JP3822219B2 - Gas sensor - Google Patents
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
本発明は、板状あるいは有底筒状のセンサ素子を主体金具等に組み付けたガスセンサであって、酸素センサ、全領域空燃比センサ、NOxセンサなど測定対象となるガス中の特定ガス成分を検出するためのガスセンサに関するものである。 The present invention is a gas sensor in which a plate-shaped or bottomed cylindrical sensor element is assembled to a metal shell or the like, and detects a specific gas component in a gas to be measured, such as an oxygen sensor, a full-range air-fuel ratio sensor, or a NOx sensor. The present invention relates to a gas sensor.
内燃機関においては、測定対象となる排気ガス中の酸素濃度等を検出し、その検出情報に基づいて燃焼制御を行うことが、省エネルギー化、排ガス浄化等に有効であることが従来より知られている。この排気ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサとしては、部分安定化ジルコニア等の固体電解質よりなるセンサ素子を用いたガスセンサが知られており、様々な改良がなされている。 In an internal combustion engine, it has hitherto been known that it is effective for energy saving, exhaust gas purification, and the like to detect oxygen concentration in exhaust gas to be measured and perform combustion control based on the detected information. Yes. As a gas sensor for detecting the oxygen concentration or the like in the exhaust gas, a gas sensor using a sensor element made of a solid electrolyte such as partially stabilized zirconia is known, and various improvements have been made.
このようなガスセンサの具体的な構造として、排気ガスと接触する接ガス部を有するセンサ素子と、センサ素子を保持する主体金具と、自身の先端部で前記主体金具と接続する外筒と、センサ素子と電気的に導通された複数の電極取出し端子と、電極取出し端子の各々と導通される複数のリード線と、外筒の内部に収容されるとともに、自身の内部に電極取出し端子の各々が位置し、これら電極取出し端子間を絶縁するセパレータと、リード線の各々が挿通するリード線挿通孔を有する弾性シール部材とを備えたものが知られている。このようなガスセンサのうちでセパレータは、例えば、リード線の一部や電極取出し部などを収納する本体部と、この本体部より大径の鍔部とを有するように形成される。また、外筒は、上記セパレータの本体の外径より大きく鍔部の外径よりも小さい内径を有する小径部と、鍔部の外径よりも大きい内径を有する大径部と、小径部と大径部とを繋ぐ段部とを有するように形成される。 As a specific structure of such a gas sensor, a sensor element having a gas contact portion that contacts exhaust gas, a metal shell that holds the sensor element, an outer cylinder that is connected to the metal shell at its tip, and a sensor A plurality of electrode extraction terminals that are electrically connected to the element, a plurality of lead wires that are electrically connected to each of the electrode extraction terminals, and each of the electrode extraction terminals are housed inside the outer cylinder, It is known to include a separator that is positioned and insulates between these electrode lead terminals, and an elastic seal member having a lead wire insertion hole through which each lead wire is inserted. Among such gas sensors, the separator is formed so as to have, for example, a main body portion that houses a part of the lead wire, an electrode lead-out portion, and the like, and a flange portion that is larger in diameter than the main body portion. The outer cylinder includes a small diameter portion having an inner diameter larger than the outer diameter of the main body of the separator and smaller than the outer diameter of the flange portion, a large diameter portion having an inner diameter larger than the outer diameter of the flange portion, a small diameter portion, and a large diameter portion. It is formed so as to have a step portion connecting the diameter portion.
そして、セパレータは、鍔部の一方の面を外筒の段部に当接させると共に、鍔部の他方の面を外筒の大径部に圧入された弾性部材(付勢部材)により押圧固定することで、外筒の内部に保持される。つまり、セパレータは、弾性部材と外筒の段部との間に挟まれて固定される(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のガスセンサでは、セパレータの鍔部が外筒の段部に当接した状態で、弾性部材と外筒の段部との間に挟持される構成であるため、外筒のうちで鍔部の一方の面と当接する部位に対応する外面に飛石等が衝突した場合、その衝突による圧縮応力がセパレータに直接伝わってしまう。そのために、特許文献1及び特許文献2に記載のガスセンサでは、外筒に飛石等が衝突した場合、セパレータが破損し易いという問題点があった。 However, the gas sensors described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are configured to be sandwiched between the elastic member and the step portion of the outer cylinder in a state where the flange portion of the separator is in contact with the step portion of the outer tube. Therefore, when a stepping stone or the like collides with an outer surface corresponding to a portion of the outer cylinder that comes into contact with one surface of the collar portion, the compressive stress due to the collision is directly transmitted to the separator. Therefore, the gas sensors described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that the separator is easily damaged when a stepping stone or the like collides with the outer cylinder.
また、板状のセンサ素子を用いたガスセンサでは、センサ素子とセパレータとの間で電極端子部を挟持固定する構造が採用されることが多い。そのために、セパレータが外筒に当接していると、外筒の外面に飛石等が衝突した場合、その衝突による圧縮応力がセパレータに直接伝わってしまい、セパレータの破損だけでなく、センサ素子に折れが生じるといった問題がある。 Further, in a gas sensor using a plate-like sensor element, a structure in which an electrode terminal portion is sandwiched and fixed between the sensor element and the separator is often employed. For this reason, if the separator is in contact with the outer cylinder, if a stepping stone or the like collides with the outer surface of the outer cylinder, the compressive stress due to the collision is directly transmitted to the separator. There is a problem that occurs.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、外筒の外部から衝撃が与えられてもセパレータの破損を抑制することができ、セパレータを安定して外筒内に保持可能なガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can prevent damage to the separator even when an impact is applied from the outside of the outer cylinder, and the separator can be stably held in the outer cylinder. An object is to provide a simple gas sensor.
上記目的を達成するために、請求項1に係るガスセンサでは、軸線方向に延びるとともに、先端側が測定対象となるガスに晒されるセンサ素子と、センサ素子を保持する主体金具と、自身の先端部で主体金具と接続する外筒と、センサ素子と電気的に導通された複数の電極取出し端子と、電極取出し端子の各々と導通される複数のリード線と、外筒の内部に収容されるとともに、自身の内部に電極取出し端子の各々が位置し、電極取出し端子間を絶縁するセパレータと、内部にリード線の各々が挿通するリード線挿通孔を有し、外筒のうちセパレータよりも後方側に配置される弾性シール部材と、を備えるガスセンサであって、セパレータは、自身の外周面が前記外筒の内周面に対し接触することなく、弾性シール部材の先端面に接触しつつ後端側に付勢される状態で外筒内に保持されており、さらにセパレータは、後端側に位置する後端側部と、先端側に位置する先端側部と、前記後端側部と先端側部の中間に位置し前記後端側部及び先端側部よりも大径であり、前記先端側部との間に先端側を向く先端側面を含む鍔部とを含むとともに、前記鍔部の先端側面から前記弾性シール部材の先端面に向かって押圧力を付勢する付勢部材によって、前記弾性シール部材の先端面に当接する状態で後端側に付勢され、前記弾性シール部材と前記付勢部材との間で挟持されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the gas sensor according to claim 1, the sensor element that extends in the axial direction and whose tip side is exposed to the gas to be measured, the metal shell that holds the sensor element, and the tip part of the sensor An outer cylinder connected to the metal shell, a plurality of electrode extraction terminals electrically connected to the sensor element, a plurality of lead wires connected to each of the electrode extraction terminals, and the inside of the outer cylinder, and each position of its own internal electrode extraction terminal, a separator insulating the electrode extraction pins, has a lead wire insertion hole, each lead wire therein inserted, to the rear side of the separator out of the outer cylinder A separator, wherein the separator is in contact with the distal end surface of the elastic seal member without contacting the outer peripheral surface of the separator with the inner peripheral surface of the outer cylinder. Is held in the outer tube in a state of being urged to the end side, further separator, and a rear end side portion positioned on the rear end side, a distal end portion located on the distal end side, and the rear side A flange portion that is located in the middle of the distal end side portion and has a larger diameter than the rear end side portion and the distal end side portion and includes a distal end side surface facing the distal end side between the distal end side portion and the flange portion. The urging member that urges the pressing force from the tip side surface of the elastic seal member toward the tip surface of the elastic seal member is urged toward the rear end side in contact with the tip surface of the elastic seal member, and the elastic seal member It is clamped between the urging members .
また、請求項2に係る発明のガスセンサでは、請求項1に記載の発明の構成に加え、付勢部材は、セパレータの先端側部の外周に配置されると共に、外筒のうちで付勢部材の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して内側に凸となるように変形させた変形部によって、セパレータを後端側に付勢するように変形していることを特徴とする。 Further, in the gas sensor of the invention according to claim 2, in addition to the configuration of the invention of claim 1, the urging member is disposed on the outer periphery of the front end side portion of the separator , and the urging member among the outer cylinders. The separator is deformed so as to urge the separator toward the rear end side by a deformed portion that is deformed so as to be convex inward by pressing a portion located on the radially outer side. .
また、請求項3に係る発明のガスセンサでは、請求項1または請求項2に記載の発明の構成に加え、センサ素子は、板状をなすと共に後端側の表裏面に複数の電極端子部を有し、電極取出し端子は、センサ素子の電極端子部のいずれかに当接した状態で、セパレータとセンサ素子との間で挟持固定されており、電極取出し端子とセンサ素子の電極端子部との当接部位と、付勢部材によるセパレータの支持部位とは、前記ガスセンサの軸線方向に沿ってみたときにずれた位置にあることを特徴とする。 In the gas sensor of the invention according to claim 3, in addition to the configuration of the invention of claim 1 or 2, the sensor element has a plate shape and a plurality of electrode terminal portions on the front and back surfaces on the rear end side. The electrode extraction terminal is sandwiched and fixed between the separator and the sensor element in a state of being in contact with one of the electrode terminal portions of the sensor element, and the electrode extraction terminal and the electrode terminal portion of the sensor element are The contact part and the support part of the separator by the urging member are at positions shifted when viewed along the axial direction of the gas sensor .
また、請求項4に係る発明のガスセンサでは、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の構成に加え、セパレータの外周面と前記外筒の内周面とは、径方向でみたときに0.5mm以上離れていることを特徴とする。 Further, in the gas sensor of the invention according to claim 4, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 3 , when the outer peripheral surface of the separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder are viewed in the radial direction, It is characterized by being separated by 0.5 mm or more .
また、請求項5に係る発明のガスセンサでは、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の発明の構成に加え、セパレータの後端面は、周縁から径方向内側に向かって窪むようにして形成され、セパレータは、後端面の周縁側が弾性シール部材の先端面に接触するようにして外筒に保持されていることを特徴とする。 In addition, in the gas sensor of the invention according to claim 5, in addition to the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 4, the rear end surface of the separator is formed so as to be recessed radially inward from the periphery, The separator is characterized in that it is held by the outer cylinder so that the peripheral side of the rear end surface is in contact with the front end surface of the elastic seal member .
