(57)【要約】【課題】フィルタをシール部材の内部に確実に保持できると共に、フィルタの溶着が外れてガスセンサ内部に水や異物が侵入することを抑制したガスセンサを提供する。【解決手段】センサ素子３と、主体金具２０と、外筒４０と、外筒の内部に収容され、貫通孔１３１ａを備えたシール部材１３１と、を備えるガスセンサ１００において、貫通孔内に保持されると共に、軸線Ｏ方向に貫通する第１の通気孔５１ａを有する筒状の保持金具５１と、保持金具の後端側に接続され、第２の通気孔５３ａを有する樹脂製の保持部材５３と、自身の最大径ＤＭが保持部材の最大外径Ｄ１よりも小径であり、自身の一方の面が保持部材に溶着されて第２の通気孔を覆う、水の通過を阻止しつつ通気性を有するシート状のフィルタ５５と、をさらに備え、軸線方向に沿うフィルタの溶着部位Ｗは、シール部材の後端向き面１３１ｅと面一か、又はシール部材の後端向き面よりも後端側に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、測定雰囲気中の特定ガス濃度を検出する検出部を先端側に備えるセンサ素子と、
該検出部を前記測定雰囲気に晒すようにして前記センサ素子を取り囲む主体金具と、
前記センサ素子の後端側を覆うように、前記主体金具に固定される筒状の外筒と、
前記外筒の内部に収容され、前記軸線方向に貫通する貫通孔を備えたシール部材と、
を備えるガスセンサにおいて、
前記貫通孔内に保持されると共に、前記外筒の内部に気体を導入するため前記軸線方向に貫通する第１の通気孔を有する筒状の保持金具と、
前記保持金具の後端側に接続され、第２の通気孔を有する樹脂製の保持部材と、
自身の最大径が前記保持部材の最大外径よりも小径であり、自身の一方の面が前記保持部材に溶着されて前記第２の通気孔を覆う、水の通過を阻止しつつ通気性を有するシート状のフィルタと、
をさらに備え、
前記軸線方向に沿う前記フィルタの溶着部位は、前記シール部材の後端向き面と面一か、又は前記シール部材の後端向き面よりも後端側に位置することを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記第２の通気孔は、前記保持部材を前記軸線方向に貫通することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタの後端側における前記保持部材には、通気性を有して前記フィルタを覆う通気部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記通気部材は前記軸線方向に前記フィルタと離間していることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定雰囲気中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素やＮＯｘ）の濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いたセンサ素子を有するものが知られている。
この種のガスセンサとして、軸線方向に延びるセンサ素子の径方向周囲を主体金具で保持し、主体金具の後端側に外筒を取り付けた構成が知られている（特許文献１、２）。このガスセンサにおいては、外筒の後端側の開口部を閉塞するように固定したゴム製のグロメット（シール部材）に貫通孔を設け、この貫通孔に樹脂製の筒状部材を保持している。そして、筒状部材に通気性のフィルタを溶着することで、貫通孔を介して外筒内部のセンサ素子に基準酸素濃度の外気を導入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１７９２号公報
【特許文献１】特開２００８−２３２７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気ガスからの熱によってグロメットが高温となると、グロメットに保持された樹脂製の筒状部材も熱を受けてクリープ現象により変形し、筒状部材がフィルタ毎グロメット内で動いたり、グロメットから脱落するおそれがある。
同様に、フィルタの溶着部位も、熱を受けてクリープ現象によって外れ、フィルタと筒状部材の隙間から外筒内部に水や異物が侵入するおそれがある。
【０００５】
