JP4013419B2 - Gas sensor - Google Patents

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JP4013419B2
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cover
gas
protective cover
caulking
annular groove
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孝志 児島
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Description

【0001】
【技術分野】
本発明は,自動車用内燃機関の排ガス中の酸素ガス濃度等の被測定ガス中における特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。
【0002】
【従来技術】
自動車用内燃機関の空燃比の制御は省エネルギー(省燃料)及び排ガス浄化のために極めて重要である。このため,排気系にガスセンサの一種である酸素センサ等を設けて排ガス中の酸素ガス濃度等を測定し,内燃機関の燃焼制御を行っている。
【0003】
このものは,被測定ガスである排ガスと接触する接ガス部を有し,酸素ガス濃度を検出可能な検出素子と,該検出素子を保持するハウジングと,上記検出素子の接ガス部を覆うと共に被測定ガス流通用のガス穴を設けた保護カバーとを有する。
【0004】
そして,上記ハウジングの被測定ガス側の底部は内側突出部とかしめ突起部とを有し,また上記底部はこれらに囲まれ,保護カバー側に開口する環状溝を有する。
【0005】
更に,上記保護カバーのハウジング側の開口端は外方に曲折するフランジ部を有し,上記フランジ部は上記環状溝に対し嵌合されると共に,上記かしめ突起部を内方にかしめることにより,上記ハウジングに上記保護カバーをかしめ固定してなる。
上記保護カバーは強度的にぜい弱な検出素子を守るために設けてある。
【0006】
【解決しようとする課題】
ところで,上述したガスセンサの使用環境は高温の排ガス中である。ガスセンサの保護カバーは高温の排ガスに直接曝されるため,より耐熱性に優れる金属材料で構成する必要がある。一方,ハウジングは複雑形状のため加工性に優れる金属材料で構成する必要がある。
よって,保護カバーとハウジングとは異なる金属材料より構成されるが,高温環境でガスセンサを使用した場合,保護カバーとハウジングとの熱膨張差からハウジングと保護カバーとの間のかしめ固定がゆるむおそれがある。
【0007】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,ハウジングと保護カバーとのかしめ固定が冷熱サイクルに対し強固であるガスセンサを提供しようとするものである。
【0008】
【課題の解決手段】
請求項1に記載の発明は,被測定ガスと接触する接ガス部を有する検出素子と,該検出素子を保持するハウジングと,上記検出素子の接ガス部を覆うと共に被測定ガス流通用のガス穴を有する保護カバーとを有すると共に,上記ハウジングの被測定ガス側の底部は内側突出部とかしめ突起部とを有し,また上記底部はこれらに囲まれ,保護カバー側に開口すると共に内方壁面と外方壁面と天井面とから構成される環状溝を有し,
更に上記保護カバーのハウジング側の開口端は外方に曲折するフランジ部を有し,上記フランジ部は上記環状溝に対し嵌合されると共に,上記かしめ突起部を内方にかしめることにより,上記ハウジングに上記保護カバーをかしめ固定してなるガスセンサにおいて,
上記環状溝の内部において上記内方壁面から上記天井面にかけてテーパー面が設けてあることを特徴とするガスセンサにある。
【0009】
次に,本発明の作用につき説明する。
本発明において最も注目すべきことは,上記環状溝の内部において内方壁面から天井面にかけてテーパー面を設けたことである。
【0010】
保護カバーのフランジ部を環状溝の外方壁面と内方壁面との間に配置し,かしめ突起部を環状溝の内方に曲折することで,かしめ突起部と環状溝の外方壁面や天井面との間でフランジ部が挟持される。
本発明にかかるガスセンサでは,環状溝の内方壁面から天井面にかけてテーパー面が設けてあるため,かしめ突起部の曲折により,該かしめ突起部とテーパー面との間でもフランジ部が挟持される。
このため,より強いかしめ固定が実現できる。
【0011】
仮に,テーパー面がない従来構造のガスセンサの場合は,曲折したかしめ突起部が保護カバーをかしめ固定するが,フランジ部の内方壁面と対面する部分がフリーとなりやすく,その分かしめ固定が弱くなると考えられる。
【0012】
更に,高温時等に保護カバーとハウジングとの熱膨張係数の差が原因となって熱応力が発生するが,本発明にかかるガスセンサにおいては,フランジ部とテーパー面との当接する部分が支点となって変形することができるため,熱応力発生時も保護カバーは強くかしめ固定されたままである。
このため,本発明によれば,例えば常温から700℃前後の高温まで温度が変動するような冷熱サイクルに対して強固なかしめ構造を提供することができる。
【0013】
仮にテーパー面がない従来構造のガスセンサでは,熱応力によりかしめ突起部による保護カバーのかしめ固定がゆるむおそれがある。
【0014】
以上,本発明によれば,ハウジングと保護カバーとのかしめ固定が冷熱サイクルに対し強固であるガスセンサを提供することができる。
【0015】
上記テーパー面は後述する実施形態例1に示すごとく平面状の斜面より構成することができる。または曲面状の斜面より構成することができる(後述する図6参照)。
また,上記保護カバーは1つだけを設けることができる。また,後述する実施形態例1に示すごとく,内側カバーと外側カバーとよりなる2重構造とすることもできる。また,3重以上の構造とすることもできる。
【0016】
また,特に2重以上の構成とする場合には,すべてのカバーにフランジ部を設けて,すべてのカバーをハウジングに対しかしめ固定することもできる。
また,一部のカバーのみにフランジ部を設け,このカバーだけをハウジングに対しかしめ固定することもできる。この場合,他のかしめ固定されていないカバーはかしめ固定されたカバーに対し溶接等で固定することができる。
【0017】
次に,請求項2に記載の発明のように,上記環状溝の天井面と上記保護カバーのフランジ部との間の距離は0.4mm以下であることが好ましい。
