JP3696444B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素センサ、HCセンサ、NOxセンサなど、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、上述のようなガスセンサとして、固体電解質部材の両面に電極層が形成された筒状ないし板状の検出素子を、筒状のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。例えばガスセンサとして代表的な酸素センサの場合、先端部が閉じた中空軸状の固体電解質部材の内外面にそれぞれ電極層が形成された酸素検出素子を、前方側が測定対象となるガスに向けられるような形で筒状のケーシング内に配し、酸素検出素子の先端外面をガスと接触させるとともに、その内面に基準ガスとしての大気を導入して、その内外面に生ずる酸素濃淡電池起電力を、ガス中の酸素濃度の検出信号として内外電極層からリード線を介して外部へ出力した構造のものが広く用いられている。また、上記のような酸素センサにおいては、リード線をケーシングから取り出すための構造として、酸素検出素子の後端部側に個別のリード線挿通孔が形成されたセラミックセパレータを配置させ、リード線挿通孔に各リード線を通すように構成されることが多い。なお、このようにセラミックセパレータを使用することにより、リード線同士の短絡の防止を図っている。
【0003】
ところで、セラミックセパレータを使用する従来のガスセンサは、例えばセラミックセパレータの外周面に突出するフランジ部を形成し、そのセラミックセパレータをケーシング内に挿入させるとともに、そのフランジ部をケーシングの開口端面に当接させ、さらにその外側を筒状のカバー部材で覆うようにした二重構造のものが多い。このような二重構造のものでは、例えば、カバー部材に段付き部を設け、カバー部材をケーシングに対して軸方向に押圧しながら、セラミックセパレータのフランジ部をケーシング開口端部とカバー部材の段付き部との間で挟み込むことで、セラミックセパレータを保持している。また、上記二重構造にあっては、ケーシングとカバー部材との気密性を維持するため加締め等の接合手段を施す必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年、排気ガスによる大気汚染など環境保護上の問題に対応するために、ガスセンサに対する需要も増え、それに伴う低コスト化やコンパクト化に対する要望も年々高まりつつある。そのために、ガスセンサの構造の見直しによる部品点数の削減、組立工数の削減が要求され、それと同時にセンサ自体のコンパクト化も要求されている。
【0005】
本発明の課題は、センサ構造全体の簡素化・コンパクト化および組立工数の削減を図ることのできるガスセンサ構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、第一番目の発明にかかるガスセンサは、前方側が測定対象となるガスに向けられる軸状の検出素子と、前記検出素子の外側に配置される径方向において一重に構成された筒状の外筒部材と、前記検出素子よりも後方側に配置されるとともに、前記外筒部材の内側に配置され、前記検出素子からのリード線を挿通するためのリード線挿通孔が形成されるセラミックセパレータとを備え、前記セラミックセパレータには外周面から突出するセパレータ側支持部が形成される一方、一重に構成された前記外筒部材には内周面から突出する外筒側支持部が形成され、該セパレータ側支持部が該外筒側支持部に直接または他部材を介して間接的に支持されてなり、
前記外筒部材の後端開口部に嵌入されるとともに、前記セラミックセパレータの後端面に直接または他部材を介して間接的に接触するグロメットが備えられてなることを特徴とする。
【0007】
上記本発明によれば、従来のようにケーシングの開口端面にセラミックセパレータのフランジ部を支持させるのではなく、外筒部材の任意の部位を内周面から内向きに突出して形成される外筒側支持部にセラミックセパレータの外周面から突出形成されるセパレータ側支持部を支持させることにより、セラミックセパレータを保持するにあたり、セラミックセパレータの外側を別のカバー部材を用いて覆う必要がない。すなわち、セラミックセパレータを保持するにあたり、従来必要であった二重構造を廃止して、センサの部品点数の削減、それに伴うセンサ構造の簡素化・コンパクト化が図れ、さらには低コスト化にも寄与することができる。しかも、従来必要であった二重構造を廃止できることから、ケーシングとカバー部材との気密性を維持するための加締め等の接合手段が不要となり、セラミックセパレータの保持を容易にするばかりか、組立工数の削減を図ることもでき、ひいては低コスト化にも寄与することができる。さらに、セラミックセパレータが既存品であるグロメットによりがたつきなく安定的に保持できるので、部品点数の削減を図ることができる。なお、部品点数削減の観点においては、セラミックセパレータ(のセパレータ側支持部)は外筒側支持部に対して他部材を介さず直接支持させる構造がより望ましい。
【0008】
ここで上記発明のセパレータ側支持部の前方側支持面を、前方側に向かうほど外径が小となる傾斜面に形成し、また外筒側支持部の後方側支持面を、前方側に向かうほど内径が小となる傾斜面に形成することができる。これらの傾斜面を設けることにより、外筒部材に対してセラミックセパレータの挿入がスムーズに行える。例えばセパレータ側支持部の前方側支持面の傾斜は、セラミックセパレータのセパレータ側支持部が外筒部材の後端開口部に挿入される際の案内ガイドとなり、外筒側支持部の後方側支持面の傾斜は、セラミックセパレータの先端部が外筒側支持部の内側に挿入される際の案内ガイドとなる。
【0010】
さらに本発明のグロメットは、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容する通気部を有することができる。フィルタ等の通気部をグロメットに設けることで、ガスセンサの中で最も高温に晒される部位である検出部から通気部をできるだけ遠ざけることができ、例えばシリコンゴム、フッ素樹脂等のフィルタ構成材に関して耐熱性を確保することができる。また、例えば自動車用の酸素センサの場合、その取り付け場所はエンジンルーム以外にも、車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられることも多い。このような状況においてはガスセンサは、雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けたり時には水没したりすることになる。フィルタ等の通気部をグロメットに設けることで、通気部を相対的に高位置に設けることが容易になり、水滴が侵入しにくく防水性の高い状態での外気導入を可能にする。
【0011】
さらに本発明は、セパレータ側支持部と外筒側支持部のうちの少なくとも一方に、通気路を形成することができる。セラミックセパレータの外周面に沿うように通気路を形成すると、ガスセンサの内部において基準ガスの循環が促進されて換気性能がよくなる傾向がみられる。そこで、排気ガス等の混入が少ない状態で基準ガスを導入して、排気ガス濃度の検出が精度よく行える。
【0012】
さらに本発明の通気路は、グロメットに設けられる通気部と連通することができる。ガスセンサの小型化により容積率が増大した場合にも、測定に必要な酸素(大気)等の基準ガスを取り入れるために通気径路の確保が容易である。
【0013】
さらに本発明の外筒側支持部は、外筒部材の内周面から突出して、周方向に断続的に形成することができる。かかる構成をとるときには、外筒側支持部の形成加工が容易に行え、加工コストの低廉化が図れる。全周にわたり一体的にフランジ状の外筒側支持部が形成される場合に比べて、安価にかつ高精度で加工できるとともに、隣合う外筒側支持部間にできる周方向の隙間が前述の通気路を形成し、大気の通気量が増して換気性能が向上する。
【0014】
さらに本発明は、検出素子に形成される電極層と導通し、当該検出素子の電気的出力を外部に取り出す端子金具の一端が該検出素子の後端部に係合され、その他端が前記セラミックセパレータに形成されるリード線挿通孔内にてリード線と接続されており、
前記外筒部材の後端から前記検出素子の後端までの軸線方向距離をL1とし、前記セパレータ側支持部の前端から前記端子金具と前記検出素子との係合部前端までの軸線方向距離をL2としたときに、L1>L2の関係を満足する構成をとることができる。端子金具が検出素子の後端部に係合する以前に、セパレータ側支持部が外筒部材の後端部に挿入開始され、組立の際の基準側であるセラミックセパレータ側のズレを先に矯正し位置決めを行うこととなり、その後の組立作業がスムーズにかつ能率的に行える。
