(57)【要約】【課題】熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供すること。【解決手段】ハウジング１０と素子側絶縁碍子１２とガスセンサ素子１９と被測定ガス側カバー１１と大気側絶縁碍子１３と大気側カバー２とを有する。大気側カバー２の基端側はかしめ固定した弾性シール部材１７を有し，大気側カバー２の内部に大気を導入する導入穴２１０，２２０を有し，ここを覆う撥水フィルタ２３を有する。そして，素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１と大気側絶縁碍子１３の先端側端面１３１との間に熱伝導阻害部材３を配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型のハウジングと，該ハウジング内に挿通配置した素子側絶縁碍子と，該素子側絶縁碍子内に挿通配置したガスセンサ素子と，該ガスセンサ素子の先端側を覆うように上記ハウジングの先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと，上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子の基端側に配置する大気側絶縁碍子と，上記ハウジングの基端側に固定する筒型の大気側カバーとを有し，
上記大気側カバーの基端側は，該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材を有し，また上記大気側カバーの基端側は，該大気側カバーの内部に大気を導入する導入穴を有し，該導入穴を覆う筒型の撥水フィルタを有するガスセンサにおいて，
上記素子側絶縁碍子の基端側端面と上記大気側絶縁碍子の先端側端面との間に熱伝導阻害部材を配置す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，上記熱伝導阻害部材は，ハニカム構造を有することを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１において，上記熱伝導阻害部材は，上記素子側絶縁碍子の基端側端面及び上記大気側絶縁碍子の先端側端面に当接する当接面が凹凸面よりなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１において，上記熱伝導阻害部材は，ガスセンサの先端側と基端側とを結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体よりなることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車エンジンの排気管等に取り付けて熱い高温の排気ガス中にさらされて特定ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車の排気管に取り付けて空燃比制御に利用するガスセンサが知られている。
このガスセンサ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出するガスセンサ素子１９と該ガスセンサ素子１９を素子側絶縁碍子１２を介して挿通配置する筒型のハウジング１０と，上記ガスセンサ素子１９の先端側を覆うように上記ハウジング１０の先端側に固定する被測定ガス側カバー１１と，上記ガスセンサ素子１９の基端側を覆うように上記ハウジング１０の基端側に固定する大気側カバー２とを有する。
【０００３】
図７に示すごとく，上記大気側カバー２は，先端側がガスセンサ１の外部に露出し，ハウジング１０の基端側側面１００に溶接固定するメインカバー部材２１と，該メインカバー部材２１の基端側に筒型の撥水フィルタ２３を介してかしめ固定したフィルタカバー部材２２とよりなる。
【０００４】
上記ガスセンサ９において，大気側カバー２の基端側の内側面に弾性シール部材１７をかしめ固定し，該弾性シール部材１７において大気側カバー２の基端側がシールされる。また，上記ガスセンサ素子１９に接続した出力取り出し用及び／または電力印加用リード線１６は上記弾性シール部材１７を経由してガスセンサ外部へと延設され，上記リード線１６は上記弾性シール部材１７に設けた挿通穴１７０に対しシール固定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４３３５５号公報
【０００６】
【解決しようとする課題】
ところで，ガスセンサ９を自動車の排気管に取り付けた際は，図７に示すごとく，ハウジング１０の先端側で破線Ｌより下側が熱い排気ガスに熱せられ，ハウジング１０は高温となる。ハウジング１０に挿通配置される素子側絶縁碍子１２も同様に高温となり，ここから大気側絶縁碍子１３を経て，熱がガスセンサ９の基端側に到達する。
