专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有保护器的气体传感器，该保护器可保护暴露于被测定气体中的气体传感器元件免于进水。
背景技术：
现有技术中，具有下述气体传感器元件的气体传感器已被公知对应于汽车等的废气中的特定气体例如NOx(氮氧化物)、氧等的浓度差而产生大小不同的起电力，基于该起电力的大小进行特定气体浓度的测定。该气体传感器安装到汽车等的排气管等上使用， 但因气体传感器元件暴露于高温的废气中、或以加热器加热气体传感器元件等而使气体传感器元件变得高温，因此例如因废气中含有的水分或附着到排气管内表面的冷凝水附着 (进水)，气体传感器元件受到热冲击，会有产生裂缝或破碎的危险。
因此，开发了以保护器覆盖气体传感器元件，以防止进水的技术(例如参照专利文献1)。该保护器是由内侧保护器和外侧保护器构成的双重结构。并且，从分别形成在内侧保护器和外侧保护器的气体导入孔导入被测定气体，并且在内侧保护器的前端壁上设置的凹陷部的侧壁上开口气体排出孔，从而使从外部(气体传感器元件前端侧)飞来的水滴难以直接接触检测元件。并且在该技术中，将设置在内侧保护器的底壁和侧壁之间的锥形部和外侧保护器相比向前端突出。
专利文献1 日本特开2008-96419号公报
专利文献2 日本特表2010-523989号公报
但是，专利文献1的气体传感器中，设置在锥形部的前端侧的底壁和锥形部相比较大，因此锥形部附近的负压较少产生，难以将导入到内侧保护器的内部空间内的废气有效从排出孔排出到外部，气体传感器的响应性不良。
对此开发了以下气体传感器(例如参照专利文献2)具有保护罩，该保护罩包括设置了覆盖传感器元件的筒状的传感器元件室及包围传感器元件室的外侧的前室，并且在传感器元件室的前端配置楔形的喷嘴(用于加速流动的装置)。在该气体传感器中，在上述喷嘴的前端开出口孔，通过喷嘴使传感器元件室内部的流动加速，传感器元件室内的冷凝液或粒子从出口孔排出。
但是在专利文献2的气体传感器中，因向喷嘴前端开口的出口孔直接面向传感器元件，所以存在从外部(气体传感器前端侧)飞来的水滴易于从出口孔接触到检测元件的问题。发明内容
本发明为解决上述问题而出现，其目的在于提供一种具有保护器的气体传感器， 可大幅提高气体排出性以提高传感器的响应性，并有效保护气体传感器元件免于进水。
为解决上述课题，本发明的气体传感器具有气体传感器元件，其在轴线方向延伸，在前端侧具有用于检测被测定气体的检测部；筒状的主体配件，使该检测部从该主体配件的前端突出，保持上述检测元件；和保护器，固定到该主体配件的前端侧并且包围上述检测部的周围，上述气体传感器的特征在于，上述保护器具有内侧保护器，在其内部空间容纳上述气体传感器元件，该内侧保护器具有筒状的侧壁和设置在该侧壁的前端侧的底壁， 该筒状的侧壁具有用于将被测定气体导入到该内部空间的内侧气体导入孔；和外侧保护器，与该内侧保护器的侧壁之间存在间隙并且容纳上述内侧保护器，该外侧保护器具有筒状的侧壁，该侧壁具有与上述内侧气体导入孔相比设置在上述轴线方向前端侧的用于将被测定气体导入到该间隙的外侧气体导入孔，上述外侧保护器具有截锥状的锥形壁，设置在上述外侧保护器的侧壁的前端侧并且朝向上述轴线方向前端侧变窄；和外侧气体排出孔， 形成在该锥形壁的前端边缘内并且连通上述外侧保护器内外，设由该锥形壁的前端边缘形成的面积为SL时，上述外侧气体排出孔的开口面积S为1/2XSL ( S ( SL，上述内侧保护器的底壁上设置有底壁开口，上述内侧保护器具有盖子部，该盖子部覆盖该底壁开口的轴线方向后端侧并且向上述内侧保护器的上述底壁的后端侧凹陷，上述盖子部和上述底壁的一部分在上述轴线方向上分离从而形成侧部开口。
根据该气体传感器，在外侧保护器的前端侧设置朝向轴线方向前端侧变窄的截锥状的锥形壁，并且以满足1/2X SL < S < SL的关系的方式而在外侧保护器前端的截锥顶面开口外侧气体排出孔，因此在锥形壁前端附近的被测定气体的下游侧产生较强的负压，将导入到内部空间内的废气从底壁开口向外侧气体排出口吸引并排出到外部的效果增大，可提高气体传感器的响应性。此外，如S < 1/2XSL，则在外侧保护器前端的截锥顶面上形成和锥形壁相比相对较大的底壁，无法获得该效果。
另一方面，在外侧保护器前端的截锥顶面开口外侧气体排出孔时，难以设置专利文献1所示的凹陷部。
