JP2010223750A - Gas sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの構造に関するものであり、特に自動二輪車等の外部から受ける振動が大きな環境下で使用されるガスセンサに好適なものである。 The present invention relates to the structure of a gas sensor that detects the concentration of a specific gas component contained in combustion exhaust discharged from an internal combustion engine, and more particularly to a gas sensor that is used in an environment in which vibrations received from outside such as a motorcycle are large. Is preferred.
従来、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に、燃焼排気中に含まれる酸素等の特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサを配設して、検知された特定ガス成分の濃度によって空燃比制御や排気処理触媒の温度制御等を行っている。 Conventionally, a gas sensor for detecting the concentration of a specific gas component such as oxygen contained in combustion exhaust gas has been provided in a combustion exhaust passage of an internal combustion engine such as an automobile engine, and the air-fuel ratio is determined by the detected concentration of the specific gas component. Control and temperature control of exhaust treatment catalyst are performed.
このようなガスセンサとして、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質の基体表面に被測定ガスに接する測定電極層と基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層とを施した酸素濃度検出素子を具備し、被測定ガス中の酸素濃度と基準ガス中の酸素濃度との差によって両電極間に発生する電位差を検出して被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ等が広く用いられている(例えば、特許文献1、特許文献2等参照)。 As such a gas sensor, an oxygen concentration detection element is provided in which a measurement electrode layer in contact with a gas to be measured and a reference electrode layer in contact with the atmosphere introduced as a reference gas are provided on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte such as zirconia. In addition, an oxygen sensor or the like that measures the oxygen concentration in the measurement gas by detecting a potential difference generated between both electrodes by the difference between the oxygen concentration in the measurement gas and the oxygen concentration in the reference gas is widely used. (For example, refer to Patent Document 1, Patent Document 2, etc.).
また、近年、環境保護、燃費低減等の見地から、自動二輪車においてもこのようなガスセンサによる燃焼制御が図られるようになっている(例えば、特許文献3参照)。 In recent years, from the viewpoints of environmental protection, fuel consumption reduction, and the like, combustion control using such a gas sensor has been achieved even in a motorcycle (see, for example, Patent Document 3).
ところが、自動二輪車の場合、自動車等に比べてガスセンサの搭載スペースが限られており、また、外部から受ける振動も大きく、さらに、ガスセンサの基端部が外部に露出された状態で載置されるため、泥跳ねによる汚染や被水し易い過酷な環境で使用されることになる。また、近年の激しいコスト削減競争の中、このようなガスセンサの製造においてもさらなる製造コストの削減に対する要求も強くなっている。 However, in the case of a motorcycle, the space for mounting the gas sensor is limited compared to an automobile or the like, the vibration received from the outside is large, and the base end of the gas sensor is exposed to the outside. For this reason, it is used in a harsh environment that is easily contaminated by mud splashing or water. In addition, in the recent intense cost reduction competition, there is an increasing demand for further reduction in manufacturing cost even in the manufacture of such a gas sensor.
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、耐久性に優れ、特に、自動二輪車の燃焼排気流路に搭載するのに好適なガスセンサを提供すると共に、かかる新規なガスセンサを簡易に製造する製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such circumstances, the present invention provides a gas sensor that is excellent in durability and particularly suitable for being mounted on a combustion exhaust passage of a motorcycle, and a manufacturing method for easily manufacturing such a novel gas sensor. The purpose is to provide.
第1の発明では、略有底筒状に形成した固体電解質体の一方の表面に基準ガスに対向する基準電極層を具備し他方の表面に被測定ガスに対向する測定電極層を具備するガスセンサ素子の一部を被測定ガス流路中に配設して被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサにおいて、少なくとも、上記ガスセンサ素子と上記ガスセンサ素子を被測定ガス中に配設・固定するハウジングとを含む検出部と、少なくとも、上記ガスセンサ素子の出力を取り出し外部に伝達する信号線と該信号線の外周を覆う略筒状のケーシングと上記信号線を上記ケーシング内の所定の位置に固定すると共に該信号線と上記ケーシングとの絶縁を図るインシュレータとを含む出力部とによって構成し、上記検出部内に配設した上記検出電極層と上記出力部内に配設した上記信号線とを接続する接続金具を具備すると共に、上記インシュレータと上記接続金具とを上記ガスセンサの軸方向と径方向とに弾性的に変形可能な拘束手段を設けたことを特徴とする(請求項1)。 In the first invention, a gas sensor comprising a reference electrode layer facing a reference gas on one surface of a solid electrolyte body formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and a measurement electrode layer facing a gas to be measured on the other surface A housing for disposing / fixing at least the gas sensor element and the gas sensor element in a measured gas in a gas sensor for detecting a specific component in the measured gas by arranging a part of the element in the measured gas flow path And at least a signal line that takes out the output of the gas sensor element and transmits it to the outside, a substantially cylindrical casing that covers the outer periphery of the signal line, and the signal line are fixed at a predetermined position in the casing. And an output portion including an insulator that insulates the signal line from the casing, and the detection electrode layer disposed in the detection portion and the output portion are disposed in the output portion. And a connecting member for connecting the signal line, and a restraining means capable of elastically deforming the insulator and the connecting member in an axial direction and a radial direction of the gas sensor. Item 1).
