JP2002116176A - ガスセンサ及び該ガスセンサを構成する筒状挿入部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通気フィルタを筒状挿入部材を介してシール
部材に固定するタイプのガスセンサにおいて、そのシー
ル性及び通気性を保証できるガスセンサを提供する。 【解決手段】 酸素センサ１においては、筒状挿入部材
３０が、その大気側端部にて軸方向中央に向かって折り
込まれた構成を有するため、この折り込まれた部分の先
端に形成された大気側開口部と、この大気側端部を覆う
通気フィルタ５０の表面との間に所定の空間が形成され
ている。このため、筒状挿入部材３０が従来からの手法
で製造され、その大気側開口部の周縁部からバリが突出
していたとしても、このバリにより通気フィルタ５０の
表面が傷つけられることもなく、通気フィルタ５０の通
気性及び防水性、ひいては酸素センサ１のシール性を保
持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定ガスの流路
を形成する管に取り付けられ、基準ガスとしての大気を
外部から導入して被測定ガス成分を検出するガスセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、混合ガス中から特定のガス成
分の濃度を検出するガスセンサとして、ＨＣセンサやＮ
Ｏｘセンサ等種々のものが知られている。この種のガス
センサとしては、例えば先行する特許出願（特願平１１
−３４６３６２号、特願平１２−１８５７６号）に示さ
れるように、外気を導入する通気孔を、ガスセンサの上
部に設けられたシール部材の中央を軸方向に貫通するよ
うに形成し、ガスセンサ下部に設置されたヒータ（熱
源）から遠ざけることにより、当該通気孔を閉塞する通
気フィルタの熱劣化を防止する構成を有するものがあ
る。当該ガスセンサでは、シート状の通気フィルタを、
筒状挿入部材に被せた状態で、通気孔に挿入し、これら
筒状挿入部材の外周面と通気孔の内周面との間に挟持す
る態様で前記通気孔内に固定することにより通気孔を閉
塞し、その通気性と防水性を保持している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記筒状挿
入部材の製造においては、金属製の板材をプレス成形し
て有底筒状体に形成した後、その底部をポンチにて外方
に打ち抜くことにより通気用の開口部を形成するのが一
般的である。このため、このポンチによる打ち抜きの際
に、有底筒状体の底部に外方に突出するバリが発生し、
このバリにより通気フィルタが損傷してシール性を低下
させてしまうといった問題があった。

【０００４】本発明はこうした問題に鑑みてなされたも
のであり、通気フィルタを筒状挿入部材を介してシール
部材に固定するタイプのガスセンサにおいて、そのシー
ル性及び通気性を共に保証できるガスセンサを提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
に鑑み、請求項１記載のガスセンサは、そのケースと共
に基準ガス空間を形成するシール部材を備え、このシー
ル部材を大気側から基準ガス空間側に貫通する貫通孔に
は、シート状の通気フィルタが被せられた筒状挿入部材
が挿入されている。このため、筒状挿入部材の大気側開
口部はこの通気フィルタにより閉塞され、通気フィルタ
はシール部材の貫通孔の内面と筒状挿入部材の外面との
間に挟持された状態で固定されている。そして、通気フ
ィルタを通過した外気は、筒状挿入部材の内部に形成さ
れ、その大気側開口部と基準側開口部をつなぐ通気経路
を介して基準ガス空間に導入されるようになっている。

【０００６】そして、この筒状挿入部材は、その大気側
端部にて軸方向中央に向かって折り込まれている。従っ
て、この筒状挿入部材の折り込まれた部分の先端に形成
された大気側開口部と、この大気側端部を覆う通気フィ
ルタの表面との間には、所定の空間が形成されている。
このため、筒状挿入部材が従来からの手法で製造され、
その大気側開口部の周縁部からバリが突出していたとし
ても、このバリにより通気フィルタの表面が傷つけられ
ることもなく、通気フィルタの通気性及び防水性、ひい
てはガスセンサのシール性を保持することができる。

