(57)【要約】      （修正有）【課題】通気フィルタと保護部材との間に確実に間隙を確保し、通気フィルタの通気性の低下を抑制したガスセンサを提供する。【解決手段】センサ素子と、主体金具と、主体金具の後端側に配置された外筒と、外筒の後端側を閉塞し貫通孔を有するシール部材１３１と、貫通孔に挿入され、後端に開口１５１ｈを有する筒状の保持内筒と、貫通孔の内面と、保持内筒の外面との間に挟持され、開口を覆う撥水性の通気フィルタ１４０と、を備え、主体金具と外筒とシール部材とによって形成される内部空間を有するガスセンサであって、貫通孔の内部において、通気フィルタよりも後端側に、弾性部材製の環状又は環状の一部をなすスペーサ１５３が、後端側から見たときに開口に重ならないように配置され、かつ貫通孔の内部において、スペーサよりも後端側に、通気フィルタを覆うように通気性を有する保護部材１５５が通気フィルタと離間して配置されてなる。【選択図】図３
2018080952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、先端側に検出部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の外周面を囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置された筒状の外筒と、
前記外筒の後端側を閉塞し、前記軸線方向に貫通する貫通孔を有するシール部材と、
前記貫通孔に挿入され、後端に開口を有する筒状の保持内筒と、
前記貫通孔の内面と、前記保持内筒の外面との間に挟持され、前記開口を覆う撥水性の通気フィルタと、
を備え、
前記主体金具と前記外筒と前記シール部材とによって形成される内部空間を有するガスセンサであって、
前記貫通孔の内部において、前記通気フィルタよりも後端側に、弾性部材製の環状又は環状の一部をなすスペーサが、後端側から見たときに前記開口に重ならないように配置され、
かつ前記貫通孔の内部において、前記スペーサよりも後端側に、前記通気フィルタを覆うように通気性を有する保護部材が該通気フィルタと離間して配置されてなるガスセンサ。
【請求項２】
前記貫通孔は、自身の後端側で縮径して先端向き面を有する段部を備え、
前記貫通孔の前記先端向き面と、前記通気フィルタの後端向き面との間に、前記保護部材及び前記スペーサが挟持されてなる請求項１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、シール部材を後端部に有し、特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサ（酸素センサ）が知られている（特許文献１）。
このガスセンサは、特定ガスの濃度検出を行うセンサ素子を主体金具に保持し、主体金具の後端側に外筒を接続してその内部空間を基準ガス空間としている。そして、外筒の後端側をゴム製のグロメット（シール部材）で閉塞すると共に、グロメットの貫通孔に樹脂製筒状の保持部材を挿入して保持している。又、保持部材の後端側の開口を覆うように通気フィルタを溶着し、さらに通気フィルタを覆ってメッシュ（保護部材）を溶着している。
これにより、外気が通気フィルタを介してガスセンサの内部空間に導入されて基準ガス空間を形成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１７９２号公報（図２、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１記載の技術の場合、通気フィルタにメッシュを重ねるように配置しているため、通気フィルタとメッシュの接触部位で通気が妨げられ、通気フィルタの通気有効径が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、通気フィルタと保護部材との間に確実に間隙を確保し、通気フィルタの通気性の低下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】
【０００５】
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、先端側に検出部を有するセンサ素子と、前記センサ素子の外周面を囲む筒状の主体金具と、前記主体金具の後端側に配置された筒状の外筒と、前記外筒の後端側を閉塞し、前記軸線方向に貫通する貫通孔を有するシール部材と、前記貫通孔に挿入され、後端に開口を有する筒状の保持内筒と、前記貫通孔の内面と、前記保持内筒の外面との間に挟持され、前記開口を覆う撥水性の通気フィルタと、を備え、前記主体金具と前記外筒と前記シール部材とによって形成される内部空間を有するガスセンサであって、前記貫通孔の内部において、前記通気フィルタよりも後端側に、弾性部材製の環状又は環状の一部をなすスペーサが、後端側から見たときに前記開口に重ならないように配置され、かつ前記貫通孔の内部において、前記スペーサよりも後端側に、前記通気フィルタを覆うように通気性を有する保護部材が該通気フィルタと離間して配置されてなる。
このガスセンサによれば、スペーサにより通気フィルタと保護部材との間に確実に間隙を確保するので、保護部材が通気フィルタと接触して通気フィルタの通気有効径が低下することが無く、通気フィルタの通気性の低下を抑制することができる。
又、スペーサが弾性部材であることで、スペーサに通気フィルタが当接している場合に通気フィルタが傷付き難く、かつスペーサが弾性変形して通気フィルタを確実に保持できる。
