| 【発明の名称】 |
ガスセンサ |
| 【発明者】 |
【氏名】横山 泰二
|
| 【要約】 |
【課題】組立時に導電性ホルダと大気側カバー間の絶縁不良が生じ難いガスセンサを提供すること。
【解決手段】リード線２９とセンサ素子２の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダ３により確保され，導電性ホルダ３は，補助円筒を有するリード線接続部３４と電極接続部３３と，両者を連結させる胴部３０と，電極接続部３３と胴部３０とを結ぶ第１連結部３１と，リード線接続部３４と胴部３０とを結ぶ第２連結部３２とよりなり，第１連結部３１は第２連結部３２よりも屈曲容易に構成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内部に基準ガス室を設け，内側面に基準ガス側電極を，外側面に被測定ガス側電極を設けた有底円筒型のセンサ素子と，該センサ素子に設けられた基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線と，該センサ素子を保持するハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側には大気側カバーが，先端側には被測定ガス側カバーが設けてあると共に，上記大気側カバー内の基端側には上記リード線が挿通配置された弾性絶縁部材が設けてあるガスセンサにおいて，上記リード線と上記センサ素子の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダにより確保されてなり，該導電性ホルダは，上記リード線と電気的導通が取られるリード線接続部と，上記センサ素子における上記基準ガス側電極と電気的導通が取られる電極接続部と，上記リード線接続部と上記電極接続部とを連結させる胴部と，上記電極接続部と上記胴部とを結ぶ第１連結部と，上記リード線接続部と上記胴部とを結ぶ第２連結部とよりなると共に，上記第１連結部は上記第２連結部よりも屈曲容易に構成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】 請求項１において，上記第１連結部は上記第２連結部よりも幅細く構成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】 請求項１において，上記第１連結部は切り込み部を有することを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】 請求項１において，上記第１連結部には弾性が付与されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】 請求項１において，上記胴部はガスセンサ軸方向と平行に構成され，該胴部に対して上記第１連結部はガスセンサ径方向外側に向うと共にガスセンサ先端側へ向かうよう構成されており，上記胴部に対する上記第１連結部のなす角度はsin-1{(L/l)(Wa/Wb)(sinφ)}〜９０度となるよう構成されていることを特徴とするガスセンサ。ここに，Ｌはリード線接続部の基端側中央部と第２連結部の基端側端部との距離，ｌは第１連結部の長さ，Ｗａは第１連結部の幅，Ｗｂは第２連結部の幅，φは距離Ｌのガスセンサ軸方向に対する傾き角度である。
【請求項６】 内部に基準ガス室を設け，内側面に基準ガス側電極を，外側面に被測定ガス側電極を設けた有底円筒型のセンサ素子と，該センサ素子に設けられた基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線と，該センサ素子を保持するハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側には大気側カバーが，先端側には被測定ガス側カバーが設けてあると共に，上記大気側カバー内の基端側には上記リード線が挿通配置された弾性絶縁部材が設けてあるガスセンサにおいて，上記リード線と上記センサ素子の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダにより確保されてなり，上記大気側カバーにおける上記導電性ホルダとの対面箇所がより径大に構成されていることを特徴とするガスセンサ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【技術分野】本発明は，自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設置して空燃比制御等に利用するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】自動車エンジンの排気系に設置され，空燃比制御に利用されるガスセンサとして，後述する図９（ｂ）に示すような一線式のガスセンサ１が知られている。このガスセンサ１は，内部に基準ガス室２００を設け，内側面に基準ガス側電極を，外側面に被測定ガス側電極を設けた有底円筒型のセンサ素子２と，基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線２９と，センサ素子２を保持するハウジング１０とよりなる。
