas detection element 103 through a gap, and a cylindrical outer cover made of SUS310S disposed on the outer periphery of the inner cover portion 153. A double structure having a portion 173 and a gas introduction hole 176 are provided for each.

そして、主体金具121のうち、六角フランジ部131の後端側は、筒状の金属外筒201の先端部201Sが外側から全周レーザー溶接により固定されている。また、金属外筒201の後端側開口部201Kには、フッ素ゴムにて構成されたグロメット203が内挿され、金属外筒201を径方向内側に向かって加締めることにより、金属外筒201に気密状態で固定されている。グロメット203の中央部には貫通孔が設けられ、この貫通孔に、大気を金属外筒201の内側に導入する一方、水分の侵入を防ぐフィルタ部材205が配置されている。また、グロメット203の先端側には、絶縁性のアルミナからなるセパレータ207が配置されている。そして、グロメット203及びセパレータ207を貫通してセンサ出力リード線211、212およびヒータリード線213、214(図示せず)が配置されている。また、セパレータ207内には、第1、第2センサ端子金具215、216のコネクタ部215B、216B及びヒータ端子金具217、218(図示せず)が互いに絶縁されつつ配置されると共に、セラミックヒータ109の後端側が収容されている。   And the rear-end side of the hexagon flange part 131 among the metal shells 121 is fixed to the front end part 201S of the cylindrical metal outer cylinder 201 from the outside by full-circle laser welding. Further, a grommet 203 made of fluoro rubber is inserted into the rear end side opening 201K of the metal outer cylinder 201, and the metal outer cylinder 201 is caulked toward the inner side in the radial direction. It is fixed in an airtight state. A through hole is provided in the central portion of the grommet 203, and a filter member 205 that prevents air from entering while the atmosphere is introduced inside the metal outer tube 201 is disposed in the through hole. Further, a separator 207 made of insulating alumina is disposed on the front end side of the grommet 203. Sensor output lead wires 211 and 212 and heater lead wires 213 and 214 (not shown) are disposed through the grommet 203 and the separator 207. In the separator 207, connector portions 215B and 216B of the first and second sensor terminal fittings 215 and 216 and heater terminal fittings 217 and 218 (not shown) are arranged while being insulated from each other, and the ceramic heater 109 is arranged. The rear end side is accommodated.

第1センサ端子金具215は、そのコネクタ部215Bがセンサ出力リード線211を加締めにより把持してこれに電気的に接続すると共に、挿入部215Cがガス検出素子103の有底孔内に挿入され、内部電極層108と電気的に接続している。また、第2センサ端子金具216は、そのコネクタ部216B
がセンサ出力リード線121を加締めにより把持してこれに電気的に接続すると共に、把持部216Cがガス検出素子103の後端付近の外周を把持して、外部電極層106と電気的に接続している。また、2本のヒータ端子金具217、218は、ヒータリード線213、214とそれぞれ電気的に接続すると共に、セラミックヒータ109の一対の電極パッド部109Bと接合されることによりそれぞれ電気的に接続している。
The first sensor terminal fitting 215 has a connector portion 215B that grips and electrically connects the sensor output lead wire 211 by caulking, and an insertion portion 215C is inserted into the bottomed hole of the gas detection element 103. The internal electrode layer 108 is electrically connected. The second sensor terminal fitting 216 has a connector portion 216B.
Grips and electrically connects the sensor output lead wire 121 by crimping, and the gripper 216C grips the outer periphery near the rear end of the gas detection element 103 and electrically connects to the external electrode layer 106. is doing. The two heater terminal fittings 217 and 218 are electrically connected to the heater lead wires 213 and 214, respectively, and are also electrically connected to each other by being joined to the pair of electrode pad portions 109B of the ceramic heater 109. ing.

