JP2006145397A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】大気側カバーの密閉性に優れたガスセンサを提供すること。
【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、センサ素子２を挿嵌保持するハウジング１１と、ハウジング１１の基端側に配設された大気側カバー３と、センサ素子２と電気的に接続されたリード線１２と、リード線１２を挿通させると共に大気側カバー３の基端部３４を密閉する弾性絶縁部材４とを有するガスセンサ１。大気側カバー３は、弾性絶縁部材４を、弾性絶縁部材４の軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめるかしめ部３１と、弾性絶縁部材４を基端側から押える天井部３２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。

従来より、自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設置され、排気ガス中の酸素濃度等を検知するガスセンサがある（特許文献１参照）。
図１１に示すごとく、ガスセンサ９は、被測定ガス（排気ガス）中の特定ガス（酸素）濃度を検出するセンサ素子９２を内蔵している。該センサ素子９２は、絶縁碍子９６を介して、ハウジング９３に挿嵌保持され、該ハウジング９３の基端側には、大気側カバー９４が固定されている。
図１２に示すごとく、大気側カバー９４の基端部には、該基端部を密閉する弾性絶縁部材９５（図１３）が配設されている。また、該弾性絶縁部材９５は、上記センサ素子９２と電気的に接続されたリード線９７を挿通させている。

上記弾性絶縁部材９５を大気側カバー９４の基端部９４１に固定するに当っては、弾性絶縁部材９５を大気側カバー９４の基端部９４１に配置した状態で、大気側カバー９４の基端部９４１を径方向内側に向かって押圧してかしめる。これにより、弾性絶縁部材９５が変形することにより生ずる弾力によって、弾性絶縁部材９５が大気側カバー９４に密着し、大気側カバー９４の基端部９４１を密閉する。

しかし、上記大気側カバー９４による弾性絶縁部材９５のかしめ荷重は、径方向にかかるが、軸方向については荷重のかからない状態にある。そのため、弾性絶縁部材９５が大気側カバー９４より径方向から受けたかしめ荷重の一部は、軸方向に逃げてしまうこととなる。

即ち、上記大気側カバー９４は基端部９４１において開口しており、大気側カバー９４により径方向からかしめられた弾性絶縁部材９５は、上記基端部９４１から外部に膨れるようにして、その弾力が逃げてしまうおそれがある。
そして、弾性絶縁部材９５が経時変化により弾力低下した場合、大気側カバー９４の密閉性を充分に確保することが困難となるおそれがある。その結果、ガスセンサ９の内部に大気中の水分等が侵入して、正確なセンサ出力を得ることが困難となるおそれがある。

また、上記弾性絶縁部材９５は、密閉性を確保すべく、軸方向長さを約８ｍｍと長くする必要がある。しかし、軸方向長さを長くすると、その分、弾性絶縁部材９５の先端が、高温となるセンサ素子９２に近づくこととなり、劣化しやすくなるという問題がある。

特開平９−２２９８９７号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、大気側カバーの密閉性に優れたガスセンサを提供しようとするものである。

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーと、上記センサ素子と電気的に接続されたリード線と、該リード線を挿通させると共に上記大気側カバーの基端部を密閉する弾性絶縁部材とを有するガスセンサにおいて、
上記大気側カバーは、上記弾性絶縁部材を、該弾性絶縁部材の軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめるかしめ部と、上記弾性絶縁部材を基端側から押える天井部とを有することを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記大気側カバーは、上記かしめ部と上記天井部とを有し、かしめ部によって上記弾性絶縁部材を、その軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめると共に、天井部によって、弾性絶縁部材を基端側から押える。

このとき、上記弾性絶縁部材は、かしめ部によって径方向から内側にかしめ荷重を受けて変形する。そのため、弾性絶縁部材は、その復元力として径方向外側に向かう弾力を生ずる。また、かしめ部によるかしめ荷重は、弾性絶縁部材の軸方向中心よりも先端側において受けるため、上記径方向外側に向かう弾力の他に、軸方向基端側に向かう弾力も生ずる。この軸方向基端側に向かう弾力は、弾性絶縁部材の基端側に配された上記天井部によって受けられる。即ち、この軸方向の弾力を逃がすことなく、大気側カバーの一部である天井部によって受けることとなる。

