JP2016211981A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスセンサの製造時に端子金具を検出素子の筒穴内に挿入する際、端子金具と検出素子の軸心がズレることを抑制し、生産性を向上させたガスセンサを提供する。【解決手段】先端側が閉じて後端側に筒穴63を有する筒状をなし、外側電極、および内側電極33が設けられたガス検出素子3と、ガス検出素子の筒穴内に挿入され、内側電極と電気的に接続すると共に固定部を有する筒状の端子金具9と、ガス検出素子の筒穴内で固定部に接続され、端子金具から後端側に延びて電流経路を形成するリード線11と、ガス検出素子の後端側に配置されると共に、リード線が挿通される貫通孔を有するセラミック部材5と、を備えたガスセンサにおいて、セラミック部材は、先端向き面に、後端に向かって凹む凹部5rを有し、端子金具は、後端部に、凹部に収容されて端子金具の径方向の移動を規制する規制部75を有する。【選択図】図5
Description
本発明は、例えば自動二輪(オートバイ)等に搭載されて、その内燃機関(エンジン)から排出される排気ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサに関する。
従来、ガスセンサとして、例えば、酸素イオン導電性のガス検出素子を備え、オートバイ等のエンジンの排気管に取付けられて、排気ガス中の酸素濃度を検知するセンサが知られている。図6に示すように、このガス検出素子3としては、例えば先端側が閉塞された筒状の(ジルコニアからなる)素子本体を有し、この素子本体の内側に内側電極を備えると共に、外側に外側電極を備え、ガス検出素子の外側と内側とのガスの状態(酸素濃度)の違いによって起電力を発生させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、ガス検出素子3の周囲にはガス検出素子3を保持する主体金具13が配置されると共に、ガス検出素子3の後端側には、貫通孔を有するセラミック製のセパレータ105が配置されている。又、ガス検出素子3の筒穴内には、ガス検出素子3の内側電極(図示せず)と電気的に接続される筒状の端子金具109が挿入されており、端子金具109の内側にはリード線11が挿通されつつ接続されている。リード線11はセパレータ105の貫通孔を通して外部に引き出されている。一方、ガス検出素子3の外側電極(図示せず)はアース接続されており、リード線11の電圧(起電力)を取得してセンサ出力を取り出すことができる。
ここで、ガス検出素子3の周囲にはガス検出素子3を保持する主体金具13が配置されると共に、ガス検出素子3の後端側には、貫通孔を有するセラミック製のセパレータ105が配置されている。又、ガス検出素子3の筒穴内には、ガス検出素子3の内側電極(図示せず)と電気的に接続される筒状の端子金具109が挿入されており、端子金具109の内側にはリード線11が挿通されつつ接続されている。リード線11はセパレータ105の貫通孔を通して外部に引き出されている。一方、ガス検出素子3の外側電極(図示せず)はアース接続されており、リード線11の電圧(起電力)を取得してセンサ出力を取り出すことができる。
特許文献1記載のガスセンサにおいては、端子金具109の後端部から径方向に広がる板状のフランジ片175が形成されており、このフランジ片175がガス検出素子3の後端向き面に当接することにより、ガス検出素子3の筒穴内への端子金具109の挿入位置を規定している。又、このフランジ片175はセパレータ105の先端向き面にも当接し、ガス検出素子3とセパレータ105の間に挟持されている。
このガスセンサは、例えば図7に示すようにして製造することができる。まず、主体金具13の内側にガス検出素子3を保持すると共に、主体金具13の後端部を加締めて外筒117を固定し、さらに外筒117の外周にフィルタ157を嵌め、アセンブリXを組み付ける。これとは別に、保護外筒119の内部に、セパレータ105、及びその後端側にグロメット107を配置し、セパレータ105とグロメット107の各貫通孔にリード線11を通す。さらに、リード線11の先端に端子金具109を固定し、フランジ片175をセパレータ105の先端向き面に当接させ、アセンブリYを組み付ける。
そして、アセンブリYの端子金具109の先端を、ガス検出素子3の筒穴に挿入し、端子金具109と内側電極とを接触させると共に、セパレータ105及びグロメット107の一部を外筒117内に配置し、保護外筒119をフィルタ157の外周側に嵌め込む。その後、保護外筒119の外周側より加締めることにより、保護外筒119と外筒117とを一体に固定し、ガスセンサを完成する。
このガスセンサは、例えば図7に示すようにして製造することができる。まず、主体金具13の内側にガス検出素子3を保持すると共に、主体金具13の後端部を加締めて外筒117を固定し、さらに外筒117の外周にフィルタ157を嵌め、アセンブリXを組み付ける。これとは別に、保護外筒119の内部に、セパレータ105、及びその後端側にグロメット107を配置し、セパレータ105とグロメット107の各貫通孔にリード線11を通す。さらに、リード線11の先端に端子金具109を固定し、フランジ片175をセパレータ105の先端向き面に当接させ、アセンブリYを組み付ける。
そして、アセンブリYの端子金具109の先端を、ガス検出素子3の筒穴に挿入し、端子金具109と内側電極とを接触させると共に、セパレータ105及びグロメット107の一部を外筒117内に配置し、保護外筒119をフィルタ157の外周側に嵌め込む。その後、保護外筒119の外周側より加締めることにより、保護外筒119と外筒117とを一体に固定し、ガスセンサを完成する。
