(57)【要約】      （修正有）【課題】配線基板を収容したケーシング本体部に蓋部をネジで固定する場合に、ケーシング本体部と蓋部との間のシールを確実にすることができるガスセンサを提供する。【解決手段】配線基板５０と、センサ素子４０と、環状側壁１０ｓを有し開口されたケーシング本体部１０、及び開口を閉塞する金属製の蓋部２０からなるケーシングであって、環状側壁に形成された凹部１０ｎを通じて配線基板の基端部５０ｅを外側に露出させるケーシングと、を備えるガスセンサ１であって、蓋部は、第１金属板２１及び第２金属板２２を少なくとも備え、第１、第２金属板は、それぞれ単独で特定トルクのもとネジ２５によって固定された場合に変形が生じ、第２金属板は、第１金属板に対向する面から部分的に突出する突出部を備え、第１金属板及び第２金属板は、特定トルクのもとネジによって固定されると共に、突出部が第１金属板に接触して変形を抑制してなる。【選択図】図１
2018013353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる板状をなす配線基板と、
特定ガスの濃度を検出する検出部を有し、前記配線基板の先端部に配置されると共に当該配線基板と電気的に接続されるセンサ素子と、
底壁、及び、前記底壁から立設する環状側壁を有し、前記底壁と対向する一面が開口された、金属製のケーシング本体部、及び、前記ケーシング本体部の開口を閉塞すると共に、当該環状側壁の天面に複数のネジによって固定された、金属製の蓋部からなるケーシングであって、前記環状側壁の天面の一部に形成された凹部を通じて前記配線基板の基端部を外側に露出させた状態で、前記配線基板の前記先端部を収容すると共に、センサ素子と外部との間での特定ガスの流通を可能とする流通部が設けられたケーシングと、
前記配線基板の前記先端部の表面と前記蓋部との間に配置される環状の第１パッキンと、
前記配線基板の前記先端部の裏面と前記ケーシング本体部の前記底壁との間に配置される環状の第２パッキンと、
を備えるガスセンサであって、
前記蓋部は、前記天面に最も近い位置に配置される第１金属板、及び、前記第１金属板の直上に配置される第２金属板を少なくとも備えており、
前記第１、第２金属板は、それぞれ単独で特定トルクのもと前記ネジによって前記天面に固定された場合に、部分的に前記底壁から離れる方向に変形が生じる構成を有しており、
前記第２金属板は、前記第１金属板に対向する面から部分的に突出する突出部を備え、
前記第１金属板及び前記第２金属板は、前記特定トルクのもと前記ネジによって前記天面に固定されると共に、前記突出部が前記第１金属板に接触して当該第１金属板に生じる前記変形を抑制してなる
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、特定ガスの濃度を検知するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属酸化物センサとして、開口部内にセンサ素子をワイヤボンディング等で宙吊り固定した配線基板をケース（ハウジング）内に収容し、センサ素子を含む配線基板の開口部近傍をケース外に突き出した構成が知られている（特許文献１）。
この技術では、ケース側面に配線基板を突き出す矩形の孔が設けられ、この孔と配線基板との隙間をシールするようになっている。又、ケースにケースカバーが固定されている。さらに、センサ素子を配線基板に宙吊り固定することで、センサ素子の熱容量や周囲の熱的影響を減らしてガスの検知精度や応答性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平9-184817号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ケースにケースカバーをパッキン等を介してネジで取り付ける場合、ネジの締結力（軸力）でケースカバーの中央部が上方に撓み、パッキンとケースカバーの間に隙間が生じてシールが不十分になるおそれがある。その結果、ケーシング内のガスがシールから漏れ、センサ素子によるガスの測定に影響を与えるという問題がある。
一方、ケースカバーを厚くすればその撓みを抑制できるが、コストアップやセンサの大型化を招く。