これにより,より強固なかしめ固定を得ることができる。
【0018】
距離が0.4mmより大きい場合には,かしめ突起部をかしめた際に環状溝とフランジ部との間に隙間が残って,ガタが生じるおそれがある。
また,特に保護カバーが内側カバーと外側カバーとよりなる構成の際には,外側カバーの底部が内側カバーにあたってしまい,完全なかしめ固定ができなくなるおそれがある。なお,上記距離のより好ましい上限は0.3mmである。
【0019】
また,上記距離の下限は0.05mmとすることが好ましい。
距離が0.05mm未満となった場合には,保護カバー屈曲部がハウジングテーパー面に当接しない状態となり,完全なかしめ固定ができないおそれがある。
【0020】
なお,ガスセンサの軸心方向の直線と平行な直線を考え,この直線上でのかしめ固定前の単に保護カバーを環状溝に挿入したのみの状態において,フランジ部と天井面との間隙を上記距離として採用する(図2参照)。
また,後述する実施形態例2に示すごとき,フランジ部がガスセンサの軸心方向に波打つような形状を有している場合,フランジ部と天井面との間隙の中でもっとも小さい部分を本請求項にかかる距離として採用する。
【0021】
次に,請求項3記載の発明のように,上記保護カバーのフランジ部は屈曲部と該屈曲部より更に外方に延びる平坦部とよりなり,
上記保護カバーは上記屈曲部を上記テーパー面に対し当接しつつ上記環状溝に対し嵌合されることが好ましい(図2参照)。
【0022】
これにより,熱応力が発生した際は,屈曲部とテーパー面との当接部分が支点となって保護カバーが変形できるため,冷熱サイクルに対し強固なかしめ構造を提供することができる。
なお,上記屈曲部とは,保護カバーの内方の側面とフランジ部との境目の部分を指す。また,上記平坦部とは,屈曲部より環状溝の径方向の外方へと延びる部分である(図2参照)。
【0023】
次に,請求項4記載の発明のように,上記保護カバーは少なくとも内側カバーと該内側カバーよりも外方に設けた1つまたは複数の外側カバーとよりなり,これらはいずれも共に外方に曲折すると共に屈曲部と平坦部とよりなるフランジ部を有してなり,
上記内側カバーは上記屈曲部を上記テーパー面に当接しつつ上記環状溝に対し嵌合され,一方,上記外側カバーの上記屈曲部は上記内側カバーの屈曲部と上記テーパー面とが当接する位置よりも更に外方にあることが好ましい。
【0024】
これにより,かしめ突起部から外側カバー及び内側カバーに受けるかしめの力を屈曲部とテーパー面との当接部分を支点とした大きなモーメント力として作用させることができる。
よって,強固な力で保護カバーを環状溝に対しかしめ固定することができる。
【0025】
次に,請求項5記載の発明のように,上記外側カバーのフランジ部と上記内側カバーのフランジ部とは互いにフランジ部の外方端部において当接してなることが好ましい。
これにより,屈曲部とテーパー面との当接部分を支点にしたモーメント力を最大限に利用することができる。
【0026】
本発明にかかるガスセンサは被測定ガス中の酸素ガス濃度,NOxガス濃度,HCガス濃度,COガス濃度等の測定等に使用することができる。
また,自動車用内燃機関における空燃比の測定に使用することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
実施形態例1
本発明の実施形態例にかかるガスセンサにつき,図1〜図5を用いて説明する。
なお,本例のガスセンサは自動車用エンジンの排気系に設置され,被測定ガスである排ガス中の酸素ガス濃度を測定可能に構成された酸素センサである。
【0028】
本例のガスセンサ1は,図1〜図5に示すごとく,被測定ガスと接触する接ガス部を有する検出素子3と,該検出素子3を保持するハウジング2と,上記検出素子3の接ガス部を覆うと共に被測定ガス流通用のガス穴100を有する保護カバー10とを有する。
【0029】
上記ハウジング2の被測定ガス側の底部は内側突出部21とかしめ突起部22とを有する。また,上記底部はこれらに囲まれ,保護カバー10の側に開口すると共に内方壁面210と外方壁面220と天井面23とから構成される環状溝20を有する。
【0030】
更に上記保護カバーは内側カバー11及び外側カバー12とよりなり,これらのハウジング2側の開口端は外方に曲折するフランジ部110,120を有する。上記フランジ部110,120は上記環状溝20に対し嵌合されると共に,上記かしめ突起部22を内方にかしめることにより,上記ハウジング2に内側カバー11,外側カバー12をかしめ固定してなる。
そして,上記環状溝20の内部において上記内方壁面21から上記天井面23にかけてテーパー面24が設けてある。
図1に示すごとく,このテーパー面の角度Cは45度,テーパー面の高さBは0.9mmである。
また,テーパー面の角度C及び高さBはハウジング2の環状溝20の天井面23と内側カバー11のフランジ部110との間の距離F(図2参照)が0.4mm以下になるように任意に設定できる。
【0031】
以下,詳細に説明する。
図4に示すごとく,本例のガスセンサ1はハウジング2と該ハウジング2の下方に配置した2重の保護カバー10である内側カバー11と外側カバー12と,上記ハウジング2の上方に配置した大気側カバー121〜123とを有する。
上記ハウジング2は略円筒形状で内部にヒータ39付きの検出素子3が挿入固定されている。
また,図5に示すごとく上記ハウジングの内径Aは8.2mmである。
【0032】
上記大気側カバー121〜123はハウジング2に対し直接かしめ固定された第1カバー121と該第1カバー121の上部にかしめ固定された第2カバー122,該第2カバー122の上部においてフィルタ129を介してかしめ固定された第3カバー123とよりなる。
【0033】
大気側カバー121〜123の内部には絶縁碍子13が配置され,該絶縁碍子13の内部には検出素子3の出力取り出し線31,32に接続部311,321を介して接続されたリード線312,322やヒータ39に通電するためのリード線333が配置されている。
また,絶縁碍子13のさらに上方にはゴムブッシュ14が配置されている。
【0034】
また,上記保護カバー10は外側カバー12と内側カバー11とよりなり,両者には被測定ガス導入用のガス穴100が設けてある。内側カバー11の内部の空間が被測定ガス室として機能し,検出素子3の接ガス部はここにおいて被測定ガスと接触する。
上記内側カバー11,外側カバー12はそれぞれフランジ部110,120を有する。上記フランジ部110は屈曲部111と該屈曲部111より更に径方向の外方に延びる平坦部112とよりなる。
