JP2019105620A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出ガス中に晒され、この中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えるガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a sensor element which is exposed to a detection gas and detects a specific gas component in the gas.
自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。
このようなガスセンサとして、特定ガスの濃度検出を行う検出部を先端側に有するセンサ素子を主体金具に保持し、主体金具の先端に突出した検出部を金属製のプロテクタで覆って保護する構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このようなガスセンサは、高温の排気ガスに曝され、特にガスセンサ先端側のプロテクタと主体金具との溶接接合部が高温になり、その後に冷やされる冷熱サイクルにより繰り返し応力が発生し、溶接接合部が破断するおそれがある。そこで、特許文献1のガスセンサでは、プロテクタと主体金具の熱膨張係数の差を小さくし、繰り返し応力を低減して溶接接合部の破断を抑制している。
BACKGROUND ART Oxygen sensors and air-fuel ratio sensors that detect oxygen concentration in exhaust gas are known as gas sensors that perform fuel efficiency improvement and combustion control of internal combustion engines such as automobile engines.
As such a gas sensor, there is a structure in which the main metal fitting holds a sensor element having a detection unit for detecting the concentration of a specific gas at the tip end side, and covers the detection part protruding at the tip of the main fitting with a metal protector. It is known (for example, refer to patent documents 1).
However, such a gas sensor is exposed to high temperature exhaust gas, and in particular, the weld joint between the protector and the metal shell at the tip of the gas sensor becomes high temperature, and repeated thermal stress cycles occur after cooling. There is a risk of breakage of parts. So, in the gas sensor of
ところが近年、自動車部品の耐熱温度の高温化の要求が厳しくなっており、部品の構成材料を耐熱性が高い材料に変える必要が生じている。特に、ガスセンサ先端の最も外部に位置するプロテクタが耐熱性を最も要求されるため、プロテクタを耐熱材料(インコネル(登録商標)合金)に変えることが考えられるが、コストが高いという問題がある。
このようなことから、耐熱性に優れると共に安価な材料として、例えばNbを添加したオーステナイト系ステンレス鋼をプロテクタに用いることが挙げられるが、この材料は、熱膨張率が主体金具(例えばSUS430)の熱膨張率よりも高く、上述の繰り返し応力によってプロテクタが主体金具よりも膨張し、溶接接合部の破断を促進するという問題が生じてしまう。
However, in recent years, the demand for raising the heat-resistant temperature of automobile parts has become severe, and it has become necessary to change the constituent material of the parts to a material having high heat resistance. In particular, it is conceivable to change the protector to a heat-resistant material (Inconel (registered trademark) alloy) since the protector located at the outermost part of the tip of the gas sensor is most required to have heat resistance, but there is a problem of high cost.
From such a thing, using an austenitic stainless steel which added Nb for example as a protector is mentioned as a protector which is excellent in heat resistance and cheap, for example, but this material has a thermal expansion coefficient of a metal shell (for example, SUS430) Higher than the coefficient of thermal expansion, the above-described repeated stress causes the protector to expand more than the metal shell, resulting in the problem of promoting fracture of the welded joint.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、プロテクタの構成材料の熱膨張率が主体金具の構成材料の熱膨張率よりも高い場合であっても、両者の接合部の破損等を抑制した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 even when the thermal expansion coefficient of the constituent material of the protector is higher than the thermal expansion coefficient of the constituent material of the metal shell, breakage of the joint portion between the two etc. It is an object of the present invention to provide a gas sensor in which
本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に検出部を有するセンサ素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記センサ素子の周囲を取り囲む金属製筒状の主体金具と、前記検出部を収容し、前記主体金具に固定される金属製のプロテクタと、を備えるガスセンサであって、前記プロテクタの後端部が前記主体金具の外面に接合されて接合部が形成され、前記プロテクタの構成材料の800℃における熱膨張率が、前記主体金具の構成材料の800℃における熱膨張率よりも高く、前記接合部を含む断面でみたとき、前記主体金具の外面から前記プロテクタの外面までの最小距離t1、前記主体金具の外面から前記主体金具の内面までの最小距離t2が、0.6≦(t1/t2)≦2.0の関係を満たす。 The gas sensor according to the present invention includes a sensor element extending in an axial direction and having a detection unit on the tip end, and a metal cylindrical metal shell surrounding the periphery of the sensor element while causing the detection unit to protrude from its tip. A gas sensor comprising: a metal protector that accommodates the detection unit and is fixed to the metal shell, wherein a rear end portion of the protector is joined to an outer surface of the metal shell to form a joint. The thermal expansion coefficient at 800 ° C. of the constituent material of the protector is higher than the thermal expansion coefficient at 800 ° C. of the constituent material of the metal shell, and viewed from the outer surface of the metal shell from the outer surface of the metal shell The minimum distance t1 up to and the minimum distance t2 from the outer surface of the metal shell to the inner surface of the metal shell satisfy the relationship 0.6 ≦ (t1 / t2) ≦ 2.0.