其中，在该气体传感器中，在内侧保护器的底壁上形成轴线方向后端侧被盖子部覆盖的底壁开口，从而即使水滴从外侧气体排出孔沿轴线方向飞到底壁开口内，也被盖子部挡住，难以直接到达气体传感器元件，可保护气体传感器元件免于进水。
进一步，在本发明的气体传感器中，沿上述轴线方向观察时，上述底壁开口和上述外侧气体排出孔可重叠。
在这种气体传感器中，底壁开口(盖子部)和外侧气体排出孔至少一部分重叠，因此通过使底壁开口和外侧气体排出孔较接近，可使被测定气体从内侧保护器向外部沿轴线方向通过，进一步提高气体传感器的响应性。
进一步，在本发明的气体传感器中，沿上述轴线方向观察时，上述侧部开口和上述外侧气体排出孔可重叠。
在这种气体传感器中，内侧保护器的侧部开口和外侧气体排出孔至少一部分重叠，因此可使侧部开口和外侧气体排出孔接近。这样一来，和使底壁开口和外侧气体排出口重叠的构成相比，可进一步使被测定气体从内侧保护器向外部沿轴线方向通过，进一步提高气体传感器的响应性。
进一步，在本发明的气体传感器中，在上述内侧保护器的侧壁上设置排水孔，在上述轴线方向上，上述排水孔与上述外侧气体导入孔不重叠并且与上述侧部开口重叠。
根据这种气体传感器，通过在内侧保护器的侧壁上设置排水孔，即使水滴从外侧保护器的气体导入孔侵入，也可通过排水孔导入到内侧保护器内部，可防止水滴侵入到内侧气体导入孔。并且，因使排水孔和侧部开口接近，所以从排水孔侵入到内侧保护器内的水滴易于直接从侧部开口排出到外部(外侧气体排出孔一侧)。另一方面，排水孔与外侧气体导入孔不重叠，所以可抑制通过了外侧气体导入孔的气体成分直接通过排水孔，维持从内侧气体导入孔导入到内侧保护器内的被测定气体量，维持气体传感器的响应性。
进一步，在本发明的气体传感器中，上述外侧气体排出孔的最小宽度比上述侧部开口的最大轴线方向长度大。
根据这种气体传感器，从内侧保护器内通过侧部开口的废气被外侧气体排出孔限制，可不在外侧保护器内滞留地排出到外部，可抑制气体传感器响应性下降。
进一步，在本发明的气体传感器中，上述外侧排出孔的最小宽度是2mm以上。这样一来，通过了侧部开口的水滴可不在外侧保护器内滞留，易于通过外侧气体排出孔排出到外部。此外，外侧排出孔的最小直径如小于2mm，则会无法获得该效果。
进一步，在本发明的气体传感器中，上述侧部开口的最大轴线方向长度是1.6mm 以上。这样一来，将导入到内部空间内的废气从侧部开口排出到外部(外侧保护器内)的效果增大，可提高气体传感器的响应性。此外，如侧部开口的最大轴线方向长度小于1. 6mm, 则无法获得该效果。
进一步，在本发明的气体传感器中，在上述内侧保护器的侧壁上形成阶梯部，其随着从前端侧到后端侧而向径向外侧扩展并且具有朝向前端的面，在上述轴线方向上，该阶梯部位于上述外侧气体导入孔和上述内侧气体导入孔之间的区域。
根据这种气体传感器，从外侧气体导入孔导入了含有水分的被测定气体时，比重轻的气体成分上升，从内侧气体导入孔导入到内侧保护器内，另一方面，水分与内侧保护器的阶梯部(朝向前端的面)冲突并落下，因此避免了水分侵入到内侧保护器内。
根据本发明，可大幅提高气体排出性以提高传感器的响应性，并有效保护气体传感器元件免于进水。


图1是沿着本发明的第1实施方式涉及的气体传感器的轴线方向的截面图。
图2是保护器的局部放大截面图。
图3是表示形成在内侧保护器的底壁的盖子部及底壁开口的透视图。
图4是锥形壁的前端边缘附近的局部放大截面图。
图5是表示将本发明的第1实施方式涉及的气体传感器放置到气体流中时的、气体的压力分布的数值仿真结果的图。
图6是表示将现有的具有保护器的气体传感器放置到气体流中时的、气体的压力分布的数值仿真结果的图。
图7是表示从气体传感器的后端向前端观察时的、内侧保护器的底壁开口(盖子部)与外侧保护器的外侧气体排出孔重叠状态的俯视图。
图8是表示排水孔、内侧气体导入孔、外侧气体导入孔、侧部开口、及内侧保护器侧壁的阶梯部沿着轴线方向的位置关系的截面图。
图9是本发明的第2实施方式涉及的气体传感器具有的保护器的局部放大截面图。
图10是表示在第2实施方式中，形成在内侧保护器底壁的盖子部及底壁开口的透视图。
图11是表示在第2实施方式中，从气体传感器的后端向前端观察时的、内侧保护器的底壁开口(盖子部)和外侧保护器的外侧气体排出孔的重叠状态的俯视图。
具体实施方式
以下参照

本发明的实施方式。图1是沿着本发明的第1实施方式涉及的气体传感器1的轴线方向的截面图。气体传感器1是如下全范围空燃比传感器安装在汽车的排气管(未图示)上，内部保持的气体传感器元件10的检测部11暴露于在排气管内流通的废气中，根据该废气中的氧浓度检测出废气的空燃比。