また,外側カバー12のフランジ部120も同様に屈曲部121と平坦部122とよりなる。
【0035】
上記ハウジング2の底部は円環状で,ここに横断面環状の環状溝20が設けてある。この環状溝20の縦方向の断面が図1である。
また,図5に示すごとく,上記内側カバー11の内径Dは9.9mmである。内側カバー11のフランジ部110の屈曲部111の曲率半径は1.1mmである。
また,本例のハウジング2はSUS430より構成され,内側カバー11,外側カバー12は共にSUS310Sより構成されている。
【0036】
また,図示を略したが,本例の検出素子は酸素イオン導電性のコップ型の固体電解質体の内外に一対の電極を設け,この電極の出力から酸素ガス濃度を測定可能に構成されている。
【0037】
次に,内側カバー11,外側カバー12の環状溝20に対するかしめ固定について説明する。
図2に示すごとく,内側カバー11のフランジ部110の屈曲部111がテーパー面24と当接するよう内側カバー11,外側カバー12とを配置する。
また,フランジ部110,120の平坦部112,122の外方端部115,125は外方壁面220に当接する。
この時の内側カバー11のフランジ部110と天井面23との距離Fは0.3mmであった。
【0038】
その後,かしめ突起部22を図3に示すごとく内方に曲折することで,内側カバー11,外側カバー12のフランジ部110,120を環状溝20に対しかしめ固定する。これにより,図3に示すごとく,X,Y,Zの3点でフランジ部110,120と環状溝20とが当接し,かしめ固定が実現する。
このかしめ固定によりかしめ突起部22と天井面23とによって,内側カバー11,外側カバー12が挟持される(XとYとの間)。また,かしめ突起部22とテーパー面24とによって,内側カバー11,外側カバー12が挟持される(XとZの間)。
なお,Zは屈曲部111とテーパー面24との当接部である。
【0039】
また,図3に示すごとく,外側カバー12が内側カバー11に当接する位置をMとすると,MはZよりも径方向において外方に位置する。
また,図3より明らかであるが,外側カバー12のフランジ部120と内側カバー11のフランジ部110とは互いにフランジ部110,120の外方端部において当接している。
【0040】
なお,内側カバー11と外側カバー12とをフランジ部110,120のすぐ下方で溶接固定し,一体化してもよい。
なお,フランジ部110,120の平坦部の外方端部115,125は外方壁面220に当接させなくともよい。
【0041】
次に,本例の作用につき説明する。
本例では,かしめ固定に際して,内側カバー11及び外側カバー12を環状溝20に配置するが,上述したごとく,X,Y,Zの3点でフランジ部110,120と環状溝20とが当接し,強いかしめ固定が実現されている。
【0042】
更に,本例のガスセンサ1において,保護カバー10とハウジング2とはステンレス鋼よりなるが,種類が異なり,温度700℃において熱膨張率の差が7×10-6程度となる。
そして,本例のガスセンサ1は上述したごとく自動車内燃機関の排気系に設置されるため,内燃機関の運転/停止に応じて常温から最高700℃前後の冷熱サイクルに曝される。従って,高温環境においては保護カバー10とハウジング2との間には熱応力が発生する。
【0043】
本例のガスセンサ1では,内側カバー11のフランジ部110における屈曲部111とテーパー面24との当接する部分が支点となって熱応力による変形が発生するため,かしめ突起部22とテーパー面24とにより保護カバー10は強く拘束されたままである。
従って,高温環境においても強固なかしめ構造を提供することができる。
【0044】
さらに,外側カバー12と内側カバー11との当接位置Mは,内側カバー12とテーパー面24とが当接する部分のZより径方向において外方にある。よって,かしめ突起部22から外側カバー12及び内側カバー11に受けるかしめ力をMを支点にした大きなモーメント力として作用させることができる。そのため強固なかしめ力を容易に得ることができる。
【0045】
以上,本例によれば,ハウジングと保護カバーとのかしめ固定が冷熱サイクルに対し強固であるガスセンサを提供することができる。
【0046】
なお,本例の検出素子として,積層した板状の固体電解質体よりなるものを用いることもできる。
更に,本例では酸素センサとして機能するガスセンサについて例示説明したが,NOxセンサ,COセンサ,HCセンサ等の他のガスセンサにも適用できる。
【0047】
また,本例の環状溝20のテーパー面24は図1より知れるごとく平面状であるが,図6に示すごとく,曲面状のテーパー面24を設けることもできる。
この場合も上記と同様の作用効果を得ることができる。
【0048】
実施形態例2
本例は,図7,図8に示すごとく,フランジ部が波打った状態にある保護カバーを有するガスセンサについて説明する。
本例のガスセンサの構造は実施形態例1に示したものと同様の構造である。
保護カバーについては,図7,図8に示すごとき,内側カバー411と外側カバー412とよりなり,内側カバー411については実施形態例1と同様の形状を有しており,外側カバー412については実施形態例1とだいたいは同じ形状であるが,フランジ部414の断面が波形となるように,図7に示すごとく,該フランジ部414には凹部421と凸部422とが設けてある。
その他は実施形態例1と同様である。
【0049】
本例の作用効果について説明する。
本例のガスセンサの外側カバー412のフランジ部414には凹部421と凸部422とが設けてある。
このため,外側カバー412と内側カバー411とを実施形態例1と同様にしてハウジング2の環状溝20に固定した場合,ゆるみの発生し難いかしめ構造を得ることができる。
【0050】
つまりフランジ部413,414とが積層されることで,凹部421と凸部422との影響により,これらの高さやへこみの分だけ,フランジ部414の厚みが厚くなる。この状態でかしめ固定が行われるため,凹部421と凸部422とが変形し,若干薄くなった状態で固定される。
そのため,かしめ固定後のフランジ部414は上記凹部421と凸部422とによってフランジ部414の厚みを元に戻そうとする弾性力の作用を維持した状態となる。
【0051】
そのため,ハウジング2のかしめ突起部22が例えば高温時の熱応力等によりゆるんだ場合でも,ゆるみを補うようにフランジ部414が弾性力により厚み方向に伸長してゆるみを防止する。
よって,非常に強固なかしめ固定を維持することができる。
