JP2019184386A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するセンサ素子と複数のセパレータとを備えたガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor including a sensor element that detects a concentration of a gas to be detected and a plurality of separators.
自動車等の排気ガス中の酸素やNOxの濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いた板状のセンサ素子を有するものが知られている。
このようなガスセンサにおいては、被検出ガスの濃度に応じたセンサ素子の出力を外部に取り出すため、センサ素子の後端側に設けた電極パッドに端子金具を接触させて両者を電気的に接続すると共に、端子金具の後端側にリード線を圧着している。そして、端子金具自身は絶縁部材からなるセパレータに保持され、リード線はセパレータの後端側から弾性部材であるグロメットを介してガスセンサの外部に引き出されている。
As a gas sensor for detecting the concentration of oxygen or NOx in exhaust gas of an automobile or the like, one having a plate-like sensor element using a solid electrolyte is known.
In such a gas sensor, in order to take out the output of the sensor element according to the concentration of the gas to be detected, the terminal metal fitting is brought into contact with the electrode pad provided on the rear end side of the sensor element to electrically connect them. At the same time, a lead wire is crimped to the rear end side of the terminal fitting. The terminal fitting itself is held by a separator made of an insulating member, and the lead wire is drawn out of the gas sensor from the rear end side of the separator through a grommet that is an elastic member.
そして、セパレータとして軸線方向に2つに分割された分割タイプのセパレータを用いるガスセンサも知られている(特許文献1、2)。分割タイプのセパレータは、セパレータに保持される端子金具の数が多い場合や、セパレータへの端子金具の組付けの利便を図るために採用されることが多い。
図10に示すように、このタイプのガスセンサでは、センサ素子10の後端側を先端側セパレータ202で囲み、先端側セパレータ202に保持された端子金具20,30をセンサ素子10の後端側の電極パッド11aに接触させる。そして、先端側セパレータ202を保持金具208にて外筒206内に弾性的に保持し、先端側セパレータ202が径方向にブレてセンサ素子10に接触しないようにしている。
一方、後端側セパレータ204を先端側セパレータ202の後端側に連結し、後端側セパレータ204を先端側セパレータ202とグロメット170との間で挟むように保持する。後端側セパレータ204はセンサ素子10から離れているため、特に外筒204で保持せず、グロメット170の弾性力によって保持させるので、後端側セパレータ204は外筒204と非接触とされる。
And the gas sensor which uses the division | segmentation type separator divided into two in the axial direction as a separator is also known (patent documents 1 and 2). Split-type separators are often employed when the number of terminal fittings held by the separator is large or for the convenience of assembling the terminal fittings to the separator.
As shown in FIG. 10, in this type of gas sensor, the rear end side of the
On the other hand, the rear
ところで、後端側セパレータ204は外筒204と非接触であるため、車両走行中などでガスセンサが振動したときに、先端側セパレータ202と保持金具208との固定部位を支点として、テコの原理により後端側セパレータ204が径方向Tにブレることがある。
そして、後端側セパレータ204がブレることで、後端側セパレータ204に接している先端側セパレータ202、ひいてはセンサ素子10に径方向の応力が加わり、センサ素子10が破損したり、端子金具20,30との電気的接続が失われるおそれがある。
一方、後端側セパレータ204を外筒206内に保持金具208で保持すると、部品点数や生産工程が増えてコストアップになる。
By the way, since the rear
Then, the rear
On the other hand, if the rear
そこで、本発明は、先端側セパレータと後端側セパレータを有する場合に、センサ素子の破損を抑制し、センサ素子と端子金具との電気的接続の信頼性を向上させたガスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a gas sensor that suppresses breakage of the sensor element and improves the reliability of electrical connection between the sensor element and the terminal fitting when the front end side separator and the rear end side separator are provided. Objective.
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、後端側の外表面に電極部を有するセンサ素子と、前記センサ素子の周囲を取り囲んで前記センサ素子を保持する主体金具と、前記電極部に電気的に接続される端子金具と、前記端子金具を保持すると共に、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の先端側セパレータと、前記先端側セパレータの後端側に同軸に配置され、前記先端側セパレータと直接又は間接的に連結される後端側セパレータと、前記主体金具の後端側に固定され、前記先端側セパレータ及び前記後端側セパレータを包囲する外筒と、を備えたガスセンサであって、前記先端側セパレータが前記外筒に弾性的に保持され、前記後端側セパレータが前記外筒に保持されず、前記軸線方向に直交する第1の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との最小の寸法差をD1とし、前記軸線方向に直交する第2の計測断面において、前記D1が計測される第1の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をD2としたとき、D2<D1を満たすことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the gas sensor of the present invention has a plate shape extending in the axial direction, has a sensor element having an electrode portion on the outer surface on the rear end side, and surrounds the sensor element to hold the sensor element. A metal shell that is electrically connected to the electrode portion, a cylindrical front end separator that holds the terminal metal and surrounds the rear end side of the sensor element, and a rear end of the front end separator. A rear end side separator that is coaxially disposed on the end side and is directly or indirectly connected to the front end side separator, and is fixed to a rear end side of the metal shell, and surrounds the front end side separator and the rear end side separator. A gas sensor, wherein the front end side separator is elastically held by the outer cylinder, and the rear end side separator is not held by the outer cylinder, and is perpendicular to the axial direction. In the measurement cross section, the minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the sensor element and the inner peripheral surface of the front end side separator is D1, and in the second measurement cross section orthogonal to the axial direction, the D1 is measured. When a minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the rear end side separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder is D2 along a direction parallel to the measurement direction 1, D2 <D1 is satisfied. .
