JP2006153702A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 スリーブとセパレータとの係合部における干渉を緩和することにより、耐衝撃性および耐振動性を向上できるガスセンサを提供する。
【解決手段】 セパレータ５０を内挿保持する保持金具７０には２つの緩衝部材７５が設けられている。この緩衝部材７５は、素子ガイド３３のスリーブ溝３６と、セパレータ５０の凹部１４１の内壁面１４３との間に位置する。これにより、ガスセンサ１に振動又は衝撃が与えられても、緩衝部材７５によって、その振動又は衝撃が吸収されるので、セパレータ５０から素子ガイド３３に伝わる振動又は衝撃を緩和することができる。さらに、緩衝部材７５により、スリーブ３０の素子ガイド３３と、セパレータ５０とが直接当たらないので、素子ガイド３３およびセパレータ５０の割れを防止することができ、耐振動性および耐衝撃性を向上できるガスセンサ１を製造できる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ素子を内蔵したガスセンサに関するものである。

従来、自動車などから発生する排気ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このようなガスセンサは、板体の長手方向の一端部に排気ガス中の特定ガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の検知部を露出する形態で、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む略筒状の主体金具を備えている。このセンサ素子は、一対の電極で挟まれた固体電解質からなる層を少なくとも一層以上備えた長板状の素子として構成され、さらに、そのセンサ素子には、センサ素子を加熱して活性化する板状のヒータが積層されたものが一般的に知られている。

このような板状のセンサ素子は、セラミック製の筒状をなすスリーブ（素子側絶縁碍子）内に挿入された状態でガラスシールされることによってスリーブに保持され、このスリーブを主体金具内に保持させることにより、主体金具（ハウジング）に組み付けることができる。そして、センサ素子からの出力を取り出すために、センサ素子の一端側に設けられた電極端子（端子部）を覆って、電極ホルダ（大気側絶縁碍子）が被せられる。この電極ホルダ内には、センサ素子の電極端子に当接して電気的に接続される電極バネ（電極取り出しバネ）が設けられており、センサ素子の板面の両側からセンサ素子を挟んで支持している。

このようなガスセンサにおいて、例えば、電極ホルダとスリーブとを互いに係合させることにより、互いの位置決めを行い、電極ホルダがスリーブに対して傾いた状態で配置されることのないガスセンサが提案されている（特許文献１参照）。これにより、電極ホルダ内に挿入されるセンサ素子の一端が、電極ホルダの内壁に衝突して破損することが防止することができる。
特開２００３−４３００４号公報

しかし、このガスセンサの電極ホルダは、センサ素子ではなくスリーブに対して位置決めされているので、センサ素子が傾いた状態でスリーブに保持された場合、電極ホルダの組付時にセンサ素子に余分な荷重がかかるため、素子折れが生じたり、ガスセンサ使用時の激しい振動等に起因して素子折れが生じる恐れがあった。また、その場合、電極バネからの接触圧がセンサ素子の一方の板面と他方の板面とで異なってくるため、電極に対する電気的な接続が不安定となる可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、センサ素子に余分な荷重をかけることなく、その電極に対して電気的に安定した接続を行うことができるガスセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサは、板体の長手方向の一端部の両面に電極が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の一端部が露出されるように前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、主体金具の内側に保持されるセラミック製のスリーブと、当該スリーブに設けられ、前記センサ素子が前記軸孔に挿入される際に前記電極の少なくとも一部が露出されるように、前記センサ素子の長手方向を前記スリーブの軸線方向に案内するとともに、前記軸孔から露出された前記センサ素子の短手方向両端側をそれぞれ案内するように前記軸孔の内周に連続する溝を有するセラミック製の素子ガイドと、前記センサ素子の前記電極に接触させる接触端子に接続された電気配線を案内する案内孔を有するとともに、前記素子ガイドに案内されて前記スリーブから露出された前記センサ素子の一端部に前記素子ガイドを含む状態で被せられ、内部にて支持された前記接続端子で前記センサ素子をその板面と直交する方向から挟んで、前記接続端子を前記電極に当接させるセラミック製の第１セパレータと、前記素子ガイドと、前記第１セパレータとの隙間に配設された緩衝材とを備える。

また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記主体金具に固定され、前記第１セパレータ、および前記スリーブを覆って保護する保護カバーと、当該保護カバーの内部で保持されるとともに、前記第１セパレータを内部で保持する保持金具とを備え、前記緩衝材は、前記保持金具と一体に形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記素子ガイドの前記第１セパレータに対向する外周面には、スリーブ溝部が形成され、当該スリーブ溝部に前記緩衝材が当接することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のガスセンサは、板体の長手方向の一端部の両面に電極が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の一端部が露出されるように前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、主体金具の内側にて保持されるセラミック製のスリーブと、当該スリーブに設けられ、前記センサ素子が前記軸孔に挿入される際に前記電極の少なくとも一部が露出されるように、前記センサ素子の長手方向を前記スリーブの軸線方向に案内するとともに、前記軸孔から露出された前記センサ素子の短手方向両端側をそれぞれ案内するように前記軸孔の内周に連続する溝を有するセラミック製の素子ガイドと、前記センサ素子の前記電極に接触させる接触端子に接続された電気配線を案内する案内孔を有するとともに、前記素子ガイドに案内されて前記スリーブから露出された前記センサ素子の一端部をその板面と直交する方向から前記素子ガイドを含む状態で挟みつつ、前記接続端子を押さえて前記電極に当接させる一対のセラミック製の第２セパレータと、前記素子ガイドと、前記第２セパレータとの隙間に配設された緩衝材とを備える。

