WO2015163394A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2015163394A1
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end side
gas sensor
cover
welded
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Inventor
正毅 中村
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/409Oxygen concentration cells

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor having a structure in which a cover is sandwiched between an element body and an inner peripheral hole of a housing.
  • an inner cover and an outer cover that cover a part of the gas sensor element are sandwiched between the gas sensor element or the element body through which the gas sensor element is inserted and the inner peripheral hole of the housing.
  • the exhaust gas of an internal combustion engine is guide
  • the oxygen concentration detector disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 55-17164 is exposed to the detection gas in the oxygen concentration detection element by the first protective member and the second protective member having a large number of holes through which the detection gas can pass. Cover the parts to be covered.
  • the second protective member is disposed with a predetermined gap inside the first protective member with the hole forming position shifted from the hole forming position in the first protective member.
  • This oxygen concentration detector guides the detection gas whose flow rate is weakened to the oxygen concentration detection element so that the oxygen concentration detection element is not damaged by a rapid temperature change of the detection gas.
  • the present invention has been made in view of such a background, and provides a gas sensor capable of preventing the welded portion between the inner cover and the outer cover from being excessively heated and protecting the welded portion from heat. is there.
  • One embodiment of the present invention includes a cylindrical housing; An element body that is inserted into the inner peripheral hole of the housing and is a gas sensor element itself or a member through which the gas sensor element is inserted; An inner cover and an outer cover, which cover a part of the gas sensor element and are sandwiched between an inner peripheral hole of the housing and the element body, and are overlapped on an inner and outer periphery;
  • the inner peripheral hole of the housing has a front end side hole located on the front end side of the element body, and a rear end located on the rear end side of the front end side hole and having a diameter larger than that of the front end side hole.
  • At least one of the inner cover and the outer cover has a cylindrical portion that is inserted into the tip side hole, and a diameter-expanded portion that is larger in diameter than the cylindrical portion and faces the stepped portion.
  • the element body has a flange portion for projecting from the outer periphery thereof and sandwiching the enlarged diameter portion between the stepped portion,
  • the tubular portion of the inner cover and the tubular portion of the outer cover are welded to each other by a welded portion that is partially provided.
  • the welded portion is in a gas sensor characterized in that it is formed in a shape that swells from the outer periphery of the outer cover in a state in which the welded portion can contact the tip side hole portion.
  • the tubular portion of the inner cover and the tubular portion of the outer cover are welded to each other by a welded portion, and the welded portion is in contact with the tip side hole portion of the inner peripheral hole of the housing. It is formed in a shape that swells from the outer periphery of the outer cover. Exhaust gas contacting the outer cover and the inner cover is introduced into the inner cover, and when the oxygen concentration in the exhaust gas is measured by the gas sensor element, heat is transferred from the outer cover and the inner cover to the welded portion. At this time, since the welded portion has a shape that swells from the outer periphery, heat transmitted to the welded portion can be released to the housing. Therefore, according to the gas sensor, the welded portion between the inner cover and the outer cover is prevented from being excessively heated, and the welded portion can be protected from heat.
  • Cross-sectional explanatory drawing which shows the gas sensor concerning an Example.
  • Cross-sectional explanatory drawing which expands and shows the periphery of the welding part of the inner cover and outer cover in a gas sensor concerning an Example.
  • Cross-sectional explanatory drawing which expands and shows the periphery of the welding part of the inner cover before attaching to a gas sensor and an outer cover concerning an Example.
  • (A) is a graph which shows the relationship between the distance D from the bending starting point of the inner part of the inner cover concerning an Example to the rear-end surface of an outer cover, and the stress which generate
  • (B) is a graph showing the relationship between the distance CD obtained by subtracting the distance D from the distance C from the bending start point to the axial center position of the weld according to the example, and the strain generated in the outer cover. .
  • Cross-sectional explanatory drawing which expands and shows the periphery of the welding part of the inner cover and outer cover in the other gas sensor concerning an Example.
  • the gas sensor of the present embodiment will be described.