具体的には、第2の発明では、上記接続金具は、電気伝導性と弾性とを有する金属材料を用いて形成し、上記固体電解質基体の内壁を弾性的に押圧して上記基準電極層と導通する少なくとも2以上の当接部を具備し、上記拘束手段として、第1の当接部は、上記固体電解質体の基端側開口部の内壁を外形方向に押圧し、第2の当接部は、上記固体電解質体に設けた先端に向かって径小となる径変部に当接して該径変部の外径方向と軸方向とを弾性的に押圧することを特徴とする。(請求項2)。 Specifically, in the second invention, the connection fitting is formed using a metal material having electrical conductivity and elasticity, and the inner wall of the solid electrolyte substrate is elastically pressed to form the reference electrode layer. At least two or more contact portions that conduct, and as the restraining means, the first contact portion presses the inner wall of the base-end-side opening of the solid electrolyte body in the outer direction, and the second contact portion The portion is in contact with a diameter-changing portion that decreases in diameter toward the tip provided in the solid electrolyte body, and elastically presses the outer diameter direction and the axial direction of the diameter-changing portion. (Claim 2).
また、第3の発明では、上記拘束手段として、上記インシュレータの側面の少なくとも一部を覆う略筒状に形成した弾性部材を上記インシュレータと上記ケーシングとの間に挿嵌し、上記ケーシングの側面を外側から内側に向かって上記弾性部材とともに加締めると共に、上記インシュレータと上記ケーシングとを段付き筒状に形成し、該インシュレータの径大となる大径部を上記ケーシングに形成した径変部の内側面と弾性を有する金属材料を略環状に形成した弾性固定部材とによって挟持する(請求項3)。 In the third invention, as the restraining means, an elastic member formed in a substantially cylindrical shape covering at least a part of the side surface of the insulator is inserted between the insulator and the casing, and the side surface of the casing is Clamping together with the elastic member from the outside to the inside, the insulator and the casing are formed in a stepped cylindrical shape, and a large diameter portion having a large diameter is formed in the casing. The side surface and an elastic metal member are sandwiched between elastic fixing members formed in a substantially annular shape (claim 3).
第4の発明は、被測定ガス中の特定ガス成分の検出を行うガスセンサの製造方法において、特定のイオン伝導性を有する固体電解質材料を一端が開口し他端が閉塞する略有底筒状に形成し、その対向する表面に多孔質金属膜からなる測定電極層と基準電極層とを形成しガスセンサ素子となし、該ガスセンサ素子とその一部を被測定ガス中に配設・固定するハウジングとによって検出部を形成する検出部形成工程と、信号線と、上記ガスセンサ素子の基端側開口径よりも僅かに大きな径を有し弾性的に変形可能な第1の当接部と上記開口径よりも小さな径を有し弾性的に変形可能な第2の当接部とを具備し、上記信号線に接続される金属金具とをインシュレータを介してケーシング内で固定して出力部を形成する出力部形成工程と、上記接続金具を上記固体電解質体に挿入すると共に上記検出部と上記出力部とを組付けて上記ガスセンサを形成するガスセンサ組付工程とを具備することを特徴とする(請求項4)。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gas sensor manufacturing method for detecting a specific gas component in a gas to be measured. The solid electrolyte material having specific ion conductivity is formed into a substantially bottomed cylindrical shape having one end opened and the other closed. Forming a gas sensor element by forming a measurement electrode layer and a reference electrode layer made of a porous metal film on opposite surfaces of the gas sensor element, and arranging and fixing the gas sensor element and a part thereof in a gas to be measured; A detecting portion forming step for forming a detecting portion by means of the above, a signal line, an elastically deformable first abutting portion having a diameter slightly larger than a base end side opening diameter of the gas sensor element, and the opening diameter A second abutting portion having a smaller diameter and elastically deformable, and fixing the metal fitting connected to the signal line within the casing via an insulator to form an output portion Output part forming step and the above connection money The characterized by comprising the step with a gas sensor assembly for forming the gas sensor assembly and the detector unit and the output unit is inserted into the solid electrolyte body (Claim 4).
第1の発明によれば、ガスセンサの軸方向と径方向との両方向に作用する弾性的に作用する拘束力によって上記インシュレータと上記接続金具とが固定されているので、外部からの振動が伝達された時に軸方向にも径方向にも上記拘束手段が弾性的に変形して振動を吸収することができる。したがって、自動二輪車等の外部から振動の大きい燃焼機関の燃焼排気中の特定ガス成分の濃度を検出して燃焼制御や排気浄化制御を行うガスセンサにおいても、外部からの振動によって上記基準電極層と上記接続金具との接触不良が起こり難くなり、信頼性が向上する。 According to the first invention, since the insulator and the connection fitting are fixed by the elastically acting restraining force acting in both the axial direction and the radial direction of the gas sensor, vibration from the outside is transmitted. In this case, the restraining means can be elastically deformed in both the axial direction and the radial direction to absorb vibrations. Therefore, even in a gas sensor that detects the concentration of a specific gas component in the combustion exhaust gas of a combustion engine with large vibration from the outside such as a motorcycle and performs combustion control and exhaust purification control, the reference electrode layer and the above-described Contact failure with the connection fitting is less likely to occur, and reliability is improved.
第2の発明によれば、径方向の振動に対しては上記第1の当接部と上記第2の当接部とが弾性的に変形し、径方向の振動が吸収され、軸方向のに対しては、上記第2の当接部が先端に向かって径小となる径変部に当接しているため、径方向のみならず軸方向にも弾性的に押圧しており、軸方向の振動があった場合に、上記第2の当接部が弾性的に変形し、振動が吸収される。したがって、上記第1の当接部と上記第2の当接部との少なくともいずれか一方が上記基準電極層と接触した状態に保たれるので、外部から振動が激しい環境で使用するガスセンサの信頼性がさらに向上できる。 According to the second aspect of the invention, the first contact portion and the second contact portion are elastically deformed with respect to radial vibration, and the radial vibration is absorbed. In contrast, the second contact portion is in contact with the diameter-changing portion whose diameter decreases toward the tip, so that it is elastically pressed not only in the radial direction but also in the axial direction. When there is a vibration, the second contact portion is elastically deformed and the vibration is absorbed. Therefore, since at least one of the first contact portion and the second contact portion is kept in contact with the reference electrode layer, the reliability of the gas sensor used in an environment where vibration is intense from the outside. Can be further improved.
第3の発明によれば、上記弾性部材が径方向の振動に対して弾性的に変形するため、径方向の振動が吸収され、上記ケーシング内において上記インシュレータが安定した位置に保持されける、また、上記固定部材が軸方向の振動に対して弾性的に変形するため、塾方向の振動が吸収される。したがって、外部からの振動が上記インシュレータを介して上記接続金具に伝達され難くなるので上記基準電極層と上記接続金具との接触不良がさらに抑制され、信頼性の高いガスセンサが実現できる。 According to the third invention, since the elastic member is elastically deformed with respect to the radial vibration, the radial vibration is absorbed, and the insulator can be held in a stable position in the casing. Since the fixing member is elastically deformed with respect to the axial vibration, the vibration in the cram school direction is absorbed. Therefore, vibration from the outside is not easily transmitted to the connection fitting via the insulator, so that contact failure between the reference electrode layer and the connection fitting is further suppressed, and a highly reliable gas sensor can be realized.
第4の発明によれば、上記検出部と上記出力とを組付けた時上記第2の当接部が上記ガスセンサ素子に挿入される際にガイドとして作用するので組付け作業が容易となる。加えて、上記第2の当接部が弾性的に変形しながら上記ガスセンサ素子内に挿入されるので、組付け時にガスセンサ素子の破損が回避できる。したがって、外部からの振動に対して信頼性の高いガスセンサの製造が容易となり、製造コストの削減が可能となる。 According to the fourth aspect of the invention, when the detection portion and the output are assembled, the second abutment portion functions as a guide when inserted into the gas sensor element, so that the assembly operation is facilitated. In addition, since the second contact portion is inserted into the gas sensor element while being elastically deformed, damage to the gas sensor element can be avoided during assembly. Therefore, it becomes easy to manufacture a gas sensor with high reliability against external vibration, and the manufacturing cost can be reduced.
本発明は、例えば、自動二輪車用エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路において内燃機関の排気筒に近い位置に載置され、燃焼排気の高い温度を利用してガスセンサ素子を活性化するヒータレスタイプのガスセンサであり、燃焼排気中に存在する酸素や水素等の特定ガス成分の濃度等を検出し、空燃比、NOx濃度等を算出して、内燃機関の燃焼を制御したり、排ガス処理装置の運転を制御したりすることに用いられるガスセンサに好適なものである。被測定ガス中の特定ガス成分として酸素濃度を検出する酸素センサを例として、本発明の第1の実施形態におけるガスセンサ1について説明する。 The present invention is, for example, a heaterless that is mounted in a combustion exhaust passage of an internal combustion engine such as a motorcycle engine at a position close to an exhaust pipe of the internal combustion engine and activates a gas sensor element using a high temperature of the combustion exhaust. This type of gas sensor detects the concentration of specific gas components such as oxygen and hydrogen present in the combustion exhaust gas, calculates the air-fuel ratio, NOx concentration, etc., and controls the combustion of the internal combustion engine, or the exhaust gas treatment device It is suitable for a gas sensor used for controlling the operation of the above. The gas sensor 1 according to the first embodiment of the present invention will be described by taking as an example an oxygen sensor that detects an oxygen concentration as a specific gas component in the gas to be measured.
図1は、本発明の第1の実施形態におけるガスセンサ1の全体を示す断面図である。なお、以下の説明において、図の上方を基端側、下方を先端側又は流路側と称す。図1に示すように、ガスセンサ1は、被測定ガスの流れる被測定ガス流路300の流路壁30に装着され、先端側が被測定ガス流路300内に露出され、基端側で外部に設けた図略の電子制御装置に接続されている。
ガスセンサ1は、ガスセンサ素子10の内側に導入された大気と外側を流れる被測定ガス中との酸素濃度勾配によって発生した電位差を検出する検出部20と検出された電位差を出力信号として取り出し、外部に設けた図略の制御装置に伝達する出力部10とによって構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire gas sensor 1 according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the upper side of the figure is referred to as the proximal end side, and the lower side is referred to as the distal end side or the flow path side. As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 is mounted on a
The gas sensor 1 detects the potential difference generated by the oxygen concentration gradient between the atmosphere introduced inside the
本発明の要部である出力部10は、後述する検出部10からの出力を安定して取り出すべく、外部からの振動を吸収して、接触不良による出力異常を起こり難くなっている。
出力部10は、後述するガスセンサ素子21の基準電極層216に接続される接続金具11と、接続金具11に接続され外部に設けられた電子制御装置に信号を伝達する信号線101と、接続金具11と信号線101の先端部と所定の位置に保持しつつ、その周囲を覆って保護するケーシング12と、接続金具11とケーシング12との絶縁を確保するインシュレータ14と、信号線101をケーシング12の中心に保持すると共にケーシング12の基端側を封止する封止部材130と、ケーシング12に設けた大気導入孔122から大気導入しつつ、水滴の侵入を阻止する撥水フィルタ131と、インシュレータ14とケーシング12との間に介装されインシュレータ14の振動を抑制する弾性部材132と、インシュレータ14をケーシング12内で弾性的に固定するインシュレータ保持金具133とによって構成されている。
The
The
接続金具11は、ステンレスやNi基合金(例えば、インコネル(商標))などの、電導性で、かつ、弾性に富んだ金属材料を用いて形成され、信号線101の絶縁被覆部に嵌着される筒状の固定部111と、信号線101の芯線102と接続金具11との導通を図る圧着部112と、径方向に張り出してインシュレータ14の下端面に当接する鍔部113と、固体電解質基体21の基端部211の内周面212に弾性的に当接して基準電極層216と接続金具11との導通を図る第1の当接部114と、固体電解質基体21の径変部213に弾性的に当接して基準電極層216と接続金具11との導通を図る第2の接触部116とを具備している。
The connection fitting 11 is formed using a conductive and elastic metal material such as stainless steel or Ni-based alloy (for example, Inconel (trademark)), and is fitted to the insulating coating portion of the
ケーシング12は、ステンレス等の金属材料からなり、基端側には径小となる小径部121が形成され、先端側には、径大となる大径部126が形成され小径部121と大径部126との間には小径部121より僅かに径大となる中径部124が形成され、小径部121から中径部124へと拡径される径変部123と、中径部124から大径部126へと拡径される径変部125とが形成された段付き筒状に形成されている。小径部121の側面には複数の大気導入孔122が穿設されている。ケーシング12の基端側に設けた小径部121の開口は、耐熱性ゴムなどの弾性部材からなる封止部材130によって信号線101を挿通、保持しつつ、水密性を維持して封止されている。ケーシング12の中央には絶縁材料からなるインシュレータ14が収納保持されている。ケーシング12の先端側は、後述するハウジング22のボス部221に挿嵌され、固着部127にて、圧入、加締め溶接等の固着手段によって固定されている。
The
インシュレータ14は、高純度アルミナ等の絶縁性材料からなり、基端側には、径小となるインシュレータ小径部141が形成され、中腹には、最も径大となるインシュレータ大径部142が形成され、先端側には、やや径小となるインシュレータ中径部143が形成され、中心に信号線101が挿入される軸孔144、145が形成された段付き筒状に形成されている。
インシュレータ14は、信号線101とケーシング12との電気的絶縁を図ると共に、信号線101をケーシング12内の所定の位置に保持している。
インシュレータ小径部141には、略筒状の撥水フィルタ131が挿嵌され、さらに、撥水フィルタ131とケーシング小径部121との間には、耐熱性のゴム等からなる筒状弾性部材132が挿入され、ケーシング小径部121の加締めによって、インシュレータ小径部141がケーシング小径部121との水密性を維持しつつ、弾性的に保持固定され、径方向の振動が抑制されている。
インシュレータ14の大径部142は、略環状の保持金具133とケーシング12の径変部125とによって弾性的に挟持されて軸方向の振動が抑制されている。
なお、インシュレータ中径部143、軸孔小径部144は必須ではなく、コストダウンのためにこれらを廃して、インシュレータ小径部141とインシュレータ大径部142と軸孔145とからなる、より簡易な形状の段付き筒状に形成してもよい。
インシュレータ中径部143は組付け時に保持金具133の位置決めが目的で設けたものであるが、これを廃してもケーシング12内にインシュレータ14を組付けることは可能である。
また、軸孔小径部144は、接続金具11の抜け止めが目的であるが、軸孔小径部144を廃した場合には、鍔部113によって抜け止めの機能が発揮される。
The
The
A substantially cylindrical water-
The large-
Note that the insulator
The insulator
Further, the shaft hole
検出部20は、ガスセンサ素子21と、ガスセンサ素子21をその内側に保持固定するハウジング22とハウジング22の先端側に設けられガスセンサ素子21の被測定ガスに晒される部分を保護するカバー体23とによって構成されている。
ガスセンサ素子21は、例えば、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて、基端側が開口し、先端側が閉塞する有底筒状に形成された固体電解質基体210と、固体電解質基体210の内周表面と外周表面とに形成された、白金又は白金合金からなる多孔質な基準電極層216と測定電極層217とによって形成されている。固体電解質基体210の内側は基準ガス導入室214となり、固体電解質基体210の中腹には、外側に向かって拡径された基体係止部215が形成されている。
固体電解質基体210の基端側開口部211の内径は、基準ガス室214の内径よりも大きく形成され、基端側開口部211と基準ガス室214との間には固体電解質気体210の内壁が先端側に向かって縮径された径変部213が形成されている。
The
The
The inner diameter of the base end side opening 211 of the
ガスセンサ素子21は、ステンレス等の耐熱性金属材料によって略筒状に形成されたハウジング22に挿入され、基体係止部214がハウジング22の内側が縮径されたハウジング係止部225に係止され、金属製シール部材240、絶縁性粉末シール部材241、絶縁性保持部材242、金属製封止部材243等を介してハウジング加締め部226、227を加締めて固定されている。測定電極層217は、金属製シール部材240を介してハウジング22と電気的に導通状態となっておいる。
ハウジング22の外周には、ネジ部224が形成され、被測定ガス流路壁面30にガスケッ244を介して螺結され、ガスセンサ素子21の先端部を被測定ガス流路300中に晒した状態で保持している。測定電極層217はハウジング22を介して被測定ガス流路壁面30をグランドとして接地状態となっている。
ハウジング22の基端側にはボス部221が形成され、ケーシング12の先端側に設けた大径部126がボス部221に挿嵌されレーザ溶接127等により固着されている。
さらに、ガスセンサ素子21の被測定ガスに晒される部位は、これを保護する略ハット型のカバー体23によって覆われている。カバー体23の基端側にはフランジ部231が形成され、ハウジング22の先端に設けられたカバー体加締め部228によって加締め固定されている。
カバー体23の側面並びに底面には、被測定ガスをカバー体内に導入、導出するための開口232が適宜穿設されている。
The
A
A
Further, the portion of the
図2を参照して、本発明の要部である接続金具11について詳述すると共に、本発明の効果について説明する。
図2(a)は、信号線101に圧着された状態における接続金具11の斜視図、(b)は、本発明の効果を説明するために示す要部拡大断面図である。
固定部111は、信号線111の絶縁被覆を覆うように加締められて接続金具11を信号線101に固定している。
固定部111に連なって設けられた圧着部112は、略筒状に形成され、内側に信号線101の芯線102が挿入された状態で圧着され、信号線101と接続金具11との導通を図っている。
さらに、圧着部112の先端側に連なって形成された第1の当接部114は、固体電解質基体21の基端部211の内径よりも僅かに大きい径(φD1)で略筒状に形成され、側面の一部が軸方向に切り欠かれて断面略C字状となっている。
第1の当接部114の基端側には径方向に張り出す鍔部113が形成され、第1の当接部114の先端側は、先端側に向かって先細りとなるように傾斜部115が形成されている。
また、第1の当接部114に連なって形成された第2の当接部116は、二股に分かれ、側縁117が先端に向かって先細りとなった略舌片状に形成されており、その外径は固体電解質基体21の先端部211の開口径よりも小さい径(φD2)に形成されている。
With reference to FIG. 2, the connection fitting 11 that is a main part of the present invention will be described in detail, and the effects of the present invention will be described.
2A is a perspective view of the connection fitting 11 in a state where it is crimped to the
The fixing
The crimping
Furthermore, the
A
Further, the
図2(b)に示すように、第1の当接部114は、固体電解質基体21の基端部211の開口に対して縮径されながら挿嵌されているので、固体電解質基体21の内側に挿嵌された状態では第1の当接部114が内周面212を外径方向に弾性的に押圧している(本図P2参照)。
さらに、第2の当接部116は、固体電解質基体21の内側に形成されている径変部213を外径方向のみならず軸方向に対しても弾性的に押圧している(本図P1参照)。
このため、内周面212の表面に形成された基準電極層216との導通を第1の当接部114と第2の当接部116との2カ所で確保されるために外部からの振動によって基準電極層216と接続金具11との接触不良が起こり難くなっている。
また、インシュレータ14の大径部142の上面と下面とがそれぞれ径変部125と固定金具133とに当接し、さらに、接続金具11の鍔部113とインシュレータ14の下端面とが当接し、弾性的に拘束されているので、インシュレータ14の軸方向の振動が抑制されている(本図P3、P4、P5参照)。
さらに、インシュレータ14の小径部141は、その径方向の振動が弾性部材124によって吸収されている(本図P6参照)。
As shown in FIG. 2 (b), the
Further, the
For this reason, since the electrical connection with the
Further, the upper surface and the lower surface of the large-
Further, the
図3(a)〜(d)に、接続金具11の変形例として接続金具11a、11b、11cを示す。
本図(a)に示すように、接続金具11aでは、第2の当接部116aの外径(φD2a)を固体電解質基体21の径変部213の最大内径より小さく最小内径も僅かに大きく、一部を切り欠いて断面略C字形の筒状に形成してある。このような形状とすることによって、上記実施形態と同様の効果に加え、組み付け時に接続金具11の第2の当接部116aを径変部213へ挿入し易くすることもできる。
また、本図(b)に示すように、接続金具11bでは、鍔部113bの基端側に延設して一部切り欠き略筒状でインシュレータ14の先端側開口に挿通可能な圧入部118が形成されている。このような形状とすることによって、上記実施形態と同様の効果に加え、インシュレータ14の先端側開口に圧入部118がしっかりと固定される。したがって、軸方向の振動に対して、接続かなく11bの動きがさらに抑制され、基準電極層216と接続金具11bとの接触不良が起こり難くできる。
さらに、本図(c)に示すように、接続金具11cでは、第2の当接部116cの側面を先端に向かって先細りとなるように傾斜角θTを設けて形成しても良い。このような形状とすることによって、上記実施形態と同様の効果に加え、組み付け時に第2の当接部116cを径変部213へ挿入し易くなり、さらに、基準電極層216と第2の当接部116c途の接触面積が広がり、接触不良が起こり難くできる。
また、本図(d)に示すように、接続金具11dでは、第1の当接部114d及び第2の当接部116dの側面の一部を舌片状に切り欠いて外周方向に張り出した舌片状接触部119a、119bを設けても良い。このような形状とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、舌片状接触部119a、119bが基準電極層216を外径方向に押圧するので、さらに接触不良が起こり難くできる。
なお、接続金具11、11a、11b、11c、11dにおいて、芯線102との接触導通をより確実にすべく、圧着部112を端部に向かって傾斜的に肉厚を薄肉に形成したり、櫛歯状に形成したり、セレーションを設けたりしても良い.。
3A to 3D
As shown in the figure (a), in the connection fitting 11a, the outer diameter (φD2a) of the second contact portion 116a is smaller than the maximum inner diameter of the
Further, as shown in FIG. 5B, in the connection fitting 11b, a press-fit portion 118 that extends to the proximal end side of the flange portion 113b and is partially cut out and is substantially cylindrical and can be inserted into the distal end side opening of the
Furthermore, as shown in the figure (c), the
Further, as shown in FIG. 4D, in the connection fitting 11d, a part of the side surface of the first contact portion 114d and the second contact portion 116d is cut out in a tongue shape and protruded in the outer peripheral direction. The tongue-like contact portions 119a and 119b may be provided. By adopting such a shape, in addition to the same effects as in the above embodiment, the tongue-like contact portions 119a and 119b press the
In the
ここで、本発明の第1の実施形態におけるガスセンサの製造方法の概要について説明する。図4(a)に示すように、封止部材130に挿入した信号線101を先端側に引き出し、ケーシング12、弾性部材132、撥水フィルタ131、インシュレータ14、固定金具133、接続金具11の順に配設し、次に本図(b)に示すようにケーシング12内にインシュレータ14、撥水フィルタ131、弾性部材132を固定金具133によってインシュレータ14を介した状態で所定の位置に保持させ、さらに固定部111及び圧着部112で信号線101、芯線102をそれぞれ加締め固定し、基端側に引き戻すことによって、本図(c)に示すように、接続金具11と接続状態となった信号線101がケーシング12内にインシュレータ14、撥水フィルタ131、弾性部材132、封止部材130を介した状態で保持され、インシュレータ14は固定金具133によって、ケーシング12内の所定の位置に配設された状態となる。
Here, the outline of the method for manufacturing the gas sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4A, the
図5(a)に示すように、ハウジング22の先端側からカバー体23を組み付けて228を加締め、内周表面と外周表面とにそれぞれ基準電極層216と測定電極層217とを形成した固体電解質基体21を、ハウジング係止部225にシール部材240を配した状態のハウジング22内に挿入し、固体電解質基体21の基端側に絶縁性粉末シール部材241、絶縁性保持部材242等を順次配して挿入し、絶縁性保持部材242を押さえて絶縁性粉末シール部材241の密度を上げたのち、金属製封止部材243を配置する。次いで、本図(b)に示すように、ハウジング22内に固体電解質体21が配設され、固体電解質体21の先端がカバー体23で覆われた状態となる。
なお、絶縁性粉末シール部材は、組付け作業性を向上すべく予め略筒状に成形されて挿入され、絶縁性保持部材242を介して周方向に対して均一となるように軸方向に圧力を加えることにより、機密性が向上する。
As shown in FIG. 5A, the
The insulating powder seal member is molded and inserted in advance into a substantially cylindrical shape in order to improve the assembly workability, and is pressed in the axial direction so as to be uniform with respect to the circumferential direction via the insulating holding
図6に示すように、ケーシング12の所定の位置121、124を加締めることによって、インシュレータ14がケーシング12内にしっかりと固定された状態となり、封止部材130によって、ケーシング12の基端部が水密性を確保した状態で封止された出力部10が完成し、ハウジング22の所定の位置227を加締めることによって、ハウジング22の所定の位置に固体電解質体21が固定され検出部20が完成し、出力部10と検出部20とを組み付け、ハウジング22のボス部221とケーシング12の大径部126とをレーザ溶接等により溶着固定すると本発明のガスセンサ1が完成する。このとき、接続金具11の鍔部113がインシュレータ14の下端面に当接しているのでインシュレータ14によって押し込められながら固体電解質体21内に接続金具11の先端側に設けられた第2の当接部116から順に挿入される。第2の当接部116は、固体電解質体21の基端側開口部211の開口径よりも小さい径φD2で設けられているので、挿入が容易で、挿入ガイドの役割を果たす。また、第2の当接部116は、径変部213に接触すると、弾性的に押圧されて容易に縮径しながら挿入されるので、固体電解質体21を損傷する虞がなく、組み付けの作業性が向上する。
また、第1の当接部114の先端側には傾斜面115が形成されているので、容易に縮径されながら固体電解質体21の開口部に挿入され、挿入完了後は、第1の当接部114が固体電解質体21の基端側内周壁212を外径方向に押圧している。
より具体的な組付け手順として、例えば、ハウジング22とカバー体23とを予め加締めておき、次いでこれにシール部材240、固体電解質基体21、絶縁性粉末シール部材241、絶縁性保持部材242等を順次配して仮組みし、絶縁性保持部材242を押さえて絶縁性粉末シール部材241の充填密度をあげ、次いで金属製封止部材243を仮組みし、加締め部227を押さえながら電流を加えてジュール熱を発生させ軸方向に荷重しつつ大電流を通電することによって所望の部位をジュール熱で発熱させ、一時的に材料を軟化、座屈させ、その後自然冷却に伴う熱収縮力によって加締め力を発現させ、ハウジング22内において、固体電解質体21を安定した状態で保持することができる熱加締めによって、加締め部226を軸方向に圧縮して固定する。
なお、加締め部226は、熱加締めによって発熱し軸方向に座屈するように薄肉に形成されている。
As shown in FIG. 6, by crimping
In addition, since the
As a more specific assembling procedure, for example, the
The
1 ガスセンサ
10 出力部
101 信号線
102 芯線
11 接続金具
111 固定部
112 圧着部
113 鍔部
114 第1の当接部
116 第2の当接部
12 ケーシング
130 封止部材
131 撥水フィルタ
132 弾性部材
133 固定部材
14 インシュレータ
141 インシュレータ小径部
142 インシュレータ大径部
143 インシュレータ中径部
20 検出部
21 固体電解質体
210 固体電界質層
214 基準ガス室
216 基準電極層
217 測定電極層
22 ハウジング
23 カバー体
30 被測定ガス流路壁
300 被測定ガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
信号線と、上記ガスセンサ素子の基端側開口径よりも僅かに大きな径を有し弾性的に変形可能な第1の当接部と上記開口径よりも小さな径を有し弾性的に変形可能な第2の当接部とを具備し、上記信号線に接続される金属金具とをインシュレータを介してケーシング内で固定して出力部を形成する出力部形成工程と、
上記接続金具を上記固体電解質体に挿入すると共に上記検出部と上記出力部とを組付けて上記ガスセンサを形成するガスセンサ組付工程とを具備することを特徴とするガスセンサの製造方法。 In a gas sensor manufacturing method for detecting a specific gas component in a gas to be measured, a solid electrolyte material having specific ion conductivity is formed in a substantially bottomed cylindrical shape having one end opened and the other end closed, and faces each other. A measurement electrode layer made of a porous metal film and a reference electrode layer are formed on the surface to form a gas sensor element, and a detection portion is formed by the gas sensor element and a housing in which a part of the gas sensor element is disposed and fixed in the gas to be measured. A detection part forming step;
A signal line, a first abutting portion having a diameter slightly larger than the opening diameter on the base end side of the gas sensor element and elastically deformable, and a diameter smaller than the opening diameter and elastically deformable An output portion forming step of forming an output portion by fixing the metal fitting connected to the signal line in the casing via an insulator;
A gas sensor manufacturing method comprising: a gas sensor assembly step of inserting the connection fitting into the solid electrolyte body and assembling the detection unit and the output unit to form the gas sensor.
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