JP7044668B2 - Gas sensor - Google Patents
Gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP7044668B2 JP7044668B2 JP2018163425A JP2018163425A JP7044668B2 JP 7044668 B2 JP7044668 B2 JP 7044668B2 JP 2018163425 A JP2018163425 A JP 2018163425A JP 2018163425 A JP2018163425 A JP 2018163425A JP 7044668 B2 JP7044668 B2 JP 7044668B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- protector
- intermediate member
- gas sensor
- metal fitting
- main metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、センサ素子の先端側を囲むプロテクタを備えたガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor provided with a protector that surrounds the distal end side of the sensor element.
従来から、筒状の主体金具にセンサ素子を組み付け、さらにセンサ素子の先端側を覆うようにして主体金具の先端側に金属製筒状のプロテクタを溶接したガスセンサが知られている。しかしながら、主体金具に用いる材料の熱膨張率と、プロテクタに用いる材料の熱膨張率とは一般に大きく異なるため、溶接部が高温に曝された後に室温付近に冷却される熱履歴を受けると、溶接部に応力が生じて溶接部の剥離やクラックが生じるおそれがある。
一方、主体金具にプロテクタを溶接しないで固定する方法として、内側プロテクタと外側プロテクタを溶接して二重プロテクタとすると共に、内側プロテクタの後端側をフランジ状に拡径し、このフランジを主体金具の内面とセンサ素子の鍔部の外面との間で挟持する技術が知られている(特許文献1)。
Conventionally, there has been known a gas sensor in which a sensor element is assembled to a tubular main metal fitting, and a metal tubular protector is welded to the tip side of the main metal fitting so as to cover the tip side of the sensor element. However, the coefficient of thermal expansion of the material used for the main metal fitting and the coefficient of thermal expansion of the material used for the protector are generally very different. Stress may be generated in the welded portion, causing peeling or cracking of the welded portion.
On the other hand, as a method of fixing the protector to the main metal fitting without welding, the inner protector and the outer protector are welded to form a double protector, and the rear end side of the inner protector is expanded in a flange shape, and this flange is used as the main metal fitting. A technique for sandwiching between the inner surface of the sensor element and the outer surface of the flange portion of the sensor element is known (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1記載の技術の場合、比較的厚みの薄い内側プロテクタと外側プロテクタとを溶接しているため、溶け込み深さをあまり大きくすることができず、溶接強度が低下するおそれがある。
又、厚みの薄い内側プロテクタの後端側をフランジ状にして主体金具に固定するため、プロテクタに飛石等の衝撃が加わった場合に、フランジがずれたり曲がってプロテクタが主体金具に対して斜めになったり、主体金具から脱落するおそれがある。
However, in the case of the technique described in Patent Document 1, since the inner protector and the outer protector having a relatively thin thickness are welded, the penetration depth cannot be increased so much, and the welding strength may decrease.
In addition, since the rear end side of the thin inner protector is made into a flange shape and fixed to the main metal fitting, when an impact such as a stepping stone is applied to the protector, the flange is displaced or bent and the protector is slanted with respect to the main metal fitting. There is a risk that it will become or fall off from the main metal fittings.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、プロテクタが高温に曝されたりプロテクタに外力が加わっても、プロテクタを主体金具に確実に固定することができるガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of reliably fixing the protector to the main metal fitting even when the protector is exposed to a high temperature or an external force is applied to the protector. And.
本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に被測定ガス中の特定ガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の前記検知部よりも後端側の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、前記センサ素子の先端側を囲む筒状をなし、前記被測定ガスを導入又は排出可能なプロテクタと、を備えたガスセンサであって、さらに、筒状の中間部材を備え、前記中間部材の外面又は内面に前記プロテクタが重なり合った状態で溶接部が形成され、前記中間部材が前記主体金具の先端側の内面に圧入又は係合されており、前記溶接部に隣接する前記中間部材と前記プロテクタとの重なり部位において、前記プロテクタの厚みth1と前記中間部材の厚みth2とを比較したとき、th1<th2の関係を満たし、前記主体金具の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT1、前記プロテクタの構成材料の20~850℃における熱膨張率をT2、前記中間部材の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT3とした場合、T2>T1、かつT3>T1の関係を満たすことを特徴とする。 The gas sensor of the present invention has a sensor element extending in the axial direction and having a detection unit for detecting a specific gas in the gas to be measured formed on the front end side, and a radial circumference on the rear end side of the detection unit of the sensor element. A gas sensor having a tubular main metal fitting that surrounds and holds the sensor element, and a protector that has a tubular shape that surrounds the tip end side of the sensor element and can introduce or discharge the gas to be measured, and further has a tubular shape. A welded portion is formed in a state where the protector is overlapped on the outer surface or the inner surface of the intermediate member, and the intermediate member is press-fitted or engaged with the inner surface on the tip end side of the main metal fitting. When the thickness th1 of the protector and the thickness th2 of the intermediate member are compared at the overlapping portion between the intermediate member and the protector adjacent to the portion, the relationship of th1 <th2 is satisfied, and 20 of the constituent material of the main metal fitting is satisfied. When the thermal expansion rate at ~ 850 ° C. is T1, the thermal expansion rate at 20 to 850 ° C. of the constituent material of the protector is T2, and the thermal expansion rate at 20 to 850 ° C. of the constituent material of the intermediate member is T3> It is characterized by satisfying the relationship of T1 and T3> T1.