  • the above-described welded portion of the gas sensor can be formed by performing resistance welding (projection welding or the like), laser welding, arc welding, or the like.
  • resistance welding projection welding or the like
  • laser welding arc welding
  • the welded part melts part of the material of the outer cover or the material supplied to the welding location, It can be a part formed by swelling.
  • the portion of the outer cover where the welded portion is formed can be formed so as to protrude from the peripheral portion to the outer peripheral side.
  • the said welding part may be provided in the state extended in the circumferential direction of the cylindrical part of the said inner cover, and the cylindrical part of the said outer cover, or the state extended to the perimeter of the circumferential direction.
  • weld portions are provided as uniformly as possible in the circumferential direction of the cylindrical portion of the inner cover and the cylindrical portion of the outer cover to firmly join the inner cover and the outer cover, and from the welded portion to the housing. You can escape heat.
  • the tip side hole includes a large diameter portion formed at a position facing the welded portion, and a small diameter portion having a smaller diameter than the large diameter portion at a position closer to the tip than the large diameter portion.
  • the gap formed between the cylindrical portion of the outer cover and the small diameter portion is smaller than the gap formed between the cylindrical portion of the outer cover and the large diameter portion. Also good. In this case, the heat from the high-temperature exhaust gas can be made difficult to be transmitted to the welded portion by releasing heat from the cylindrical portion of the outer cover to the small-diameter portion at the front end side hole of the housing.
  • the tip side hole includes a large diameter portion formed at a position facing the welded portion, and a small diameter portion having a smaller diameter than the large diameter portion at a position closer to the tip than the large diameter portion.
  • the cylindrical portion of the outer cover has a rear end side portion facing the large diameter portion, and a front end side portion that is smaller in diameter than the rear end side portion and faces the small diameter portion.
  • the outer diameter of the rear end portion may be larger than the inner diameter of the small diameter portion.
  • the gas sensor 1 of a present Example is demonstrated concretely with reference to drawings.
  • the gas sensor 1 is inserted into a cylindrical housing 2, an inner peripheral hole (also referred to as an inner champ) 21 of the housing 2, an insulator 4 as an element body through which the gas sensor element 3 is inserted, a gas sensor
  • An inner cover 51 and an outer cover 52 are provided so as to cover a part of the element 3 and are sandwiched between the inner peripheral hole 21 of the housing 2 and the insulator 4 and overlapped with the inner and outer periphery.
  • the inner peripheral hole 21 of the housing 2 is located on the distal end side hole portion 211 located on the distal end side of the insulator 4 and on the rear end side of the distal end side hole portion 211 and is expanded in diameter from the distal end side hole portion 211.
  • An end side hole portion 212 and a step portion 213 formed in an inclined shape at a boundary portion between the rear end side hole portion 212 and the front end side hole portion 211 are provided.
  • the inner cover 51 includes a cylindrical portion 511 inserted into the distal end side hole portion 211, and an enlarged diameter portion 513 that is larger in diameter than the cylindrical portion 511 and faces the stepped portion 213.
  • the insulator 4 has a flange portion 41 that protrudes from the outer periphery and sandwiches the enlarged diameter portion 513 between the step portion 213.
  • the tubular portion 511 of the inner cover 51 and the tubular portion 521 of the outer cover 52 are welded to each other by a welded portion 6 provided partially.
  • the welded portion 6 is formed in a shape that swells from the outer periphery of the outer cover 52 in a state where the welded portion 6 can contact the distal end side hole portion 211.
  • the gas sensor 1 is attached to the exhaust pipe of a vehicle and measures the oxygen concentration in the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe.
  • the inner cover 51 and the outer cover 52 of the gas sensor 1 are disposed in the exhaust pipe. As shown in FIG. 1, the inner cover 51 and the outer cover 52 have through holes 515 for allowing exhaust gas as a gas to be measured to reach the measurement site 31 of the gas sensor element 3 disposed in the inner cover 51. 525 is formed.