請求項1に記載のガスセンサによれば、内部にセンサ素子と電気的に導通された複数の電極取出し端子の各々が位置し、電極取出し端子間の絶縁を図るためのセパレータが、外筒の内部であってリード線挿通孔が形成される弾性シール部材より先端側に収容されている。そして、このセパレータは、自身の外周面が外筒の内周面に対して非接触の状態で外筒の内部に保持される。つまり、本発明では、セパレータを外筒の内周面との間に隙間を介した状態で、外筒の内部に収容させている。これにより、外筒に飛石等が衝突した場合にもその衝撃による圧縮応力をその隙間によって逃がすことができる。したがって、外筒の外部から衝撃が与えられても、その衝撃がセパレータに直接伝わることがなく、セパレータの破損を抑制することができる。 According to the gas sensor of claim 1, each of the plurality of electrode extraction terminals electrically connected to the sensor element is located inside, and the separator for insulation between the electrode extraction terminals is provided inside the outer cylinder. And it is accommodated in the front end side from the elastic seal member in which the lead wire insertion hole is formed. And this separator is hold | maintained inside an outer cylinder in the state in which the outer peripheral surface of itself is non-contact with respect to the internal peripheral surface of an outer cylinder. In other words, in the present invention, the separator is accommodated inside the outer cylinder with a gap between the separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder. Thereby, even when a stepping stone collides with the outer cylinder, the compressive stress due to the impact can be released by the gap. Therefore, even if an impact is applied from the outside of the outer cylinder, the impact is not directly transmitted to the separator, and the separator can be prevented from being damaged.
さらに、請求項1に記載のガスセンサによれば、上述したようにセパレータを外筒の内周面に対して非接触の状態で外筒内に保持するにあたり、セパレータを、リード線挿通孔を有する弾性シール部材の先端面に接触させつつ後端側に付勢させた状態で保持するようにしている。このように、本発明では、セパレータを弾性シール部材に当接させて弾性保持させることによって、外筒に対して外部から衝撃が与えられても弾性シール部材がその衝撃を緩和ないし吸収し、セパレータが外筒内で揺動することを抑制することができる。したがって、本発明では、セパレータを外筒の内周面に対して非接触の状態で保持しながらも、ガスセンサの使用時に安定してセパレータを外筒内にて保持することができる。 Furthermore, according to the gas sensor of the first aspect, when the separator is held in the outer cylinder in a non-contact state with respect to the inner peripheral surface of the outer cylinder as described above, the separator has the lead wire insertion hole. The elastic seal member is held in a state of being urged toward the rear end side while being in contact with the front end surface of the elastic seal member. As described above, in the present invention, the separator is brought into contact with the elastic seal member and is elastically held, so that even if an external shock is applied to the outer cylinder, the elastic seal member alleviates or absorbs the shock. Can be prevented from swinging in the outer cylinder. Therefore, in the present invention, the separator can be stably held in the outer cylinder when the gas sensor is used while the separator is held in a non-contact state with respect to the inner peripheral surface of the outer cylinder.
このガスセンサにおいては、センサ素子の形状は特に限定されず、例えば有底筒状や板状が挙げられる。また、セパレータの付勢には、セパレータを後端側に付勢するいずれの機構(付勢部材)をも採用することができる。例えば、外周に歯車状の突出する爪部を形成したリング状の金属板を外筒内に圧入し、爪部を外筒の内周面に圧接すると共に、セパレータを後端側に付勢することができる。 In this gas sensor, the shape of the sensor element is not particularly limited, and examples thereof include a bottomed cylindrical shape and a plate shape. For the biasing of the separator, any mechanism (biasing member) that biases the separator toward the rear end can be employed. For example, a ring-shaped metal plate formed with a gear-shaped protruding claw portion on the outer periphery is press-fitted into the outer cylinder, the claw portion is pressed against the inner peripheral surface of the outer cylinder, and the separator is urged toward the rear end side. be able to.
なお、セパレータは、使用温度で劣化が少なく、絶縁性を備える任意の部材を適用することができる。この例として、アルミナや窒化珪素等のセラミックや、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等のエンジニアプラスチックを挙げることができる。また、絶縁シール部材は、フッ素ゴムやシリコンゴムなど、耐熱性を備えたゴム素材を例示することができる。 As the separator, any member having little deterioration at the use temperature and having an insulating property can be applied. Examples thereof include ceramics such as alumina and silicon nitride, and engineer plastics such as polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone (PEK), and polyphenylene sulfide (PPS). The insulating seal member can be exemplified by a rubber material having heat resistance such as fluorine rubber or silicon rubber.
また、セパレータを上述した特定の形状に形成しつつ、鍔部の先端側面から弾性シール部材の先端面に向かって押圧力を発揮(付勢)する付勢部材を用いて、同セパレータを弾性シール部材の先端面に対して付勢し、弾性シール部材と付勢部材との間で挟持させている。このように、付勢部材を用いてセパレータを保持することによって、セパレータを安定して外筒内に保持することができる。 Further , the separator is elastically sealed by using a biasing member that exerts a pressing force (biased) from the distal end side surface of the collar portion toward the distal end surface of the elastic seal member while forming the separator in the specific shape described above. The front end surface of the member is urged and held between the elastic seal member and the urging member. Thus, by holding the separator using the biasing member, the separator can be stably held in the outer cylinder.
さらに、請求項2に記載のガスセンサによれば、付勢部材は、セパレータの先端側部の外周に配置されると共に、外筒のうちで付勢部材の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して内側に凸となるように変形させた変形部によって、セパレータを後端側に付勢するように変形している。ここで、セパレータを後端側に付勢する付勢部材としては、従来のように外筒の内周面に圧入することで自身が外筒に保持される機構を採用することもできるが、付勢部材をセパレータ(詳細にはセパレータの先端側部)と外筒との間に適切に圧入することは、ガスセンサの組立て工程において容易とは言い難い。そこで、本発明では、金属外筒の外側から内側に凸となる変形部を形成することで、付勢部材がセパレータを後端側に付勢するように付勢部材をも変形させるように構成している。これにより、付勢部材を用いてセパレータを後端側に付勢することを容易に行えると共に、セパレータを外筒内において安定して保持することができ、低コストのガスセンサとなし得る。 Furthermore, according to the gas sensor according to claim 2 , the urging member is disposed on the outer periphery of the front end side portion of the separator, and a portion of the outer cylinder that is located on the radially outer side of the urging member is arranged in the radial direction. The separator is deformed so as to be urged toward the rear end side by a deforming portion that is pressed inward and deformed to be convex inward. Here, as the urging member that urges the separator toward the rear end side, it is possible to adopt a mechanism in which the separator is held by the outer cylinder by being press-fitted into the inner peripheral surface of the outer cylinder as in the past, It is difficult to say that it is easy to press-fit the urging member between the separator (specifically, the front end side portion of the separator) and the outer cylinder in the assembly process of the gas sensor. Therefore, in the present invention, the urging member is also deformed so that the urging member urges the separator toward the rear end side by forming a deformed portion that protrudes inward from the outside of the metal outer cylinder. is doing. Thus, the separator can be easily urged to the rear end side using the urging member, and the separator can be stably held in the outer cylinder, so that a low-cost gas sensor can be obtained.
さらに、請求項3に記載のガスセンサでは、センサ素子として板状をなすと共に後端側の表裏面に複数の電極端子部を有するものを用い、電極取出し端子が、センサ素子の電極端子部のいずれかに当接した状態で、セパレータとセンサ素子との間で挟持固定される。
ところで、本発明のガスセンサでは、付勢部材を用いてセパレータを弾性部材の先端面に接触させるように後端側に付勢しているので、外筒に飛石等が衝突した場合にも、弾性シール部材がその衝撃を緩和ないし吸収し、セパレータの揺動を抑制することができるが、衝撃の程度によっては少なからずセパレータは、付勢部材によるセパレータの支持部位を支点にして揺動することがある。ここでもし、付勢部材によるセパレータの支持部位と、電極取出し端子とセンサ素子の電極端子部との当接部位とが、ガスセンサの軸線方向に沿ってみたときに一致していると、付勢部材によるセパレータの支持部位を支点にしてセパレータが揺動した場合、電極取出し端子とセンサ素子の電極端子部との当接部位にセパレータの揺動に起因した応力が及び易く、板状のセンサ素子に亀裂や折れといった不具合が生じる可能性がある。
Furthermore, in the gas sensor according to claim 3 , a sensor element having a plate shape and having a plurality of electrode terminal portions on the front and rear surfaces on the rear end side is used. In a state of being in contact with the sword, it is clamped and fixed between the separator and the sensor element.
By the way, in the gas sensor of the present invention, the urging member is used to urge the separator toward the rear end side so as to contact the front end surface of the elastic member. The seal member can mitigate or absorb the impact and suppress the swing of the separator. However, depending on the degree of the impact, the separator may swing not only with the support portion of the separator by the urging member as a fulcrum. is there. Here, if the supporting portion of the separator by the urging member and the contact portion between the electrode take-out terminal and the electrode terminal portion of the sensor element coincide with each other when viewed along the axial direction of the gas sensor, When the separator swings with the support portion of the separator supported by a member as a fulcrum, the stress caused by the swinging of the separator is easily applied to the contact portion between the electrode extraction terminal and the electrode terminal portion of the sensor element, and the plate-like sensor element There is a possibility that defects such as cracks and breaks may occur.
これに対し、本発明のガスセンサでは、電極取出し端子とセンサ素子の電極端子部との当接部位と、付勢部材によるセパレータの支持部位とを、ガスセンサの軸線方向に沿ってみたときにずれた位置に配置されるように設定している。これにより、付勢部材によるセパレータの支持部位を支点にしてセパレータが揺動したとしても、上記当接部位にセパレータの揺動に起因した応力が及び難くなり、センサ素子の折れ等の不具合が生じるのを有効に抑制することができる。
なお、電極取出し端子とセンサ素子の電極端子部との当接部位と、付勢部材によるセパレータの支持部位とは、ガスセンサの軸線方向に沿ってみたときにずれた位置に配置されれば、その位置関係は特に限定されないが、付勢部材によるセパレータの後端側への付勢力を有効に得る観点から、上記支持部位が上記当接部位よりもガスセンサの軸線方向に沿ってみたときに後方側に位置することが好ましい。
On the other hand, in the gas sensor of the present invention, the contact portion between the electrode take-out terminal and the electrode terminal portion of the sensor element and the support portion of the separator by the biasing member are shifted when viewed along the axial direction of the gas sensor. It is set to be placed at the position. As a result, even if the separator swings with the support portion of the separator by the urging member as a fulcrum, the stress due to the swinging of the separator does not easily reach the contact portion, and problems such as breakage of the sensor element occur. Can be effectively suppressed.
If the contact portion between the electrode lead-out terminal and the electrode terminal portion of the sensor element and the support portion of the separator by the urging member are arranged at positions shifted when viewed along the axial direction of the gas sensor, Although the positional relationship is not particularly limited, from the viewpoint of effectively obtaining a biasing force toward the rear end side of the separator by the biasing member, the support portion is located on the rear side when viewed along the axial direction of the gas sensor rather than the contact portion. It is preferable to be located at.
また、請求項4に記載のガスセンサによれば、セパレータの外周面と前記外筒の内周面とが、径方向でみたときに0.5mm以上離れている。これにより、外筒に飛石等が衝突して外筒自身が変形した場合にも、外筒の内周面がセパレータの外周面に触れ難くなり、セパレータの破損が生じるのをより一層防ぐことができる。 According to the gas sensor of the fourth aspect, the outer peripheral surface of the separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder are separated by 0.5 mm or more when viewed in the radial direction. As a result, even when a stepping stone or the like collides with the outer cylinder and the outer cylinder itself is deformed, the inner peripheral surface of the outer cylinder becomes difficult to touch the outer peripheral surface of the separator, thereby further preventing the separator from being damaged. it can.
