JP2004093306A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【技術分野】
本発明は,自動車用内燃機関の燃焼制御等に用いるガスセンサに関する。
【0002】
【従来技術】
従来,被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するガスセンサとして,基端側に複数の端子を有するセンサ素子を有し,上記センサ素子の端子とガスセンサ基端側から引き込んだリード線との間を電気的に接続する端子バネを有する構成が知られている。
【0003】
【解決しようとする課題】
近年,一つのセンサ素子内に複数種のセルを設け,複数種類のガス濃度を検出する等といったガスセンサが登場した。
このようなガスセンサの場合,センサ素子の持つ端子の数も多くなり,従って端子バネの数もより多くなる。よって,多数の端子バネについて端子と確実に電気的な導通が確保できる構成のガスセンサが必要である。
【0004】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,端子バネとセンサ素子の端子との間でより確実に電気的な導通を確保することができるガスセンサを提供しようとするものである。
【0005】
【課題の解決手段】
第1の発明は,基端側に複数の端子を有するセンサ素子を有し,上記端子とガスセンサ基端側から引き込んだリード線との間を電気的に接続する端子バネを有し,
上記端子バネと上記端子とが接触した状態で,上記端子バネはガスセンサ径方向への荷重を上記センサ素子に付与することで上記センサ素子を挟持し,
上記端子バネの外周に2つ以上の挟持部材を設け,更に上記挟持部材の外周に押圧バネを設けて上記挟持部材を押圧固定するよう構成したガスセンサであって,
上記端子バネによる上記センサ素子に対する挟持荷重F1と,
上記押圧バネによる上記挟持部材に対する押圧荷重F2との間には,
端子バネの挟持荷重F1≦押圧バネの押圧荷重F2
という関係が成立することを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
【0006】
本発明にかかるガスセンサにおいて,端子バネによるセンサ素子の挟持荷重F1と押圧バネによる挟持部材への押圧荷重F2との間にF1≦F2という関係が成立する。すなわち,端子バネがセンサ素子を挟持する力以上の圧力で,押圧バネは挟持部材を押圧固定する。
このため,端子バネとセンサ素子との間での隙間の発生が防止され,両者間の電気的導通を確実に確保することができる。
仮にF1>F2であったなら,端子バネとセンサ素子との間に隙間が生じやすくなり,端子バネと端子との電気的導通が確保できなくなるおそれがある。
なお,挟持荷重,押圧荷重の詳細については後述する。
【0007】
以上,本発明によれば,端子バネとセンサ素子の端子との間でより確実に電気的な導通を確保することができるガスセンサを提供することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
端子バネと押圧バネはそれぞれバネとしての性能を備え,両者によって生じる挟持荷重,押圧荷重はバネの弾性力に由来する。
一般に弾性力を測定する際は,弾性体の変形,磁気ひずみ,圧電気,振動子の固有振動数などを測定し,予め測定しておいた校正曲線と比較して,力の大きさを決定する方法を利用する。
詳細は実施例にて説明する。
【0009】
外部からガスセンサ内部に引き込むリード線の本数の少ないガスセンサに本発明を適用することもできるが,引き込むリード線の本数の多いガスセンサについて本発明を適用するほうがより効果的である。
【0010】
そして,リード線の本数が多いガスセンサとは,例えば,NOxやHCを測定するガスセンサがある。NOxやHCを測定するセンサ素子は複数の電気化学的セルを備えているため,これら複数の電気化学的セルに対する電圧印加や出力取り出しのために多数のリード線が必要となるためである。
【0011】
また,リード線の本数の多いガスセンサとして,1本で複数種類のガス濃度を測定するものがある。このガスセンサも,複数種類の測定に対応した電気化学的セルを備えたセンサ素子を内蔵しているため,多数のリード線が必要となる。
なお,リード線と端子バネとの間は直接接続することもあるが,図1に示すごとく,別途接続部材を必要とすることもある。
【0012】
また,上記押圧バネは2つ以上設けることが好ましい(請求項2)。
押圧バネの数を増やすことで押圧力を増やすことができる。また,押圧バネを複数設け,複数箇所で押圧を行うことで,挟持部材全体をバランスよく押圧することができる。
【0013】
また,ガスセンサ軸方向に沿った平面に対し,上記端子バネと上記端子とがそれぞれ接触する接触位置を投影した点を接触点,上記押圧バネによる上記挟持部材への押圧位置を投影した点を押圧点とすると,上記接触点における上記挟持荷重F1の荷重中心の合計と,上記押圧点における上記押圧荷重F2の荷重中心は等しいことが好ましい(請求項3)。
これにより,多数の端子バネの上記接触点における上記挟持荷重の各々を等しくでき,各々の端子バネと端子との電気的導通を確実に行うことができる。
なお,具体的な荷重中心の求め方は実施例に記載した。
【0014】
【実施例】
