JP4369611B2

JP4369611B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4369611B2
Application number: JP2000337502A
Authority: JP
Inventors: 昌弘浅井; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2002139473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基準ガスとしての大気を外部から導入して機能するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、混合ガス中から特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、ＨＣセンサやＮＯｘセンサ等種々のものが知られている。
この種のガスセンサの一つとして、例えば特開平９−５４０６３号公報に示される外気導入型の酸素センサがある。この酸素センサは、外気を導入する通気孔を、弾性体からなるシール部材の中央を軸方向に貫通するように形成すると共に、この通気孔を硬質の通気フィルタにより閉塞することにより、その通気性と防水性を保持している。
【０００３】
しかし、このような硬質フィルタを通気孔全体にわたって配置した構成では、通気孔における圧力損失が大きくなってしまい、その通気性を十分に確保することが困難であるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで発明者らは、シート状の通気フィルタを、通気孔に嵌挿可能な筒状挿入部材の外周面と通気孔の内周面との間に挟持する態様で通気孔内に固定する構成とし、これにより通気性を高くすることを考えている。
【０００５】
しかしながら、上記構成では、通気フィルタを筒状挿入部材に被せた状態で、通気孔に挿入する際に、通気孔の内面との間の摩擦力により通気フィルタが強く引っ張られる状態となる。このため、通気フィルタの材質によっては、挿入の際に通気フィルタが薄肉化して耐水圧が下がり、防水性能が低下してしまうという可能性が懸念された。
【０００６】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、通気孔を介して大気を外部から導入して機能するガスセンサにおいて、通気孔のより高い通気性および防水性を確保することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、本発明（請求項１記載）のガスセンサにおいては、弾性体からなるシール部材に形成された通気孔の上端開口部をシート状の撥水性通気フィルタで覆い、この通気フィルタをシール部材の上端面と押え部材との間で挟持する構成を採っている。そしてシール部材は、その上端面の上端開口部を包囲する形状の包囲領域に於いて、押え部材との間で、通気フィルタを局所的に強い圧縮力で挟持している。
【０００８】
この様に本発明（請求項１）のガスセンサにおいては、シール部材とこのシール部材の上端面に配置される押え部材でシート状の通気フィルタを挟持するようにしたので、強い引張り力を加えることなく、通気フィルタを平板な形状でそのまま用いることができ、通気フィルタの防水性を低下させない。
【０００９】
そしてシール部材は、その上端面の上端開口部を包囲する形状の包囲領域に於いて、押え部材との間で、通気フィルタを局所的に強い圧縮力で挟持しているので、確実に通気フィルタをシール部材の上端面に固定することができ、通気孔への水の浸入を防止することができる。
【００１０】
上記押え部材としては、例えば、フッ素ゴムなどのゴム材料、セラミックスを用いることができる。
また請求項２に記載の様に、樹脂を用いることもでき、その場合には押え部材の加工が容易であり、安価に出来るというメリットがある。押え部材はその厚みを厚くしすぎると、通気フィルタの通気面上部に形成される凹部に塵などが溜まりやすいので、ある程度の厚さ以下にする必要が有る。またシール部材が、その上端面の上端開口部を包囲する形状の包囲領域に於いて、押え部材との間で、通気フィルタを局所的に強い圧縮力で挟持するには、押え部材の厚さをある程度以上とする必要がある。具体的には、樹脂としてＰＰＳを用いた場合、押え部材の厚さは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。
【００１１】
また請求項３に記載の様に金属を用いることもできる。この場合、押え部材の剛性を高めることができるので、その厚さを抑制することが可能となり、通気フィルタの通気面上部に形成される凹部に塵などが溜まり難くすることができる。具体的には、金属としてＳＵＳ３０４を用いた場合、押え部材の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。
【００１２】
