JP2016065724A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】組立時や使用時等において、外部電極と外周面用端子との電気的接続の信頼性を確保できるガスセンサを提供すること。
【解決手段】酸素センサ1は、先端が閉塞されるとともに、内部電極53及び外部電極49を備えた筒状の検出素子3と、検出素子3の後端部に外嵌されて、外部電極49に電気的に接続されるとともに、検出素子3の軸方向の後端側に伸びる外周面用端子45と、外周面用端子45の後端側を収容するセラミック製のセパレータ29とを備えている。外周面用端子45は、一端に切れ目81を有し自身のバネ性によって検出素子3の後端部に固定される筒状接続部73を備える。筒状接続部73の後端部には、セパレータ29の先端面29aに当接する弾性係止片83を備える。筒状接続部73の後端部とセパレータ29の先端面29aとは、弾性係止片83によって離間するように配置されている。
【選択図】図7
【解決手段】酸素センサ1は、先端が閉塞されるとともに、内部電極53及び外部電極49を備えた筒状の検出素子3と、検出素子3の後端部に外嵌されて、外部電極49に電気的に接続されるとともに、検出素子3の軸方向の後端側に伸びる外周面用端子45と、外周面用端子45の後端側を収容するセラミック製のセパレータ29とを備えている。外周面用端子45は、一端に切れ目81を有し自身のバネ性によって検出素子3の後端部に固定される筒状接続部73を備える。筒状接続部73の後端部には、セパレータ29の先端面29aに当接する弾性係止片83を備える。筒状接続部73の後端部とセパレータ29の先端面29aとは、弾性係止片83によって離間するように配置されている。
【選択図】図7
Description
本発明は、内燃機関等から排出される排気ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ等のガスセンサに関する。
この種のガスセンサの代表的なものの1例として、図15に示したような構造を有する酸素センサが知られている(特許文献1、2参照)。
この従来の酸素センサは、内部電極及び外部電極(図示せず)を有し、先端(同図下端)が閉塞された中空軸状(筒状)の固体電解質からなる検出素子P1と、検出素子P1を内側に保持して、排気ガス管に取付けられる主体金具P2と、検出素子P1を加熱するヒータP3と、内部電極に接続される内周面用端子P4と、外部電極に接続される外周面用端子P5と、内周面用端子P4や外周面用端子P5の一部を分離して収容するセパレータP6と、セパレータP6等を収容する外筒P7等から構成されている。
この従来の酸素センサは、内部電極及び外部電極(図示せず)を有し、先端(同図下端)が閉塞された中空軸状(筒状)の固体電解質からなる検出素子P1と、検出素子P1を内側に保持して、排気ガス管に取付けられる主体金具P2と、検出素子P1を加熱するヒータP3と、内部電極に接続される内周面用端子P4と、外部電極に接続される外周面用端子P5と、内周面用端子P4や外周面用端子P5の一部を分離して収容するセパレータP6と、セパレータP6等を収容する外筒P7等から構成されている。
このうち、外周面用端子P5は、薄い金属板を(軸方向から見て)C字状に形成した筒状接続部P8と筒状接続部P8から軸方向に延びる延長部P9とを備えており、この筒状接続部P8が検出素子P1に外嵌するとともに、自身の弾力によって検出素子P1に係合するように構成されている。
また、外部電極は検出素子P1の先端側に形成されており、外部電極から軸方向の後端側に延びるリード部(図示せず)が設けられ、このリード部と筒状接続部P8とが接触することによって、外部電極と外周面用端子P5とが電気的に接続されている。
このような酸素センサを製造する場合に、その最終的な組立工程では、図15の左下に示した先端側組立体P10と、同図右上に示した後端側組立体P11とを、同軸状に配置して組み立てが行われている。
この組立工程では、検出素子P1に外周面用端子P5の筒状接続部P8を外嵌するが、その際には、図16に示す手順で組み付けられている。
具体的には、まず、セパレータP6内に外周面用端子P5の延長部P9を挿入するとともに、セパレータP6の先端に筒状接続部P8の後端を当接させた状態で、セパレータP6と筒状接続部P8と検出素子P1とをほぼ同軸に配置する。
具体的には、まず、セパレータP6内に外周面用端子P5の延長部P9を挿入するとともに、セパレータP6の先端に筒状接続部P8の後端を当接させた状態で、セパレータP6と筒状接続部P8と検出素子P1とをほぼ同軸に配置する。
次に、検出素子P1の後端側を筒状接続部P8の先端側に移動させて(その逆でもよい)、検出素子P1の後端部を筒状接続部P8内に押し込み、検出素子P1の後端部をセパレータP6の先端面に当接させる。
しかしながら、上述した従来技術では、酸素センサを組み立てる場合には、筒状接続部P8の後端にセパレータP6の先端を当てて、筒状接続部P8内に検出素子P1の後端部を押し込むように(又はその逆方向に押し込むように)していたので、押し込む際に、筒状接続部P8によって検出素子P1の外側のリード部が剥がれて、外周面用端子P5とリード部(従って外部電極)との電気的接続が損なわれる恐れがあった。
具体的には、検出素子P1の押し込み状態が不均一な場合、例えば押し込む際の荷重がばらつく場合や、検出素子P1が不用意に軸方向に移動した場合などには、リード部が剥がれて、外周面用端子P5と外部電極との電気的接続が損なわれる恐れがあった。
同様なことは、酸素センサの使用中に発生することがあり、振動等によってセパレータP6や検出素子P1が軸方向に沿って何度も移動した場合には、筒状接続部P8によってリード部が剥がれて、電気的接続が損なわれる恐れがあった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、例えばガスセンサの組立時(組付時)や使用時などにおいて、外部電極と外周面用端子との電気的接続の信頼性を確保できるガスセンサを提供することにある。
