(57)【要約】【課題】所定の取付部に取り付けられるガスセンサ自身に生ずる振動をより正確に測定することができるガスセンサの振動測定器を提供する。【解決手段】振動測定器１００は、ガスセンサの製造過程で組み立てられる中間組立体９０をそのまま利用し、外筒４０の後端に、振動検出素子８０、質量体７０およびダミー信号線９０が固定された取付筒６０を被せて接合することで作製されたものである。振動測定器１００は、自身の固有振動数がガスセンサの固有振動数に合わせられるように、質量体７０の重さ、形状、および材質が調整されている。これにより、振動測定器１００は、ガスセンサが所定の取付部に取り付けられた際にガスセンサに生ずる振動の周波数および加速度を再現し、これを振動検出素子８０で検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるガスセンサ素子と、当該ガスセンサ素子の先端部を自身の先端から突出させた状態で、前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、当該主体金具に固定され、前記ガスセンサ素子の先端部を覆うプロテクタと、前記主体金具に固定され、前記ガスセンサ素子の後端部の周囲を取り囲む筒状の外筒と、当該外筒の後端側から軸線方向後端側に延び、前記ガスセンサ素子から出力される検出信号を取り出すための信号線とを有するガスセンサが、所定の取付部に取り付けられた際に前記ガスセンサに生ずる振動を測定するため、前記取付部に取り付けられるガスセンサの振動測定器であって、
前記ガスセンサ素子、前記主体金具、前記プロテクタおよび前記外筒を有する中間組立体と、
当該中間組立体に組み付けられ、自身に生ずる振動の周波数および加速度を検出する振動検出素子と、
当該振動検出素子が組み付けられた前記中間組立体の固有振動数を前記ガスセンサの固有振動数に合わせるため、前記中間組立体に組み付けられる質量体と
を備えたことを特徴とするガスセンサの振動測定器。
【請求項２】
前記信号線と同等のダミー信号線であって、自身に加わる加速度の調整を行うため、前記振動検出素子よりも後端側に取り付けられるダミー信号線を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの振動測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の取付部に取り付けられるガスセンサ自身に生ずる振動を測定するためのガスセンサの振動測定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の空燃比フィードバック制御に用いるため、排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素など）の濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようなガスセンサは燃焼室から排出される排気ガスの排気管に取り付けて使用されるため、内燃機関の稼働に伴う振動が排気管を介して伝播されるとガスセンサは固有の揺れの形態（いわゆる振動モード）で振動し、伝播された振動の振動周波数がガスセンサの固有振動数と一致すると共振を生ずる。
【０００３】
ガスセンサを開発するにあたって、こうした振動モードがガスセンサの構成部品に与える影響を考慮した設計を行う必要があり、ガスセンサに生ずる振動の測定が行われている。例えば加速度ピックアップを内蔵した振動測定用の治具を作製し、その治具を、排気管のガスセンサの取付部にガスセンサの代わりに取り付けて、振動の測定が行われている。
【特許文献１】特開平１１−１９０７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガスセンサに生ずる振動を測定するための治具として、例えば中空の栓部材に加速度ピックアップを貼りつけたものを用いた場合、ガスセンサとは構造が異なるため固有振動数が異なり、ガスセンサの振動モードが再現されず、場合によってはガスセンサが取り付けられる排気管に生ずる振動が測定されてしまうことがあり、ガスセンサの振動を正確に測定することが難しいという問題があった。また、ガスセンサに直接、加速度ピックアップを貼りつけたとしても、加速度ピックアップ付きのガスセンサの固有振動数がガスセンサ単体の固有振動数と異なってしまうため、ガスセンサに生ずる振動を正確に測定できなくなる虞があった。その他の振動測定方法として、例えばガスセンサにレーザを照射した際の反射光を検出して振動を測定する方法も知られており、このような方法を用いればガスセンサの振動を正確に測定することが可能ではあるが、そのための測定装置を設置するためのスペースを実車内に確保することは困難であり、実車におけるガスセンサの振動の測定は難しかった。