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JP7640430B2 - Gas Sensors - Google Patents
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JP7640430B2 - Gas Sensors - Google Patents

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Description

本発明は、センサ素子を収容する外筒を備えたガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor having an outer cylinder that houses a sensor element.

従来から、被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子を主体金具に保持し、センサ素子の後端側を金属製の外筒に収容した構成のガスセンサが知られている。ここで、外筒の先端側は主体金具の後端側に接続され、外筒の後端側は固定されていない自由端となっている。又、外筒の先端側は大径部となっていて、大径部の後端側には段部を介して小径部が形成されている。そして、この段部の内側(先端向き面)に、セパレータの後端側を係止させている(特許文献1)。 Conventionally, gas sensors have been known in which a sensor element for detecting a specific gas in a gas to be measured is held in a metal shell, and the rear end of the sensor element is housed in a metal outer tube. Here, the front end of the outer tube is connected to the rear end of the metal shell, and the rear end of the outer tube is an unfixed free end. The front end of the outer tube is a large diameter section, and a small diameter section is formed at the rear end of the large diameter section via a step. The rear end of the separator is engaged with the inside of this step (the surface facing the front end) (Patent Document 1).

特開2005-17278号公報JP 2005-17278 A

ところが、このガスセンサを車両等に搭載して使用すると、車両の走行振動等によって、自由端となる外筒の後端側が振れ、主体金具との接続部位に近い外筒の段部付近に応力が集中して亀裂が生じるという不具合がある。
ここで、上述のように、外筒の段部の内側には重量物であるセパレータが保持されているため、振動等による外筒の振れを大きくする作用がある、そこで、セパレータを軽量化(小径化)することで外筒の振れを低減する対策が考えられる。しかしながら、セパレータを小径化するためには、大径部に比べて小径部をより細くする必要があり、段部のくびれが大きくなって段部付近の亀裂を促進することが判明した。
さらに、一般に外筒の後端側にはゴム製のグロメットが保持されるが、ガスセンサの使用環境が高温になり、グロメットの耐熱温度を超えると、グロメットによる気密性の確保が困難になる。そこで、外筒の厚みを薄くして外筒からグロメットへの熱伝導を抑制する対策がある。しかし、この場合には振動等による外筒の破損がより生じ易くなる。
However, when this gas sensor is mounted on a vehicle or the like and used, the rear end of the outer cylinder, which is the free end, vibrates due to vibrations caused by the vehicle traveling, and stress is concentrated near the step of the outer cylinder close to the connection part with the metal shell, causing cracks.
As described above, the separator, which is a heavy object, is held inside the step of the outer cylinder, which acts to increase the vibration of the outer cylinder due to vibration, etc. Therefore, a measure to reduce the vibration of the outer cylinder by making the separator lighter (reducing its diameter) is considered. However, in order to reduce the diameter of the separator, it is necessary to make the small diameter part thinner than the large diameter part, and it was found that the necking of the step becomes larger, promoting cracks near the step.
Furthermore, a rubber grommet is generally attached to the rear end of the outer cylinder, but if the temperature in the environment in which the gas sensor is used rises and exceeds the heat resistance of the grommet, it becomes difficult to ensure airtightness using the grommet. One way to deal with this is to reduce the thickness of the outer cylinder to suppress the conduction of heat from the outer cylinder to the grommet. However, this makes the outer cylinder more susceptible to damage due to vibration, etc.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、セパレータを小径化しつつ、振動による外筒の破損を抑制したガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of this current situation, and aims to provide a gas sensor that reduces the diameter of the separator while suppressing damage to the outer cylinder due to vibration.

