JP4431289B2

JP4431289B2 - センサ

Info

Publication number: JP4431289B2
Application number: JP2001131706A
Authority: JP
Inventors: 雅彦西
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002329552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出素子をケーシング内に固定して動作し、所定の検出信号を検出するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、高温環境下において使用されるガスセンサから信号を取り出すための端子構造として、例えば特開平６−３３１５９６号公報、特開平６−３３１５９７号公報、特開平１０−１９７４７５号公報、特開平１１−１５３５７０号公報等に示されるコネクタ式のものが知られている。これらの端子構造においては、長軸状の出力端子がケーシング内に固定されてコネクタ部を構成し、この出力端子が検出素子の電極端子に接触して検出信号を取り出す。そして、リード線が接続された外部コネクタが外部からコネクタ部に接続されることにより、検出素子の検出信号を外部に取り出せるようになっている。
【０００３】
このため、ガスセンサを測定対象に晒すために取付部材に取り付ける際には、まずコネクタ部が固定された状態のケーシングを取付部材に取り付け、その後、リード線が接続された外部コネクタをこれに組み付けることができる。そのため、センサ本体（ケーシング及びその内装部品）の取付部材への取付作業が容易になる。特にケーシングが取付部材に対して螺合接続される場合でも、リード線のねじれの問題等が発生しない。
【０００４】
しかしながら、これらの構造は、いずれも外部コネクタをコネクタ部に被せて固定する構成を有するため、外部コネクタをコネクタ部よりも大きく形成せざるを得ない。一方、このコネクタ部については、種々の内装部品を収容する関係上その大きさを小さくするには限度があるため、ガスセンサ全体としての大きさを小さく構成するのが困難であった。このため、近年のガスセンサの小型化の要請に十分に応えられないといった問題があった。
【０００５】
このような問題は、ガスセンサに限らず、同様の構成を有するセンサであれば、温度センサや流量センサ等その他のセンサについても生ずるものと考えられる。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、コネクタ式のセンサにおいて、その小型化の要請に応えられるものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる課題に鑑み、請求項１に記載のセンサにおいては、ケーシング内に固定されたコネクタ部が、板状の検出素子の電極端子に接触して検出信号を取り出す。そして、リード線が接続された外部コネクタがこのコネクタ部に接続されることにより、検出素子の検出信号を外部回路に伝達できるようになっている。
【０００７】
このため、センサを測定対象に晒すために取付部材に取り付ける際には、まずコネクタ部が固定された状態のケーシングを取付部材に取り付け、その後、リード線が接続された外部コネクタをこれに組み付けることができる。そのため、上述した従来技術と同様、センサ本体（ケーシング及びその内装部品）の取付部材への取付作業が容易になる。
【０００８】
そして、コネクタ部は、ケーシングと別体をなすと共に、そのケーシングの内面に気密に固定され、コネクタ端子を挿通して保持するホルダと、検出素子の電極端子に接触して検出信号を取り出す複数の長尺状のコネクタ端子とを有して構成される。また、ホルダは、外部コネクタ側に開口した凹形状の嵌合部を有し、この嵌合部にコネクタ端子の端部を露出させて保持する。一方、外部コネクタは、嵌合部に嵌合可能な外面を有する。そして、嵌合部の内面に設けられた係止部に、外部コネクタの外面が係止されることにより、外部コネクタがコネクタ部に固定される。
【０００９】
かかる構成によれば、外部コネクタがコネクタ部に収容される態様で固定されるため、外部コネクタを、コネクタ部の外側で係止させる場合のように大きく構成する必要がない。つまり、外部コネクタを小さく構成することができる。