ガスセンサが振動すると、先端側セパレータと後端側セパレータとが同軸に連結されているために、外筒に保持された先端側セパレータの固定部位を支点として、後端側セパレータが径方向にブレることがある。
そこで、このガスセンサによれば、D2<D1とすることで、径方向のブレによってセンサ素子が先端側セパレータに衝突する前に、後端側セパレータが外筒の内周面に当接して径方向のブレを吸収する。これにより、後端側セパレータに連結した先端側セパレータ、ひいてはセンサ素子に径方向の応力が加わってセンサ素子が破損することを抑制し、端子金具との電気的接続を維持し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
When the gas sensor vibrates, since the front end side separator and the rear end side separator are coaxially connected, the rear end side separator blurs in the radial direction with the fixed portion of the front end side separator held by the outer cylinder as a fulcrum. Sometimes.
Therefore, according to this gas sensor, by setting D2 <D1, before the sensor element collides with the front end side separator due to radial blur, the rear end side separator comes into contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder and is in the radial direction. Absorbs blurring. As a result, it is possible to prevent the sensor element from being damaged by applying a radial stress to the front end separator connected to the rear end separator, and thus to the sensor element, and to maintain the electrical connection with the terminal fitting. Reliability can be improved.
本発明のガスセンサにおいて、前記第1の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との寸法差をD3とし、前記第2の計測断面において、前記D3が計測される第2の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をD4としたとき、いずれの前記第2の計測方向においても、D4<D3を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、センサ素子が先端側セパレータにどの第2の計測方向(つまり、径方向の360度すべての方向)で接近しても、D2<D1の場合と同様、後端側セパレータが外筒の内周面に先に衝突して第2の計測方向のブレを吸収する。従って、センサ素子が破損することをさらに抑制し、端子金具との電気的接続の信頼性をさらに向上させることができる。
なお、図中のD31,D32はD3に相当し、D41,D42はD4に相当する。
In the gas sensor of the present invention, in the first measurement cross section, a dimensional difference between the outer peripheral surface of the sensor element and the inner peripheral surface of the tip side separator is D3, and the D3 is measured in the second measurement cross section. When the minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the rear end side separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder is D4 along a direction parallel to the second measurement direction, any of the second measurement directions In this case, D4 <D3 may be satisfied.
According to this gas sensor, even if the sensor element approaches the front end side separator in any second measurement direction (that is, all 360 degrees in the radial direction), the rear end side separator is not moved as in the case of D2 <D1. It collides first with the inner peripheral surface of the outer cylinder to absorb the blur in the second measuring direction. Accordingly, the sensor element can be further prevented from being damaged, and the reliability of electrical connection with the terminal fitting can be further improved.
In the figure, D31 and D32 correspond to D3, and D41 and D42 correspond to D4.
本発明のガスセンサにおいて、前記後端側セパレータは、前記端子金具、又は前記端子金具と前記軸線方向に連結する第2の端子金具を包囲し、前記第2の計測断面において、前記端子金具又は前記第2の端子金具と前記後端側セパレータとの最大距離をD5としたとき、D5<D1を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、D5<D1とすることで、D1が縮まってセンサ素子が先端側セパレータに接近し、後端側セパレータもブレたときに、後端側端子金具が後端側セパレータといっしょに動くので、後端側端子金具の破損や変形を抑制できる。一方、D5>D1の場合、D1が縮まってセンサ素子が先端側セパレータに接近し、後端側セパレータもブレたときに、後端側端子金具が後端側セパレータ内で慣性により反対方向にブレてしまい、後端側端子金具が破損や変形するおそれがある。
In the gas sensor of the present invention, the rear end side separator surrounds the terminal fitting or the second terminal fitting connected to the terminal fitting in the axial direction, and the terminal fitting or the When the maximum distance between the second terminal fitting and the rear end side separator is D5, D5 <D1 may be satisfied.
