JP2007155697A - ガスセンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができるガスセンサを提供すること。
【解決手段】センサ素子2と、センサ素子2を挿通保持する素子保持体3と、素子保持体3の基端側においてセンサ素子2の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子4とを有するガスセンサ1。素子保持体3は、ハウジング31と、ハウジング31に固定された部材とからなる。センサ素子2は、基端部における一対の面にそれぞれ電極端子21を形成してなる。大気側絶縁碍子4は、バネ端子を内部に複数配設してなり、センサ素子2と軸方向を一致させるように素子保持体3の基端側に配設されている。大気側絶縁碍子4と素子保持体3とは、大気側絶縁碍子4に形成された凸面部11において当接しており、凸面部11はバネ端子の付勢方向と同一方向の直線に沿って形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。
従来より、自動車の内燃機関等の排気系には、排ガス中の酸素や窒素酸化物等の特定ガスの濃度を測定するガスセンサが配設されている。このようなガスセンサ9として、図14に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための板棒状のセンサ素子92を、素子側絶縁碍子93に挿通保持させてなるものがある(特許文献1参照)。そして、素子側絶縁碍子93は、ハウジング94の内側に保持されている。素子側絶縁碍子93の基端側には、センサ素子92の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子95が配設され、該大気側絶縁碍子95を覆うように大気側カバー96がハウジング94の基端側に設けてある。
上記センサ素子92の基端部には、検出部と電気的に接続された電極端子921が形成されている。また、大気側絶縁碍子95の内部には、上記電極端子921に接触させて、電極端子921とリード線971との導通を図るためのバネ端子972が配設されている。それ故、大気側絶縁碍子95をセンサ素子92の基端部を覆うように配設したとき、バネ端子972が電極端子921に接触するように構成されている。
ここで、センサ素子92は、ハウジング94及び素子側絶縁碍子93からなる素子保持体934の軸方向に対して斜めの状態で保持されることもある。この場合、図15に示すごとく、大気側絶縁碍子95の先端面951を、素子保持体934の基端面935に面接触させた状態で、大気側絶縁碍子95を配設しようとすると、大気側絶縁碍子95の内部に配されたバネ端子972とセンサ素子92の電極端子921との位置関係がずれてしまい、場合によっては、バネ端子972と電極端子921との接触不良を招くおそれがある。
また、センサ素子92の小型化の要請から、センサ素子92の幅の狭小化が求められることがある。かかるセンサ素子92においては、電極端子921の幅も狭くする必要がある。このように、電極端子921の幅が小さい場合には、上記のような接触不良がより生じやすくなる。
このような接触不良を回避するために、図16に示すごとく、大気側絶縁碍子95とその内部に挿入したセンサ素子92の基端部との間のクリアランスを小さくすることも考えられる。しかし、上記のようにセンサ素子92が素子保持体934に対して斜めに配設されたとき、素子保持体934を基準に大気側絶縁碍子95を配設すると、センサ素子92の基端部と大気側絶縁碍子95の内側面とが干渉してしまうおそれがある。その結果、センサ素子92に損傷を与えるおそれがある。
そこで、図17に示すごとく、大気側絶縁碍子95を、素子保持体934ではなくセンサ素子92を基準にして配置することにより、電極端子921とバネ端子972との接触導通を確保すると共に、センサ素子92と大気側絶縁碍子95との干渉を防ぐことが考えられる。即ち、センサ素子92が素子保持体934に対して斜めに固定された場合にも、センサ素子92の軸方向と大気側絶縁碍子95の軸方向とを一致させ、大気側絶縁碍子95を素子保持体934に対して浮いた状態とする。
ところが、大気側絶縁碍子95が素子保持体934に対して浮いた状態にあると、大気側絶縁碍子95が不安定になる。そして、特に組み付け時において、大気側絶縁碍子95の先端角部952等が素子保持体934に接触して、損傷が生じるおそれがある。
特開2003−294684号公報
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設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。
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持体と、該素子保持体の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子保持体は、上記ガスセンサを上記被測定ガスの流通部に取付けるためのハウジングと、該ハウジングに固定された部材とからなり、