此外，在以下说明中，将气体传感器1的轴线0方向作为上下方向而图示，将内部保持的气体传感器元件10的检测部11 一侧作为气体传感器1的前端侧、后端部12 —侧作为气体传感器1的后端侧(基端侧)来说明。
气体传感器元件10呈公知的在轴线0方向延伸的宽度窄的板状形状，进行氧浓度检测的气体检测体以及为使该气体检测体尽快激活而进行加热的加热体彼此粘合，作为大致呈长方体状的层压体而一体化(在图1中，将图的左右方向作为板厚方向、纸的正反方向作为板宽方向表示)。气体检测体由以锆为主体的固体电解质体及以钼为主体的电极(均未图示)构成，该电极配置在气体传感器元件10的前端侧的检测部11上。并且，为了保护电极免于废气毒害，在气体传感器元件10的检测部11上形成用于包围其外周面的保护层 15。并且，在气体传感器元件10的后端侧的后端部12上形成用于从气体检测体和加热体取出电极的5个电极焊点16(图1中图示了其中的一个)。此外，在本实施方式中，将气体传感器元件10作为本发明中的“气体传感器元件”进行了说明，严格来说，作为气体传感器元件的构成，加热体不是必须的，气体检测体相当于本发明的“气体传感器元件”。
在位于气体传感器元件10的中央的主体部13的前端侧，呈有底筒状的金属制的金属罩20在自身的内部插通气体传感器元件10，使该检测部11从筒底的开口 25向前端侧突出。金属罩20是用于在主体配件50内保持气体传感器元件10的部件，筒底的边缘部分的前端圆周边缘部23的外周面形成锥形。在金属罩20内，氧化铝制的陶瓷环21及压缩滑石粉末并凝固的滑石环22在将自身插通气体传感器元件10的状态下被容纳。滑石环22 在金属罩20内压碎填充到细部，从而使气体传感器元件10在金属罩20内定位并保持。
与金属罩20 —体的气体传感器元件10的周围被筒状的主体配件50包围并保持。 主体配件50用于将气体传感器1安装并固定到汽车的排气管(未图示)，由SUS430等低碳素钢构成，在外周前端侧形成用于安装到排气管的阳螺纹部51。在比该阳螺纹部51靠近前端一侧形成卡定下述保护器100的前端卡定部56。并且，在主体配件50的外周中央形成卡定安装用的工具的工具卡定部52，在该工具卡定部52的前端面和阳螺纹部51的后端之间嵌入防止安装到排气管时漏气的垫圈55。进一步，在工具卡定部52的后端侧形成卡定下述外筒30的后端卡定部57，在其后端侧形成用于将气体传感器元件10铆接保持到主体配件 50内的铆接部53。
并且，在主体配件50的内周，在阳螺纹部51附近形成阶梯部M。在该阶梯部M 上固定用于保持气体传感器元件10的金属罩20的前端圆周边缘部23。进一步，在主体配件50的内周，滑石环沈在插通气体传感器元件10的状态下从金属罩20的后端侧填装。并且，为从后端侧推动滑石环26，筒状的套筒27嵌入到主体配件50内。套筒27的后端侧外周形成呈阶梯状的肩部观，在该肩部观上配置圆环状的铆接填料四。在该状态下，主体配件50的铆接部53借助铆接填料四进行铆接，使套筒27的肩部观向前端侧按压。被套筒 27按压的滑石环沈在主体配件50内压碎，填充到细部，通过该滑石环沈和预先填充到金属罩20内的滑石环22，金属罩20及气体传感器元件10在主体配件50内被定位保持。
气体传感器元件10的后端部12和主体配件50的后端(铆接部5 相比向后方突出，在该后端部12上覆盖由绝缘性陶瓷构成的筒状的隔板60。隔板60在内部保持用于与形成在气体传感器元件10的后端部12上的5个电极焊点分别电连接的5个连接端子 61(在图1中图示了其中的一个)，并且容纳并保护各连接端子61及向气体传感器1的外部伸出的5条导线65(在图1中图示了其中的3条)的各连接部分。
并且，配置筒状的外筒30，以包围嵌入了隔板60的气体传感器元件10的后端部 12的周围。外筒30由不锈钢(例如SUS304)制成，在主体配件50的后端卡定部57的外周卡定自身的前端侧的开口端31。1从外周侧铆接该开口端3，进一步环绕外周一周进行激光焊接，从而与后端卡定部57接合，外筒30和主体配件50 —体固定。
并且，在外筒30和隔板60之间的间隙中配置金属制的筒状的保持配件70。保持配件70具有将自身的后端向内侧弯曲而构成的支撑部71，将在插通到其内部的隔板60的后端侧外周上凸缘状设置的凸缘部62固定到支撑部71，从而支撑隔板60。在该状态下，配置了保持配件70的部分的外筒30的外周面被铆接，支撑隔板60的保持配件70固定到外筒30。