According to this gas sensor, when D5 <D1, when D1 is contracted, the sensor element approaches the front end side separator, and the rear end side separator is also shaken, the rear end side metal fitting is joined with the rear end side separator. Therefore, damage and deformation of the rear end side terminal fitting can be suppressed. On the other hand, in the case of D5> D1, when D1 contracts, the sensor element approaches the front end side separator, and the rear end side separator also blurs, the rear end side terminal fittings blur in the opposite direction due to inertia in the rear end side separator. As a result, the rear end side terminal fitting may be damaged or deformed.
本発明のガスセンサにおいて、前記後端側セパレータに対向する前記外筒の外側に、防水性を有する通気フィルタが配置されていてもよい。
上述のように、本発明は、後端側セパレータが外筒に保持されなくても先端側セパレータの径方向のブレを吸収する。このため、このガスセンサによれば、通気フィルタと外筒との間に、大気の流れを阻害する部材(例えば、後端側セパレータを外筒に保持する保持金具や、外筒を加締めて縮径させた加締め部)を介在させる必要がなく、ガスセンサ内部への大気の導入を安定して行える。
The gas sensor of this invention WHEREIN: The ventilation | gas_flowing filter which has waterproofness may be arrange | positioned on the outer side of the said outer cylinder facing the said rear end side separator.
As described above, the present invention absorbs the radial blur of the front end side separator even if the rear end side separator is not held by the outer cylinder. For this reason, according to this gas sensor, a member that inhibits the flow of air (for example, a holding metal fitting that holds the rear end side separator on the outer cylinder, or an outer cylinder that is swaged and compressed between the ventilation filter and the outer cylinder). There is no need to interpose a diameter caulking portion, and the introduction of the atmosphere into the gas sensor can be performed stably.
この発明によれば、ガスセンサが先端側セパレータと後端側セパレータを有する場合に、センサ素子の破損を抑制し、センサ素子と端子金具との電気的接続の信頼性を向上させることができる。 According to this invention, when a gas sensor has a front end side separator and a rear end side separator, breakage of the sensor element can be suppressed, and the reliability of electrical connection between the sensor element and the terminal fitting can be improved.
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(NOxセンサ)1の軸線O方向に沿う全体断面図、図2はセンサ素子10の斜視図,図3は先端側端子金具20、30を先端側セパレータ90に保持した状態を示す斜視図、図4は先端側端子金具20、30を先端側セパレータ90に保持した状態を示す断面図、図5は後端側端子金具40を後端側セパレータ95に保持した状態を示す斜視図、図6は先端側端子金具20に後端側端子金具40を接続した状態を示す斜視図を示す。
このガスセンサ1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NOxセンサである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
1 is an overall cross-sectional view of the gas sensor (NOx sensor) 1 according to an embodiment of the present invention along the direction of the axis O, FIG. 2 is a perspective view of the
The gas sensor 1 is a NOx sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas of automobiles and various internal combustion engines.
図1において、ガスセンサ1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1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と、自身の先端側の内部空間に、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筒状の先端側セパレータ90と、先端側セパレータ90を軸線O方向に貫通する挿通孔90h(90h1、90h2)に挿通されて保持される6個の先端側端子金具20、30(図1では、2個の先端側端子金具20のみを図示)と、セラミック製筒状の後端側セパレータ95と、後端側セパレータ95に保持される6個の後端側端子金具40(図1では、2個のみを図示)と、を備えている。
In FIG. 1, the gas sensor 1 includes a
又、後端側セパレータ95は、先端側セパレータ90の後端側に同軸に配置され、先端側セパレータ90に直接接して連結されている。
ここで、「同軸」とは、先端側セパレータ90及び後端側セパレータ95の軸心同士が製造公差の範囲内で一致することをいう。具体的には、組付け時の誤差によって軸心にわずかなずれが生じて、後端側セパレータ95を挟んでD2と反対側に、D2よりも大きい寸法差であるDmaxが生じたとしても、Dmax<D1であればよい。
