氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】一種氣體傳感器(1)，具備傳感器元件(2)、外殼(13)及元件蓋(14)。元件蓋(14)具有內(nèi)蓋(3)和外蓋(4)。外蓋(4)具有外導入孔(41)和外排出孔(42)。內(nèi)蓋(3)具有內(nèi)導入孔(31)和內(nèi)排出孔(32)。在外蓋(4)的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的保護蓋(5)被配設(shè)成覆蓋外導入孔(41)，在外蓋(4)與保護蓋(5)之間設(shè)置有預定的間隔。在內(nèi)蓋(3)上設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的縮徑臺階部(33)?？s徑臺階部(33)在軸向X上位于外導入孔(41)與內(nèi)導入孔(31)之間。在將內(nèi)蓋(3)的內(nèi)徑設(shè)為A，將傳感器元件(2)的前端部(21)的最大徑向長度設(shè)為B的情況下，滿足A/B≤2.1的關(guān)系。
【專利說明】氣體傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測被測定氣體(即，測定的氣體)中的特定成分的濃度的氣體傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，周知有設(shè)置在汽車的內(nèi)燃機等的排氣系統(tǒng)上來檢測被測定氣體即廢氣中的氧及氮氧化物等特定成分的濃度的氣體傳感器。
[0003]具體地說，上述氣體傳感器例如具備檢測被測定氣體中的特定成分的濃度的傳感器元件、在內(nèi)側(cè)插通該傳感器元件的外殼、以及配設(shè)在該外殼的前端側(cè)的元件蓋。
[0004]此外，上述氣體傳感器構(gòu)成為在傳感器元件的表面上接觸被測定氣體即廢氣。但是，在內(nèi)燃機的低溫啟動時等情況下，存在廢氣中的水蒸氣凝縮而生成的凝結(jié)水和廢氣一起朝向傳感器元件飛來，附著在傳感器元件的表面上的情況。另一方面，傳感器元件為了使傳感器元件的固體電解質(zhì)體活性化而在加熱到高溫的狀態(tài)下使用。因此，由于凝結(jié)水的附著，對傳感器元件施加大的熱沖擊，存在由此引起傳感器元件損傷的情況。
[0005]為了解決上述問題，專利文獻I公開了具備由覆蓋傳感器元件的前端部的內(nèi)蓋和配設(shè)在該內(nèi)蓋的外側(cè)的外蓋構(gòu)成的雙重構(gòu)造的元件蓋的氣體傳感器。
[0006]具體地說，在該氣體傳感器中，在外蓋與內(nèi)蓋之間的空間分尚從外蓋的外側(cè)開口部導入的廢氣及凝結(jié)水。并且，將凝結(jié)水從外蓋的排出用開口部排出，僅將廢氣從內(nèi)蓋的內(nèi)側(cè)開口部導入。由此，能夠抑制凝結(jié)水向內(nèi)蓋內(nèi)侵入，并且充分導入廢氣。其結(jié)果，能夠防止傳感器元件因凝結(jié)水而損傷，并且充分確保氣體傳感器的響應性。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2007-316051號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]但是，在將上述專利文獻I所公開的氣體傳感器用在產(chǎn)生顆粒狀物質(zhì)(以下稱為PM)的柴油發(fā)動機等中的情況下，和廢氣一起飛來的PM附著在外蓋上。此外，PM和廢氣一起從外蓋的外側(cè)開口部向內(nèi)部侵入，附著在內(nèi)蓋上。其結(jié)果，在外蓋的外側(cè)開口部附近、內(nèi)蓋的內(nèi)側(cè)開口部附近堆積PM，由此妨礙廢氣的導入，存在降低氣體傳感器的響應性的情況。
[0012]本發(fā)明是鑒于上述背景而做出的，其目的在于提供一種能夠防止因PM的堆積等而引起響應性降低，防水性、響應性優(yōu)異的氣體傳感器。
[0013]用于解決課題的方案
[0014]本發(fā)明的一種氣體傳感器，具備:傳感器元件，檢測被測定氣體中的特定成分的濃度；外殼，在內(nèi)側(cè)插通該傳感器元件；以及元件蓋，配設(shè)在該外殼的前端側(cè)，上述氣體傳感器的特征在于，該元件蓋具有配設(shè)成覆蓋上述傳感器元件的前端部的內(nèi)蓋、以及配設(shè)在該內(nèi)蓋的外側(cè)的外蓋，該外蓋具有導入被測定氣體的外導入孔、以及比該外導入孔設(shè)置在前端側(cè)的外排出孔，上述內(nèi)蓋具有比上述外導入孔設(shè)置在基端側(cè)的導入被測定氣體的內(nèi)導入孔、以及比該內(nèi)導入孔設(shè)置在前端側(cè)的內(nèi)排出孔，在上述外蓋的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的筒狀的保護蓋被配設(shè)成覆蓋上述外導入孔，在上述外蓋與上述保護蓋之間設(shè)置有預定的間隔，在上述內(nèi)蓋上設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的縮徑臺階部，該縮徑臺階部在軸向上位于上述外導入孔與上述內(nèi)導入孔之間，在將上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑設(shè)為A，將上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度設(shè)為B的情況下，滿足A/B ( 2.1的關(guān)系。
