JP4706491B2

JP4706491B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4706491B2
Application number: JP2006021026A
Authority: JP
Inventors: 政伸山内; 孝志児島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: US20070175267A1; JP2007199036A

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出するガスセンサ９がある。
該ガスセンサ９は、図９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９１０と、該センサ素子９１０を挿通保持する素子保持体９１１と、上記センサ素子９１０の基端部を覆った状態で配設される大気側絶縁碍子９１２と、該大気側絶縁碍子９１２を覆った状態で上記素子保持体９１１の基端側に設けられる大気側カバー９１３と、該大気側カバー９１３の基端側に配設される外周カバー９１６とを有する。
また、大気側カバー９１３と大気側絶縁碍子９１２との間には、大気側絶縁碍子９１２を素子保持体９１１に押し付けるための押し付け部材９１４が配設されている。

そして、図９に示すごとく、大気側カバー９１３と、外周カバー９１６と、これらに挟持された通気フィルタ９１７とにより、防水機能を有すると共に大気の導入経路となる通気部が形成されている。
また、大気側カバー９１３及び外周カバー９１６の基端側において弾性部材９１９が加締め固定されることにより、ガスセンサ９の基端部の防水性が確保されている。

しかしながら、図９に示すごとく、上記従来のガスセンサ９においては、例えば、排ガスにより加熱されたガスセンサ９の先端側から素子保持体９１１、大気側絶縁碍子９１２へと熱が伝達した後、該大気側絶縁碍子９１２から押し付け部材９１４、大気側カバー９１３及び外周カバー９１６を介して弾性部材９１９及び通気フィルタ９１７へと伝熱する。そして、これにより、弾性部材９１９や通気フィルタ９１７が熱劣化して、これらが有する防水機能が低下してしまうおそれがある。

特に大気側絶縁碍子９１２には比較的高荷重が作用するため、耐荷重性に優れたアルミナ等が使用されている。そして、大気側絶縁碍子９１２は、大気側カバー９１３に対して体積が充分に大きいため、熱容量も大きく、大きな熱量を伝えることができる。そのため、大気側絶縁碍子９１２を介して弾性部材９１９や通気フィルタ９１７へ大きな熱量が伝達されるおそれがある。

また、図１０に示すごとく、大気側絶縁碍子８１２をバネ部材８１４によって部分的に大気側カバー８１３に接触させたガスセンサ８が提案されている（特許文献１参照）。該ガスセンサ８によれば、大気側カバー８１３の内側面に向かって付勢された状態で配設されたバネ部材８１４の押圧力により、大気側絶縁碍子８１２を所定の位置に固定することができる。

しかしながら、上記ガスセンサ８は、大気側絶縁碍子８１２が素子保持体８１１に接触していない構成のものである。そして、かかる構成のガスセンサ８においては、そもそもガスセンサ８の先端側から基端側への熱伝導による弾性部材８１９や通気フィルタ８１７の熱劣化の問題は少ない。また、上記バネ部材８１４は、センサ素子８１０の折損を防ぐことを目的としたものであり、かつ、大気側カバー８１３により大気側絶縁碍子８１２を先端側に向かって押圧する構成を有するガスセンサ８には適用することができないという問題がある。

