JP2004198363A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハウジング10と素子側絶縁碍子12とガスセンサ素子19と被測定ガス側カバー11と大気側絶縁碍子13と大気側カバー2とを有する。大気側カバー2の基端側はかしめ固定した弾性シール部材17を有し,大気側カバー2の内部に大気を導入する導入穴210,220を有し,ここを覆う撥水フィルタ23を有する。そして,素子側絶縁碍子12の基端側端面121と大気側絶縁碍子13の先端側端面131との間に熱伝導阻害部材3を配置する。
【選択図】 図1
Description
【技術分野】
本発明は,自動車エンジンの排気管等に取り付けて熱い高温の排気ガス中にさらされて特定ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【0002】
【従来技術】
自動車の排気管に取り付けて空燃比制御に利用するガスセンサが知られている。
このガスセンサ9は,図7に示すごとく,被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子19と該ガスセンサ素子19を素子側絶縁碍子12を介して挿通配置する筒型のハウジング10と,上記ガスセンサ素子19の先端側を覆うように上記ハウジング10の先端側に固定する被測定ガス側カバー11と,上記ガスセンサ素子19の基端側を覆うように上記ハウジング10の基端側に固定する大気側カバー2とを有する。
【0003】
図7に示すごとく,上記大気側カバー2は,先端側がガスセンサ1の外部に露出し,ハウジング10の基端側側面100に溶接固定するメインカバー部材21と,該メインカバー部材21の基端側に筒型の撥水フィルタ23を介してかしめ固定したフィルタカバー部材22とよりなる。
【0004】
上記ガスセンサ9において,大気側カバー2の基端側の内側面に弾性シール部材17をかしめ固定し,該弾性シール部材17において大気側カバー2の基端側がシールされる。また,上記ガスセンサ素子19に接続した出力取り出し用及び/または電力印加用リード線16は上記弾性シール部材17を経由してガスセンサ外部へと延設され,上記リード線16は上記弾性シール部材17に設けた挿通穴170に対しシール固定される。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−343355号公報
【0006】
【解決しようとする課題】
ところで,ガスセンサ9を自動車の排気管に取り付けた際は,図7に示すごとく,ハウジング10の先端側で破線Lより下側が熱い排気ガスに熱せられ,ハウジング10は高温となる。ハウジング10に挿通配置される素子側絶縁碍子12も同様に高温となり,ここから大気側絶縁碍子13を経て,熱がガスセンサ9の基端側に到達する。
【0007】
そして,図7に示すごとく,筒型の撥水フィルタ23を設けた部分においてメインカバー部材21は外部に露出せず,筒型の撥水フィルタ23とフィルタカバー部材22で覆われているため熱がこもりやすい。
また,弾性シール部材17をかしめ固定した部分もメインカバー部材21が外部に露出せず,フィルタカバー部材22により覆われており,ここも熱がこもりやすい。
【0008】
ところで,弾性シール部材17は熱に強くない。そして耐熱限界付近では変形したり,弾性率が変わってしまう。弾性シール部材17は大気側カバー2に対しかしめ固定されており,弾性シール部材17が変形したり,弾性率が変わって,かしめ固定された部分に隙間が生じ,そこでシール性が低下するおそれがある。また,リード線16は弾性シール部材17によって保持されているため,リード線16の位置ずれや脱落発生のおそれもある。
【0009】
また,撥水フィルタ23は一般に多孔質の樹脂材料よりなるため,弾性シール部材17と同様に熱で変形したり弾性率が変わり,かしめ固定された部分でゆるんでしまうおそれがある。さらに,多孔質の撥水フィルタ23は,熱によって気孔が溶けて変形し,塞がって,通気性が悪化するおそれがある。
【0010】
撥水フィルタ23は,ガスセンサ9の大気側カバー2の内部に大気を導入する導入穴210,220を覆うように設け,該導入穴210,220からの水分浸入を防止するために設けてあるため,大気を通す通気性が必要である。
撥水フィルタ23の通気性が低下した際は大気の導入が困難となり,ガスセンサ1内部が酸欠状態となってガス濃度測定に支障が生じるおそれがある。
【0011】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供しようとするものである。
【0012】
【課題の解決手段】