このガスセンサによれば、th1<th2の関係を満たすことで、プロテクタに比べて厚い中間部材にプロテクタを溶接するので、溶け込み深さを大きくして溶接強度を向上させることができる。又、主体金具に固定される中間部材がプロテクタより厚いので、プロテクタに飛石等の衝撃が加わっても中間部材が変形し難く、プロテクタを主体金具に確実に固定することができる。
さらに、T2>T1、かつT3>T1の関係を満たしたうえで、プロテクタを中間部材に溶接することで、主体金具とプロテクタに用いる材料のそれぞれの熱膨張率T1,T2が大きく異なっても、プロテクタと中間部材に用いる材料のそれぞれの熱膨張率T2、T3を近づけることで、溶接部が高温に曝された後に室温付近に冷却される熱履歴を受けても、溶接部に応力が生じて溶接部の剥離やクラックが生じることを抑制できる。
又、T3>T1としつつ、中間部材を主体金具の内面に配置することで、高温下で中間部材が主体金具よりも膨張して主体金具の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材、ひいてはプロテクタを主体金具により強固に固定できる。
以上により、プロテクタが高温に曝されたり、プロテクタに力が掛かっても主体金具に確実に固定することができる。
According to this gas sensor, by satisfying the relationship of th1 <th2, the protector is welded to the intermediate member which is thicker than the protector, so that the penetration depth can be increased and the welding strength can be improved. Further, since the intermediate member fixed to the main metal fitting is thicker than the protector, the intermediate member is not easily deformed even if an impact such as a stepping stone is applied to the protector, and the protector can be securely fixed to the main metal fitting.
Further, by satisfying the relationship of T2> T1 and T3> T1 and welding the protector to the intermediate member, even if the respective thermal expansion coefficients T1 and T2 of the main metal fitting and the material used for the protector are significantly different, By bringing the coefficients of thermal expansion T2 and T3 of the materials used for the protector and the intermediate member close to each other, stress is generated in the weld even if the weld is exposed to high temperature and then cooled to near room temperature. It is possible to suppress peeling and cracking of the welded portion.
Further, by arranging the intermediate member on the inner surface of the main metal fitting while setting T3> T1, the intermediate member expands more than the main metal fitting at high temperature to produce a shrink-fitting effect in which the intermediate member adheres to the inner surface of the main metal fitting, and even at high temperature. The intermediate member and eventually the protector can be firmly fixed by the main metal fittings.
As described above, even if the protector is exposed to a high temperature or a force is applied to the protector, it can be securely fixed to the main metal fitting.
本発明のガスセンサにおいて、前記中間部材は無底筒状をなしてもよい。
このガスセンサによれば、中間部材を有底筒状とした場合に比べ、センサ素子を囲むプロテクタの内部空間を大きくすることができ、センサ素子により多くの被測定ガスを接触させて検出精度を向上させることができる。
In the gas sensor of the present invention, the intermediate member may have a bottomless cylinder shape.
According to this gas sensor, the internal space of the protector surrounding the sensor element can be made larger than when the intermediate member has a bottomed cylinder shape, and more gas to be measured is brought into contact with the sensor element to improve the detection accuracy. Can be made to.
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子の外面と前記主体金具の内面との間にシール部材が配置され、前記軸線方向から見て、前記中間部材と前記シール部材とが少なくとも一部で重なってもよい。
このガスセンサによれば、プロテクタが高温に曝されて中間部材が熱膨張して膨らんだ際、シール部材を圧縮し、シール性をさらに向上させることができる。
In the gas sensor of the present invention, even if a seal member is arranged between the outer surface of the sensor element and the inner surface of the main metal fitting, and the intermediate member and the seal member overlap at least a part when viewed from the axial direction. good.
According to this gas sensor, when the protector is exposed to a high temperature and the intermediate member thermally expands and swells, the sealing member can be compressed and the sealing property can be further improved.
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子の外面と前記主体金具の内面との間にシール部材が配置され、前記中間部材が前記シール部材よりも先端側に位置してもよい。
このガスセンサによれば、プロテクタが高温に曝されて中間部材が熱膨張して膨らんだ際、後端側のシール部材を圧縮し、シール性をさらに向上させることができる。
In the gas sensor of the present invention, a seal member may be arranged between the outer surface of the sensor element and the inner surface of the main metal fitting, and the intermediate member may be located on the distal end side of the seal member.
According to this gas sensor, when the protector is exposed to a high temperature and the intermediate member thermally expands and swells, the sealing member on the rear end side can be compressed to further improve the sealing property.
本発明のガスセンサにおいて、前記プロテクタが前記中間部材の外面に重なり合った状態で前記溶接部が形成され、T3>T2の関係を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、高温下で中間部材がプロテクタよりも膨張してプロテクタの内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材とプロテクタとをより強固に固定でき、ひいてはプロテクタを主体金具により強固に固定できる。
In the gas sensor of the present invention, the welded portion may be formed in a state where the protector overlaps the outer surface of the intermediate member, and the relationship of T3> T2 may be satisfied.
According to this gas sensor, the intermediate member expands more than the protector at high temperature to produce a shrink-fitting effect that adheres to the inner surface of the protector, and even at high temperature, the intermediate member and protector can be fixed more firmly, and the protector is the main metal fitting. Can be fixed more firmly.
