JP4461585B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は,例えば自動車用内燃機関等の排気系に設置し,排ガス中の酸素濃度等を測定することができるガスセンサに関する。
【0002】
【従来技術】
自動車用内燃機関では,排ガス中の酸素濃度等に基づいて燃焼制御を行うことが,燃費向上や効率よい排ガス浄化等に非常に有効であることが知られている。
上記排ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサとして,積層型のセンサ素子を内蔵した図13に示すごときものが知られている。
【0003】
このガスセンサ9は,センサ素子92が挿入固定されるハウジング90と該ハウジング90に設けた大気側カバー921〜923とを有し,大気カバー922,923の側面に大気導入穴924,925を有する。また,大気側カバー922,923の基端側に弾性絶縁部材95が,大気側カバー921の先端側に絶縁碍子93が配置されている。
【0004】
ところで上記積層型のセンサ素子92は発熱部が内蔵されている。よって,ガスセンサ9に設けたリード線961〜963(4本存在するが,1本は図13では見えない位置にある)はセンサ素子92の出力取出し用と,発熱部への電力供給用である。
これらのリード線961〜963は弾性絶縁部材95を経由してガスセンサ9内に引き込まれ,絶縁碍子93内に配置した細い接続金具951,953(4本存在するが,1本は図13では見えない位置にある)によりセンサ素子92の電極端子に対し電気的な導通を確保しつつ接続される。
【0005】
【解決しようとする課題】
しかしながら,ガスセンサ9の体格は非常に小型であり,特に積層型のセンサ素子92は非常に薄く小さい。このため,上記リード線961〜963同士の間隙,上記接続金具951,953同士の間隙も非常に狭い。このため,ガスセンサ9を組み立てる際や使用時等にリード線961〜963,接続金具951,953が互いに接触してショートするおそれがある。
このショートを防ぐために,図13に示すごとく,弾性絶縁部材95及び絶縁碍子93の長さを長くし,両者の間隙を狭くして,リード線961〜963や接続金具951,953が大気側カバー922内でフリーとなって露出する部分を減らすよう構成することがある。
【0006】
また,図13に示すガスセンサ9では,センサ素子92の基端側を太くして,この部分に凹部を設け,該凹部に接続金具951,953を配置する。これにより接続金具951,953の絶縁性についてはよい結果を得ることができるが,セラミック材料で構成されるセンサ素子92の加工は面倒であり,ガスセンサの製造を困難とする。
また,接続金具951,953との間隙がセンサ素子の幅未満となるため,その分リード線961〜963の間隙が狭くなり,リード線961〜963でのショートの可能性が高くなる。
【0007】
本発明は,上記問題を鑑み,リード線や金属端子等のショートが生じ難く,安定したセンサ出力が得られるガスセンサを提供しようとするものである。
【0008】
【課題の解決手段】
請求項1に記載の発明は,センサ素子が挿入固定されるハウジングと,
該ハウジングの基端側に設けた大気側カバーと,
上記大気側カバーの基端側に設けられ,少なくとも1つの第1挿通穴を有する弾性絶縁部材と,
上記大気側カバーの先端側に設けられ,少なくとも1つの第2挿通穴を有する絶縁碍子と,
上記弾性絶縁部材の各第1挿通穴に収納されたリード線と,
上記絶縁碍子の各第2挿通穴に収納され,上記リード線と電気的に導通される接続部と上記センサ素子の基端側の各端子電極と電気的に導通される弾性接触部とを有する金属端子からなるガスセンサにおいて,
上記弾性絶縁部材は,上記第1挿通穴の先端側に設けられ,少なくとも上記リード線の動きを抑制する第1ガイド部を有し,
上記絶縁碍子は,上記金属端子を収納した上記第2挿通穴の基端側に設けられ,少なくとも上記金属端子の動きを抑制する第2ガイド部を有し,
また,上記弾性絶縁部材と上記絶縁碍子との間には空間部を有し,該空間部には一端は上記絶縁碍子の第2挿通穴に収納した上記金属端子と接続すると共に他端は上記リード線と接続した接続金具が配置されており,
かつ,上記金属端子と接続した上記接続金具の先端側は,上記金属端子の動きを抑制する上記第2ガイド部を有する上記絶縁碍子の基端側の端面に対して,その軸方向において当接配設され,上記リード線,上記接続金具及び上記金属端子の動きが抑制されていることを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
【0009】
本発明において最も注目すべきことは,弾性絶縁部材に設けられ上記リード線の動きを抑制する第1ガイド部と,絶縁碍子に設けられ上記金属端子の動きを抑制する第2ガイド部と,該第2ガイド部を有する上記絶縁碍子の基端側の端面に対して,先端側を当接配設した上記接続金具とにより,上記のリード線,接続金具及び金属端子の動きを抑制することにある。
【0010】
本発明の作用効果について説明する。
第1及び第2ガイド部と上記接続金具とによりリード線,金属端子の動きが抑制されるため,ガスセンサの組み付け中にこれらが動いて接触することが防止できる。また,例えばガスセンサの使用中にこれらが動いて接触することも防止できる。
よって,リード線,金属端子の相互間及びリード線,大気カバー間(一線式の場合,後述の図10参照)のショートを防止できる。
【0011】
以上に示すごとく,本発明によれば,リード線や金属端子等のショートが生じ難く,安定したセンサ出力が得られるガスセンサを提供することができる。
【0012】
上記第1ガイド部は例えば第1挿通穴と連通した穴より構成することができる。具体的には,例えば上記第1挿通穴の内側面に段差を設け,該段差よりガスセンサの先端側を第1ガイド部とすることができる(図3参照)。
【0013】
また,第2ガイド部についても同様で,例えば第2挿通穴と連通した穴であり,第2挿通穴の基端側に段差を設け,該段差よりガスセンサの基端側を第2ガイド部とすることができる(図2参照)。
このような第1及び第2ガイド部は第1及び第2挿通穴と一体化しているため,弾性絶縁部材や絶縁碍子の構造を変更することが少なく,製造容易である。
また,第1ガイド部と第2ガイド部の位置(穴の間隔)を同じにすることでリード線,金属端子等に傾きが生じず,確実にショートを防止することができる。
【0014】
また,上記第1挿通穴等の設ける数は特に定まっていない。実施形態例に示すごとき発熱部が内蔵されたセンサ素子を使用する場合はセンサ素子の出力取出し用に2本,発熱部通電用に2本,合計4本のリード線が必要なため,第1挿通穴等も4本設ける。
また,上述よりも多くの出力取出し用や発熱部通電用等のリード線が必要な場合,あるいはセンサ素子の制御用のリード線が必要になる場合には,5本,6本あるいはそれ以上のリード線が配線されることもある。あるいはこれより少ないこともある。
【0015】
また,弾性絶縁部材において,第1ガイド部の径は第1挿通穴の径よりも大きいことが好ましい。
これにより,リード線を弾性絶縁部材に配置することが容易となる。また弾性絶縁部材を大気側カバーにかしめ固定する際に弾性絶縁部材が変形するが,この変形の際にリード線同士が接触することを防止できる。
【0016】
また,上記金属端子は耐熱に優れかつ高硬度の,ニッケル基耐熱合金(例えばインコネル)等より構成することが好ましい。
また,金属端子とリード線は両者を直に接続することもできるが,後述するごとく,接続金具を介してもよい。
【0017】
次に,請求項2の発明のように,上記金属端子は板状バネであることが好ましい。
金属端子が板状バネであるため,第2挿通穴の内部で回転等が生じ難い。よって,ガスセンサの組み付け中や使用中に金属端子が回転等してショートすることを防止できる。
【0018】
次に,請求項3の発明のように,上記絶縁碍子に設けた上記第2ガイド部の長さは1〜5mmであることが好ましい。
これにより,本発明の効果を確実に得ることができる。
長さが1mmより短い場合には,金属端子の動きを抑制することが不充分となり,金属端子が動いて,また金属端子が傾いて装着された場合,それを修正することができず,ショートが発生するおそれがある。一方,5mmよりも長い場合には,その分絶縁碍子が長くなり,大気導入が難しくなるおそれがある。
【0019】
次に,請求項4の発明のように,上記絶縁碍子に設けた上記第2ガイド部の中心距離は3〜6mmであることが好ましい。
これにより,金属端子同士の間隙を適度な距離に保つことができ,これらの間のショートを防止することができる。
長さが3mmより短い場合には,金属端子同士が近接するためリード線同士も近接し,ショートが発生するおそれがある。一方,6mmよりも長い場合には,その分絶縁碍子の径が大きくなり,ガスセンサが大型化するおそれがある。
【0020】
次に,請求項5の発明のように,上記弾性絶縁部材に設けた上記第1ガイド部の長さは3〜8mmであることが好ましい。
これにより,本発明の効果を確実に得ることができる。
長さが3mmより短い場合には,リード線の動きを抑制することが不充分となり,リード線が動いてショートが発生するおそれがある。一方,8mmよりも長い場合には,その分弾性絶縁部材が長くなり,コストアップとなるおそれがある。
【0021】
次に,請求項6の発明のように,上記絶縁碍子には,上記第2挿通穴と隣接するように上記センサ素子の厚みよりも薄いリブが突設され,また上記金属端子は上記リブと当接することにより上記弾性接触部が絶縁碍子の径方向に縮められ,更に上記リブと上記金属端子との間に形成された素子収納部に上記センサ素子の基端側が収納されていることが好ましい。
【0022】
本請求項にかかる発明では,金属端子の弾性接触部を径方向に縮められるリブを設け,このリブで弾性接触部を縮めた状態でセンサ素子を挿通配置する。このため,センサ素子収納に要する力がより小さくて済む。このため,センサ素子の損傷が生じがたい。
【0023】
また,金属端子の弾性接触部を縮めているため,挿通穴に対する挿通配置時に金属端子の径方向の幅がより狭くなる。よって,より狭い挿通穴においても金属端子とリブとの間に確実に素子収納部を形成することができる。つまり,ガスセンサの小型化を図ると共にセンサ素子の収納容易性を得ることができる。
【0024】
また,金属端子を留めるリブの厚みよりもセンサ素子の厚みを厚く構成しているため(図6参照),センサ素子を素子収納部に収めることで,金属端子の弾性接触部が更に縮められる。これによって生じる弾性力が金属端子とセンサ素子との当接を一層確実とすることができる。
この方法は前述した図13にかかる技術と異なり,センサ素子の加工が不要であるため,よりガスセンサの製造を容易とすることができる。
【0025】
更に,金属端子の弾性接触部を径方向に縮めることで,金属端子を挿通穴に挿通配置する際に,金属端子同士が干渉しあうことが防止できるため,これら金属端子の収納容易性を高めることができる。
【0026】
次に,請求項7の発明のように,上記金属端子には突部が設けてあることが好ましい。