  • the inner cover 51 is disposed so as to overlap the inner peripheral side of the outer cover 52. The position in the axial direction L where the through hole 525 is provided in the outer cover 52 is different from the position in the axial direction L where the through hole 515 is provided in the inner cover 51.
  • the axial direction L refers to the direction in which the inner peripheral hole 21 of the housing 2 is formed, and the central axis refers to a virtual line that passes through the center of the inner peripheral hole 21 of the housing 2.
  • the front end side refers to the side from which the inner cover 51 and the outer cover 52 protrude from the housing 2, or the side from which the measurement site 31 of the gas sensor element 3 protrudes from the insulator 4, and the rear end side refers to the front end side. Means the other side.
  • the tubular portion 511 of the inner cover 51 and the tubular portion 521 of the outer cover 52 face each other at the rear end side portion in the axial direction L.
  • the tip end portion in the axial direction L of the cylindrical portion 511 of the inner cover 51 is formed to have a reduced diameter on the inner peripheral side, and is relative to the tip end side portion in the axial direction L of the cylindrical portion 521 of the outer cover 52. They are arranged at a predetermined interval.
  • the inner cover 51 and the outer cover 52 are formed in a bottomed cylindrical shape, and have cylindrical tubular portions 511 and 521 and bottom portions 512 and 522 formed at the distal ends of the tubular portions 511 and 521. is doing.
  • the through holes 515 and 525 are formed in the cylindrical portions 511 and 521 and the bottom portions 512 and 522.
  • the distal end side hole portion 211 of the housing 2 includes a large diameter portion 211A formed at a position facing the welded portion 6, and a large diameter portion 211A at a position closer to the distal end than the large diameter portion 211A.
  • a smaller diameter portion 211B having a smaller diameter.
  • a gap S2 formed between the distal end portion 521B in the axial direction L in the tubular portion 521 of the outer cover 52 and the small diameter portion 211B is a rear end portion in the axial direction L in the tubular portion 521 of the outer cover 52. It is smaller than the gap S1 formed between 521A and the large diameter portion 211A.
  • a step portion 211C is formed between the large diameter portion 211A and the small diameter portion 211B.
  • the rear end portion 511A in the axial direction L of the cylindrical portion 511 of the inner cover 51 and the rear end portion 521A of the axial direction L in the cylindrical portion 521 of the outer cover 52 are formed by a large diameter portion 211A and a small diameter portion 211B.
  • the diameter is larger than the tip end portion 511B in the axial direction L of the cylindrical portion 511 of the inner cover 51 and the tip end portion 521B in the axial direction L of the cylindrical portion 521 of the outer cover 52.
  • the rear end side portion 521A of the outer cover 52 faces the large diameter portion 211A
  • the front end side portion 521B of the outer cover 52 faces the small diameter portion 211B.
  • the outer diameter ⁇ A of the rear end side portion 521A of the outer cover 52 is larger than the inner diameter ⁇ B of the small diameter portion 211B of the housing 2. Therefore, even when the outer cover 52 is about to be detached from the housing 2 when the gas sensor 1 is assembled, the outer cover 52 is formed by the step portion 211C formed between the large diameter portion 211A and the small diameter portion 211B of the housing 2. 52 can receive the rear end portion 521A. Thereby, the outer cover 52 can be prevented from falling off.
  • the enlarged diameter portion 513 of this example is formed in an inclined shape that increases in diameter toward the rear end side at the rear end portion of the tubular portion 511 of the inner cover 51.
  • the enlarged diameter portion 513 is formed as a flange portion that is bent from the cylindrical portion 511 parallel to the axial direction L into an inclined state.
  • the enlarged diameter portion 513 may be formed in the outer cover 52 without forming the enlarged diameter portion 513 in the inner cover 51.
  • a single structure cover may be employed in addition to adopting a double structure of the inner cover 51 and the outer cover 52. In this case, the enlarged diameter portion 513 can be formed at the rear end portion of the single structure cover.
  • the welded portion 6 faces the large-diameter portion 211 ⁇ / b> A in the distal end side hole portion 211 of the housing 2, and in the circumferential direction of the tubular portion 511 of the inner cover 51 and the tubular portion 521 of the outer cover 52. It is provided around the entire circumference.