【0015】
ここで、検出素子の内外面に電極層がそれぞれ形成され、各電極層に対応して第一及び第二の端子金具が嵌合するような場合には、軸線方向距離L2は次のようにして定められる。すなわち、L2は、セパレータ側支持部の前端から、第一又は第二端子金具のうち先に検出素子の後端との係合を開始する端子金具と検出素子との係合部前端までの軸線方向距離をいう。
【0017】
さらに本発明の外筒部材の肉厚tは、0.3≦t≦0.8mmが望ましい。例えば自動車用の酸素センサの場合、車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられて路面からの石はね等による衝撃を受けても破損等を生じにくくすることができる。
【0018】
また、上記課題を解決するために、第二番目の発明にかかるガスセンサは、
前方側が測定対象となるガスに向けられる軸状の検出素子と、
前記検出素子の外側に配置される筒状の外筒部材と、
前記検出素子よりも後方側に配置されるとともに、前記外筒部材の内側に配置され、前記検出素子からのリード線を挿通するためのリード線挿通孔が形成されるセラミックセパレータとを備え、
前記セラミックセパレータには外周面から突出するセパレータ側支持部が形成される一方、前記外筒部材には内周面から突出する外筒側支持部が形成され、該セパレータ側支持部が該外筒側支持部に直接または他部材を介して間接的に支持されるとともに、
前記検出素子に形成される電極層と導通し、当該検出素子の電気的出力を外部に取り出す端子金具の一端が該検出素子の後端部に係合され、その他端が前記セラミックセパレータに形成されるリード線挿通孔内にてリード線と接続されており、
前記外筒部材の後端から前記検出素子の後端までの軸線方向距離をL1とし、前記セパレータ側支持部の前端から前記端子金具と前記検出素子との係合部前端までの軸線方向距離をL2としたときに、L1>L2の関係を満足することを特徴とする。
【0019】
組立の際の基準側であるセラミックセパレータ側のズレを先に矯正し位置決めを行えば、その後の組立がスムーズであり、組み付け性が良好となって作業効率が向上する。すなわち、端子金具が検出素子の後端部に係合する以前に、セパレータ側支持部が外筒部材の後端部に挿入開始され、セラミックセパレータの位置決め及びズレの矯正が確実に行われる。この矯正され位置決めされたセラミックセパレータを基準として端子金具が検出素子の後端部に係合することとなってその後の組み付け作業が効率よく行える。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
図1は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示し、図2は要部の拡大図である。酸素センサ1(ガスセンサ)は、先端が閉じた中空軸状の酸素検出素子2(検出素子)と、酸素検出素子2の中空部2aに挿入された発熱体3とを備える。酸素検出素子2は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質により中空軸状に形成されている。なお、このような固体電解質としては、Y2O3ないし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ないし希土類金属の酸化物とZrO2との固溶体を使用してもよい。さらには、ベースとなるZrO2にはHfO2が含有されていてもよい。そして、図2及び図3に示すように、酸素検出素子2の中空部2aの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばPtあるいはPt合金により多孔質に形成された内部電極層2cが、一方その外面にはその前方部を覆うように、同じく外部電極層2bがそれぞれ設けられている。また、この酸素検出素子2の中間部外側には、絶縁性セラミックから形成されたインシュレータ6,7及びタルクから形成されたセラミック粉末8を介して筒状の金属製ケーシング10が設けられている。なお、以下の説明において、酸素検出素子2の軸方向先端部に向かう側(閉じている側)を「前方側」、これと反対方向に向かう側を「後方側」と称する。
【0021】
ケーシング10は、酸素センサ1を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部9bを有する主体金具9と、その主体金具9の前方側開口部を覆うように取り付けられたプロテクタ11からなる。本実施例の酸素センサ1はねじ部9bより前方が排気管等のエンジン内に位置し、それより後方は外部の大気中に位置して使用される。主体金具9(ケーシング10)は、その前方側開口部から酸素検出素子2の先端側(検出部)を測定対象となる排気ガスに向けられるように突出させた状態で酸素検出素子2を保持するとともに、この開口部に形成される筒状のプロテクタ装着部9aにキャップ状のプロテクタ11が装着されて、酸素検出素子2の検出部を所定の空間を隔てて覆っている。プロテクタ11には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口12が貫通形態で形成されている。
【0022】
主体金具9の後方部は、絶縁体6との間にリング15を介して加締められ、この主体金具9に筒状の金属製外筒部材16の前端側に形成された開口部が外側から嵌合・固定されている。また、この外筒部材16の後端側開口部はゴム等で構成されたグロメット17を嵌入させることにより封止され、さらにこれに続いて内方(前方側)にセラミックセパレータ18が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ18及びグロメット17を貫通するように、酸素検出素子2用のリード線20,21及び発熱体3用のリード線19,22が配置されている(図5、図6参照)。
【0023】
セラミックセパレータ18は、ケーシング10の後方側にケーシング10とほぼ同軸的に設けられている。外筒部材16は、セラミックセパレータ18を外側から覆う状態で、ケーシング10に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなす。グロメット17は、セラミックセパレータ18の後方側に位置して、外筒部材16の後端開口部に対しその内側に弾性的に嵌入されている。
【0024】
次に、酸素検出素子2用の一方のリード線21は、互いに一体に形成されたコネクタ23a、引出し線部23b、固定部23c及び下方押圧部23dとを有する第一端子金具23(端子金具)を経て前述の酸素検出素子2の内部電極層2c(図2)と電気的に接続されている。一方、他方のリード線20は、互いに一体に形成されたコネクタ33a、引出し線部33b及び金具本体部33cとを有する第二端子金具33(端子金具)を経て、酸素検出素子2の外部電極層2b(図3)と電気的に接続されている。酸素検出素子2は、その内側に配置された発熱体3で加熱することで活性化される。発熱体3は棒状のセラミックヒータであり、Al2O3を主とする芯材に抵抗発熱体(図示せず)を有する発熱部3aが、+極側及び−極側の発熱体端子部3b,3bに接続されるリード線19,22(図6)を経て通電されることにより、酸素検出素子2の先端部(検出部)を加熱する。各リード線19,20,21,22は、セラミックセパレータ18の軸線方向に貫通して設けられた4個のリード線挿通孔18aと、グロメット17の軸線方向に貫通して設けられた4個のリード線挿通孔17aとに、各々挿通されて外部へ引き出されている。
【0025】
なお、発熱体3に形成される発熱部3aは、発熱体3の周方向に偏在することで、より小さな容積に発熱エネルギーが集中することになり、ヒータ通電時間の活性化時間を短縮する上で効果的である。また、発熱部3aを発熱体3の先端部に偏在させるようにすれば、酸素検出素子2を速やかに加熱する上で有効である。つまり、発熱部3aを発熱体3の全体に広げることもできるが、そうすると熱エネルギーが分散しやすくなるため、むしろ発熱部3aを発熱体3の先端部に偏在させた方が局部的に発熱するために好ましい。そして、このような発熱部3aの形成と、後述するように少なくとも発熱体3の先端部を酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触させることとの組み合わせにより、酸素センサ1の活性化時間をより短縮することができる。
【0026】