従って、本発明は、フィルタをシール部材の内部に確実に保持できると共に、フィルタの溶着が外れてガスセンサ内部に水や異物が侵入することを抑制したガスセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、測定雰囲気中の特定ガス濃度を検出する検出部を先端側に備えるセンサ素子と、該検出部を前記測定雰囲気に晒すようにして前記センサ素子を取り囲む主体金具と、前記センサ素子の後端側を覆うように、前記主体金具に固定される筒状の外筒と、前記外筒の内部に収容され、前記軸線方向に貫通する貫通孔を備えたシール部材と、を備えるガスセンサにおいて、前記貫通孔内に保持されると共に、前記外筒の内部に気体を導入するため前記軸線方向に貫通する第１の通気孔を有する筒状の保持金具と、前記保持金具の後端側に接続され、第２の通気孔を有する樹脂製の保持部材と、自身の最大径が前記保持部材の最大外径よりも小径であり、自身の一方の面が前記保持部材に溶着されて前記第２の通気孔を覆う、水の通過を阻止しつつ通気性を有するシート状のフィルタと、をさらに備え、前記軸線方向に沿う前記フィルタの溶着部位は、前記シール部材の後端向き面と面一か、又は前記シール部材の後端向き面よりも後端側に位置することを特徴とする。
【０００７】
このガスセンサによれば、シール部材（グロメット）の貫通孔には、金属製の保持金具が保持されているので、排気ガスからの熱によってグロメットが高温となり、保持金具も熱を受けても、樹脂製の部材に比べてクリープ現象による変形が小さく、保持金具がフィルタ毎グロメット内で動いたり、グロメットから脱落することを抑制できる。
さらに、フィルタの溶着部位は、グロメットの後端向き面と面一か、後端向き面よりも後端側に位置している。これにより、排気ガスからの熱によってグロメットが高温となっても溶着部位が熱を受け難く、熱によって溶着部位が外れてフィルタと保持部材の隙間から外筒内部に水や異物が侵入することを抑制する。
以上のようにして、フィルタをグロメットの内部に確実に保持できると共に、フィルタの溶着が外れてガスセンサ内部に水や異物が侵入することを抑制することができる。
【０００８】
本発明のガスセンサにおいて、前記第２の通気孔は、前記保持部材を前記軸線方向に貫通していてもよい。
このガスセンサによれば、第２の通気孔が保持部材の横向きに開口する場合に比べ、通気抵抗が低くなり、フィルタを介してガスセンサ素子の内部空間により多くの基準ガス（大気）を導入してガスの検出精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明のガスセンサにおいて、前記フィルタの後端側における前記保持部材には、通気性を有して前記フィルタを覆う通気部材が設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、フィルタの後端側を通気部材が覆っているので、フィルタに直接異物が接触するのを抑制し、フィルタを保護することができる。
【００１０】
本発明のガスセンサにおいて、前記通気部材は前記軸線方向に前記フィルタと離間していてもよい。
通気部材が軸線方向にフィルタと離間している場合、通気部材の開口領域よりも広い、フィルタの有効断面積が通気抵抗となる。このため、両者が接している場合に比べて通気抵抗が減少して通気量が増え、フィルタを介してガスセンサ素子の内部空間により多くの基準ガス（大気）を導入してガスの検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、フィルタをシール部材の内部に確実に保持できると共に、フィルタの溶着が外れてガスセンサ内部に水や異物が侵入することを抑制したガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサを軸方向に沿う面で切断した断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】保持金具及び保持部材の変形例を示す軸方向に沿った断面図である。
【図５】保持金具及び保持部材の別の変形例を示す軸方向に沿った部分断面図である。
【図６】通気有効面積とフィルタ通気量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ１００を軸線Ｏ方向（先端から後端に向かう方向）に沿う面で切断した断面構造を示す。図２は図１の部分拡大断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
ガスセンサ１００は自動車の排気管内に挿入されて先端側が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。センサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。
