(57)【要約】【課題】主体金具内で凝縮水が発生することを抑制し、ガスセンサ素子に凝縮水が接触してクラックが発生することを抑制したガスセンサを提供する。【解決手段】検出部１０ｓを有するガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子を保持すると共に、取り付け対象体３００の取付孔３００ｈに固定されて取り付け対象体の内部に流れる被測定ガスに検出部を曝させる筒状の主体金具１３８であり、取付孔内に配置される取付部１３８ｂと、取付部よりも径方向外側に突出する鍔部１３８ｃとを有する主体金具と、主体金具の取付部の外周に取り付けられ、主体金具の鍔部と取り付け対象体の外面との隙間をシールする金属製環状のガスケット１４と、を備えたガスセンサ２００において、ガスケットの２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上であり、ガスケットの外側面にはガスケットに通電加熱するための２本の導線１６、１７が離間して接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持すると共に、取り付け対象体の取付孔に固定されて前記取り付け対象体の内部に流れる前記被測定ガスに前記検出部を曝させる筒状の主体金具であり、前記取付孔内に配置される取付部と、該取付部よりも軸線方向後端側に配置され、当該取付部よりも径方向外側に突出する鍔部とを有する主体金具と、
前記主体金具の前記取付部の外周に取り付けられ、前記主体金具の前記鍔部と前記取り付け対象体の外面との隙間をシールする金属製環状のガスケットと、を備えたガスセンサにおいて、
前記ガスケットの２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上であり、
前記ガスケットの外側面には、該ガスケットに通電加熱するための２本の導線が離間して接続されているガスセンサ。
【請求項２】
前記ガスケットの２５℃における電気抵抗率が、前記主体金具の２５℃における電気抵抗率よりも高い請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記主体金具の前記鍔部は、多角形状であり、
前記主体金具が前記取り付け対象体に固定された状態で、前記２本の導線は、前記多角形の異なる辺を構成する前記鍔部の異なる側面にそれぞれ対応した前記ガスケットの前記外側面に接続されている請求項１又は２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、被測定ガスの濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガス中の特定ガス（例えば酸素）の濃度を検出するガスセンサとして、酸素イオン導電性を有する固体電解質体からなるガスセンサ素子を筒状の主体金具内に保持し、この主体金具を内燃機関の排気管やエンジンヘッド等の取り付け対象体の取付孔に取付けるものが知られている。このようなガスセンサにおいては、主体金具の外周に金属製環状のガスケットを装着し、主体金具と取り付け対象体との隙間を気密にシールしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジン停止中や冷間始動時に、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して（以下、凝縮水という）、取り付け対象体内に凝縮水が付着することがある。この状態でエンジンを始動させると、排気ガスがガスセンサ内部のガスセンサ素子に到達してガス濃度を検出する際に、凝縮水がプロテクタを通過してガスセンサ素子に付着し、加熱されたガスセンサ素子にクラックが生じることがある。
また、この凝縮水は、取り付け対象体内だけでなく、取り付け対象体内と連通する主体金具の内部においても発生することがある。この場合、主体金具内に発生した凝縮水は、他部材を介することなく直接ガスセンサ素子に接触することとなり、ガスセンサ素子にクラックが生じるおそれがある。
さらに、排気ガスがガスセンサ内部のガスセンサ素子に到達してガス濃度を検出する際においても、主体金具が冷えている状態であれば、排気ガスが主体金具で冷やされて凝縮水が発生することがある。そして、ガスセンサ素子に凝縮水が接触すると、ガスセンサ素子にクラックが生じるおそれがある。
従って、本発明は、主体金具内で凝縮水が発生することを抑制し、ガスセンサ素子に凝縮水が接触してクラックが発生すること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、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持すると共に、取り付け対象体の取付孔に固定されて前記取り付け対象体の内部に流れる前記被測定ガスに前記検出部を曝させる筒状の主体金具であり、前記取付孔内に配置される取付部と、該取付部よりも軸線方向後端側に配置され、当該取付部よりも径方向外側に突出する鍔部とを有する主体金具と、前記主体金具の前記取付部の外周に取り付けられ、前記主体金具の前記鍔部と前記取り付け対象体の外面との隙間をシールする金属製環状のガスケットと、を備えたガスセンサにおいて、前記ガスケットの２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上であり、前記ガスケットの外側面には、該ガスケットに通電加熱するための２本の導線が離間して接続されている。
【０００６】
このガスセンサによれば、各導線に通電することによりガスケット自体がジュール熱で通電加熱（抵抗加熱）し、ガスケットを介して主体金具が加熱される。このため、主体金具内で凝縮水が発生することが抑制され、ガスセンサ素子に凝縮水が接触してクラックが発生することを抑制できる。
又、ガスセンサが有するガスケットを用いて主体金具を加熱するので、主体金具を加熱するための別箇の加熱装置をガスセンサに設ける必要がなく、ガスセンサのコンパクト化及び部品点数の低減を図ることができる。
さらに、ガスケットは主体金具より厚みが薄く、かつ２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上とされているので、熱容量の大きい主体金具自体を通電加熱する場合に比べてより低い電流でも通電加熱され易い。又、主体金具自体を通電加熱すると、主体金具の後端側に設けられたガスセンサの内部部品が加熱されて劣化する等の熱影響を受けるおそれがあるが、このような不具合も生じ難い。
けるおそれがあるが、このような不具合も生じ難い。
【０００７】
また、ガスケットの２５℃における電気抵抗率が、主体金具の２５℃における電気抵抗率よりも高くてもよい。
このガスセンサによれば、ガスケット自体がよりジュール熱で通電加熱（抵抗加熱）し、ガスケットを介して主体金具を加熱することができる。このため、主体金具内で凝縮水が発生することが抑制され、ガスセンサ素子に凝縮水が接触してクラックが発生することをより抑制できる。
【０００８】
さらに、前記主体金具の前記鍔部は、多角形状であり、前記主体金具が前記取り付け対象体に固定された状態で、前記２本の導線は、前記多角形の異なる辺を構成する前記鍔部の異なる側面にそれぞれ対応した前記ガスケットの前記外側面に接続されていてもよい。
このガスセンサによれば、径方向外側に最も突出して多角形の頂点をなす角部を避けて各導線を引き出すことができ、各導線を引き出し易くなると共に、各導線が角部に当って断線することを抑制できる。さらに、例えば、鍔部に工具を係合した際に各導線が角部に引っかかることも抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、主体金具内で凝縮水が発生することを抑制し、ガスセンサ素子に凝縮水が接触してクラックが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】排気管に固定されたガスセンサを示す外観斜視図である。
【図３】ガスセンサの先端側から見た導線の配置を示す底面図である。
【図４】ガスセンサの先端側から見た導線の別の配置を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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（酸素センサ）２００の軸線Ｏ方向（長手方向）に沿う断面図を示す。酸素センサ２００は、排気管に固定されるための雄ねじ部１３８ｂ（特許請求の範囲の「取付部」）１３８ｂが外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、主体金具１３８の外周に取り付けられた金属製環状のガスケット１４と、軸線Ｏ方向（酸素センサ２００の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなす酸素センサ素子（ガスセンサ素子）１０と、軸線Ｏ方向に貫通するコンタクト挿通孔１６９ａの内壁面が酸素センサ素子の後端部の周囲を取り囲む状態で配置され絶縁部材からなるセパレータ１６９と、セパレータ１６９に自身の先端側がそれぞれ離間して保持される４個の接続端子３０（図１では、２個図示）と、接続端子３０の後端側にそれぞれ電気的に接続されてセパレータ１６９より後端に引き出される４本のリード線１４６（図１では、２本図示）と、セパレータ１６９の後端側に配置されるゴム製の弾性部材（ゴムキャップ）１５０とを備えている。また、主体金具１３８の後端側には金属製の保護筒（外筒）１４４が接続されており、弾性部材１５０が外筒１４４の後端側に内挿されると共に外筒１４４を介して縮径状に加締められている。
【００１２】