これにより,金属端子と電極端子との間の電気的導通を一層確実に確保することができる。
また,上記突部の傾斜はセンサ素子を挿入する方向の傾斜が,その反対方向の傾斜よりもなだらかであることが好ましい(図4参照)。
これにより,センサ素子の収納容易性をより高めることができる。
【0027】
次に,請求項8の発明のように,上記絶縁碍子には絶縁リブまたは位置決めリブのいずれか一方または双方が設けてあることが好ましい。
絶縁リブを設けることにより,金属端子間の絶縁性を確実に確保することができる。
また,位置決めリブを設けることにより,センサ素子を素子収納部に収納する際の位置決めが一層容易となり,収納作業の効率を高めることができる。
【0028】
次に,上記金属端子の接続部と弾性接触部との間の肩部は直角に形成されていることが好ましい。
これにより,金属端子を絶縁碍子に挿通配置する際の金属端子の搬送容易性を高めることができる。つまり,肩部が直角であるため,搬送に使用するフック類がこの肩部において確実に金属端子を保持することができ,搬送時の脱落等が防止できる。
また,直角とすることで,金属端子の全長をより短縮することができ,ガスセンサの小型化に寄与することができる。
【0029】
次に,請求項9の発明のように,上記金属端子の接続部の中心線と弾性接触部の中心線とは同一線上に存在しないことが好ましい(図4(b)参照)。
これにより,後述する図5に示すごとく,二つの対称形状の金属端子を並べて挿通穴に挿通配置することで,双方の接続部を絶縁碍子の中心軸によせて配置させることができ,絶縁碍子の体格小型化に寄与することができる。
【0030】
次に,請求項10の発明のように,上記金属端子と上記リード線とは接続金具によって電気的導通が確保されつつ接続されてなることが好ましい。
これにより,リード線と金属端子が確実に接続され,電気的導通が一層確保されると共に,接続金具により,弾性絶縁部材と絶縁碍子との間のリード線の剛性が得られ,リード線等のショートをより一層防止することができる。
【0031】
次に,請求項11記載の発明のように,上記リード線及び上記接続金具は共に上記弾性絶縁部材に設けた第1ガイド部により動きが抑制されるよう構成されていることが好ましい。
これにより,リード線と同様に接続金具の動きを抑制できるため,リード線のショートと共に,接続金具に対するショートも防止することができる。
【0032】
次に,請求項12記載の発明のように,上記接続金具は上記弾性絶縁部材に設けた第1ガイド部に挿入されることにより,動きが抑制されるよう構成されていることが好ましい。
これにより,接続金具の動きを確実に抑制できるため,接続金具に対するショートを一層確実に防止することができる。
【0033】
次に,請求項13記載の発明のように,上記大気側カバーには大気導入穴が設けてあり,上記大気側カバー内において,上記弾性絶縁部材と上記絶縁碍子と上記大気導入穴とにより,空間部が形成されることが好ましい。
【0034】
ところで,特に大気側カバーに面して大気導入穴を設けた場合,次のような問題が従来あったことが知られている。
前述の図13を用いて説明すると,安定したセンサ出力を得るためには,センサ素子92の内部に設けられた大気室(図示略)に大気を導入する必要がある。そのために,大気側カバー922には大気導入穴924が設けることがあるが,弾性絶縁部材95や絶縁碍子93を長くすることで,これらの大気導入孔924等が塞がれて,大気カバー922内への大気の導入が困難となることがある。
【0035】
また弾性絶縁部材95と絶縁碍子93との間隙が狭くなることで,大気導入の際にバッファーとして機能する大気側カバー内の空間部が狭くなり,この点からもセンサ素子92への大気の導入が困難となる。
この場合,センサ素子92は安定したガス濃度検知ができなくなる。
【0036】
本請求項にかかる構成のように,特に大気側カバーに面して大気導入穴と空間部とを対面させることで,大気がスムーズに空間部に導入される。その後大気は第2ガイド部と金属端子の隙間等を経て,絶縁碍子の内部に導入され,ここからセンサ素子作動に必要な基準ガスとなる大気をセンサ素子が取り込むことができる。
よって,確実にセンサ素子に大気が導入されるため,安定したガス濃度検知ができる。
【0037】
次に,請求項14記載の発明のように,上記絶縁碍子は大気導入路を有することが好ましい。
これにより,大気導入をより確実に行なうことができる。
上記大気導入路は例えば絶縁碍子の中心付近を基端側から先端側の方向へ貫通する貫通穴よりなる(図1参照)。
また,請求項15にかかる発明は,センサ素子が挿入固定されるハウジングと,
該ハウジングの基端側に設けた大気側カバーと,
上記大気側カバーの基端側に設けられ,少なくとも1つの第1挿通穴を有する弾性絶縁部材と,
上記大気側カバーの先端側に設けられ,少なくとも1つの第2挿通穴を有する絶縁碍子と,
上記弾性絶縁部材の各第1挿通穴に収納されたリード線と,
上記絶縁碍子の各第2挿通穴に収納され,上記リード線と電気的に導通される接続部と上記センサ素子の基端側の各端子電極と電気的に導通される弾性接触部とを有する金属端子からなるガスセンサにおいて,
上記弾性絶縁部材は,上記第1挿通穴の先端側に設けられ,少なくとも上記リード線の動きを抑制する第1ガイド部を有し,
上記絶縁碍子は,上記第2挿通穴の基端側に設けられ,少なくとも上記金属端子の動きを抑制する第2ガイド部を有し,
また,上記金属端子の接続部と弾性接触部との間の肩部は直角に形成されていることを特徴とするガスセンサにある。