その他は実施形態例1と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における,ハウジングの要部断面説明図。
【図2】実施形態例1における,かしめ固定前のハウジングと保護カバーとの要部断面説明図。
【図3】実施形態例1における,かしめ固定後のハウジングと保護カバーとの要部断面説明図。
【図4】実施形態例1における,ガスセンサの断面説明図。
【図5】実施形態例1における,ハウジングと保護カバーとの断面展開説明図。
【図6】実施形態例1における,曲面状のテーパー面を持つ環状溝の要部断面説明図。
【図7】実施形態例2における,保護カバーの展開図。
【図8】実施形態例2における,かしめ固定後のハウジングと保護カバーとの要部断面説明図。
【符号の説明】
1...ガスセンサ,
2...ハウジング,
20...環状溝,
21...内側突出部,
210...内方壁面,
22...かしめ突起部,
220...外方壁面,
23...天井面,
24...テーパー面,
3...検出素子,
[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a gas sensor for detecting a specific gas concentration in a gas to be measured such as an oxygen gas concentration in an exhaust gas of an automobile internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Control of the air-fuel ratio of an internal combustion engine for automobiles is extremely important for energy saving (fuel saving) and exhaust gas purification. For this reason, an oxygen sensor or the like, which is a kind of gas sensor, is provided in the exhaust system to measure the oxygen gas concentration in the exhaust gas and control the combustion of the internal combustion engine.
[0003]
This has a gas contact part that comes into contact with the exhaust gas that is the gas to be measured, covers a detection element that can detect the oxygen gas concentration, a housing that holds the detection element, and the gas contact part of the detection element. And a protective cover provided with a gas hole for the gas to be measured.
[0004]
The bottom of the housing on the gas to be measured side has an inner protrusion and a caulking projection, and the bottom is surrounded by these and has an annular groove that opens to the protective cover side.
[0005]
Further, the opening end on the housing side of the protective cover has a flange portion that bends outward, the flange portion is fitted into the annular groove, and the caulking projection portion is caulked inward. The protective cover is caulked and fixed to the housing.
The protective cover is provided to protect the detection element that is weak in strength.
[0006]
[Problems to be solved]
By the way, the use environment of the gas sensor described above is in high temperature exhaust gas. Since the protective cover of the gas sensor is directly exposed to high-temperature exhaust gas, it must be made of a metal material with better heat resistance. On the other hand, since the housing has a complicated shape, it must be made of a metal material having excellent workability.
Therefore, the protective cover and the housing are made of different metal materials. However, when the gas sensor is used in a high temperature environment, the caulking and fixing between the housing and the protective cover may be loosened due to the difference in thermal expansion between the protective cover and the housing. is there.
