JP2009168677A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性に優れたガスセンサを提供すること。
【解決手段】本発明のガスセンサ１は、センサ素子１０とハウジング１１と大気側カバー１２とブッシュ２とを有する。ブッシュ２は、縦孔２１を設けてなる。縦孔２１には、筒状の支持体３と、通気フィルタ４とが挿入保持されている。大気側カバー１２は、ブッシュ４を径方向内側にかしめるかしめ部１２１を有する。支持体３は、外側面３２の一部に、ガスセンサ１の径方向の内側に向かって窪んでなる凹部からなる係止部３２０を有する。通気フィルタ４は、ブッシュ２によって支持体３に押圧された状態で、縦孔２１の内側に保持されている。
【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。

従来から、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知られている（例えば、特許文献１参照）。
図５に示すように、従来のガスセンサ９は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（図示略）と、該センサ素子を挿通保持するハウジング（図示略）と、該ハウジングの基端側に配設された大気側カバー９１と、大気側カバー９１の基端部を密閉するブッシュ９２とを有する。

該ブッシュ９２は、軸方向に貫通してなる縦孔９２１を有し、該縦孔９２１には、筒状の支持体９３と、少なくとも該支持体９３の基端部９３１及び該基端部９３１に連続する外側面９３３を覆うように取り付けられた通気フィルタ９４とが挿入保持されている。通気フィルタ９４を介して支持体９３の内部へと導入された大気は、その後、ガスセンサ９の内部へと導入される。

特開２００４−５３４２５号公報

ところが、かかる上記従来のガスセンサ９においては、以下のような問題点がある。すなわち、ガスセンサ９は高温環境下にて使用されるため、ブッシュ９２は加熱されて熱膨張する。しかしながら、ブッシュ９２は先端面９２０において大気側絶縁碍子９１５と当接しており、該大気側絶縁碍子９１５によってブッシュ９２は先端側への伸びを抑制されている。したがって、ブッシュ９２は、軸方向基端側のみへと伸びることとなり、通気フィルタ９４に対しても軸方向の基端側のみへと力が作用することとなる。そして、それに付随して通気フィルタ９４は軸方向基端側へと移動するおそれがある。これにより、通気フィルタ９４が支持体９３に対してずれてしまい、ガスセンサ９の基端部における防水性が低下してしまうおそれがある。
また、通気フィルタ９４に対して基端側のみへと力が作用することにより、通気フィルタ９４に局所的な応力が作用することとなる。これにより、通気フィルタ９４に作用する熱応力が増大してしまうおそれがある。

一方、大気側絶縁碍子９１５と支持体９３とを当接しないように構成するとともに、支持体９３をブッシュ９２と大気側絶縁碍子９１５とで挟み込むようにして保持することが考えられる。しかしながら、かかる場合には、熱膨張により、ブッシュ９２が支持体９３を先端側の方へ押し出し、支持体９３が先端側に位置ずれしてしまうおそれがある。
それゆえ、通気フィルタをブッシュと支持体との間に十分に保持しつつ、通気フィルタの位置ずれを抑制することができる信頼性に優れたガスセンサが求められていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、信頼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、上記大気側カバーの基端部を密閉するブッシュとを有するガスセンサにおいて、
上記ブッシュは、軸方向に貫通してなる縦孔を設けてなり、
上記縦孔には、筒状の支持体と、少なくとも該支持体の基端側開口部及び該基端側開口部に連続する外側面の一部を覆うように上記支持体に取り付けられた通気フィルタとが挿入保持されており、
上記大気側カバーは、上記ブッシュを径方向内側にかしめるかしめ部を有し、
上記支持体は、外側面の一部に、上記ガスセンサの径方向の外側に突出してなる凸部と径方向の内側に向かって窪んでなる凹部とのいずれかからなる係止部を有し、
上記通気フィルタは、上記ブッシュによって上記支持体に押圧された状態で、上記縦孔の内側に保持されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記支持体は、外側面の一部に、上記ガスセンサの径方向の外側に突出してなる凸部と径方向の内側に向かって窪んでなる凹部とのいずれかからなる係止部を有する。そして、ブッシュからの押圧力によって係止部がブッシュに食い込むことにより、通気フィルタをブッシュと支持体との間に十分に保持することができる。それゆえ、ブッシュが加熱されて熱膨張が生じたとき、ブッシュは係止部を中心として軸方向の先端側と基端側との双方に向かって伸びることができる。すなわち、係止部を中心としてブッシュの軸方向の伸び量を先端側と基端側とに分散させることができる。そして、通気フィルタに対しては基端側と先端側との双方に向かう力を作用させることができる。これにより、通気フィルタの軸方向の位置ずれを防ぎ、ひいては通気フィルタと支持体とが分離することを防ぐことができる。