本発明のガスセンサにおいて、前記プロテクタが前記中間部材の内面に重なり合った状態で前記溶接部が形成され、T3<T2の関係を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、高温下でプロテクタが中間部材よりも膨張して中間部材の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材とプロテクタとをより強固に固定でき、ひいてはプロテクタを主体金具により強固に固定できる。
In the gas sensor of the present invention, the welded portion may be formed in a state where the protector overlaps the inner surface of the intermediate member, and the relationship of T3 <T2 may be satisfied.
According to this gas sensor, the protector expands more than the intermediate member at high temperature to produce a shrink-fitting effect that adheres to the inner surface of the intermediate member, and even at high temperature, the intermediate member and protector can be fixed more firmly, and by extension, the protector is the main component. Can be firmly fixed by metal fittings.
本発明のガスセンサにおいて、T3=T2の関係を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、プロテクタと中間部材の構成材料の20~850℃における熱膨張率が等しいので、プロテクタが高温に曝されても溶接部に応力が生じることを抑制できる。
In the gas sensor of the present invention, the relationship of T3 = T2 may be satisfied.
According to this gas sensor, since the coefficient of thermal expansion of the protector and the constituent material of the intermediate member at 20 to 850 ° C. is equal, it is possible to suppress the generation of stress in the welded portion even if the protector is exposed to a high temperature.
本発明のガスセンサにおいて、前記溶接部は、前記中間部材を貫通しなくてよい。
このガスセンサによれば、溶接部と反対側の中間部材の内面(又は外面)が滑らかになり、ガスセンサ組付け時に中間部材の内面等に他部材が接触して破損することを抑制すると共に、ガスセンサ使用時に中間部材の内面側のセンサ素子周辺の気流を乱して応答性が低下することも抑制できる。又、th2>th1であるので、溶接部が中間部材を貫通しなくとも、溶け込み深さを大きくできる。
In the gas sensor of the present invention, the welded portion does not have to penetrate the intermediate member.
According to this gas sensor, the inner surface (or outer surface) of the intermediate member on the opposite side to the welded portion becomes smooth, and it is possible to prevent other members from coming into contact with the inner surface of the intermediate member and being damaged when the gas sensor is assembled, and at the same time, the gas sensor is used. It is also possible to suppress the deterioration of responsiveness due to the disturbance of the airflow around the sensor element on the inner surface side of the intermediate member during use. Further, since th2> th1, the penetration depth can be increased even if the welded portion does not penetrate the intermediate member.
この発明によれば、ガスセンサのプロテクタが高温に曝されたりプロテクタに外力が加わっても、プロテクタを主体金具に確実に固定することができる。 According to the present invention, even if the protector of the gas sensor is exposed to a high temperature or an external force is applied to the protector, the protector can be reliably fixed to the main metal fitting.
本発明の実施形態について、各図に基づいて詳細に説明する。まず、図1~図3を参照し、本発明の第1の実施形態にかかるガスセンサ1Aについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかるガスセンサ1Aの断面図、図2は図1の中間部材100近傍の部分拡大図、図3はガスセンサ1Aの製造方法を示す断面図である。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to each figure. First, the
1 is a cross-sectional view of the
図1において、ガスセンサ(全領域空燃比ガスセンサ)1Aは、センサ素子21と、軸線O方向に貫通してセンサ素子21を挿通させる貫通孔32を有するホルダ(セラミックホルダ)30Aと、セラミックホルダ30Aの径方向周囲を取り囲む主体金具11と、プロテクタ60Aと、後述する中間部材100と、を備えている。
センサ素子21のうち、検知部22が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ30Aより先端に突出している。このように貫通孔32を通されたセンサ素子21は、セラミックホルダ30Aの後端面側(図示上側)に配置されたシール部材(本例では滑石)41を、絶縁材からなるスリーブ43、リングワッシャ45を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具11の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
なお、センサ素子21の後端29を含む後端寄り部位はスリーブ43及び主体金具11より後方に突出しており、その後端寄り部位に形成された各電極端子24に、シール部材85を通して外部に引き出された各リード線71の先端に設けられた端子金具75が圧接され、電気的に接続されている。また、この電極端子24を含むセンサ素子21の後端寄り部位は、外筒81でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。
In FIG. 1, the gas sensor (all-region air-fuel ratio gas sensor) 1A includes a
Of the
The portion near the rear end including the
センサ素子21は軸線O方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側(図示下側)に、検知用電極等(図示せず)からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部22を備えた帯板状(板状)をなしている。センサ素子21の横断面は、先後において一定の大きさの長方形(矩形)をなし、セラミック(固体電解質等)を主体として細長いものとして形成されている。このセンサ素子21自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質(部材)の先端寄り部位に検知部22をなす一対の検知用電極が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線71接続用の電極端子24が露出形成されている。