  • the circumferential direction refers to a direction around the central axis of the inner cover 51 and the outer cover 52 that is parallel to the axial direction L.
  • the welding portion 6 is provided at a position facing the large diameter portion 211 ⁇ / b> A in the front end side hole portion 211 of the housing 2.
  • the welded portion 6 welds the tubular portion 511 of the inner cover 51 and the tubular portion 521 of the outer cover 52, a part of the material of the outer cover 52 melts and expands to the outer periphery of the outer cover 52. It is the part that is formed.
  • the amount by which the welded portion 6 protrudes from the cylindrical portion 521 of the outer cover 52 can be 0.05 mm or more.
  • the welded portion 6 includes a step formed between the rear end side portion 511A and the front end side portion 511B of the inner cover 51, and between the rear end side portion 521A and the front end side portion 521B of the outer cover 52. It can also be provided across the formed stepped portion.
  • an insertion hole 42 is formed at the center of the insulator 4, and the gas sensor element 3 is inserted through the insertion hole 42.
  • a measurement site 31 for measuring the oxygen concentration in the gas sensor element 3 is disposed so as to protrude from the insulator 4 toward the distal end side in the axial direction L.
  • the flange portion 41 in the insulator 4 is formed so as to protrude in a state where the entire circumference expands.
  • the tip side surface 411 of the flange portion 41 is formed at substantially the same inclination angle as the inclination angle at which the enlarged diameter portion 513 is formed.
  • the distal end side hole portion 211 in the inner peripheral hole 21 of the housing 2 includes a rear end side portion in the axial direction L in the cylindrical portion 511 of the inner cover 51 and a rear end side in the axial direction L in the cylindrical portion 521 of the outer cover 52.
  • the part is inserted and arranged.
  • the front end side surface of the step portion 213 in the housing 2 is formed in an inclined shape that increases in diameter toward the rear end side.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the distance D and the stress generated in the inner cover 51. In the figure, it can be seen that the stress decreases as the distance D increases. This stress acts on the bending start point of the inner cover 51 from the rear end portion of the outer cover 52. And by making D> 2t, the stress which generate
  • the welded portion 6 is located as far as possible from the bending start point.
  • the distance CD obtained by subtracting the distance D from the distance C from the bending starting point P1 to the center position P2 in the axial direction L of the welded portion 6 is preferably CD> 4t.
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the distance CD and the strain generated in the outer cover 52. In the figure, it can be seen that large strain occurs in the outer cover 52 in the range where the distance CD is smaller than 4t. This distortion is generated by welding heat applied to the outer cover 52 from the welded portion 6. When the distortion is large, the outer cover 52 is deformed so as to open radially outward. Therefore, by setting CD> 4t, the deformation generated in the outer cover 52 can be suppressed small.
  • the inner cover 51 and the outer cover 52 are inserted into the inner peripheral hole 21 of the housing 2, and the insulator 4 is attached to the inner peripheral side of the inner cover 51. insert.
  • the cylindrical portion 511 of the inner cover 51 is inserted into the tip side hole portion 211 in the inner peripheral hole 21 of the housing 2, and the enlarged diameter portion 513 of the inner cover 51 is inserted into the step portion 213 in the inner peripheral hole 21 of the housing 2.
  • the front end side surface 411 of the flange portion 41 of the insulator 4 faces the rear end side surface of the enlarged diameter portion 513 of the inner cover 51.
  • the rear end side hole portion 212 in the inner peripheral hole 21 of the housing 2 and the outer periphery of the insulator 4 are interposed. Is filled with an insulating powder 23 such as talc. An insulator 24 is disposed on the rear end side of the insulating powder 23 between the rear end side hole portion 212 and the outer periphery of the insulator 4.
  • the caulking portion 22 formed at the rear end portion of the housing 2 is caulked toward the front end side, whereby the insulating powder 23 and the insulating powder 23 are insulated between the rear end side surface 412 of the flange portion 41 of the insulator 4 and the caulking portion 22.