(1)本発明は、第1態様として、先端が閉塞されるとともに、自身の内周面及び外周面にそれぞれ電極を備えた筒状の検出素子と、前記検出素子後端部に外嵌されて、前記外周面の電極に電気的に接続されるとともに、前記検出素子の軸方向後端側に伸びる外周面用端子と、前記外周面用端子の後端側を収容するセラミック製のセパレータと、を備えたガスセンサにおいて、前記外周面用端子は、一端に切れ目を有し自身のバネ性によって前記検出素子の後端部に固定される筒状接続部を備えるとともに、前記筒状接続部の後端部には、前記セパレータの先端面に当接する弾性係止片を備え、前記筒状接続部の後端部と前記セパレータの先端面とは、前記弾性係止片によって離間するように配置されていることを特徴とする。
本第1態様では、外周面用端子の筒状接続部の後端部に、セパレータの先端面に当接する弾性係止片を備えており、この筒状接続部の後端部とセパレータの先端面とは、弾性係止片によって離間するように配置されている。
つまり、筒状接続部の後端部とセパレータの先端面とは、直接に接触しているのではなく、間に配置された弾性係止片によって弾力を保った状態で保持されている。
従って、例えばガスセンサの組立時(組付時)に、筒状接続部にかかる荷重(検出素子を挿入する際の挿入荷重)がばらつく場合でも、弾性係止片が変形することによって荷重を吸収できるので、荷重のばらつきを低減できる。それによって、筒状接続部によって外周面の電極(例えば外部電極のリード部)が剥がれることを抑制できるので、外周面用端子と外周面の電極との電気的接続を確保することができる。
従って、例えばガスセンサの組立時(組付時)に、筒状接続部にかかる荷重(検出素子を挿入する際の挿入荷重)がばらつく場合でも、弾性係止片が変形することによって荷重を吸収できるので、荷重のばらつきを低減できる。それによって、筒状接続部によって外周面の電極(例えば外部電極のリード部)が剥がれることを抑制できるので、外周面用端子と外周面の電極との電気的接続を確保することができる。
同様に、例えばガスセンサの使用時に、セパレータや検出素子などが軸方向に過度に移動したり振動した場合でも、その移動や振動の荷重は弾性係止片によって吸収されて緩和される。よって、セパレータや検出素子などが移動したり振動した場合でも、その移動や振動は、そのまま(対向する)相手部材に伝わり難くなっている。
つまり、上述した移動や振動が発生しても、それによる応力を弾性係止片が緩和するので、筒状接続部と検出素子(従って外周面の電極の例えばリード部)とは、摺動し難くなっている。そのため、外周面用端子と外周面の電極との電気的接続を確保することができる。
このように、本第1態様のガスセンサでは、ガスセンサの組付時や使用時等において、外周面の電極(外部電極)と外周面用端子との電気的接続の信頼性が高いという顕著な効果を奏する。
(2)本発明は、第2態様として、前記弾性係止片は、前記軸方向に対して傾斜する片であることを特徴とする。
本第2態様では、弾性係止片は、軸方向に対して傾斜する片であるので、軸方向に荷重が加わると、弾性係止片は(軸方向と垂直の)径方向に広がって、その応力を緩和することができる。
本第2態様では、弾性係止片は、軸方向に対して傾斜する片であるので、軸方向に荷重が加わると、弾性係止片は(軸方向と垂直の)径方向に広がって、その応力を緩和することができる。
(3)本発明は、第3態様として、前記筒状接続部の後端部に前記弾性係止片を複数備えるとともに、前記複数の弾性係止片は、前記筒状接続部の後端部を、前記切れ目を通る平面で軸方向に2分割した場合に、前記平面で区分された異なる領域に位置するように配置されている。
本第3態様では、複数の弾性係止片は、筒状接続部の後端部を、切れ目を通る平面で軸方向に2分割した場合に、平面で区分された異なる領域に位置するように配置されている。即ち、筒状接続部を軸方向から見た場合に、複数の弾性係止片は、前記平面の左右に(例えば対称に)配置されている。
従って、筒状接続部は前記平面の左右に傾きにくいので、筒状接続部と外周面の電極との電気的接続が絶たれにくいという利点がある。
(4)本発明では、第4態様として、前記検出素子の外周面に、前記筒状接続部の先端部が当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部を備えたことを特徴とする。
(4)本発明では、第4態様として、前記検出素子の外周面に、前記筒状接続部の先端部が当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部を備えたことを特徴とする。
本第4態様では、検出素子の外周面に筒状接続部の軸方向における位置決めを行う位置決め部を備えているので、検出素子(従って外周面の電極の例えばリード部)と筒状接続部との位置が一定に定まる。
従って、検出素子に筒状接続部を取り付ける際に、確実に電気的導通を確保することができる。
(5)本発明では、第5態様として、前記検出素子に、筒状の絶縁部材が外嵌されており、前記絶縁部材の後端部が、前記筒状接続部の先端部と当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部とされていることを特徴とする。
(5)本発明では、第5態様として、前記検出素子に、筒状の絶縁部材が外嵌されており、前記絶縁部材の後端部が、前記筒状接続部の先端部と当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部とされていることを特徴とする。
本第5態様では、絶縁部材(例えばスリーブ)の後端部が、筒状接続部の軸方向における位置決めを行う位置決め部とされているので、検出素子(従って外周面の電極の例えばリード部)と筒状接続部との位置が一定に定まる。
従って、検出素子に筒状接続部を取り付ける際に、確実に電気的導通を確保することができる。
(6)本発明では、第6態様として、前記位置決め部を、前記検出素子の全周を囲むように設けたことを特徴とする。
(6)本発明では、第6態様として、前記位置決め部を、前記検出素子の全周を囲むように設けたことを特徴とする。
これにより、検出素子に筒状接続部を取り付ける際等に、筒状接続部が傾きにくいので、より確実に電気的導通を確保することができる。