[0015]發(fā)明效果
[0016]在上述氣體傳感器中，在外蓋的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的筒狀的保護蓋被配設(shè)成覆蓋外導入孔，且在外蓋與保護蓋之間設(shè)置有預定的間隔。因此，能夠通過覆蓋外導入孔的保護蓋來抑制和被測定氣體一起飛來的凝結(jié)水及粗大的PM(例如粒徑為0.1 μ m以上)直接從外導入孔向外蓋內(nèi)(外蓋與內(nèi)蓋之間的空間)侵入的情況、以及粗大的PM堆積在外導入孔附近的情況。
[0017]另一方面，被測定氣體從保護蓋的開口的前端側(cè)向保護蓋內(nèi)(保護蓋與外蓋之間的空間)進入，從外導入孔向外蓋內(nèi)導入。由此，能夠?qū)⒈粶y定氣體充分地導入到外蓋內(nèi)。
[0018]此外，在內(nèi)蓋上設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的縮徑臺階部，且縮徑臺階部在軸向上位于外導入孔與內(nèi)導入孔之間。因此，即使凝結(jié)水和被測定氣體一起從外導入孔侵入到外蓋內(nèi)，也能夠使該凝結(jié)水在從外導入孔到內(nèi)導入孔為止的中途與縮徑臺階部碰撞，抑制凝結(jié)水到達內(nèi)導入孔。并且，能夠從外排出孔排出碰撞到縮徑臺階部的凝結(jié)水。由此，能夠抑制凝結(jié)水從內(nèi)導入孔向內(nèi)蓋內(nèi)侵入。
[0019]此外，在將內(nèi)蓋的內(nèi)徑設(shè)為A，將傳感器元件的前端部的最大徑向長度設(shè)為B的情況下，滿足A/B ( 2.1的關(guān)系。即，將內(nèi)蓋的內(nèi)徑A設(shè)為傳感器元件的前端部的最大徑向長度B的2.1倍以下，適度減小內(nèi)蓋與傳感器元件的前端部之間的距離。因此，通過加熱器等對傳感器元件的前端部進行加熱的情況下，能夠通過該傳感器元件的熱來充分提高內(nèi)蓋的溫度。由此，即使微小的PM(例如粒徑小于0.1 μ m)和被測定氣體一起從外導入孔侵入到外蓋內(nèi)，也能夠抑制該微小的PM附著在內(nèi)蓋上。
[0020]S卩，利用了稱為熱泳的現(xiàn)象。在此，熱泳是指，在有溫度差的空間存在微小的顆粒的情況下，由于從高溫側(cè)接受的能量大于從低溫側(cè)接受的能量，因此顆粒從高溫側(cè)向低溫側(cè)移動(難以從低溫側(cè)向高溫側(cè)移動)的現(xiàn)象。具體說明的話，減小內(nèi)蓋與傳感器元件的前端部之間的距離，通過傳感器元件的熱來使內(nèi)蓋的溫度高于被測定氣體的溫度，由此能夠使得和被測定氣體一起侵入到外蓋內(nèi)的微小的PM難以從被測定氣體側(cè)(低溫側(cè))向內(nèi)蓋側(cè)(高溫側(cè))移動，也就是說使得不附著在內(nèi)蓋上。由此，能夠抑制微小的PM附著在內(nèi)蓋上，并堆積在內(nèi)導入孔附近。
[0021 ] 此外，侵入到外蓋內(nèi)的微小的PM不附著在內(nèi)蓋上，而是從外排出孔排出。此外，即使微小的PM和被測定氣體一起從內(nèi)導入孔侵入到內(nèi)蓋內(nèi)，由于上述的熱泳的現(xiàn)象，也不會附著在內(nèi)蓋上，最終和被測定氣體一起從內(nèi)排出孔排出。
[0022]另一方面，導入到外蓋內(nèi)的被測定氣體經(jīng)過外蓋與內(nèi)蓋之間的空間而從內(nèi)導入孔向內(nèi)蓋內(nèi)導入。由此，能夠向內(nèi)蓋內(nèi)充分地導入被測定氣體。
[0023]這樣，上述氣體傳感器能夠抑制PM在外導入孔附近及內(nèi)導入孔附近堆積等，因此能夠防止因PM的堆積等引起氣體傳感器的響應性下降。此外，能夠抑制凝結(jié)水向元件蓋(外蓋、內(nèi)蓋)內(nèi)侵入，因此能夠防止傳感器元件因凝結(jié)水而損傷，能夠提高防水性。此外，能夠?qū)⒈粶y定氣體充分導入到元件蓋(外蓋、內(nèi)蓋)內(nèi)，因此能夠充分確保氣體傳感器的響應性。
[0024]由此，能夠提供能夠防止因PM的堆積等而引起響應性下降，防水性、響應性優(yōu)異的氣體傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示實施例1的氣體傳感器的整體構(gòu)造的概略截面圖。
[0026]圖2是表示實施例1的氣體傳感器的前端部分的放大截面圖。
[0027]圖3是圖2的II1-1II線箭頭截面圖。
[0028]圖4是表示實施例1的變形例的氣體傳感器的前端部分的放大截面圖。
[0029]圖5是表示實施例1的其他變形例的氣體傳感器的前端部分的放大截面圖。
[0030]圖6是表不實施例2的氣體傳感器的前端部分的放大截面圖。
[0031]圖7是表示實施例3的氣體傳感器的前端部分的放大截面圖。
[0032]圖8是通過實驗求得的表示A/B的值與相對PM附著量之間的關(guān)系的圖表。
[0033]圖9是通過實驗求得的表示相對距離與相對PM附著量之間的關(guān)系的圖表。
[0034]圖10是通過實驗求得的表示外蓋和保護蓋之間的距離與響應時間之間的關(guān)系的圖表。
[0035]圖11是通過實驗求得的表示外蓋和保護蓋之間的距離與響應時間劣化率之間的關(guān)系的圖表。
[0036]圖12是通過實驗求得的表示外蓋和保護蓋之間的距離與被水面積之間的關(guān)系的圖表。
[0037]圖13是通過實驗求得的表示內(nèi)蓋的縮徑臺階部和外蓋之間的距離與響應時間之間的關(guān)系的圖表。