【０００３】上記ハウジング１０の基端側には第１カバー１１１及び第２カバー１１２よりなる大気側カバー１１が，先端側には被測定ガス側カバー１２が設けてあり，大気側カバー１１内の基端側にはリード線２９が挿通配置された弾性絶縁部材１３が設けてある。また，上記リード線２９と上記センサ素子２の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダ９により確保される。
【０００４】このガスセンサ１は，被測定ガス側電極，つまり素子の外側面に設けた電極は金属製のハウジング１０に対して電気的導通が確保されている。これにより，被測定ガス側電極はアースされる。また，素子２の内側面に設けた基準ガス側電極は上記導電性ホルダ９を介してリード線２９に接続されている。このガスセンサ１は，センサ素子２の基準ガス室２００と被測定ガスとの間のガス濃度差に応じた電位が上記基準ガス側電極に生じ，これをリード線２９を利用して検知することでガス濃度を測定する構造となっている。
【０００５】ここに上記導電性ホルダ９はリード線２９と接続されるリード線接続部と，センサ素子２に接続される電極接続部９３と，両者を連結させる胴部９０，電極接続部９３と胴部９０とを結ぶ第１連結部９１と，リード線接続部と胴部９０とを結ぶ第２連結部９２とより構成される。また，リード線接続部９４に対しリード線のかしめを容易とする補助円筒９５が設けられている。
【０００６】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記ガスセンサを組み立てる際に，次のような問題が生じることが従来問題となっている。図８（ａ）に示すごとく，センサ素子２，被測定ガス側カバー１２，第１カバー１１１をハウジング１０に組付け，またセンサ素子２の基準ガス室２００に導電性ホルダ９をセットしたガスセンサアセンブリ１９を準備する。また，リード線２９を挿通した弾性絶縁部材１３を準備する。図８（ｂ）に示すごとく，導電性ホルダ９とリード線２９とを接続し，そこに第２カバー１１２をガスセンサアセンブリ１９の基端側から挿入する。
【０００７】この時，第２カバー１１２と弾性絶縁部材１９とがぶつかって，ガスセンサアセンブリ１９に力Ｆが加わる。図８（ａ）に示すごとく，同図における実線に示すように第２カバー１１２と弾性絶縁部材１３が干渉し，同図における破線に示すように導電性ホルダ９がガスセンサ径方向に飛び出すように折れ曲がって変形することがしばしば発生していた。両者が干渉した状態で第２カバー１１２を組付け，必要なかしめ固定等を行なってガスセンサ１を構成した場合，図９（ｂ）に示す状態となる。
【０００８】ガスセンサ１は上述したごとくハウジング１０側がアースされているが，図９（ｂ）に示す状態となった場合，アースされたハウジング１０と接触した第１カバー１１１または第２カバー１１２と導電性ホルダ９とが接触し，導電性ホルダ９と大気側カバー１１との間が絶縁不良の状態になってしまう。そのため，被測定ガス側電極と基準ガス側電極との間でショートが発生し，ガス濃度検出ができなくなってしまう。
【０００９】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，組立時に導電性ホルダと大気側カバー間の絶縁不良が生じ難いガスセンサを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，内部に基準ガス室を設け，内側面に基準ガス側電極を，外側面に被測定ガス側電極を設けた有底円筒型のセンサ素子と，該センサ素子に設けられた基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線と，該センサ素子を保持するハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側には大気側カバーが，先端側には被測定ガス側カバーが設けてあると共に，上記大気側カバー内の基端側には上記リード線が挿通配置された弾性絶縁部材が設けてあるガスセンサにおいて，上記リード線と上記センサ素子の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダにより確保されてなり，該導電性ホルダは，上記リード線と電気的導通が取られるリード線接続部と，上記センサ素子における上記基準ガス側電極と電気的導通が取られる電極接続部と，上記リード線接続部と上記電極接続部とを連結させる胴部と，上記電極接続部と上記胴部とを結ぶ第１連結部と，上記リード線接続部と上記胴部とを結ぶ第２連結部とよりなると共に，上記第１連結部は上記第２連結部よりも屈曲容易に構成されていることを特徴とするガスセンサにある。
