(57)【要約】【課題】耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部を有するガスセンサを提供すること。【解決手段】ガスセンサ１は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するセンサ素子２と、センサ素子２を挿入固定するハウジング１０と、ハウジング１０の先端側に配設されてセンサ素子２をカバーする被測定ガス側カバー１１と、ハウジング１０の基端側に配設された大気側カバー３とを有する。大気側カバー３は、大気を大気側カバー３の内部に導入するための通気部４を有しており、通気部４は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上である。【選択図】図１
2006133124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するセンサ素子と、該センサ素子を挿入固定するハウジングと、該ハウジングの先端側に配設されて上記センサ素子をカバーする被測定ガス側カバーと、上記ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側カバーは、大気を該大気側カバーの内部に導入するための通気部を有しており、
該通気部は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上であ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、上記通気部は、上記通気量が１００ｃｍ3／分以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記大気側カバーは、その一部又は全部を上記通気性金属により構成していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記通気部は、上記大気側カバーの一部に通気孔を設け、該通気孔を覆うように上記通気性金属を配設することにより形成してあることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項４において、上記通気性金属は、円筒形状に形成されており、上記大気側カバーの内側面又は外側面に圧入して配設されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項４又は５において、上記通気性金属は、上記大気側カバーの内側面又は外側面に溶接、かしめ、又はロー付けにより接合されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記通気性金属は、不透水性の金属材料であることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関の排気ガス中の酸素濃度等、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用内燃機関の排気系には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのガスセンサが配設されている。
例えば、ガスセンサ９は、図７に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するセンサ素子９２と、センサ素子９２を挿入固定するハウジング９１０と、ハウジング９１０の先端側に配設されてセンサ素子９２をカバーする被測定ガス側カバー９１１と、ハウジング９１０の基端側に配設された大気側カバー９３とを有する。
【０００３】
大気側カバー９３は、本体カバー部９３１と外側カバー部９３２との二部材より構成されている。本体カバー部９３１の一部には、通気性を有する撥水フィルタ９３３を介して外側カバー部９３２がかしめ固定されている。また、本体カバー部９３１及び外側カバー部９３２には、撥水フィルタ９３３に対して連通された第１通気孔９０１及び第２通気孔９０２が設けられている。これらによって、基準ガスとしての大気をガスセンサ９の内部に導入するための通気部９４が形成されている。
【０００４】
上記のガスセンサ９では、通気部９４に通気性を有する撥水フィルタ９３３を用いているため、大気を通気部９４からガスセンサ９の内部に充分に導入することができる。
例えば、特許文献１では、このような優れた通気性を有するガスセンサの構造が示されている。
【０００５】
しかしながら、上記のガスセンサ９では、撥水フィルタ９３３にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂を用いているため、耐熱性が低く、高温下での使用によって熱溶融等の現象が生じるおそれがある。これにより、通気部９４の通気性は低下し、大気をガスセンサ９の内部に充分に導入することができなくなったり、通気部９４のシール性が低下し、水等が浸入したりするおそれがあった。
【０００６】
また、通気部９４を形成するにあたり、本体カバー部９３１及び外側カバー部９３２にそれぞれ通気孔９０１、９０２を設け、撥水フィルタ９３３を介してかしめ固定しなければならない。そのため、通気部９４の構造は複雑となり、通気部９４の形成に多くの工程を必要としていた。
【特許文献１】特許第３５０１２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部を有するガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するセンサ素子と、該センサ素子を挿入固定するハウジングと、該ハウジングの先端側に配設されて上記センサ素子をカバーする被測定ガス側カバーと、上記ハウジングの基端側に配設された大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側カバーは、大気を該大気側カバーの内部に導入するための通気部を有しており、
該通気部は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【０００９】