[0038]圖14是通過實驗求得的表示內(nèi)蓋的縮徑臺階部和外蓋之間的距離與響應時間劣化率之間的關(guān)系的圖表。
[0039]圖15是通過實驗求得的表示內(nèi)蓋的縮徑臺階部和外蓋之間的距離與被水面積之間的關(guān)系的圖表。
[0040]圖16是通過實驗求得的表示外蓋的突出量與響應時間之間的關(guān)系的圖表。
[0041]圖17是通過實驗求得的表示外蓋的突出量與響應時間劣化率之間的關(guān)系的圖表。
[0042]圖18是通過實驗求得的表示外蓋的突出量與被水面積之間的關(guān)系的圖表。

【具體實施方式】
[0043]上述氣體傳感器中，上述保護蓋被配設(shè)成完全覆蓋上述外蓋的上述外導入孔，在外蓋與保護蓋之間設(shè)置有預定的間隔。因此，在從徑向外側(cè)觀察氣體傳感器的情況下，外導入孔處于通過保護蓋隱藏而看不到的狀態(tài)。
[0044]此外，上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑A及上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度B是在內(nèi)蓋與傳感器元件的前端部在徑向上對置的區(qū)域處的內(nèi)蓋的內(nèi)徑及傳感器元件的前端部的最大徑向長度。
[0045]此外，在上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑A與上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度B之間的關(guān)系為A/B>2.1的情況下，存在無法充分得到通過傳感器元件的熱來提高內(nèi)蓋的溫度的效果O
[0046]此外，在將上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑A與上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度B之間的關(guān)系設(shè)為A/B ( 2.1，且通過傳感器元件的熱來提高內(nèi)蓋的溫度的情況下，使內(nèi)蓋的溫度高于被測定氣體的溫度(具體地說是導入到元件蓋內(nèi)的被測定氣體的溫度)。優(yōu)選的是，內(nèi)蓋的溫度例如比被測定氣體的溫度高50°C以上。
[0047]此外，優(yōu)選的是，上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑A和上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度B滿足A/B彡1.4的關(guān)系。例如，在A/B〈l.4的情況下，在制造工序中存在傳感器元件與內(nèi)蓋接觸，傳感器元件損傷的可能性。
[0048]此外，上述內(nèi)蓋的內(nèi)徑A例如可以設(shè)為6.5?7.5mm。此外，上述傳感器元件的前端部的最大徑向長度B例如可以設(shè)為3.7?4.5mm。
[0049]此外，在將上述傳感器元件的前端部與上述內(nèi)蓋之間的徑向的最大距離設(shè)為C的情況下，可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，即上述內(nèi)蓋的上述縮徑臺階部的至少一部分比與上述傳感器元件的前端在軸向上相距最大距離C的位置設(shè)置在基端側(cè)。
[0050]在這種情況下，能夠減小內(nèi)蓋中的比縮徑臺階部靠前端側(cè)部分的體積，能夠通過傳感器元件的熱高效地對內(nèi)蓋內(nèi)的空間加熱。由此，對于與傳感器元件的距離遠的內(nèi)蓋的前端側(cè)部分，也能夠充分提高其溫度，能夠充分抑制PM附著在內(nèi)蓋上。
[0051]另外，上述最大距離C例如可以設(shè)為1.2?2.9mm。
[0052]此外，優(yōu)選的是，上述外蓋與上述保護蓋之間的徑向距離在上述外導入孔的軸向位置上為0.5?2臟。
[0053]在這種情況下，能夠充分確保外蓋與保護蓋之間的被測定氣體的流動，能夠?qū)⒈粶y定氣體從外導入孔充分導入到外蓋內(nèi)。此外，能夠通過保護蓋充分抑制凝結(jié)水及粗大的PM從外導入孔向外蓋內(nèi)侵入。
[0054]此外，在上述外蓋與上述保護蓋之間的徑向距離小于0.5mm的情況下，存在因外蓋及保護蓋上所堆積的PM而導致氣體傳感器的響應性下降的可能性。此外，在超過2mm的情況下，存在無法通過保護蓋充分抑制凝結(jié)水及粗大的PM從外導入孔向外蓋內(nèi)侵入的可能性。
[0055]此外，優(yōu)選的是，上述內(nèi)蓋的上述縮徑臺階部與上述外蓋之間的距離為0.5?1.5mm。
[0056]在這種情況下，能夠充分確保內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的被測定氣體的流動。此外，能夠容易使侵入到外蓋內(nèi)的凝結(jié)水碰撞到內(nèi)蓋的縮徑臺階部上。
[0057]此外，在上述內(nèi)蓋的上述縮徑臺階部與上述外蓋之間的距離小于0.5mm的情況下，存在因堆積在內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的PM而導致氣體傳感器的響應性下降的可能性。此外，在超過1.5mm的情況下，存在侵入到外蓋內(nèi)的凝結(jié)水不與內(nèi)蓋的縮徑臺階部碰撞而到達內(nèi)導入孔的可能性。
[0058]此外，上述內(nèi)導入孔的直徑例如可以設(shè)為1.5mm以下。