[0007]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor in which the caulking and fixing of the housing and the protective cover are strong against the cooling and heating cycle.
[0008]
[Means for solving problems]
A first aspect of the present invention is a detection element having a gas contact portion that comes into contact with a gas to be measured, a housing that holds the detection element, a gas for covering the gas contact portion of the detection element and for flowing the gas to be measured. A protective cover having a hole, a bottom portion of the housing on the gas to be measured side having an inner projecting portion and a caulking projection portion, the bottom portion being surrounded by these, opening to the protective cover side, and inward An annular groove composed of a wall surface, an outer wall surface and a ceiling surface;
Furthermore, the opening end on the housing side of the protective cover has a flange portion that bends outward, the flange portion is fitted into the annular groove, and the caulking protrusion is caulked inward. In the gas sensor formed by caulking and fixing the protective cover to the housing,
In the gas sensor, a tapered surface is provided in the annular groove from the inner wall surface to the ceiling surface.
[0009]
Next, the operation of the present invention will be described.
The most notable aspect of the present invention is that a tapered surface is provided from the inner wall surface to the ceiling surface inside the annular groove.
[0010]
By placing the flange part of the protective cover between the outer wall surface and the inner wall surface of the annular groove, and bending the caulking protrusion part inward of the annular groove, the outer wall surface and ceiling of the caulking protrusion part and the annular groove A flange part is clamped between the surfaces.
In the gas sensor according to the present invention, since the tapered surface is provided from the inner wall surface of the annular groove to the ceiling surface, the flange portion is sandwiched between the caulking projection portion and the tapered surface by bending of the caulking projection portion.
For this reason, stronger caulking can be achieved.
[0011]
If the gas sensor has a conventional structure without a tapered surface, the bent caulking projection will caulk and secure the protective cover, but the portion facing the inner wall surface of the flange will be free and the caulking will be weakened accordingly. Conceivable.
[0012]
Furthermore, thermal stress occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the protective cover and the housing at high temperatures, etc., but in the gas sensor according to the present invention, the portion where the flange portion and the tapered surface abut is a fulcrum. Therefore, the protective cover remains firmly caulked and fixed even when thermal stress occurs.
For this reason, according to the present invention, it is possible to provide a strong caulking structure against a cooling cycle in which the temperature fluctuates from room temperature to a high temperature of around 700 ° C., for example.
[0013]
In the conventional gas sensor having no tapered surface, the caulking and fixing of the protective cover by the caulking projection may be loosened due to thermal stress.
[0014]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor in which the caulking and fixing between the housing and the protective cover are strong against the cooling / heating cycle.
[0015]
The tapered surface can be composed of a flat slope as shown in the first embodiment described later. Or it can comprise from a curved slope (refer FIG. 6 mentioned later).
Further, only one protective cover can be provided. Further, as shown in Embodiment 1 described later, a double structure including an inner cover and an outer cover may be employed. Moreover, it can also be set as a triple or more structure.
[0016]
In particular, in the case of a double or more configuration, all the covers can be provided with flange portions and all the covers can be caulked and fixed to the housing.
It is also possible to provide a flange portion only on a part of the cover and to fix only the cover to the housing by caulking. In this case, other non-caulking covers can be fixed to the caulking-fixed cover by welding or the like.
[0017]
Next, as in the invention described in claim 2, the distance between the ceiling surface of the annular groove and the flange portion of the protective cover is preferably 0.4 mm or less.
Thereby, stronger caulking can be obtained.
[0018]
When the distance is larger than 0.4 mm, when the caulking protrusion is caulked, a gap may remain between the annular groove and the flange portion, which may cause backlash.
In particular, when the protective cover is composed of an inner cover and an outer cover, the bottom of the outer cover may come into contact with the inner cover, which may prevent complete caulking and fixing. A more preferable upper limit of the distance is 0.3 mm.
[0019]
The lower limit of the distance is preferably 0.05 mm.
If the distance is less than 0.05 mm, the bent portion of the protective cover is not in contact with the taper surface of the housing, and there is a possibility that complete caulking and fixing cannot be performed.
[0020]
Considering a straight line parallel to the straight line in the axial direction of the gas sensor, the gap between the flange and the ceiling surface should be the above distance when the protective cover is simply inserted into the annular groove before caulking on this straight line. (See FIG. 2).
In addition, when the flange portion has a shape that undulates in the axial direction of the gas sensor as shown in the second embodiment, the smallest portion of the gap between the flange portion and the ceiling surface is claimed. Adopted as the distance it takes.
[0021]
Next, as in the third aspect of the invention, the flange portion of the protective cover includes a bent portion and a flat portion extending further outward than the bent portion,
The protective cover is preferably fitted into the annular groove while the bent portion is in contact with the tapered surface (see FIG. 2).
[0022]
As a result, when the thermal stress is generated, the contact portion between the bent portion and the tapered surface serves as a fulcrum, and the protective cover can be deformed. Therefore, it is possible to provide a strong caulking structure against the cooling / heating cycle.
The bent portion refers to a boundary portion between the inner side surface of the protective cover and the flange portion. Moreover, the said flat part is a part extended to the outward of the radial direction of an annular groove from a bending part (refer FIG. 2).
