JP2020051769A - ガスセンサ - Google Patents
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Description
この種のガスセンサとして、板状のセンサ素子の後端側外表面に複数の電極部(電極パッド)を設け、この電極部のそれぞれに端子金具を電気的に接触させてセンサ素子からのセンサ出力信号を外部に取り出したり、センサ素子に積層されたヒータに給電するものが広く用いられている(特許文献1)。
先端側端子金具200は、センサ素子300の電極部300pに接続される。又、後端側端子金具220の後端側にはリード線250が加締め接続されている。
ここで、後端側端子金具220は略円筒状をなし、最大径をなす中央部221の後端縁221eを、セパレータ240の挿通孔240h内の段部240Sに係止して後端側への抜けを防止している。
このため、段部240Sの径方向の全体長さは、後端側端子金具220を実質的に係止する水平部240S1の長さに加えて、面取り部240R1、240R2の径方向の長さが余分に必要となって挿通孔240hが大きくなる分、セパレータ240の大型化を招いたり、同一大きさのセパレータ240に設けられる挿通孔240h、つまり端子金具の個数が制限されるという問題がある。特に、電極部300pの数が多いNOxセンサ素子(通常6個)や、マルチガスセンサ(通常8個)の場合に、セパレータ240に多数の挿通孔240hを設ける必要がある。
これに対し、このガスセンサによれば、セパレータに設けた第2テーパ面にて端子金具を係止することで、水平な段部を設ける場合に比べ、セパレータの内部に端子金具を省スペースで保持することができ、セパレータの小型化や、セパレータへの端子金具の保持個数を増大することができる。
このガスセンサによれば、θ1<θ2の場合に比べ、端子金具がセパレータの後端側へ抜けることをより確実に防止できる。
このガスセンサによれば、第2テーパ面が軸周りに回転対称であるので、端子金具の軸周りの向きを特定方向に決めなくても、端子金具をセパレータの挿通孔に挿通することができ、端子金具の軸周りの位置合わせが不要になって生産性が向上する。
このガスセンサによれば、頸部が後端に向かって径方向内側へ傾いていることを利用して、第2部が本体部の軸心により近づくので、リード線をセパレータの挿通孔からよりスムースに引き出すことができる。
マルチガスセンサは電極部の数が多いので、本発明がさらに有効となる。
このガスセンサによれば、第1テーパ面を含む頸部の強度が向上する。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(NOxセンサ)1の軸線O方向に沿う全体断面図、図2は先端側端子金具20,30を先端側セパレータ90に保持する態様を示す図、図3は後端側端子金具40の斜視図、図4は端側端子金具40を後端側セパレータ95に保持する態様を示す図、図5は先端側セパレータ90と後端側セパレータ95の組み付けを示す工程図である。
このガスセンサ1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NOxセンサである。
又、後述するように、後端側セパレータ95は、先端側セパレータ90の後端側に接して配置され、互いに接続されている。
先端側端子金具20、30と、後端側端子金具40とはそれぞれ先端側と後端側に配置されて互いに接続されている。後端側端子金具40、後端側セパレータ95がそれぞれ「特許請求の範囲の「端子金具」、「セパレータ」に相当する。
また、電極部11aは、センサ素子10の後端側の両面にそれぞれ幅方向に3つ並んでいる。各電極部11aは、例えばPtを主体とする焼結体として形成することができる。
一方、センサ素子10の先端のガス検出部11は、アルミナ等の多孔質保護層14で覆われている。
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、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、後端側セパレータ95から引き出された6本のリード線146(図1では2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170が配置されている。
又、グロメット170と先端側セパレータ90の間に後端側セパレータ95が配置され、グロメット170の弾性力により後端側セパレータ95が先端側セパレータ90を先端側へ押圧する。これにより、鍔部90pが保持部材169側へ押し付けられ、先端側セパレータ90及び後端側セパレータ95は、外筒144の内部に互いに接続された状態で(つまり、軸線O方向に分離せずに)保持されている。
なお、4本の先端側端子金具30はいずれも先端側セパレータ90内で隣接する先端側端子金具30同士が線対称の形状であるため、このうち、1本の先端側端子金具30(図2の左上の位置)のみ図示している。