【０００７】
そして，図７に示すごとく，筒型の撥水フィルタ２３を設けた部分においてメインカバー部材２１は外部に露出せず，筒型の撥水フィルタ２３とフィルタカバー部材２２で覆われているため熱がこもりやすい。
また，弾性シール部材１７をかしめ固定した部分もメインカバー部材２１が外部に露出せず，フィルタカバー部材２２により覆われており，ここも熱がこもりやすい。
【０００８】
ところで，弾性シール部材１７は熱に強くない。そして耐熱限界付近では変形したり，弾性率が変わってしまう。弾性シール部材１７は大気側カバー２に対しかしめ固定されており，弾性シール部材１７が変形したり，弾性率が変わって，かしめ固定された部分に隙間が生じ，そこでシール性が低下するおそれがある。また，リード線１６は弾性シール部材１７によって保持されているため，リード線１６の位置ずれや脱落発生のおそれもある。
【０００９】
また，撥水フィルタ２３は一般に多孔質の樹脂材料よりなるため，弾性シール部材１７と同様に熱で変形したり弾性率が変わり，かしめ固定された部分でゆるんでしまうおそれがある。さらに，多孔質の撥水フィルタ２３は，熱によって気孔が溶けて変形し，塞がって，通気性が悪化するおそれがある。
【００１０】
撥水フィルタ２３は，ガスセンサ９の大気側カバー２の内部に大気を導入する導入穴２１０，２２０を覆うように設け，該導入穴２１０，２２０からの水分浸入を防止するために設けてあるため，大気を通す通気性が必要である。
撥水フィルタ２３の通気性が低下した際は大気の導入が困難となり，ガスセンサ１内部が酸欠状態となってガス濃度測定に支障が生じるおそれがある。
【００１１】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供しようとするものである。
【００１２】
【課題の解決手段】
本発明は，筒型のハウジングと，該ハウジング内に挿通配置した素子側絶縁碍子と，該素子側絶縁碍子内に挿通配置したガスセンサ素子と，該ガスセンサ素子の先端側を覆うように上記ハウジングの先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと，上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子の基端側に配置する大気側絶縁碍子と，上記ハウジングの基端側に固定する筒型の大気側カバーとを有し，
上記大気側カバーの基端側は，該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材を有し，また上記大気側カバーの基端側は，該大気側カバーの内部に大気を導入する導入穴を有し，該導入穴を覆う筒型の撥水フィルタを有するガスセンサにおいて，
上記素子側絶縁碍子の基端側端面と上記大気側絶縁碍子の先端側端面との間に熱伝導阻害部材を配置することを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１３】
本発明にかかるガスセンサでは，素子側絶縁碍子と大気側絶縁碍子との間に熱伝導阻害部材をおいて，両者間での熱のやりとりを阻害する。これにより熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材などを設けたガスセンサ基端側の温度上昇を防止することができる。
【００１４】
以上，本発明によれば，熱に弱い撥水フィルタや弾性シール部材の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるガスセンサは，被測定ガス中の酸素濃度やＮＯｘ濃度，ＣＯ濃度，ＨＣ濃度などを測定する各種のガスセンサに対し適用することができる。また，自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設置して，燃焼制御に利用する空燃比センサとして用いることができる。
また，ガスセンサ素子も積層型，コップ型，いずれを採用したガスセンサについても，本発明を適用することができる。
なお，ガスセンサの詳細構成は実施例で説明するが，本発明は実施例の構成にとどまらず，多くのガスセンサにおいて適用することができる。
【００１６】
本発明にかかるガスセンサにおいて，撥水フィルタは，大気側カバーに設けた導入穴から内部に水が侵入することを防ぐために設ける。テトラフルオロエチレンなどの各種樹脂材料よりなる多孔質材料で構成することが一般的である。
【００１７】
本発明にかかる熱伝導阻害部材とは，素子側絶縁碍子から大気側絶縁碍子への熱の流れを妨げることができれば，どのような構造，材質の部材を用いてもよい。