また、上述したように、通気フィルタには基端側と先端側との双方に向かう力が作用するため、通気フィルタに作用する熱応力を低減することもできる。それゆえ、通気フィルタが破断することを防ぐことができる。
その結果、信頼性に優れたガスセンサを得ることができる。

このように、本発明によれば、信頼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）のガスセンサは、例えば、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ、酸素センサ等とすることができる。
上記係止部（上記凸部及び上記凹部）は、本発明の作用効果を発揮し得るものであれば、いかなる形状、大きさ等であってもよい。
上記通気フィルタとして、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等からなるものを用いることができる。
なお、本明細書において、自動車エンジンの排気管等の内側に設置される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記係止部は、上記支持体の軸方向における中央部の軸方向位置と同位置に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、ブッシュを、軸方向の先端側と基端側との双方に向かって均等に伸びさせることができる。これにより、通気フィルタの位置ずれを十分に防ぐとともに、通気フィルタに作用する熱応力を十分に低減することができる。

また、上記係止部の軸方向における中央部は、上記支持体における軸方向長さの４０〜６０％の範囲内の位置に配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ブッシュを、先端側と基端側との双方に向かって一層均等に伸びさせることができる。これにより、通気フィルタの位置ずれを一層防ぐとともに、通気フィルタに作用する熱応力を一層低減することができる。

また、上記係止部は、上記支持体の外側面の全周にわたって形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、通気フィルタを支持体に十分に係止することができる。これにより、通気フィルタの位置ずれを一層防ぐとともに、通気フィルタに作用する熱応力を一層低減することができる。

また、上記ブッシュは、上記縦孔に上記支持体を挿入する前の状態において上記支持体の上記係止部の外形に沿う形状の嵌合部を有することが好ましい（請求項５）。
この場合には、嵌合部によってブッシュと係止部とを十分に係止することができ、ブッシュによって通気フィルタと支持体とを確実に保持することができる。すなわち、嵌合部においても、他の部分と同様の押圧力を通気フィルタに与えることができるため、係止部における通気フィルタの係止をより確実に行うことができる。

また、上記ガスセンサは、上記センサ素子と電気的に接続されたリード線の端子と上記センサ素子の端子とを接続する接続部を内側に挿通保持する大気側絶縁碍子を有し、該大気側絶縁碍子と上記ブッシュとは、非接触の状態で配設されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、より一層信頼性に優れたガスセンサを得ることができる。すなわち、上記構成においては、通気フィルタをブッシュの押圧力のみによって保持することとなる。そして、大気側絶縁碍子とブッシュとは離隔して配置されているため、大気側絶縁碍子からブッシュへはほとんど熱伝達されない。これにより、通気フィルタ及びブッシュの温度上昇を十分に抑制することができる。
その結果、より一層信頼性に優れたガスセンサを得ることができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係るガスセンサについて、図１〜図３を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すように、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子１０と、該センサ素子１０を挿通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１２と、大気側カバー１２の基端部を密閉するブッシュ２とを有する。

ブッシュ２は、図１、図２に示すように、軸方向に貫通してなる縦孔２１を設けてなる。
縦孔２１には、筒状の支持体３と、少なくとも該支持体３の基端側開口部３１及び該基端側開口部３１に連続する外側面３２の一部を覆うように支持体３に取り付けられた通気フィルタ４とが挿入保持されている。

