JP4631727B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジン等の内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサに関する。

従来より、自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設置され、排気ガス中の酸素濃度等を検知するガスセンサ９がある（特許文献１参照）。
該ガスセンサ９は、図１２に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子９２と、該センサ素子９２を挿通保持するハウジング９３と、該ハウジング９３の基端側に固定される大気側カバー９４とを有する。

該大気側カバー９４は、図１２に示すごとく、ハウジング９３に固定される大径部９４１と、基端側に配設される小径部９４２と、大径部９４１と小径部９４２との間に形成される段部９４３とを有する。
また、大気側カバー９４の基端側は、フィルタカバー９６によって覆われている。
また、防水機能を有する通気フィルタ９５が、同図に示すごとく、大気側カバー９４とフィルタカバー９６との間に挟持されており、軸方向二箇所の加締め部９６０により加締め固定されている。

通気フィルタ９５は、図１２に示すごとく、先端部を段部９４３に当接させることにより位置決めされている。
ガスセンサ９の使用時においては、ガスセンサ９の先端側が高温となり、その熱が基端側にも伝わり、通気フィルタ９５も高温となる。そのため、内燃機関の排気系においてガスセンサ９の使用を重ねることにより、通気フィルタ９５は熱劣化していき、通気フィルタ９５の防水機能が低下してしまうおそれがある。

それ故、なるべく通気フィルタ９５はガスセンサ９の基端よりに配する必要がある。そこで、段部９４３の基端側に更に新たな段部を設けて通気フィルタ９５をガスセンサ９の基端よりに配置することも考えられるが、段部を増やすと大気側カバー９４とフィルタカバー９６との間に狭い隙間が形成され易く、該隙間に水分等が浸入した場合には水分等が抜け難いため、隙間腐食を招く要因となるおそれがある。

特開２００２−８２０８５号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、大気側カバーとフィルタカバーとの間の通気性を確保すると共に、耐熱性に優れたガスセンサを提供しようとするものである。

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を内側に挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に固定された大気側カバーと、該大気側カバーの基端部の外周に配された通気フィルタと、該通気フィルタを上記大気側カバーとの間に固定するフィルタカバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側カバーは、先端側において上記ハウジングに固定される大径部と、基端側において外周に上記フィルタカバーが配される小径部とを有すると共に、大径部と小径部との間に段部を形成してなり、
該段部と上記小径部との間には、該小径部から外方へ突出したリブが形成されており、
また、該リブの基端部に、上記通気フィルタの先端部が当接しており、
上記リブは、３〜８個形成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）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記段部と上記小径部との間には上記リブが形成されており、該リブの基端部に上記通気フィルタの先端部が当接している。これにより、上記通気フィルタを、上記リブの軸方向長さ分、ガスセンサの基端よりに配置して、高温に熱せられたガスセンサの先端部から離隔することができる。その結果、ガスセンサの先端部の熱が通気フィルタに伝わって該通気フィルタが熱劣化することを抑制することができ、耐熱性に優れたガスセンサを得ることができる。

また、上記構成を採用することにより、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間に、外部と連通する空間を形成することができる。これにより、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間の通気性を確保することができるため、上記通気フィルタや上記大気側カバー等が劣化腐食することを防ぐことができる。
また、上記リブの基端部に上記通気フィルタの先端部を当接させることで、上記通気フィルタの位置決めを容易に行うことができると共に、上記通気フィルタを安定した状態で所定の位置に配設することができる。

以上のごとく、本発明によれば、大気側カバーとフィルタカバーとの間の通気性を確保すると共に、耐熱性に優れたガスセンサを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記ガスセンサとして、例えば、Ｏ₂センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等がある。
尚、本明細書においては、自動車の内燃機関等の排気管内に設置する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記リブは、軸方向長さが３〜１０ｍｍであることが好ましい（請求項２）。
この場合には、基端側の剛性及び強度の低下を防ぎつつ耐熱性に充分優れたガスセンサを得ることができる。
一方、上記軸方向長さが３ｍｍ未満である場合には、高温のガスセンサの先端部と通気フィルタとを充分に離隔配置することが困難となり、通気フィルタが熱劣化することを防ぐことが困難となるおそれがある。
また、上記軸方向長さが１０ｍｍを超える場合には、ガスセンサの基端側の寸法が長くなり、ガスセンサの基端側における剛性及び強度が低下してしまうおそれがある。