接着，在外筒30的后端侧的开口上嵌合氟系橡胶制的护线套75。护线套75具有 5个插通孔76(图1中图示了其中的一个)，在各插通孔76中，从隔板60伸出的5条导线 54气密性地插通。在该状态下，护线套75将隔板60向前端侧按压的同时从外筒30的外周被铆接，固定于外筒30的后端。
另一方面，由主体配件50保持的气体传感器元件10的检测部11从主体配件50的前端部(前端卡定部56)突出。该前端卡定部56中嵌入保护器100，用于保护气体传感器元件10的检测部11免于废气中的沉淀(燃料灰分、油分等有毒性附着物质)造成的污损、 废气中含有的水分及排气管内表面附着的冷凝水的进水等造成的损坏，该保护器通过点焊或激光焊接被固定。以下参照图2 图4说明该保护器100。
如图2所示，保护器100是如下构成的双重结构呈有底筒状的内侧保护器120， 其具有底壁1 及侧壁122 ；外筒保护器110，其具有呈筒状的侧壁112，该侧壁112在与内侧保护器120的外周面之间具有间隙(以下也称为“气体分离室” 119)的状态下包围内侧保护器120的径向周围。
内侧保护器120的外径比主体配件50的前端卡定部56小，作为开口侧(基端侧) 的端部的开口端部121以与前端卡定部56的外周卡定的方式扩径。并且，环绕开口端部 121的外周一周实施激光焊接，内侧保护器120固定到主体配件50的前端卡定部56。另一方面，在内侧保护器120的侧壁122中，在轴线0方向上靠近开口端部121的位置的外周面上，沿着圆周方向开口多个(在本实施方式中是6个)内侧气体导入孔130。内侧气体导入孔130，用于将通过下述外侧保护器110的外侧气体导入孔115导入到气体分离室119的废7气中、主要将气体成分导入到内侧保护器120的内部，即气体传感器元件10的检测部11露出的气体检测室(相当于权利要求范围的“内部空间”)129。
并且，在内侧保护器120的侧壁122的前端侧，在外周面的圆周方向的多个位置 (在本实施方式中是4个)设置排水孔150。该排水孔150作为用于将导入到气体分离室 119内的废气中含有的水分(水滴)等通过气体检测部1 排出到外部的导路，和内侧气体导入孔130的形成位置相比配置在前端侧。
内侧保护器120的底壁IM形成为与垂直于轴线0方向的面基本平行的面。并且， 底壁IM的一部分(中央部)向后端侧凹陷以压入内侧，形成盖子部127。具体而言，如图3 所示，在底壁124的中央部设置两条平行的切口 127a，将被该切口 127a夹持的条带状的材料压入到后端侧时，形成山状隆起的盖子部127。盖子部127和底壁IM通过切口 127a向轴线0方向分离，在盖子部127的短边127b (连接相对的切口 127a的端边缘之间的线段)， 底壁124与盖子部127连接。
因此，在盖子部127的一部分从底壁124向轴线0方向浮起的状态下(权利要求范围中的“盖子部和底壁的一部分在轴线方向上分离”的状态)，盖子部127由底壁IM支撑。并且，在轴线0方向观察时，在和盖子部127重叠的底壁124上开口底壁开口 160。进一步，在盖子部127和底壁IM在轴线0方向分离的部分(切口 127a部分)，形成与底壁开口 160连通并且与轴线0方向具有角度地开口的侧部开口 162。底壁开口 160通过侧部开口 162将导入到气体检测室129内的废气及水滴排出到外部。
此外，如果侧部开口 162的最大轴线0方向长度为1. 6mm以上，则将导入到气体检测室129内的废气从侧部开口 162排出到外部(外侧保护器110内)的效果增大，可提高气体传感器1的响应性。
这基于以下响应性评价。具体而言，作为评价方法进行以下控制设空燃比(空气/汽油)的理论空燃比14. 7倍为λ =1时，强制性地切换为浓(λ =0·97)/稀(λ = 1.03)。并且，测定从由浓到稀切换开始到气体传感器1的输出值变为λ =1的值为止的时间。并且在该评价中，将气体传感器1安装到排气量2000CC的4冲程发动机的排气管， 使发动机在转速2000rpm下驱动并实施。此外，将气体传感器1安装到排气管的位置是发动机排气温度约为450°C的位置。
作为评价样本，准备气体传感器1中的侧部开口 162的最大轴线0方向长度为 0. 9mm、1. 2mm、1. 6mm的样本，通过上述评价方法进行评价。
