(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定種類のガスを検出可能なガス検知素子と、
前記ガス検知素子を制御する回路部と、
外気導入口と外気排出口との間に前記ガス検知素子を収容する外気通路、および、冷却用外気導入口と冷却用外気排出口との間に前記回路部を収容する冷却用外気通路を有するケーシングと、
を備え、
前記外気導入口および前記冷却用外気導入口は前記ケーシングの重力方向下側に設けられ、前記外気導入口または前記冷却用外気導入口の少なくとも一方は、重力方向下方に向けて前記ケーシングの下面に開口した下面導入口、ならびに外気流れに向けて前記ケーシングの前面に開口した前面導入口を有していることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記冷却用外気排出口は前記冷却用外気導入口より重力方向上側に位置し、かつ前記冷却用外気排出口の内圧は前記冷却用外気導入口の内圧より低いことを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記外気排出口および前記冷却用外気排出口は前記ケーシングの重力方向上側に設けられ、前記外気排出口または前記冷却用外気排出口の少なくとも一方に防水壁を設けていることを特徴とする請求項１または２記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記外気導入口に、侵入物選択手段が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記冷却用外気導入口に、侵入物選択手段が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記侵入物選択手段は、板形状部材または網状部材であることを特徴とする請求項４または５記載のガス検出装置。
【請求項７】
前記ガス検知素子の上流側の前記外気通路は迷路構造を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載のガス検出装置。
【請求項８】
前記回路部の下流側の前記冷却用外気通路は迷路構造を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載のガス検出装置。
【請求項９】
前記ガス検知素子は前記外気通路の空気滞留空間に収容されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載のガス検出装置。
【請求項１０】
前記ケーシングは、前記外気通路と前記冷却用外気通路とを区画するセパレータを有し、前記外気導入口と前記冷却用外気導入口、ならびに前記外気排出口と前記冷却用外気排出口は共通であることを特徴とする請求項１から９の少なくとも一項記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス検出装置に関するもので、例えば自動車の排ガス検出に用いられるガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気中の特定のガスを検知する半導体からなるガス検知素子は、自動車の排ガスに含まれるＨＣやＣＯ等の還元性ガスを検知できることが知られている。そのため、このガス検知素子を用いたガス検出装置はエアコンの内外気切換えセンサとして例えば自動車の外気取入口等に取付けられる。
【０００３】
ところが、この種のガス検出装置は、外気を取込む必要性から例えば自動車のエンジンルーム内に取付けられることが多く、雨、洗車時の水等が降りかかり易い。そのため、内蔵される制御回路等の被水を防止するため、外気導入口および排出口を除いて、外部から侵入する水等を防ぐ構造（以下、「防水構造」という。）を採る構成が一般的とされてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した防水構造を採用したガス検出装置によると、制御回路にマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という。）を用いた場合、マイコンに安定した電源電圧を供給するため、発熱を伴う定電圧回路をも制御回路とともにガス検出装置内に収容する必要が生ずる。しかも、マイコンの安定動作を確保するため、この定電圧回路とマイコンとは互いに近接した位置関係に配設しなければならないという設計上の制約も受ける。その一方で、防水構造からなる密閉空間内に制御回路および定電圧回路を収容することから、ケーシング外から流入する空気流によって定電圧回路を冷却することができない。そのため、発熱する定電圧回路を効率良く冷却することができず、マイコンを含めた制御回路の周辺温度が上昇し易いという問題を生ずる。