本発明のガスセンサは、軸線方向に延びるセンサ素子と、前記センサ素子を取り囲んで保持する主体金具と、前記主体金具の後端側に取り付けられ、前記センサ素子の後端側を収容する金属製で筒状の外筒と、前記外筒に収容され、前記センサ素子に接続される端子金具を保持するセパレータと、を備えたガスセンサであって、前記外筒は大径部と、前記大径部よりも後端側に配置されストレートに延びる小径部と、前記大径部に接続されると共に前記小径部に接続線にて接続されて径方向に延びる段部と、を有し、さらに、前記小径部に接続されて前記小径部よりも外側に突出すると共に、前記接続線を跨いで前記段部の一部に接続されて前記段部よりも後端側に突出する複数の凸状の補強リブを有し、前記セパレータの後端向き面が前記段部の先端向き面に係止され、前記段部の先端向き面における前記大径部の内径D1と、前記小径部の内径D2との比D2/D1で表される絞り率が0.72以下であり、前記補強リブが周方向に離間して配置されることを特徴とする。 The gas sensor of the present invention is a gas sensor comprising a sensor element extending in the axial direction, a metal shell surrounding and holding the sensor element, a metallic cylindrical outer tube attached to the rear end side of the metal shell and housing the rear end side of the sensor element, and a separator housed in the outer tube and holding a terminal metal fitting connected to the sensor element, the outer tube having a large diameter portion, a small diameter portion disposed rearward of the large diameter portion and extending straight, and a separator connected to the large diameter portion and connected to the small diameter portion by a connection wire to form a separator having a large diameter portion and a small diameter portion. and a step portion extending in the circumferential direction, and further comprising a plurality of convex reinforcing ribs connected to the small diameter portion and protruding outward from the small diameter portion, and connected to a part of the step portion across the connection line and protruding rearward from the step portion, the rear end facing surface of the separator is engaged with the front end facing surface of the step portion, the drawing ratio represented by the ratio D2/D1 of the inner diameter D1 of the large diameter portion at the front end facing surface of the step portion to the inner diameter D2 of the small diameter portion is 0.72 or less, and the reinforcing ribs are arranged at intervals in the circumferential direction.

このガスセンサによれば、D2/D1≦0.72とすることで、段部の径方向長さが長くなるので、セパレータを小型化(小径化)しても段部に確実に係止させて固定することができる。その結果、外筒内部の重量物であるセパレータを小径化(軽量化)することができ、振動等による外筒の振れを低減することができる。又、セパレータを小径化することで、ガスセンサ1全体の軽量化やコストダウンを実現できる。
一方、セパレータを小径化するために、上述のようにD2/D1≦0.72とすると、大径部に比べて小径部がより細くなり、段部のくびれが大きくなって段部と小径部の接続線付近の亀裂を促進する。
そこで、接続線を跨いで小径部と段部との一部に複数の凸状の補強リブを設けることで、段部の特に接続線付近の強度を向上させ、セパレータを小径化しつつ、振動による外筒の破損を抑制することができる。
According to this gas sensor, by setting D2/D1≦0.72, the radial length of the step is increased, so that even if the separator is made smaller (smaller in diameter), it can be reliably engaged and fixed to the step. As a result, the separator, which is a heavy object inside the outer cylinder, can be made smaller in diameter (lighter in weight), and vibration of the outer cylinder due to vibration, etc. can be reduced. Furthermore, by making the separator smaller in diameter, the weight and cost of the entire gas sensor 1 can be reduced.
On the other hand, if D2/D1≦0.72 as described above is set in order to reduce the diameter of the separator, the small diameter portion becomes thinner than the large diameter portion, and the necking of the step portion becomes larger, promoting cracks near the connection line between the step portion and the small diameter portion.
Therefore, by providing multiple convex reinforcing ribs across the connecting wire and part of the small diameter portion and step portion, the strength of the step portion, particularly in the vicinity of the connecting wire, can be improved, and damage to the outer tube due to vibration can be suppressed while the diameter of the separator is reduced.

本発明のガスセンサにおいて、前記補強リブの外面が前記段部及び前記小径部の外面に沿った形状であってもよい。
このガスセンサによれば、リブをプレス加工等で形成する際の外筒の変形量が少なく、残留応力が小さくなるため、振動による外筒の応力腐食割れを抑制できる。
In the gas sensor of the present invention, the reinforcing rib may have an outer surface that conforms to the outer surfaces of the step portion and the small diameter portion.
According to this gas sensor, the amount of deformation of the outer cylinder when the ribs are formed by press working or the like is small, and residual stress is small, so that stress corrosion cracking of the outer cylinder due to vibration can be suppressed.