以下に,図面を用いて本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本例は,図1に示すごとく,基端側に8個の端子291,292を有するセンサ素子29を有し,上記端子291,292とガスセンサ基端側から引き込んだリード線41との間を電気的に接続する端子バネ51,52を有する。
上記端子バネ51,52と上記端子291,292とが接触した状態で,上記端子バネ51,52はガスセンサ径方向への荷重を上記センサ素子29に付与することで上記センサ素子29を挟持する。
また,上記端子バネ51,52の外周に2つの挟持部材61,62を設け,更に上記挟持部材61,62の外周に押圧バネ31,32を設けて上記挟持部材61,62を押圧固定するよう構成する。
【0015】
そして,上記端子バネ51,52による上記センサ素子29に対する挟持荷重F1と,上記押圧バネ31,32による上記挟持部材61,62に対する押圧荷重F2とはF1≦F2の関係を満たす。
【0016】
以下,詳細に説明する。
本例にかかるガスセンサ1は自動車エンジンの排気管に設置し,排気ガス中の酸素濃度とNOx濃度,エンジン燃焼室の空燃比を測定する。
上記ガスセンサ1が内蔵するセンサ素子29はセラミック板を積層して構成した積層型の素子で,素子内部に設けた被測定ガス室内の酸素濃度を測定,監視するモニタセルと,被測定ガス室内の酸素濃度を調整する酸素ポンプセルと,被測定ガス室内のNOx濃度を測定するセンサセルを有し,さらに通電により発熱するヒータが一体的に設けてある(図示略)。
上記ヒータに対する電圧印加,各セルに対する電圧印加,出力取出しはセンサ素子29の側面に設けた端子291,292において行う。
【0017】
そのため,本例にかかるガスセンサ1は,3つのセル及びヒータに電力を供給し,出力を取出すために,合計で8本のリード線41が必要であり,該リード線41と端子291,292との間を接続する接続部材42,端子バネ51,52も8個必要である。
【0018】
そして,図2,図5に示すごとく,センサ素子29の一方の側面にある端子電極291,292は4個で,これと反対側の側面にある端子電極291,292も4個である。従って,上記端子バネ51,52は,センサ素子29を一方の側面と反対側の側面とから挟むように4本づつ配置される。
なお,図1はガスセンサ1の軸方向に沿って切断した断面図であるため,見えない位置にあるリード線の記載は省略した。
【0019】
図1に示すごとく,本例のガスセンサ1は,金属製のハウジング10と該ハウジング10の先端側に取り付けた二重構造の金属製の被測定ガス側カバー109と,基端側に取り付けた金属製の大気側カバー11とよりなる。大気側カバー11はハウジング10にかしめ固定する第1カバー111と該第1カバー111の基端側に撥水フィルタ113を介してかしめ固定する外側カバー112とよりなる。
【0020】
ハウジング10内にセラミック製の素子側絶縁碍子2を挿通するが,素子側絶縁碍子2の側面はガスセンサ先端側を向いたテーパー面102を有する。また,ハウジング10の内側面はガスセンサ基端側を向いて,上記テーパー面102を金属製パッキン200を介して支承する受け面101を有する。
【0021】
素子側絶縁碍子2の先端側端面に皿バネ21を載置し,該皿バネ21の上から押圧部材22を被冠する。押圧部材22は,皿バネ21を押さえてガスセンサ軸方向に縮める押さえ板221と該押さえ板221からハウジング10の基端側側面に沿って先端側へ伸びる脚部222とよりなり,ハウジング10の基端側側面と上記脚部222との間を固定することで,素子側絶縁碍子2をハウジング10に対し固定する。
【0022】
端子バネ51,52の導通接触部502と端子291,292とが接触し(図5参照),かつ導通接触部502を支持部50に向けて撓ませた状態(図7参照)で,2個の挟持部材61,62を用いて上記端子バネ51,52と上記センサ素子29とを挟持固定する。
【0023】
挟持部材61,62の外周に,ガスセンサ1の径方向内側に向かう押圧力を挟持部材61,62に加えるよう構成した押圧バネ31,32を2個設ける。
また,挟持部材61,62は絶縁セラミックよりなり,該挟持部材61,62によって,端子バネ51,52相互間の絶縁性を確保する大気側絶縁碍子3を形成する。
【0024】
上記押圧バネ31,32について説明する。
図3に示すごとく,押圧バネ31は本体310と弾性を有するバネ部319とよりなる。
本体310は挟持部材61,62の外周面に沿った軽く湾曲した長方形の板状で,軽量化と可撓性付与のために中央に長方形の窓部319を設ける。
また,本体310の4隅より,該本体310に対して略直行する方向に延設したバネ部319がある。バネ部319を設けた部分における押圧バネ31の断面形状は,図3(a)に示すごとくコの字状となる。また,バネ部319の先端はくの字状に曲折される。
【0025】
そして,挟持部材61,62に対し組付ける前のバネ部319の形状を図3(a)の実線で示した。挟持部材61,62に組付けることで,バネ部319は,図3(a)の破線にかかる形状となる。また,押圧バネ31を挟持部材61,62に組付けた状態は図2より明らかである。このように押圧バネ31のバネ部319の変形により生じるバネ力が,ガスセンサ1の径方向に挟持部材61,62を押圧することができる。
