JP5931664B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
ここで、図12に示すように、ガスセンサ素子3の素子本体3sには径方向外側に突出する鍔部3aが形成され、主体金具1000の内面に設けたテーパ状の受け面1000eに鍔部3aの先端向き面3afを間接的に当接させ、ガスセンサ素子3を保持している。又、主体金具1000の受け面1000eとガスセンサ素子3の鍔部3aとの間には環状平板状の金属パッキン12が配置され(図12(a))、主体金具1000の後端側を加締め、ガスセンサ素子3と主体金具1000との間に充填された粉末充填材6がガスセンサ素子3の鍔部3aを先端側に押圧した際、金属パッキン12が受け面1000eに沿って変形することになっている(図12(b))。
なお、この金属パッキンは、主受け面に接して先端側へ向かって窄まるテーパ状の内側部分と、該内側部分の外端縁から水平方向に折曲する外側部分とからなっている。
又、金属部と接する主体金具の受け面は、主体金具の内側面から直接先端側へ向かって傾斜する(窄まる)1つのテーパとして構成されているため、主体金具の内面に複数段の段状部を形成する必要がなく、主体金具の製造が簡易になると共に、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧する際に、主体金具の段部に合わせて押圧工程を複数回に分けて行う必要がなく、一度に押圧すれば済むので作業時間が短縮される。
さらに、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とが、鍔部の側面よりも径方向内側にて接している。つまり、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間が生じる。これにより、主体金具の受け面の外径に対してより近接するように金属パッキンの外径を設けた場合、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧し、加締め応力が鍔部の側面上に設けた溶射層に対して、鍔部の側面に沿った方向に加わったとしても、角部近傍の溶射層に金属部が当接しないため、溶射層が鍔部の側面から剥離することが防止される。
このガスセンサによれば、鍔部の角部の形状を曲面又は平面に変更するだけで、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。
このガスセンサによれば、例えば金属部を厚みが一定の一般的な形状であったとしても、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。
このガスセンサによれば、金属部の形状を径方向外側に向かって厚みが薄くするだけで、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。
このガスセンサによれば、金属部がガスセンサ素子を収容するプロテクタ部と一体になっているので、部品点数が低減して生産性が向上し、コストダウンが図られる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るガスセンサ100を軸線O方向(先端から後端に沿う方向)に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ100は自動車の排気管内に挿入されて先端(図1のプロテクタ部204側)が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。
なお、図1の下側(プロテクタ部204側)をガスセンサ100の先端側とし、図1の上側をガスセンサ100の後端側とする。
ガスセンサ素子3の中央付近には、径方向外側に突出する鍔部3aが設けられている。一方、主体金具20の先端寄りの内周面には内側に縮径しつつ先端側へ向かって窄まるテーパ状の受け面20eが設けられ、鍔部3aと受け面20eの間に後述するプロテクタ200のプロテクタ部204と繋がる環状の金属部202が配置されている。そして、ガスセンサ素子3を主体金具20の内側に挿通し、鍔部3aをプロテクタ200の金属部202に間接的に当接させることにより、間接的に受け面20eに後端側からガスセンサ素子3の鍔部3aが当接し、ガスセンサ素子3が主体金具20内に組み付けられている。
さらに、図3に示すように、ガスセンサ素子3(素子本体3s)の先端部から鍔部3aの先端向き面3afを経て少なくとも側面3asまでの領域に、外側電極(検知電極)3cを覆う多孔質の溶射層5が形成されている。
溶射層5は外側電極3cを被検出ガス中の被毒物質等から保護する目的で形成されている。さらに、鍔部3aの先端向き面3afや側面3asに設けられるリード3cLと主体金具20とが短絡し、センサ出力にノイズが重畳することを防止するため、この溶射層5は、素子本体の先端部から鍔部3aの先端向き面3afを経て少なくとも鍔部の側面3asまで連続して形成されることが必要となる。但し、後述する外側端子91と電気的に接続するため、少なくとも電極パッド3cpは溶射層5で覆われずに露出している。
