JP2012225904A - センサ及びセンサ取付構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】取付対象体の取付孔にネジ止めする際、センサの生産性及び取付け作業性が劣ることなく、ネジのゆるみが少ないセンサ及びセンサ取付構造体を提供する。
【解決手段】センサ素子１０と、筒状の主体金具１３８と、主体金具に対して回転自在な筒状の取付部材１８０と、を備えたセンサ２００であって、主体金具は、本体部１３８ａと、取付部材よりも先端側に設けられ、取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部１３８ｆとを有し、主体金具は、本体部の外表面と鍔部の後端向き面とが傾斜面１３８ｔにて接続されると共に、取付部材は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが角部１８０ｅにて接続されており、取付部材のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めしたとき、鍔部の先端向き面１３８ｆ１が取付対象体の取付面３００ｒに当接すると共に、傾斜面に角部が接する。
【選択図】図３
【解決手段】センサ素子１０と、筒状の主体金具１３８と、主体金具に対して回転自在な筒状の取付部材１８０と、を備えたセンサ２００であって、主体金具は、本体部１３８ａと、取付部材よりも先端側に設けられ、取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部１３８ｆとを有し、主体金具は、本体部の外表面と鍔部の後端向き面とが傾斜面１３８ｔにて接続されると共に、取付部材は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが角部１８０ｅにて接続されており、取付部材のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めしたとき、鍔部の先端向き面１３８ｆ１が取付対象体の取付面３００ｒに当接すると共に、傾斜面に角部が接する。
【選択図】図３
Description
本発明は、所定のガス成分を検出するガスセンサ素子や温度センサ素子等の各種センサ素子を備えるセンサ、ガスセンサ取付構造体に関する。
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは自身の内部にガスセンサ素子を有し、ガスセンサ素子は固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とを有するセル等から構成されている。このガスセンサの外部にはネジ部が設けられ、ネジ部を取付対象体（排気管等）の取付孔にネジ止めすることにより、ガスセンサが排気管に取り付けられる。
ところで、ガスセンサを排気管に取付ける方法として、通常、まずガスセンサを排気管に取付けた後、ガスセンサから引き出されたリード線に接続されたコネクタを外部回路等のコネクタにコネクタ接続している。しかしながら、コネクタを介さずにガスセンサと外部回路とが一体になっている場合や、コネクタをガスセンサよりも先に固定する方法の場合、ガスセンサを取付孔にネジ止めする際に、外部回路やリード線も一緒に回転させなければならず、取付けが困難になる。
ところで、ガスセンサを排気管に取付ける方法として、通常、まずガスセンサを排気管に取付けた後、ガスセンサから引き出されたリード線に接続されたコネクタを外部回路等のコネクタにコネクタ接続している。しかしながら、コネクタを介さずにガスセンサと外部回路とが一体になっている場合や、コネクタをガスセンサよりも先に固定する方法の場合、ガスセンサを取付孔にネジ止めする際に、外部回路やリード線も一緒に回転させなければならず、取付けが困難になる。
このようなことから、ガスセンサ素子を保持する主体金具（ハウジング）を取り囲むように筒状の回転部材を配置し、回転部材を主体金具に対し回転自在にすると共に、回転部材の外面にネジ部を形成した技術が開示されている（特許文献１、２参照）。これにより、ガスセンサと外部回路とが一体になっている場合であっても、ガスセンサを取付孔にネジ止めする際に外部回路も一緒に回転させる必要がない。
ところで、自動車の排気管等にガスセンサを取り付ける場合、取付箇所は８００〜９００℃の高温に曝され、取付対象体を構成する材質と回転部材を構成する材質の組み合わせによっては、これらの材質の熱膨張係数の大小関係に起因してねじの締付け力が低下することがある。そこで、特許文献１記載のガスセンサにおいては、ねじの締付けトルクを規定すると共に、所定の材質のガスケットを取付対象体の取付面とハウジングの先端向き面との間に配置している。
しかしながら、特許文献１記載のガスセンサの場合、取付対象体や回転部材を構成する材質の組み合わせに制限があると共に、ねじの締付けトルクを厳密に管理しなければならず、ガスセンサの生産性及び取付け作業性に劣るという問題がある。
又、特許文献１、２記載のセンサの場合、ハウジングに径方向外側に突出するフランジを設けると共に回転部材をフランジよりも後端側に配置し、回転部材のネジ部を排気管の取付孔にネジ止めした際、回転部材の先端向き面（排気管側の面）をフランジ面に当接させてハウジングを取付対象体に固定している。しかしながら、回転部材がハウジングに対して回転自在となるために、回転部材とハウジングとがクリアランスを有しているため、ハウジングが取付対象体に対して軸ずれを生じたまま固定される可能性がある。この場合、ねじの締付けトルクがハウジングと回転部材との摩擦力によって、軽減されている可能性がある。
しかしながら、特許文献１記載のガスセンサの場合、取付対象体や回転部材を構成する材質の組み合わせに制限があると共に、ねじの締付けトルクを厳密に管理しなければならず、ガスセンサの生産性及び取付け作業性に劣るという問題がある。