また、請求項５に係る発明のガスセンサは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記主体金具に固定され、前記第２セパレータ、および前記スリーブを覆って保護する保護カバーと、一対の前記第２セパレータの外周を取り囲む筒状をなし、一対の前記第２セパレータが前記センサ素子を挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具とを備え、前記緩衝材は、前記保持金具と一体に形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のガスセンサは、請求項４又は５に記載の発明の構成に加え、前記素子ガイドの前記第２セパレータに対向する外周面には、スリーブ溝部が形成され、当該スリーブ溝部に前記緩衝材が当接することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の構成に加え、前記緩衝材は、金属部材であることを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサでは、スリーブに素子ガイドを設け、軸穴に挿通されるセンサ素子を素子ガイドによって案内させることで、スリーブの軸孔と同軸上にセンサ素子の位置決めを行うことができる。これにより、例えば、センサ素子の電極と接触して導通される接続端子を支持する部材を、センサ素子の一端側に配置させる場合、この部材がセンサ素子に対して傾くことがなく、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができる。よって、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができ、信頼性の高いガスセンサを提供することができる。さらに、スリーブの素子ガイドに案内されて、スリーブから露出されたセンサ素子の一端部に被せるように、第１セパレータが配設されているので、素子ガイドに対して第１のセパレータの位置決めをおこなえば、センサ素子に対しても位置決めを行うことができる。このため、センサ素子の各電極と、第１セパレータに押さえられた各接続端子との位置関係が、いずれの接続部分においても略一定となる。すなわち、各電極に対する各接続端子の接触圧は略一定となるため、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。

ところで、このガスセンサのスリーブおよびセパレータは、ともにセラミックで形成されているので、例えば、ガスセンサに激しい振動や衝撃が与えられると、スリーブとセパレータとの係合部において、スリーブとセパレータとが互いに干渉して衝突してしまい、スリーブやセパレータが割れて破損するということがあった。

そこで、第１セパレータとスリーブの素子ガイドとの間の隙間には、緩衝材が配設されているので、第１セパレータとスリーブとが互いに直接当たらない。これにより、第１セパレータおよびスリーブが割れて破損するのを防止することができる。また、ガスセンサに振動や衝撃が与えられても、その衝撃力は緩衝材によって吸収されるので、第１セパレータとスリーブとの干渉を緩和することができる。

また、請求項２に係る発明のガスセンサでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、保持金具により第１セパレータを保持し、その保持金具を保護カバーに対して保持させている。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも、第１セパレータは安定して保持され、さらに、外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても第１セパレータにかかる衝撃を緩和することができ、素子折れを防止することができる。

さらに、緩衝材が保持金具と一体化されているので、ガスセンサの部品点数の削減を図ることができる。さらに、保持金具内における第１セパレータの位置決めを行うだけで、第１セパレータにける緩衝材の位置決めを自動的に行うことができる。

また、請求項３に係る発明のガスセンサでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、素子ガイドに設けられたスリーブ溝部に緩衝材が嵌るように当接するので、素子ガイドから緩衝材がズレないようにすることができる。よって、第１セパレータと素子ガイドとの間に緩衝材を常に配置させることができる。

また、請求項４に係る発明のガスセンサでは、スリーブに素子ガイドを設け、軸穴に挿通されるセンサ素子を素子ガイドによって案内させることで、スリーブの軸孔と同軸上にセンサ素子の位置決めを行うことができる。これにより、例えば、センサ素子の電極と接触して導通される接続端子を支持する部材を、センサ素子の一端側に配置させる場合、この部材がセンサ素子に対して傾くことがなく、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができる。したがって、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができ、信頼性の高いガスセンサを提供することができる。さらに、スリーブの素子ガイドに案内されて、スリーブから露出されたセンサ素子の一端部を、第２セパレータによってその板面と直交する方向から挟み込むため、センサ素子の短手方向両端側を案内する素子ガイドに対して位置決めをおこなえば、センサ素子に対しても位置決めを行うことができる。このため、センサ素子の各電極と、第２セパレータに押さえられた各接続端子との位置関係が、いずれの接続部分においても略一定となる。すなわち、各電極に対する各接続端子の接触圧は略一定となるため、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。

ところで、このガスセンサのスリーブおよびセパレータは、ともにセラミックで形成されているので、例えば、ガスセンサに激しい振動や衝撃が与えられると、スリーブとセパレータとの係合部において、スリーブとセパレータとが互いに干渉して衝突してしまい、スリーブやセパレータが割れて破損するということがあった。

そこで、第２セパレータとスリーブの素子ガイドとの間の隙間には、緩衝材が配設されているので、ガスセンサに振動や衝撃が与えられても、その衝撃力は緩衝材によって吸収され、第２セパレータとスリーブとが互いに直接当たらない。これにより、第２セパレータおよびスリーブが割れて破損するのを防止することができる。