このガスセンサによれば、800℃における熱膨張率が主体金具の熱膨張率よりも高い材料をプロテクタに用いるガスセンサに、加熱と冷却を繰り返す冷熱サイクルが加わっても、比(t1/t2)=1を挟んで接合部におけるプロテクタの後端部と主体金具の強度のバランスが適切になって繰り返し応力や主体金具の変形を低減し、接合部の破損等を抑制することができる。
比(t1/t2)が0.6未満であると、主体金具の厚みに比べて後端部の厚みが薄くなってその強度が低下し、繰り返し応力が大きくなる。逆に、比(t1/t2)が2.0を超えると、後端部の厚みに比べて主体金具の厚みが薄くなってその強度が低下し、主体金具の変形、ひいては接合部の破損等が顕著になる。
According to this gas sensor, the ratio (t1 / t2) = 1 even if the thermal sensor that uses a material whose thermal expansion coefficient at 800 ° C. is higher than the thermal expansion coefficient of the metal shell for the protector is subjected to repeated heating and cooling cycles. Thus, the strength balance between the rear end portion of the protector and the metal shell at the joint portion can be appropriately held, and repeated stress and deformation of the metal shell can be reduced to suppress breakage of the joint portion and the like.
When the ratio (t1 / t2) is less than 0.6, the thickness of the rear end portion becomes thinner than the thickness of the metal shell, the strength thereof is reduced, and the repeated stress is increased. On the contrary, when the ratio (t1 / t2) exceeds 2.0, the thickness of the metal shell becomes thinner than the thickness of the rear end portion, and the strength thereof decreases, and the deformation of the metal shell and the breakage of the joint etc. Becomes noticeable.
前記プロテクタは、前記検出部と隙間を介して配置される内側プロテクタと、該内側プロテクタと隙間を介して配置される外側プロテクタとを含み、前記接合部は、前記内側プロテクタ及び前記外側プロテクタの後端部が重なった後端結合部に形成されていてもよい。
このガスセンサによれば、プロテクタが一重プロテクタの場合に限らず、内側プロテクタと外側プロテクタを有する二重プロテクタにも本発明を適用できる。
The protector includes an inner protector arranged with a gap between the detection unit and the outer protector, and an outer protector arranged with a gap between the inner protector and the clearance, and the joint portion is formed behind the inner protector and the outer protector. The end portions may be formed in overlapping rear end joints.
According to this gas sensor, the present invention can be applied not only to a single protector but also to a dual protector having an inner protector and an outer protector.
本発明のガスセンサにおいて、前記主体金具の外面における前記接合部を前記主体金具の内面に投影した領域における当該主体金具の第1内面は、該第1内面の後端側に繋がる前記主体金具の後端側内面よりも径方向外側に広がっていてもよい。
このガスセンサによれば、外側に接合部を有する主体金具の第1内面が、その後端側内面と軸線方向に平行(面一)の場合に比べ、主体金具の内面全体に囲まれたセンサ素子の検出部近傍の空間が増え、検出部に被検出ガスが出入りし易くなり、検出精度が向上する。又、外側に接合部を有する主体金具の第1内面が、その後端側内面と軸線方向に平行の場合に比べ、プロテクタをより大径にする(検出部から遠ざける)ことができ、プロテクタ(外側プロテクタ)の外面からセンサ素子への被水をより抑制することができる。
In the gas sensor according to the present invention, the first inner surface of the metal shell in a region of the outer surface of the metal shell projected onto the inner surface of the metal shell is the rear of the metal shell connected to the rear end side of the first inner surface. It may extend radially outward from the end inner surface.