又、特許文献１、２記載のセンサの場合、ハウジングに径方向外側に突出するフランジを設けると共に回転部材をフランジよりも後端側に配置し、回転部材のネジ部を排気管の取付孔にネジ止めした際、回転部材の先端向き面（排気管側の面）をフランジ面に当接させてハウジングを取付対象体に固定している。しかしながら、回転部材がハウジングに対して回転自在となるために、回転部材とハウジングとがクリアランスを有しているため、ハウジングが取付対象体に対して軸ずれを生じたまま固定される可能性がある。この場合、ねじの締付けトルクがハウジングと回転部材との摩擦力によって、軽減されている可能性がある。
そこで、本発明は、取付対象体の取付孔にネジ止めするセンサにおいて、センサの生産性及び取付け作業性が劣ることなく、ネジのゆるみが少ないセンサ及びセンサ取付構造体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のセンサは、センサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、前記主体金具の径方向周囲を取り囲み、前記主体金具に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外表面に有する筒状の取付部材と、を備えた軸線方向に沿って延びるセンサであって、前記主体金具は、前記取付部材の内側に配置される本体部と、該本体部よりも先端側であって、且つ前記取付部材よりも先端側に設けられ、前記取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部とを有し、前記軸線方向に沿った断面で見たときに、前記主体金具は、前記本体部の外表面と前記鍔部の後端向き面とが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がる傾斜面にて接続されると共に、前記取付部材は、先端向き面と前記内表面とが、角部にて接続されており、前記取付部材のネジ部を前記取付対象体の取付孔にネジ止めしたとき、前記鍔部の先端向き面が前記取付対象体の取付け面に当接すると共に、前記傾斜面に前記角部が接する。
このセンサによれば、鍔部の先端向き面が取付け面に当接してシールを形成する。さらに、角部と傾斜面とが接する際に傾斜面によって角部、ひいては取付部材が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材外面のネジ部も径方向外側に広がって取付対象体のネジ部にしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部がゆるみ難くなる。よって、ねじの締付けトルクを厳密に管理することなく、ネジ部のゆるみが少ないセンサを得ることができる。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されることを防止できる。
なお、「角部」とは、先端向き面と内表面とが直角に接続された角部だけでなく、先端向き面と内表面とが鋭角や鈍角に形成された角部も含む。さらには、角部が、面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて形成されているものも含む。
又、「傾斜面」とは、本体部の外表面と鍔部の後端向き面とを接続するテーパ面だけでなく、先端側に向かって窪む凹面や、後端側に向かって突出する凸面も含む。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されることを防止できる。
なお、「角部」とは、先端向き面と内表面とが直角に接続された角部だけでなく、先端向き面と内表面とが鋭角や鈍角に形成された角部も含む。さらには、角部が、面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて形成されているものも含む。
又、「傾斜面」とは、本体部の外表面と鍔部の後端向き面とを接続するテーパ面だけでなく、先端側に向かって窪む凹面や、後端側に向かって突出する凸面も含む。
さらに、本発明のセンサでは、前記傾斜面が、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に漸近的に広がるテーパ面であってもよい。このように、傾斜面をテーパ面とすると、ネジ締め時に応力が均一に増加するため、容易にネジ締めが可能となる。
さらに、本発明のガスセンサでは、前記取付部材は、本体部と、該本体部の先端から軸線方向先端側に向かって突出し、該本体部よりも径方向厚みが薄い突出部を有し、該突出部が前記角部を有している。このように、径方向厚みが本体部よりも薄い突出部に角部を形成することで、テーパ面に接したときに突出部が径方向外側により撓み易くなるので、突出部、ひいては取付部材が径方向外側に広がろうとする応力もより高くなり、取付部材外面のネジ部がさらにしっかりと係合してゆるみ難くなる。
又、本発明のセンサは、センサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、前記主体金具の径方向周囲を取り囲み、前記主体金具に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外表面に有する筒状の取付部材と、を備えた軸線方向に沿って延びるセンサであって、前記主体金具は、前記取付部材の内側に配置される本体部と、該本体部よりも先端側であって、且つ前記取付部材よりも先端側に設けられ、前記取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部とを有し、前記軸線方向に沿った断面で見たとき、前記主体金具は、前記鍔部の後端向き面と前記鍔部の外表面とが、角部にて接続されると共に、前記取付部材は、先端向き面と前記内表面とが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がる傾斜面にて接続されており、前記取付部材のネジ部を前記取付対象体の取付孔にネジ止めしたとき、前記鍔部の先端向き面が前記取付対象体の取付け面に当接すると共に、前記傾斜面に前記角部が接する。