また、請求項５に係る発明のガスセンサでは、請求項４に記載の発明の効果に加え、保持金具により第２セパレータを保持し、その保持金具を保護カバーに対して保持させている。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも、第２セパレータは安定して保持され、さらに、外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても第２セパレータにかかる衝撃を緩和することができ、素子折れを防止することができる。

さらに、緩衝材が保持金具と一体化されているので、ガスセンサの部品点数の削減を図ることができる。さらに、保持金具内における第２セパレータの位置決めを行うだけで、緩衝材の位置決めを自動的に行うことができる。

また、請求項６に係る発明のガスセンサでは、請求項４又は５に記載の発明の効果に加え、素子ガイドに設けられたスリーブ溝部に緩衝材が嵌るように当接するので、素子ガイドから緩衝材がズレないようにすることができる。よって、第２セパレータと素子ガイドとの間に緩衝材を常に配置させることができる。

また、請求項７に係る発明のガスセンサでは、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果に加え、緩衝材は金属材であるので、金属材の剛性を緩衝材の緩衝力として利用することができる。

以下、本発明の本実施形態であるガスセンサ１について、図面に基づいて説明する。図１は、ガスセンサ１の要部破断断面図であり、図２は、センサ素子１０の分解斜視図であり、図３は、主体金具２に係合されるフランジ部２５がセンサ素子１０に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図であり、図４は、スリーブ３０の斜視図であり、図５は、セパレータ５０の斜視図であり、図６は、セパレータ５０を下側から見た斜視図であり、図７は、保持金具７０を下側から見た斜視図であり、図８は、保持金具７０の断面斜視図であり、図９は、リード線６８がかしめられた電極金具６０の斜視図であり、図１０は、図１に示すガスセンサ１のセパレータ５０近傍を示す拡大図であり、図１１は、図１０に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図である。なお、以下の説明では、各部材がガスセンサ１に組み込まれた際に、ガスセンサ１の軸線方向（図１に示す紙面上下方向）においてセンサ素子１０の検知部１１側となる方向を先端側、その反対側の方向を後端側とする。なお、図３乃至図１１においても同様とする。

はじめに、ガスセンサ１の概略構成について説明する。本実施形態のガスセンサ１は、自動車の排気管に装着されて使用に供され、排気管内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。図１に示すように、ガスセンサ１は、排気管（図示外）に固定するためのネジ部２４が形成された略筒状の主体金具２と、当該主体金具２の内側に内挿され、排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素など）の濃度を検知するセンサ素子１０と、当該センサ素子１０を主体金具２の内側に保持するためのフランジ部２５およびスリーブ３０と、当該スリーブ３０の後端側に設けられ、４本のリード線６８に固定された電極金具６０を内挿するアルミナ製のセパレータ５０と、当該セパレータ５０を取り囲んで保護する略円筒状のステンレスからなる保護カバー８０と、当該保護カバー８０の後端部に嵌入され、保護カバー８０の後端部の加締めによって固定されたフッ素ゴム製の栓部材７７とを主体にして構成されている。

そして、ガスセンサ１の先端側（図中下側）では、センサ素子１０の検知部１１が主体金具２の先端部より露出される。さらに、その主体金具２の先端部には、この検知部１１を覆う有底円筒状の内側プロテクタ３と、その内側プロテクタ３を覆う外側プロテクタ４とがそれぞれ、レーザ溶接により固定されている。そして、センサ素子１０の検知部１１が、ガスセンサ１周囲の雰囲気中に曝されるように、内側プロテクタ３と外側プロテクタ４とには、それぞれ複数の連通孔５，６が開口されている。

次に、センサ素子１０について説明する。図１に示すように、板状のセンサ素子１０は、自身の先端部（検知部１１）を主体金具２の先端から突出させて露出させた状態で主体金具２の内側に保持されている。

図２に示すように、センサ素子１０は、酸素濃淡電池素子１２と、この酸素濃淡電池素子１２に積層された基体１４とを備える。酸素濃淡電池素子１２は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニアの検出層１１１を備える。また、検出層１１１の基体１４に向かう面に、基準電極１３２が直接に接触するように配置され、検出層１１１の基体１４とは反対側の面に、検知電極１３１が直接に接触するように配置される。この検知電極１３１には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３３が、また、基準電極１３２には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３４が、それぞれ延設されている。

そして、導体リード部１３３の端末は、外部回路接続用の外部端子１５（図３参照）に接続される。また、導体リード部１３４の端末は、検出層１１１を貫通するスルーホール１１５を介して、外部端子１５（図３参照）に接続されるための信号取り出し用端子１１４と接続される。なお、検知電極１３１、基準電極１３２、導体リード部１３３、導体リード部１３４および信号取り出し用端子１１４は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができる。

一方、検出層１１１の表面には、検知電極１３１を挟み込むようにして、検知電極１３１自身を被毒から防御するための多孔質状の電極保護層１５５が形成されている。また、外部端子１５（図３参照）と接続される部分を除いて、導体リード部１３３を挟み込むようにして、検出層１１１を保護するための絶縁層５１が形成される。

