JP2008298731A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】インシュレータを保持するとともに電極パッドと接点金具とを接触させることができるホルダを有するガスセンサを提供すること。
【解決手段】センサ素子２とヒータ３とハウジング４とインシュレータ５と大気側カバー６とを有するガスセンサ１。インシュレータ５と大気側カバー６との間には、ホルダ７が配設されている。ホルダ７は、外側面７０に径方向に伸縮する外方バネ７０１を有し、外方バネ７０１に付された径方向の付勢力により、インシュレータ５を挟持している。インシュレータ５は、複数に分割された絶縁碍子５０からなり、互いに分割された各絶縁碍子５０には、ヒータ３の電極パッド３０に接触する接点金具８をそれぞれ固定してなる。外方バネ７０１の付勢力によって絶縁碍子５０が互いに近付く方向に付勢されることにより、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧を確保することができるよう構成されている。
【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９が配設されている。該ガスセンサ９として、図１３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９２と該センサ素子９２に内蔵され該センサ素子９２を加熱するヒータとを、ハウジング９４の内側に挿通保持させてなるものがある（特許文献１参照）。ハウジング９４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挟持部材９５が配設され、該挟持部材９５を覆うように大気側カバー９６がハウジング９４２の基端側に設けてある。

また、挟持部材９５と大気側カバー９６との間には、図１３に示すごとく、筒型固定部材９７が配設されており、該筒型固定部材９７が挟持部材９５を大気側カバー９６の所定の位置に固定している。具体的には、筒型固定部材９７は、外側面に径方向に伸縮する固定片９７１を有し、該固定片９７１が大気側カバー９６の内側面９６０を押圧することにより挟持部材９５を所定の位置に固定している。

ところが、かかる構成では、筒型固定部材９７の固定片９７１の付勢力は、挟持部材９５を大気側カバー９６の所定の位置に固定することにのみ発揮されることとなる。したがって、従来のガスセンサ９においては、弾性力を有する接点金具（図示略）によってヒータの基端側に配設した電極パッドを挟持することにより、ヒータを所定の位置に固定していた。すなわち、挟持部材９５を固定片９７１の付勢力によって保持するとともに、ヒータを接点金具の付勢力によって固定するという構成を採っていた。その結果、ガスセンサ９の複数箇所において付勢力を作用させる必要があり、ガスセンサ９の構成が複雑になるという問題があった。

特開２００１−１４４７３２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、インシュレータを保持するとともに電極パッドと接点金具とを接触させることができるホルダを有す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センサ素子と、該センサ素子を加熱するヒータと、上記センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部の外周に配されたインシュレータと、該インシュレータを覆うように上記ハウジングの基端側に配された大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記インシュレータと上記大気側カバーとの間には、上記インシュレータを保持するホルダが配設されており、
該ホルダは、外側面に径方向に伸縮する外方バネを有し、該外方バネに付された径方向の付勢力により、上記大気側カバーの内側面を押圧するとともに上記インシュレータを挟持しており、
上記インシュレータは、複数に分割された絶縁碍子からなり、互いに分割された各絶縁碍子には、上記ヒータの電極パッドに接触する接点金具をそれぞれ固定してなり、
かつ、上記外方バネの付勢力によって上記複数の絶縁碍子が互いに近付く方向に付勢されることにより、上記電極パッドと上記接点金具との間の接点圧を確保することができるよう構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。
上記インシュレータは、上記外方バネの付勢力によって上記複数の絶縁碍子が互いに近付く方向に付勢されることにより、上記電極パッドと上記接点金具との間の接点圧を確保することができるよう構成されている。すなわち、外方バネのホルダにおける設置位置や個数を調整すれば、複雑な構成とすることなく、外方バネの付勢力によって、インシュレータを保持するとともに電極パッドと接点金具とを接触させることができる。
また、上記構成により、ヒータを挟持するための接点金具の弾性力を低減、あるいは廃止することもできる。この場合には、接点金具の材料コストを低減することができるため、ガスセンサの製造コストを低減することもできる。