【０００７】ただし、上記構成においては、筒状挿入部
材の折り込みの態様によっては、その折り込まれた部分
と通気フィルタとの接触部分が大きくなり、通気フィル
タの通気領域が小さくなってしまう。一方、基準ガス空
間と大気との間で適切なガス交換を行うためには所定の
通気量を確保する必要があり、そのためには、通気フィ
ルタの通気領域を大きくとるのがよい。

【０００８】そこで、請求項２記載のガスセンサでは、
筒状挿入部材の折り込み角度が９０度以上になるように
構成されているのであるが、この折り込み角度が大きく
なるほど通気フィルタの有効面積（筒状挿入部材の大気
側端縁部と通気フィルタとが接触する部分により囲まれ
る通気フィルタの面積）が大きくなり、通気フィルタの
通気性を効果的に機能させることができる。

【０００９】しかし、このようにして通気フィルタの通
気量が確保されたとしても、その後に外気が通過する大
気側開口部の面積が小さくては、基準ガス室に導入され
るべき通気量を確保することが困難となる。そこで、筒
状挿入部材の大気側端部が軸方向中央に向かって完全に
折り込まれ、その大気側開口部の周縁部が筒状挿入部材
の内面に接する程度に構成することがより好ましい。こ
のように構成することで、大気側開口部の大きさを最も
大きくとることができ、通気フィルタを通過した外気を
ほぼそのまま基準ガス室に導入することができるからで
ある。

【００１０】このためには、筒状挿入部材を所定の機械
的強度を維持できる程度にその厚みをできる限り薄く構
成することが好ましく、具体的には、請求項３に記載の
ように、その厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度、さらに好
ましくは０．１〜０．３ｍｍ程度に構成するのがよい。

【００１１】尚、このような筒状挿入部材の製造方法と
しては種々考えられるが、例えば請求項４に記載のよう
に、従来のように板材をプレス成形することにより先端
に基準側開口部を有し後端に底部を有する筒状部材を形
成すると共に、先端側から後端側に向かって打ち抜くこ
とにより、その底部に大気側開口部を形成し、その後、
その大気側開口部周辺の底部を後端側から先端側に押し
込むことにより筒状部材の後端部を径方向中央に向かっ
て折り込むことにより形成することが考えられる。

【００１２】このように、筒状挿入部材の大気側開口部
と通気フィルタとの間に空間部を形成する工程を、従来
のプレス成形の最終工程に一工程加えるだけで、特に製
造コストの増加を伴うことなく本発明の筒状挿入部材の
形状を得ることができる。また、このように筒状部材の
底部を折り込む際に大気側に突出していたバリを押しつ
ぶすこともできるため、上記所定の空間を小さく形成す
ることもできる。このため、当該所定の空間の形成の際
に、筒状挿入部材に対して過度な負荷をかけることを回
避することができ、筒状挿入部材の成形の際の形状の安
定性を確保することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面と共に説明する。本実施例は、本発明のガスセンサを
酸素センサとして構成したものであり、図１は当該酸素
センサの全体構成を示す断面図である。

【００１４】同図に示すように、酸素センサ１は、Ｚｒ
Ｏ₂を主成分とする固体電解質体により先端が閉じた中
空軸状に形成された検出素子２、検出素子２内に配置さ
れた軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を収容する
ケース１０等から構成されている。

【００１５】ケース１０は、酸素センサ１を排気管等の
取付部に固定すると共に、セラミックホルダ６，７及び
セラミック粉末８を内部に収容し、検出素子２の閉じた
先端部を排気管等の内部に突出させる主体金具９と、主
体金具９の上部に延設され、上方から検出素子２の内面
に大気を導入するための外筒１３とから構成されてい
る。

【００１６】また、主体金具９の上端部には、内側に延
出したフランジ部９ａの先端縁により円形の上部開口部
が形成されており、このフランジ部９ａがリング５を介
してセラミックホルダ６，７及びセラミック粉末８を上
方から固定している。そして、その上部開口部を覆う態
様で外筒１３の下端開口端部が嵌合装着されている。