また、本例では、センサ素子21のうち、固体電解質(部材)に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位内部にヒータ(図示せず)が設けられており、後端寄り部位には、このヒータへの電圧印加用のリード線71接続用の電極端子24が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極端子24は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子21の後端寄り部位において、帯板の幅広面(両面)に3つ又は2つの電極端子が横に並んでいる。
なお、センサ素子21の検知部22に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層23が被覆されている。
The
Further, in this example, in the
The
主体金具11は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述する中間部材100を自身の内面に係合するための円筒状の円環状部(以下、円筒部ともいう)18を有し、その後方(図示上方)の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ13が設けられている。そして、その後方には、このネジ13によってセンサ1をねじ込むための多角形部14を備えている。また、この多角形部14の後方には、ガスセンサ1Aの後方をカバーする保護筒(外筒)81を外嵌して溶接する円筒部15が連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部16を備えている。なお、このカシメ用円筒部16は、図1では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部14の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット19が取着されている。
さらに、主体金具11の円環状部18近傍の内周面には、後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部17を有している。
The main metal fitting 11 has a cylindrical shape having concentric and different diameters at the front and rear, has a small diameter on the tip side, and has a cylindrical annular portion (hereinafter, also referred to as a cylindrical portion) for engaging the
Further, the inner peripheral surface of the main metal fitting 11 near the
主体金具11の内側には、絶縁性セラミック(例えばアルミナ)からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ30Aが配置されている。セラミックホルダ30Aは、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面30fを有している。そして、先端向き面30fの外周寄りの部位が中間部材100を介して段部17に係止されつつ、セラミックホルダ30Aが後端側からシール部材41で押圧されることで主体金具11内にセラミックホルダ30Aが位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔32は、セラミックホルダ30Aの中心に設けられると共に、センサ素子21が略隙間なく通るように、センサ素子21の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。
Inside the main metal fitting 11, a
On the other hand, the through
センサ素子21は、セラミックホルダ30Aの貫通孔32に通され、センサ素子21の先端をセラミックホルダ30A及び主体金具11の先端よりも先方に突出させている。
一方、センサ素子21の先端部位は、筒状をなし、被測定ガスを導入又は排出可能なプロテクタ60Aで覆われている。本形態では、プロテクタ60Aは、通気孔56及び排出孔53を有する有底円筒状の内側プロテクタ51と、通気孔67及び排出孔69を有する有底円筒状の外側プロテクタ61とを離間して配置した2重プロテクタからなる。
このうち内側プロテクタ51と外側プロテクタ61の後端60Aeが中間部材100の外面に重なり合った状態で、内側プロテクタ51及び外側プロテクタ61を貫通する溶接部Wが形成されている。より具体的には、内側プロテクタ51の後端が拡径して外側プロテクタ61の後端に接し、両者が重なった後端60Aeが形成されている。そして、内側プロテクタ51の後端と中間部材100の外面とが対向し、外側プロテクタ61から中間部材100に向かって溶接部Wが形成されている。
The
On the other hand, the tip portion of the
Of these, a welded portion W that penetrates the
中間部材100は、金属製で無底筒状をなし、後端側に径方向外側に広がるフランジ部100aを有している。中間部材100のフランジ部100aを除く外径は、主体金具11の円環状部18の内径よりわずかに小さく、円環状部18の内側に中間部材100を嵌合可能になっている。
そして、主体金具11の後端側から中間部材100を挿入すると、段部17にフランジ部100aの先端向き面100fが係止される。さらに中間部材100の後端側に配置されたセラミックホルダ30Aの先端向き面30fを先端に向かって押圧すると、先端向き面30fがフランジ部100aの後端向き面に当接し、先端向き面30fが中間部材100を介して段部17に係止される。
つまり、中間部材100は、主体金具11とセラミックホルダ30Aとの間に挟持されている。
このようにして中間部材100が主体金具11に係合されると共に、主体金具11の先端よりも先方に突出した中間部材100の外面に、上記したようにプロテクタ60Aの後端60Aeが溶接されて溶接部Wが形成されている。
The
Then, when the
That is, the
In this way, the
一方、図1に示すように、センサ素子21の後端寄り部位に形成された各電極端子24には、外部にシール部材85を通して引き出された各リード線71の先端に設けられた各端子金具75がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具75は、本例ガスセンサ1Aでは、外筒81内に配置された絶縁性のセパレータ91内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ91は、外筒81内にカシメ固定された保持部材82を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒81の先端部を、主体金具11の後端寄り部位の円筒部15に外嵌して溶接することで、ガスセンサ1Aの後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線71は外筒81の後端部の内側に配置されたシール部材(例えばゴム)85を通されて外部に引き出されており、この小径筒部83を縮径カシメしてこのシール部材85を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, each
The
因みに、外筒81の軸線O方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部81dが形成され、この段部81dの内面がセパレータ91の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ91はその外周に形成されたフランジ93を外筒81の内側に固定された保持部材82の上に支持させられており、段部81dと保持部材82とによってセパレータ91が軸線O方向に保持されている。
Incidentally, a stepped
次に、図2を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
まず、溶接部Wに隣接する中間部材100とプロテクタ60A(後端60Ae)との重なり部位において、プロテクタ60Aの厚みth1と、中間部材100の厚みth2とを比較したとき、th1<th2の関係を満たす。換言すると、中間部材100とプロテクタ60A(後端60Ae)との重なり部位のうち、溶接部Wを含まない部位において、プロテクタ60Aの厚みth1と、中間部材100の厚みth2とを比較したとき、th1<th2の関係を満たす。
ここで、本例ではプロテクタ60Aは内側プロテクタ51と外側プロテクタ61の二重プロテクタであるが、溶接部Wに隣接する後端60Aeでは内側プロテクタ51と外側プロテクタ61とが重なっているので、厚みth1は後端60Aeにおける内側プロテクタ51と外側プロテクタ61の合計厚みとする。
Next, a feature portion of the present invention will be described with reference to FIG.