(7)本発明では、第7態様として、前記筒状接続部の先端部に、径方向の外側に広がる案内片を備えたことを特徴とする。
(7)本発明では、第7態様として、前記筒状接続部の先端部に、径方向の外側に広がる案内片を備えたことを特徴とする。
これにより、検出素子に筒状接続部を取り付ける際に、検出素子の後端部を筒状接続部の内部に好適に案内できるので、ガスセンサの組み付け作業が容易になる。
以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。
本実施例1では、ガスセンサとして、自動車の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサを例に挙げて説明する。
a)まず、本実施例1の酸素センサの全体の構成について説明する。なお、図1では、酸素センサの先端側が下方側で、後端側が上方側となるように示してある。
a)まず、本実施例1の酸素センサの全体の構成について説明する。なお、図1では、酸素センサの先端側が下方側で、後端側が上方側となるように示してある。
図1に示すように、酸素センサ1は、軸方向(同図上下方向)に延びて先端が閉じた有底筒状の検出素子3と、検出素子3の内部に配置されて検出素子3を加熱する棒状のセラミックヒータ5と、酸素センサ1の内部構造物を収容するとともに酸素センサ1を排気管等の取付部に固定するケーシング7などを備えている。
これらのうち、ケーシング7は、検出素子3を保持するとともに、その先端側の検出部9を排気管等の内部に突出させる主体金具11と、主体金具11の上部に延設されて検出素子3との間で基準ガス空間を形成する金属製の外筒13などを備えている。
また、主体金具11は、検出素子3を下方から支持するセラミックからなる円筒状のホルダ15と、ホルダ15の上部に充填される滑石粉末からなる円筒状の充填部材17と、充填部材17を上方から押圧するセラミックからなる円筒状のスリーブ19などを、内部に収容する。
即ち、主体金具11の下端側の内周には、内向きに突出した段部21が設けられており、この段部21に金属製のパッキン23を介してホルダ15が係止されることにより、検出素子3のフランジ部4が下方から支持されている。そして、ホルダ15の上側における主体金具11の内周面と検出素子3の外周面との間に充填部材17が配設され、さらに、この充填部材17の上側にスリーブ19及び金属製のパッキン25が順次同軸状に内挿された状態で、主体金具11の上端部が内方(下方)に加締められることで、充填部材17が加圧充填される。それにより、検出素子3が主体金具11に対してしっかりと固定されている。
また、主体金具11の下端側外周には、検出素子3の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ27が溶接によって取り付けられている。
一方、主体金具11の上部開口部を覆うように、外筒13の下部開口端部が当該主体金具11に外挿された後、この下部開口端部に外方から溶接が施され、外筒13が主体金具11に装着されている。
一方、主体金具11の上部開口部を覆うように、外筒13の下部開口端部が当該主体金具11に外挿された後、この下部開口端部に外方から溶接が施され、外筒13が主体金具11に装着されている。
また、外筒13における上部開口部の近傍には、電気絶縁性を有するセラミックからなる円筒状のセパレータ29が内挿されている。
セパレータ29は、その軸方向中央付近の外周面に、径方向外側に突出したフランジ部31を有している。このセパレータ29は、フランジ部31に係止する金属製の筒状の保持部材33を介して、外筒13の内部に保持されている。
セパレータ29は、その軸方向中央付近の外周面に、径方向外側に突出したフランジ部31を有している。このセパレータ29は、フランジ部31に係止する金属製の筒状の保持部材33を介して、外筒13の内部に保持されている。
また、セパレータ29は、自身の後端面35から先端面37に向けて貫通する複数の挿通孔39と、セラミックヒータ5の後端部41を収容可能に先端面37に形成された凹部43とを備えている。
そして、セパレータ29は、(後に詳述する)外周面用端子45と内周面用端子47との後端側を、それぞれ異なる挿通孔39の内部に収容して、外周面用端子45と内周面用端子47との絶縁性、外周面用端子45と外筒13との絶縁性、および内周面用端子47と外筒13との絶縁性を保持している。
外周面用端子45は、検出素子3の外周面に配置された外部電極49とリード線51とを電気的に接続するように配置されており、内周面用端子47は、検出素子3の内周面に配置された内部電極53とリード線55とを電気的に接続するように配置されている。
また、外筒13の上部開口部は、フッ素系樹脂製のグロメット61により閉塞されており、このグロメット61を貫いて、リード線51、55やセラミックヒータ5に接続されたリード線57、59が配置されている。
なお、このリード線51、55、57、59は、酸素センサ1とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置(ECU)と電気的に接続されている。
b)次に、上述した各構成のうち主要な構成について更に詳細に説明する。
<検出素子3>
図2に示す様に、前記検出素子3は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体を有底筒状に形成した基体63を備えている。
<検出素子3>
図2に示す様に、前記検出素子3は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体を有底筒状に形成した基体63を備えている。
この基体63の外周面には、軸方向の略中央部において、基体63から径方向外側に突出する環状のフランジ部4が設けられている。
更に、基体63の外周面には、基体63の後端とフランジ部4との間に、フランジ部4と同様に、基体63から径方向外側に突出する環状の位置決め部65が設けられている。この位置決め部65とは、後に詳述するように、酸素センサ1の組み付け時に、外周面用端子45の(軸方向における)位置決めを行うものである。