大気側カバー１２は、ブッシュ２を径方向内側にかしめるかしめ部１２１を有する。
支持体３は、外側面３２の一部に、ガスセンサ１の径方向の内側に向かって窪んでなる凹部からなる係止部３２０を有する。
通気フィルタ４は、ブッシュ２によって支持体３に押圧された状態で、縦孔２１の内側に保持されている。

本例のガスセンサ１について詳細に説明する。
本例のガスセンサ１は、例えば、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ、酸素センサ等とすることができる。
ガスセンサ１は、上述したように、センサ素子１０と、ハウジング１１と、大気側カバー１２と、ブッシュ２とを有するほか、図１に示すように、センサ素子１０の内側に挿通してなるヒータ１００と、センサ素子１０と電気的に接続されたリード線１３と、ハウジング１１の先端側にあってセンサ素子１０の先端部を保護する素子カバー１４と、リード線１３の端子とセンサ素子１０の端子とを接続する接続部１３１を大気側カバー１２の内部において挿通保持する大気側絶縁碍子１５とを有する。

ブッシュ２は、軸方向に直交する断面の略中央において一つの縦孔２１を有する。
そして、縦孔２１には、図１、図２に示すように、例えばステンレスからなる支持体３と、例えば多孔質のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる通気フィルタ４とが挿入保持されている。
また、その周囲には、例えば四本のリード線１３を挿通するための四つのリード挿通孔２２が形成されている。

また、ブッシュ２は、支持体３の係止部３２０の外形に沿うように形成された嵌合部２１０を有する。
そして、ブッシュ２は、大気側カバー１２のかしめ部１２１により径方向内側にかしめられている。
また、ブッシュ２の先端面２００は、大気側カバー１２における大気側絶縁碍子１５とブッシュ２との間に形成された段部１２２に当接している。すなわち、本例においては、ブッシュ２は、大気側絶縁碍子１５と非接触の状態で配設されている。

支持体３は、基端側開口部３１と、該基端側開口部３１よりも径の大きい先端側開口部３３とを有する。
また、支持体３は、基端側から基端側開口部３１と外側面３２とが通気フィルタ４によって覆われている。
また、上述したように、支持体３の外側面３２には、係止部３２０が形成されている。
該係止部３２０は、軸方向長さが例えば１〜８ｍｍであり、径方向内側への窪み量が例えば０．１〜０．７ｍｍである凹部により形成されている。

係止部３２０は、支持体３の軸方向における中央部と軸方向位置の略同位置に形成されている。具体的には、係止部３２０の中央部３２１は、支持体３における軸方向の長さの４０〜６０％の範囲内の位置に配置されている。
また、係止部３２０は、支持体３の外側面３２の全周にわたって形成されている。

通気フィルタ４は、上述したように、ブッシュ２によって支持体３に押圧された状態で、縦孔２１の内側に保持されている。
なお、ブッシュ２に押圧される前においては、通気フィルタ４の外側面は、図３に示すようにストレート形状にて形成されている。この支持体３と通気フィルタ４とを組み合わせたものを図３の矢印Ｘの方向へと縦孔２１内に挿通していく。次いで、通気フィルタ４は、ブッシュ２を介してかしめ部１２１により押圧されて、係止部３２０と嵌合部２１０との形状に沿うような形状となる。
なお、通気フィルタは、上記とは異なり、筒形状ではなくシート形状のものとすることもできる。かかる場合には、通気フィルタをブッシュ２の縦孔２１に圧入して配置することができる。

大気側カバー１２は、上述したように、ブッシュ２を径方向内側にかしめるかしめ部１２１を軸方向の一箇所において有する。
そして、ブッシュ２は、かしめ部１２１によりかしめられている。すなわち、かしめ部１２１は、通気フィルタ４及び支持体３とブッシュ２とを密着させているほか、リード挿通孔２２とリード線１３とをも密着させている。
なお、かしめ部１２１は係止部３２０と同じ軸方向位置における径方向外側に形成されている。