この場合には請求項1と同様の効果が得られる。
また,上記金属端子の接続部と弾性接触部との間の肩部は直角に形成されているので,金属端子を絶縁碍子に挿通配置する際の金属端子の搬送容易性を高めることができる。つまり,肩部が直角であるため,搬送に使用するフック類がこの肩部において確実に金属端子を保持することができ,搬送時の脱落等が防止できる。
また,直角とすることで,金属端子の全長をより短縮することができ,ガスセンサの小型化に寄与することができる。
【0038】
なお,本発明は,酸素センサ,空燃比センサ,NOxセンサ,COセンサ,HCセンサ等の各種ガスセンサに適用することができる。
【0039】
また,センサ素子として,図1に示すごとき,板状の積層型素子の他,図11に示すごとき,コップ型の素子を有するガスセンサに対し本発明を適用することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本発明の実施形態例にかかるガスセンサにつき,図1〜図10を用いて説明する。
図1に示すごとく,本例のガスセンサ1は,センサ素子2が挿入固定されるハウジング10と該ハウジング10の基端側101に設けた大気側カバー121,122とを有する。
【0041】
そして,上記大気側カバー121,122の側面は大気導入穴123,124を有し,上記大気側カバー122の基端側129に,図3に示すごとく,4個の第1挿通穴511〜514を有する弾性絶縁部材5が配置されている。上記大気側カバー121の先端側128であって上記ハウジング10のすぐ上方には,図2に示すごとく,4個の第2挿通穴311〜314を有する絶縁碍子3が配置されている。
【0042】
上記弾性絶縁部材5に設けた各第1挿通穴511〜514には,図1に示すごとくリード線(161,163と図示を略した他の2本のリード線)がそれぞれ収納され,上記絶縁碍子3に設けた各第2挿通穴311〜314には,図4に示すごとく,接続部41と弾性接触部45とを有する電極取出しバネとしての金属端子4,49がそれぞれ収納される。
図1に示すごとく,上記リード線161,163と上記金属端子4,49とは接続金具151,153によって電気的導通が確保されつつ接続される。
上記の図示を略した他の2本のリード線も上記と同様にして図示を略した接続金具によって図示を略した金属端子と電気的導通が確保されつつ接続される。
【0043】
上記センサ素子2の基端側291の各端子電極221,211(図7参照)と上記各金属端子4,49の弾性接触部45とは互いに当接して両者の間に電気的導通が確保されてなる。
また,端子電極211,221が設けられた面とは反対な面に図示を略した2個の発熱部通電用の端子電極があり,これらも上記と同様に金属端子により電気的導通が確保されている。
【0044】
上記大気側カバー121の内部において,上記弾性絶縁部材5と上記絶縁碍子3との間であって,上記大気導入穴123,124と対面する部分には空間部11が形成されている。
上記弾性絶縁部材5における各第1挿通穴511〜514の先端側500に第1ガイド部531〜534が設けてあり,上記絶縁碍子3における各第2挿通穴311〜314の基端側302に第2ガイド部331〜334が設けてある。
上記第1ガイド部531〜534及び上記第2ガイド部331〜334によって上記リード線161〜164,上記接続金具151〜154及び上記金属端子4,49が動きを抑制されている。
【0045】
以下,詳細に説明する。
図1に示すごとく,本例のガスセンサ1はハウジング10と該ハウジング10の基端側101に設けた大気側カバー121,122と,ハウジング10の先端側102に設けた2重の被測定ガス側カバー141,142とよりなる。
また,本例における基端側,先端側については図1に記載した。より上方にある部分が基端側,より下方にある部分が先端側である。
【0046】
ハウジング10にはセンサ素子2が挿入固定されており,図7に示すごとく,センサ素子2の基端側291には端子電極211,221が,先端側293には被測定ガス側電極21が設けてある。
センサ素子2の基端側291は上記大気側カバー121内の絶縁碍子3内に,先端側293は被測定ガス側カバー142内に位置する。
【0047】
図7に示すごとく,上記センサ素子2は,先端側293に設け,外部に露出する被測定ガス側電極21とセンサ素子2の内部に設けた大気室に対面する基準電極とを有し,両者はリード部210等によってそれぞれ端子電極211,221に対する電気的導通が確保されている。このため,両電極により得られたセンサ素子2の出力は端子電極221,211から取出すことができる。
また,本例のセンサ素子2の基端側291には図示を略した大気導入口が設けてあり,ここから大気室に大気が導入される。
【0048】
また,図7において,端子電極221,211が設けられた面とは反対側の面に図示を略した2個の端子電極がある。
この端子電極はセンサ素子2に内蔵された通電により発熱する発熱部に対する電気的導通が確保されている。このため,上記2つの端子電極に対し上述した方法と同様の方式で電力を供給することで発熱部が発熱する。
【0049】
図1に示すごとく,上記ハウジング10に対し,大気側カバー121が溶接固定されている。大気側カバー121の上部には撥水フィルタ125を介して別の大気側カバー122がかしめ固定されている。
大気側カバー121,122の側面には大気導入穴123,124が設けてあり,該大気導入穴123,124と重なる位置に撥水フィルタ125が設けてある。
【0050】