先端側端子金具20、30が特許請求の範囲の「端子金具」に相当し、後端側端子金具40が特許請求の範囲の「第2の端子金具」に相当する。
Further, the rear
Here, “coaxial” means that the axial centers of the front
The front end
なお、図4に示すように、先端側セパレータ90の各挿通孔90h1、90h2は、先端側セパレータ90の先端側で上述の内部空間に連通し、各挿通孔90h1、90h2に保持された各先端側端子金具20、30がセンサ素子10の後端側の外表面に対向し、この外表面に形成された電極パッド(電極部)11aに電気的に接続される。
また、図2に示すように、電極パッド11aは、センサ素子10の後端側の両面にそれぞれ幅方向に3つ並でいる。具体的には、センサ素子10の後端側の幅方向中央に1つの電極パッド11aが配置され、その先端側に2つの電極パッド11aが幅方向に離間して配置されている。
各電極パッド11aは、例えばPtを主体とする焼結体として形成することができる。
一方、センサ素子10の先端のガス検出部11は、アルミナ等の多孔質保護層14で覆われている。
As shown in FIG. 4, the insertion holes 90h1 and 90h2 of the front
In addition, as shown in FIG. 2, three
Each
On the other hand, 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略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140との間には、加締めパッキン157が配置されている。なお、主体金具138の後端部140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。
In addition, inside the through
Further, a caulking packing 157 is disposed between the
一方、図1に示すように、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、センサ素子10の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重のプロテクタである、外部プロテクタ142および内部プロテクタ143が溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel) 2 having a plurality of holes and covering the protruding portion of the
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、後端側端子金具40の後端側にはそれぞれリード線146が接続され、リード線146は後端側セパレータ95の後端側へ引き出されている。
そして、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、後端側セパレータ95から引き出された6本のリード線146(図1では2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、ゴム製の弾性部材であるグロメット170が配置されている。
An
Then, six lead wires 146 (only two are shown in FIG. 1) drawn from the rear
また、主体金具138の後端部140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、先端側セパレータ90が配置され、外表面から径方向外側に突出する鍔部90pが備えられている。先端側セパレータ90は、鍔部90pが保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に保持される。保持部材169は、外筒144の第1加締め部144s1にて外筒144ごと加締められ、外筒144に固定されている。
ここで、保持部材169の内面には径方向に撓む複数の弾性片を有し、先端側セパレータ90はこの弾性片によって保持されることで、外筒144の内部に弾性的に保持される。
又、グロメット170と先端側セパレータ90の間に後端側セパレータ95が配置され、グロメット170の弾性力により後端側セパレータ95が先端側セパレータ90を先端側へ押圧する。これにより、鍔部90pが保持部材169側へ押し付けられ、先端側セパレータ90及び後端側セパレータ95は、外筒144の内部に互いに接続された状態で(つまり、軸線O方向に分離せずに)保持されている。
In addition, on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the
Here, the inner surface of the holding
Further, a rear
さらに、軸線O方向に先端側セパレータ90の後端からグロメット170の先端にかけて、外筒144の外側に保護外筒145が被せられ、外筒144と保護外筒145の間には撥水性の通気フィルタ180が配置されている。
より、具体的には、外筒144の後端部の側面には、周方向に等間隔で4個(図1では2個のみ図示)の第1通気孔144hが開口し、外筒144内部へ外気を導入可能になっている。そして、外筒144の径方向外側には、第1通気孔144hを塞ぐように環状の通気フィルタ180が被せられ、さらに通気フィルタ180を径方向外側から保護外筒145が囲んでいる。保護外筒145の側面には周方向に等間隔で6個(図2では2個のみ図示)の第2通気孔145hが開口し、第2通気孔145hから通気フィルタ180の外面の一部が露出することで第2通気孔145hが通気フィルタ180に連通し、外気が通気フィルタ180を介して外筒144内部に導入されるようになっている。
Further, a protective
More specifically, on the side surface of the rear end portion of the
通気フィルタ180は撥水性(防水性)を有し、例えばテフロン(登録商標)等のフッ素系樹脂等の多孔質構造体からなり、撥水性(防水性)を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子10に基準ガス(大気)を導入するようになっている。
The
そして、外筒144と保護外筒145は、第1通気孔144h及び第2通気孔145hよりそれぞれ先後の2箇所で、通気フィルタ180を介して加締められ、先端側加締め部144s3及び後端側加締め部144s4が設けられている。
さらに、保護外筒145の先端は、先端側加締め部144s3より先端の第2加締め部144s2にて外筒144ごと加締められ、外筒144に固定されている。
なお、後端側セパレータ95は外筒144と非接触となっていて、通気フィルタ180を介して導入された外気は、後端側セパレータ95と外筒144の隙間Gからセンサ素子10側へ流入する。
The
Further, the distal end of the protective
The rear
図3は先端側端子金具20、30を先端側セパレータ90に保持した状態を示す斜視図である。図3の下側が先端Fに相当する。又、本実施形態では2つの種類の先端側端子金具20、30が合計6本用いられる。