【0026】
また,図4に示すごとく,押圧バネ32は本体320とバネ部329とよりなり,該押圧バネ32は,本体320から大気側カバー11の内側面に向って延設され,先端が大気側カバー11の内側面に対し径方向に押圧固定するためのバネ部321を有する。
図4(a)に示すごとく,押圧バネ32は挟持部材61,62の外周面に沿って長尺部材を曲折して形成した断面コの字状の部材よりなる。バネ部329は本体部320に対し略直交する方向に形成され,バネ部329の先端はくの字状に曲折される。
【0027】
そして,挟持部材61,62に対し組付ける前のバネ部329の形状を図4(a)の実線で示した。挟持部材61,62に組付けることで,バネ部329は,図4(a)の破線にかかる形状となる。また,押圧バネ32を挟持部材61,62に組付けた状態は図2より明らかである。このように,押圧バネ32のバネ部329の変形により生じるバネ力がガスセンサ1の径方向に挟持部材61,62を押圧することができる。
【0028】
上記端子バネ51,52について説明する。
図5〜図7に示すごとく,端子バネ51,52は,支持部50と該支持部50に設け,挟持部材61(挟持部材62とセンサ素子29との間にある端子バネ51,52であれば挟持部材62)側に突出する固定用突部500と,曲折部501において曲折して構成した導通接触部502とよりなる。
【0029】
端子バネ52の支持部50は,図5,図6(b)に示すごとく,センサ素子29と平行に延びたストレート形状で,支持部50の末端は上記曲折部501となる。また,曲折部501からセンサ素子29に沿って基端側に向けて折り返した部分が導通接触部502となる。
【0030】
また,端子バネ51の支持部50は,図5,図6(a)に示すごとく,基端側から順にセンサ素子29と平行なA部と該A部より垂直に形成したB部とよりなり,B部の末端が上記曲折部501となる。曲折部501からセンサ素子29に沿って基端側に向けて折り返した部分が導通接触部502となる。なお,支持部50と導通接触部502との間の曲折の角度θは鋭角である。
【0031】
図6(a)(b)に示すごとく,導通接触部502は第2曲折部505を有し,曲折部501と第2曲折部505との間が第1接触部503,第2曲折部505と導通接触部502の末端との間が第2接触部504である。また,第2曲折部505における曲折の角度φは鈍角である。
【0032】
そして,端子バネ51,52はセンサ素子29の端子291,292に対し,図5,図7に示すごとく接触する。端子291と当接するのが端子バネ51,端子292と当接するのが端子バネ52である。
そして,両者が接触する際,端子バネ52の導通接触部502は,図7に示す破線509のようにガスセンサ径方向に撓んで変形する。端子バネ51についても同様である。
更に,本例にかかるガスセンサ1は,合計8つの端子バネ51,52を備えており,これら8本の端子バネ51,52とガスセンサ素子29における端子291,292の距離は一様ではないが,図7に示すような撓みが各端子バネ51,52と端子291,292との距離の差を吸収する。
【0033】
次に,挟持部材61,62について説明する。
挟持部材61,62は絶縁セラミックよりなり,二つあわせることで軸方向に貫通穴を有する断面八角形の大気側絶縁碍子3となる。挟持部材61,62の断面は八角形を径方向で2分割した形状であり,図2にガスセンサ1の基端側から見下ろした状態の挟持部材61,62を示す。
【0034】
挟持部材61で端子バネ51,52と対面する面を図8に示す。また,図9(a)は端子バネ61を,図9(b)は端子バネ62を収納する収納溝部601,602を設けた位置での図8の(a−a)矢視断面図及び(b−b)矢視断面図である。
挟持部材61で端子バネ51,52と対面する面は端子バネ51,52を収納する収納溝部601,602を有する。各収納溝部601,602は端子バネ51,52の支持部50と略同形状である。
【0035】
挟持部材61,62でセンサ素子29ごと端子バネ51,52を挟持する際は,端子バネ51,52は収納溝部601,602に収納されて,径方向へ位置ズレし難くなる。
なお,挟持部材61,62は同じ形状なので,図面は挟持部材61についてのみ記載した。
【0036】
挟持部材61,62と端子バネ51,52とを固定するよう,端子バネ51,52の支持部50に挟持部材61,62側に突出する固定用突部500を設ける。この固定用突部500は,図6より明らかであるが,支持部50を長手方向に折り曲げて形成した。
そして,図8,図9に示すごとく,上記収納溝部601,602は,上記固定用突部500を嵌合する固定用凹部600を有する。
【0037】
また,図10は挟持部材61の外側面の平面図である。外側面は上記押圧バネ31,32を設けた際に該押圧バネ31,32の位置ズレ防止の,押圧バネ31,32を収納する押圧バネ用凹部605,606を有する。
605が押圧バネ31を,606が押圧バネ32を収納する押圧バネ用凹部である。
【0038】
本例の端子バネ51,52の4本は,該端子バネ51,52の4本がセンサ素子29の1つの側面に設けた4個の端子291,292と接触して,センサ素子29を挟持する。この場合,各押圧バネ31,32による押圧荷重は8本全ての端子バネ51,52による挟持荷重の1/2で等しくなる。