According to this gas sensor, compared to the case where the first inner surface of the metallic shell having the joint portion on the outer side is parallel (coplanar) with the inner surface on the rear end side, the sensor element is surrounded by the entire inner surface of the metallic shell. The space in the vicinity of the detection unit is increased, and the gas to be detected easily enters and leaves the detection unit, and the detection accuracy is improved. In addition, the protector can be made larger in diameter (away from the detection portion) as compared with the case where the first inner surface of the metal shell having the joint portion on the outer side is parallel to the rear end inner surface in the axial direction. Water can be further suppressed from the outer surface of the protector) to the sensor element.
本発明のガスセンサにおいて、前記プロテクタの構成材料の800℃におけるJIS−G0567に規定する引張強度が、前記主体金具の構成材料の前記引張強度よりも高くてもよい。
このガスセンサによれば、ガスセンサの最も先端側で外側に位置するプロテクタの耐熱性がより一層向上するので、ガスセンサ全体の耐熱性をさらに向上させることができる。
In the gas sensor of the present invention, the tensile strength specified in JIS-G0567 at 800 ° C. of the constituent material of the protector may be higher than the tensile strength of the constituent material of the metal shell.
According to this gas sensor, the heat resistance of the protector located on the outermost side of the tip of the gas sensor is further improved, so the heat resistance of the entire gas sensor can be further improved.
本発明のガスセンサにおいて、前記プロテクタの構成材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、前記主体金具の構成材料がフェライト系ステンレス鋼であってもよい。
このガスセンサによれば、ガスセンサ全体の耐熱性を安価に向上させつつ、接合部の破損等を抑制することができる。
In the gas sensor of the present invention, the constituent material of the protector may be austenitic stainless steel, and the constituent material of the metal shell may be ferritic stainless steel.
According to this gas sensor, it is possible to suppress damage or the like of the bonding portion while inexpensively improving the heat resistance of the entire gas sensor.
この発明によれば、プロテクタの構成材料の熱膨張率が主体金具の構成材料の熱膨張率よりも高い場合であっても、両者の接合部の破損等を抑制したガスセンサが得られる。 According to the present invention, even when the thermal expansion coefficient of the constituent material of the protector is higher than the thermal expansion coefficient of the constituent material of the metal shell, a gas sensor can be obtained in which breakage or the like of the joint portion between the two is suppressed.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)200の長手方向に沿う全体断面図、図2は接合部の周囲における図1の部分拡大図である。
このガスセンサ200は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(全領域空燃比ガスセンサ)である。
なお、ガスセンサ200は、後述するプロテクタ140が内側プロテクタ143と外側プロテクタ142の二重のプロテクタをなす例である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is an overall cross-sectional view along the longitudinal direction of a gas sensor (oxygen sensor) 200 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial enlarged view of FIG.