First, when the thickness th1 of the
Here, in this example, the
又、主体金具11の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT1、プロテクタ60Aの構成材料の20~850℃における熱膨張率をT2、中間部材100の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT3とした場合、T2>T1、かつT3>T1の関係を満たす。なお、本例では、主体金具11、プロテクタ60A(内側プロテクタ51と外側プロテクタ61)、及び中間部材100の構成材料はそれぞれSUS430,SUS310S、SUS310Sである。
Further, the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the main metal fitting 11 at 20 to 850 ° C is T1, the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the
このように、th1<th2の関係を満たすことで、プロテクタ60Aに比べて厚い中間部材100にプロテクタ60Aを溶接するので、溶け込み深さを大きくして溶接強度を向上させることができる。
又、主体金具11に固定される中間部材100の厚みth2が、プロテクタ60Aの厚みth1より厚いので、プロテクタ60Aに飛石等の衝撃が加わっても中間部材100が変形し難く、プロテクタ60Aを主体金具11に確実に固定することができる。
By satisfying the relationship of th1 <th2 in this way, the
Further, since the thickness th2 of the
さらに、T2>T1、かつT3>T1の関係を満たしたうえで、プロテクタ60Aを中間部材100に溶接することで、主体金具11とプロテクタ60Aに用いる材料のそれぞれの熱膨張率T1,T2が大きく異なっても、プロテクタ60Aと中間部材100に用いる材料のそれぞれの熱膨張率T2、T3を近づけることで、溶接部Wが高温に曝された後に室温付近に冷却される熱履歴を受けても、溶接部Wに応力が生じて溶接部の剥離やクラックが生じることを抑制できる。
又、T3>T1としつつ、中間部材100を主体金具11の内面に配置することで、高温下で中間部材100が主体金具11よりも膨張して主体金具11の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材100、ひいてはプロテクタ60Aを主体金具11により強固に固定できる。
以上により、プロテクタ60Aが高温に曝されたり、プロテクタ60Aに力が掛かっても主体金具11に確実に固定することができる。
Further, by satisfying the relationship of T2> T1 and T3> T1 and welding the
Further, by arranging the
As described above, even if the
なお、本実施形態では、中間部材100は無底筒状をなしている。これにより、中間部材100を有底筒状とした場合に比べ、センサ素子21を囲むプロテクタ60Aの内部空間を大きくすることができ、センサ素子21により多くの被測定ガスを接触させて検出精度を向上させることができる。
又、本実施形態では、溶接部Wは中間部材100を径方向に貫通しない。これにより、溶接部Wと反対側の中間部材100の内面(又は外面)が滑らかになり、ガスセンサ組付け時に中間部材100の内面等に他部材が接触して破損することを抑制すると共に、ガスセンサ使用時に中間部材100の内面側のセンサ素子21周辺の気流を乱して応答性が低下することも抑制できる。又、th2>th1であるので、溶接部Wが中間部材100を貫通しなくとも、溶け込み深さを大きくできる。
In this embodiment, the
Further, in the present embodiment, the welded portion W does not penetrate the
又、図2の矢印Vに示すように、本実施形態では、軸線O方向から見て、中間部材100とシール部材41とが少なくとも一部で重なる。これにより、プロテクタ60Aが高温に曝されて中間部材100が熱膨張して膨らんだ際、シール部材41を圧縮し、シール性をさらに向上させることができる。
同様に、本実施形態では、中間部材100がシール部材41よりも先端側に位置する。これによっても、プロテクタ60Aが高温に曝されて中間部材100が熱膨張して膨らんだ際、後端側のシール部材41を圧縮し、シール性をさらに向上させることができる。
さらに、本実施形態ではT3=T2の関係を満たす。これにより、プロテクタ60Aと中間部材100の構成材料の20~850℃における熱膨張率が等しいので、プロテクタ60Aが高温に曝されても溶接部Wに応力が生じることを抑制できる。
Further, as shown by the arrow V in FIG. 2, in the present embodiment, the
Similarly, in the present embodiment, the
Further, in this embodiment, the relationship of T3 = T2 is satisfied. As a result, since the coefficients of thermal expansion of the
次に、図3を参照し、ガスセンサ1Aの製造方法について説明する。
まず、センサ素子21を主体金具11に対して保持させ、さらに中間部材100を主体金具11の内面に係合させた素子アッセンブリAcを準備する。
次に、素子アッセンブリAcの先端側に突出した中間部材100の先端に、プロテクタ60Aの後端60Aeを外嵌し、後端60Aeを全周溶接することで溶接部W(図2参照)を形成し、プロテクタ60Aを中間部材100に固定する。