そこで、本発明は、配線基板を収容したケーシング本体部に蓋部をネジで固定する場合に、ケーシング本体部と蓋部との間のシールを確実にすることができるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、長手方向に延びる板状をなす配線基板と、特定ガスの濃度を検出する検出部を有し、前記配線基板の先端部に配置されると共に当該配線基板と電気的に接続されるセンサ素子と、底壁、及び、前記底壁から立設する環状側壁を有し、前記底壁と対向する一面が開口された、金属製のケーシング本体部、及び、前記ケーシング本体部の開口を閉塞すると共に、当該環状側壁の天面に複数のネジによって固定された、金属製の蓋部からなるケーシングであって、前記環状側壁の天面の一部に形成された凹部を通じて前記配線基板の基端部を外側に露出させた状態で、前記配線基板の前記先端部を収容すると共に、センサ素子と外部との間での特定ガスの流通を可能とする流通部が設けられたケーシングと、前記配線基板の前記先端部の表面と前記蓋部との間に配置される環状の第１パッキンと、前記配線基板の前記先端部の裏面と前記ケーシング本体部の前記底壁との間に配置される環状の第２パッキンと、を備えるガスセンサであって、前記蓋部は、前記天面に最も近い位置に配置される第１金属板、及び、前記第１金属板の直上に配置される第２金属板を少なくとも備えており、前記第１、第２金属板は、それぞれ単独で特定トルクのもと前記ネジによって前記天面に固定された場合に、部分的に前記底壁から離れる方向に変形が生じる構成を有しており、前記第２金属板は、前記第１金属板に対向する面から部分的に突出する突出部を備え、前記第１金属板及び前記第２金属板は、前記特定トルクのもと前記ネジによって前記天面に固定されると共に、前記突出部が前記第１金属板に接触して当該第１金属板に生じる前記変形を抑制してなる。
【０００６】
第１金属板又は第２金属板単独で、上記特定トルクのもと、ネジによってケーシング本体部の天面に固定した場合、ネジの締結力（軸力）がケーシング本体部に向かう向きに第１金属板又は第２金属板に働くが、ネジの内側の第１パッキンが支点となって軸力の反力が第１金属板又は第２金属板に加わり、上述の変形が生じるような強度に設定されている。
この場合、第１パッキンと第１金属板の間に隙間が生じてシールが不十分になるおそれがある。そこで、上記特定トルクのもと、第１金属板及び第２金属板を重ねてネジで固定し、第２金属板の突出部を第１金属板に接触させると、第１金属板の中央部を第２金属板の突出部が第１パッキン側に押圧し、第１金属板の変形を抑制する。
その結果、第１パッキンと蓋部の間に隙間が生じてシールが不十分になることを抑制し、センサ素子による特定ガスの測定に影響を与えることを抑制できる。
又、第１金属板及び第２金属板の強度を過大にしなくて済むので、コストアップやセンサの大型化を抑制できる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、配線基板を収容したケーシング本体部に蓋部をネジで固定する場合に、ケーシング本体部と蓋部との間のシールを確実にしたガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサの分解斜視図である。
【図２】ケーシング本体部内に収容された配線基板及び第１パッキンを示す斜視図である。
【図３】蓋部の第１金属板、及び第２金属板を示す斜視図である。
【図４】ケーシング本体部に第１金属板のみを固定した状態を示す図である。
【図５】ケーシング本体部に第１金属板及び第２金属板を固定した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ１の分解斜視図、図２はケーシング１０内に収容された配線基板（本実施形態ではセラミック配線基板）５０及び第１パッキン３２を示す斜視図、図３は蓋部２０の第１金属板２１、及び第２金属板３３を示す斜視図、図４はケーシング本体部１０に第１金属板のみ２１を固定した状態を示す図、図５はケーシング本体部１０に第１金属板２１及び第２金属板２２を固定した状態を示す図である。
【００１０】
図１において、ガスセンサ１は、略矩形箱状で上面（図１の上方に向く面）が開口する金属製のケーシング本体部１０と、ケーシング本体部１０の開口を閉塞する金属製の蓋部２０と、ケーシング本体部１０に収容される配線基板５０と、フッ素樹脂からなる矩形枠状の第１パッキン３２及び第２パッキン３１と、配線基板５０の開口部５０ｈ内に配置されるセンサ素子４０と、一対のネジ２５と、を備えている。