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、所定の取付部に取り付けられるガスセンサ自身に生ずる振動をより正確に測定することができるガスセンサの振動測定器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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサの振動測定器は、軸線方向に延びるガスセンサ素子と、当該ガスセンサ素子の先端部を自身の先端から突出させた状態で、前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、当該主体金具に固定され、前記ガスセンサ素子の先端部を覆うプロテクタと、前記主体金具に固定され、前記ガスセンサ素子の後端部の周囲を取り囲む筒状の外筒と、当該外筒の後端側から軸線方向後端側に延び、前記ガスセンサ素子から出力される検出信号を取り出すための信号線とを有するガスセンサが、所定の取付部に取り付けられた際に前記ガスセンサに生ずる振動を測定するため、前記取付部に取り付けられるガスセンサの振動測定器であって、前記ガスセンサ素子、前記主体金具、前記プロテクタおよび前記外筒を有する中間組立体と、当該中間組立体に組み付けられ、自身に生ずる振動の周波数および加速度を検出する振動検出素子と、当該振動検出素子が組み付けられた前記中間組立体の固有振動数を前記ガスセンサの固有振動数に合わせるため、前記中間組立体に組み付けられる質量体とを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明のガスセンサの振動測定器は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記信号線と同等のダミー信号線であって、自身に加わる加速度の調整を行うため、前記振動検出素子よりも後端側に取り付けられるダミー信号線を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明のガスセンサの振動測定器では、ガスセンサの製造過程において組み立てられる中間組立体（ガスセンサ素子、主体金具、プロテクタおよび外筒が一体に組み付けられたもの）をそのまま自身の構成の一部として使用しているので、この中間組立体に組み付けられる質量体のその形状や材質を調整するだけで比較的容易に自身の固有振動数をガスセンサの固有振動数に合わせることができる。ガスセンサが所定の取付部に取り付けられた際に、その取付部を介し伝播される振動によって、ガスセンサは固有の揺れの形態（振動モード）で振動するが、このように自身の固有振動数をガスセンサの固有振動数と合わせることによって、振動測定器は、ガスセンサと同じ振動モードを再現することができる。一方で、質量体の重さを調整することによっても自身の固有振動数をガスセンサの固有振動数に合わせることができる。このように、質量体をもってガスセンサと同等の固有振動数および加速度が得られるように調整した振動測定器を用いれば、ガスセンサが所定の取付部に取り付けられた際にガスセンサ自身に生ずる振動を再現することができ、より正確な測定を行うことができる。
【０００９】
ところで、ガスセンサが所定の取付部に取り付けられた際に、自身の有する信号線が振動や衝撃を緩和する、いわゆるダンパーとしての効果を奏することによって、自身に生ずる加速度が軽減される場合がある。そこで請求項２に係る発明のように、信号線を有するガスセンサの形態になぞらえて、その信号線と同等のダミー信号線を振動測定器が備えることによって、ガスセンサに生ずる加速度が低減された状態と同様の状態を再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化したガスセンサの振動測定器の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としての振動測定器１００の構造について、図１を参照して説明する。図１は、振動測定器１００の構造を示す縦断面図である。
【００１１】
図示しない自動車の排気管の取付部に取り付けられるガスセンサ（図示外）は、エンジンの駆動等に伴う振動が排気管を介して伝達されると共に、共振によって影響を受けるため、自身に固有の振動モードで振動を生ずる。図１に示す本実施の形態の振動測定器１００はこのガスセンサの特有の振動を測定するための測定器であり、ガスセンサに置き換えて排気管の取付部に取り付けられ、ガスセンサ特有の振動の測定を行う。この振動測定器１００の固有振動数をよりガスセンサの固有振動数に近づけるため、本実施の形態では、ガスセンサの製造過程で作製されるガスセンサの中間組立体３０を、振動測定器１００の構成の一部として使用している。
【００１２】
図１に示す振動測定器１００は、ジルコニアを主成分とし酸素イオン導電性を有し、軸線Ｏ方向に延び有底筒状に形成された固体電解質体１１を基体として構成されたガスセンサ素子１０を有する。このガスセンサ素子１０は、振動測定対象のガスセンサ（図示外）の構成部品をそのまま転用したものである。固体電解質体１１の内面には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる内部電極層１２がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体１１の外面にも、内部電極層１２と同様に、ＰｔまたはＰｔ合金からなる外部電極層１３が多孔質状に形成されている。この外部電極層１３は、耐熱性セラミックよりなる多孔質状の電極保護層１４により被覆され被毒から保護されている。そしてガスセンサ素子１０の軸線Ｏ方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部１５が設けられている。
【００１３】