本発明は,筒型のハウジングと,該ハウジング内に挿通配置した素子側絶縁碍子と,該素子側絶縁碍子内に挿通配置したガスセンサ素子と,該ガスセンサ素子の先端側を覆うように上記ハウジングの先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと,上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子の基端側に配置する大気側絶縁碍子と,上記ハウジングの基端側に固定する筒型の大気側カバーとを有し,
上記大気側カバーの基端側は,該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材を有し,また上記大気側カバーの基端側は,該大気側カバーの内部に大気を導入する導入穴を有し,該導入穴を覆う筒型の撥水フィルタを有するガスセンサにおいて,
上記素子側絶縁碍子の基端側端面と上記大気側絶縁碍子の先端側端面との間に熱伝導阻害部材を配置することを特徴とするガスセンサにある(請求項1)。
【0013】
本発明にかかるガスセンサでは,素子側絶縁碍子と大気側絶縁碍子との間に熱伝導阻害部材をおいて,両者間での熱のやりとりを阻害する。これにより熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材などを設けたガスセンサ基端側の温度上昇を防止することができる。
【0014】
以上,本発明によれば,熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるガスセンサは,被測定ガス中の酸素濃度やNOx濃度,CO濃度,HC濃度などを測定する各種のガスセンサに対し適用することができる。また,自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設置して,燃焼制御に利用する空燃比センサとして用いることができる。
また,ガスセンサ素子も積層型,コップ型,いずれを採用したガスセンサについても,本発明を適用することができる。
なお,ガスセンサの詳細構成は実施例で説明するが,本発明は実施例の構成にとどまらず,多くのガスセンサにおいて適用することができる。
【0016】
本発明にかかるガスセンサにおいて,撥水フィルタは,大気側カバーに設けた導入穴から内部に水が侵入することを防ぐために設ける。テトラフルオロエチレンなどの各種樹脂材料よりなる多孔質材料で構成することが一般的である。
【0017】
本発明にかかる熱伝導阻害部材とは,素子側絶縁碍子から大気側絶縁碍子への熱の流れを妨げることができれば,どのような構造,材質の部材を用いてもよい。
たとえば,大気側絶縁碍子よりも熱伝導率の小さな材料からなる部材を熱伝導阻害部材として使用することができる。一般に,素子側絶縁碍子は緻密でガスを通さないセラミックで構成するため,多孔質で気孔の多いポーラスなセラミックを熱伝導阻害部材として用いることができる。
【0018】
また,接触面積を小さくすると熱伝導の阻害効果が高くなるため,素子側絶縁碍子と大気側絶縁碍子とが直接接触する際の接触面積よりも,更に小さな接触面積で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子に接触できる形状の部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。
さらに,素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と線接触または点接触するような部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。
【0019】
具体的な熱伝導阻害部材として,たとえばハニカム構造を有する部材を用いることが好ましい(請求項2)。ハニカム構造の熱伝導阻害部材は,図2に示すごとく,素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と向きあう面に貫通する穴を多数有し,従ってこのような熱伝導阻害部材は,素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子との接触面積が小さくなるため,熱伝導の阻害効果が高くなる。
また,上記素子側絶縁碍子の基端側端面及び上記大気側絶縁碍子の先端側端面に当接する当接面が凹凸面よりなる部材を用いることが好ましい(請求項3)。こちらの熱伝導阻害部材も,素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子との接触面積が小さくなるため,熱伝導の阻害効果が高くなる。
【0020】
また,上記熱伝導阻害部材は,上記熱伝導阻害部材は,ガスセンサの先端側と基端側を結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体よりなることが好ましい(請求項4)。