特開２００４−１４４７３２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、先端側から基端側への熱伝導を抑制して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、該センサ素子を挿通保持する素子保持体と、該素子保持体の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うように上記素子保持体の基端側に設けた大気側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、上記大気側絶縁碍子の基端面に対向する段部を形成してなり、
該段部と上記大気側絶縁碍子の基端面との間には、該大気側絶縁碍子を上記素子保持体に押し付けるための押し付け部材が配設されており、
かつ、上記段部と上記押し付け部材との接触部には凹凸部が配されており、該凹凸部は、上記大気側カバーの上記段部に形成された凸状リブにより構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、本発明においては、上記大気側カバーは、上記大気側絶縁碍子の基端面に対向する段部を形成してなり、該段部と上記大気側絶縁碍子の基端面との間には、該大気側絶縁碍子を上記素子保持体に押し付けるための押し付け部材が配設されており、かつ、上記段部と上記押し付け部材との接触部には凹凸部が配されており、該凹凸部は、上記大気側カバーの上記段部に形成された凸状リブにより構成されている。
そのため、上記段部と上記押し付け部材との接触面積を低減することができ、上記大気側絶縁碍子から上記大気側カバーへの熱伝導を抑制することができる。
その結果、例えば、大気側カバーの基端部に配設された弾性部材や通気フィルタ等の熱劣化を防ぐことができ、耐熱性に優れたガスセンサを得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、先端側から基端側への熱伝導を抑制して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）のガスセンサとして、例えば、酸素センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等がある。
また、本明細書においては、各種車両用内燃機関等の排気管内に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記凹凸部は、上記大気側カバーの上記段部に形成された凸状リブにより構成されている。
そのため、上記大気側カバーと上記押し付け部材との接触面積を充分に低減してガスセンサの先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができると共に、大気側カバーの構造上の強度を向上させることができる。

次に、上記押し付け部材は、大気側絶縁碍子の基端面に当接する円環部と、該円環部の表面に固定されたバネ部とからなり、該バネ部が上記大気側カバーの上記段部に当接するとともに、上記バネ部によって上記凹凸部の凸状リブが構成されている（請求項２）。
この場合には、上記押し付け部材と上記大気側カバーとの接触面積を充分に低減してガスセンサの先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができる。

また、上記大気側絶縁碍子の基端面には凹凸部が形成されていても良い（請求項３）。
この場合には、上記押し付け部材と上記大気側絶縁碍子の基端面との接触面積を充分に低減してガスセンサの先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができる。

また、上記凹凸部は、３個以上の凸部によって構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記ガスセンサの軸方向に作用する荷重等を上記凸部によって安定した状態で支承することができるため、耐荷重性に優れた上記ガスセンサを得ることができる。また、上記段部と上記押し付け部材との接触面積、又は上記押し付け部材と上記大気側絶縁碍子の基端面との接触面積をできる限り低減するという観点から、上記凸部は３個であることが好ましい。

（実施例１）
本発明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１０と、該センサ素子１０を挿通保持する素子保持体１１と、素子保持体１１の基端側においてセンサ素子１０の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子１２と、該大気側絶縁碍子１２を覆うように素子保持体１１の基端側に設けた大気側カバー１３とを有する。

大気側カバー１３は、図１〜図３に示すごとく、大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に対向する段部１３０を形成してなる。
また、該段部１３０と大気側絶縁碍子１２の基端面１２０との間には、該大気側絶縁碍子１２を素子保持体１１に押し付けるための押し付け部材１４が配設されている。
また、段部１３０と押し付け部材１４との接触部には、段部１３０に形成された３個の凸状リブ１３１により構成される凹凸部２が配されている。

本例のガスセンサ１につき、以下に詳細に説明する。
図１に示すごとく、素子保持体１１は、センサ素子１０を挿通保持する素子側絶縁碍子１５と、該素子側絶縁碍子１５を内側に挿通保持するハウジング１１０とからなる。そして、該ハウジング１１０の先端側には、センサ素子１０の先端側を保護する素子側カバー１８が固定されている。また、ハウジング１１０の基端側には、上記大気側カバー１３が固定されている。また、該大気側カバー１３の基端部は、外周カバー１６によって外周を覆われており、大気側カバー１３と外周カバー１６との間に通気フィルタ１７が挟持されている。また、大気側カバー１３の基端部には、センサ素子１０と電気的に接続されたリード線３を挿通保持する弾性部材１９が配設されている。

ガスセンサ１を組み立てるに当たって、例えば、センサ素子１０を挿通保持した素子側絶縁碍子１５をハウジング１１０に挿通する。そして、内部に大気側絶縁碍子１２と押し付け部材１４とを配設した大気側カバー１３を、素子側絶縁碍子１５とハウジング１１０とからなる素子保持体１１の基端側に配設する。その後、大気側カバー１３を基端側から先端側に向かって押圧しつつ、大気側カバー１３の先端側を、ハウジング１１０の基端部の外周と溶接して固定する。