其结果是，各自的时间是620sec (最大轴线0方向长度为0. 9mm) ,585sec (最大轴线0方向长度为1.2mm)、560sec (最大轴线0方向长度为1.6mm)。此外，如果是560sec，则可充分获得实际使用时的气体传感器1的响应性。
另一方面，外侧保护器110的外径比主体配件50的前端卡定部56大，作为开口侧 (基端侧)的端部的开口端部111与前端卡定部56的外周(具体而言是内侧保护器110的开口端部121的外周)卡定。并且，环绕开口端部111的外周一周实施激光焊接，外侧保护器110固定到主体配件50的前端卡定部56。另一方面，在外侧保护器110的侧壁112上， 在轴线0方向上靠近前端侧的位置的外周面上，沿圆周方向开口多个(本实施方式中是6 个)外侧气体导入孔115。外侧气体导入孔110用于从外部将废气导入到气体分离室119。 此外，外侧气体导入孔115和内侧气体导入孔130相比设置在轴线0方向的前端侧。
另一方面，在外侧保护器110的侧壁112的前端侧，设置朝向轴线0方向的前端侧变窄的截锥状(在本实施方式中是圆锥状)的锥形壁117。并且，在锥形壁117的前端边缘 (前端外边缘)117s的内侧，开口用于连通外侧保护器110的内外的外侧气体排出孔170。
其中，如图4(a)所示，在第1实施方式中，锥形壁117的前端边缘117s与外侧气体排出孔170的圆周边缘一致，外侧气体排出孔170成为使锥形壁117的截锥顶面(被前端边缘117s包围的虚拟面)的整个面在轴线0方向贯通的切断孔。因此，设由锥形壁117 的前端边缘117s形成的面积为SL时，外侧气体排出孔170的开口面积s为s = SL。但在本发明中，只要满足1/2 X SL ^ S^ SL的关系即可，例如如图4(b)所示，外侧气体排出孔 170的圆周边缘位于锥形壁117的前端边缘117s的内侧，可从前端边缘117s到外侧气体排出孔170的圆周边缘形成外侧底壁118。
此夕卜，当外侧气体排出孔170的最小宽度为2mm以上(外侧气体排出孔170为圆时，面积为3. 14mm2以上)时，通过了侧部开口 162的水滴不会在外侧保护器110内滞留， 水由于自重会通过外侧气体排出孔170易于排出到外部，因此优选。
这基于以下响应性评价。具体而言，作为评价样本，准备在气体传感器1中仅外侧保护器110固定于主体配件50的样本。并且，准备外侧保护器110的外侧气体排出孔170 的最小宽度为0. lmm、0. 15mm、0. 2mm的样本。
作为评价方法，从主体配件50 —侧向外侧保护器110内滴下水，确认水是否从外侧保护器Iio的外侧气体排出孔170排出。并且，测定水从外侧保护器110的外侧气体排出孔170排出时的滴下量。
其结果是，各自的滴下量是600 μ 1 (最小宽度0. Imm)、600 μ 1 (最小宽度0. 15mm)、 280 μ 1 (最小宽度0. 2mm)。由此可知，外侧保护器110的外侧气体排出孔170的最小宽度如果是0. 2mm以上，则水滴易于通过外侧气体排出孔170排出到外部。
并且锥形壁117的锥角为30° 60°时，即使改变气体传感器1对安装对象体 (排气管等)的安装角度，锥形壁117也相对安装对象体内的气体流保持角度，气体流难以从外侧气体排出孔170逆流到外侧保护器110内，因此优选。
进一步，外侧气体排出孔170的最小宽度比侧部开口 162的最大轴线0方向长度大时，从气体检测室129内通过侧部开口 162的废气被外侧气体排出孔170限制，可不在外侧保护器110内滞留而排出到外部，可抑制气体传感器1的响应性下降。
因此，外侧保护器110在侧壁112的前端侧具有朝向轴线0方向前端侧变窄的截锥状的锥形壁117，并且满足1/2 X SL < S < SL的关系，在锥形壁117的截锥顶面开口外侧气体排出孔170。因此，如下所述，锥形壁117前端附近的被测定气体的下游侧产生较强的负压，该负压有效作用于气体检测室129内，吸引导入到气体检测室129内的废气并排出到外部的效果增大。
并且，来自外侧气体排出孔170的吸引效果变大，因此即使改变气体传感器1到安装对象体(排气管等)的安装角度，气体流也难以从外侧气体排出孔170逆流到外侧保护器110内，可不改变响应性地稳定检测被测定气体。尤其是，例如气体传感器1以将自身的前端侧朝向气体流的上游侧、将自身的后端侧朝向气体流的下游侧的安装角度进行安装时，可有效抑制水分及气体流逆流到保护器内。
