JP4465089B2

JP4465089B2 - Gas sensor

Info

Publication number: JP4465089B2
Application number: JP2000263193A
Authority: JP
Inventors: 康司松尾; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JP2002071625A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の内燃機関等の排気管に取り付けられて、排気管中を流通する排気ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、上記ガスセンサとしては、例えば、図８に示すような酸素センサ１００が知られている（特開平１０−２５８２０３号公報等参照）。即ち、酸素センサ１００は、排気管に固定するためのねじ部１０２ａが外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、主体金具１０２の筒内に配置された筒状の絶縁保護体１０４と、一端（図中下方）が突出した状態で絶縁保護体１０４の筒内に挿入され、酸素イオン伝導性固体電解質体からなる長板状の酸素濃淡電池素子１０６ａを備えた断面長方形状の検出素子１０６とを備えている。尚、検出素子１０６には、酸素濃淡電池素子を活性化させるためのヒータ１０６ｂが積層されて形成されている。
【０００３】
そして、検出素子１０６は、絶縁保護体１０４から突出した突出部分１０６ｃには検出部１０６ｄが形成され、後端側には検出部１０６ｄにて生じた酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すための複数（図中では、５本）の取り出し線１０８が取り付けられ、各取り出し線１０８は、それぞれリードフレーム１１０の一端に接続されている。また、リードフレーム１１０の他端は、接続端子１１２を介してリード線１１４に接続され、このリード線１１４を介して酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すことができる。
【０００４】
一方、絶縁保護体１０４の先端側筒内（図中下方）には、検出素子１０６を保持するための碍管１１６が配置され、更に、検出素子１０６と碍管１１６との間の上部に形成された空間に、接合セメント材１１８が充填されることにより、碍管１１６と検出素子１０６とが固定されている。
【０００５】
また、絶縁保護体１０４の後端側筒内において碍管１１６の上部には、滑石とガラス材との混合粉末を溶融・固化して形成された第１充填層１２０及び第２充填層１２２が下方から順に配置され、これにより、一部取り出し線１０８を含んだ状態で、絶縁保護体１０４と検出素子１０６とが固定されている。ここで、第１充填層１２０では、混合粉末全体の重量の内でガラス材の重量が占める割合が、例えば１２％であり、第２充填層１２２では、例えば５０％である。
【０００６】
更に、第２充填層１２２の上部には、ガラス粉末を溶融・固化して形成されたガラス層１２４が形成され、これにより、取り出し線１０８の一部及びリードフレーム１１０の一部（図中下端側）を含んだ状態で、絶縁保護体１０４の筒内後端側が封止されている。
【０００７】
また、主体金具１０２の先端側外周には、検出素子１０６の突出部分１０６ｃを覆うと共に、金属製で、複数の孔部を有する二重のプロテクタ１２６ａ，１２６ｂが溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１０２と絶縁保護体１０４とは板パッキン１２８及び滑石層１３０を介して嵌合している。更に、絶縁保護体１０４には、滑石層１３０を封止する加締リング１３２が外嵌され、この加締リング１３２には、絶縁保護体１０４を内挿する外筒１３４が外嵌している。そして、外筒１３４には、リング１３６が外嵌され、そのリング１３６を覆うようにして、主体金具１０２の先端側（図中下方）が加締られており、その結果、主体金具１０２と外筒１３４とが連結され、絶縁保護体１０４が主体金具１０２に固定されている。
【０００８】
一方、外筒１３４の後端側には、保護外筒１３８が加締によって連結され、その保護外筒１３８に内嵌されるグロメット１４０により、接続端子１１２及びリード線１１４が保持されている。
このように、構成された酸素センサ１００では、外部から振動等の衝撃を受けた場合には、主として第１充填層１２０及び第２充填層１２２にて、その衝撃をある程度吸収できるようになる。このため、外部から衝撃を受けても、少なくとも第１充填層１２０及び第２充填層１２２にて覆われている検出素子１０６の部分が、破損してしまうのを防止できるようになった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、検出素子１０６において、碍管１１６や接合セメント材１１８によって固定された部分では、外部から受けた衝撃が伝達されやすく、これによって、特に碍管１１６から突出した先端部分（即ち、検出部１０６ｄが形成された端部側の部分）全体が共振しやすくなる。
【００１０】
このため、検出素子１０６の先端部分の根本付近にひび割れが生じたり、或いは、根本付近から折れて破損してしまうおそれがあった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、排気ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセンサにおいて、外部から衝撃を受けても検出素子が破損しにくくすることを目的とする。
【００１１】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、セラミックス製の積層基板からなり、測定対象となるガスに向けられる検出部が一端側に形成された長尺状の検出素子と、前記検出素子の前記検出部側を突出させた状態で該検出素子を筒内に保持する筒状の主体金具と、前記検出素子の前記検出部側を突出させると共に、該検出素子を位置決めして前記主体金具の筒内に保持するために、該主体金具の筒内に固定される固定具と、を備え、
前記主体金具の筒内に、前記固定具から突出された前記検出素子の前記検出部側の外壁に当接して、該検出素子に加わる衝撃を吸収するための金属製の緩衝部材が配置され、前記緩衝部材は、その緩衝部材の一部が前記検出素子の前記外壁に当接する形状に形成されて配置され、前記衝撃に応じて弾性変形することを特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明（請求項１）のガスセンサでは、振動等の衝撃を外部から受けても、衝撃に応じて金属製の緩衝部材が弾性変形することにより、検出素子に加わる衝撃を吸収するようになるため、検出素子に衝撃が伝達されるのを防止することができる。これにより、当該ガスセンサが外部から衝撃を受けても、その衝撃により検出素子が破損するのを防止することができる。
【００１３】
そして、緩衝部材は、検出素子の外壁に当接させた状態で主体金具の筒内に配置することが重要であるが、具体的には、例えば、請求項２に記載のように、固定具を、セラミックス製材料を所定形状に成形した後、焼結することにより形成される筒状のセラミックホルダとし、このセラミックホルダの開口部内壁と、検出素子の外壁との間に緩衝部材を配置するようにしてもよく、または、請求項３に記載のように、主体金具の開口部内壁と、検出素子の外壁との間に緩衝部材を配置するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、外部から受けた衝撃が緩衝部材に吸収されるため、検出素子の検出部側に衝撃が伝達されるのを防止することができる。これにより、当該ガスセンサ（請求項２，３に記載のガスセンサ）が外部から衝撃を受けても、主体金具の筒内に検出部側が突出した状態で保持された検出素子における当該検出部側が、その衝撃により破損してしまうのを防止することができる。
【００１５】
また、緩衝部材を配置する際には、請求項４に記載のように、検出素子の外壁の内、積層基板の積層面に平行な外壁に当接するようにするとよい。
即ち、検出素子では、積層基板の積層面に垂直な方向に沿って振動し易いことが知られている。そこで、本発明（請求項４）のようにすれば、外部から受けた衝撃に応じて上記のように緩衝部材が変形して、検出素子に衝撃が伝達されるのを防止することができるだけでなく、万が一、衝撃が検出素子に伝達したとしても、その衝撃力は、各積層基板の板面にて受け止められる結果、各積層基板同士を押さえ合うように働くことになる。
【００１６】
このため、外部からの衝撃を受けても、検出素子が振動（共振）するのを防止することができる。しかも、このように衝撃が吸収されるため、各積層基板が積層面に沿って剥がれたりするのを防止することも可能となる。
ところで、金属製の緩衝部材としては、例えば、単に板状に形成し、端部等の一部を検出素子の外壁に当接させる等して、外部から衝撃を受けた際には、板自体を撓ませて弾性変形させることにより、その衝撃吸収させるようにしてもよい。或いは、長尺状で薄い金属片を複数からめ合わせるようにして、いわば市販の「マグネシウム製たわし」のような集合体を形成して、この集合体全体として弾性を持たせるようにしてもよい。しかしながら、このように緩衝部材を単に板状に形成した場合や集合体に形成した場合には、検出素子の外壁に当接した状態で主体金具の筒内に配置させるのが難しい。
