JP2015132471A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサ素子と、主体金具と、セパレータ166と、セパレータ166を覆う外筒と、センサ素子の電極取り出し部と電気的に接続する端子金具と、端子金具の後端側に接続されてシール部材の外側に引き出されるリード線146と、を備えるガスセンサであって、端子金具は、電極取り出し部に接触する接触部23と、接触部の後端側に設けられると共に、リード線146の芯線を内包して該リード線を固定する固定部22と、を有し、固定部の後端側部位がセパレータ166とシール部材との空間に露出されると共に、固定部の先端側部位がセパレータの内部に収容されてなり、後端側部位は、固定部の長手方向に沿った全長の半分以上の長さを有する。
【選択図】図4
Description
このようなガスセンサとして、特定ガスの濃度検出を行うセンサ素子を主体金具に保持し、センサ素子の後端側の表面に配置された電極取り出し部(電極パッド)を筒状のセラミック製セパレータで囲んだ構造が一般的に用いられている。そして、セパレータ内に配置された端子金具がセンサ素子の各電極パッドにそれぞれ電気的に接続される。また、セパレータよりも後端側にはゴム製のグロメット(シール部材)が配置され、セパレータ及びグロメットが金属製の外筒内に固定されている。さらに端子金具の後端側には、リード線の芯線が圧着等によって接続され、リード線はグロメットのリード孔を通して外部に引き出されることで、センサ素子の出力信号を外部に出力している。
このガスセンサとして、リード線の芯線を内包して圧着することで、該リード線を固定する固定部を端子金具に有し、この固定部の全体をセパレータとグロメットとの空間内に露出するように配置した構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
一方、上述の問題を考慮し、固定部全体をセパレータに収容させることが考えられる。しかしながら、高温の排気ガスに晒されるセンサ素子からの熱や、センサ素子にヒータを備える場合に、ヒータからの熱が端子金具やセパレータに伝わると、端子金具がセパレータ内部に収容されているために熱がこもり、端子金具の固定部が高温になって膨張し、リード線との接続が緩んで接続不良となるおそれがある。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、リード線と接続される端子金具の固定部を放熱させてリード線との接続不良を抑制すると共に、端子金具の折損や他の端子金具との短絡を防止したガスセンサを提供することを目的とする。
このガスセンサによれば、高温のガスに晒されるセンサ素子からの熱や、ヒータからの熱が端子金具やセパレータに伝わっても、セパレータから空間内に露出した固定部の長手方向における全長の半分以上の長さを有する後端側部位から有効に放熱されるので、端子金具の固定部が高温になって膨張し、リード線(芯線)との接続が緩んで接続不良となることを抑制できる。
又、固定部の先端側部位をセパレータの内部に収容することで、固定部と接触部との境界をセパレータ内に収容できるため、この境界部分に応力が集中することで折れが発生することを防止できる。さらにこの境界部分がセパレータから露出して撓むことで他の端子金具と接触し、短絡することを防止できる。
特に、本発明のような、センサ素子の周囲を取り囲むセパレータであり、且つこのセパレータに固定部を有する端子金具が配置されるような、セパレータにセンサ素子及び端子金具が一体となる構造であれば、固定部が熱の影響を特に受けやすくなるが、本発明を採用することで、固定部の後端側部位から有効に放熱ができ、接続不良となることを抑制できる。
このガスセンサによれば、固定部を分割固定部とする構成であっても、分割固定部のうち、少なくとも最も先端側に設けられる先端側固定部の全てをセパレータの内部に確実に収容しているので、固定
部と接触部との境界部分に応力が集中することで折れが発生することを防止できる。さらにこの境界部
分がセパレータから露出して撓むことで他の端子金具と接触し、短絡することを防止できる。
なお、分割固定部のうち、先端側固定部の全てをセパレータの内部に収容すればよく、例えば、分割固定部のうち、先端側から2つ目に形成された第2先端側固定部についてもセパレータの内部に収容しても良い。なお、第2先端側固定部は、全てをセパレータの内部に収容しても良いし、一部をセパレータの内部に収容しても良い。
このガスセンサによれば、露出固定部が固定部の長手方向における全長の半分以上の長さを有することができ、露出固定部での確実な放熱効果が得られる。
図1は本発明の第1の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)200の長手方向に沿う全体断面図、図2はセンサ素子10の斜視図、図3は端子金具21の斜視図、図4は固定部の周囲における図1の部分拡大図である。