従って,本例の8本全ての端子バネ51,52による挟持荷重は2個の押圧バネ31,32による押圧荷重と釣り合って等しくなる。
【0039】
なお,図11(a)に示すごとく,端子バネ51として,導通接触部502の第1接触部503に,図11(b)に示すごとく,打ち出しにより作製した導通突出部505を設けることもできる。
また,上記挟持部材61,62の端子バネ51,52と対面する面を,図12に示すように構成することもできる。この図にかかる挟持部材61,62において,端子バネ51,52は,同じ収納溝部607に収納される。
【0040】
本例の作用効果について説明する。
本例にかかるガスセンサ1において,端子バネ51,52によるセンサ素子29に対する挟持荷重F1と押圧バネ31,32による挟持部材に対する押圧荷重F2とは釣り合うか,またはF2のほうが大きい。
すなわち,端子バネがセンサ素子を挟持する力と等しい圧力以上でもって,押圧バネ31,32は挟持部材51,52を押圧固定することができる。このため,端子バネ51,52とセンサ素子29との間での隙間の発生が防止され,両者間の電気的導通を確実に確保することができる。
【0041】
以上,本例によれば,端子バネとセンサ素子の端子との間でより確実に電気的な導通を確保することができるガスセンサを提供することができる。
【0042】
(実施例2)
端子バネや押圧バネによる挟持荷重F1,押圧荷重F2について説明する。
端子バネと押圧バネはそれぞれバネとしての性能を備え,両者によって生じる挟持荷重,押圧荷重はバネの弾性力に由来する。
一般に弾性力を測定する際は,弾性体の変形,磁気ひずみ,圧電気,振動子の固有振動数などを測定し,予め測定しておいた校正曲線と比較して,力を大きさを決定する方法を利用する。
【0043】
校正曲線としては,図13に示すごとく,バネの撓みとバネに加えた荷重との間に成立する関係を測定しておけば,未知の荷重が加わった際の撓みを測定することで,荷重の大きさを知ることができる。
なお,図13は単純に撓みと荷重とが正比例となる関係であるが,勿論これ以外の関係を備えた端子バネや押圧バネを用いることもできる。
【0044】
更なる具体例として,図14に示すごとき押圧バネ31について説明する。この押圧バネ31の詳細形状は,実施例1の図3に記載した。
押圧バネ31は荷重のない自由状態においてバネ部319が実線の位置にある。荷重K1を与えることでバネ部319は破線の位置に移動する。この場合,押圧バネの撓みはa−bとなる。
従って,実施例1に示すごとき挟持部材に組み込む前に予め上記撓みの形成に要する荷重を測定しておくことで,挟持部材に組み込んだ後の押圧バネの形状から,押圧バネの挟持部材に対する押圧荷重が分かる。
【0045】
また,図15に示す端子バネ51について説明する。この端子バネ51の詳細形状は,実施例1の図6等に記載した。
この端子バネ51は荷重のない自由状態での形状は実線で,荷重K2を与えることで変形した形状は破線である。この場合,端子バネ51の撓みはc−dとなる。
従って,実施例1に示すごときセンサ素子を挟持する前に予め上記撓みの形成に要する荷重を測定しておくことで,センサ素子を挟持した後の端子バネの形状から,端子バネのセンサ素子に対する挟持荷重が分かる。
【0046】
(実施例3)
次に,押圧バネが1個の場合と2個の場合での押圧荷重について説明する。
図16に示す形状の挟持部材61,62に押圧バネ31を設けた場合,挟持部材61,62を挟むために押圧バネ31が変形しているときの寸法fは,挟持部材61,62と押圧バネ31とが当接した当接点610間の距離とする。
また押圧バネ31の自由状態,つまり図16の状態から挟持部材61,62を抜いた状態での上記当接点611間の距離をeとする。
実施例2で記載した図13にかかるような撓みと荷重との関係を予め押圧バネ31単独で評価しておくことで,f−eの値から挟持部材61,62に対する押圧荷重が判明する。
【0047】
また,2個の押圧バネ31,32を設ける場合を図17に示すが,同様にf1−e1,f2−e2の値から押圧荷重が判明する。ただし,2個の押圧バネ31,32で押しているため,両者の押圧荷重を合わせた合計が全体の押圧荷重となる。
【0048】
(実施例4)
次に,端子バネ51による挟持荷重について説明する。
図18に示す形状のセンサ素子29に端子バネ51を設け,外周から挟持部材61,62を設けた場合,挟持部材61,62の内側面613間の距離hより,センサ素子29の厚みgを引いた値の1/2が端子バネ51の変形時の寸法となる。
【0049】
端子バネ51が拘束を受けない自由状態での寸法を予め測定し,かつ実施例2で記載した図13にかかるような撓みと荷重の関係を端子バネ51単独で評価しておくことで,端子バネ51によるセンサ素子29に対する挟持荷重が判明する。
なお,端子バネが2種類,合計8個ある実施例1においても同様に挟持荷重を求めることができる。
【0050】
(実施例5)
挟持荷重の荷重中心と押圧荷重の荷重中心について説明する。
実施例1にかかるガスセンサにおいて,センサ素子は断面長方形であり,長方形の長辺となる一対の側面がそれぞれ4個の端子を有する。この端子に対しそれぞれ4本の端子バネが接する。よって,センサ素子の両側を4本の端子バネが挟持する状態となる(実施例1の図2参照)。