【００１７】
そこで、緩衝部材を、請求項５に記載のように、金属板にて波板状に形成し、波の振幅方向側の面が検出素子の外壁に当接するように配置するのが好ましい。
このようにすれば、緩衝部材を例えば波の振幅が小さくなるように弾性変形させることができ、その際の復元力を利用して検出素子の外壁にしっかりと当接させることができる。しかも、緩衝部材をこのように波の振幅方向に弾性変形させることにより、簡単に主体金具の筒内に配置させることができる。また、このように構成された緩衝部材は、外部から受けた衝撃に応じて、波の振幅が小さくなったり、或いは復元するように動作して変形できるようになるため、衝撃を確実に吸収させることができる。
【００１８】
そして、緩衝部材を特に板状に形成するには、例えば、請求項６に記載のように、円盤状の金属板から切り起こされた突片から形成するようにしてもよい。
このようにすれば、緩衝部材を主体金具の筒内に配置するのと同時に、突片以外の円盤状の金属板の部分を、例えば、主体金具と固定具との間等に配置させることができる。また、緩衝部材を形成するには、金属板から突片を切り起こすだけでよいため、当該緩衝部材を形成するのが極めて簡単である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を具体化した各実施例（第１実施例，第２実施例）を図面と共に説明する。尚、各実施例では本発明をガスセンサの一種である酸素センサに適用した。
【００２０】
（第１実施例）
図１は、本実施例の酸素センサ２の全体構成を示す断面図であり、図２は検出素子１０６の先端部分側の周囲の構造、及び、酸素センサ２が備えるフレーム付きパッキン１０の概略構成を示す説明図である。尚、酸素センサ２は、図８に示した酸素センサ１００とは、検出素子１０６の先端部分側周囲の構造が異なり、その他の部分は同様に構成されている。ここでは、図８に示した酸素センサ１００と共通する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２１】
即ち、酸素センサ２は、絶縁保護体１０４の筒内先端側にフレーム付きパッキン１０を備える。フレーム付きパッキン１０は、図２（ｂ）の側面図や、図２（ｂ）中の矢印Ａ方向から当該パッキン１０を見た底面図である図２（ｃ）に示すように、検出素子１０６を挿通するための略長方形状の挿通孔１２ａが中央部分に穿設され、上方に向けて外側に開くすり鉢状のパッキン本体１２と、パッキン本体１２の挿通孔１２ａの長手方向両端部から下方に突出した波状を呈するフレーム１４とを備える。また、フレーム付きパッキン１０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやＳＵＳ３１０等のステンレス鋼にて全体が一体形成されている。
【００２２】
ここで、フレーム付きパッキン１０を形成するには、例えば、まず、円盤状のステンレス板（インコネル製の板）１０’の中央部分に、図２（ｄ）に示すように、「エ」状の切り込み（実線部分）を入れて、図中左右側から延びる二枚の突片１４’を形成し、その突片１４’をそれぞれ円盤状のステンレス板１０’の板面に対して垂直となるように、折り曲げ線に沿って下方に向けて折り曲げる。そして、突片１４’を波状に変形させ、他方、円盤状のステンレス板１０’の他の部分をすり鉢状となるように変形させる。これにより、二枚の突片１４’が波状を呈するフレーム１４となり、フレーム１４を形成するために切り取られた部分が挿通孔１２ａとなり、すり鉢状に変形した部分がパッキン本体１２となり、フレーム付きパッキン１０が完成する。
【００２３】
そして、フレーム付きパッキン１０は、図２（ａ）に示すように、まず、検出素子１０６において酸素濃淡電池素子１０６ａとヒータ１０６ｂとが積層される積層面に平行な外壁面に、フレーム１４が当接するようにして、挿通孔１２ａに検出素子１０６が挿通される。次いで、絶縁保護体１０４の開口部側（図中下方）内壁と、検出素子１０６の外壁との間に、フレーム１４を配置した状態で、パッキン本体１２の部分が絶縁保護体１０４の筒内先端側に配置される。このとき、フレーム１４の波の振幅方向側の面が、検出素子１０６の外壁及び絶縁保護体１０４の内壁に当接するように配置される。ここで、絶縁保護体１０４は、請求項記載の「固定具」に相当する。
【００２４】
尚、パッキン本体１２の上方には碍管４が配置され、検出素子１０６と碍管１１６との間の上部に形成された空間に、接合セメント材１１８が充填されることにより、碍管１１６と検出素子１０６とが固定されている。
そして、このように構成された酸素センサ２では、外部から振動等の衝撃を受けた際には、その衝撃が主体金具１０２，絶縁保護体１０４，碍管１１６等を介して検出素子１０６の突出部分１０６ｃに伝達するようになるが、フレーム付きパッキン１０のフレーム１４がこの衝撃に応じて弾性変形して衝撃（振動）自体を吸収するように動作するため、検出素子１０６の突出部分１０６ｃが共振してしまうのを回避できる。
【００２５】
また、フレーム付きパッキン１０のパッキン本体１２が、絶縁保護体１０４と碍管１１６との間に配置されているため気密性が向上し、これら絶縁保護体１０４と碍管１１６との間を介して排気ガスが内部に流入するのを防止することができる。
【００２６】
更にまた、パッキン本体１２を配置することにより、絶縁保護体１０４に伝達された衝撃を、このパッキン本体１２にて一部吸収できるようになるため、碍管１１６に衝撃が伝達してしまうのを少しでも防止でき、ひいては、検出素子１０６の突出部分１０６ｃに衝撃が伝達するのを防止できる。
【００２７】
従って、本実施例の酸素センサ２では、外部から衝撃を受けても、フレーム付きパッキン１０のフレーム１４が衝撃に応じて弾性変形するため、受けた衝撃を吸収でき、この結果、検出素子１０６の突出部分１０６ｃに無理な力が加わるのが防止でき、突出部分１０６ｃが折れてしまうのを防止できる。
【００２８】
（第２実施例）
図３は、本実施例の酸素センサ２０の全体構成を示す断面図であり、図４は、酸素センサ２０が備える検出素子２４の突出部分２４ｂ側の周囲の構造、及び、酸素センサ２０が備えるフレーム付きパッキン６０の概略構成を示す説明図である。
【００２９】
即ち、酸素センサ２０は、排気管に固定するためのねじ部２２ａが外表面に形成された筒状の主体金具２２と、主体金具２２の筒内に挿入される断面長方形状の検出素子２４と、検出素子２４を保持するために主体金具２２の筒内に積層されるセラミックホルダ２６、タルク粉末２８、及び、セラミックスリーブ３０と、検出素子２４に接続された複数（本実施例では４本）の長板状のリードフレーム３２とを備え、更に、主体金具２２の先端側筒内（図中下方）には、後述するフレーム付きパッキン６０が配置されている。この内、セラミックホルダ２６及びセラミックスリーブ３０は、検出素子２４を挿通するための挿通孔が中央部分に穿設されている。
【００３０】
そして、検出素子２４は、それぞれ長板状に形成された酸素濃淡電池素子３４と、酸素濃淡電池素子を活性化させるためのヒータ３６とが積層されて形成された公知のものである。尚、酸素濃淡電池素子３４は、例えば、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体により形成されている。また、ヒータ３６は、例えば、導電性セラミックからなる抵抗発熱体パターンをセラミック基体中に埋設したものである。そして、酸素濃淡電池素子３４の先端側（図中下方）には、検出部２４ａが形成されている。
【００３１】
また、酸素濃淡電池素子３４の長手方向に沿った後端側の板面（図中右上方）には、検出部２４ａにて検出された酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すための二つの電極端子３８が間隔を空けて配置され、一方、ヒータ３６の長手方向に沿った後端側の板面（図中左上方）には、抵抗発熱体パターンに電力を供給するための二つの電極端子４０が間隔を空けて配置されている。尚、酸素濃淡電池素子３４とヒータ３６とは、セラミック（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック）層を介して互いに接合される。
【００３２】
そして、検出素子２４は、フレーム付きパッキン６０，セラミックホルダ２６，タルク粉末２８，セラミックスリーブ３０等を介して主体金具２２の筒内に固定され、しかも、タルク粉末２８の下部中央から、セラミックホルダ２６の筒内を介して、その検出部２４ａ側を下方に突出させた状態で固定される。
【００３３】
ここで、フレーム付きパッキン６０は、図４（ｂ）の側面図や、図４（ｂ）中の矢印Ｂ方向から当該パッキン６０を見た底面図である図４（ｃ）に示すように、検出素子２４を挿通するための略長方形状の挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体６２と、パッキン本体６２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から上方に突出した波状のフレーム６４とを備える。また、フレーム付きパッキン６０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやＳＵＳ３１０等のステンレス鋼にて全体が一体形成されている。