このセンサによれば、鍔部の先端向き面が取付け面に当接してシールを形成する。さらに、角部と傾斜面とが接する際に傾斜面によって角部、ひいては取付部材が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材外面のネジ部も径方向外側に広がって取付対象体のネジ部にしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部がゆるみ難くなる。よって、ねじの締付けトルクを厳密に管理することなく、ネジ部のゆるみが少ないセンサを得ることができる。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されることを防止できる。
なお、「角部」とは、後端向き面と外表面とが直角に接続された角部だけでなく、後端向き面と外表面とが鋭角や鈍角に形成された角部も含む。さらには、先端向き面と内表面とが、面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて接続されているものも含む。
又、「傾斜面」とは、取付部材の先端向き面と内表面とを接続するテーパ面だけでなく、先端側に向かって突出する凸面や、後端側に向かって窪む凹面も含む。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されることを防止できる。
なお、「角部」とは、後端向き面と外表面とが直角に接続された角部だけでなく、後端向き面と外表面とが鋭角や鈍角に形成された角部も含む。さらには、先端向き面と内表面とが、面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて接続されているものも含む。
又、「傾斜面」とは、取付部材の先端向き面と内表面とを接続するテーパ面だけでなく、先端側に向かって突出する凸面や、後端側に向かって窪む凹面も含む。
さらに、本発明のセンサでは、前記傾斜面が、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に漸近的に広がるテーパ面であってもよい。このように、傾斜面をテーパ面とすると、ネジ締め時に応力が均一に増加するため、容易にネジ締めが可能となる。
さらに、本発明のセンサでは、前記鍔部は、第１鍔部と該第１鍔部の後端側に配置され、当該第１鍔部よりも径方向厚みが薄い第２鍔部を有し、該第２鍔部が前記角部を有している。このように、径方向厚みが第１鍔部よりも薄い第２鍔部に角部を形成することで、取付部材の厚みを薄くすることなく傾斜面を角部に接することができる。これにより、取付部材に設けられたネジ部が変形することを防止できる。
本発明のセンサ取付構造体はセンサ素子を備え、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外面に有する、軸線方向に沿って延びるセンサを、前記取付対象体の前記取付孔にネジ止めしてなるセンサ取付構造体において、前記センサは、請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサを用いることを特徴とする。
このセンサの取付構造体によれば、鍔部の先端向き面が取付け面に当接してシールを形成する。さらに、角部と傾斜面とが接する際に傾斜面によって角部、ひいては取付部材が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材外面のネジ部も径方向外側に広がって取付対象体のネジ部にしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部がゆるみ難くなる。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
又、角部が傾斜面に接するので、主体金具が取付対象体に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部の締付けトルクが主体金具と取付部材との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
この発明によれば、取付対象体の取付孔にネジ止めするセンサにおいて、センサの生産性及び取付け作業性が劣ることなく、ネジのゆるみを少なくすることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子（ＮＯｘセンサ素子）１０を含むガスセンサ（ＮＯｘセンサ）２００の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ２００は、軸線方向（ＮＯｘセンサ２００の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすＮＯｘセンサ素子（ガスセンサ素子）１０と、筒状の主体金具（ハウジング）１３８と、主体金具１３８の径方向周囲に配置される取付部材１８０と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がＮＯｘセンサ素子の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、ＮＯｘセンサ素子１０と絶縁コンタクト部１６６との間に配置される６個の接続端子１１０（図１では、４個図示）とを備えている。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子（ＮＯｘセンサ素子）１０を含むガスセンサ（ＮＯｘセンサ）２００の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ２００は、軸線方向（ＮＯｘセンサ２００の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすＮＯｘセンサ素子（ガスセンサ素子）１０と、筒状の主体金具（ハウジング）１３８と、主体金具１３８の径方向周囲に配置される取付部材１８０と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がＮＯｘセンサ素子の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、ＮＯｘセンサ素子１０と絶縁コンタクト部１６６との間に配置される６個の接続端子１１０（図１では、４個図示）とを備えている。