  • the enlarged diameter portion 513 of the inner cover 51 is sandwiched between the stepped portion 213 of the housing 2 and the tip side surface 411 of the flange portion 41 of the insulator 4.
  • the welded portion 6 provided on the tubular portion 521 of the outer cover 52 is formed on the large diameter portion 211A of the distal end side hole portion 211 of the inner peripheral hole 21 of the housing 2. opposite.
  • the welded portion 6 is formed in a shape that swells from the outer periphery of the outer cover 52 while being in contact with the large-diameter portion 211A.
  • a gap S2 formed between the front end side portion 521B of the outer cover 52 and the small diameter portion 211B of the inner peripheral hole 21 of the housing 2 is a rear end side portion 521A of the outer cover 52 and the inner periphery of the housing 2. It is smaller than the gap S1 formed between the large diameter portion 211A of the hole 21.
  • the welded portion 6 is formed in a shape that swells from the outer periphery of the outer cover 52, the welded portion 6 can come into contact with the large-diameter portion 211 ⁇ / b> A in the distal end side hole portion 211 of the inner peripheral hole 21 of the housing 2. it can. This prevents the central axes of the inner cover 51 and the outer cover 52 from being inclined with respect to the central axis of the inner peripheral hole 21 of the housing 2. Therefore, when the gas sensor 1 is assembled, the diameter-enlarged portion 513 of the inner cover 51 is improperly interfered with the insulator 4 to prevent the insulator 4 from being damaged or broken.
  • the element body may be a solid electrolyte body constituting the gas sensor element.
  • This solid electrolyte body has a bottomed cylindrical shape and has a flange portion having the same shape as the flange portion 41 of the insulator 4.
  • a pair of electrodes for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas is provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the solid electrolyte body.
  • the cylindrical part 511 of the inner cover 51 and the cylindrical part 521 of the outer cover 52 can also be formed with a fixed outer diameter.
  • the welded portion 6 that protrudes from the cylindrical portion 521 of the outer cover 52 to the outer periphery is the stepped portion in the housing 2. 211C is caught. This prevents the outer cover 52 from falling off.

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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。インナーカバーの筒状部とアウターカバーの筒状部とは、部分的に設けられた溶接部によって互いに溶接されている。溶接部は、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。これにより、インナーカバーとアウターカバーとの溶接部が過度に加熱されることが防止され、溶接部を熱から保護する。