なお、図１の下側をガスセンサ１００の先端側とし、図１の上側をガスセンサの後端側とする。
【００１４】
ガスセンサは、先端が閉じた略円筒状(中空軸状)のセンサ素子（この例では酸素センサ素子）３を、筒状の主体金具（主体金具）２０の内側に挿通して保持するよう組み付けられている。センサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する筒状の固体電解質体と、固体電解質体の内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極３ｂ及び外側電極３ｃとからなる検出部とを有する。そして、センサ素子３の内部空間を基準ガス雰囲気とし、センサ素子３の外面に被検出ガスを接触させてガスの検知を行うようになっている。又、センサ素子３の中空部には丸棒状のヒータ１５が挿入され、固体電解質体を活性化温度に昇温するようになっている。
主体金具２０の後端部には、センサ素子３の後端側に設けられたリード線や端子（後述）を保持し、センサ素子３の後端部を覆う筒状の外筒４０が接合されている。さらに、センサ素子３の後端側の外筒４０内側には、絶縁性で円柱状のセパレータ１２１が加締め固定されている。一方、センサ素子３先端の検出部はプロテクタ７で覆われている。そして、このようにして製造されたガスセンサの主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを排気管等のネジ孔に取付けることで、センサ素子３先端の検出部を排気管内に露出させて被検出ガス（排気ガス）を検知している。なお、主体金具２０の中央付近には、六角レンチ等を係合するための多角形の鍔部２０ｃが設けられ、鍔部２０ｃと雄ねじ部２０ｄとの間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット１４が嵌挿されている。
【００１５】
センサ素子３の中央側に鍔部３ａが設けられ、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径する段部が設けられている。又、段部の後端向き面にワッシャ１２を介して筒状のセラミックホルダ５が配置されている。そして、センサ素子３が主体金具２０及びセラミックホルダ５の内側に挿通され、セラミックホルダ５に後端側からセンサ素子３の鍔部３ａが当接している。
さらに、鍔部３ａの後端側におけるセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状の滑石粉末（粉末充填部材）６、及び筒状のセラミックスリーブ１０が配置されている。そして、セラミックスリーブ１０の後端側に金属リング３０を配し、主体金具２０後端部を内側に屈曲して加締め部２０ａを形成することにより、セラミックスリーブ１０が先端側に押し付けられる。これにより滑石リング６を押し潰し、セラミックスリーブ１０及び滑石粉末６が加締め固定されるとともに、センサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされている。
【００１６】
ガスセンサ素子３の後端側にセパレータ１２１が配置され、セパレータ１２１と外筒４０との間隙には保持金具８０が配置されている。そして、保持金具８０の内部にセパレータ１２１が保持されている。
セパレータ１２１には、挿通孔（この例では４個）が設けられ、そのうち２個の挿通孔にそれぞれ内側端子７１、外側端子９１の板状基部が挿入されて固定されている。各板状基部にそれぞれリード線４１、４１が加締め接続されている。又、セパレータ１２１の図示しない２個の挿通孔（ヒータリード孔）に、ヒータ１５から引き出されたヒータリード線４３（図１では１個のみ図示）が挿通されている。
セパレータ１２１の後端側の外筒４０内側には、外筒４０の後端側の開口部を閉塞するように筒状のグロメット（シール部材）１３１が加締め固定され、グロメット１３１の４個の挿通孔からそれぞれ２個のリード線４１、及び２個のヒータリード線４３が外部に引き出されている。
なお、グロメット１３１の中心には軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１３１ａが形成され、ガスセンサ素子３の内部空間に連通している。そして、グロメット１３１の貫通孔１３１ａの内部に、詳しくは後述する保持金具５１が保持され、保持金具５１の後端側に接続された保持部材５３にフィルタ５５が保持され、外部の水を通さずにガスセンサ素子３の内部空間に基準ガス（大気）を導入するようになっている。
【００１７】
一方、主体金具２０の先端側には筒状のプロテクタ７が外嵌され、主体金具２０から突出するセンサ素子３の先端側がプロテクタ７で覆われている。プロテクタ７は、複数の孔部（図示せず）を有する有底筒状で金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外側プロテクタ７ｂおよび内側プロテクタ７ａを、溶接等によって取り付けて構成されている。
【００１８】
次に、図２を参照し、フィルタ５５をグロメット１３１に保持する態様について説明する。
グロメット１３１の貫通孔１３１ａの内部には、筒状金属製の保持金具５１が内挿されて貫通孔１３１ａ内に保持されている。保持金具５１の内側は、軸線Ｏ方向に貫通する第１の通気孔５１ａを構成している。一方、保持金具５１の後端５１ｅは、グロメット１３１の後端向き面１３１ｅよりも後端側に位置し、この後端５１ｅは樹脂製の保持部材５３の内部にインサート成形等により埋設されている。
保持部材５３は保持金具５１より径大の筒状をなし、その先端向き面５３ｂがグロメット１３１の後端向き面１３１ｅに接している。又、保持部材５３の内側が軸線Ｏ方向に貫通して第２の通気孔５３ａを構成し、第２の通気孔５３ａは、後端側から先端側へ向かって段状に縮径して段部５３ｄを形成している。そして、段部５３ｄの後端向き面にフィルタ５５の先端向き面が部位Ｗにて溶着され、段部５３ｄより先端側で第２の通気孔５３ａを覆っている。
保持部材５３は例えば、ＰＥＥＫ等の樹脂を用いることができる。
【００１９】
図３に示すように、フィルタ５５は六角形のシートをなし、撥水性で水の通過を阻止しつつ通気性を有する。フィルタ５５は例えばＰＴＦＥからなる。フィルタ５５の最大径ＤＭは保持部材５３の最大外径Ｄ１よりも小径となっている。Ｄ１＞ＤＭとすることで、フィルタ５５の使用量を低減してコストダウンを図っている。
図２に戻り、保持部材５３の後端５３ｅには、保持部材５３の最大外径Ｄ１（図３参照）と略同径の通気部材（メッシュ）５７が取り付けられ、フィルタ５５の後端側に離間しつつフィルタ５５を覆っている。
メッシュ５７は通気性を有し、例えばステンレス等の金属やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を網目状に形成したものを用いることができる。メッシュ５７は保持部材５３の後端５３ｅに溶着や接着等によって取付けることができる。
【００２０】
このように、グロメット１３１の貫通孔１３１ａには、金属製の保持金具５１が保持されているので、排気ガスからの熱によってグロメット１３１が高温となり、保持金具５１も熱を受けても、樹脂製の部材に比べてクリープ現象による変形が小さく、保持金具５１がフィルタ５５毎グロメット１３１内で動いたり、グロメット１３１から脱落することを抑制できる。
さらに、図２に示すように、フィルタ５５の溶着部位Ｗは、グロメット１３１の後端向き面１３１ｅよりも後端側に位置している。これにより、排気ガスからの熱によってグロメット１３１が高温となっても溶着部位Ｗが熱を受け難く、熱によって溶着部位Ｗが外れてフィルタ５５と保持部材５３の隙間から外筒４０内部に水や異物が侵入することを抑制する。なお、溶着部位Ｗの溶着の有無は金属顕微鏡で、フィルタ５５の孔に保持部材５３の溶融樹脂が入り込んでいることを確認して判別できる。
以上のようにして、フィルタ５５をグロメット１３１の内部に確実に保持できると共に、フィルタ５５の溶着が外れてガスセンサ１００内部に水や異物が侵入することを抑制することができる。
【００２１】
なお、本実施形態では、フィルタ５５の後端側をメッシュ５７が覆っているので、フィルタ５５に直接異物が接触するのを抑制し、フィルタ５５を保護することができる。
さらに、軸線Ｏ方向にメッシュ５７がフィルタ５５と隙間Ｇだけ離間しているので、詳しくは後述するように、両者が接している場合に比べて通気抵抗が減少して通気量が増える。その結果、フィルタ５５を介してガスセンサ素子３の内部空間により多くの基準ガス（大気）を導入してガスの検出精度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、外部からフィルタ５５を介した大気の流入経路のうち、最も面積が小さい、段部５３ｄより先端側の第２の通気孔５３ａの領域Ｓ２が通気抵抗となる。
【００２２】
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。
例えば、図４に示すように、メッシュの代わりに、保持部材１５３の後端側に４つのスリット１５３ｈを開口し、フィルタ５５を覆う通気部材を保持部材１５３と一体としてもよい。