上記ハウジング10の内部には筒状の下方絶縁碍子13が配置され,この内部にセンサ素子2の中央部292が挿通固定されている。センサ素子2の中央部292と下方絶縁碍子13との間はガラス材131,132により封止されている。
【0051】
図1に示すごとく,上記大気側カバー121の内部には絶縁碍子3が配置されている。また,上記絶縁碍子3の上方には弾性絶縁部材5が配置されている。
上記弾性絶縁部材5は4つの第1挿通穴511〜514を有し,各第1挿通穴511〜514にはリード線161,163と図示を略した他の2本のリード線が挿通配置されている。
上記絶縁碍子3は4つの第2挿通穴311〜314を有し,各第2挿通穴311〜314にそれぞれ金属端子4,49が設けてある。
図3に示すごとく,4本のリード線161〜164は4本の接続金具151,153(うち2本は図示略)により,4本の金属端子4,49にそれぞれ接続され,接続金具151,153は空間部11と対面する位置にある。
【0052】
上記絶縁碍子3について説明する。
図2(a)〜(c)に示すごとく,上記絶縁碍子3は断面が略四角形状の4つの第2挿通穴311〜314を有し,またこれら4つの第2挿通穴311〜314は絶縁碍子3の中心軸近傍において互いに連結されている。
【0053】
また,図2(b)に示すごとく,上記第2挿通穴311〜314の内側面にはテーパー部330が設けてあり,該テーパー部300より上方に第2挿通穴311〜314より径細の第2ガイド部331〜334が設けてある。
なお,上記第2挿通穴311〜314は絶縁碍子3の中心軸に対し点対称に配置されている。第2ガイド部331〜334も同様である。
【0054】
第2挿通穴311と第2挿通穴313との間,第2挿通穴312と第2挿通穴314との間にリブ321,322が設けてある。第2挿通穴311と第2挿通穴312との間,第2挿通穴313と第2挿通穴314との間に絶縁リブ323,324が設けてある。
【0055】
これらのリブ321,322,絶縁リブ323,324の先端側300の底面343,344等は絶縁碍子3の中心軸から径方向外周に向かって傾斜したテーパー面となっている。
また,上記絶縁碍子3の基端側302の中央には大気導入孔309が貫通形成されている。
なお,上記絶縁碍子3の第2ガイド部331〜334の長さAは2mm,中心距離Bは4.5mmである
【0056】
上記弾性絶縁部材5について説明する。
図3に示すごとく,上記弾性絶縁部材5は断面円形の4つの第1挿通穴511〜514を有する。
これら第1挿通穴511〜514の内側面には段差が形成されてなり,この段差よりも先端側500に第1挿通穴511〜514よりも径太の第1ガイド部531〜534が設けてある。
なお,弾性絶縁部材5は大気側カバー121,122に組みつけられ,かしめ固定されることで図1に示すごとき形状となる。組み付け前は図3に示すごとく,円柱形状である。
なお,上記弾性絶縁部材5の第1ガイド部531〜534の長さCは5mmである
【0057】
また,絶縁碍子3の第2ガイド部331〜334の中心距離と弾性絶縁部材5の第1ガイド部531〜534の中心距離を同じにしたり,近づけたりすることで,リード線161〜164,接続金具151〜154,金属端子4,49の接続部を結ぶ線が直線的になり,かつガスセンサ1の中心を通る軸線と平行になるため,リード線161〜164,接続金具151〜154,金属端子4,49同士の接触をより強く防止できる。
【0058】
上記金属端子4,49について説明する。
図4(a),(b)に示すごとく,上記金属端子4は薄板のニッケル基耐熱合金であるインコネルよりなる。そして,接続部41と弾性接触部45とよりなり,両者の間は直角に曲折された肩部40がある。
上記弾性接触部45は第2挿通穴311〜314に面する背面42,センサ素子2に面する素子当接面43と背面42側に折り返された折り返し部44とよりなる。
素子当接面43には突部430が設けてあり,突部430の傾斜はセンサ素子2を収納する方向,つまり図面下方の傾斜面431が,その反対方向の傾斜面432よりもなだらかとなるよう構成されている。
【0059】
また,金属端子4の接続部41の中心線410と弾性接触部45の中心線450は同一直線状になく,同図より知れるごとく,図面右方向に中心線450がずれている。
また,上記突部430は中心線450よりも図面左方向にずれた位置にある。
【0060】
金属端子49は金属端子4が左右反転した形状を有している。つまり,金属端子49の詳細な図示は省略するが,中心線450は中心線410に対し左方向にずれ,突部430も中心線450よりも右方向にずれた形状である。なお,左方向,右方向とは図4を基準とした表現である。
このように,金属端子4,49の中心線450をずらしたり,突部430を設けることで,センサ素子2の電極端子211,221の間隔よりも大きな間隔でリード線161〜164同士の間隔を設定でき,リード線161〜164のショートを防止できる。
【0061】
図5(a),(b)に示すごとく,このように互いが左右反転した形状の金属端子4,49が絶縁リブ324を挟んで第2挿通穴313と314に配置されている。第2挿通穴311,312についても同様に金属端子49と4とがそれぞれ配置されている。
また,金属端子4,49は上記リブ321,322と当接することにより絶縁碍子3の径方向に縮められて,第2挿通穴311〜314に収納される。
そして,これら4つの金属端子4,49と,リブ321,322,絶縁リブ323,324とによって囲まれた部分が素子収納部320となる。
【0062】
