(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の検出ガス濃度を測定する為の板型の素子と、
前記素子の側面に対して弾性的に接し、素子からの電気的信号を取出す出力端子と、
前記素子を収容する上下方向に開放した空間を有する主体金具と、
前記素子と主体金具の間の前記空間の一部に充填された無機粉末と、
前記素子と主体金具の間の前記無機粉末の上端側の前記空間内に配置された筒状絶縁体とを有し、
前記主体金具の上端部には内側に曲げ込まれた曲げ込み部が形成され、
前記曲げ込み部の下端面が前記筒状絶縁体の端面に直接又は金属パッキンを介して間接に接しているガスセンサであって、
前記筒状絶縁体の端面には前記曲げ込み部又は金属パッキンよりも内側の位置で、その上端面が、前記曲げ込み部の上端面よりも高く突出した突出部を有し、
前記出力端子と前記曲げ込み部とが非接触であること、
を特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記突出部は、筒状絶縁体と別部材である事を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記突出部は、内側に座刳り部を有し、
前記座刳り部には、前記出力端子が挿入されている事を特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
【請求項４】
被測定ガス中の検出ガス濃度を測定する為の素子と、
前記素子の外周部に設けられ素子からの電気的信号を取出す出力端子と、
前記素子を収容する上下方向に開放した空間を有する主体金具と、
前記素子と主体金具の間の前記空間の一部に充填された無機粉末と、
前記素子と主体金具の間の前記無機粉末の上端側の前記空間内に配置された筒状絶縁体とを有し、
前記主体金具の上端部には内側に曲げ込まれた曲げ込み部が形成され、
前記曲げ込み部の下端面が前記筒状絶縁体の端面に直接又は金属パッキンを介して間接に接しているガスセンサであって、
前記曲げ込み部又は前記金属パッキンの上を覆うように、径方向外側に延設された絶縁リングが配設されている事を特徴とする請求項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、内燃機関等から排出される排気ガスなどの被測定ガス中の検出ガス濃度を検出する為のガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定ガス中の検出ガス濃度を測定するためのガスセンサとしては、例えば、筒状の素子を有する酸素センサとして特開平９−２６９３１２や特開平１１−２９５２６３に記載されたものが知られており、また、特願平１１−２２８３２２号において出願人が既に出願しているものがある。或いは、板状の素子を有する酸素センサとしては特開平１１−２４８６７１に記載されたものが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のガスセンサにおいては、検出ガスを検出する素子を被測定ガスが流れる流路に配置する為の手段として、図１に示すように主体金具１の中心に形成した空間内１０１に素子２を配置し、主体金具１と素子２の間の隙間に滑石やセラミック等の無機粉末４を充填し、無機粉末の上端側に無機粉末を圧縮する為の筒状絶縁体３を配置し、これら無機粉末及び筒状絶縁体を空間の下端に形成した肩面１０３と、上端側において主体金具を内側に折り曲げて形成した曲げ込み部１０２との間で加締めて挟持し、以って、無機粉末、筒状絶縁体、素子をそれぞれ強固に一体化して保持すると共に、素子と主体金具の隙間を気密にシールする様にしていた。ところで、この様な構造のガスセンサにおいては、図１の様に素子の外側に円環状のマイナス出力端子７を弾性的に係合させて素子から出力を取出すようにした場合には、前記曲げ込み部や、曲げ込み部と筒状絶縁体の間に配置された金属パッキン５がマイナス出力端子に接触してしまう可能性が有った。この様な接触が起きるとセンサの出力に外部からの電気的ノイズの影響を受ける事になるので、マイナス出力端子は曲げ込み部や金属パッキンと接触しないようにそれらと所定の間隔を空けて素子に挿入されるように寸法設計されている必要が有った。しかし、曲げ込み部とマイナス出力端子の間隔が少ないと、挿入時に勢い良くマイナス出力端子を素子に挿入し、挿入されすぎたマイナス出力端子が曲げ込み部に接触してしまうという問題が生じた。特に、特開平１１−７２４６６に開示されているように、主体金具と素子を一体に組み立てた下部ユニットと、出力端子やフィルタアセンブリーなどを一体に組み立てた上部ユニットを別々に組み立てた後で、最後にセンサの出力端子、とヒータを素子に挿入する様に上部ユニットと下部ユニットを組み合せて一体化するような方法でセンサを組み立てる場合には、マイナス出力端子を挿入後にその位置を再調整することが出来ないので、全体を組み立てた後にマイナス出力端子と曲げ込み部が接触しているとセンサ全体を不良品として捨てなければならないという問題が有った。