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構造の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インナーカバー及びアウターカバーを挟持している。そして、インナーカバー及びアウターカバーに設けられた孔からガスセンサ素子の素子部に内燃機関の排気ガスが導かれ、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、実公昭55-17164号公報に開示された酸素濃度検出器は、検出ガスが通過可能な多数の孔を有する第1保護部材及び第2保護部材によって、酸素濃度検出素子における検出ガスに晒される部分を覆う。また、第2保護部材は、その孔の形成位置を第1保護部材における孔の形成位置とずらして、第1保護部材の内側に所定の間隙を空けて配置されている。この酸素濃度検出器は、流速が弱められた検出ガスを酸素濃度検出素子へ導き、検出ガスの急激な温度変化によって酸素濃度検出素子に破損が生じないようにしている。
 ところで、インナーカバーとアウターカバーとを一体化する溶接を行う場合には、高温の排気ガスによって溶接部が加熱されることを防止するために、溶接部が高温の排気ガスに晒されないようにする工夫がなされる。
 しかしながら、仮に、排気ガスに晒されないように溶接部をハウジングによって覆ったとしても、排気ガスがさらに高温化したときには、インナーカバー及びアウターカバーにおける熱伝導によって溶接部に熱が伝わる。そのため、溶接部を高温の排気ガスから保護するためには更なる工夫が必要とされる。
 本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、インナーカバーとアウターカバーとの溶接部が過度に加熱されることが防止され、溶接部を熱から保護することができるガスセンサを提供するものである。
 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、内外周に重ねられたインナーカバー及びアウターカバーと、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、
 上記インナーカバー及び上記アウターカバーの少なくとも一方は、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、
 上記インナーカバーの筒状部と上記アウターカバーの筒状部とは、部分的に設けられた溶接部によって互いに溶接されており、
 該溶接部は、上記先端側穴部に接触可能な状態で、上記アウターカバーの外周から膨らむ形状に形成さ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、インナーカバーの筒状部とアウターカバーの筒状部とが溶接部によって互いに溶接されており、溶接部は、ハウジングの内周穴の先端側穴部に接触可能な状態で、アウターカバーの外周から膨らむ形状に形成されている。
 アウターカバー及びインナーカバーに接触する排気ガスが、インナーカバー内に導入され、ガスセンサ素子によって排気ガス中の酸素濃度を測定するときには、アウターカバー及びインナーカバーから溶接部に熱が伝わる。このとき、溶接部が外周から膨らむ形状を有していることにより、溶接部に伝わる熱をハウジングへと逃すことができる。
 それ故、上記ガスセンサによれば、インナーカバーとアウターカバーとの溶接部が過度に加熱されることが防止され、溶接部を熱から保護することができる。
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、インナーカバー及びアウターカバーの溶接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及びアウターカバーの溶接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D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。(b)は、実施例にかかる折曲起点から溶接部の軸方向の中心位置までの距離Cから上記距離Dを差し引いた距離C-Dと、アウターカバーに発生するひずみとの関係を示すグラフ。 実施例にかかる、他のガスセンサにおける、インナーカバー及びアウターカバーの溶接部の周辺を拡大して示す断面説明図。
 本実施例のガスセンサについて説明する。
 ガスセンサの上記した溶接部は、抵抗溶接(プロジェクション溶接等)、レーザ溶接、アーク溶接等を行って形成することができる。溶接部は、インナーカバーの筒状部とアウターカバーの筒状部とを溶接する際に、アウターカバーの素材の一部、又は溶接箇所に供給される材料が溶融して、アウターカバーの外周に膨らんで形成される部分とすることができる。アウターカバーにおける、溶接部を形成する部分は、周辺の部分よりも外周側に突出させて形成しておくことができる。
 また、上記溶接部は、上記インナーカバーの筒状部及び上記アウターカバーの筒状部の周方向の複数箇所に分散する状態で、又は周方向の全周に伸びる状態で設けられていてもよい。
 この場合には、インナーカバーの筒状部及びアウターカバーの筒状部の周方向にできるだけ均一に溶接部を設けて、インナーカバーとアウターカバーの接合を強固に行うとともに、溶接部からハウジングへ適切に熱を逃すことができる。
 また、上記先端側穴部は、上記溶接部と対向する位置に形成された大径部と、該大径部よりも先端側の位置において、該大径部よりも縮径した小径部とを有しており、上記アウターカバーの筒状部と上記小径部との間に形成された隙間は、上記アウターカバーの筒状部と上記大径部との間に形成された隙間よりも小さくてもよい。
 この場合には、アウターカバーの筒状部からハウジングの先端側穴部における小径部へ熱を逃すことにより、高温の排気ガスによる熱が溶接部に伝わりにくくすることができる。
 また、上記先端側穴部は、上記溶接部と対向する位置に形成された大径部と、該大径部よりも先端側の位置において、該大径部よりも縮径した小径部とを有しており、上記アウターカバーの筒状部は、上記大径部と対向する後端側部分と、該後端側部分よりも縮径して上記小径部と対向する先端側部分とを有しており、上記後端側部分の外径は、上記小径部の内径よりも大きくてもよい。
 この場合には、ガスセンサの組付時において、アウターカバーがハウジングから脱落しようとするときでも、ハウジングの大径部と小径部との間に形成された段部によって、アウターカバーの後端側部分を受けることができる。これにより、アウターカバーの脱落を防止することができる。