図2及び図3に示すように、第一端子金具23(端子金具)は、先端側に形成された下方押圧部23dの内面で発熱体3の外面を押圧し、少なくとも発熱体3の先端部を酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触させる。下方押圧部23dに続く固定部23cの外面が酸素検出素子2の内面に嵌入することにより第一端子金具23を軸方向に位置固定する。また引出し線部23bの一端が固定部23cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ23aが一体化されている。なお、23gは固定部23cが発熱体端部収容穴18cに入り込まないようにするための鍔である。
【0027】
下方押圧部23dは、略L字状の横断面形状を有する2個の部材を向き合わせて発熱体3の周囲を包囲する形態で形成されている。そして、発熱体3の挿入に伴い弾性的に押し広げられ、その弾性復元力、すなわち押圧力により発熱体3を径方向に押すことによって、少なくとも発熱体3の先端部を酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触させる。
【0028】
また、固定部23cは、板状金属体を円筒状に曲げ加工することにより、周方向の一部に開口を有する、軸直交断面で見て略C字状又は略馬蹄形状の形態で形成されている。固定部23cの内側に挿通される発熱体3は、固定部23cの開口の左右両縁部に設けられる下方押圧部23dでの押圧により開口と反対側の固定部23c内周面で支持されている。そして、固定部23cの外周面が酸素検出素子2の内壁面に直接嵌入することにより第一端子金具23を軸方向に位置固定する。なお、固定部23cの上方部(後方部)において、開口の左右両縁部側近傍には固定部23cの周面の一部にコ字状の切れ目を設け、この切れ目が径方向内側へ折り込まれて上方押圧部23eを形成している。上方押圧部23eは、発熱体3の挿入時には弾性的に押し広げられて弾性復元力すなわち押圧力を生じ、発熱体3を径方向に押す。
【0029】
ここで、発熱体3は、下方押圧部23d及び上方押圧部23eにより、固定部23cの開口側から開口とは反対側の径方向に押圧され、発熱部3a近傍において、発熱体3の中心軸線が酸素検出素子2の中空部2aの中心軸線Oに対して片側に寄るように偏心(オフセット)して配置されるとともに、発熱体3はほぼ全長にわたって酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触している。
【0030】
なお、酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部内側に面取2hを設けることにより、酸素検出素子2に欠け等の不具合を生じることなく、第一端子金具23の嵌入がスムーズに行える。また、固定部23cの外周面は、酸素検出素子2の中空部2aの内壁面との接触により内部電極層2c内面と導通するようになっている。さらに、固定部23cは他部材を介して間接的に、酸素検出素子2の内面、すなわち中空部2a内壁面に嵌合されていてもよい。
【0031】
一方、第二端子金具33(端子金具)は、円筒状の金具本体部33cを有するとともに、引出し線部33bの一端が金具本体部33cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ33aが一体化されている。他方、その中心軸線を挟んで引出し線部33bの接続点と反対側には、軸線方向のスリット33eが形成されている。このような金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部がこれを弾性的に押し広げる形で内側から挿入されている。具体的には、酸素検出素子2の外周面後端部には外部側出力取出部としての導電層2fが、周方向に沿って帯状に形成されている。外部電極層2bは、例えば無電解メッキ等により、酸素検出素子2の係合フランジ部2sよりも前端側の要部全面を覆うものとされている。他方、導電層2fは、例えば金属ペーストを用いたパターン形成・焼き付けにより形成されるもので、同様に形成される軸線方向の接続パターン層2dを介して外部電極層2bと電気的に接続されている。
【0032】
なお、金具本体部33cの酸素検出素子2挿入側の開口部には、例えばその周方向に沿って外向きに開く挿入ガイド部33fを形成しておけば、挿入時の引っ掛かり等が生じにくく、一層スムーズな組付けが可能となる。また、同様の目的で、酸素検出素子2の開口部外縁に面取部2gを形成することもできる。
【0033】
図4は外筒部材16を示す。円筒状の外筒部材16の軸線方向前方側は、外径D1が相対的に大きい大径部16aに形成され、主体金具9(ケーシング10)に外側から嵌合される。一方、外筒部材16の軸線方向後方側は、外径D2が相対的に小さい小径部16cに形成され、セラミックセパレータ18がその内部に収容され、後端開口部16dにはグロメット17が嵌入される。そして、外筒部材16の軸線方向中間部は、その両端において大径部16aと小径部16cとに各々接続され、外径が連続的に変化する傾斜部16bを形成している。また、外筒部材16の小径部16cの中間部内面において、全周にわたり内向きに一体的に突出する形態でフランジ状の外筒側支持部16Aが形成されている。なお、大径部16aと小径部16cとの外径比D1/D2は、1.1〜1.5程度、例えば1.3であり、D1/D2が1.5を超えると外筒部材16とセラミックセパレータ18との間に後述の通気路Kを形成するのが困難な場合があり、一方D1/D2が1.1未満であると外筒部材16の内部空間が狭くなって換気性能や耐熱性の点で不利になる場合がある。
【0034】
外筒部材16は、径方向において一重に構成されており、酸素センサ1の小型化(小径化)・軽量化に有効であるが、他方で、酸素センサ1を車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けた場合には、路面からの石はね等による衝撃に伴う変形・破損等への対処も重要になる。そこで外筒部材16の肉厚tは、全範囲にわたって、0.3≦t≦0.8mm、より望ましくは0.4≦t≦0.6mmとし、路面からの石はね等による衝撃を受けても変形・破損等を発生しにくいようにしている。なお、肉厚tについて、t<0.3mmになると、十分な耐衝撃性を確保できない場合があり、t>0.8mmになると、グロメット17の加締めが充分に行えない場合がある。
【0035】
図5にセラミックセパレータ18を示す。軸直交断面が円状に形成されるセラミックセパレータ18には、各リード線19,20,21,22(図6)を挿通するための4個のリード線挿通孔18aが軸方向に貫通して形成されている。その軸線方向後端側の外周面には、全周にわたり外向きに一体的に突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部18Aが形成されている。セラミックセパレータ18の後端面において、通気溝18bが4個のリード線挿通孔18aと干渉しない位置に十字形態で軸線と直交する方向に形成され、後端面の外周に達した各通気溝18bはそこから直角に向きを変え、セパレータ側支持部18Aの外周面に沿って軸線方向前方側へ延びている。また、セラミックセパレータ18の前端面から開口する有底状の発熱体端部収容穴18cが軸線方向に形成されている。なお、この発熱体端部収容穴18cの内径は発熱体3の外径よりも大きく設定されている。また、発熱体端部収容穴18cの底面18dはセラミックセパレータ18の軸線方向中間部に位置している。発熱体3の後端部は、セラミックセパレータ18の軸線方向前方側から発熱体端部収容穴18cに挿入され、発熱体3の後端面が収容穴18cの底面18dに当接することで軸線方向の位置決めがなされる。
【0036】
図5、図2又は図4において、外筒部材16の外筒側支持部16Aは、その後方側支持面16A1において、セラミックセパレータ18のセパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1を受け止め支持している。すなわち、外筒部材16の小径部16c内面には、セラミックセパレータ18のセパレータ側支持部18Aの外径Dよりも小さな内径dを有する外筒側支持部16Aが内向きに突出して形成される。さらに、外筒部材16の後端側小径部16cの内面16c1はセラミックセパレータ18のセパレータ側支持部18Aの外周面18A2に対して、また外筒部材16の外筒側支持部16Aの内面16A2はセラミックセパレータ18の本体部18eの外周面18e1に対して、それぞれ外筒部材16にセラミックセパレータ18を挿入する際のガイドとして機能している。したがって、後端側小径部16cの内面16c1とセパレータ側支持部18Aの外周面18A2との間、及び外筒側支持部16Aの内面16A2と本体部18eの外周面18e1との間には、それぞれ径方向の隙間S1,S2が形成され、これらは前述の通気溝18bとともに通気路Kを構成する。セラミックセパレータ18の外周面に沿うように通気路Kを形成すると、酸素センサ1の内部において基準ガスである大気の循環が促進されて換気性能がよくなる傾向があり、排気ガス等の混入が少ない状態で酸素検出素子2の中空部2aに大気を導入することができる。