更に、基体63の外周面には、基体63の後端とフランジ部4との間に、フランジ部4と同様に、基体63から径方向外側に突出する環状の位置決め部65が設けられている。この位置決め部65とは、後に詳述するように、酸素センサ1の組み付け時に、外周面用端子45の(軸方向における)位置決めを行うものである。
なお、フランジ部4や位置決め部65を備えた基体63は、従来と同様に、セラミック材料を型に入れて所定の成形体を作製し、即ちフランジ部4や位置決め部65を備えた基体63に対応した形状の成形体を作製し、その後、焼成して製造することができる。
或いは、セラミック材料を型に入れて基体63の母材(位置決め部65等を含むような大径の成形体)を作製した後に、その成形体の表面を切削して、位置決め部65等を備えた基体63の形状とし、その後、焼成して製造することができる。
また、基体63の内周面には、ほぼ全面にわたって、PtまたはPt合金からなる多孔質状の内部電極(基準電極)53が形成されており、この内部電極53に前記内周面用端子47が接触する。
一方、基体63の外周面の先端側には、PtまたはPt合金からなる多孔質状の外部電極(検出電極)49が、その全面を覆うように形成されている。そして、外部電極49から後端側に向けて電極引出部67が形成され、電極引出部67と接続して環状電極部69が形成されている。この電極引出部67と環状電極部69とによりリード部71が構成されている。なお、このリード部71(詳しくは環状電極部69)に前記外周面用端子45が接触する。
また、外部電極49の表面には、排気ガスからの被毒を防止するために、耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層(図示外)が被覆されている。
<外周面用端子45>
図3及び図4に示す様に、前記外周面用端子45は、その先端側(図3の下端側)にて、前記検出素子3に外嵌して環状電極部69に接触するとともに、その後端側(図3の上端側)にて、リード線51に接続された長尺のアース用端子である。
<外周面用端子45>
図3及び図4に示す様に、前記外周面用端子45は、その先端側(図3の下端側)にて、前記検出素子3に外嵌して環状電極部69に接触するとともに、その後端側(図3の上端側)にて、リード線51に接続された長尺のアース用端子である。
詳しくは、外周面用端子45は、例えばインコネル(登録商標)からなる厚さ0.2mmの1枚の金属板が曲げられて形成されたものである。外周面用端子45の先端側には、弾性を有する円筒状の筒状接続部73を備え、その後端側には、筒状接続部73の後端部より軸方向に沿って後端側に伸びる延長部75を備えている。
前記筒状接続部73は、軸方向から見て左右一対の円弧状に湾曲する翼部77、79を有し、両翼部77、79の(周方向における)先端側には、翼部77、79を左右に分離する軸方向に沿った切れ目(間隙:スリット)81が設けられている。なお、この翼部77、79は、検出素子3に外嵌しその弾性によって検出素子3に固定されるので、翼部77、79の内径は、検出素子3の外径より僅かに小さく設定されている。
また、図4に示すように、筒状接続部73の後端(図4(b)、(c)の上端)には、斜め外側(径方向の外側)に向かって、軸方向から見て(図4(a)参照)ほぼ等間隔に複数(例えば8個)の弾性係止片83が突出している。
この弾性係止片83は、例えば幅1.0mm×長さ1.0mm×厚さ0.2mmの長方形の板状(平板状)の片であり、軸方向に荷重を受けると径方向の外側に傾くような弾性を有している。
つまり、弾性係止片83は、酸素センサ1に組み付けられる前(荷重が加わる前)は、軸方向に対して例えば所定の第1角度θ1(例えば45°)にて径方向外側に傾斜しており、組み付け後は(荷重が加わった状態で)、軸方向に対してより第1角度θ1大きな第2角度θ2(例えば60°)にて、径方向外側に傾斜している。
更に、これらの弾性係止片83は、図4(a)に示すように、軸方向から見て左右対称に配置されている。つまり、複数の弾性係止片83は、筒状接続部73の軸中心と間隙81の中心を通る平面に対して(同図の)左右対称となるように配置されている。
一方、図4(b)、(c)に示すように、前記延長部75は、従来と同様に、筒状接続部73(詳しくは左右の翼部77、79の根本部分)から、内側に向かって斜め上方に(即ち軸方向に対して約30°傾斜して)伸びる平板状の根本部85と、根本部85から軸方向に沿って上方に伸びる中間部87と、中間部87の上方に設けられてリード線51を把持する把持部89とを備えている。
なお、中間部87は、その中央部分に開口部91が設けられ、開口部91の上端からは、短冊形の突出片93が、外側下方に向けて突出している。
<セパレータ29>
次に、図5に示す様に、前記セパレータ29は、電気絶縁性を有する例えばアルミナからなり、外周にフランジ部31を備えた円筒状の部材である。このセパレータ29の軸方向に沿って、軸中心に対称に一対の挿通孔39(39a、39b)を有するとともに、(該一対の挿通孔39a、39bの配列方向と垂直に)軸中心に対称な別の一対の挿通孔39c、39dを有しており、更に、軸中心には長尺の(後端側が閉塞された)凹部43を有している。
<セパレータ29>
次に、図5に示す様に、前記セパレータ29は、電気絶縁性を有する例えばアルミナからなり、外周にフランジ部31を備えた円筒状の部材である。このセパレータ29の軸方向に沿って、軸中心に対称に一対の挿通孔39(39a、39b)を有するとともに、(該一対の挿通孔39a、39bの配列方向と垂直に)軸中心に対称な別の一対の挿通孔39c、39dを有しており、更に、軸中心には長尺の(後端側が閉塞された)凹部43を有している。
このうち、挿通孔39aは、外周面用端子45の根本部85の一部と中間部87と把持部89が挿入される孔である。この挿通孔39aは、図5(b)に示す様に、軸方向に垂直の断面形状が略台形の中央孔部101と、中央孔部101より同図の上下方向にスリット状に伸びるスリット状孔部103と、スリット状孔部103より外側の凸孔部105とを備えている。
なお、スリット状孔部103に、前記延長部75の中間部87が嵌り込み、凸孔部105に中間部87から突出する突出片93が嵌り込むように構成されている。また、他方の挿通孔39bも、同様な形状である。