[0059]在這種情況下，能夠防止侵入到外蓋內(nèi)的凝結(jié)水從內(nèi)導入孔向內(nèi)蓋內(nèi)侵入。
[0060]此外，可以是上述外蓋比上述保護蓋向前端側(cè)突出的結(jié)構(gòu)。
[0061]在這種情況下，能夠使被測定氣體與外蓋接觸之后向外蓋與保護蓋之間的空間進入。由此，能夠?qū)⒈粶y定氣體從外導入孔充分導入到外蓋內(nèi)。
[0062]另外，為了充分獲得上述效果，優(yōu)選的是，上述外蓋比保護蓋向軸向的前端側(cè)突出2mm以上。此外，為了充分確保防水性，優(yōu)選的是，將外蓋的突出量設(shè)為4.5mm以下。
[0063]此外，可以是上述外排出孔設(shè)置在上述外蓋的前端部上的結(jié)構(gòu)。
[0064]在這種情況下，侵入到外蓋內(nèi)的凝結(jié)水容易從外排出孔排出。由此，能夠提高防水性。
[0065]此外，可以是上述內(nèi)排出孔設(shè)置在上述內(nèi)蓋的前端部上的結(jié)構(gòu)。
[0066]在這種情況下，導入到內(nèi)蓋內(nèi)的被測定氣體從內(nèi)排出孔排出，從而在內(nèi)排出孔附近產(chǎn)生負壓，容易將被測定氣體從內(nèi)導入孔向內(nèi)蓋內(nèi)導入。由此，能夠提高氣體傳感器的響應性。
[0067]此外，上述內(nèi)蓋的前端面為了提高響應性還可以比上述外蓋的前端面配置在前端偵牝為了提高防水性還可以比上述外蓋的前端面配置在基端側(cè)。此外，為了均衡地得到響應性及防水性，還可以將上述內(nèi)蓋的前端面和上述外蓋的前端面彼此配置在大致同一平面上。
[0068]此外，為了促進通過上述傳感器元件的熱來提高上述內(nèi)蓋的溫度，上述內(nèi)蓋的內(nèi)表面例如可以在輻射率0.4?0.8的范圍內(nèi)實施黑化處理。
[0069]此外，為了抑制PM的附著、堆積，使被測定氣體良好地流動，上述內(nèi)蓋、上述外蓋及上述保護蓋的表面例如可以實施平滑化處理。
[0070]實施例
[0071](實施例1)
[0072]本例的氣體傳感器I如圖1?圖3所示具備檢測被測定氣體(即，測定的氣體)中的特定成分的濃度的傳感器元件2、在內(nèi)側(cè)插通傳感器元件2的外殼13、以及配設(shè)在外殼13的前端側(cè)的元件蓋14。
[0073]元件蓋14具有配設(shè)成覆蓋傳感器元件2的前端部21的內(nèi)蓋3、以及配設(shè)在內(nèi)蓋3的外側(cè)的外蓋4。外蓋4具有導入被測定氣體的外導入孔41、以及比外導入孔41設(shè)置在前端側(cè)的外排出孔42。內(nèi)蓋3具有比外導入孔41設(shè)置在基端側(cè)的導入被測定氣體的內(nèi)導入孔31、以及比內(nèi)導入孔31設(shè)置在前端側(cè)的內(nèi)排出孔32。
[0074]如上述圖所示，在外蓋4的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的筒狀的保護蓋5被配設(shè)成覆蓋外導入孔41，在外蓋4與保護蓋5之間設(shè)置有預定的間隔。
[0075]在內(nèi)蓋3上設(shè)置有外徑隨著靠向前端側(cè)而減小的縮徑臺階部(錐形部)33?？s徑臺階部33在氣體傳感器I的軸向X上位于外導入孔41與內(nèi)導入孔31之間。此外，在將內(nèi)蓋3的內(nèi)徑設(shè)為A，將傳感器元件2的前端部21的最大徑設(shè)為B的情況下，滿足A/B ( 2.1的關(guān)系。
[0076]以下，詳細說明本例的氣體傳感器I的結(jié)構(gòu)。
[0077]如圖1所示，在本例中，“前端側(cè)”是指氣體傳感器I的軸向X的一方側(cè)且氣體傳感器I暴露于被測定氣體的一側(cè)。此外，“基端側(cè)”是指其相反側(cè)。
[0078]在氣體傳感器I中，板狀的傳感器元件2插通并保持在第I絕緣子11的內(nèi)側(cè)。在傳感器元件2的前端部21內(nèi)置有加熱器(省略圖示)。此外，第I絕緣子11保持在外殼13的內(nèi)側(cè)。
[0079]如上述圖所示，在外殼13的基端側(cè)，基端側(cè)蓋15被固定成覆蓋傳感器元件2的基端部22。在基端側(cè)蓋15上設(shè)置有導入大氣的通氣孔151。此外，基端側(cè)蓋15的基端側(cè)開口部被由橡膠襯套構(gòu)成的封閉構(gòu)件16閉塞。在封閉構(gòu)件16中貫通配置有與外部連接的多個引線構(gòu)件17。
[0080]如上述圖所示，在基端側(cè)蓋15的內(nèi)部，在第I絕緣子11的基端側(cè)，配設(shè)有保持傳感器元件2的基端部22的第2絕緣子12。在第2絕緣子12上配設(shè)有與引線構(gòu)件17連接的金屬端子18。金屬端子18與傳感器元件2的電極端子接觸來實現(xiàn)電導通。此外，第2絕緣子12由彈簧構(gòu)件19按壓保持。
[0081]如上述圖所示,在外殼13的前端側(cè)配設(shè)有元件蓋14。元件蓋14具有配設(shè)成覆蓋傳感器元件2的前端部21的有底圓筒狀的內(nèi)蓋3、以及配設(shè)在內(nèi)蓋3的外側(cè)的有底圓筒狀的外蓋4。內(nèi)蓋3固定在外殼13的前端側(cè)。此外，外蓋4固定在后述的保護蓋5上。
[0082]如圖2所示，在外蓋4的側(cè)壁上設(shè)置有將被測定氣體向外蓋4內(nèi)導入的多個外導入孔41。此外，在外蓋4的側(cè)壁上比外導入孔41靠基端側(cè)設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的錐形狀的外縮徑部43。此外，在外蓋4的側(cè)壁上比外縮徑部43靠基端側(cè)且在軸向X上大致相同直徑的外基端部44被固定在后述的保護蓋5的內(nèi)側(cè)面上。