【００１７】さらに、外筒１３の上端開口部には、ケー
ス１０と共に基準ガス空間を形成する円柱状のシールユ
ニット１４が嵌挿され、その中央を貫通する通気経路に
配設された通気フィルタ５０を介して基準ガス空間に外
気（酸素）が導入されるようになっている。

【００１８】また、このシールユニット１４には、後述
する複数の挿通孔が形成されており、検出素子２及びセ
ラミックヒータ３に接続されるリード線２０，２１がこ
れを挿通している。次に、シールユニット１４の詳細構
造について、図２及び図３に基づいて説明する。尚、図
２はシールユニット１４の分解斜視図、図３はシールユ
ニットを構成する筒状挿入部材３０の断面図である。

【００１９】図２に示すように、シールユニット１４
は、ゴム製の弾性体からなる円柱状のシール部材１５
と、このシール部材１５の中央を軸方向に貫通する貫通
孔１５ａに嵌挿可能な筒状挿入部材３０と、この筒状挿
入部材３０の上端部（大気側端部）を覆うと共に、これ
らシール部材１５の貫通孔１５ａの内周面と筒状挿入部
材３０の外周面との間に挟持されて固定されるシート状
の通気フィルタ５０とから構成されている。

【００２０】シール部材１５の貫通孔１５ａを中心とす
る所定のピッチ円上には、上述したリード線２０，２１
等を挿通するために同本体を軸方向に貫通する４つの挿
通孔１５ｂが等間隔で形成されている。筒状挿入部材３
０は、その両端が開口し、貫通孔１５ａに嵌合可能な筒
状に形成されている。そして、筒状挿入部材３０の両開
口部の内、大気側開口部３０ａと反対側の基準側開口部
３０ｂの端縁には、鍔部３０ｃが形成されている。

【００２１】図３に筒状挿入部材３０の断面図を示すよ
うに、筒状挿入部材３０は、その大気側端部にて軸方向
中央に向かって折り込まれており、この折り込まれた部
分の先端に大気側開口部３０ａが形成されている。その
結果、その大気側端部にはＲ形状の端縁３０ｄが形成さ
れると共に、この大気側端部を覆う通気フィルタ５０の
表面と大気側開口部３０ａとの間に、高さｈの所定の空
間３０ｅが形成されるようになっている。

【００２２】この筒状挿入部材３０は、図４に示すよう
に、金型を用いて板厚０．１〜０．３ｍｍの金属製の板
材３１をプレス成形することにより形成される。尚、こ
のプレス成形は二工程で行われ、図中上段に示す工程が
第１工程を、図中下段に示す工程が第２工程をそれぞれ
示している。

【００２３】まず、第１工程においては、金型として、
円筒状の挿通孔６１ａを有する第１雌型６１と、この挿
通孔６１ａに上方から部分的に挿通される段付円柱状の
第２雌型６２と、挿通孔６１ａに下方から導入される段
付円柱状の第１雄型７１とが使用される。

【００２４】第１雌型６１の挿通孔６１ａの内径は、筒
状挿入部材３０の外径にほぼ等しくなっており、挿通孔
６１ａに挿入される第２雌型６２の小径部６２ａの外径
が、挿通孔６１ａの内径にほぼ等しくなっている。そし
て、第２雌型６２の大径部６２ｂが第１雌型６１の上面
に当接することにより、第２雌型６２が第１雌型６１に
対して係止され固定されるようになっている。

【００２５】また、第２雌型６２には、その中央を軸方
向に貫通する貫通孔６２ｃが設けられており、小径部６
２ａの下面には窪み部６２ｄが設けられている。この窪
み部６２ｄの周端縁はＲ形状となっており、挿通孔６１
ａの内面に滑らかに接続されるように形成されている。

【００２６】一方、第１雄型７１は、筒状挿入部材３０
の内径にほぼ等しい外径を有する大径部７１ａと、大径
部７１ａに同軸状に連設され、筒状挿入部材３０の大気
側開口部３０ａの径にほぼ等しい外径を有する小径部７
１ｂと、大径部７１ａの小径部７１ｂとは反対側に同軸
状に連設され、筒状挿入部材３０の鍔部３０ｃの外径よ
りも大きな外径を有するベース部７１ｃとから構成され
る。