また、上記のごとく、電極パッドと接点金具との間の接点圧を外方バネの付勢力によって確保して接点金具の弾性力を低減あるいは廃止することにより、接点金具において電極パッドと接触する部分の形状の自由度を高くすることができる。そのため、接点金具の形状を電極パッドとの接触状態が向上する形状とすることができ、電極パッドと接点金具との接触信頼性を向上させることもできる。さらに、接点金具の弾性力を低減、あるいは廃止することにより、電極パッドと接点金具とを接触させるに当たって、接点金具がヒータの外側面において擦れて擦傷が生じるという不具合を防ぐこともできる。その結果、電極パッドと接点金具との接触信頼性を一層向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、インシュレータを保持するとともに電極パッドと接点金具とを接触させることができるホルダを有す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、上記ガスセンサとして、例えば、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ₂センサ、ＮＯｘセンサ等がある。
また、上記センサ素子は有底筒状のコップ型のセンサ素子であってもよいし、積層型のセンサ素子であってもよい。なお、センサ素子が積層型である場合には、ヒータはセンサ素子に内蔵され、ヒータの電極パッドがセンサ素子の基端側に配設されることとなる。

また、上記センサ素子が積層型センサ素子である場合には、上記センサ素子は、ハウジングの内側に挿通した素子側絶縁碍子の内側に挿通するよう構成することができる。
一方、コップ型のセンサ素子においては、上記ハウジングは、例えば、上記センサ素子を直接内側に挿通保持する金属製のハウジングにより構成することができる。

なお、本明細書においては、ガスセンサを排気管等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、上記径方向及び上記軸方向は、特記しない限り、それぞれガスセンサの径方向及び軸方向を示すものとする。

また、上記インシュレータは、二つの絶縁碍子からなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、絶縁碍子を容易に組み合わせることができるため、ガスセンサへのインシュレータの組み付けを容易に行うことができる。

また、上記接点金具は、弾性力を有していないことが好ましい（請求項３）。
この場合には、弾性力を有しない材料によって接点金具を形成することができるため、接点金具の材料コストを一層低減することができる。その結果、ガスセンサの製造コストを一層低減することができる。
また、かかる構成により、電極パッドと接点金具との接点圧を外方バネの付勢力のみで確保する構成とすることができ、上記接点圧を確保する構造を単純化することができる。また、ヒータの基端部へのインシュレータの取付けを容易に行うことができる。

また、上記大気側カバーは、軸方向における上記外方バネが上記大気側カバーの内側面を押圧する位置において、外側から径方向内側に向かって加締められた加締め部を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、インシュレータや接点金具を押圧する外方バネの付勢力を増大させることができる。また、組付け時は容易にホルダを大気側カバー内に配置することができる。そして、大気側カバーへのホルダの配置後に加締め部を形成することにより、外方バネの付勢力を高めることができる。

また、上記インシュレータは、軸方向の複数箇所において上記ヒータを保持していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、ヒータの基端側がインシュレータの軸方向の複数箇所において保持されることとなるため、ヒータを安定した状態で配置することができる。これにより、振動等によってヒータが揺れることを防ぐことができるため、接点金具との接点における電極パッドの摩耗を一層防ぐことができる。その結果、電極パッドと接点金具との接触信頼性をより一層向上させることができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係るガスセンサにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を加熱するヒータ３と、センサ素子２を挿通保持するハウジング４と、該ハウジング４の基端側においてヒータ３の基端部の外周に配されたインシュレータ５と、該インシュレータ５を覆うようにハウジング４の基端側に配された大気側カバー６とを有する。

インシュレータ５と大気側カバー６との間には、図１〜図３に示すごとく、インシュレータ５を保持するホルダ７が配設されている。
ホルダ７は、外側面７０に径方向に伸縮する外方バネ７０１を有する。そして、ホルダ７は、外方バネ７０１に付された径方向の付勢力により、大気側カバー６の内側面６０を押圧するとともにインシュレータ５を挟持している。

インシュレータ５は、図３、図４に示すごとく、複数に分割された絶縁碍子５０からなる。本例では、インシュレータ５は二つの絶縁碍子５０からなる。そして、互いに分割された各絶縁碍子５０には、ヒータ３の電極パッド３０に接触する接点金具８がそれぞれ固定されている。なお、本例の接点金具８は、弾性力を有しないよう構成されている。
また、インシュレータ５は、外方バネ７０１の付勢力によって二つの絶縁碍子５０が互いに近付く方向に付勢されることにより、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧を確保することができるよう構成されている。