たとえば，大気側絶縁碍子よりも熱伝導率の小さな材料からなる部材を熱伝導阻害部材として使用することができる。一般に，素子側絶縁碍子は緻密でガスを通さないセラミックで構成するため，多孔質で気孔の多いポーラスなセラミックを熱伝導阻害部材として用いることができる。
【００１８】
また，接触面積を小さくすると熱伝導の阻害効果が高くなるため，素子側絶縁碍子と大気側絶縁碍子とが直接接触する際の接触面積よりも，更に小さな接触面積で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子に接触できる形状の部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。
さらに，素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と線接触または点接触するような部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。
【００１９】
具体的な熱伝導阻害部材として，たとえばハニカム構造を有する部材を用いることが好ましい（請求項２）。ハニカム構造の熱伝導阻害部材は，図２に示すごとく，素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と向きあう面に貫通する穴を多数有し，従ってこのような熱伝導阻害部材は，素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子との接触面積が小さくなるため，熱伝導の阻害効果が高くなる。
また，上記素子側絶縁碍子の基端側端面及び上記大気側絶縁碍子の先端側端面に当接する当接面が凹凸面よりなる部材を用いることが好ましい（請求項３）。こちらの熱伝導阻害部材も，素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子との接触面積が小さくなるため，熱伝導の阻害効果が高くなる。
【００２０】
また，上記熱伝導阻害部材は，上記熱伝導阻害部材は，ガスセンサの先端側と基端側を結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体よりなることが好ましい（請求項４）。
これにより，弾性体の復元力で素子側絶縁碍子を押圧し，確実にハウジング内の所定の位置に押圧固定することができる。
なお，軸方向とは，ガスセンサの先端側と基端側とを結ぶ，略筒型のガスセンサにおける中心軸と平行な方向である。
【００２１】
また，上記弾性体を大気側絶縁碍子よりも熱伝導率の小さな材料から構成することができる。また，上記弾性体における素子側絶縁碍子や大気側絶縁碍子と当接する当接面を，より小さな接触面積で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子に対し接触するような形状で構成することが好ましい。
なお，上記弾性体としては各種のバネ部材，皿バネや板バネなどを用いることができる。
また，上記熱伝導阻害部材として，弾性体以外で大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子との間に挟んで用いる部材を用いることができる（図４参照）。
また，熱伝導阻害部材を２つ以上設けることもできる。
【００２２】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本例にかかるガスセンサ１は，図１に示すごとく，筒型のハウジング１０と，該ハウジング１０内に挿通配置した素子側絶縁碍子１２と，該素子側絶縁碍子１２内に挿通配置したガスセンサ素子１９と，該ガスセンサ素子１９の先端側を覆うように上記ハウジング１０の先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバー１１と，上記ガスセンサ素子１９の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子１２の基端側に配置する大気側絶縁碍子１３と，上記ハウジング１０の基端側に固定する筒型の大気側カバー２とを有する。
【００２３】
上記大気側カバー２の基端側は，該基端側をシールするためにかしめ固定した弾性シール部材１７を有し，また上記大気側カバー２の基端側は，該大気側カバー２の内部に大気を導入する導入穴２１０，２２０を有し，該導入穴２１０，２２０を覆う筒型の撥水フィルタ２３を有する。
そして，上記素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１と上記大気側絶縁碍子１３の先端側端面１３１との間に熱伝導阻害部材３を配置する。
【００２４】
以下，詳細に説明する。