一方、基体１４は、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＰｄ等から形成される発熱抵抗体１２１を備える。この発熱抵抗体１２１は、絶縁性の良好な例えばアルミナを主体として形成される第１基層１２２と第２基層１２３とに挟持される。この発熱抵抗体１２１は、発熱面積をできるだけ多くして、検知電極１３１と基準電極１３２が検出層１１１を介して対向配置してなる部分（いわゆる検知部１１）を集中的に加熱することができるように、例えば、蛇行状又はジグザグ状等に形成される発熱部２１２と、この発熱部２１２の端部からさらにこの基体１４の長手方向に沿って延在する一対のリード部２１３とを有する。そして、この一対のリード部２１３の、前記発熱部２１２とは反対側には、端部２１１を有する。この端部２１１は、外部回路接続用の外部端子（図示外）と接続される一対のヒータ通電端子２３２と、第２基層１２３を貫通する２つのスルーホール２３１を介して電気的に接続されている。

さらに、図１に示すように、センサ素子１０の先端側のうち、少なくとも排気ガスに曝される検知部１１の表面上には、耐被毒防止用の多孔質セラミックからなる電極保護層１９が形成されている。

そして、図１，図３に示すように、上記構成からなるセンサ素子１０の長手方向略中間部よりもやや先端側には、主体金具２の内側に配設するためのフランジ部２５が組み付けられている。このフランジ部２５は、アルミナ製のセラミックホルダ２１と、滑石粉末を圧縮充填させた滑石リング２２と、セラミックホルダ２１および滑石リング２２を内部に収容可能な大きさの筒状をなす金属製ホルダ２０とから構成されている。

なお、このフランジ部２５は、以下のようにしてセンサ素子１０に組み付けられる。図３に示すように、まず、センサ素子１０を挿通可能な大きさの開口断面積を有する滑石リング２２を準備し、センサ素子１０の所定位置に金属製ホルダ２０、セラミックホルダ２１および滑石リング２２を順に配置させる。そして、滑石リング２２の挿通孔の開口断面積が縮小するように圧力を付与して滑石リング２２を圧縮変形させることで、金属製ホルダ２０およびセラミックホルダ２１を滑石リング２２とともに、センサ素子１０に一体に組み付ける。これにより、主体金具２の段部９に係合させるためのフランジ部２５がセンサ素子１０に対して固定された状態で設けられる。

また、図１に示すように、主体金具２の先端側（図中下側）には、その内径が細くなる段部９が設けられている。そして、フランジ部２５の外径は主体金具２の内径とほぼ同じに構成されている。さらに、かしめ部７側から主体金具２内に挿入されるフランジ部２５の端部が段部９に当接する位置で、フランジ部２５は主体金具２に対して位置決めされる。そして、金属製ホルダ２０が係合された主体金具２内で、金属製ホルダ２０よりも後端側には、滑石リング２３が圧縮充填されている。これにより、主体金具２内でフランジ部２５が固定されるとともに、センサ素子１０もまた主体金具２に対して位置決め固定される。なお、滑石リング２３の圧縮は、後述するスリーブ３０が主体金具２内に組み込まれる際に、そのスリーブ３０によって押圧されることによりおこなわれる。

次に、スリーブ３０について説明する。図１に示すように、スリーブ３０は、滑石リング２３を先端側に押圧するとともに、主体金具２の内側に収容されている。図４に示すように、このアルミナ製のスリーブ３０は、多段円筒状に形成されている。そして、スリーブ３０は、その軸線に沿うようにして軸孔３１が設けられ、当該軸孔３１には、センサ素子１０が挿通される。この軸孔３１は、軸線方向断面の大きさがセンサ素子１０の長手方向断面の大きさよりやや大きめに形成されている。

また、スリーブ３０の後端面（図４の上側の面）には、スリーブ３０の軸線方向に沿って後端方向（図中上方向）に向かう一対の素子ガイド３３，３３が突設されている。そして、各素子ガイド３３の内側面には、センサ素子１０の短手方向の両端（長手側の両側縁）を案内するため、軸孔３１の内周から連続する素子溝３５がそれぞれ設けられている。一方、各素子ガイド３３の素子溝３５が設けられている内側面とは反対の外側面には、素子ガイド３３の長手方向に沿って延設されたスリーブ溝３６が設けられている。このスリーブ溝３６には、ガスセンサ１の組み立て時において、後述する保持金具７０の緩衝部材７５が嵌るようにして当接するようになっている。そして、このスリーブ溝３６により、緩衝部材７５が素子ガイド３３の外周面からズレないため、スリーブ溝３６の内側には、緩衝部材７５を常に配置させることができる。

そして、図１に示すように、上記構成からなるスリーブ３０が、主体金具２の後端側に収容されている。さらに、主体金具２のかしめ部７が内側に折り曲げられて加締められているため、内部に介在されたステンレス製のリング部材８を介し、スリーブ３０が主体金具２の先端側に向かって押圧されている。さらに、滑石リング２３が圧縮変形されて周囲の隙間が埋められているので、素子ガイド３３の素子溝３５によりスリーブ３０との位置関係が案内されたセンサ素子１０が、主体金具２内に気密的に保持固定されている。なお、スリーブ３０が主体金具２に収容された状態では、センサ素子１０の後端部に設けられた外部端子１５（図３参照）は、主体金具２のかしめ部７側（ガスセンサ１の後端側）より露出されている。