Next, a method of manufacturing the
First, an element assembly Ac is prepared in which the
Next, the rear end 60Ae of the
次いで、外筒81内にグロメット85、セパレータ91、各端子金具75が接続されたリード線71等のパーツを収容し、外筒81を主体金具11の後端側の円筒部15に嵌め込み、外筒81と共に保持部材82をカシメる。これにより、外筒81に支持されたセパレータ91を外筒81の内部に収容すると共に、段部81dと保持部材82の間でセパレータ91のフランジ93を支持させる。
そして、外筒81の先端部に対して、主体金具11の外周面の全周にわたってレーザ溶接し、外筒81を主体金具11に対して固定する一方、シール部材85を外筒81の後端に組み付けた後にカシメる。
このようにして、本実施形態のガスセンサ1Aを製造することができる。
Next, parts such as a
Then, laser welding is performed on the tip of the
In this way, the
次に、図4~図5を参照し、本発明の第2の実施形態にかかるガスセンサ1Bについて説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態にかかるガスセンサ1Bの断面図、図5はガスセンサ1Bの製造方法を示す断面図である。
なお、ガスセンサ1Bは、プロテクタ60B、セラミックホルダ30B及び中間部材102が異なること以外は、第1の実施形態にかかるガスセンサ1Aと同一であるので、ガスセンサ1Aと同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
Next, the
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
Since the
図4に示すように、プロテクタ60Bは、有底円筒状の内側プロテクタ52と、有底円筒状の外側プロテクタ62とを離間して配置した2重プロテクタからなる。
このうち内側プロテクタ52と外側プロテクタ62の後端60Beが中間部材102の内面に重なり合った状態で、内側プロテクタ52及び外側プロテクタ62を貫通する溶接部Wが形成されている。より具体的には、外側プロテクタ62の後端が縮径して内側プロテクタ52の後端に接し、両者が重なった後端60Beが形成されている。そして、外側プロテクタ62の後端と中間部材102の内面とが対向し、内側プロテクタ52から中間部材102に向かって溶接部Wが形成されている。
As shown in FIG. 4, the
Of these, a welded portion W that penetrates the
中間部材102は、金属製で一定の径の無底筒状をなしている。中間部材102の外径は、主体金具11の円環状部18の内径よりわずかに小さく、円環状部18の内側に中間部材102を圧入可能になっている。
そして、主体金具11の先端側から中間部材102を圧入すると、セラミックホルダ30Bの先端に中間部材102が当接して圧入深さが調整される。又、セラミックホルダ30Bの先端向き面30Bfは、主体金具11の段部17に直接係止されている。
The
Then, when the
ガスセンサ1Bは、図5に示すようにして製造することができる。
まず、ガスセンサ1Aと同様、センサ素子21を主体金具11に対して保持させた素子アッセンブリAc2を準備する。但し、素子アッセンブリAc2は中間部材102を含まない。
一方、予め、プロテクタ60Bの後端60Beに中間部材102を溶接して溶接部Wを形成しておく。
次に、素子アッセンブリAcの先端側に突出した主体金具11の円環状部18の内側に、プロテクタ60Bを溶接した中間部材102を圧入し、中間部材102、ひいてはプロテクタ60Bを主体金具11に固定する。
そして、ガスセンサ1Aと同様、各種パーツを収容した外筒81を主体金具11の後端側の円筒部15に嵌め込み、適宜カシメを行うと共に、外筒81の先端部の外周面の全周にわたってレーザ溶接し、外筒81を主体金具11に対して固定する。
The
First, as with the
On the other hand, the
Next, the
Then, as in the
ガスセンサ1Bにおいても、th1<th2の関係を満たすことで、溶け込み深さを大きくして中間部材102とプロテクタ60Bとの溶接強度を向上させることができる。又、プロテクタ60Bに飛石等の衝撃が掛かった場合に中間部材102が変形することを抑制し、プロテクタ60Bを主体金具11に確実に固定することができる。
Also in the
さらに、T1,T2が大きく異なっても、T2、T3を近づけることで、溶接部Wが高温に曝された後に室温付近に冷却される熱履歴を受けても、溶接部Wに応力が生じて溶接部の剥離やクラックが生じることを抑制できる。
又、高温下で中間部材102が主体金具11よりも膨張して主体金具11の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材102、ひいてはプロテクタ60Bを主体金具11により強固に固定できる。
以上により、プロテクタ60Bが高温に曝されたり、プロテクタ60Bに力が掛かっても主体金具11に確実に固定することができる。
Further, even if T1 and T2 are significantly different, stress is generated in the welded portion W even if the welded portion W is exposed to a high temperature and then cooled to near room temperature by bringing T2 and T3 closer to each other. It is possible to suppress peeling and cracking of the welded portion.