なお、図4に示すように、4本の先端側端子金具30はいずれも先端側セパレータ90内で隣接する先端側端子金具30同士が線対称の形状であり、2本の先端側端子金具20はいずれも先端側セパレータ90内で対向する先端側端子金具20同士が線対称の形状である。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the distal end
As shown in FIG. 4, the four tip
先端側端子金具20は全体として軸線O方向に延び、後端側端子金具40に接続される接続部23と、接続部23の先端側に繋がる略板状の本体部21と、本体部21の先端側でセンサ素子10に向かって折り返される弾性部22と、を一体に備えている。
接続部23は断面C字の円筒状をなし、この筒内に、先端が断面C字の円筒状の後端側端子金具40の先端部43(図6参照)が嵌挿されて接続される。この場合、先端側端子金具20は後端側端子金具40を介してリード線146に間接的に接続されることとなる。
弾性部22は、本体部21の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、図2の後端側の1つの電極パッド11aに弾性的に接続する。なお、弾性部22は、本体部21に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
さらに、本体部21には、先端側セパレータ90の内壁等に係止される各種形状の保持部が形成されている。
The front end side terminal fitting 20 extends in the direction of the axis O as a whole, the
The connecting
The
Further, the
又、先端側端子金具30は全体として軸線O方向に延び、後端側端子金具40に接続される接続部33と、接続部33の先端側に繋がる略板状の本体部31と、本体部31の先端側でセンサ素子10に向かって折り返される弾性部32と、を一体に備えている。
接続部33は、接続部23と同様な円筒状をなし、接続部23と同様、自身の筒内に後端側端子金具40の先端部43が嵌挿されて接続される。
弾性部32は、本体部31の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、図2の先端側の2つの電極パッド11aに弾性的に接続する。なお、弾性部32は、本体部31に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
本体部31は断面L字状になっていて、先端側セパレータ90の内壁等に係止される各種形状の保持部が形成されている。
先端側端子金具20、30は、それぞれ例えば1枚の金属板(インコネル(登録商標)等)を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
Further, the front end side terminal fitting 30 extends in the direction of the axis O as a whole, a connection portion 33 connected to the rear end side terminal fitting 40, a substantially plate-like
The connection portion 33 has a cylindrical shape similar to that of the
The
The
The distal-
図4に示すように、先端側セパレータ90は挿通孔90h1、90h2を有している。挿通孔90h2は、先端側セパレータ90の四隅に配置され、挿通孔90h1は、センサ素子10の幅方向に沿って2つの挿通孔90h2の間に位置する。
挿通孔90h1、90h2に、それぞれ先端側端子金具20、30が挿通され、先端側セパレータ90内に保持される。
そして、先端側端子金具20、30が先端側セパレータ90内に保持された状態で、接続部23、33が先端側セパレータ90の後端側へ突出している(図3(b))。
As shown in FIG. 4, the front
The distal end
And the
一方、図6に示すように、後端側端子金具40は全体として軸線O方向に延び、後端側から、リード線146に接続されるリード線接続部47と、後端側セパレータ95に保持される断面C字の円筒状の中央部45と、断面C字の円筒状の先端部43と、をこの順に一体に備えている。さらに、先端部43と中央部45との間は先端側頸部49を介して一体に接続され、中央部45とリード線接続部47の間は後端側頸部41を介して一体に接続されている。
後端側端子金具40は、例えば1枚の金属板(SUS304等)を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the rear end side terminal fitting 40 extends in the direction of the axis O as a whole, and is held by the lead
The rear end side terminal fitting 40 can be manufactured, for example, by punching out a single metal plate (SUS304 or the like) and then bending it into a predetermined shape, but is not limited thereto.
リード線接続部47は筒状(圧着によるバレル形状)をなし、リード線146の先端の被覆を向いて露出させた芯線を挟み込み、圧着する(加締める)ことで芯線を外側から把持する。
先端部43は円筒状をなし、先端に向かって尖っている。そして、接続部23、33の筒内に、先端部43が嵌挿され、後端側端子金具40が先端側端子金具20、30と電気的に接続されるようになっている。
中央部45は、リード線接続部47及び先端部43よりも径大である。
The lead
The
The
そして、図5に示すように、後端側セパレータ95は周方向に並ぶ6個の挿通孔95hを有している。ここで、挿通孔95hは先端F側が径大で、軸線O方向中央近傍で段状に縮径しており、この段部が先端向き面(図示せず)を形成している。
又、後端側セパレータ95の先端向き面の外周側には、先端側に突出する2つの凸部95pが形成されている。
As shown in FIG. 5, the rear
Further, on the outer peripheral side of the surface facing the front end of the rear
そして、挿通孔95hの先端側に予めリード線146を通し、後端側セパレータ95の先端側でリード線146を後端側端子金具40のリード線接続部47に圧着して接続しておく。次に、挿通孔95hに先端F側から後端側端子金具40のリード線146側の一部を挿通してリード線146を後端側へ引き出すと、後端側端子金具40の中央部45の後端向き面が、後端側セパレータ95の先端向き面に当接して位置決めされ、後端側端子金具40が後端側セパレータ95内に保持される。
Then, the
ここで、図5に示すように、後端側端子金具40の先端部43が後端側セパレータ95の先端向き面よりも突出している。
そして、図3に示した先端側セパレータ90及び図5に示した後端側セパレータ95を、凸部95pを介してそれぞれ先端側と後端側に接して配置する。これにより、図6に示すように、後端側端子金具40の先端部43が、先端側端子金具20の接続部23に嵌挿されて互いに連結される。