本例のガスセンサ１につき、詳細に説明する。
本例のガスセンサ１におけるハウジング４は、金属製のハウジング４からなる。そして、該ハウジング４は、先端側に配設されたネジ部４０において排気管に螺合されて、排気管に取り付けられる（図示略）。

接点金具８は、図１、図２、図４、図５（ａ）に示すごとく、平板状の基板部８１と、該基板部８１の先端部から基端側に向かって折り返されて形成される電極接触部８２と、該電極接触部８２の基端部において基板部８１側に屈曲してなる係止部８３とを有する。
そして、接点金具８は、図１〜図３に示すごとく、各絶縁碍子５０における金具固定部５１を取り囲むように配設されており、金具固定部５１の基端面５１０に係止部８３を係止した状態で配置されている。
また、電極接触部８２は、図５（ｂ）に示すごとく、平面からなり、接点金具８は、電極接触部８２においてヒータ３の電極パッド３０と接触している。本例では、図５（ａ）に示す符号Ｌの長さ分だけ電極パッド３０と接点金具８とは接触している。

インシュレータ５は、図１〜図３に示すごとく、筒状のホルダ７によって保持されている。そして、ホルダ７の外側面７０には、上記外方バネ７０１が配設されている。該外方バネ７０１を径方向に伸縮させる付勢力によって、インシュレータ５は所定の位置に固定、保持されている。そして、この外方バネ７０１の設置位置や個数などによって外方バネ７０１からインシュレータ５への付勢力を種々変更することができる。本例では、外方バネ７０１は、外側面７０の径方向の四箇所に均等に配置されている。

また、ホルダ７は、図３に示すごとく、外側面７０の一部分に開口部７０２を有している。それゆえ、外方バネ７０１からの付勢力が、ホルダ７を介して絶縁碍子５０へと伝わりやすい。その結果、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧をも得ることができる。
なお、本例では、接点金具８の径方向外側に配される外方バネ７０１が、主に電極パッド３０と接点金具８との接点圧の確保に寄与している。

センサ素子２は、図１に示すごとく、有底筒状のコップ型のセンサ素子である。
ヒータ３は、図１に示すごとく、コップ型のセンサ素子２の内側に挿通される円柱形状のヒータ３である。一対の接点金具８とヒータ３とは、上述のごとく、ヒータ３の電極パッド３０と接点金具８の電極接触部８２とにおいて接触している。これにより、電極パッド３０は、リード線１１及び接点金具８を介して外部の電源と電気的に導通している。
また、ヒータ３は、二つの絶縁碍子５０を組み合わせた状態において、金具固定部５１同士の間に配設されている。

一方、一対の絶縁碍子５０は、図３、図４に示すごとく、センサ素子２に接続される一対のセンサ用リード線（図示略）を挿通するための貫通孔５３をそれぞれ有している。
そして、センサ素子２に接続されるセンサ用端子２０１は、上記一対のセンサ用リード線の先端に配された端子バネ２１と電気的に接続されている。

インシュレータ５にヒータ３を組付けるに当たっては、例えば、図４に示すごとく、インシュレータ５の金具固定部５１に接点金具８を挿通する。具体的には、基板部８１を、内側面５０１が開口した切欠部５２に径方向からスライドさせて配置する。このとき、金具固定部５１は、基板部８１と電極接触部８２と係止部８３とに囲まれた状態となっている。

次に、金具固定部５１に接点金具８が固定された状態の各絶縁碍子５０を互いに組み合わせて、これら二つの絶縁碍子５０からなるインシュレータ５をホルダ７の内側に配置する。
次いで、かかるホルダ７を大気側カバー６の内側に配設した後、一対の電極接触部８２の間にヒータ３の基端部を挿入していき、電極接触部８２と電極パッド３０とを接触させる。
そして、このようにヒータ３が挿入されて外方バネ７０１の径方向におけるたわみが増すことにより、外方バネ７０１に対して付勢力を付与することができる。

ヒータ３の組み付け手順としては、上述した手順のほか、以下の手順がある。すなわち、接点金具８を組み合わせたインシュレータ５にヒータ３を挿入し、かかるインシュレータ５にホルダ７を被せた後、ホルダ７に大気側カバー６を被せる。そして、このように、ホルダ７に大気側カバー６を被せて外方バネ７０１の径方向におけるたわみが増すことにより、外方バネ７０１に対して付勢力を付与することができる。かかる手順は上述した手順ほどインシュレータ５の組み付けを容易に行うことはできないが、電極パッド３０の表面に擦傷が生じにくいという利点がある。