【００３４】
そして、フレーム付きパッキン６０を形成するには、上記した第１実施例のフレーム付きパッキン１０の場合と同様にして、例えば、まず、円盤状のステンレス板（インコネル製の板）６０’の中央部分に、図４（ｄ）に示すように、切り込み（実線部分）を入れて、図中左右側から延びる二枚の突片６４’を形成し、その突片６４’をそれぞれ円盤状のステンレス板６０’の板面に対して垂直となるように上方に向けて折り曲げる。そして、突片６４’を波状に変形させればよい。これにより、二枚の突片６４’が波状のフレーム６４となり、フレーム６４を形成するために切り取られた部分が挿通孔６２ａとなり、その他の部分がパッキン本体１２となり、フレーム付きパッキン６０が形成される。
【００３５】
また、フレーム付きパッキン６０は、図４（ａ）に示すように、そのフレーム６４を上方に向けた状態で主体金具２２の筒内下方の内面に配置される。更に、タルク粉末２８から突出した検出素子２４の突出部分２４ｂにおいて、酸素濃淡電池素子３４とヒータ３６とが積層される積層面に平行な外壁面にフレーム６４が当接するように、挿通孔６２ａに検出素子２４が挿通され、パッキン本体６２上にセラミックホルダ２６が載置され、更にまた、セラミックホルダ２６上に、タルク粉末２８とセラミックスリーブ３０等が順に配置される。そして、特に、検出素子２４の電極端子（電極端子３８，４０）が形成された側の端部側の周囲が、セラミックスリーブ３０に覆われる。
【００３６】
つまり、セラミックホルダ２６の内壁と検出素子２４の外壁との間には、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４が配置され、主体金具２２の筒内下方の内面とセラミックホルダ２６の下端面との間には、パッキン本体６２が配置される。また、このとき、フレーム６４の波の振幅方向側の面が、検出素子２４の外壁及び主体金具２２のの内壁に当接するように配置される。
【００３７】
一方、図３に戻り、セラミックスリーブ３０の後端側周囲の端面上には、加締リング４２が配置され、主体金具２２の後端部を、この加締リング４２を介してセラミックスリーブ３０側に加締めることにより、タルク粉末２８が加圧充填され、この結果、検出素子２４、セラミックホルダ２６、セラミックスリーブ３０と主体金具２２とが固定される。
【００３８】
そして、主体金具２２の後端側外周には、外筒４４が溶接等により固定されている。また、外筒４４の後端開口部（図中上方）には、検出素子２４にて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すためのリード線４６が挿通されるリード線挿通孔が形成されたセラミックセパレータ４８とグロメット５０とが配置されている。更にまた、主体金具２２の先端側外周には、検出素子２４の突出部分２４ｂを覆うと共に、金属製で、複数の孔部を有する二重のプロテクタ５２ａ，５２ｂが溶接等によって取り付けられている。
【００３９】
ところで、検出素子２４の後端側周囲には、リードフレーム３２が配置される。このリードフレーム３２は、外観が略Ｌ字状を呈するように形成されている。即ち、リードフレーム３２は、フレーム本体５４と、フレーム本体５４の一端側が折り曲げられて形成された折曲部５６と、フレーム本体５４の折曲部５６側に形成された波状部分５８とを備える。また、リードフレーム３２は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネル等のステンレス鋼にて形成されている。
【００４０】
そして、このように構成されたリードフレーム３２は、セラミックスリーブ３０の挿通孔に、そのフレーム本体５４と波状部分５８の部分とが配置され、この状態の挿通孔に検出素子２４が挿通される。ここで、リードフレーム３２を配置する際には、検出素子２４の電極端子３８，４０に、波状部分５８を当接させると共に、折曲部５６をセラミックスリーブ３０の下端面に当接させるようにする。また更に、フレーム本体５４の折曲部５６とは反対側の端部（図中上方）をセラミックスリーブ３０から突出させた状態で配置する。
【００４１】
このように構成された酸素センサ２０では、セラミックスリーブ３０から突出したリードフレーム３２のフレーム本体５４の端部（図中上方）に、リード線４６が抵抗溶接により固定される。つまり、酸素センサ２０では、リード線４６及びリードフレーム３２を介して、検出素子２４にて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すことができる。
【００４２】
また、外部から振動等の衝撃を受けた際には、その衝撃が主体金具２２，セラミックホルダ２６等を介して、検出素子２４の突出部分２４ｂに伝達するようになるが、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４がこの衝撃に応じて弾性変形して衝撃（振動）自体を吸収するように動作するため、検出素子２４の突出部分２４ｂが共振してしまうのを回避できる。
【００４３】
また、フレーム付きパッキン６０のパッキン本体６２が、主体金具２２とセラミックホルダ２６との間に配置されているため気密性が向上し、これら主体金具２２とセラミックホルダ２６との間を介して排気ガスが内部に流入するのを防止することができる。更にまた、パッキン本体６２を配置することにより、主体金具２２に伝達された衝撃を、このパッキン本体６２にて一部吸収できるため、セラミックホルダ２６に衝撃が伝達してしまうのを少しでも低減でき、ひいては、検出素子２４の突出部分２４ｂに衝撃が伝達するのを少しでも低減できる。
【００４４】
このため、本実施例の酸素センサ２０では、外部から衝撃を受けても、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４が衝撃に応じて弾性変形するため、受けた衝撃を吸収できる。この結果、検出素子２４の突出部分２４ｂに無理な力が加わるのを防止でき、従って、突出部分２４ｂが破損してしまうのを防止できる。
【００４５】
一方、セラミックスリーブ３０の挿通孔の内壁と検出素子２４との間には、リードフレーム３２の波状部分５８が配置されており、この波状部分５８は検出素子２４やセラミックスリーブ３０からの圧力を受けて弾性変形するようになる。この結果、セラミックスリーブ３０と、検出素子２４（検出素子２４の電極端子）との間の隙間が無くなるように密着して、検出素子２４がセラミックスリーブ３０にしっかりと固定される。しかも、外部から衝撃を受けても、この波状部分５８が衝撃に応じて弾性変形してその衝撃を吸収できる。この結果、検出素子２４の後端部分に無理な力が加わるのを防止でき、従って、後端部分が破損してしまうのを防止できる。
【００４６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記第１，第２実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記した第１実施例の酸素センサ２において、検出素子１０６の突出部分１０６ｃの周囲の構造を、図５に示すように変形してもよい。
【００４７】
即ち、主体金具１０２の筒内下方側の内面と、絶縁保護体１０４の先端側外壁との間に、フレーム付きパッキン１０のパッキン本体１２を配置し、検出素子１０６の外壁と、主体金具１０２の筒内先端側内壁との間に、フレーム１４を配置するものである。
【００４８】
このように構成された酸素センサ２’では、外部から受けた衝撃をフレーム１４にて吸収できるため、衝撃が検出素子１０６に伝達するのを防止でき、酸素センサ２の場合と同様の効果を得ることができる。
また、これに限定されず、フレーム付きパッキンのフレームが、絶縁保護体１０４及び主体金具１０２の各筒内先端側内壁と、検出素子１０６の外壁との間に亘って配置するようにしてもよい。このようにすれば、結果としてフレームを大きく形成でき、その分外部から受けた衝撃をより多く吸収することができ、検出素子１０６の破損を一層防止できる。
【００４９】
ところで、主体金具２２や絶縁保護体１０４の内部空間を広くすると、酸素センサ自体が大きくなるため、その広さには制限がある。また、外部から受けた衝撃をより吸収させるためには、フレーム付きパッキンのフレームをできるだけ大きく（長く）形成する必要がある。
【００５０】
そこで、フレーム付きパッキンを形成する際には、図６（ａ）上図に示すように、円盤状のステンレス板の中央部分に、長手方向の一端を残して、他の部分を「コ」の字状に切り取った長方形状の突片を複数設けるようにしてもよい。尚、残される一端側は、フレームを形成するために折り曲げ線に沿って折り曲げられる部分であり、この一端側の位置自体は、各実施例中に示したフレーム付きパッキン１０，６０のフレーム１４，５８を形成するために突片を折り曲げた部分と同じ箇所である。
【００５１】
そして、切り取る際には、ステンレス板の直径方向に対して、それぞれ平行となるように、かつ互い違いとなるように、外周方向に向かって切り取るようにする。このようにすれば、フレーム付きパッキン１０，６０のフレーム１４，５８を形成するための突片よりも、実質的に長い突片が得られるようになる。
【００５２】
この結果、図６（ｂ）上図に示すように、より長いフレームを形成できるだけでなく、図６（ｃ）下図に示すように、フレーム１４，５８と同じ長さであっても、より振幅の大きな「波」を有するフレームを形成することができる。このため、受けた衝撃に応じて種々の大きさに弾性変形できるようなり、種々の衝撃を吸収できるようになる。従って、検出素子が破損するのを一層防止することができる。