凸部95pは、先端側セパレータ90の後端向き面、及び後端側セパレータ95の先端向き面からそれぞれ突45出した先端側端子金具20及び後端側端子金具40を軸線O方向に支持し、これら端子が先端側セパレータ90と後端側セパレータ95の間で潰れないようにしている。
なお、図示はしないが、先端側端子金具30についても同様に、後端側端子金具40の先端部43が、先端側端子金具30の接続部33に嵌挿されて互いに連結される。
つまり、本実施形態では、後端側端子金具40は、先端側端子金具30を介してセンサ素子10の電極パッド11aに間接的に電気的に接続されることになる。
Here, as shown in FIG. 5, the
Then, the front
The
Although not shown in the drawings, the
That is, in the present embodiment, the rear end side terminal fitting 40 is indirectly electrically connected to the
次に、図7を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
図7は、図1のA−A線及びB−B線に沿う断面において先端側セパレータ90及び後端側セパレータ95の断面図であり、各断面を同じ向きに並べた図である。
図7(b)に示すように、A−A線に沿う(軸線O方向に直交する)断面である第1の計測断面S1において、センサ素子10の外周面と先端側セパレータ90の内周面との最小の寸法差(最小距離)をD1とする。そして、D1が計測される方向(D1の両端を結ぶ方向、図7では左右方向)を第1の計測方向M1とする。
ここで、図7(a)に示すように、B−B線に沿う(軸線O方向に直交する)断面である第2の計測断面S2において、第1の計測方向M1と平行な方向に沿って、後端側セパレータ95の外周面と外筒144の内周面との最小の寸法差をD2とする。このD2は、第1の計測方向M1と平行であれば、必ずしも後端側セパレータ95の外周面と外筒144の内周面との最小距離とは限らない。又、「外筒」とは、複数の外筒(外筒144、保護外筒145)を有する場合は、最も内側の部材をいう。
このとき、D2<D1を満たすことが必要である。これは以下の理由による。
Next, a characteristic part of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the front
As shown in FIG. 7B, in the first measurement cross section S1 that is a cross section along the line AA (perpendicular to the direction of the axis O), the outer peripheral surface of the
Here, as shown in FIG. 7A, in the second measurement section S2 that is a section along the line BB (perpendicular to the direction of the axis O), the direction is parallel to the first measurement direction M1. The minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the rear
At this time, it is necessary to satisfy D2 <D1. This is due to the following reason.
図1に示すように、ガスセンサ1が振動すると、先端側セパレータ90と後端側セパレータ95とが同軸に連結されているために、保持金具169で外筒144に保持された先端側セパレータ90の固定部位を支点として、後端側セパレータ95が径方向Tにブレることがある。
そこで、D2<D1とすれば、径方向Tのブレによってセンサ素子10が先端側セパレータ90に衝突する前に、後端側セパレータ95が外筒144の内周面に当接して径方向Tのブレを吸収する。これにより、後端側セパレータ95に連結した先端側セパレータ90、ひいてはセンサ素子10に径方向の応力が加わってセンサ素子10が破損することを抑制し、端子金具20,30との電気的接続を維持し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
As shown in FIG. 1, when the gas sensor 1 vibrates, the front
Therefore, if D2 <D1, before the
このような観点からは、第1の計測断面S1としては、センサ素子10が先端側セパレータ90に最初に衝突する断面、つまり軸線O方向に直交する複数の断面のうち、センサ素子10の外周面が先端側セパレータ90の内周面に最も近づく断面を、図1の軸線O方向に沿う断面から選び出す。但し、本例では、先端側セパレータ90の内孔が軸線O方向にストレートであるので、どの断面を第1の計測断面S1に採用しても構わない
なお、センサ素子10が先端側セパレータ90を通っていない部位は、第1の計測断面S1の対象から除外する。
From such a viewpoint, as the first measurement cross section S1, the outer peripheral surface of the
同様に第2の計測断面S2としては、後端側セパレータ95が外筒144の内周面に最初に衝突する断面、つまり軸線O方向に直交する複数の断面のうち、後端側セパレータ95が外筒144の内周面に最も近づく断面を、図1の軸線O方向に沿う断面から選び出す。
本例では、後端側セパレータ95は軸線O方向にストレートであるが、外筒144の後端側加締め部144s4が最も径方向内側に位置するので、後端側加締め部144s4における断面を第2の計測断面S2に採用する。
Similarly, as the second measurement cross section S2, the rear
In this example, the rear
又、D2を第1の計測方向M1と平行な方向とする理由は、先端側セパレータ90と後端側セパレータ95とが連結されているために、センサ素子10が先端側セパレータ90に最初に衝突するD1の方向と、D2の方向を揃えることで、センサ素子10が先端側セパレータ90の内周面に計測方向M1にブレて接近した際、後端側セパレータ95が外筒144の内周面に先に接触してブレを吸収できるからである。
これに対し、仮にD2を計測方向M1と揃えない場合(例えば、M1と垂直な方向)、D1が計測方向M1に近接するのとD2が無関係であり、計測方向M1へのブレを有効に吸収できない。
The reason why D2 is set in the direction parallel to the first measurement direction M1 is that the front-
On the other hand, if D2 is not aligned with measurement direction M1 (for example, a direction perpendicular to M1), D2 is irrelevant if D1 is close to measurement direction M1, and effectively absorbs blurring in measurement direction M1. Can not.