另一方面，当1/2XSL > S时，图4(b)所示的外侧底壁118和锥形壁117相比相对较大，锥形产生的形状效果减少，锥形壁17前端附近的被测定气体下游侧的负压减少。
图5、图6分别表示将本发明的第1实施方式涉及的气体传感器1、及现有的(专利文献1记载的)具有保护器的气体传感器放置到气体流中时的、气体的压力分布的数值仿真结果。此外，该数据仿真是使用了纳维-斯托克斯方程式的乱流解析，使用CDAJ( ν-rM-r夕· 二 ”公司制的流体解析软件(产品名STAR-CD)进行。此外，图5、 图6中，较浓的区域P表示较强的负压(图5、图6的普通例的色调中，P所示的黑色部分)。
从图5可知，在外侧保护器110的前端侧具有朝向轴线0方向前端侧而变窄的截锥状的锥形壁117，并且为满足1/2 X SL < S < SL的关系(图5中S = SL)，在锥形壁117 的截锥顶面开口外侧气体排出孔170时，可知在锥形壁117前端附近的气体下游侧产生较强的负压(负压区域P)。
另一方面，图6所示的现有的保护器，相当于图4(b)的外侧底壁118的面积和锥形壁117相比较大(S= 1/20SL)，可知锥形壁117前端附近的气体下游侧的负压区域P减少。
进一步，图7表示从气体传感器1的后端向前端观察时的、内侧保护器120的底壁开口 160(盖子部127)与外侧保护器110的外侧气体排出孔170的重叠状态。
如图7所示，底壁开口 160(盖子部127)和外侧气体排出孔170至少部分(图7 的阴影区域)重叠。
进一步如图7所示，侧部开口 162的一部分和外侧气体排出孔170也重叠。
因此，底壁开口 160和外侧气体排出孔170至少部分重叠，因此通过底壁开口 160 和外侧气体排出孔170的接近，可使被测定气体从内侧保护器120向外部沿轴线0方向通过，进一步提高气体传感器1的响应性。
并且，侧部开口 162和外侧气体排出孔170至少一部分重叠，因此通过侧部开口 162和外侧气体排出孔170接近，和重叠底壁开口 160和外侧气体排出孔170的构成相比， 可进一步使被测定气体从内侧保护器120向外部沿轴线0方向通过，可进一步提高气体传感器1的响应性。
如上所述，第1实施方式涉及的气体传感器1 :1)在外侧保护器110的前端侧设置朝向轴线0方向前端侧变窄的截锥状的锥形壁117，并且在外侧保护器110的锥形壁117的截锥顶面，开口 1/2XSL ^ S^ SL的外侧气体排出孔170，2)在内侧保护器120的底壁14 上，形成后端侧被盖子部127覆盖的底壁开口 160。
通过1)的构成，在锥形壁117前端附近的被测定气体的下游侧产生较强的负压， 因此将导入到气体检测室129内的废气从底壁开口 160向外侧气体排出孔170吸引并排出到外部的效果增大，可提高气体传感器1的响应性。
进一步，通过2)的构成，在外侧保护器110内容纳的内侧保护器120的底壁14上， 设置轴线0方向后端侧被盖子部127覆盖的底壁开口 160，从而即使水滴等从外侧气体排出孔170沿轴线0方向飞到底壁开口 160内，也被盖子部127挡住，难以直接到达气体传感器元件10，可保护气体传感器10免于进水。
此外如图8所示，优选内侧保护器120的排水孔150在轴线0方向与外侧气体导入孔115不重叠，且在轴线0方向与侧部开口 162重叠。其中，“排水孔150在轴线0方向与外侧气体导入孔115不重叠”是指，外侧气体导入孔115的前端边缘位于排水孔150的后10端边缘L1的后端侧。并且，“排水孔150在轴线0方向与侧部开口 162重叠”是指，侧部开口 162的至少一部分位于排水孔150的后端边缘L1和前端边缘L2之间。
通过该构成，排水孔150和侧部开口 162接近，因此从排水孔150侵入到内侧保护器120的水分W易于直接从侧部开口 162排到外部(外侧气体排出孔170—侧)。另一方面，因排水孔150与外侧气体导入孔115不重叠，所以可抑制通过了外侧气体导入孔115的被测定气体直接通过排水孔150，维持从内侧气体导入孔130导入到内侧保护器120的气体检测室129内的被测定气体量，维持气体传感器1的响应性。
并且如图8所示，优选在内侧保护器120的侧壁122上形成阶梯部122D，其随着从前端侧到后端侧而向径向外侧扩展，同时具有朝向前端的面，阶梯部122D在轴线0方向上位于外侧气体导入孔115和内侧气体导入孔130之间的区域R。其中，区域R是指，内侧气体导入孔130的前端边缘和外侧气体导入孔115的前端边缘之间的区域。