なお、セパレータ207には、径方向外側に向かって突出する鍔部207Cが形成されている一方、金属外筒201には、周方向に沿って等間隔に4ヶの内側凸部201Cが形成されている。そして、この内側凸部201Cに鍔部207Cの後端面を当接させた状態で、付勢部材219を用いて鍔部207Cを後方側に付勢することにより、セパレータ207は金属外筒201内に保持されている。なお、付勢部材219は、筒状をなすと共に自身の弾性力によりセパレータ207に保持され、自身の径方向外側に位置する金属外筒201が径方向内側に加締められることで変形し、セパレータ207の鍔部207Cを後方側に付勢するように構成されている。   The separator 207 is formed with a flange portion 207C protruding outward in the radial direction, while the metal outer cylinder 201 is formed with four inner convex portions 201C at equal intervals along the circumferential direction. ing. Then, in a state where the rear end surface of the flange portion 207C is brought into contact with the inner convex portion 201C, the separator 207 is energized rearward by using the biasing member 219, whereby the separator 207 is disposed inside the metal outer cylinder 201. Is held in. The urging member 219 has a cylindrical shape and is held by the separator 207 by its own elastic force, and is deformed by crimping the metal outer cylinder 201 positioned on the radially outer side thereof to the radially inner side. It is comprised so that the collar part 207C of 207 may be urged | biased to the back side.

次に本発明の主要部となる主体金具121の取付ネジ部129について説明する。主体金具121の取付ネジ部129の表面上に、被膜層301が形成されている。本実施例では、この被膜層301にリンが5wt%含有されている。また、この被覆層301はビッカース硬度を300HV以上である。このように、このように、リンが10wt%以下含有されていることで、ビッカース硬度300以上の被複層301を形成することができ、後述する排気管401に取り付けた時、排気管401と主体金具121との焼き付きを防止することができる。   Next, the mounting screw part 129 of the metal shell 121 which is a main part of the present invention will be described. A coating layer 301 is formed on the surface of the mounting screw portion 129 of the metal shell 121. In this embodiment, the coating layer 301 contains 5 wt% phosphorus. The coating layer 301 has a Vickers hardness of 300 HV or higher. Thus, the phosphorus 301 is contained in an amount of 10 wt% or less, so that the multi-layered layer 301 having a Vickers hardness of 300 or more can be formed, and when attached to the exhaust pipe 401 described later, The seizure with the metal shell 121 can be prevented.

本実施例において、被覆層301の膜厚は5μmである。この厚みは、1〜10μmにて形成されていることが好ましい。厚みが1μm未満では、被覆層301を形成する効果が十分に得られることが出来にくい。一方、厚みが10μmよりも大きくしても、焼き付き防止の効果が変化することなく、製造時間やコスト等が増大する。   In this embodiment, the coating layer 301 has a thickness of 5 μm. This thickness is preferably 1 to 10 μm. When the thickness is less than 1 μm, it is difficult to obtain a sufficient effect of forming the coating layer 301. On the other hand, even if the thickness is larger than 10 μm, the production time and cost are increased without changing the effect of preventing seizure.

このようなガスセンサ101は、図2に示すように、内燃機関等の排気管401(本実施例では、SUS409Lのステンレス鋼)の設けられたガスセンサ取付孔402に固定される。具体的には、主体金具121の取付ネジ部129をガスセンサ取付孔402に設けられた取付孔ネジ部403に螺合することで、取り付けられる。そして、排気管401内を通過する排気ガスをガス検出素子103に晒してガス濃度を測定する。このとき、長時間、ガスセンサ101が排気管401に取り付けられるため、主体金具121及び排気管401は熱負荷の影響を受ける。しかしながら、本発明において、被覆層301を有することで、この熱負荷の影響を抑制し、排気管401と主体金具121との焼き付きを防止することができる。また、本実施例では、主体金具121がSUS430から構成されており、排気管401がSUS409Lで構成されているように、両方共にステンレス鋼であり、さらに同系統の材料であるが、ガスセンサ101に被覆層301を有することで、排気管401と主体金具121との焼き付きを防止することができる。   As shown in FIG. 2, the gas sensor 101 is fixed to a gas sensor mounting hole 402 provided with an exhaust pipe 401 (in this embodiment, SUS409L stainless steel) of an internal combustion engine or the like. Specifically, the attachment fitting portion 129 of the metal shell 121 is attached by screwing into the attachment hole screw portion 403 provided in the gas sensor attachment hole 402. Then, the exhaust gas passing through the exhaust pipe 401 is exposed to the gas detection element 103 to measure the gas concentration. At this time, since the gas sensor 101 is attached to the exhaust pipe 401 for a long time, the metal shell 121 and the exhaust pipe 401 are affected by the thermal load. However, in the present invention, by having the coating layer 301, the influence of this heat load can be suppressed and seizure between the exhaust pipe 401 and the metal shell 121 can be prevented. In this embodiment, the metal shell 121 is made of SUS430, and the exhaust pipe 401 is made of SUS409L. Both are made of stainless steel and are of the same system. By having the coating layer 301, seizure between the exhaust pipe 401 and the metallic shell 121 can be prevented.