本例にかかるガスセンサ１は，自動車エンジンに接続した排気管の壁面に取り付けて，自動車エンジンの空燃比を測定して空燃比制御に使用する（図示略）。このときガスセンサ１は，ハウジング１０の側面に設けた径方向に突出する胴部１０１の先端側端面１０２を排気管の外壁面に向けて取り付ける。また，先端側端面１０２に対して上記排気管に対してシール固定できるようにバネ部１０３を設けてある。
【００２５】
そして，図１に記載した破線Ｌより下側が，ガスセンサ１による空燃比測定時に排気ガスで加熱される領域である。破線Ｌより上側は大気雰囲気である。したがって，破線Ｌからガスセンサ１の基端側に向かうに従って，ガスセンサ１の温度が低下する。なお，図１等では図面の上側をガスセンサの基端側，下方を先端側とした。
【００２６】
上記ハウジング１０の先端側に，二重構成の被測定ガス側カバー１１を設け，該カバー１１の内部に排気ガスを導入する導入穴が側面に設ける。また，被測定ガス側カバー１１の内部でガスセンサ素子１９の先端側が露出する。
上記ガスセンサ素子１９は，素子側絶縁碍子１２を介してハウジング１０内部に固定する。素子側絶縁碍子１２とハウジング１０との間，素子側絶縁碍子１２とガスセンサ素子１９との間はそれぞれシール固定して，ガスの流通が生じないようにする。
【００２７】
上記素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１に熱伝導阻害部材３を介して大気側絶縁碍子１３を載置する。大気側絶縁碍子１３は内部が空洞１３０で，そこにガスセンサ素子１９の基端側を収納する。また，上記空洞１３０と大気側絶縁碍子１３の基端側の端面との間を連絡する連絡穴１３９がある。
【００２８】
また，上記熱伝導阻害部材３は，図２に示すごとく，素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１や大気側絶縁碍子１３の先端側端面１３１と当接する当接面３０９に対し開口した貫通穴３０８を多数備えたハニカム構造の環状板で，素子側及び大気側絶縁碍子１２，１３を構成するセラミックより気孔率が高く熱伝導率が低いセラミックよりなる。なお，両絶縁碍子１２，１３及び熱伝導阻害部材３は共にアルミナセラミックである。
【００２９】
上記ガスセンサ素子１９と電気的に接続して，外部に素子１９の出力を取り出したり，または外部から素子１９に電力を供給する端子１９１がある。この端子１９１は上記連絡穴１３９を通じて，大気側絶縁碍子１３の外部で大気側カバー２の内部に突出する。この突出した箇所において，連結部材１９２を介して上記端子１９１はリード線１６に電気的に接続される。
上記リード線１６は，大気側カバー２の基端側をシールする弾性シール部材１７に設けた挿通穴１７０を通じてガスセンサ１の外部へと引き出して，外部に設けた測定装置や電源などと接続する。
【００３０】
また，大気側カバー２は，ハウジング１０の基端側側面に固定したメインカバー部材２１と該メインカバー部材２１の基端側の外部に撥水フィルタ２３をフィルタカバー部材２２を用いて固定する。
すなわち，メインカバー部材２１において大気導入用の導入穴２１０を設けた部分の外方に筒型の撥水フィルタ２３を配置し，撥水フィルタ２３の外側に同じく筒型のフィルタカバー部材２２を配置する。なお，フィルタカバー部材２２でも撥水フィルタ２３と対面する位置に大気導入用の導入穴２２０を有する。そして，フィルタカバー部材２２の外側から力を加えて，撥水フィルタ２３ごとメインカバー部材２１に対しかしめ固定する。
なお，メインカバー部材２１は先端側が径大で，基端側が径細である。撥水フィルタ２３やフィルタカバー部材２２は径細の部分に設ける。
【００３１】
また，大気側絶縁碍子１３の基端側端面１３２とメインカバー部材２１の径大及び径細の切替部における内側面との間に皿バネ１５を載置する。この皿バネ１５はガスセンサ１の軸方向への復元力を持つ。
【００３２】
そして，素子側絶縁碍子１２はハウジング１０の内側面に突出形成されたテーパ面１０５に載置し，大気側絶縁碍子１３は素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１に熱伝導阻害部材３を介して載置する。皿バネ１５は大気側絶縁碍子１３の基端側端面１３２と大気側カバー２との間に位置して，図１の基端側から先端側に向かう軸方向の押圧力を大気側絶縁碍子１３及び素子側絶縁碍子１２に与えて，大気側絶縁碍子１３と素子側絶縁碍子１２と熱伝導阻害部材３のそれぞれの間，また素子側絶縁碍子１２とハウジング１０のテーパー面１０５との間を密着固定する。
【００３３】
本例の作用効果について説明する。
本例では，素子側絶縁碍子１２と大気側絶縁碍子１３との間に熱伝導阻害部材３をおいて，両者間での熱のやりとりを阻害する。これにより撥水フィルタ２３や弾性シール部材１７などを設けたガスセンサ１の基端側の温度上昇を防止することができる。