主体金具１３８は、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を備える本体部１３８ａを有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、ＮＯｘセンサ素子１０の先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部２２０、２２１を貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、ＮＯｘセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５５（以下、滑石リング１５３、１５５ともいう）、環状形状のセラミックスリーブ１５６、および金属パッキン１５７がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、セラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、金属パッキン１５７を先端側に押し付けるように、加締められている。
さらに、主体金具１３８の本体部１３８ａの先端側には径方向外側に突出する鍔部１３８ｆが設けられている。
又、この実施形態では、ガスセンサ２００の筐体側をなすセラミックホルダ１５１等によってＮＯｘセンサ素子１０が固定され、セラミックホルダ１５１の下面側からＮＯｘセンサ素子１０が突出している。
さらに、主体金具１３８の本体部１３８ａの先端側には径方向外側に突出する鍔部１３８ｆが設けられている。
又、この実施形態では、ガスセンサ２００の筐体側をなすセラミックホルダ１５１等によってＮＯｘセンサ素子１０が固定され、セラミックホルダ１５１の下面側からＮＯｘセンサ素子１０が突出している。
取付部材１８０は、主体金具１３８の鍔部１３８ｆよりも後端側で主体金具１３８の本体部１３８ａ径方向周囲に配置され、主体金具１３８に対し回転自在になっている。又、取付部材１８０の外表面には、取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めされるネジ部（雄ネジ）１８０ｓが形成されている。
一方、取付対象体３００は例えば自動車の排気管からなり、取付孔３００ｈの外面側には、ネジ部１８０ｓに係合するネジ部（雌メジ）３００ｓが形成されている。又、取付孔３００ｈの内面側は径方向内側に突出し、鍔部１３８ｆの先端向き面１３８ｆ１（図３参照）に当接する取付面３００ｒが形成されている。
一方、取付対象体３００は例えば自動車の排気管からなり、取付孔３００ｈの外面側には、ネジ部１８０ｓに係合するネジ部（雌メジ）３００ｓが形成されている。又、取付孔３００ｈの内面側は径方向内側に突出し、鍔部１３８ｆの先端向き面１３８ｆ１（図３参照）に当接する取付面３００ｒが形成されている。
一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、ＮＯｘセンサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、ＮＯｘセンサ素子１０の電極端子部２２０、２２１とそれぞれ電気的に接続される６本のリード線１４６（図１では５本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたＮＯｘセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、ＮＯｘセンサ素子１０の後端側の表面に形成される電極端子部２２０、２２１の周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。
次に、ＮＯｘセンサ素子１０の構造について、長手方向に沿う断面図２を用いて説明する。なお、「長手方向」とは、ＮＯｘセンサ素子の長手方向であって、かつＮＯｘセンサ素子の各層の積層方向に垂直な方向をいう。
図２において、ＮＯｘセンサ素子１０は、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの層間に第１測定室１６が画成され、第１測定室１６の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体１５ａを介して外部から被測定ガスＧＭが導入される。
第１測定室１６のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体１５ｂが配置され、第２拡散抵抗体１５ｂを介して第１測定室１６の右側には、第１測定室１６と連通する第２測定室１８が画成されている。第２測定室１８は、第２固体電解質層１２ａを貫通して第１固体電解質層１１ａと第３固体電解質層１３ａとの層間に形成されている。
図２において、ＮＯｘセンサ素子１０は、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの層間に第１測定室１６が画成され、第１測定室１６の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体１５ａを介して外部から被測定ガスＧＭが導入される。
第１測定室１６のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体１５ｂが配置され、第２拡散抵抗体１５ｂを介して第１測定室１６の右側には、第１測定室１６と連通する第２測定室１８が画成されている。第２測定室１８は、第２固体電解質層１２ａを貫通して第１固体電解質層１１ａと第３固体電解質層１３ａとの層間に形成されている。
