JP4863909B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用内燃機関等の排気装置に設置して排気ガスに含まれる特定ガス成分を検出するガスセンサに関する。

従来より種々のガスセンサが提案されている。特許文献１は、その一例としてのガスセンサを開示する。

特許文献１に開示されるガスセンサは、被測定ガスに含まれる特定ガス成分を検出する検出素子と、この検出素子の基端側を被うケーシングと、このケーシングの開口端部に内蔵され該開口端部をシールする栓体と、この栓体に設けられケーシングの内部空間と外部とを連通する通気孔と、この通気孔に挿着される通気部材および通気部材に外嵌されるフィルタとを設けたものである。

このガスセンサでは、当該ガスセンサの組み立て時に、検出素子からの出力を外部へ取り出すリード線をケーシングの開口端部に挿通するとともに、ケーシングで検出素子の基端側を被う状態で、ケーシングの開口端部を外周から押圧してかしめることにより、上記の開口端部を栓体で気密にシールする。

このようにして組み立てたガスセンサにより内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガス成分を検出する際、栓体に設けた通気孔を介してケーシングの内部空間の通気を行なうとともに、通気孔を流通する空気をフィルタで濾過するので、ケーシングの内部空間にガスや水分がこもることを防止でき、ケーシング内部の腐食、特に検出素子の腐食に伴う出力不良を防止できる。
特開２０００−２４９６７８号公報

しかしながら、上述した従来技術では、ケーシングの開口端部を内部の栓体で気密にシールするため上記の開口端部をかしめる際、栓体の通気孔に挿着されるフィルタが栓体を介して押圧されて荷重が掛るので、フィルタが破損するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーシングの内部に流入する気体を濾過するフィルタの破損を防止することができるガスセンサを得ることにある。

請求項１に記載の発明は、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子が挿通されているとともに、端部に開口を有する筒状のケーシングと、前記ケーシングの前記開口を貫通して前記検出素子に接続されたリード線と、通気孔および弾性を有し、前記開口に挿嵌されて、前記リード線を保持した状態で前記開口を塞いだ栓体と、前記通気孔に挿嵌され、前記ケーシングの内外を連通している通気部材と、前記栓体における前記ケーシングの内部側とは反対側で全体が前記栓体の外部に配置され、前記ケーシングの内部に前記通気部材を介して流入する気体を濾過するフィルタと、前記フィルタを覆って該フィルタを保護する保護カバーと、を備え、前記保護カバーは、前記栓体に対向している基壁部およびこの基壁部の周縁部に立設されるとともに前記栓体に連結された側壁部を有し、前記側壁部には、前記フィルタに連通している側部開口が形成されていることを特徴とするガスセンサである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガスセンサにおいて、前記通気部材は、前記通気孔に挿嵌された筒部と、この筒部の端部に設けられ、前記栓体における前記ケーシング側の面とは反対側の面に当接しているフランジ部と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガスセンサにおいて、前記フランジ部は、前記フィルタが取り付けられたフィルタ取付面を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、前記被測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、前記特定ガスは、酸素であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、前記栓体は、前記ケーシングにかしめ止めされていることを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングの内部に通気部材を介して流入する気体を濾過するフィルタの全体が、ケーシングの開口を塞いだ栓体におけるケーシングの内部側とは反対側で栓体の外部に配置されていることにより、フィルタに栓体から荷重がかかることを防止することができるので、フィルタの破損を防止することができる。
また、保護カバーがフィルタを保護するので、フィルタが外的負荷に直接さらされることを防止でき、フィルタの耐久性を向上させることができる。また、保護カバーの側壁部に形成される側部開口を介してケーシングの内部空間と外部との通気を行なうことができる。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施形態は、ガスセンサとして、内燃機関を搭載した自動車の排気管に装着される空燃比検出用の酸素センサへの適用例である。図１は、本実施形態にかかる酸素センサの正面図、図２は、図１のＡ部を拡大して示す断面図、図３は、本実施形態に設けられる通気部材とフィルタと保護カバーを示す分解斜視図、図４は、本実施形態に設けられる栓体の通気孔に通気部材を挿着した状態を示す断面図、図５は、図４のＢ部を拡大して示す断面図である。

図１および図２に示すように、酸素センサ１は、検出素子２と、この検出素子２が挿通されている筒状のケーシング３と、このケーシング３の一端部に形成されている開口３ａを貫通して検出素子２に接続されたリード線７と、ケーシング３の開口３ａに挿嵌されて、リード線７を保持した状態で開口３ａを塞いだ栓体４と、を備えている。この酸素センサ１は、被測定ガスとしての排気ガスに含まれる特定ガスとしての酸素の濃度を検出素子２によって検出する。

ケーシング３は、一端部に開口３ａが形成されている筒状のキャップ部１４と、このキャップ部１４の他端部に装着された筒状のホルダ５と、を備えている。

検出素子２は、ホルダ５に挿通された状態でホルダ５によって保持されている。検出素子２におけるホルダ５から突出した部分は、素子用カバー６によって覆われている。検出素子２は、酸素センサ１が排気管に装着されたときに、排気管の内部空間に位置付けられる。ここで、素子用カバー６は、有底の筒状に形成されて、ホルダ５に固定されている。

栓体４は、ゴム製であり、弾性を有している。この栓体４は、ケーシング３のキャップ部１４にかしめ止めされている。栓体４には、酸素センサ１の軸方向に沿った通気孔８が貫通形成されている。この通気孔８は、ケーシング３の内部空間３ｂと外部とを連通している。

通気孔８には、図２に示すように、通気部材９が挿嵌されている。この通気部材９の一端部には、ケーシング３の内部に通気部材９を介して流入する気体である空気を濾過するフィルタ１０と、このフィルタ１０を保護する保護カバー１１とが設けられている。

通気部材９は、例えばＰＥＥＫ等の耐熱樹脂から構成されている。この通気部材９には、図３ないし図５に示すように、ケーシング３の内外を連通している貫通孔９ａが形成されている。通気部材９は、通気孔に挿嵌された筒部１２と、この筒部１２の一端部に一体成形されたフランジ部１５と、を備えている。フランジ部１５は、筒部１２の外周に張り出し形成されており、栓体４におけるケーシング３（キャップ部１４）側の面とは反対側の面に当接している。このフランジ部１５における栓体４とは反対側の面には、フィルタ取付面１５ａが形成されている。フィルタ取付面１５ａには、図５に示すように、フィルタ１０の位置決めを行なう凸部１５ｂが設けられている。

フィルタ１０は、図３に示すように、円板状に形成されている。このフィルタ１０は、図５に示すように、凸部１５ｂにより位置決めが行なわれた状態で、接着や溶着によりフィルタ取付面１５ａに固定されている。つまり、フィルタ１０は、栓体４におけるケーシング３の内部側とは反対側でフィルタ１０全体が栓体４の外部に配置されている。このフィルタ１０は、例えばＰＥＥＫ等の耐熱樹脂により形成され、通気性、撥水性および撥油性を有している。フィルタ１０は、ケーシング３の内外の圧力差が４００ｍｂａｒのときの通気性が５０ｍｌ／ｍｉｎ以上で、かつ耐水性が５０ｍｂａｒ以上であることが望ましい。

保護カバー１１は、図３ないし図５に示すように、栓体４に対向している円板状の基壁部１１ａおよびこの基壁部１１ａの周縁部に立設された円筒状の側壁部１１ｂとからなっている。この保護カバー１１では、側壁部１１ｂの先端部がフランジ部１５の外周縁部に接着や溶着によって連結されている。側壁部１１ｂには、フィルタ１０に連通している通気用の側部開口１１ｃが設けられている。この保護カバー１１は、例えばＰＥＥＫ等の耐熱樹脂により構成されている。

このような構成において、自動車の内燃機関より排出される排気ガスの酸素濃度を検出した検出素子２は、その検出結果を電気信号に変換してリード線７を介して外部へ出力する。

この酸素センサ１では、通気部材９の貫通孔９ａを介してケーシング３の内部空間３ｂと外部との通気が行なわれる。したがって、ケーシング３の内部空間３ｂにガスや水分がこもることによる酸素センサ１内部の腐食、特に検出素子２の腐食に伴う出力不良を防止することができる。そして、この際、通気孔８を流通する空気をフィルタ１０が濾過するので、酸素センサ１内へのごみの浸入が防止される。

そして、フィルタ１０が、栓体４におけるケーシング３の内部側とは反対側でその全体が栓体４の外部に配置されていることにより、フィルタ１０に栓体４から荷重がかかることを防止することができる。よって、フィルタ１０の破損を防止することができる。具体的には、例えば、ケーシング３の開口３ａをかしめる際、栓体４を介してフィルタ１０に荷重が掛ることを防止できる。また、このようにケーシング３の開口３ａをかしめる際、栓体４を介してフィルタ１０に荷重が掛ることを防止できるため、ケーシング３の開口３ａを比較的強固にかしめることができ、より確実に栓体４でケーシング３の開口３ａをシールすることができる。

ここで、フィルタが栓体の内部に配置されている構造では、車両走行による飛水によってフィルタが水没するおそれがあるが、本実施形態では、フィルタ１０が、栓体４におけるケーシング３の内部側とは反対側でその全体が栓体４の外部に配置されているので、そのような水没を回避することができる。

また、本実施形態では、保護カバー１１がフィルタ１０を保護するので、フィルタ１０が外的負荷に直接さらされることを防止でき、フィルタ１０の耐久性を向上させることができる。また、保護カバー１１の側壁部１１ｂに形成される側部開口１１ｃを介してケーシング３の内部空間３ｂと外部との通気を行なうことができる。

また、本実施形態では、栓体４の通気孔８に通気部材９を挿入する際、栓体４の通気孔８の縁部に通気部材９のフランジ部１５が当接するので、通気部材９の軸方向の位置決めを容易に行なうことができる。

また、本実施形態では、フィルタ１０を取り付けるフィルタ取付面１５ａを通気部材９の端部のフランジ部１５に設けられているので、フィルタ取付面１５ａの面積を十分に確保できるので、フィルタ１０を確実に取り付けることができる。

また、本実施形態では、通気部材９および保護カバー１１をそれぞれ耐熱樹脂材により形成したので、通気部材９および保護カバー１１の耐熱性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本実施形態にかかる酸素センサの要部断面図である。なお、本実施形態にかかる酸素センサ１Ａは、第１の実施形態にかかる酸素センサ１と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかる酸素センサ１Ａでは、通気孔８に挿着される通気部材９Ａが、金属製、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス製の筒部としての筒体１６と、例えばＰＥＥＫ等の耐熱樹脂からなり、筒体１６と一体的に成形される樹脂体１７とから構成されており、この樹脂体１７の端部に、フランジ部１７ａが一体的に設けられている。

このような構成の酸素センサ１Ａでは、通気部材９Ａの一部を金属製の筒体１６で構成したことから、通気部材９Ａの耐熱性とともに強度および剛性を向上させることができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態にかかる酸素センサの要部断面図である。なお、本実施形態にかかる酸素センサ１Ｂは、第１の実施形態にかかる酸素センサ１と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかる酸素センサ１Ｂでは、保護カバー１１の側壁部１１ｂの先端に、爪部１１ｄが設けられている一方、フランジ部１５の端部に、爪部１１ｄを係止する係止部１５ｃが張り出し形成されている。

このような構成の酸素センサ１Ｂでは、保護カバー１１を通気部材９のフランジ部１５にはめて、爪部１１ｄをフランジ部１５の係止部１５ｃに係止させることにより、保護カバー１１を容易に取り付けることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態にかかる酸素センサの要部断面図である。なお、本実施形態にかかる酸素センサ１Ｃは、第１の実施形態にかかる酸素センサ１と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかる酸素センサ１Ｃでは、フランジ部１５に、フィルタ１０が嵌合する凹部１５ｄが設けられている。

このような構成の酸素センサ１Ｃでは、フランジ部１５の凹部１５ｄによってフィルタ１０の位置決めを容易に行なうことができる。

なお、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１〜３に記載のガスセンサでは、上記保護カバーを、上記フランジ部に対して接着および溶着の少なくとも一方により固定するのが好適である。

こうすれば、フランジ部に保護カバーを容易に取り付けることができる。

（ロ）請求項１〜３に記載のガスセンサでは、上記保護カバーが、上記フランジ部に係止される爪部を備えるのが好適である。

こうすれば、保護カバーの爪部をフランジ部に係止させることで、保護カバーをフランジ部に容易に取り付けることができる。

（ハ）請求項１〜３に記載のガスセンサでは、上記フィルタを、上記通気部材のフィルタ取付面に接着または溶着により固定するのが好適である。

こうすれば、フィルタを通気部材に容易に取り付けることができる。

（ニ）請求項１に記載のガスセンサでは、上記通気部材と上記保護カバーを、金属材および耐熱樹脂材の少なくとも一方により形成するのが好適である。

こうすれば、通気部材と保護カバーの耐熱性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる酸素センサの正面図。 図１のＡ部を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）。 本発明の第１の実施形態に設けられる通気部材とフィルタと保護カバーを示す分解斜視図。 本発明の第１の実施形態に設けられる栓体の通気孔に通気部材を挿着した状態を示す断面図。 図４のＢ部を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）。 本発明の第２の実施形態にかかる酸素センサの要部断面図（軸方向に沿った断面図）。 本発明の第３の実施形態にかかる酸素センサの要部断面図（軸方向に沿った断面図）。 本発明の第４の実施形態にかかる酸素センサの要部断面図（軸方向に沿った断面図）。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 酸素センサ（ガスセンサ）
２ 検出素子
３ ケーシング
３ａ 開口
４ 栓体
５ ホルダ
７ リード線
８ 通気孔
９、９Ａ 通気部材
１０ フィルタ
１１ 保護カバー
１１ａ 基壁部
１１ｂ 側壁部
１１ｃ 側部開口
１２ 筒部１２
１５フランジ部
１５ａ フィルタ取付面
１６ 筒体（筒部）
１７ａ フランジ部

Claims (5)

1. 被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出する検出素子と、
   前記検出素子が挿通されているとともに、端部に開口を有する筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの前記開口を貫通して前記検出素子に接続されたリード線と、
   通気孔および弾性を有し、前記開口に挿嵌されて、前記リード線を保持した状態で前記開口を塞いだ栓体と、
   前記通気孔に挿嵌され、前記ケーシングの内外を連通している通気部材と、
   前記栓体における前記ケーシングの内部側とは反対側で全体が前記栓体の外部に配置され、前記ケーシングの内部に前記通気部材を介して流入する気体を濾過するフィルタと、
   前記フィルタを覆って該フィルタを保護する保護カバーと、
   を備え、
   前記保護カバーは、前記栓体に対向している基壁部およびこの基壁部の周縁部に立設されるとともに前記栓体に連結された側壁部を有し、
   前記側壁部には、前記フィルタに連通している側部開口が形成されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記通気部材は、
   前記通気孔に挿嵌された筒部と、
   この筒部の端部に設けられ、前記栓体における前記ケーシング側の面とは反対側の面に当接しているフランジ部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記フランジ部は、前記フィルタが取り付けられたフィルタ取付面を有することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記被測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、前記特定ガスは、酸素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
5. 前記栓体は、前記ケーシングにかしめ止めされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のガスセンサ。

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