ところで、アセンブリYを組み付ける際、フランジ片175がセパレータ105の先端向き面に当接することで、端子金具109の軸線(上下)方向の位置を規制している。一方、端子金具109の径方向の位置は規制されないので、アセンブリY内で端子金具109が径方向に動き、端子金具109の軸心がずれた状態で組み付けられることがある。
そして、この状態で端子金具109の先端をガス検出素子3側に押圧すると、端子金具109の先端がガス検出素子3の筒穴に挿入されずにガス検出素子3の後端向き面に接触し、端子金具109が変形したりガス検出素子3が破損し、踏み外しと呼ばれる不具合が生じる。
なお、端子金具109に固定されたリード線11をセパレータ105の貫通孔に通すことで、端子金具109の軸心をある程度合わせることはできるものの、リード線11は柔軟であるために変形し、端子金具109の軸心がズレてしまう。又、リード線11は柔軟であるため、セパレータ105の貫通孔の内部にリード線11をしっかりと保持させて軸心を合わせようとすると、セパレータ105の貫通孔の軸線(上下)方向の長さを長くする必要があり、ガスセンサの小型化を図ることが困難になる。
そして、この状態で端子金具109の先端をガス検出素子3側に押圧すると、端子金具109の先端がガス検出素子3の筒穴に挿入されずにガス検出素子3の後端向き面に接触し、端子金具109が変形したりガス検出素子3が破損し、踏み外しと呼ばれる不具合が生じる。
なお、端子金具109に固定されたリード線11をセパレータ105の貫通孔に通すことで、端子金具109の軸心をある程度合わせることはできるものの、リード線11は柔軟であるために変形し、端子金具109の軸心がズレてしまう。又、リード線11は柔軟であるため、セパレータ105の貫通孔の内部にリード線11をしっかりと保持させて軸心を合わせようとすると、セパレータ105の貫通孔の軸線(上下)方向の長さを長くする必要があり、ガスセンサの小型化を図ることが困難になる。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ガスセンサの製造時に端子金具を検出素子の筒穴内に挿入する際、端子金具と検出素子の軸心がズレることを抑制し、生産性を向上させたガスセンサを提供することを目的とする。
本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側が閉じて後端側に筒穴を有する筒状をなし、自身の外周面に外側電極、および自身の内周面に内側電極が設けられたガス検出素子と、前記ガス検出素子の前記筒穴内に挿入され、前記ガス検出素子の前記内側電極と電気的に接続すると共に固定部を有する筒状の端子金具と、前記ガス検出素子の前記筒穴内で前記固定部に接続され、前記端子金具から後端側に延びて電流経路を形成するリード線と、前記ガス検出素子の後端側に配置されると共に、前記リード線が挿通される貫通孔を有するセラミック部材と、を備えたガスセンサにおいて、前記セラミック部材は、先端向き面に、後端に向かって凹む凹部を有し、前記端子金具は、後端部に、前記凹部に収容されて該端子金具の径方向の移動を規制する規制部を有することを特徴とする。
このガスセンサによれば、ガスセンサの製造時に端子金具をセラミック部材と組み付けてアセンブリを作製する際、凹部によって端子金具の径方向の位置が規制されるので、アセンブリ内で端子金具とセラミック部材の軸心がズレることを抑制できる。このため、アセンブリにおける端子金具の先端をガス検出素子側に押圧してガスセンサを組み付ける際、端子金具とガス検出素子の軸心がズレることが抑制され、端子金具がガス検出素子の筒穴に確実に挿入される。その結果、端子金具がガス検出素子の後端向き面に接触して端子金具が変形したり、ガス検出素子が破損する踏み外し現象を防止し、製造歩留りを改善して生産性を向上させることができる。
このガスセンサによれば、ガスセンサの製造時に端子金具をセラミック部材と組み付けてアセンブリを作製する際、凹部によって端子金具の径方向の位置が規制されるので、アセンブリ内で端子金具とセラミック部材の軸心がズレることを抑制できる。このため、アセンブリにおける端子金具の先端をガス検出素子側に押圧してガスセンサを組み付ける際、端子金具とガス検出素子の軸心がズレることが抑制され、端子金具がガス検出素子の筒穴に確実に挿入される。その結果、端子金具がガス検出素子の後端向き面に接触して端子金具が変形したり、ガス検出素子が破損する踏み外し現象を防止し、製造歩留りを改善して生産性を向上させることができる。
本発明のガスセンサにおいて、前記規制部は、前記端子金具の後端部から径方向外側に沿って伸び、周方向に互いに離間する複数のフランジ片をなしてもよい。
このガスセンサによれば、各フランジ片が径方向に沿って平坦になっているので、端子金具をセパレータと組み付けてアセンブリを作製する際、凹部によって各フランジ片を押圧し易く、各フランジ片を凹部内に確実に収容して端子金具の径方向の位置を規制できる。
このガスセンサによれば、各フランジ片が径方向に沿って平坦になっているので、端子金具をセパレータと組み付けてアセンブリを作製する際、凹部によって各フランジ片を押圧し易く、各フランジ片を凹部内に確実に収容して端子金具の径方向の位置を規制できる。
本発明のガスセンサにおいて、前記固定部は、前記軸線上に配置されていてもよい。
このガスセンサによれば、ガスセンサの使用時等にリード線が後端側に引っ張られても、リード線と接続された端子金具も軸線上でまっすぐ引っ張られるので、端子金具が偏心して内側電極と片当りして電気的接続が不良となることを抑制できる。