絶縁層１４ｃ、１４ｄの間にはＮＯｘセンサ素子１０の長手方向に沿って延びる長尺板状のヒータ５０が埋設されている。ヒータ５０はガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
絶縁層１４ａ〜１４ｄはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体１５ａ及び第２拡散抵抗体１５ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、ヒータ５０は白金等からなる。
絶縁層１４ａ〜１４ｄはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体１５ａ及び第２拡散抵抗体１５ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、ヒータ５０は白金等からなる。
第１ポンピングセル１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質層１１ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンプ電極１１ｃ及び対極となる第１対極電極（外側第１ポンプ電極）１１ｂとを備え、内側第１ポンプ電極１１ｃは第１測定室１６に面している。内側第１ポンプ電極１１ｃ及び外側第１ポンプ電極１１ｂはいずれも白金を主体とし、各電極の表面は多孔質体からなる保護層１１ｅ、１１ｄでそれぞれ覆われている。
酸素濃度検出セル１２は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質層１２ａと、これを挟持するように配置された検知電極１２ｂ及び基準電極１２ｃとを備え、検知電極１２ｂは内側第１ポンプ電極１１ｃより下流側で第１測定室１６に面している。検知電極１２ｂ及び基準電極１２ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層１４ｂは、第２固体電解質層１２ａに接する基準電極１２ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１７を形成している。そして、酸素濃度検出セル１２に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室１６から基準酸素室１７内に送り込み、酸素基準とする。
なお、絶縁層１４ｂは、第２固体電解質層１２ａに接する基準電極１２ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１７を形成している。そして、酸素濃度検出セル１２に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室１６から基準酸素室１７内に送り込み、酸素基準とする。
第２ポンピングセル１３は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質層１３ａと、第３固体電解質層１３ａのうち第２測定室１８に面した表面に配置された内側第２ポンプ電極１３ｂ及び対極となる第２対極電極（対極第２ポンプ電極１３ｃ）とを備えている。内側第２ポンプ電極１３ｂ及び対極第２ポンプ電極１３ｃはいずれも白金を主体とする。
なお、対極第２ポンプ電極１３ｃは、第３固体電解質層１３ａ上における絶縁層１４ｂの切り抜き部に配置され、基準電極１２ｃに対向して基準酸素室１７に面している。
そして、ＮＯｘセンサ素子１０は、外側第１ポンプ電極１１ｂが多孔質保護層２０で被覆されている。
なお、対極第２ポンプ電極１３ｃは、第３固体電解質層１３ａ上における絶縁層１４ｂの切り抜き部に配置され、基準電極１２ｃに対向して基準酸素室１７に面している。
そして、ＮＯｘセンサ素子１０は、外側第１ポンプ電極１１ｂが多孔質保護層２０で被覆されている。
次に、図３を参照して、主体金具１３８と取付部材１８０との接触状態について説明する。なお、図３は、図１の部分拡大図である。なお、図３が特許請求の範囲において「軸線方向に沿った断面」に相当する。
図３において、主体金具１３８は、鍔部１３８ｆの後端向き面１３８ｆ２と本体部１３８ａの外表面１３８ａ１とが、軸線方向先端側に向かうにつれて径方向外側に広がるテーパ面１３８ｔ（特許請求の範囲の傾斜面に相当）にて接続されている。一方、取付部材１８０は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、角度９０度の角部１８０ｅにて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると、鍔部１３８ｆの先端向き面１３８ｆ１が取付対象体３００の取付面３００ｒに当接してシールを形成する。さらに、角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接点Ｐで接し、この際にテーパ面１３８ｔによって角部１８０ｅ、ひいては取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材１８０外面のネジ部１８０ｓも径方向外側に広がって取付対象体３００のネジ部３００ｓにしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部１８０ｓがゆるみ難くなる。又、ネジ部１８０ｓを径方向外側に広げて機械的にゆるみを防止するので、ボス孔を構成する材質と主体金具を構成する材質の熱膨張係数の大小関係を特に考慮する必要がなく、ガスセンサの構成部材に材質上の制限を受けなくて済む。
又、角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接点Ｐで接するので、主体金具１３８が取付対象体３００に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部１８０ｓの締付けトルクが主体金具１３８と取付部材１８０との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