接続端子３０は、セパレータ１６９内でコンタクト挿通孔１６９ａに臨むように保持されている。一方、酸素センサ素子１０後端の両面１０ａ、１０ｂには、それぞれ２つの電極パッド（図示せず）が配置され、個々の電極パッドに接続端子３０の先端部が電気的かつ直接または間接的に接触するようになっている。又、酸素センサ素子１０の先端側に被測定ガスを検出するための検出部１０ｓが設けられ、検出部１０ｓの外表面に多孔質保護層２０が被覆されている。
【００１３】
主体金具１３８は、ＳＵＳ４３０（２５℃における電気抵抗率：６０μΩ・ｃｍ）からなり、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、酸素センサ素子１０を先端側が貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極パッドが貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、酸素センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層（滑石リング）１５６ａ、１５６ｂ、およびセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部との間には、Ｏリング１０７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５６やセラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１０８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１３８ａは、Ｏリング１０７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
一方、主体金具１３８の外面の中央付近には、六角レンチ等の工具を係合するための多角形の鍔部１３８ｃが径方向外側に突出するように設けられ、鍔部１３８ｃと雄ねじ部１３８ｂとの間の段部には、排気管等（取り付け対象体）３００に取付けた際のガス抜けを防止する上述のガスケット１４が嵌挿されている。
【００１４】
さらに、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）の先端部１３８ｆの外周には、酸素センサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１３８の後端側外周には、金属製の保護筒（外筒）１４４が溶接等により固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には弾性部材１５０が配置され、弾性部材１５０の各貫通孔１６１に各リード線１４６を通した後、外筒１４４の後端寄り部位のシール用筒部１４４ａを外周面から縮径状にかしめる（八方丸加締め）ことでシール用筒部１４４ａを径方向に圧縮し、貫通孔１６１等におけるシールを保持している。
セパレータ１６９は円筒状をなして外筒１４４の内部に配置され、セパレータ１６９の先端側の外筒１４４内に筒状のバネ材１７０が配置されている。そして、バネ材１７０によってセパレータ１６９が後端側に付勢され、弾性部材１５０の先端向き面に当接し、セパレータ１６９が外筒１４４内の所定位置に保持される。
【００１５】
そして、このようにして製造されたガスセンサ２００の主体金具１３８の雄ねじ部１３８ｂを排気管３００の取付孔３００ｈに取付ける（固定する）ことで、ガスケット１４が主体金具１３８の鍔部１３８ｃと排気管３００の外面との隙間を気密にシールすると共に、酸素センサ素子１０の先端側の検出部１０ｓが排気管３００内に露出する。これにより、排気管３００内を流れる被測定ガスに検出部１０ｓが曝され、ガス濃度を検出するようになっている。
なお、被測定ガスは、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３にそれぞれ設けられたガス導入孔１４２ａ、１４３ａを経由して主体金具１３８の先端部１３８の内面を通る導入経路Ｆにて検出部１０ｓに接触する。
【００１６】
なお、酸素センサ素子１０は公知の構造を有しているが、簡単に説明すると、酸素イオン透過性の固体電解質体と一対の電極から構成されるセルを１つ有している。又、酸素センサ素子１０はヒータを備えている。
そして、電極パッドは、１つのセルからの出力される出力値を外部コントローラに出力すると共に、ヒータに電圧を印加するために用いられる。
【００１７】
次に、図２、図３を参照し、本発明の特徴部分であるガスケット１４の構成について説明する。図２は排気管３００に固定されたガスセンサ２００を示す外観斜視図、図３はガスセンサ２００の先端側から見た導線１６，１７の配置を示す底面図である。