<セパレータ29と外周面用端子45との組み合わせ>
図6及び図7に、セパレータ29に外周面用端子45を組み付けた状態を示すが、セパレータ29の先端面(図6の下端面)37に、外周面用端子45の筒状接続部73の後端から伸びる全ての弾性係止片83の先端(図6(a)の斜め上方に延びる先端)が接触するとともに、セパレータ29の挿通孔39aに、外周面用端子45の延長部75が挿入されている。
なお、この状態では、弾性係止片83は、単にセパレータ29の先端面37に接触しているだけであるので(押圧されていないので)、弾性係止片83の傾斜角は第1角度θ1である。
図6及び図7に、セパレータ29に外周面用端子45を組み付けた状態を示すが、セパレータ29の先端面(図6の下端面)37に、外周面用端子45の筒状接続部73の後端から伸びる全ての弾性係止片83の先端(図6(a)の斜め上方に延びる先端)が接触するとともに、セパレータ29の挿通孔39aに、外周面用端子45の延長部75が挿入されている。
なお、この状態では、弾性係止片83は、単にセパレータ29の先端面37に接触しているだけであるので(押圧されていないので)、弾性係止片83の傾斜角は第1角度θ1である。
また、外周面用端子45の中間部87は、挿通孔39aのスリット状孔部103に嵌め込まれてほぼ位置決めされているとともに、中間部87から伸びる突出片93が凸孔部105に嵌り込んで板バネとして機能して、外周面用端子45を内側に押圧してがたつかないようにしている。
そして、上述のように配置された外周面用端子45の筒状接続部73は、図8に示すように、検出素子3の後端部に外嵌されている。
詳しくは、筒状接続部73の先端(下端)は、検出素子3の外周に設けられた位置決め部65に当たって、軸方向における位置決めがなされている。
詳しくは、筒状接続部73の先端(下端)は、検出素子3の外周に設けられた位置決め部65に当たって、軸方向における位置決めがなされている。
また、後述するように、酸素センサ1の組み付け後においては、筒状接続部73(従って弾性係止片83)は、セパレータ29と位置決め部65とに挟まれて軸方向に沿った荷重(圧縮応力)を受けるので、弾性係止片83は、径方向外側に大きく傾斜して(外側に広がって)、その傾斜角は第2角度θ2となっている。
c)次に、本実施例1の酸素センサ1の製造手順について、図9〜図11に基づいて説明する。なお、図9は、グロメット61等を加締めた後の状態を示している。
図9に示す様に、主体金具11の先端にプロテクタ27を接合し、その主体金具11の筒内にて、前記検出素子3を パッキン23、ホルダ15、充填部材17、スリーブ19、パッキン25などとともに加締めて固定する。これにより、先端側組立体111が構成される。
図9に示す様に、主体金具11の先端にプロテクタ27を接合し、その主体金具11の筒内にて、前記検出素子3を パッキン23、ホルダ15、充填部材17、スリーブ19、パッキン25などとともに加締めて固定する。これにより、先端側組立体111が構成される。
一方、外周面用端子45の把持部89にリード線51の芯線を加締めにより固定する。また、内周面用端子47についても、同様にリード線55の芯線を加締める。更に、セラミックヒータ5の後端側に、内周面用端子47の内嵌部113を外側より嵌めて固定する。
そして、リード線51が接続された外周面用端子45を、内周面用端子47及びセラミックヒータ5等とともにセパレータ29内に収容する。具体的には、外周面用端子45のリード線51が接続された延長部75、内周面用端子47のリード線55が接続された延長部115、セラミックヒータ5の後端部分(リード線57、59が接続される部分)を、セパレータ29内に収容する。
ここで、各部材をセパレータ29に収容する手順について更に詳細に説明する。
セパレータ29内に、外周面用端子45、内周面用端子47、セラミックヒータ5の一部を収容する際には、各リード線51、55〜59をグロメット61の各貫通孔117a、117bから図9の上方に引き出すようにする。なお、図9では貫通孔の一部のみ記載してある。
セパレータ29内に、外周面用端子45、内周面用端子47、セラミックヒータ5の一部を収容する際には、各リード線51、55〜59をグロメット61の各貫通孔117a、117bから図9の上方に引き出すようにする。なお、図9では貫通孔の一部のみ記載してある。
詳しくは、まず、セラミックヒータ5に接続されたリード線57、59を図示しない貫通孔に通し、外周面用端子45に接続されたリード線51を貫通孔117aに通し、内周面用端子47に接続されたリード線55を貫通孔117bに通す。
そして、リード線55を持って、(セラミックヒータ5を保持した)内周面用端子47を、セラミックヒータ5の後端側がセパレータ29の凹部43の底部に当たるまで引き上げる。
一方、外周面用端子45についても、リード線51を持って、外周面用端子45の筒状接続部73の後端(同図上端)から突出する弾性係止片83が、セパレータ29の先端面37に当たるまで引き上げる。
その後、セパレータ29を外筒13内に挿入し、また、グロメット61に各リード線51、55〜59を挿通した後、グロメット61を外筒13の後端側に嵌め込む。これにより、後端側組立体119が構成される。
このようにして、主体金具11に検出素子3等を保持した先端側組立体111と、外筒13に外周面用端子45、内周面用端子47、セラミックヒータ5等を保持した後端側組立体119とを、それぞれ別工程にて作製する。
その後、両組立体111、119を、その軸方向が一致するように互いに組み合わせる。
この組み立ての際には、図9とは上下逆に、例えば、セラミックヒータ5の先端を上方に向けて後端側組立体119を下方に配置し、その上方にて、同軸となるように、プロテクタ27を上方に先端側組立体111を配置する。
この組み立ての際には、図9とは上下逆に、例えば、セラミックヒータ5の先端を上方に向けて後端側組立体119を下方に配置し、その上方にて、同軸となるように、プロテクタ27を上方に先端側組立体111を配置する。