また、挿入時にマイナス端子が曲げ込み部に接触しないように十分間隔が開くように寸法設計すると、上下方向にセンサが大きくなるので、センサの小型化の要求に合わないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するために為されたものであり、その目的は、前記素子の外周に接合した出力端子と、素子を主体金具に一体に加締めて固定する為の曲げ込み部の接触を防止できる構造のガスセンサを供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、発明者は、図２に示すように前記曲げ込み部の下端面に直接又は間接的に接する前記筒状絶縁体の端面に、前記曲げ込み部よりも内側の位置突出した突出部を設けることを発明した。
【０００６】
本発明の構成では、従来のように素子外周に接合するマイナス出力端子が勢い良く挿入されても、マイナス出力端子の下端面が前記突出部の上端面に突き当たってそれ以上深く挿入されないので、マイナス出力端子が曲げ込み部或いは曲げ込み部と筒状絶縁体の間に挿入された金属パッキンと接触することを防止できる。そして、前記突出部はその上端面が前記曲げ込み部の上端面高さよりも高く位置するように設けられる。マイナス出力端子の下端面は突出部の上端面に突き当たって止まるので、その位置が曲げ込み部の上端面よりも高いと、その絶縁は確実となるからである。
【０００７】
なお、突出部は筒状絶縁体と別部品として組付けることも出来る。例えば、図３の様に金属パッキンの内側の筒状絶縁体上端面部に円環状の絶縁リングを挿入することで、マイナス出力端子と曲げ込み部及び金属パッキンとの接触を防止することが出来る。この様な円環リングは加工が容易であり、数枚重ねることで突出部高さが調節できるので、いろいろな仕様のガスセンサに適用することが出来る。しかし、前記円環状の絶縁リングはマイナス出力端子によって下方に押え込まれる以外は他に固定されていない。その為、機械的振動の激しい位置で使用されると、絶縁リングには振動によってマイナス出力端子を上方にずらす力を生じる。この力でマイナス出力端子が上方にずれた場合には、押えを失った絶縁リングが空中で振動して、結果として破壊してしまう恐れが有る。この様な問題を回避するには、図４の様に絶縁リングの下部を鍔状に広げて、筒状絶縁体と共に曲げ込み部によって加締め固定する方法が有る。これによって、機械的振動が激しい場所に使用してもマイナス出力端子を上方にずらす力が乗じないので、マイナス出力端子の位置ずれが防止できる。また、マイナス出力端子と素子との接触が良好に維持される。
【０００８】
更に、マイナス出力端子と曲げ込み部の接触をより確実にしたい場合には、図５の様に曲げ込み部又は金属パッキンの上を覆うように径方向外側に延設された絶縁リングを曲げ込み部又は金属パッキンの上から乗せる様にしても良い。特にガスセンサの径を小型化した場合に曲げ込み部又は金属パッキンが素子の外周部に近接して、それらの内側に突出部を成形するだけの十分な厚みが取れない時は、それらとマイナス出力端子を直接的に絶縁する様な絶縁リングを配設することで、省スペースのガスセンサを供給できる。なお、絶縁リングの厚さは０．５ｍｍ以上が構造強度的に望ましく、省スペース的に２ｍｍ以下が望ましい。この様な絶縁リングにおいては、前述の様に機械的振動が加わった場合にマイナス出力端子以外に押さえが無いので、マイナス出力端子を上方にずらす力を生じるが、絶縁リングの厚さを薄くしたり、絶縁リングを密度の低い材質で作れば、この様な力の発生を緩和できる。
【０００９】
一方、ガスセンサを長さ方向に小型化したい場合には、図６の様に前記突出部の内側に座刳り部を設けて、その中にマイナス出力端子を挿入するようにすれば良い。この場合、座刳り部外側の突出部がマイナス出力端子と曲げ込み部及び金属パッキンを分離絶縁する。マイナス出力端子は高温になると熱膨張によって広がり、素子外周面との接触が劣下する恐れが有るが、座刳り部内にマイナス出力端子を挿入すると、マイナス出力端子が周りの突出部内周面で押え込まれるので、熱膨張で拡径することが無く、マイナス出力端子と素子との接触が良好に維持できる。突出部の機械的強度を確保したい場合に、その厚みはある程度以上厚くする必要が有るので、この構造においては、ガスセンサの径は広がる方向に有るが、ガスセンサを長さ方向に短くすることが優先する場合には、この様な構成は有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。図２に示すのは本発明を用いたガスセンサの第１の実施例について、筒状絶縁体近傍の横断面を拡大した図である。このガスセンサは、筒状絶縁体３の上端部で上方に突出部３０１を有している以外は図１で示された従来のセンサと同じである。