本発明のガスセンサにおける、上記大気側カバーに設けた上記通気部は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上である。そのため、耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部を備えたガスセンサとなる。
【００１０】
即ち、上記通気部は、通気性と一般的な金属の特性である耐熱性とを有する上記通気性金属によって構成されており、上記通気量が１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以上であるため、通気性を維持しながら耐熱性に優れたものとなる。そのため、上記通気部が高温となっても溶融するおそれがなく、上記通気部の通気性を充分に維持することができる。これにより、基準ガスとしての大気を上記大気側カバーの内部に充分に導入することができ、上記センサ素子にて被測定ガス中の特定ガス濃度を正確に検知することができる。
【００１１】
また、上記通気部を通気性・耐熱性の両方を有する上記通気性金属によって構成することにより、上記通気部の形成に必要な部品点数を削減することが可能であると共に、上記通気部の構造を簡易にすることができる。そのため、上記ガスセンサ全体の構造を簡易にすることができ、製造に必要な工程を減らすことができる。
【００１２】
このように、本発明によれば、耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部を有するガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、上記ガスセンサとしては、例えば、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
【００１４】
また、上記通気性金属としては、例えば、粉末ステンレス鋼、粉末工具鋼等からなる焼結金属を用いることができる。
また、上記ガスセンサにおいて、排気管に挿入する側を先端側、その反対側を基端側という。
また、上記通気部の上記通気量が１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以下の場合、大気を上記大気側カバーの内部に充分に導入することが困難となり、上記センサ素子にて被測定ガス中の特定ガス濃度を正確に検知することが困難となるおそれがある。
【００１５】
また、上記通気部は、上記通気量が１００ｃｍ3／分以上であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、大気を上記大気側カバーの内部に、より円滑に導入することができる。
【００１６】
また、上記大気側カバーは、その一部又は全部を上記通気性金属により構成していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記大気側カバーの一部又は全部を上記通気部とすることができる。そのため、上記通気部の構造を簡易にすることができると共に、上記通気部の形成に必要な部品点数を減らすことができる。また、上記通気部の通気面積及び通気量を大きくすることが容易となる。
【００１７】
また、上記通気部は、上記大気側カバーの一部に通気孔を設け、該通気孔を覆うように上記通気性金属を配設することにより形成してあってもよい（請求項４）。
この場合には、上記通気部の構造を簡易にすることができると共に、上記通気部の形成に必要な部品点数を減らすことができる。また、上記通気部を容易に形成することができる。さらに、上記大気側カバーを成形しやすい材料により構成することにより、製造容易なガスセンサを得ることができる。
【００１８】
また、上記通気性金属は、円筒形状に形成されており、上記大気側カバーの内側面又は外側面に圧入して配設されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記通気性金属を上記大気側カバーに容易に取り付けることができる。
【００１９】
また、上記通気性金属は、上記大気カバーの内側面又は外側面に溶接、かしめ、又はロー付けにより接合されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記通気性金属を上記大気側カバーに容易かつ強固に固定することができる。
【００２０】
また、上記通気性金属は、不透水性の金属材料であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記通気部は、不透水性を有するものとなり、上記大気側カバーの内部に水等が浸入することを防止できる。そのため、上記センサ素子にて被測定ガス中の特定ガス濃度を正確に検知することができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサについて、図１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、被測定ガス中の特定ガス濃度を検知するセンサ素子２と、センサ素子２を挿入固定するハウジング１０と、ハウジング１０の先端側に配設されてセンサ素子２をカバーする被測定ガス側カバー１１と、ハウジング１０の基端側に配設された大気側カバー３とを有する。
そして、大気側カバー３は、大気を大気側カバー３の内部に導入するための通気部４を有しており、通気部４は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上である。
以下、これを詳説する。
【００２２】
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、ハウジング１０の先端側にカバー部材を重ねた二重構成の被測定ガス側カバー１１を、基端側に大気側カバー３を設けている。
また、センサ素子２は、ハウジング１０内部の筒型の下方絶縁碍子２１に挿通され、センサ素子２と下方絶縁碍子２１との間は、ガラス質のシール材２１０によってシール固定されている。
【００２３】
同図に示すごとく、センサ素子２の先端側は、被測定ガス側カバー１１の内部にて被測定ガスにさらされており、基端側は、電極取り出しパッド（図示略）が設けられている。電極取り出しパッドは、上方絶縁碍子２２内において電極取り出しバネ２３と当接しており、電極取り出しバネ２３は、４本のリード線２５とそれぞれ導通された４本の接続端子２４と接続されている（２本のリード線及び接続端子は図示略）。これらの部分により、センサ素子２の信号出力を取り出したり、センサ素子２に一体的に設けられたヒータ（図示略）に電力供給を行うことができる。
【００２４】
次に、ハウジング１０の基端側に配設された大気側カバー３について説明する。
図１に示すごとく、大気側カバー３は、上方絶縁碍子２２を覆うように配設された本体カバー部３１と、上方絶縁碍子２２よりも基端側に配設された通気性カバー部３２とより構成されており、両者は溶接等により接合固定されている。
大気側カバー３の本体カバー部３１は、厚み０．５ｍｍのオーステナイト系ステンレスよりなる。
【００２５】
同図に示すごとく、大気側カバー３の通気性カバー部３２は、厚み１ｍｍの通気性を有する通気性金属によって構成されている。通気性カバー部３２の基端部内側には、リード線２５を挿通した絶縁弾性体１２が設けられており、通気性カバー部３２の外側からかしめ固定されている。そして、通気性カバー部３２における絶縁弾性体１２の配設部よりも本体カバー部３１側に、通気部４が設けられている。つまり、通気性カバー部３２の一部に通気部４が形成されている。
なお、通気部４の通気面積は３６０ｍｍ2である。
【００２６】
また、本例では、通気性カバー部３２を構成する通気性金属として、（株）神戸製鋼所製の「ヒポラス」を用いた。上記通気性金属は、粉末ステンレス鋼等よりなる均一な金属球状粉を高温高圧下で焼結したもので、貫通性の良い多孔体であり、優れた通気性を有する。さらに、一般的な金属の特性である耐熱性、充分な不透水性を有している。
なお、上記通気性金属の平均空孔径は７〜１０μｍ、空隙率は１５±３％である。
【００２７】
また、本例の通気部４は、上記の通気性金属によって構成し、通気面積を３６０ｍｍ2、厚みを１ｍｍとすることにより、１００ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以上の通気量を確保することができる。
【００２８】
次に、本例のガスセンサ１における作用効果について説明する。
本例のガスセンサ１において、大気側カバー３に設けた通気部４は、通気性を有する通気性金属によって構成されていると共に、０．０２ＭＰａの空気圧をかけたときの通気量が１０ｃｍ3／分以上である。そのため、耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部４を有するガスセンサ１となる。
【００２９】
即ち、通気部４は、優れた通気性・耐熱性を有する通気性金属によって構成されており、上記通気量が１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以上であるため、通気性を維持しながら耐熱性に優れたものとなる。そのため、通気部４が高温となっても溶融するおそれがなく、通気部４の通気性を充分に維持することができる。これにより、基準ガスとしての大気を大気側カバー３の内部に充分に導入することができ、センサ素子２にて被測定ガス中の特定ガス濃度を正確に検知することができる。
【００３０】
また、通気部４を通気性・耐熱性の両方を有する通気性金属によって構成することにより、大気側カバー３のみで通気部４を形成することができる。そのため、通気部４の形成に必要な部品点数を削減することが可能であると共に、通気部４を簡易な構造にすることができる。そのため、ガスセンサ１全体の構造を簡易にすることができ、製造に必要な工程を減らすことができる。
【００３１】
このように、本例によれば、耐熱性に優れ、簡易な構造よりなる通気部を有するガスセンサを提供することができる。
【００３２】
また、本例では、通気部４の通気量が１００ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以上であるため、大気を大気側カバー３の内部に、より円滑に導入することができる。
また、通気性金属は充分な不透水性を有しているため、大気側カバー３の内部に水等が浸入することを防止できる。
【００３３】
また、本例では、大気側カバー３を本体カバー部３１と通気性カバー部２との二部材より構成しているが、両者を一体的に構成し、大気側カバー３を一部材とすることもできる。この場合には、大気側カバー３全体を通気性金属によって構成し、大気側カバー３の一部に通気部４を形成することができる。これにより、さらに必要な部品点数を削減することができると共に、ガスセンサ１全体の構造を簡易にすることができる。
【００３４】
（実施例２）
本例では、図２に示すごとく、実施例１のガスセンサ１における通気部４の通気量を測定し、通気性を評価した。
比較のために、図７に示すごとく、通気部の構造が上記ガスセンサ１と異なる従来のガスセンサ９を準備し、同様の評価を行った。従来品は、大気側カバー９３が本体カバー部９３１と外側カバー部９３２とよりなり、それぞれに通気孔９０１、９０２が設けられている。そして、本体カバー部９３１に通気性を有する撥水フィルタ９３３を介して外側カバー部９３２がかしめ固定され、通気部９４が形成されている。
【００３５】
次に、通気部の通気量の測定方法について説明する。
まず、ガスセンサ１から通気部４を設けた大気側カバー３のみを取り出す。そして、図２に示すごとく、大気側カバー３の基端部を封止材１３によって密閉した後、大気側カバー３を軸方向が横向きとなる状態で水中に浸漬させ、通気部４の上方にメスシリンダ５を配置する。ここで、大気側カバー３の先端開口部３１０から０．０２ＭＰａの空気圧をかけて、空気ａを送り込む。このとき、通気部４を通過してメスシリンダ５内に回収された空気量を測定し、１分あたりの通気量を算出した。
また、従来品においても、上記と同様の方法で通気部９４の通気量の測定を行った。
【００３６】
通気部の通気量を測定した結果、従来品の１００ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）に対して、本発明品も１００ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）であった。基準ガスとしての大気をガスセンサ内部に導入するために必要な通気部の通気量は１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）以上である。そのため、本発明品は、必要な通気量を大きく上回っていると共に、従来品の通気量を確保している。
このように、本発明品は、充分な通気性を維持しつつ、通気部の構造を簡易にすることができる。
【００３７】
（実施例３）
本例は、図３、図４に示すごとく、大気側カバー３の一部に通気孔３００を設け、通気性金属よりなる円筒形状の通気性部材３３を大気側カバー３の内側面３０１に圧入して配設したガスセンサ１の例である。
本例のガスセンサ１は、同図に示すごとく、大気側カバー３が一部材のみで構成されており、厚み０．５ｍｍのオーステナイト系ステンレスよりなる。
【００３８】
また、大気側カバー３の基端側に４つの通気孔３００が設けられている。そして、４つの通気孔３００を内側から覆うように、厚み１〜５ｍｍの通気性金属よりなる円筒形状の通気性部材３３を大気側カバー３の内側面３０１に圧入して配設し、通気部４を形成している。したがって、基準ガスとしての大気は、通気孔３００から通気性部材３３を通過して大気側カバー３の内部に導入される。
また、通気部４の通気面積、つまり、４つの通気孔３００の総面積は３ｍｍ2以上である。
その他は、実施例１と同様である。
【００３９】
本例のガスセンサ１において、通気部４は、通気性を維持しながら耐熱性に優れたものとなる。また、通気部４の形成に必要な部品点数を削減することができると共に、通気部４の構造を簡易にすることができる。
また、大気側カバー３を圧延金属材料等の成形しやすい材料により構成することにより、製造容易なガスセンサ１を得ることができる。
【００４０】
また、通気性部材３３を大気側カバー３の内側面３０１に圧入して配設するため、両者を容易に取り付けることができる。
また、実施例２と同様の方法で通気部４の通気量を測定したところ、５０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）であった。従来品に比べて通気量は少ないものの、通気部４に必要な通気量である１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）を超えているため問題はない。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４１】
本例では、通気性部材３３を大気側カバー３の内側面３０１に圧入して固定したが、両者を溶接により固定することもできる。また、通気性部材３３を圧入した後、両者を溶接して固定することもできる。この場合には、両者とも金属より構成されているため、溶接強度は非常に高くなり、両者を強固に固定することができる。
また、円筒状の通気性部材３３を用いたが、通気孔３００及びその周辺部のみを覆うような形状の通気性部材３３を各通気孔３００にそれぞれ溶接して配設することもできる。
また、通気孔３００の数、面積等を変更することによって、通気部４の通気面積及び通気量を調整することができる。
【００４２】
（実施例４）
本例は、図５、図６に示すごとく、大気側カバー３の一部に通気孔３００を設け、通気性金属よりなる円筒形状の通気性部材３３を大気側カバー３の外側面３０２に圧入して配設したガスセンサ１の例である。
【００４３】
本例のガスセンサ１は、同図に示すごとく、４つの通気孔３００を外側から覆うように、通気性金属よりなる円筒形状の通気性部材３３を大気側カバー３の外側面３０２に圧入して配設し、通気部４を形成している。したがって、基準ガスとしての大気は、通気性部材３３から通気孔３００を通過して大気側カバー３の内部に導入される。
また、通気部４の通気面積、つまり、４つの通気孔３００の総面積は３ｍｍ2以上である。
その他は、実施例３と同様である。
【００４４】
本例のガスセンサ１では、通気性部材３３を大気側カバー４の外側面３０２に圧入して配設するため、両者を容易に取り付けることができる。
また、実施例２と同様の方法で通気部４の通気量を測定したところ、５０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）であった。従来品に比べて通気量は少ないものの、通気部４に必要な通気量である１０ｃｍ3／分（０．０２ＭＰａ）を超えているため問題はない。
その他は、実施例３と同様の作用効果を有する。
【００４５】
本例においても、実施例３と同様に、通気性部材３３と大気側カバー３とを溶接により固定することもできる。また、通気性部材３３を圧入した後、両者を溶接により固定することもできる。
また、通気孔３００及びその周辺部のみを覆うような形状の通気性部材３３を各通気孔３００にそれぞれ溶接して配設することもできる。
また、通気孔３００の数、面積等を変更することにより、通気部４の通気面積及び通気量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１における、ガスセンサの構造を示す説明図。
【図２】実施例２における、通気量測定方法を示す説明図。
【図３】実施例３における、ガスセンサの基端側の構造を示す説明図。
【図４】図３における、Ａ−Ａ線の断面図。
【図５】実施例４における、ガスセンサの基端側の構造を示す説明図。
【図６】図５における、Ｂ−Ｂ線の断面図。
【図７】従来における、ガスセンサの構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガスセンサ
１０  ハウジング
１１  被測定ガス側カバー
２  センサ素子
３  大気側カバー
３００  通気孔
３０１  内側面
３０２  外側面
４  通気部
【図１】
2006133124.tif 000003
【図２】
2006133124.tif 000004
【図３】
2006133124.tif 000005
【図４】
2006133124.tif 000006
【図５】
2006133124.tif 000007
【図６】
2006133124.tif 000008
【図７】
2006133124.tif 000009