又、2本の先端側端子金具20はいずれも先端側セパレータ90内で対向する先端側端子金具20同士が線対称の形状であるため、このうち、1本の先端側端子金具20(図2の上の位置)のみ図示している。なお、先端側端子金具20は、センサ素子10の幅方向に沿って2本の先端側端子金具30の間に位置する。
接続部23は断面C字の円筒状をなし、この筒内に、先端が断面C字の円筒状の後端側端子金具40が嵌挿されて接続されている。この場合、先端側端子金具20は後端側端子金具40を介してリード線146に間接的に接続されることとなる。
本体部21は先端側セパレータ90に保持される。
弾性部22は、本体部21の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、電極部11a(図1参照)に弾性的に接続する。
接続部33は、接続部23と同様な円筒状をなし、接続部23と同様、自身の筒内に後端側端子金具40が嵌挿されて接続されている。
本体部31は断面L字状になっていて、先端側セパレータ90に保持される。又、本体部31の後端側に接続部33が一体に接続されている。
弾性部32は、本体部31の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、電極部11a(図1参照)に弾性的に接続する。
なお、先端側端子金具20、30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。
後端側端子金具40は、例えば1枚の金属板(SUS304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。
先端部43、径大部45、圧着端子部47がそれぞれ特許請求の範囲の「第1部」、「本体部」、「第2部」に相当する。
先端部43は円筒状をなし、先端に向かって尖っている。そして、接続部23、33の筒内に、先端部43が嵌挿され、後端側端子金具40が先端側端子金具20、30と電気的に接続されるようになっている。
径大部45は、圧着端子部47及び先端部43よりも径大であり、径大部45の後端向き面45eが圧着端子部47よりも径方向外側に露出している。
又、後端側セパレータ95の先端向き面の外周側には、センサ素子10の幅方向に沿って突出する2つの凸部95pが形成されている。凸部95pは、先端側セパレータ90の凹部90r(図5)と係合するようになっている。
このとき、後端側端子金具40の先端部43の先端側(先端部43の軸線O方向中央より先端側)が後端側セパレータ95の先端向き面よりも突出している。
又、径大部45の外径は大径孔部95h1の内径よりわずかに小さく、大径孔部95h1が径大部45の少なくとも一部を包囲すると共に大径孔部95h1と係合し、後端側端子金具40を後端側セパレータ95内に保持する。
又、小径孔部95h2は、圧着端子部47の少なくとも一部を包囲するが、圧着端子部47と係合せずに離間している。
このとき、先端側セパレータ90の後端側に突出した先端側端子金具20の接続部23に、後端側セパレータ95の先端側に突出した後端側端子金具40の先端部43が嵌挿され、両端子金具が接続される。同様に、図示はしないが、先端側セパレータ90の後端側に突出した先端側端子金具30の接続部33に、後端側セパレータ95の先端側に突出した後端側端子金具40の先端部43が嵌挿され、両端子金具が接続される。
本発明においては、頸部41の外面は、後端側に向かうにつれて径方向内側に向かう(後端側に向かって窄まる)第1テーパ面41tを形成し、この第1テーパ面41tが後端側セパレータ95の第2テーパ面95tに係止される。
いま、図7に示すように、第2テーパ面95tの径方向の(水平方向の)長さをL1とする。この長さL1は、後端側セパレータ95の大径孔部95h1に配置される径大部45の寸法誤差や大径孔部95h1との隙間による、端子金具40の径方向へのブレ量Shを考慮し、このブレ量Shだけブレても、第1テーパ面41tが第2テーパ面95tに確実に当接するように設定される。
特に、電極部の数が多いNOxセンサ素子や、マルチガスセンサの場合に、本発明がさらに有効となる。
具体的に述べると、図7の破線に示すように、仮に後端側セパレータ95に先端側に向く水平な長さ0.1mmの段部95Dを設ける場合、面取り部が径方向に0.2mm以上必要となり、大径孔部95h1と小径孔部95h2の径差が、片側の段部だけで0.3mm以上、両側の段部で0.6mm以上必要となってしまう。これに対し、本発明では面取り部が不要となり、上記径差を片側で0.3mm未満、両側で0.6mm未満とすることができる。
このようにすると、第2テーパ面95tが軸周りに回転対称であるので、後端側端子金具40の軸周りの向きを特定方向に決めなくても、後端側端子金具40を後端側セパレータ95の挿通孔95hに挿通することができ、後端側端子金具40の軸周りの位置合わせが不要になって生産性が向上する。