また、センサ素子１０の内側に挿通されたヒータ１００の基端部を覆うように、大気側絶縁碍子１５がハウジング１１の基端側に配されている。
そして、ハウジング１１の内側には、センサ素子１０が挿通されている。
センサ素子１０には、特定ガス濃度を検知する検出部と、該検出部を加熱するためのヒータと、これらに電気的に接続された端子とが設けてある（図示略）。
上記各端子は、大気側絶縁碍子１５の内部に配された接続端子１３１を介して四本のリード線１３とそれぞれ接続されている。
なお、本例においては、コップ型のセンサ素子１０を有するガスセンサ１としたが、積層型のセンサ素子を有するガスセンサとすることもできる。

リード線１３は、大気側カバー１２の内側を経由して、大気側カバー１２の基端側に設けられたブッシュ２のリード挿通孔２２に挿通され、ガスセンサ１の外部へと延設されている。
また、ハウジング１１の先端側には、センサ素子１０の先端部を保護する素子カバー１４が設けられている。

次に、本例のガスセンサ１における大気の導入経路について、図１、図２を用いて説明する。
大気は、ガスセンサ１の基端部、すなわち通気フィルタ４の基端部から取り込まれる。なお、通気フィルタ４として、上述したように例えばＰＴＦＥからなるものを用いることができるため、水分等を除去して大気を取り込むことができる。すなわち、通気フィルタ４においては、大気の導通が阻害されることがない。

次いで、大気は、基端側開口部３１を介して支持体３内に取り込まれる。該支持体３は筒状に形成されており、かかる支持体３の内部を通過して大気側カバー１２内に大気が取り込まれる。
次いで、大気は、センサ素子１０の方へと導入され、最終的にセンサ素子１０内部に設けられた基準ガス空間へと導入される。

以下に、本例の作用効果について説明する。
支持体３は、外側面３２の一部に、ガスセンサ１の径方向の内側に向かって窪んでなる凹部からなる係止部３２０を有する。そして、ブッシュ２からの押圧力によって係止部３２０がブッシュ２に嵌入することにより、通気フィルタ４をブッシュ２と支持体３との間に十分に保持することができる。これにより、ガスセンサ１の基端部における防水性を十分に確保することができる。それゆえ、ブッシュ２が加熱されて熱膨張が生じたとき、ブッシュ２は係止部３２０を中心として軸方向の先端側と基端側との双方に向かって伸びることができる。すなわち、係止部３２０を中心としてブッシュ２の軸方向の伸び量を先端側と基端側とに分散させることができる。そして、通気フィルタ４に対しては基端側と先端側との双方に向かう力が作用することとなる。これにより、通気フィルタ４の軸方向の位置ずれを防ぎ、ひいては通気フィルタ４と支持体３とが分離することを防ぐことができる。

また、上述したように、通気フィルタ４が基端側と先端側との双方に向かって伸びることができるため、通気フィルタ４に作用する熱応力を低減することもできる。それゆえ、通気フィルタ４が破断することを防ぐことができる。
その結果、信頼性に優れたガスセンサ１を得ることができる。

また、係止部３２０の軸方向における中央部３２１は、支持体３における軸方向長さの４０〜６０％の範囲内の位置に配置されているため、ブッシュ２を、先端側と基端側との双方に向かって一層均等に伸びさせることができる。これにより、通気フィルタ４の位置ずれを一層防ぐとともに、通気フィルタ４に作用する熱応力を一層低減することができる。さらには、中央部３２１は、支持体３における軸方向長さの４５〜５５％の範囲内の位置に配置することがより好ましい。かかる場合には、通気フィルタ４の位置ずれをより一層防ぐことができる。

また、係止部３２０は、支持体３の外側面３２の全周にわたって形成されているため、通気フィルタ４を支持体３に十分に係止することができる。これにより、通気フィルタ４の位置ずれを一層防ぐとともに、通気フィルタ４に作用する熱応力を一層低減することができる。

また、ブッシュ２は、縦孔２１に支持体３を挿入する前の状態において支持体３の係止部３２０の外形に沿う形状の嵌合部２１０を有する。これにより、嵌合部２１０によってブッシュ２と係止部３２０とを十分に係止することができ、ブッシュ２によって通気フィルタ４と支持体３とを確実に保持することができる。

また、ガスセンサ１は、センサ素子１０と電気的に接続されたリード線１３の端子とセンサ素子１０の端子とを接続する接続部１３１を内側に挿通保持する大気側絶縁碍子１５を有し、該大気側絶縁碍子１５とブッシュ２とは、非接触の状態で配設されている。これにより、より一層信頼性に優れたガスセンサ１を得ることができる。すなわち、上記構成においては、通気フィルタ４をブッシュ２の押圧力のみによって保持することとなる。そして、大気側絶縁碍子１５とブッシュ２とは離隔して配置されているため、大気側絶縁碍子１５からブッシュ２へはほとんど熱伝達されない。これにより、通気フィルタ４及びブッシュ２の温度上昇を十分に抑制することができる。
その結果、より一層信頼性に優れたガスセンサを得ることができる。

このように、本例によれば、信頼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４に示すように、係止部３２０が、支持体３の外側面３２の一部においてガスセンサ１の径方向の外側に向かって突出してなる凸部からなるガスセンサ１の例である。
また、ブッシュ２は、係止部３２０の形状に沿うように形成された嵌合部２１０を有する。すなわち、本例においては、該嵌合部２１０も、ガスセンサ１の径方向の外側に向かって突出してなる。
その他は、実施例１と同様の構成及び同様の作用効果を有する。

実施例１における、ガスセンサの断面図。 実施例１における、ガスセンサの基端部の断面図。 実施例１における、通気フィルタと支持体とをブッシュに組付ける手順を示す説明図。 実施例２における、ガスセンサの基端部の断面図。 従来例における、ガスセンサの基端部の断面図。

符号の説明

１ ガスセンサ
１０ センサ素子
１１ ハウジング
１２ 大気側絶縁碍子
１２１ かしめ部
１３ リード線
２ ブッシュ
２１ 縦孔
３ 支持体
３１ 基端側開口部
３２ 外側面
３２０ 係止部

Claims (6)

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、該センサ素子を挿通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、上記大気側カバーの基端部を密閉するブッシュとを有するガスセンサにおいて、
   上記ブッシュは、軸方向に貫通してなる縦孔を設けてなり、
   上記縦孔には、筒状の支持体と、少なくとも該支持体の基端側開口部及び該基端側開口部に連続する外側面の一部を覆うように上記支持体に取り付けられた通気フィルタとが挿入保持されており、
   上記大気側カバーは、上記ブッシュを径方向内側にかしめるかしめ部を有し、
   上記支持体は、外側面の一部に、上記ガスセンサの径方向の外側に突出してなる凸部と径方向の内側に向かって窪んでなる凹部とのいずれかからなる係止部を有し、
   上記通気フィルタは、上記ブッシュによって上記支持体に押圧された状態で、上記縦孔の内側に保持されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１において、上記係止部は、上記支持体の軸方向における中央部の軸方向位置と同位置に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項２において、上記係止部の上記中央部は、上記支持体における軸方向長さの４０〜６０％の範囲内の位置に配置されてい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、上記係止部は、上記支持体の外側面の全周にわたって形成されてい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、上記ブッシュは、上記縦孔に上記支持体を挿入する前の状態において上記支持体の上記係止部の外形に沿う形状の嵌合部を有す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、上記ガスセンサは、上記センサ素子と電気的に接続されたリード線の端子と上記センサ素子の端子とを接続する接続部を内側に挿通保持する大気側絶縁碍子を有し、該大気側絶縁碍子と上記ブッシュとは、非接触の状態で配設されていることを特徴とするガスセンサ。

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