JP2016180744A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】被取付部との間の電気導通性及びシール性を向上しながら生産性を向上できるガスセンサ及びガスセンサ取付構造を提供すること。【解決手段】ガスセンサ１は、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、センサ素子２の正極と電気的に接続された金属端子２３を内側に保持する絶縁碍子２５と、センサ素子２を内側に挿通保持すると共にセンサ素子２の負極と電気的に接続されたハウジング３とを有している。ハウジング３は、ガスセンサ１が固定される被取付部５に形成されたネジ孔５１と螺合可能なネジ部３３２と、ネジ孔５１の開口部の周囲を囲むように形成された被シール部５３と対向して配設されるシール部３３３とを有する。シール部３３３は、被シール部５３と径方向の一部において局部的に当接すると共に、全周に渡って当接する環状の当接部３３４を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

自動車等の内燃機関には、被測定ガスとしての排ガス中における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用いられている。ガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、センサ素子を内側に挿通保持するハウジングとを有している。ハウジングの外周側面にはネジ部が形成されており、ネジ部を被取付部のネジ孔に螺合することにより、ガスセンサを被取付部に固定している。ガスセンサと被取付部との間には、被測定ガスの漏出を抑制するためのシール構造が形成されている。

このシール構造としては、例えば、ガスセンサと被取付部との間に、金属製のガスケットを挟持した構造が知られている。
また、特許文献１には、被取付部（ボス）にガスセンサを固定するためのボルト部材と、被取付部とボルト部材との間に配設されるシール部材とを有するガスセンサが示されている。

特許第４７２６２６１号公報

しかしながら、特許文献１のガスセンサにおいては、シール部材と被取付部（ボス）との間に、酸化被膜や異物などが存在すると、両者の間の電気導通性及びシール性を確保することが困難となるおそれがある。この場合、ガスセンサを被取付部に取り付ける前に、シール部材と被取付部との接触部における酸化被膜や異物を除去する工程を入れると、ガスセンサの生産性が低下してしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、生産性を向上させると共に、ハウジングと被取付部との間における電気導通性及びシール性を向上させ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。

本発明の一態様は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子の正極と電気的に接続された金属端子を内側に保持する絶縁碍子と、上記センサ素子を内側に挿通保持すると共に上記センサ素子の負極と電気的に接続されたハウジングとを有するガスセンサであって、
上記ハウジングは、上記ガスセンサが固定される被取付部に形成されたネジ孔と螺合可能なネジ部と、上記ネジ孔の開口部の周囲を囲むように形成された被シール部と対向して配設されるシール部とを有しており、
該シール部は、上記被シール部における径方向の一部に局部的に当接すると共に該シール部の全周に環状に当接する環状の当接部を有している、ガスセンサにある。

上記ガスセンサにおいては、上記当接部を形成することにより、上記ガスセンサの生産性を向上させると共に、上記ガスセンサと上記被取付部との間におけるシール性及び電気導通性を向上させることができる。
具体的には、上記ガスセンサを上記被取付部に固定するため、上記ハウジングのネジ部を上記被取付部のネジ孔に螺合させる際に、上記被シール部に対して上記当接部を備えたシール部が回転しながら接近する。そして、上記当接部と上記被シール部とが接触すると、上記ネジ部と上記ネジ孔との螺合で生じる軸力が、上記当接部と上記被シール部との間に加わる。この軸力が加わった状態で、上記当接部が上記被シール部に対して回転することにより、上記当接部と上記被シール部とが互いに擦れ合う。そのため、上記当接部と上記被シール部との間に存在する酸化被膜や異物を除去することができる。これにより、酸化被膜や異物を除去する工程が不要となり、ガスセンサの生産性を向上させることができる。

また、上記当接部と上記被シール部とを局部的に接触させることにより、上記当接部に軸力を集中させることができる。そのため、上記当接部及び上記被シール部の一方又は両方を、上記当接部の形状と上記被シール部の形状とが互いに沿うように変形させ、上記当接部と上記被シール部とを互いに密着させることができる。これにより、上記当接部の形状と上記被シール部との間の電気導通性及びシール性を向上させることができる。仮に、上記当接部及び上記被シール部の接触面の加工精度が低い場合でも、上記当接部と上記被シール部とを全周において確実に接触させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、生産性を向上させると共に、被取付部との間の電気導通性及びシール性を向上させ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１における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例１における、ガスセンサを示す説明図。 実施例１における、ハウジングの断面図（図１のIII−III矢視断面相当）。 実施例２における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例２における、ハウジングの断面図（図４のＶ−Ｖ矢視断面相当）。 実施例３における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例３における、ハウジングの断面図（図６における、VII−VII矢視断面相当）。 実施例４における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例５における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例６における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例７における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。 実施例８における、ガスセンサのシール構造を示す説明図。

上記ガスセンサの上記シール部は、上記ガスセンサの軸方向における先端側に向かうにつれて縮径するテーパ面として形成されており、上記当接部は、上記ネジ孔の開口縁と当接するよう、上記テーパ面の一部として形成されていることが好ましい。この場合には、上記当接部と上記被シール部との接触面積を低減し、電気導通性及びシール性を向上させることができる。また、上記ハウジングを単純な形状とすることにより、上記当接部を容易に形成することができる。これにより、上記ハウジングの生産性を向上させ、ひいては上記ガスセンサの生産性を向上させることができる。

また、上記当接部は、上記シール部から上記被シール部に向かって突出するシール突部からなることが好ましい。この場合には、上記シール突部を形成することにより、上記シール部と上記被シール部との接触面積を低減し、電気導通性及びシール性を向上させることができる。

（実施例１）
上記ガスセンサにかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図２に示すごとく、ガスセンサ１は、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、センサ素子２の正極と電気的に接続された金属端子２３を内側に保持する絶縁碍子２５と、センサ素子２を内側に挿通保持すると共にセンサ素子２の負極と電気的に接続されたハウジング３とを有している。
図１及び図２に示すごとく、ハウジング３は、ガスセンサ１が固定される被取付部５に形成されたネジ孔５１と螺合可能なネジ部３３２と、ネジ孔５１の開口部の周囲を囲むように形成された被シール部５３と対向して配設されるシール部３３３とを有する。シール部３３３は、被シール部５３における径方向の一部に局部的に当接すると共に被シール部５３の全周に環状に当接する当接部３３４を有している。

以下、さらに詳細に説明する。
図１及び図２に示すごとく、ガスセンサ１は、内燃機関から排出された排ガスに含まれる酸素の濃度を検出するための酸素センサであり、被取付部５としての排気管に固定されている。排気管は、ネジ穴が形成されたボス部を有しており、ボス部は、ネジ穴の開口部の周囲を囲む被シール部５３を形成している。被シール部５３は、ボス部の端面として形成されている。

ガスセンサ１は、酸素を検出するためのセンサ素子２を有し、センサ素子２は、有底円筒形状の固体電解質体２１と、固体電解質体２１の内面および外面に設けられた一対の電極２２とからなる。センサ素子２の基端側には、一対の電極２２の正極と電気的に接続された金属端子２３が設けてある。また、一対の電極２２の負極はハウジング３と導通している。センサ素子２はハウジング３に挿通固定され、両者の間は密閉封止されている。

図２に示すごとく、ハウジング３の先端側には、センサ素子２を覆うように、二重構造の被測定ガス側カバー４１がかしめ固定されている。被測定ガス側カバー４１はセンサ素子２に近い内側に位置する内カバー４１１と、内カバー４１１の外側に位置する外カバー４１２とからなり、内カバー４１１および外カバー４１２には被測定ガスを導入するための導通孔４１３がそれぞれ設けられている。

ハウジング３の基端側には、大気側カバー４２が配設されており、大気側カバー４２の内側には絶縁碍子２５が設けてある。絶縁碍子２５の内側には、センサ素子２の正極と電気的に接続された金属端子２３が設けてあり、金属端子２３には、リード線２４が接続されている。また、大気側カバー４２の内側における絶縁碍子２５より基端側の位置には、リード線２４を挿通しつつ、大気側カバー４２の基端部を密封する弾性絶縁部材２７が設けてある。

図１及び図２に示すごとく、ハウジング３は、電気導電性を有する金属材料を略筒状に形成してなる。ハウジング３は、軸方向Ｌにおける略中央位置に形成された係合部３１と、係合部３１から先端側に突出した先端筒部３３と、係合部３１の基端側端面から基端側に突出した基端筒部３２とを有している。係合部３１と基端筒部３２と先端筒部３３とは互いに一体的に形成されて、一部品からなるハウジング３を構成している。そして、先端筒部３３の外周面にネジ部３３２が形成され、係合部３１の先端側の端面がシール部３３３となっている。係合部３１はネジ部３３２の外径よりも拡径して形成されている。これにより、ネジ部３３２とシール部３３３とは一体的に構成されている。ここで、ネジ部３３２とシール部３３３とが一体的に構成されている態様としては、本例のように一部品の中にネジ部３３２とシール部３３３とが形成されているような態様に限られない。例えば、ガスセンサ１を被取付部５に固定する前の状態において、ネジ部３３２が形成された部品とシール部３３３が形成された部品とが互いに組み付けられた態様であってもよい。

ハウジング３の内側には、センサ素子２が挿通して固定されている。
基端筒部３２は、大気側カバー４２の内側に挿通された状態で固定されている。
先端筒部３３の外周側面には、被取付部５のネジ孔５１と螺合可能なネジ部３３２が形成されており、先端筒部３３の先端側端面には、被測定ガス側カバー４１をかしめ固定するためのかしめ溝３３１が形成されている。

図３に示すごとく、係合部３１は、ガスセンサ１の軸方向Ｌから見たとき正六角形に形成されており、ガスセンサ１を固定するための工具と係合可能に形成されている。係合部３１の外形は、基端筒部３２及び先端筒部３３の外形よりも大きく形成されており、基端筒部３２及び先端筒部３３と係合部３１との間は段状に形成されている。

また、係合部３１における先端側の端面は、被取付部５の被シール部５３と対向するシール部３３３をなしている。本例において、シール部３３３は、ガスセンサ１の軸方向Ｌの先端側に向かうにつれて外径が縮径する略円錐台形状をなしており、テーパ面３３５として形成されている。テーパ面３３５の先端側における外径は、被取付部５におけるネジ孔５１の内径よりも小さく形成されており、ガスセンサ１を被取付部５に固定した際に、テーパ面３３５の先端側の一部はネジ孔５１の内側に配置される。本例の当接部３３４は、ネジ孔５１の開口縁５２と当接するよう、テーパ面３３５の一部として形成されている。

上記の説明から導かれるように、本例のガスセンサ１を被取付部５に取り付けてなるガスセンサ１の取付構造は、以下のような構造となっている。
具体的には、ガスセンサ１のネジ部３３２が被取付部５のネジ孔５１に螺合されている。ガスセンサ１を回転させてネジ部３３２をネジ孔５１に螺合する際には、シール部３３３の当接部３３４が、ガスセンサ１と共に被シール部５３に対して回転しながら、径方向の一部において局部的に被シール部５３に当接する。こうして、当接部３３４と被シール部５３との周方向への変化を伴って、当接部３３４の全周が被シール部５３に密着したガスセンサ１の取付構造が形成される。

以下、本例の作用効果について説明する。
ガスセンサ１においては、当接部３３４を有することにより、ガスセンサ１の生産性を向上させると共に、ガスセンサ１と被取付部５との間におけるシール性及び電気導通性を向上させることができる。

具体的には、ガスセンサ１を被取付部５に固定する際には、ハウジング３のネジ部３３２を被取付部５のネジ孔５１に螺合させる。このとき、被取付部５に対して、ガスセンサ１の全体を回転させることとなり、被取付部５に対してハウジング３が回転することとなる。したがって、被取付部５の被シール部５３に対して、ハウジング３のシール部３３３に設けられた当接部３３４が、回転しながら接近する。そして、当接部３３４と被シール部５３とが接触すると、ネジ部３３２とネジ孔５１との螺合で生じる軸力が、当接部３３４と被シール部５３との間に加わる。この軸力が加わった状態で、当接部３３４が被シール部５３に対して回転することにより、当接部３３４と被シール部５３とが互いに擦れ合う。そのため、当接部３３４と被シール部５３との間に存在する酸化被膜や異物を除去することができる。これにより、酸化被膜や異物を除去する工程が不要となり、ガスセンサ１の生産性を向上させることができる。

また、当接部３３４と被シール部５３とを局部的に接触させることにより、当接部３３４に軸力を集中させることができる。そのため、当接部３３４及び被シール部５３の一方又は両方を、他方の形状に沿うように変形させ、互いに密着させることができる。これにより、当接部３３４の形状と被シール部５３との間の電気導通性及びシール性を向上させることができる。仮に、当接部３３４及び被シール部５３の接触面の加工精度が低い場合でも、当接部３３４と被シール部５３とを全周において確実に接触させることができる。

また、シール部３３３は、ガスセンサ１の軸方向Ｌにおける先端側に向かうにつれて縮径するテーパ面３３５として形成されており、当接部３３４は、ネジ孔５１の開口縁５２と当接するよう、テーパ面３３５の一部として形成されている。そのため、当接部３３４と被シール部５３との接触面積を低減し、電気導通性及びシール性をさらに向上させることができる。また、ハウジング３を単純な形状とすることにより、当接部３３４を容易に形成することができる。

以上のごとく、本例のガスセンサ１によれば、生産性を向上させると共に、被取付部５との間の電気導通性及びシール性を向上させることができる。

（実施例２）
本例は、図４及び図５に示すごとく、実施例１のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例のガスセンサ１におけるシール部３３３は、軸方向Ｌと直交するシール面３３６と、シール面３３６から被シール部５３側に突出した、当接部３３４としてのシール突部３３７とを有している。シール突部３３７は、ガスセンサ１の中心軸線を中心とする円環状をなしており、その断面形状は、略半円形状をなしている。
その他の構成は実施例１と同様である。また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。以下の各実施形態及び各実施例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