上記素子収納部にセンサ素子を収納した状態を図6に示す。
上記リブ321,322の厚みW1はセンサ素子2の厚みW2よりも薄く,よって,センサ素子2が収納されることで金属端子4,49は更に径方向に縮められる。
また,上記金属端子4,49とセンサ素子2との接触は突部430によって維持される。
【0063】
また,本例のガスセンサ1における大気の流れは次の通りである。
図1に示すごとく,大気は大気導入孔123より撥水フィルタ125を経由し,大気導入孔124を通って,空間部11に達する。
ここから第2ガイド部と金属端子との間の隙間及び大気導入路300を通じて絶縁碍子3の内部となる第2挿通穴311〜314近傍に大気が導入される。上記センサ素子2の先端部は絶縁碍子3の内部にあり,よって大気導入口は絶縁碍子3の内部に開口している。ここにおいてセンサ素子内部の大気室への大気の導入が行われる。
【0064】
次に,本例の作用効果について説明する。
本例のガスセンサ1は,上述したごとく大気導入穴123,125と空間部11とが対面しているため,大気がスムーズに空間部11に導入される。よって,センサ素子2作動に必要な基準ガスとなる大気をセンサ素子2が充分に取り込むことができる。よって,安定したガス濃度検知ができる。
【0065】
また,第1及び第2ガイド部531,331等によりリード線161,接続金具151,金属端子49等が動きを抑制されるため,例えばガスセンサ1の組み付け中にこれらが動いて接触し,ショートすることを防止できる。また,例えばガスセンサ1の使用中にこれらが動いて接触し,ショートすることを防止できる。
これにより,ガスセンサ1の組み付けの手間を削減することができる。
また振動等で異常が生じ難いガスセンサ1を得ることができる。
【0066】
このように,本例によれば,リード線や接続金具等のショートが生じ難く,安定したセンサ出力が得られるガスセンサを提供することができる。
【0067】
また,本例では金属端子4,49が板状であるため,第2挿通穴311〜314の内部で回転等が生じ難い。よって,ガスセンサ1の組み付け中や使用中に金属端子4,49が回転等して動いてしまい,ショートすることを防止できる。
【0068】
本例のセンサ素子2の基端側291は金属端子4,49とリブ321,322との間の素子収納部320に収納されるが,金属端子4,49はリブ321,322と当接して径方向に縮められた状態にある。
よって,センサ素子2収納に要する力がより小さくて済むので,センサ素子2に損傷が生じがたい。
【0069】
また,金属端子4,49が縮められているため,第2挿通穴311〜314に対する挿通配置時に金属端子4,49の径方向の幅がより狭くなる。
よって,第2挿通穴311〜314が狭くとも金属端子4,49とリブ321,322との間に確実に素子収納部320を形成することができる。
つまり,ガスセンサ1の小型化,センサ素子2の収納容易性を両立させることができる。
【0070】
また,金属端子4,49を留めるリブ321,322の厚みW1よりもセンサ素子2の厚みW2を厚く構成しているため,センサ素子2を素子収納部320に収めることで,金属端子4,49を更に縮めることができる。
これによって生じる弾性力が金属端子4,49とセンサ素子2との当接を一層確実とすることができる。
【0071】
更に,金属端子4,49を縮めることで,これを第2挿通穴311〜314に挿通配置する際に,金属端子4,49同士が干渉しあうことが防止でき,金属端子の第2挿通穴311〜314に対する収納容易性を高めることができる。
【0072】
また,本例では,金属端子4,49に突部430を設けているため,金属端子4,49と電極端子211,221との間の電気的導通を一層確実に確保することができる。
また,上記突部430はセンサ素子2が収納される方向にある傾斜面431が傾斜面432よりなだらかであるため,センサ素子2の収納容易性がより高くなる。
更に,絶縁リブ323,324が設けてあるため,金属端子4,49間の絶縁性を確実に確保することができる。
【0073】
また,上記金属端子4,49の接続部41と弾性接触部45との間の肩部40は直角に形成されているため,金属端子4,49の搬送容易性を高めることができる。また,肩部が直角でない金属端子94と比較して,全長をより短縮することができ,ガスセンサ1の小型化に寄与することができる。
【0074】
また,金属端子4,49の接続部41の中心線410と弾性接触部45の中心線450とは同一線上に存在しないため,図4に示すごとく,金属端子4,49の接続部41を絶縁碍子3の中心軸によせて配置することができ,絶縁碍子3の体格小型化に寄与することができる。
【0075】
なお,本例のセンサ素子2として,図8に示すごとく,基端側291の側面にテーパー部299を設けたものを使用することができる。
テーパー部299とした分,基端側291が幅細となるため素子収納部320へのセンサ素子2の収納を一層容易に行なうことができる。
【0076】
また,ガスセンサの他の構成として,図9にかかる1線式のガスセンサが知られているが,これらについても本例と同様の構造を適用することができる。
本例のガスセンサ1は,コップ型のセンサ素子6を有し,該コップ型のセンサ素子6がハウジング10に挿入固定されている。
ハウジング10の基端側には大気側カバー121が設けてある。該大気側カバー121の基端側には更に別の大気側カバー122が設けてある。
【0077】
センサ素子6の基端側には,基準ガス側電極(図示略)に導通される金属端子65が設けてある。被測定ガス側電極(図示略)はフロートパッキン66を通じてハウジング10と電気的に導通されている。