【０００６】
本発明のガスセンサにおいて、前記貫通孔は、自身の後端側で縮径して先端向き面を有する段部を備え、前記貫通孔の前記先端向き面と、前記通気フィルタの後端向き面との間に、前記保護部材及び前記スペーサが挟持されてなってもよい。
このガスセンサによれば、保護部材及びスペーサを別の部材や手段（例えば、接着や溶着等）でシール部材又は保持内筒に固定することが不要となり、コストの低減、生産性向上を実現できる。又、保護部材を接着や溶着で固定する場合、接着剤や溶着部が保護部材の一部に流動して目詰まりする恐れがあるが、このガスセンサによれば、このような保護部材の通気性の低下をも抑制できる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、通気フィルタと保護部材との間に確実に間隙を確保し、通気フィルタの通気性の低下を抑制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軸線方向に沿う断面図である。
【図２】グロメット付近の分解斜視図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】スペーサの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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図、図２はグロメット付近の分解斜視図、図３は図１のグロメット付近の部分拡大図である。
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。ガスセンサ１００に組み付けられたセンサ素子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１００の後端側とする。
【００１０】
ガスセンサ１００は、軸線Ｏ方向に延び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、図示はしないが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及び外側電極と、を有する。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、センサ素子３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４１や端子７４、９４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１００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。
【００１１】
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。
【００１２】
センサ素子３の後端側に配置されたセパレータ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端子７４，９４が挿入されて固定されている。端子７４，９４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内側にはゴム製筒状のグロメット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。そして、主体金具２０と外筒４０とグロメット１３１とによって、内部空間Ｖが形成されている。
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１３１ｈが形成され、内部空間Ｖに連通している。そして、グロメット１３１の貫通孔１３１ｈに撥水性の通気フィルタ１４０が介装され、外部の水を通さずに、内部空間Ｖと連通するセンサ素子３内部の基準ガス空間に基準ガス（大気）を導入するようになっている。
グロメット１３１が特許請求の範囲の「シール部材」に相当する。
【００１３】
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。
【００１４】
次に、図２、図３を参照して、グロメット１３１の貫通孔１３１ｈ内に配置される保持内筒１５１、通気フィルタ１４０、スペーサ１５３及びメッシュ１５５について説明する。
図２に示すように、グロメット１３１の貫通孔１３１ｈには、筒状の保持内筒１５１と、保持内筒１５１の外側を覆う撥水性の通気フィルタ１４０が挿入されている。通気フィルタ１４０はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂のシートからなり、水滴を通さず大気を通すことができる。
保持内筒１５１は、金属製で後端側が閉じた有底円筒状をなし、その外径が貫通孔１３１ｈよりわずかに小径である。保持内筒１５１の後端向き面の中央には開口１５１ｈが形成され、開口１５１ｈから通気フィルタ１４０を介して基準大気がガスセンサ内に流入する。一方、保持内筒１５１の先端側には径方向外側に突出するフランジ部１５１ｆが形成されている。又、グロメット１３１の先端向き面にて、図示しないが貫通孔１３１ｈの周縁が後端側へ凹んでおり、フランジ部１５１ｆがこの凹部に収容され、保持内筒１５１の脱落を防止する。
【００１５】
