JP5432209B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
このガスセンサ1000は、図13に示すようにして製造される。まず、ガスセンサ素子300を主体金具200の内側に保持してセンサ素子アセンブリBを組み付ける。具体的には、ガスセンサ素子300を主体金具200内に配置されたセラミックホルダ170上に配置する。その後、主体金具200とガスセンサ素子300との間隙に滑石(タルク)600を充填し、セラミックスリーブ310、金属パッキン320を順に滑石600上に配置し、主体金具200の後端側を加締めてセンサ素子アセンブリBを組み付ける。一方で、外筒400内に、内側の内側端子710及び外側の外側端子910を組み付けたセパレータ1110をグロメット131と共に配置し、セパレータアセンブリAを組み付ける。具体的には、リード線41に接続された内側端子710及び外側端子910をセパレータ1110の挿通孔1115、1116内に挿入し、その後、セパレータ1110を外筒400の段部410に当接する。その後、セパレータ1110と外筒400との間隙に保持金具800を挿入すると共に、グロメット131を外筒400の後端側に配置し、セパレータアセンブリAを組み付ける。なお、内側端子710にはヒータ15が既に取付けられている。そして、セパレータアセンブリAと素子アセンブリBとの軸線を合わせ、セパレータアセンブリAをセンサ素子アセンブリBの後端に被せると、ガスセンサ素子300内にヒータ15が挿入されると共に、センサ素子300の内側電極及び外側電極(図示せず)がそれぞれ内側端子710及び外側端子910と電気的に接続される。その後、外筒400のうち、保持金具800の外周部、グロメット131の外周部、主体金具200との重なり部をそれぞれ加締めると共に、外筒400と主体金具200との重なり部をレーザ溶接等によって主体金具200の後端に外筒400を接続させ、ガスセンサ1000を製造する。
そして、図14に示すように、内側端子710及び外側端子910をセパレータ1110に組み付ける際には、セパレータ1110の先端向き面1110a側からセパレータ1110の挿通孔1115、1116にそれぞれ内側リード接続部740、外側リード接続部940を挿入する。この際、挿入部730及び筒状部930の後端面730a、930aが先端向き面1110aに当接し、内側端子710及び外側端子910が位置決めされてセパレータ1110に固定されるようになっている。なお、内側端子710の挿入部730の内側にヒータ15を把持する場合、ヒータ15はセパレータ1110の中心孔1112を挿通され、ヒータ15のヒータリード端子がヒータリード孔1113、1114を挿通され、リード線41と接続されている。
従って、本発明は、ガスセンサの欠損や外側端子又は内側端子の変形を防止しつつ、外側端子又は内側端子をセパレータにしっかりと固定することができ、これら端子をガスセンサ素子と確実に接続できるガスセンサの提供を目的とする。
その上、セパレータの挿通孔には、遊びを設けることが可能となり、セパレータの挿通孔に、内側リード接続部をスムーズに挿通することができる。
その上、セパレータの挿通孔には、遊びを設けることが可能となり、セパレータの挿通孔に、外側リード接続部をスムーズに挿通することができる。
複数の前記第2凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径をD1とし、複数の前記第2凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径をD2とし、前記ガスセンサ素子の外径をD3としたとき、D1<D3<D2の関係を満たすとよい。
図1は、本発明の実施形態に係るガスセンサ100を軸線O方向(先端から後端に沿う方向)に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ100は自動車の排気管内に挿入されて先端(図1のプロテクタ7側)が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。
なお、図1の下側(プロテクタ7側)をガスセンサ100の先端側とし、図1の上側をガスセンサ100の後端側とする。
ガスセンサ素子3の中央付近には、径方向外側に突出する鍔部3aが設けられている。一方、ハウジング20の先端寄りの内周面には内側に縮径する段部20eが設けられ、鍔部3aと段部20eの間にパッキン12が配置されている。そして、ガスセンサ素子3をハウジング20の内側に挿通し、鍔部3aをパッキン12に当てることにより、間接的に段部20eに後端側からガスセンサ素子3の鍔部3aが当接し、ガスセンサ素子3がハウジング20内に組み付けられている。
そして、ハウジング20の雄ねじ部20dを排気管等のネジ孔に取付けることで、ガスセンサ素子3の先端を排気管内に露出させて被検出ガス(排気ガス)を検知している。
内側電極3b(図示せず)は、素子本体3sの先端部から後端部の内表面に設けられている。内側電極3bについても外側電極3cと同様、内側電極3bにリードや電極パッドが接続されている場合は、これらを含めて「内側電極3b」とみなす。
図4は、内側端子71の斜視図である。内側端子71は、先端から後端に細長く延び、所定の形状に打ち抜かれた金属薄板(耐食耐熱超合金板)を曲げ加工して一体に形成されている。
内側端子71の後端側には板状基部74が形成され、板状基部74の後端にはリード線141の芯線に加締め接続される接続端部75が配置されている。板状基部74の先端には挿入部73が接続されている。さらに板状基部74の軸線方向中央側には、他の部位より広幅の広幅部74wが形成され、広幅部74wの中央部は後端側が固定されたコ字状に打ち抜かれ、広幅部74wの背面側(前面と反対側の面)に切起こされた切起こし部74Yが設けられている。
そして、板状基部74をセパレータ111の挿通孔115(図5参照)に挿入した際、広幅部74wの幅が両横孔部115aの間隔とほぼ等しいため、板状基部74が挿通孔115内に位置決めされる。又、上記した切起こし部74Yが挿通孔115の外端壁に当接し、そのバネ力によって板状基部74を挿通孔115内に保持している。
又、挿入部73において、2個の係止部73bの間の位置には、第1凸部73aが係止部73bより後端側に突出している。そして、挿入部73に径方向に力が加えられていない自由状態では、各第1凸部73aの外表面の間隔がK0になっている。なお、複数(例えば4個)の第1凸部73aが設けられる場合、K0は隣接する第1凸部73aの距離ではなく、軸線O方向に垂直な面において、挿入部73の中心と同心の円(つまり、軸線Oを中心とする円)であって、各第1凸部73aの外表面を繋ぐ仮想円の直径で表されるものとする
なお、挿入部73の外径は、センサ素子3の筒孔3dの内径K3(図2参照)より大きく、挿入部73をセンサ素子3内に圧入した際にバネ力によって挿入部73が拡開し、ガスセンサ素子3の内側電極に押圧されるようになっている。
又、筒状部93における先端側には、この先端部を筒状部93の径方向外側に向かって折り返した片状のガイド部93bが放射状に合計8個(図3では5つのみ図示)形成されている。ガイド部93bの先端は、筒状部93先端からさらに先端に向かって下がり、筒状部93をガスセンサ素子3に外嵌する際のガイドとなっている。
さらに、筒状部93の後端側には、2個の第2凸部93aが後端側に突出している。そして、筒状部93に径方向に力が加えられていない自由状態では、各第2凸部93aの内表面の間隔がD0(図11参照)になっている。なお、複数(例えば4個)の第2凸部93aが設けられる場合、D0は隣接する第2凸部93aの距離ではなく、軸線O方向に垂直な面において、筒状部93の中心と同心の円(つまり、軸線Oを中心とする円)であって、各第2凸部93aの内表面を繋ぐ仮想円の直径で表されるものとする。
2個の第1凹部117はそれぞれ中心から径方向外側に対向して配置され、2個の第2凹部119はそれぞれ中心から径方向外側であって第1凹部117よりも外側に対向して配置されている。又、第1凹部117及び第2凹部119は、セパレータ111の中心を通る一直線L上に配置され、挿通孔115、116は、この直線Lと直交しつつセパレータ111の中心を通る別の直線T上に配置されている。
挿通孔115、116はセパレータ111の径方向に平行な略矩形状に開口し、かつその径方向外端付近から周方向左右に矩形状に、それぞれ横孔部115a、116aが延びている。従って、挿通孔115、116の周縁は略十字状をなしている。
まず、予め2本のリード線141を、グロメット131を通してセパレータ111の後端側から挿通孔115、116に通す。そして、セパレータ111の先端側に配置した内側端子71の接続端部75に、1本のリード線141の先端を加締め接続する。そして、内側端子71の板状基部74をセパレータ111の挿通孔115に挿入すると、挿通孔115の横孔部115aに広幅部74Wが配置すると共に、切起こし部74Yが挿通孔115の外端壁に当接する(図5、図8)。さらに、セパレータ111の先端向き面111Sに係止部73bの後端面が当接し、板状基部74がそれ以上挿入されずに位置決めされ、内側端子71が係止される(図8)。
さらに、図7に示すように、挿入部73の後端面(係止部73b)がセパレータ111の先端向き面111sに当接すると、第1凸部73aが第1凹部117に嵌入される。これにより、内側端子71は、少なくとも挿通孔115と第1凹部117の2箇所でセパレータ111にしっかりと保持されるので、セパレータ111に内側端子71を組み付けた後に内側端子71がセパレータ111に対して動く(径方向に回る)ことを抑制できる。
さらに、図7に示すように、筒状部93の後端面がセパレータ111の先端向き面111sに当接すると、第2凸部93aが第2凹部119に嵌入される。これにより、外側端子91は、少なくとも挿通孔116と第2凹部119の2箇所でセパレータ111にしっかりと保持されるので、セパレータ111に内側端子71を組み付けた後に外側端子91がセパレータ111に対して動く(径方向に回る)ことを抑制できる。
そこで、以下のように第1凹部117の外壁を繋ぐ仮想円の直径K1、及び第2凹部119の内壁を繋ぐ仮想円の直径D1を設定すると(図5参照)、第1凸部73a及び第2凸部93aと、第1凹部117及び第2凹部119との間の遊びをなくし、さらにしっかりと保持ができるようになる。
つまり、図10に示すように、さらにK1>K3>K2に設定することが良い。なお、K2は、第1凹部117の内壁を繋ぐ仮想円の直径である。セパレータ111に固定された内側端子71(の挿入部73)を筒孔3d内に挿入した際、K3がK1より狭いため、挿入部73がさらに縮径する。これにより、挿入部73は筒孔3d内で弾性力によって外側に広がろうとし、筒孔3dの内壁に当接する。さらに、K2がK3よりも狭いため、第1凸部73aの間隔は狭まったとしても第1凹部117の内壁に第1凸部73aが当接することがないため、第1凹部117の影響なく、挿入部73がガスセンサ素子3の筒孔3d内に沿って縮径できる。その結果、挿入部73がガスセンサ素子3にしっかりと保持され、電気的接続が確実に図られる。なお、このとき、第1凸部73aは第1凹部117の空間中に配置されるが、既に挿入部73が筒孔3d内に保持されているので、問題とはならない。
つまり、図12に示すように、さらにD1<D3<D2に設定することが良い。なお、D2は、第2凹部119の外壁を繋ぐ仮想円の直径である。セパレータ111に固定された外側端子91(の筒状部93)をガスセンサ素子3の後端部に外嵌した際、D3がD1より広いため、外側端子91がさらに拡径する。これにより、筒状部93はガスセンサ素子3の周囲で弾性力によって内側に縮まろうとし、ガスセンサ素子3の後端部の側面に当接する。さらに、D2がD3よりも広いため、第2凸部93aの間隔は広まったとしても第2凹部119の外壁に第2凸部93aが当接することがないため、第2凹部119の影響なく、筒状部93がガスセンサ素子3に沿って縮径できる。その結果筒状部93がガスセンサ素子3にしっかりと保持され、電気的接続が確実に図られる。なお、このとき、第2凸部93aは、第2凹部119の空間中に配置されるが、既に筒状部93がガスセンサ素子3に保持されているので、問題とはならない。
又、挿入部73の先端をガスセンサ素子3の筒孔3dの内径より細いガイド部(図3のテーパ部73c)とすれば、このガイド部はガスセンサ素子3の内側電極に接触せずに挿入部73本体をガスセンサ素子3内へ導入するので、挿入部73との接触による内側電極の摩耗や欠損を抑制することができる。
さらに、挿入部73の先端を大きく突出させれば、その分だけガスセンサ素子3の内側電極を先端側へ配置することができ、内側電極に用いる材料(貴金属等)の使用量が低減し、コストダウンが図られる。
第1凹部及び対応する第1凸部、並びに第2凹部及び対応する第2凸部は、それぞれ1個以上形成されれば、個数は限定されず、その形状も限定されない。又、本発明はヒータレスセンサに限らず、ヒータを有するガスセンサにも適用可能である。
さらに、ガスセンサ素子としては、筒状の素子であれば、上記した酸素センサ素子(λセンサ素子)の他、アンモニアセンサ素子、HCセンサ素子、H2センサ素子等に用いることができる。
3b 内側電極
3c 外側電極
3d ガスセンサ素子の筒孔
3s 素子本体
40 外筒
71 内側端子
73 挿入部
73a 第1凸部
75,95 リード接続部
91 外側端子
93 筒状部
93a 第2凸部
100 ガスセンサ
111 セパレータ
111s セパレータの先端向き面
115、116 挿通孔
117 第1凹部
119 第2凹部
141 リード線
200 主体金具
400 外筒
O 軸線方向
M、N スリット
K0 第1凹部に嵌入されないときの仮想円の直径
K1 複数の第1凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径
K2 複数の第1凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径
K3 筒孔の内径
D0 第2凹部に嵌入されないときの仮想円の直径
D1 複数の第2凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径
D2 複数の第2凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径
Claims (7)
- 軸線方向に延び、先端部が被測定ガスに晒されると共に後端に向かって開口された筒孔を有する有底筒状の素子本体と、該素子本体の内表面に設けられた内側電極とを有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子の前記筒孔内に挿入されて前記内側電極に接続される筒状の挿入部と、該挿入部から後端側に延びてリード線に接続される内側リード接続部とを有する内側端子と、
前記内側端子の前記挿入部の後端面に自身の先端向き面が当接すると共に、自身の挿通孔に前記内側リード接続部が挿入され、前記挿入部を前記ガスセンサ素子の前記筒孔内に押し込む筒状のセパレータと、を備えたガスセンサであって、
前記セパレータは、前記先端向き面から後端側に向かって凹む第1凹部を有し、
前記挿入部には、前記セパレータの先端向き面に当接したときに、前記第1凹部に嵌入される第1凸部が前記挿入部の後端面から突出してなるガスセンサ。 - 前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲み、前記ガスセンサ素子を保持する主体金具と、先端側が該主体金具に係合されると共に、主体金具よりも後端側に向かって延び、前記セパレータを取り囲む筒状の外筒とを有し、
前記挿入部の先端は、該外筒の先端よりも突出する請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記挿入部は、自身の先端縁から後端縁にかけて前記軸線方向に延びるスリットを有して自身を弾性的に縮径可能な断面C字形状を有し、かつ前記挿入部の前記第1凸部及び前記セパレータの前記第1凹部が、前記軸線を中心とする仮想円上に、それぞれ2個以上形成され、
前記第1凹部に嵌入されないときの複数の前記第1凸部の外表面を繋ぐ仮想円の直径をK0とし、複数の前記第1凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径をK1としたとき、K0>K1の関係を満たす請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記挿入部は、自身の先端縁から後端縁にかけて前記軸線方向に延びるスリットを有して自身を弾性的に縮径可能な断面C字形状を有し、
かつ前記挿入部の前記第1凸部及び前記セパレータの前記第1凹部が、前記軸線を中心とする仮想円上に、それぞれ2個以上形成され、
複数の前記第1凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径をK1とし、複数の前記第1凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径をK2とし、前記筒孔の内径をK3としたとき、K1>K3>K2の関係を満たす請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスセンサ。 - 軸線方向に延び、先端部が被測定ガスに晒される有底筒状の素子本体と、該素子本体の外表面に設けられた外側電極とを有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を包囲して前記外側電極に接続される筒状部と、該筒状部から後端側に延びてリード線に接続される外側リード接続部とを有する外側端子と、
前記外側端子の前記筒状部の後端面に自身の先端向き面が当接すると共に、自身の挿通孔に前記外側リード接続部が挿入され、前記ガスセンサ素子の後端部の周囲に前記筒状部を包囲させる筒状のセパレータと、を備えたガスセンサにおいて、
前記セパレータは、前記先端向き面から後端側に向かって凹む第2凹部を有し、
前記筒状部には、前記セパレータの先端向き面に当接したときに、前記第2凹部に嵌入される第2凸部が前記筒状部の後端面から突出してなるガスセンサ。 - 前記筒状部は、自身の先端縁から後端縁にかけて前記軸線方向に延びるスリットを有して自身を弾性的に拡径可能な断面C字形状を有し、
かつ前記筒状部の前記第2凸部及び前記セパレータの前記第2凹部が、前記軸線を中心とする仮想円上に、それぞれ2個以上形成され、
前記第2凹部に嵌入されないときの複数の前記第2凸部の内表面を繋ぐ仮想円の直径をD0とし、複数の前記第2凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径をD1としたとき、D0<D1の関係を満たす請求項5に記載のガスセンサ。
- 前記筒状部は、自身の先端縁から後端縁にかけて前記軸線方向に延びるスリットを有して自身を弾性的に縮径可能な断面C字形状を有し、
かつ前記筒状部の前記第2凸部及び前記セパレータの前記第2凹部が、前記軸線を中心とする仮想円上に、それぞれ2個以上形成され、
複数の前記第2凹部の内壁を繋ぐ仮想円の直径をD1とし、複数の前記第2凹部の外壁を繋ぐ仮想円の直径をD2とし、前記ガスセンサ素子の外径をD3としたとき、D1<D3<D2の関係を満たす請求項5又は6に記載のガスセンサ。
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