このガスセンサ素子１０は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれた状態で、その主体金具５０の筒孔５５内に保持されている。主体金具５０も同様に、振動測定対象のガスセンサ（図示外）の構成部品をそのまま転用したものである。主体金具５０はＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。雄ねじ部５２よりも先端側には、後述するプロテクタ２０が係合される先端係合部５６が形成されている。ガスセンサ素子１０の先端部１６は、この先端係合部５６より先端側に突出されている。
【００１４】
また、主体金具５０の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、排気管の取付部に取り付ける際に使用される取付工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部に取り付けられた際のガス抜けを防止するための環状のガスケット５が嵌挿されている。そして主体金具５０の後端側には、自身の筒孔５５内で保持するガスセンサ素子１０を加締め固定するための加締部５７が設けられている。ガスセンサ素子１０の後端部１７は、この加締部５７よりも後端側に突出されている。
【００１５】
次に、主体金具５０の筒孔５５内には、先端側内周に径方向内側に向かって突出した段部５８が設けられており、この段部５８にパッキン３１を介してアルミナ製の支持部材３２が係止されている。そしてこの支持部材３２上に、ガスセンサ素子１０のフランジ部１５が支持されている。さらに支持部材３２の後端側における主体金具５０の筒孔５５の内面とガスセンサ素子１０の外面との間に滑石粉末からなる充填部材３３が配設され、この充填部材３３の後端側に、アルミナ製のスリーブ３４および環状リング３５が順次同軸状に内挿された状態で配置されている。
【００１６】
また、主体金具５０の後端側内側にはＳＵＳ等の金属を用いて筒状に作製された外筒４０の先端側が挿入されている。この外筒４０の先端側の開口部分は鍔状に折り曲げられた開口端部４１として形成され、その開口端部４１が環状リング３５に当接されている。そして、開口端部４１より後端側の外筒４０の外周面と主体金具５０の加締部５７の内周面との間にパッキン３６が配設されており、加締部５７を内側先端方向に加締めることで、パッキン３６を介し、外筒４０の開口端部４１が環状リング３５に対し押しつけられている。さらに、この加締部５７を加締めることを通じて、環状リング３５およびスリーブ３４を介し充填部材３３が圧縮充填され、ガスセンサ素子１０のフランジ部１５が支持部材３２に向けて押圧されると共に、主体金具５０の筒孔５５の内周面とガスセンサ素子１０の外周面との間の間隙が気密に埋められている。そしてパッキン３１、支持部材３２、ガスセンサ素子１０のフランジ部１５、充填部材３３、スリーブ３４、環状リング３５、外筒４０の開口端部４１およびパッキン３６が、加締部５７と段部５８との間において挟持されることで、主体金具５０にガスセンサ素子１０が保持されると共に、外筒４０が固定されている。
【００１７】
外筒４０には、軸線Ｏ方向における略中間位置に段付部４５が形成されており、段付部４５よりも先端側が先端側胴部４２として形成され、段付部４５よりも後端側が後端側胴部４３として形成される。後端側胴部４３は先端側胴部４２よりも内径、外径がともに小さく形成されている。そして後端側胴部４３には、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔４４が形成されている。
【００１８】
一方、主体金具５０の先端係合部５６には、主体金具５０の先端側に突出されたガスセンサ素子１０の先端部１６を覆って保護するための２重のプロテクタ２０が溶接によって取り付けられている。プロテクタ２０には複数の開口が設けられており、プロテクタ２０を介し、被検出ガスがプロテクタ２０内に進入してガスセンサ素子１０の先端部１６に接触できるように構成されている。
【００１９】
このように、主体金具５０にガスセンサ素子１０を保持させつつ外筒４０およびプロテクタ２０を固定した状態の中間組立体３０が、ガスセンサの製造過程において組み立てられる。なお、その後のガスセンサの製造過程では、ガスセンサ素子１０の内部に挿入する図示外のヒータ素子や、ガスセンサ素子１０の検出信号を取り出すための図示外の電極端子等を保持したセパレータ（図示外）が、外筒４０の後端側胴部４３に挿入される。そして、ヒータ素子やガスセンサ素子１０と外部回路との電気的な接続を行うためセパレータから取り出された信号線（図示外）が、セパレータの後端側に配置されるグロメット（図示外）に保持され、束ねられてその周囲が被覆されている。さらに、外筒４０の後端側胴部４３ごとセパレータおよびグロメットの周囲を取り囲むように、筒状の加締筒（図示外）が配置され、その加締筒が外周から外筒４０に対し加締められることによって、セパレータおよびグロメットが外筒４０に固定されてガスセンサが完成するのである。
【００２０】
本実施の形態の振動測定器１００は、前述したように、ガスセンサの製造過程で作製される上記の中間組立体３０を用いて作製されたものである。すなわち図１に示すように、外筒４０の後端側胴部４３に後端側から有底筒状の取付筒６０を被せ、その胴部６１の外周を例えば溶接により後端側胴部４３に接合することで、外筒４０に取付筒６０が固定されている。この取付筒６０の底部６２で内部側の面には、振動検出素子８０が固定されている。振動検出素子８０は、自身に生ずる振動の周波数および加速度を三次元的に（三軸方向において）検出することが可能な、例えば公知の三軸方向加速度ピックアップであり、検出信号を取り出すための信号線８１が、取付筒６０の胴部６１に設けられた開口部６３より外部に引き出されている。