【0051】
図19に示すごとく,センサ素子の一対の側面のうち一方を含む平面をHとし,この平面Hの適当な位置を原点Oとする。この平面Hに対し,端子バネと端子とが接触する位置を投影した接触点が(x1,y1)〜(x4,y4),押圧バネによって挟持部材が押圧される押圧位置を投影した押圧点が(xw,yx)となる。
【0052】
各接触点における挟持荷重をP1〜P4,押圧点における押圧荷重をWとすると(ここにP1〜P4,Wはベクトルである),接触点における挟持荷重F1の荷重中心は,
x軸について
Xp=(P1・x1+P2・x2+P3・x3+P4・x4)/(P1+P2+P3+P4)
y軸について
Yp=(P1・y1+P2・y2+P3・y3+P4・y4)/(P1+P2+P3+P4)
また,押圧点における押圧荷重F2の荷重中心はx軸についてxw,y軸についてywである。
また,本例において,接触点における挟持荷重と押圧点における押圧荷重の荷重中心が等しく,Xp=xw,Yp=ywとなる。
よって,これらの関係が成立するようにxw,xyの押圧点を定める。
また,押圧位置は押圧バネと挟持部材とが当接した位置でもあるため,投影した押圧点から求めることができる。
【0053】
また,図19は押圧点が一つの場合であるが,2個の押圧バネで押圧する場合など,押圧点が2つある場合については図20に示した。
この場合も図19と同様で,
接触点における挟持荷重F1の荷重中心の合計は,
x軸について
Xp=(P1・x1+P2・x2+P3・x3+P4・x4)/(P1+P2+P3+P4)
y軸について
Yp=(P1・y1+P2・y2+P3・y3+P4・y4)/(P1+P2+P3+P4)
また,押圧点における押圧荷重F2の荷重中心は
x軸について
Xw=(W1・xw1+W2・xw2)/(W1+W2)
y軸について
Yw=(W1・yw1+W2・yw2)/(W1+W2)
である。
よって,接触点における挟持荷重と押圧点における押圧荷重の荷重中心が等しく,Xp=Xw,Yp=Ywとなる。
よって,これらの関係が成立するように押圧点1,2を定める。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における,ガスセンサの軸方向の断面説明図。
【図2】実施例1における,ガスセンサの大気側カバーの内部をガスセンサ基端側から見下ろした状態を示す平面図。
【図3】実施例1における,押圧バネの断面説明図及び平面図。
【図4】実施例1における,もう一つの押圧バネの断面説明図及び平面図。
【図5】実施例1における,端子バネの平面図。
【図6】実施例1における,端子バネの側面図。
【図7】実施例1における,端子バネの撓みについての説明図。
【図8】実施例1における,挟持部材の端子バネと対面する側の平面図。
【図9】実施例1における,挟持部材の収納溝部にかかる断面説明図。
【図10】実施例1における,挟持部材の外側面の平面図。
【図11】実施例1における,図6とは別の端子バネであって,導通突出部を有する端子バネの説明図。
【図12】実施例1における,図8とは別の挟持部材であって,4つの端子バネを1つの収納溝部において収納した挟持部材の端子バネと対面する側の平面図。
【図13】実施例2における,撓みと荷重との関係を示す線図。
【図14】実施例2における,押圧バネの撓みについての説明図。
【図15】実施例2における,端子バネの撓みについての説明図。
【図16】実施例3における,押圧バネを1個設けた際の押圧荷重についての説明図。
【図17】実施例3における,押圧バネを2個設けた際の押圧荷重についての説明図。
【図18】実施例4における,端子バネによる挟持荷重についての説明図。
【図19】実施例5における,押圧バネによる押圧点が1箇所である場合の挟持荷重の荷重中心と押圧荷重の荷重中心の説明図。
【図20】実施例5における,押圧バネによる押圧点が2箇所である場合の挟持荷重の荷重中心と押圧荷重の荷重中心の説明図。
【符号の説明】
1...ガスセンサ,
10...ハウジング,
29...センサ素子,
291,292...端子,
31,32...押圧バネ,
41...リード線,
51,52...端子バネ,
50...支持部,
501...曲折部,
502...導通接触部,
61,62...挟持部材,[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a gas sensor used for controlling combustion of an internal combustion engine for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a gas sensor for measuring a specific gas concentration in a gas to be measured, a sensor element having a plurality of terminals on a base end side is provided. A configuration having a terminal spring for electrically connecting is known.