このガスセンサ200は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。
又、センサ素子10の先端部10sの検出部10aは、アルミナ等の多孔質保護層20で覆われている(図2参照)。
また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ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、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
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、センサ素子10の5個の端子金具21(図1では、2個のみを表示)とそれぞれ電気的に接続される5本のリード線146(図1では3本のみを表示)が挿通されるリード線挿通孔170hが形成された、ゴム製のグロメット(シール部材)170が配置されている。
又、セパレータ166とグロメット170とは軸線O方向に離間して空間Gを形成している。そして、詳しくは後述するが、セパレータ166の後端向き面166bよりも後端側の上記空間G内に、端子金具21の固定部22の一部が露出している。
そして、センサ素子10の一方の主面10Aの後端側には、幅W方向に2つの電極パッド11a、11b、11cが並び、ガス検出部からのセンサ出力信号がリード部(図示せず)を介してこれら電極パッド11a、11b、11cから出力される。又、主面10Aに対向するように設けられた他方の主面10Bの後端側には、幅方向に2つの電極パッド12a、12bが並び、リード部(図示せず)を介してヒータ部に電力を供給するようになっている。
なお、第1の実施形態における電極パッド11a、11b、11c、12a、12bが、特許請求の範囲における「電極取り出し部」に相当する。
図3に示すように、端子金具21は、軸線O方向に延び、板状の部材を断面コの字状に折り曲げてなる本体部25と、本体部25の先端から後端に向かって折り返される折り返し部27と、折り返し部27に接続し、電極パッド11c(11a、11b、12a、12b)に当接する当接部29と、本体部25の後端に頸部23を介して繋がる固定部22と、を一体に備えた圧着端子である。
なお、第1の実施形態における頸部23、本体部25、折り返し部27、及び当接部29が、特許請求の範囲における「接触部」に相当する。
本体部25は、幅方向の両端からそれぞれL字状に折曲された断面コの字状に形成され、所定の強度を確保している。又、本体部25の両端からそれぞれ折曲げられつつ径方向に突出する部分が径方向に平行な後端向き面25bを有し、この後端向き面25bがセパレータ166の先端向き面166aに係止して端子金具21が後端側へ抜けるのを防止している(図1参照)。
当接部29の表面(本体部25に対向する面の反対面)には、電極パッド11cに当接する突起部29aが形成されている。そして、突起部29aを含む当接部29は、端子金具21自身のバネ性(弾性)によって電極パッド11c側に押圧されることにより、確実な電気的接続が得られるようになっている。
端子金具21は、例えば1枚の金属板(インコネル(登録商標)等)を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
ここで、端子金具21は上述のように金属板をプレス加工して製造されるために、電極パッド11a、11b、11c、12a、12bと接触する端子金具21の頸部23、本体部25、折り返し部27、及び当接部29は、略板状であるのに対し、圧着等によってリード線146の芯線146aを内包した固定部22は筒状に形成されているため、頸部23に応力が集中し易くなる。このため、固定部22の先端側部位(第1実施形態では先端側固定部22c)をセパレータ166の内部に収容することで、頸部23に応力が集中して折れが発生することを防止できる。さらに頸部23がセパレータ166から露出して撓むことで他の端子金具21と接触して短絡することを防止できる。
なお、本例では、セパレータ166の後端向き面166bから中央側固定部22b、先端側固定部22cの隙間22vが露出している。この隙間22vは非圧着部分であって筒状に形成されていないが、中央側固定部22b、先端側固定部22cにそれぞれ両端を固定された芯線146aで補強されているために強度が高く、セパレータ166から露出しても折れたり、撓む可能性は低い。一方、先端側固定部22cの先端側の頸部23に介在する芯線146aは先端が固定されずに開放端となっているので、頸部23は芯線146aで補強されない。従って、頸部23をセパレータ166の内部に収容する必要がある。
このため、高温のガスに晒されるセンサ素子10からの熱が端子金具21やセパレータ166に伝わっても、セパレータ166から空間Gに露出した固定部22の全長の半分以上の長さを有する後端