次に、セパレータ５０について説明する。図５，図６に示すように、このセパレータ５０は、略円筒状に形成され、セラミックにより形成されている。そして、ガスセンサ１の組み立て時に後端側となる上側の面（図中上側の面）の中心周囲には、リード線６８（図１参照）が挿通する４つの小径部５３が設けられている。そして、それら小径部５３には、セパレータ５０の軸線方向に平行に延設され、リード線６８をセンサ内に案内するための案内孔５２が接続されている。なお、小径部５３の径は、リード線６８の太さと略同等となっている。一方、図６に示すように、セパレータ５０の内側には、凹部１４１が形成され、当該凹部１４１には、センサ素子１０を案内保持した一対の素子ガイド３３，３３（図４参照）が挿入されるようになっている。さらに、一対の素子ガイド３３，３３の各外側面が、その凹部１４１の内壁面１４３，１４３に対して各々係合することで、スリーブ３０の一対の素子ガイド３３，３３に対してセパレータ５０が位置決めされるようになっている。なお、後述するが、素子ガイド３３の外側面と、セパレータ５０の凹部１４１の内壁面１４３との間には、本発明の特徴である保持金具７０の緩衝部材７５（図７参照）が配置される。

一方、センサ素子１０の板面と対向する凹部１４１の内壁面１４２には、断面Ｌ字形状の係合溝１４６が、片面に２ヶ所ずつ設けられている。そして、これらの係合溝１４６に、後述する電極金具６０の断面略Ｌ字型の突片６３を係合させることにより、電極金具６０の先端部６１を凹部１４１内にて位置決め保持することができる（図１０参照）。さらに、素子ガイド３３を凹部１４１の内壁面１４３に係合させれば、この対向する電極金具６０の先端部６１間にセンサ素子１０が挟まれ、先端部６１と外部端子１５（図３参照）との電気的な接続がおこなわれる。これにより、センサ素子１０は、その厚み方向から、素子ガイド３３によって位置決め保持される。そして、上記構成からなるセパレータ５０を、素子ガイド３３，３３に被せるようにして係合させることにより、電極金具６０の先端部６１が位置決めされたセパレータ５０も素子ガイド３３に位置決めされるので、電極金具６０の先端部６１とセンサ素子１０との位置関係は、個体差によらずほぼ一定とすることができる。なお、図５に示すセパレータ５０が、「第１セパレータ」に相当する。また、電極金具６０の構造については後述する。

次に、保持金具７０について説明する。図１に示すように、この保持金具７０は、内側に図５に示すセパレータ５０を内挿保持するとともに、保護カバー８０内に保持されている。図７に示すように、この保持金具７０は、金属製であり、略円筒状に形成されている。そして、保持金具７０の外周面の略中段には、内側に向かって張り出す突設部７２が間隔を空けて６つ形成されている。さらに、図７，図８に示すように、保持金具７０の後端側（図７，図８の上側：ガスセンサ１の組み立て時に後端側となる一端側）には、径方向内側に延設されるとともに徐々に方向転換して先端側（図７，図８の下側：ガスセンサ１の組み立て時に先端側となる一端側）に折り曲げられ、段面略Ｊ字状に湾曲する突設部７３が６つ形成されている。一方、保持金具７０の先端側には、径方向内側に延設されるとともに、さらにその先端部が、保持金具７０の内周面に向かって反り返るように湾曲して折り返された一対の緩衝部材７５，７５が互いに対向する位置に設けられている。そして、この緩衝部材７５が本発明の特徴であり、セパレータ５０の内壁面１４３（図６参照）と、スリーブ３０の素子ガイド３３のスリーブ溝３６（図４参照）との係合部を緩衝するものである。これにより、セパレータ５０と素子ガイド３３とが直接当たらないため、スリーブ３０および素子ガイド３３の割れを防止できる。なお、セパレータ５０を内挿する保持金具７０と、スリーブ３０の素子ガイド３３との係合構造の詳細については、後述する。

次に、電極金具６０について説明する。図９に示す電極金具６０は、センサ素子１０の外部端子１５（図３参照）のそれぞれの陽極・陰極に電気的な接続を行うための金具である。この電極金具６０は、センサ外部と電気的に接続するリード線６８を加締めて電極金具６０に固定するための基部６２と、当該基部６２に接続され、Ｕ字バネ状に形成された先端部６１とから構成されている。さらに、基部６２は、リード線６８の導線６９を被覆する絶縁被膜の外周をかしめて抜けを防止するかしめ部６５と、リード線６８内の導線（撚り線）６９をかしめて電気的な接続を行うかしめ部６４とから構成されている。また、先端部６１の略中央には、図６に示すセパレータ５０の内壁面１４２に設けられた係合溝１４６に係合されて、セパレータ５０と電極金具６０との位置決めを行うための突片６３が突設されている。さらに、基部６２に接合された電極金具６０の先端部６１は、センサ素子１０の外部端子１５（図３参照）に接触して電気的な接続を行う部位であり、Ｕ字バネ形状に構成されている。なお、図９に示す電極金具６０が、「接続端子」に相当する。