【００２７】そして、第１工程では、第１雌型６１と第
２雌型６２とを組み付けた状態で、板材３１の中央部を
第１雌型６１の挿通孔６１ａの下端に当接させ、下方か
ら第１雄型７１を挿通孔６１ａに加圧導入する。このと
き、板材３１は第１雄型７１と第１雌型６１に挟持され
つつ、有底筒状に成形されながら挿通孔６１ａ内を上方
に押し込まれる。そして、その上端面が第２雌型の窪み
部６２ｄに当接すると、この窪み部６２ｄの形状に沿っ
て成形され、その上端縁に上述したＲ形状が施される。
また、このとき同時にその上端部中央が第１雄型７１の
小径部７１ｂにより打ち抜かれ、大気側開口部３０ａに
相当する孔が形成される。そして、さらに第１雄型７１
が挿通孔６１ａ内に押し込まれると、板材３１の周縁部
が第１雌型６１の下面と第１雄型７１のベース部７１ｃ
との間に挟まれ、鍔部３０ｃが形成される。

【００２８】こうして第１工程が終了し、筒状挿入部材
３０の半製品（筒状部材）が形成されると、第１雌型６
１から第２雌型６２及び第１雄型７１が取り外され、第
２工程に移行する。第２工程では、まず、前述した第１
雄型７１の代わりに、これと類似した形状を有する第２
雄型７２が下方から導入され、筒状挿入部材３０の半製
品を第１雌型６１と共に挟持する態様で保持する。この
第２雄型７２は、第１雄型７１の小径部７１ｂがなく、
第１雄型７１の大径部７１ａよりも高さが小さい大径部
７２ａを有する。従って、この状態において、半製品の
上端部と大径部７２ａの上端面との間には所定の空間が
存在することになる。

【００２９】続いて、上方から段付円柱状の第３雄型７
３を第１雌型６１の挿通孔６１ａに加圧導入する。この
第３雄型７３は、挿通孔６１ａの内径にほぼ等しい外径
を有する大径部７３ａと、この大径部７３ａの下方に連
設され、これよりも小さい外径を有する小径部７３ｂと
から構成され、小径部７３ｂの先端にテーパ部７３ｃを
有する。

【００３０】第２工程では、このテーパ部７３ｃが半製
品の上端面に押し付けられる態様で、半製品の上端部が
軸方向中央に向かって折り込まれる。このようにして筒
状挿入部材３０が完成する。また、通気フィルタ５０
は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の
未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で
一軸方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造
体（例えば、商品名：ゴアテックス（ジャパンゴアテッ
クス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の
透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許
容する通気フィルタとして構成されている。また、さら
に撥油コートした多孔質繊維構造体（商品名：オレオベ
ントフィルタ（ジャパンゴアテックス（株））を用いる
こともできる。これを用いることにより、付着した油分
が気化して内部に侵入する危険性を低下させることがで
きる。

【００３１】そして、図２に示すように、これらシール
部材１５、通気フィルタ５０及び筒状挿入部材３０の組
付けの際には、通気フィルタ５０が筒状挿入部材３０の
大気側端部とその外周面とを覆うように筒状挿入部材３
０に被せられ、この状態で筒状挿入部材３０と共に貫通
孔１５ａに挿入される。このようにして、通気フィルタ
５０は、筒状挿入部材３０の外周面と貫通孔１５ａの内
周面との間に挟まれ、通気経路を塞いだ状態で固定され
る。このとき、筒状挿入部材３０が貫通孔１５ａの下方
から挿入されると、鍔部３０ｃは通気孔１５ａ下側の開
口縁部にて係止され、その結果、貫通孔１５ａ内におけ
る筒状挿入部材３０および通気フィルタ５０の位置決め
がなされる。