そして、図１に示すごとくガスセンサ１が組み立てられた状態において、大気側カバー１３の段部１３０に形成された凸状リブ１３１の内側面と押し付け部材１４の基端面、押し付け部材１４の先端面と大気側絶縁碍子１２の基端面１２０、及び大気側絶縁碍子１２の先端面１２１と素子側絶縁碍子１５の基端面１５０とがそれぞれ当接している。
また、押し付け部材１４は、大気側絶縁碍子１２を先端側に向かって押圧する方向に付勢されている。

また、通気フィルタ１７は、図１に示すごとく、大気側カバー１３と外周カバー１６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１６０により加締め固定されている。そして、大気側カバー１３と外周カバー１６とに設けられた大気導入口１３２、１６２と、通気フィルタ１７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が形成されている。

また、大気側カバー１３及び外周カバー１６の基端部には、図１に示すごとく、弾性部材１９を径方向内側に加締める加締め部１６１が形成されている。そして、弾性部材１９により、ガスセンサ１の基端側の防水性が保たれている。

また、ハウジング１１０の外周には、取付用ネジ部１１２と六角部１１１とが設けられている。そして、ガスセンサ１の先端側を排気管内に差込みつつ六角部１１１を工具で廻すことにより、取付用ネジ部１１２が排気管に螺合されてガスセンサ１を排気系に取り付けることができる。
上記手順により排気系に設置されたガスセンサ１において、排気管内に配置されたセンサ素子１０の先端部、素子保持体１１の先端部及び素子側カバー１８等のガスセンサ１の先端側は、排ガスに曝される（図示略）。

これにより、ガスセンサ１の先端側は排気熱によって加熱される。そして、ガスセンサ１の先端側から素子保持体１１（素子側絶縁碍子１５及びハウジング１１０）へと伝熱され、その熱は、素子側絶縁碍子１５の基端面１５０と当接している大気側絶縁碍子１２へと伝達される。そして、大気側絶縁碍子１２へと伝達された熱は、押し付け部材１４へと伝達された後、凸状リブ１３１が設けられた大気側カバー１３を介して弾性部材１９又は通気フィルタ１７へと伝達される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
段部１３０と押し付け部材１４との接触部には、図１〜図３に示すごとく、段部１３０に形成した凹凸部２が配されている。これにより、段部１３０と押し付け部材１４との接触面積を低減することができ、大気側絶縁碍子１２から大気側カバー１３への熱伝導を抑制することができる。そして、その結果、大気側カバー１３の基端部に配設された弾性部材１９や通気フィルタ１７の熱劣化を防ぐことができ、耐熱性に優れたガスセンサ１を得ることができる。

また、凹凸部２は、図１〜図３に示すごとく、大気側カバー１３の段部１３０に形成された凸状リブ１３１により構成されているため、上記接触面積を充分に低減してガスセンサ１の先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができると共に、大気側カバー１３の構造上の強度を向上させることができる。

また、凹凸部２は、３個の凸部によって構成されている。該凸部により、ガスセンサ１の軸方向に作用する荷重等を安定した状態で支承することができるため、耐荷重性に優れたガスセンサ１を得ることができる。また、段部１３０と押し付け部材１４との接触面積を充分に低減することができる。

以上のごとく、本例によれば、先端側から基端側への熱伝導を抑制して耐熱性に優れたガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４、図５に示すごとく、押し付け部材１４を、大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に当接する円環部１４０と、該円環部１４０の表面に固定されたバネ部１４１とにより構成したガスセンサ１の例である。

上記バネ部１４１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すごとく、円環部１４０に放射状に配された３つの突出板部１４２を押し付け部材１４の内側に向かって折り曲げると共に、突出板部１４２の先端側を押し付け部材１４の外側に向かって折り曲げることにより形成されている。この３個のバネ部１４１を設けることによって、押し付け部材１４に凹凸部２が形成されることとなる。そして、押し付け部材１４は、図４に示すごとく、円環部１４０において大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に当接すると共に、バネ部１４１において大気側カバー１３に形成された段部１３０に当接する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、押し付け部材１４と大気側カバー１３の段部１３０とが、部分的に形成されたバネ部１４１において接触することとなるため、両者の接触面積を充分に低減してガスセンサ１の先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
尚、上記バネ部１４１の数は４個以上とすることもできる。

