WO2015163393A1

WO2015163393A1 - ガスセンサ

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Publication number: WO2015163393A1
Application number: PCT/JP2015/062339
Authority: WO
Inventors: 正毅中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: DE112015002006T5; DE112015002006B4; JP6237443B2; JP2015210146A; US10359393B2; CN105992947B; US20170010235A1; CN105992947A

Abstract

　ガスセンサは、ハウジング、インシュレータ、インナーカバー及びアウターカバーを備えている。ハウジングの内周穴は、後端側穴部と先端側穴部とからなり、それらの境界部分に傾斜状に形成された段差部を有している。インナーカバーは、段差部に対面する拡径部を有している。インシュレータは、段差部との間に拡径部を挟持するための鍔部を有している。拡径部の表面には、段差部の表面に向けて突出するバリが設けられている。これにより、ハウジングの内周穴に対するカバーの傾きを防止して、素子体に損傷又は破損が生じることを防止することができる。

Description

ガスセンサ

　本発明は、素子体とハウジングの内周穴との間にカバーを挟持するガスセンサに関する。

　酸素濃度を測定するガスセンサは、ガスセンサ素子又はガスセンサ素子が挿通された素子体と、ハウジングの内周穴との間に、ガスセンサ素子の一部を覆うカバーを挟持している。そして、カバーに設けられた孔からガスセンサ素子の素子部に排気ガスが導かれ、この素子部によって排気ガス中の酸素濃度を測定している。
　例えば、特開２０１３－１１７５２１号公報に開示されたガスセンサは、径方向外側に突出する鍔部を有する有底筒状の素子本体を、鍔部に対向する受け面を有する筒状の主体金具に挿入している。そして、素子本体の鍔部と主体金具の受け面との間に、環状の金属部を介装し、金属部の径方向への位置ズレを防止する工夫がなされている。ここで、主体金具はハウジングに相当し、金属部はカバーに相当する。

　ところで、ハウジングの内周穴にカバーを挿入するためには、内周穴とカバーとの間に隙間を設ける必要がある。しかし、この隙間を設けると、素子体とハウジングの内周穴との間にカバーを挟持する際に、素子体及びハウジングの挿入方向の中心軸線に対して、カバーの中心軸線が傾きやすくなる。この場合、挟持を行う際の荷重を受けて、素子体に損傷又は破損が生じるおそれがある。

　本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ハウジングの内周穴に対するカバーの傾きを防止して、素子体に損傷又は破損が生じることを防止することができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

　本発明の一態様は、筒形状のハウジングと、
　該ハウジングの内周穴に挿入され、ガスセンサ素子自体又は該ガスセンサ素子が挿通された部材である素子体と、
　上記ガスセンサ素子の一部を覆い、上記ハウジングの内周穴と上記素子体との間に挟持されるカバーと、を備え、
　上記ハウジングの内周穴は、上記素子体の先端側に位置する先端側穴部と、該先端側穴部よりも後端側に位置して、該先端側穴部よりも拡径した後端側穴部と、該後端側穴部と上記先端側穴部との境界部分に、垂直又は傾斜状に形成された段差部とを有しており、
　上記カバーは、上記先端側穴部内に挿入される筒状部と、該筒状部よりも拡径して上記段差部に対面する拡径部とを有しており、
　上記素子体は、その外周から突出して上記段差部との間に上記拡径部を挟持するための鍔部を有しており、
　上記段差部と上記拡径部とが対面するそれぞれの表面の少なくとも一方には、他方の表面に向けて突出する凸部が設けられていることを特徴とするガスセンサにある。

　上記ガスセンサにおいては、ハウジングの内周穴における段差部と、カバーにおける拡径部とが対面するそれぞれの表面の少なくとも一方に、他方の表面に向けて突出する凸部が設けられている。
　ガスセンサを組み付ける際には、ハウジングの内周穴にカバーを挿入し、カバーの内周側に素子体を挿入する。このとき、ハウジングの内周穴における先端側穴部にカバーの筒状部が挿入され、ハウジングの内周穴における段差部にカバーの拡径部が対面する。また、カバーの拡径部に素子体の鍔部が対面する。

　そして、ハウジングの内周穴と素子体との間にカバーを挟持する荷重を与えた際には、段差部及び拡径部の少なくとも一方の表面に設けられた凸部が、弾性変形及び塑性変形をしながら他方の表面に食い込む。この凸部の食い込みにより、ハウジングの内周穴に対してカバーが平行に挿入された状態を維持することができる。これにより、ハウジングの内周穴の中心軸線に対して、カバーの中心軸線が傾いてしまうことが防止される。