次に、保持金具７０によるセパレータ５０の保持構造について説明する。図１０に示すように、保持金具７０の内側には、セパレータ５０が内挿されている。そして、保持金具７０の突設部７２と、突設部７３とが、セパレータ５０の外周面に対して弾性的に接することにより、セパレータ５０が内挿保持されている。さらに、図１１に示すように、セパレータ５０の凹部１４１の内壁面１４３には、保持金具７０の緩衝部材７５，７５の先端部が各々当接している。ここで、緩衝部材７５，７５は、セパレータ５０の凹部１４１の内側に挿入されており、その先端部は、緩衝部材７５の反り形状とは逆方向に押圧されるため、緩衝部材７５，７５の先端部が、セパレータ５０の内壁面をやや付勢しながら当接している。よって、この緩衝部材７５，７５によっても、セパレータ５０が保持されている。さらに、保持金具７０は、保護カバー８０のうち保持金具７０の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して内側に凸となるように変形させた凸部８１により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー８０内に保持されている。これらにより、ガスセンサ１に振動および衝撃が及んだ際にもセパレータ５０は安定して保持され、さらに外部から保護カバー８０に衝撃が加わっても、保持金具７０によりセパレータ５０にかかる衝撃を緩和することができる。

次に、セパレータ５０とスリーブ３０との係合構造について説明する。図１０に示すように、保持金具７０に内挿保持されたセパレータ５０は、その凹部１４１を、スリーブ３０の後端側に突設された一対の素子ガイド３３，３３に対して上方から被せるようにして係合されている。そして、図１１に示すように、凹部１４１の内壁面１４３には、保持金具７０の緩衝部材７５の先端部が当接し、さらに、緩衝部材７５は、素子ガイド３３の外側面に設けられたスリーブ溝３６に嵌るようにして当接している。よって、素子ガイド３３のスリーブ溝３６と、セパレータ５０の凹部１４１の内壁面１４３との間には、緩衝部材７５が介在している。したがって、ガスセンサ１に振動又は衝撃が与えられても、緩衝部材７５によって、その振動又は衝撃が吸収されるので、セパレータ５０から素子ガイド３３に伝わる振動又は衝撃を緩和することができる。さらに、緩衝部材７５により、スリーブ３０の素子ガイド３３と、セパレータ５０とが直接当たらないので、素子ガイド３３およびセパレータ５０の割れを防止することができる。こうして、耐振動性および耐衝撃性を向上できるガスセンサ１を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態であるガスセンサ１において、セパレータ５０を内挿保持する保持金具７０には、一対の緩衝部材７５，７５が設けられている。この緩衝部材７５は、素子ガイド３３のスリーブ溝３６と、セパレータ５０の凹部１４１の内壁面１４３との間に位置するようになっている。これにより、ガスセンサ１に振動又は衝撃が与えられても、スリーブ３０の素子ガイド３３と、セパレータ５０とが直接当たらないので、素子ガイド３３およびセパレータ５０の割れを防止することができ、耐振動性および耐衝撃性を向上できるガスセンサ１を製造することができる。さらに、緩衝部材７５によってその振動又は衝撃が吸収されるので、セパレータ５０から素子ガイド３３に伝わる振動又は衝撃を緩和することができ、セパレータ５０および素子ガイド３３の割れを防止することができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施形態でのセパレータ５０は一部品から構成されているが、２部品、または３部品で構成してもよい。例えば、図１２では、セパレータ５０を２部品から構成した例として、セパレータ２００を示す。図１２に示すように、セパレータ２００は、セパレータ５０に相当する部分を縦割りに分割したものである。以下、セパレータ２００を備えたガスセンサ１の変形例について説明する。

なお、図１２は、セパレータ２００の斜視図であり、図１３は、保持金具２７０の斜視図であり、図１４は、保持金具２７０の断面斜視図であり、図１５は、リード線６８がかしめられた電極金具２６０の斜視図であり、図１６は、セパレータ２００を組み付けたガスセンサ１の要部破断部分断面図であり、図１７は、図１６に示すＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。

まず、セパレータ２００の構造について説明する。図１２に示すように、セパレータ２００は２部品から構成され、それぞれの内部には凹部２４１が設けられている。そして、この凹部２４１は、セパレータ２００でセンサ素子１０をその厚み方向から挟み込んだときに、図４に示す素子ガイド３３ごとセンサ素子１０を凹部２４１内に収容可能に構成されている。さらに、その凹部２４１の内壁面２４３が、一対の素子ガイド３３の外側面と係合することにより、セパレータ２００の位置決めがなされる。また、センサ素子１０の板面と対向する凹部２４１の内壁面２４２には、セパレータ２００の外壁面２４４に貫通する２つの開口２４６が設けられている。そして、この開口２４６に、電極金具２６０（図１５参照）の突片２６３が各々係合されることで、電極金具２６０の先端部２６１がセパレータ２００に位置決めされて保持される。なお、図１５に示す電極金具２６０は突片２６３の数が実施形態とは異なるものであり、他の部位は同様のものを用いている。