（参考例）
本例は、図６、図７に示すごとく、凸状部分１２２が大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に形成されているガスセンサ１の例である。
また、凸状部分１２２は、上記基端面１２０に３個形成されている。この凸状部分１２２を設けることによって大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に凹凸部２が形成されることとなる。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、押し付け部材１４と大気側絶縁碍子１２の基端面１２０との接触面積を充分に低減してガスセンサ１の先端側から基端側への熱伝導を充分に抑制することができる。
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８に示すごとく、素子側絶縁碍子１５の先端面１５１と、有底筒状のセンサ素子１０の基端面１００とが当接しているガスセンサ１の例である。
そして、センサ素子１０と素子側絶縁碍子１５と大気側絶縁碍子１２とが押し付け部材１４によって互いに軸方向に押し付けられている。該押し付け部材１４は、実施例２と同様に、円環部１４０と３個のバネ部１４１とからなる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

尚、図８には、円環部１４０と３個のバネ部１４１とからなる凹凸部２を有するガスセンサ１を示したが、上記実施例１と同様に大気側カバー１３の段部１３０に凸状リブ（例えば、図１に示す符号１３１）を形成して凹凸部２を構成しても良いし、上記実施例３と同様に大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に凸状部分（例えば、図６に示す符号１２２）を形成して凹凸部２を構成しても良い。

また、上記実施例１から実施例３においては、三種類の凹凸部２を一種類ずつ設けたガスセンサ１の例を示したが、例えば、大気側カバー１３の段部１３０に凹凸部２を形成すると共に、大気側絶縁碍子１２の基端面１２０に凹凸部２を形成する等、二種類以上の凹凸部２を組み合わせて適用することもできる。
また、押し付け部材１４と大気側カバー１３に形成された段部１３０との接触部や、押し付け部材１４と大気側絶縁碍子１２の基端面１２０との接触部に凹部や溝部を設けることにより凹凸部２を形成することもできる。

実施例１における、ガスセンサの断面説明図。実施例１における、大気側カバーと押し付け部材と大気側絶縁碍子とを示す断面説明図。図２におけるＡ−Ａ線断面説明図。実施例２における、大気側カバーと押し付け部材と大気側絶縁碍子とを示す断面説明図。実施例２における、（ａ）突出板部が折り曲げられる前の押し付け部材の上面図、（ｂ）突出板部が折り曲げられた後の押し付け部材の上面図。参考例における、大気側カバーと押し付け部材と大気側絶縁碍子とを示す断面説明図。図６におけるＢ−Ｂ線断面説明図。実施例３における、ガスセンサの断面説明図。従来例における、ガスセンサの断面説明図。従来例における、大気側絶縁碍子に押し付け部材が取付けてあるガスセンサの断面説明図。

符号の説明

１ガスセンサ
１０センサ素子
１１素子保持体
１２大気側絶縁碍子
１２０基端面
１３大気側カバー
１３０段部
１４押し付け部材
２凹凸部

Claims

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持体と、該素子保持体の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うように上記素子保持体の基端側に設けた大気側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、上記大気側絶縁碍子の基端面に対向する段部を形成してなり、
該段部と上記大気側絶縁碍子の基端面との間には、該大気側絶縁碍子を上記素子保持体に押し付けるための押し付け部材が配設されており、
かつ、上記段部と上記押し付け部材との接触部には凹凸部が配されており、該凹凸部は、上記大気側カバーの上記段部に形成された凸状リブにより構成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、上記押し付け部材は、大気側絶縁碍子の基端面に当接する円環部と、該円環部の表面に固定されたバネ部とからなり、該バネ部が上記大気側カバーの上記段部に当接するとともに、上記バネ部によって上記凹凸部の凸状リブが構成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、上記大気側絶縁碍子の基端面には、凹凸部が形成されてい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、上記凹凸部は、３個以上の凸部によって構成されていることを特徴とするガスセンサ。