なお、本例の金具固定部５１の切欠部５２は、軸方向以外の側方にも開口している。これにより、上述のごとく、基板部８１を径方向内側から切欠部５２に挿入することができるため、基板部８１の基端部にコネクタ部などの複雑形状を設けることもできるし、係止部８３を設けることもできる。ただし、切欠部５２の代わりに、側方には開口せずに絶縁碍子５０の基端面から先端面へと軸方向にのみ貫通した孔部を形成してもよい。

次に、本例の作用効果につき説明する。
インシュレータ５は、外方バネ７０１の付勢力によって複数の絶縁碍子５０が互いに近付く方向に付勢されることにより、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧を確保することができるよう構成されている。すなわち、外方バネ７０１のホルダ７における設置位置や個数を調整すれば、複雑な構成とすることなく、外方バネ７０１の付勢力によって、インシュレータ５を保持するとともに電極パッド３０と接点金具８とを接触させることができる。

また、接点金具８は、弾性力を有していない。すなわち、弾性力を有しない材料によって接点金具８を形成することができるため、接点金具８の材料コストを一層低減することができる。その結果、ガスセンサ１の製造コストを一層低減することができる。また、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧を外方バネ７０１の付勢力のみで確保する構成とすることができ、上記接点圧を確保する構造を単純化することができる。また、ヒータの基端部へのインシュレータ５の取付けを容易に行うことができる。

また、上記のごとく、電極パッド３０と接点金具８との間の接点圧を外方バネ７０１の付勢力によって確保して接点金具８の弾性力を廃止することにより、接点金具８において電極パッド３０と接触する電極接触部８２の形状の自由度を高くすることができる。そのため、接点金具８の形状を電極パッド３０との接触状態が向上する形状とすることができ、電極パッド３０と接点金具８との接触信頼性を向上させることもできる。さらに、接点金具８の弾性力を廃止することにより、電極パッド３０と接点金具８とを接触させるに当たって、接点金具８がヒータ３の外側面３０において擦れて擦傷が生じるという不具合を防ぐこともできる。その結果、電極パッド３０と接点金具８との接触信頼性を一層向上させることができる。

また、インシュレータ５は、二つの絶縁碍子５０からなる。これにより、絶縁碍子５０を容易に組み合わせることができるため、ガスセンサ１へのインシュレータ５の組み付けを容易に行うことができる。

以上のごとく、本例によれば、インシュレータを保持するとともに電極パッドと接点金具とを接触させることができるホルダを有す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６に示すごとく、大気側カバー６が、軸方向における外方バネ７０１が大気側カバー６の内側面６０を押圧する位置において、外側から径方向内側に向かって加締められた加締め部６００を有するガスセンサ１の例である。

ヒータ３を組付けるに当たっては、例えば、インシュレータ５と接点金具８とを組み合わせた状態でこれをホルダ７に挿通したものを大気側カバー６に配設した後、ヒータ３の基端部を一対の接点金具８の間に挿入する。次いで、外側から大気側カバー６を加締めて大気側カバー６に加締め部６００を形成する。これにより、外方バネ７０１の付勢力を増大させることができる。すなわち、本例の構成を採用することにより、ヒータ３のインシュレータ５への挿入時においては、外方バネ７０１による接点金具８の付勢力が作用していない状態とすることができる。それゆえ、ガスセンサ１の組み付けやすさを維持することができるとともに、接点金具８による電極パッド３０の擦傷を低減することができる。
その他、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図７、図８に示すごとく、種々形状を変化させて作製した接点金具８の例である。
図７に示す接点金具８の電極接触部８２は、円柱形状のヒータ３の外側面３００の曲率半径より大きい曲率半径を有する曲面によって形成されている。

かかる構成により、一対の接点金具８を結ぶ方向と直交する方向へのヒータ３の基端部の移動も規制することができる。これにより、ヒータ３の固定を一層安定した状態で行うことができる。