[0083]在外蓋4的前端部設(shè)置有外排出孔42。外排出孔42比外導入孔41設(shè)置在前端側(cè)。
[0084]如該圖2所示，在內(nèi)蓋3的側(cè)壁上設(shè)置有將被測定氣體向內(nèi)蓋3內(nèi)導入的多個內(nèi)導入孔31。內(nèi)導入孔31的直徑為1.5mm以下。此外，在內(nèi)蓋3的側(cè)壁上比內(nèi)導入孔31靠前端側(cè)設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的錐形狀的縮徑臺階部33。
[0085]在內(nèi)蓋3的前端部設(shè)置有內(nèi)排出孔32。內(nèi)排出孔32比內(nèi)導入孔31設(shè)置在前端偵U。此外，內(nèi)蓋3的前端面300和外蓋4的前端面400彼此配置在大致同一平面上。
[0086]此外，如圖3所示，在將內(nèi)蓋3的內(nèi)徑設(shè)為A，將傳感器元件2的前端部21的最大徑設(shè)為B的情況下，滿足A/B彡2.1的關(guān)系。此外，在本例中，滿足A/B彡1.4的關(guān)系。即，內(nèi)蓋3的內(nèi)徑A是傳感器元件2的前端部21的最大徑向長度B的1.4?2.1倍。在本例中，傳感器元件2的前端部21的最大徑向長度B是傳感器元件2的前端部21的與軸向X垂直的截面上的對角線的長度。另外，圖3僅圖示了傳感器元件2及內(nèi)蓋3。
[0087]此外，如圖2所示，縮徑臺階部33在軸向X上位于外導入孔41與內(nèi)導入孔31之間。此外，在將傳感器元件2的前端部21與內(nèi)蓋3之間的徑向的最大距離設(shè)為C(圖3)的情況下，縮徑臺階部33比在軸向X上與傳感器元件2的前端相距最大距離C的位置靠基端側(cè)而設(shè)置。在本例中，最大距離C如圖3所示是傳感器元件2的主面201、202與內(nèi)蓋3的內(nèi)側(cè)面301之間的最大距離。
[0088]此外，內(nèi)蓋3的縮徑臺階部33與外蓋4之間的距離E為0.5?1.5mm。
[0089]如圖2所示，在外蓋4的徑向外側(cè)，圓筒狀的保護蓋5被配設(shè)成覆蓋外導入孔41，在外蓋4與保護蓋5之間設(shè)置有預定的間隔。在本例中，保護蓋5從徑向外側(cè)完全覆蓋外導入孔41。因此，在從徑向外側(cè)觀察氣體傳感器I的情況下，外導入孔41處于通過保護蓋5隱藏而看不到的狀態(tài)。此外，保護蓋5比外蓋4向基端側(cè)延伸而形成，和內(nèi)蓋3—起固定在外殼13的前端側(cè)。此外，保護蓋5在與外蓋4之間具有向前端側(cè)開口的前端側(cè)開口部51。在保護蓋5的內(nèi)側(cè)面上固定有外蓋4的外基端部44。
[0090]如該圖2所示，外蓋4與保護蓋5之間的徑向距離D在外導入孔41的軸向位置上為 0.5 ?2mm。
[0091]此外，外蓋4比保護蓋5向前端側(cè)突出。此外，外蓋4具有形成有外導入孔41且在比外縮徑部43靠前端側(cè)的位置在軸向X上大致相同直徑的外相同直徑部45。該外相同直徑部45比保護蓋5向前端側(cè)突出Imm以上。
[0092]接著，說明本例的氣體傳感器I的作用效果。
[0093]在本例的氣體傳感器I中，在外蓋4的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的筒狀的保護蓋5被配設(shè)成覆蓋外導入孔41，且在外蓋4與保護蓋5之間設(shè)置有預定的間隔。因此，能夠通過覆蓋外導入孔41的保護蓋5來抑制和被測定氣體一起飛來的凝結(jié)水、粗大的PM(例如粒徑為0.1 μ m以上)直接從外導入孔41向外蓋4內(nèi)(外蓋4與內(nèi)蓋3之間的空間)侵入的情況、以及粗大的PM堆積在外導入孔41附近的情況。
[0094]另一方面，被測定氣體從保護蓋5的開口的前端側(cè)向保護蓋5內(nèi)(保護蓋5與外蓋4之間的空間)進入，從外導入孔41向外蓋4內(nèi)導入。由此，能夠?qū)⒈粶y定氣體充分地導入到外蓋4內(nèi)。
[0095]此外，在內(nèi)蓋3上設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的縮徑臺階部33，且縮徑臺階部33在軸向X上位于外導入孔41與內(nèi)導入孔31之間。因此，即使凝結(jié)水和被測定氣體一起從外導入孔41侵入到外蓋4內(nèi)，也能夠使該凝結(jié)水與位于從外導入孔41到內(nèi)導入孔31為止的中途的縮徑臺階部33碰撞，抑制凝結(jié)水到達內(nèi)導入孔31。并且，能夠從外排出孔42排出碰撞到縮徑臺階部33的凝結(jié)水。由此，能夠抑制凝結(jié)水從內(nèi)導入孔31向內(nèi)蓋3內(nèi)侵入。
[0096]此外，在將內(nèi)蓋3的內(nèi)徑設(shè)為A，將傳感器元件2的前端部21的最大徑向長度設(shè)為B的情況下，滿足A/B ( 2.1的關(guān)系。即，將內(nèi)蓋的內(nèi)徑A設(shè)為傳感器元件2的前端部21的最大徑向長度B的2.1倍以下，適度減小內(nèi)蓋3與傳感器元件2的前端部21之間的距離。因此，在通過加熱器等對傳感器元件2的前端部21進行加熱的情況下，能夠通過該傳感器元件2的熱來充分提高內(nèi)蓋3的溫度。由此，即使微小的PM(例如粒徑小于0.1 μ m)和被測定氣體一起從外導入孔41侵入到外蓋4內(nèi)，也能夠抑制該微小的PM附著在內(nèi)蓋3上。