【０００５】
この制御回路の周辺温度が上昇し易いという問題は、例えば放熱効率の高い放熱板を定電圧回路の発熱部分に取付けることによって解決できるように考えられる。ところが、この構成によると、一般に放熱効率の向上に伴い放熱板の体格も大きくなるため、体格の大きな放熱板を収容可能な密閉空間を必要とする。そのため、ガス検出装置の大型化を招くという新たな問題を生ずる。
【０００６】
また、従来のガス検出装置では、外気を取込む外気導入口から粒径の比較的大きな異物、雪等が侵入すると、侵入した異物、雪等の堆積や成長によって外気通路が閉塞されることがあった。すると、この外気通路の閉塞により外気を取込むことができなくなるため、ガス検出装置の動作不良を招くおそれがあるという問題も生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、ガス検知素子を制御する回路部を効率良く放熱し、かつ小型化可能なガス検出装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、外気通路の閉塞を防止するガス検出装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、請求項１記載の手段を採用する。
この手段によると、ガス検出装置のハウジングは、ガス検知素子を収容する外気通路の他に、このガス検知素子を制御する回路部を収容する冷却用外気通路を有する。これにより、冷却用外気導入口から取込まれる冷却用外気によって回路部を冷却することができる。したがって、この回路部が発熱しても、放熱効率の高い放熱板等を用いることなくして、回路部の放熱を効率良くできるため、放熱効率の高い放熱板等による体格の大型化を防止する。つまり、回路部を効率良く放熱し、かつ体格を小型化にする効果がある。
【０００９】
請求項２記載の手段を採用することにより、冷却用外気排出口は冷却用外気導入口より重力方向上側に位置し、かつ冷却用外気排出口の内圧は冷却用外気導入口の内圧より低い。これにより、重力方向上側に位置する冷却用外気排出口から水、異物等が内部に侵入しようとしても、この冷却用外気排出口の内圧が冷却用外気導入口の内圧より低いことから、冷却用外気によって水、異物等が外部方向に押し出される。したがって、内部に侵入しようとする水、異物等が外気通路および冷却用外気通路に侵入することを妨げる。そのため、従来、回路部等を収容する空間をＯリング等により密閉した防水構造から、Ｏリング等のシール部材を必要としない構造に変更できる。したがって、Ｏリング等のシール部材を必要としない分、部品点数を削減する効果がある。
【００１０】
請求項４記載の手段を採用することにより、外気導入口には、侵入物選択手段が設けられることから、この侵入物選択手段によって例えば所定粒径の異物や所定量以上の水等の侵入を防止できる。これにより、侵入した異物による外気通路の閉塞や、被水を免れるため、動作不良を回避できる効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のガス検出装置による一実施例を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、ガス検出装置１は外気中のＨＣ、ＮＯｘ等の臭いガス成分濃度をガスセンサ２によって検出するもので、また図２に示すように、その検出ガス濃度に対応した検出信号を車両に搭載された電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）１０２へ出力するものである。このＥＣＵ１０２は、ガス検出装置１で検出されたガス濃度に応じて、図２に示す内外気切替装置の内外気切替ダンパ１０３を駆動するアクチュエータ１０４へ制御信号を出力し制御する。
【００１２】
図２に示すように、内外気切替装置は、内外気切替箱１０５に形成された内気導入口１０５ａと外気導入口１０５ｂとを選択的に開閉する内外気切替ダンパ１０３と、この内外気切替ダンパ１０３を駆動するアクチュエータ１０４（例えばサーボモータ）とからなる。この内外気切替箱１０５は、車室内へ空気を導くダクト１０６の上流端に配置され、送風機１０７のブロワケース１０７ａと一体に構成されている。