側部位(第1実施形態では、後端側固定部22a、中央側固定部22b)から有効に放熱されるので、端子金具21の固定部22が高温になって膨張し、リード線146(芯線146a)との接続が緩んで接続不良となることを抑制できる。
ここで、上述のように、隙間22vも芯線146aで補強されているために後端側固定部22a〜先
端側固定部22cと同様に強度が高いことから、隙間22vを含む後端側固定部22a〜先端側固定部22cの先後端を含めた固定部22全体の長さを、軸線O方向の固定部22の長さとみなす。又、軸線O方向に沿って固定部22の半分以上を規定した理由の1つは以下による。つまり、固定部22を圧着する際に軸線O方向の位置ズレが生じても、固定部22の軸線O方向の中央部分は最も確実に圧着されて芯線146aと密着し、良好な接続状態を保っている。そこで、この接続が良好な固定部22の中央部分をセパレータ166から露出させることで、中央部分の熱膨張による接続不良を確実に防止して接続状態を良好に保つことができる。
なお、ガスセンサ210においては、端子金具31の形状が第1の実施形態と異なるのみであり、第1の実施形態に係るガスセンサ200と同一構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
この端子金具31のうち、頸部33、本体部35、折り返し部37及び当接部39は、第1の実施形態の端子金具21の頸部23、本体部25、折り返し部27及び当接部29と同形状である。一方、端子金具31の固定部32の形状が第1の実施形態に係るガスセンサ200と異なっている。すなわち、固定部32は、軸線O方向に隙間を空けずに一続きの筒状になって芯線146aを内包している。
ここで、上述のように、固定部22の軸線O方向の中央部32Ceは最も確実に圧着されて芯線146aと密着し、良好な接続状態を保っている。そこで、この接続が良好な中央部32Ceをセパレータ166から露出させることで、中央部32Ceの高温軟化による接続不良を確実に防止して接続状態を良好に保っている。
例えば、軸線O方向に隙間を介して複数の固定部が列設されている場合、各固定部の軸線O方向の長さが異なっていてもよい。
端子金具や固定部の形状も上記に限定されない。
又、ガスセンサとしては、酸素センサ、全領域ガスセンサの他、NOxセンサが挙げられる。
11a、11b、11c、12a、12b 電極取り出し部(電極パッド)
21、31 端子金具
22、22a、22b、22c、32 固定部
23 接触部(頸部)
25、35 接触部(本体部)
27、37 接触部(折り返し部)
29、39 接触部(当接部)
138 主体金具
144 外筒
146 リード線
146a リード線の芯線
166 セパレータ
166b セパレータの後端向き面
170 シール部材(グロメット)
170h リード線挿通孔
200、210 ガスセンサ
O 軸線
G 空間
Claims (3)
- 軸線方向に延び、先端側に検出部を有すると共に、後端側に該検出部からの出力を取り出す電極取り出し部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置され、前記電極取り出し部の周囲を取り囲む筒状のセパレータと、
前記セパレータを覆うと共に、前記主体金具に接続される筒状の外筒と、
前記セパレータと離間しつつ前記外筒の後端側に収容されるシール部材と、
前記セパレータと前記センサ素子との間に配置されて前記電極取り出し部と電気的に接続する端子金具と、
前記端子金具の後端側に電気的に接続され、前記シール部材のリード線挿通孔に挿通されて該シール部材の外側に引き出されるリード線と、
を備えるガスセンサであって、
前記端子金具は、前記電極取り出し部に接触する接触部と、前記接触部の後端側に設けられると共に、前記リード線の芯線を内包して該リード線を固定する固定部と、を有し、
前記固定部の後端側部位が前記セパレータと前記シール部材との空間に露出されると共に、前記固定部の先端側部位が前記セパレータの内部に収容されてなり、
前記後端側部位は、前記固定部の長手方向に沿った全長の半分以上の長さを有するガスセンサ。 - 前記固定部が、前記長手方向にそれぞれ離間して2つ以上設けられる分割固定部であり、前記分割固定部のうち、少なくとも最も先端側に設けられる先端側固定部の全てが前記セパレータの内部に収容されている請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記分割固定部は、前記長手方向にそれぞれ離間して3つ以上設けられており、前記分割固定部のうち、前記空間に露出されている露出固定部の数が、前記セパレータの内部に収容されている収容固定部の数よりも多い請求項2に記載のガスセンサ。
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