[0097]S卩，利用了稱為熱泳的現(xiàn)象。在此，熱泳是指，在有溫度差的空間存在微小的顆粒的情況下，由于從高溫側(cè)接受的能量大于從低溫側(cè)接受的能量，因此顆粒從高溫側(cè)向低溫側(cè)移動(難以從低溫側(cè)向高溫側(cè)移動)的現(xiàn)象。具體說明的話，減小內(nèi)蓋3與傳感器元件2的前端部21之間的距離，通過傳感器元件2的熱來使內(nèi)蓋3的溫度高于被測定氣體的溫度。在本例中，設(shè)置成內(nèi)蓋3的溫度比導入到元件蓋14(外蓋4、內(nèi)蓋3)內(nèi)的被測定氣體的溫度高50°C以上。由此，使得和被測定氣體一起侵入到外蓋4內(nèi)的微小的PM難以從被測定氣體側(cè)(低溫側(cè))向內(nèi)蓋3側(cè)(高溫側(cè))移動，也就是說使得不附著在內(nèi)蓋3上。其結(jié)果，能夠抑制微小的PM附著在內(nèi)蓋3上，并堆積在內(nèi)導入孔31附近。
[0098]此外，侵入到外蓋4內(nèi)的微小的PM不附著在內(nèi)蓋3上，而是從外排出孔42排出。此外，即使微小的PM和被測定氣體一起從內(nèi)導入孔31侵入到內(nèi)蓋3內(nèi)，由于上述的熱泳的現(xiàn)象，也不會附著在內(nèi)蓋3上，最終和被測定氣體一起從內(nèi)排出孔32排出。
[0099]另一方面，導入到外蓋4內(nèi)的被測定氣體經(jīng)過外蓋4與內(nèi)蓋3之間的空間而從內(nèi)導入孔31向內(nèi)蓋3內(nèi)導入。由此，能夠向內(nèi)蓋3內(nèi)充分地導入被測定氣體。
[0100]這樣，本例的氣體傳感器I能夠抑制PM在外導入孔41附近及內(nèi)導入孔31附近堆積等，因此能夠防止因PM的堆積等引起氣體傳感器I的響應性下降。此外，能夠抑制凝結(jié)水向元件蓋14 (外蓋4、內(nèi)蓋3)內(nèi)侵入，因此能夠防止傳感器元件2因凝結(jié)水而損傷，能夠提高防水性。此外，能夠?qū)⒈粶y定氣體充分導入到元件蓋14 (外蓋4、內(nèi)蓋3)內(nèi)，因此能夠充分確保氣體傳感器I的響應性。
[0101]此外，在本例中，內(nèi)蓋3的內(nèi)徑A和傳感器元件2的前端部21的最大徑向長度B滿足A/B彡1.4的關(guān)系。因此，在制造工序中，能夠防止傳感器元件2與內(nèi)蓋3接觸，傳感器元件2損傷。
[0102]此外，在將傳感器元件2的前端部21與內(nèi)蓋3之間的徑向的最大距離設(shè)為C的情況下，內(nèi)蓋3的縮徑臺階部33比在軸向X上與傳感器元件2的前端相距最大距離C的位置靠基端側(cè)而設(shè)置。因此，能夠減小內(nèi)蓋3中的比縮徑臺階部33靠前端側(cè)部分的體積，能夠通過傳感器元件2的熱高效地對內(nèi)蓋3內(nèi)的空間加熱。由此，對于與傳感器元件2的距離遠的內(nèi)蓋3的前端側(cè)部分，也能夠充分提高其溫度，能夠充分抑制PM附著在內(nèi)蓋3上。
[0103]此外，外蓋4與保護蓋5之間的徑向距離D在外導入孔41的軸向位置上為0.5?2mm。由此，能夠充分確保外蓋4與保護蓋5之間的被測定氣體的流動，能夠?qū)⒈粶y定氣體從外導入孔41充分導入到外蓋4內(nèi)。此外，能夠通過保護蓋5充分抑制凝結(jié)水及粗大的PM從外導入孔41向外蓋4內(nèi)侵入。
[0104]此外，內(nèi)蓋3的縮徑臺階部33與外蓋4之間的距離E為0.5?1.5mm。由此，能夠充分確保內(nèi)蓋3的縮徑臺階部33與外蓋4之間的被測定氣體的流動。此外，能夠容易使侵入到外蓋4內(nèi)的凝結(jié)水碰撞到內(nèi)蓋3的縮徑臺階部33上。
[0105]此外，內(nèi)導入孔31的直徑為1.5mm以下。由此，能夠防止侵入到外蓋4內(nèi)的凝結(jié)水從內(nèi)導入孔31向內(nèi)蓋3內(nèi)侵入。
[0106]此外，外蓋4比保護蓋5向前端側(cè)突出。因此，能夠使被測定氣體與外蓋4 (外蓋4的外相同直徑部45)接觸之后向外蓋4與保護蓋5之間的空間進入。由此，能夠?qū)⒈粶y定氣體從外導入孔41充分導入到外蓋4內(nèi)。
[0107]此外，外排出孔42設(shè)置在外蓋4的前端部。因此，侵入到外蓋4內(nèi)的凝結(jié)水容易從外排出孔42排出。由此，能夠提高防水性。
[0108]此外，內(nèi)排出孔32設(shè)置在內(nèi)蓋3的前端部。因此，導入到內(nèi)蓋3內(nèi)的被測定氣體從內(nèi)排出孔32排出，從而在內(nèi)排出孔32附近產(chǎn)生負壓，容易將被測定氣體從內(nèi)導入孔31向內(nèi)蓋3內(nèi)導入。由此，能夠提高氣體傳感器I的響應性。
[0109]由此，根據(jù)本例，能夠提供能夠防止因PM的堆積等而引起響應性下降，防水性、響應性優(yōu)異的氣體傳感器I。
[0110]另外，在本例中，為了均衡地得到響應性及防水性，如圖1、圖2所示，內(nèi)蓋3的前端面300和外蓋4的前端面400彼此配置在大致同一平面上。
[0111]但是，為了提高防水性，也可以如圖4所示將內(nèi)蓋3的前端面300比外蓋4的前端面400配置在基端側(cè)。此外，為了提高響應性，也可以如圖5所示將內(nèi)蓋3的前端面300比外蓋4的前端面400設(shè)置在前端側(cè)。
[0112](實施例2)
[0113]如圖6所示，本例是變更了外蓋4及保護蓋5的結(jié)構(gòu)的例子。