　また、ハウジングの内周穴と素子体との間にカバーを挟持する荷重を与えた際に、段差部及び拡径部の少なくとも一方の表面における凸部が弾性変形又は塑性変形をすることにより、素子体が受ける反力が低減される。また、この凸部が弾性変形又は塑性変形をすることにより、素子体が受ける反力が低減されながら、カバーの傾きが矯正される。そのため、カバーの拡径部が素子体に不適切に干渉することが防止される。
　それ故、上記ガスセンサによれば、ハウジングの内周穴に対するカバーの傾きを防止して、素子体に損傷又は破損が生じることを防止することができる。

実施例にかかる、ガスセンサを示す断面説明図。実施例にかかる、ガスセンサにおける、インナーカバーの拡径部の周辺を拡大して示す断面説明図。実施例にかかる、ガスセンサに組み付けられる前のインナーカバーの拡径部の周辺を拡大して示す断面説明図。実施例にかかる、インナーカバーの内側部分の折曲起点からアウターカバーの後端面までの距離と、インナーカバーに発生する応力との関係を示すグラフ。実施例にかかる、凸部がハウジングの段差部に形成された場合についての図２に相当する断面説明図。実施例にかかる、ガスセンサにおける、他のハウジングの段差部の周辺、及び他のインナーカバーの拡径部の周辺を拡大して示す断面説明図。（ａ）は、実施例にかかる、インナーカバーの拡径部における複数の突起を、インナーカバーの中心軸線の方向から見た図で、複数の突起が径方向に形成されている図。（ｂ）は、実施例にかかる、インナーカバーの拡径部における複数の突起を、インナーカバーの中心軸線の方向から見た図で、複数の突起が周方向に形成されている図。（ｃ）は、実施例にかかる、インナーカバーの拡径部における複数の突起を、インナーカバーの中心軸線の方向から見た図で、複数の突起が周方向に並んで形成されている図。実施例にかかる、アウターカバーに形成した拡径部の周辺を拡大して示す断面説明図。（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例にかかる、インナーカバー及びアウターカバーに形成した拡径部の周辺を拡大して示す断面説明図。

　上述したガスセンサにおける好ましい実施の形態について説明する。
　上記ガスセンサにおいては、上記拡径部は、上記筒状部の端部において、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されており、上記段差部は、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されており、上記凸部は、上記段差部の先端部の表面及び上記拡径部の後端部の表面の少なくとも一方に形成されていてもよい。
　この場合には、傾斜状の段差部の表面と傾斜状の拡径部の表面とが対面する際に、ハウジングに対するカバーの中心位置出しを容易に行うことができる。

　また、上記凸部は、上記カバーの上記拡径部の表面から突出して形成されていてもよい。
　この場合には、凸部の食い込みを容易にすることができる。

　また、上記凸部は、上記カバーを加工する際に、該カバーの上記拡径部の表面から突出して形成されていてもよい。
　この場合には、カバーに切断加工、プレス加工、絞り加工、扱き加工等の加工をする際に、加工部分に必然的に形成されるバリを凸部として利用することができる。また、特に、カバーの素材が切断される際に形成されるバリを、凸部として利用することができる。

　また、上記凸部は、上記ハウジングの上記段差部の表面から突出して形成されていてもよい。
　この場合には、凸部の食い込みを容易にすることができる。

　また、上記凸部は、上記段差部及び上記拡径部の少なくとも一方に設けられた複数の突起であってもよい。
　この場合には、種々の表面加工を行って、段差部及び拡径部の少なくとも一方の表面に複数の突起を形成することができる。また、ハウジング又はカバーの成形を行う際に、段差部の表面又は拡径部の表面に、複数の突起を形成することもできる。

　以下に、ガスセンサにかかる実施例について、図面を参照して説明する。
　本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、筒形状のハウジング２と、ハウジング２の内周穴（内側チャンバーとも言う）２１に挿入され、ガスセンサ素子３が挿通された素子体としてのインシュレータ４と、ガスセンサ素子３の一部を覆い、ハウジング２の内周穴２１とインシュレータ４との間に挟持されるインナーカバー５１及びアウターカバー５２とを備えている。ハウジング２の内周穴２１は、インシュレータ４の先端側に位置する先端側穴部２１１と、先端側穴部２１１よりも後端側に位置して、先端側穴部２１１よりも拡径した後端側穴部２１２と、後端側穴部２１２と先端側穴部２１１との境界部分に、傾斜状に形成された段差部（内側肩部ともいう）２１３とを有している。
　図２に示すように、インナーカバー５１は、先端側穴部２１１内に挿入される筒状部５１１と、筒状部５１１よりも拡径して段差部２１３に対面する拡径部５１３とを有している。インシュレータ４は、その外周から突出して段差部２１３との間に拡径部５１３を挟持するための鍔部４１を有している。拡径部５１３の表面には、段差部２１３の表面に向けて突出する凸部としてのバリ５１４が設けられている。