すなわち、上述のように、コネクタ部については、種々の内装部品を収容する関係上大きさがある程度規定される。換言すれば、コネクタ部は必然的にある程度大きく形成され、一般的には外部コネクタの収容に最低限必要な大きさ以上の大きさを有する。本発明は、かかる点に注目し、外部コネクタをコネクタ部の内側に係止させるようにしたものである。このため、センサ部分を全体として小さく構成することができ、近年の小型化の要請に応えることができる。
【００１０】
この場合、コネクタ部のコネクタ端子と外部コネクタの外部コネクタ端子は、いずれか一方を雄型形状とし、他方を雌型形状とすることになるが、外部コネクタ端子を雄型形状とすると、雄型の外部コネクタからさらに外部コネクタ端子を突出させる必要があり、外部コネクタ自体が大きくなってしまう。このため、外部コネクタをコネクタ部から取り外した際に、外部コネクタの収納等に支障を来す。これに対し、雌型形状のコネクタ部の内部に雄型のコネクタ端子を突出させても、コネクタ部自体の大きさへの影響はほとんどない。
【００１１】
そこで、請求項２記載のセンサでは、コネクタ端子が雄型形状に形成され、その端部が嵌合部が形成する空間に突出した状態で保持される。一方、外部コネクタ端子は、コネクタ端子の端部を内挿して接続可能な筒状の雌型形状に形成され、第２嵌合部に埋設されている。
【００１２】
かかる構成によれば、外部コネクタを分離した際にも、センサ全体としてコンパクトになる。
ただし、上記のように外部コネクタをコネクタ部に収容する構成とした場合、外部コネクタをコネクタ部に被せる構成とはできないため、コネクタ部と外部コネクタとの間に形成された隙間からセンサ内に水分が侵入し、コネクタ端子間を短絡させることが懸念される。
【００１３】
そこで、請求項３に記載のセンサでは、嵌合部の内面に沿って、コネクタ端子を包囲するようにリング状のシール部材が嵌合装着し、外部コネクタがシール部材に弾性的に密着した状態で、外部コネクタがコネクタ部に固定されている。
このため、コネクタ部と外部コネクタとの間に水分が侵入しても、外部コネクタとシール部材との密着により、それより内部に侵入することはできない。この結果、水分がコネクタ端子や外部コネクタ端子に到達することもなく、コネクタ端子の短絡が有効に防止され、センサとしての信頼性を維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面と共に説明する。
本実施例は、本発明のセンサを酸素センサとして構成したものであり、図１は当該酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【００１５】
同図に示すように、酸素センサ１は、長方形状の断面を有する平板状の検出素子２、検出素子２を収容するケーシング３、ケーシング３内に固定され検出素子２に接触して検出信号を取り出すコネクタ部１０等から構成されている。そして、図示しない外部回路に繋がる複数のリード線２１、２２の先端に設けられた外部コネクタ２０が、このコネクタ部１０に接続されることにより、検出信号を当該外部回路に伝達できるようになっている。
【００１６】
この検出素子２は、長板状に形成された複数の酸素濃淡電池素子と、この酸素濃淡電池素子を活性化させるための複数のヒータとが積層されて形成されている（図示せず）。そして、その軸方向中央付近の外周には、自身をケーシング３内に係止固定させるためのセラミックからなる筒状の支持部材４が外挿され接着されている。また、検出素子２の下端側には、被測定ガスに晒されて被測定ガス成分を検出する検出部２ａが設けられており、上端側の側面には検出部２ａにて生じた酸素濃淡電池起電力を引き出し又はヒータに電力を供給するための複数（本実施例では４個）の電極端子２ｂが取り付けられている（図２参照）。
【００１７】
ケーシング３は、主体金具７と、主体金具７の上部に設けられた外筒８から構成される。この主体金具７と外筒８との間に形成された内部空間には、上記コネクタ部１０が収容される。