【0037】
図6はグロメット17と通気部53との組立状態を示す。グロメット17には、各リード線19,20,21,22を挿通するための4個のリード線挿通孔17aがその内部に軸線方向に貫通して設けられている。グロメット17の径方向中央部には中央貫通孔17bが設けられ、この中央貫通孔17bに通気部53が嵌入されている。グロメット17のリード線挿通孔17a、中央貫通孔17b及び外周面17Aは、これら通気部53及びリード線19,20,21,22の外面と外筒部材16の開口部内面(小径部内面)16c1との間をシールする。通気部53をグロメット17に設けることで、通気部53を相対的に高位置に設けることが容易になり、水滴が侵入しにくく防水性が高くなる。
【0038】
通気部53は、フィルタ53Aとフィルタ支持金具53Bとから構成されている。フィルタ53Aは、軸線方向に延びる円筒状周面部53A1と、周面部53A1に対して後端部で蓋状に連接され、軸線方向に外気を導く通気端面部53A2とを有し、全体が軸方向断面にて逆U字状を呈している。そして、円筒状のフィルタ支持金具53Bは、前端部に鍔部53B2を有し、軸線方向に延びる円筒状周面部53B1がフィルタ53Aの円筒状周面部53A1内部に嵌合して、フィルタ53Aを内側から支持し、外筒部材16の小径部16cを加締めてグロメット加締部16Bを形成するときにフィルタ53Aの円筒状周面部53A1が破壊しないよう支えている。フィルタ53A等の通気部53をグロメット17に設けることで、酸素センサ1の中で最も高温に晒される部位である酸素検出素子2の検出部から通気部53をできるだけ遠ざけることができ、フィルタ53Aの耐熱性に有利である。
【0039】
フィルタ53A又はフィルタ支持金具53Bには各々内外の周面に軸線方向に沿うテーパ等の傾斜を設けて嵌合を強固なものとする事ができる。フィルタ53Aは、図6の状態から180゜回転させて通気端面部53A2を底部(前端部)に位置させることもできるが、水等の侵入を防止する意味において、グロメット17の後端面と通気端面部53A2とがほぼ面一になる図6の状態がより望ましい。また、フィルタ支持金具53Bは、外筒部材16の小径部16cを加締めてグロメット加締部16Bを形成したのちは抜去して、次のグロメット17の組立用治具として使用することもできる。なお、フィルタ53Aは、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の多孔質繊維構造体(商品名:例えばゴアテックス(ジャパンゴアテックス(株)))等により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気及び/又は水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。
【0040】
上記酸素センサ1において、基準ガスとしての大気はフィルタ53Aの通気端面部53A2(通気部)→セラミックセパレータ18の通気溝18b→外筒部材16とセラミックセパレータ18との間の径方向の隙間S1,S2(通気路K)→中空部2aを経て酸素検出素子2の内面(内部電極層2c)に導入される(図2矢印R参照)。一方、酸素検出素子2の外面(外部電極層2b)にはプロテクタ11のガス透過口12を介して導入された排気ガスが接触し、酸素検出素子2には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として内外電極層2c,2b(図2、図3)から第一及び第二端子金具23,33並びにリード線21,20を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【0041】
図7は、酸素センサの組立方法の一例を示す工程説明図である。まず、発熱体3が第一端子金具23の下方押圧部23d及び上方押圧部23eとで径方向に保持された状態で、第一端子金具23に接続されたリード線21が、セラミックセパレータ18のリード線挿通孔18aとグロメット17のリード線挿通孔17aとに順次挿通されて外部へ引き出される。第一端子金具23の鍔23gがセラミックセパレータ18の前端面に接当するように配置され、かつ発熱体3の後端部が、発熱体端部収容穴18cの底面18dで受け止められ、軸線方向の位置決めがなされる。なお、第二端子金具33に接続されたリード線20も、リード線挿通孔18a,17aに順次挿通して外部へ引き出される。一方、ケーシング10(主体金具9)に酸素検出素子2を保持して別途組み立て、ケーシング10(主体金具9)の後端部に対して外筒部材16の前端部側を後方外側から嵌合させる。
【0042】
そして、酸素検出素子2及びケーシング10が組み込まれた外筒部材16と、両端子金具23,33及び発熱体3が組み込まれたセラミックセパレータ18とを相対的に接近させると、前方側では酸素検出素子2の中空部2a内壁面をガイドとして発熱体3が徐々に挿入され、後方側では外筒部材16の後端側小径部16cの内面16c1をガイドとして、セラミックセパレータ18のセパレータ側支持部18Aの外周面18A2が、徐々に挿入される(図7(a))。ここで、「相対的に接近」とは、外筒部材16とセラミックセパレータ18との間で、いずれか一方を固定し他方を移動させるか、又は両者を互いに逆方向に移動させることにより、両者を接近させることを表している。
【0043】
やがて、第二端子金具33の金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cを弾性的に押し広げる形で挿入され、次いで、酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部から第一端子金具23の固定部23cの外面が中空部2a内壁面に嵌入される。セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1が、外筒側支持部16Aの後方側支持面16A1に当接したときに、外筒部材16とセラミックセパレータ18との相対的な接近を停止する。このとき、発熱体3の外面は上方押圧部23e及び下方押圧部23dにより径方向に押圧され酸素検出素子2の中空部2a内壁面に発熱体3のほぼ全長が接触させられている。こののち外筒部材16の後端開口部16dから、後端側小径部16cの内面16c1をガイドとして、通気部53が組み込まれたグロメット17の外周面17Aを嵌入する。セラミックセパレータ18の後端面に既存品であるグロメット17の前端面が当接して、セラミックセパレータ18はがたつきなく安定的に外筒部材16内に保持される。
【0044】
これらの挿入位置を維持しつつ、外筒部材16の後端部において、グロメット17と外筒部材16の小径部16cとを加締めてグロメット加締部16Bを形成し、最後に外筒部材16の前端部において、レーザー光源Lから発射されるYAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザービームLBを外筒部材16の大径部16aと主体金具9との重ね合わせ部に向けて略水平方向に全周にわたって照射し、レーザー溶接部16Cを形成する。(図7(b))。
【0045】
図7において、外筒部材16の後端から酸素検出素子2の後端までの軸線方向距離をL1とし、セパレータ側支持部18Aの前端(前方側支持面18A1)から第二端子金具33と酸素検出素子2との係合部前端までの軸線方向距離をL2としたとき、L1>L2の関係を満足するように構成されている。かかる構成により、外筒部材16とセラミックセパレータ18との相対的な接近により両者を組み付けるとき、まず外筒部材16に対するセパレータ側支持部18Aの挿入が開始され(図7(a))、その後に第二端子金具33に対する酸素検出素子2の挿入が始まる。
【0046】
各部品の製造誤差が許容範囲内であっても例えば中心軸線のズレにより組み付け性が悪化したり破損を生じたりする場合がある。一般的に、組立の際の基準側であるセラミックセパレータ側のズレを先に矯正し位置決めを行えば、その後の組立がスムーズであり、組み付け性が良好となって作業効率が向上する。ここでは、セパレータ側支持部18Aが外筒部材16の後端部に挿入開始され、セラミックセパレータ18の位置決め及びズレの矯正が確実に行われる。この矯正され位置決めされたセラミックセパレータ18を基準として第二端子金具33に対する酸素検出素子2の挿入が始まり、その後の組み付け作業が効率よく行える。
【0047】
