JP5934727B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
このようなガスセンサとして、特定ガスの濃度検出を行うセンサ素子を主体金具に保持し、センサ素子の後端側の表面に配置された電極取出部(電極パッド)を筒状のセラミック製セパレータで囲んだ構造が一般的に用いられている。そして、セパレータに取付けられた端子金具がセンサ素子の各電極パッドにそれぞれ電気的に接続され、セパレータよりも後端側にはゴム製のグロメット(シール部材)が配置され、セパレータ及びグロメットが金属製の外筒に覆われている。又、端子金具にはリード線が接続され、リード線はグロメットの貫通孔を通して外部に引き出される。
そして、外筒の後端側を加締めることにより、グロメットがセパレータに向かって押圧され、グロメットとセパレータの先端側の保持金具との間でセパレータが保持されるようになっている。
又、高温の排気ガスに晒されるセンサ素子からの熱がセパレータに伝わるため、セパレータも高温となる。そのため、セパレータをグロメットで押圧する構造を採ると、セパレータの熱がグロメットに伝わってグロメットの劣化を早めるおそれがある。
又、特許文献1記載の技術の場合、セパレータを先後2つに分割し、各セパレータを先後方向から2つの保持金具で挟むようにして保持しているが、セパレータや保持金具の部品点数が増える。
一方、単にグロメットをセパレータから離間させて熱の伝達を防止しようとすると、セパレータがグロメットで保持されないために周方向に回転し、端子金具と電極パッドとの接続に影響を与えたり、リード線を損傷させるおそれがある。
そこで、本発明は、シール部材の熱劣化を抑制すると共に、セパレータの周方向の回転を容易に規制することができるガスセンサの提供を目的とする。
このガスセンサによれば、シール部材をセパレータから離間させてシール部材の熱劣化を抑制することができる。又、シール部材の代わりに、外筒の内側凸部がセパレータの後端向き面に当接してセパレータの後端側への移動を規制するので、留め金具と内側凸部との間にセパレータを容易かつ確実に保持することができる。さらに、留め金具とセパレータとに、それぞれ係合部と回転規制部を設けることで、回転規制のために別部材を用意しなくとも、シール部材をセパレータから離間させたことに起因するセパレータの周方向の回転を容易に規制することができる。
このガスセンサによれば、係合部と回転規制部が周方向に複数当接するので、セパレータの周方向の回転をより確実に規制することができる。
このガスセンサによれば、シール部材とセパレータとの間に内筒が配置されているが、内筒とセパレータとの間の接触面積は小さい。このため、セパレータからシール部材への熱の伝達は減少し、シール部材の熱劣化を抑制することができる。又、内筒を介してセパレータをシール部材で先端側に押圧するので、留め金具と内筒との間にセパレータを容易かつ確実に保持することができる。
このガスセンサによれば、シール部材とセパレータとの間に内筒が配置されているが、内筒とセパレータとの間の接触面積は小さい。このため、セパレータからシール部材への熱の伝達は減少し、シール部材の熱劣化を抑制することができる。又、内筒を介してセパレータをシール部材で先端側に押圧してセパレータの後端側への移動を規制するので、留め金具と内筒との間にセパレータを容易かつ確実に保持することができる。さらに、内筒とセパレータとに、それぞれ係合部と回転規制部を設けることで、回転規制のために別部材を用意しなくとも、シール部材をセパレータから離間させたことに起因するセパレータの周方向の回転を容易に規制することができる。
このガスセンサによれば、係合部と回転規制部が周方向に複数当接するので、セパレータの周方向の回転をより確実に規制することができる。
また、前記内筒の前記延出部は前記通気孔に連通する貫通孔を有し、前記通気孔には、筒状のフィルタ留め金具がさらに挿入され、前記貫通孔と前記フィルタ留め金具の内部空間とが連通しつつ、前記フィルタ留め金具の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接するようにしてもよい。
さらに、前記通気フィルタは、前記フィルタ留め金具の外側を覆うシート状のフィルタであり、前記フィルタ留め金具は、径方向外側に突出するフランジ部を自身の先端側に備え、前記フランジ部の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接するようにしてもよい。