主体金具７は、酸素センサ１を排気管等の取付部に固定すると共に、上記支持部材４を装着した状態の検出素子２、滑石粉末からなる充填部材５、及び充填部材５をパッキン６ａを介して押圧するスリーブ６ｂ等を内部に収容する。すなわち、主体金具７は、円筒状の本体先端側の内周に内向き突出した段部７ａを有し、この段部７ａに支持部材４を係止することにより検出素子２を下方から支持している。そして、支持部材４の上側における主体金具７の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５を配設した後、この充填部材５の後側にリング状のパッキン６ａさらに筒状のスリーブ６ｂを同軸状に内挿し、その状態から主体金具７の上端部７ｂを内方（下方）に向かって加締めることにより、スリーブ６ｂを上方から係止している。この際、加締力（圧縮力）を受けた充填部材５の弾性により、検出素子２と主体金具７とがしっかりと固定される。
【００１８】
また、主体金具７の先端側（図中下方）外周には、検出素子２の検出部２ａを覆うと共に、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ９ａ，９ｂが溶接により取り付けられている。
次に、酸素センサ１のコネクタ部１０の周辺の構成について、図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
同図に示すように、コネクタ部１０は、検出素子２の電極端子２ｂに夫々接触する４つのコネクタ端子３０、これらのコネクタ端子３０を非接触状態で保持しつつケーシング３内に保持される第１ホルダ４０、第１ホルダ４０の上端に波形座金６０を介して連結されると共に、Ｏリング７１を介して外筒８に気密に固定され、コネクタ端子３０のコネクタ接続部３２を挿通して保持する第２ホルダ５０等から構成されている。
【００２０】
まず、コネクタ端子３０の構成について図３に基づいて説明する。同図（ａ）はコネクタ端子３０の正面図であり、同図（ｂ）はその一側面図である。
コネクタ端子３０は、例えば高温に繰り返し晒されても弾性（バネ弾性）を保持可能な長尺薄板状のステンレス鋼板や耐食耐熱超合金板を、数カ所で折曲加工して長軸板状に形成されている。コネクタ端子３０は、検出素子２の電極端子２ｂに弾性的に接触するための素子接触部３１と、外部コネクタ２０の後述する雌型端子に接続されるコネクタ接続部３２を有し、これらを連結する連結部３３の両側面からは、一対の爪状の係止部３３ａが突出している。
【００２１】
素子接触部３１は、コネクタ接続部３２にほぼ平行に延び、その一端で所定量屈曲して連結部３３に連結されている。この素子接触部３１は、第１ホルダ４０の壁面に当接する平板状の当接部３１ａ、当接部３１ａに平行に並設され電極端子２ｂに接触する平板状の接触部３１ｂ、及び当接部３１ａと接触部３１ｂとの間に介装され、接触部３１ｂに沿って伸びる波板状のバネ部３１ｃからなる。当接部３１ａとバネ部３１ｃとは、コネクタ端子３０の下部に形成された折曲部３１ｄを介して互いに連結され、接触部３１ｂとバネ部３１ｃとは、接触部３１ｂの上端に連設された折曲部３１ｅを介して互いに連結されている。また、バネ部３１ｃは、その波状部分の頂点の数カ所で接触部３１ｂ又は当接部３１ａに接触している。さらに、接触部３１ｂの下端には、第１ホルダ４０の方向に延設され、その途中で上方に屈曲して当接部３１ａに平行に延びる係止部３１ｆが形成されている。
【００２２】
次に、第１ホルダ４０の構造について、図４に基づいて詳細に説明する。同図（ａ）は第１ホルダ４０の平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
第１ホルダ４０は、円柱状の本体４１を有し、この本体４１の上部外周面に沿って鍔部４２が突設されている。この鍔部４２には、その強度を補強するためにその下部が下方に小径化するテーパ状になっており、本体４１に滑らかに接続している。そして、この第１ホルダ４０の上端形状により、第２ホルダ５０と嵌合するための凸状嵌合部４０ａが形成されている。
【００２３】
また、本体４１の内部には、下方から検出素子２の上端部を収容するための長方形状の収容部４３が下方に開口して形成されている。また、本体４１の上端壁には上記４つのコネクタ端子３０のコネクタ接続部３２を夫々挿通するための４つの角形挿通孔４４が穿設され、収容部４３に連通している。
【００２４】