Further, the
As described above, even if the
なお、本実施形態では、プロテクタ60Bが中間部材102の内面に重なり合った状態で溶接部Wが形成されると共に、T3<T2の関係を満たす。これにより、高温下でプロテクタ60Bが中間部材102よりも膨張して中間部材102の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材102とプロテクタ60Bとをより強固に固定でき、ひいてはプロテクタ60Bを主体金具11により強固に固定できる。
In this embodiment, the welded portion W is formed in a state where the
次に、図6を参照し、本発明の第3の実施形態にかかるガスセンサ1Cについて説明する。
図6は、本発明の第3の実施形態にかかるガスセンサ1Cの断面図である。
なお、ガスセンサ1Cは、プロテクタ60C、セラミックホルダ30C及び中間部材104が異なること以外は、第1の実施形態にかかるガスセンサ1Aと同一であるので、ガスセンサ1Aと同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
Next, the
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
Since the
図6に示すように、プロテクタ60Cは、有底円筒状の1重プロテクタからなる。
そして、プロテクタ60Cの後端60Ceが中間部材104の外面に重なり合った状態で、プロテクタ60Cを貫通する溶接部Wが形成されている。より具体的には、プロテクタ60Cから中間部材104に向かって溶接部Wが形成されている。
As shown in FIG. 6, the
A welded portion W penetrating the
中間部材104は、金属製で一定の径の無底筒状をなしている。中間部材104の外径は、主体金具11の円環状部18の内径よりわずかに小さく、円環状部18の内側に中間部材104を圧入可能になっている。
そして、主体金具11の先端側から中間部材104を圧入すると、セラミックホルダ30Cの先端に中間部材104が当接して圧入深さが調整される。又、セラミックホルダ30Cの先端向き面30Cfは、主体金具11の段部17に直接係止されている。
The
Then, when the
このガスセンサ1Cも、ガスセンサ1Bと同様にして製造することができる。つまり、中間部材104を含まない素子アッセンブリを作成しておくと共に、予め、プロテクタ60Cの後端60Ceに中間部材104を溶接して溶接部Wを形成しておく。
そして、素子アッセンブリの先端側に突出した主体金具11の円環状部18の内側に、プロテクタ60Cを溶接した中間部材104を圧入し、中間部材104、ひいてはプロテクタ60Cを主体金具11に固定する。
そして、各種パーツを収容した外筒81を主体金具11の後端側の円筒部15に嵌め込み、適宜カシメを行うと共に、外筒81の先端部の外周面の全周にわたってレーザ溶接し、外筒81を主体金具11に対して固定する。
The
Then, the
Then, the
ガスセンサ1Cにおいても、th1<th2の関係を満たすことで、溶け込み深さを大きくして中間部材104とプロテクタ60Cとの溶接強度を向上させることができる。又、プロテクタ60Cに飛石等の衝撃が掛かった場合に中間部材104が変形することを抑制し、プロテクタ60Cを主体金具11に確実に固定することができる。
Also in the
さらに、T1,T2が大きく異なっても、T2、T3を近づけることで、溶接部Wが高温に曝された後に室温付近に冷却される熱履歴を受けても、溶接部Wに応力が生じて溶接部の剥離やクラックが生じることを抑制できる。
又、高温下で中間部材104が主体金具11よりも膨張して主体金具11の内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材104、ひいてはプロテクタ60Cを主体金具11により強固に固定できる。
以上により、プロテクタ60Cが高温に曝されたり、プロテクタ60Cに力が掛かっても主体金具11に確実に固定することができる。
Further, even if T1 and T2 are significantly different, stress is generated in the welded portion W even if the welded portion W is exposed to a high temperature and then cooled to near room temperature by bringing T2 and T3 closer to each other. It is possible to suppress peeling and cracking of the welded portion.
Further, the
As described above, even if the
又、本実施形態でもガスセンサ1Aと同様、T3=T2の関係を満たす。これにより、プロテクタ60Cと中間部材104の構成材料の20~850℃における熱膨張率が等しいので、プロテクタ60Cが高温に曝されても溶接部Wに応力が生じることを抑制できる。
Further, also in this embodiment, the relationship of T3 = T2 is satisfied as in the
本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
センサ素子は板状に限らず、筒状素子でもよい。
プロテクタの構造や形状も上記実施形態に限定されないし、中間部材を主体金具の先端側の内面に係合する方法も限定されない。
また、プロテクタが中間部材の外面に重なり合った状態で溶接部が形成される場合において、T3>T2としてもよい。この場合、高温下で中間部材がプロテクタよりも膨張してプロテクタの内面に密着する焼嵌め効果が生じ、高温下でも中間部材とプロテクタとをより強固に固定でき、ひいてはプロテクタを主体金具により強固に固定できる。
The structure and configuration of the gas sensor of the present invention can be appropriately redesigned and embodied without departing from the gist of the present invention.
The sensor element is not limited to a plate shape, but may be a cylindrical element.
The structure and shape of the protector are not limited to the above embodiment, and the method of engaging the intermediate member with the inner surface on the tip end side of the main metal fitting is not limited.
Further, when the welded portion is formed in a state where the protector overlaps the outer surface of the intermediate member, T3> T2 may be set. In this case, the intermediate member expands more than the protector at high temperature to produce a shrink-fitting effect that adheres to the inner surface of the protector, and the intermediate member and protector can be fixed more firmly even at high temperature, and the protector is firmly fixed by the main metal fitting. Can be fixed.
1A,1B、1C ガスセンサ
11 主体金具
21 センサ素子
22 検知部
41 シール部材
60A,60B,60C プロテクタ
100、102、104 中間部材
O 軸線
W 溶接部
1A, 1B,
Claims (8)
前記センサ素子の前記検知部よりも後端側の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、
前記センサ素子の先端側を囲む筒状をなし、前記被測定ガスを導入又は排出可能なプロテクタと、
を備えたガスセンサであって、
さらに、筒状の中間部材を備え、
前記中間部材の外面又は内面に前記プロテクタが重なり合った状態で溶接部が形成され、
前記中間部材が前記主体金具の先端側の内面に圧入又は係合されており、
前記溶接部に隣接する前記中間部材と前記プロテクタとの重なり部位において、前記プロテクタの厚みth1と前記中間部材の厚みth2とを比較したとき、th1<th2の関係を満たし、
前記主体金具の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT1、前記プロテクタの構成材料の20~850℃における熱膨張率をT2、前記中間部材の構成材料の20~850℃における熱膨張率をT3とした場合、T2>T1、かつT3>T1の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。 A sensor element that extends in the axial direction and has a detection unit that detects a specific gas in the gas to be measured on the tip side.