このように、弾性絶縁部材の弾力は、径方向に関しても軸方向に関しても、大気側カバーによって受けられることとなり、外部に逃げることを防ぐことができる。そして、これらの弾力によって、弾性絶縁部材が大気側カバーの内側面に充分に密着し、大気側カバーの密閉性を充分に確保することができる。

換言すれば、上記のごとくかしめ部と天井部とを形成することにより、弾性絶縁部材の圧縮率を容易かつ充分に大きくすることができるため、弾性絶縁部材の弾力を大きくし、大気側カバーの密閉性を容易かつ充分に確保することができる。
そして、経時変化により多少弾性絶縁部材の弾力が小さくなっても、弾性絶縁部材は大気側カバーに充分に密着し、大気側カバーの密閉性を充分に確保することができる。

また、密閉性が向上する分、弾性絶縁部材の軸方向長さを小さくすることができる。その結果、弾性絶縁部材を、高温となるセンサ素子のセンシング部分である先端部から離すことができる。そのため、弾性絶縁部材の劣化を抑制することができ、ひいてはガスセンサの耐久性を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、大気側カバーの密閉性に優れたガスセンサを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記ガスセンサとしては、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。

また、上記弾性絶縁部材は、例えば、フッ素ゴム、フッ素樹脂等によって構成することができる。
なお、本明細書において、「先端側」とは、ガスセンサにおいて、排気管等に挿入する側をいい、その反対側を「基端側」という。

また、上記弾性絶縁部材は、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ形状を有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、かしめ固定したときに、弾性絶縁部材の弾力が天井部に向かいやすくなり、大気側カバーの密閉性を容易に向上させることができる。
なお、上記のテーパ形状は、弾性絶縁部材を大気側カバーにかしめ固定する前の状態、すなわち荷重のかかっていない状態における形状である。

また、上記弾性絶縁部材は、該弾性絶縁部材の基端部に、径方向に突出したフランジ部を設けてなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記弾性絶縁部材を大気側カバーの基端部に配設する際に、その位置決めを容易に行うことができる。

また、上記弾性絶縁部材は、軸方向の長さが３〜８ｍｍであることが好ましい（請求項４）。
この場合には、弾性絶縁部材を、高温となるセンサ素子のセンシング部分である先端部から充分に離すことができる。そのため、弾性絶縁部材の劣化を抑制することができ、ひいてはガスセンサの耐久性を向上させることができる。
なお、上記長さは、弾性絶縁部材を大気側カバーに固定した状態における長さである。

上記弾性絶縁部材の軸方向の長さが８ｍｍを超える場合には、弾性絶縁部材の温度が高くなりすぎて、劣化しやすくなり、弾力が低下するおそれがある。一方、上記軸方向の長さが３ｍｍ未満の場合には、弾性絶縁部材と大気側カバーとの接触面積が小さくなりすぎ、充分な密閉性を確保することが困難となるおそれがある。

また、上記天井部は、上記弾性絶縁部材の基端面のうちの１０％以上の面積を覆っていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記大気側カバーの密閉性を充分に確保することができる。
ここで、上記弾性絶縁部材の基端面の面積は、上記リード部を挿通するリード挿通孔を除いた面積である。

上記弾性絶縁部材の基端面における上記天井部が覆う面積比が、１０％未満の場合には、弾性絶縁部材の弾力が大気側カバーの基端部から逃げてしまい、充分な密閉性を確保することが困難となるおそれがある。

また、上記天井部は、上記リード線を個別に挿通する複数の開口部を有することが好ましい（請求項６）。
この場合には、複数のリード線の間にも天井部を形成することができるため、より多くの面積にて弾性絶縁部材を覆うことができる。そのため、より密閉性に優れた大気側カバーを得ることができる。

また、上記大気側カバーは、カバー本体と、該カバー本体の基端部外周に配設した外周カバーとからなり、上記天井部は、上記外周カバーの一部によって構成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記弾性絶縁部材を容易に大気側カバーに配設することができる。

また、上記カバー本体及び上記外周カバーには、上記大気側カバーの内部に大気を導入するための通気孔が形成されており、上記カバー本体の通気孔と上記外周カバーの通気孔との間には、撥水フィルターが介在しており、該撥水フィルターは、上記大気側カバーの上記かしめ部において、上記弾性絶縁部材と共に、上記カバー本体と上記外周カバーとの間にかしめ固定されていることが好ましい（請求項８）。

この場合には、上記弾性絶縁部材と上記撥水フィルターとを同時にかしめ固定することができるため、ガスセンサの製造が容易となる。
また、上記撥水フィルターを、より大気側カバーにおける基端側に配設することができるため、撥水フィルターの高温化を抑制することができる。これにより、撥水フィルターの耐久性を向上させることができ、ひいてはガスセンサの耐久性を向上させることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿嵌保持するハウジング１１と、該ハウジング１１の基端側に配設された大気側カバー３とを有する。またガスセンサ１は、上記センサ素子２と電気的に接続されたリード線１２と、該リード線１２を挿通させると共に上記大気側カバー３の基端部を密閉する弾性絶縁部材４とを有する。
上記大気側カバー３は、図２に示すごとく、上記弾性絶縁部材４を、該弾性絶縁部材４の軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめるかしめ部３１と、上記弾性絶縁部材４を基端側から押える天井部３２とを有する。

また、上記弾性絶縁部材４は、大気側カバー３に固定された状態において、軸方向の長さが３〜８ｍｍである。
弾性絶縁部材４は、フッ素ゴムによって構成することができ、図３に示すごとく、大気側カバー３に組付ける前の状態においては円柱形状を有していると共に、リード線１２を挿嵌するための４個のリード挿通孔４３を設けてなる。

上記天井部３２は、上記弾性絶縁部材４の基端面４１のうちの１０％以上の面積を覆っている。ここで、弾性絶縁部材４の基端面４１の面積は、リード挿通孔４３を除いた面積である。
天井部３２は、図２、図４に示すごとく、上記リード線１２を個別に挿通する複数の開口部３２１を有する。

図１、図２に示すごとく、上記大気側カバー３は、カバー本体３０１と、該カバー本体３０１の基端部外周に配設した外周カバー３０２とからなる。上記天井部３２は、上記外周カバー３０２の一部によって構成されている。
カバー本体３０１及び外周カバー３０２には、大気側カバー３の内部に大気を導入するための通気孔３３が形成されている。カバー本体３０１の通気孔３３と外周カバー３０２の通気孔３３との間には、撥水フィルター１３が介在している。該撥水フィルター１３は、大気側カバー３のかしめ部３１において、弾性絶縁部材４と共に、カバー本体３０１と外周カバー３０２との間にかしめ固定されている。

また、上記弾性絶縁部材４に設けたリード挿通孔４３には、径方向内側に突出したリブ部４３１が形成されている。これにより、リード線１２と弾性絶縁部材４との間の密閉性を確保しつつ、リード線１２をリード挿通孔４３に挿通しやすくすることができる。
また、上記ガスセンサ１は、図１に示すごとく、センサ素子２を保護するための被測定ガス側カバー１４を、ハウジング３の先端側に配設している。
また、センサ素子２は、絶縁碍子１５を介してハウジング１１に挿嵌固定されている。

上記弾性絶縁部材４を大気側カバー３に固定するに当っては、図５に示すごとく、カバー本体３０１の基端部３４０に弾性絶縁部材４を配置すると共に、基端部３４０の外周に撥水フィルター１３を配設する。更に、該撥水フィルター１３の外側から基端部３４０を覆うように、外周カバー３０２を配置する。

次いで、上記弾性絶縁部材４の軸方向中心よりも先端よりの位置における外周カバー３０２の側面を、径方向内側に向かって押圧する（矢印Ｆ）。これにより、図２に示すごとく、かしめ部３１を形成して、外周カバー３０２とカバー本体３０１との間に撥水フィルター１３をかしめ固定する。そして、かしめ部３１と天井部３２との間に、弾性絶縁部材４をかしめ固定する。このとき、弾性絶縁部材４には、かしめ部３１および天井部３２から荷重を受けて体積を縮小され、その弾力によって、大気側カバー３の内側面に密着し、大気側カバー３を密閉する。

また、通気孔３３よりも先端側においても、撥水フィルター１３の外周から、外周カバー３０２を径方向内側に向かって押圧して、フィルターかしめ部３５１を形成する。これにより、撥水フィルター１３が通気孔３３を確実に覆うように、該撥水フィルター１３を固定する。また、更に先端側であってカバー本体３０１と外周カバー３０２とが直接重なる部分において、外周カバー３０２を径方向内側に向かって押圧し、カバーかしめ部３５２を形成する。これにより、カバー本体３０１と外周カバー３０２との固定力を確保する。
なお、図５においては、リード線１２及びリード挿通孔４３は省略してある。後述する図９についても同様である。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記大気側カバー３は、図２に示すごとく、かしめ部３１と天井部３２とを有し、かしめ部３１によって弾性絶縁部材４を、その軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめると共に、天井部３２によって、弾性絶縁部材４を基端側から押える。

このとき、弾性絶縁部材４は、かしめ部３１によって径方向から内側にかしめ荷重を受けて変形する。そのため、弾性絶縁部材４は、その復元力として径方向外側に向かう弾力を生ずる。また、かしめ部３１によるかしめ荷重は、弾性絶縁部材４の軸方向中心よりも先端側において受けるため、上記径方向外側に向かう弾力の他に、軸方向基端側に向かう弾力も生ずる。この軸方向基端側に向かう弾力は、弾性絶縁部材４の基端側に配された天井部３２によって受けられる。即ち、この軸方向の弾力を逃がすことなく、大気側カバー３の一部である天井部３２によって受けることとなる。

このように、弾性絶縁部材４の弾力は、径方向に関しても軸方向に関しても、大気側カバー３によって受けられることとなり、外部に逃げることを防ぐことができる。そして、これらの弾力によって、弾性絶縁部材４が大気側カバー３の内側面に充分に密着し、大気側カバー３の密閉性を充分に確保することができる。

換言すれば、上記のごとくかしめ部３１と天井部３２とを形成することにより、弾性絶縁部材４の圧縮率を容易かつ充分に大きくすることができるため、弾性絶縁部材４の弾力を大きくし、大気側カバー３の密閉性を容易かつ充分に確保することができる。
そして、経時変化により多少弾性絶縁部材４の弾力が小さくなっても、弾性絶縁部材４は大気側カバー３に充分に密着し、大気側カバー３の密閉性を充分に確保することができる。

また、密閉性が向上する分、弾性絶縁部材４の軸方向長さを小さくすることができる。その結果、弾性絶縁部材４を、高温となるセンサ素子２のセンシング部分である先端部から離すことができる。そのため、弾性絶縁部材４の劣化を抑制することができ、ひいてはガスセンサ１の耐久性を向上させることができる。

また、弾性絶縁部材４は、軸方向の長さが３〜８ｍｍであるため、図１に示すごとく、弾性絶縁部材４を、高温となるセンサ素子２のセンシング部分である先端部２１から充分に離すことができる。そのため、弾性絶縁部材４の劣化を抑制することができ、ひいてはガスセンサ１の耐久性を向上させることができる。

また、上記天井部３２は、弾性絶縁部材４の基端面４１のうちの１０％以上の面積を覆っているため、大気側カバー３の密閉性を充分に確保することができる。
また、図４に示すごとく、天井部３２は、上記複数の開口部３２１を有するため、複数のリード線１２の間にも天井部３２を形成することができるため、より多くの面積にて弾性絶縁部材４を覆うことができる。そのため、より密閉性に優れた大気側カバー３を得ることができる。

また、大気側カバー３は、カバー本体３０１と外周カバー３０２とからなり、天井部３２は、外周カバー３０２の一部によって構成されている。そのため、弾性絶縁部材４を容易に大気側カバー３に配設することができる。
また、撥水フィルター１３は、大気側カバー３のかしめ部３１において、弾性絶縁部材４と共に、カバー本体３０１と外周カバー３０２との間にかしめ固定されている。そのため、弾性絶縁部材４と撥水フィルター１３とを同時にかしめ固定することができるため、ガスセンサ１の製造が容易となる。

また、撥水フィルター１３を、より大気側カバー３における基端側に配設することができるため、撥水フィルター１３の高温化を抑制することができる。これにより、撥水フィルター１３の耐久性を向上させることができ、ひいてはガスセンサ１の耐久性を向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、大気側カバーの密閉性に優れたガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、弾性絶縁部材４の形状を、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ形状とした例である。
即ち、弾性絶縁部材４は側面視において台形状となる。
上記のテーパ形状は、弾性絶縁部材４を大気側カバー３にかしめ固定する前の状態、すなわち荷重のかかっていない状態における形状である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、かしめ固定したときに、弾性絶縁部材４の弾力が天井部３２に向かいやすくなり、大気側カバー３の密閉性を容易に向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図７〜図９に示すごとく、基端部において径方向に突出したフランジ部４５を設けてなる弾性絶縁部材４を有するガスセンサ１の例である。
本例においては、上記大気側カバー３の基端部３４にもフランジ部３４１を形成してある。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、弾性絶縁部材４を大気側カバー３の基端部３４に配設する際に、その位置決めを容易に行うことができる。即ち、図９に示すごとく、弾性絶縁部材４のフランジ部４５を、大気側カバー３の基端部３４のフランジ部３４１に載置することにより、弾性絶縁部材４の位置決めを容易に行うことができる。そして、この位置決め状態から、大気側カバー３のかしめを行うことにより、容易に、正確な位置に、弾性絶縁部材４をかしめ固定することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、弾性絶縁部材４を、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ形状とすると共に、大気側カバー３の基端部３４の内径よりも直径の大きいフランジ部４５を設けたガスセンサ１の例である。
即ち、本例は、実施例２と実施例３とを組合わせた例である。その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上述した実施例２及び実施例３と同様の作用効果を得ることができる。即ち、大気側カバー３の密閉性を容易に向上させることができると共に、弾性絶縁部材４の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、ガスセンサの縦断面図。 実施例１における、ガスセンサの基端部の縦断面図。 実施例１における、弾性絶縁部材の平面図及び側面図。 実施例１における、ガスセンサの基端部の平面図。 実施例１における、ガスセンサの製造方法を示す縦断面説明図。 実施例２における、弾性絶縁部材の平面図及び側面図。 実施例３における、ガスセンサの縦断面図。 実施例３における、ガスセンサの基端部の縦断面図。 実施例３における、弾性絶縁部材のかしめ方法を示す縦断面説明図。 実施例４における、ガスセンサの製造方法を示す縦断面説明図。 従来例における、ガスセンサの縦断面図。 従来例における、ガスセンサの基端部の縦断面図。 従来例における、弾性絶縁部材の平面図及び側面図。

符号の説明

１ ガスセンサ
１１ ハウジング
１２ リード線
２ センサ素子
３ 大気側カバー
３１ かしめ部
３２ 天井部
３４ 基端部
４ 弾性絶縁部材

Claims (8)

1. 被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持するハウジングと、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバーと、上記センサ素子と電気的に接続されたリード線と、該リード線を挿通させると共に上記大気側カバーの基端部を密閉する弾性絶縁部材とを有するガスセンサにおいて、
   上記大気側カバーは、上記弾性絶縁部材を、該弾性絶縁部材の軸方向中心よりも先端側において径方向からかしめるかしめ部と、上記弾性絶縁部材を基端側から押える天井部とを有することを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１において、上記弾性絶縁部材は、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ形状を有することを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項１又は２において、上記弾性絶縁部材は、該弾性絶縁部材の基端部に、径方向に突出したフランジ部を設けてなることを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記弾性絶縁部材は、軸方向の長さが３〜８ｍｍであることを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記天井部は、上記弾性絶縁部材の基端面のうちの１０％以上の面積を覆っていることを特徴とするガスセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記天井部は、上記リード線を個別に挿通する複数の開口部を有することを特徴とするガスセンサ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記大気側カバーは、カバー本体と、該カバー本体の基端部外周に配設した外周カバーとからなり、上記天井部は、上記外周カバーの一部によって構成されていることを特徴とするガスセンサ。
8. 請求項７において、上記カバー本体及び上記外周カバーには、上記大気側カバーの内部に大気を導入するための通気孔が形成されており、上記カバー本体の通気孔と上記外周カバーの通気孔との間には、撥水フィルターが介在しており、該撥水フィルターは、上記大気側カバーの上記かしめ部において、上記弾性絶縁部材と共に、上記カバー本体と上記外周カバーとの間にかしめ固定されていることを特徴とするガスセンサ。

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