そして、後端側組立体119を組立装置等に固定し、その上方より、先端側組立体111を下降させるようにして組み付ける。
つまり、下方に配置されたセラミックヒータ5に検出素子3を外嵌するように、上方より先端側組立体111を押し下げ、検出素子3に内周面用端子47を内嵌するとともに、検出素子3の後端側に、外周面用端子45を外嵌し、所定の固定位置まで圧入してゆく。
つまり、下方に配置されたセラミックヒータ5に検出素子3を外嵌するように、上方より先端側組立体111を押し下げ、検出素子3に内周面用端子47を内嵌するとともに、検出素子3の後端側に、外周面用端子45を外嵌し、所定の固定位置まで圧入してゆく。
なお、両組立体111、119の配置、従ってその付け組み付け方向は、上述した方法とは上下逆であってもよい。
ここで、外周面用端子45を検出素子3に外嵌する手順について、図10及び図11に基づいて更に詳しく説明する。なお、実際には、両組立体111、119の配置は、図10及び図11とは上下逆であるが、図1に合わせて表示している。
ここで、外周面用端子45を検出素子3に外嵌する手順について、図10及び図11に基づいて更に詳しく説明する。なお、実際には、両組立体111、119の配置は、図10及び図11とは上下逆であるが、図1に合わせて表示している。
図10(a)に示すように、外周面用端子45の筒状接続部73の先端側(同図下側)に、同軸に検出素子3の後端部(同図上部)を配置する。このとき、筒状接続部73の後端から突出する弾性係止片83は、セパレータ29の先端面37に接触している。
なお、弾性係止片83は、圧入前は、図11(a)に示すように、軸方向に対して第1角度θ1(例えば45°)傾斜している。
次に、図10(b)、(c)に示すように、検出素子3を、筒状接続部73に対して、同図の上方に徐々に圧入する(内嵌する)。
次に、図10(b)、(c)に示すように、検出素子3を、筒状接続部73に対して、同図の上方に徐々に圧入する(内嵌する)。
なお、弾性係止片83は、圧入が開始されると、圧入の際の荷重(押圧力)によって、図11(b)に示すように、径方向外側に広がって、軸方向に対して第2角度θ2(例えば60°)に傾斜する。もしくは、圧入途中の弾性係止片83にかかる荷重の状態によっては、第1角度θ1以上第2角度θ2以下の(図示しない)第3角度θ3(例えば50°)に傾斜する。
そして、図10(d)に示すように、筒状接続部73の先端(同図下端)が、検出素子3の位置決め部65に当接したときに、圧入を停止する。
従って、圧入停止後は、弾性係止片83は、図11(b)に示すように、軸方向に対して第2角度θ2(例えば60°)傾斜した状態となる。
従って、圧入停止後は、弾性係止片83は、図11(b)に示すように、軸方向に対して第2角度θ2(例えば60°)傾斜した状態となる。
これによって、外周面用端子45と検出素子3とが一体に固定される。
なお、図11に示すように、圧入前は、セパレータ29の先端面37と筒状接続部73の後端(図11(a)上端)との距離S1は、例えば0.7mmであるが、圧入後は、その距離S2は、例えば0.5mmと短くなる。また、筒状接続部73の軸方向の長さS3は、例えば0.9mmであり、検出素子3の後端から位置決め部65までの長さS4は、例えば0.7mmである。なお、検出素子3の後端は、筒状接続部73の後端より先端側(図11(b)下方)に位置している。
なお、図11に示すように、圧入前は、セパレータ29の先端面37と筒状接続部73の後端(図11(a)上端)との距離S1は、例えば0.7mmであるが、圧入後は、その距離S2は、例えば0.5mmと短くなる。また、筒状接続部73の軸方向の長さS3は、例えば0.9mmであり、検出素子3の後端から位置決め部65までの長さS4は、例えば0.7mmである。なお、検出素子3の後端は、筒状接続部73の後端より先端側(図11(b)下方)に位置している。
また、上述した圧入動作に伴い、外筒13の先端を主体金具11の後端に外嵌して、その周囲を加締める。更に、セパレータ29の中間部分やグロメット61に対応した外筒13の部分を加締め、その後、外筒13の先端の外嵌部分に対してレーザ溶接を実施する。
これにより、先端側および後端側の両組立体111、119を一体にして、酸素センサ1を完成する。
d)次に、本実施例1の効果を説明する。
d)次に、本実施例1の効果を説明する。
・本実施例1の酸素センサ1では、外周面用端子45は、一端に切れ目81を有し自身のバネ性によって検出素子3の後端部に固定される筒状接続部73を備えている。また、筒状接続部73の後端部には、セパレータ29の先端面37に当接する複数の弾性係止片83を備えており、筒状接続部73の後端部とセパレータ29の先端面37とは、弾性係止片83によって離間するように配置されている。
つまり、本実施例1では、筒状接続部73の後端部とセパレータ29の先端面37とは、直接に接触しているのではなく、弾性係止片83を介して(弾性を保った状態で)接触するように配置されている。
しかも、この弾性係止片83は、軸方向に対して径方向外側に傾斜する弾性片であるので、軸方向に荷重が加わると、弾性係止片83は径方向に広がって、その応力を緩和することができる。
従って、例えば酸素センサ1の組付時に、筒状接続部73にかかる荷重がばらつく場合でも、弾性係止片83が変形することにより、その応力を緩和できる。それによって、筒状接続部73によって外部電極49のリード部71が剥がれることを抑制できるので、外周面用端子45と外部電極49との電気的接続を確保することができる。
同様に、例えば酸素センサ1の使用時に、セパレータ29や検出素子3などが軸方向に過度に移動したり振動した場合でも、その移動や振動による応力は弾性係止片83によって緩和される。よって、セパレータ29や検出素子3などが移動したり振動した場合でも、その移動や振動は、そのまま相手部材に伝わり難くなっている。
そのため、上述した移動や振動が発生しても、筒状接続部73と検出素子3表面のリード部71とは摺動し難くなっているので、リード部71が剥がれにくい。よって、外周面用端子45と外部電極49との電気的接続を確保することができる。
このように、本実施例1では、酸素センサ1の組付時や使用時等において、外部電極49と外周面用端子45との電気的接続の信頼性が高いという顕著な効果を奏する。
・また、本実施例1では、複数の弾性係止片83は、(軸方向から見た場合)左右対称に配置されている。
・また、本実施例1では、複数の弾性係止片83は、(軸方向から見た場合)左右対称に配置されている。
従って、筒状接続部73に荷重が加わっても左右に傾きにくいので、筒状接続部73と外部電極49との電気的接続が絶たれにくいという利点がある。
・更に、本実施例1では、検出素子3の外周面に、筒状接続部73の軸方向における位置決めを行う位置決め部65を備えているので、検出素子3(従って外部電極49のリード部71)と筒状接続部73との位置が一定に定まる。
・更に、本実施例1では、検出素子3の外周面に、筒状接続部73の軸方向における位置決めを行う位置決め部65を備えているので、検出素子3(従って外部電極49のリード部71)と筒状接続部73との位置が一定に定まる。
従って、検出素子3に筒状接続部73を取り付ける際に、確実に電気的導通を確保することができる。
特に、本実施例1では、この位置決め部65と前記弾性係止片83との構成によって、位置決め部65にて、筒状接続部73の先端を位置決めし、且つ、弾性係止片83にて、筒状接続部73の後端を(弾性を保った状態)で保持している。よって、酸素センサ1の組付時に、筒状接続部73の軸方向における位置決めを容易に行うことができるとともに、酸素センサ1の組付時や使用時等において、弾性係止片83と検出素子3(従ってリード部71)とがずれ難く、電気的接続をより好適に確保できるという顕著な効果を奏する。
特に、本実施例1では、この位置決め部65と前記弾性係止片83との構成によって、位置決め部65にて、筒状接続部73の先端を位置決めし、且つ、弾性係止片83にて、筒状接続部73の後端を(弾性を保った状態)で保持している。よって、酸素センサ1の組付時に、筒状接続部73の軸方向における位置決めを容易に行うことができるとともに、酸素センサ1の組付時や使用時等において、弾性係止片83と検出素子3(従ってリード部71)とがずれ難く、電気的接続をより好適に確保できるという顕著な効果を奏する。
・その上、位置決め部65は、検出素子3の全周を囲むように環状に設けられているので、検出素子3に筒状接続部73を取り付ける際に、筒状接続部73が傾きにくい。よって、その点からも、確実に電気的導通を確保することができる。
次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容については、その説明は省略する。なお、前記実施例1と同様な部材については、同様な番号を使用する。
図12(a)に示す様に、本実施例2の酸素センサ1では、前記実施例1と同様に、検出素子3の後端部に、(セパレータ29に取り付けられた)外周面用端子45の筒状接続部73が外嵌されている。
図12(a)に示す様に、本実施例2の酸素センサ1では、前記実施例1と同様に、検出素子3の後端部に、(セパレータ29に取り付けられた)外周面用端子45の筒状接続部73が外嵌されている。
特に、本実施例2では、筒状接続部73の軸方向における位置決めのために、実施例1の位置決め部65の代わりに、特別な形状のスリーブ121が用いられている。
詳しくは、スリーブ121は、前記実施例1のスリーブ19と同様な円筒状のスリーブ本体121aと、その後端(同図上端)から後端側に突出する円筒状の位置決め部121bとから一体に構成されている。
詳しくは、スリーブ121は、前記実施例1のスリーブ19と同様な円筒状のスリーブ本体121aと、その後端(同図上端)から後端側に突出する円筒状の位置決め部121bとから一体に構成されている。
この位置決め部121bは、パッキン25の中央の貫通孔25aを貫いて上方に延びるように設けられている。なお、位置決め部121bの外径は、パッキン25と接触しないように、パッキン25の貫通孔25aの内径より小さく設定されている。また、位置決め部121bの内径は、スリーブ本体121aの内径と同一である。
本実施例2における位置決め部121bの後端面が筒状接続部73の先端部に当接することによって、前記実施例1と同様に、筒状接続部73の位置決めを行うことができる。
従って、本実施例2では、前記実施例1と同様な効果を奏するとともに、検出素子3を加工して位置決め部を形成するのではなく、単に筒状のスリーブ121を用いれば良いので、製造工程を簡易化できるという利点がある。なお、本実施例2において、スリーブ121が特許請求の範囲の筒状の絶縁部材に相当し、位置決め部121bが特許請求の範囲の絶縁部材の後端部に相当する。
従って、本実施例2では、前記実施例1と同様な効果を奏するとともに、検出素子3を加工して位置決め部を形成するのではなく、単に筒状のスリーブ121を用いれば良いので、製造工程を簡易化できるという利点がある。なお、本実施例2において、スリーブ121が特許請求の範囲の筒状の絶縁部材に相当し、位置決め部121bが特許請求の範囲の絶縁部材の後端部に相当する。
なお、この変形例として、図12(b)に示すように、前記実施例1と同様な円筒状のスリーブ19を用いるとともに、前記位置決め部121bと同様な円筒状の(例えばアルミナ等の絶縁性のセラミックからなる)位置決め部123を用いてもよい。なお、スリーブ19と位置決め部123とは別体の部材であり、本変形例において、位置決め部123が特許請求の範囲の筒状の絶縁部材に相当する。
また、別の変形例として、図示しないが、前記実施例1と同様な円筒状のスリーブ19を用い、スリーブ19の後端部に筒状接続部73の先端部を直接当接させてもよい。なお、この場合は、スリーブ19が直接に筒状接続部73に当接するように、例えば筒状接続部73の軸方向の長さ等を調節することが好ましい。この別の変形例の場合、スリーブ19が特許請求の範囲の筒状の絶縁部材に相当する。
また、
これにより、2個の単純な形状の部材を使用できるので、製造工程を一層簡易化することができる。
これにより、2個の単純な形状の部材を使用できるので、製造工程を一層簡易化することができる。