【００５３】
また、図６（ａ）中に示すように、突片の幅方向（図中上下方向の幅）をより細くすると共に、互い違いとなるように複数（図中では、左右から３本、合計６本）の突片を形成するようにしてもよい。
このようにして得られたフレーム付きパッキンでは、上記したように、より長いフレームを有するように形成でき、或いは、より振幅の大きな「波」を有するフレームを形成することができるため、種々の衝撃を吸収できるようになるだけでなく、検出素子の両側から同数のフレームが当接するようになり、両当接方向からの衝撃をバランスよく吸収できるようになる。
【００５４】
ところで、フレーム付きパッキンのフレームは、上記したように「波」状に形成するのに限定されない。例えば、図７（ａ）の酸素センサ２０’が備えるフレーム付きパッキン７０のように形成してもよい。ここで、酸素センサ２０’では、フレーム付きパッキン以外の構成が第２実施例の酸素センサ２０と同様である。
【００５５】
フレーム付きパッキン７０は、酸素センサ２０が備えるフレーム付きパッキン６０と同様の挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体７２と、パッキン本体７２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から、検出素子２４に側壁の一部が当接するようにして、「弧」を描くように曲げられたフレーム７４とを備える。
【００５６】
そして、フレーム付きパッキン７０を形成するには、フレーム付きパッキン６０の場合と同様にして、例えば、円盤状のステンレス板の中央部分に、二枚の突片を形成するための切り込みを入れ、次いで、この突片をステンレス板に対して垂直となるように折り曲げる。その後、これらの突片が互いに向き合う側に各側壁が凸となるように、折り曲げればよい。
【００５７】
このように形成されたフレーム付きパッキン７０では、外部から受けた衝撃に応じてフレーム７４が弾性変形するために、この衝撃自体を吸収するようになり、検出素子２４の突出部分２４ｂが共振してしまうのを回避できるといったように、フレーム付きパッキン６０の場合と同様の効果が得られる。
【００５８】
そして、本発明者等が種々検討を行ったところ、図７（ｂ）の酸素センサ２０”が備えるフレーム付きパッキン８０を用いた場合でも、外部から衝撃を受けた際の検出素子の破損が防止できることが分かった。ここで、酸素センサ２０”は、酸素センサ２０’では、フレーム付きパッキン以外の構成が第２実施例の酸素センサ２０と同様である。
【００５９】
即ち、フレーム付きパッキン８０は、挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体８２と、パッキン本体８２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から、タルク粉末２８側に向けて、断面Ｌ字状に折り曲げられたフレーム８４とを備える。
【００６０】
そして、フレーム付きパッキン８０を形成するには、例えば、円盤状のステンレス板の中央部分に、二枚の突片を形成するための切り込みを入れ、次いで、この突片をステンレス板に対して垂直となるように折り曲げればよい。
このように形成されたフレーム付きパッキン８０は、フレーム８４と検出素子２４との間に隙間を設けた状態で、しかも、フレーム８４におけるパッキン８２側の側壁がセラミックホルダ２６の挿通孔の内壁に密着するようにして配置される。
【００６１】
ここで、フレーム８４と検出素子２４との間に隙間を設ける目的は、検出素子２４をフレーム付きパッキン８０の挿通孔６２ａに挿入する際に検出素子２４を、挿入が容易になる様にするためである。フレーム８４がばね状や円弧状に変形されている場合は、検出素子２４とフレーム付きパッキン８０（フレーム８４）が接触する寸法関係であっても、フレーム８４が容易に変形するので、フレーム付きパッキン８０内に検出素子２４を挿入することが可能となるが、フレーム８４が単に直線状に折り曲げただけの形状の場合には、挿入時にフレーム８４の変形が少ないので、検出素子２４を挿通孔６２ａに挿入するのが困難となり、若干の隙間を設けておくことが望ましい。
【００６２】
そして、フレーム付きパッキン８０では、外部からの衝撃を受けて検出素子２４の検出部２４ｂ側が共振した場合には、特に振幅が大きくなったときに、検出素子２４がフレーム８４に接触（或いは、衝突）するようになる。その際、検出素子２４を構成するセラミックスに比べて柔らかい金属製のフレーム８４に対して当該検出素子２４が接触することにより、検出素子２４は割れたりせず、振幅の大きさが制限された状態でその検出部２４ｂが共振するようになる。つまり、フレーム付きパッキン８０では、外部から衝撃を受けても、検出素子２４の検出部２４ｂを、破損する振幅にまで到達させることのない状態で共振させることができるのである。
【００６３】
一方、上記各実施例では、検出素子をジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体を用いて形成することにより、いわば、起電力変化型のガスセンサ（酸素センサ）となるように構成したものである。これに限定されず、検出素子をチタニア等の金属酸化物を用いて形成して、いわば、抵抗変化型のガスセンサ（酸素センサ）となるように構成してもよい。
【００６４】
また更に、検出素子の検出感度や検出精度を高めるために、複数の素子（例えば、酸素濃淡電池素子等）を積層したり、このような素子の両面にヒータ（例えば、セラミックヒータ）を配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の酸素センサ２の概略構成を示す説明図である。
【図２】フレーム付きパッキン１０、及び、その周囲の概略の構造を示す説明図である。
【図３】第２実施例の酸素センサ２０の概略構成を示す説明図である。
【図４】フレーム付きパッキン６０、及び、その周囲の概略の構造を示す説明図である。
【図５】フレーム付きパッキン１０を配置する他の例を示す説明図である。
【図６】フレーム付きパッキンの他の例を示す説明図である。
【図７】フレーム付きパッキンの他の例を示す説明図である。
【図８】従来の酸素センサ１００の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
２，２’，２０，２０’，２０’’…酸素センサ（ガスセンサ）、１０，６０，７０，８０…フレーム付きパッキン（金属板）、１０’，６０’…ステンレス板、２４，１０６…検出素子、２４ｂ，１０６ｃ…突出部分、１０４…セラミックスリーブ（セラミックホルダ）、１４，６４，７４，８４…フレーム（緩衝部材）、１４’，６４’…突片、２２，１０２…主体金具。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor that is attached to an exhaust pipe of an automobile internal combustion engine or the like and is used to detect a component to be detected in exhaust gas flowing through the exhaust pipe.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, an oxygen sensor 100 as shown in FIG. 8 is known as the gas sensor (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-258203). That is, the oxygen sensor 100 includes a cylindrical metal shell 102 having a screw portion 102a for fixing to the exhaust pipe formed on the outer surface, and a cylindrical insulation protector 104 disposed in the cylinder of the metal shell 102. A detection element having a rectangular cross section provided with a long plate-shaped oxygen concentration cell element 106a made of an oxygen ion conductive solid electrolyte, inserted into the cylinder of the insulating protection body 104 with one end (lower side in the figure) protruding. 106. The detection element 106 is formed by stacking a heater 106b for activating the oxygen concentration cell element.