【００２１】
また、取付筒６０の底部６２で外部側の面には、質量体７０が固定されている。この質量体７０は、例えば、中実の金属塊等からなるものであり、その重さを調整することによって、振動測定器１００の固有振動数を測定対象のガスセンサ（図示外）の固有振動数に合わせることができるものである。そしてこの質量体７０には複数（本実施の形態では４つであり、図１ではそのうちの２つが図示されている）の孔７１が孔設されており、各孔７１に、図示しないガスセンサの信号線と同一のリード線を用いたダミー信号線９０がそれぞれ差し込まれ、固定されている。ダミー信号線９０はまとめられて被覆材９５にその周囲を覆われ、１本に束ねられている。このダミー信号線９０は、ガスセンサの信号線と同様に芯線がＳＵＳ等から作製されたものであり、振動測定器１００の形態をガスセンサに模すための、いわゆるダミーとして、振動検出素子８０よりも後端側に取り付けられたものである。
【００２２】
このように構成された本実施形態の振動測定器１００では、自身の重さがガスセンサ（図示外）の重さと略一致するように、上記したように質量体７０の重さが調整されている。ガスセンサが自動車の排気管（図示外）に取り付けられた際には、自動車の駆動に伴い排気管に生ずる振動によってガスセンサには外部応力が加えられるが、その応力によってガスセンサ自身に生ずる加速度は、振動測定器１００が排気管に取り付けられた際に、ガスセンサと略同一の重さに調整された振動測定器１００自身に生ずる加速度とほぼ一致することとなる。
【００２３】
また、ガスセンサの信号線には、断線防止の観点からＳＵＳ等の比較的硬い金属が芯線として用いられており、ガスセンサが排気管に取り付けられた際に、その信号線が振動や衝撃を緩和する、いわゆるダンパーとしての効果を奏することによってガスセンサに生ずる加速度が軽減される場合がある。本実施の形態の振動測定器１００は、信号線を有したガスセンサの形態になぞらえてダミー信号線９０を有している。つまり、信号線によってガスセンサに生ずる加速度が低減された状態と同様の状態が、振動測定器１００においてはダミー信号線９０によって再現されるのである。なお、振動測定器１００からは、振動検出素子８０の信号線８１も引き出されているが、この振動測定器１００が恒常的に排気管に取り付けられて使用されるものではないため、信号線８１に強度が求められることはない。従って、信号線８１にはガスセンサの信号線やダミー信号線９０と比べて細く柔らかい芯線を用いることができ、信号線１８としてこうした柔らかい芯線を用いれば、振動測定器１００に生ずる加速度に対し影響を及ぼすことはない。
【００２４】
また、ガスセンサが排気管に取り付けられた際に、排気管を伝わってガスセンサに伝播される振動波がガスセンサ内を伝播した際に、その振動周波数がガスセンサの固有振動数と一致した場合に共振を生ずる場合がある。本実施の形態の振動測定器１００では、ガスセンサの中間組立体３０をそのまま用いて作製されているため、質量体７０の形状や材質、重さを調整することによって、ガスセンサの固有振動数と振動測定器１００の固有振動数とを容易に略一致させることが可能である。具体的には、重さ、形状の異なる質量体を準備し、そのうちの一個を組み付けた振動測定器の固有振動数を測定することで、ガスセンサの固有振動数との違いを調べる。次に、別の質量体を組み付けて固有振動数を測定し、さらにこの作業を繰り返す。その結果、最もガスセンサの固有振動数に近いものを質量体７０として採用すればよい。これにより、振動測定器１００はガスセンサの振動モードを再現し、より正確に、ガスセンサに生ずる振動を測定することができるのである。
【００２５】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、取付筒６０の底部６２の厚みを変更するなどして取付筒６０が質量体７０を兼ねてもよい。また、振動検出素子８０、質量体７０およびダミー信号線９０を直接、外筒４０に固定し、取付筒６０を用いない構成としてもよい。
【００２６】
また、振動検出素子８０は取付筒６０の底部６２で内部側の面に固定したが、外部側の面に固定してもよい。また、取付筒６０は外筒４０の後端側胴部４３に溶接して接合したが、加締めによる接合であってもよいし、あるいは接着剤等を用いて接合してもよい。また、質量体７０に孔７１を孔設してダミー信号線９０の固定を行ったが、孔７１を設けず、そのままダミー信号線９０を固定（例えば接着）してもよい。あるいは取付筒６０にダミー信号線９０を固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】振動測定器１００の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    ガスセンサ素子
１６    先端部
２０    プロテクタ
３０    中間組立体
４０    外筒
５０    主体金具
６０    取付筒
７０    質量体
８０    振動検出素子
９０    ダミー信号線
１００    振動測定器
【図１】
2008256408.tif 000003