図３において、主体金具１３８は、鍔部１３８ｆの後端向き面１３８ｆ２と本体部１３８ａの外表面１３８ａ１とが、軸線方向先端側に向かうにつれて径方向外側に広がるテーパ面１３８ｔ（特許請求の範囲の傾斜面に相当）にて接続されている。一方、取付部材１８０は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、角度９０度の角部１８０ｅにて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると、鍔部１３８ｆの先端向き面１３８ｆ１が取付対象体３００の取付面３００ｒに当接してシールを形成する。さらに、角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接点Ｐで接し、この際にテーパ面１３８ｔによって角部１８０ｅ、ひいては取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材１８０外面のネジ部１８０ｓも径方向外側に広がって取付対象体３００のネジ部３００ｓにしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部１８０ｓがゆるみ難くなる。又、ネジ部１８０ｓを径方向外側に広げて機械的にゆるみを防止するので、ボス孔を構成する材質と主体金具を構成する材質の熱膨張係数の大小関係を特に考慮する必要がなく、ガスセンサの構成部材に材質上の制限を受けなくて済む。
又、角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接点Ｐで接するので、主体金具１３８が取付対象体３００に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部１８０ｓの締付けトルクが主体金具１３８と取付部材１８０との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
次に、ＮＯｘセンサ素子１０の動作の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、所定の制御回路を介してヒータ５０が作動し、第１ポンピングセル１１、酸素濃度検出セル１２、第２ポンピングセル１３を活性化温度まで加熱する。そして、各セル１１〜１３が活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル１１は、第１測定室１６に流入した被測定ガス（排ガス）ＧＭ中の過剰な酸素を内側第１ポンプ電極１１ｃから第１対電極１１ｂへ向かって汲み出す。このとき第１ポンプ電流Ｉｐ１が第１ポンピングセル１１に流れることになる。
このとき、第１測定室１６内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｐ１を制御することにより、第１測定室１６内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
このとき、第１測定室１６内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｐ１を制御することにより、第１測定室１６内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
酸素濃度が調整された被測定ガスＧＮは第２測定室１８に向かってさらに流れる。そして、第２ポンピングセル１３の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｐ２として、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル１２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加することにより、ＮＯｘが窒素と酸素に分解される。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室１８から汲み出されるように、第２ポンピングセル１３に第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れることになる。この際、第２ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２を検出することにより被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサについて説明する。なお、第２の実施形態に係るガスセンサは、取付部材１８０の先端の構成が異なること以外は第１の実施形態に係るガスセンサと同一であるので、図３に対応する部分拡大図である図４を用いて第１の実施形態と異なる構成部分について説明する。
図４において、取付部材１８０は、本体部１８０ｈと、本体部１８０ｈの先端から先端側に向かって突出し、本体部１８０ｈよりも径方向厚みが薄い突出部１８０ｆを有している。そして、この突出部１８０ｆは、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、角度９０度の角部１８０ｅにて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接するが、このときに径方向厚みが薄い突出部１８０ｆが径方向外側により撓み易くなるので、突出部１８０ｆ、ひいては取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力もより高くなり、ネジ部１８０ｓがさらにしっかりとネジ部３００ｓに係合してゆるみ難くなる。