これにより,弾性体の復元力で素子側絶縁碍子を押圧し,確実にハウジング内の所定の位置に押圧固定することができる。
なお,軸方向とは,ガスセンサの先端側と基端側とを結ぶ,略筒型のガスセンサにおける中心軸と平行な方向である。
【0021】
また,上記弾性体を大気側絶縁碍子よりも熱伝導率の小さな材料から構成することができる。また,上記弾性体における素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と当接する当接面を,より小さな接触面積で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子に対し接触するような形状で構成することが好ましい。
なお,上記弾性体としては各種のバネ部材,皿バネや板バネなどを用いることができる。
また,上記熱伝導阻害部材として,弾性体以外で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子との間に挟んで用いる部材を用いることができる(図4参照)。
また,熱伝導阻害部材を2つ以上設けることもできる。
【0022】
【実施例】
以下に,図面を用いて本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本例にかかるガスセンサ1は,図1に示すごとく,筒型のハウジング10と,該ハウジング10内に挿通配置した素子側絶縁碍子12と,該素子側絶縁碍子12内に挿通配置したガスセンサ素子19と,該ガスセンサ素子19の先端側を覆うように上記ハウジング10の先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバー11と,上記ガスセンサ素子19の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子12の基端側に配置する大気側絶縁碍子13と,上記ハウジング10の基端側に固定する筒型の大気側カバー2とを有する。
【0023】
上記大気側カバー2の基端側は,該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材17を有し,また上記大気側カバー2の基端側は,該大気側カバー2の内部に大気を導入する導入穴210,220を有し,該導入穴210,220を覆う筒型の撥水フィルタ23を有する。
そして,上記素子側絶縁碍子12の基端側端面121と上記大気側絶縁碍子13の先端側端面131との間に熱伝導阻害部材3を配置する。
【0024】
以下,詳細に説明する。
本例にかかるガスセンサ1は,自動車エンジンに接続した排気管の壁面に取り付けて,自動車エンジンの空燃比を測定して空燃比制御に使用する(図示略)。このときガスセンサ1は,ハウジング10の側面に設けた径方向に突出する胴部101の先端側端面102を排気管の外壁面に向けて取り付ける。また,先端側端面102に対して上記排気管に対してシール固定できるようにバネ部103を設けてある。
【0025】
そして,図1に記載した破線Lより下側が,ガスセンサ1による空燃比測定時に排気ガスで加熱される領域である。破線Lより上側は大気雰囲気である。したがって,破線Lからガスセンサ1の基端側に向かうに従って,ガスセンサ1の温度が低下する。なお,図1等では図面の上側をガスセンサの基端側,下方を先端側とした。
【0026】
上記ハウジング10の先端側に,二重構成の被測定ガス側カバー11を設け,該カバー11の内部に排気ガスを導入する導入穴が側面に設ける。また,被測定ガス側カバー11の内部でガスセンサ素子19の先端側が露出する。
上記ガスセンサ素子19は,素子側絶縁碍子12を介してハウジング10内部に固定する。素子側絶縁碍子12とハウジング10との間,素子側絶縁碍子12とガスセンサ素子19との間はそれぞれシール固定して,ガスの流通が生じないようにする。
【0027】
上記素子側絶縁碍子12の基端側端面121に熱伝導阻害部材3を介して大気側絶縁碍子13を載置する。大気側絶縁碍子13は内部が空洞130で,そこにガスセンサ素子19の基端側を収納する。また,上記空洞130と大気側絶縁碍子13の基端側の端面との間を連絡する連絡穴139がある。
【0028】
また,上記熱伝導阻害部材3は,図2に示すごとく,素子側絶縁碍子12の基端側端面121や大気側絶縁碍子13の先端側端面131と当接する当接面309に対し開口した貫通穴308を多数備えたハニカム構造の環状板で,素子側及び大気側絶縁碍子12,13を構成するセラミックより気孔率が高く熱伝導率が低いセラミックよりなる。なお,両絶縁碍子12,13及び熱伝導阻害部材3は共にアルミナセラミックである。