さらに、通気フィルタ１４０の後端側に、ゴム製環状のＯリングからなるスペーサ１５３が開口１５１ｈを囲むように配置され、スペーサ１５３の後端側に、通気性を有する樹脂製円形のメッシュ１５５が配置されている。スペーサ１５３及びメッシュ１５５の外径は、貫通孔１３１ｈよりわずかに小径である。又、後端側から見たときに、開口１５１ｈに重ならないようにスペーサ１５３が配置されている。これは、スペーサ１５３が一部でも開口１５１ｈに重なると、開口１５１ｈの通気有効径が低下し、後述するスペーサ１５３による通気フィルタ１４０の通気有効径の低下の抑制効果を損なうからである。
メッシュ１５５が特許請求の範囲の「保護部材」に相当する。
そして、グロメット１３１の先端側から、貫通孔１３１ｈ内にメッシュ１５５、スペーサ１５３、通気フィルタ１４０及び保持内筒１５１をこの順で挿入することで、図３に示すように、貫通孔１３１ｈの内面と、保持内筒１５１の外面との間に通気フィルタ１４０が挟持される。
又、メッシュ１５５はスペーサ１５３を介して通気フィルタ１４０と離間して配置されている。
【００１６】
以上のように、本実施形態においては、スペーサ１５３により通気フィルタ１４０とメッシュ１５５との間に確実に間隙を確保するので、メッシュ１５５が通気フィルタ１４０と接触して通気フィルタ１４０の通気有効径が低下することが無く、通気フィルタ１４０の通気性の低下を抑制することができる。
又、本実施形態においては、スペーサ１５３が通気フィルタ１４０に通気フィルタ１４０が当接しているが、スペーサ１５３が弾性部材であることで、通気フィルタ１４０が傷付き難く、かつスペーサ１５３が弾性変形して、通気フィルタ１４０を確実に保持できる。
【００１７】
なお、図２、図３に示すように、本実施形態においては、貫通孔１３１ｈの後端側が縮径して第２貫通孔１３１ｈ２に一体に連通し、貫通孔１３１ｈと第２貫通孔１３１ｈ２の間の段部が先端向き面１３１ｂを形成している。そして、グロメット１３１の先端側から、貫通孔１３１ｈ内にメッシュ１５５、スペーサ１５３、通気フィルタ１４０及び保持内筒１５１を挿入した際、貫通孔１３１ｈの先端向き面１３１ｂにメッシュ１５５が当接して係止される。
これにより、貫通孔１３１ｈの先端向き面１３１ｂと通気フィルタ１４０の後端向き面との間に、メッシュ１５５及びスペーサ１５３が挟持されるので、メッシュ１５５及びスペーサ１５３を別の部材や手段（例えば、接着や溶着等）でグロメット１３１又は保持内筒１５１に固定することが不要となり、コストの低減、生産性向上を実現できる。
又、メッシュ１５５を接着や溶着でグロメット１３１又は保持内筒１５１に固定する場合、接着剤や溶着部がメッシュ１５５の一部に流動して目詰まりし、メッシュ１５５の通気性を低下させる恐れがあるが、本実施形態では単にグロメット１３１の先端向き面１３１ｂと通気フィルタ１４０との間の押圧力でメッシュ１５５を固定しているため、メッシュ１５５の通気性の低下をも抑制できる。
【００１８】
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、シール部材、保持内筒、通気フィルタ、スペーサ及びメッシュの形状や材質は上記に限定されない。
スペーサとしては、ゴム（Ｏリング等）の他、樹脂、金属等を用いることができる。図４に示すように、スペーサ１５７が環状の一部をなし、切り欠き１５７ａを有していてもよい。
保護部材は通気性を有すればよく、メッシュに限られない。又、メッシュとしては、樹脂のほか、金属等を用いることができる。保持内筒は樹脂製でもよいが、熱による変形が少ない金属が好ましい。
【００１９】
スペーサが通気フィルタと離間していてもよい。又、スペーサ及び保護部材の外径は、保持内筒の貫通孔に挿入できればよく、貫通孔と同一径又は貫通孔よりも大径でもよい。
又、上記実施形態では、基準ガスをガスセンサ内部の基準ガス空間（内部空間）に導入する形態を例示したが、ガスセンサの内部空間が通気フィルタを介して外部と連通する形態であれば基準ガスを導入する場合に限定されない。例えば、ガスセンサの内部空間の結露等を解消するために外部と連通させる場合や、ガスセンサが内部空間から大気を取り込み、センサ素子内部の室にて素子自身が基準ガスを生成する場合等も本発明に含まれる。
【００２０】
又、上記実施形態では、貫通孔１３１ｈの段部の先端向き面１３１ｂにメッシュ１５５を当接して係止（固定）したが、貫通孔１３１ｈが段部を有さないストレート形状の場合、貫通孔１３１ｈの後端側から貫通孔１３１ｈよりも内径が小さい筒状のカラー等を挿入し、このカラーと保持内筒１５１との間でメッシュ１５５及びスペーサ１５３を固定してもよい。
又、貫通孔１３１ｈの段部の先端向き面１３１ｂにスペーサ１５３を当接して係止（固定）する一方、例えばメッシュ１５５をグロメット１３１の後端向き面に接着等してもよい。
又、ガスセンサとしては、筒状センサの他、板状センサに適用できる。又、ガスセンサの種類としては、酸素センサの他、ＮＯｘセンサ、ＨＣ、Ｈ２等のガス濃度を測定するためのガスセンサにも適用することもできる。
【符号の説明】
【００２１】
３    センサ素子
２０    主体金具
４０    外筒
１００    ガスセンサ
１３１    シール部材
１３１ｂ    貫通孔の先端向き面
１３１ｈ    貫通孔
１４０    通気フィルタ
１５１    保持内筒
１５１ｈ    開口
１５３、１５７    スペーサ
１５５    保護部材（メッシュ）
Ｖ    内部空間
Ｏ    軸線
【図１】
2018080952.tif 000003
【図２】
2018080952.tif 000004
【図３】
2018080952.tif 000005
【図４】
2018080952.tif 000006