又、先端側セパレータ90と後端側セパレータ95が同軸に配置される必要がある理由は以下による。
つまり、図8に示すように、先端側セパレータ90と後端側セパレータ95の軸心が大きくずれている場合、後端側セパレータ95と外筒144の軸心もずれ、仮にD2<D1を満たしても、後端側セパレータ95を挟んでD2と反対側に、セパレータ95と外筒144の間隔が大きく開いた寸法差Dmaxが生じる。
そうすると、後端側セパレータ95がD2を狭める向きに外筒144に近接したときは上述のようにしてブレを吸収できるものの、Dmaxを狭める向きに外筒144に近接したときには、Dmax>D1となるのでブレを有効に吸収できず、センサ素子10が先端側セパレータ90に先に衝突することを抑制できなくなるからである。
The reason why the front
That is, as shown in FIG. 8, when the axial centers of the front
Then, when the rear
なお、図7に示すように、第1の計測断面S1において、センサ素子10の外周面と先端側セパレータ90の内周面との寸法差をD3とし、第2の計測断面S2において、D3が計測される第2の計測方向と平行な方向に沿って、後端側セパレータ95の外周面と外筒144の内周面との最小の寸法差をD4としたとき、いずれの第2の計測方向においても、D4<D3を満たすとよい。
ここで、例えば、D3として図7の上下方向である第2の計測方向M31に沿って計測されたD31に対し、D4として第2の計測方向M31と平行な方向に沿ってD41が規定される。同様に、D3として図7の斜め方向である第2の計測方向M32に沿って計測されたD32に対し、D4として第2の計測方向M32と平行な方向に沿ってD42が規定される。
As shown in FIG. 7, in the first measurement cross section S1, the dimensional difference between the outer peripheral surface of the
Here, for example, D41 is defined along the direction parallel to the second measurement direction M31 as D4 with respect to D31 measured along the second measurement direction M31 which is the vertical direction of FIG. 7 as D3. . Similarly, D42 is defined along the direction parallel to the second measurement direction M32 as D4 with respect to D32 measured along the second measurement direction M32 which is the oblique direction of FIG. 7 as D3.
このとき、D41<D31,かつD42<D32である。これを第1の計測断面S1におけるすべての第2の計測方向で満たせば、センサ素子10が先端側セパレータ90にどの第2の計測方向(つまり、径方向の360度すべての方向)で接近しても、後端側セパレータ95が外筒144の内周面に先に衝突して第2の計測方向のブレを吸収する。従って、センサ素子10が破損することをさらに抑制し、端子金具20,30との電気的接続の信頼性をさらに向上させることができる。
At this time, D41 <D31 and D42 <D32. If this is satisfied in all the second measurement directions in the first measurement cross section S1, the
なお、図7において、後端側セパレータ95の各挿通孔95hが後端側端子金具40を包囲している。ここで、第2の計測断面S2において、後端側端子金具40と後端側セパレータ95(挿通孔95h)との最大距離をD5としたとき、D5<D1を満たすとよい。
D5<D1とすることで、D1が縮まってセンサ素子10が先端側セパレータ90に接近し、後端側セパレータ95もブレたときに、後端側端子金具40が後端側セパレータ95といっしょに動くので、後端側端子金具40の破損や変形を抑制できる。一方、D5>D1の場合、D1が縮まってセンサ素子10が先端側セパレータ90に接近し、後端側セパレータ95もブレたときに、後端側端子金具40が後端側セパレータ95内で慣性により反対方向にブレてしまい、後端側端子金具40が破損や変形するおそれがある。
In FIG. 7, each
By setting D5 <D1, when D1 contracts, the
又、本発明は、後端側セパレータ95に対向する外筒144の外側に、防水性を有する通気フィルタ180が配置されている場合にさらに有効である。
上述のように、本発明は、後端側セパレータ95が外筒144に保持されなくても先端側セパレータ90の径方向のブレを吸収する。このため、通気フィルタ180と外筒144との間に、大気の流れを阻害する部材(例えば、後端側セパレータ95を外筒144に保持する保持金具や、外筒144を加締めて縮径させた加締め部)を介在させる必要がなく、ガスセンサ1内部への大気の導入を安定して行える。
Further, the present invention is more effective when a
As described above, the present invention absorbs the radial blur of the front
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。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
後端側セパレータは先端側セパレータに間接的に連結されてもよく、このような例としては、図9に示すように、1個の端子金具50の軸線O方向の異なる2か所にフランジ50f1、50f2を設け、フランジ50f1、50f2間を剛性のある筒状とする。そして、フランジ50f1にて先端側セパレータ90の後端向き面を保持し、フランジ50f2にて後端側セパレータ98の後端向き面を保持し、後端側セパレータ98と先端側セパレータ90とを軸線方向に隙間を設けて連結する形態が挙げられる。
The rear end side separator may be indirectly connected to the front end side separator. As an example, as shown in FIG. 9, the flange 50f1 is provided at two different locations in the direction of the axis O of one
後端側セパレータと先端側セパレータの形状等は上記実施形態に限定されない。又、図8のように、1個の端子金具50が後端側セパレータと先端側セパレータとに配置されてもよい。
後端側セパレータに包囲される端子金具は、必ずしも後端側セパレータに保持されていなくてもよく、後端側セパレータの挿通孔に遊嵌(離間)していてもよい。
又、ガスセンサとしては、NOxセンサの他、酸素センサ、全領域ガスセンサが挙げられる。
The shapes and the like of the rear end side separator and the front end side separator are not limited to the above embodiment. Further, as shown in FIG. 8, one terminal fitting 50 may be disposed on the rear end side separator and the front end side separator.