上記センサ素子は、基端部における一対の面にそれぞれ電極端子を形成してなり、
上記大気側絶縁碍子は、上記センサ素子の上記電極端子に接触させるためのバネ端子を内部に複数配設してなり、上記センサ素子と軸方向を一致させるように上記素子保持体の基端側に配設され、
上記大気側絶縁碍子と上記素子保持体とは、上記大気側絶縁碍子又は上記素子保持体に形成された凸面部において当接しており、該凸面部は上記バネ端子の付勢方向と同一方向の直線に沿って形成されていることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサにおいては、上記大気側絶縁碍子が、センサ素子と軸方向を一致させるように上記素子保持体の基端側に配設されている。即ち、大気側絶縁碍子は、素子保持体ではなくセンサ素子を基準に配設されている。これにより、センサ素子が素子保持体に対して斜めになっていても、センサ素子に合わせて大気側絶縁碍子を配設するため、大気側絶縁碍子のバネ端子がセンサ素子の電極端子からずれることはなく、バネ端子と電極端子との接触導通を確保することができる。
また、上記大気側絶縁碍子又は上記素子保持体には上記凸面部が形成されており、該凸面部において大気側絶縁碍子と素子保持体とが当接している。そのため、大気側絶縁碍子は、上記凸面部において素子保持体に支承される状態となり、安定して配設することができる。そして、凸面部において大気側絶縁碍子が素子保持体に当接しているため、素子保持体に対する大気側絶縁碍子の角度を自由に変化させることができる。その結果、センサ素子の傾斜具合に応じて大気側絶縁碍子を傾斜させることができる。
そして、凸面部はバネ端子の付勢方向と同一方向の直線に沿って形成されているため、バネ端子の付勢方向に直交する方向、即ちセンサ素子の電極端子の幅方向についての傾斜に対応して、大気側絶縁碍子を傾斜させることができる。そのため、バネ端子と電極端子との接触導通を充分に確保することができる。
以上のごとく、本発明によれば、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができるガスセンサを提供することができる。
本発明(請求項1)において、上記ハウジングに固定された部材とは、例えば、ハウジングの内側に保持され上記センサ素子を挿通保持する素子側絶縁碍子等、ハウジングに直接又は間接的に固定された各種部材をいうが、センサ素子は含まない。
また、上記凸面部としては、円弧形状、三角形状、四角形状等種々の形状の凸面部があり、また、素子側絶縁碍子の先端面または素子保持体の基端面の全体にわたって円弧形状や三角形状等を構成して、上記凸面部とすることもできる。
なお、本明細書においては、ガスセンサについて、被測定ガスに曝される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、上記凸面部は、上記大気側絶縁碍子の先端面に形成することができる(請求項2)。
この場合には、上記凸面部を容易かつ確実に形成することができ、該凸面部において、大気側絶縁碍子を素子保持体に安定して支承させることができる。
また、上記凸面部は、上記素子保持体の基端面に形成することもできる(請求項3)。
この場合にも、上記凸面部を容易かつ確実に形成することができ、該凸面部において、大気側絶縁碍子を素子保持体に安定して支承させることができる。
また、上記素子保持体は、上記大気側絶縁碍子を覆うように上記ハウジングの基端側に固定した大気側カバーと、該大気側カバーの内側であると共に上記大気側絶縁碍子の外側において、上記ハウジングの基端側に固定した内側保護筒とを設けてなり、上記大気側絶縁碍子は、基端部において径方向に突出した径方向突出部を有し、該径方向突出部と上記内側保護筒の基端部とにおいて、上記大気側絶縁碍子と上記素子保持体とが当接していてもよい(請求項4)。
この場合にも、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができる。
また、上記凸面部は、上記径方向突出部に形成することができる(請求項5)。
この場合には、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができる。
また、上記凸面部は、上記内側保護筒の基端部に形成することもできる(請求項6)。
この場合にも、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができる。
また、上記凸面部は、上記大気側絶縁碍子の先端面又は上記素子保持体の基端面に形成してあり、上記大気側絶縁碍子の先端面又は上記素子保持体の基端面からの上記凸面部の突出量をH、上記バネ端子の付勢方向に直交する方向における上記大気側絶縁碍子の先端面の幅と上記素子保持体の基端面の幅とのうちの短い方の幅をWとしたとき、H/W>0.01が成り立つことが好ましい(請求項7)。