ここで、セパレータ側支持部18Aの前端(前方側支持面18A1)から第二端子金具33と酸素検出素子2との係合部前端までの軸線方向距離L2に関して以下の点に留意する必要がある。すなわち図7等の実施例の場合のように、酸素検出素子2の後端から第一及び第二端子金具23,33が組み込まれたセラミックセパレータ18を接近させて行くと、まず第二端子金具33の金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cを弾性的に押し広げる形で挿入され、次いで、酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部から第一端子金具23の固定部23cの外面が中空部2a内壁面に嵌入されるときは、先に酸素検出素子2の後端との係合を開始する第二端子金具33 によって軸線方向距離L2が決定される。換言すれば、酸素検出素子2の後端から第一及び第二端子金具23,33が組み込まれたセラミックセパレータ18を接近させて行くと、まず酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部から第一端子金具23の固定部23cの外面が中空部2a内壁面に嵌入され、次いで、第二端子金具33の金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cを弾性的に押し広げる形で挿入されるときは、先に酸素検出素子2の後端との係合を開始する第一端子金具23 によって軸線方向距離L2が決定される(図9参照)。
【0048】
よって、L2は、セパレータ側支持部18Aの前端(前方側支持面18A1)から、第一又は第二端子金具23,33のうち先に酸素検出素子2の後端との係合を開始する端子金具と酸素検出素子2との係合部前端までの軸線方向距離をいう。なお、第一又は第二端子金具23,33は、酸素検出素子2の後端部に対して、直接でなく他部材を介して間接的に嵌合(係合)されていてもよい。
【0049】
図8に、図4の外筒部材の他の実施例を示す。この実施例においては、外筒部材16の小径部16cの中間部内面において、内向きに突出する形態の外筒側断続支持部16A’(外筒側支持部)が周方向に断続的に形成されている。具体的には、小径部16cの中間部内面において、複数(図では8個)の半球状突起形態の外筒側断続支持部16A’が周方向に所定間隔(図では45゜間隔)毎に内向きに突出形成されている。突起の大きさ、形状、個数、設置間隔等は任意に設定できる。この実施例によれば、図4のように全周にわたり一体的にフランジ状の外筒側支持部16Aが形成される場合に比べて、安価に製造できる上に加工の際の歪も小さく抑えられる。さらに、隣合う半球状突起160A’間にできる周方向の隙間S3が前述の径方向の隙間S1,S2と組み合わされて通気路Kを形成し、大気の通気量が増すとともに換気性能が向上する。なお、図8において図4と共通する部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【0050】
図9に、図1の酸素センサの他の実施例を示す。この実施例が図1と異なるところは主として以下の2点である。
▲1▼セラミックセパレータ18において、全周にわたり外向きに一体的に突出するフランジ状のセパレータ側支持部18Aが、軸線方向後端位置の外周面に形成される状態(図1)から、軸線方向中間位置の外周面に形成される状態(図9)に変更している。
▲2▼酸素検出素子2の後端部に対する、第一又は第二端子金具23,33の嵌合(係合)順序に関して、まず第二端子金具33の金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cを弾性的に押し広げる形で挿入され、次いで、酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部から第一端子金具23の固定部23cの外面が中空部2a内壁面に嵌入される態様(図1:この場合は、先に酸素検出素子2の後端との係合を開始する第二端子金具33 によって軸線方向距離L2が決定される)から、まず酸素検出素子2の中空部2aの後端開口部から第一端子金具23の固定部23cの外面が中空部2a内壁面に嵌入され、次いで、第二端子金具33の金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cを弾性的に押し広げる形で挿入される態様(図9:この場合は、先に酸素検出素子2の後端との係合を開始する第一端子金具23 によって軸線方向距離L2が決定される)に変更している。なお、図9において図1と共通する部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【0051】
図10に、図4の外筒部材のさらに他の実施例を示す。この実施例においては、外筒側支持部16Aの後方側支持面16A1は、前方側に向かうほど内径が小となる傾斜面に形成されている。また、セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1も、前方側に向かうほど外径が小となる傾斜面に形成されている。そして、外筒側支持部16Aの後方側支持面16A1の傾斜は、セラミックセパレータ18の先端部が外筒側支持部16Aの内側に挿入される際の案内ガイドとなる(図10(a)参照)。次に、セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1の傾斜は、セラミックセパレータ18のセパレータ側支持部18Aが外筒部材16の後端開口部16dに挿入される際の案内ガイドとなる(図10(b)参照)。これらの傾斜面16A1,18A1を設けることにより、外筒部材16に対してセラミックセパレータ18の挿入がスムーズに行える。
【0052】
図10(a)の外筒側支持部16Aは、外筒部材16の小径部16cの中間部内面において、全周にわたり内向きに一体的に突出するフランジ状に形成されている。一方、図10(b)の外筒側断続支持部16A’(外筒側支持部)は、図8と同様に周方向に断続的に形成されている。具体的には、小径部16cの中間部内面において、複数(図では4個)の帯状突起形態の外筒側断続支持部16A’が周方向に所定間隔(図では90゜間隔)毎に内向きに突出形成されている。突起の大きさ、形状、個数、設置間隔等は任意に設定できる。
【0053】
図10において、セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1前端からセラミックセパレータ18の前端までの軸線方向距離をL3とし、外筒部材16の後端から外筒側支持部16Aの後方側支持面16A1前端までの軸線方向距離をL4としたとき、L3>L4の関係を満足するように構成されている。かかる構成により、後方側支持面16A1,16A1’及び前方側支持面18A1の各傾斜面が案内ガイドとしての機能を充分に発揮できるようになる。なお、図10において図4及び図8と共通する部分には同一符号を付して、説明を省略する。図10では両傾斜面すなわち後方側支持面16A1,16A1’及び前方側支持面18A1は、ともに平面状に形成されているが曲面状等であってもよい。
【0054】
図11は、さらに異なる外筒部材を組み込んだ酸素センサを表している。図11に示す外筒部材16は、図1のものに比べて、小径部16cの前半部分と中間部16bとを大径部16aに置き換えて構成されている。すなわち、酸素検出素子2とセラミックセパレータ18とを外方から被う大径部16aは、外筒部材16の前端から外筒側支持部16Aに至るまで形成されている。大径部16aの軸線方向長さは、外筒部材16の全長の1/2以上に及び、また酸素センサ1の全長の1/2近くを占めるようになる。その結果、外筒部材16と酸素検出素子2又はセラミックセパレータ18との間に形成される内部空間は、図1のものに比べて相対的に広くなる。内部空間が広くなったことで、仮に路面からの石はね等による衝撃によって外筒部材16が変形した(ただし、衝撃による変形等に対しては、肉厚tに対する考慮等によって別途対策を講じている)としても、セラミックセパレータ18の破損に至らず、両端子金具23,33の接触による短絡等を回避できる。また、内部空間を広くしたことで、導入大気に排気ガス等の異物が混入した場合にも、空間全体に薄められてセンサ出力への影響を小さくすることができる。なお、図11において図1と共通する部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【0055】
以上説明した本発明のセンサの構造は、酸素センサ以外のガスセンサ、例えばHCセンサやNOxセンサなどにも同様に適用することができる。また、セラミックセパレータ18は外筒側支持部16Aにおいて直接でなく他部材を介して間接的に支持されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの縦断面図。