The
The
図1において、ガスセンサ200は、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、軸線O方向(ガスセンサ200の長手方向:図中上下方向)に延びる板状形状をなすセンサ素子10と、センサ素子10の後端側の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106及びセラミックホルダ151と、軸線方向に貫通する挿通孔168の先端側の内部に、センサ素子10の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセラミック製のセパレータ166と、センサ素子10とセパレータ166との間に配置される5個の端子金具21(図1では3個のみを図示)と、主体金具138の先端側に固定される二重のプロテクタ140と、を備えている。
又、センサ素子10の先端部の検出部10aは、アルミナ等の多孔質保護層20で覆われている。
In FIG. 1, the
Further, the
主体金具138は、ステンレスから構成され、軸線方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。この貫通孔154には、センサ素子10の検出部10aを含む先端部を自身の先端よりも突出させるように当該センサ素子10が配置されている。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
The
なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、センサ素子10の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のアルミナ製のセラミックホルダ151、粉末充填層153(以下、滑石リング153ともいう)、および上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。
また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部158との間には、加締めパッキン157が配置されている。そして、主体金具138の後端部158は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
An annular
Further, a
又、セラミックホルダ151は、絶縁性セラミック(例えばアルミナ)からなり、概略短円筒状に形成され、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面151aを有している。そして、先端向き面151aの外周寄りの部位が主体金具138の棚部152に係止されつつ、セラミックホルダ151が後端側から滑石リング153で押圧されることで主体金具138内にセラミックホルダ151が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
又、セラミックホルダ151の先端側には、センサ素子10の挿通孔を包囲して後方に凹む凹部151hが形成されている。
Further, the
Further, on the front end side of the
一方、図1に示すように、主体金具138の先端部138s(図1における下方)の外周には、主体金具138から突出したセンサ素子10の先端部(検出部10aを含む)を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製筒状の二重のプロテクタをなすプロテクタ140が溶接等によって取り付けられている。
この二重のプロテクタ140は、検出部10aと隙間を介して配置される有底筒状の内側プロテクタ143と、内側プロテクタ143と隙間を介して配置される有底筒状の外側プロテクタ142とを有しており、内側プロテクタ143及び外側プロテクタ142の開口部となる後端部が重なって後端結合部140bを形成し、両者が結合している。
又、この後端結合部140bが主体金具138の先端部138sの外面に溶接(本例では全周溶接)により接合されて接合部Wが形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, on the outer periphery of the
The dual protector 140 includes a bottomed cylindrical
Further, the rear end
そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、センサ素子10の5個の端子金具21(図1では、3個のみを表示)とそれぞれ電気的に接続される5本のリード線146(図1では3本のみを表示)が挿通されるリード線挿通孔170hが形成された、ゴム製のグロメット(シール部材)170が配置されている。
An
また、主体金具138の後端部158より突出されたセンサ素子10の後端側(図1における上方)には、主体金具138と離間してセパレータ166が配置される。なお、このセパレータ166は、センサ素子10の後端側の主面に形成される合計5個の電極パッド(図示せず)の周囲に配置される。このセパレータ166は、軸線方向に貫通する挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。セパレータ166は、鍔部167を外筒144の段部に当接させると共に、保持部材169を介して外筒144を加締めることで、外筒144の内部に保持される。
A
図2は、接合部Wの周囲における図1の部分拡大図を示す。ここで、接合部Wとは、主体金具138(の先端部138s)の外面と、後端結合部140bとが接しているにとどまらず、主体金具138(の先端部138s)の外面と、後端結合部140bとが一体になっている部位をいう。具体的には、主体金具138の外面と、後端結合部140bとが接している部位の軸線O方向の断面の拡大画像において、内側プロテクタ143と外側プロテクタ142との境界線B1,及び内側プロテクタ143と主体金具138(の先端部138s)との境界線B2がいずれも消失している部位Pをいう。これは、内側プロテクタ143、外側プロテクタ142及び主体金具138の材料が一体でない部分は、互いに分かれて熱膨張するので、繰り返し応力が殆ど生じないからである。
FIG. 2 shows a partially enlarged view of FIG. Here, the joint portion W is not only in contact with the outer surface of the metal shell 138 (the
接合部Wを含む断面でみたとき、主体金具138の外面からプロテクタ140の外面までの最小距離をt1、主体金具138の外面から主体金具138の内面までの最小距離をt2とする。
ここで、プロテクタ140の外面とは、二重プロテクタであれば、プロテクタ140全体の最外面、つまり外側プロテクタ142の外面である。
距離t1、t2の算出では、接合部Wを含む断面を基準とするので、接合部Wにおける主体金具138の先端部138sの外面と内面がt2の算出の基準となる。
又、接合部Wにおいては、後端結合部140bと主体金具138とが一体となっているので、両者の境界は、接合部Wの先端側及び後端側に接する境界線B2を結ぶ仮想直線とする。従って、距離t2は、接合部Wにおける主体金具138の内面と上記仮想直線との距離である。距離t1は、接合部Wにおける後端結合部140bの外面と上記仮想直線との距離である。