[0003]
The detecting element 106 has a detecting portion 106d formed in the protruding portion 106c protruding from the insulating protector 104, and a plurality of oxygen concentration cell electromotive forces generated in the detecting portion 106d are extracted from the outside on the rear end side. (Five in the drawing) lead wires 108 are attached, and each lead wire 108 is connected to one end of the lead frame 110. The other end of the lead frame 110 is connected to the lead wire 114 via the connection terminal 112, and the oxygen concentration cell electromotive force can be taken out from the outside via the lead wire 114.
[0004]
On the other hand, a soot tube 116 for holding the detection element 106 is disposed in the front end side cylinder (downward in the drawing) of the insulating protector 104, and is further formed at an upper portion between the detection element 106 and the soot tube 116. By filling the space with the bonding cement material 118, the tub tube 116 and the detection element 106 are fixed.
[0005]
In addition, a first filling layer 120 and a second filling layer 122 formed by melting and solidifying a mixed powder of talc and glass material are provided below the upper tube 116 in the rear end side cylinder of the insulating protector 104. Accordingly, the insulating protector 104 and the detection element 106 are fixed in a state including a part of the extraction line 108. Here, in the 1st filling layer 120, the ratio for which the weight of a glass material accounts among the weight of the whole mixed powder is 12%, for example, and in the 2nd filling layer 122, it is 50%, for example.
[0006]
Further, a glass layer 124 formed by melting and solidifying glass powder is formed on the upper portion of the second filling layer 122, whereby a part of the lead-out line 108 and a part of the lead frame 110 (lower end in the figure). In the state including the side), the rear end side in the cylinder of the insulating protective body 104 is sealed.
[0007]
In addition, a double protector 126a, 126b made of metal and having a plurality of holes is attached to the outer periphery on the front end side of the metal shell 102 by welding or the like while covering the protruding portion 106c of the detection element 106.
The metal shell 102 and the insulating protective body 104 are fitted via a plate packing 128 and a talc layer 130. Further, a caulking ring 132 that seals the talc layer 130 is externally fitted to the insulating protective body 104, and an outer cylinder 134 that interpolates the insulating protective body 104 is externally fitted to the caulking ring 132. . A ring 136 is externally fitted to the outer cylinder 134, and the front end side (downward in the drawing) of the metal shell 102 is crimped so as to cover the ring 136. The cylinder 134 is connected, and the insulating protector 104 is fixed to the metal shell 102.
[0008]
On the other hand, a protective outer cylinder 138 is coupled to the rear end side of the outer cylinder 134 by caulking, and the connection terminal 112 and the lead wire 114 are held by a grommet 140 fitted into the protective outer cylinder 138.
As described above, when the oxygen sensor 100 configured as described above receives an impact such as vibration from the outside, the impact can be absorbed to some extent mainly by the first filling layer 120 and the second filling layer 122. For this reason, it is possible to prevent the detection element 106 covered with at least the first filling layer 120 and the second filling layer 122 from being damaged even when an impact is applied from the outside.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the detection element 106, a portion fixed by the dredger tube 116 or the cement material 118 is easy to transmit the impact received from the outside, and in particular, the tip portion protruding from the dredge tube 116 (that is, the detection unit 106d is formed). The portion on the end side) is easily resonated.
[0010]
For this reason, there is a possibility that a crack may be generated near the root of the tip portion of the detection element 106 or may be broken from the vicinity of the root and damaged.
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to prevent a detection element from being easily damaged even when subjected to an external impact in a gas sensor used to detect a component to be detected in exhaust gas. .
[0011]
The invention according to claim 1, which has been made in order to achieve the above object, is a long detection element comprising a ceramic laminated substrate, and a detection portion directed to a gas to be measured is formed on one end side. A cylindrical metal shell for holding the detection element in a cylinder in a state where the detection part side of the detection element is protruded, and protruding the detection part side of the detection element, and positioning the detection element A fixing tool fixed in the cylinder of the metal shell to hold it in the cylinder of the metal shell,
A metal buffer member for absorbing an impact applied to the detection element by contacting an outer wall of the detection element projecting from the fixture and coming into contact with the outer wall of the detection element side in the cylinder of the metal shell But Arrangement The buffer member is arranged and formed so that a part of the buffer member is in contact with the outer wall of the detection element, and is elastically deformed in response to the impact. It is characterized by that.
[0012]
In other words, in the gas sensor of the present invention (Claim 1), even if an impact such as vibration is received from the outside, the metal buffer member is not affected by the impact. Elastic deformation By doing so, the shock applied to the detection element is absorbed, and therefore it is possible to prevent the shock from being transmitted to the detection element. Thereby, even if the gas sensor receives an impact from the outside, it is possible to prevent the detection element from being damaged by the impact.
[0013]
In addition, it is important that the buffer member is disposed in the cylinder of the metallic shell while being in contact with the outer wall of the detection element. Specifically, for example, as shown in claim 2, Is formed into a cylindrical ceramic holder formed by sintering a ceramic material into a predetermined shape, and a buffer member is disposed between the inner wall of the opening of the ceramic holder and the outer wall of the detection element. Alternatively, as described in claim 3, a buffer member may be disposed between the inner wall of the opening of the metallic shell and the outer wall of the detection element.
[0014]
In this way, since the shock received from the outside is absorbed by the buffer member, it is possible to prevent the shock from being transmitted to the detection unit side of the detection element. As a result, even if the gas sensor (the gas sensor according to claims 2 and 3) receives an impact from the outside, the detection unit side of the detection element held in a state where the detection unit side protrudes into the cylinder of the metal shell, It is possible to prevent damage due to impact.
[0015]
Further, when the buffer member is arranged, as described in claim 4, it is preferable that the outer wall of the detection element is in contact with the outer wall parallel to the laminated surface of the laminated substrate.
That is, it is known that the detection element easily vibrates along a direction perpendicular to the laminated surface of the laminated substrate. Therefore, according to the present invention (Claim 4), it is only possible to prevent the shock-absorbing member from being deformed as described above according to the impact received from the outside and the impact being transmitted to the detection element. However, even if an impact is transmitted to the detection element, the impact force is received on the plate surface of each laminated substrate, so that the laminated substrates are pressed against each other.
[0016]
For this reason, even if it receives the impact from the outside, it can prevent that a detection element vibrates (resonates). And since an impact is absorbed in this way, it also becomes possible to prevent that each laminated substrate peels off along a laminated surface.
By the way, as a metallic shock-absorbing member, for example, the plate itself is formed when it receives an impact from the outside, for example, by simply forming it in a plate shape and bringing a part of the end portion or the like into contact with the outer wall of the detection element. The impact may be absorbed by bending and elastically deforming. Alternatively, a long and thin metal piece may be joined together to form an aggregate such as a commercially-available “magnesium scourer” so that the aggregate as a whole has elasticity. However, when the buffer member is simply formed in a plate shape or an aggregate as described above, it is difficult to dispose the buffer member in the cylinder of the metal shell in contact with the outer wall of the detection element.
[0017]
Therefore, it is preferable that the buffer member is formed in a corrugated shape with a metal plate as described in claim 5 and is disposed so that the surface on the amplitude direction side of the wave is in contact with the outer wall of the detection element.
If it does in this way, a buffer member can be elastically deformed so that the amplitude of a wave may become small, for example, and it can be made to contact firmly with the outer wall of a detection element using the restoring force in that case. Moreover, the buffer member can be easily placed in the cylinder of the metal shell by elastically deforming the buffer member in the wave amplitude direction in this way. In addition, the shock absorbing member configured in this manner can be deformed by operating so that the amplitude of the wave is reduced or restored in response to an impact received from the outside, so that the impact is reliably absorbed. be able to.
[0018]
And in order to form especially a buffer member in plate shape, you may make it form from the protrusion cut and raised from the disk-shaped metal plate, for example, as described in Claim 6.