大気側カバー122の基端側には弾性絶縁部材5が設けてあり,そこに第1挿通穴511,第1ガイド部531が,大気側カバー121の中ほどに絶縁碍子3が設けてあり,そこに第2挿通穴311,第2ガイド部331が設けてある。
【0078】
このガスセンサ1において,基準ガスとなる大気は両大気側カバー121,122の8点かしめ部68の隙間69から導入されて,弾性絶縁部材5と絶縁碍子3とに囲まれた空間67を経由して,第2挿通穴311,第2ガイド部331を経由して,ガスセンサ素子6の大気室600に導入される。
その他詳細は上記記載と同様である。
【0079】
実施形態例2
本例は,図10に示すごとく,コップ型のセンサ素子を有するガスセンサについて説明する。
本例のガスセンサ1は,コップ型で,内部の大気室600に棒状のヒータ601を挿入したセンサ素子6を有する。
【0080】
センサ素子6はハウジング10に挿入固定され,該ハウジング10の基端側には大気側カバー121が設けてある。また,大気側カバー121の基端側は撥水フィルタ125を介して大気側カバー122が設けてある。
【0081】
上記大気側カバー121,122の側面は大気導入穴123,124を有し,上記大気側カバー122の基端側129に,4個の第1挿通穴を有する弾性絶縁部材5が配置されている。なお,同図において4個の第1挿通穴はリード線161,163が挿入され,塞がれた状態にある。
また,上記大気側カバー121の中ほどには第2挿通穴を有する絶縁碍子3が配置されている。第2挿通穴は絶縁碍子3内で一つの大きな空間として構成されている。
【0082】
大気側カバー121内で,大気導入穴123,124と対面する位置は弾性絶縁部材5と絶縁碍子3とに囲まれた空間部11となっている。大気導入穴123,124より導入された大気はこの空間部11を通過して,第2ガイド穴,第2挿通穴を経由して,センサ素子6内の大気室600内に導入される。
【0083】
上記4個の第1挿通穴の先端側に第1ガイド部531が設けてあり,上記絶縁碍子3における各第2挿通穴の基端側302に4つの第2ガイド部331が設けてある。
【0084】
また,センサ素子の基端側の各端子電極と電気的に導通される弾性接触部を有する金属端子611,612が設けてある。
これらの先端側は図示は略したが環状に構成され,断面略円形のガスセンサ素子6に対し,611は外周側に,612は内周側に嵌め込まれている。
また,金属端子612はヒータ601を大気室600につり下げ固定するホルダの役割も果たしている。
その他は実施形態例1と同様の構成であり,作用効果も実施形態例1と同様である。
【0085】
実施形態例3
本例は,図11に示すごとく,大気導入穴を大気側カバーの側面に設けていないガスセンサ1について説明する。
このガスセンサ1は,図11に示されるごとく,ハウジング10の基端側に大気側カバー121のみが設けてあり,また大気側カバー121は大気導入穴を持たない。
【0086】
このガスセンサ1において,センサ素子2は,ガス濃度を検出するセンサセルの他,ポンピングセルを有する。このポンピングセルにセンサセルと逆方向の極性に通電することで,酸素を作り,この酸素をセンサ素子2の基準ガス室等に導くよう構成する。これにより,被測定ガス中の酸素濃度を測定することができるため,大気導入穴が不要となる。
なお,同図からはセンサセル用の2本のリード線161,163しかみえないが,ここから見えない位置にポンピングセル用のリード線やヒータへの通電用のリード線がそれぞれ2本設けてある。
その他詳細は実施形態例1と同様の構成を有し,同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における,ガスセンサの断面説明図。
【図2】実施形態例1における,絶縁碍子の(a)基端側平面図,(b)縦断面説明図,(c)先端側平面図。
【図3】実施形態例1における,弾性絶縁部材の(a)縦断面説明図,(b)先端側平面図。
【図4】実施形態例1における,金属端子の(a)側面図,(b)正面図。
【図5】実施形態例1における,絶縁碍子に金属端子を収納した状態での(a)A−A線矢視断面図,(b)先端側平面図。
【図6】実施形態例1における,センサ素子を収納した状態での絶縁碍子の先端側平面図。
【図7】実施形態例1における,センサ素子の斜視図。
【図8】実施形態例1における,基端側にテーパー部を設けたセンサ素子の斜視図。
【図9】実施形態例1における,1線式のガスセンサの断面説明図。
【図10】実施形態例2における,コップ型のセンサ素子を有するガスセンサの断面説明図。
【図11】実施形態例3における,センサ素子にポンピングセルを設けて大気導入穴や撥水フィルタを設けない構造のガスセンサの断面説明図。
【図12】従来例にかかる,絶縁碍子の先端側平面図。
【符号の説明】
1...ガスセンサ,
10...ハウジング,
2...センサ素子,
3...絶縁碍子,
311〜314...第2挿通穴,
331〜334...第2ガイド部,
321,322...リブ,
323,324...絶縁リブ,
4,49...金属端子,
5...弾性絶縁部材,
511〜514...第1挿通穴,
531〜534...第1ガイド部,
Claims (15)
- センサ素子が挿入固定されるハウジングと,
該ハウジングの基端側に設けた大気側カバーと,
上記大気側カバーの基端側に設けられ,少なくとも1つの第1挿通穴を有する弾性絶縁部材と,
上記大気側カバーの先端側に設けられ,少なくとも1つの第2挿通穴を有する絶縁碍子と,