[0114]在本例中，如該圖6所示，外蓋4比保護蓋5向基端側(cè)延伸地形成，和內(nèi)蓋3—起固定在外殼13的前端側(cè)。此外，在外蓋4的側(cè)壁上比外縮徑部43靠基端側(cè)的固定部46上固定有保護蓋5。
[0115]其他基本結(jié)構(gòu)及作用效果與實施例1相同。
[0116](實施例3)
[0117]如圖7所示，本例是變更了保護蓋5的結(jié)構(gòu)的例子。
[0118]在本例中，如該圖7所示，在保護蓋5的前端部設(shè)置有朝向徑向內(nèi)側(cè)突出的突出部52。此外，保護蓋5在突出部52與外蓋4之間具有向前端側(cè)開口的前端側(cè)開口部51。
[0119]其他基本結(jié)構(gòu)及作用效果與實施例2相同。
[0120](實驗)
[0121]本實驗中通過氣體傳感器進行各種評價。
[0122]在本實驗中，對A/B的值(A:內(nèi)蓋的內(nèi)徑，B:傳感器元件的前端部的最大徑向長度)不同的氣體傳感器求出相對PM附著量，進行PM附著抑制效果的評價。
[0123]PM附著抑制效果的評價中，首先，在模擬了氣體傳感器的試驗體中，將被測定氣體的溫度與內(nèi)蓋的溫度差設(shè)為溫度差AT，將內(nèi)蓋上所附著的PM的量設(shè)為PM附著量，通過模擬來求出溫度差AT(°C )與相對PM附著量)的關(guān)系。在此，相對PM附著量)用相對PM附著量=((溫度差AT = xV (X古O)時的PM附著量)/ (溫度差Λ T = (TC時的PM附著量))XlOO的式子來求出。接著，在Α/Β的值不同的氣體傳感器中，求出與Α/Β的值相應的溫度差Λ T (°C)，并使用其來求出Α/Β的值與相對PM附著量(％)之間的關(guān)系。
[0124]說明上述的評價結(jié)果。
[0125]圖8是表不Α/Β的值與相對PM附著量之間的關(guān)系的圖表。
[0126]從圖8可知，從Α/Β的值超過2.1的附近開始，相對PM附著量升高，PM附著抑制效果降低。
[0127]此外，對在制造工序中傳感器元件與內(nèi)蓋接觸而導致傳感器元件損傷的情況等不良情況的產(chǎn)生進行分析的結(jié)果，當Α/Β的值小于1.4時，發(fā)現(xiàn)了不良情況的產(chǎn)生。
[0128]從以上結(jié)果可知，在氣體傳感器中，通過使內(nèi)蓋的內(nèi)徑A與傳感器元件的前端部的最大徑向長度B滿足Α/Β ( 2.1的關(guān)系，能夠充分發(fā)揮PM附著抑制效果。
[0129]此外，在考慮部件的組裝性的情況下，優(yōu)選滿足A/B ^ 1.4的關(guān)系。
[0130]接著，對從傳感器元件的前端到內(nèi)蓋的縮徑臺階部為止在軸向上的距離不同的氣體傳感器，求出相對PM附著量，進行PM附著抑制效果的評價。求出相對PM附著量的方法與上述相同。
[0131]說明上述的評價結(jié)果。
[0132]圖9是表示相對距離與相對PM附著量之間的關(guān)系的圖表。在此，相對距離是指，從傳感器元件的前端到內(nèi)蓋的縮徑臺階部為止在軸向上的距離與傳感器元件的前端部和內(nèi)蓋之間的徑向的最大距離C之比。
[0133]從該圖9可知，從相對距離超過I (從傳感器元件的前端到內(nèi)蓋的縮徑臺階部為止在軸向上的距離與最大距離C相等的情況)的附近開始，PM附著量增多，抑制PM附著的效果降低。
[0134]從以上結(jié)果可知，在氣體傳感器中，在考慮PM附著抑制效果的情況下，優(yōu)選的是，在將傳感器元件的前端部與內(nèi)蓋之間的徑向的最大距離設(shè)為C的情況下，內(nèi)蓋的縮徑臺階部的至少一部分比在軸向上與傳感器元件的前端相距最大距離C的位置靠基端側(cè)而設(shè)置。
[0135]接著，對外導入孔的軸向位置處的外蓋與保護蓋之間的距離、內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的距離、外蓋相對于保護蓋向前端側(cè)的突出量不同的氣體傳感器，求出響應時間、響應時間劣化率、被水面積，進行PM附著抑制效果、響應性、防水性等的評價。
[0136]關(guān)于響應時間，在氣體流速:2m/秒的條件下以預定的比例改變氣體的氧濃度，并在該情況下求出產(chǎn)生與該濃度變化相應的傳感器輸出值的變化為止的時間作為響應時間(秒)。
[0137]關(guān)于響應時間劣化率，在進行預定周期的PM附著試驗之后，求出響應時間。響應時間通過與上述相同的方法來求出。PM附著試驗在大量產(chǎn)生PM的條件(例如，發(fā)動機低轉(zhuǎn)速，高負荷)下進行。并且，使用響應時間劣化率=(初始的響應時間)/(PM附著試驗后的響應時間)的式子來求出響應時間劣化率。
[0138]關(guān)于被水面積，向氣體傳感器適量噴射水，求出在傳感器元件的表面上附著有凝結(jié)水的面積作為被水面積(mm2)。
[0139]說明上述的各評價結(jié)果。
[0140]圖10?圖12是表示外導入孔的軸向位置處的外蓋與保護蓋之間的徑向距離與響應時間、響應時間劣化率及被水面積之間的關(guān)系的圖表。
[0141]從圖10可知，若外蓋與保護蓋之間的徑向距離為2mm以下，則響應時間縮短，響應性提高。此外，從圖11可知，若上述的徑向距離為0.5mm以上，則響應時間劣化率減小，PM附著抑制效果提高。此外，從圖12可知，若上述的徑向距離為0.5mm以上，則被水面積減小，防水性提聞。
[0142]從以上結(jié)果可知，在氣體傳感器中考慮PM附著抑制效果、防水性、響應性的情況下，優(yōu)選的是，外蓋與保護蓋之間的徑向距離在外導入孔的軸向位置處為0.5?2_。