In this way, at the same time that the buffer member is arranged in the cylinder of the metal shell, the disk-shaped metal plate portion other than the projecting piece can be arranged, for example, between the metal shell and the fixture. it can. Moreover, in order to form the buffer member, it is only necessary to cut up the protruding piece from the metal plate, and therefore it is very easy to form the buffer member.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments (first embodiment, second embodiment) embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, the present invention is applied to an oxygen sensor which is a kind of gas sensor.
[0020]
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the oxygen sensor 2 of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration of the surrounding structure on the tip portion side of the detection element 106 and the packing 10 with a frame provided in the oxygen sensor 2. It is explanatory drawing which shows. The oxygen sensor 2 is different from the oxygen sensor 100 shown in FIG. 8 in the structure around the tip portion side of the detection element 106, and the other portions are configured similarly. Here, parts common to the oxygen sensor 100 shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0021]
That is, the oxygen sensor 2 includes the packing 10 with a frame on the in-cylinder front end side of the insulating protector 104. As shown in FIG. 2 (c), which is a side view of FIG. 2 (b) and a bottom view of the packing 10 with the frame 10 viewed from the direction of arrow A in FIG. 2 (b). A substantially rectangular insertion hole 12a is inserted in the center portion, and the mortar-shaped packing body 12 that opens outwardly upward, and downward from both longitudinal ends of the insertion holes 12a of the packing body 12 And a frame 14 having a protruding wavy shape. Further, the entire frame-equipped packing 10 is integrally formed of, for example, a well-known inconel or stainless steel such as SUS310 that can retain elasticity (spring elasticity) even when repeatedly exposed to high temperatures.
[0022]
Here, in order to form the packing 10 with the frame, for example, first, in the central portion of the disc-shaped stainless steel plate (Inconel plate) 10 ′, as shown in FIG. Incisions (solid line portions) are made to form two protruding pieces 14 'extending from the left and right sides in the figure, and the protruding pieces 14' are perpendicular to the plate surface of the disk-shaped stainless steel plate 10 '. Then, it is bent downward along the fold line. Then, the projecting piece 14 ′ is deformed into a wave shape, and the other part of the disk-shaped stainless steel plate 10 ′ is deformed so as to be a mortar shape. As a result, the two protruding pieces 14 ′ become a wavy frame 14, the part cut out to form the frame 14 becomes the insertion hole 12 a, and the part deformed into a mortar shape becomes the packing body 12, and the packing with the frame 10 is completed.
[0023]
As shown in FIG. 2 (a), the frame-equipped packing 10 is configured such that the frame 14 is first applied to the outer wall surface parallel to the laminated surface on which the oxygen concentration cell element 106a and the heater 106b are laminated in the detection element 106. The detection element 106 is inserted into the insertion hole 12a so as to be in contact with each other. Next, in the state where the frame 14 is arranged between the inner wall of the opening side of the insulating protector 104 (lower side in the drawing) and the outer wall of the detection element 106, the portion of the packing main body 12 is the tip of the insulating protector 104 in the cylinder Placed on the side. At this time, the surface of the frame 14 on the amplitude direction side of the wave 14 is disposed so as to contact the outer wall of the detection element 106 and the inner wall of the insulating protection body 104. Here, the insulation protector 104 corresponds to a “fixing tool” recited in the claims.
[0024]
In addition, the soot pipe 4 is disposed above the packing body 12, and the space formed in the upper part between the detection element 106 and the soot pipe 116 is filled with the cement material 118, so that the soot pipe 116 and the detection element 106 are filled. And are fixed.
In the oxygen sensor 2 configured as described above, when an impact such as vibration is received from the outside, the impact is a protruding portion of the detection element 106 via the metal shell 102, the insulation protector 104, the soot tube 116, and the like. The frame 14 of the frame-equipped packing 10 is elastically deformed in response to the impact and operates to absorb the impact (vibration) itself, so that the protruding portion 106c of the detection element 106 resonates. Can be avoided.
[0025]
Further, since the packing body 12 of the packing with frame 10 is disposed between the insulating protective body 104 and the soot tube 116, the airtightness is improved, and the exhaust gas is interposed between these insulating protective body 104 and the soot tube 116. Can be prevented from flowing into the interior.
[0026]
Furthermore, since the packing main body 12 is arranged so that the shock transmitted to the insulating protection body 104 can be partially absorbed by the packing main body 12, the shock is hardly transmitted to the soot tube 116. However, it is possible to prevent the impact from being transmitted to the protruding portion 106c of the detection element 106.
[0027]
Therefore, in the oxygen sensor 2 of the present embodiment, even when an impact is applied from the outside, the frame 14 of the packing 10 with the frame is elastically deformed in response to the impact, so that the received impact can be absorbed. It is possible to prevent an excessive force from being applied to the protruding portion 106c and to prevent the protruding portion 106c from being broken.
[0028]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the oxygen sensor 20 of the present embodiment, and FIG. 4 shows the structure around the protruding portion 24b side of the detection element 24 included in the oxygen sensor 20 and the oxygen sensor 20. It is explanatory drawing which shows schematic structure of the packing 60 with a flame | frame.
[0029]
That is, the oxygen sensor 20 includes a cylindrical metal shell 22 having a screw portion 22a for fixing to the exhaust pipe formed on the outer surface, and a detection element 24 having a rectangular cross section inserted into the cylinder of the metal shell 22. The ceramic holder 26, the talc powder 28, and the ceramic sleeve 30 stacked in the cylinder of the metal shell 22 to hold the detection element 24, and a plurality (four in this embodiment) connected to the detection element 24 A long-plate-like lead frame 32 is provided, and further, a packing 60 with a frame, which will be described later, is disposed in the front end side cylinder (downward in the drawing) of the metal shell 22. Among these, the ceramic holder 26 and the ceramic sleeve 30 have an insertion hole through which the detection element 24 is inserted in the central portion.
[0030]
The detection element 24 is a known element formed by laminating an oxygen concentration cell element 34 formed in a long plate shape and a heater 36 for activating the oxygen concentration cell element. The oxygen concentration cell element 34 is formed of, for example, an oxygen ion conductive solid electrolyte body mainly composed of zirconia or the like. The heater 36 is, for example, a resistance heating element pattern made of conductive ceramic embedded in a ceramic substrate. And the detection part 24a is formed in the front end side (downward in the figure) of the oxygen concentration cell element 34.
[0031]
Further, two electrodes for taking out the oxygen concentration cell electromotive force detected by the detection unit 24a from the outside are provided on the rear end plate surface (upper right in the figure) along the longitudinal direction of the oxygen concentration cell element 34. On the other hand, a terminal 38 is disposed with a space therebetween, and two electrode terminals for supplying power to the resistance heating element pattern are provided on the rear end plate surface (upper left in the figure) along the longitudinal direction of the heater 36. 40 are spaced apart. The oxygen concentration cell element 34 and the heater 36 are joined to each other via a ceramic (for example, zirconia ceramic or alumina ceramic) layer.
[0032]
The detection element 24 is fixed in the cylinder of the metal shell 22 via the packing 60 with a frame, the ceramic holder 26, the talc powder 28, the ceramic sleeve 30, and the like, and from the lower center of the talc powder 28, the ceramic holder 26 Is fixed in a state in which the detection portion 24a side protrudes downward through the inside of the cylinder.
[0033]
Here, the frame-equipped packing 60 is as shown in FIG. 4B, which is a side view of FIG. 4B, and a bottom view of the packing 60 viewed from the direction of arrow B in FIG. A disc-shaped packing body 62 in which a substantially rectangular insertion hole 62a for inserting the detection element 24 is formed in the center portion, and a wave-like shape protruding upward from both longitudinal ends of the insertion holes 62a of the packing body 62 Frame 64. The entire packing 60 with a frame is integrally formed of stainless steel such as well-known Inconel or SUS310 that can maintain elasticity (spring elasticity) even when repeatedly exposed to high temperatures.
[0034]
And in order to form the packing 60 with a frame, it is the same as that of the packing 10 with a frame of 1st Example mentioned above, for example, first, the center part of disk-shaped stainless steel board (plate | board made from Inconel) 60 'first, for example. 4 (d), a notch (solid line portion) is cut to form two projecting pieces 64 'extending from the left and right sides in the figure, and each projecting piece 64' is a disc-shaped stainless steel plate. Bend upward so as to be perpendicular to the plate surface of 60 '. And what is necessary is just to deform | transform the protrusion 64 'into a waveform. As a result, the two protruding pieces 64 ′ become the wavy frame 64, the part cut out to form the frame 64 becomes the insertion hole 62 a, and the other part becomes the packing body 12, and the packing 60 with the frame is formed. The
[0035]
Further, as shown in FIG. 4A, the frame-equipped packing 60 is disposed on the lower inner surface of the metal shell 22 with the frame 64 facing upward. Further, in the projecting portion 24b of the detecting element 24 projecting from the talc powder 28, the frame 64 is inserted into the insertion hole 62a so that the outer wall surface parallel to the laminated surface on which the oxygen concentration cell element 34 and the heater 36 are laminated. The detection element 24 is inserted, the ceramic holder 26 is placed on the packing body 62, and the talc powder 28, the ceramic sleeve 30, and the like are sequentially arranged on the ceramic holder 26. In particular, the periphery of the end portion of the detection element 24 on the side where the electrode terminals (electrode terminals 38 and 40) are formed is covered with the ceramic sleeve 30.
[0036]
That is, the frame 64 of the packing 60 with a frame is disposed between the inner wall of the ceramic holder 26 and the outer wall of the detection element 24, and between the lower inner surface of the metallic shell 22 and the lower end surface of the ceramic holder 26. The packing body 62 is arranged. At this time, the surface of the frame 64 on the amplitude direction side of the wave is disposed so as to contact the outer wall of the detection element 24 and the inner wall of the metal shell 22.
[0037]
On the other hand, returning to FIG. 3, a caulking ring 42 is disposed on an end surface around the rear end side of the ceramic sleeve 30, and the rear end portion of the metal shell 22 is connected to the ceramic sleeve 30 side via the caulking ring 42. , The talc powder 28 is pressurized and filled. As a result, the detection element 24, the ceramic holder 26, the ceramic sleeve 30, and the metal shell 22 are fixed.
[0038]
An outer cylinder 44 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 22 by welding or the like. In addition, a lead wire insertion hole through which a lead wire 46 for taking out the oxygen concentration cell electromotive force generated in the detection element 24 to the outside is formed in the rear end opening (upper in the drawing) of the outer cylinder 44. A ceramic separator 48 and a grommet 50 are disposed. Furthermore, double protectors 52a and 52b made of metal and having a plurality of holes are attached to the outer periphery on the front end side of the metal shell 22 by welding or the like while covering the protruding portion 24b of the detection element 24.
[0039]
Incidentally, a lead frame 32 is disposed around the rear end side of the detection element 24. The lead frame 32 is formed so that the appearance is substantially L-shaped. That is, the lead frame 32 includes a frame main body 54, a bent portion 56 formed by bending one end side of the frame main body 54, and a wavy portion 58 formed on the bent portion 56 side of the frame main body 54. The lead frame 32 is made of, for example, a well-known stainless steel such as Inconel that can retain elasticity (spring elasticity) even when repeatedly exposed to high temperatures.
[0040]
In the lead frame 32 configured as described above, the frame main body 54 and the wavy portion 58 are disposed in the insertion hole of the ceramic sleeve 30, and the detection element 24 is inserted into the insertion hole in this state. Here, when the lead frame 32 is disposed, the wavy portion 58 is brought into contact with the electrode terminals 38 and 40 of the detection element 24 and the bent portion 56 is brought into contact with the lower end surface of the ceramic sleeve 30. To do. Furthermore, the end (upper side in the figure) of the frame main body 54 opposite to the bent portion 56 is disposed in a state of protruding from the ceramic sleeve 30.
[0041]
In the oxygen sensor 20 configured as described above, the lead wire 46 is fixed to the end portion (upper in the drawing) of the frame body 54 of the lead frame 32 protruding from the ceramic sleeve 30 by resistance welding. That is, in the oxygen sensor 20, the oxygen concentration cell electromotive force generated in the detection element 24 can be taken out via the lead wire 46 and the lead frame 32.
[0042]
Further, when an impact such as vibration is received from the outside, the impact is transmitted to the protruding portion 24b of the detection element 24 through the metal shell 22, the ceramic holder 26, etc. Since the frame 64 is elastically deformed in response to the impact and operates so as to absorb the impact (vibration) itself, it is possible to avoid the protruding portion 24b of the detection element 24 from resonating.
[0043]
Further, since the packing main body 62 of the packing 60 with the frame is disposed between the metal shell 22 and the ceramic holder 26, the airtightness is improved, and the exhaust gas is interposed between the metal shell 22 and the ceramic holder 26. Can be prevented from flowing into the interior. Furthermore, by arranging the packing body 62, the shock transmitted to the metal shell 22 can be partially absorbed by the packing body 62, so that the transmission of the shock to the ceramic holder 26 can be reduced as much as possible. As a result, the transmission of an impact to the protruding portion 24b of the detection element 24 can be reduced as much as possible.
[0044]
For this reason, in the oxygen sensor 20 of the present embodiment, even when an impact is applied from the outside, the frame 64 of the packing 60 with the frame is elastically deformed in response to the impact, and thus the received impact can be absorbed. As a result, it is possible to prevent an excessive force from being applied to the protruding portion 24b of the detection element 24, and thus it is possible to prevent the protruding portion 24b from being damaged.
[0045]
On the other hand, a wave-like portion 58 of the lead frame 32 is disposed between the inner wall of the insertion hole of the ceramic sleeve 30 and the detection element 24, and the wave-like portion 58 receives pressure from the detection element 24 and the ceramic sleeve 30. And become elastically deformed. As a result, the ceramic sleeve 30 and the detection element 24 (electrode terminals of the detection element 24) are in close contact with each other, and the detection element 24 is firmly fixed to the ceramic sleeve 30. Moreover, even when an impact is applied from the outside, the waved portion 58 is elastically deformed in response to the impact and can absorb the impact. As a result, it is possible to prevent an excessive force from being applied to the rear end portion of the detection element 24, and thus it is possible to prevent the rear end portion from being damaged.
[0046]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said 1st, 2nd Example, It can take a various aspect.
For example, in the oxygen sensor 2 of the first embodiment described above, the structure around the protruding portion 106c of the detection element 106 may be modified as shown in FIG.
[0047]
That is, the packing body 12 of the packing 10 with the frame is disposed between the inner surface of the metallic shell 102 on the lower side in the cylinder and the outer wall on the front end side of the insulating protector 104, and the outer wall of the detection element 106 and the metallic shell 102 The frame 14 is disposed between the inner wall on the distal end side in the cylinder.
[0048]
In the oxygen sensor 2 ′ configured as described above, since the shock received from the outside can be absorbed by the frame 14, the shock can be prevented from being transmitted to the detection element 106, and the same effect as in the case of the oxygen sensor 2 can be obtained. be able to.
In addition, the present invention is not limited to this, and the frame of the packing with the frame may be disposed between the inner wall on the distal end side in each cylinder of the insulating protection body 104 and the metal shell 102 and the outer wall of the detection element 106. . In this way, a large frame can be formed as a result, and a greater amount of impact received from the outside can be absorbed, and damage to the detection element 106 can be further prevented.
[0049]
By the way, if the internal space of the metal shell 22 and the insulation protector 104 is widened, the oxygen sensor itself becomes large, and thus there is a limit to the width. Further, in order to absorb the impact received from the outside more, it is necessary to make the frame of the packing with the frame as large (long) as possible.
[0050]
Therefore, when forming a packing with a frame, as shown in the upper diagram of FIG. 6 (a), the central portion of the disk-shaped stainless steel plate is left with one end in the longitudinal direction, and the other portion is made of “ko”. A plurality of rectangular protrusions cut out in a letter shape may be provided. Note that the remaining one end side is a portion that is bent along a fold line to form a frame, and the position of the one end side itself is the frame 14, of the packing with frame 10, 60 shown in each embodiment. This is the same location as the portion where the protruding piece is bent to form 58.
