JP4544787B2

JP4544787B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4544787B2
Application number: JP2001197268A
Authority: JP
Inventors: 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP2003014688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準ガスに基づいて非測定ガス成分を検出するガスセンサに関し、特に、基準ガス空間に大気を導入する通気孔を塞ぐフィルタを固定する嵌入部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基準ガスに基づいて非測定ガス成分を検出する検出素子を備えたガスセンサがある。このガスセンサ１００は、図３に示すように、基準ガス空間１７０を形成する外筒１０７を備えており、検出素子１０２は、その一端側が排気ガス等の被測定ガスに晒され、その他端側がこの外筒１０７内の基準ガス空間１７０に晒されるように主体金具１０５に保持される。そして、このガスセンサ１００は、主体金具１０５の外周面に設けられたネジ山１０５ａを用いて、被測定ガスが流れる排気管等に取り付けられる。
【０００３】
また、ガスセンサ１００の外筒１０７には、外筒１０７と共に基準ガス空間１７０を形成するシール部材１０９が取り付けられ、このシール部材１０９には、基準ガス空間１７０に大気を導入するための通気孔が設けられている。そしてこの通気孔には、筒状の嵌入部材１９０が嵌入され、この嵌入部材１９０の大気側の開口には、この開口を覆うようにフィルタ１９２が被せられる。このフィルタ１９２は、嵌入部材１９０の外周面と通気孔の内壁との間にその縁部を挟むことによって、シール部材１０９に固定される。
【０００４】
ところで、このガスセンサ１００に用いられるフィルタ１９２は、洗車などの場合に水圧の高い水が直接吹きかけられても破れないことが要求される。そのため、嵌入部材１９０の大気側の開口にノズルを向けて、１００ｍｍ離れたところから８０ｋｇ／ｃｍ２の強さで１５分間水を吹きかける耐水圧試験を行った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
その結果、フィルタ１９２は、水圧の高い水がかけられると、中央部分が内側に窪み、この窪みが生じることによってフィルタ１９２が嵌入部材の開口縁部で傷つき破れてしまうということが分かった。
【０００６】
このようにフィルタ１９２が破れてしまうのは、嵌入部材の径が大きく、水圧を受ける面積が大きいためと思われる。そのため、従来の嵌入部材１９０よりも径の小さい嵌入部材を用いることが考えられるが、嵌入部材の径を必要以上に小さくすると、この嵌入部材をフィルタ１９２とともにシール部材１０９の通気孔に挿入するとき、フィルタ１９２が大気側の開口部分で破れてしまう恐れがあり、このような構造は採用できなかった。
【０００７】
そこで本発明では、嵌入部材の大気側の開口を覆うように被せられたフィルタに水圧の高い水をかけても、フィルタが破れることを防止できるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【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請求項１記載の発明では、基準ガスに基づいて被測定ガス成分を検出する検出素子と、該検出素子の一端を被測定ガスに晒すように保持するとともに、該検出素子の他端側に基準ガス空間を形成するケースと、大気側から前記基準ガス空間に空気を導入するための通気孔を有するとともに、前記ケースと共に前記基準ガス空間を形成するシール部材と、通気性及び撥水性を有するシート状のフィルタと、前記通気孔に嵌入される円筒状の嵌入部材とを備え、前記通気孔に嵌入された前記嵌入部材の大気側の開口を塞ぐように前記フィルタを被せるとともに、前記嵌入部材と前記通気孔との間に前記フィルタの縁部を挟んでフィルタを固定するガスセンサにおいて、前記嵌入部材は、前記大気側の開口を覆う天井部を備え、該天井部の円筒中心に前記基準ガス空間に大気を導入するための通気小孔が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のガスセンサでは、嵌入部材の大気側の開口に天井部が設けられているため、この天井部を覆うようにフィルタが被せられる。そのため、このガスセンサのフィルタに水を吹き付けても、その水圧は天井部で受け止められる。