また、上記リブは、３〜８個形成されている。
これにより、上記通気フィルタを安定して配置することができると共に、上記リブを容易に形成することができる。
一方、リブの形成個数が３個未満である場合には、通気フィルタを安定した状態でリブの基端部に当接させることが困難となるおそれがある。
また、リブの形成個数が８個を超える場合には、リブの形成が困難となるおそれがある。

また、上記大気側カバーは、上記リブの形成領域の周方向長さＡと、上記リブの間の非形成領域の周方向長さＢとは、０．１５≦Ａ／Ｂ≦１の関係を有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間の通気性を充分に確保しつつ上記通気フィルタの位置決めを容易かつ安定した状態で行うことができる。

一方、Ａ／Ｂが０．１５未満である場合には、上記通気フィルタの位置決めを安定した状態で行うことが困難となるおそれがある。
また、Ａ／Ｂが１を超える場合には、大気側カバーとフィルタカバーの先端部との間に形成される空間が小さくなってしまい、大気側カバーとフィルタカバーとの間の通気性を充分に確保することが困難となるおそれがある。

また、上記フィルタカバーは、先端部を上記リブの基端部に当接させていても良い（請求項４）。
この場合には、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間に、外部と通気可能な空間を形成することができるため、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間の通気性を充分に確保することができる。

また、上記フィルタカバーは、先端部を上記リブの外側面に接触配置してなるよう構成されていても良い（請求項５）。
この場合にも、ガスセンサを組み付ける際に、上記通気フィルタを上記リブの基端部において容易に位置決めすることができる。

また、上記フィルタカバーは、先端部を上記大気側カバーに接触させないように配置されていても良い（請求項６）。
この場合には、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間に、外部と通気可能な空間を形成することができるため、上記大気側カバーと上記フィルタカバーの先端部との間の通気性を充分に確保することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を内側に挿通保持するハウジング３と、該ハウジング３の基端側に固定された大気側カバー４と、該大気側カバー４の基端部の外周に配された通気フィルタ５と、該通気フィルタ５を大気側カバー４との間に固定するフィルタカバー６とを有する。

大気側カバー４は、図１、図３に示すごとく、先端側においてハウジング３に固定される大径部４１と、基端側において外周にフィルタカバー６が配される小径部４２とを有すると共に、大径部４１と小径部４２との間に段部４３を形成してなる。
該段部４３と小径部４２との間には、図１、図２に示すごとく、該小径部４２から外方へ突出したリブ４４が形成されている。
また、該リブ４４の基端部に、通気フィルタ５の先端部が当接している。
また、リブ４４の外側面には、フィルタカバー６の先端部が接触配置されている。

上記リブ４４は、図１、図２に示すごとく、段部４３と小径部４２との間において、小径部４２から外方へ突出するように形成されており、軸方向長さｈが３〜１０ｍｍである。尚、本例では、図２に示すごとく、小径部４２上に、同等の大きさで等間隔に円弧状のリブ４４が４個形成されている。

また、一つのリブ４４の形成領域の周方向長さをａとしたときの４つの形成領域の周方向長さの合計であるＡ（＝４ａ）と、リブ４４の間の一つの非形成領域の周方向長さをｂとしたときの４つの非形成領域の周方向長さの合計であるＢ（＝４ｂ）とは、０．１５≦Ａ／Ｂ≦１の関係を有する。即ち、本例においては、上述のごとく、リブ４４が同等の大きさで等間隔に形成されているため、一つのリブ４４の形成領域の周方向長さａと、リブ４４の間の一つの非形成領域の周方向長さｂとは、０．１５≦ａ／ｂ≦１の関係を有する。
尚、リブ４４は、例えば、大気側カバー４を形成した後、該大気側カバー４を型にはめて押し広げることにより形成することができる。

通気フィルタ５は、図１、図２に示すごとく、大気側カバー４とフィルタカバー６との間に挟持されると共に、軸方向二箇所に設けられた加締め部６０により加締め固定されている。そして、フィルタカバー６に設けられた大気導入口６００と、通気フィルタ５と、大気側カバー４に設けられた大気連通口４００とにより、防水機能を有すると共に大気を導入する通気部を形成している。
尚、通気フィルタ５として、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなるものを用いることができる。