　以下に、本例のガスセンサ１について、図１～図７を参照して詳説する。
　ガスセンサ１は、車両の、例えば内燃機関に接続された排気管に取り付けられて、内燃機関から排気される排気ガス中の酸素濃度を測定するものである。ガスセンサ１のインナーカバー５１及びアウターカバー５２は、排気管内に配置される。
　図１に示すように、インナーカバー５１及びアウターカバー５２には、インナーカバー５１内に配置されるガスセンサ素子３の測定部位（センシング部）３１に、被測定ガスとしての排気ガスを到達させるための貫通孔５１５，５２５が形成されている。インナーカバー５１は、アウターカバー５２の内周側に重ねられて配置されている。アウターカバー５２において貫通孔５２５が設けられた軸方向Ｌの位置は、インナーカバー５１において貫通孔５１５が設けられた軸方向Ｌの位置と異なっている。

　なお、軸方向Ｌとは、ハウジング２の内周穴２１の形成方向のことをいい、中心軸線とは、ハウジング２の内周穴２１の中心を通る仮想線のことをいう。
　また、先端側とは、ハウジング２からインナーカバー５１及びアウターカバー５２が突出する側、あるいはインシュレータ４からガスセンサ素子３の測定部位３１が突出する側のことをいい、後端側とは先端側とは反対側のことをいう。

　図１に示すように、本例の拡径部５１３は、インナーカバー５１の筒状部５１１の後端部において、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されている。拡径部５１３は、軸方向Ｌに平行な筒状部５１１の後端部から、傾斜する状態に折れ曲がったフランジ部として形成されている。インナーカバー５１及びアウターカバー５２は、有底円筒形状に形成されており、円筒形状の筒状部５１１，５２１と、筒状部５１１，５２１の先端部に形成された底部５１２，５２２とを有している。貫通孔５１５，５２５は、筒状部５１１，５２１及び底部５１２，５２２に形成されている。

　インシュレータ４の中心部には挿通穴４２が形成されており、ガスセンサ素子３は挿通穴４２に挿通されている。ガスセンサ素子３における、酸素濃度を測定するための測定部位３１は、インシュレータ４から軸方向Ｌの先端側に突出して配置されている。インシュレータ４における鍔部４１は、全周が拡径する状態に突出して形成されている。鍔部４１における先端側面４１１は、拡径部５１３が形成された傾斜角度と略同じ傾斜角度で形成されている。
　ハウジング２の内周穴２１における先端側穴部２１１には、インナーカバー５１の筒状部５１１における軸方向Ｌの後端側部分及びアウターカバー５２の筒状部５２１における軸方向Ｌの後端側部分が挿入配置される。また、ハウジング２における段差部２１３の表面は、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されている。

　図３に示すように、本例のインナーカバー５１の拡径部５１３の表面に設けられたバリ５１４は、インナーカバー５１を加工する際に、拡径部５１３の表面から先が尖った形状に突出して形成されたバリ５１４である。バリ５１４は、拡径部５１３の後端部の表面から、先端側に突出して形成されている。このバリ５１４は、インナーカバー５１の素材を母材から切断して切り出す際に、この素材の端部に形成される突起とすることができる。

　また、図１に示すように、インナーカバー５１の筒状部５１１とアウターカバー５２の筒状部５２１とは、部分的に設けられた溶接部６によって互いに溶接されている。溶接部６は、ハウジング２の先端側穴部２１１に接触可能な状態で、アウターカバー５２の外周から膨らむ形状に形成されている。溶接部６は、インナーカバー５１の筒状部５１１及びアウターカバー５２の筒状部５２１の周方向の全周に一巡して設けられている。ここで、周方向とは、軸方向Ｌに平行な、インナーカバー５１及びアウターカバー５２の中心軸線の周りの方向のことをいう。

　また、図３に示すように、インナーカバー５１の筒状部５２１に対して拡径部５１３が折り曲げられた内側部分の折曲起点Ｐ１から、アウターカバー５２の後端面５２６までの距離Ｂは、インナーカバー５１の厚みをｔとしたとき、Ｂ＞２ｔとすることが好ましい。
　図４は、距離Ｂと、インナーカバー５１に発生する応力との関係を示すグラフである。同図において、距離Ｂが大きくなるに連れて、応力が減少していることがわかる。この応力は、アウターカバー５２の後端部から、インナーカバー５１の折曲起点に作用する。そして、Ｂ＞２ｔとすることにより、インナーカバー５１に発生する応力を低減することができる。