また、図８に示す接点金具８は、電極接触部８２の中央付近８２０が接点金具８の他の部分よりも径方向内側に向かって突出するように湾曲してなる。そして、接点金具８は、この中央付近８２０において電極パッド３０と接触している。
このように接点金具８を構成した場合には、一対の接点金具８の電極接触部８２の中央付近８２０と電極パッド３０との接触をより確実なものとすることができる。そのため、電極パッド３０と接点金具８との接触信頼性を一層向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図９〜図１２に示すごとく、インシュレータ５が、軸方向の複数箇所においてヒータ３を保持しているガスセンサ１の例である。本例では、軸方向の二箇所でヒータ３が保持されている。

すなわち、本例のガスセンサ１におけるヒータ３の基端側の外側面３００には、ヒータ３の電極パッド３０とは別にセンサ素子２に接続されるセンサ用電極パッド２０が配設されている。そして、ヒータ３の電極パッド３０とセンサ用電極パッド２０とは、ヒータ３の軸方向におけるずれた位置において配設されている。
また、ヒータ３を軸方向に見たときに、図１１、図１２に示すごとく、ヒータ３の電極パッド３０とセンサ用電極パッド２０とは、互いに直交する方向に配置されている。

また、センサ用電極パッド２０と接触する接点金具８０も、ヒータ３の電極パッド３０と接触する接点金具８と同様、平板状の基板部８１と、該基板部８１の先端側から基端側に向かって形成される電極接触部８２とを有する。そして、接点金具８０は、電極接触部８２においてセンサ用電極パッド２０と接触している。
センサ用電極パッド２０は、センサ用リード線１２と接点金具８０を介して外部と電気的に導通している。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、ヒータ３の基端側をインシュレータ５の軸方向の複数箇所において保持することができるため、ヒータ３を安定した状態で配置することができる。これにより、振動等によってヒータ３が揺れることを防ぐことができるため、接点金具８０との接点における電極パッド３０の摩耗を一層防ぐことができる。その結果、電極パッド３０と接点金具８０との接触信頼性をより一層向上させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、ガスセンサの断面説明図。 実施例１における、インシュレータ付近の断面説明図。 図１におけるＡ−Ａ線断面説明図。 実施例１における、絶縁碍子と接点金具との斜視展開図。 実施例１おける、（ａ）電極パッドと接点金具との側面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例２における、ガスセンサの断面説明図。 実施例３における、（ａ）電極パッドと接点金具との側面図、（ｂ）（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面説明図。 実施例３における、接点金具の電極接触部の形状を変更した場合の（ａ）電極パッドと接点金具との側面図、（ｂ）（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面説明図。 実施例４における、ガスセンサの断面説明図。 図９と軸方向において略直交する方向のガスセンサの断面説明図。 図９におけるＥ−Ｅ線断面説明図。 図１０におけるＦ−Ｆ線断面説明図。 従来例における、ガスセンサの断面説明図。

符号の説明

１ ガスセンサ
２ センサ素子
３ ヒータ
３０ 電極パッド
４ ハウジング
５ インシュレータ
５０ 絶縁碍子
６ 大気側カバー
７ ホルダ
７０１ 外方バネ
８ 接点金具

Claims (5)

1. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を加熱するヒータと、上記センサ素子を挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部の外周に配されたインシュレータと、該インシュレータを覆うように上記ハウジングの基端側に配された大気側カバーとを有するガスセンサであって、
   上記インシュレータと上記大気側カバーとの間には、上記インシュレータを保持するホルダが配設されており、
   該ホルダは、外側面に径方向に伸縮する外方バネを有し、該外方バネに付された径方向の付勢力により、上記大気側カバーの内側面を押圧するとともに上記インシュレータを挟持しており、
   上記インシュレータは、複数に分割された絶縁碍子からなり、互いに分割された各絶縁碍子には、上記ヒータの電極パッドに接触する接点金具をそれぞれ固定してなり、
   かつ、上記外方バネの付勢力によって上記複数の絶縁碍子が互いに近付く方向に付勢されることにより、上記電極パッドと上記接点金具との間の接点圧を確保することができるよう構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、上記インシュレータは、二つの絶縁碍子からなることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項１又は２において、上記接点金具は、弾性力を有していないことを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記大気側カバーは、軸方向における上記外方バネが上記大気側カバーの内側面を押圧する位置において、外側から径方向内側に向かって加締められた加締め部を有することを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記インシュレータは、軸方向の複数箇所において上記ヒータを保持していることを特徴とするガスセンサ。

Images