When viewed in a cross section including the joint W, the minimum distance from the outer surface of the
Here, the outer surface of the protector 140 is the outermost surface of the entire protector 140, that is, the outer surface of the
Since the calculation of the distances t1 and t2 is based on the cross section including the joint W, the outer surface and the inner surface of the
Further, in the joint portion W, since the rear end
ここで、本発明においては、プロテクタ140(内側プロテクタ143及び外側プロテクタ142)の構成材料の800℃における熱膨張率が、主体金具138の構成材料の800℃における熱膨張率よりも大きくなっている。例えば、本例では、プロテクタ140がNbを添加したオーステナイト系ステンレス鋼からなり、主体金具138がフェライト系ステンレス鋼であるSUS430LX(JIS規格)からなっている。
このため、ガスセンサ200が高温の排気ガス等に曝され、その後に冷やされる繰り返し応力が生じると、プロテクタ140がガスセンサ200の先端の最も外部に位置することと相俟って、プロテクタ140が主体金具138よりも膨張し、溶接接合部(接合部W)の破損等を促進することは上述の通りである。
Here, in the present invention, the thermal expansion coefficient at 800 ° C. of the constituent material of the protector 140 (the
For this reason, when the
そこで、本発明においては、0.6≦(t1/t2)≦2.0に管理することにより、プロテクタ140と主体金具138との接合部Wの破損等を抑制することができる。さらに、耐熱性に優れると共に安価であるが、800℃における熱膨張率が主体金具の800℃における熱膨張率よりも高い材料をプロテクタ140に用いることで、ガスセンサ200全体の耐熱性を向上させることができる。
比(t1/t2)を管理することで、接合部Wの破損等を抑制できる理由について、図3を参照して説明する。
Therefore, in the present invention, the damage or the like of the joint portion W between the protector 140 and the
The reason why the damage or the like of the joint W can be suppressed by managing the ratio (t1 / t2) will be described with reference to FIG.
図3は、接合部Wにおける後端結合部140bと主体金具138の先端部138sの距離の比(t1/t2)を変化させたときの、各種特性への影響を示す模式図である。
前提として、本発明においては、従来の主体金具に比べてt2が小さく、最大でもt1の1.7倍程度((t1/t2)=0.6)となっている。このため、t2とt1の比を変えることで、繰り返し応力による影響を調整できる。これに対し、t1に比べてt2が大幅に大きい(例えば、(t1/t2)が0.2以下)従来の構成では、(t1/t2)を変化させても主体金具の変形度合は殆ど変化せず、繰り返し応力による影響を調整することが困難である。
FIG. 3 is a schematic view showing the influence on various characteristics when the ratio (t1 / t2) of the distance between the rear end
As a premise, in the present invention, t2 is smaller than that of the conventional metal shell, and is at most about 1.7 times t1 ((t1 / t2) = 0.6) at the maximum. For this reason, by changing the ratio of t2 and t1, the influence of the cyclic stress can be adjusted. On the other hand, in the conventional configuration in which t2 is significantly larger than t1 (for example, (t1 / t2) is 0.2 or less), the degree of deformation of the metal shell almost changes even if (t1 / t2) is changed Without adjustment, it is difficult to adjust the influence of repeated stress.
まず、図3の実線に示すように、比(t1/t2)=1を挟む領域では、比の値が大きくなるほど距離t1、つまり後端結合部140bの厚みが厚くなってその強度が高くなって主体金具138の先端部138sの強度に近づく。このため、冷熱サイクルによる接合部Wの繰り返し応力が小さくなり、接合部Wの破損等が抑制される。従って、後端結合部140bに着目する限り、比の値が大きくなるほど良いことになる。
一方、比の値が大きくなるほど、距離t2、つまり主体金具138の先端部138sの厚みが薄くなり、図3の破線に示すように主体金具138(の先端部138s)の強度が低下し、繰り返し応力による主体金具138の変形、ひいては接合部Wの破損等が多くなる。従って、主体金具138に着目する限り、比の値が小さくなるほど良いことになる。
このようなことから、比(t1/t2)は1を挟んで適切な範囲が存在することになり、後述する実験によって比の具体的な範囲を求めた。
First, as shown by the solid line in FIG. 3, in the region sandwiching the ratio (t1 / t2) = 1, the distance t1 as the value of the ratio increases, that is, the thickness of the rear end
On the other hand, the larger the ratio value, the thinner the distance t2, that is, the thickness of the
From such a thing, a ratio (t1 / t2) will have a suitable range on both sides of 1, and the concrete range of ratio was calculated | required by the experiment mentioned later.