[0143]進一步，在考慮部件的組裝性的情況下，優(yōu)選的是，外蓋與保護蓋之間的徑向距離為0.5謹以上。
[0144]此外，圖13?圖15是表示內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的距離與響應時間、響應時間劣化率及被水面積之間的關(guān)系的圖表。
[0145]從圖13可知，若外蓋與保護蓋之間的距離超過1.5mm，則響應時間延長，響應性下降。此外，從圖14可知，若上述距離為0.5mm以上，則響應時間劣化率減小，PM附著抑制效果提高。此外，從圖15可知，若上述的距離超過1.5mm，則被水面積增大，防水性下降。
[0146]從以上結(jié)果可知，在氣體傳感器中，考慮PM附著抑制效果、防水性、響應性的情況下，優(yōu)選的是，內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的距離為0.5?1.5mm。
[0147]進一步，在考慮部件的組裝性的情況下，優(yōu)選的是，內(nèi)蓋的縮徑臺階部與外蓋之間的距離為0.5mm以上。
[0148]此外，圖16?圖18是表示外蓋相對于保護蓋向前端側(cè)的突出量與響應時間、響應時間劣化率及被水面積之間的關(guān)系的圖表。
[0149]從圖16可知，若外蓋的突出量超過0_，則響應時間縮短，響應性提高。尤其是，若其突出量超過2mm，則效果更大。此外，從圖17可知，即使外蓋的突出量超過Omm，響應時間劣化率也幾乎相同，PM附著抑制效果得以維持。此外，從圖18可知，若外蓋的突出量超過4.5mm,則被水面積增大,防水性下降。
[0150]從以上結(jié)果可知，在氣體傳感器中，考慮PM附著抑制效果、防水性、響應性的情況下，優(yōu)選的是，外蓋比保護蓋向前端側(cè)突出。此外，更優(yōu)選的是，外蓋的突出量為2mm以上且
4.5mm以下。
[0151]符號說明
[0152]I 氣體傳感器
[0153]13 外殼
[0154]14 元件蓋
[0155]2 傳感器元件
[0156]21 前端部(傳感器元件的前端部)
[0157]3 內(nèi)蓋
[0158]31 內(nèi)導入孔
[0159]32 內(nèi)排出孔
[0160]33 縮徑臺階部
[0161]4 外蓋
[0162]41 外導入孔
[0163]42 外排出孔
[0164]5 保護蓋
【權(quán)利要求】
1.一種氣體傳感器(I)，具備: 傳感器元件(2)，檢測被測定氣體中的特定成分的濃度； 外殼(13)，在內(nèi)側(cè)插通該傳感器元件(2);以及 元件蓋(14)，配設(shè)在該外殼(13)的前端側(cè)， 上述氣體傳感器(I)的特征在于， 該元件蓋(14)具有配設(shè)成覆蓋上述傳感器元件(2)的前端部(21)的內(nèi)蓋(3)、以及配設(shè)在該內(nèi)蓋⑶的外側(cè)的外蓋(4)， 該外蓋(4)具有導入被測定氣體的外導入孔(41)、以及比該外導入孔(41)設(shè)置在前端側(cè)的外排出孔(42)， 上述內(nèi)蓋(3)具有比上述外導入孔(41)設(shè)置在基端側(cè)的導入被測定氣體的內(nèi)導入孔(31)、以及比該內(nèi)導入孔(31)設(shè)置在前端側(cè)的內(nèi)排出孔(32)， 在上述外蓋⑷的徑向外側(cè)，前端側(cè)開口的筒狀的保護蓋(5)被配設(shè)成覆蓋上述外導入孔(41)，在上述外蓋(4)與上述保護蓋(5)之間設(shè)置有預定的間隔， 在上述內(nèi)蓋(3)上設(shè)置有隨著靠向前端側(cè)而縮徑的縮徑臺階部(33)， 該縮徑臺階部(33)在軸向上位于上述外導入孔(41)與上述內(nèi)導入孔(31)之間，在將上述內(nèi)蓋(3)的內(nèi)徑設(shè)為A，將上述傳感器元件(2)的前端部(21)的最大徑向長度設(shè)為B的情況下，滿足A/B ( 2.1的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 在將上述傳感器元件(2)的前端部(21)與上述內(nèi)蓋(3)之間的徑向的最大距離設(shè)為C的情況下，上述內(nèi)蓋(3)的上述縮徑臺階部(33)的至少一部分比在軸向上與上述傳感器元件(2)的前端相距最大距離C的位置設(shè)置在基端側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述外蓋(4)與上述保護蓋(5)之間的徑向距離在上述外導入孔(41)的軸向位置處為 0.5 ?2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述內(nèi)蓋⑶的縮徑臺階部(33)與上述外蓋⑷之間的距離為0.5?1.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述外蓋(4)比上述保護蓋(5)向前端側(cè)突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述外排出孔(42)設(shè)置在上述外蓋(4)的前端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述內(nèi)排出孔(32)設(shè)置在上述內(nèi)蓋(3)的前端部。
【文檔編號】G01N27/409GK104246487SQ201380020838
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】中村正毅, 森脅淳二, 鯉江和俊 申請人:株式會社電裝