このガスセンサ101は、以下のように製造される。
まず、SUS430の鋼材に対して塑性加工および切削加工を施し、六角フランジ部131、取付ネジ部129、棚部133、先端部123等を有する筒状の主体金具121を成形する。このとき、先端部123は、本実施形態において、プロテクタ151(外側カバー部173)との間で重なり部301を生じることが予定される部位にあたり、この先端部123に、大径部303と、この大径部303よりも後端側に位置し大径部303よりも小さい外径の小径部305とが形成されるように主体金具121は成形されている。
The gas sensor 101 is manufactured as follows.
First, plastic working and cutting are performed on the steel material of SUS430 to form a cylindrical metal shell 121 having a hexagonal flange portion 131, a mounting screw portion 129, a shelf portion 133, a tip portion 123, and the like. At this time, in the present embodiment, the distal end portion 123 corresponds to a portion where an overlapping portion 301 is expected to occur between the protector 151 (outer cover portion 173), and the distal end portion 123 includes a large diameter portion 303, The metal shell 121 is formed so that a small diameter portion 305 having an outer diameter smaller than that of the large diameter portion 303 is formed on the rear end side of the large diameter portion 303.

一方、所定寸法に予め成形されたSUS310S製の有底筒状をなす外側カバー部173と内側カバー部153を準備する。そして、4ヵ所でスポット溶接を行うことにより、内側カバー部153と外側カバー部173とを同軸状に固着し、プロテクタ151を得る。さらに、主体金具123の先端側よりプロテクタ151を移動させて、取付ネジ部129の先端面に外側カバー部173の後端が当接するまでプロテクタ151を移動させることで、外側カバー部173の後端部180を、主体金具121の先端部123外方に装着する。このとき、主体金具121の先端部123の大径部303に対して、外側カバー部173は圧入される。そして、主体金具121の小径部305の径方向外側に位置する外側カバー部173の外周面からレーザー光を照射して、溶接部Wを全周にわたって形成し、プロテクタ151と主体金具121とのレーザー溶接する。これにより、プロテクタ151と主体金具121とは、圧入固定とレーザー溶接により強固に固定される。   On the other hand, an outer cover portion 173 and an inner cover portion 153 having a bottomed cylindrical shape made of SUS310S that are preliminarily molded to a predetermined size are prepared. Then, by performing spot welding at four locations, the inner cover portion 153 and the outer cover portion 173 are fixed coaxially to obtain the protector 151. Further, by moving the protector 151 from the front end side of the metal shell 123 and moving the protector 151 until the rear end of the outer cover portion 173 contacts the front end surface of the mounting screw portion 129, the rear end of the outer cover portion 173 is reached. The portion 180 is attached to the outside of the distal end portion 123 of the metal shell 121. At this time, the outer cover portion 173 is press-fitted into the large-diameter portion 303 of the distal end portion 123 of the metal shell 121. Then, laser light is irradiated from the outer peripheral surface of the outer cover portion 173 located on the radially outer side of the small-diameter portion 305 of the metal shell 121 to form the welded portion W over the entire circumference, and the laser between the protector 151 and the metal shell 121. Weld. Thereby, the protector 151 and the metal shell 121 are firmly fixed by press-fitting and laser welding.

そして、このプロテクタ151を固定した主体金具121の内部に、第1板パッキン133、第1固定部材135、第2板パッキン137、ガス検出素子103、充填封止層139となる滑石リング、第2固定部材141、加締めリング145を順に挿入する。その後、主体金具121の後端部132を径方向内側に加締めて、滑石リングを圧縮充填させて充填封止層139を形成しつつ、主体金具121内にガス検出素子103を保持させて下部組立体401(図3参照)が作製される。   In the metal shell 121 to which the protector 151 is fixed, the first plate packing 133, the first fixing member 135, the second plate packing 137, the gas detection element 103, the talc ring that serves as the filling sealing layer 139, the second The fixing member 141 and the caulking ring 145 are sequentially inserted. Thereafter, the rear end portion 132 of the metal shell 121 is caulked inward in the radial direction, and the talc ring is compressed and filled to form the filling sealing layer 139, while the gas detecting element 103 is held in the metal shell 121 and the lower portion An assembly 401 (see FIG. 3) is produced.

ついで、第1、第2センサ端子金具215、216および2本のヒータ端子金具217に、それぞれセンサ出力リード線211、212およびヒータリード線213を接続し、セラミックヒータ109を第1センサ端子金具215内に位置させた状態で、各リード線211、212、213(残り1本については、図示省略)をセパレータ207内に挿通する。なお、セパレータ207の鍔部207C
よりも先端側周囲には、付勢部材219を予め装着させておく。このように内部にリード線211、212、213を挿通したセパレータ207を、金属外筒201内に挿入する。ついで、各リード線211、212、213をグロメット203に形成したリード線挿通孔に挿通し、このグロメット203を金属外筒201の後端側開口部201Kに嵌め込む。これにより、上部組立体402(図3参照)が作製される。
Next, the sensor output lead wires 211 and 212 and the heater lead wire 213 are connected to the first and second sensor terminal fittings 215 and 216 and the two heater terminal fittings 217, respectively, and the ceramic heater 109 is connected to the first sensor terminal fitting 215. The lead wires 211, 212, and 213 (the remaining one is not shown) are inserted into the separator 207 while being positioned inside. Note that the flange 207C of the separator 207
A biasing member 219 is attached in advance around the tip side. Thus, the separator 207 having the lead wires 211, 212, and 213 inserted therein is inserted into the metal outer tube 201. Next, the lead wires 211, 212, and 213 are inserted into lead wire insertion holes formed in the grommet 203, and the grommet 203 is fitted into the rear end side opening 201 </ b> K of the metal outer cylinder 201. Thereby, the upper assembly 402 (refer FIG. 3) is produced.

そして、この上部組立体402を下部組立体401に向けて移動させ、金属外筒201の先端部201Sが主体金具121の六角フランジ部131に当接するまで上部組立体402を移動させる。このとき、ヒータ15はガス検出素子103の内部に挿入されることになる。その後、金属外筒201の先端部201Sとこの内側に位置する主体金具121とを、金属外筒201を先端側に押圧しながら、加締め治具によって加締めて仮接続する。 Then, the upper assembly 402 is moved toward the lower assembly 401, and the upper assembly 402 is moved until the distal end portion 201 </ b> S of the metal outer cylinder 201 contacts the hexagonal flange portion 131 of the metal shell 121. At this time, the heater 15 is inserted into the gas detection element 103. Thereafter, the distal end portion 201S of the metal outer cylinder 201 and the metal shell 121 located inside the metal outer cylinder 201 are temporarily connected by crimping with a caulking jig while pressing the metal outer cylinder 201 toward the distal end side.