上記弾性絶縁部材の各第1挿通穴に収納されたリード線と,
上記絶縁碍子の各第2挿通穴に収納され,上記リード線と電気的に導通される接続部と上記センサ素子の基端側の各端子電極と電気的に導通される弾性接触部とを有する金属端子からなるガスセンサにおいて,
上記弾性絶縁部材は,上記第1挿通穴の先端側に設けられ,少なくとも上記リード線の動きを抑制する第1ガイド部を有し,
上記絶縁碍子は,上記金属端子を収納した上記第2挿通穴の基端側に設けられ,少なくとも上記金属端子の動きを抑制する第2ガイド部を有し,
また,上記弾性絶縁部材と上記絶縁碍子との間には空間部を有し,該空間部には一端は上記絶縁碍子の第2挿通穴に収納した上記金属端子と接続すると共に他端は上記リード線と接続した接続金具が配置されており,
かつ,上記金属端子と接続した上記接続金具の先端側は,上記金属端子の動きを抑制する上記第2ガイド部を有する上記絶縁碍子の基端側の端面に対して,その軸方向において当接配設され,上記リード線,上記接続金具及び上記金属端子の動きが抑制されていることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1において,上記金属端子は板状バネであることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1または2において,上記絶縁碍子に設けた上記第2ガイド部の長さは1〜5mmであることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜3のいずれか一項において,上記絶縁碍子に設けた上記第2ガイド部の中心距離は3〜6mmであることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜4のいずれか一項において,上記弾性絶縁部材に設けた上記第1ガイド部の長さは3〜8mmであることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜5のいずれか一項において,上記絶縁碍子には,上記第2挿通穴と隣接するように上記センサ素子の厚みよりも薄いリブが突設され,また上記金属端子は上記リブと当接することにより上記弾性接触部が絶縁碍子の径方向に縮められ,
更に上記リブと上記金属端子との間に形成された素子収納部に上記センサ素子の基端側が収納されていることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1〜6のいずれか一項において,上記金属端子には突部が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜7のいずれか一項において,上記絶縁碍子には絶縁リブまたは位置決めリブのいずれか一方または双方が設けてあることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜8のいずれか一項において,上記金属端子の接続部の中心線と弾性接触部の中心線とは同一線上に存在しないことを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜9のいずれか一項において,上記金属端子と上記リード線とは接続金具によって電気的導通が確保されつつ接続されてなることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜10のいずれか一項において,上記リード線及び上記接続金具は共に上記弾性絶縁部材に設けた第1ガイド部により動きが抑制されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜11のいずれか一項において,上記接続金具は上記弾性絶縁部材に設けた第1ガイド部に挿入されることにより,動きが抑制されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜12のいずれか一項において,上記大気側カバーには大気導入穴が設けてあり,上記大気側カバー内において,上記弾性絶縁部材と上記絶縁碍子と上記大気導入穴とにより,空間部が形成されることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1〜13のいずれか一項において,上記絶縁碍子は大気導入路を有することを特徴とするガスセンサ。
- センサ素子が挿入固定されるハウジングと,
該ハウジングの基端側に設けた大気側カバーと,
上記大気側カバーの基端側に設けられ,少なくとも1つの第1挿通穴を有する弾性絶縁部材と,
上記大気側カバーの先端側に設けられ,少なくとも1つの第2挿通穴を有する絶縁碍子と,
上記弾性絶縁部材の各第1挿通穴に収納されたリード線と,
上記絶縁碍子の各第2挿通穴に収納され,上記リード線と電気的に導通される接続部と上記センサ素子の基端側の各端子電極と電気的に導通される弾性接触部とを有する金属端子からなるガスセンサにおいて,
上記弾性絶縁部材は,上記第1挿通穴の先端側に設けられ,少なくとも上記リード線の動きを抑制する第1ガイド部を有し,
上記絶縁碍子は,上記第2挿通穴の基端側に設けられ,少なくとも上記金属端子の動きを抑制する第2ガイド部を有し,
また,上記金属端子の接続部と弾性接触部との間の肩部は直角に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
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