【００１３】
図１に示すように、ガス検出装置１は、例えば、図示しない車両のフロントグリルとラジエータとの間に配設されて、ケーシングの前面に設けられた取付フックを介してフロントグリルに取付けられている。なお、以下の説明においてガス検出装置１のフロントグリルに対する取付方向の天（反重力方向）、地（重力方向）を特定するときは、図１で上方が天方向、下方が地方向をそれぞれ指示するものとする。
【００１４】
ガス検出装置１は、ハウジング１３、カバー５、セパレータ７、フィルタ６、ガスセンサ２、回路基板３等より構成されている。
ケーシングとしてのハウジング１３、カバー５およびセパレータ７は樹脂からなる。ハウジング１３は箱形に形成され、その下端部にはハウジング１３の前面および下面に外気導入口１０が設けられ、さらにハウジング１３の下端部前面から後方（図１で右方）へ向かって外気としての空気を導入する外気導入路１１が形成されている。ここで、外気導入口１０は、特許請求の範囲に記載の「外気導入口」および「冷却用外気導入口」に相当する。つまり、本実施例では、本発明の構成要素の一部である「外気導入口」と「冷却用外気導入口」とを共用する構成を採っている。
【００１５】
この外気導入路１１は、ハウジング１３の前面および下面に開口する前面空気取入口１０ａと下面空気取入口１０ｂおよびバッフル１２で構成される。侵入物選択手段としてのバッフル１２は、前述した前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂの断面積がほぼ同じになるように設定されており、取入口近傍よりも内部（後方）側の開口面積（通路断面積）が小さくなるように形成されている。なお、下面空気取入口１０ｂはケーシング内に侵入した水等を外部に排出する排出口の役割も兼ね備えている。
【００１６】
また図４に示すように、ハウジング１３の側面には、内蔵する回路基板３とＥＣＵ１０２とを電気的接続するコネクタ１６がハウジング１３と一体成形されている。
一方、図１および図４に示すように、カバー５はハウジング１３の外周に嵌合可能に形成され、またハウジング１３の外周に設けられた爪１３ｂとカバー５の外周に設けられたフック５ａとの係合によってハウジング１３に組付けられている。このカバー５には、空気排出口１７、フィルタ押さえ部１８、押さえリブ１９、および水切壁２０、２６が設けられている。
【００１７】
空気排出口１７は、カバー５の上部両側、すなわち幅方向にそれぞれ二箇所ずつ設けられており、空気排出口１７の下流側には、空気排出口１７からケーシング内への水等の侵入を防止するための防水壁２１がカバー５の内側で入り込むような位置に設けられている。ここで、空気排出口１７は、特許請求の範囲に記載の「外気排出口」および「冷却用外気排出口」に相当する。つまり、本実施例では、本発明の構成要素の一部である「外気排出口」と「冷却用外気排出口」とを共用する構成を採っている。
【００１８】
フィルタ押さえ部１８は、ケーシング内に収容されるフィルタ６の上部側面６ａを押さえフィルタ６を保持するもので、空気排出口１７より下方でカバー５の内側で窪んで形成されている。
押さえリブ１９は、フィルタ６の下部側面６ｂを部分的に押さえて保持するもので、フィルタ押さえ部１８の下方で、カバー５の内側へ上下方向に延びて突設されている。
【００１９】
水切壁２０は、後述する検知空気通路２２の一部を迷路構造とするためのもので、押さえリブ１９よりさらに下方でカバー５の内側へ幅方向に延びて突設されている。
図１、図２および図５に示すように、ケーシングの一部を構成するセパレータ７はハウジング１３の内部に組付可能な形状に形成されている。そして、ハウジング１３に組付けられたセパレータ７によって、ケーシング内の空間が、ガスセンサ２の収容される検知空気通路２２と回路基板３の収容される冷却空気通路２３とに区画される。
【００２０】
ここで、検知空気通路２２は特許請求の範囲に記載の「外気通路」に相当し、冷却空気通路２３は特許請求の範囲に記載の「冷却用外気通路」に相当する。