ついで、金属外筒201のうちで、付勢部材219の径方向外側に位置する部位を径方向内側に向かって加締めて、付勢部材219を変形させつつ、付勢部材219と内側凸部201Cとの間でセパレータ207の鍔部207Cを挟持させる。これにより、セパレータ207が金属外筒201内に保持される。その後、金属外筒201のうち、グロメット203の径方向外側に位置する部位を径方向内側に向かって加締めて、グロメット203を金属外筒201に気密状態に固定する。そして、既に仮接続した金属外筒201の先端部201Sと主体金具121とを全周レーザー溶接する。 Next, in the metal outer cylinder 201, a portion located on the radially outer side of the biasing member 219 is crimped toward the radially inner side to deform the biasing member 219, and the biasing member 219 and the inner convex portion. The flange portion 207C of the separator 207 is sandwiched between 201C. As a result, the separator 207 is held in the metal outer cylinder 201. Thereafter, a portion of the metal outer cylinder 201 that is located on the radially outer side of the grommet 203 is crimped toward the radially inner side to fix the grommet 203 to the metal outer cylinder 201 in an airtight state. And the front-end | tip part 201S of the metal outer cylinder 201 already temporarily connected and the metal shell 121 are all-around laser welded.

次に、取付ネジ部129にリンが5wt%含有された被覆層301材料を塗布することにより、ガスセンサ101を完成させる。なお、塗布の方法としては、筆やはけ等を用いる方法や、スプレーによって、吹き付ける方法等が挙げられる。   Next, the gas sensor 101 is completed by applying a coating layer 301 material containing 5 wt% phosphorus to the mounting screw portion 129. Examples of the application method include a method using a brush or brush, a method of spraying with a spray, and the like.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態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、実施形態のガスセンサ101は、被覆層301のみを設けたが、これに限られること無く、被覆層301と主体金具121の取付ネジ部129との間に、従来の焼き付き防止層を更に設けても良い。これにより、更に有効に主体金具121と排気管401の設けられたガスセンサ取付孔402との焼き付きを防止できる。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, the gas sensor 101 of the embodiment is provided with only the covering layer 301, but the present invention is not limited to this, and a conventional anti-seize layer is further provided between the covering layer 301 and the mounting screw portion 129 of the metal shell 121. May be. Thereby, the seizure between the metal shell 121 and the gas sensor mounting hole 402 provided with the exhaust pipe 401 can be prevented more effectively.

実施形態にかかるガスセンサ101の部分断面図。The fragmentary sectional view of gas sensor 101 concerning an embodiment. 実施形態のガスセンサ101が排気管401に取り付けられる説明図。Explanatory drawing in which the gas sensor 101 of embodiment is attached to the exhaust pipe 401. FIG. 実施形態のガスセンサ101の組み立て図。The assembly drawing of the gas sensor 101 of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101 ガスセンサ
103 ガス検出素子
121 主体金具
129 取付ネジ部
201 金属外筒
203 グロメット
207 セパレータ
301 被覆層
401 排気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Gas sensor 103 Gas detection element 121 Main metal fitting 129 Mounting screw part 201 Metal outer cylinder 203 Grommet 207 Separator 301 Covering layer 401 Exhaust pipe

Claims (4)

被測定ガスに先端側が晒されるガス検出素子と、
該ガス検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて該ガス検出素子を固定する筒状の主体金具とを備え、
該主体金具には、排気管に取り付けるためのねじ部を有するガスセンサにおいて、
前記ねじ部の表面上に、ビッカース硬度が300HV以上である被覆層を有することを特徴とするガスセンサ。
A gas detection element whose tip is exposed to the gas to be measured;
A cylindrical metal shell for fixing the gas detection element by projecting the front end side of the gas detection element from the front end of the gas detection element;
In the metal shell, in the gas sensor having a screw part for attaching to the exhaust pipe,
A gas sensor comprising a coating layer having a Vickers hardness of 300 HV or more on a surface of the thread portion.
前記被覆層には、リンが10wt%以下含有されていることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the coating layer contains 10 wt% or less of phosphorus. 前記主体金具と前記排気管とが同種金属材料から形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the metal shell and the exhaust pipe are made of the same metal material. 前記主体金具及び前記排気管はステンレス鋼により形成されており、
該主体金具を形成するステンレス鋼と該排気管を形成するステンレス鋼は同系統であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。
The metal shell and the exhaust pipe are made of stainless steel,
The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the stainless steel forming the metal shell and the stainless steel forming the exhaust pipe are of the same system.
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