この場合には、上記センサ素子が損傷することを防ぐことができる。即ち、センサ素子は、素子保持体に対して1°程度傾斜することがあるが、その場合にも上記のごとくH/W>0.01であれば、大気側絶縁碍子と素子保持体とが凸面部以外の部分において当接することを防ぐことができる。つまり、凸面部において大気側絶縁碍子と素子保持体とを当接させることができ、ひいては、大気側絶縁碍子が素子保持体から浮いた状態となることを防ぐことができる。これにより、センサ素子に対して、大気側絶縁碍子からの衝撃や荷重等の力が作用することを抑制することができる。その結果、センサ素子が損傷することを防ぐことができる。
(実施例1)
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図1〜図6を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1、図2に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子2と、該センサ素子2を挿通保持する素子保持体3と、該素子保持体3の基端側において上記センサ素子2の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子4とを有する。
素子保持体3は、ガスセンサ2を被測定ガスの流通部に取付けるためのハウジング31と、該ハウジング31に固定された部材、即ち素子側絶縁碍子32とからなる。素子側絶縁碍子32は、ハウジング31の内側に保持されセンサ素子2を挿通保持する。
センサ素子2は、図3に示すごとく、基端部における一対の面にそれぞれ電極端子21を形成してなる。
大気側絶縁碍子4は、図2、図4に示すごとく、センサ素子2の電極端子21に接触させるためのバネ端子41を内部に複数配設してなる。また、図3に示すごとく、大気側絶縁碍子4は、センサ素子2と軸方向を一致させるように素子保持体3の基端側に配設されている。
そして、大気側絶縁碍子4と素子保持体3とは、大気側絶縁碍子4の先端面401に形成された凸面部11において当接している。
図6に示すごとく、凸面部11はバネ端子41の付勢方向(矢印f)と同一方向の直線に沿って形成されている。
具体的には、センサ素子2の中心軸を通ると共に、電極端子21が形成された面に対して直交する直線に沿って、大気側絶縁碍子4の先端面401の2箇所に、上記凸面部11が形成されている。なお、図6は、バネ端子41の位置にバネ端子41の付勢力を矢印fによって表した模式図である。
また、本例においては、凸面部11は、図3、図5(A)に示すごとく、半円形状に形成されている。ただし、凸面部11は、図5(B)のような略三角形状、図5(C)のような台形状とすることもできる。更には、図5(D)、(E)に示すごとく、素子側絶縁碍子4の先端面401の全体にわたって三角形状や円弧形状を構成して、凸面部11とすることもできる。
また、凸面部11は、素子側絶縁碍子4の先端面401から0.3〜3.0mm突出している。
大気側絶縁碍子5は、例えばアルミナ(Al23)、ステアタイト(MgO・SiO2)等のセラミックからなる。
センサ素子2は、アルミナ(Al23)やジルコニア(ZrO2)等のセラミック板を積層して構成した積層型の素子であって、被測定ガス中の特定ガスの濃度(例えば内燃機関の排ガス中の酸素濃度や窒素酸化物濃度等)を検出するセンサセルと、該センサセルの温度を調整するためのヒータとを一体的に設けてなる(図示略)。
そして、上記電極端子21は合計4個形成されており、そのうちの2個は上記センサセルに電気的に接続され、他の2個は上記ヒータに電気的に接続されている。
図1、図2に示すごとく、センサ素子2は、素子側絶縁碍子32に挿通されており、センサ素子2と素子側絶縁碍子32との間は、ガラス封止材33によって封止されると共に固定されている。また、素子側絶縁碍子32はハウジング31に保持され、素子側絶縁碍子3とハウジング31との間には、リング状のパッキン材34が配設されている。そして、素子側絶縁碍子32の基端側は、ハウジング31の基端部によって、リング状の皿バネ35を介して、かしめ固定されている。
また、図2、図4に示すごとく、大気側絶縁碍子4の内側に配された4個のバネ端子41は、センサ素子2の基端部を挟持するように、各電極端子21に接触している。そして、各バネ端子41は、それぞれリード線42に接続されている。
また、図1、図2に示すごとく、ハウジング31の基端側には、大気側絶縁碍子4を覆うように大気側カバー36が固定されている。また、ハウジング31の先端側には、センサ素子2の先端部を保護するための保護カバー37が固定されている。
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサ1においては、大気側絶縁碍子4が、センサ素子2と軸方向を一致させるように素子保持体3の基端側に配設されている。即ち、図3に示すごとく、大気側絶縁碍子4は、素子保持体3ではなくセンサ素子2を基準に配設されている。これにより、センサ素子2が素子保持体3に対して斜めになっていても、センサ素子2に合わせて大気側絶縁碍子4を配設するため、大気側絶縁碍子4のバネ端子41がセンサ素子2の電極端子21からずれることはなく、バネ端子41と電極端子21との接触導通を確保することができる。