次に、実施例3について説明するが、前記実施例1と同様な内容については、その説明は省略する。なお、前記実施例1と同様な部材については、同様な番号を使用する。
本実施例3では、図13に示すような外周面用端子131を用いる。
本実施例3では、図13に示すような外周面用端子131を用いる。
具体的には、外周面用端子131は、前記実施例1と同様な筒状接続部73及び(筒状接続部73の後端側の)弾性係止片83を備えるとともに、筒状接続部73の先端側にも、弾性係止片83と同様な(8枚の)弾性を有する案内片133を備えている。
この案内片133は、弾性係止片83と上下方向において対称となるように、軸方向に対して斜め外側(径方向外側)に傾斜するように突出している。
本実施例3においても、前記実施例1と同様な効果を奏するとともに、筒状接続部73の先端側に案内片133を備えているので、検出素子3を筒状接続部73内に容易に案内でき、よって、容易に圧入できるという利点がある。
本実施例3においても、前記実施例1と同様な効果を奏するとともに、筒状接続部73の先端側に案内片133を備えているので、検出素子3を筒状接続部73内に容易に案内でき、よって、容易に圧入できるという利点がある。
なお、本発明は、前記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
(1)例えば、図14(a)、(b)、(c)に示すように、筒状接続部73の後端に設ける弾性係止片83として、各図の左右対称となるように、一対、2対、3対等、複数組の弾性の弾性係止片83を配置してもよい。
(1)例えば、図14(a)、(b)、(c)に示すように、筒状接続部73の後端に設ける弾性係止片83として、各図の左右対称となるように、一対、2対、3対等、複数組の弾性の弾性係止片83を配置してもよい。
(2)また、弾性係止片の形状としては、平板状に限らず、図14(d)に示すように、湾曲した形状の弾性係止片141や、バネ形状(軸方向の断面が左右に複数回折れ曲がった形状)の弾性係止片143を採用できる。
(3)更に、位置決め部としては、前記実施例1のように、検出素子の全周にわたり環状に設けるのではなく、図14(f)に示すように、位置決め部145を環状に設けるとともに、その一部に切り欠き147を設けてよい。つまり、筒状接続部の先端側に当接して位置決めができれば良いので、部分的に位置決め部145を設けてもよい。
(4)また、位置決め部を備えていないガスセンサも本発明の範囲である。例えば検出素子やスリーブに位置決め部を設けなくてもよい。
(5)なお、本発明の範囲を逸脱しない限りは、各実施例や変形例の構成を適宜組み合わせることができる。
(5)なお、本発明の範囲を逸脱しない限りは、各実施例や変形例の構成を適宜組み合わせることができる。
1…酸素センサ
3…検出素子
19、121…スリーブ
29…セパレータ
37…先端面
45、131、141、143…外周面用端子
47…内周面用端子
49…外部電極
53…内部電極
65、121b、123、145…位置決め部
73…筒状接続部
75、115…延長部
83、141、143…弾性係止片
133…案内片
3…検出素子
19、121…スリーブ
29…セパレータ
37…先端面
45、131、141、143…外周面用端子
47…内周面用端子
49…外部電極
53…内部電極
65、121b、123、145…位置決め部
73…筒状接続部
75、115…延長部
83、141、143…弾性係止片
133…案内片
Claims (7)
- 先端が閉塞されるとともに、自身の内周面及び外周面にそれぞれ電極を備えた筒状の検出素子と、
前記検出素子後端部に外嵌されて、前記外周面の電極に電気的に接続されるとともに、前記検出素子の軸方向後端側に伸びる外周面用端子と、
前記外周面用端子の後端側を収容するセラミック製のセパレータと、
を備えたガスセンサにおいて、
前記外周面用端子は、一端に切れ目を有し自身のバネ性によって前記検出素子の後端部に固定される筒状接続部を備えるとともに、
前記筒状接続部の後端部には、前記セパレータの先端面に当接する弾性係止片を備え、
前記筒状接続部の後端部と前記セパレータの先端面とは、前記弾性係止片によって離間するように配置されていることを特徴とするガスセンサ。 - 前記弾性係止片は、前記軸方向に対して傾斜する片であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記筒状接続部の後端部に前記弾性係止片を複数備えるとともに、前記複数の弾性係止片は、前記筒状接続部の後端部を、前記切れ目を通る平面で軸方向に2分割した場合に、前記平面で区分された異なる領域に位置するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記検出素子の外周面に、前記筒状接続部の先端部が当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記検出素子に、筒状の絶縁部材が外嵌されており、前記絶縁部材の後端部が、前記筒状接続部の先端部と当接して前記筒状接続部の前記軸方向における位置決めを行う位置決め部とされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記位置決め部を、前記検出素子の全周を囲むように設けたことを特徴とする請求項4又は5に記載のガスセンサ。
- 前記筒状接続部の先端部に、径方向の外側に広がる案内片を備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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CN116609415A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-08-18 | 连云港感瓷电子科技有限公司 | 一种尾气排放监测用氧传感器 |
CN116609415B (zh) * | 2023-03-13 | 2024-01-30 | 连云港感瓷电子科技有限公司 | 一种尾气排放监测用氧传感器 |
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