[0023]
Next, as in the invention described in claim 4, the protective cover comprises at least an inner cover and one or a plurality of outer covers provided outside the inner cover, both of which are outward. Bending and having a flange part consisting of a bent part and a flat part,
The inner cover is fitted to the annular groove while the bent portion is in contact with the tapered surface, while the bent portion of the outer cover is located at a position where the bent portion of the inner cover and the tapered surface are in contact with each other. Is preferably further outward.
[0024]
As a result, the caulking force received from the caulking protrusions on the outer cover and the inner cover can be applied as a large moment force with the contact portion between the bent portion and the tapered surface as a fulcrum.
Therefore, the protective cover can be caulked and fixed to the annular groove with a strong force.
[0025]
According to a fifth aspect of the present invention, it is preferable that the flange portion of the outer cover and the flange portion of the inner cover are in contact with each other at the outer end portion of the flange portion.
Thereby, the moment force with the contact portion between the bent portion and the tapered surface as a fulcrum can be utilized to the maximum extent.
[0026]
The gas sensor according to the present invention can be used for measuring oxygen gas concentration, NOx gas concentration, HC gas concentration, CO gas concentration, etc. in the gas to be measured.
Further, it can be used for measuring an air-fuel ratio in an internal combustion engine for automobiles.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
A gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Note that the gas sensor of this example is an oxygen sensor that is installed in an exhaust system of an automobile engine and configured to measure the oxygen gas concentration in the exhaust gas that is the gas to be measured.
[0028]
As shown in FIGS. 1 to 5, the gas sensor 1 of this example includes a detection element 3 having a gas contact portion that comes into contact with a gas to be measured, a housing 2 that holds the detection element 3, and a gas contact with the detection element 3. And a protective cover 10 having a gas hole 100 for circulating the gas to be measured.
[0029]
The bottom of the housing 2 on the gas to be measured side has an inner projecting portion 21 and a caulking projection portion 22. Further, the bottom portion is surrounded by them, and has an annular groove 20 that is open to the protective cover 10 side and that includes an inner wall surface 210, an outer wall surface 220, and a ceiling surface 23.
[0030]
Further, the protective cover includes an inner cover 11 and an outer cover 12, and the opening ends on the housing 2 side have flange portions 110 and 120 that bend outward. The flange portions 110 and 120 are fitted into the annular groove 20, and the inner cover 11 and the outer cover 12 are caulked and fixed to the housing 2 by caulking the caulking protrusion 22 inward. .
A tapered surface 24 is provided from the inner wall surface 21 to the ceiling surface 23 inside the annular groove 20.
As shown in FIG. 1, the angle C of the tapered surface is 45 degrees, and the height B of the tapered surface is 0.9 mm.
Further, the angle C and the height B of the tapered surface are set so that the distance F (see FIG. 2) between the ceiling surface 23 of the annular groove 20 of the housing 2 and the flange portion 110 of the inner cover 11 is 0.4 mm or less. Can be set arbitrarily.
[0031]
This will be described in detail below.
As shown in FIG. 4, the gas sensor 1 of this example includes a housing 2, an inner cover 11 and an outer cover 12, which are double protective covers 10 disposed below the housing 2, and an atmosphere side disposed above the housing 2. Cover 121-123.
The housing 2 has a substantially cylindrical shape, and a detection element 3 with a heater 39 is inserted and fixed therein.
As shown in FIG. 5, the inner diameter A of the housing is 8.2 mm.
[0032]
The atmosphere-side covers 121 to 123 include a first cover 121 that is directly caulked and fixed to the housing 2, a second cover 122 that is caulked and fixed to the upper part of the first cover 121, and a filter 129 at the upper part of the second cover 122. And a third cover 123 fixed by caulking.
[0033]
An insulator 13 is disposed inside the atmosphere-side covers 121 to 123, and a lead wire 312 connected to the output lead-out lines 31 and 32 of the detection element 3 via connection portions 311 and 321 inside the insulator 13. , 322 and the heater 39 are provided with lead wires 333.
Further, a rubber bush 14 is disposed further above the insulator 13.
[0034]
The protective cover 10 includes an outer cover 12 and an inner cover 11, and a gas hole 100 for introducing a gas to be measured is provided in both of them. The space inside the inner cover 11 functions as a gas chamber to be measured, and the gas contact portion of the detection element 3 is in contact with the gas to be measured here.
The inner cover 11 and the outer cover 12 have flange portions 110 and 120, respectively. The flange portion 110 includes a bent portion 111 and a flat portion 112 that extends further outward in the radial direction than the bent portion 111.
Similarly, the flange portion 120 of the outer cover 12 includes a bent portion 121 and a flat portion 122.
[0035]
The bottom portion of the housing 2 has an annular shape, and an annular groove 20 having an annular cross section is provided therein. A longitudinal section of the annular groove 20 is shown in FIG.
Moreover, as shown in FIG. 5, the inner diameter D of the inner cover 11 is 9.9 mm. The curvature radius of the bent portion 111 of the flange portion 110 of the inner cover 11 is 1.1 mm.
The housing 2 of this example is made of SUS430, and the inner cover 11 and the outer cover 12 are both made of SUS310S.
[0036]
Although not shown in the drawings, the detection element of the present example is configured so that a pair of electrodes are provided inside and outside a cup-type solid electrolyte body having an oxygen ion conductivity, and the oxygen gas concentration can be measured from the output of the electrodes. .