The terminal fitting surrounded by the rear end side separator does not necessarily have to be held by the rear end side separator, and may be loosely fitted (separated) into the insertion hole of the rear end side separator.
Examples of the gas sensor include an NOx sensor, an oxygen sensor, and a full range gas sensor.
1 ガスセンサ
10 センサ素子
11a 電極部(電極パッド)
20、30 端子金具(先端側端子金具)
40 第2の端子金具(後端側端子金具)
50 1個の端子金具
90 先端側セパレータ
95,98 後端側セパレータ
138 主体金具
144 外筒
180 通気フィルタ
S1 第1の計測断面
S2 第2の計測断面
M1 第1の計測方向
M2,M3 第2の計測方向
O 軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
20, 30 Terminal bracket (tip side terminal bracket)
40 Second terminal fitting (rear terminal fitting)
50 One terminal fitting 90 Front
Claims (4)
前記センサ素子の周囲を取り囲んで前記センサ素子を保持する主体金具と、
前記電極部に電気的に接続される端子金具と、
前記端子金具を保持すると共に、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の先端側セパレータと、
前記先端側セパレータの後端側に同軸に配置され、前記先端側セパレータと直接又は間接的に連結される後端側セパレータと、
前記主体金具の後端側に固定され、前記先端側セパレータ及び前記後端側セパレータを包囲する外筒と、
を備えたガスセンサであって、
前記先端側セパレータが前記外筒に弾性的に保持され、前記後端側セパレータが前記外筒に保持されず、
前記軸線方向に直交する第1の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との最小の寸法差をD1とし、
前記軸線方向に直交する第2の計測断面において、前記D1が計測される第1の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をD2としたとき、
D2<D1を満たすことを特徴とするガスセンサ。 A sensor element having a plate shape extending in the axial direction and having an electrode portion on the outer surface on the rear end side;
A metal shell that surrounds the sensor element and holds the sensor element;
A terminal fitting electrically connected to the electrode portion;
A cylindrical tip side separator that holds the terminal fitting and surrounds the rear end side of the sensor element;
A rear end side separator that is coaxially disposed on the rear end side of the front end side separator and is directly or indirectly connected to the front end side separator;
An outer cylinder fixed to a rear end side of the metal shell and surrounding the front end side separator and the rear end side separator;
A gas sensor comprising:
The front end side separator is elastically held by the outer cylinder, the rear end side separator is not held by the outer cylinder,
In the first measurement cross section orthogonal to the axial direction, the minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the sensor element and the inner peripheral surface of the front end side separator is D1,
In a second measurement cross section orthogonal to the axial direction, along the direction parallel to the first measurement direction in which the D1 is measured, the outer peripheral surface of the rear end side separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder When the minimum dimensional difference is D2,
A gas sensor characterized by satisfying D2 <D1.
前記第2の計測断面において、前記D3が計測される第2の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をD4としたとき、
いずれの前記第2の計測方向においても、D4<D3を満たすことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 In the first measurement cross section, D3 is a dimensional difference between the outer peripheral surface of the sensor element and the inner peripheral surface of the tip side separator,
In the second measurement cross section, a minimum dimensional difference between the outer peripheral surface of the rear end side separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder is along a direction parallel to the second measurement direction in which the D3 is measured. When D4
2. The gas sensor according to claim 1, wherein D4 <D3 is satisfied in any of the second measurement directions.
前記第2の計測断面において、前記端子金具又は前記第2の端子金具と前記後端側セパレータとの最大距離をD5としたとき、
D5<D1を満たす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 rear end side separator surrounds the terminal fitting or the second terminal fitting connected to the terminal fitting in the axial direction,
In the second measurement cross section, when the maximum distance between the terminal fitting or the second terminal fitting and the rear end separator is D5,
The gas sensor according to claim 1, wherein D5 <D1 is satisfied.
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