図４において、取付部材１８０は、本体部１８０ｈと、本体部１８０ｈの先端から先端側に向かって突出し、本体部１８０ｈよりも径方向厚みが薄い突出部１８０ｆを有している。そして、この突出部１８０ｆは、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、角度９０度の角部１８０ｅにて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると角部１８０ｅがテーパ面１３８ｔに接するが、このときに径方向厚みが薄い突出部１８０ｆが径方向外側により撓み易くなるので、突出部１８０ｆ、ひいては取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力もより高くなり、ネジ部１８０ｓがさらにしっかりとネジ部３００ｓに係合してゆるみ難くなる。
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサについて説明する。なお、第３の実施形態に係るガスセンサは、取付部材１８０にテーパ面を設け、鍔部１３８ｆに角部を設けたこと以外は第１の実施形態に係るガスセンサと同一であるので、図３に対応する部分拡大図である図５を用いて第１の実施形態と異なる構成部分について説明する。
図５において、鍔部１３８ｆは、第１鍔部１３８ｘと第１鍔部１３８ｘの後端側に配置され、第１鍔部１３８ｘよりも径方向厚みが薄い第２鍔部１３８ｖとを有している。そして、第２鍔部１３８ｖの後端向き面１３８ｖ２と第２鍔部１３８ｖの外表面１３８ｖ１とが、角度９０度の角部１３８ｅにて接続されている。一方、取付部材１８０は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がるテーパ面１８０ｔ（特許請求の範囲の傾斜面に相当）にて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると、第１の実施形態と同様、角部１３８ｅがテーパ面１８０ｔに接点Ｐで接し、この際にテーパ面１８０ｔによって取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材１８０外面のネジ部１８０ｓも径方向外側に広がって取付対象体３００のネジ部３００ｓにしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部１８０ｓがゆるみ難くなる。
又、角部１３８ｅがテーパ面１８０ｔに接するので、主体金具１３８が取付対象体３００に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部１８０ｓの締付けトルクが主体金具１３８と取付部材１８０との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
図５において、鍔部１３８ｆは、第１鍔部１３８ｘと第１鍔部１３８ｘの後端側に配置され、第１鍔部１３８ｘよりも径方向厚みが薄い第２鍔部１３８ｖとを有している。そして、第２鍔部１３８ｖの後端向き面１３８ｖ２と第２鍔部１３８ｖの外表面１３８ｖ１とが、角度９０度の角部１３８ｅにて接続されている。一方、取付部材１８０は、先端向き面１８０ａと内表面１８０ｂとが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がるテーパ面１８０ｔ（特許請求の範囲の傾斜面に相当）にて接続されている。
従って、取付部材１８０のネジ部１８０ｓを取付対象体３００の取付孔３００ｈにネジ止めすると、第１の実施形態と同様、角部１３８ｅがテーパ面１８０ｔに接点Ｐで接し、この際にテーパ面１８０ｔによって取付部材１８０が径方向外側に広がろうとする応力を受ける。このため、取付部材１８０外面のネジ部１８０ｓも径方向外側に広がって取付対象体３００のネジ部３００ｓにしっかりと係合するので、振動が生じてもネジ部１８０ｓがゆるみ難くなる。
又、角部１３８ｅがテーパ面１８０ｔに接するので、主体金具１３８が取付対象体３００に対して軸ずれを生じることがない。よって、ネジ部１８０ｓの締付けトルクが主体金具１３８と取付部材１８０との摩擦力によって、軽減されていることを防止できる。
さらに、鍔部１３８ｆは、第１鍔部１３８ｘよりも径方向厚みが薄い第２鍔部１３８ｖに角部１３８ｅを有している。このように、径方向厚みが第１鍔部１３８ｘよりも薄い第２鍔部１３８ｖに角部１３８ｅを形成することで、取付部材１８０の厚みを薄くすることなくテーパ面１８０ｔを角部１３８ｅに接することができる。これにより、取付部材１８０に設けられたネジ部１８０ｓが変形することを防止できる。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、第１の実施形態〜第３の実施形態に係るガスセンサでは、角部１３８ｅ、１８０ｅは、角度９０度であったが、これに限られること無く、鋭角や鈍角に形成された角部であってもよい。さらには、角部が面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて形成されているものであってもよい。
また、第３の実施形態に係るガスセンサでは、鍔部１３８ｆとして第１鍔部１３８ｘと第２鍔部１３８ｖを有するものであったが、これに限られることなく、鍔部全体の径方向厚みが同一のものであっても良い。
さらに、例えば、ガスセンサ素子としては、上記したＮＯｘセンサ素子の他、酸素センサ（λセンサ）、全領域空燃比センサ、アンモニアセンサを用いることができる。ガスセンサ素子以外のセンサ素子としては、温度センサ素子が挙げられる。そして、本発明は、ガスセンサ以外に、温度センサ等にも用いることができる。
例えば、第１の実施形態〜第３の実施形態に係るガスセンサでは、角部１３８ｅ、１８０ｅは、角度９０度であったが、これに限られること無く、鋭角や鈍角に形成された角部であってもよい。さらには、角部が面取り（Ｒ面取りやＣ面取り）にて形成されているものであってもよい。
また、第３の実施形態に係るガスセンサでは、鍔部１３８ｆとして第１鍔部１３８ｘと第２鍔部１３８ｖを有するものであったが、これに限られることなく、鍔部全体の径方向厚みが同一のものであっても良い。