本発明のガスセンサにおいて、前記外筒の後端側に、前記端子金具に接続されたリード線を挿通する挿通孔を有するグロメットが保持され、前記外筒の最大厚みが0.4mm以下であってもよい。
このガスセンサによれば、外筒の厚みが薄いので、外筒の後端側にグロメットが保持されている場合に、外筒からグロメットへの熱伝導を抑制することができる。特に、ガスセンサの使用環境が高温になり、グロメットの耐熱温度を超え易い場合に有利である。
また、補強リブを設けることで、外筒の厚みが薄くなっても振動等による外筒の破損を抑制できる。
In the gas sensor of the present invention, a grommet having an insertion hole for inserting a lead wire connected to the terminal fitting may be held on the rear end side of the outer cylinder, and the maximum thickness of the outer cylinder may be 0.4 mm or less.
According to this gas sensor, since the thickness of the outer cylinder is thin, when a grommet is held at the rear end side of the outer cylinder, heat transfer from the outer cylinder to the grommet can be suppressed, which is particularly advantageous when the gas sensor is used in an environment with high temperatures that tend to exceed the heat resistance temperature of the grommet.
Furthermore, by providing the reinforcing ribs, damage to the outer cylinder due to vibration or the like can be suppressed even if the thickness of the outer cylinder is reduced.

この発明によれば、セパレータを小径化しつつ、振動による外筒の破損を抑制したガスセンサが得られる。 This invention provides a gas sensor that reduces the diameter of the separator while minimizing damage to the outer cylinder due to vibration.

本発明の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention. 外筒の斜視図である。FIG. 外筒の上面図である。FIG. 外筒の変形例を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a modified example of the outer cylinder.

本発明の実施形態について、図1~図3に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態にかかるガスセンサの断面図、図2は外筒81の斜視図、図3は外筒81の上面図である。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to Figs. 1 to 3. Fig. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view of an outer cylinder 81, and Fig. 3 is a top view of the outer cylinder 81.

図1において、ガスセンサ(全領域空燃比ガスセンサ)1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)30と、セラミックホルダ30の径方向周囲を取り囲む主体金具11と、外筒81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30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30の後端面側(図示上側)に配置されたシール材(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29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29寄り部位に形成された各電極パッド24に、グロメット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、この電極パッド24を含むセンサ素子21の後端29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, a gas sensor (full range air-fuel ratio gas sensor) 1 includes a sensor element 21, a holder (ceramic holder) 30 having a through hole 32 penetrating in the axial O direction and through which the sensor element 21 is inserted, a metal shell 11 surrounding the radial periphery of the ceramic holder 30, and an outer cylinder 81.
A portion of the sensor element 21 near the front end where the detection portion 22 is formed protrudes toward the front end beyond the ceramic holder 30. The sensor element 21 thus passed through the through hole 32 is fixed inside the metallic shell 11 while maintaining airtightness in the front-to-rear direction by compressing a seal material (talc in this example) 41 arranged on the rear end face side (upper side in the figure) of the ceramic holder 30 in the front-to-rear direction via a sleeve 43 and a ring washer 45 made of an insulating material.
The portion of the sensor element 21 close to the rear end 29, including the rear end 29, protrudes rearward from the sleeve 43 and the metallic shell 11, and the terminal fittings 75 provided at the ends of the lead wires 71 drawn to the outside through the grommets 85 are pressed into and electrically connected to the electrode pads 24 formed in the portion close to the rear end 29. The portion of the sensor element 21 close to the rear end 29, including the electrode pads 24, is covered by an outer tube 81. This will be described in more detail below.