このガスセンサによれば、外部からシール部材内の通気フィルタを介して基準ガス(大気)をガスセンサ内に導入する際、通気フィルタやフィルタ留め金具、そのフランジ部の先端向き面に内筒の延出部を当接させることで、シール部材内に配置した通気フィルタやフィルタ留め金具の先端側への脱落を防止することができる。
まず、図1〜図3を参照し、本発明の第1の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)100について説明する。図1はガスセンサ100の軸線O方向に沿う断面図、図2はセパレータ70、留め金具80の分解斜視図、図3はセパレータ70と留め金具80との係合状態を示す平面図である。なお、図1の下側(センサ素子10の検出部10aが位置する側)を「先端側」と称し、上側(センサ素子10の電極取出部(電極パッド)10eが位置する側)を「後端側」と称する。
なお、保持部材21及び滑石リング22は金属カップ20を介して主体金具2の内孔25内に収容されている。
なお、この例ではセンサ素子10は、固体電解質層表面に一対の電極を配置した構成の酸素センサ素子になっていて、又、セルを活性化させるためのヒータや、固体電解質層を保護するための絶縁層(アルミナ等)が積層されている。さらに、センサ素子10の検出部10aの表面を多孔質保護層12が覆っている。
セパレータ70は、先端側に本体部70cが設けられると共に、後端側には、本体部70cから拡径するように突出する鍔部70dが設けられている。そして、本体部70cと鍔部70dとは、先端に向かって縮径する先端向き面70b(テーパー面)により繋がっている。
そして、留め金具80の折り返し面80bがセパレータ70の先端向き面70bに嵌め込まれると共に、内側凸部90a(の先端向き面)がセパレータ70の後端向き面70aに係止する。これにより、セパレータ70が先端側と後端側の上下で軸線O方向に挟まれつつ、軸線O方向に主体金具2(の後端部2a)と離間して保持される。又、長片80sは本体部70cに当接し、長片80sの弾性力により、外筒90に加えられた衝撃がセパレータ70に直接伝わらないようになっている。
さらに、外筒90の後端側が加締められ、グロメット5が外筒90内に保持されている。このようにして内部にセパレータ70及びグロメット5を保持した外筒90は、主体金具2の後端側に嵌合され、嵌合部を全周溶接して両者が接続される。
図2に示すように、セパレータ70の鍔部70dの先端向き面70bは、留め金具80(の折り返し面80b)との当接面となっている。又、先端向き面70bは周方向に断続して複数形成され(この例では6個)、隣接する先端向き面(当接面)70b同士の間には、先端向き面70bよりも後端側に凹むテーパー面をなす凹面70eが形成されている。そして、先端向き面70bと凹面70eとは周方向に交互に配置され、凹面70eも複数形成されている(この例では6個)。
凹面70eは鍔部70dから先端に向かって縮径して本体部70cに繋がっている。そして、凹面70eと、隣接する先端向き面70bとの間には、軸線O方向に平行な段部をなす回転規制部70fが形成されている。なお、回転規制部70fは、先端向き面(当接面)70bの周方向に対して直角をなしているが、当接面70bの周方向に対して角度を持っていれば(平行でなければ)よく、直角でなくてもよい。
一方、留め金具80の隣接する長片80s同士の間には、折り返し面80bよりも径方向内側に延びる縁部80eが形成されている。そして、折り返し面80bと縁部80eとは周方向に交互に配置され、縁部80eも複数形成されている(この例では6個)。そして、縁部80eの長片80sに向く側端は、当接面70bの周方向に対して角度を持った係合部80fを形成する。
なお、本発明においては、セパレータ70の周方向の回転を完全に防止しなくてもよく、端子金具60と電極パッド10eとの接続に影響を与えない程度の角度で周方向にセパレータ70が多少回転してもよい。この場合、周方向にて凹面70eに縁部80eがぴったりと嵌合せず、両者が周方向に多少の遊びGを設けて遊嵌され、周方向に多少回転したときに係合部80fに回転規制部70fが当接することになるが、工作精度等を考慮すれば、かかる遊びを設けてもよい。
又、本実施形態では、留め金具80の折り返し面80bとセパレータ70の先端向き面70bとが当接せずに隙間Hを生じるように配置されており、少なくとも凹面70eが縁部80eに当接していればよい。