さらに、例えば、ガスセンサ素子としては、上記したＮＯｘセンサ素子の他、酸素センサ（λセンサ）、全領域空燃比センサ、アンモニアセンサを用いることができる。ガスセンサ素子以外のセンサ素子としては、温度センサ素子が挙げられる。そして、本発明は、ガスセンサ以外に、温度センサ等にも用いることができる。
又、図６に示すように、傾斜面として、図３のテーパ面１３８ｔの代わりに凹面（Ｒ面）１３８ｔ２を設けてもよい。同様に、図７に示すように、傾斜面として、図５のテーパ面１８０ｔの代わりに凸面（Ｒ面）１８０ｔ２を設けてもよい。
さらに、図６では、傾斜面として凹面を説明したが、図６において、図７の凸面１８０ｔ２のような凸面を凹面の代わりに設けても良い。同様に、図７では、傾斜面として凸面を説明したが、図７において、図６の凹面１３８ｔ２のような凹面を凸面の代わりに設けても良い。
さらに、図６では、傾斜面として凹面を説明したが、図６において、図７の凸面１８０ｔ２のような凸面を凹面の代わりに設けても良い。同様に、図７では、傾斜面として凸面を説明したが、図７において、図６の凹面１３８ｔ２のような凹面を凸面の代わりに設けても良い。
１０ センサ素子（ＮＯｘセンサ素子）
１３８ 主体金具
１３８ａ 主体金具の本体部
１３８ｅ 鍔部の角部
１３８ｆ 鍔部
１３８ｆ１ 鍔部の先端向き面
１３８ｔ、１３８ｔ２ 鍔部の傾斜面
１３８ｘ 第１鍔部
１３８ｖ 第２鍔部
１８０ 取付部材
１８０ａ 取付部材の先端向き面
１８０ｂ 取付部材の内表面
１８０ｅ 取付部材の角部
１８０ｆ 取付部材の突出部
１８０ｈ 取付部材の本体部
１８０ｓ 取付部材のネジ部
１８０ｔ、１８０ｔ２ 取付部材の傾斜面
２００ センサ
３００ 取付対象体
３００ｈ 取付孔
３００ｒ 取付面
１３８ 主体金具
１３８ａ 主体金具の本体部
１３８ｅ 鍔部の角部
１３８ｆ 鍔部
１３８ｆ１ 鍔部の先端向き面
１３８ｔ、１３８ｔ２ 鍔部の傾斜面
１３８ｘ 第１鍔部
１３８ｖ 第２鍔部
１８０ 取付部材
１８０ａ 取付部材の先端向き面
１８０ｂ 取付部材の内表面
１８０ｅ 取付部材の角部
１８０ｆ 取付部材の突出部
１８０ｈ 取付部材の本体部
１８０ｓ 取付部材のネジ部
１８０ｔ、１８０ｔ２ 取付部材の傾斜面
２００ センサ
３００ 取付対象体
３００ｈ 取付孔
３００ｒ 取付面
Claims (7)
- センサ素子と、
前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の径方向周囲を取り囲み、前記主体金具に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外表面に有する筒状の取付部材と、を備えた軸線方向に沿って延びるセンサであって、
前記主体金具は、前記取付部材の内側に配置される本体部と、該本体部よりも先端側であって、且つ前記取付部材よりも先端側に設けられ、前記取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部とを有し、
前記軸線方向に沿った断面で見たときに、前記主体金具は、前記本体部の外表面と前記鍔部の後端向き面とが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がる傾斜面にて接続されると共に、前記取付部材は、先端向き面と前記内表面とが、角部にて接続されており、
前記取付部材のネジ部を前記取付対象体の取付孔にネジ止めしたとき、前記鍔部の先端向き面が前記取付対象体の取付面に当接すると共に、前記傾斜面に前記角部が接するセンサ。 - 前記傾斜面が、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に漸近的に広がるテーパ面である請求項１記載のセンサ。
- 前記取付部材は、本体部と、該本体部の先端から軸線方向先端側に向かって突出し、該本体部よりも径方向厚みが薄い突出部を有し、該突出部が前記角部を有する請求項１又は２に記載のセンサ。
- センサ素子と、
前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の径方向周囲を取り囲み、前記主体金具に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外表面に有する筒状の取付部材と、を備えた軸線方向に沿って延びるセンサであって、
前記主体金具は、前記取付部材の内側に配置される本体部と、該本体部よりも先端側であって、且つ前記取付部材よりも先端側に設けられ、前記取付部材の内表面よりも径方向外側に突出する鍔部とを有し、
前記軸線方向に沿った断面で見たとき、前記主体金具は、前記鍔部の後端向き面と鍔部の外表面とが、角部にて接続されると共に、前記取付部材は、先端向き面と前記内表面とが、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に広がる傾斜面にて接続されており、
前記取付部材のネジ部を前記取付対象体の取付孔にネジ止めしたとき、前記鍔部の先端向き面が前記取付対象体の取付面に当接すると共に、前記傾斜面に前記角部が接するセンサ。 - 前記傾斜面が、軸線方向先端側に向かうに連れて径方向外側に漸近的に広がるテーパ面である請求項４記載のセンサ。
- 前記鍔部は、第１鍔部と該第１鍔部の後端側に配置され、当該第１鍔部よりも径方向厚みが薄い第２鍔部を有し、該第２鍔部が前記角部を有する請求項４又は５に記載のセンサ。
- センサ素子を備え、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部を自身の外面に有する、軸線方向に沿って延びるセンサを、前記取付対象体の前記取付孔にネジ止めしてなるセンサ取付構造体において、
前記センサは、請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサを用いることを特徴とするセンサ取付構造体。
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