また、大気側絶縁碍子4には上記凸面部11が形成されており、該凸面部11において大気側絶縁碍子4と素子保持体3とが当接している。そのため、大気側絶縁碍子4は、凸面部11において素子保持体3に支承される状態となり、安定して配設することができる。そして、凸面部11において大気側絶縁碍子4が素子保持体3に当接しているため、素子保持体3に対する大気側絶縁碍子4の角度を自由に変化させることができる。その結果、センサ素子2の傾斜具合に応じて大気側絶縁碍子4を傾斜させることができる。
そして、凸面部11はバネ端子41の付勢方向と同一方向の直線に沿って形成されているため、バネ端子41の付勢方向に直交する方向、即ちセンサ素子2の電極端子21の幅方向についての傾斜に対応して、大気側絶縁碍子4を傾斜させることができる。そのため、バネ端子41と電極端子21との接触導通を充分に確保することができる。
以上のごとく、本例によれば、センサ素子の電極端子とバネ端子との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子を素子保持体に対して安定して配設することができるガスセンサを提供することができる。
(実施例2)
本例は、図7、図8に示すごとく、素子保持体3の基端面に凸面部11を形成したガスセンサ1の例である。
本例のガスセンサ1は、素子保持体3を構成する素子側絶縁碍子32の基端部がハウジング31の基端部よりも基端側へ突出している。また、素子側絶縁碍子32は、部分的に外径の大きい径大部321を有する。そして、該径大部321の基端側において、素子側絶縁碍子32とハウジング31との間には、シール材331、絶縁部材332、及び金属リング333を積層配置した上で、ハウジング31の基端部によって、これらを加締め固定している。これにより、素子側絶縁碍子32とハウジング31との間の隙間を密閉すると共に、両者を固定する。
上記凸面部11は、上記のように構成された素子保持体3における素子側絶縁碍子32の基端面に形成されている。そして、凸面部11に対して大気側絶縁碍子4の先端面401が当接している。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、上記凸面部11を容易かつ確実に形成することができ、該凸面部11において、大気側絶縁碍子4を素子保持体3に安定して支承させることができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
(実施例3)
本例は、図9〜図11に示すごとく、大気側カバー36の内側に配設した内側保護筒361の基端部362に、大気側絶縁碍子4を当接させたガスセンサ1の例である。
即ち、ガスセンサ1の素子保持体30は、大気側カバー36の内側であると共に大気側絶縁碍子4の外側において、ハウジング31の基端側に固定した内側保護筒361を設けてなる。
図10、図11に示すごとく、大気側絶縁碍子4は、基端部において径方向に突出した径方向突出部43を有し、該径方向突出部43と内側保護筒361の基端部362とにおいて、大気側絶縁碍子4と素子保持体30とが当接している。即ち、径方向突出部43における内側保護筒361との当接面に、凸面部11が形成されている。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、センサ素子2の電極端子21とバネ端子41との接触導通を確保すると共に、大気側絶縁碍子4を素子保持体30に対して安定して配設することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
なお、上記実施例3と同様に、内側保護筒361の基端部362に大気側絶縁碍子4の径方向突出部43を当接させた構成において、径方向突出部43には凸面部を設けずに、内側保護筒361の基端面362に凸面部を形成してもよい。
(実施例4)
本例は、図12、図13に示すごとく、バネ端子41の付勢方向に直交する方向における大気側絶縁碍子4の先端面401の幅及び素子保持体3の基端面301の幅と、凸面部11の突出量との関係を規定したガスセンサ1の例である。
本例では、凸面部11は、大気側絶縁碍子4の先端面401に設けてある。そして、大気側絶縁碍子4の先端面401からの凸面部11の突出量はHである。
図12に示すガスセンサ1は、大気側絶縁碍子4の幅よりも素子保持体3の幅の方が大きい。この場合において、バネ端子41の付勢方向に直交する方向における大気側絶縁碍子4の先端面401の幅をWとしたとき、H/W>0.01が成り立つ。