【0029】
上記ガスセンサ素子19と電気的に接続して,外部に素子19の出力を取り出したり,または外部から素子19に電力を供給する端子191がある。この端子191は上記連絡穴139を通じて,大気側絶縁碍子13の外部で大気側カバー2の内部に突出する。この突出した箇所において,連結部材192を介して上記端子191はリード線16に電気的に接続される。
上記リード線16は,大気側カバー2の基端側をシールする弾性シール部材17に設けた挿通穴170を通じてガスセンサ1の外部へと引き出して,外部に設けた測定装置や電源などと接続する。
【0030】
また,大気側カバー2は,ハウジング10の基端側側面に固定したメインカバー部材21と該メインカバー部材21の基端側の外部に撥水フィルタ23をフィルタカバー部材22を用いて固定する。
すなわち,メインカバー部材21において大気導入用の導入穴210を設けた部分の外方に筒型の撥水フィルタ23を配置し,撥水フィルタ23の外側に同じく筒型のフィルタカバー部材22を配置する。なお,フィルタカバー部材22でも撥水フィルタ23と対面する位置に大気導入用の導入穴220を有する。そして,フィルタカバー部材22の外側から力を加えて,撥水フィルタ23ごとメインカバー部材21に対しかしめ固定する。
なお,メインカバー部材21は先端側が径大で,基端側が径細である。撥水フィルタ23やフィルタカバー部材22は径細の部分に設ける。
【0031】
また,大気側絶縁碍子13の基端側端面132とメインカバー部材21の径大及び径細の切替部における内側面との間に皿バネ15を載置する。この皿バネ15はガスセンサ1の軸方向への復元力を持つ。
【0032】
そして,素子側絶縁碍子12はハウジング10の内側面に突出形成されたテーパ面105に載置し,大気側絶縁碍子13は素子側絶縁碍子12の基端側端面121に熱伝導阻害部材3を介して載置する。皿バネ15は大気側絶縁碍子13の基端側端面132と大気側カバー2との間に位置して,図1の基端側から先端側に向かう軸方向の押圧力を大気側絶縁碍子13及び素子側絶縁碍子12に与えて,大気側絶縁碍子13と素子側絶縁碍子12と熱伝導阻害部材3のそれぞれの間,また素子側絶縁碍子12とハウジング10のテーパー面105との間を密着固定する。
【0033】
本例の作用効果について説明する。
本例では,素子側絶縁碍子12と大気側絶縁碍子13との間に熱伝導阻害部材3をおいて,両者間での熱のやりとりを阻害する。これにより撥水フィルタ23や弾性シール部材17などを設けたガスセンサ1の基端側の温度上昇を防止することができる。
以上,本例によれば,熱に弱い撥水フィルタ23や弾性シール部材17の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供することができる。
【0034】
また,本例のガスセンサ1は,自動車で使用する空燃比センサを想定したが,空燃比センサ以外であっても使用環境でハウジング10が加熱される構成のガスセンサについて本例の構成は有効である。
【0035】
また,図3に示すごとき,基端側端面121や先端側端面131と当接する当接面309を凹凸面としたセラミックの環状板よりなる熱伝導阻害部材3を用いることもできる。
また,図示は略したが,単なる環状板で熱伝導率が小さな材料から構成した部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。また,この場合の熱伝導阻害部材の熱伝導率は,大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子よりも小さい。
【0036】
(実施例2)
本例は,図4〜図6に示すごとく,ガスセンサ1の先端側と基端側を結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体41及び該弾性体41に被せ,該弾性体41を素子側絶縁碍子12の基端側端面121に固定するキャップ部材42を備える構成について説明する。
【0037】
本例のガスセンサ1は,実施例1と同様に,筒型のハウジング10と,該ハウジング10内に挿通配置した素子側絶縁碍子12と,該素子側絶縁碍子12内に挿通配置したガスセンサ素子19と,該ガスセンサ素子19の先端側を覆うように上記ハウジング10の先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと,上記ガスセンサ素子19の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子12の基端側に熱伝導阻害部材を介して配置する大気側絶縁碍子13と,上記ハウジング10の基端側に固定する筒型の大気側カバー2とを有する。
【0038】
本例にかかるガスセンサ1は,図4,図5に示すごとき,皿バネよりなる弾性体41と該弾性体41を基端側端面121に固定するキャップ部材42を有する。
上記弾性体41である皿バネは金属の環状板からなり,図5(b)に示す断面説明図にあるように側面からみた形が波状で,図面の上下方向から押圧することで,図5(b)において図面上下方向への復元力が生じる。
また,上記キャップ42は,図6に示すごとく,弾性体41である皿バネの外径とほぼ同じ内径を備え,先端側が開口した筒状部材である。弾性体41を基端側から押える押え板421と,該押え板421からハウジング10の側面に沿って伸びる側面部422とよりなる。上記押え板421は表面に二箇所の突部423が設けてある。
【0039】
そして,素子側絶縁碍子12の基端側端面121に弾性体41を載置して,復元力が生じるようにキャップ42で軸方向に押圧しつつ側面部422をハウジング10の基端側に差込み,側面部422において溶接固定する。
この押圧によって弾性体41にかかる皿バネは平べったくつぶされ,素子側絶縁碍子12の基端側端面421やキャップ部材42の押え板421とは全面当接状態となるが(図4参照),大気側絶縁碍子13の先端側端面131と押え板421との間は,突部423においてのみ接触する。
【0040】
これにより,ハウジング10からの熱は素子側絶縁碍子12に伝導し,さらにそこから大気側絶縁碍子13に伝わるが,素子側絶縁碍子12と弾性体41,キャップ部材42との間は接触面積も広く,熱もよく伝わるが,キャップ部材42と大気側絶縁碍子13との間は突部423においてのみ接触する状態にあるため,熱が伝わりにくい。
すなわち,キャップ部材42が熱伝導阻害部材として機能するため,本例にかかるガスセンサ1でも,基端側にある撥水フィルタや弾性シール部材(図示略)の加熱を防止することができる。
そのほか詳細な構成や作用効果は実施例1と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における,ガスセンサの軸方向全体断面図。
【図2】実施例1における,ハニカムよりなる熱伝導阻害部材の平面図及び断面図。
【図3】実施例1における,当接面が凹凸面となる熱伝導阻害部材の平面図及び断面図。
【図4】実施例2における,皿バネとキャップ部材を大気側と素子側絶縁碍子との間に設けたガスセンサの軸方向断面説明図。
【図5】実施例2における,皿バネの平面図及び断面図。
【図6】実施例2における,皿バネにかぶせるキャップ部材の平面図及び断面図。
【図7】従来例にかかる,ガスセンサの軸方向全体断面図。
【符号の説明】
1...ガスセンサ,
10...ハウジング,
12...大気側絶縁碍子,
13...素子側絶縁碍子,
3...熱伝導阻害部材,
Claims (4)
- 筒型のハウジングと,該ハウジング内に挿通配置した素子側絶縁碍子と,該素子側絶縁碍子内に挿通配置したガスセンサ素子と,該ガスセンサ素子の先端側を覆うように上記ハウジングの先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと,上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子の基端側に配置する大気側絶縁碍子と,上記ハウジングの基端側に固定する筒型の大気側カバーとを有し,
上記大気側カバーの基端側は,該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材を有し,また上記大気側カバーの基端側は,該大気側カバーの内部に大気を導入する導入穴を有し,該導入穴を覆う筒型の撥水フィルタを有するガスセンサにおいて,
上記素子側絶縁碍子の基端側端面と上記大気側絶縁碍子の先端側端面との間に熱伝導阻害部材を配置することを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1において,上記熱伝導阻害部材は,ハニカム構造を有することを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1において,上記熱伝導阻害部材は,上記素子側絶縁碍子の基端側端面及び上記大気側絶縁碍子の先端側端面に当接する当接面が凹凸面よりなることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項1において,上記熱伝導阻害部材は,ガスセンサの先端側と基端側とを結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体よりなることを特徴とするガスセンサ。
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