[0037]
Next, caulking and fixing of the inner cover 11 and the outer cover 12 to the annular groove 20 will be described.
As shown in FIG. 2, the inner cover 11 and the outer cover 12 are arranged so that the bent portion 111 of the flange portion 110 of the inner cover 11 contacts the tapered surface 24.
Further, the outer end portions 115 and 125 of the flat portions 112 and 122 of the flange portions 110 and 120 abut against the outer wall surface 220.
At this time, the distance F between the flange portion 110 of the inner cover 11 and the ceiling surface 23 was 0.3 mm.
[0038]
After that, the flange portions 110 and 120 of the inner cover 11 and the outer cover 12 are caulked and fixed to the annular groove 20 by bending the caulking projection portion 22 inward as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 3, the flange portions 110 and 120 and the annular groove 20 come into contact with each other at three points X, Y, and Z, and the caulking is realized.
By this caulking, the inner cover 11 and the outer cover 12 are sandwiched between the caulking protrusion 22 and the ceiling surface 23 (between X and Y). Further, the inner cover 11 and the outer cover 12 are sandwiched between the caulking protrusion 22 and the tapered surface 24 (between X and Z).
Z is a contact portion between the bent portion 111 and the tapered surface 24.
[0039]
Further, as shown in FIG. 3, when the position where the outer cover 12 contacts the inner cover 11 is M, M is positioned outward in the radial direction from Z.
As is clear from FIG. 3, the flange portion 120 of the outer cover 12 and the flange portion 110 of the inner cover 11 are in contact with each other at the outer ends of the flange portions 110 and 120.
[0040]
The inner cover 11 and the outer cover 12 may be integrated by welding and fixing directly below the flange portions 110 and 120.
The outer end portions 115 and 125 of the flat portion of the flange portions 110 and 120 do not have to be in contact with the outer wall surface 220.
[0041]
Next, the operation of this example will be described.
In this example, when caulking is fixed, the inner cover 11 and the outer cover 12 are arranged in the annular groove 20, but as described above, the flange portions 110, 120 and the annular groove 20 abut at three points X, Y, and Z. , Strong caulking is realized.
[0042]
Furthermore, in the gas sensor 1 of this example, the protective cover 10 and the housing 2 are made of stainless steel, but the types are different, and the difference in thermal expansion coefficient is about 7 × 10 −6 at a temperature of 700 ° C.
Since the gas sensor 1 of the present example is installed in the exhaust system of the automobile internal combustion engine as described above, it is exposed to a cooling cycle from room temperature to a maximum of around 700 ° C. according to the operation / stop of the internal combustion engine. Accordingly, thermal stress is generated between the protective cover 10 and the housing 2 in a high temperature environment.
[0043]
In the gas sensor 1 of this example, since the portion where the bent portion 111 of the flange portion 110 of the inner cover 11 abuts on the tapered surface 24 becomes a fulcrum and deformation due to thermal stress occurs, the caulking projection 22 and the tapered surface 24 As a result, the protective cover 10 remains strongly restrained.
Therefore, a strong caulking structure can be provided even in a high temperature environment.
[0044]
Further, the contact position M between the outer cover 12 and the inner cover 11 is outward in the radial direction from Z of the portion where the inner cover 12 and the tapered surface 24 are in contact. Therefore, the caulking force applied to the outer cover 12 and the inner cover 11 from the caulking protrusion 22 can be applied as a large moment force with M as a fulcrum. Therefore, a strong caulking force can be easily obtained.
[0045]
As described above, according to this example, it is possible to provide a gas sensor in which the caulking and fixing between the housing and the protective cover are strong against the cooling / heating cycle.
[0046]
In addition, what consists of a laminated plate-shaped solid electrolyte body can also be used as a detection element of this example.
Further, in this example, the gas sensor functioning as an oxygen sensor has been described as an example, but the present invention can also be applied to other gas sensors such as a NOx sensor, a CO sensor, and an HC sensor.
[0047]
Further, the tapered surface 24 of the annular groove 20 of the present example is planar as is known from FIG. 1, but a curved tapered surface 24 can also be provided as shown in FIG.
Also in this case, the same effect as described above can be obtained.
[0048]
Embodiment 2
In this example, as shown in FIGS. 7 and 8, a gas sensor having a protective cover in which the flange portion is undulated will be described.
The structure of the gas sensor of this example is the same as that shown in the first embodiment.
As shown in FIGS. 7 and 8, the protective cover includes an inner cover 411 and an outer cover 412. The inner cover 411 has the same shape as that of the first embodiment, and the outer cover 412 is implemented. Although the shape is substantially the same as that of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the flange portion 414 is provided with a concave portion 421 and a convex portion 422 so that the flange portion 414 has a corrugated cross section.
Others are the same as the first embodiment.
[0049]
The effect of this example will be described.
A concave portion 421 and a convex portion 422 are provided on the flange portion 414 of the outer cover 412 of the gas sensor of this example.
For this reason, when the outer cover 412 and the inner cover 411 are fixed to the annular groove 20 of the housing 2 in the same manner as in the first embodiment, it is possible to obtain a caulking structure in which loosening does not easily occur.