以上，本例によれば，熱に弱い撥水フィルタ２３や弾性シール部材１７の周辺温度が高くなり難い構造のガスセンサを提供することができる。
【００３４】
また，本例のガスセンサ１は，自動車で使用する空燃比センサを想定したが，空燃比センサ以外であっても使用環境でハウジング１０が加熱される構成のガスセンサについて本例の構成は有効である。
【００３５】
また，図３に示すごとき，基端側端面１２１や先端側端面１３１と当接する当接面３０９を凹凸面としたセラミックの環状板よりなる熱伝導阻害部材３を用いることもできる。
また，図示は略したが，単なる環状板で熱伝導率が小さな材料から構成した部材を熱伝導阻害部材として用いることができる。また，この場合の熱伝導阻害部材の熱伝導率は，大気側絶縁碍子や素子側絶縁碍子よりも小さい。
【００３６】
（実施例２）
本例は，図４〜図６に示すごとく，ガスセンサ１の先端側と基端側を結ぶ軸方向と平行方向に復元力が生じる弾性体４１及び該弾性体４１に被せ，該弾性体４１を素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１に固定するキャップ部材４２を備える構成について説明する。
【００３７】
本例のガスセンサ１は，実施例１と同様に，筒型のハウジング１０と，該ハウジング１０内に挿通配置した素子側絶縁碍子１２と，該素子側絶縁碍子１２内に挿通配置したガスセンサ素子１９と，該ガスセンサ素子１９の先端側を覆うように上記ハウジング１０の先端側に固定する筒型の被測定ガス側カバーと，上記ガスセンサ素子１９の基端側を覆うように上記素子側絶縁碍子１２の基端側に熱伝導阻害部材を介して配置する大気側絶縁碍子１３と，上記ハウジング１０の基端側に固定する筒型の大気側カバー２とを有する。
【００３８】
本例にかかるガスセンサ１は，図４，図５に示すごとき，皿バネよりなる弾性体４１と該弾性体４１を基端側端面１２１に固定するキャップ部材４２を有する。
上記弾性体４１である皿バネは金属の環状板からなり，図５（ｂ）に示す断面説明図にあるように側面からみた形が波状で，図面の上下方向から押圧することで，図５（ｂ）において図面上下方向への復元力が生じる。
また，上記キャップ４２は，図６に示すごとく，弾性体４１である皿バネの外径とほぼ同じ内径を備え，先端側が開口した筒状部材である。弾性体４１を基端側から押える押え板４２１と，該押え板４２１からハウジング１０の側面に沿って伸びる側面部４２２とよりなる。上記押え板４２１は表面に二箇所の突部４２３が設けてある。
【００３９】
そして，素子側絶縁碍子１２の基端側端面１２１に弾性体４１を載置して，復元力が生じるようにキャップ４２で軸方向に押圧しつつ側面部４２２をハウジング１０の基端側に差込み，側面部４２２において溶接固定する。
この押圧によって弾性体４１にかかる皿バネは平べったくつぶされ，素子側絶縁碍子１２の基端側端面４２１やキャップ部材４２の押え板４２１とは全面当接状態となるが（図４参照），大気側絶縁碍子１３の先端側端面１３１と押え板４２１との間は，突部４２３においてのみ接触する。
【００４０】
これにより，ハウジング１０からの熱は素子側絶縁碍子１２に伝導し，さらにそこから大気側絶縁碍子１３に伝わるが，素子側絶縁碍子１２と弾性体４１，キャップ部材４２との間は接触面積も広く，熱もよく伝わるが，キャップ部材４２と大気側絶縁碍子１３との間は突部４２３においてのみ接触する状態にあるため，熱が伝わりにくい。
すなわち，キャップ部材４２が熱伝導阻害部材として機能するため，本例にかかるガスセンサ１でも，基端側にある撥水フィルタや弾性シール部材（図示略）の加熱を防止することができる。
そのほか詳細な構成や作用効果は実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，ガスセンサの軸方向全体断面図。
【図２】実施例１における，ハニカムよりなる熱伝導阻害部材の平面図及び断面図。
【図３】実施例１における，当接面が凹凸面となる熱伝導阻害部材の平面図及び断面図。
【図４】実施例２における，皿バネとキャップ部材を大気側と素子側絶縁碍子との間に設けたガスセンサの軸方向断面説明図。
【図５】実施例２における，皿バネの平面図及び断面図。
【図６】実施例２における，皿バネにかぶせるキャップ部材の平面図及び断面図。
【図７】従来例にかかる，ガスセンサの軸方向全体断面図。
【符号の説明】
１．．．ガスセンサ，
１０．．．ハウジング，
１２．．．大気側絶縁碍子，
１３．．．素子側絶縁碍子，
３．．．熱伝導阻害部材，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004198363.tif 000008
【図７】
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