A cylindrical main metal fitting that surrounds and holds the radial periphery of the sensor element on the rear end side of the detection unit, and
A protector that has a cylindrical shape that surrounds the tip side of the sensor element and can introduce or discharge the gas to be measured.
It is a gas sensor equipped with
In addition, it is equipped with a cylindrical intermediate member.
A welded portion is formed with the protector overlapping on the outer surface or the inner surface of the intermediate member.
The intermediate member is press-fitted or engaged with the inner surface on the tip end side of the main metal fitting.
When the thickness th1 of the protector and the thickness th2 of the intermediate member are compared at the overlapping portion between the intermediate member and the protector adjacent to the welded portion, the relationship of th1 <th2 is satisfied.
The coefficient of thermal expansion of the constituent material of the main metal fitting at 20 to 850 ° C. is T1, the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the protector at 20 to 850 ° C. is T2, and the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the intermediate member at 20 to 850 ° C. Is T3, the gas sensor is characterized in that the relationship of T2> T1 and T3> T1 is satisfied.
前記軸線方向から見て、前記中間部材と前記シール部材とが少なくとも一部で重なることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。 A sealing member is arranged between the outer surface of the sensor element and the inner surface of the main metal fitting.
The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the intermediate member and the seal member overlap at least a part when viewed from the axial direction.
前記中間部材が前記シール部材よりも先端側に位置することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のガスセンサ。 A sealing member is arranged between the outer surface of the sensor element and the inner surface of the main metal fitting.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the intermediate member is located on the distal end side of the seal member.
T3>T2の関係を満たすことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The welded portion is formed with the protector overlapping the outer surface of the intermediate member.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas sensor satisfies the relationship of T3> T2.
T3<T2の関係を満たすことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The welded portion is formed with the protector overlapping the inner surface of the intermediate member.
The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the relationship of T3 <T2 is satisfied.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018163425A JP7044668B2 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018163425A JP7044668B2 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Gas sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020034506A JP2020034506A (en) | 2020-03-05 |
JP7044668B2 true JP7044668B2 (en) | 2022-03-30 |
Family
ID=69667832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018163425A Active JP7044668B2 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7044668B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023062291A (en) * | 2021-10-21 | 2023-05-08 | 日本特殊陶業株式会社 | gas sensor |
JP2023064825A (en) * | 2021-10-27 | 2023-05-12 | 日本特殊陶業株式会社 | gas sensor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005529331A (en) | 2002-06-06 | 2005-09-29 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Gas sensor and method of manufacturing gas sensor |
JP2005292119A (en) | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor and method for manufacturing it |
US20070125649A1 (en) | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Denso Corporation | Gas sensor |
JP2015108511A (en) | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor |
JP2017134069A (en) | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
JP2017190958A (en) | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3648381B2 (en) * | 1998-06-04 | 2005-05-18 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
JP5868276B2 (en) * | 2012-07-03 | 2016-02-24 | 日本特殊陶業株式会社 | Ceramic heater, gas sensor, and method of manufacturing ceramic heater |
-
2018
- 2018-08-31 JP JP2018163425A patent/JP7044668B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005529331A (en) | 2002-06-06 | 2005-09-29 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Gas sensor and method of manufacturing gas sensor |
JP2005292119A (en) | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor and method for manufacturing it |
US20070125649A1 (en) | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Denso Corporation | Gas sensor |
JP2007178418A (en) | 2005-12-02 | 2007-07-12 | Denso Corp | Gas sensor |
JP2015108511A (en) | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor |
JP2017134069A (en) | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
JP2017190958A (en) | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020034506A (en) | 2020-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5592336B2 (en) | Gas sensor | |
US7506534B2 (en) | Gas sensor and method of manufacturing the gas sensor | |
US8432091B2 (en) | Corrosion suppressing spark plug | |
US10732142B2 (en) | Gas sensor | |
JP2005292119A (en) | Gas sensor and method for manufacturing it | |
JP7044668B2 (en) | Gas sensor | |
US20160223369A1 (en) | Gas sensor | |
JP4693108B2 (en) | Sensor | |
JP5032625B2 (en) | Gas sensor | |
JP2019158350A (en) | Gas sensor | |
JP6962870B2 (en) | Gas sensor | |
JP2011215095A (en) | Gas sensor | |
JP4590354B2 (en) | Gas sensor manufacturing method and gas sensor | |
US10775342B2 (en) | Gas sensor | |
JP4693115B2 (en) | Gas sensor | |
JP4398385B2 (en) | Gas sensor | |
JP5099786B2 (en) | Gas sensor | |
JP2022018199A (en) | Sensor | |
JP6475145B2 (en) | Gas sensor | |
WO2023067855A1 (en) | Gas sensor | |
JP5767196B2 (en) | Gas sensor | |
JP2010236940A (en) | Gas sensor | |
JP6629629B2 (en) | Gas sensor | |
JP2004125431A (en) | Sensor and sensor-manufacturing method | |
JP4538155B2 (en) | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210308 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220301 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220317 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7044668 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |