JP2019027917A - ガスセンサ - Google Patents
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Description
この種のガスセンサとして、排気管に固定される筒状の主体金具(ハウジング)内にセンサ素子を保持し、その一端を被測定ガスに晒す構成が知られている。そして、センサ素子を主体金具に安定して保持すると共に、排気ガスのガスセンサ内部への漏洩を防止するため、主体金具とセンサ素子との隙間に滑石粉末を圧縮充填する構造が採られている(特許文献1参照)。
このガスセンサは、アルミナ製で長尺筒状の絶縁体の内側にセンサ素子を収容し、絶縁体の後端側をガラスで封止することで、センサ素子と絶縁体の間をシールしている。
一方、センサ素子を固定した絶縁体を主体金具の内側に収容し、両者の隙間に滑石粉末を圧縮充填して絶縁体と主体金具の間をシールしている。
これに対し、滑石粉末の圧縮荷重を高める方策があるが、滑石粉末の圧力が上昇してセンサ素子が折れ易くなるという問題が生じる。又、特に板状の素子の場合、圧縮荷重を高くしても素子の角部の滑石粉末には圧力が掛かり難く、この部分からのリークを抑制するのが難しい。
又、特許文献1のガスセンサのように、1個の長尺の絶縁体の内側にセンサ素子を収容する場合、センサ素子の軸線方向の長さの大部分を絶縁体に挿通する必要があり、素子が折れやすくなったり、絶縁体とセンサ素子の軸心がずれた場合に修正し難いという問題がある。後者の場合、センサ素子の電極パッドと、センサ素子の後端側のセパレータに配置された端子金具との電気的接続が不良となったり、センサ素子の後端部が斜めにセパレータに挿入されてセンサ素子が破損するおそれがある。
一方、この方式では、絶縁鍔部よりも先端側のセラミックホルダとセンサ素子の外面との間がシールされず、セラミックホルダとセンサ素子との間からガスセンサ内部へ被検出ガスが流入する。そこで、センサ素子の外面に接合された絶縁鍔部をセラミックホルダの後端側に配置し、絶縁鍔部の外面と主体金具の内面との間に圧縮粉末体を充填することで、セラミックホルダの後端側がシールされることになる。このとき、センサ素子の外面に絶縁鍔部が直接接合されているので、セラミックホルダとセンサ素子との間から流入した被検出ガスは、絶縁鍔部で妨害されてセンサ素子よりも径方向外側へ流れ、圧縮粉末体でシールされる。そして、圧縮粉末体でシールし難いセンサ素子の外面、特に圧縮荷重を高くしても圧力が掛かり難い板状素子の角部に絶縁鍔部が直接接合されているので、滑石粉末の圧縮荷重を高めなくとも、センサ素子の外面側の隙間をシールでき、素子折れを抑制できる。
このガスセンサによれば、絶縁鍔部が単一部材からなるため複数部材の物と比べて部品点数が少なく、かつ、絶縁鍔部が複数部材の物と比べて小型に成形しやすいため、センサの小型化とシール性の維持を両立することができる。
このガスセンサによれば、絶縁鍔部と主体金具との間に充填された圧縮粉末体を確実に圧縮することができ、シール性が向上する。
このガスセンサによれば、絶縁鍔部と主体金具との間に圧縮粉末体を充填することができ、この部位でシールを行うことができる。
このガスセンサによれば、圧縮粉末体を低コストで得られる。
このガスセンサによれば、主体金具との隙間に配置された圧縮粉末体を径方向に均等に圧縮することができ、シール性が向上する。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線O方向)に沿う断面図である。
そして、先端向き面35aが主体金具30の段部33に係止され、セラミックホルダ35の挿通孔35hにセンサ素子100を挿通されると共に、セラミックホルダ35の後端側に、センサ素子10の外面に接合された絶縁鍔部38の先端向き面が当接している。
そして、主体金具30の後端部30aが径方向内側に向かって折り曲げるように加締められ、後端部30aは金属リング34を介して圧縮粉末体37を先端側に押圧している。これにより、圧縮粉末体37は金属リング34と絶縁鍔部38との間で圧縮充填され、セラミックホルダ35と主体金具30との間のシール及び固定を行うようになっている。
又、セラミックホルダ35は後端側から絶縁鍔部38及び圧縮粉末体37で押圧され、主体金具30内にセラミックホルダ35が位置決めされている。
外側プロテクタ41及び内側プロテクタ42の後端部は、主体金具30の先端の外側に嵌合され、レーザ溶接等で固定されている。
外筒25の軸線O方向中央付近には、後端向き面を有する段部25dが形成され、セパレータ50の後端向き面が段部25dに係止された状態で、保持部材51がセパレータ50の鍔部50aに係合し、段部25dと保持部材51との間にセパレータ50が固定されている。
さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部を閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の後端内側に挿入された状態で、先端側から保持部材55に保持され、保持部材55の外側で外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒25の後端と保持部材51との間に固定されている。ゴムキャップ52にも、リード線11〜15をそれぞれ挿入するための挿通孔が先端側から後端側にかけて貫設されている。