このガスセンサによれば、ガスセンサの使用時等にリード線が後端側に引っ張られても、リード線と接続された端子金具も軸線上でまっすぐ引っ張られるので、端子金具が偏心して内側電極と片当りして電気的接続が不良となることを抑制できる。
本発明のガスセンサにおいて、前記固定部は、前記端子金具のうち前記内側電極と接続する電極接触部よりも先端側に配置され、当該電極接触部より縮径されていてもよい。
このガスセンサによれば、ガスセンサの製造時に端子金具をガス検出素子の筒穴に挿入する際、電極接触部よりも窄まった固定部がガイドとなり、端子金具をガス検出素子の筒穴に確実に案内することができる。
このガスセンサによれば、ガスセンサの製造時に端子金具をガス検出素子の筒穴に挿入する際、電極接触部よりも窄まった固定部がガイドとなり、端子金具をガス検出素子の筒穴に確実に案内することができる。
この発明によれば、ガスセンサの製造時に端子金具を検出素子の筒穴内に挿入する際、端子金具と検出素子の軸心がズレることを抑制し、生産性を向上させることができる。
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
ここでは、ガスセンサ1(図1参照)として、例えばオートバイ等の車両の排気管に、ガスセンサ1の先端部分を排気管内に突出させる形態で締結し、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサを例に挙げて説明する。
以下、各構成について説明するが、以下の説明では、軸線Oに沿う方向のうち、プロテクタ15の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。
ここでは、ガスセンサ1(図1参照)として、例えばオートバイ等の車両の排気管に、ガスセンサ1の先端部分を排気管内に突出させる形態で締結し、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサを例に挙げて説明する。
以下、各構成について説明するが、以下の説明では、軸線Oに沿う方向のうち、プロテクタ15の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。
a)まず、本実施形態ガスセンサ1の構成について説明する。
図1に示すように、ガスセンサ1は、主として、ガス検出素子3、セパレータ5、閉塞部材7、端子金具9、リード線11を備えると共に、それらの周囲を覆う様に、主体金具13、プロテクタ15、外筒17、保護外筒19等を備えている。なお、主体金具13及び外筒17からケーシング20が構成されている。
また、このガスセンサ1は、ガス検出素子3を加熱するためのヒータを備えていない、いわゆるヒータレスのセンサであり、排気ガスの熱を利用してガス検出素子3を活性化して酸素濃度を計測するものである。
図1に示すように、ガスセンサ1は、主として、ガス検出素子3、セパレータ5、閉塞部材7、端子金具9、リード線11を備えると共に、それらの周囲を覆う様に、主体金具13、プロテクタ15、外筒17、保護外筒19等を備えている。なお、主体金具13及び外筒17からケーシング20が構成されている。
また、このガスセンサ1は、ガス検出素子3を加熱するためのヒータを備えていない、いわゆるヒータレスのセンサであり、排気ガスの熱を利用してガス検出素子3を活性化して酸素濃度を計測するものである。
以下、各構成について説明する。
図2に示すように、ガスセンサ1の構成のうち、ガス検出素子3は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部25が閉塞された有底で、軸線O方向に延びる円筒状の素子本体21を有している。この素子本体21の外周には、径方向外向きに突出した鍔部23が周設されている。
なお、素子本体21を構成する固体電解質としては、例えば、Y2O3又はCaOを固溶させたZrO2が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrO2との固溶体を使用しても良い。さらには、これにHfO2が含有されていても良い。
図2に示すように、ガスセンサ1の構成のうち、ガス検出素子3は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部25が閉塞された有底で、軸線O方向に延びる円筒状の素子本体21を有している。この素子本体21の外周には、径方向外向きに突出した鍔部23が周設されている。
なお、素子本体21を構成する固体電解質としては、例えば、Y2O3又はCaOを固溶させたZrO2が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とZrO2との固溶体を使用しても良い。さらには、これにHfO2が含有されていても良い。
このガス検出素子3の先端部25には、素子本体21の外周面に外側電極27が形成されている。この外側電極27は、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。この外側電極27からは、軸線方向にPt等からなる縦リード部29が形成されており、この縦リード部29は、鍔部23の下面側(図2下方)に環状に形成されたPt等からなる環状リード部31に接続されている。
一方、ガス検出素子3の素子本体21の内周面には、内側電極33が形成されている。この内側電極33も、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。