【００２３】
図４の例では、グロメット１３１の貫通孔１３１ａの内部に、筒状金属製の保持金具１５１が内挿されて貫通孔１３１ａ内に保持されている。保持金具１５１の内側は、軸線Ｏ方向に貫通する第１の通気孔１５１ａを構成している。一方、保持金具１５１の後端１５１ｅは径方向内側に延び、第１の通気孔１５１ａよりも小径の中心孔１５１ｈを有する底面を形成している。保持金具１５１の後端１５１ｅはグロメット１３１の後端向き面１３１ｅと面一になっている。
保持部材１５３は保持金具１５１と同一径で、後端１５３ｅが底面を形成する有底筒状をなし、自身の先端側が保持金具１５１の後端１５１ｅに接着等により接続されている。又、保持部材１５３の内側が軸線Ｏ方向に貫通して第２の通気孔１５３ａを構成している。そして、保持部材１５３の底面をなす後端１５３ｅの先端向き面にはリング状の突起１５３ｐが突出しており、フィルタ５５の後端向き面が突起１５３ｐ（部位Ｗ）にて溶着され、第２の通気孔１５３ａを覆っている。
さらに、保持部材１５３の後端１５３ｅのうち、突起１５３ｐより内側の部位に４つのスリット１５３ｈが軸線Ｏ方向に貫通し、通気部材を構成している。スリット１５３ｈは第２の通気孔１５３ａに連通している。
【００２４】
図４の例においても、グロメット１３１の貫通孔１３１ａには、金属製の保持金具１５１が保持されているので、樹脂製の部材に比べてクリープ現象による変形が小さい。
さらに、フィルタ５５の溶着部位Ｗは、グロメット１３１の後端向き面１３１ｅよりも後端側に位置しているので、溶着部位Ｗが熱を受け難い。
又、図４の例においても、フィルタ５５の後端側をスリット１５３ｈが覆っているので、フィルタ５５に直接異物が接触するのを抑制し、フィルタ５５を保護することができる。
【００２５】
さらに、軸線Ｏ方向にスリット１５３ｈがフィルタ５５と隙間Ｇだけ離間しているので、両者が接している場合に比べて通気抵抗が減少して通気量が増える。これは、図４に示すように、スリット１５３ｈとフィルタ５５が離間していると、スリット１５３ｈでなく、フィルタ５５との接触部位（突起１５３ｐ）の領域Ｓ４が通気抵抗となる。さらに、図４では、保持金具１５１の中心孔１５１ｈの領域Ｓ３がＳ４より面積が小さいので、領域Ｓ３が全体の通気抵抗となる。
一方、図５に示すように、軸線Ｏ方向にスリット１５３ｈがフィルタ５５と接していると、スリット１５３ｈの領域Ｓ５が通気抵抗となる。そして、図４では、領域Ｓ５がＳ３より面積が小さいので、領域Ｓ５が全体の通気抵抗となる。つまり、スリット１５３ｈがフィルタ５５と接していると、両者が離間している場合に比べて通気抵抗が増える一方、通気量が減少する。
【００２６】
図６は、通気有効面積と、フィルタ通気量との関係（相対値）を示す。通気有効面積は、外部からフィルタ５５を介した大気の流入経路のうち、最も面積が小さく通気抵抗となる領域（図２、４，５のそれぞれ領域Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５）の面積である。
図６に示すように、通気有効面積が増えると（通気有効面積が減ると）、フィルタ通気量が増大する。
【００２７】
保持金具、保持部材及びフィルタの形状等は上記に限定されない。例えば、フィルタの形状は上記六角形の他、円形、不定形、その他の多角形等であってもよい。
又、軸線方向にフィルタの溶着部がシール部材の後端向き面と面一であってもよい。第２の通気孔は、保持部材の横向きに開口していてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
３    センサ素子
３ｃ    検出部（外側電極）
２０    主体金具
４０    外筒
５１、１５１    保持金具
５１ａ、１５１ａ    第１の通気孔
５３、１５３    保持部材
５３ａ、１５３ａ    第２の通気孔
５５    フィルタ
５７、１５３ｈ    通気部材
１００    ガスセンサ
１３１    シール部材（グロメット）
１３１ａ    貫通孔
１３１ｅ    シール部材の後端向き面
Ｏ    軸線
Ｄ１    保持部材の最大外径
ＤＭ    フィルタの最大径
Ｗ    軸線方向に沿う溶着部位
【図１】
2018021822.tif 000003
【図２】
2018021822.tif 000004
【図３】
2018021822.tif 000005
【図４】
2018021822.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018021822.tif 000008