比(t1/t2)が0.6未満であると、接合部Wにおいて主体金具138の厚みに比べて後端結合部140bの厚みが薄くなってその強度が低下し、繰り返し応力が大きくなって接合部Wの破損等が顕著になる。
逆に、比(t1/t2)が2.0を超えると、接合部Wにおいて後端結合部140bの厚みに比べて主体金具138の厚みが薄くなってその強度が低下し、主体金具138の変形、ひいては接合部Wの破損等が顕著になる。
比(t1/t2)は0.6〜1.6が好ましく、0.8〜1.6がより好ましい。さらに、比(t1/t2)は0.6〜1.5が好ましく、0.8〜1.5がより好ましい。さらに、比(t1/t2)は0.6〜1.3が好ましく、0.8〜1.3がより好ましい。
When the ratio (t1 / t2) is less than 0.6, the thickness of the rear end
Conversely, when the ratio (t1 / t2) exceeds 2.0, the thickness of the
The ratio (t1 / t2) is preferably 0.6 to 1.6, and more preferably 0.8 to 1.6. Further, the ratio (t1 / t2) is preferably 0.6 to 1.5, and more preferably 0.8 to 1.5. Further, the ratio (t1 / t2) is preferably 0.6 to 1.3, and more preferably 0.8 to 1.3.
本発明において、図2に示すように、主体金具の外面における接合部Wを径方向内側に向けて主体金具138の内面に投影した領域をRとし、領域Rにおける主体金具138(の先端部138s)の内面を第1内面138i1とする。このとき、第1内面138i1は、第1内面138i1の後端側に繋がる主体金具138の後端側内面138i2よりも径方向外側に広がっている。
このようにすると、内面138i1と後端側内面138i2が軸線O方向に平行(面一)の場合に比べ、主体金具138の内面に囲まれたセンサ素子10の検出部10a近傍の空間が増え、検出部10aに被検出ガスが出入りし易くなり、検出精度が向上する。又、内面138i1と後端側内面138i2が軸線O方向に平行(面一)の場合に比べ、プロテクタ140をより大径にする(検出部10aから遠ざける)ことができ、プロテクタ140(外側プロテクタ142)の外面からセンサ素子10への被水をより抑制することができる。
なお、領域Rにおける主体金具138の内面とは、軸線O方向に領域Rを含む内面である。
In the present invention, as shown in FIG. 2, a region of the outer surface of the metal shell projected radially inward toward the inner surface of the
In this case, the space in the vicinity of the
The inner surface of the
又、本発明において、プロテクタ140の構成材料の800℃におけるJIS−G0567に規定する引張強度を、主体金具138の構成材料の引張強度よりも高いものとすれば、ガスセンサ200の最も先端側で外側に位置するプロテクタ140の耐熱性がより一層向上するので、ガスセンサ200全体の耐熱性をさらに向上させることができる。
In the present invention, if the tensile strength specified in JIS-G0567 at 800 ° C. of the constituent material of the protector 140 is higher than the tensile strength of the constituent material of the
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
プロテクタや、プロテクタが接合される主体金具の形状等は上記に限定されない。例えば、上記実施形態では、プロテクタが内側プロテクタと外側プロテクタの二重のプロテクタをなしたが、1つ(一重)のプロテクタであってもよい。
接合部は溶接に限定されるものではないが、溶接が好ましい。
又、ガスセンサとしては、酸素センサ、全領域ガスセンサの他、NOxセンサが挙げられる。筒状のセンサ素子としてもよい。
なお、主体金具の構成材料がプロテクタの構成材料よりも高強度であると好ましい。
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
The shape of the protector or the metal shell to which the protector is joined is not limited to the above. For example, in the above embodiment, the protector is a dual protector of an inner protector and an outer protector, but may be a single (single) protector.
The joint is not limited to welding, but welding is preferred.