セパレータ７の外周壁とハウジング１３の内周壁との間には、例えばその間隙が約１ｍｍ以下に設定されるＵ字溝８が区画形成される。このようにして回路基板３が配される基板側と外気が流入する通路側とにケーシングの内部を区画し、セパレータ７の通路側には、カバー５との間に前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂと空気排出口１７とを連絡する検知空気通路２２（前述した外気導入路１１は、この一部）が形成される。
【００２１】
図３に示すように、セパレータ７の前述したＵ字溝８の先端（ハウジング１３の底部とセパレータ７との当接部位）には、Ｕ字溝８と一体的にガス検出装置１の厚さ方向、すなわちＵ字溝８と直角方向に薄肉状の弾性壁９が断面Ｌ字状に形成され、その先端部をハウジング１３内壁に弾性的に押圧している。この弾性壁９のケーシング内方向には、後述する回路基板３をセパレータ７側に押さえつける板状の基板支持部材１３ａがハウジング１３と一体に形成されている。そして、この基板支持部材１３ａと弾性壁９とが近接し、いわゆる入れ子状態に位置することによって極めて通路幅の狭い迷路構造を有する通路を形成している。
【００２２】
これにより、基板支持部材１３ａと弾性壁９との間に形成される隙間および弾性壁９とハウジング１３内壁との間に形成される隙間により、図３に示す点線矢印のような蛇行形状の通路を形成し、前述した冷却空気通路２３より流出する冷却空気通路２３を確保している。このように冷却空気通路２３の途中を通路幅を狭く、かつ迷路構造にすることによって、重力方向上側に位置する空気排出口１７からケーシング内に侵入した水が、回路基板３の収容空間にまで流れ込むのを防止している。
【００２３】
また、図１に示すように、セパレータ７には、排水壁２５、水切壁２６およびフィルタ支持部材等が設けられている。
排水壁２５は、連通孔２４の左右両側にハの字形に形成されて、さらに端部がハウジング１３の内壁面に沿って延設されている。
水切壁２６は、カバー５に設けられた水切壁２０とともに検知空気通路２２を迷路構造とするためのもので、セパレータ７の下部に幅方向に延びて突設されている。
【００２４】
フィルタ支持部材は、フィルタ６の上端面６ｃおよび下端面６ｄを支持するように四箇所に形成される突起２７と、フィルタ６の左右側面６ｅ、６ｆを支持するように二箇所に形成される側壁２８とからなる。この側壁２８の上部側は、前述した排水壁２５の端部がハウジング１３の内壁面に沿って延設された部位であり、また各側壁２８は、ハウジング１３の内壁面との間に排水用通路２９ａを形成している。
【００２５】
フィルタ６は纎維状の素材からなり、ケーシング内に流入する外気に含まれる塵芥を除去する。そして、前述したフィルタ支持部材、フィルタ押さえ部１８および押さえリブ１９によってカバー５とセパレータ７との間に圧縮固定されている。このフィルタ６は、上端面６ｃおよび下端面６ｄの長さより、側面（上部側面６ａと下部側面６ｂ）の長さの方が長く形成されている。
【００２６】
ガスセンサ２は、金属酸化物の半導体（例えば、主成分であるＳｎＯ２  に少量の貴金属を添付したもの）よりなる図示しないガス検知素子と、このガス検知素子を高温に加熱する図示しないヒータより構成されている。そして、高温に保持された状態でガス検知素子の検知面２ａに所定種類のガスが触れると電気抵抗値が変化する特性を利用して、空気中のガス濃度を検出している。
【００２７】
このガスセンサ２は、後述する回路基板３にその端子をはんだ付けするとともに、セパレータ７に形成される連通孔２４より検知空気通路２２側へ突出している。これにより、ガスセンサ２の検知面２ａが検知空気通路２２を流れる空気に晒されることになる。なお、検知面２ａの周囲（検知面２ａ上）には、検知空気通路２２を流れる空気が一時的に滞留しやすいように、空気滞留空間３０が形成されている。
【００２８】
回路部としての回路基板３には、ガスセンサ２の検知信号をデジタル処理するため図示しない信号処理回路が形成されており、マイコン等を搭載している。またこの回路基板３にはマイコン等に安定した電源電圧を供給するための電源用ＩＣ３ａが放熱板３ｂを介して取付けられている。この放熱板３ｂは電源用ＩＣ３ａが発する熱を放熱するためのもので、前述した冷却空気通路２３を流れる空気によってこの放熱板３ｂが冷やされるため、そのフィンの大きさを従来のものより小さくすることができる。これにより、放熱板３ｂの小型化が可能となるため、ガス検出装置１の体格を小型にできる。なお、信号処理回路でデジタル処理された信号は、前述したコネクタ１６を経由してＥＣＵ１０２に出力される。
【００２９】
次に、ガス検出装置１の作動を図３〜図７に基づいて説明する。
（１）  検知空気通路２２を流れる空気の流れ
前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂより外気導入路１１へ流入した外気は、検知空気通路２２の一部を構成する迷路構造を蛇行しながら流れた後、フィルタ６を通過する。これにより、フィルタ６によって塵芥等が除去された空気が空気滞留空間３０に一時的に滞留した後、空気排出口１７よりケーシング外へ排出される。このとき、空気滞留空間３０に滞留する空気中のガス濃度をガスセンサ２により検出し、そのガス濃度に応じてデジタル処理された信号がＥＣＵ１０２に出力される。
【００３０】
（２）  冷却空気通路２３を流れる空気の流れ
一方、冷却空気通路２３を流れる空気は走行時に外気導入口１０から吹き込まれる。つまり、前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂより導入され、図７に示す点線矢印の経路に従って、回路基板３の収容空間に流込む。そして、図６に示すように、電源用ＩＣ３ａおよびその放熱板３ｂの周囲を流れた後（図６の点線矢印）、前述した図３に示す経路（図３の点線矢印）を通り空気排出口１７から排出される。このように冷却空気通路２３を通る冷却用の空気が、前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂから空気排出口１７に排出されるのは、車両走行時においては、外気導入口１０からケーシング内に吹き込む空気流によって、前面および下面空気取入口１０ａ、１０ｂの内圧の方が空気排出口１７の内圧より高くなるためである。これにより、空気排出口１７側から被水した水等がケーシング内に流込もうとしても、この差圧により水等の侵入を妨ぐため、空気排出口１７からケーシング内に容易に水が入らない。また空気排出口１７から水が侵入したとしても、次の（３）  で説明する経路によってケーシング外に排水することができる。
【００３１】
（３）  空気排出口１７から侵入する水等の流れ
もしガス検出装置１の全体が被水して、空気排出口１７やハウジング１３とカバー５との嵌合隙間から水がケーシング内へ侵入したとしても、図４に示す実線矢印に示す経路によって、フィルタ６の側方に形成される排水用通路２９ａを経由して排水することができる。
【００３２】
またケーシング内に侵入した水が、セパレータ７の外周壁、すなわちハウジング１３内周壁との当接部を越えて侵入した場合、水はＵ字溝８にトラップされる。つまり、Ｕ字溝８は、前述した排水用通路２９ａと同様、ハウジング１３の内壁との間で、側方に下面空気取入口１０ｂと連通する排水用通路２９ｂを有しているため、図５に示す実線矢印に示す経路によって前述した排水通路２９ａと同様、Ｕ字溝８にトラップした水を下面空気取入口１０ｂから排出することができる。
【００３３】
さらに侵入した水がＵ字溝６を越えてハウジング１３の内壁とセパレータ７の先端部のＬ字状弾性壁９の外側との空間部８ａに侵入した場合、この空間部８ａはハウジング１３の内壁との間で、Ｕ字溝８と同様、側方に、下面空気取入口１０ｂと連通する排水用通路２９ｃを有する。そのため、前述した排水通路２９ａ、２９ｂと同様、ケーシング内に侵入した水を排出することができる（図６および図７に示す実線矢印参照）。
【００３４】
以上説明したように、本実施例によると、ガス検出装置１のケーシングは、ガスセンサ２を収容する検知空気通路２２の他に、このガスセンサ２を制御する回路基板３を収容する冷却空気通路２３を有する。これにより、外気導入口１０から取込まれる冷却空気によって回路基板３上で発熱する電源用ＩＣ３ａやその放熱板３ｂを空気冷却することができる。そのため、放熱効率の高い放熱板等を用いることなくして、電源用ＩＣ３ａおよびその放熱板３ｂを効率良く放熱できる。したがって、放熱効率の低い放熱板、すなわち小さな放熱板を用いることができ、ガス検出装置１の体格を小型化にする効果がある。
【００３５】
また、本実施例によると、空気排出口１７は外気導入口１０より重力方向上側に位置し、かつ車両走行中においては空気排出口１７の内圧は外気導入口１０の内圧より低い。これにより、空気排出口１７側から被水した水等がケーシング内に流込もうとしても、この差圧により水等の侵入を妨げるため、空気排出口１７からケーシング内に容易に水を侵入させない効果がある。