従って、本発明のガスセンサを用いると、従来のガスセンサに比べフィルタが直接受け止める水圧が軽減するため、フィルタが水圧で破れることを防止することができる。
【００１０】
ところで、本発明のように天井部に通気小孔を穿孔して、基準ガス空間と大気との通気を図る場合、通気小孔の開口面積が嵌入部材の大気側の開口面積よりも小さいため、嵌入部材の大気側の開口側を覆っているフィルタにゴミがたまると、基準ガス空間と大気との通気が不能になりやすいが、通常、ゴミは、通気孔と嵌入部材との境界部分にたまることが多いので、本発明のガスセンサのように、天井部の円筒中心に通気小孔を設ければ、ゴミの影響を受けずに、大気と基準ガス空間との通気を保つことができる。なお、天井部を通気孔の大気側開口部よりも若干突出させておくと、ゴミや油などの汚染物は通気小孔の通気面に付着しにくいので好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたガスセンサの第１実施形態について説明する。本実施形態では、ガスセンサの一種である酸素センサについて説明する。
尚、以下の説明で利用する図面のうち、図１は、本実施形態の酸素センサ１の全体構成を示す断面図、図２（ａ）は、グロメット、フィルタ、嵌入部材の斜視図で、（ｂ）は、嵌入部材をグロメットに挿入した後のグロメット、フィルタ、嵌入部材の断面図である。
１）酸素センサの全体構造
酸素センサ１は、図１に示すように、先端２０が閉じた中空軸状の検出素子２と、この検出素子２内に配置された軸状のセラミックヒーター３と、検出素子２の先端２０が排気管内に晒されるように検出素子２の軸方向中程を保持する円筒状の主体金具５とを備えている。さらに、この酸素センサ１は、主体金具５に溶接され、検出素子２の後端２２を囲って基準ガス空間７０を形成する円筒状の外筒７と、この外筒７が主体金具５に接続される側とは反対側の外筒７の開口に填め込まれるグロメット９（本発明のシール部材に相当）とを備えている。
【００１２】
このうち検出素子２は、ＺｒＯ2を主成分とする固体電解質体で形成されている。そして、その先端２０の外側表面及び内側表面には、図示しない多孔質電極が設置され、排気管内の酸素濃度を検出する検出部を形成している。一方、その後端２２の外側表面及び内側表面には、先端２０の各多孔質電極に接続され、検出部で検出された電気信号を外部に出力するための出力電極２ａ，２ｂが設置されている。
【００１３】
次に、主体金具５は、酸素センサ１を排気管の管壁に螺入して固定するため、外側表面にネジ部５ａが形成されている。一方、主体金具５の筒内には、検出素子２を主体金具５に対し電気的に絶縁された状態で保持するため、セラミックホルダ５ｂ，タルク粉末５ｃ及びセラミックスリーブ５ｄが詰め込まれている。これらは、検出素子２の先端２０が主体金具５から突出した先端側からその反対側の後端側に向かって順に積層されている。このうちセラミックホルダ５ｂ及びセラミックスリーブ５ｄは、主体金具５の筒内で内接する円板状に形成され、その軸中心部に検出素子２を挿通する挿通孔を備えている。
【００１４】
この主体金具５で検出素子２を保持するには、主体金具５の後端部の壁面５ｆを、セラミックスリーブ５ｄとの間にＯリング５ｅを挟んで内側に折って加締める。このようにすると、セラミックホルダ５ｂとセラミックスリーブ５ｄとの間に挟まれたタルク粉末５ｃが加圧され、その加圧により締まったタルク粉末５ｃに検出素子２が固定される。
【００１５】
またこの主体金具５は、その先端側に、検出素子２の先端２０を保護する保護具１３が溶接されている。この保護具１３は、検出素子２の先端２０を囲うように形成され、その壁面には、排気ガスを取り込むための複数の取込孔１３ａが設けられている。
【００１６】
次に、外筒７は、その先端側の開口に主体金具５の後端側が同軸状に挿入・溶接され、一方、後端側の開口にグロメット９が嵌入される。前述した基準ガス空間７０は、このように、外筒７の先端側の開口を主体金具５で閉じ、後端側の開口をグロメット９で閉じることにより形成される。
【００１７】
尚、主体金具５及び外筒７は、本発明のケースに相当する。
次に、グロメット９は、ゴム製の弾性体からなり、図２（ａ）に示すように、基準ガス空間７０に大気を導入するための円筒状の通気孔９ａが軸中心に穿孔され、この通気孔９ａの基準ガス空間７０側の開口には、後述する嵌入部材９０の鍔部９０ｃが嵌合する嵌合部９ｂが形成されている。また、グロメット９は、検出素子２の出力電極２ａ，２ｂから検出信号を外部に引き出す複数のリード線Ｌ１，Ｌ２を挿通するための複数の挿通孔９ｃが設けられている。
【００１８】
このグロメット９の通気孔９ａには、後述する嵌入部材９０が嵌入され、この通気孔９ａを塞ぐ通気性及び撥水性を有するシート状のフィルタ９２が設置される。そして、このグロメット９は、グロメット９の軸方向中程の外周部分を外筒７ごと内側に加締めることにより、外筒７に固定される。
２）嵌入部材９０の構成
次に、本実施形態の特徴部分である嵌入部材９０について説明する。
【００１９】
この嵌入部材９０は、図２（ａ）に示すように、円筒状に形成された本体９０ａと、この本体９０ａの大気側の開口部を覆う天井部９０ｂと、反対側の開口部の外周面上に設けられた鍔部９０ｃとからなり、天井部９０ｂの中心には通気小孔９０ｄが穿孔されている。本実施形態の酸素センサ１では、天井部９０ｂにこの通気小孔９０ｄを設けることによって、基準ガス空間７０と大気との通気を図っている。
【００２０】
またこの本体９０ａは、図２（ｂ）に示すように、嵌入部材９０を天井部９０ｂ側から通気孔９ａに挿入し、鍔部９０ｃを嵌合部９ｂに嵌合させたとき、天井部９０ｂがグロメット９の大気側表面とほぼフラットな状態で通気孔９ａに嵌入される大きさに形成されている。
【００２１】
このように構成された嵌入部材９０を通気孔９ａに嵌入する場合、天井部９０ｂにフィルタ９２を被せた状態で通気孔９ａに挿入し、鍔部９０ｃを嵌合部９ｂに嵌合させる。このときフィルタ９２は、嵌入部材９０の外周面と、通気孔９ａの内壁との間にその縁部が挟まれることによって、グロメット９に対し固定される。
３）作用・効果
本実施形態の酸素センサ１では、嵌入部材９０の大気側の開口に天井部９０ｂが設けられているため、この天井部９０ｂを覆うようにフィルタ９２が被せられる。そのため、この酸素センサ１のフィルタ９２に水を吹き付けても、その水圧は天井部９０ｂで受け止められる。
【００２２】
従って、本実施形態の酸素センサ１を用いると、従来の酸素センサに比べフィルタ９２が直接受け止める水圧が軽減するため、フィルタ９２が水圧で破れることを防止することができる。
ところで、本実施形態のように天井部９０ｂに通気小孔９０ｄを穿孔して、基準ガス空間７０と大気との通気を図る場合、通気小孔９０ｄの開口面積が嵌入部材９０の大気側の開口面積よりも小さいため、嵌入部材９０の大気側の開口側を覆っているフィルタ９２にゴミがたまると、基準ガス空間７０と大気との通気が不能になりやすいが、通常、ゴミは、通気孔９ａと嵌入部材９０との境界部分（図２（ｂ）の矢印αで示した部分）にたまることが多いので、本実施形態の酸素センサ１のように、天井部９０ｂの円筒中心に通気小孔９０ｄを設ければ、ゴミの影響を受けずに、大気と基準ガス空間７０との通気を保つことができる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】嵌入部材、フィルタ、グロメットの斜視図で、（ｂ）は、嵌入部材をグロメットに挿入した後の、嵌入部材、フィルタ、グロメットの断面図である。
【図３】従来のガスセンサの断面図である。
【符号の説明】
１…酸素センサ、２…検出素子、３…セラミックヒーター、５…主体金具、７…外筒、９…グロメット、９ａ…通気孔、９ｂ…嵌合部、９ｃ…挿通孔、１３…保護具、１３ａ…取込孔、７０…基準ガス空間、９０…嵌入部材、９０ａ…本体、９０ｂ…天井部、９０ｃ…鍔部、９０ｄ…通気小孔、９２…フィルタ

Claims

基準ガスに基づいて被測定ガス成分を検出する検出素子と、
該検出素子の一端を被測定ガスに晒すように保持するとともに、該検出素子の他端側に基準ガス空間を形成するケースと、
大気側から前記基準ガス空間に空気を導入するための通気孔を有するとともに、前記ケースと共に前記基準ガス空間を形成するシール部材と、
通気性及び撥水性を有するシート状のフィルタと、
前記通気孔に嵌入される円筒状の嵌入部材と
を備え、
前記通気孔に嵌入された前記嵌入部材の大気側の開口を塞ぐように前記フィルタを被せるとともに、前記嵌入部材と前記通気孔との間に前記フィルタの縁部を挟んでフィルタを固定するガスセンサにおいて、
前記嵌入部材は、
前記大気側の開口を覆う天井部を備え、該天井部の円筒中心に前記基準ガス空間に大気を導入するための通気小孔が形成されたことを特徴とするガスセンサ。