また、セパレータ２００のそれぞれの内部には、軸線方向に平行に延設され、セパレータ５０の案内孔５２に相当する２本の案内溝２５２が設けられている。この案内溝２５２は凹部２４１と挿通し、凹部２４１とは反対側の溝の端部には、リード線６８の外径とほぼ同じ溝幅を有する小溝幅部２５３が設けられている。この小溝幅部２５３は、本実施形態と同様に、電極金具２６０のかしめ部２６５（図１５参照）に対するストッパとして機能する。そして、この案内溝２５２に電極金具２６０の基部２６２が収容され、凹部２４１に先端部６１が収容されることによって、電極金具６０全体がセパレータ２００内に収容される。そして、このセパレータ２００は、本実施形態の保持金具７０と同様に、図１３，図１４に示す保持金具２７０によって保持される。なお、図１２に示すセパレータ２００が、「第２のセパレータ」に相当し、案内溝２５２が、「案内孔」に相当する。

次に、保持金具２７０について説明する。上記説明したセパレータ２００は、本実施形態の保持金具７０と同様に、略円筒状に形成された保持金具２７０によって保持される。図１３に示すように、この保持金具２７０は、金属製であり、略円筒状に形成されている。そして、保持金具２７０の外周面の後端側（図１３の上側：ガスセンサ１の組み立て時に後端側となる）には、内側に向かって張り出す突設部２７２が間隔を空けて６つ形成されている。また、図１４に示すように、保持金具２７０の軸線方向先端側（図１４の下側）には、径方向内側に延設されるとともに徐々に方向転換して後端側（図１４の上側：ガスセンサ１の組み立て時に後端側となる一端側）に延び、段面略Ｊ字状に湾曲してなる突設部２７３が６つ形成されている。さらに、保持金具２７０の先端側（図１４の下側）には、径方向内側にやや延設されるとともに、さらにその先端部が内周面に向かって反り返るように湾曲して折り返された一対の緩衝部材２７５，２７５が互いに対向する位置に設けられている。そして、この緩衝部材２７５，２７５が、セパレータ２００の内壁面２４３と、図４に示すスリーブ３０の素子ガイド３３のスリーブ溝３６との係合部を緩衝する部材となる。これにより、セパレータ２００と素子ガイド３３とが直接当たらないため、セパレータ２００および素子ガイド３３の割れを防止できる。

次に、保持金具２７０によるセパレータ２００の保持構造について説明する。図１６に示すように、保持金具２７０の内側には、セパレータ２００が内挿されている。そして、保持金具２７０の突設部２７２と、突設部２７３とが、セパレータ２００の外周面に対して弾性的に接することにより、セパレータ２００が保持されている。さらに、図１７に示すように、セパレータ２００の凹部２４１の内壁面２４３には、保持金具２７０の緩衝部材２７５，２７５の先端部が当接しており、本実施形態と同様に、セパレータ２００の内壁面２４３をやや付勢しながら当接している。よって、この緩衝部材２７５，２７５によっても、セパレータ２００が保持されている。さらに、保持金具２７０は、保護カバー８０のうち保持金具２７０の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して内側に凸となるように変形させた凸部８１により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー８０内に保持されている。

次に、セパレータ２００とスリーブ３０との係合構造について説明する。図１６，１７に示すように、保持金具２７０に内挿された２部品からなるセパレータ２００は、スリーブ３０の素子ガイド３３，３３ごとセンサ素子１０を両側から挟みむことにより、スリーブ３０と係合している。そして、図１７に示すように、凹部２４１の内壁面２４３には、保持金具２７０の緩衝部材２７５，２７５の先端部が当接し、さらに、緩衝部材２７５は、素子ガイド３３の外側面に設けられたスリーブ溝３６に嵌るようにして当接している。よって、素子ガイド３３のスリーブ溝３６と、セパレータ２００の凹部２４１の内壁面２４３との間には、緩衝部材２７５が介在するようになっている。これらにより、ガスセンサ１に振動又は衝撃が与えられても、緩衝部材２７５によって、その振動又は衝撃が吸収されるので、セパレータ２００から素子ガイド３３に伝わる振動又は衝撃を緩和することができる。さらに、緩衝部材２７５により、スリーブ３０の素子ガイド３３と、セパレータ２００とが直接当たらないので、素子ガイド３３およびセパレータ２００の割れを防止することができる。こうして、耐振動性および耐衝撃性を向上できるガスセンサ１を製造することができる。

また、本実施形態の保持金具７０，２７０のように、保護カバー８０に凸部８１を形成させることなく、例えば、保持金具の突設部を外方に向かって突設させ、保持金具の内周でセパレータ５０，２００を保持するとともに、突設部を保護カバー８０の内壁に当接させるようにして、ガスセンサ１を構成してもよい。