さらに、本体４１の下部は段差形状になっており、この段差部の所定位置に４つの段付角溝４５が設けられている。この結果、この段付角溝４５と収容部４３との間には、コネクタ端子３０の素子接触部３１を係止させる係止壁４６が形成されている。
【００２５】
また、収容部４３の４つの側壁の夫々の中央には、内方に突設されかつ上下方向に延びる仕切部４７が夫々設けられており、この仕切部４７によって隣接するコネクタ端子３０の短絡が防止されるようになっている。
次に、第２ホルダ５０の構成について、図５に基づいて詳細に説明する。同図（ａ）は第２ホルダ５０の平面図であり、同図（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図、同図（ｃ）はその底面図である。
【００２６】
第２ホルダ５０は、上方に開口した有底円筒状の本体５１を有し、その上部雌型形状により外部コネクタ２０と嵌合する嵌合部を形成している。
この第２ホルダ５０の底部５２には、上記４つのコネクタ端子３０のコネクタ接続部３２を夫々挿通するための４つの角形挿通孔５３が穿設されている。この角形挿通孔５３は、その上部においてコネクタ接続部３２とほぼ等しい大きさの断面を有するが、その中央より下方がテーパ面５３ａを介して拡張され、コネクタ端子３０の係止部３３ａを収容する収容部５３ｂを形成している。
【００２７】
また、底部５２の外側面中央にはリング状の溝５４がその周方向に形成され、図２に示すように、この溝５４にＯリング７１を嵌合装着して外筒８との間に介装させることにより、第２ホルダ５０を外筒８に対して気密に固定できるようになっている。また、底部５２の上端周端縁（内底部周端縁）に沿って、角形挿通孔５３を包囲するようにリング状の嵌合溝５５が形成されている。この嵌合溝５５には、図２に示すように、外部コネクタ２０の接続に備えてリング状のゴム製シール部材７３が嵌合装着される。
【００２８】
さらに、底部５２の下端面には円形の凹状嵌合部５０ａが形成されている。この凹状嵌合部５０ａは、上記第１ホルダ４０の凸状嵌合部４０ａと嵌合可能になっている。
また、第２ホルダ５０の上部側壁には一対のスリット５６（図６参照）が形成され、Ｕ字状の押えピン７５の両腕部を嵌合保持している。この押えピン７５は、外部コネクタ２０をコネクタ部１０を係止するための第１係止部を構成する。
【００２９】
次に、外部コネクタ２０の構成、及びそのコネクタ部１０への接続態様について、図６の断面図に基づいて説明する。
同図（ａ）に示すように、外部コネクタ２０は、全体として雄型形状をなし、その上部（大径部）が外筒８の外径とほぼ同じ外径を有し、下部（小径部）が第２ホルダ５０の内径とほぼ同じ外径を有する段付円柱状をなす。そして、その上記コネクタ接続部３２に対応した位置に設けられた軸方向の４つの貫通孔２３には、外部コネクタ端子２４が夫々埋設されている。この外部コネクタ端子２４は、コネクタ端子３０と同様にステンレス鋼板や耐食耐熱超合金板を数カ所で折曲加工して筒状（雌型形状）に形成されており、その上部には、検出部２ａの検出信号を外部に取り出すための一対のリード線２１，２２、及びヒータに電力を供給するための一対のリード線（図中、リード線２１，２２の裏側に配置）が加締接合されている。
【００３０】
外部コネクタ２０の大径部には、上方に開口した開口部２５が形成されており、この開口部２５にゴムからなる円柱形状のシール部材２９が配設されている。このシール部材２９には、上記各リード線を挿通するための軸方向の貫通孔２９ａが形成され、各リード線は、この貫通孔２９ａを貫通して外部に引き出されている。また、シール部材２９の外径部表面及び貫通孔２９ａの内径部表面には、夫々凹凸形状が施されており、この凹凸形状の部分で夫々の気密を保つと共に、その押付力によりシール部材２９自体が開口部２５に保持されている。
【００３１】
また、外部コネクタ２０の小径部（第２嵌合部）は、その外径が第２ホルダ５０の内径よりやや小さくなっており、その側壁の中央部には、上記押えピン７５を部分的に嵌合可能な左右一対のスリット２６（第２係止部）が形成されている。さらに、小径部の先端部には、内側に傾斜したテーパ状の突条２７がその周端縁に沿って貫通孔２３を包囲するように形成され、コネクタ部１０の第２ホルダ５０への挿入を容易にしている。
【００３２】