さらに、請求項5に記載のガスセンサによれば、セパレータの後端面は、周縁から径方向内側に向かって窪んだ形態に形成されている。なお、「周縁から径方向内側に向かって窪む形態」とは、球面状や円錐状、角錐状等のようにセパレータの後端面が周縁から中央部側に向かってへこみを生じている状態を指し、具体的には後端面が球面状や円錐状に窪む形態を挙げることができる。そして、本発明では、このようなセパレータを後端側に付勢し、セパレータの後端面の周縁側を弾性シール部材の先端面に接触させるようにしている。このような構成を図ることにより、ガスセンサの使用時に弾性シール部材が熱膨張を起こした場合にも、膨張した弾性シール部材の先端側をセパレータの後端面側に逃がすことができる。よって、本発明によれば、弾性シール部材が熱膨張を生じた際にもセパレータに拘束(圧迫)されて損傷が生じることを有効に抑制することができる。 Furthermore, according to the gas sensor of the fifth aspect, the rear end surface of the separator is formed in a shape that is recessed from the periphery toward the inside in the radial direction. In addition, “a form that is recessed radially inward from the periphery” refers to a state in which the rear end surface of the separator is dented from the periphery toward the center, such as a spherical shape, a cone shape, or a pyramid shape. Specifically, a form in which the rear end surface is recessed in a spherical shape or a conical shape can be exemplified. And in this invention, such a separator is urged | biased to the rear-end side, and the peripheral edge side of the rear-end surface of a separator is made to contact the front-end | tip surface of an elastic seal member. With such a configuration, even when the elastic seal member undergoes thermal expansion during use of the gas sensor, the front end side of the expanded elastic seal member can escape to the rear end face side of the separator. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively suppress the occurrence of damage due to restraint (compression) by the separator even when the elastic seal member undergoes thermal expansion.
以下に、本発明を適用した実施例を図面と共に説明する。
なお、本実施形態では、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガス(具体的には、酸素濃度)を検出するセンサ素子が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサ2(以下、空燃比センサ2ともいう)について説明する。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
In this embodiment, it is a kind of gas sensor, and detects a specific gas (specifically, oxygen concentration) in exhaust gas to be measured for use in air-fuel ratio feedback control in automobiles and various internal combustion engines. The full-range air-fuel ratio sensor 2 (hereinafter also referred to as the air-fuel ratio sensor 2) mounted on the exhaust pipe of the internal combustion engine will be described.
図1は、本発明を適用した実施形態の空燃比センサ2の全体構成を示す断面図である。空燃比センサ2は、排気管に固定するためのネジ部103が外表面に形成された筒状の主体金具102と、軸線方向(図中上下方向)に延びる板状をなすセンサ素子4と、センサ素子4の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ6と、センサ素子4の電極端子部30、31、32、34、36に電気的に接続されて電流経路を形成するリードフレーム10と、絶縁性材料で形成され、センサ素子4の電極端子部30、31、32、34、36に接続されるリードフレーム10をセンサ素子4との間で保持するセパレータ82と、リードフレーム10とセンサ外部との間の電流経路を形成するリード線46とを備えている。なお、リード線46は、導電性を有する芯線と、芯線を被覆する絶縁性の樹脂製被覆材とで構成されると共に、芯線の先端側および後端側が樹脂製被覆材から露出するように構成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an air-fuel ratio sensor 2 according to an embodiment to which the present invention is applied. The air-fuel ratio sensor 2 includes a cylindrical metal shell 102 having a screw portion 103 formed on the outer surface for fixing to an exhaust pipe, a sensor element 4 having a plate shape extending in the axial direction (vertical direction in the figure), A cylindrical ceramic sleeve 6 disposed so as to surround the periphery of the sensor element 4 in the radial direction and the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, 36 of the sensor element 4 are electrically connected to form a current path. A lead frame 10, a separator 82 that is formed of an insulating material and is connected to the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 of the sensor element 4; A lead wire 46 that forms a current path between the frame 10 and the outside of the sensor is provided. The lead wire 46 is composed of a conductive core wire and an insulating resin coating material that covers the core wire, and is configured such that the front end side and the rear end side of the core wire are exposed from the resin coating material. Has been.
センサ素子4は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側(図中下方)に電極保護層にて覆われた検出部8が形成され、後端側(図中上方)の外表面のうち表裏の位置関係となる第1板面21および第2板面23に電極端子部30、31、32、34、36が形成されている。リードフレーム10は、センサ素子4とセパレータ82との間に配置されることで、センサ素子4の電極端子部30、31、32、34、36にそれぞれ当接し、電気的に接続される。また、リードフレーム10は、外部からセンサの内部に配設されるリード線46にも電気的にかつ機械的に接続されており、リード線46が接続される外部機器(例えば、ECU)と電極端子部30、31、32、34、36との間に流れる電流の電流経路を形成する。 The sensor element 4 has a plate-like shape extending in the axial direction, and a detection portion 8 covered with an electrode protection layer is formed on the front end side (downward in the figure) directed to the gas to be measured, and the rear end side ( Electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 are formed on the first plate surface 21 and the second plate surface 23, which are front and back, of the outer surface (upper in the drawing). Since the lead frame 10 is disposed between the sensor element 4 and the separator 82, the lead frame 10 contacts and is electrically connected to the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 of the sensor element 4. The lead frame 10 is also electrically and mechanically connected to a lead wire 46 disposed inside the sensor from the outside, and an external device (for example, ECU) to which the lead wire 46 is connected and an electrode A current path for a current flowing between the terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 is formed.
主体金具102は、軸線方向に貫通する貫通孔109を有し、貫通孔109の内部に径方向内側に突出する棚部107を有する略筒状に構成されている。また、主体金具102は、検出部8を貫通孔109の先端側外部に配置し、電極端子部30、31、32、34、36を貫通孔109の後端側外部に配置する状態で貫通孔109に挿通されたセンサ素子4を保持するよう構成されている。さらに、棚部107は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。 The metal shell 102 has a through-hole 109 penetrating in the axial direction, and has a substantially cylindrical shape having a shelf 107 protruding radially inward inside the through-hole 109. Further, the metal shell 102 has the detection portion 8 disposed outside the front end side of the through hole 109 and the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, 36 disposed outside the rear end side of the through hole 109. The sensor element 4 inserted through 109 is held. Further, the shelf 107 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination with respect to a plane perpendicular to the axial direction.
なお、主体金具102の貫通孔109の内部には、センサ素子4の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ106、粉末充填層108(以下、滑石リング108ともいう)、補助スリーブ110、第2粉末充填層111および上述のセラミックスリーブ6が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ6と主体金具102の後端部104との間には、加締リング112が配置されており、主体金具102の後端部104は、加締リング112を介してセラミックスリーブ6を先端側に押し付けるように加締められている。 In addition, inside the through hole 109 of the metal shell 102, an annular ceramic holder 106, a powder filling layer 108 (hereinafter also referred to as a talc ring 108), and an auxiliary sleeve 110, surrounding the sensor element 4 in the radial direction. The second powder filling layer 111 and the ceramic sleeve 6 described above are laminated in this order from the front end side to the rear end side. Further, a caulking ring 112 is disposed between the ceramic sleeve 6 and the rear end portion 104 of the metal shell 102, and the rear end portion 104 of the metal shell 102 is interposed via the caulking ring 112. It is crimped so as to press against the tip side.
さらに、セラミックホルダ106と主体金具102の棚部107との間には、気密性を維持するためのパッキンとして機能する保護カバー129が配置されている。なお、保護カバー129は、金属材料(例えば、ステンレス鋼等)からなり、セラミックホルダ106、滑石リング108および補助スリーブ110の側面を覆うと共に、セラミックホルダ106の先端側周縁部を覆う底面部を有する筒状に形成されている。保護カバー129の底面部は、中央部分にセンサ素子4を挿通可能な大きさの中央開口部を有している。 Further, a protective cover 129 that functions as a packing for maintaining airtightness is disposed between the ceramic holder 106 and the shelf 107 of the metal shell 102. The protective cover 129 is made of a metal material (for example, stainless steel) and has a bottom surface portion that covers the side surfaces of the ceramic holder 106, the talc ring 108, and the auxiliary sleeve 110 and covers the peripheral edge portion of the ceramic holder 106. It is formed in a cylindrical shape. The bottom surface of the protective cover 129 has a central opening having a size that allows the sensor element 4 to be inserted through the central portion.
ここで、センサ素子4の概略構造を表す斜視図を、図2に示す。なお、図2では、軸線方向における中間部分を省略してセンサ素子4を表している。センサ素子4は、軸線方向(図2における左右方向)に延びる板状に形成された素子部20と、同じく軸線方向に延びる板状に形成されたヒータ22とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状に形成されている。なお、空燃比センサ2として用いられるセンサ素子4は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。 Here, a perspective view showing a schematic structure of the sensor element 4 is shown in FIG. In FIG. 2, the sensor element 4 is shown by omitting an intermediate portion in the axial direction. The sensor element 4 is formed by laminating an element portion 20 formed in a plate shape extending in the axial direction (left and right direction in FIG. 2) and a heater 22 formed in a plate shape extending in the axial direction. It is formed in a plate shape having a cross section. Since the sensor element 4 used as the air-fuel ratio sensor 2 is a conventionally known sensor element, a detailed description of its internal structure and the like is omitted, but the schematic configuration is as follows.
まず、素子部20は、固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、同じく固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と、これらの両素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスペーサとから構成される。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ptを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定ガス室の内側には、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と、酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極が露出するように配置されている。なお、測定ガス室は、素子部20の先端側に位置するように形成されると共に、スペーサの先端側には測定ガス室と外部とを連通するための多孔質のセラミックからなる拡散律速部が形成されており、この測定ガス室が形成される部分が検出部8に相当する。一方、ヒータ22は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ptを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。そして、素子部20とヒータ22とは、セラミック層(例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック)を介して互いに接合される。また、センサ素子4は、先端側のうち少なくとも測定対象物(本実施形態では排ガス)に晒される電極の表面上には、被毒防止用の多孔質のセラミックからなる電極保護層(図示省略)が形成される。なお、本実施形態では、センサ素子4のうち排ガスに晒される電極の表面を含む先端側全面を電極保護層にて覆っている。 First, the element unit 20 includes an oxygen concentration cell element in which a porous electrode is formed on both sides of a solid electrolyte substrate, an oxygen pump element in which a porous electrode is formed on both sides of the solid electrolyte substrate, and a gap between these elements. The spacers are stacked to form a hollow measurement gas chamber. This solid electrolyte substrate is made of zirconia in which yttria is dissolved as a stabilizer, and the porous electrode is mainly made of Pt. The spacer forming the measurement gas chamber is mainly composed of alumina, and inside the hollow measurement gas chamber is one porous electrode of the oxygen concentration cell element and one porous electrode of the oxygen pump element. It arrange | positions so that an electrode may be exposed. The measurement gas chamber is formed so as to be positioned on the distal end side of the element portion 20, and a diffusion rate controlling portion made of porous ceramic for communicating the measurement gas chamber and the outside is provided on the distal end side of the spacer. The portion where the measurement gas chamber is formed corresponds to the detection unit 8. On the other hand, the heater 22 is formed by sandwiching a heating resistor pattern mainly composed of Pt between insulating substrates mainly composed of alumina. The element unit 20 and the heater 22 are joined to each other via a ceramic layer (for example, zirconia ceramic or alumina ceramic). The sensor element 4 has an electrode protective layer (not shown) made of porous ceramic for preventing poisoning on at least the surface of the electrode exposed to the measurement object (exhaust gas in the present embodiment) on the tip side. Is formed. In the present embodiment, the entire front end side including the surface of the electrode exposed to the exhaust gas in the sensor element 4 is covered with the electrode protective layer.
このようなセンサ素子4では、図2に示すように、第1板面21の後端側(図2における右側)に3個の電極端子部30、31、32が形成され、第2板面23の後端側に2個の電極端子部34、36が形成されている。電極端子部30、31、32は、素子部20に形成されるものであり、1つの電極端子部は、測定ガス室の内側に露出する酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極と共用する形で電気的に接続される。また、電極端子部30、31、32のうち残り2つの電極端子部は、酸素濃淡電池素子の他方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の他方の多孔質電極と各々電気的に接続されている。また、電極端子部34、36は、ヒータ22に形成されるものであり、ヒータの厚さ方向に横切るビア(図示せず)を介して発熱抵抗体パターンの両端に各々接続されている。 In such a sensor element 4, as shown in FIG. 2, three electrode terminal portions 30, 31, 32 are formed on the rear end side (right side in FIG. 2) of the first plate surface 21, and the second plate surface Two electrode terminal portions 34 and 36 are formed on the rear end side of 23. The electrode terminal portions 30, 31, and 32 are formed in the element portion 20, and one electrode terminal portion is one porous electrode of the oxygen concentration cell element exposed to the inside of the measurement gas chamber and the oxygen pump element. Are electrically connected in common with one of the porous electrodes. The remaining two electrode terminal portions of the electrode terminal portions 30, 31, and 32 are electrically connected to the other porous electrode of the oxygen concentration cell element and the other porous electrode of the oxygen pump element, respectively. The electrode terminal portions 34 and 36 are formed in the heater 22 and are respectively connected to both ends of the heating resistor pattern through vias (not shown) that cross in the thickness direction of the heater.
このように構成されたセンサ素子4は、図1に示すように、先端側(図1における下方)の検出部8が排気管に固定される主体金具102の先端より突出すると共に、後端側の電極端子部30、31、32、34、36が主体金具102の後端より突出した状態で、主体金具102の内部に固定される。一方、図1に示すように、主体金具102の先端側(図1における下方)外周には、センサ素子4の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する有底筒状の外部プロテクタ42および内部プロテクタ43が、レーザー溶接等によって取り付けられている。 As shown in FIG. 1, the sensor element 4 configured in this way protrudes from the front end of the metal shell 102 fixed to the exhaust pipe with the detection unit 8 on the front end side (lower side in FIG. 1), and on the rear end side. The electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 are fixed to the inside of the metal shell 102 in a state of protruding from the rear end of the metal shell 102. On the other hand, as shown in FIG. 1, a bottomed cylindrical external protector 42 having a plurality of holes and covering the protruding portion of the sensor element 4 on the outer periphery of the front end side (downward in FIG. 1) of the metallic shell 102 An internal protector 43 is attached by laser welding or the like.
そして、主体金具102の後端側外周には、肉厚0.5mmのステンレス合金からなる外筒44が固定されている。外筒44は、図1に示すように、主体金具102と接合される第1外筒部54と、これよりも後端側に位置し第1外筒部54よりも小径の第2外筒部56と、これらの間に位置する第1段部49と、第2外筒部56よりも後端側に位置し、第2外筒部56よりも小径の第3外筒部58と、これらの間に位置する第2段部48とを有している。なお、本実施形態では、外筒44は、主体金具102の後端側外周に配置した状態で、外筒44と主体金具102との重なり部位を外筒44の外側から径方向内側に向かって加締した後、この重なり部に全周レーザー溶接を行うことにより、主体金具102に固定される。 An outer cylinder 44 made of a stainless steel alloy having a thickness of 0.5 mm is fixed to the outer periphery on the rear end side of the metal shell 102. As shown in FIG. 1, the outer cylinder 44 includes a first outer cylinder portion 54 joined to the metal shell 102, and a second outer cylinder located on the rear end side and having a smaller diameter than the first outer cylinder portion 54. A portion 56, a first step portion 49 positioned therebetween, a third outer cylinder portion 58 that is located on the rear end side of the second outer cylinder portion 56 and has a smaller diameter than the second outer cylinder portion 56 ; It has the 2nd step part 48 located between these. In the present embodiment, the outer cylinder 44 is disposed on the outer periphery of the rear end side of the metallic shell 102, and the overlapping portion of the outer cylinder 44 and the metallic shell 102 is directed from the outside of the outer cylinder 44 to the radially inner side. After the crimping, the entire portion is fixed to the metal shell 102 by performing laser welding on the entire circumference.
また、外筒44の後端側の開口部(換言すれば、第3外筒部58の内側)には、センサ素子4の各電極端子部30、31、32、34、36とそれぞれ接続される5本のリード線46が挿通するためのリード線挿通孔61と、径方向外側に向かって突出する突出部53とが形成されたフッ素ゴム製の弾性シール部材50が配置されている。 Further, the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 of the sensor element 4 are respectively connected to the opening portion on the rear end side of the outer tube 44 (in other words, inside the third outer tube portion 58 ). An elastic seal member 50 made of fluororubber is formed, in which a lead wire insertion hole 61 through which the five lead wires 46 are inserted and a protruding portion 53 that protrudes radially outward is formed.
また、主体金具102の後端部104より突出するセンサ素子4の後端側(図1における上方)には、セパレータ82が配置される。なお、本実施形態では、このセパレータ82は、電極端子部30、31、32、34、36が形成されるセンサ素子4の径方向周囲を取り囲むように配置されている。 A separator 82 is disposed on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the sensor element 4 protruding from the rear end portion 104 of the metal shell 102. In the present embodiment, the separator 82 is disposed so as to surround the periphery of the sensor element 4 in which the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 are formed.
ここで、このセパレータ82は、図1に示すように、自身の外周面が外筒44の内周面に対して非接触の状態で、外筒44内に保持されている。より具体的には、セパレータ82は、後述する付勢金具200によって弾性シール部材50の先端面52に接触するように後端側に付勢され、弾性シール部材50の先端面52と付勢金具200との間で挟持される状態で、且つ外筒44の内周面に接触せずに外筒44内に保持される。なお、本実施形態では、セパレータ82の外周面と外筒44の内周面とは、空燃比センサ2の径方向でみたときに、0.5mm以上離れており、両者の最短距離Sは1.5mmとなっている。 Here, as shown in FIG. 1, the separator 82 is held in the outer cylinder 44 with its outer peripheral surface being in non-contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 44. More specifically, the separator 82 is urged toward the rear end side so as to contact the front end surface 52 of the elastic seal member 50 by an urging metal fitting 200 described later, and the front end surface 52 of the elastic seal member 50 and the urging metal fitting 200 and is held in the outer cylinder 44 without contacting the inner peripheral surface of the outer cylinder 44. In the present embodiment, the outer peripheral surface of the separator 82 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 44 are separated by 0.5 mm or more when viewed in the radial direction of the air-fuel ratio sensor 2, and the shortest distance S between them is 1 .5mm.
以下に、セパレータ82について説明する。図4に、先端側から見たときのセパレータ82の外観を表す斜視図を示す。図1及び図4に示すように、セパレータ82は、軸線方向に貫通する挿通孔84を有する筒状に形成されると共に、後端側部303、先端側部301、及びこれらの間に位置し、これらよりも大径の鍔部83とを有する。なお、図1に示すように、セパレータ82(詳細には後端側部30)の後端面305は、周縁から径方向内側に向かって窪んだ形態に形成されている。より具体的には、この後端面305は、周縁から中央部に位置する挿通孔84に向かって球面状に窪む形態に形成されている。 Below, the separator 82 is demonstrated. FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the separator 82 when viewed from the front end side. As shown in FIGS. 1 and 4, the separator 82 is formed in a cylindrical shape having an insertion hole 84 that penetrates in the axial direction, and is located between the rear end side portion 303, the front end side portion 301, and between them. And a flange 83 having a diameter larger than these. As shown in FIG. 1, the rear end surface 305 of the separator 82 (specifically, the rear end side portion 30) is formed in a form that is recessed radially inward from the peripheral edge. More specifically, the rear end surface 305 is formed in a shape that is recessed in a spherical shape from the peripheral edge toward the insertion hole 84 located in the center.
そして、挿通孔84のうちセンサ素子4の第1板面21(図示省略)に対向する内壁面には、図4に示すように、内向きに突出する第1リブ部87が2カ所に形成されている。第1リブ部87は、3個のリードフレーム10をそれぞれ電気的に絶縁した状態で個別に配置するための3つの第1フレーム配置溝86の境界を形成する挿通孔内リードフレーム境界部として備えられている。そして、3つの第1フレーム配置溝86は、センサ素子4の第1板面21における電極端子部30、31、32に対応する位置に形成されている。 Then, on the inner wall surface of the insertion hole 84 facing the first plate surface 21 (not shown) of the sensor element 4, as shown in FIG. 4, first rib portions 87 projecting inward are formed at two locations. Has been. The first rib portion 87 is provided as a lead frame boundary portion in the insertion hole that forms the boundary of the three first frame arrangement grooves 86 for individually arranging the three lead frames 10 in an electrically insulated state. It has been. The three first frame arrangement grooves 86 are formed at positions corresponding to the electrode terminal portions 30, 31, and 32 on the first plate surface 21 of the sensor element 4.
また、挿通孔84のうちセンサ素子4の第2板面23(図示省略)に対向する内壁面には、内向きに突出する第2リブ部89が1カ所に形成されている。第2リブ部89は、2個のリードフレーム10をそれぞれ電気的に絶縁した状態で個別に配置するための2つの第2フレーム配置溝88の境界を形成する挿通孔内リードフレーム境界部として備えられている。そして、2つの第2フレーム配置溝88は、センサ素子4の第2板面23における電極端子部34、36に対応する位置に形成されている。 In addition, a second rib portion 89 projecting inward is formed at one location on the inner wall surface of the insertion hole 84 that faces the second plate surface 23 (not shown) of the sensor element 4. The second rib portion 89 is provided as a lead frame boundary portion in the insertion hole that forms a boundary between the two second frame arrangement grooves 88 for individually arranging the two lead frames 10 in an electrically insulated state. It has been. The two second frame arrangement grooves 88 are formed at positions corresponding to the electrode terminal portions 34 and 36 on the second plate surface 23 of the sensor element 4.
第1リブ部87および第2リブ部89は、隣接するフレーム配置溝に配置されるリードフレーム10同士が接触するのを阻止する機能を有しており、隣接して配置されるリードフレーム10同士が電気的に導通するのを阻止することにより、電流経路が不良となるのを防止できる。 The first rib portion 87 and the second rib portion 89 have a function of preventing the lead frames 10 arranged in the adjacent frame arrangement grooves from contacting each other, and the adjacent lead frames 10 are arranged. By preventing the current from conducting electrically, the current path can be prevented from becoming defective.
また、セパレータ82は、先端面(図における手前側の面)に、挿通孔84の先端側開口部に繋がる形態で形成される第1係止用溝部90および第2係止用溝部91を備えている。 Further, the separator 82 includes a first locking groove portion 90 and a second locking groove portion 91 formed on the distal end surface (the front side surface in the drawing) so as to be connected to the distal end side opening of the insertion hole 84. ing.
第1係止用溝部90は、セパレータ82の先端側から見たときに略L字形に形成されており、リードフレーム10の後述する第1フレーム係止部19を配置可能に形成されている。なお、第1係止用溝部90は、3個の第1フレーム配置溝86のうち両端に形成される2個の第1フレーム配置溝86に繋がる2カ所と、2個の第2フレーム配置溝88に繋がる2カ所に形成されている。第2係止用溝部91は、2個の凸条部92の間に形成される狭小幅溝部93と、セパレータ82の先端面のうち狭小幅溝部93よりも径方向外側に形成される拡大幅溝部94とからなり、リードフレーム10の後述する第2フレーム係止部219を配置可能に形成されている。なお、凸条部92は、第1リブ部87の先端部分から連続する形状に形成されている。また、第2係止用溝部91は、3個の第1フレーム配置溝86のうち中央に形成される1個の第1フレーム配置溝86に繋がる1カ所に形成されている。 The first locking groove portion 90 is formed in a substantially L shape when viewed from the front end side of the separator 82, and is formed so that a first frame locking portion 19 to be described later of the lead frame 10 can be disposed. The first locking groove 90 includes two locations connected to the two first frame arrangement grooves 86 formed at both ends of the three first frame arrangement grooves 86 and two second frame arrangement grooves 86. It is formed in two places connected to 88. The second locking groove 91 is a narrow groove 93 formed between the two ridges 92 and an enlarged width formed on the outer side in the radial direction from the narrow groove 93 of the front end surface of the separator 82. The groove portion 94 is formed so that a second frame locking portion 219 (to be described later) of the lead frame 10 can be disposed. In addition, the protruding item | line part 92 is formed in the shape which continues from the front-end | tip part of the 1st rib part 87. As shown in FIG. Further, the second locking groove portion 91 is formed at one place connected to one first frame arrangement groove 86 formed at the center among the three first frame arrangement grooves 86.
次に、付勢金具200について説明する。付勢金具200は、図1に示すように、セパレータ82の先端側部301の周囲に配置されている。この付勢金具200は、図6に示すように、円筒状の筒部201のほか、この筒部201の後端部202に、筒部201と一体に形成されたJ型保持部203及び筒部延在部204を有する。なお、図6に示す付勢金具200は、外筒44の内部に配置させて後述する変形部65を形成する前の状態を示したものである。J型保持部203は、周方向に等間隔に4箇所点在しており、径方向内側に延びると共に徐々に方向転換して先端側に延びて略J字状に湾曲してなる。このJ型保持部203は、付勢金具200をセパレータ82の先端側部301に装着すると、弾性変形して付勢金具200自身を先端側部301に保持するように構成されている。保持の強さは、J型保持部203の幅や形状等によって調整することができる。 Next, the urging metal fitting 200 will be described. As shown in FIG. 1, the urging metal fitting 200 is disposed around the front end side portion 301 of the separator 82. As shown in FIG. 6, the urging metal fitting 200 includes a cylindrical tube portion 201, a J-type holding portion 203 and a tube formed integrally with the tube portion 201 at the rear end portion 202 of the tube portion 201. A part extending portion 204 is provided. The urging metal fitting 200 shown in FIG. 6 shows a state before being arranged inside the outer cylinder 44 and forming a deformed portion 65 described later. The J-shaped holding portions 203 are scattered at four locations at equal intervals in the circumferential direction, and extend inward in the radial direction, gradually change direction, extend toward the tip side, and bend in a substantially J shape. The J-shaped holding portion 203 is configured to elastically deform and hold the urging metal 200 itself on the front end side 301 when the urging metal fitting 200 is attached to the front end side 301 of the separator 82. The holding strength can be adjusted by the width, shape, etc. of the J-type holding portion 203.
また、筒部延在部204は、J型保持部203同士の間に形成され、J型保持部203と同様に内側にJ字状に湾曲している。但し、J型保持部203の方が、筒部延在部204より径方向内側に突出するように、曲率が調整されている。そして、図1に示すように、外筒の第2外筒部56に内側に凸となる変形部65を形成するのに伴って、筒部201にも変形部205を形成することにより、筒部201でセパレータ82の鍔部83の先端側面を、従ってセパレータ82を後端側に付勢する。 Further, the cylindrical portion extending portion 204 is formed between the J-shaped holding portion 203 is curved in a J-shape in the same manner as J-shaped holding portion 203 on the inside. However, the curvature is adjusted so that the J-shaped holding portion 203 protrudes radially inward from the cylindrical portion extending portion 204. As shown in FIG. 1, the deformed portion 205 is also formed in the tubular portion 201 as the deformed portion 65 that protrudes inward is formed in the second outer tubular portion 56 of the outer tube. The portion 201 urges the front end side surface of the flange portion 83 of the separator 82, and thus the separator 82 toward the rear end side.
次に、リードフレーム10について説明する。リードフレーム10の外観を表す斜視図を図3に示す。なお、本実施例の空燃比センサ2は、フレーム係止部の形状が異なる2種類のリードフレーム10(図3にて左側に示す第1リードフレーム11と、右側に示す第2リードフレーム211)を備えて構成されている。また、リードフレーム10は、高温に繰り返し晒されても、弾性(バネ弾性)を維持可能な周知の材料(例えば、インコネルやステンレス鋼等)にて形成されている。 Next, the lead frame 10 will be described. A perspective view showing the appearance of the lead frame 10 is shown in FIG. Note that the air-fuel ratio sensor 2 of this embodiment has two types of lead frames 10 (the first lead frame 11 shown on the left side in FIG. 3 and the second lead frame 211 shown on the right side) having different frame locking portions. It is configured with. The lead frame 10 is formed of a well-known material (for example, Inconel, stainless steel, etc.) that can maintain elasticity (spring elasticity) even when repeatedly exposed to high temperatures.
まず、第1リードフレーム11は、軸線方向に延びる長尺状の板状部材からなるフレーム本体部12と、フレーム本体部12の先端から延びると共に、自身の一部がフレーム本体部12とセンサ素子4との間に配置されるように屈曲して延びる素子当接部16とを備えており、素子当接部16の一部がセンサ素子4の電極端子部の1つに当接するように構成されている。 First, the first lead frame 11 includes a frame main body portion 12 made of a long plate-like member extending in the axial direction, and extends from the front end of the frame main body portion 12, and a part of the first lead frame 11 is part of the frame main body portion 12 and the sensor element. And an element abutting portion 16 that bends and extends so as to be arranged between the sensor element 4 and a part of the element abutting portion 16 abuts one of the electrode terminal portions of the sensor element 4. Has been.
フレーム本体部12は、軸線方向における略中間位置に湾曲部13を有しており、湾曲部13よりも先端に位置する先端側部分と、湾曲部13よりも後端に位置する後端側部分とが、板面の厚さ方向における位置が異なる位置となるように構成されている。 The frame main body portion 12 has a bending portion 13 at a substantially intermediate position in the axial direction, a front end side portion positioned at the front end of the bending portion 13 and a rear end side portion positioned at the rear end of the bending portion 13. Are configured so that the positions in the thickness direction of the plate surfaces are different.
なお、第1リードフレーム11は、フレーム本体部12の先端側に、セパレータ82の第1係止用溝部90に配置可能に形成された第1フレーム係止部19を備えている。第1フレーム係止部19は、フレーム本体部12の先端側面から板面に対する垂直方向に向けて延設されると共に、フレーム本体部12の板面に平行となる部分を有するよう折り曲げられて構成されている。 The first lead frame 11 includes a first frame locking portion 19 formed on the distal end side of the frame main body portion 12 so as to be disposed in the first locking groove 90 of the separator 82. The first frame locking portion 19 extends from the front end side surface of the frame main body portion 12 in a direction perpendicular to the plate surface, and is bent to have a portion parallel to the plate surface of the frame main body portion 12. Has been.
素子当接部16は、フレーム本体部12の先端に連結されると共に径方向内側に屈曲して方向転換する連結側端部14を有する一方、第1リードフレーム11自身の自由状態において、軸線方向後端部となる開放側端部15がフレーム本体部12から離れた状態となるように形成されている。また、素子当接部16は、軸線方向中間部からフレーム本体部12までの間隙寸法が、開放側端部15からフレーム本体部12までの間隙寸法に比べて長くなるように湾曲した円弧状形状に形成されており、円弧状形状のうち凸側表面がセンサ素子4に当接するように形成されている。 The element contact portion 16 is connected to the distal end of the frame main body portion 12 and has a connecting side end portion 14 that is bent inward in the radial direction and changes its direction, while in the free state of the first lead frame 11 itself, The open side end 15 that is the rear end is formed so as to be separated from the frame main body 12. The element abutting portion 16 is curved in an arc shape so that the gap dimension from the axial intermediate portion to the frame main body portion 12 is longer than the gap dimension from the open side end portion 15 to the frame main body portion 12. The convex surface of the arcuate shape is in contact with the sensor element 4.
なお、素子当接部16の連結側端部14は、外力が印加されることで弾性変形するよう構成されており、連結側端部14が弾性変形して開放側端部15がフレーム本体部12に近接することにより、開放側端部15がフレーム本体部12の湾曲部13に当接するよう構成されている。そして、この第1リードフレームは、開放側端部15がフレーム本体部12の湾曲部13に当接すると、素子当接部16のうちで円弧状形状の部位が弾性変形するように構成されている。 The connection side end 14 of the element abutting portion 16 is configured to be elastically deformed when an external force is applied, and the connection side end 14 is elastically deformed so that the open side end 15 is the frame main body. 12, the open side end portion 15 is configured to come into contact with the curved portion 13 of the frame main body portion 12. The first lead frame is configured such that an arc-shaped portion of the element abutting portion 16 is elastically deformed when the open-side end portion 15 abuts on the curved portion 13 of the frame main body portion 12. Yes.
さらに、第1リードフレーム11は、フレーム本体部12の後端部(図における上端部)に、フレーム本体部12よりも幅広に形成されたリード線接続部17を一体に備えている。このリード線接続部17は、曲げ加工により略筒状形状に形成された後、リード線46(図示省略)の芯線が内部に挿通された状態で径方向内向きに加締められることで、リード線46と接続される。 Further, the first lead frame 11 is integrally provided with a lead wire connecting portion 17 formed wider than the frame main body portion 12 at the rear end portion (upper end portion in the drawing) of the frame main body portion 12. The lead wire connecting portion 17 is formed into a substantially cylindrical shape by bending, and then crimped radially inward with the core wire of the lead wire 46 (not shown) inserted thereinto. Connected to line 46.
次に、第2リードフレーム211は、第1リードフレーム11のフレーム本体部12に比べて、軸線方向中間位置よりも先端側部分の幅寸法が狭く形成された第2フレーム本体部212と、第1リードフレーム11の素子当接部16よりも幅寸法が狭く形成された第2素子当接部216とを備えて構成されている。 Next, the second lead frame 211 includes a second frame main body 212 having a width dimension at a tip side portion narrower than an intermediate position in the axial direction as compared with the frame main body 12 of the first lead frame 11, The second element abutting portion 216 is formed to be narrower than the element abutting portion 16 of one lead frame 11.
第2フレーム本体部212は、第1リードフレーム11のフレーム本体部12と比べて板面の幅寸法は異なるが、軸線方向に平行かつ板面に垂直な平面における断面形状は、フレーム本体部12と略同様の形状に形成されており、湾曲部13に対応する第2湾曲部213を備えている。 The second frame body 212 has a plate surface width dimension different from that of the frame body 12 of the first lead frame 11, but the cross-sectional shape in a plane parallel to the axial direction and perpendicular to the plate surface is the frame body 12. The second curved portion 213 corresponding to the curved portion 13 is provided.
第2素子当接部216は、第1リードフレーム11の素子当接部16と比べて板面の幅寸法および板厚は異なるが、軸線方向に平行かつ板面に垂直な平面における断面形状は、素子当接部16と略同様の円弧状形状に形成されており、連結側端部14に対応する第2連結側端部214と、開放側端部15に対応する第2開放側端部215とを備えている。 The second element contact portion 216 is different in the width and thickness of the plate surface from the element contact portion 16 of the first lead frame 11, but the cross-sectional shape in a plane parallel to the axial direction and perpendicular to the plate surface is The second contact-side end 214 corresponding to the connection-side end 14 and the second open-side end 15 corresponding to the open-side end 15. 215.
また、第2リードフレーム211は、第2フレーム本体部212の先端側に、セパレータ82の第2係止用溝部91に配置可能に形成された2個の第2フレーム係止部219を備えている。第2フレーム係止部219は、第2フレーム本体部212から板面に対する垂直方向に向けて延設されると共に、第2フレーム本体部212の板面に平行となる部分を有するよう外向きに折り曲げられて構成されている。さらに、第2リードフレーム211は、第2フレーム本体部212の後端部に、第1リードフレーム11のリード線接続部17と略同様の形状に形成された第2リード線接続部217を備えている。 Further, the second lead frame 211 includes two second frame locking portions 219 formed on the distal end side of the second frame main body 212 so as to be disposed in the second locking groove 91 of the separator 82. Yes. The second frame locking portion 219 extends outward from the second frame main body portion 212 in a direction perpendicular to the plate surface and has a portion parallel to the plate surface of the second frame main body portion 212. It is configured to be bent. Further, the second lead frame 211 includes a second lead wire connecting portion 217 formed in a shape substantially the same as the lead wire connecting portion 17 of the first lead frame 11 at the rear end portion of the second frame main body portion 212. ing.
このように構成されたリードフレーム10のうち、4本の第1リードフレーム11および1本の第2リードフレーム211が、第1リブ部87および第2リブ部89により互いに絶縁された状態で、セパレータ82の挿通孔84に配置される。このとき、4本の第1リードフレーム11は、センサ素子4の電極端子部30、32に対応する2つの第1フレーム配置溝86、および電極端子部34、36に対応する2つの第2フレーム配置溝88に配置され、第2リードフレーム211は、センサ素子4の電極端子部31に対応する第1フレーム配置溝86に配置される。 In the lead frame 10 configured as described above, the four first lead frames 11 and the one second lead frame 211 are insulated from each other by the first rib portion 87 and the second rib portion 89. It is disposed in the insertion hole 84 of the separator 82. At this time, the four first lead frames 11 include two first frame arrangement grooves 86 corresponding to the electrode terminal portions 30 and 32 of the sensor element 4 and two second frames corresponding to the electrode terminal portions 34 and 36. Arranged in the arrangement groove 88, the second lead frame 211 is arranged in the first frame arrangement groove 86 corresponding to the electrode terminal portion 31 of the sensor element 4.
挿通孔84にリードフレーム10が配置された状態のセパレータ82の斜視図を図5に示す。図5に示すように、第1リードフレーム11が挿通孔84に配置される場合には、第1リードフレーム11の第1フレーム係止部19は、セパレータ82の第1係止用溝部90に配置される。また、第2リードフレーム211が挿通孔84に配置される場合には、第2リードフレーム211の第2フレーム係止部219は、セパレータ82の第2係止用溝部91に配置される。 A perspective view of the separator 82 in a state where the lead frame 10 is disposed in the insertion hole 84 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the first lead frame 11 is disposed in the insertion hole 84, the first frame locking portion 19 of the first lead frame 11 is formed in the first locking groove 90 of the separator 82. Be placed. Further, when the second lead frame 211 is disposed in the insertion hole 84, the second frame locking portion 219 of the second lead frame 211 is disposed in the second locking groove portion 91 of the separator 82.
なお、リードフレーム10は、リード線接続部17(第2リード線接続部217)にリード線46が接続された後に、リード線46と共にセパレータ82の挿通孔84に挿通される状態で、挿通孔84内に配置される。 The lead frame 10 is inserted into the insertion hole 84 of the separator 82 together with the lead wire 46 after the lead wire 46 is connected to the lead wire connection part 17 (second lead wire connection part 217). 84.
ここで、各リードフレーム10は、素子当接部16がセンサ素子4の電極端子部30、31、32、24、36のいずれかに当接しつつ弾性変形した状態で、セパレータ82の挿通孔84内壁とセンサ素子4との間で挟持固定されている。そして、本実施形態の空燃比センサ2では、図1に示すように、空燃比センサ2の軸線方向(図1における上下方向)に沿ってみたとき、リードフレーム10の素子当接部16とセンサ素子4の電極端子部との当接部位301を、付勢金具200によるセパレータ82の支持部位303よりも後方側に位置させている。なお、本実施形態では、付勢金具200によるセパレータ82の支持部位303が、リードフレーム10とセンサ素子4の電極端子部との当接部位301の後方側に位置するように、セパレータ82の鍔部83の形成位置を予め調整している。 Here, each lead frame 10 has the insertion hole 84 of the separator 82 in a state where the element contact portion 16 is elastically deformed while being in contact with any one of the electrode terminal portions 30, 31, 32, 24, 36 of the sensor element 4. It is clamped and fixed between the inner wall and the sensor element 4. In the air-fuel ratio sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, when viewed along the axial direction of the air-fuel ratio sensor 2 (vertical direction in FIG. 1), the element contact portion 16 of the lead frame 10 and the sensor The contact portion 301 with the electrode terminal portion of the element 4 is positioned behind the support portion 303 of the separator 82 by the urging metal fitting 200. In the present embodiment, the separator 82 is supported so that the support portion 303 of the separator 82 by the urging metal fitting 200 is located behind the contact portion 301 between the lead frame 10 and the electrode terminal portion of the sensor element 4. The formation position of the portion 83 is adjusted in advance.
次に、リードフレーム10を組み付けた状態のセパレータ82を外筒44内に保持しつつ空燃比センサ2を組み立てる作業について、説明する。なお、空燃比センサ2の組み立て方法(製造方法)としては幾つかの手法が挙げられるが、ここでは2つの手法について例示する。 Next, an operation of assembling the air-fuel ratio sensor 2 while holding the separator 82 with the lead frame 10 assembled in the outer cylinder 44 will be described. In addition, although several methods are mentioned as an assembly method (manufacturing method) of the air-fuel ratio sensor 2, here, two methods are illustrated.
まず、1つ目の空燃比センサ2の組み立て方法は、以下の通りである。
リード線46が各々接続された5本のリードフレーム10を、上述したようにセパレータ82の内側に配置する。また、このとき、セパレータ82の先端側部301の外周に対して、J型保持部203が鍔部83の先端側面に当接するようにして付勢金具200を装着しておく。ついで、セパレータ82の後端面305上に弾性シール部材50を載置して、その状態で弾性シール部材50側から外筒44を移動させる。そして、外筒44の第2段部48が弾性シール部材50の突出部305に当接するまで、外筒44を移動させ、外筒44内にセパレータ82及び弾性シール部材50を収容する。なお、このときセパレータ82は、外筒44の内周面に非接触の状態に収容される。
First, a method for assembling the first air-fuel ratio sensor 2 is as follows.
The five lead frames 10 to which the lead wires 46 are respectively connected are arranged inside the separator 82 as described above. At this time, the urging metal fitting 200 is attached so that the J-shaped holding portion 203 is in contact with the distal end side surface of the flange 83 against the outer periphery of the distal end side portion 301 of the separator 82. Next, the elastic seal member 50 is placed on the rear end surface 305 of the separator 82, and the outer cylinder 44 is moved from the elastic seal member 50 side in that state. The outer cylinder 44 is moved until the second step portion 48 of the outer cylinder 44 comes into contact with the protruding portion 305 of the elastic seal member 50, and the separator 82 and the elastic seal member 50 are accommodated in the outer cylinder 44. At this time, the separator 82 is accommodated in a non-contact state on the inner peripheral surface of the outer cylinder 44.
ついで、外筒44の第2外筒部56のうちで付勢金具200の筒部201の径方向外側に位置する部位を、押圧治具を用いて径方向内側に加締めて変形部65を形成すると共に、その内部に位置する付勢金具200をも変形させることで、セパレータ82を付勢金具200によって後端側に付勢する。なお、変形部65は、八方丸加締めによって形成した。また、セパレータ82を弾性シール部材50の先端面に接触させた状態で付勢金具200を変形させるにあたり、弾性シール部材50の位置ズレが大きく生じないように、弾性シール部材55の後端側から先端側に向けて小さな負荷(約5N)を加えた状態で、付勢金具200を変形させるようにした。 Next, a portion of the second outer cylinder portion 56 of the outer cylinder 44 that is located on the radially outer side of the cylinder portion 201 of the urging metal fitting 200 is crimped radially inward using a pressing jig so that the deformable portion 65 is formed. The separator 82 is urged to the rear end side by the urging metal 200 by forming the urging metal 200 and also deforming it. In addition, the deformation | transformation part 65 was formed by Happo-maru caulking. Further, when the urging metal fitting 200 is deformed in a state where the separator 82 is in contact with the front end surface of the elastic seal member 50, the elastic seal member 55 is prevented from being displaced greatly from the rear end side. The urging metal fitting 200 was deformed in a state where a small load (about 5 N) was applied toward the distal end side.
その後、外筒44における第3外筒部58のうち弾性シール部材50の周囲に位置する部位を、加締め治具を用いて加締め、外筒44及び各リード線46に対して弾性シール部材50を気密に封止する。これによって、セパレータ82は、外筒44の内周面に接触することなく、後端面305の周縁側が弾性シール部材50の先端面52に当接した状態で、付勢金具200と弾性シール部材50との間で挟持されることになる。このようにして、まず上部アッセンブリを作製する。 Thereafter, a portion of the third outer cylinder portion 58 in the outer cylinder 44 that is positioned around the elastic seal member 50 is crimped using a crimping jig, and the elastic seal member is secured to the outer cylinder 44 and each lead wire 46 . 50 is hermetically sealed. As a result, the separator 82 is not in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 44, and the urging metal 200 and the elastic seal member are in contact with the peripheral side of the rear end surface 305 abutting against the front end surface 52 of the elastic seal member 50. 50. In this way, an upper assembly is first prepared.
ついで、センサ素子4、セラミックスリーブ6、滑石リング108、セラミックホルダ106、主体金具102及び外部プロテクタ42などからなる下部アッセンブリの組み立て作業を別途実行する。この下部アッセンブリでは、板状をなすセンサ素子4の後端部を主体金具102の後端より突出するようにして適宜作製した。 Next, the assembly work of the lower assembly composed of the sensor element 4, the ceramic sleeve 6, the talc ring 108, the ceramic holder 106, the metal shell 102, the external protector 42, and the like is separately performed. In this lower assembly, the rear end portion of the plate-shaped sensor element 4 was appropriately manufactured so as to protrude from the rear end of the metal shell 102.
そして、このようにして作製された上部アッセンブリと下部アッセンブリとを相対的に移動させることにより、リードフレーム10が内部に配置された状態のセパレータ82の挿通孔84に対して、センサ素子4の後端側を挿通する。これにより、リードフレーム10の素子当接部16(第2素子当接部216)とセンサ素子4の電極端子部30、31、32、34、36とが当接し、互いに電気的に接続されることになる。ついで、主体金具102の径方向外側に配置される外筒44(第1外筒部54)を径方向内側に加締めて全周レーザー溶接を行い、主体金具102と外筒44との接合を行う。このようにして空燃比センサ2が完成する。 Then, the upper assembly and the lower assembly thus manufactured are moved relative to each other, so that the sensor element 4 is inserted into the insertion hole 84 of the separator 82 in which the lead frame 10 is disposed inside. Insert the end side. Thereby, the element contact portion 16 (second element contact portion 216) of the lead frame 10 and the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 of the sensor element 4 come into contact with each other and are electrically connected to each other. It will be. Next, the outer cylinder 44 (first outer cylinder portion 54) disposed on the outer side in the radial direction of the metal shell 102 is caulked inward in the radial direction and laser welding is performed on the entire circumference, thereby joining the metal shell 102 and the outer cylinder 44 together. Do. In this way, the air-fuel ratio sensor 2 is completed.
次に、空燃比センサ2の組み立て手法として、2つ目の手法について説明する。
リード線46が各々接続された5本のリードフレーム10を、上述したようにセパレータ82の内側に配置する。また、このとき、セパレータ82の先端側部301の外周に対して、J型保持部203が鍔部83の先端側面に当接するようにして付勢金具200を装着しておく。ついで、セパレータ82の後端面305上に弾性シール部材50を載置して、その状態で弾性シール部材50側から外筒44を移動させる。そして、外筒44の第2段部48が弾性シール部材50の突出部53に当接するまで、外筒44を移動させ、外筒44内にセパレータ82及び弾性シール部材50を収容する。なお、このときセパレータ82は、外筒44の内周面に非接触の状態に収容される。
Next, as a method for assembling the air-fuel ratio sensor 2, a second method will be described.
The five lead frames 10 to which the lead wires 46 are respectively connected are arranged inside the separator 82 as described above. At this time, the urging metal fitting 200 is attached so that the J-shaped holding portion 203 is in contact with the distal end side surface of the flange 83 against the outer periphery of the distal end side portion 301 of the separator 82. Next, the elastic seal member 50 is placed on the rear end surface 305 of the separator 82, and the outer cylinder 44 is moved from the elastic seal member 50 side in that state. The outer cylinder 44 is moved until the second step portion 48 of the outer cylinder 44 abuts against the protruding portion 53 of the elastic seal member 50, and the separator 82 and the elastic seal member 50 are accommodated in the outer cylinder 44. At this time, the separator 82 is accommodated in a non-contact state on the inner peripheral surface of the outer cylinder 44.
ついで、外筒44の第2外筒部56のうちで付勢金具200の筒部201の径方向外側に位置する部位を、押圧治具を用いて径方向内側に加締めて変形部65を形成すると共に、その内部に位置する付勢金具200をも変形させることで、セパレータ82を付勢金具200によって後端側に付勢する。このようにして、まず上部アッセンブリを作製する。なお、変形部65は、八方丸加締めによって形成した。また、セパレータ82を弾性シール部材50の先端面に接触させた状態で付勢金具200を変形させるにあたり、弾性シール部材50の位置ズレが大きく生じないように、弾性シール部材50の後端側から先端側に向けて小さな負荷(約5N)を加えた状態で、付勢金具200を変形させるようにした。 Next, a portion of the second outer cylinder portion 56 of the outer cylinder 44 that is located on the radially outer side of the cylinder portion 201 of the urging metal fitting 200 is crimped radially inward using a pressing jig so that the deformable portion 65 is formed. The separator 82 is urged to the rear end side by the urging metal 200 by forming the urging metal 200 and also deforming it. In this way, an upper assembly is first prepared. In addition, the deformation | transformation part 65 was formed by Happo-maru caulking. Further, in deforming the urging metal fitting 200 a separator 82 in a state in contact with the front end surface of the elastic seal member 50, so that the position deviation of the elastic seal member 50 does not occur significantly, from the rear end side of the elastic seal member 50 The urging metal fitting 200 was deformed in a state where a small load (about 5 N) was applied toward the distal end side.
ついで、センサ素子4、セラミックスリーブ6、滑石リング108、セラミックホルダ106、主体金具102及び外部プロテクタ42などからなる下部アッセンブリの組み立て作業を別途実行する。この下部アッセンブリでは、板状をなすセンサ素子4の後端部を主体金具102の後端より突出するようにして適宜作製した。 Next, the assembly work of the lower assembly composed of the sensor element 4, the ceramic sleeve 6, the talc ring 108, the ceramic holder 106, the metal shell 102, the external protector 42, and the like is separately performed. In this lower assembly, the rear end portion of the plate-shaped sensor element 4 was appropriately manufactured so as to protrude from the rear end of the metal shell 102.
そして、このようにして作製された上部アッセンブリと下部アッセンブリとを相対的に移動させることにより、リードフレーム10が内部に配置された状態のセパレータ82の挿通孔84に対して、センサ素子4の後端側を挿通する。これにより、リードフレーム10の素子当接部16(第2素子当接部216)とセンサ素子4の電極端子部30、31、32、34、36とが当接し、互いに電気的に接続されることになる。 Then, the upper assembly and the lower assembly thus manufactured are moved relative to each other, so that the sensor element 4 is inserted into the insertion hole 84 of the separator 82 in which the lead frame 10 is disposed inside. Insert the end side. Thereby, the element contact portion 16 (second element contact portion 216) of the lead frame 10 and the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, and 36 of the sensor element 4 come into contact with each other and are electrically connected to each other. It will be.
ここで、この2つ目の組み立て手法では、上部アッセンブリのセパレータ82が付勢金具200の変形に伴って弾性シール部材50側に向けて付勢されているものの、この時点では、上述した1つ目の組み付け手法とは異なり、弾性シール部材50は外筒44の加締めによって圧縮変形されていない。このため、付勢金具200と弾性シール部材50との間に挟持されるセパレータ82の挟持力は比較的小さめになっている。ところで、下部アッセンブリを構成するセンサ素子4は、セラミックスリーブ6、主体金具102等の寸法公差やセンサ素子4自身の製造上の要因により、主体金具102の中心軸に対して僅かに偏心して組み付けられていたり、主体金具102から突出する後端部に反りが生じていたりすることがある。 Here, in the second assembling method, the separator 82 of the upper assembly is urged toward the elastic seal member 50 as the urging metal fitting 200 is deformed. Unlike the eye assembly method, the elastic seal member 50 is not compressed and deformed by caulking the outer cylinder 44. For this reason, the clamping force of the separator 82 clamped between the urging metal fitting 200 and the elastic seal member 50 is relatively small. By the way, the sensor element 4 constituting the lower assembly is assembled slightly eccentric with respect to the central axis of the metal shell 102 due to dimensional tolerances of the ceramic sleeve 6, the metal shell 102, and the like and factors in manufacturing the sensor element 4 itself. Or the back end protruding from the metal shell 102 may be warped.
しかし、この2つ目の組み付け手法における上部アッセンブリにおいては、上述したように付勢金具200と弾性シール部材50との間に配置されるセパレータ82が比較的小さめな挟持力により挟持されている。従って、セパレータ82の挿通孔84にセンサ素子4の後端側を挿通する際に、センサ素子4の後端部に反り等が生じていても、付勢金具200によるセパレータ82の支持部位を支点にしてセパレータ82が僅かながら傾くことが許容されるので、センサ素子4に亀裂や折れが生じるのを、効果的に抑制することができる。 However, in the upper assembly in the second assembling method, as described above, the separator 82 disposed between the urging metal fitting 200 and the elastic seal member 50 is clamped by a relatively small clamping force. Therefore, when the rear end side of the sensor element 4 is inserted into the insertion hole 84 of the separator 82, even if the rear end portion of the sensor element 4 is warped, the supporting portion of the separator 82 by the urging metal fitting 200 is a fulcrum. Thus, since the separator 82 is allowed to tilt slightly, it is possible to effectively prevent the sensor element 4 from being cracked or broken.
ついで、主体金具102の径方向外側に配置される外筒44(第1外筒部54)を径方向内側に加締めて全周レーザー溶接を行い、主体金具102と外筒44との接合を行う。その後、外筒44における第3外筒部58のうち弾性シール部材50の周囲に位置する部位を、加締め治具を用いて加締め、外筒44及び各リード線46に対して弾性シール部材50を気密に封止する。これによって、セパレータ82は、外筒44の内周面に接触することなく、後端面305の周縁側が弾性シール部材50の先端面52に当接した状態で、付勢金具200と弾性シール部材50との間で大きな挟持力にて最終的に挟持される。このようにして空燃比センサ2が完成する。 Next, the outer cylinder 44 (first outer cylinder portion 54) disposed on the outer side in the radial direction of the metal shell 102 is caulked inward in the radial direction and laser welding is performed on the entire circumference, thereby joining the metal shell 102 and the outer cylinder 44 together. Do. Thereafter, a portion of the third outer cylinder portion 58 in the outer cylinder 44 that is positioned around the elastic seal member 50 is crimped using a crimping jig, and the elastic seal member is secured to the outer cylinder 44 and each lead wire 46 . 50 is hermetically sealed. As a result, the separator 82 is not in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 44, and the urging metal 200 and the elastic seal member are in contact with the peripheral side of the rear end surface 305 abutting against the front end surface 52 of the elastic seal member 50. 50 is finally clamped with a large clamping force. In this way, the air-fuel ratio sensor 2 is completed.
なお、本実施形態において、リードフレーム10が特許請求の範囲に記載の電極取出し端子に相当し、付勢金具200が付勢部材に相当している。 In the present embodiment, the lead frame 10 corresponds to the electrode lead terminal described in the claims, and the urging metal fitting 200 corresponds to the urging member.
以上に説明したように、本実施形態の空燃比センサ2では、セパレータ82は、自身の外周面が外筒44の内周面に対して非接触の状態で外筒44内に保持される。つまり、セパレータ82を外筒44の内周面との間に隙間を介した状態で、外筒44内に収容させている。これにより、外筒44に飛石等が衝突した場合にもその衝撃による圧縮応力をその隙間によって逃がすことができる。したがって、外筒44の外部から衝撃が与えられても、その衝撃がセパレータ82に直接伝わることがなく、セパレータ82の破損を抑制することができる。 As described above, in the air-fuel ratio sensor 2 of the present embodiment, the separator 82 is held in the outer cylinder 44 with its outer peripheral surface not in contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder 44. That is, the separator 82 is accommodated in the outer cylinder 44 with a gap between the separator 82 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 44. Thereby, even when a stepping stone or the like collides with the outer cylinder 44, the compressive stress due to the impact can be released by the gap. Therefore, even if an impact is applied from the outside of the outer cylinder 44, the impact is not directly transmitted to the separator 82, and the breakage of the separator 82 can be suppressed.
また、本実施形態では、セパレータ82を外筒44の内周面に対して非接触の状態で外筒44内に保持するにあたり、セパレータ82を弾性シール部材50の先端面52に接触させつつ後端側に付勢させた状態で保持するようにしている。このように、セパレータ82を弾性シール部材50に当接させて弾性保持させることによって、外筒44に対して外部から衝撃が与えられても弾性シール部材50がその衝撃を緩和ないし吸収し、セパレータ82が外筒44内で揺動することを抑制することができる。したがって、セパレータ82を外筒44の内周面に対して非接触の状態で保持しながらも、空燃比センサ2の使用時に安定してセパレータ82を外筒44内にて保持することができる。 Further, in the present embodiment, when the separator 82 is held in the outer cylinder 44 in a non-contact state with respect to the inner peripheral surface of the outer cylinder 44, It is held in a state of being biased to the end side. As described above, the separator 82 is brought into contact with the elastic seal member 50 to be elastically held, so that even if an external impact is applied to the outer cylinder 44, the elastic seal member 50 reduces or absorbs the impact. It is possible to prevent the 82 from swinging in the outer cylinder 44. Therefore, the separator 82 can be stably held in the outer cylinder 44 when the air-fuel ratio sensor 2 is used while the separator 82 is held in a non-contact state with respect to the inner peripheral surface of the outer cylinder 44.