【００１１】本発明において最も注目すべきことは，導電性ホルダで，電極接続部と胴部とを結ぶ第１連結部と，リード線接続部と上記胴部とを結ぶ第２連結部とにおいて，第１連結部を第２連結部よりも屈曲容易に構成することにある。
【００１２】次に，本発明の作用につき説明する。第１連結部のほうが屈曲容易に構成されているため，従来技術で記載したような図９にかかる現象が発生し，ガスセンサ軸方向の力Ｆがかかったとき，本発明にかかるガスセンサでは，第１連結部が屈曲して，図３に示すように導電性ホルダの軸方向の長さが縮小するような変形が生じる。そのため，導電性ホルダが矢線Ｋの方向に折れ曲がり，大気側カバーと接触することが防止され，絶縁不良が生じ難くなる。
【００１３】以上，本発明によれば，組立時に導電性ホルダと大気側カバー間の絶縁不良が生じ難いガスセンサを提供することができる。
【００１４】なお，本例のガスセンサは，被測定ガス中の酸素濃度検出用として使用する他，自動車エンジン等の内燃機関燃焼制御に用いる空燃比検出用に使用することができる。
【００１５】次に，請求項２に記載の発明のように，上記第１連結部は上記第２連結部よりも幅細く構成されていることが好ましい（図２参照）。幅細く構成することで第１連結部の剛性を低下させ，屈曲容易とすることができる。
【００１６】次に，請求項３記載の発明のように，上記第１連結部は切り込み部を有することが好ましい（図６（ａ）参照）。切り込み部を設けることで第１連結部の剛性を低下させ，屈曲容易とすることができる。
【００１７】次に，請求項４記載の発明のように，上記第１連結部には弾性が付与されていることが好ましい。弾性を付与することで，第１連結部を屈曲容易とすることができる。また，弾性を付与することで，力Ｆを吸収できるため，第１連結部の屈曲を小さくでき，より大きな力Ｆに対しても対応可能な構成とすることができる。なお，ここに記載した力Ｆとは，後述する図３，図４，図５，図９等に示した，軸方向の力Ｆのことである。また，上記弾性を付与する手段として，図６（ｂ）に示すごとく，第１連結部の一部に折曲げ部を設け，バネ的な作用を発揮できるよう構成する方法が挙げられる。
【００１８】次に，請求項５記載の発明のように，上記胴部はガスセンサ軸方向と平行に構成され，該胴部に対して上記第１連結部はガスセンサ径方向外側に向うと共にガスセンサ先端側へ向かうよう構成されており，上記胴部に対する上記第１連結部のなす角度はsin-1{(L/l)(Wa/Wb)(sinφ)}〜９０度となるよう構成されていることが好ましい（図４参照）。ここに，Ｌはリード線接続部の基端側中央部と第２連結部の基端側端部との距離，ｌは第１連結部の長さ，Ｗａは第１連結部の幅，Ｗｂは第２連結部の幅，φは距離Ｌのガスセンサ軸方向に対する傾き角度である。
【００１９】胴部における第１連結部のなす角度は，図４にθとして記載した角度である。つまり，θとしては，胴部の中心線ｍと，第１連結部の中心線を延ばした延長線ｎとが形成する角で，鋭角側を採用した。θの最大値は９０度，最小値は０度となる。０度の時，胴部と第１連結部は一直線上に並び，９０度の時，胴部に対し第１連結部は直交する。
【００２０】図４（ａ），（ｂ）及び図５に示すごとく，導電性ホルダにかかる力Ｆはリード線接続部の基端側中央部にかかる。この位置から第２連結部基端側端部との距離Ｌの方向に対し，力ＦはそれぞれＦｄ，Ｆｃと分角される。距離Ｌのガスセンサ軸方向に対する傾き角度をφとすると，第２連結部にかかる曲げモーメントＭｂは，Ｌ・Ｆｃ／Ｗｂとなる。
【００２１】一方，第１連結部にかかる軸方向の力Ｆは同様にＦａ，Ｆｂに分解され，第１連結部の長さｌと幅Ｗａから，第１連結部の曲げモーメントＭａはｌ・Ｆａ／Ｗａとなる。
【００２２】第１連結部で容易に屈曲するためには，Ｍｂ＜Ｍａとなるように導電性ホルダを構成すればよい。θが最小となるのは，Ｍｂ＝Ｍａの場合である。このことから，θの最小値は，sin-1{(L/l)(Wa/Wb)(sinφ)}となる。第１連結部の曲げモーメントＭａは，胴部と第１連結部のなす角θに応じて大きくなり，Ｍａが大きいほど，第１連結部がひしゃげやすくなる。そのため，力Ｆは第１連結部をひしゃげて屈曲させることに消費され，第２連結部の変形に消費され難くなる。以上に示すごとく，θを上記範囲とすることで，このように，第１連結部を屈曲しやすくすることができる。
【００２３】θが上記範囲未満である場合は，ＭａがＭｂよりも小さくなり，第１連結部が第２連結部と比べて，ひしゃげ難くなるおそれがある。そのため，力Ｆが第１連結部をひしゃげて屈曲させることに消費されず，第２連結部の変形に消費され，この変形が導電性ホルダと大気側カバーとの間の絶縁不良の原因（図９（ｂ）参照）となるおそれがある。
【００２４】次に，請求項６記載の発明は，内部に基準ガス室を設け，内側面に基準ガス側電極を，外側面に被測定ガス側電極を設けた有底円筒型のセンサ素子と，該センサ素子に設けられた基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線と，該センサ素子を保持するハウジングとよりなり，上記ハウジングの基端側には大気側カバーが，先端側には被測定ガス側カバーが設けてあると共に，上記大気側カバー内の基端側には上記リード線が挿通配置された弾性絶縁部材が設けてあるガスセンサにおいて，上記リード線と上記センサ素子の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダにより確保されてなり，上記大気側カバーにおける上記導電性ホルダとの対面箇所がより径大に構成されていることを特徴とするガスセンサにある（図７参照）。
【００２５】この構成にかかる発明の特徴は，導電性ホルダと大気側カバーが対面する箇所を他の箇所よりもより径大としたことである。これにより，第２連結部が変形して，導電性ホルダの径方向のサイズが大きくなった場合でも大気側カバーの内での変形に留まって，大気側カバーと接触することが防止され，絶縁不良も生じ難い。
【００２６】以上，本発明によれば，組立時に導電性ホルダと大気側カバー間の絶縁不良が生じ難いガスセンサを提供することができる。
【００２７】なお，大気側カバーの径を大きくする際は，多数のテスト用のガスセンサを準備し，試験的な組み立てを行なって，導電性ホルダの屈曲の状態を測定し，その測定結果に基づいて適当な大きさに大気側カバーの径を大きく設計してやればよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】実施形態例１本発明の実施形態例にかかるガスセンサにつき，図１〜図６を用いて説明する。本例のガスセンサ１は，図１に示すごとく，内部に基準ガス室２００を設け，内側面に基準ガス側電極（図示略）を，外側面に被測定ガス側電極（図示略）を設けた有底円筒型のセンサ素子２と，該センサ素子２に設けられた基準ガス側電極と電気的導通が取られるよう構成されたリード線２９と，該センサ素子２を保持するハウジング１０とよりなる。
【００２９】上記ハウジング１０の基端側には大気側カバー１１が，先端側には被測定ガス側カバー１２が設けてあると共に，上記大気側カバー１１内の基端側には上記リード線２９が挿通配置された弾性絶縁部材１３が設けてある。
【００３０】上記リード線２９と上記センサ素子２の基準ガス側電極との間の電気的導通は導電性ホルダ３により確保される。この導電性ホルダ３は，図２に示すごとく，上記リード線２９と電気的導通が取られるリード線接続部３４と，上記センサ素子２における上記基準ガス側電極と電気的導通が取られる電極接続部３３と，上記リード線２９及び電極接続部３３を連結させる胴部３０とを有する。
【００３１】上記電極接続部３３と上記胴部３０とを結ぶ第１連結部３１と，上記リード線接続部３４と上記胴部３０とを結ぶ第２連結部３２とが設けてある。そして，上記第１連結部３１は上記第２連結部３２よりも屈曲容易に構成されている。具体的には，図１，図２に示されるごとく，上記第１連結部３１は上記第２連結部３２よりも幅細く構成されている。
【００３２】以下，詳細に説明する。図１に示すごとく，本例のガスセンサ１は，有底円筒型の固体電解質体２０と，該固定電解質体２０内部に設けた基準ガス室２００，該基準ガス室２００に面する基準ガス側電極，外側面に設けた被測定ガス側電極よりなるセンサ素子２が組付けてある。このセンサ素子２において，図示は省略したが，上記基準ガス側電極は先端側のほうに設けてあり，該基準ガス側電極と導通がとられたリード電極が，センサ素子２の基端側にまで延設されている。上記導電性ホルダ３は上記リード電極に接することで基準ガス側電極との導通が確保される。
【００３３】ハウジング１０の先端側にはセンサ素子２の先端側を覆うように被測定ガス側カバー１２が設けてある。また，ハウジング１０の基端側には第１カバー１１１と第２カバー１１２とよりなる二重構造の大気側カバー１２がかしめ固定されている。第１カバー１１１は直にハウジング１０の基端側に固定され，第２カバー１１２は第１カバー１１１の外方にかしめ固定されている。そして，第２カバー１１２の基端側にはリード線２９が挿通された弾性絶縁部材１３が配置されている。
【００３４】上記導電性ホルダ３は，図２に示すごとく，上記センサ素子２の基準ガス側電極と電気的導通がとられた電極接続部３３と，上記リード線３１と連結棒３９を介して接続されるリード線接続部３４とを有する。また，リード線接続部３４には，連結棒３９とのかしめを容易とするための補助管３５が設けられている。上記電極接続部３３は断面Ｃ字状に構成され，図１に示すごとく，センサ素子２の基準ガス室２００に基端側から挿入されており，センサ素子２の半径方向に拡開するように付勢されている。なお，上記電極接続部３３には径方向外側に拡がる鍔部３３０が設けてある。この鍔部３３０によって，上記基準ガス室２００の導入部たるセンサ素子２の基端側に引っかけ固定される。
【００３５】また，上記リード線接続部３４は断面Ｃ字状の外側に補助管３５を付加し，管状に構成され，電極接続部３３から延設された胴部３０により両者は連結されている。また，上記リード線接続部３４は，リード線２９の端部に棒状の連結棒３９を介してパンチにより弾性絶縁部材１３におけるリード線挿通穴１３０の先端側に押圧固定された状態で掛合されている。
【００３６】電極接続部３３と胴部３０との間は第１連結部３１，リード線接続部３４と胴部３０との間は第２連結部３２が設けてある。第１連結部の幅は１．４ｍｍ，第２連結部の幅は２ｍｍ，胴部３０の幅は３ｍｍである。電極接続部３３の径は６．２ｍｍ，リード線接続部は２．４ｍｍであり，リード線接続部の補助円筒３５の径は３．２ｍｍである。また，図２（ｂ）に示すごとく，胴部３０と第１連結部３１とのなす角度θは４５度である。
【００３７】本例の作用効果について説明する。上述したごとく，第１連結部３１は上記第２連結部３２よりも幅細く構成され，第１連結部の剛性は低く，第２連結部３２よりも屈曲容易に構成されている。
【００３８】また，本例にかかるガスセンサでは，図２（ｂ）に示すごとく，胴部３０と第１連結部３１との間のなす角θを４５度としている。ところで，図４（ａ），（ｂ），図５に示すごとく，θの値に応じて，軸方向の力Ｆがかかった際に，第１連結部３１の曲げモーメントＭａが大となる。θを４５度とすることで，第１連結部３１の曲げモーメントＭａが第２連結部の曲げモーメントＭｂより大きくなって，第１連結部３１が容易に屈曲できる。
【００３９】このため，従来技術で記載したような図９にかかる現象が発生し，ガスセンサ軸方向の力Ｆがかかったとき，本例のガスセンサ１では，図３に示すごとく，第２連結部３２はそのままの状態で，第１連結部３１のみが矢線Ｋ方向に屈曲して，図３に示すように導電性ホルダ３の軸方向の長さが縮小するような変形が生じる。
【００４０】そのため，前述する図９（ｂ）に示すような導電性ホルダ９の折れ曲がりが生じないため，本例においては，導電性ホルダ３と大気側カバー１１との接触が防止され，両者間の絶縁不良が生じない。
【００４１】以上，本例によれば，組立時に導電性ホルダと大気側カバー間の絶縁不良が生じ難いガスセンサを提供することができる。
【００４２】なお，本例のガスセンサ１における導電性ホルダ３は，第１連結部３１をより幅細とすることで上記効果を得ていたが，図６（ａ）に示すごとく，第１連結部３１に切り込み部３１１を設けて，第１連結部３１の剛性を低下させることでも同じ効果を得ることができる。または，図６（ｂ）に示すごとく，折曲げ部３１２を第１連結部３１に設けて，第１連結部３１に弾性を付与して第１連結部３１の剛性を低下させても，同じ効果を得ることができる。
【００４３】実施形態例２本例は，大気側カバー１１をより径大としたガスセンサである。本例のガスセンサの構造は実施形態例１とほぼ同じである。ただし，図７に示すごとく，導電性ホルダ３において，特に第１及び第２連結部３１，３２については幅を略同程度とする。代わりに導電性ホルダ３，特に第２連結部３２と対面する位置について，大気側カバーを構成する第１カバー１１１，第２カバー１１２を径大に構成した。これにより，前述した図９（ｂ）に示すように第２連結部３２が屈曲した場合であっても，屈曲した部分が大気側カバー１１に接触しないため，絶縁不良が生じない。
【００４４】なお，大気側カバー１１の径の決定は，多数のテスト用のガスセンサを準備し，試験的な組み立てを行なって，導電性ホルダの屈曲の状態を測定し，その測定結果に基づいて適当な大きさに大気側カバーの径を大きく設計してやればよい。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
|
| 【出願日】 |
平成１２年８月２５日（２０００．８．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９１４２
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 祥泰 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００２−７１６２３（Ｐ２００２−７１６２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年３月１２日（２００２．３．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２５５３４３（Ｐ２０００−２５５３４３） |
|