このようにすると、θ1>θ2の場合に比べ、端子金具がセパレータの後端側へ抜けることをより確実に防止できる。
なお、軸AXに沿う断面で見たとき、第1テーパ面41t及び/又は第2テーパ面95tが曲線の場合、接触部Pにおけるテーパ面の接線と軸AXとのなす角をテーパ角とみなす。
又、図8に示すように、図6において、第1テーパ角θ1と第2テーパ角θ2が等しくてもよい。このようにすると、第1テーパ面41tと第2テーパ面95tとの接触面積が増え、端子金具がセパレータの後端側へ抜けることをより確実に防止できる。
このようにすると、頸部41が後端に向かって径方向内側へ傾いていることを利用して、圧着端子部47が径大部45の軸心により近づくので、リード線146を後端側セパレータ95の挿通孔95hからよりスムースに引き出すことができる。
又、第1テーパ面41tは、第1テーパ面41tが接続される径大部45の全周の1/2以上に設けられているとよい。このようにすると、第1テーパ面41tを含む頸部41の強度が向上する。頸部41の強度を向上させる観点からは、第1テーパ面41tが周方向に大きい(広い)方が良いが、全周に第1テーパ面41tを設けるのは製造が困難なため、径大部45の全周の2/3以下であるとより好ましい。
後端側端子金具と、先端側端子金具との接続(連結)構造は上記に限られず、例えば先端側端子金具の後端側を雄ピン形状として、この雄ピンを後端側端子金具の先端側の筒状部に嵌挿するようにしてもよい。
先端側端子金具の後端側や後端側端子金具の先端側を筒状にする場合、円筒に限らず、四角筒等の角筒でもよい。又、筒は完全に閉じられずに、筒の少なくとも一部(例えばC字)であってもよい。又、先端側端子金具又は後端側端子金具の一方の筒を、円柱又はその一部をなす形態としてもよい。
マルチガスセンサとしては、NOxセンサ素子の表面にアンモニアセンサ部を設けて、NOx及びアンモニア濃度を測定可能な構成が挙げられる(例えば、特開2018−81037号公報に記載の構成)。
10 センサ素子
11a 電極部
40 端子金具(後端側端子金具)
41 頸部
41t 第1テーパ面
43 第1部(先端部)
45 本体部(径大部)
47 第2部(圧着端子部)
95 セパレータ(後端側セパレータ)
95h1 大径孔部
95h2 小径孔部
95t 第2テーパ面
146 リード線
O 軸線
AX 本体部の軸
P 第1テーパ面と第2テーパ面との接触部
Claims (6)
- 軸線方向に延び、後端側の表面に電極部を有するセンサ素子と、
前記軸線方向に延び、前記電極部に電気的に接続される端子金具と、
前記端子金具を保持すると共に、前記センサ素子の後端側に配置される筒状のセパレータと、
前記端子金具の後端側に接続されて前記セパレータの後端側へ引き出されるリード線と、
を備えたガスセンサであって、
前記端子金具は、先端側から順に、前記電極部に直接又は間接的に接続される第1部と、筒状又は筒の一部をなす本体部と、前記リード線に直接又は間接的に接続される第2部と、前記本体部と前記第2部とを繋ぐ頸部と、を一体に有し、
前記頸部の外面は、後端側に向かうにつれて径方向内側に向かう第1テーパ面を形成し、
前記セパレータは、前記本体部の少なくとも一部を包囲する大径孔部と、前記大径孔部よりも後端側に位置して前記第2部の少なくとも一部を包囲し前記大径孔部よりも小径の小径孔部と、を備え、
前記大径孔部と前記小径孔部とを繋ぐ前記セパレータの内面には、前記第1テーパ面を係止し、後端側に向かうにつれて径方向内側に向かう第2テーパ面が形成されてなることを特徴とするガスセンサ。 - 前記第1テーパ面と前記第2テーパ面との接触部において、前記第1テーパ面と前記本体部の軸とのなす角である第1テーパ角θ1は、前記第2テーパ面と前記本体部の軸とのなす角である第2テーパ角θ2以下であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記第2テーパ面は、前記セパレータの内面の全周に延びる円錐台状に形成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。
- 前記第2部は、前記リード線を加締め接続する加締め部を形成し、
前記加締め部の前記径方向における最大幅D3が、前記本体部の前記最大幅D1よりも狭いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ。 - マルチガスセンサを構成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスセンサ。
- 前記第1テーパ面は、全周の1/2以上に設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサ。
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