（実施例３）
本例は、図６及び図７に示すごとく、実施例２のガスセンサ１におけるシール突部３３７の形状を変更した例である。
本例のガスセンサ１におけるシール部３３３は、被シール部５３側に突出した、当接部３３４としての複数のシール突部３３７を有している。各シール突部３３７は、ガスセンサ１の中心軸線を中心とする同心円状に形成された円環状をなしており、その断面形状は、略長方形状をなしている。本例のシール突部３３７は、シール部３３３に形成された複数の溝部の間において、溝部と相対して突出している。
その他の構成は実施例１と同様である。また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例４）
本例は、図８に示すごとく、実施例１のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例においては、排気管のボス部の端面として形成された被シール部５３は、ガスセンサ１の軸方向Ｌにおける先端側に向かうにつれて縮径するテーパ形状に形成されている。本例のガスセンサ１における当接部３３４は、テーパ形状の被シール部５３に当接する。
その他の構成は実施例１と同様である。また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、実施例４のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例のガスセンサ１におけるシール部３３３には、ガスセンサ１の軸方向Ｌの先端側に向かうにつれて外径が縮径する外周側テーパ面３３８と、外周側テーパ面３３８と比較して緩やかに外径が縮径する内周側テーパ面３３９とが形成されている。内周側テーパ面３３９は、外周側テーパ面３３８の内周側に隣接して形成されている。本例の当接部３３４は、外周側テーパ面３３８と内周側テーパ面３３９との境界に形成された凸部からなる。また、本例の被シール部５３も、実施例４と同様に、テーパ形状に形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例６）
本例は、図１０に示すごとく、実施例５のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例のガスセンサ１におけるシール部３３３は、外周側テーパ面３３８と、内周側テーパ面３３９と、外周側テーパ面３３８と内周側テーパ面３３９との境界に形成された、当接部３３４としてのシール突部３３７とを有している。シール突部３３７は、シール部３３３から被シール部５３側に突出して形成されている。シール突部３３７は、ガスセンサ１の中心軸線を中心とする円環状をなしており、その断面形状は、略半円形状をなしている。また、本例の被シール部５３も、実施例４と同様に、テーパ形状に形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例７）
本例は、図１１に示すごとく、実施例４のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例のガスセンサ１における当接部３３４は、係合部３１の先端外側の角部として形成されている。また、本例の被シール部５３も、実施例４と同様に、テーパ形状に形成されている。そして、本例の当接部３３４はテーパ形状の被シール部５３に当接する。
その他の構成は実施例１と同様である。また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例８）
本例は、図１２に示すごとく、実施例７のガスセンサ１における形状を一部変更した例である。
本例のガスセンサ１における係合部３１は、円形状の外形を有する先端側部分３１１と、六角形状の外形を有し先端側部分３１１よりも外形が小さい基端側部分３１２とを有している。当接部３３４は、先端側部分３１１の先端外側の角部として形成されている。また、本例の被シール部５３も、実施例４と同様に、テーパ形状に形成されている。そして、本例の当接部３３４はテーパ形状の被シール部５３に当接する。
その他の構成は実施例１と同様である。本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ ガスセンサ
２ センサ素子
２３ 金属端子
２５ 絶縁碍子
３ ハウジング
３３２ ネジ部
３３３ シール部
３３４ 当接部
５ 被取付部
５１ ネジ孔
５３ 被シール部

Claims (8)

1. 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、該センサ素子の正極と電気的に接続された金属端子（２３）を内側に保持する絶縁碍子（２５）と、上記センサ素子を内側に挿通保持すると共に上記センサ素子の負極と電気的に接続されたハウジング（３）とを有するガスセンサ（１）であって、
   上記ハウジングは、上記ガスセンサが固定される被取付部（５）に形成されたネジ孔（５１）と螺合可能なネジ部（３３２）と、上記ネジ孔の開口部の周囲を囲むように形成された被シール部（５３）と対向して配設されるシール部（３３３）とを有しており、
   該シール部は、上記被シール部における径方向の一部に局部的に当接すると共に該被シール部の全周に環状に当接する当接部（３３４）を有している、ガスセンサ。
2. 上記シール部は、上記ガスセンサの軸方向（Ｌ）における先端側に向かうにつれて縮径するテーパ面として形成されており、
   上記当接部は、上記ネジ孔の開口縁（５２）と当接するよう、上記テーパ面の一部として形成されている、請求項１に記載のガスセンサ。
3. 上記当接部は、上記シール部から上記被シール部に向かって突出するシール突部（３３７）からなる、請求項１に記載のガスセンサ。
4. 上記シール突部（３３７）は、同心円状に複数形成されている、請求項３に記載のガスセンサ。
5. 上記当接部は、上記ガスセンサの軸方向における先端側に向かうにつれて縮径する上記被シール部に当接する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
6. 上記シール部は、上記ネジ部の外径よりも拡径した係合部（３１）の先端側の端面として形成されており、
   上記当接部は、上記係合部の先端外側の角部として形成されており、かつ、上記ガスセンサの軸方向における先端側に向かうにつれて縮径する上記被シール部に当接する、請求項１に記載のガスセンサ。
7. 上記係合部は、円形状の外形を有する先端側部分と、六角形状の外形を有し上記先端側部分よりも外形が小さい基端側部分とを有しており、
   上記当接部は、上記先端側部分の先端外側の角部として形成されている、請求項６に記載のガスセンサ。
8. 上記ガスセンサの上記ネジ部が上記被取付部の上記ネジ孔に螺合される際に、上記シール部の上記当接部が上記ガスセンサと共に回転して上記被シール部に当接するよう構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスセンサ。

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