[0003]
[Problem to be solved]
2. Description of the Related Art In recent years, gas sensors have emerged in which a plurality of types of cells are provided in one sensor element to detect a plurality of types of gas concentrations.
In the case of such a gas sensor, the number of terminals of the sensor element increases, and accordingly, the number of terminal springs also increases. Therefore, there is a need for a gas sensor having a configuration capable of reliably ensuring electrical continuity with a plurality of terminal springs.
[0004]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a gas sensor that can more reliably secure electrical conduction between a terminal spring and a terminal of a sensor element. .
[0005]
[Means for solving the problem]
The first invention has a sensor element having a plurality of terminals on a base end side, and has a terminal spring for electrically connecting the terminal to a lead wire drawn in from the base end side of the gas sensor.
When the terminal spring is in contact with the terminal, the terminal spring clamps the sensor element by applying a load in the gas sensor radial direction to the sensor element,
A gas sensor comprising: two or more holding members provided on an outer periphery of the terminal spring; and a pressing spring provided on an outer periphery of the holding member to press and fix the holding member.
A holding load F1 on the sensor element by the terminal spring,
Between the pressing load F2 on the holding member by the pressing spring,
Terminal spring holding load F1 ≦ Pressing spring pressing load F2
The gas sensor is characterized in that the following relationship is established (claim 1).
[0006]
In the gas sensor according to the present invention, the relationship of F1 ≦ F2 is established between the holding load F1 of the sensor element by the terminal spring and the pressing load F2 on the holding member by the pressing spring. That is, the pressing spring presses and fixes the holding member at a pressure higher than the force at which the terminal spring holds the sensor element.
For this reason, generation of a gap between the terminal spring and the sensor element is prevented, and electrical conduction between the two can be reliably ensured.
If F1> F2, a gap is likely to be formed between the terminal spring and the sensor element, and electrical conduction between the terminal spring and the terminal may not be secured.
The details of the holding load and the pressing load will be described later.
[0007]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can more reliably ensure electrical continuity between a terminal spring and a terminal of a sensor element.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Each of the terminal spring and the pressing spring has a performance as a spring, and the holding load and the pressing load generated by the both are derived from the elastic force of the spring.
In general, when measuring elastic force, the deformation of the elastic body, magnetostriction, piezoelectricity, the natural frequency of the vibrator, etc. are measured, and the magnitude of the force is determined by comparing it with a calibration curve measured in advance. Take advantage of the method.
Details will be described in Examples.
[0009]
Although the present invention can be applied to a gas sensor having a small number of lead wires drawn into the inside of the gas sensor from the outside, it is more effective to apply the present invention to a gas sensor having a large number of lead wires drawn.
[0010]
The gas sensor having a large number of lead wires is, for example, a gas sensor that measures NOx and HC. This is because a sensor element for measuring NOx and HC has a plurality of electrochemical cells, and therefore requires a large number of lead wires for applying a voltage to the plurality of electrochemical cells and extracting output.
[0011]
Further, as a gas sensor having a large number of lead wires, there is a gas sensor that measures a plurality of types of gas concentrations with a single wire. Since this gas sensor also has a built-in sensor element having an electrochemical cell corresponding to a plurality of types of measurement, a large number of lead wires are required.
The lead wire and the terminal spring may be directly connected to each other, but may require a separate connecting member as shown in FIG.
[0012]
Further, it is preferable to provide two or more pressing springs (claim 2).
The pressing force can be increased by increasing the number of pressing springs. Further, by providing a plurality of pressing springs and performing pressing at a plurality of locations, the entire holding member can be pressed in a well-balanced manner.
[0013]
In addition, a point where a contact position where the terminal spring and the terminal contact each other is projected on a plane along the gas sensor axial direction is a contact point, and a point where a pressing position of the pressing spring against the holding member is projected is pressed. In this case, it is preferable that the total of the load centers of the holding load F1 at the contact point and the load center of the pressing load F2 at the pressing point be equal (claim 3).
