(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準ガス室を有するガスセンサ素子が内蔵されたボディアッシと該ボディアッシの基端側を覆い，ボディアッシの外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有し，
上記ボディアッシの内部に上記ガスセンサ素子がさらされる被測定ガス側雰囲気を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されたガスセンサで，
該ガスセンサにおける大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性を検査する装置であって，
上記ボディアッシの基端側に設置する大気側用治具と，上記ボディアッシの先端側に設置する被測定ガス側用治具とよりなり，
上記被測定ガス側用治具は，ボディアッシ先端側を覆うように構成されたエアー溜まり部と，該エアー溜まり部に対し上記ボディアッシを差し込む差し込み部と，上記エアー溜まり部に対し高圧エアーを供給するよう構成された高圧エアー源とよりなり，
上記大気側用治具は，ボディアッシ基端側を覆うように構成された気密部と，該気密部に対し上記ボディアッシを差し込む差し込み部と，該差し込み部と上記ボディアッシとの間を気密シールする気密シール部と，上記気密部に対し低圧エアーを供給するよう構成された低圧エアー源と，上記気密部に連通するセンサ部を有することを特徴とするガスセンサの気密検査装置。
【請求項２】
請求項１において，上記センサ部は，上記低圧エアー源と上記気密部との間に第１バルブを有する第１管を，また上記低圧エアー源に第２バルブを有する第２管が接続され，該第２管の先端は閉じており，上記第１管と上記第２管との間にはダイヤフラムを設けた第３管を有することを特徴とするガスセンサの気密検査装置。
【請求項３】
基準ガス室を有するガスセンサ素子が内蔵されたボディアッシと該ボディアッシの基端側を覆い，ボディアッシの外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有し，
上記ボディアッシの内部に上記ガスセンサ素子がさらされる被測定ガス側雰囲気を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されたガスセンサで，
該ガスセンサにおける大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性を検査するにあたり，
該ガスセンサの上記被測定ガス側雰囲気と上記大気側雰囲気との気密性はボディアッシの先端側に高圧エアーによる高圧雰囲気を形成すると共に，ボディアッシの基端側に低圧エアーによる低圧雰囲気を形成し，
低圧雰囲気側における圧力変化をモニタすることにより，ボディアッシ内での高圧雰囲気側からのリークを検出することを特徴とするガスセンサの気密検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，内燃機関の燃焼制御等に用いられるガスセンサの気密検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
基準ガス室を有するガスセンサ素子が内蔵されたボディアッシと該ボディアッシの基端側を覆い，ボディアッシの外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有し，上記ボディアッシの内部に上記ガスセンサ素子がさらされる被測定ガス側雰囲気を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されたガスセンサが知られている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
上記ガスセンサ素子は被測定ガスに接する電極と基準ガスとなる大気に接する電極との間に生じる電気化学的反応から被測定ガス中のガス濃度を検出するよう構成されている。
【０００４】
そのためガスセンサ内は，上述したごとく，気密的に分離された大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気とを有し，ガスセンサ素子は両雰囲気に接するように設置される。大気側雰囲気と被測定ガス雰囲気とが完全分離されていなければ，正しい特定ガス濃度の検出ができなくなるため，ガスセンサ製造の際は精密な気密検査を行う必要があった。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，精密に大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間に生じる気密もれを検出可能なガスセンサの気密検査装置及び気密検査方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