また、ガスセンサ１はその内部に、図１に示すごとく、センサ素子２を挿通保持する素子側絶縁碍子１２と、該素子側絶縁碍子１２の基端側に配設される大気側絶縁碍子１３と、該大気側絶縁碍子１３の基端面に配設される皿バネ１４とを有する。皿バネ１４は、大気側絶縁碍子１３と段部４３との間において、大気側絶縁碍子１３を素子側絶縁碍子１２の方向へ押し付けるように付勢された状態で配設されている。そして、高温の被測定ガスによって加熱されたガスセンサ１の先端部の熱は、素子側絶縁碍子１２と大気側絶縁碍子１３とを介して皿バネ１４へと伝達される。その後、皿バネ１４から段部４３を介して通気フィルタ５を挟持する大気側カバー４へと伝熱される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
段部４３と小径部４２との間には、図１、図２に示すごとく、リブ４４が形成されており、該リブ４４の基端部に通気フィルタ５の先端部が当接している。これにより、通気フィルタ５を、リブ４４の軸方向長さｈ分、ガスセンサ１の基端よりに配置して、高温に熱せられたガスセンサ１の先端部から離隔することができる。その結果、ガスセンサ１の先端部の熱が通気フィルタ５に伝わって該通気フィルタ５が熱劣化することを抑制することができ、耐熱性に優れたガスセンサ１を得ることができる。

また、ガスセンサ１の先端部の熱は、上記のごとく、皿バネ１４へと伝達された後、更に段部４３を介して大気側カバー４へと伝達される。ここで、上記構成を採用することにより、段部４３においてリブ４４が形成されている部分と、皿バネ１４とが接することがないため、段部４３全体として、皿バネ１４との接触面積を低減することができる。その結果、ガスセンサ１の先端部から通気フィルタ５への熱伝導を抑制することができ、通気フィルタ５が熱劣化することをより一層抑制することができる。

また、上記構成を採用することにより、図２、図３に示すごとく、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間に、外部と連通する空間７を形成することができる。これにより、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間の通気性を確保することができるため、通気フィルタ５や大気側カバー４等が劣化腐食することを防ぐことができる。
また、リブ４４の基端部に通気フィルタ５の先端部を当接させることで、通気フィルタ５の位置決めを容易に行うことができると共に、通気フィルタ５を安定した状態で所定の位置に配設することができる。

また、リブ４４は、図１に示すごとく、軸方向長さｈが３〜１０ｍｍであるため、基端側の剛性及び強度の低下を防ぎつつ耐熱性に充分優れたガスセンサ１を得ることができる。
また、図２に示すごとく、リブ４４は４個形成されているため、通気フィルタ５を安定して配置することができると共に、リブ４４を容易に形成することができる。

また、本例の大気側カバー４は、リブ４４の形成領域の周方向長さＡと、リブ４４の間の非形成領域の周方向長さＢとは、０．１５≦Ａ／Ｂ≦１の関係を有する。これにより、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間の通気性を充分に確保しつつ通気フィルタ５の位置決めを容易かつ安定した状態で行うことができる。
また、フィルタカバー６は、図１〜図３に示すごとく、先端部をリブ４４の外側面に接触配置してなる。これによっても、ガスセンサ１を組み付ける際に、通気フィルタ５をリブ４４の基端部において容易に位置決めすることができる。

以上のごとく、本例によれば、大気側カバーとフィルタカバーとの間の通気性を確保すると共に、耐熱性に優れたガスセンサを提供することができる。

尚、本発明の構成は、上記実施例１のように積層型のセンサ素子２を有するガスセンサ１のみならず、有底筒状のコップ型のセンサ素子を有するガスセンサにも適用することができる。
また、リブ４４は、上記実施例１のごとく４個に限らず、１個以上形成すれば本発明の作用効果を発揮することができる。