[0051]
And when cutting out, it cuts toward the outer peripheral direction so that it may become respectively parallel to the diameter direction of a stainless steel plate, and it may become alternate. In this way, a projecting piece that is substantially longer than the projecting piece for forming the frames 14 and 58 of the packing with frame 10 and 60 is obtained.
[0052]
As a result, not only can a longer frame be formed as shown in the upper diagram of FIG. 6 (b), but even if it is the same length as the frames 14 and 58, as shown in the lower diagram of FIG. A frame having a large “wave” can be formed. Therefore, it can be elastically deformed into various sizes according to the received impact, and can absorb various impacts. Therefore, it is possible to further prevent the detection element from being damaged.
[0053]
Further, as shown in FIG. 6 (a), the width direction of the projecting piece (the width in the vertical direction in the figure) is made narrower, and a plurality (three from the left and right in the figure, a total of 6 in total) The book) may be formed.
As described above, the packing with a frame obtained in this way can be formed so as to have a longer frame, or a frame having a larger “wave” can be formed. In addition, the same number of frames come into contact with each other from both sides of the detection element, so that impacts from both contact directions can be absorbed in a balanced manner.
[0054]
By the way, the frame of the packing with the frame is not limited to the “wave” shape as described above. For example, you may form like the packing 70 with a frame with which oxygen sensor 20 'of Fig.7 (a) is provided. Here, in the oxygen sensor 20 ′, the configuration other than the packing with the frame is the same as that of the oxygen sensor 20 of the second embodiment.
[0055]
The packing with frame 70 includes a disc-shaped packing body 72 in which an insertion hole 62a similar to the packing with frame 60 included in the oxygen sensor 20 is formed in the center portion, and both longitudinal ends of the insertion holes 62a of the packing body 72. And a frame 74 bent so as to draw an “arc” so that a part of the side wall is in contact with the detection element 24.
[0056]
Then, in order to form the packing with frame 70, for example, a notch for forming two projecting pieces is made in the central portion of the disk-shaped stainless steel plate, as in the case of the packing with frame 60, and then The projecting piece is bent so as to be perpendicular to the stainless steel plate. Then, what is necessary is just to bend | fold so that each side wall may become convex in the side which these protrusions face mutually.
[0057]
In the thus formed packing 70 with a frame, the frame 74 is elastically deformed in response to an impact received from the outside, so that the impact itself is absorbed, and the protruding portion 24b of the detection element 24 resonates. The effect similar to the case of the packing 60 with a frame is acquired so that it may be avoided.
[0058]
As a result of various studies by the present inventors, even when the packing 80 with a frame provided in the oxygen sensor 20 ″ of FIG. 7B is used, the detection element is prevented from being damaged when subjected to an external impact. Here, it is found that the oxygen sensor 20 ″ is the same as the oxygen sensor 20 ′ in the second embodiment except for the packing with the frame in the oxygen sensor 20 ′.
[0059]
That is, the frame-equipped packing 80 has a disc-shaped packing main body 82 having an insertion hole 62a drilled in the central portion, and a cross section from the both longitudinal ends of the insertion holes 62a of the packing main body 82 toward the talc powder 28 side. And a frame 84 bent in an L shape.
[0060]
In order to form the packing with frame 80, for example, a notch for forming two projecting pieces is made in the central portion of the disc-shaped stainless steel plate, and then this projecting piece is perpendicular to the stainless steel plate. It can be bent so that
The packing with frame 80 formed in this way is in a state where a gap is provided between the frame 84 and the detection element 24, and the side wall on the packing 82 side of the frame 84 is in close contact with the inner wall of the insertion hole of the ceramic holder 26. To be arranged.
[0061]
Here, the purpose of providing a gap between the frame 84 and the detection element 24 is to facilitate the insertion of the detection element 24 when the detection element 24 is inserted into the insertion hole 62a of the packing 80 with the frame. It is. When the frame 84 is deformed into a spring shape or an arc shape, the frame 84 is easily deformed even if the detection element 24 and the packing with frame 80 (frame 84) are in contact with each other. Although it is possible to insert the detection element 24 into the 80, when the frame 84 is simply bent in a straight line, the deformation of the frame 84 is small at the time of insertion, so the detection element 24 is inserted into the insertion hole 62a. It is difficult to insert it into the cover, and it is desirable to provide a slight gap.
[0062]
In the packing 80 with a frame, when the detection unit 24b side of the detection element 24 resonates due to an impact from the outside, the detection element 24 contacts (or collides with) the frame 84 particularly when the amplitude increases. ) At that time, when the detection element 24 comes into contact with a frame 84 made of a metal that is softer than the ceramics constituting the detection element 24, the detection element 24 is not cracked and the amplitude is limited. Thus, the detection unit 24b resonates. That is, in the packing 80 with a frame, even when an impact is applied from the outside, the detection unit 24b of the detection element 24 can be resonated without reaching the damaging amplitude.
[0063]
On the other hand, in each of the embodiments described above, the detection element is formed using an oxygen ion conductive solid electrolyte body mainly composed of zirconia or the like, so that it is configured to be an electromotive force change type gas sensor (oxygen sensor). Is. However, the present invention is not limited to this, and the detection element may be formed using a metal oxide such as titania, so that it may be configured to be a resistance change type gas sensor (oxygen sensor).
[0064]
Furthermore, in order to increase the detection sensitivity and detection accuracy of the detection elements, a plurality of elements (for example, oxygen concentration cell elements) are stacked, or heaters (for example, ceramic heaters) are arranged on both sides of such elements. You may do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an oxygen sensor 2 according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view showing a packing 10 with a frame and a schematic structure around it.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an oxygen sensor 20 of a second embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a packing 60 with a frame and a schematic structure around it.
FIG. 5 is an explanatory view showing another example of arranging the packing with frame 10;
FIG. 6 is an explanatory view showing another example of packing with a frame.
FIG. 7 is an explanatory view showing another example of packing with a frame.
8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional oxygen sensor 100. FIG.
[Explanation of symbols]
2, 2 ', 20, 20', 20 "... oxygen sensor (gas sensor), 10, 60, 70, 80 ... packing with metal (metal plate), 10 ', 60' ... stainless steel plate, 24, 106 ... detection Element, 24b, 106c ... projecting portion, 104 ... ceramic sleeve (ceramic holder), 14, 64, 74, 84 ... frame (buffer member), 14 ', 64' ... projecting piece, 22, 102 ... metal shell.

Claims

A long detection element having a detection part formed on one end side, which is made of a ceramic laminated substrate and directed to a gas to be measured;
A cylindrical metal shell for holding the detection element in a cylinder in a state in which the detection unit side of the detection element is projected;
A fixture that is fixed in the cylinder of the metal shell to project the detection portion side of the detection element and position the detection element in the cylinder of the metal shell;
With
In the cylinder of the metal shell, a metal buffer member is disposed in contact with the outer wall on the detection unit side of the detection element protruding from the fixture, and absorbs an impact applied to the detection element , The gas sensor is characterized in that a part of the buffer member is formed and arranged so as to abut against the outer wall of the detection element, and is elastically deformed in response to the impact .

The fixture is a cylindrical ceramic holder formed by sintering a ceramic material into a predetermined shape, and then sintering,
The gas sensor according to claim 1, wherein the buffer member is disposed between an inner wall of the opening of the ceramic holder and an outer wall of the detection element.

The gas sensor according to claim 1, wherein the buffer member is disposed between an inner wall of the opening of the metal shell and an outer wall of the detection element.

The said buffer member is arrange | positioned so that it may contact | abut to the outer wall parallel to the lamination surface of the said multilayer substrate among the outer walls of the said detection element. Gas sensor.

The said buffer member is formed in the corrugated plate shape with a metal plate, and is arrange | positioned so that the surface by the side of the amplitude direction of a wave may contact | abut the outer wall of the said detection element. The gas sensor according to claim 1.

6. The gas sensor according to claim 5, wherein the buffer member is formed of a projecting piece cut and raised from a disk-shaped metal plate.