Thereby, each of the pinching loads at the contact points of a large number of terminal springs can be equalized, and electrical conduction between each terminal spring and the terminal can be reliably performed.
The specific method of obtaining the center of load is described in Examples.
[0014]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example 1)
As shown in FIG. 1, this embodiment has a
When the
Further, two
[0015]
The holding load F1 of the terminal springs 51 and 52 on the
[0016]
The details are described below.
The
The
The voltage application to the heater, the voltage application to each cell, and the output extraction are performed at
[0017]
Therefore, the
[0018]
As shown in FIGS. 2 and 5, there are four
Since FIG. 1 is a cross-sectional view cut along the axial direction of the
[0019]
As shown in FIG. 1, a
[0020]
The element-
[0021]
A
[0022]
In a state where the
[0023]
Two
The holding
[0024]
The pressing springs 31 and 32 will be described.
As shown in FIG. 3, the
The
Further, there are
[0025]
The shape of the
[0026]
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 4A, the
[0027]
The shape of the
[0028]
The terminal springs 51 and 52 will be described.
As shown in FIGS. 5 to 7, the terminal springs 51 and 52 are provided on the
[0029]
As shown in FIGS. 5 and 6B, the
[0030]
As shown in FIGS. 5 and 6A, the
[0031]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
[0032]
Then, the terminal springs 51 and 52 contact the
Then, when they come into contact with each other, the
Further, the
[0033]
Next, the holding
The holding
[0034]
FIG. 8 shows a surface of the holding
The surface of the holding
[0035]
When the holding
Since the holding
[0036]
In order to fix the holding
As shown in FIGS. 8 and 9, the
[0037]
FIG. 10 is a plan view of the outer side surface of the holding
[0038]
The four
Therefore, the holding load by all eight
[0039]
In addition, as shown in FIG. 11A, as the
Further, the surfaces of the holding
[0040]
The operation and effect of this example will be described.
In the
That is, the
[0041]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a gas sensor that can more reliably ensure electrical conduction between the terminal spring and the terminal of the sensor element.
[0042]
(Example 2)
The holding load F1 and the pressing load F2 by the terminal spring and the pressing spring will be described.
Each of the terminal spring and the pressing spring has a performance as a spring, and the holding load and the pressing load generated by the both are derived from the elastic force of the spring.
In general, when measuring elastic force, the deformation of an elastic body, magnetostriction, piezoelectricity, the natural frequency of a vibrator, etc. are measured, and the magnitude of the force is determined by comparing with a previously measured calibration curve. Take advantage of the method.
[0043]
As shown in FIG. 13, as a calibration curve, if a relationship between the deflection of the spring and the load applied to the spring is measured, the deflection when an unknown load is applied is measured. You can know the size of the.
Although FIG. 13 simply shows a relationship in which the deflection and the load are directly proportional, it is needless to say that a terminal spring or a pressing spring having any other relationship can be used.
[0044]
As a further specific example, a
When the
Therefore, by measuring the load required for the formation of the above-mentioned deflection in advance before assembling into the holding member as shown in
[0045]
Further, the
The shape of the
Therefore, by measuring the load required to form the above-described deflection before clamping the sensor element as shown in the first embodiment, the shape of the terminal spring after clamping the sensor element can be applied to the sensor element relative to the sensor element. You can see the pinching load.
[0046]
(Example 3)
Next, the pressing load in the case of one pressing spring and the case of two pressing springs will be described.
When the
The distance between the contact points 611 when the
By previously evaluating the relationship between the deflection and the load as shown in FIG. 13 described in the second embodiment with the
[0047]
FIG. 17 shows a case where two
[0048]
(Example 4)
Next, the holding load by the
When the
[0049]
By measuring in advance the dimensions of the
It should be noted that the pinching load can be obtained in the same manner in the first embodiment in which there are two types of terminal springs and a total of eight terminal springs.
[0050]
(Example 5)
The load center of the holding load and the load center of the pressing load will be described.
In the gas sensor according to the first embodiment, the sensor element has a rectangular cross section, and a pair of side surfaces that are long sides of the rectangle each have four terminals. Four terminal springs are in contact with each of these terminals. Therefore, four terminal springs sandwich the sensor element on both sides (see FIG. 2 of the first embodiment).
[0051]
As shown in FIG. 19, a plane including one of the pair of side surfaces of the sensor element is defined as H, and an appropriate position on the plane H is defined as an origin O. The contact points that project the position where the terminal spring contacts the terminal with respect to this plane H are (x1, y1) to (x4, y4), and the pressing point that projects the pressing position at which the holding member is pressed by the pressing spring is (Xw, yx).