第１の発明は，基準ガス室を有するガスセンサ素子が内蔵されたボディアッシと該ボディアッシの基端側を覆い，ボディアッシの外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有し，
上記ボディアッシの内部に上記ガスセンサ素子がさらされる被測定ガス側雰囲気を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されたガスセンサで，
該ガスセンサにおける大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性を検査する装置であって，
上記ボディアッシの基端側に設置する大気側用治具と，上記ボディアッシの先端側に設置する被測定ガス側用治具とよりなり，
上記被測定ガス側用治具は，ボディアッシ先端側を覆うように構成されたエアー溜まり部と，該エアー溜まり部に対し上記ボディアッシを差し込む差し込み部と，上記エアー溜まり部に対し高圧エアーを供給するよう構成された高圧エアー源とよりなり，
上記大気側用治具は，ボディアッシ基端側を覆うように構成された気密部と，該気密部に対し上記ボディアッシを差し込む差し込み部と，該差し込み部と上記ボディアッシとの間を気密シールする気密シール部と，上記気密部に対し低圧エアーを供給するよう構成された低圧エアー源と，上記気密部に連通するセンサ部を有することを特徴とするガスセンサの気密検査装置にある（請求項１）。
【０００７】
第１の発明の気密検査装置を用いることで，実機に近い状態で気密検査を行うことができる。
すなわち，ガスセンサの実使用環境では，ボディアッシの先端側を被測定ガスにさらしてガス濃度を測定する。高圧エアーをボディアッシを覆うエアー溜まり部から供給し，この高圧エアーがボディアッシを介してボディアッシ先端側の気密部に対し漏れることの有無を調べることが可能な本発明の気密検査を用いることで，実使用環境に近い状態で検査を行うことができる。
【０００８】
また，漏れたエア量を圧力にて測定し，それをエア漏れ量に換算することにより体積で計測することに比べて，かなり精密測定できる。
このように第１の発明にかかる気密検査装置を用いることで，精密に気密測定を行うことができる。
【０００９】
以上により，第１発明によれば精密に大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間に生じる気密もれを検出可能なガスセンサの気密検査装置を提供することができる。
【００１０】
第２の発明は，基準ガス室を有するガスセンサ素子が内蔵されたボディアッシと該ボディアッシの基端側を覆い，ボディアッシの外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有し，
上記ボディアッシの内部に上記ガスセンサ素子がさらされる被測定ガス側雰囲気を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されたガスセンサで，
該ガスセンサにおける大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間の気密性を検査するにあたり，
該ガスセンサの上記被測定ガス側雰囲気と上記大気側雰囲気との気密性はボディアッシの先端側に高圧エアーによる高圧雰囲気を形成すると共に，ボディアッシの基端側に低圧エアーによる低圧雰囲気を形成し，
低圧雰囲気側における圧力変化をモニタすることにより，ボディアッシ内での高圧雰囲気側からのリークを検出することを特徴とするガスセンサの気密検査方法にある（請求項３）。
【００１１】
第２の発明は，第１の発明と同様に実機に近い状態で気密検査を行うことができる。
また，大気側測定カプセルに微小圧力を印加することにより，ボディアッシの各部における割れの発見，及び気密シール部におけるシール劣化の発見を行うことができると共に，より精密な気密検査を行うことができる。
このように第２の発明にかかる気密検査方法を用いることで，精密に気密測定を行うことができる。
【００１２】
以上により，第２発明によれば精密に大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間に生じる気密もれを検出可能なガスセンサの気密検査方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上記第１の発明（請求項１）において，気密シール部はシリコーンゴムまたはウレタンゴム等により構成することができる。