ケーシング本体部１０と蓋部２０が特許請求の範囲の「ケーシング」に相当する。
【００１１】
ケーシング本体部１０は、底壁１０ｗ、及び底壁１０ｗから立設する矩形枠状の環状側壁１０ｓと、を有し、底壁１０ｗと対向する上面が開口１０ｈを形成している。環状側壁１０ｓのうち、一辺（図１の手前側の辺）の天面１０ｓ１から下方に向かって切欠かれた凹部１０ｎが形成され、凹部１０ｎが形成された上記辺の隣接する辺（図１において右側に位置する辺）には、配管の接続口となるパイプ状の導入管１０ａ及び排出管１０ｂが突出して設けられている。
蓋部２０は、天面１０ｓ１側に配置される第１金属板２１、及び第１金属板２１の直上に配置される第２金属板２２からなる。
導入管１０ａ及び排出管１０ｂが特許請求の範囲の「流通部」に相当する。
【００１２】
配線基板５０は全体として長手方向に延びる板状をなし、矩形枠状の先端部５０ａと、先端部５０ａの一方の辺から先端部５０ａよりも狭幅とされて外側（図１の左側）へ延びる基端部５０ｅとを備えている。
第１パッキン３２、第２パッキン３１、及び配線基板５０の先端部５０ａは、ケーシング本体部１０の環状側壁１０ｓで囲まれた収容空間に丁度収容される寸法とされ、ケーシング本体部１０の底壁１０ｗ側から順に、第２パッキン３１、配線基板５０の先端部５０ａ及び第１パッキン３２が収容空間に積層されて収容されている。又、凹部１０ｎから配線基板５０の基端部５０ｅがケーシング本体部１０の外側に露出するようになっている。
【００１３】
そして、この状態で、第１パッキン３２の上から蓋部２０を複数（本例では２つ）のネジ２５にてケーシング本体部１０の環状側壁１０ｓの天面１０ｓ１にネジ締めすることで、ケーシング本体部１０と蓋部２０の間で第２パッキン３１、第１パッキン３２が押圧されてケーシング１０、２０と配線基板５０の隙間を気密にシールするようになっている。
これにより、導入管１０ａから収容空間に導入された特定ガスＧがセンサ素子４０に接触して特定ガスの濃度が検出された後、排出管１０ｂから外部に排出される。
なお、第１パッキン３２は、配線基板５０の先端部５０ａの表面（蓋部２０側の面）５０ａ１と、蓋部２０（第１金属板２１）との間に配置される。又、第２パッキン３１は、配線基板５０の先端部５０ａの裏面（ケーシング本体部１０側の面）５０ａ２と、ケーシング本体部１０の底壁１０ｗとの間に配置される。又、ネジ２５は、対向する環状側壁１０ｓにそれぞれ１つずつ取り付けられる。
【００１４】
なお、センサ素子４０は略矩形板状をなし、ベース基板４１の上面（図１の上方に向く面）側にヒータ部４２が配置され、ベース基板４１の下面側に検出部４３が配置されており、検出部４３とヒータ部４２がベース基板４１の上下に積層された一体構造となっている。
検出部４３は特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化し、その変化した電気信号を検知することで特定ガス成分の濃度を検出する。又、ヒータ部４２は通電加熱により、検出部４３を動作温度に加熱する。
ベース基板４１は例えばセラミック基板とすることができる。又、検出部４３は例えば酸化物半導体にて形成することができる。ヒータ部４２は例えばベース基板４１の表面に形成されて発熱抵抗体となる回路とすることができる。
【００１５】
ここで、図２に示すように、センサ素子４０は平面視四角形状に形成されており、配線基板５０の先端部５０ａに設けられた矩形の開口部５０ｈ内に、通電部材６１、６３（図２では通電部材６１のみ表示）を介して宙吊り固定されている。
一方、配線基板５０の表面にリード部５０Ｌ及び導電パッド部５０ｐが複数配置されている。そのうち導電パッド部５０ｐは基端部５０ｅに配置され、導電パッド部５０ｐは図示しない外部回路に接続されている。
そして、通電部材６１、６３は、リード部５０Ｌの先端側とセンサ素子４０との間に接続され、検出部４３から出力された電気信号はリード部５０Ｌを介して導電パッド部５０ｐから外部回路に出力される。一方、外部回路から導電パッド部５０ｐ及びリード部５０Ｌを介して供給された電力によりヒータ部４２が通電加熱する。
【００１６】
次に、図３〜図５を参照し、蓋部２０の機能について説明する。
図３に示すように、本実施形態では、第１金属板２１、及び第２金属板２２は平面視矩形の同一形状であり、それぞれケーシング本体部１０の底壁１０ｗ側に向かって突出する平面視矩形の突出部２１ｐ、２２ｐを中央に有する。
そして、第１金属板２１の突出部２１ｐが第１パッキン３２の中央開口（図２参照）内に収容されるようにして、第１金属板２１及び第２金属板２２からなる蓋部２０がケーシング本体部１０の環状側壁１０ｓの天面１０ｓ１に、特定トルクのもと、複数（本実施形態では２個）のネジ２５によって固定される。
【００１７】
ここで、図４に示すように、上記特定トルクのもと、ケーシング本体部１０の天面１０ｓ１に第１金属板２１のみをネジ２５によって固定した場合を考える。
この場合、ネジ２５の締結力（軸力）Ｆ１がケーシング本体部１０に向かう向きに第１金属板２１に働くが、ネジ２５の内側の第１パッキン３２が支点となってＦ１の反力が第１金属板２１に加わり、第１金属板２１の中央部が上方に（底壁１０ｗから離れる方向に）撓んでしまう。つまり、第１金属板２１は上記特定トルクでネジ２５によって固定した場合に上方に撓むような強度に設定されている。
この場合、第１パッキン３２と第１金属板２１の間に隙間が生じてシールが不十分になるおそれがある。
【００１８】
そこで、図５に示すように、上記特定トルクのもと、第１金属板２１及び第２金属板２２をネジ２５によってケーシング本体部１０の天面１０ｓ１に固定し、第２金属板２２の突出部２２ｐを第１金属板２１に接触させる。
このようにすると、第１金属板２２の中央部を第２金属板２２の突出部２２ｐが下方に押圧し、図４に示した第１金属板２２の上方への撓み（変形）を抑制する。その結果、第１パッキン３２と蓋部２０の間に隙間が生じてシールが不十分になることを抑制し、センサ素子１０による特定ガスの測定に影響を与えることを抑制できる。
【００１９】
なお、ネジ２５の内側の第１パッキン３２が支点となり、ネジ２５の締結力（軸力）Ｆ１の反力が第２金属板２２に加わり、第２金属板２２自身の中央部は上方に（底壁１０ｗから離れる方向に）撓む。
しかしながら、第２金属板２２の中央には、第１金属板２１に対向する下面から部分的に突出する突出部２２ｐが設けられており、この突出部２２ｐが第１金属板２２の中央部を下方に押圧することになる。
なお、第２金属板２２単独では、上記特定トルクのもと、ネジ２５によってケーシング本体部１０の天面１０ｓ１に固定した際、上方に撓むような強度に設定されている。第１金属板２１及び第２金属板２２単独で、上記特定トルクのもと、ネジ２５によってケーシング本体部１０の天面１０ｓ１に固定した際に撓まないような強度とすると、コストアップになったり、ガスセンサ１が大型化するからである。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
ケーシング、第１金属板及び第２金属板、第１、第２パッキン、センサ素子の形状等は上記実施形態に限定されない。ネジの個数も限定されず、ヒータ部及び検知部の構造、種類等も限定されない。
又、第１金属板と第２金属板とは同一形状でなくてもよい。但し、第１金属板と第２金属板とを同一形状とすることで部品を共用化することができるため、ガスセンサを安価に製造することができる。又、第２金属板の上方に別の金属板が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１    ガスセンサ
１０    ケーシング本体部（ケーシング）
１０ａ、１０ｂ    流通部
１０ｈ    開口
１０ｓ    環状側壁
１０ｓ１    天面
１０ｎ    凹部
１０ｗ    底壁
２０    蓋部（ケーシング）
２１    第１金属板
２２    第２金属板
２２ｐ    第２金属板の突出部
２５    ネジ
３１    第２パッキン
３２    第１パッキン
４０    センサ素子
４３    検出部
５０    配線基板
５０ａ    配線基板の先端部
５０ａ１    配線基板の先端部の表面
５０ａ２    配線基板の先端部の裏面
５０ｅ    配線基板の基端部
Ｇ    特定ガス
【図１】
2018013353.tif 000003
【図２】
2018013353.tif 000004
【図３】
2018013353.tif 000005
【図４】
2018013353.tif 000006
【図５】
2018013353.tif 000007