図2に示すように、絶縁鍔部38は、センサ素子100と別体の筒状のセラミック焼結部材又はガラスからなり、センサ素子100の外面に直接接合されて径方向外側に突出している。この絶縁鍔部38は、例えば、セラミック又はガラスを仮焼して筒状に形成した仮焼絶縁鍔部を、未焼成のセンサ素子に挿通し、全体を焼成することでセンサ素子100の外面に直接接合させることができる。
これにより、絶縁鍔部38とセンサ素子100の外面との間は一体となって気密にシールされる。
ここで、「直接接合される」とは、絶縁鍔部38とセンサ素子100の外面との間に、他部材が介在しないことをいう。
なお、図3に示すように、絶縁鍔部38の中心には、センサ素子100が略隙間なく通るように、センサ素子の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口をなす挿通孔38hが設けられている。
ところが、この方式では、絶縁鍔部38よりも先端側のセラミックホルダ35とセンサ素子100の外面との間がシールされず、図4に示すようにセラミックホルダ35とセンサ素子100との間からガスセンサ1内部へ被検出ガスGが流入する。このため、セラミックホルダ35の後端側でシールを行う必要がある。
このとき、センサ素子100の外面に絶縁鍔部38が直接接合されている。これにより、図4に示すようにしてセラミックホルダ35とセンサ素子100との間から流入した被検出ガスGは、絶縁鍔部38で妨害されてセンサ素子100よりも径方向外側へ流れ、圧縮粉末体37でシールされる。
又、圧縮粉末体37でシールし難いセンサ素子100の外面、特に圧縮荷重を高くしても圧力が掛かり難い板状素子の角部に絶縁鍔部38が直接接合されているので、滑石粉末の圧縮荷重を高めなくとも、センサ素子100の外面側の隙間をシールでき、素子折れを抑制できる。
又、絶縁鍔部38と主体金具30とが接しないようにすることで、絶縁鍔部38と主体金具30との間に圧縮粉末体37を充填することができ、この部位でシールを行うことができる。
例えば、絶縁鍔部38の形状は上記実施形態に限定されず、図5に示すように、絶縁鍔部381の外面に凹凸381sを設けて圧縮粉末体37との接触面積を増やしてもよい。又、上記実施形態では絶縁鍔部38の外面が軸線O方向に平行になっていたが、例えば絶縁鍔部38を先端又は後端に向かって窄まるテーパ状としてもよい。特に後端に向かって窄まるテーパ状であれば、主体金具30の後端部30aによって圧縮粉末体37が押圧される際に、効率よく圧縮することができ、シール性が向上する。
又、絶縁鍔部38の径方向の断面形状が円形でなくてもよい。但し、絶縁鍔部38の径方向の断面形状が円形又は五角形以上の多角形であると、主体金具30との隙間に配置された圧縮粉末体37を径方向に均等に圧縮することができ、シール性が向上するので好ましい。
30 主体金具
34 押圧部材(金属リング)
35 セラミックホルダ
37 圧縮粉末体
38、381 絶縁鍔部
100 センサ素子
O 軸線
Claims (6)
- 軸線方向に延び、先端側にガスを検知する検知部が形成されるセンサ素子と、
センサ素子の外面に直接接合されて径方向外側に突出し、該センサ素子と別体のセラミック焼結部材又はガラスからなる筒状の絶縁鍔部と、
当該センサ素子の前記検知部を露出させた状態で、前記絶縁鍔部の先端向き面が当接しつつ前記センサ素子が挿通される筒状のセラミックホルダと、
前記セラミックホルダ及び前記絶縁鍔部の径方向周囲を取り囲みつつ、自身の内側に前記セラミックホルダを保持する筒状の主体金具と、
前記絶縁鍔部の外面と前記主体金具の内面との間に充填されている圧縮粉末体と、
前記圧縮粉末体の後端を先端側に向かって押圧する筒状の押圧部材と、
を備えるガスセンサ。 - 前記絶縁鍔部が単一部材からなる請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記圧縮粉末体の後端向き面が、前記絶縁鍔部の後端よりも先端側に位置する請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記絶縁鍔部と前記主体金具とが接しない請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記圧縮粉末体が、滑石、アルミナ、又は窒化ホウ素からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記絶縁鍔部の径方向の断面形状が円形又は五角形以上の多角形である請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサ。
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