一方、ガス検出素子3の素子本体21の内周面には、内側電極33が形成されている。この内側電極33も、PtあるいはPt合金を多孔質に形成したものである。
図1に戻り、セパレータ5は、電気絶縁性を有する例えばアルミナからなる円筒形状の部材であり、その軸中心には、リード線11が貫挿される貫通孔35が形成されている。
なお、セパレータ5と(その外周側を覆う)外筒17との間には、空隙18が設けられている。
閉塞部材7は、例えばフッ素ゴムからなる円筒形状のシール部材であり、その軸中心には、リード線11が貫挿される貫通孔37が形成されている。この閉塞部材7の先端向き面95の一部は、セパレータ5の後端向き面97に密着すると共に、その後端側の外周は、外筒17の内周面や保護外筒19の内周面と密着し、ガスセンサ1の内部と外部とを分離している。即ち、閉塞部材7によって、ケーシング20の後端側が閉塞されている。
なお、セパレータ5と(その外周側を覆う)外筒17との間には、空隙18が設けられている。
閉塞部材7は、例えばフッ素ゴムからなる円筒形状のシール部材であり、その軸中心には、リード線11が貫挿される貫通孔37が形成されている。この閉塞部材7の先端向き面95の一部は、セパレータ5の後端向き面97に密着すると共に、その後端側の外周は、外筒17の内周面や保護外筒19の内周面と密着し、ガスセンサ1の内部と外部とを分離している。即ち、閉塞部材7によって、ケーシング20の後端側が閉塞されている。
端子金具9は、例えばインコネル750(英インコネル社、商標名)からなり、センサ出力を外部に取り出すための略筒状の部材である。この端子金具9は、後に詳述する様に、リード線11に接続されると共に、ガス検出素子3の内側電極33に接触するように構成されている。
主体金具13は、例えばSUS310Sからなる円筒状の部材である。この主体金具13には、ガス検出素子7の鍔部23を支持するために、内周面から径方向内側に向かって段部39が突出するように周設されている。そして、この段部39に環状リード部31が接触することにより、外側電極27はアース接続されている。
また、主体金具13の先端側の外周面には、ガスセンサ3を排気管に取付けるためのネジ部41が形成されており、このネジ部41の後端側には、ネジ部41を排気管にネジ込むための取付工具を係合させる六角部43が周設されている。更に、この主体金具13の六角部43の後端側には、筒状部45が設けられている。
主体金具13は、例えばSUS310Sからなる円筒状の部材である。この主体金具13には、ガス検出素子7の鍔部23を支持するために、内周面から径方向内側に向かって段部39が突出するように周設されている。そして、この段部39に環状リード部31が接触することにより、外側電極27はアース接続されている。
また、主体金具13の先端側の外周面には、ガスセンサ3を排気管に取付けるためのネジ部41が形成されており、このネジ部41の後端側には、ネジ部41を排気管にネジ込むための取付工具を係合させる六角部43が周設されている。更に、この主体金具13の六角部43の後端側には、筒状部45が設けられている。
プロテクタ15は、例えばSUS310Sからなり、ガス検出素子3の先端側を覆う保護部材である。このプロテクタ15は、後端側に伸びて、その後端縁が、ガス検出素子3の鍔部23と主体金具13の段部39との間に挟まれるようにして固定されている。
また、主体金具13とガス検出素子3との間には、先端側より、滑石から形成されたセラミック粉末47と、アルミナからなるセラミックスリーブ49とが配置されている。
更に、主体金具13の筒状部45の後端部51の内側には、例えばSUS430からなる金属リング53を介して、例えばSUS304Lからなる外筒17の先端部55が配置されており、この先端部55が筒状部45の後端部51にて加締められることにより、外筒17が主体金具13に固定されている。
また、外筒17の外周には、例えばPTFEからなる筒状のフィルタ57が嵌められると共に、フィルタ57の外周に例えばSUS304Lからなる保護外筒19が嵌められている。このフィルタ57は、通気は可能であるが水分の侵入は防止できるものである。
また、主体金具13とガス検出素子3との間には、先端側より、滑石から形成されたセラミック粉末47と、アルミナからなるセラミックスリーブ49とが配置されている。
更に、主体金具13の筒状部45の後端部51の内側には、例えばSUS430からなる金属リング53を介して、例えばSUS304Lからなる外筒17の先端部55が配置されており、この先端部55が筒状部45の後端部51にて加締められることにより、外筒17が主体金具13に固定されている。
また、外筒17の外周には、例えばPTFEからなる筒状のフィルタ57が嵌められると共に、フィルタ57の外周に例えばSUS304Lからなる保護外筒19が嵌められている。このフィルタ57は、通気は可能であるが水分の侵入は防止できるものである。
そして、保護外筒19の外周側から加締められることにより、外筒15とフィルタ57と保護外筒19とが一体に固定されている。
なお、外筒17及び保護外筒19には、それぞれ通気孔59、61が設けてあるので、各通気孔59、61及びフィルタ57を介して、ガスセンサ1の内部と外部との通気が可能である。
なお、外筒17及び保護外筒19には、それぞれ通気孔59、61が設けてあるので、各通気孔59、61及びフィルタ57を介して、ガスセンサ1の内部と外部との通気が可能である。
b)次に、ガスセンサ1の要部であるセパレータ5及び端子金具9について説明する。