また、図13に示すガスセンサ1は、素子保持体3の幅よりも大気側絶縁碍子4の幅の方が大きい。この場合において、バネ端子41の付勢方向に直交する方向における素子保持体3の基端面301の幅をWとしたとき、H/W>0.01が成り立つ。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合には、センサ素子2が損傷することを防ぐことができる。即ち、センサ素子2は、素子保持体3に対して1°程度傾斜することがあるが、その場合にも上記のごとくH/W>0.01であれば、大気側絶縁碍子4と素子保持体3とが凸面部11以外の部分において当接することを防ぐことができる。つまり、凸面部11において大気側絶縁碍子4と素子保持体3とを当接させることができ、ひいては、大気側絶縁碍子4が素子保持体3から浮いた状態となることを防ぐことができる。これにより、センサ素子2に対して、大気側絶縁碍子4からの衝撃や荷重等の力が作用することを抑制することができる。その結果、センサ素子2が損傷することを防ぐことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
尚、凸面部11が素子保持体3の基端面301に形成されていても同様の結果が得られる。
また、実用上は、センサ素子2の傾きを5°程度見込んで、H/W=0.2程度に設定することが好ましい。
実施例1における、ガスセンサの縦断面図。 実施例1における、図1のA−A線矢視断面相当の部分断面図。 実施例1における、センサ素子と大気側絶縁碍子との配設状態を示す説明図。 実施例1における、大気側絶縁碍子の先端部の平面図及び側面図。 実施例1における、大気側絶縁碍子の先端部に設けた凸面部の説明図。 実施例1における、バネ端子の付勢力を示す説明図。 実施例2における、ガスセンサの縦断面図。 図7のB−B線矢視断面図。 実施例3における、ガスセンサの縦断面図。 実施例3における、図9のC−C線矢視断面相当の部分断面図。 図10のD−D線矢視断面図。 実施例4における、大気側絶縁碍子よりも素子保持体の方が幅が大きいときのセンサ素子と大気側絶縁碍子との配設状態を示す説明図。 実施例4における、素子保持体よりも大気側絶縁碍子の方が幅が大きいときのセンサ素子と大気側絶縁碍子との配設状態を示す説明図。 従来例における、ガスセンサの縦断面図。 従来例における、センサ素子が傾斜して配設された状態を示す説明図。 従来例における、センサ素子と大気側絶縁碍子とのクリアランスを狭めた状態を示す説明図。 従来例における、センサ素子を基準に大気側絶縁碍子を配設した状態を示す説明図。
符号の説明
1 ガスセンサ
11 凸面部
2 センサ素子
21 電極端子
3 素子保持体
31 ハウジング
32 素子側絶縁碍子
4 大気側絶縁碍子
401 先端面
41 バネ端子

Claims (7)

  1. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持体と、該素子保持体の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
    上記素子保持体は、上記ガスセンサを上記被測定ガスの流通部に取付けるためのハウジングと、該ハウジングに固定された部材とからなり、
    上記センサ素子は、基端部における一対の面にそれぞれ電極端子を形成してなり、
    上記大気側絶縁碍子は、上記センサ素子の上記電極端子に接触させるためのバネ端子を内部に複数配設してなり、上記センサ素子と軸方向を一致させるように上記素子保持体の基端側に配設され、
    上記大気側絶縁碍子と上記素子保持体とは、上記大気側絶縁碍子又は上記素子保持体に形成された凸面部において当接しており、該凸面部は上記バネ端子の付勢方向と同一方向の直線に沿って形成されていることを特徴とするガスセンサ。
  2. 請求項1において、上記凸面部は、上記大気側絶縁碍子の先端面に形成してあることを特徴とするガスセンサ。
  3. 請求項1において、上記凸面部は、上記素子保持体の基端面に形成してあることを特徴とするガスセンサ。
  4. 請求項1において、上記素子保持体は、上記大気側絶縁碍子を覆うように上記ハウジングの基端側に固定した大気側カバーと、該大気側カバーの内側であると共に上記大気側絶縁碍子の外側において、上記ハウジングの基端側に固定した内側保護筒とを設けてなり、上記大気側絶縁碍子は、基端部において径方向に突出した径方向突出部を有し、該径方向突出部と上記内側保護筒の基端部とにおいて、上記大気側絶縁碍子と上記素子保持体とが当接していることを特徴とするガスセンサ。
  5. 請求項4において、上記凸面部は、上記径方向突出部に形成してあることを特徴とするガスセンサ。
  6. 請求項4において、上記凸面部は、上記内側保護筒の基端部に形成してあることを特徴とするガスセンサ。
  7. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記凸面部は、上記大気側絶縁碍子の先端面又は上記素子保持体の基端面に形成してあり、上記大気側絶縁碍子の先端面又は上記素子保持体の基端面からの上記凸面部の突出量をH、上記バネ端子の付勢方向に直交する方向における上記大気側絶縁碍子の先端面の幅と上記素子保持体の基端面の幅とのうちの短い方の幅をWとしたとき、H/W>0.01が成り立つことを特徴とするガスセンサ。
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