Moreover, as a gas sensor, in addition to an oxygen sensor and a full range gas sensor, a NOx sensor may be mentioned. It may be a cylindrical sensor element.
Preferably, the constituent material of the metal shell is higher in strength than the constituent material of the protector.
プロテクタ140を、Nbを添加したオーステナイト系ステンレス鋼から製造し、主体金具138をSUS430LX(JIS規格)から製造し、比(t1/t2)を変えて図1に示すガスセンサ200を組み付けた。プロテクタ140は主体金具138の先端部138sの外面に全周溶接して固定した。
このガスセンサ200を、900℃×20分−200℃×20分を1サイクルとする500サイクルの冷熱サイクル条件で試験し、試験後の接合部Wの破損や変形の有無を目視で評価した。
評価○:接合部Wからのプロテクタ140の後端結合部140bの剥離、又は主体金具138の変形が無いもの
評価×:後端結合部140bの剥離があったか、又は主体金具138の変形があったもの
The protector 140 was manufactured from austenitic stainless steel to which Nb was added, the
The
Evaluation :: peeling of the rear end
得られた結果を図4に示す。
図4に示すように、0.6≦(t1/t2)≦2.0の場合、接合部Wからのプロテクタ140の後端結合部140bの剥離、及び主体金具138の変形がいずれも無く、接合部Wの破損等を抑制することができた。
一方、(t1/t2)<0.6の場合、接合部Wからプロテクタ140の後端結合部140bが剥離した。又、(t1/t2)>2.0の場合、主体金具138が変形した。
The obtained result is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, in the case of 0.6 ≦ (t1 / t2) ≦ 2.0, there is neither peeling of the rear end
On the other hand, in the case of (t1 / t2) <0.6, the rear end
10 センサ素子
10a 検出部
138 主体金具
138i1 主体金具の第1内面
138i2 主体金具の後端側内面
140 プロテクタ
140b 後端部(後端結合部)
142 外側プロテクタ
143 内側プロテクタ
200 ガスセンサ
O 軸線
W 接合部
t1 主体金具の外面からプロテクタの外面までの最小距離
t2 主体金具の外面から主体金具の内面までの最小距離
R 接合部を主体金具の内面に投影した領域
DESCRIPTION OF
142
Claims (5)
前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記センサ素子の周囲を取り囲む金属製筒状の主体金具と、
前記検出部を収容し、前記主体金具に固定される金属製のプロテクタと、
を備えるガスセンサであって、
前記プロテクタの後端部が前記主体金具の外面に接合されて接合部が形成され、
前記プロテクタの構成材料の800℃における熱膨張率が、前記主体金具の構成材料の800℃における熱膨張率よりも高く、
前記接合部を含む断面でみたとき、前記主体金具の外面から前記プロテクタの外面までの最小距離t1、前記主体金具の外面から前記主体金具の内面までの最小距離t2が、0.6≦(t1/t2)≦2.0の関係を満たすガスセンサ。 A sensor element extending in the axial direction and having a detection unit on the tip end side;
A metallic cylindrical metal shell surrounding the periphery of the sensor element while causing the detection unit to project from its tip;
A metal protector that accommodates the detection unit and is fixed to the metal shell;
A gas sensor comprising
The rear end of the protector is joined to the outer surface of the metal shell to form a joint.
The coefficient of thermal expansion at 800 ° C. of the component material of the protector is higher than the coefficient of thermal expansion at 800 ° C. of the component material of the metal shell,
The minimum distance t1 from the outer surface of the metal shell to the outer surface of the protector and the minimum distance t2 from the outer surface of the metal shell to the inner surface of the metal shell when viewed in a cross section including the joint portion are 0.6 ≦ (t1 / T2) A gas sensor satisfying the relationship of ≦ 2.0.
前記接合部は、前記内側プロテクタ及び前記外側プロテクタの後端部が重なった後端結合部に形成されている請求項1に記載のガスセンサ。 The protector includes an inner protector disposed between the detection unit and the gap, and an outer protector disposed between the inner protector and the gap.
The gas sensor according to claim 1, wherein the joint portion is formed at a rear end joint portion in which rear end portions of the inner protector and the outer protector overlap.
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