プロテクタ200は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、又はステンレス鋼(SUS430等)を用いて製造することができる。
そして、主体金具20の雄ねじ部20dを排気管等のネジ孔に取付けることで、ガスセンサ素子3の先端を排気管内に露出させて被検出ガス(排気ガス)を検知している。
外筒40の先端部40aの内側には、絶縁性の筒状のセパレータ111が配置されている。さらに、セパレータ111の2個の挿通孔115、116には、それぞれ内側端子71、外側端子91の板状基部74、94が挿通されている。この各板状基部74、94の後端にはそれぞれ接続端部75、95が形成され、接続端部75、95にそれぞれリード線141、141が加締め接続されている。
さらに、外筒40の後端部40bの側面のうち、グロメット131よりも先端側の位置には、周方向に等間隔で4個(図1では3個のみ図示)の第1通気孔41が開口している。そして、外筒40の後端部40bの径方向外側には、第1通気孔41を塞ぐように、環状の通気性のフィルタ50が被せられ、さらに、フィルタ50を径方向外側から金属製筒状の保護外筒60が囲んでいる。保護外筒60の側面には、周方向に等間隔で4個(図1では2個のみ図示)の第2通気孔61が開口し、フィルタ50を介して外筒40内部へ外気を導入可能になっている。なお、第2通気孔61及び第1通気孔41の先後で外筒40及び保護外筒60を加締めることで、外筒40と保護外筒60の間にフィルタ50を保持している。フィルタ50は、例えばフッ素系樹脂等の樹脂の多孔質構造体からなり、撥水性を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子3の内部空間に基準ガス(大気)を導入する。
図4は、図1の部分拡大図である。プロテクタ200の金属部202の外側面202yは、鍔部3aの側面3asに設けられた溶射層5の外表面5asと軸線方向に重なっている(径方向に同じ位置にある)。つまり、金属部202の外側面202yと金属部202の先端向き面202fとを繋ぐ角部202jが、鍔部3aの側面3as上に設けられた溶射層5の外表面5asと軸線方向に重なっている。ここで、主体金具20の受け面20eの内径(受け面20eより後端側の内径)dは、鍔部3aを含むガスセンサ素子3が主体金具20に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、鍔部3aの外径よりやや大きい程度の径になっている。そして、プロテクタ200を受け面20eに載置した際にも、プロテクタ200が主体金具20に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、プロテクタ200と主体金具20との間の径方向の隙間も小さい方がよい(つまり、プロテクタ200の金属部202の外径を主体金具20の受け面20eの内径dに近接させるようにした方がよい)。このようなことから、金属部202の外側面202yと金属部202の先端向き面202fとを繋ぐ角部202jは、鍔部3aの側面3asに設けられた溶射層5の外表面5asと軸線方向に重なっているか又は該外表面5asより径方向外側にはみ出していることが必要である。
このように受け面20eを1つのテーパとして構成すると、受け面20eに馴染んで変形した金属部202の後端向き面202rが平坦になり、図4の断面を見たときにほぼ直線Lに沿う。このため、鍔部3aの先端向き面3afを平坦に形成すると、先端向き面3afと側面3asとをつなぐ角部3ac近傍の溶射層5が金属部202に当接する。この状態で、さらに、加締め応力が鍔部3aの側面3as上に設けた溶射層5に対して、鍔部3aの側面3asに沿った方向(つまり、軸線O方向に沿った方向)に加わると、溶射層5が鍔部3aの側面3asから剥離するおそれがある。そこで、図4に示すように、鍔部3aの側面3asと先端向き面3afとを曲面にて接続する(言い換えると、角部3acに丸みを付ける)ことで、角部3ac近傍の溶射層5が金属部202から軸線方向に離れて角部3ac近傍の溶射層5と金属部202との間に隙間Gが生じる。これにより、加締め応力が鍔部3aの側面3as上に設けた溶射層5に対して、鍔部3aの側面3asに沿った方向に加わったとしても、角部3ac近傍の溶射層5に金属部202が当接しないため、溶射層5が鍔部3aの側面3asから剥離することが防止される。なお、金属部202の後端向き面202rは、鍔部3aの側面3asよりも径方向内側にて、鍔部3aの先端向き面3af上に設けられた溶射層5の外表面5afと接することになる。この場合、鍔部3aの先端向き面3af上にも溶射層5が設けられており、この溶射層5においても加締め応力が加わるが、鍔部3aの先端向き面3afに交差する方向に(つまり、溶射層5の積層方向に沿う圧縮応力として)加わるため、鍔部3aの先端向き面3afと溶射層5との界面が剥離することがない。