（実施例２）
本例は、図４、図５に示すごとく、フィルタカバー６の先端部がリブ４４の基端部に当接しているガスセンサ１の例である。
上記リブ４４は、軸方向の基端側方向と周方向の外側方向とに、上記実施例１におけるリブ（図１、図２における符号４４参照）よりも突出するよう形成されている。本例では、リブ４４の周方向における外側面と大径部４１の外周面とは、周方向において同等の突出量としてある。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間に、外部と通気可能な空間７を形成することができるため、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間の通気性を充分に確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、フィルタカバー６が、先端部を大気側カバー４に接触させないように配置されているガスセンサ１の例である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、大気側カバー４とフィルタカバー６の先端部との間に、外部と通気可能な空間７を形成することができるため、大気側カバー４とフィルタカバー６との間の通気性を充分に確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７〜図９に示すごとく、軸方向に直交する方向の断面を種々変更したリブ４４を有する大気側カバー４の例である。即ち、リブ４４の断面は、図７に示すごとく、楕円状とすることもできるし、図８に示すごとく、四角形状とすることもできるし、図９に示すごとく、三角形状とすることもできる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、リブ４４の軸方向長さｈを種々変更させて通気フィルタ５の温度低下量を調べた例である。
該温度低下量とは、ガスセンサの実使用環境下において測定される、軸方向長さｈが０である従来のガスセンサ（図１２における符号９参照）における通気フィルタの温度と、図１０に示すごとく、軸方向長さｈを種々変更した場合のガスセンサ１における通気フィルタ５の温度との差である。

測定結果を図１１に示す。同図からわかるように、リブ４４の軸方向長さｈを大きくすることにより、通気フィルタ５の温度低下量が大きくなっていくことがわかる。即ち、通気フィルタ５の先端部の位置を基端側にずらすにつれて、ガスセンサ１の先端部から通気フィルタ５への熱伝導が抑制されていくことがわかる。更に、軸方向長さｈが３ｍｍ以上である場合には２８℃以上の温度低下量となり、本発明の作用効果を充分に発揮することができることがわかる。

実施例１における、ガスセンサの断面説明図。 図１におけるＸ−Ｘ線断面説明図。 図２におけるＹ−Ｙ線断面説明図。 実施例２における、ガスセンサの基端部の断面説明図。 図４におけるＺ−Ｚ線断面説明図。 実施例３における、ガスセンサの基端部の断面説明図。 実施例４における、リブの断面形状を変更した場合の軸方向に直交する方向の大気側カバーの断面説明図。 実施例４における、リブの断面形状を変更した場合の軸方向に直交する方向の大気側カバーの断面説明図。 実施例４における、リブの断面形状を変更した場合の軸方向に直交する方向の大気側カバーの断面説明図。 実施例５における、ガスセンサの基端部の断面説明図。 実施例５における、測定結果を示す線図。 従来例における、ガスセンサの断面説明図。

符号の説明

１ ガスセンサ
２ センサ素子
３ ハウジング
４ 大気側カバー
４１ 大径部
４２ 小径部
４３ 段部
４４ リブ
５ 通気フィルタ
６ フィルタカバー

Claims (6)

1. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を内側に挿通保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に固定された大気側カバーと、該大気側カバーの基端部の外周に配された通気フィルタと、該通気フィルタを上記大気側カバーとの間に固定するフィルタカバーとを有するガスセンサであって、
   上記大気側カバーは、先端側において上記ハウジングに固定される大径部と、基端側において外周に上記フィルタカバーが配される小径部とを有すると共に、大径部と小径部との間に段部を形成してなり、
   該段部と上記小径部との間には、該小径部から外方へ突出したリブが形成されており、
   また、該リブの基端部に、上記通気フィルタの先端部が当接しており、
   上記リブは、３〜８個形成されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１において、上記リブは、軸方向長さが３〜１０ｍｍであることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項１又は２において、上記大気側カバーは、上記リブの形成領域の周方向長さＡと、上記リブの間の非形成領域の周方向長さＢとは、０．１５≦Ａ／Ｂ≦１の関係を有することを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記フィルタカバーは、先端部を上記リブの基端部に当接させていることを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記フィルタカバーは、先端部を上記リブの外側面に接触配置してなることを特徴とするガスセンサ。
6. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記フィルタカバーは、先端部を上記大気側カバーに接触させないように配置されていることを特徴とするガスセンサ。

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