図1に示すように、端子金具9は、ガス検出素子3の内部空間(筒穴)63に嵌め込まれて内側電極33に接触すると共に、内部空間63にて、リード線11の先端が接続されて固定されている。なお、リード線11は芯線65とその芯線65の外周を覆う被覆部67とから構成されている。
詳しくは、図3に示すように、端子金具9は、1枚の金属板が加工されたものであり、内側電極33に密着する(軸線方向の垂直の断面が)略C字状の電極接触部69と、電極接触部69の先端側に設けられてリード線11の被覆部67を外側から把持して固定する第1固定部71と、第1固定部71の先端側に設けられて芯線65を把持して固定する複数の第2固定部(即ちリード線接続部)73とを備えている。さらに、第2固定部73の先端側には、先端に向かって窄まる先端ガイド部76が延びている。
なお、第1固定部71、第2固定部73及び先端ガイド部76は、電極接触部69よりも縮径されている。又、端子金具9の電極接触部69は、弾性的に縮径可能であり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴に挿入すると端子金具9が縮径し、ガス検出素子3の内面の内側電極33を押圧して電気的に接触するようになっている。
図1に示すように、端子金具9は、ガス検出素子3の内部空間(筒穴)63に嵌め込まれて内側電極33に接触すると共に、内部空間63にて、リード線11の先端が接続されて固定されている。なお、リード線11は芯線65とその芯線65の外周を覆う被覆部67とから構成されている。
詳しくは、図3に示すように、端子金具9は、1枚の金属板が加工されたものであり、内側電極33に密着する(軸線方向の垂直の断面が)略C字状の電極接触部69と、電極接触部69の先端側に設けられてリード線11の被覆部67を外側から把持して固定する第1固定部71と、第1固定部71の先端側に設けられて芯線65を把持して固定する複数の第2固定部(即ちリード線接続部)73とを備えている。さらに、第2固定部73の先端側には、先端に向かって窄まる先端ガイド部76が延びている。
なお、第1固定部71、第2固定部73及び先端ガイド部76は、電極接触部69よりも縮径されている。又、端子金具9の電極接触部69は、弾性的に縮径可能であり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴に挿入すると端子金具9が縮径し、ガス検出素子3の内面の内側電極33を押圧して電気的に接触するようになっている。
又、端子金具9には、電極接触部69の後端側から径方向(軸線方向と垂直の方向)に沿って、等間隔に花弁状に伸びる3枚の板状のフランジ片75が形成されている。つまり、各フランジ片75は、その周方向において等間隔となるように所定中心角毎に分離して配置されている。
第2固定部73、フランジ片75、セパレータ5がそれぞれ特許請求の範囲の「固定部」、「規制部」、「セラミック部材」に相当する。
第2固定部73、フランジ片75、セパレータ5がそれぞれ特許請求の範囲の「固定部」、「規制部」、「セラミック部材」に相当する。
図4は、セパレータ5及び端子金具9を軸線O方向に破断した断面図である。
セパレータ5の先端向き面に、後端に向かって凹む凹部5rを有している。この凹部5rは、各フランジ片75の外縁を通る円C(図3(b))よりもわずかに大径の円盤状に凹んでおり、各フランジ片75が凹部5rに収容されるようになっている。このため、詳しくは後述するように、ガスセンサ1の製造時に端子金具9をセパレータ5と組み付ける際、凹部5rによって端子金具9の径方向の移動(図4の矢印)が規制されて端子金具9が位置決めされるので、端子金具9とセパレータ5の軸心がズレることを抑制できる。
なお、凹部5rの側壁に各フランジ片75の外縁が当接した場合には、端子金具9の径方向への移動を完全に防止することができる。但し、端子金具9が径方向に自由に移動することを規制する限り、凹部5rの側壁と各フランジ片75の外縁とに隙間を有し、凹部5r内で端子金具9が径方向に移動してもよい。
セパレータ5の先端向き面に、後端に向かって凹む凹部5rを有している。この凹部5rは、各フランジ片75の外縁を通る円C(図3(b))よりもわずかに大径の円盤状に凹んでおり、各フランジ片75が凹部5rに収容されるようになっている。このため、詳しくは後述するように、ガスセンサ1の製造時に端子金具9をセパレータ5と組み付ける際、凹部5rによって端子金具9の径方向の移動(図4の矢印)が規制されて端子金具9が位置決めされるので、端子金具9とセパレータ5の軸心がズレることを抑制できる。
なお、凹部5rの側壁に各フランジ片75の外縁が当接した場合には、端子金具9の径方向への移動を完全に防止することができる。但し、端子金具9が径方向に自由に移動することを規制する限り、凹部5rの側壁と各フランジ片75の外縁とに隙間を有し、凹部5r内で端子金具9が径方向に移動してもよい。
なお、ガスセンサ1においては、ガス検出素子3の内部と外部との酸素濃度の差によって生じる起電力を利用して、ガスセンサ1の先端側の外側空間における排気ガス中の酸素濃度を検出する。このため、ガスセンサ1の先端側の外側と、ガスセンサ1の内部、詳しくは、ガス検出素子3の内側電極33側の内部空間63とを分離する必要がある。
しかも、ガス検出素子3の内部空間63内を酸素基準源とするために、内部空間63と大気側とを、通気孔59、61や空隙18等を介して連通する必要がある。そのため図3に示すように、隣接するフランジ片75の間には間隙74があいており、この間隙74によって(矢印で示す)通気経路79が形成されている。又、略C字状の電極接触部69にはスリット状に切り欠きNが形成しており、図4に示すように、この切り欠きNも凹部5r内で通気経路79の一部を構成している。
そして、図1に示すように、この通気経路79は、空隙18と外筒17の通気孔59と保護外筒19の通気孔61とに連通しているので、ガス検出素子3の内部空間63とガスセンサ1の外部(大気側)は連通していることになる。
なお、閉塞部材7によって、ガスセンサ1の後端側は気密されており、また、セラミックスリーブ49やセラミック粉末47などによって、外筒75の内側の空間85とガス検出素子3の先端側の外側の空間とは気密されているので、ガス検出素子3の内部空間63は、前記通気経路79及び通気孔59、61によってのみ大気側と連通している。
しかも、ガス検出素子3の内部空間63内を酸素基準源とするために、内部空間63と大気側とを、通気孔59、61や空隙18等を介して連通する必要がある。そのため図3に示すように、隣接するフランジ片75の間には間隙74があいており、この間隙74によって(矢印で示す)通気経路79が形成されている。又、略C字状の電極接触部69にはスリット状に切り欠きNが形成しており、図4に示すように、この切り欠きNも凹部5r内で通気経路79の一部を構成している。
そして、図1に示すように、この通気経路79は、空隙18と外筒17の通気孔59と保護外筒19の通気孔61とに連通しているので、ガス検出素子3の内部空間63とガスセンサ1の外部(大気側)は連通していることになる。
なお、閉塞部材7によって、ガスセンサ1の後端側は気密されており、また、セラミックスリーブ49やセラミック粉末47などによって、外筒75の内側の空間85とガス検出素子3の先端側の外側の空間とは気密されているので、ガス検出素子3の内部空間63は、前記通気経路79及び通気孔59、61によってのみ大気側と連通している。
c)次に、図1、図5を参照し、ガスセンサ1の製造手順について簡単に説明する。
図1に示すように、同図の上方から、主体金具13の貫通孔87内に、プロテクタ15を押し入れる。次に、主体金具13の貫通孔87内に、ガス検出素子3を挿入する。次に、主体金具13とガス検出素子3との間の空間に、セラミック粉末47とセラミックスリーブ49とを配置する。
次に、その上に、先端側が径方向に広がった外筒17の先端部55を配置し、外筒17の先端部55の上に金属リング53を嵌める。この状態で、主体金具13の後端部51を加締めて、金属リング53を介して外筒17を固定する。その後、外筒17の外周にフィルタ57を嵌め、アセンブリAを組み付ける(図5)。
これとは別に、図5に示すように、セパレータ5の貫通孔35と、閉塞部材7の貫通孔37と、保護外筒19の貫通孔89にリード線11を通し、そのリード線11の先端に端子金具9を固定して、アセンブリBを組み付ける。このとき、図4に示すように、端子金具9の各フランジ片75が凹部5rに収容されることにより、端子金具9の径方向の位置決めがなされる。
図1に示すように、同図の上方から、主体金具13の貫通孔87内に、プロテクタ15を押し入れる。次に、主体金具13の貫通孔87内に、ガス検出素子3を挿入する。次に、主体金具13とガス検出素子3との間の空間に、セラミック粉末47とセラミックスリーブ49とを配置する。
次に、その上に、先端側が径方向に広がった外筒17の先端部55を配置し、外筒17の先端部55の上に金属リング53を嵌める。この状態で、主体金具13の後端部51を加締めて、金属リング53を介して外筒17を固定する。その後、外筒17の外周にフィルタ57を嵌め、アセンブリAを組み付ける(図5)。
これとは別に、図5に示すように、セパレータ5の貫通孔35と、閉塞部材7の貫通孔37と、保護外筒19の貫通孔89にリード線11を通し、そのリード線11の先端に端子金具9を固定して、アセンブリBを組み付ける。このとき、図4に示すように、端子金具9の各フランジ片75が凹部5rに収容されることにより、端子金具9の径方向の位置決めがなされる。
そして、アセンブリBの端子金具9の先端ガイド部76を、ガス検出素子3の内部空間(筒穴)63に挿入し、端子金具9と内側電極33とを接触させる。同時に、セパレータ5及び閉塞部材7及び保護外筒19を先端側に押圧し、セパレータ5及び閉塞部材7の一部を外筒17内に配置すると共に、保護外筒19をフィルタ57の外周側に嵌め込む。このとき、凹部5rよりも径方向外側のセパレータ5の先端向き面5fは、ガス検出素子3の後端向き面81に当接する。又、端子金具9の軸線(上下)方向の位置は、セパレータ5の凹部5rとガス検出素子3の後端向き面81との間で規制される。
その後、保護外筒19の外周側より加締めることにより、保護外筒19と外筒17とを一体に固定し、ガスセンサ1を完成する。
その後、保護外筒19の外周側より加締めることにより、保護外筒19と外筒17とを一体に固定し、ガスセンサ1を完成する。
このように、本実施形態では、ガスセンサ1の製造時に端子金具9をセパレータ5と組み付けてアセンブリBを作製する際、凹部5rによって端子金具9の径方向の位置が規制されるので、アセンブリB内で端子金具9とセパレータ5の軸心がズレることを抑制できる。
このため、アセンブリBにおける端子金具9の先端をガス検出素子3側に押圧した際、端子金具9とガス検出素子3の軸心がズレることが抑制され、端子金具9がガス検出素子3の筒穴63に確実に挿入される。その結果、端子金具9がガス検出素子3の後端向き面に接触して端子金具9が変形したり、ガス検出素子3が破損する踏み外し現象を防止し、製造歩留りを改善して生産性を向上させることができる。なお、上述のように端子金具9をガス検出素子3の筒穴に挿入すると端子金具9(電極接触部69)は縮径する。このため、例えばセパレータ5の先端向き面に凸部を設け、これを端子金具9のフランジ片75に設けた係合穴に挿入しようとしても、端子金具9が縮径した際に係合穴の位置が変わって凸部を挿入することができなくなる。そこで、本発明においては、セパレータ5の先端向き面に凹部5rを設けると共に、端子金具9の後端側のフランジ片75(規制部)を凹部5rに収容する形態を採用した。
又、端子金具9に固定されたリード線11とセパレータ5の貫通孔35を利用して端子金具9とセパレータ5の軸心を合わせる場合には、リード線11が柔軟であるため、セパレータ5の貫通孔35の内部にリード線11をしっかりと保持させて軸心を合わせようとすると、貫通孔35(セパレータ5)の軸線O方向の長さを長くする必要がある。しかしながら、本実施形態ではリード線11を用いて軸心を合わせる必要がないので、セパレータ5の軸線O方向の長さを短くしてガスセンサの小型化を図ることができる。
このため、アセンブリBにおける端子金具9の先端をガス検出素子3側に押圧した際、端子金具9とガス検出素子3の軸心がズレることが抑制され、端子金具9がガス検出素子3の筒穴63に確実に挿入される。その結果、端子金具9がガス検出素子3の後端向き面に接触して端子金具9が変形したり、ガス検出素子3が破損する踏み外し現象を防止し、製造歩留りを改善して生産性を向上させることができる。なお、上述のように端子金具9をガス検出素子3の筒穴に挿入すると端子金具9(電極接触部69)は縮径する。このため、例えばセパレータ5の先端向き面に凸部を設け、これを端子金具9のフランジ片75に設けた係合穴に挿入しようとしても、端子金具9が縮径した際に係合穴の位置が変わって凸部を挿入することができなくなる。そこで、本発明においては、セパレータ5の先端向き面に凹部5rを設けると共に、端子金具9の後端側のフランジ片75(規制部)を凹部5rに収容する形態を採用した。
又、端子金具9に固定されたリード線11とセパレータ5の貫通孔35を利用して端子金具9とセパレータ5の軸心を合わせる場合には、リード線11が柔軟であるため、セパレータ5の貫通孔35の内部にリード線11をしっかりと保持させて軸心を合わせようとすると、貫通孔35(セパレータ5)の軸線O方向の長さを長くする必要がある。しかしながら、本実施形態ではリード線11を用いて軸心を合わせる必要がないので、セパレータ5の軸線O方向の長さを短くしてガスセンサの小型化を図ることができる。
さらに図3に示すように、本実施形態では、各フランジ片75は、端子金具9の後端部から径方向外側に沿って伸び、かつ周方向に互いに離間している。このため、各フランジ片75が径方向に沿って平坦になっているので、端子金具9をセパレータ5と組み付けてアセンブリBを作製する際、凹部5rによって各フランジ片75を押圧し易く、各フランジ片75を凹部5r内に確実に収容して端子金具9の径方向の位置を規制できる。
又、図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73が軸線O上に配置されているので、ガスセンサ1の使用時等にリード線11が後端側に引っ張られても、リード線11と接続された端子金具9も軸線O上でまっすぐ引っ張られるので、端子金具9が偏心して内側電極33と片当りして電気的接続が不良となることを抑制できる。
さらに図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73は、端子金具9の電極接触部69よりも先端側に配置されて電極接触部69より縮径されている。このため、ガスセンサ1の製造時に端子金具9をガス検出素子3の筒穴63に挿入する際、電極接触部69よりも窄まった第2固定部73がガイドとなり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴63に確実に案内することができる。
さらに図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73の先端側に、第2固定部73よりも窄まる先端ガイド部76が延びているので、先端ガイド部76がガイドとなり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴63により一層確実に案内することができる。
又、図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73が軸線O上に配置されているので、ガスセンサ1の使用時等にリード線11が後端側に引っ張られても、リード線11と接続された端子金具9も軸線O上でまっすぐ引っ張られるので、端子金具9が偏心して内側電極33と片当りして電気的接続が不良となることを抑制できる。
さらに図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73は、端子金具9の電極接触部69よりも先端側に配置されて電極接触部69より縮径されている。このため、ガスセンサ1の製造時に端子金具9をガス検出素子3の筒穴63に挿入する際、電極接触部69よりも窄まった第2固定部73がガイドとなり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴63に確実に案内することができる。
さらに図4に示すように、本実施形態では、第2固定部73の先端側に、第2固定部73よりも窄まる先端ガイド部76が延びているので、先端ガイド部76がガイドとなり、端子金具9をガス検出素子3の筒穴63により一層確実に案内することができる。
本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
例えば、セパレータ5の凹部5r、各フランジ片75の形状や個数は上記実施形態に限定されない。端子金具9及び固定部73の形状も上記実施形態に限定されないし、端子金具9の規制部は上記フランジ片75に限定されない。例えば、端子金具9の後端部(電極接触部69)が軸線O方向にまっすぐ略円筒状に延びて規制部が形成され、セパレータ5の凹部5rが当該規制部の外径よりも大きい内径を有する凹部であっても良い。
例えば、セパレータ5の凹部5r、各フランジ片75の形状や個数は上記実施形態に限定されない。端子金具9及び固定部73の形状も上記実施形態に限定されないし、端子金具9の規制部は上記フランジ片75に限定されない。例えば、端子金具9の後端部(電極接触部69)が軸線O方向にまっすぐ略円筒状に延びて規制部が形成され、セパレータ5の凹部5rが当該規制部の外径よりも大きい内径を有する凹部であっても良い。
1 ガスセンサ
3 ガス検出素子
5 セパレータ(セラミック部材)
5r 凹部
9 端子金具
11 リード線
13 主体金具
27 外側電極
33 内側電極
35 貫通孔
63 内部空間(筒穴)
69 電極接触部
73 第2固定部(固定部)
75 フランジ片(規制部)
O 軸線
3 ガス検出素子
5 セパレータ(セラミック部材)
5r 凹部
9 端子金具
11 リード線
13 主体金具
27 外側電極
33 内側電極
35 貫通孔
63 内部空間(筒穴)
69 電極接触部
73 第2固定部(固定部)
75 フランジ片(規制部)
O 軸線
Claims (4)
- 軸線方向に延び、先端側が閉じて後端側に筒穴を有する筒状をなし、自身の外周面に外側電極、および自身の内周面に内側電極が設けられたガス検出素子と、
前記ガス検出素子の前記筒穴内に挿入され、前記ガス検出素子の前記内側電極と電気的に接続すると共に固定部を有する筒状の端子金具と、
前記ガス検出素子の前記筒穴内で前記固定部に接続され、前記端子金具から後端側に延びて電流経路を形成するリード線と、
前記ガス検出素子の後端側に配置されると共に、前記リード線が挿通される貫通孔を有するセラミック部材と、を備えたガスセンサにおいて、
前記セラミック部材は、先端向き面に、後端に向かって凹む凹部を有し、
前記端子金具は、後端部に、前記凹部に収容されて該端子金具の径方向の移動を規制する規制部を有することを特徴とするガスセンサ。 - 前記規制部は、前記端子金具の後端部から径方向外側に沿って伸び、周方向に互いに離間する複数のフランジ片をなす請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記固定部は、前記軸線上に配置されている請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記固定部は、前記端子金具のうち前記内側電極と接続する電極接触部よりも先端側に配置され、当該電極接触部より縮径されている請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015096335A JP2016211981A (ja) | 2015-05-11 | 2015-05-11 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2015096335A Pending JP2016211981A (ja) | 2015-05-11 | 2015-05-11 | ガスセンサ |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2016211981A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018189412A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ、及びガスセンサ用外側端子 |
JP2019138881A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサの製造方法 |
DE112020006009T5 (de) | 2020-03-30 | 2022-11-03 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gassensor und Schutzelement für einen Gassensor |
US11821865B2 (en) * | 2018-06-19 | 2023-11-21 | Niterra Co., Ltd. | Gas sensor |
-
2015
- 2015-05-11 JP JP2015096335A patent/JP2016211981A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019138881A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサの製造方法 |
US11821865B2 (en) * | 2018-06-19 | 2023-11-21 | Niterra Co., Ltd. | Gas sensor |
DE112020006009T5 (de) | 2020-03-30 | 2022-11-03 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gassensor und Schutzelement für einen Gassensor |
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