【００３６】
さらに、本実施例によると、外気導入口１０またはその前方に、外気導入口１０の断面積より小さいバッフル１２を配設する。これにより、洗車用の高圧流水等のように直接かつ直線的に侵入する水の全部もしくは一部を反射させたり、または散乱させたりして水の衝撃エネルギーを弱めるため、ケーシング内への浸水を防止する効果がある。また雪についてもバッフル１２が同様に機能する。つまり、ケーシング内に雪が侵入したとしても、所定の大きさを有する下面空気取入口１０ｂから落下する構造を有するため、外気導入路１１内に溜まることもなく、空気取入口１０や外気導入路１１の閉塞を防止する効果がある。
【００３７】
さらにまた、本実施例によると、検知空気通路２２には、フィルタ６の下方に空気の流れを蛇行させる迷路構造が設けられていることから、外気導入路１１より導入された空気中に水分が含まれている場合でも、迷路構造を構成する水切壁２０、２６で水分の侵入を防止することができる。つまり、迷路構造を水分を含んだ空気が下方から上方へ通り抜ける際に、水切壁２０、２６で水分が跳ね返されて下方へ落下し、そのまま外気導入路１１の空気取入口１０ｂより排出させることができる。
【００３８】
また、本実施例によると、排水通路２９ａ、２９ｂ、２９ｃの三つの経路による排水通路を有することから、ケーシング内に侵入した水を三段階によって排出することができる。これにより、従来の密閉された防水構造では必須であったＯリングが必要なくなり、これを廃止することができる。したがって、Ｏリングの廃止による部品点数の削減する効果がある。
【００３９】
なお、上述した実施例では、フィルタ６の下部側面６ｂで、カバー５の押さえリブ１９によって押圧されている側面を通気面とするために、カバー５との間に所定隙間を形成したが、本発明では、これに限られることなく、フィルタとセパレータとの間に隙間を形成して、セパレータ側の側面（下面側）を通気面としても良い。またフィルタの下部側面および側面とカバーおよびセパレータとの間にそれぞれ隙間を形成しても良い。
【００４０】
また、本実施例では、ガス検出装置１で検出されたガス濃度に応じて、内外気切替装置を制御する例を示したが、本発明では、これに限られることはなく、例えばガス検出装置を車室内に設置して、内気（車室内空気）のガス濃度を検出し、内気の汚染度が高くなったときに空気清浄器を作動させるように制御したり、内気の汚染度が高くなったときに外気モードが設定されるように内外気切替装置を制御したりしても良い。
【００４１】
さらに、本実施例では、侵入物選択手段を板形状のバッフル１２により構成したが、本発明では、これに限られることはなく、例えばふるいの網ような網状の部材により構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検出装置の側面断面図である。
【図２】内外気切替装置の模式図である。
【図３】図１に示す一点鎖線ＩＩＩ  の円内拡大図である。
【図４】図１に示すＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１に示すＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示すＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図６に示すＶＩＩ  −ＶＩＩ  線断面図である。
【符号の説明】
１      ガス検出装置
２      ガスセンサ  （ガス検知素子）
３      回路基板    （回路部）
５      カバー      （ケーシング）
６      フィルタ
７      セパレータ  （ケーシング）
８      Ｕ字溝
１０      外気導入口  （外気導入口、冷却用外気導入口）
１１      外気導入路
１２      バッフル    （侵入物選択手段）
１３      ハウジング  （ケーシング）
１７      空気排出口  （外気排出口、冷却用外気排出口）
２２      検知空気通路（外気通路）
２３      冷却空気通路（冷却用外気通路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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