さてシール部材が、その上端面の上端開口部を包囲する形状の包囲領域に於いて、押え部材との間で、通気フィルタを局所的に強い圧縮力で挟持できる構成とするには、請求項４に記載の様に、上端開口部を包囲すると共に押え部材に向けて突出する第１突出部をシール部材の上端面に形成する態様も考えられる。この様な第１突出部と押え部材との間で通気フィルタを挟持するようにすれば、上端開口部を包囲する包囲領域にて局所的に強い圧縮力で、シール部材が押え部材との間で通気フィルタを挟持することが容易となり、その結果、通気孔への浸水防止も容易に図ることができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の様に、シール部材の上端面の内の上端開口部を包囲する形状の包囲領域に向けて突出する第２突出部を押え部材に設け、この第２突出部によりシール部材に圧縮力を加えるようにすることもできる。この様にしても、上端開口部を包囲する包囲領域にて局所的に強い圧縮力で、シール部材が押え部材との間で通気フィルタを挟持することが容易となり、その結果、通気孔への浸水防止も容易に図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例を図面と共に説明する。
第１実施例は、本発明のガスセンサを酸素センサ１として構成したものであり、図１は、当該酸素センサ１の全体構成を示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、この酸素センサ１は、ＺｒＯ２を主成分とする固体電解質体により先端が閉じた中空軸状に形成された検出素子２、検出素子２内に配置された軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を支持する主体金具９、主体金具９の上部に連設され内側に基準ガス空間Ａを形成する外筒１３、外筒１３の上部開口部４７に挿入されて外筒１３などと共に基準ガス空間Ａを形成するシールユニット１４、検出素子２の出力電圧を外部に取り出すためのリード線２０，２１などから構成されている。また、図示しないが、セラミックヒータ３に通電するための一対のリード線も設けられている。なお、本実施例においては主体金具９および外筒１３が、請求項の「筐体」を構成している。
【００１６】
シールユニット１４は、図２〜図４にも示す様に、軸方向に通気孔１５ａを有する円柱形状のシール部材１５と、このシール部材１５の上端面の一部を覆うことができるよう一端が閉塞された筒状に形成された押え部材１６との間に、撥水性のシート状の通気フィルタ５０を介装させて構成されたものである。
【００１７】
以下、シール部材１５の構造、通気フィルタ５０の取付構造等について、図２〜図４と共に説明する。
シール部材１５は、弾性体（本実施例では、フッ素ゴム）により、押え部材１６の筒内部に挿入可能な円柱形状に形成されている。シール部材１５には、外気を通過させるためにその中央を軸方向に貫通する通気孔１５ａと、この通気孔１５ａの周りに等間隔で配置され、上述したリード線２０，２１等を通過させるために軸方向に貫通する複数（リード線２０，２１等と同数）挿通孔１５ｂとが形成されている。
【００１８】
また、押え部材１６は、金属により、上端が閉塞面で閉塞された円筒状に形成されている。押え部材１６の閉塞面には、シール部材１５の通気孔１５ａに対応する位置にて軸方向に貫通する通気孔１６ａが設けられているほか、シール部材１５の挿通孔１５ｂに対応する位置にて軸方向に貫通する挿通孔１６ｂが形成されている。
【００１９】
通気フィルタ５０は、円形のシート状に形成され、押え部材１６の挿通孔１６ｂ及びシール部材１５の挿通孔１５ｂに対応する位置に、挿通孔５０ａが形成されている。
この通気フィルタ５０は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（例えば、商品名：ゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許容する通気フィルタとして構成されている。また、さらに撥油コートした多孔質繊維構造体（商品名：オレオベントフィルタ（ジャパンゴアテックス（株）））を用いることもできる。これを用いることにより、付着した油分が気化して内部に侵入する危険性を低下させることができる。
【００２０】
そして、シールユニット１４の組立ては、押え部材１６、通気フィルタ５０、シール部材１５を、それぞれに設けられた対応する各挿通孔を突き合わせる態様で接着することにより行われる。このとき、通気フィルタ５０は、通気孔１６ａと通気孔１５ａとの間を通気可能に閉塞する。
【００２１】
そして、このように形成されたシールユニット１４が、図１に示す様に、外筒１３の上部開口部４７の内側に配置され、通気フィルタ５０よりも僅かに下方の位置で、外筒１３を介して径方向に加締められ、それにより外筒１３及びシール部材１５が密着し、そのシール性がより確実なものとされる。また、その際、押え部材１６の側面も加締られ、シール部材１５に確実に固定される。
【００２２】
そして、本実施例においては、シール部材１５の通気孔１５ａの上端開口部を包囲すると共に押え部材１６に向けて環状に突出する第１突出部１５ｃが、シール部材１５の上端面１５ｄにおいて、通気孔１５ａの縁部に形成されている。この第１突出部１５ｃは、通気フィルタ５０を介して押え部材１６に突き当たっており、押え部材１６から圧縮力を受けている。即ち、第１突出部１５ｃには周囲より強い圧縮応力が生じており、通気フィルタ５０は、第１突出部１５ｃと押え部材１６との間で強固に挟持されている。
【００２３】