さらに、本実施形態では、図6に示した付勢部材200を用いてセパレータ82を外筒44内に保持させるようにしたので、安定してセパレータ82を保持することが可能となる。 Furthermore, in this embodiment, since the separator 82 is held in the outer cylinder 44 using the biasing member 200 shown in FIG. 6, the separator 82 can be held stably.
また、本実施形態では、付勢金具200によるセパレータ82の支持部位301が、リードフレーム10の素子当接部16とセンサ素子4の電極端子部との当接部位303よりも、空燃比センサ2の軸線方向に沿ってみたときに後方側に位置している。このように、付勢金具200によるセパレータ82の支持部位301と、リードフレーム10の素子当接部16とセンサ素子4の電極端子部との当接部位303とを、空燃比センサ2の軸線方向に沿ってみたときにずれた位置に配置させることで、支持部位301を支点にしてセパレータ82が揺動したとしても、当接部位303にセパレータ82の揺動に起因した応力が及び難く、センサ素子4の折れ等の発生を有効に抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the support portion 301 of the separator 82 by the urging metal fitting 200 is more air-fuel ratio sensor 2 than the contact portion 303 between the element contact portion 16 of the lead frame 10 and the electrode terminal portion of the sensor element 4. It is located on the rear side when viewed along the axial direction. As described above, the support portion 301 of the separator 82 by the urging metal fitting 200 and the contact portion 303 between the element contact portion 16 of the lead frame 10 and the electrode terminal portion of the sensor element 4 are arranged in the axial direction of the air-fuel ratio sensor 2. If the separator 82 is swung with the support portion 301 as a fulcrum, the stress due to the swinging of the separator 82 does not easily reach the contact portion 303. Generation | occurrence | production of the bending etc. of the element 4 can be suppressed effectively.
さらに、本実施形態では、セパレータ82の外周面と外筒44の内周面とを、径方向でみたときに0.5mm以上離しているので、外筒44に飛石等が衝突して外筒44自身が変形した場合にも、外筒44の内周面がセパレータ82の外周面に触れ難く、セパレータ82に破損が生じるのを効果的に防ぐことができる。 Furthermore, in the present embodiment, the outer peripheral surface of the separator 82 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 44 are separated by 0.5 mm or more when viewed in the radial direction. Even when 44 itself deforms, it is difficult for the inner peripheral surface of the outer cylinder 44 to touch the outer peripheral surface of the separator 82, and it is possible to effectively prevent the separator 82 from being damaged.
また、本実施形態では、セパレータ82の後端面305を、周縁から中央部に位置する挿通孔84に向かって球面状に窪む形態に形成し、セパレータ82の後端面305の周縁側のみを弾性シール部材50の先端面52に接触させるようにしている。このような構成を図ることで、空燃比センサ2の使用時に弾性シール部材50が熱膨張を生じた場合にも、弾性シール部材50はセパレータ82の後端面305の窪んだ部位に逃げることができる。よって、弾性シール部材50が熱膨張を生じた際にも、セパレータ82に拘束(圧迫)されて損傷が生じるといった不具合を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the rear end surface 305 of the separator 82 is formed in a shape that is recessed in a spherical shape from the peripheral edge toward the insertion hole 84 located in the center, and only the peripheral side of the rear end surface 305 of the separator 82 is elastic. It is made to contact the front end surface 52 of the seal member 50. With this configuration, even when the elastic seal member 50 undergoes thermal expansion when the air-fuel ratio sensor 2 is used, the elastic seal member 50 can escape to a recessed portion of the rear end surface 305 of the separator 82. . Therefore, even when the elastic seal member 50 undergoes thermal expansion, it is possible to suppress a problem that the separator 82 is restrained (compressed) and damaged.
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、本発明の適用対象となるセンサは、電極端子部の形成個数が5個のセンサ素子を備えるガスセンサに限られることはなく、4個以下または6個以上の電極を有するセンサ素子を備えて構成されるガスセンサに適用することもできる。また、上述の実施形態では、センサ素子として、ガス検知を行うための素子部と、素子部を加熱するためのヒータとをセラミック層を介して接合したものを用いたが、板状をなす素子部とヒータとが積層された状態で一体焼成されてなるセンサ素子を用いても良い。 In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. . For example, the sensor to which the present invention is applied is not limited to a gas sensor having a sensor element in which the number of electrode terminal portions formed is five, but includes a sensor element having four or fewer electrodes or six or more electrodes. It can also be applied to a configured gas sensor. Further, in the above-described embodiment, a sensor element is used in which an element part for performing gas detection and a heater for heating the element part are joined via a ceramic layer. A sensor element that is integrally fired in a state in which the part and the heater are laminated may be used.
2・・・全領域空燃比センサ(ガスセンサ)、4・・・センサ素子、6・・・セラミックスリーブ、8・・・検出部、10・・・リードフレーム(電極取出し端子)、11・・・第1リードフレーム、30、31、32、34、36・・・電極端子部、44・・・外筒、50・・・弾性シール部材、54・・・第1外筒部、56・・・第2外筒部、58・・・第3外筒部、61・・・リード線挿通孔、64・・・リード線、65・・・変形部、82・・・セパレータ、83・・・鍔部、84・・・挿通孔、86・・・第1フレーム配置溝、88・・・第2フレーム配置溝、102・・・主体金具、200・・・付勢金具(付勢部材)、211・・・第2リードフレーム。
2 ... All-range air-fuel ratio sensor (gas sensor), 4 ... Sensor element, 6 ... Ceramic sleeve, 8 ... Detection part, 10 ... Lead frame (electrode extraction terminal), 11 ... First lead frame 30, 31, 32, 34, 36 ... electrode terminal portion, 44 ... outer cylinder, 50 ... elastic seal member, 54 ... first outer cylinder portion, 56 ... 2nd outer cylinder part, 58 ... 3rd outer cylinder part, 61 ... Lead wire insertion hole, 64 ... Lead wire, 65 ... Deformation part, 82 ... Separator, 83 ... 鍔, 84... Insertion hole, 86... First frame arrangement groove, 88... Second frame arrangement groove, 102. ... Second lead frame.
Claims (5)
前記センサ素子を保持する主体金具と、
自身の先端部で前記主体金具と接続する外筒と、
前記センサ素子と電気的に導通された複数の電極取出し端子と、
前記電極取出し端子の各々と導通される複数のリード線と、
前記外筒の内部に収容されるとともに、自身の内部に前記電極取出し端子の各々が位置し、前記電極取出し端子間を絶縁するセパレータと、
内部に前記リード線の各々が挿通するリード線挿通孔を有し、前記外筒のうち前記セパレータよりも後方側に配置される弾性シール部材と、
を備えるガスセンサであって、
前記セパレータは、自身の外周面が前記外筒の内周面に対し接触することなく、前記弾性シール部材の先端面に接触しつつ後端側に付勢される状態で前記外筒内に保持されており、
前記セパレータは、後端側に位置する後端側部と、先端側に位置する先端側部と、前記後端側部と先端側部の中間に位置し前記後端側部及び先端側部よりも大径であり、前記先端側部との間に先端側を向く先端側面を含む鍔部とを含むとともに、前記鍔部の先端側面から前記弾性シール部材の先端面に向かって押圧力を付勢する付勢部材によって、前記弾性シール部材の先端面に当接する状態で後端側に付勢され、前記弾性シール部材と前記付勢部材との間で挟持されている
ことを特徴とするガスセンサ。 A sensor element that extends in the axial direction and is exposed to the gas to be measured on the tip side;
A metal shell for holding the sensor element;
An outer cylinder connected to the metal shell at its tip,
A plurality of electrode extraction terminals electrically connected to the sensor element;
A plurality of lead wires electrically connected to each of the electrode lead terminals;
A separator that is housed inside the outer cylinder and that each of the electrode lead-out terminals is located within itself and insulates between the electrode lead-out terminals,
An elastic seal member which has a lead wire insertion hole through which each of the lead wires is inserted, and is arranged on the rear side of the separator in the outer cylinder;
A gas sensor comprising:
The separator is held in the outer cylinder while being urged toward the rear end side while being in contact with the front end surface of the elastic seal member without contacting the outer peripheral surface of the separator with the inner peripheral surface of the outer cylinder. Has been
The separator is located between the rear end side portion located on the rear end side, the front end side portion located on the front end side, and between the rear end side portion and the front end side portion. And a flange portion including a distal end side surface facing the distal end side between the distal end side portion and a pressing force from the distal end side surface of the flange portion toward the distal end surface of the elastic seal member. The gas sensor is urged toward the rear end side in contact with the front end surface of the elastic seal member by an urging member, and is sandwiched between the elastic seal member and the urging member. .
前記付勢部材は、前記セパレータの先端側部の外周に配置されると共に、前記外筒のうちで前記付勢部材の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して内側に凸となるように変形させた変形部によって、前記セパレータを後端側に付勢するように変形している
ガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1,
The urging member is disposed on the outer periphery of the front end side portion of the separator, and a portion of the outer cylinder that is located on the radially outer side of the urging member is pressed radially inward to protrude inward. A gas sensor that is deformed so as to urge the separator toward the rear end side by a deformed portion that has been deformed.
前記センサ素子は、板状をなすと共に後端側の表裏面に複数の電極端子部を有し、
前記電極取出し端子は、前記センサ素子の前記電極端子部のいずれかに当接した状態で、前記セパレータと前記センサ素子との間で挟持固定されており、
前記電極取出し端子と前記センサ素子の前記電極端子部との当接部位と、前記付勢部材による前記セパレータの支持部位とは、前記ガスセンサの軸線方向に沿ってみたときにずれた位置にある
ガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein
The sensor element has a plate shape and a plurality of electrode terminal portions on the front and back surfaces on the rear end side,
The electrode lead-out terminal is sandwiched and fixed between the separator and the sensor element in a state of being in contact with any one of the electrode terminal portions of the sensor element,
A gas sensor in which a contact portion between the electrode lead-out terminal and the electrode terminal portion of the sensor element and a support portion of the separator by the biasing member are shifted when viewed along the axial direction of the gas sensor. .
前記セパレータの外周面と前記外筒の内周面とは、径方向でみたときに0.5mm以上離れている
ガスセンサ。 It is a gas sensor given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The gas sensor in which the outer peripheral surface of the separator and the inner peripheral surface of the outer cylinder are separated by 0.5 mm or more when viewed in the radial direction.
前記セパレータの後端面は、周縁から径方向内側に向かって窪んだ形態に形成され、前記セパレータは、前記後端面の周縁側が前記弾性シール部材の先端面に接触するようにして前記外筒に保持されている
ガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
A rear end surface of the separator is formed in a shape that is recessed radially inward from a peripheral edge, and the separator is formed on the outer cylinder such that a peripheral side of the rear end surface is in contact with a front end surface of the elastic seal member. Gas sensor being held.
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