【００３２】このように形成されたシールユニット１４
が、外筒１３の開口端部１３ａの内側に配置され、外筒
１３を介して径方向に加締められる。こうして、外筒１
３及びシール部材１５が密着し、そのシール性がより確
実なものとされる。そして、この通気フィルタ５０によ
り通気性及び防水性を保持しつつ、大気側から筒状挿入
部材３０の内部に形成された通気経路を介して基準ガス
空間に空気が導入される。

【００３３】以上のように、本実施例の酸素センサ１に
おいては、筒状挿入部材３０が、その大気側端部にて軸
方向中央に向かって折り込まれた構成を有するため、こ
の折り込まれた部分の先端に形成された大気側開口部３
０ａと、この大気側端部を覆う通気フィルタ５０の表面
との間に所定の空間３０ｅが形成されている。

【００３４】このため、筒状挿入部材３０が従来からの
手法で製造され、その大気側開口部３０ａの周縁部から
バリが突出していたとしても、このバリにより通気フィ
ルタ５０の表面が傷つけられることもなく、通気フィル
タ５０の通気性及び防水性、ひいては酸素センサ１のシ
ール性を保持することができる。

【００３５】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定され
ることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形
態をとり得ることはいうまでもない。例えば、上記実施
例においては、図３に示すように、筒状挿入部材３０の
大気側端部を所定量折り込んだ態様を示したが、基準ガ
ス空間への通気性を良くするためには、通気フィルタ５
０の通気領域Ｗ１と、大気側開口部３０ａの通気領域Ｗ
２を、共に大きく形成することが好ましい。

【００３６】そこで、図５に示すように、筒状挿入部材
３０の大気側端部が軸方向中央に向かって完全に折り込
まれるように構成してもよい。このように構成すれば、
通気領域Ｗ１、Ｗ２共に最も大きくとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る酸素センサの全体構成
を示す断面図である。

【図２】 実施例の酸素センサを構成するシールユニッ
トの構成を示す説明図である。

【図３】 実施例のシールユニットを構成する筒状挿入
部材の断面図である。

【図４】 実施例の筒状挿入部材の製造方法を示す説明
図である。

【図５】 変形例にかかる筒状挿入部材の断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・酸素センサ、 ２・・・検出素子、 ９・・・
主体金具、１０・・・ケース、 １４・・・シールユニ
ット、１５・・・シール部材、 １５ａ・・・貫通孔、
３０・・・筒状挿入部材、 ３０ａ・・・大気側開口
部、５０・・・通気フィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガス成分を検出する軸状の検出素
   子と、 該検出素子の軸方向先端を被測定ガスに晒すように保持
   すると共に、該検出素子の軸方向後端側に基準ガス空間
   を形成するケースと、 該ケースと共に前記基準ガス空間を形成すると共に、大
   気側から前記基準ガス空間側に貫通する貫通孔が形成さ
   れたシール部材と、 該シール部材の貫通孔に挿通され、大気側に大気側開口
   部を有し、基準ガス空間側に基準側開口部を形成した筒
   状挿入部材と、 前記シール部材の貫通孔の内面と前記筒状挿入部材の外
   面との間に狭持され、該筒状挿入部材の大気側開口部を
   覆うシート状の通気フィルタと、 を備えたガスセンサであって、 前記筒状挿入部材は、前記大気側端部にて径方向中央に
   向かって折り込まれていること、 を特徴とするガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記筒状挿入部材の折り込み角度が９０
   度以上であること、 を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記筒状挿入部材の厚みが０．１〜０．
   ５ｍｍであること、 を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセン
   サ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の筒状挿
   入部材の製造方法であって、 板材をプレス成形する事により先端に前記基準側開口部
   を有し後端に底部を有する筒状部材を形成すると共に、
   先端側から後端側に向かって打ち抜くことにより、前記
   底部に前記大気側開口部を形成する工程と、 その後、前記大気側開口部周辺の前記底部を後端側から
   先端側に押し込むことにより前記筒状部材の後端部を径
   方向中央に向かって折り込む工程と、 を備えたことを特徴とする筒状挿入部材の製造方法。