そして、この外部コネクタ２０を、図中矢印にて示すようにコネクタ部１０に接続する。この接続に際し、外部コネクタ２０は、Ｕ字状の押えピン７５を内方から外方に押し広げながら第２ホルダ５０に挿入される。そして、上記突条２７がシール部材７３に当たって密着し、このシール部材７３を変形させつつさらに押し込まれる。そして、上記スリット２６が押えピン７５に嵌合して係止されることにより、外部コネクタ２０がコネクタ部１０に対して固定される。このとき、コネクタ端子３０と外部コネクタ端子２４の電気的接続が完了する。
【００３３】
以上に述べたように、本実施例の酸素センサ１においては、外部コネクタ２０がコネクタ部１０に収容される態様で固定されるため、外部コネクタ２０を小さく構成することができる。このため、酸素センサ１を全体として小さく構成することができ、近年の小型化の要請に応えることができる。
【００３４】
また、外部コネクタ２０の突条２７がコネクタ部１０のシール部材７３に弾性的に密着した状態で、外部コネクタ２０がコネクタ部１０に固定されているため、外部コネクタ２０とコネクタ部１０との隙間から水分が侵入したとしても、シール部材７３によって酸素センサ１内部への侵入は阻止される。この結果、水分がコネクタ端子３０や外部コネクタ端子２４に到達することもなく、コネクタ端子３０等の短絡が有効に防止され、酸素センサ１としての信頼性を維持することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施例においては、本発明のセンサを酸素センサに適用した例を示したが、同様の構成を有するセンサであれば、その他のガスセンサ、温度センサ、或いは流量センサ等についても適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るセンサの全体構成を表す断面図である。
【図２】実施例に係るセンサの要部詳細構成を表す断面図である。
【図３】実施例の第１ホルダの構成を表す説明図である。
【図４】実施例の第２ホルダの構成を表す説明図である。
【図５】実施例の外部コネクタの構成を表す説明図である。
【図６】実施例のセンサの組付工程を表す説明図である。
【符号の説明】
１・・・酸素センサ、２・・・検出素子、２ｂ・・・電極端子、
３・・・ケーシング、６・・・スリーブ、７・・・主体金具、
８・・・外筒、１０・・・コネクタ部、２０・・・外部コネクタ、
２４・・・外部コネクタ端子、３０・・・コネクタ端子、
３１・・・素子接触部、３１ａ・・・当接部、３１ｂ・・・接触部、
３１ｃ・・・バネ部、３１ｆ・・・係止部、３２・・・コネクタ接続部、
３３・・・連結部、３３ａ・・・係止部、４０・・・第１ホルダ、
５０・・・第２ホルダ

Claims

一端側に検出部を有し、他端側に該検出部の検出信号を引き出すための複数の電極端子が形成された検出素子と、
前記検出素子の他端を内部に収容すると共に、前記検出部を測定対象に露出させた状態で保持するケーシングと、を備え、
前記ケーシングには、前記検出信号を外部回路に伝達する為に前記ケーシングに脱着可能に接続される外部コネクタと接続するコネクタ部が形成されたセンサであって、
該コネクタ部は、前記ケーシングと別体をなすと共に、該ケーシングの内面に気密に固定され、前記コネクタ端子を挿通して保持するホルダと、前記検出素子の電極端子に接触して前記検出信号を取り出す複数の長尺状のコネクタ端子とを有して構成され、
前記ホルダは、前記外部コネクタ側に開口した凹形状の嵌合部を有し、該嵌合部の内側に該コネクタ端子の端部を露出させて保持し、
前記嵌合部の内面には、前記外部コネクタの外面を係止し、該外部コネクタを前記コネクタ部に固定する係止部が設けられたことを特徴とするセンサ。
前記コネクタ端子が、前記外部コネクタに設けられた雌型形状の外部コネクタ端子に挿入されて電気的接続をなす雄型形状のコネクタ接続部を有し、
該コネクタ接続部が、前記嵌合部が形成する空間に突出した状態で保持されたことを特徴とする請求項１記載のセンサ。
前記外部コネクタの外面に密着して、前記嵌合部内面と該外部コネクタの外面との間の隙間を気密に封止するリング状のシール部材が、前記嵌合部の内面に沿って、前記コネクタ端子を包囲するように嵌合装着されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ。