JP5767601B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
この種のガスセンサとして、上記セルのセンサ出力の基準電位を生じさせる基準酸素(大気)を、ガスセンサの外部から取り込む外気導入型のガスセンサが知られている(特許文献1、2)。例えば、図11に示すように、外気導入型のガスセンサ2000においては、ガスセンサの最後端に配置されたゴム製のグロメット(弾性のシール部材)1700に軸線O方向に貫通する大気導入孔1700hを設け、この大気導入孔1700hに円筒状のフィルタ留具172を嵌挿し、大気導入孔1700hとフィルタ留具172の間に撥水通気性のフィルタ174を保持している。これにより、大気導入孔1700hを介してガスセンサ2000の内部に大気が導入され、センサ素子10の基準電位を生じさせることができる。
又、軸線O方向に沿ってセンサ素子10と弾性シール部材1700との間には絶縁部材1660が配置され、絶縁部材1660の軸線O方向に貫通した複数の端子収納穴1660aに複数の端子金具21a、22aが保持されている。そして、この端子金具21a、22aを、センサ素子10後端の電極パッド(又は電極リード)11a、12aに電気的に接続することにより、センサ出力が取り出されるようになっている。
しかしながら、端子収納穴1660aは比較的小径であり、さらにその内部に端子金具21a、22a、及びこれに接続されるリード線146が挿通していることから有効な開口段面積は小さく、通気抵抗が高くなってセンサ素子10に十分に大気が導入されないという問題があった。
又、大気導入孔1700hからガスセンサ内部に導入された大気は、絶縁部材1660の後端面に衝突した後に端子収納穴1660aを通るため、大気の流入が阻害されていた。それ故、スムースにセンサ素子へと大気を導入することができないという問題があった。
特に、排気管等に取り付けられるガスセンサ2000の先端側にて、センサ素子10の周囲のシールを完全にするのは難しく、センサ素子10の内部に若干の排気ガス(被測定ガス)が流入することがある。このような場合、排気ガスが大気によって速やかに入れ替わらないと、上記セルが排気ガスを基準電位として検出してしまい、センサの出力不良が発生するおそれがある。
一方、ガスセンサの使用時の振動等により、フィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170から先端側へ脱落する恐れがあり、これを有効に防止することが求められている。
又、絶縁部材の後端向き面における貫通孔の最大内接円の直径は、フィルタ留具の内径より小さく、貫通孔より径方向外側にフランジ部の一部がはみ出しているため、当該はみ出し部分を介して絶縁部材(の後端向き面)がフランジ部の先端向き面を押圧することができる。従って、貫通孔の断面積を確保しつつもフィルタ留具(及びフィルタ)がシール部材から脱落することを防止することができる。さらに、ガスセンサの使用時の振動等により、絶縁部材とシール部材が径方向に互いにずれても、フィルタ留具(及びフィルタ)がシール部材から脱落することが回避される。
なお、貫通孔の最大内接円とは、貫通孔の内側に接する円のうち最大径のものをいう。
また、前記貫通孔は、多角形状の断面を有するので、貫通孔の短辺に沿う方向において、上記したはみ出し部分の長さを比較的長くとることができる。そのため、ガスセンサの使用時の振動等により、絶縁部材とシール部材が径方向に互いにずれても、上記距離に十分の余裕があるため、絶縁部材によってフランジ部を押圧する面積が低減せず、フィルタ留具(及びフィルタ)の保持がより確実になる。
この場合、貫通孔の短辺に沿う方向において、上記したはみ出し部分の長さを比較的長くとることができる。そのため、ガスセンサの使用時の振動等により、絶縁部材とシール部材が径方向に互いにずれても、上記距離に十分の余裕があるため、絶縁部材によってフランジ部を押圧する面積が低減せず、フィルタ留具(及びフィルタ)の保持がより確実になる。
このガスセンサによれば、大気導入孔と貫通孔とが少なくとも一部で重なって配置されているため、大気の流入経路にはその流入を阻害する障害となるものがない。それ故、外部からフィルタ留具内に流入した大気はスムースにセンサ素子へと大気を導入することができる。
又、絶縁部材の後端向き面における貫通孔の最大内接円の直径は、フィルタ留具の内径より小さく、貫通孔より径方向外側にフランジ部の一部がはみ出しているため、当該はみ出し部分を介して絶縁部材(の後端向き面)がフランジ部の先端向き面を押圧することができる。従って、貫通孔の断面積を確保しつつもフィルタ留具(及びフィルタ)がシール部材から脱落することを防止することができる。さらに、ガスセンサの使用時の振動等により、絶縁部材とシール部材が径方向に互いにずれても、フィルタ留具(及びフィルタ)がシール部材から脱落することが回避される。
なお、貫通孔の最大内接円とは、貫通孔の内側に接する円のうち最大径のものをいう。
また、前記貫通孔は、楕円形状の断面を有するので、貫通孔の後端向き面において、フランジ部のはみ出し部分が存在するため、上記同様にフィルタ留具(及びフィルタ)がシール部材から脱落することを防止することができる。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)200の長手方向に沿う全体断面図、図2はセンサ素子10の斜視図、図3は先端側から見たセパレータ166の底面斜視図、図4はグロメット170近傍の構成を示す図1の部分拡大図、図5は先端側から見たセパレータ166の底面図、図6は端子金具を保持したセパレータ166の底面図、図7は図6の部分拡大図である。
このガスセンサ200は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサであり、酸素イオン透過性の固体電解質と1対の電極とを有するセル(図示せず)を備えたセンサ素子10を有する。そして、このセルのセンサ出力の基準電位は、ガスセンサの外部から取り込んだ基準酸素(大気)を基準とするようになっている。
又、センサ素子10の先端のガス検出部10aは、アルミナ等の多孔質保護層20で覆われている。
また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持するための金属ホルダ158が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
さらに、グロメット170の軸方向中心には基準雰囲気となる大気を導入するための略円形の大気導入孔170hが形成され、この大気導入孔170hには金属製の略円筒状のフィルタ留具172が嵌挿されている。そして、大気導入孔170hとフィルタ留具172の間に、空気は通すが水を通さない撥水通気性のフィルタ174が保持され、大気導入孔170hを介してガスセンサ200の内外に大気を導入可能になっている。なお、フィルタ留具172は金属製でなく、樹脂製等であってもよい。
そして、センサ素子10の一方の主面10Aの後端側には、幅方向に2つの電極パッド11a、11bが並び、ガス検出部10aからのセンサ出力信号がリード部(図示せず)を介してこれら電極パッド11a、11bから出力される。又、主面10Aに対向するように設けられた他の主面10Bの後端側には、幅方向に2つの電極パッド12a、12bが並び、リード部(図示せず)を介してヒータ部に電力を供給するようになっている。
各電極パッド11a、11b、12a、12bは、軸線O方向に長い矩形状になっていて、例えばPtを主体とする焼結体として形成することができる。
さらに、貫通孔168と4個の端子収納穴166aとの間の部分はセパレータ166の最先端となる先端縁166eから段状に後退し、棚状の先端向き面166sが形成されている。
一方、グロメット170の大気導入孔170hの先端は、フランジ部172fを収容可能に拡径しており、この拡径部分の先端向き面が係止面170sとなっている。そして、フィルタ174を被せたフィルタ留具172をグロメット170の先端側から大気導入孔170hに嵌挿すると、フランジ部172fの後端向き面172sがフィルタ174を介して係止面170sに係止され、フィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170の軸線O方向に位置決めされる。
なお、図1に示したように、グロメット170は外筒144によって加締められて固定される一方、セパレータ166は保持部材169の弾性力によりグロメット170に向かって付勢されている。従って、フランジ部172fの先端向き面172fsはセパレータ166の後端向き面166tによって後端側に押圧され、フィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170内に保持される。
又、端子金具21a(他の端子金具21b、22a、22bも同様)は、全体として軸線O方向に延び、その先端縁から後端に向かって折り返された先端部が電極パッドに接する。又、端子金具21aの後端がリード線146に圧着される。
ここで、詳しくは後述するように、貫通孔168より径方向外側にフランジ部172fの一部R1がはみ出している。
なお、フィルタ留具172の内面の断面積(つまり、直径d2の円の面積)よりも、フィルタ留具172の後端面の開口172hの断面積(つまり、直径d1の円の面積)の方が小さく、大気導入の際には開口172hが律速となるが、貫通孔168への大気の流れとの関係では、貫通孔168に隣接するフィルタ留具172の内面の方が影響が大きいので、本発明ではフィルタ留具172の内面の断面積を規定する。
そこで、貫通孔168の最大内接円CIの直径dINがフィルタ留具172の内径d2より小さくなるように貫通孔168の断面形状を規定すれば、貫通孔168より径方向外側にフランジ部172fの一部R1がはみ出すため、当該はみ出し部分R1でセパレータ166(の後端向き面166t)がフランジ部172f(の先端向き面172fs)を押圧することができる。従って、貫通孔168の断面積を確保しつつもフィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170から脱落することを防止することができる。
さらに、dIN<d2としているため、ガスセンサの使用時の振動等により、セパレータ166とグロメット170が径方向に互いにずれても、フィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170から脱落することが回避される。
貫通孔168の最大内接円CIとは、貫通孔168の内側に接する円のうち最大径のものをいう。
なお、はみ出し部分R1は、フィルタ留具172の中心軸を基準にみて対称に存在する方が好ましい。このような構成であれば、仮に貫通孔168の中心がフィルタ留具172の中心から大きく偏位したとしても、はみ出し部分R1がフィルタ留具172を安定して押圧するため、フィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170から脱落することをより確実に防止することができる。
なお、本発明においても、d2に比べてdINを過度に小さくすると、やはり貫通孔168とフィルタ留具172の連通部分の断面積が減少するので、0.8×d2≦dINとするのが好ましい。
セパレータ166x、セパレータ166yにおいても、それぞれ貫通孔168x、168yの最大内接円CIの直径dINがフィルタ留具172の内径d2より小さく、貫通孔168x、168yより径方向外側にフランジ部172fの一部R1がはみ出している。
又、それぞれ貫通孔168x、168yの断面積は、フィルタ留具172(フランジ部172f)の内面の断面積より大きい。
これらにより、貫通孔168x、168y内の通気抵抗が低くなり、センサ素子10に十分に大気を導入することができると共に、貫通孔168x、168yの断面積を確保しつつもフィルタ留具172(及びフィルタ174)がグロメット170から脱落することを防止することができる。
貫通孔の形状は上記実施形態に限定されず、例えば三角形や五角形などの多角形断面を有する貫通孔を用いてもよい。
又、ガスセンサは、板状のセンサ素子の他、筒状のセンサ素子を有していてもよい。ここで、筒状のセンサ素子の場合、固体電解質体からなる筒部の内面及び外面の先端にはそれぞれ電極が形成され、この電極から電極リード等を介して筒部の後端に端子接続部が一体に形成される。そして、上記電極パッドの代わりに、端子接続部が端子金具に電気的に接続される。
又、端子金具の形状も限定されず、例えば筒状のセンサ素子の外面に形成された端子接続部に接続される端子金具においては、端子接続部に接する先端部を環状とすることができる。
166、166x、166y 絶縁部材(セパレータ)
166t 絶縁部材の後端向き面
168、168x、168y 貫通孔
R1 はみ出し部分
170 シール部材(グロメット)
170h 大気導入孔
170s シール部材の係止面
172 フィルタ留具
172f フィルタ留具のフランジ部
172fs フランジ部の先端向き面
172s フランジ部の後端向き面
174 フィルタ
200 ガスセンサ
O 軸線方向
CI 最大内接円
dIN 最大内接円の直径
d2 フィルタ留具の内径
Claims (5)
- 軸線方向に延び、被測定ガス中の被検出ガス濃度を検出するセンサ素子と、
前記センサ素子の後端側に配置される絶縁部材であり、軸線方向に貫通する貫通孔と、軸線方向に貫通し、リード線と電気的に接続される端子金具が保持された端子収納穴とを有する筒状の絶縁部材と、
前記絶縁部材の後端向き面に自身の先端向き面を接して配置され、軸線方向に貫通する略円形の大気導入孔を有する筒状のシール部材と、該大気導入孔に嵌挿される略円筒状のフィルタ留具と、前記フィルタ留具に保持され、前記大気導入孔を閉塞する通気性のフィルタと、
を備えるガスセンサであって、
前記大気導入孔は、前記貫通孔と少なくとも一部で重なり、
前記フィルタ留具の先端側から径方向外側にフランジ部が延び、該フランジ部の後端向き面は前記シール部材の先端に向く係止面に係止され、該フランジ部の先端向き面の少なくとも一部は前記絶縁部材の後端向き面によって後端側に当接され、
前記絶縁部材の後端向き面における前記貫通孔の最大内接円の直径は、前記フィルタ留具の内径より小さく、
前記貫通孔は、多角形状の断面を有するガスセンサ。 - 前記絶縁部材の後端向き面における前記貫通孔の断面積は、前記フィルタ留具の内面の断面積より大きい請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記貫通孔は、矩形状の断面を有する請求項1または2に記載のガスセンサ。
- 軸線方向に延び、被測定ガス中の被検出ガス濃度を検出するセンサ素子と、
前記センサ素子の後端側に配置される絶縁部材であり、軸線方向に貫通する貫通孔と、軸線方向に貫通し、リード線と電気的に接続される端子金具が保持された端子収納穴とを有する筒状の絶縁部材と、
前記絶縁部材の後端向き面に自身の先端向き面を接して配置され、軸線方向に貫通する略円形の大気導入孔を有する筒状のシール部材と、該大気導入孔に嵌挿される略円筒状のフィルタ留具と、前記フィルタ留具に保持され、前記大気導入孔を閉塞する通気性のフィルタと、
を備えるガスセンサであって、
前記大気導入孔は、前記貫通孔と少なくとも一部で重なり、
前記フィルタ留具の先端側から径方向外側にフランジ部が延び、該フランジ部の後端向き面は前記シール部材の先端に向く係止面に係止され、該フランジ部の先端向き面の少なくとも一部は前記絶縁部材の後端向き面によって後端側に当接され、
前記絶縁部材の後端向き面における前記貫通孔の最大内接円の直径は、前記フィルタ留具の内径より小さく、
前記貫通孔は、楕円形状の断面を有するガスセンサ。 - 前記絶縁部材の後端向き面における前記貫通孔の断面積は、前記フィルタ留具の内面の断面積より大きい請求項4に記載のガスセンサ。
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