根据这一构成，从外侧气体导入孔115导入了含有水分的被测定气体时，比重轻的气体成分G上升，从内侧气体导入孔130导入到内侧保护器120内，另一方面，水分W与内侧保护器120的阶梯部122D(朝向前端的面)冲突并落下，因此避免了水分侵入到内侧保护器120的气体检测室129内。
此外，从上述排水效果的角度出发，内侧保护器120的前端角部(侧壁122和底壁 124的折返部)120c与外侧保护器110的锥形壁117内表面接触时，滞留在内侧保护器120 和外侧保护器110之间的水分(图8的交叉阴影部分)难以排出到外部(外侧气体排出孔 170 一侧)。
因此，为了提高排水效果，优选将前端角部120c从锥形壁117内表面分离。
另一方面，当前端角部120c与锥形壁117内表面分离时，从外侧气体导入孔115 导入的被测定气体通过前端角部120c和锥形壁117内表面之间，因此从气体传感器1的响应性的角度出发不佳。因此，从气体传感器1的响应性的角度出发，优选内侧保护器120的前端角部120c与外侧保护器110的锥形壁117内表面接触。
接着参照图9 图11说明本发明的第2实施方式涉及的气体传感器2。但第2实施方式涉及的气体传感器2除了设置在内侧保护器120的底壁124的盖子部227及底壁开口沈0的构成不同以外，和第1实施方式相同，因此对和第1实施方式相同的部分标以同样标号，省略其说明。
在图9中，内侧保护器120的底壁124形成为与垂直于轴线0方向的面基本平行的平面。并且，底壁124的两个大致半圆状的地方向后端侧凹陷，以压入到内侧，形成盖子部227。具体而言，如图10所示，在底壁IM上设置两条平行的切口 227a，将被该切口 227a 夹持、圆周部彼此相邻相对的两个半圆区域的材料压入到后端侧时，切口 227a向径向外侧的一方开口(侧部开口 262)，形成两个扁平的半球状隆起的盖子部227。各盖子部227和底壁IM通过切口 227a向轴线0方向分离，在除了切口 227a的盖子部227的半圆状的边缘部中彼此连接。并且，各盖子部227以底壁124的中心连接半圆状的边缘部的同时，将各自的侧部开口 262配置在和径向相反的方向。
因此，在盖子部227的一部分从底壁124向轴线0方向浮起的状态下(权利要求范围中的“盖子部和底壁的一部分在轴线方向上分离”的状态)，盖子部227由底壁IM支撑。并且，在轴线0方向观察时，在和盖子部227重叠的底壁IM上，两个半圆状的底壁开口260开口。进一步，在盖子部227和底壁IM在轴线0方向分离的部分(切口 227a部分)， 形成与底壁开口 260连通且与轴线0方向具有角度地开口的侧部开口沈2。底壁开口 260 通过侧部开口 262将导入到气体检测室129内的废气及水滴排出到外部。
此外，在第2实施方式中，因开口多个(两个)底壁开口沈0，所以底壁开口沈0的总开口面积变大，结果可提高来自内侧保护器120的废气的排出性及水滴的排水性。
图11表示从气体传感器2的后端向前端观察时的、内侧保护器120的底壁开口沈0(盖子部227)和外侧保护器110的外侧气体排出孔170的重叠状态。
如图11所示，底壁开口 260和外侧气体排出孔170至少部分(图11的阴影区域) 重叠。这样一来，在和轴线0方向垂直的方向上，底壁开口 260和外侧气体排出孔170接近， 从而可使被测定气体从内侧保持器120向外部沿轴线0方向通过，进一步提高气体传感器 2的响应性。
在第2实施方式中，在锥形壁117前端附近的被测定气体的下游侧产生较强的负压，因此将导入到气体检测室129内的废气及水滴从底壁开口 160吸引到外侧气体排出孔 170并排出到外部的效果增大，气体传感器2的响应性提高。并且，即使水滴等从外侧气体排出孔170沿轴线0方向飞到底壁开口沈0内，也可通过盖子部227挡住，难以直接到达气体传感器元件10，可保护气体传感器元件10免于进水。
此外，本发明不限于上述各实施方式，可进行各种变形。例如，内侧保护器的底壁开口及盖子部的形状和个数不限于以上。例如，可在内侧保护器的底壁上形成“ 二 ”或“U” 字状的切口，将被该切口夹持的区域的材料推入到后端侧并形成盖子部。此时，盖子部的一处在轴线方向延伸并与底壁连接。
并且，在上述各实施方式中，在内侧保护器的侧壁的同一母线上设置排水孔及内侧气体导入孔，进一步在径向上与该母线相同的外侧保护器的母线上形成外侧气体导入孔，但各孔也可形成在分别不同的母线上，或也可是任意一个孔形成在不同的母线上。并且，外侧气体导入孔、排水孔及内侧气体导入孔的形成个数不限于分别是4个、6个，其大小、形状也可任意设定。