なお、第2の実施形態に係るガスセンサ110において、第1の実施形態に係るガスセンサ100と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。一方、ガスセンサ110は、内筒40を有する点、外筒90が内側凸部90aを有しない点、並びにセパレータ75及びシール部材(グロメット)50の構成が第1の実施形態に係るガスセンサ100と異なっている。
そして、留め金具80の縁部80eがセパレータ75の先端向き面(当接面)75bに係止すると共に、内筒40の先端向き面40bがセパレータ75の後端向き面75aに係止する。これにより、セパレータ75が先端側と後端側の上下で軸線O方向に挟まれつつ、軸線O方向に主体金具2(の後端部2a)と離間して保持される。
図5に示すように、セパレータ75は、セパレータ70と同様、先端側に本体部75cが設けられると共に、後端側には、本体部75cから拡径するように突出する鍔部75dが設けられている。そして、本体部75cと鍔部75dとは、先端に向かって縮径する先端向き面75b(テーパー面)により繋がっている。又、セパレータ75は、センサ素子10の挿通孔75hを中心に有すると共に、この挿通孔75hに連通して複数の端子金具60(この例では4個)をそれぞれ収容する空孔75k(この例では4個)を有している。
以上のように、第2の実施形態においては、グロメット50とセパレータ75との間に内筒40が配置されているが、内筒40とセパレータ75との間の接触面積は小さい。このため、セパレータ70からグロメット50への熱の伝達は減少し、グロメット50の熱劣化を抑制することができる。又、内筒40を介してセパレータ75をグロメット50で先端側に押圧するので、留め金具80と内筒40との間にセパレータ75を容易かつ確実に保持することができる。なお、縁部80eは先端向き面(当接面)75bに当接するが、折り返し面80bは先端向き面75bと隙間を設けて配置されている。これは、折り返し面80bが先端向き面75bと当接すると、ガスセンサの使用時のセパレータ75の振動等によって折り返し面80bが影響を受けるためである。
そこで、第2の実施形態では、図5に示すようにセパレータ75と内筒40とに、それぞれ回転規制部75f及び係合部40を設ける。なお、内筒40はグロメット50の先端向き面50aと広い面積で接触しているので、グロメット50との摩擦力によって内筒40自身は周方向に(ほとんど)回転しない。そのため、内筒40によってセパレータ75の周方向の回転が規制される。
一方、内筒40のフランジ部40gは、径方向内側に凹む複数の切欠き部40n(この例では6個)を周方向に等間隔で有し、フランジ部40gは平面から見て花びら状になっている。そして、切欠き部40nの側端は、当接面75bの周方向に対して角度を持った係合部40fを形成する。
第2の実施形態においても、セパレータ75が周方向に多少回転してもよい。この場合、周方向にて矩形片75eが切欠き部40nにぴったりと嵌合せず、両者の間に多少遊びGを設けて遊嵌してもよい。又、径方向に矩形片75eが切欠き部40nに当接せずに隙間Hを生じてもよい。
フィルタ留め金具55は、金属製で後端側が閉じた有底円筒状をなしている。フィルタ留め金具55の後端向き面には中心孔55hが形成され、中心孔55hから通気フィルタ52を介して基準大気がガスセンサ内に流入する。一方、フィルタ留め金具55の先端側には径方向外側に突出するフランジ部55fが形成されている。又、グロメット50の先端向き面50a側にて、通気孔50hの周縁が後端側へ凹んで凹部50a1を形成し、フランジ部55fの後端向き面55aが凹部50a1に当接し(凹部50a1に収容され)、フィルタ留め金具55の後端側への脱落を防止する。
なお、内筒40の延出部40aには、フィルタ留め金具55の内面に連通する貫通孔40hを設けるが、フィルタ留め金具55が貫通孔40hを通って脱落しないよう、貫通孔40hがフランジ部55fと完全に重ならないようにする必要がある。本実施形態では、フランジ部55fの直径が貫通孔40hの孔径よりも大きく形成されているため、フィルタ留め金具55が貫通孔40hを通って脱落することを防止している。
又、各リード線68は、内筒40の延出部40aを貫通するリード孔40h、及びグロメット50のリード孔51hを通されて外部に引き出される。
なお、第3の実施形態に係るガスセンサ120において、第1の実施形態に係るガスセンサ100及び第2の実施形態に係るガスセンサ110と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
つまり、ガスセンサ120は、ガスセンサ100と同一のセパレータ70及び留め金具80を有しており、第1の実施形態と同様、留め金具80とセパレータ70とにそれぞれ設けた係合部80fと回転規制部70fとにより、セパレータ70の回転を容易に規制することができる。
又、ガスセンサ120は、ガスセンサ110の内筒40と同様の内筒45を有しており、内筒45の後端側には筒状部から径方向内側に延出する延出部45aが形成され、内筒45の先端側には径方向外側に突出するフランジ部45gが形成されている。このため、第2の実施形態と同様、グロメット50とセパレータ70との間に内筒45が介装され、セパレータ70からグロメット50への熱の伝達が減少するので、グロメット50の熱劣化を抑制することができる。又、内筒45を介してセパレータ70をグロメット50で先端側に押圧するので、留め金具80と内筒45との間にセパレータ70を容易かつ確実に保持することができる。
さらに、第1の実施形態と同様、外筒90に内側凸部90aを設けているので、内側凸部90aによってもセパレータ70を先端側に押圧し、セパレータ70をより安定して保持することができる。
なお、内筒45の延出部45aには、内筒40と同様に、フィルタ留め金具55の内面に連通する貫通孔45hと、各リード線68を通すためのリード孔45kとが形成されている。第3の実施形態においても、フランジ部55fの先端向き面55b(図5参照)に内筒45の延出部45aを当接させることで、フィルタ留め金具55の先端側への脱落を防止することができる。
なお、第4の実施形態に係るガスセンサ120において、ガスセンサ100、110と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。
つまり、ガスセンサ120は、ガスセンサ110と同一のセパレータ75及び内筒40を有しており、第2の実施形態と同様、内筒40とセパレータ75とにそれぞれ設けた係合部40fと回転規制部75fとにより、セパレータ75の回転を容易に規制することができる。
又、第2の実施形態と同様、グロメット50とセパレータ75との間に内筒40が介装され、セパレータ75からグロメット50への熱伝達が減少するので、グロメット50の熱劣化を抑制することができる。又、内筒40を介してセパレータ75をグロメット50で先端側に押圧するので、留め金具80と内筒40との間にセパレータ75を容易かつ確実に保持することができる。
さらに、第1の実施形態と同様、外筒90に内側凸部90aを設けているので、内側凸部90aによってもセパレータ75を先端側に押圧し、セパレータ75をより安定して保持することができる。
又、センサとしては、酸素センサの他、NOxセンサ、HC、H2等のガス濃度を測定するためのガスセンサに適用することもできる。
内筒40の延出部40aの位置も筒状部の後端に限定されない。
又、通気フィルタ52もシート状に限定されず、例えば円柱状や円筒状であってもよい。又、フィルタ留め金具55の直径が貫通孔40hの孔径よりも大きく形成されていれば、フランジ部55fは省略してもよい。この場合、フィルタ留め金具55の先端縁が内筒40の延出部40aに当接する。
図10において、セパレータ76は、セパレータ75と同様、先端側に本体部76cが設けられると共に、後端側には、本体部76cから拡径するように突出する鍔部76dが設けられている。そして、本体部76cと鍔部76dとは、先端に向かって縮径する先端向き面76b(テーパー面)により繋がっている。先端向き面76bは、留め金具80の縁部80e(図示せず)に係止する。そして、セパレータ76の後端向き面76aの外周縁には、互いに180度の位置に1対の矩形片76eが形成され、各矩形片76eの同じ向き(図10の紙面奥側)の側壁76fは、先端向き面(当接面)76bの周方向に対して直角をなし、「周方向に当接面76bと角度を持った」回転規制部をなしている。
一方、内筒46は内筒40と同様の有底円筒状をなし、内筒46の先端側にはそれぞれ径方向外側に突出する第1フランジ部46g1及び第2フランジ部46g2が形成されている。第1フランジ部46g1及び第2フランジ部46g2はそれぞれ半円弧状をなし、第1フランジ部46g1は第2フランジ部46g2よりも径大となっている。そして、第1フランジ部46g1と第2フランジ部46g2との境界部分の側端は、当接面76bの周方向に対して直角に向く係合部46fを形成する。
従って、内筒46をセパレータ76の後端向き面76aに設置すると、1対の矩形片76eの紙面奥側に第1フランジ部46g1が位置し、回転規制部76fが係合部46fに当接する。そのため、セパレータ76の周方向の回転が規制される。
図11において、セパレータ77は、セパレータ75と同様、先端側に本体部77cが設けられると共に、後端側には、本体部77cから拡径するように突出する鍔部77dが設けられている。そして、本体部77cと鍔部77dとは、先端に向かって縮径する先端向き面77b(テーパー面)により繋がっている。先端向き面77bは、留め金具80の縁部80e(図示せず)に係止する。そして、セパレータ77の後端向き面77aの外周縁から先端側に向かい互いに180度の位置から、セパレータ77の側壁に沿って先端向き面77bよりやや後端側まで、2つの溝77sが削られている。そして、溝77sの両側面が先端向き面(当接面)77bの周方向に対して直角をなし、「当接面77bの周方向に対して角度を持った」回転規制部をなしている。
一方、内筒47は内筒40と同様の有底円筒状をなし、内筒47の先端側には径方向外側に突出するフランジ部47gが形成されている。そして、フランジ部47gの互いに180度の位置に対向する1対の部分がコの字状に切り抜かれ、切り抜き部分が先端に向かって折り曲げられて長片47sを有している。長片47sの両側端は、当接面77bの周方向に対して直角に向く係合部47fを形成する。
従って、内筒47をセパレータ77の後端向き面77aに設置すると、1対の溝77sに各長片47sが挿入され、回転規制部77fが係合部47fに当接する。そのため、セパレータ77の周方向の回転が規制される。
図12において、セパレータ78は、セパレータ70と同様、先端側に本体部78cが設けられると共に、後端側には、本体部78cから拡径するように突出する鍔部78dが設けられている。そして、本体部78cと鍔部78dとは、先端に向かって縮径する先端向き面78b(テーパー面)により繋がっている。先端向き面78bは、留め金具80の縁部80e(図示せず)に係止する当接面となっている。又、先端向き面(当接面)78bの一箇所から先端向き面78bよりも軸線O方向の後端側に凹むテーパー面をなす1個の凹面78eが形成されている。
凹面78eは鍔部78dから先端に向かって縮径して本体部78cに繋がっている。そして、凹面78eと先端向き面78bとの間には、軸線O方向に平行な内側凸部をなす1対の回転規制部78fが形成されている。回転規制部78fは、先端向き面(当接面)78bの周方向に対して直角をなし、「当接面78bの周方向に対して角度を持っている」。
そして、留め金具80にセパレータ78を嵌め込むと、凹面78eに縁部80eが入り込んで係止し、係合部80fが回転規制部78fに当接する。留め金具80自身は外筒90に固定されているため、セパレータ78の周方向の回転が規制される。
図13において、セパレータ79は、セパレータ70と同様、先端側に本体部79cが設けられると共に、後端側には、本体部79cから拡径するように突出する鍔部79dが設けられている。そして、本体部79cと鍔部79dとは、先端に向かって縮径する先端向き面79b(テーパー面)により繋がっている。先端向き面79bは、留め金具80の縁部80e(図示せず)に係止する当接面となっている。又、先端向き面(当接面)79bよりも先端側の本体部79cの一箇所に矩形片79eが突設され、矩形片79eの両側面が先端向き面(当接面)79bの周方向に対して直角をなし、「当接面79bの周方向に対して角度を持った」回転規制部79fをなしている。
そして、留め金具80にセパレータ79を嵌め込むと、隣接する長片80sの間に矩形片79eが入り込み、回転規制部79fが長片80sの側端(係合部)89fに当接する。留め金具80自身は外筒90に固定されているため、セパレータ79の周方向の回転が規制される。
10 センサ素子
10a 検出部
40、45、46、47 内筒
40a、45a 内筒の延出部
40b、45b 内筒の先端向き面
5、50 シール部材(グロメット)
50a シール部材(グロメット)の先端向き面
50h シール部材(グロメット)の通気孔
52 通気フィルタ
55 フィルタ留め金具
55a フランジ部の後端向き面
55b フランジ部の先端向き面
55f フィルタ留め金具のフランジ部
70〜79 セパレータ
70a〜79a セパレータの後端向き面
70b〜79b セパレータの当接面
70d〜79d セパレータの鍔部
70f〜79f 回転規制部
80 留め金具
40f、46f、47f、80f、89f 係合部
90 外筒
90a 外筒の内側凸部
100〜130 ガスセンサ
O 軸線方向
Claims (8)
- 軸線方向に延び、先端側に検出部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の外周面を囲む筒状の主体金具と、
鍔部を有し、前記センサ素子を囲むと共に前記主体金具と離間する筒状のセパレータと、
前記セパレータを覆い前記主体金具の後端側に配置される筒状の外筒であって、前記セパレータの後端向き面に当接して前記セパレータの後端側への移動を規制する内側凸部を有する外筒と、
前記セパレータの後端側に配置され、該セパレータと離間しつつ前記外筒の後端側に収容されるシール部材と、
前記鍔部の先端向き面の少なくとも一部をなす当接面に当接しつつ前記外筒に固定される環状の留め金具と、
を備えるガスセンサであって、
前記セパレータには、自身の周方向の回転を規制する回転規制部が形成されており、
前記留め金具には前記回転規制部と当接する係合部が形成されていることを特徴とするガスセンサ。 - 前記鍔部の前記先端向き面には、前記当接面が周方向に断続して複数形成されると共に、
前記回転規制部は隣接する前記当接面同士の間に形成されている請求項1記載のガスセンサ。 - さらに、前記外筒の内側に配置され、軸線方向に延びる筒状部、及び該筒状部から径方向内側に延出する延出部を有すると共に、自身の先端向き面が前記セパレータの後端向き面に当接する内筒を備え、
前記シール部材の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接する請求項1記載のガスセンサ。 - 先端側に検出部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の外周面を囲む筒状の主体金具と、
鍔部を有し、前記センサ素子を囲むと共に前記主体金具と離間する筒状のセパレータと、
前記セパレータを覆い前記主体金具の後端側に配置される筒状の外筒と、
前記外筒の内側に配置され、軸線方向に延びる筒状部、及び該筒状部から径方向内側に延出する延出部を有すると共に、自身の先端向き面が前記セパレータの後端向き面に当接する内筒と、
自身の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接し、該セパレータと離間しつつ前記外筒の後端側に収容されるシール部材と、
前記鍔部の先端向き面の少なくとも一部をなす当接面に当接しつつ前記外筒に固定される環状の留め金具と、
を備えるガスセンサであって、
前記セパレータには、自身の周方向の回転を規制する回転規制部が形成されており、
前記内筒には前記回転規制部と当接する係合部が形成されていることを特徴とするガスセンサ。 - 前記セパレータの前記後端向き面には、前記当接面が周方向に断続して複数形成されると共に、
前記回転規制部は隣接する前記当接面同士の間に形成されている請求項4記載のガスセンサ。 - 前記シール部材は、軸線方向に貫通する通気孔を有し、
前記通気孔には、自身の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接する撥水性の通気フィルタが挿入されてなる請求項3〜5のいずれかに記載のガスセンサ。 - 前記内筒の前記延出部は、前記通気孔に連通する貫通孔を有し、
前記通気孔には、筒状のフィルタ留め金具がさらに挿入され、
前記貫通孔と前記フィルタ留め金具の内部空間とが連通しつつ、前記フィルタ留め金具の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接する請求項6記載のガスセンサ。 - 前記通気フィルタは、前記フィルタ留め金具の外側を覆うシート状のフィルタであり、
前記フィルタ留め金具は、径方向外側に突出するフランジ部を自身の先端側に備え、
前記フランジ部の先端向き面が前記内筒の前記延出部に当接する請求項7記載のガスセンサ。
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