JP6568009B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
しかし、上記従来のガスセンサは、金属端子におけるこれらの点が考慮されたものではないため、金属端子の先端部分の耐熱性の実現と、金属端子とセンサ素子(電極端子部)との電気的接続状態の維持と、金属端子と信号線(リード線)との電気的接続状態の維持と、を同時に成立させることが難しいという問題があった。
このように、先端側端子部材と後端側端子部材とが特性が異なる材料で構成された金属端子は、金属端子のうちセンサ素子と接触する部位の特性と、信号線と接続される部位の特性と、がそれぞれ異なるものとなる。
このような構成の金属端子は、先端側端子部材と後端側端子部材とを連結する際に、メス型連結部およびオス型連結部が断面形状に応じて互いの相対位置が調整されるため、先端側端子部材と後端側端子部材との相対的な位置関係(換言すれば、メス型連結部とオス型連結部との相対的な位置関係)を厳密に設定することなく、容易に連結できる。
このような後端側端子部材は、先端側端子部材との連結作業にあたり、少なくともオス型連結部の先端側頂点がメス型連結部に挿入できる状態であれば、メス型連結部の中心軸とオス型連結部の中心軸とにズレが生じている状態でも、オス型連結部の先端部分がメス型連結部の内壁面に沿って移動することで、連結作業が可能となる。
上述のガスセンサにおいては、先端側端子部材は、メス型連結部の後端部分が後端側に向かうに従い拡径する形状であってもよい。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[1−1.全体構成]
第1実施形態として、内燃機関の排気管に対して先端部分を排気管内に突出させる形態で装着し、排気ガス中の酸素を検出する酸素センサ(以下、ガスセンサ1ともいう)を例に挙げて説明する。なお、ガスセンサ1は、例えば、自動車またはオートバイ等の車両の排気管に備えられる。
図1では、図面下方向がガスセンサの先端側であり、図面上方向がガスセンサの後端側である。
なお、金属端子41の詳細な構成は、後述する。
検出素子5は、図2に示す様に、軸線方向(図2における左右方向)に延びる板状の素子部51と、同じく軸線方向に延びる板状のヒータ53と、が積層された直方体形状であり、その軸線方向に垂直の断面は矩形状である。図2では、保護層5aを点線で表している。
まず、素子部51は、例えば、固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、中空の基準ガス室を形成するためのスペーサと、を備えて構成されている。このうち、固体電解質基板は、例えば、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、例えば、Ptを主体に形成される。また、基準ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の基準ガス室の内側には、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極が露出するように配置されている。スペーサは、基準ガス室が少なくとも素子部51の先端側に位置するように形成されると共に、外部から基準ガス室に基準ガス(大気など)を導入するためのガス用経路を備えている。素子部51のうち多孔質電極および基準ガス室が形成される部分が検出部19に相当する。
先端側セパレータ13は、絶縁性材料(例えばアルミナなど)を用いて形成された筒状の部材であり、外筒11の内部に配置された筒状の保持金具73によって、外筒11の内部に保持されている。先端側セパレータ13の内部には、軸線方向に貫通する端子配置孔13bが形成されている。端子配置孔13bには、検出素子5の後端部(電極端子部31、32、34、35)が収容されるとともに、電極端子部31、32、34、35に電気的に接続される複数の金属端子41の先端部(詳細には、先端側端子部材43)が収容されている。先端側セパレータ13は、その外表面に外向きに突出する環状の鍔部13cが設けられている。先端側セパレータ13は、鍔部13cが保持金具73に当接することで、外筒11の内部における軸線方向の設置位置を規定できる。
閉塞部材15は、可撓性材料(例えばフッ素樹脂)を用いて形成されたグロメットである。閉塞部材15は、外筒11の後端側開口部に配置されて、外筒11が外側から内側向きに加締められることで、外筒11に固定されている。閉塞部材15は、複数のリード線37を挿通するための複数の貫通孔(図示省略)を備えている。
次に、金属端子41について説明する。
上述したように、金属端子41は、先端側端子部材43と、後端側端子部材45と、を備えて構成されている。つまり、金属端子41は、単一部材で形成される構成ではなく、先端側端子部材43および後端側端子部材45を備えて構成される。
先端側端子部材43は、高温に繰り返し晒されても弾性(バネ弾性)を保持可能な金属材料で構成されており、例えば、Niを主体とする合金材料(NCF718など)を用いて構成されている。先端側端子部材43は、長尺薄板状の金属材料を折曲加工して形成されており、本体部43aと、メス型連結部43bと、延設部43cと、折曲部43dと、素子接触部43eと、を備える。
メス型連結部43bは、本体部43aの後端側において、筒型形状に形成されると共に、軸線方向に垂直な断面形状が円形に形成されている。メス型連結部43bは、切欠部43fを備えており、弾性変形により筒型形状の内径寸法が変更可能に構成されている。このため、メス型連結部43bの断面形状は、厳密には、切れ目を有する円形である。また、メス型連結部43bは、後端側に拡径部43gを備えている。拡径部43gは、後端側に向かうに従い拡径する形状に形成されている。
このように構成された先端側端子部材43は、素子接触部43eが検出素子5(詳細には、電極端子部31、32、34、35)と接触するにあたり、折曲部43dの弾性変形により素子接触部43eと検出素子5との接触状態を維持できる。
次に、絶縁セパレータ12について説明する。
上述したように、絶縁セパレータ12は、先端側セパレータ13と、後端側セパレータ14と、に分割可能に構成されている。
先端側セパレータ13は、上述のとおり、絶縁性材料(例えばアルミナなど)を用いて形成された筒状の部材である。図4および図5に示すように、先端側セパレータ13は、筒状のセパレータ本体部13aと、鍔部13cと、を備えて構成されている。
また、先端側セパレータ13は、セパレータ本体部13aの後端部において、2つの凹部13fを備えている。
後端側セパレータ14は、上述のとおり、絶縁性材料(例えばアルミナなど)を用いて形成された筒状の部材である。図6および図7に示すように、後端側セパレータ14は、筒状のセパレータ本体部14aと、突出部14cと、を備えて構成されている。
絶縁セパレータ12は、先端側セパレータ13の2つの凹部13fに後端側セパレータ14の2つの突出部14cが係合するように、先端側セパレータ13と後端側セパレータ14とが組み合わされて構成されている。
絶縁セパレータ12は、先端側セパレータ13と後端側セパレータ14との間に、突出部14cによって形成される隙間空間としての通気経路12aを備えている。通気経路12aは、絶縁セパレータ12の側面から内部の金属端子41に至る側面空間領域を有すると共に、複数の金属端子41の全てに通じる内部空間領域を有している。
以上説明したように、本実施形態のガスセンサ1においては、金属端子41は、先端側端子部材43と、後端側端子部材45と、を備えて構成されている。
このような構成の金属端子41は、先端側端子部材43と後端側端子部材45とを連結する際に、メス型連結部43bおよびオス型連結部45bが断面形状に応じて互いの相対位置が調整されるため、先端側端子部材43と後端側端子部材45との相対的な位置関係(換言すれば、メス型連結部43bとオス型連結部45bとの相対的な位置関係)を厳密に設定することなく、容易に連結できる。
このような後端側端子部材45は、先端側端子部材43との連結作業にあたり、少なくともオス型連結部45bの先端側頂点がメス型連結部43bに挿入できる状態であれば、メス型連結部43bの中心軸とオス型連結部45bの中心軸とにズレが生じている状態でも、オス型連結部45bの先端部分(縮径部45c)がメス型連結部43bの内壁面に沿って移動することで、連結作業が可能となる。
次に、ガスセンサ1においては、先端側端子部材43は、メス型連結部43bの後端部分が後端側に向かうに従い拡径する形状の拡径部43gとして形成されている。
[1−5.文言の対応関係]
ここで、本実施形態における文言の対応関係について説明する。
先端側端子部材43が先端側端子部材の一例に相当し、後端側端子部材45が後端側端子部材の一例に相当し、メス型連結部43bがメス型連結部の一例に相当し、オス型連結部45bがオス型連結部の一例に相当する。
[2−1.全体構成]
第2実施形態として、第2金属端子141および第2絶縁セパレータ112を備えるガスセンサについて説明する。
第2実施形態は、第1実施形態と比べて、金属端子および絶縁セパレータの構成が異なるため、金属端子および絶縁セパレータを中心に説明する。なお、第2実施形態に関して第1実施形態と同様な内容については、同符号を用いて説明するか、もしくは説明を省略する。
まず、第2金属端子141について説明する。
図9は、第2金属端子141の構造を表す説明図である。
オス型連結部145bは、信号線接続部145aの先端側において、筒型形状に形成されると共に、軸線方向に垂直な断面形状が正多角形(詳細には、正方形)に形成されている。オス型連結部145bの外径寸法は、メス型連結部143bの内部に配置可能な寸法に設定されている。また、オス型連結部145bは、先端側に縮径部145cを備えている。縮径部145cは、先端側に向かうに従い縮径する形状に形成されている。
次に、第2実施形態のガスセンサに備えられる第2絶縁セパレータ112について説明する。
つまり、第2絶縁セパレータ112は、第1実施形態の絶縁セパレータ12と比べて、先端側セパレータ13は同じものを備えているが、後端側セパレータ14に代えて第2後端側セパレータ114を備えている。
図10は、先端側から見たときの第2後端側セパレータ114の外観図である。
セパレータ本体部114aの内部には、軸線方向に貫通する複数(本実施形態では、4個)の端子配置孔114bが形成されている。複数の端子配置孔114bは、それぞれ、軸線方向に垂直な断面形状が正多角形(詳細には、正方形)に形成されるとともに、第2金属端子141の後端部(第2後端側端子部材145)を収容可能な大きさに形成されている。第2後端側セパレータ114は、1つの端子配置孔114bに1つの第2金属端子141を配置する構成を採ることで、複数の第2金属端子141(詳細には、第2先端側端子部材143)どうしが接触(電気的に短絡)するのを抑制している。
以上説明したように、第2実施形態のガスセンサにおいては、第2金属端子141は、第2先端側端子部材143と、第2後端側端子部材145と、を備えて構成されている。
[2−5.文言の対応関係]
ここで、本実施形態における文言の対応関係について説明する。
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限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
また、先端側端子部材の材料および後端側端子部材の材料は、上記の材料に限定されるものではない。例えば、先端側端子部材の材料がNCF750で、後端側端子部材の材料がSUS430である金属端子であってもよく、先端側端子部材の材料がSUS631で、後端側端子部材の材料がSUS430である金属端子であってもよい。
Claims (4)
- 検出対象ガスの検出結果を示す検出信号の外部への出力、または外部からの電流または電圧の入力を行う電極端子部を備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の前記電極端子部に電気的に接続される金属端子と、
前記金属端子に電気的に接続されて、前記検出信号を外部に出力するための信号経路を形成する信号線と、
を備えるガスセンサであって、
前記金属端子は、前記電極端子部に接触する先端側端子部材と、前記信号線と接続する後端側端子部材と、を備えて構成され、
前記先端側端子部材は、メス型連結部を備えており、
前記後端側端子部材は、前記メス型連結部と連結するオス型連結部を備えており、
前記先端側端子部材および前記後端側端子部材は、前記オス型連結部と前記メス型連結部とが連結された状態で、前記電極端子部と前記信号線とを電気的に接続するように構成されており、
前記先端側端子部材は、前記後端側端子部材に比べて、耐熱性に優れるとともに0.2%耐力が大きい材料で形成され、
前記センサ素子は、板状であり、
前記先端側端子部材は、
軸線方向に延びる長尺板状の本体部と、
前記本体部の先端側において、前記本体部の板面に垂直な方向に折り曲げられた折曲部と、
前記折曲部を介して本体部に連結された素子接触部と、
を備えており、
前記素子接触部は、前記折曲部の弾性変形によって前記センサ素子に接触する、
ガスセンサ。 - 前記メス型連結部および前記オス型連結部のうち互いに接触する部分は、挿入方向に垂直な断面形状が円形または正多角形である、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記後端側端子部材は、前記オス型連結部の先端部分が先端側に向かうに従い縮径する形状である、
請求項1または請求項2に記載のガスセンサ。 - 前記先端側端子部材は、前記メス型連結部の後端部分が後端側に向かうに従い拡径する形状である、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のガスセンサ。
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