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接続用の電極パッド24が露出形成されている。 The sensor element 21 extends in the direction of the axis O, and is in the form of a strip (plate) equipped with a detection section 22 consisting of detection electrodes (not shown) that detects a specific gas component in the gas to be detected, at the tip side (lower side in the figure) facing the measurement target. The cross section of the sensor element 21 is a rectangle (rectangle) of a certain size at the front and rear, and is formed as an elongated object mainly made of ceramic (solid electrolyte, etc.). This sensor element 21 itself is the same as that known in the art, and a pair of detection electrodes that form the detection section 22 are arranged near the tip of the solid electrolyte (member), and an electrode pad 24 for connecting a lead wire 71 for extracting detection output is exposed and formed at the part near the rear end connected to this.

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接続用の電極パッド24が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極パッド24は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子21の後端29寄り部位において、帯板の幅広面(両面)に3つ又は2つの電極パッドが横に並んでいる。
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。
In this example, a heater (not shown) is provided inside a portion of the sensor element 21 near the front end of the ceramic material formed in a laminated shape on the solid electrolyte (member), and electrode pads 24 for connecting lead wires 71 for applying voltage to the heater are formed and exposed near the rear end. Although not shown, these electrode pads 24 are formed in a vertically elongated rectangular shape, and for example, three or two electrode pads are arranged horizontally on the wide surfaces (both sides) of the strip plate near the rear end 29 of the sensor element 21.
The detection portion 22 of the sensor element 21 is covered with a porous protective layer 23 made of alumina, spinel, or the like.

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、後述するプロテクタ60を外嵌して固定するための円筒状の円環状部(以下、円筒部ともいう)12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1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。
一方、主体金具11は、軸線O方向に貫通する内孔18を有している。内孔18の内周面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 metal shell 11 has a cylindrical shape with different diameters at the front and rear, and has a cylindrical annular portion (hereinafter also referred to as a cylindrical portion) 12 with a small diameter at the front end for fitting and fixing a protector 60 (described later), and a screw 13 with a larger diameter for fixing to an exhaust pipe of an engine is provided on the outer circumferential surface at the rear (upper part in the figure). A polygonal portion 14 is provided at the rear of the metal shell 11 for screwing the sensor 1 with the screw 13. A cylindrical portion 15 is provided at the rear of the polygonal portion 14, and a protective tube (outer tube) 81 that covers the rear of the gas sensor 1 is fitted and welded to the cylindrical portion 15. A thin-walled crimping cylindrical portion 16 with a smaller outer diameter is provided at the rear of the polygonal portion 14. In FIG. 1, the crimping cylindrical portion 16 is bent inward for crimping. A gasket 19 for sealing when screwed is attached to the lower surface of the polygonal portion 14.
On the other hand, the metallic shell 11 has an inner hole 18 penetrating therethrough in the direction of the axis O. The inner peripheral surface of the inner hole 18 has a tapered step portion 17 that tapers radially inward from the rear end side to the front end side.

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30が配置されている。セラミックホルダ30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30aを有している。そして、先端向き面30aの外周寄りの部位が段部17に係止されつつ、セラミックホルダ30が後端側からシール材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30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30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。
A ceramic holder 30 made of insulating ceramic (e.g., alumina) and formed into a roughly short cylindrical shape is disposed inside the metal shell 11. The ceramic holder 30 has a front-facing surface 30a formed in a tapered shape tapering toward the front end. A portion of the front-facing surface 30a near the outer periphery is engaged with the step portion 17, and the ceramic holder 30 is pressed from the rear end side by a seal material 41, whereby the ceramic holder 30 is positioned within the metal shell 11 and is gap-fitted.
On the other hand, the through hole 32 is provided in the center of the ceramic holder 30 and is a rectangular opening having substantially the same dimensions as the cross section of the sensor element 21 so that the sensor element 21 can pass through with almost no gap.