【図2】図1の酸素センサの一部拡大縦断面図。
【図3】セラミックセパレータへの組み付け状態を示す分解斜視図。
【図4】外筒部材の平面図及び正面半断面図。
【図5】セラミックセパレータの平面図、底面図及び半断面図。
【図6】グロメットと通気部との組み付け状態を示す分解斜視図。
【図7】図1の酸素センサの組立方法の一例を示す工程説明図。
【図8】図4の外筒部材の他の実施例を示す平面図及び正面半断面図。
【図9】図1の酸素センサの他の実施例を示す縦断面図。
【図10】図4の外筒部材のさらに他の実施例を示す軸直交断面図及び正面半断面図。
【図11】さらに異なる外筒部材を組み込んだ酸素センサの縦断面図。
【符号の説明】
1 酸素センサ(ガスセンサ)
2 酸素検出素子(検出素子)
2b 外部電極層(電極層)
2c 内部電極層(電極層)
10 ケーシング
16 外筒部材
16A 外筒側支持部
16A’ 外筒側断続支持部(外筒側支持部)
16A1 後方側支持面
16A1’ 後方側支持面
16d 後端開口部
17 グロメット
18 セラミックセパレータ
18A セパレータ側支持部
18A1 前方側支持面
19,20,21,22 リード線
23 第一端子金具(端子金具)
33 第二端子金具(端子金具)
53 通気部
53A フィルタ
K 通気路
L1 外筒部材の後端から検出素子の後端までの軸線方向距離
L2 セパレータ側支持部の前端から端子金具と検出素子との係合部前端までの軸線方向距離
t 外筒部材の肉厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor for detecting a component to be detected in a gas to be measured, such as an oxygen sensor, an HC sensor, or a NOx sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor having a structure in which a cylindrical or plate-like detection element having electrode layers formed on both surfaces of a solid electrolyte member is arranged inside a cylindrical casing is known as the above-described gas sensor. For example, in the case of a typical oxygen sensor as a gas sensor, an oxygen detection element in which an electrode layer is formed on each of the inner and outer surfaces of a hollow shaft-shaped solid electrolyte member whose tip is closed is directed toward the gas to be measured on the front side. The oxygen concentration cell electromotive force generated on the inner and outer surfaces of the oxygen sensing element is introduced into the inner and outer surfaces by introducing the atmosphere as a reference gas to the inner surface of the oxygen sensing element. As a detection signal of the oxygen concentration in the gas, one having a structure in which it is output from the inner and outer electrode layers to the outside through a lead wire is widely used. Further, in the oxygen sensor as described above, as a structure for taking out the lead wire from the casing, a ceramic separator in which an individual lead wire insertion hole is formed on the rear end side of the oxygen detection element is arranged to insert the lead wire. It is often configured to pass each lead through the hole. In addition, by using a ceramic separator in this way, a short circuit between lead wires is prevented.
[0003]
By the way, a conventional gas sensor using a ceramic separator, for example, forms a flange portion protruding on the outer peripheral surface of the ceramic separator, and inserts the ceramic separator into the casing, and makes the flange portion contact the opening end surface of the casing. In addition, there are many double structures in which the outside is covered with a cylindrical cover member. In such a double structure, for example, a stepped portion is provided on the cover member, and the flange portion of the ceramic separator is pressed between the casing opening end portion and the cover member while pressing the cover member in the axial direction against the casing. The ceramic separator is held by being sandwiched between the attached portions. Further, in the above double structure, it is necessary to apply joining means such as caulking in order to maintain the airtightness between the casing and the cover member.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in order to cope with environmental protection problems such as air pollution caused by exhaust gas, the demand for gas sensors has increased, and the demand for cost reduction and downsizing associated therewith has been increasing year by year. Therefore, it is required to reduce the number of parts and the number of assembling steps by reviewing the structure of the gas sensor, and at the same time, the sensor itself is required to be compact.