【００１１】
本発明の筒状絶縁体３はアルミナ９２％含有のセラミック焼結体である。そして、筒状絶縁体３の中心には素子を挿通する直径７．７ｍｍの貫通孔が形成されている。その上端面外周はテーパ部を経てＲ面取りがされており、このテーパ部に当接して金属パッキン５が配設され、主体金具１が加締められることで曲げ込み部１０２がこの金属パッキン５を介して筒状絶縁体３を下方に押圧して無機粉末４が圧縮される。こうして、素子２は無機粉末４下方のホルダ６と無機粉末４と筒状絶縁体３によって位置決めされて、主体金具１の中央の空間内に固定される。
【００１２】
筒状絶縁体３は、上端部内側に上方に突出する突出部３０１を有している。突出部３０１はその上端面が組み立て状態における曲げ込み部１０２の上端面よりも上方に位置するように寸法設定されている。素子２上方から挿入されたマイナス接続端子７はこの突出部３０１上端面に対してその下端が当接し、これ以上下方に挿入されるのが抑制される。この様にマイナス接続端子７は、曲げ込み部１０２或いは金属パッキン５と接触することを抑制される。
【００１３】
図３に示すのは第２の実施例であって、筒状絶縁体３とは別部材として、従来の筒状絶縁体３の上端面内側にリング状の絶縁体８を乗せたものである。リング８の厚みを、リング８の上面が曲げ込み部１０２よりも上方に位置するように設計しているので、マイナス接続端子７は曲げ込み部１０２に接触することを抑制される。
【００１４】
図４に示すのは、第３の実施例であって、絶縁リング８の下方に鍔状の拡径部８０１を設けたものである。拡径部８０１は曲げ込み部１０２によって加締め固定されるので、絶縁リング８は機械的振動に対して振動を抑制されており、マイナス出力端子を上方にずらす力を生じない。
【００１５】
図５に示すのは第４の実施例であって、金属パッキン５を覆う程度に外側に延接した絶縁リング９を金属パッキン５の上から乗せて、金属パッキン５とマイナス出力端子７の間に介挿する様にしたものである。絶縁リング９の内径は筒状絶縁体３と同じであり、外径は金属パッキン５の内径に対して２ｍｍ大きい。絶縁リング９の厚みは２ｍｍである。材質は窒化ホウ素を材質に用いている。本実施例においてはガスセンサの径を小型化する為に、金属パッキン５の内径と素子２の外径の直径の差が２ｍｍであり、片側で１ｍｍの隙間しかない為、筒状絶縁体３に突出部を形成することが難しくなっている。そこで、この様に金属パッキン５の上から絶縁リング９を乗せることで確実に絶縁を図る様にした。
【００１６】
図６に示すのは第５の実施例であって、突出部３０１の内側に座刳り部３０２を設けて、そこにマイナス出力端子７を挿入するように配置している。突出部３０１の内周面はマイナス出力端子７の傘状に拡径した下端部と接触しており、マイナス出力端子７を外側から拘束している。これによって、マイナス出力端子７は曲げ込み部１０２及び金属パッキン５と絶縁される。また、マイナス出力端子を曲げ込み部１０２の上端面よりも下方に挿入する事が可能になるので、ガスセンサの長さを短くすることが出来る。更に、マイナス出力端子７が熱膨張によって広がろうとしても、突出部によってそれが拘束されるので、マイナス出力端子と素子の接触が良好に維持されるので、耐熱性に優れる。
【００１７】
特に板型素子の側面に対して、出力端子を弾性的に接合する様なガスセンサにおいては、出力端子がガスセンサの内部で確実に固定されず、しかも、センサを小型化する上で出力端子と曲げ込み部との接触の恐れが高い場合には、本発明を適用する事で、それらの絶縁を確実に図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のガスセンサの横断面図
【図２】本発明の第１の実施例の筒状絶縁体近傍の拡大断面図
【図３】本発明の第２の実施例の筒状絶縁体近傍の拡大断面図
【図４】本発明の第３の実施例の筒状絶縁体近傍の拡大断面図
【図５】本発明の第４の実施例の筒状絶縁体近傍の拡大断面図
【図６】本発明の第５の実施例の筒状絶縁体近傍の拡大断面図
【符号の説明】
【００１９】
１、…主体金具
２、…素子
３、…筒状絶縁体
４、…無機粉末
５、…金属パッキン
６、…ホルダ
７、…マイナス出力端子
８、９、…絶縁リング
１０１、…空間
１０２、…曲げ込み部
１０３、…肩面
３０１、…突出部
３０２、…座刳り部
８０１、…拡径部
【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】
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