又、素子本体3sはその概形を型によって成型した後、砥石で研削して最終形状に仕上げるが、角部3acを形成する砥石の断面形状を調整することで、角部3acに丸みをつけることができる。
図6において、プロテクタ210は図5の例と同一であり、金属部212の厚みが径方向外側に向かって薄くなっている。さらに、鍔部3aは図4の例と同一であり、鍔部3aの側面3asと先端向き面3afとを曲面にて接続している(つまり、角部3acが丸みを帯びている)。このため、角部3ac近傍の溶射層5と金属部212との隙間Gが、図4や図5の間隙Gよりも大きくなる。これにより、加締め応力が鍔部3aの側面3as上に設けた溶射層5に対して、鍔部3aの側面3asに沿った方向に加わったとしても、角部3ac近傍の溶射層5に金属部212が当接しないため、溶射層5が鍔部3aの側面3asから剥離することが確実に防止される。
図7において、プロテクタ230は、図4に示すプロテクタ200と同一の金属部232及びプロテクタ部234を有すると共に、さらに、別の変形例では、金属部232から後端側へ向かって筒状に延びるガイド部232zを一体に有する。
そして、金属部232と角部3a近傍の溶射層5との間に隙間Gが生じる理由は、図4に示すプロテクタ200と同様の理由である。
ここで、ガイド部232zの外径は、主体金具20の受け面20eの内径dよりわずかに小さく、プロテクタ230を主体金具20の後端側から主体金具20内に配置する際、ガイド部232zが主体金具20の内側面に沿うので、プロテクタ230と主体金具20との芯合わせを確実に行うことができる。又、ガイド部232zが主体金具20と鍔部3aの側面3asとの間に挟持されるので、プロテクタ230がしっかりと主体金具20に保持される。
なお、主体金具20の後端側を加締めてガスセンサ素子3を先端側に押圧する際、ガイド部232zが鍔部3aの側面3asに設けられた溶射層5の外表面5asに当接する場合があるが、溶射層5に対して加締め応力のような軸線O方向に加わる応力よりも十分小さい応力しかかからないので、溶射層5が鍔部3aの側面3asから剥離するおそれはない。
図8は、第2の実施形態に係るガスセンサ110を軸線O方向に沿う面で切断した断面構造を示し、図1のガスセンサ100の断面構造に対応している。なお、ガスセンサ110は、パッキン300(特許請求の範囲の金属部に相当)及び主体金具20の先端部20f2の構成、並びにパッキン300と別体のプロテクタ7を有すること以外の構成は第1の実施形態に係るガスセンサ100と同一であるので、ガスセンサ100と同一構成部分について同一符号を付して説明を省略する。
図8において、パッキン300は、受け面20eに当接し先端側へ向かって窄まるテーパ形状を有する。パッキン300は鍔部3aと受け面20eとの間に係合する。
又、主体金具20の先端部20f2には金属製(ステンレスなど)で筒状のプロテクタ7(パッキン300と別体)が固定され、主体金具20から突出するガスセンサ素子3の先端がプロテクタ7で覆われている。このプロテクタ7は、排気ガスをプロテクタ7の内部に取り込むための複数の孔部を有している。
なお、第2の実施形態においても、第1の実施形態(図6)と同様に、パッキン310を径方向外側に向かって厚みを薄くすると共に、鍔部3aの側面3asと先端向き面3afとを曲面にて接続し、隙間Gをより大きくしてもよい。又、第2の実施形態においても、第1の実施形態(図7)と同様に、パッキン300から後端側へ向かって筒状に延びるガイド部を一体に有してもよい。
一方、パッキン320の後端向き面320rに平行な直線L2は、軸線O方向とθ1の角度をなしていて、θ1>θ2に設定されている。
このため、パッキン320の後端向き面320rが第1の実施形態における金属部202のように(図4参照)平坦であっても、パッキン320が角部3ac2近傍の溶射層5から軸線方向に離れて角部3ac2近傍の溶射層5とパッキン320との間に隙間Gが生じる。これにより、加締め応力が鍔部3a2の側面3as2上に設けた溶射層5に対して、鍔部3a2の側面3as2に沿った方向に加わったとしても、角部3ac2の溶射層5にパッキン320が当接しないため、溶射層5が鍔部3a2の側面3as2から剥離することが防止される。なお、パッキン320の後端向き面320rは、鍔部3a2の側面3as2よりも径方向内側にて、鍔部3a2の先端向き面3af2上に設けられた溶射層5の外表面5af2と接することになる。
また、パッキン320の外側面320yが、鍔部3a2の側面3as2に設けられた溶射層5の外表面5as2に対して一部が径方向外側にはみ出しており、一部が径方向内側に配置されている。このように、パッキン320の外側面320yが鍔部3a2の側面3as2に設けられた溶射層5の外表面5as2に跨って配置されていたとしても、パッキン320の外側面320yとパッキン320の先端向き面320fとを繋ぐ角部320jが鍔部3a2の側面3as2上に設けられた溶射層5の外表面5as2よりも径方向外側にはみ出しているため、パッキン310が主体金具20に対して径方向に位置ズレを起こし難い。又、受け面20eには、パッキン320の先端向き面320fが接している。