[0005]
An object of the present invention is to provide a gas sensor structure capable of simplifying and downsizing the entire sensor structure and reducing the number of assembly steps.
[0006]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above-described problem, a gas sensor according to a first aspect of the present invention is arranged on the outside of the detection element having an axial detection element whose front side is directed to the gas to be measured.Single-layered in the radial directionA cylindrical outer cylinder member and a lead wire insertion hole that is disposed on the rear side of the detection element and disposed on the inner side of the outer cylinder member and for inserting a lead wire from the detection element are formed. A separator-side support projecting from the outer peripheral surface is formed on the ceramic separator,Singlely composedThe outer cylinder member is formed with an outer cylinder side support portion projecting from the inner peripheral surface, and the separator side support portion is supported directly or indirectly via the other member by the outer cylinder side support portion.Become
A grommet is provided that is inserted into the rear end opening of the outer cylinder member and directly contacts the rear end surface of the ceramic separator directly or through another member.It is characterized by that.
[0007]
According to the present invention, the outer cylinder formed by projecting an arbitrary part of the outer cylinder member inward from the inner peripheral surface, instead of supporting the flange portion of the ceramic separator on the opening end face of the casing as in the prior art. By supporting the separator-side support portion formed to protrude from the outer peripheral surface of the ceramic separator on the side support portion, it is not necessary to cover the outside of the ceramic separator with another cover member when holding the ceramic separator. In other words, the double structure, which was necessary in the past when holding the ceramic separator, can be eliminated, the number of sensor parts can be reduced, the sensor structure can be simplified and made compact, and the cost can be reduced. can do. Moreover, since the double structure that has been necessary in the past can be eliminated, there is no need for a joining means such as caulking to maintain the airtightness between the casing and the cover member, which facilitates the holding of the ceramic separator as well as the assembly. The number of man-hours can be reduced, which in turn can contribute to cost reduction.Furthermore, since the ceramic separator can be stably held without rattling by the existing grommet, the number of parts can be reduced.In view of reducing the number of parts, a structure in which the ceramic separator (the separator-side support portion) is directly supported by the outer cylinder-side support portion without any other member is more desirable.
[0008]
Here, the front support surface of the separator-side support portion of the present invention is formed into an inclined surface whose outer diameter decreases toward the front side, and the rear support surface of the outer tube side support portion faces the front side. It can be formed on an inclined surface with a smaller inner diameter. By providing these inclined surfaces, the ceramic separator can be smoothly inserted into the outer cylinder member. For example, the inclination of the front support surface of the separator-side support portion serves as a guide when the separator-side support portion of the ceramic separator is inserted into the rear end opening of the outer cylinder member, and the rear support surface of the outer cylinder-side support portion This inclination serves as a guide when the tip of the ceramic separator is inserted inside the outer cylinder side support.
[0010]
Furthermore, the grommet of the present invention can have a ventilation portion that prevents liquid from passing and allows gas to pass. By providing a ventilation part such as a filter in the grommet, it is possible to keep the ventilation part as far as possible from the detection part which is the part exposed to the highest temperature in the gas sensor. For example, heat resistance with respect to filter components such as silicon rubber and fluororesin Can be secured. For example, in the case of an oxygen sensor for an automobile, the attachment location is often attached to an exhaust pipe or the like close to a portion around the foot of the vehicle in addition to the engine room. In such a situation, the gas sensor is subjected to water droplet jetting or sometimes submerged during traveling in the rain or during a car wash. By providing a ventilation portion such as a filter in the grommet, it is easy to provide the ventilation portion at a relatively high position, and it is possible to introduce outside air in a highly waterproof state in which water droplets hardly enter.
[0011]
Furthermore, according to the present invention, an air passage can be formed in at least one of the separator side support portion and the outer cylinder side support portion. When the air passage is formed along the outer peripheral surface of the ceramic separator, the circulation of the reference gas is promoted inside the gas sensor, and the ventilation performance tends to be improved. Therefore, the exhaust gas concentration can be accurately detected by introducing the reference gas with a small amount of exhaust gas mixed therein.
[0012]
Furthermore, the ventilation path of this invention can be connected with the ventilation part provided in a grommet. Even when the volume ratio increases due to the downsizing of the gas sensor, it is easy to secure a ventilation path in order to incorporate a reference gas such as oxygen (atmosphere) necessary for measurement.
[0013]
Furthermore, the outer cylinder side support part of this invention can protrude from the internal peripheral surface of an outer cylinder member, and can be intermittently formed in the circumferential direction. When such a configuration is adopted, the outer cylinder side support portion can be easily formed and the processing cost can be reduced. Compared to the case where the flange-shaped outer cylinder side support portion is integrally formed over the entire circumference, the circumferential clearance between the adjacent outer cylinder side support portions can be processed at low cost and with high accuracy. Ventilation path is formed, and the ventilation performance is improved by increasing the air flow rate.
[0014]
Furthermore, the present invention provides an electrode layer formed on the detection element, and one end of a terminal fitting for taking out an electrical output of the detection element is engaged with the rear end of the detection element, and the other end is the ceramic. It is connected to the lead wire in the lead wire insertion hole formed in the separator,
The axial distance from the rear end of the outer cylindrical member to the rear end of the detection element is L1, and the axial distance from the front end of the separator-side support portion to the front end of the engagement portion between the terminal fitting and the detection element is When L2, L1> L2 can be satisfied. Before the terminal fitting engages the rear end of the detection element, the separator-side support part starts to be inserted into the rear end of the outer cylinder member, and the ceramic separator side, which is the reference side during assembly, is corrected first. Therefore, subsequent assembly work can be performed smoothly and efficiently.
[0015]
Here, when the electrode layers are respectively formed on the inner and outer surfaces of the detection element, and the first and second terminal fittings are fitted to correspond to each electrode layer, the axial distance L2 is as follows. Determined. That is, L2 is an axis from the front end of the separator-side support portion to the front end of the engagement portion between the terminal fitting and the detection element that starts engagement with the rear end of the detection element first of the first or second terminal fitting. It refers to the direction distance.
[0017]
Furthermore, the wall thickness t of the outer cylinder member of the present invention is preferably 0.3 ≦ t ≦ 0.8 mm. For example, in the case of an oxygen sensor for an automobile, it can be attached to an exhaust pipe or the like near the foot periphery of the vehicle and can be less likely to be damaged even when subjected to an impact from a stone splash from a road surface.