これにより，気密シール部のシール性を向上させることができる。
また，上記気密シール部の硬度は７０〜９０とすることが好ましい。
これにより，耐磨耗性を高めることができる。
硬度が７０未満である場合は，気密シール部の劣化が早まるおそれがあり，硬度が９０を越えた場合は，ボディアッシの各部における割れを発見できなくなるおそれがある。
【００１４】
また，上記気密シール部はボディアッシと接する箇所を面取りすることが好ましい。これにより，よりボディアッシに対して密着させることができ，気密シール部の気密性を高めることができる。
仮に気密シール部の気密性能が低ければ，ボディアッシの気密漏れの有無が判別できなくなるおそれがある。
【００１５】
なお，第１発明において検査装置の対象となるガスセンサの構成は，例えば，筒形のハウジングと該ハウジングに気密的に挿通配置されるガスセンサ素子とを有し，該ハウジングの先端側に被測定ガス側カバーを設けて，ガスセンサ素子の先端側を覆い，ハウジングの基端側に大気側カバーを設けた構成が挙げられる。
上記構成の場合，ガスセンサの基端側は大気側雰囲気となり，先端側は被測定ガス側雰囲気となり，ガスセンサ素子とハウジングとの間等が気密封止されることによって，両雰囲気が分離されるケースがある。
【００１６】
その他，ガスセンサ素子とハウジングとの間に絶縁碍子等を配設した構成や，ヒータ等が設けられる構成等，様々な構成のガスセンサについて，第１発明にかかる気密装置を用いて，ボディアッシの気密測定を行うことができる。
また，ガスセンサ素子として後述する図２に示すごときコップ型の素子を用いるケース，積層型のガスセンサ素子を用いるケース等があり，いずれについても本発明にかかる検査装置で気密性を検査することができる。
【００１７】
上記ボディアッシは，ガスセンサ素子を中心としたガスセンサ内部の部分構造となる。ガスセンサ素子が特定ガス濃度を測定するためには，基準ガスとして利用する大気と測定の対象となる被測定ガスとの双方に接する必要があり，ボディアッシ内部は両雰囲気が気密分離された状態で形成される必要がある。
また，ボディアッシの基端側はこれを覆うように大気側カバーが配置されて，ガスセンサ内部の大気側カバー内部に形成された大気側雰囲気に対し接する部分でもある。
つまり，第１の発明におけるエアー溜まり部はガスセンサ使用時の被測定ガス側雰囲気を模擬したもので，上記気密部はガスセンサ使用時の大気側雰囲気を模擬したものである。
【００１８】
また，上記センサ部は，上記低圧エアー源と上記気密部との間に第１バルブを有する第１管を，また上記低圧エアー源に第２バルブを有する第２管が接続され，該第２管の先端は閉じており，上記第１管と上記第２管との間にはダイヤフラムを設けた第３管を有することが好ましい（請求項２）。
【００１９】
上記ダイヤフラムは第１管と第２管との間がわずかな圧力差であっても反応することができるため，上記構成のセンサ部を用いることでわずかな気密漏れも正確に検出することができる。
その他，ダイヤフラムを圧力でオフセットできるので，大気側に微小圧力がかかっていても０の圧力として換算することができる。
また，上記第２の発明にかかる方法での詳細は上記第１の発明について記載した箇所とほぼ同様である。
【００２０】
【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）
本発明にかかる，気密検査装置及び気密検査方法，また検査が施されるガスセンサについて，図１及び図２を用いて説明する。
図２に示すごとく，本例で検査されるガスセンサは，基準ガス室（図示略）を有するコップ型のガスセンサ素子１９が内蔵されたボディアッシ１と該ボディアッシ１の基端側を覆い，ボディアッシ１の外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバー（図示略）を有し，上記ボディアッシ１の内部に上記ガスセンサ素子１９がさらされる被測定ガス側雰囲気１１を有し，上記大気側雰囲気は上記基準ガス室と上記被測定ガス側雰囲気１１に対し気密性を保ちながら通じるよう構成されている。
【００２１】
図１に示すごとく，本例にかかる検査装置２は，ガスセンサにおける大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気１１との間の気密性を検査する装置である。
上記装置２は，上記ボディアッシ１の基端側に設置する大気側用治具２２と，上記ボディアッシ１の先端側に設置する被測定ガス側用治具２１とよりなる。
上記被測定ガス側用治具２１は，ボディアッシ１の先端側を覆うように構成されたエアー溜まり部２１１と，該エアー溜まり部２１１に対し上記ボディアッシ１を差し込む差し込み部２１５と，上記エアー溜まり部２１１に対し高圧エアーを供給するよう構成された高圧エアー源２１９とよりなる。
【００２２】
上記大気側用治具２２は，ボディアッシ１の基端側を覆うように構成された気密部２２１と，該気密部２２１に対し上記ボディアッシ１を差し込む差し込み部２２１と，該差し込み部２２５と上記ボディアッシ１との間を気密シールする気密シール部２２０と，上記気密部２２１に対し低圧エアーを供給するよう構成された低圧エアー源２２９と，上記気密部２２１に連通するセンサ部２３を有する。
【００２３】
また，上記センサ部２３は，上記低圧エアー源と上記気密部２２１との間に第１バルブ２３１を有する第１管２４１を，また上記低圧エアー源２２９に第２バルブ２３２を有する第２管２４２が接続され，該第２管２４２の先端は閉じており，上記第１管２４１と上記第２管２４２との間にはダイヤフラム２３５を設けた第３管２４３を有する。
【００２４】
以下，詳細に説明する。
本例で検査されるガスセンサは，自動車エンジンの排気系に設置して，燃焼制御に利用されるものである。
このガスセンサは，図２に示すごとく，コップ型のガスセンサ素子１９が内蔵されたボディアッシ１と該ボディアッシ１の基端側を覆い，ボディアッシ１の外方に大気側雰囲気を構成する大気側カバーを有する（図示略）。
【００２５】
上記ボディアッシ１は，図２に示すごとく，筒形のハウジング１０と該ハウジング１０に気密的に挿通配置されるコップ型のガスセンサ素子１９とを有し，該ハウジング１０の先端側は二重構成で複数の導入穴１１３が設けてある被測定ガス側カバー１１１，１１２を設けてある。被測定ガス側カバー１１１，１１２によりガスセンサ素子１９の先端側が覆われ，ハウジング１０の基端側は内部大気側カバー１２１により覆われている。
なお，内部大気側カバー１２１の内側に広がる空間はガスセンサにおける大気側雰囲気の一部である。
【００２６】
ガスセンサ素子１９は酸素イオン導電性のジルコニア固体電解質体と，該固体電解質体の内部に設けた基準ガス室とよりなり，固体電解質体の外側面には被測定ガスにさらされる外側電極が，内側面には基準ガスとなる大気にさらされる内側電極が設けてある（図示略）。
また，コップ型の固体電解質体の外側面には外側電極と電気的に導通したリード部及び端子部が，内側面も同様に内側電極と電気的に導通したリード部及び端子部が形成されており，各端子部に接続するための接続端子１９１，１９２がガスセンサ素子１９に固定されている。
なお，この接続端子１９１，１９２には，ガスセンサ外部に素子の出力を導出するようリード線に接続される（図示略）
【００２７】
また，上記ガスセンサ素子１９はその中央部付近が径方向外側に突出した突部１９９であり，また上記ハウジング１０の内側面にはテーパー部１０９が形成された箇所がある。
上記テーパー部１０９に対し上記センサ素子１９の突部１９９を置いて，ここでガスセンサ素子１９を支承する。
【００２８】
ガスセンサ素子１９における突部１９９の上方とハウジング１０の内側面との間は，タルク１０１，金属パッキン１０２，そして絶縁碍子１０３が配置される。これらによって，ガスセンサ素子１９とハウジング１０との間が気密的に封止され，この気密的封止によって被測定ガス側雰囲気と大気側雰囲気の気密的分離が確保される。
【００２９】
また，上記絶縁碍子１０３の上方において，内部大気側カバー１２１の先端側がハウジング１０の基端側１０９に対しかしめリング１０８を介してかしめ固定される。
【００３０】
次に，上記検査装置２について詳細に説明する。
図１に示すごとく，上記検査装置２は被測定ガス側用治具２１と大気側用治具２２とよりなる。
被測定ガス側用治具２１は，ボディアッシ１の先端側の被測定ガス側カバー１１１が差し込まれるエアー溜まり部２１１と差し込み部２１５とを有する。
差し込み部２１５はボディアッシ１のハウジング１０における先端側１０８に接するよう構成された円形の穴であり，該差し込み部２１５にはシール部２１０が設けてある。このシール部２１０によってボディアッシ１との間がシールされる。
【００３１】
そして，エアー溜まり部２１１に高圧エアーを供給するよう構成されたエアー通路２１２が設けてあり，該エアー通路２１２は高圧エアー源２１９に接続されている。
【００３２】
また，上記大気側用治具２２は，ボディアッシ１の基端側の内部大気側カバー２１２が差し込まれる気密部２２１と差し込み部２２５とを有する。
差し込み部２２５はハウジング１０における基端側１０７に接するよう構成された円形の穴で，該差し込み部２２５には気密シール部２２０が設けてある。
【００３３】
上記気密シール部２２０はハウジング１０との間が確実にシールされ，エア漏れがないように気密封止するよう構成されたシリコーンよりなるシール部材である。