 なお、上記先端側穴部が大径部と小径部とを有している場合において、上記アウターカバーの筒状部の外径は一定に形成することもできる。
 以下に、本実施例のガスセンサ1を図面を参照して具体的に説明する。
 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(内側チャンパとも言う)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、内外周に重ねられたインナーカバー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。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、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。
 以下に、ガスセンサ1について、図1~図4を参照してさらに詳説する。
 ガスセンサ1は、車両の排気管に取り付けられて、排気管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、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、軸方向Lの後端側部分において対面している。インナーカバー51の筒状部511における軸方向Lの先端側部分は、内周側に縮径して形成されており、アウターカバー52の筒状部521における軸方向Lの先端側部分に対して所定の間隔を空けて配置されている。
 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。
 図2に示すように、ハウジング2の先端側穴部211は、溶接部6と対向する位置に形成された大径部211Aと、大径部211Aよりも先端側の位置において、大径部211Aよりも縮径した小径部211Bとを有している。アウターカバー52の筒状部521における軸方向Lの先端側部分521Bと、小径部211Bとの間に形成された隙間S2は、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521Aと、大径部211Aとの間に形成された隙間S1よりも小さくなっている。大径部211Aと小径部211Bとの間には、段部211Cが形成されている。
 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511A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521Aは、大径部211Aと小径部211Bとが形成された段差形状に対応して、それぞれインナーカバー51の筒状部511における軸方向Lの先端側部分511B及びアウターカバー52の筒状部521における軸方向Lの先端側部分521Bよりも拡径している。アウターカバー52の後端側部分521Aは大径部211Aと対向し、アウターカバー52の先端側部分521Bは小径部211Bと対向する。
 また、アウターカバー52の後端側部分521Aの外径φAは、ハウジング2の小径部211Bの内径φBよりも大きい。これにより、ガスセンサ1の組付時において、アウターカバー52がハウジング2から脱落しようとするときでも、ハウジング2の大径部211Aと小径部211Bとの間に形成された段部211Cによって、アウターカバー52の後端側部分521Aを受けることができる。これにより、アウターカバー52の脱落を防止することができる。
 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。
 なお、インナーカバー51には拡径部513を形成せず、拡径部513はアウターカバー52に形成してもよい。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。
 図2に示すように、溶接部6は、ハウジング2の先端側穴部211における大径部211Aと対向し、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。溶接部6は、ハウジング2の先端側穴部211における大径部211Aと対向する位置に設けられている。溶接部6は、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とを溶接する際に、アウターカバー52の素材の一部が溶融して、アウターカバー52の外周に膨らんで形成される部分である。溶接部6がアウターカバー52の筒状部521から突出する量は0.05mm以上とすることができる。
 なお、溶接部6は、インナーカバー51における後端側部分511Aと先端側部分511Bとの間に形成された段差部、及びアウターカバー52における後端側部分521Aと先端側部分521Bとの間に形成された段差部に跨って設けることもできる。
 図1に示すように、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の先端側面は、後端側に行くほど拡径する傾斜状に形成されている。
 インナーカバー51の筒状部511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Dは、インナーカバー51の厚みをtとしたとき、D>2tとすることが好ましい。図4(a)は、距離D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D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、D>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。
 また、溶接部6は、上記折曲起点からできるだけ離れた位置にすることが好ましい。具体的には、上記折曲起点P1から溶接部6の軸方向Lの中心位置P2までの距離Cから距離Dを差し引いた距離C-Dは、C-D>4tとすることが好ましい。図4(b)は、距離C-Dと、アウターカバー52に発生するひずみとの関係を示すグラフである。同図において、距離C-Dが4tよりも小さい範囲においては、アウターカバー52に大きなひずみが発生することがわかる。このひずみは、溶接部6からアウターカバー52に加わる溶接熱によって生ずるものであり、このひずみが大きいと、アウターカバー52が径方向外側に開くように変形する。従って、C-D>4tとすることにより、アウターカバー52に生ずる変形を小さく抑えることができる。
 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3に示すように、ガスセンサ1の組付を行う前には、インナーカバー51の筒状部511をアウターカバー52の筒状部521の内周側に重ね、これらの筒状部511,521に溶接を行う。このとき、アウターカバー52の筒状部521の外周には、凸状に膨らむ形状の溶接部6が形成される。そして、インナーカバー51とアウターカバー52とが一体化される。
 次いで、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。
 ガスセンサ1の組付が行われた状態においては、ハウジング2の内周穴21の先端側穴部211における大径部211Aには、アウターカバー52の筒状部521に設けられた溶接部6が対向する。この溶接部6は、大径部211A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。
 ガスセンサ1の使用時において、アウターカバー52及びインナーカバー51に接触する排気ガスが、インナーカバー51内に導入され、ガスセンサ素子3によって排気ガス中の酸素濃度を測定するときには、アウターカバー52及びインナーカバー51から溶接部6に熱が伝わる。このとき、溶接部6が外周から膨らむ形状を有していることにより、溶接部6に伝わる熱をハウジング2へと逃す。
 また、アウターカバー52の先端側部分521Bと、ハウジング2の内周穴21の小径部211Bとの間に形成された隙間S2は、アウターカバー52の後端側部分521Aと、ハウジング2の内周穴21の大径部211Aとの間に形成された隙間S1よりも小さくなっている。これにより、高温の排気ガスからアウターカバー52に伝わる熱は、アウターカバー52の筒状部521からハウジング2の先端側穴部211における小径部211Bへ逃がしやすくする。そのため、高温の排気ガスによる熱が溶接部6に伝わりにくくする。
 それ故、ガスセンサ1は、インナーカバー51とアウターカバー52との溶接部6が過度に加熱されることを防止し、溶接部6を熱から保護する。
 また、溶接部6がアウターカバー52の外周から膨らむ形状に形成されていることにより、溶接部6が、ハウジング2の内周穴21の先端側穴部211における大径部211Aに接触することができる。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。そのため、ガスセンサ1の組付を行う際に、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。
 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5に示すように、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は、一定の外径で形成することもできる。この場合には、ガスセンサ1の組付時において、アウターカバー52がハウジング2から脱落しようとするときでも、アウターカバー52の筒状部521から外周に突出する溶接部6が、ハウジング2における段部211Cに引っ掛かる。これにより、アウターカバー52の脱落を防止する。
 

Claims (4)

  1.  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、内外周に重ねられたインナーカバー(51)及びアウターカバー(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、
     上記インナーカバー(51)及び上記アウターカバー(52)の少なくとも一方は、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)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)を挟持するための鍔部(41)を有しており、
     上記インナーカバー(51)の筒状部(511)と上記アウターカバー(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おり、
     該溶接部(6)は、上記先端側穴部(211)に接触可能な状態で、上記アウターカバー(52)の外周から膨らむ形状に形成されていることを特徴とするガスセンサ(1)。
  2.  上記溶接部(6)は、上記インナーカバー(51)の筒状部(511)及び上記アウターカバー(52)の筒状部(521)の周方向の複数箇所に分散する状態で、又は周方向の全周に伸びる状態で設けら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)。
  3.  上記先端側穴部(211)は、上記溶接部(6)と対向する位置に形成された大径部(211A)と、該大径部(211A)よりも先端側の位置において、該大径部(211A)よりも縮径した小径部(211B)とを有しており、
     上記アウターカバー(52)の筒状部(521)と上記小径部(211B)との間に形成された隙間(S2)は、上記アウターカバー(52)の筒状部(521)と上記大径部(211A)との間に形成された隙間(S1)よりも小さい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)。
  4.  上記先端側穴部(211)は、上記溶接部(6)と対向する位置に形成された大径部(211A)と、該大径部(211A)よりも先端側の位置において、該大径部(211A)よりも縮径した小径部(211B)とを有しており、
     上記アウターカバー(52)の筒状部(521)は、上記大径部(211A)と対向する後端側部分(521A)と、該後端側部分(521A)よりも縮径して上記小径部(211B)と対向する先端側部分(521B)とを有しており、
     上記後端側部分(521A)の外径(φA)は、上記小径部(211B)の内径(φB)よりも大きい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)。
     
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