[0018]
Moreover, in order to solve the said subject, the gas sensor concerning 2nd invention is
An axial detection element whose front side is directed to the gas to be measured;
A cylindrical outer cylinder member disposed outside the detection element;
A ceramic separator that is disposed on the rear side of the detection element, is disposed on the inner side of the outer cylinder member, and has a lead wire insertion hole for inserting a lead wire from the detection element,
The ceramic separator is formed with a separator-side support that protrudes from the outer peripheral surface, while the outer cylinder member is formed with an outer cylinder-side support that protrudes from the inner peripheral surface, and the separator-side support is the outer cylinder. While being supported directly or indirectly via other members on the side support,
One end of a terminal fitting that is electrically connected to the electrode layer formed on the detection element and takes out the electrical output of the detection element is engaged with the rear end of the detection element, and the other end is formed on the ceramic separator. Connected to the lead wire in the lead wire insertion hole
The axial distance from the rear end of the outer cylindrical member to the rear end of the detection element is L1, and the axial distance from the front end of the separator-side support portion to the front end of the engagement portion between the terminal fitting and the detection element is When L2, L1> L2 is satisfied.
[0019]
If the deviation on the ceramic separator side, which is the reference side in assembling, is first corrected and positioned, the subsequent assembling is smooth, the assembling property is good, and the working efficiency is improved. That is, before the terminal fitting is engaged with the rear end portion of the detection element, the separator-side support portion is started to be inserted into the rear end portion of the outer cylinder member, and the ceramic separator is reliably positioned and the displacement is corrected. The terminal fitting engages with the rear end portion of the detection element with the corrected and positioned ceramic separator as a reference, so that the subsequent assembling work can be performed efficiently.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows the internal structure of an oxygen sensor as an embodiment of the gas sensor of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the main part. The oxygen sensor 1 (gas sensor) includes a hollow shaft-shaped oxygen detection element 2 (detection element) whose tip is closed, and a
[0021]
The
[0022]
A rear portion of the
[0023]
The
[0024]
Next, one
[0025]
The heat generating portion 3a formed in the
[0026]
As shown in FIGS. 2 and 3, the first terminal fitting 23 (terminal fitting) presses the outer surface of the
[0027]
The downward
[0028]
Further, the fixing
[0029]
Here, the
[0030]
In addition, by providing the
[0031]
On the other hand, the second terminal fitting 33 (terminal fitting) has a cylindrical fitting
[0032]
In addition, if an insertion guide portion 33f that opens outward along the circumferential direction is formed in the opening portion of the metal fitting
[0033]
FIG. 4 shows the
[0034]
The
[0035]
FIG. 5 shows the
[0036]
5, 2, or 4, the outer cylinder
[0037]
FIG. 6 shows an assembled state of the
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
In the
[0041]
FIG. 7 is a process explanatory view showing an example of an assembly method of the oxygen sensor. First, in a state where the
[0042]
When the
[0043]
Eventually, the rear end portion of the
[0044]
While maintaining these insertion positions, the
[0045]
In FIG. 7, the axial distance from the rear end of the
[0046]
Even if the manufacturing error of each part is within an allowable range, for example, assemblability may deteriorate or breakage may occur due to deviation of the central axis. In general, if the deviation on the ceramic separator side, which is the reference side in assembling, is first corrected and positioned, the subsequent assembling is smooth, the assemblability is good, and the working efficiency is improved. Here, the separator-
[0047]
Here, it is necessary to pay attention to the following points regarding the axial distance L2 from the front end (front support surface 18A1) of the separator
[0048]
Therefore, L2 is a terminal that starts engagement with the rear end of the
[0049]
FIG. 8 shows another embodiment of the outer cylinder member of FIG. In this embodiment, on the inner surface of the intermediate portion of the
[0050]
FIG. 9 shows another embodiment of the oxygen sensor of FIG. This embodiment differs from FIG. 1 mainly in the following two points.
(1) In the
(2) Regarding the fitting (engagement) sequence of the first or second
[0051]
FIG. 10 shows still another embodiment of the outer cylinder member of FIG. In this embodiment, the rear support surface 16A1 of the outer cylinder
[0052]
The outer cylinder
[0053]
In FIG. 10, the axial distance from the front end of the front support surface 18A1 of the
[0054]
FIG. 11 shows an oxygen sensor incorporating a different outer cylinder member. The
[0055]
The structure of the sensor of the present invention described above can be similarly applied to gas sensors other than oxygen sensors, such as HC sensors and NOx sensors. Further, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor as an embodiment of a gas sensor of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the oxygen sensor of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an assembled state of the ceramic separator.
FIG. 4 is a plan view and a front half sectional view of an outer cylinder member.
FIG. 5 is a plan view, a bottom view, and a half cross-sectional view of a ceramic separator.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an assembled state of the grommet and the ventilation portion.
7 is a process explanatory view showing an example of an assembly method of the oxygen sensor of FIG. 1;
8A and 8B are a plan view and a front half sectional view showing another embodiment of the outer cylinder member of FIG.
9 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the oxygen sensor of FIG. 1. FIG.
10 is an axial cross-sectional view and a front half sectional view showing still another embodiment of the outer cylinder member of FIG.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor incorporating a different outer cylinder member.
[Explanation of symbols]
1 Oxygen sensor (gas sensor)
2 Oxygen detection element (detection element)
2b External electrode layer (electrode layer)
2c Internal electrode layer (electrode layer)
10 Casing
16 Outer cylinder member
16A outer cylinder side support
16A 'Outer cylinder side intermittent support part (outer cylinder side support part)
16A1 Rear support surface
16A1 'rear support surface
16d rear end opening
17 Grommet
18 Ceramic separator
18A Separator side support
18A1 Front support surface
19, 20, 21, 22 Lead wire
23 First terminal fitting (terminal fitting)
33 Second terminal fitting (terminal fitting)
53 Ventilation part
53A filter
K air passage
L1 Axial distance from the rear end of the outer cylinder member to the rear end of the detector
L2 Axial distance from the front end of the separator-side support part to the front end of the engaging part between the terminal fitting and detection element
t Thickness of outer cylinder member
Claims (8)
前記外筒部材の後端開口部に嵌入されるとともに、前記セラミックセパレータの後端面に直接または他部材を介して間接的に接触するグロメットが備えられてなることを特徴とするガスセンサ。An axial detection element whose front side is directed to the gas to be measured, a cylindrical outer cylinder member that is arranged in a radial direction outside the detection element, and a rear side of the detection element And a ceramic separator that is disposed inside the outer cylindrical member and has a lead wire insertion hole for inserting a lead wire from the detection element, the ceramic separator protruding from an outer peripheral surface. The separator-side support part is formed, while the outer cylinder member configured in a single layer is formed with an outer cylinder-side support part protruding from the inner peripheral surface, and the separator-side support part is formed on the outer cylinder-side support part. It is supported directly or indirectly through other members ,
A gas sensor comprising a grommet fitted into a rear end opening of the outer cylinder member and in contact with a rear end surface of the ceramic separator directly or indirectly through another member .
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