[0050]
That is, by laminating the flange portions 413 and 414, the thickness of the flange portion 414 is increased by the height and dent due to the influence of the concave portion 421 and the convex portion 422. Since caulking is performed in this state, the concave portion 421 and the convex portion 422 are deformed and fixed in a slightly thin state.
Therefore, the flange portion 414 after caulking and fixing is in a state in which the concave portion 421 and the convex portion 422 maintain the action of an elastic force to return the thickness of the flange portion 414 to the original state.
[0051]
Therefore, even when the caulking projection 22 of the housing 2 is loosened due to, for example, thermal stress at high temperature, the flange 414 extends in the thickness direction by an elastic force so as to compensate for the loosening, thereby preventing the loosening.
Therefore, it is possible to maintain a very strong caulking.
The other effects are the same as those of the first embodiment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a housing according to Embodiment 1;
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of main parts of a housing and a protective cover before caulking and fixing in the first embodiment.
3 is a cross-sectional explanatory view of main parts of a housing and a protective cover after caulking and fixing in Embodiment 1; FIG.
4 is a cross-sectional explanatory view of a gas sensor in Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a sectional development explanatory view of a housing and a protective cover in the first embodiment.
6 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an annular groove having a curved tapered surface in Embodiment 1. FIG.
7 is a development view of a protective cover in Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of main parts of a housing and a protective cover after caulking and fixing in a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1. . . Gas sensor,
2. . . housing,
20. . . Annular groove,
21. . . Inward protrusion,
210. . . Inner wall,
22. . . Caulking projections,
220. . . Outside wall,
23. . . Ceiling surface,
24. . . Tapered surface,
3. . . Sensing element,

Claims (5)

被測定ガスと接触する接ガス部を有する検出素子と,該検出素子を保持するハウジングと,上記検出素子の接ガス部を覆うと共に被測定ガス流通用のガス穴を有する保護カバーとを有すると共に,上記ハウジングの被測定ガス側の底部は内側突出部とかしめ突起部とを有し,また上記底部はこれらに囲まれ,保護カバー側に開口すると共に内方壁面と外方壁面と天井面とから構成される環状溝を有し,
更に上記保護カバーのハウジング側の開口端は外方に曲折するフランジ部を有し,上記フランジ部は上記環状溝に対し嵌合されると共に,上記かしめ突起部を内方にかしめることにより,上記ハウジングに上記保護カバーをかしめ固定してなるガスセンサにおいて,
上記環状溝の内部において上記内方壁面から上記天井面にかけてテーパー面が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
A detection element having a gas contact portion that comes into contact with the gas to be measured; a housing that holds the detection element; a protective cover that covers the gas contact portion of the detection element and has a gas hole for circulating the gas to be measured; The bottom of the housing to be measured gas side has an inner protrusion and a caulking projection, and the bottom is surrounded by these, opens to the protective cover side, and has an inner wall surface, an outer wall surface, and a ceiling surface. An annular groove composed of
Furthermore, the opening end on the housing side of the protective cover has a flange portion that bends outward, the flange portion is fitted into the annular groove, and the caulking protrusion is caulked inward. In the gas sensor formed by caulking and fixing the protective cover to the housing,
A gas sensor characterized in that a tapered surface is provided from the inner wall surface to the ceiling surface inside the annular groove.
請求項1において,上記環状溝の天井面と上記保護カバーのフランジ部との間の距離は0.4mm以下であることを特徴とするガスセンサ。The gas sensor according to claim 1, wherein a distance between a ceiling surface of the annular groove and a flange portion of the protective cover is 0.4 mm or less. 請求項1または2において,上記保護カバーのフランジ部は屈曲部と該屈曲部より更に外方に延びる平坦部とよりなり,
上記保護カバーは上記屈曲部を上記テーパー面に対し当接しつつ上記環状溝に対し嵌合されることを特徴とするガスセンサ。
In Claim 1 or 2, the flange part of the said protective cover consists of a bending part and the flat part extended further outward from this bending part,
The gas sensor according to claim 1, wherein the protective cover is fitted into the annular groove while the bent portion is in contact with the tapered surface.
請求項1〜3のいずれか一項において,上記保護カバーは少なくとも内側カバーと該内側カバーよりも外方に設けた1つまたは複数の外側カバーとよりなり,これらはいずれも外方に曲折すると共に屈曲部と平坦部とよりなるフランジ部を有してなり,
上記内側カバーは上記屈曲部を上記テーパー面に当接しつつ上記環状溝に対し嵌合され,一方,上記外側カバーの上記屈曲部は上記内側カバーの屈曲部と上記テーパー面とが当接する位置よりも更に外方にあることを特徴とするガスセンサ。
4. The protective cover according to claim 1, wherein the protective cover includes at least an inner cover and one or a plurality of outer covers provided outside the inner cover, both of which are bent outward. And a flange portion composed of a bent portion and a flat portion,
The inner cover is fitted to the annular groove while the bent portion is in contact with the tapered surface, while the bent portion of the outer cover is located at a position where the bent portion of the inner cover and the tapered surface are in contact with each other. A gas sensor characterized by being further outward.
請求項4において,上記外側カバーのフランジ部と上記内側カバーのフランジ部とは互いにフランジ部の外方端部において当接してなることを特徴とするガスセンサ。5. The gas sensor according to claim 4, wherein the flange portion of the outer cover and the flange portion of the inner cover are in contact with each other at an outer end portion of the flange portion.
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