さらに、本実施形態では、素子ガイド３３にセンサ素子１０の短手方向両端側を案内する素子溝３５を設け、素子ガイド３３を一対に構成したが、センサ素子１０の長手方向の４の角部稜線を案内する４のガイド部材として構成してもよい。また、電極金具６０の先端部６１はＵ字バネ状に形成したが、セパレータ５０の内壁面１４３に直交する方向に付勢力を有する板バネ状、あるいは波状に形成され、内壁面１４３に位置決め保持されていてもよい。

板状に形成されたセンサ素子を用いた酸素センサ、全領域空燃比センサ、ＮＯ_Ｘセンサ等の各種ガスセンサに適用できる。

ガスセンサ１の要部破断断面図である。 センサ素子１０の分解斜視図である。 主体金具２に係合されるフランジ部２５がセンサ素子１０に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図である。 スリーブ３０の斜視図である。 セパレータ５０の斜視図である。 セパレータ５０を下側から見た斜視図である。 保持金具７０を下側から見た斜視図である。 保持金具７０の断面斜視図である。 リード線６８がかしめられた電極金具６０の斜視図である。 図１に示すガスセンサ１のセパレータ５０近傍を示す拡大図である。 図１０に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図である。 セパレータ２００の斜視図である。 保持金具２７０の斜視図である。 保持金具２７０の断面斜視図である。 リード線６８がかしめられた電極金具２６０の斜視図である。 セパレータ２００を組み付けたガスセンサ１の要部破断部分断面図である。 図１６に示すＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。

符号の説明

１ ガスセンサ
２ 主体金具
１０ センサ素子
１５ 外部端子
３０ スリーブ
３１ 軸孔
３３ 素子ガイド
３５ 素子溝
３６ スリーブ溝
５０ セパレータ
５１ 絶縁層
５２ 案内孔
６０ 電極金具
６８ リード線
７０ 保持金具
７５ 緩衝部材
７７ 栓部材
８０ 保護カバー
２００ セパレータ
２５２ 案内溝
２７０ 保持金具
２７５ 緩衝部材

Claims (7)

1. 板体の長手方向の一端部の両面に電極が形成されたセンサ素子と、
   当該センサ素子の一端部が露出されるように前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、主体金具の内側に保持されるセラミック製のスリーブと、
   当該スリーブに設けられ、前記センサ素子が前記軸孔に挿入される際に前記電極の少なくとも一部が露出されるように、前記センサ素子の長手方向を前記スリーブの軸線方向に案内するとともに、前記軸孔から露出された前記センサ素子の短手方向両端側をそれぞれ案内するように前記軸孔の内周に連続する溝を有するセラミック製の素子ガイドと、
   前記センサ素子の前記電極に接触させる接触端子に接続された電気配線を案内する案内孔を有するとともに、前記素子ガイドに案内されて前記スリーブから露出された前記センサ素子の一端部に前記素子ガイドを含む状態で被せられ、内部にて支持された前記接続端子で前記センサ素子をその板面と直交する方向から挟んで、前記接続端子を前記電極に当接させるセラミック製の第１セパレータと、
   前記素子ガイドと、前記第１セパレータとの隙間に配設された緩衝材と
   を備えることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記主体金具に固定され、前記第１セパレータ、および前記スリーブを覆って保護する保護カバーと、
   当該保護カバーの内部で保持されるとともに、前記第１セパレータを内部で保持する保持金具と
   を備え、
   前記緩衝材は、前記保持金具と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記素子ガイドの前記第１セパレータに対向する外周面には、スリーブ溝部が形成され、
   当該スリーブ溝部に前記緩衝材が当接することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 板体の長手方向の一端部の両面に電極が形成されたセンサ素子と、
   当該センサ素子の一端部が露出されるように前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、主体金具の内側にて保持されるセラミック製のスリーブと、
   当該スリーブに設けられ、前記センサ素子が前記軸孔に挿入される際に前記電極の少なくとも一部が露出されるように、前記センサ素子の長手方向を前記スリーブの軸線方向に案内するとともに、前記軸孔から露出された前記センサ素子の短手方向両端側をそれぞれ案内するように前記軸孔の内周に連続する溝を有するセラミック製の素子ガイドと、
   前記センサ素子の前記電極に接触させる接触端子に接続された電気配線を案内する案内孔を有するとともに、前記素子ガイドに案内されて前記スリーブから露出された前記センサ素子の一端部をその板面と直交する方向から前記素子ガイドを含む状態で挟みつつ、前記接続端子を押さえて前記電極に当接させる一対のセラミック製の第２セパレータと、
   前記素子ガイドと、前記第２セパレータとの隙間に配設された緩衝材と
   を備えることを特徴とするガスセンサ。
5. 前記主体金具に固定され、前記第２セパレータ、および前記スリーブを覆って保護する保護カバーと、
   一対の前記第２セパレータの外周を取り囲む筒状をなし、一対の前記第２セパレータが前記センサ素子を挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具と
   を備え、
   前記緩衝材は、前記保持金具と一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記素子ガイドの前記第２セパレータに対向する外周面には、スリーブ溝部が形成され、
   当該スリーブ溝部に前記緩衝材が当接することを特徴とする請求項４又は５に記載のガスセンサ。
7. 前記緩衝材は、金属部材であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のガスセンサ。
   
   
   

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