[0052]
Assuming that the holding load at each contact point is P1 to P4 and the pressing load at the pressing point is W (where P1 to P4, W is a vector), the center of the holding load F1 at the contact point is
Xp = (P1 · x1 + P2 · x2 + P3 · x3 + P4 · x4) / (P1 + P2 + P3 + P4) for the x axis
Yp = (P1 · y1 + P2 · y2 + P3 · y3 + P4 · y4) / (P1 + P2 + P3 + P4) for the y-axis
The center of the pressing load F2 at the pressing point is xw on the x-axis and yw on the y-axis.
Further, in this example, the load centers of the holding load at the contact point and the pressing load at the pressing point are equal, and Xp = xw and Yp = yw.
Therefore, the pressing points of xw and xy are determined so that these relationships are established.
Further, since the pressing position is also a position where the pressing spring and the holding member are in contact with each other, the pressing position can be obtained from the projected pressing point.
[0053]
FIG. 19 shows a case where there is one pressing point, but FIG. 20 shows a case where there are two pressing points, such as a case where two pressing springs are used.
This case is similar to FIG.
The sum of the load centers of the pinching load F1 at the contact point is
Xp = (P1 · x1 + P2 · x2 + P3 · x3 + P4 · x4) / (P1 + P2 + P3 + P4) for the x axis
Yp = (P1 · y1 + P2 · y2 + P3 · y3 + P4 · y4) / (P1 + P2 + P3 + P4) for the y-axis
The center of the pressing load F2 at the pressing point is Xw = (W1.xw1 + W2.xw2) / (W1 + W2) on the x axis.
Yw = (W1 · yw1 + W2 · yw2) / (W1 + W2) for the y-axis
It is.
Therefore, the load centers of the holding load at the contact point and the pressing load at the pressing point are equal, and Xp = Xw and Yp = Yw.
Therefore, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view in the axial direction of a gas sensor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a state in which the inside of an atmosphere-side cover of the gas sensor is viewed from a gas sensor base end side in the first embodiment;
FIGS. 3A and 3B are a sectional explanatory view and a plan view of a pressing spring according to the first embodiment. FIGS.
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view and a plan view of another pressing spring according to the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view of the terminal spring according to the first embodiment.
FIG. 6 is a side view of the terminal spring according to the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view of bending of a terminal spring in the first embodiment.
FIG. 8 is a plan view of the holding member facing the terminal spring in the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of the holding groove of the holding member according to the first embodiment.
FIG. 10 is a plan view of the outer side surface of the holding member according to the first embodiment.
FIG. 11 is an explanatory view of a terminal spring different from FIG. 6 and having a conductive protrusion in the first embodiment.
FIG. 12 is a plan view of a holding member different from FIG. 8 in the first embodiment on the side facing the terminal spring of the holding member in which four terminal springs are stored in one storage groove.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between deflection and load in the second embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of bending of a pressing spring according to the second embodiment.
FIG. 15 is an explanatory diagram of bending of a terminal spring in the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram illustrating a pressing load when one pressing spring is provided in the third embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a pressing load when two pressing springs are provided in the third embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a holding load by a terminal spring in the fourth embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a load center of a holding load and a load center of a pressing load in a case where the pressing point of the pressing spring is one place in the fifth embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram of the load center of the holding load and the load center of the pressing load when the pressing points by the pressing spring are two places in the fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
1. . . Gas sensor,
10. . . housing,
29. . . Sensor element,
291,292. . . Terminal,
31, 32. . . Pressing spring,
41. . . Lead,
51, 52. . . Terminal spring,
50. . . Support,
501. . . Bend,
502. . . Conductive contact,
61, 62. . . Clamping member,
Claims (3)
上記端子バネと上記端子とが接触した状態で,上記端子バネはガスセンサ径方向への荷重を上記センサ素子に付与することで上記センサ素子を挟持し,
上記端子バネの外周に2つ以上の挟持部材を設け,更に上記挟持部材の外周に押圧バネを設けて上記挟持部材を押圧固定するよう構成したガスセンサであって,
上記端子バネによる上記センサ素子に対する挟持荷重F1と,
上記押圧バネによる上記挟持部材に対する押圧荷重F2との間には,
端子バネの挟持荷重F1≦押圧バネの押圧荷重F2
という関係が成立することを特徴とするガスセンサ。A sensor element having a plurality of terminals on the base end side, and a terminal spring for electrically connecting the terminal to a lead wire drawn in from the base end side of the gas sensor;
In a state where the terminal spring is in contact with the terminal, the terminal spring clamps the sensor element by applying a load in the gas sensor radial direction to the sensor element,
A gas sensor comprising: two or more holding members provided on an outer periphery of the terminal spring; and a pressing spring provided on an outer periphery of the holding member to press and fix the holding member.
A holding load F1 on the sensor element by the terminal spring,
Between the pressing load F2 on the holding member by the pressing spring,
Terminal spring holding load F1 ≦ Pressing spring pressing load F2
A gas sensor characterized by the following relationship.
Priority Applications (3)
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