センサ素子21は、セラミックホルダ30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30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、本形態では、1重構造からなり、通気孔(穴)61,63を有する有底円筒状のプロテクタ(保護カバー)60で覆われている。そして、プロテクタ60の後端が、主体金具11の円筒部12に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔61はプロテクタ60の軸線O方向の中央付近の段部に周方向に離間して複数個設けられている。一方プロテクタ60の先端側に、排出穴となる通気孔63が一個設けられている。
The sensor element 21 is inserted into the through hole 32 of the ceramic holder 30 , and the tip of the sensor element 21 protrudes forward beyond the tips of the ceramic holder 30 and the metallic shell 11 .
Meanwhile, in this embodiment, the tip portion of the sensor element 21 has a single structure and is covered with a cylindrical protector (protective cover) 60 with a bottom having vent holes (holes) 61, 63. The rear end of the protector 60 is fitted onto the cylindrical portion 12 of the metal shell 11 and welded. A plurality of vent holes 61 are provided at a step portion near the center of the protector 60 in the direction of the axis O, spaced apart in the circumferential direction. Meanwhile, one vent hole 63 serving as a discharge hole is provided at the tip side of the protector 60.

又、図1に示すように、センサ素子21の後端29寄り部位に形成された各電極パッド24には、外部にグロメット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、本例のガスセンサ1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保持されている。なお、セパレータ91は、外筒81内にカシメ固定された保持金具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1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グロメット(例えばゴム)85を通されて外部に引き出されており、小径筒部81cを縮径カシメしてこのグロメット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。
1, the terminal fittings 75 provided at the tip of each lead wire 71 drawn to the outside through a grommet 85 are pressed against and electrically connected to the electrode pads 24 formed near the rear end 29 of the sensor element 21 by their spring properties. In the gas sensor 1 of this embodiment, the terminal fittings 75 including the pressure-contact portions are held in opposing positions in respective housing portions provided in an insulating separator 91 disposed in an outer cylinder 81. The separator 91 is restricted from moving radially and toward the tip side by a retaining metal fitting 82 fixed by crimping in the outer cylinder 81. The tip portion of the outer cylinder 81 is fitted and welded to the cylindrical portion 15 near the rear end of the metal shell 11, thereby covering the rear of the gas sensor 1 in an airtight manner.
The lead wire 71 is passed through a grommet (e.g., rubber) 85 located inside the rear end of the outer tube 81 and pulled out to the outside, and the small diameter tube portion 81c is crimped to reduce the diameter and compress the grommet 85, thereby maintaining airtightness of this portion.

次に、図1~図3を参照し、外筒81について詳しく説明する。
外筒81は、大径部81aと、大径部81aよりも後端側に配置されて軸線O方向にストレートに延びる小径部81cと、大径部81aに接続されると共に小径部81cに接続線L1にて接続されて径方向に延びる段部81dと、補強リブ81eと、を有している。
段部81dは外筒81の軸線O方向の中央よりやや後端側に形成されている。接続線L1は小径部81cの先端でもあり、環状になっている。
Next, the outer cylinder 81 will be described in detail with reference to FIGS.
The outer tube 81 has a large diameter portion 81a, a small diameter portion 81c that is located rearward of the large diameter portion 81a and extends straight in the direction of the axis O, a step portion 81d that is connected to the large diameter portion 81a and connected to the small diameter portion 81c by a connection line L1 and extends radially, and a reinforcing rib 81e.
The step portion 81d is formed slightly rearward from the center in the direction of the axis O of the outer cylinder 81. The connection line L1 is also the tip of the small diameter portion 81c and is annular.

一方、補強リブ81eは、小径部81cに接続されると共に、接続線L1を跨いで段部81dの一部に接続されている。
又、補強リブ81eは、小径部81cと段部81dから隆起するように形成されている。つまり、補強リブ81eは、小径部81cよりも外側に突出すると共に、段部81dよりも後端側に突出してなる複数の凸状の部材である。
ここで、補強リブ81eの位置では、小径部81cと段部81dとの境界が隆起するため、接続線L1は存在しない。そこで、補強リブ81eの位置では、補強リブ81eを除く小径部81cと段部81dの間の接続線L1を外挿した仮想線を接続線L1とみなす。
On the other hand, the reinforcing rib 81e is connected to the small diameter portion 81c and is connected to a part of the step portion 81d across the connection line L1.
The reinforcing ribs 81e are formed to protrude from the small diameter portion 81c and the step portion 81d. In other words, the reinforcing ribs 81e are a plurality of convex members that protrude outward from the small diameter portion 81c and toward the rear end side from the step portion 81d.
Here, at the position of the reinforcing rib 81e, the boundary between the small diameter portion 81c and the step portion 81d is raised, so the connection line L1 does not exist. Therefore, at the position of the reinforcing rib 81e, a virtual line obtained by extrapolating the connection line L1 between the small diameter portion 81c and the step portion 81d excluding the reinforcing rib 81e is regarded as the connection line L1.