　次に、本例のガスセンサ１を組み付ける方法と、本例のガスセンサ１の作用効果について説明する。
　図１、図２に示すように、ガスセンサ１を組み付ける際には、ハウジング２の内周穴２１にインナーカバー５１及びアウターカバー５２を挿入し、インナーカバー５１の内周側にインシュレータ４を挿入する。このとき、ハウジング２の内周穴２１における先端側穴部２１１にインナーカバー５１の筒状部５１１が挿入され、ハウジング２の内周穴２１における段差部２１３にインナーカバー５１の拡径部５１３が対面する。また、インナーカバー５１の拡径部５１３における後端側面に、インシュレータ４の鍔部４１における先端側面４１１が対面する。

　また、ハウジング２の内周穴２１にインナーカバー５１、アウターカバー５２及びインシュレータ４が挿入された状態において、ハウジング２の内周穴２１における後端側穴部２１２とインシュレータ４の外周との間には、タルク等の絶縁性粉末２３が充填される。後端側穴部２１２とインシュレータ４の外周との間における、絶縁性粉末２３の後端側には絶縁碍子２４が配置される。そして、ハウジング２の後端部に形成されたかしめ部２２を先端側にかしめることによって、インシュレータ４の鍔部４１の後端側面４１２とかしめ部２２との間に、絶縁性粉末２３及び絶縁碍子２４を挟み込みながら、ハウジング２の段差部２１３とインシュレータ４の鍔部４１の先端側面４１１との間にインナーカバー５１の拡径部５１３が挟持される。

　このかしめを行うときには、拡径部５１３を段差部２１３に押し付ける力が作用し、拡径部５１３の後端部の表面に設けられたバリ５１４が、弾性変形及び塑性変形をしながら段差部２１３の表面に食い込む。このバリ５１４の食い込みにより、ハウジング２の内周穴２１に対してインナーカバー５１及びアウターカバー５２が平行に挿入された状態を維持することができる。これにより、ハウジング２の内周穴２１の中心軸線に対して、インナーカバー５１及びアウターカバー５２の中心軸線が傾いてしまうことが防止される。
　また、バリ５１４の食い込みによって、インナーカバー５１及びアウターカバー５２が、その中心軸線の回りに回転してしまうことを抑制することができる。

　また、上記かしめを行うときには、拡径部５１３におけるバリ５１４が弾性変形又は塑性変形をすることにより、インシュレータ４が受ける反力が低減される。また、このバリ５１４が弾性変形又は塑性変形をすることにより、インシュレータ４が受ける反力が低減されながら、インナーカバー５１及びアウターカバー５２の傾きが矯正される。そのため、インナーカバー５１の拡径部５１３がインシュレータ４に不適切に干渉することが防止される。
　それ故、本例のガスセンサ１によれば、ハウジング２の内周穴２１に対するインナーカバー５１及びアウターカバー５２の傾きを防止して、インシュレータ４に損傷又は破損が生じることを防止することができる。

　また、ハウジング２の段差部２１３とインナーカバー５の拡径部５１３との少なくとも一方に形成される凸部は、インナーカバー５１を加工する際に形成されるバリ５１４とする以外にも、次の種々の構成とすることもできる。
　例えば、図５に示すように、ハウジング２の段差部２１３の先端部の表面から、先が尖った形状の凸部２１４を形成することもできる。
　また、図６に示すように、凸部は、インナーカバー５１の拡径部５１３に加工を行って形成した複数の突起５１４Ａとすることもできる。また、凸部としての複数の突起２１４Ａは、ハウジング２の段差部２１３の表面に形成することもできる。この場合、ハウジング２の段差部２１３の表面に加工を行って複数の突起２１４Ａを形成することができる。

　さらに、複数の突起５１４Ａは、図６、図７（ａ）に示すように、インナーカバー５１の拡径部５１３の径方向に凹凸が繰り返し形成される形状とすることができる。また、図７（ｂ）に示すように、複数の突起５１４Ｂは、インナーカバー５１の拡径部５１３の周方向に凹凸が繰り返し形成される形状とすることもできる。また、図７（ｃ）に示すように、複数の突起５１４Ｃは、インナーカバー５１の拡径部５１３の周方向に並ぶ、複数のディプル状の突起（複数の独立した島形状の突起）とすることもできる。また、図７（ｂ）、図７（ｃ）の場合においても、ハウジング２の段差部２１３の表面に、凸部としての複数の突起が形成されていてもよい。なお、図７（ａ）～（ｃ）においては、凹部を符号５１６によって示す。