并且，本发明同样可适用于作为气体传感器的氧传感器、NOx传感器、HC传感器、 温度传感器等。
权利要求
1.一种气体传感器，具有气体传感器元件，其在轴线方向延伸，在前端侧具有用于检测被测定气体的检测部；筒状的主体配件，使该检测部从该主体配件的前端突出，保持上述检测元件；和保护器，固定到该主体配件的前端侧并且包围上述检测部的周围，上述气体传感器的特征在于，上述保护器具有内侧保护器，在其内部空间容纳上述气体传感器元件，该内侧保护器具有筒状的侧壁和设置在该侧壁的前端侧的底壁，该筒状的侧壁具有用于将被测定气体导入到该内部空间的内侧气体导入孔；和外侧保护器，与该内侧保护器的侧壁之间存在间隙并且容纳上述内侧保护器，该外侧保护器具有筒状的侧壁，该侧壁具有与上述内侧气体导入孔相比设置在上述轴线方向前端侧的用于将被测定气体导入到该间隙的外侧气体导入孔，上述外侧保护器具有截锥状的锥形壁，设置在上述外侧保护器的侧壁的前端侧并且朝向上述轴线方向前端侧变窄；和外侧气体排出孔，形成在该锥形壁的前端边缘内并且连通上述外侧保护器内外，设由该锥形壁的前端边缘形成的面积为SL时，上述外侧气体排出孔的开口面积S为 1/2 X SL ^ S ^ SL,上述内侧保护器的底壁上设置有底壁开口，上述内侧保护器具有盖子部，该盖子部覆盖该底壁开口的轴线方向后端侧并且向上述内侧保护器的上述底壁的后端侧凹陷，上述盖子部和上述底壁的一部分在上述轴线方向上分离从而形成侧部开口。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，沿上述轴线方向观察时，上述底壁开口和上述外侧气体排出孔重叠。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其中，沿上述轴线方向观察时，上述侧部开口和上述外侧气体排出孔重叠。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的气体传感器，其中，在上述内侧保护器的侧壁上设置排水孔，在上述轴线方向上，上述排水孔与上述外侧气体导入孔不重叠并且与上述侧部开口重叠。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的气体传感器，其中，上述外侧气体排出孔的最小宽度比上述侧部开口的最大轴线方向长度大。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的气体传感器，其中，上述外侧排出孔的最小宽度是2mm以上。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的气体传感器，其中，上述侧部开口的最大轴线方向长度是1.6mm以上。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的气体传感器，其中，在上述内侧保护器的侧壁上形成阶梯部，该阶梯部随着从前端侧向后端侧而向径向外侧扩展并且具有朝向前端的面，在上述轴线方向上，该阶梯部位于士述外侧气体导入孔和上述内侧气体导入孔之间的区域。
全文摘要
提供一种具有保护器的气体传感器，可大幅提高气体排出性从而提高传感器的响应性，并有效保护气体传感器元件免于进水。气体传感器(1)的保护器(100)具有内侧保护器(120)，容纳气体传感器元件(10)，具有筒状的侧壁(122)和底壁(124)，该筒状的侧壁(122)具有内侧气体导入孔(130)；和外侧保护器(110)，容纳内侧保护器且具有筒状的侧壁(112)，该筒状的侧壁(112)具有外侧气体导入孔(115)，外侧保护器具有朝向前端侧变窄的截锥状的锥形壁(117)；和形成在该锥形壁的前端边缘(117s)内的外侧气体排出孔(170)，设在锥形壁的前端边缘形成的面积为SL时，外侧气体排出孔的开口面积S为1/2×SL≤S≤SL，内侧保护器的盖子部(127)和底壁(160)的一部分在轴线方向上分离，形成侧部开口(162)。
文档编号G01N27/407GK102539504SQ20111035539
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者中岛崇史 申请人:日本特殊陶业株式会社