なお、本例では、補強リブ81eは接続線L1から段部81dに沿うように径方向外側に延びるが、大径部81aまで延びずに段部81dの径方向中央付近で終端となっている。
そして、図2に示すように、各補強リブ81eは周方向に離間して(本例では6個)配置されている。
In this example, the reinforcing rib 81e extends radially outward from the connection line L1 along the step portion 81d, but does not extend to the large diameter portion 81a and terminates near the radial center of the step portion 81d.
As shown in FIG. 2, the reinforcing ribs 81e (six in this embodiment) are arranged at intervals in the circumferential direction.

ここで、外筒81の内面側から見ると、補強リブ81eが段部81dより凹んでいるので、セパレータ91の後端向き面91eは段部81dの先端向き面に係止されることになる。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金具82の上に支持させられており、段部81dと保持金具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。
なお、大径部81aを径方向内側に加締めた第1加締め部81pにより、保持金具82が外筒81の内側に固定されている。又、小径部81cの後端側を径方向内側に加締めた第2加締め部81rにより、グロメット85が外筒81の内側に固定されている。
又、「セパレータ91の後端向き面が段部81dの先端向き面に係止される」とは、セパレータ91の後端向き面の一部が段部81dの先端向き面の一部に片当たりしていてもよいものとする。
Here, when viewed from the inside surface side of the outer tube 81, the reinforcing rib 81e is recessed from the step 81d, so that the rearward surface 91e of the separator 91 is engaged with the forward surface of the step 81d. Meanwhile, the separator 91 has a flange 93 formed on its outer periphery supported on a retaining metal fitting 82 fixed to the inside of the outer tube 81, and the separator 91 is held in the direction of the axis O by the step 81d and the retaining metal fitting 82.
The retaining metal fitting 82 is fixed to the inside of the outer tube 81 by a first crimping portion 81p formed by crimping the large diameter portion 81a radially inward. Also, the grommet 85 is fixed to the inside of the outer tube 81 by a second crimping portion 81r formed by crimping the rear end side of the small diameter portion 81c radially inward.
Additionally, "the rear-facing surface of separator 91 engages with the front-facing surface of step portion 81d" means that a portion of the rear-facing surface of separator 91 may be in partial contact with a portion of the front-facing surface of step portion 81d.

さらに、段部81dの先端向き面における大径部81aの内径D1と、小径部81cの内径D2との比D2/D1で表される絞り率が0.72以下である。
このように、D2/D1≦0.72とすることで、段部81dの径方向長さが長くなるので、セパレータ91を小型化(小径化)しても段部81dに確実に係止させて固定することができる。その結果、外筒81内部の重量物であるセパレータ91を小径化(軽量化)することができ、振動等による外筒の振れを低減することができる。又、セパレータ91を小径化することで、ガスセンサ1全体の軽量化やコストダウンを実現できる。
Furthermore, the drawing ratio, which is expressed as the ratio D2/D1 of the inner diameter D1 of the large diameter portion 81a on the tip-facing surface of the step portion 81d to the inner diameter D2 of the small diameter portion 81c, is 0.72 or less.
In this way, by making D2/D1≦0.72, the radial length of the step 81d is increased, so that even if the separator 91 is made smaller (reduced in diameter), it can be reliably engaged and fixed to the step 81d. As a result, the separator 91, which is a heavy object inside the outer cylinder 81, can be made smaller in diameter (reduced in weight), and vibration of the outer cylinder due to vibration, etc. can be reduced. Furthermore, by reducing the diameter of the separator 91, it is possible to reduce the weight and cost of the entire gas sensor 1.

一方、セパレータ91を小径化するために、上述のようにD2/D1≦0.72とすると、大径部81aに比べて小径部81cがより細くなり、段部81dのくびれが大きくなって段部81dと小径部81cの接続線L1付近の亀裂を促進することが判明した。
そこで、接続線L1を跨いで小径部81cと段部81dとの一部に複数の凸状の補強リブ81eを設けることで、段部81dの特に接続線L1付近の強度を向上させ、セパレータ91を小径化しつつ、振動による外筒81の破損を抑制することができる。
On the other hand, it has been found that if D2/D1≦0.72 is set as described above in order to reduce the diameter of separator 91, small diameter portion 81c becomes thinner than large diameter portion 81a, and the narrowing of step portion 81d becomes larger, promoting cracks near connection line L1 between step portion 81d and small diameter portion 81c.
Therefore, by providing a plurality of convex reinforcing ribs 81e across the connection line L1 and part of the small diameter portion 81c and the step portion 81d, the strength of the step portion 81d, particularly in the vicinity of the connection line L1, is improved, and damage to the outer tube 81 due to vibration can be suppressed while the diameter of the separator 91 is reduced.

D2/D1が0.65以下であると、セパレータ91をさらに小径化できるので、好ましい。D2/D1の下限は制限されないが、例えば0.5である。 It is preferable that D2/D1 is 0.65 or less, since this allows the separator 91 to be made even smaller in diameter. There is no lower limit for D2/D1, but it is, for example, 0.5.

また、本例においては、図2に示すように、補強リブ81eの外面が段部81d及び小径部81cの外面に沿った形状である。
このようにすると、リブをプレス加工等で形成する際の外筒の変形量が少なく、残留応力が小さくなるため、振動による外筒の応力腐食割れを抑制できる。
なお、「補強リブ81eの外面が段部81d及び小径部81cの外面に沿った形状」とは、補強リブ81eの外面が段部81d及び小径部81cの外面と略平行なことをいう。本例では、図1の断面を見たときに、補強リブ81eの外面の輪郭が、段部81d及び小径部81cの外面の輪郭に沿って略L字状になっている。
In this example, as shown in FIG. 2, the outer surface of the reinforcing rib 81e is shaped to fit the outer surfaces of the step portion 81d and the small diameter portion 81c.
In this way, the amount of deformation of the outer cylinder when the ribs are formed by press working or the like is small, and residual stress is reduced, so that stress corrosion cracking of the outer cylinder due to vibration can be suppressed.
The phrase "the outer surface of the reinforcing rib 81e is shaped to conform to the outer surfaces of the step 81d and the small diameter portion 81c" means that the outer surface of the reinforcing rib 81e is generally parallel to the outer surfaces of the step 81d and the small diameter portion 81c. In this example, when viewed in cross section in Figure 1, the outline of the outer surface of the reinforcing rib 81e is generally L-shaped along the outline of the outer surfaces of the step 81d and the small diameter portion 81c.

外筒81の最大厚みが0.4mm以下であると、外筒81の後端側にグロメット85が保持されている場合に、外筒81からグロメット85への熱伝導を抑制することができる。そして、補強リブ81eを設けることで、外筒81の厚みが薄くなっても振動等による外筒81の破損を抑制できる。 If the maximum thickness of the outer tube 81 is 0.4 mm or less, when the grommet 85 is held at the rear end of the outer tube 81, heat conduction from the outer tube 81 to the grommet 85 can be suppressed. Furthermore, by providing the reinforcing rib 81e, damage to the outer tube 81 due to vibration, etc. can be suppressed even if the thickness of the outer tube 81 is thin.

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。
例えば、図4に示すように、外筒181の各補強リブ181eが接続線L1から段部181dに沿うように径方向外側に大径部181aまで延びていてもよい。
又、図4に示すように、各補強リブ181eの外面が接続線L1から径方向外側に向かって先端に下がり、大径部181aに接続するようなフラット面であってもよい。
センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物(NOx)又は炭化水素(HC)等の濃度を測定するものを用いてもよい。
The gas sensor of the present invention can be embodied by appropriately modifying the design of its structure and configuration without departing from the gist of the present invention.
For example, as shown in FIG. 4, each reinforcing rib 181e of the outer cylinder 181 may extend radially outward from the connection line L1 to the large diameter portion 181a along the step portion 181d.
Also, as shown in FIG. 4, the outer surface of each reinforcing rib 181e may be a flat surface that extends radially outward from the connection line L1 to a tip that is connected to the large diameter portion 181a.
The sensor element is not limited to one that measures the concentration of oxygen, but may be one that measures the concentration of nitrogen oxides (NOx) or hydrocarbons (HC), etc.

1 ガスセンサ
11 主体金具
21 センサ素子
71 リード線
75 端子金具
81、181 外筒
81a、181a 大径部
81c、181c 小径部
81d、181d 段部
81e、181e 補強リブ
85 グロメット
91 セパレータ
O 軸線
L1 接続線
REFERENCE SIGNS LIST 1 Gas sensor 11 Metal shell 21 Sensor element 71 Lead wire 75 Terminal metal fitting 81, 181 Outer cylinder 81a, 181a Large diameter portion 81c, 181c Small diameter portion 81d, 181d Step portion 81e, 181e Reinforcing rib 85 Grommet 91 Separator O Axis L1 Connection line

Claims (3)

軸線方向に延びるセンサ素子と、
前記センサ素子を取り囲んで保持する主体金具と、
前記主体金具の後端側に取り付けられ、前記センサ素子の後端側を収容する金属製で筒状の外筒と、
前記外筒に収容され、前記センサ素子に接続される端子金具を保持するセパレータと、
を備えたガスセンサであって、
前記外筒は、大径部と、前記大径部よりも後端側に配置されストレートに延びる小径部と、前記大径部に接続されると共に前記小径部に接続線にて接続されて径方向に延びる段部と、を有し、
さらに、前記小径部に接続されて前記小径部よりも外側に突出すると共に、前記接続線を跨いで前記段部の一部に接続されて前記段部よりも後端側に突出する複数の凸状の補強リブを有し、
前記セパレータの後端向き面が前記段部の先端向き面に係止され、
前記段部の先端向き面における前記大径部の内径D1と、前記小径部の内径D2との比D2/D1で表される絞り率が0.72以下であり、
前記補強リブが周方向に離間して配置されることを特徴とするガスセンサ。
a sensor element extending in an axial direction;
a metal shell surrounding and holding the sensor element;
a cylindrical outer cylinder made of metal and attached to a rear end side of the metallic shell and housing a rear end side of the sensor element;
a separator that is housed in the outer cylinder and holds a terminal metal fitting that is connected to the sensor element;
A gas sensor comprising:
the outer cylinder has a large diameter portion, a small diameter portion that is disposed rearward of the large diameter portion and extends straight, and a step portion that is connected to the large diameter portion and to the small diameter portion by a connection line and extends in a radial direction,
Further, the reinforcing member has a plurality of convex reinforcing ribs that are connected to the small diameter portion and protrude outward from the small diameter portion, and that are connected to a part of the step portion across the connecting line and protrude toward a rear end side from the step portion,
The rear end facing surface of the separator is engaged with the front end facing surface of the step portion,
a drawing ratio represented by a ratio D2/D1 of an inner diameter D1 of the large diameter portion to an inner diameter D2 of the small diameter portion at a tip-facing surface of the step portion is 0.72 or less,
The gas sensor is characterized in that the reinforcing ribs are arranged at intervals in a circumferential direction.
前記補強リブの外面が前記段部及び前記小径部の外面に沿った形状であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, characterized in that the outer surface of the reinforcing rib is shaped to conform to the outer surfaces of the step portion and the small diameter portion. 前記外筒の後端側に、前記端子金具に接続されたリード線を挿通する挿通孔を有するグロメットが保持され
前記外筒の最大厚みが0.4mm以下であ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。
3. The gas sensor according to claim 1, wherein a grommet having an insertion hole for inserting a lead wire connected to the terminal fitting is held on the rear end side of the outer cylinder, and the maximum thickness of the outer cylinder is 0.4 mm or less.
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