また，このシール部材の硬度は７０で，ハウジング１０と接触する接触面は確実にハウジング１０と接することができるようにハウジング１０の形状にあわせて面取りされた状態にある。
【００３４】
上記気密部２２１には，低圧エアーを供給するよう構成されたエアー通路２２２が設けてあり，このエアー通路２２２に対し低圧エアー源２２９が接続されるが，両者の間にセンサ部２３が介在される。
なお，上記被測定ガス側用治具２１，大気側用治具２２はいずれも緻密な金属材料よりなる。
【００３５】
次に，上記センサ部２３について説明する。
図１に示すごとく，上記センサ部２３はいわゆる差圧センサとして機能し，低圧エアー源２２９と気密部２２１と間の微小な圧力差を検出可能に構成されている。
センサ部２３の構成は低圧エアー源２２９に接続される接続管２４９と，該接続管２４９から分岐した第１管２４１と第２管２４２とよりなる。第１管２４１は第１バルブ２３１が配置され，第２管２４２は第２バルブ２３２が配置されている。上記第１バルブ２３１は上記気密部２２１のエアー通路２２２に接続され，第２管２４２の末端２４５は閉じている。
【００３６】
そして，第１バルブ２３１について低圧エアー流れの下流側，第３バルブについて下流側となる第１管２４１，第２管２４２の間には第３管２４３が接続され，第３管２４３にはダイヤフラム２３５が設けてある。
【００３７】
このセンサ部２３を用いて，ボディアッシ１の気密検査を行う方法について説明する。
まず，第１バルブ２３１，第２バルブ２３２を開放する。そして低圧エアー源２２９から低圧エアーを気密部２２１に供給し，第１管２３１及び第２管２３２，第３管２４３，エアー通路２２２，気密部２２１を低圧エアーと同圧力となす。その後，第１バルブ２３１を閉じる。
低圧エアーの圧力は４９．６±１．９ｋＰａで，低圧エアーの供給時間は２秒，その後，１秒おいて各部の圧力を平衡化させた。
【００３８】
次いで，高圧エアー源２１９から高圧エアーをエアー溜まり部２１１に向けて供給する。高圧エアーの圧力は４４２±４９ｋＰａであった。
仮にボディアッシ１が気密漏れしていれば，高圧エアーがボディアッシ１を通じて気密部２２１に流れ込み，気密部２２１の圧力が上昇する。
そのため，気密部２２１と連通しているエアー通路２２２，第１管２４１，第３管２４３の第１バルブ２３１の気密部２２１側，ダイヤフラム２３５の気密部２２１側の圧力も上昇する。
【００３９】
従って，ダイヤフラム２３５の気密部２２１側と第２管２４２側とで圧力に差が生じるため，ダイヤフラム２３５が，第２管２４２側に押され，ダイヤフラムに取りつけてある歪みゲージが変形することにより，歪みケージの抵抗が変化して，圧力変化を検出する機構となる。
このようにボディアッシ１の気密漏れの有無がダイヤフラム２３５の状態に反映され，気密漏れを検知することができる。
【００４０】
なお，上記気密シール部２２０が仮に気密性を保持できなかった場合，気密部２２１そのものに気密漏れが生じて，ボディアッシ１の気密性が検知できなくなる。このため，低圧エアーを導入した時点で，気密シール部２２０からのエア漏れを検知し，異常を作業者に知らせ，気密部２２１の気密性の検査を行う。
なお，気密シール部２２０の交換インターバルは１０万回とするが，気密部２２１の気密性が低下した際には１０万回より前でもシール交換を行う。
【００４１】
以下，本例の作用効果について説明する。
ガスセンサの実使用環境では，ボディアッシ１の先端側を被測定ガスにさらしてガス濃度を測定する。高圧エアーをボディアッシ１を覆うエアー溜まり部２１１から供給し，この高圧エアーがボディアッシ１を介してボディアッシ１先端側の気密部に対し漏れることの有無を調べることが可能な本例にかかる気密検査を用いることで，実使用環境に近い状態で検査を行うことができる。
また，本例の装置を使用することで，高い精度で気密漏れを検知できる。
このように上記気密検査装置２を用いることで，精密に気密測定を行うことができる。
【００４２】
以上により，本例によれば，精密に大気側雰囲気と被測定ガス側雰囲気との間に生じる気密もれを検出可能なガスセンサの気密検査装置及び気密検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，気密検査装置を示す説明図。
【図２】実施例における，ガスセンサのボディアッシの説明図。
【符号の説明】
１．．．ボディアッシ，
２．．．気密検査装置，
２１．．．被測定ガス側治具，
２１１．．．エアー溜まり部，
２２．．．大気側治具，
２２１．．．気密部，
２３．．．センサ部，
【図１】
0004552351.tif 000002
【図２】
0004552351.tif 000003