この様に本実施例の酸素センサ１においては、シール部材１５と押え部材１６でシート状の通気フィルタ５０を挟持するようにしたので、強い引張り力を加えることなく、通気フィルタ５０を平板な形状でそのまま用いることができる。そのため、通気フィルタ５０の防水性が低下しない。
【００２４】
そして、シール部材１５の上端面１５ｄにおいて上端開口部を包囲する環状の包囲領域（即ち第１突出部１５ｃ）には、通気フィルタ５０を介して押え部材１６から局所的に強い圧縮力が加えられる。そのため、確実に通気フィルタ５０をシール部材１５の上端面１５ｄに固定することができ、通気孔１５ａへの水の浸入を防止することができる。
【００２５】
次に第２実施例について説明する。
本実施例においては、図５、図６に示すように、シール部材２１５の上端面２１５ｄには第１突出部が形成されていないが、シール部材２１５の上端面２１５ｄの内、シール部材２１５の通気孔２１５ａの上端開口部を包囲する形状の包囲領域に向けて突出する環状の第２突出部２１６ｃが、押え部材２１６に形成されている。この第２突出部２１６ｃは、通気フィルタ５０を介してシール部材２１５に突き当たっており、シール部材２１５の上記包囲領域に対して圧縮力を加えている。即ち、シール部材２１５の上端面２１５ｄの内、第２突出部２１６ｃが突き当たっている部位には、周囲より強い圧縮応力が生じており、通気フィルタ５０は、第２突出部２１６ｃとシール部材２１５との間で強固に挟持されている。
【００２６】
この様に本実施例においては、シール部材２１５と押え部材２１６でシート状の通気フィルタ５０を挟持するようにしたことから、第１実施例と同様の効果を奏する。
そして、シール部材２１５の上端面２１５ｄにおいて上端開口部を包囲する環状の包囲領域には、通気フィルタ５０を介して押え部材２１６の第２突出部２１６ｃから局所的に強い圧縮力が加えられる。そのため、確実に通気フィルタ５０をシール部材２１５の上端面２１５ｄに固定することができ、通気孔２１５ａへの水の浸入を防止することができる。
【００２７】
なお、本実施例において、上記以外の点については、第１実施例の酸素センサ１と同様であるので、説明を省略する。
以上、一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様をとることができる。
【００２８】
例えば、上記実施例では、押え部材１６，２１６を金属で形成するものとして説明したがこれに限られるものではなく、樹脂を用いても良い。
また上記第１実施例では、第１突出部１５ｃを、シール部材１５の上端面１５ｄにおいて、通気孔１５ａの上端開口部の縁部に形成するものとして説明したが、これに限られるものではなく、上端開口部を包囲していれば、当該縁部から離れた位置に形成しても良い。
【００２９】
その他の事項についても、配置、形状、材質等は上記実施例のものに限られず、本発明の技術的範囲に属する限り、設計の便宜上、適宜変更しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の酸素センサの断面図である。
【図２】第１実施例のシールユニットの断面図である。
【図３】第１実施例のシールユニットを分解して示す説明図である。
【図４】第１実施例のシールユニットの上面図である。
【図５】第２実施例のシールユニットの断面図である。
【図６】第２実施例のシールユニットを分解して示す説明図である。
【符号の説明】
１…酸素センサ２…検出素子
９…主体金具１３…外筒
１４…シールユニット
１５，２１５…シール部材
１５ａ，２１５ａ…通気孔
１５ｃ…第１突出部
１５ｄ，２１５ｄ…上端面
１６，２１６…押え部材
１６ａ…通気孔５０…通気フィルタ
２１６ｃ…第２突出部
Ａ…基準ガス空間

Claims

検出素子と、
検出素子に基準大気を供給するための基準ガス空間を形成する筐体と、
弾性体からなり前記筐体と共に基準ガス空間を形成するシール部材と、
前記シール部材の上端面に上端開口部を有し該上端開口部から前記基準ガス空間に外気を導入する通気孔と、
シート状に形成され、前記上端開口部を覆う撥水性の通気フィルタと、
該通気フィルタを前記シール部材の上端面との間で挟持する押え部材と、
を備え、
前記シール部材は、前記上端面の前記上端開口部を包囲する形状の包囲領域に於いて、前記押え部材との間で、前記通気フィルタを局所的に強い圧縮力で挟持している事、
を特徴とするガスセンサ。
前記押え部材は、樹脂で形成されている事、
を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記押え部材は、金属で形成されている事、
を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記シール部材は、前記上端開口部を包囲すると共に前記押え部材に向けて突出する第１突出部をその上端面に有し、該第１突出部に、前記通気フィルタを介して前記押え部材から圧縮力を受けている事、
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガスセンサ。
前記押え部材は、前記シール部材の上端面の内の前記上端開口部を包囲する形状の包囲領域に向けて突出する第２突出部を有し、
前記シール部材は、前記通気フィルタを介して前記第２突出部から圧縮力を受けている事、
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガスセンサ。