JP6622604B2 - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
この種のガスセンサとして、従来から、排気管に固定される筒状の主体金具(ハウジング)内に滑石粉末を充填して板状のセンサ素子を保持し、その一端を被測定ガスに晒す構造のセンサが知られている。
又、主体金具とセンサ素子の間に内筒を配し、この内筒の内側に滑石粉末を充填してセンサ素子を保持し、さらにセンサ素子を保持した内筒を主体金具の内側に収容した構造のセンサも開発されている(特許文献1)。
そこで、本発明は、圧縮粉末体を確実に圧縮充填してセンサ素子を安定して保持すると共に、小型化を実現できるガスセンサ及びガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
また、距離d1>d2としているので、センサ素子の主面に隣接する面側で挿通孔との間隔を狭めることができ、ホルダ、ひいてはガスセンサを小型化することができる。
このガスセンサによれば、更なる小型化を実現できる。
このガスセンサによれば、圧縮粉末体によるシールが不十分であっても、圧縮粉末体の後端に接したガラス部材がシール性を確保できる。
このガスセンサによれば、主体金具がホルダを兼用するので、部品点数を低減できる。
電極パッドと端子金具を電気的に接続する場合には、センサ素子がホルダ内で軸線方向にまっすぐ保持されていないと、電気的接続が不良となったり、センサ素子の後端部が斜めにセパレータに挿入されてセンサ素子が破損するおそれがある。そこで、このガスセンサによれば、圧縮粉末体によりセンサ素子をセラミックホルダ内に確実に保持するので、このような構造のセンサに特に有効となる。
このガスセンサの製造方法によれば、板状に予備成形された2枚の圧縮粉末体の予備成形体を、センサ素子の両主面にそれぞれ重ねればよいので、生産効率が向上する。また、圧縮粉末体の粉末をホルダとセンサ素子の隙間に投入する場合に比べ、センサ素子の主面側の隙間に確実に圧縮粉末体を流入することができ、センサ素子を圧縮粉末体でより確実に保持できる。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線O方向)に沿う断面図である。
セラミックホルダ35、第2の圧縮粉末体38がそれぞれ特許請求の範囲の「ホルダ」、「圧縮粉末体」に相当する。
なお、センサ素子100の対向する2つの主面100mは、図1の紙面に垂直な方向に延びている。
なお、後述するように、拡孔35h2に第2の圧縮粉末体38が充填されているので、拡孔35h2が特許請求の範囲の「挿通孔」に相当する。
そして、外側段部35bよりも後端側で、セラミックホルダ35の外面と、主体金具30の内面との間に、滑石からなる第1の圧縮粉末体37と、金属リング34とが先端側から順に配置されている。主体金具30の後端部30eは径方向内側に向かって折り曲げるように加締められ、後端部30eは金属リング34を介して第1の圧縮粉末体37を先端側に押圧している。これにより、第1の圧縮粉末体37は金属リング34と外側段部35bとの間で圧縮充填され、セラミックホルダ35と主体金具30との間のシール及び固定を行うようになっている。
さらに、第2の圧縮粉末体38の後端に接した状態で、センサ素子100の外面と、セラミックホルダ35の内面との間をガラス部材39がシール(封止)している。ここで、本実施形態では、ガラス部材39はセラミックホルダ35の後端よりも先端側に設けられ、センサ素子100の後端部100eはガラス部材39よりも後端側へ突出している。
さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部25bを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の開口部25b内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒25に固着されている。ゴムキャップ52にも、リード線11〜15をそれぞれ挿入するための通孔52aが先端側から後端側にかけて貫設されている。
図3に示すように、第2の圧縮粉末体38の軸線O方向に直交する断面を見たとき、センサ素子100の主面100mと拡孔35h2の内面との距離d1が、センサ素子100の主面100mに隣接する面100jと拡孔35h2の内面との距離d2よりも長くなっている。
このように、拡孔35h2が矩形断面をなしているので、拡孔35h2の内面がセンサ素子100の主面100mとほぼ平行に対向する。これにより、図7の従来のガスセンサのようにセンサ素子100の主面100mとの隙間が中央部で広がることがなく、第2の圧縮粉末体38を圧縮したときの圧力Pが中央部に逃げずに拡孔35h2に沿ってセンサ素子100の両端まで作用する。このため、センサ素子100の両端側でも第2の圧縮粉末体38が十分に圧縮され、第2の圧縮粉末体38が崩れてセンサ素子100の保持が不十分となることを抑制できる。
距離d2は、センサ素子100の面100jと拡孔35h2の内面との距離のうち、最大値とする。又、距離d2の算出に当たっては、2つの面100jそれぞれについて拡孔35h2との距離の最大値を求め、各最大値のうち大きい方の値を採用する。
又、センサ素子100の外面のうち角部が面取りされている場合を考慮し、センサ素子100の外面を構成する各辺の中央部を含む水平な部分を距離d1、d2の算出の基準とする。そして、軸線O方向に直交する素子断面にて、この水平部分(線分)上の各点から拡孔35h2の内面に垂線を下ろしたとき、垂線の長さを距離とし、面取り部は距離の算出から除外する。そして、水平部分(線分)上の各点からの垂線の長さ(距離)のうち、最小値又は最大値をそれぞれ距離d1、d2とする。
例えば、本実施形態では、第2の圧縮粉末体38の後端に接したガラス部材39がシール性を確保している。ここで、ガラス部材39は焼成時に溶融して液状となるため、このときにセンサ素子100をセラミックホルダ35内で保持(仮固定)する必要がある。そこで、第2の圧縮粉末体38が確実に圧縮充填されていることで、センサ素子100をセラミックホルダ35内で安定して保持できる。
一方、ガラス部材39等を用いずに、第2の圧縮粉末体38のみによってシールを確実に行いたい場合は、第2の圧縮粉末体38の充填長さ(図1の軸線O方向の長さL)を長くすればよい。
電極パッド100pと端子金具16を電気的に接続する場合には、センサ素子100がセラミックホルダ35内で軸線O方向にまっすぐ保持されていないと、電気的接続が不良となったり、センサ素子100の後端部が斜めにセパレータ50に挿入されてセンサ素子100が破損するおそれがある。そこで第2の圧縮粉末体38によりセンサ素子100をセラミックホルダ35内に確実に保持する本発明が有効となる。
まず、セラミックホルダ35の先端側からセンサ素子100を軸孔35hに挿通する(図4(a))。次に、板状に予備成形された2枚の圧縮粉末体の予備成形体38xを、センサ素子100の両主面100mにそれぞれ重ねるようにして拡孔35h2内に挿入する(図4(b))。
次に、プレスピン200により、予備成形体38xを後端側から軸線O方向に押圧して圧縮充填し、第2の圧縮粉末体38を形成する(図4(c))。これにより、センサ素子100をセラミックホルダ35内に保持(仮固定)する。
なお、図5に示すように、プレスピン200は、矩形断面の2本の棒状体を離間して配置した形状になっており、2つの先端向き面200aがそれぞれ各主面100mと拡孔35h2との隙間よりやや小さい寸法とされている。そして、各先端向き面200aは、各予備成形体38xの後端側を押圧するようになっている。
その後、第2素子ユニットの後端側に、セパレータ50及びゴムキャップ52を組み付けた外筒25を配置し、図1に示すように外筒25の先端部25aを主体金具30の後端側に挿入して溶接等により固定し、ガスセンサ1を作成する。
例えば、セラミックホルダの形状は上記実施形態に限定されず、図6に示すような形状とすることもできる。図6において、セラミックホルダ350は、図1のセラミックホルダ35の拡孔35h2と同径の挿通孔350hを有し、挿通孔350hは軸線O方向にストレートに延び、先端部350aが図2のセラミックホルダ35の細孔35h1と同径に縮径している。そして、挿通孔350hの内部に細孔35h1と同径の挿通孔を有するセラミックスリーブ360が挿入され、セラミックスリーブ360の先端向き面が先端部350aの後端向き面に係止されている。センサ素子100は挿通孔350h及びセラミックスリーブ360に挿通され、先端部350aからセンサ素子100の先端が突出している。
そして、センサ素子100の外面と、セラミックホルダ350の内面との間には、先端側から順に、セラミックスリーブ360の後端に接した状態の第2の圧縮粉末体38およびガラス部材39が配置されている。
さらに、センサ素子は板状であればよく、酸素センサの他、全領域空燃比センサ、及びNOxセンサ等を用いることができる。
16 接続端子
30 主体金具
35、350 セラミックホルダ(ホルダ)
35h2、350h 挿通孔
38 第2の圧縮粉末体(圧縮粉末体)
38x 圧縮粉末体の予備成形体
39 ガラス部材
50 セパレータ
100 センサ素子
100m センサ素子の主面
100j 主面に隣接する面
100e センサ素子の後端部
100p 電極パッド
O 軸線
d1 センサ素子の主面と挿通孔の内面との距離
d2 センサ素子の主面に隣接する面と挿通孔の内面との距離
Claims (6)
- 対向する2つの主面を有する板状をなして軸線方向に延び、先端側にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、
当該センサ素子の前記検知部を露出させた状態で、前記センサ素子が挿通される矩形断面の挿通孔を有する筒状のホルダと、
前記センサ素子の外面と、前記ホルダの前記挿通孔の内面との間に充填されて前記センサ素子を保持する圧縮粉末体と、
を備えたガスセンサであって、
前記センサ素子の前記主面と前記挿通孔の内面とは、ほぼ平行に対向し、
前記圧縮粉末体の前記軸線方向に直交する断面を見たとき、前記センサ素子の前記主面と前記挿通孔の内面との距離d1が、前記センサ素子の前記主面に隣接する面と前記挿通孔の内面との距離d2よりも長くなっているガスセンサ。 - 前記センサ素子は、前記軸線方向に直交する素子断面が矩形をなし、且つ、前記2つの主面が前記素子断面における長辺をなし、
前記圧縮粉末体の前記軸線方向に直交する断面を見たとき、前記センサ素子の前記長辺は前記挿通孔の内面のうちの長辺と対向する請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記ホルダはセラミックホルダであり、
さらに、前記セラミックホルダの径方向周囲を取り囲みつつ、自身の内側に前記セラミックホルダを保持する筒状の主体金具と、
前記圧縮粉末体の後端に接した状態で、前記センサ素子の外面と、前記セラミックホルダの内面との間をシールするガラス部材と、を備えてなる請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記ホルダは主体金具である請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子の前記主面の後端部に電極パッドが配置され、
前記センサ素子よりも後端側に、前記電極パッドと電気的に接続する接続端子を有するセパレータが配置されている請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスセンサ。 - 対向する2つの主面を有する板状をなして軸線方向に延び、先端側にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子を、筒状のホルダの矩形断面の挿通孔に挿通して前記検知部を露出させるセンサ素子挿通工程と、
前記センサ素子挿通工程の前又は後に、前記主面に、板状に予備成形された圧縮粉末体の予備成形体をそれぞれ重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記予備成形体を圧縮し、前記センサ素子の外面と、前記ホルダの前記挿通孔の内面との間に前記圧縮粉末体を充填して前記センサ素子を保持する充填工程と、
を有するガスセンサの製造方法であって、
前記圧縮粉末体の前記軸線方向に直交する断面を見たとき、前記センサ素子の前記主面と前記挿通孔の内面との距離d1が、前記センサ素子の前記主面に隣接する面と前記挿通孔の内面との距離d2よりも長くなっているガスセンサの製造方法。
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