　図７（ａ）～（ｃ）の場合においては、上記かしめを行う際に、インナーカバー５１の拡径部５１３をハウジング２の段差部２１３に押し付ける力が作用したときに、拡径部５１３における複数の突起５１４Ｂ，５１４Ｃと段差部２１３とが接触する部分には、面圧が高い部分が形成される。これにより、インナーカバー５１に押付力が付与されるときに、インナーカバー５１が、内周側にずれにくく、かつ中心軸線の回りに回転しにくくすることができる。

　また、素子体はインシュレータ４とする以外にも、ガスセンサ素子を構成する固体電解質体とすることもできる。この固体電解質体は、有底円筒形状とし、インシュレータ４の鍔部４１と同様の形状の鍔部を有するものとする。この固体電解質体の内周面及び外周面には、排気ガス中の酸素濃度を測定するための一対の電極が設けられる。

　また、図８に示すように、インナーカバー５１には拡径部５１３を形成せず、アウターカバー５２に拡径部５２３を形成してもよい。この場合、アウターカバー５２の拡径部５２３に凸部５２４が設けられる。また、ガスセンサ１において、インナーカバー５１とアウターカバー５２との二重構造を採用する以外にも、一重構造のカバーを採用することもできる。この場合には、一重構造のカバーの後端部に拡径部５１３を形成することができる。

　また、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、インナーカバー５１及びアウターカバー５２に、互いに重なる拡径部５１３Ａ，５２３Ａをそれぞれ形成することもできる。この場合には、図９（ａ）に示すように、拡径部５１３Ａ，５２３Ａの先端部は互いに揃えることができる。また、図９（ｂ）に示すように、拡径部５２３Ａの先端部を拡径部５１３Ａの先端部よりも外周側に突出させることもできる。さらに、図９（ｃ）に示すように、拡径部５１３Ａの先端部を拡径部５２３Ａの先端部よりも外周側に突出させることもできる。

Claims

　筒形状のハウジング（２）と、
　該ハウジング（２）の内周穴（２１）に挿入され、ガスセンサ素子（３）自体又は該ガスセンサ素子（３）が挿通された部材である素子体（４）と、
　上記ガスセンサ素子（３）の一部を覆い、上記ハウジング（２）の内周穴（２１）と上記素子体（４）との間に挟持されるカバー（５１，５２）と、を備え、
　上記ハウジング（２）の内周穴（２１）は、上記素子体（４）の先端側に位置する先端側穴部（２１１）と、該先端側穴部（２１１）よりも後端側に位置して、該先端側穴部（２１１）よりも拡径した後端側穴部（２１２）と、該後端側穴部（２１２）と上記先端側穴部（２１１）との境界部分に、垂直又は傾斜状に形成された段差部（２１３）とを有しており、
　上記カバー（５１，５２）は、上記先端側穴部（２１１）内に挿入される筒状部（５１１，５２１）と、該筒状部（５１１，５２１）よりも拡径して上記段差部（２１３）に対面する拡径部（５１３，５２３）とを有しており、
　上記素子体（４）は、その外周から突出して上記段差部（２１３）との間に上記拡径部（５１３，５２３）を挟持するための鍔部（４１）を有しており、
　上記段差部（２１３）と上記拡径部（５１３，５２３）とが対面するそれぞれの表面の少なくとも一方には、他方の表面に向けて突出する凸部（２１４，５１４，５２４）が設けられていることを特徴とするガスセンサ（１）。
　上記拡径部（５１３，５２３）は、上記筒状部（５１１，５２１）の端部において、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されており、
　上記段差部（２１３）は、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されており、
　上記凸部（２１４，５１４，５２４）は、上記段差部（２１３）の先端部の表面及び上記拡径部（５１３，５２３）の後端部の表面の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ（１）。
　上記凸部（５１４，５２４）は、上記カバー（５１，５２）の上記拡径部（５１３，５２３）の表面から突出して形成されてい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（１）。
　上記凸部（２１４）は、上記ハウジング（２）の上記段差部（２１３）の表面から突出してい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（１）。
　上記凸部（２１４，５１４，５２４）は、上記段差部（２１３）及び上記拡径部（５１３，５２３）の少なくとも一方に設けられた複数の突起（２１４Ａ，５１４Ａ）であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ（１）。