なお、パッキン320の後端向き面320rに溶射層5の外表面5af2が押付けられると、両者の接点Pにて後端向き面320rが変形して外表面5af2に馴染み、接点Pでは後端向き面320rと外表面5af2とが同一面上にあり、上記したθ2=θ1となる。そこで、接点Pより径方向外側の部分において、θ1を規定することとする。従って、接点Pより径方向外側におけるθ1が、特許請求の範囲における「金属部と溶射層の外表面とが接する部分より径方向外側において、金属部の後端向き面と軸線方向とのなす角度」に相当する。
なお、図11の例では、パッキン320として一般的な形状のパッキンを用いているので、部品コストを低減することができるが、これに限らず、図10のパッキン310のように径方向外側に向かって厚みを薄くしたものを用いてもよい。
例えば、第1の実施形態の図4、図6、図7、及び第2の実施形態の図9では、鍔部3aの側面3asと先端向き面3afとを曲面にて接続している(つまり、角部3acに丸みを帯びている)が、鍔部3aの側面3asと先端向き面3afとを平面にて接続していても(つまり、角部3acが鍔部の先端向き面3afと所定の角度を持って面取りされていても)よい。
さらに、上記実施形態の図2では、外側電極3cはガスセンサ素子3の鍔部3aよりも先端側全体に形成されているが、鍔部3aよりも先端側の一部に形成されていてもよい。
3a、3a2 鍔部
3af、3af2 鍔部の先端向き面
3as、3as2 鍔部の側面
3ac、3ac2 鍔部の角部
3c(3cs) 外側電極
3s 素子本体
5 溶射層
5as、5af、5af2 溶射層の外表面
100、110 ガスセンサ
20 主体金具
20e 主体金具の受け面
200、210、230、300、310、320 プロテクタ(パッキン)
202、212、232、300、310、320 金属部
202y、212y、232y、300y、310y、320y 金属部の外側面
202f、212f、232f、300f、310f、320f 金属部の先端向き面
202j、212j、300j、310j、320j 金属部の外側面と先端向き面とを繋ぐ角部
202r、212r、300r、310r、320r 金属部の後端向き面
204、214、234 プロテクタ部
O 軸線
G 隙間(間隙)
金属部の後端向き面と軸線方向とのなす角度 θ1
溶射層の外表面と軸線方向とのなす角度 θ2
Claims (5)
- 軸線方向に延び、先端側が被検出ガスに晒されると共に後端側に向かって開口し、かつ径方向外側に突出する鍔部を有する有底筒状の素子本体と、前記鍔部より先端側の先端部で前記素子本体の外表面に設けられた外側電極と、を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を径方向外側から取り囲むと共に、前記鍔部の先端向き面に対向する、先端側に向かって傾斜するテーパ状の受け面を自身の内面に有する筒状の主体金具と、
前記鍔部の先端向き面と前記受け面との間に介装される環状の金属部と、を備えたガスセンサであって、
前記外側電極を覆う多孔質の溶射層が、前記素子本体の前記先端部から前記先端向き面を経て少なくとも前記鍔部の側面まで形成され、
前記軸線方向に沿う断面を見たときに、
前記金属部の径方向外側面と前記金属部の先端向き面とを繋ぐ角部は、前記鍔部の前記側面上に設けられた前記溶射層の外表面と前記軸線方向に重なっているか又は該外表面より径方向外側にはみ出しつつ、前記受け面に接すると共に、
前記金属部の後端向き面と前記鍔部の前記先端向き面上に設けられた前記溶射層の外表面とは、前記鍔部の側面よりも径方向内側のみにて接するガスセンサ。 - 前記鍔部の前記側面と前記鍔部の前記先端向き面とは、曲面又は平面にて接続されてなる請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記金属部と前記溶射層の外表面とが接する部分より径方向外側において、前記金属部の後端向き面と前記軸線方向とのなす角度は、前記溶射層の外表面と前記軸線方向とのなす角度より大きくなっている請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記金属部は、径方向外側に向かって厚みが薄くなっている請求項1〜3のいずれかに記載のガスセンサ。
- 前記金属部は、前記金属部から先端側に延びて前記ガスセンサ素子を自身の内部に収容する筒状のプロテクタ部を一体に有する請求項1〜4のいずれかに記載のガスセンサ。
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