図２に示すように、ガスケット１４の外側面には、ガスケット１４を通電加熱するための２本の導線（本例では被覆層を剥いて芯線を露出させたリード線）１６、１７が離間して接続されている。そして、各導線１６、１７はガスケット１４から主体金具１３８を跨いでガスセンサ２００の後端側へ引き出されている。なお、各導線１６、１７の先端側に露出した芯線が、図３に示すように鍔部１３８ｃの異なる側面１３８ｓ１、１３８ｓ２にそれぞれ対応したガスケット１４の外側面にそれぞれ溶接されている。
【００１８】
従って、各導線１６、１７に通電することによりガスケット１４自体がジュール熱で通電加熱（抵抗加熱）し、ガスケット１４を介して主体金具１３８が加熱される。このため、エンジン停止中や冷間始動時に、主体金具１３８の内部において凝縮水が発生することを抑制できる。その上、図１に示した導入経路Ｆで主体金具１３８の先端部１３８の内面を被測定ガスが流れる際、被測定ガスが主体金具１３８（の先端部１３８）で冷やされて凝縮水が発生することが抑制できる。その結果、ガスセンサ素子１０に凝縮水が接触してクラックが発生することを抑制できる。
又、ガスセンサ２００が有するガスケット１４を用いて主体金具１３８を加熱するので、主体金具１３８を加熱するための別箇の加熱装置をガスセンサ２００に設ける必要がなく、ガスセンサ２００のコンパクト化及び部品点数の低減を図ることができる。
さらに、ガスケット１４は主体金具１３８より厚みが薄く、かつ２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上とされているので、熱容量の大きい主体金具１３８自体を通電加熱する場合に比べてより低い電流でも通電加熱され易い。又、主体金具１３８自体を通電加熱すると、主体金具１３８の後端側に設けられたガスセンサ２００の内部部品（例えば、弾性部材１５０）等が加熱されて劣化する等の熱影響を受けるおそれがあるが、このような不具合も生じ難い。
【００１９】
なお、ガスケット１４としては、２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ以上の材料であればよく、例えば、ステンレス鋼、アンチモン、ビスマス、チタン、スズ、純鉄、鋳鉄、炭素鋼、クロム鋼、ニッケル鋼、クロムニッケル鋼、クロムニッケル合金、ケイ素鋼、タングステン鋼、砲金、マンガニン、洋銀、コンスタンタン、鉛、はんだ、ニッケル、アルメル、クロメル、白金、白金イリジウム、イリジウム、パラジウム、ケイ素、カドミウムが挙げられ、本実施例では、ＳＵＳ３１０（２５℃における電気抵抗率：７９μΩ・ｃｍ）を用いた。
又、ガスケット１４の通電加熱は、ガスセンサ２００の制御に用いる直流のバッテリ電源で行なえばよい。
ガスケット１４の２５℃における電気抵抗率が５７μΩ・ｃｍ未満であると、特に上述のバッテリ電源から供給される程度の電流で通電したときにジュール熱が小さく、加熱が不十分となる。
なお、各導線１６、１７は、酸素センサ素子１０に接続された各リード線１４６とまとめてコネクタに接続されてもよく、各リード線１４６に接続されたコネクタと別箇に電源に接続されてもよい。
【００２０】
また、本実施形態では、ガスケット１４の２５℃における電気抵抗率（本実施例では、７９μΩ・ｃｍ）が、主体金具１３８の２５℃における電気抵抗率（本実施例では、６０μΩ・ｃｍ）よりも高くしている。
これにより、ガスケット１４自体がよりジュール熱で通電加熱（抵抗加熱）し、ガスケット１４を介して主体金具１３８を加熱することができる。このため、主体金具１３８内で凝縮水が発生することが抑制され、ガスセンサ素子１０に凝縮水が接触してクラックが発生することをより抑制できる。
【００２１】
さらに、本実施形態では、主体金具１３８が排気管３００に固定された状態で、各導線１６、１７は、多角形の隣接した異なる辺を構成する鍔部１３８ｃの隣接する側面１３８ｓ１、１３８ｓ２にそれぞれ対応したガスケット１４の外側面に接続され、さらにガスセンサ２００の後端側へ引き出されている。
これにより、径方向外側に最も突出して多角形の頂点をなす角部１３８ｔを避けて各導線１６、１７を引き出すことができ、各導線１６、１７を引き出し易くなると共に、各導線１６、１７が角部１３８ｔに当って断線することを抑制できる。さらに、例えば、鍔鍔部１３８ｃに工具を係合した際に各導線１６、１７が角部１３８ｔに引っかかることも抑制できる。さらに、各導線１６、１７がガスケット１４の隣接する側面１３８ｓ１、１３８ｓ２に接続されているので、各導線１６、１７がコンパクトにまとまり、省スペースとすることができる。
【００２２】
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、ガスケット１４への各導線１６、１７の接続位置は上記に限定されず、例えば図４に示すように、導線１６を鍔部１３８ｃの側面１３８ｓ１に接続する一方で、導線１７を側面１３８ｓと径方向に対向する側面１３８ｓ４に接続してもよい。
このようにすると、ガスケット１４上で各導線１６、１７の距離が最も長くなるので、同じ電流であってもジュール熱が最も大きくなり、ガスケット１４がより一層通電加熱される。
又、図４の例においても、各導線１６、１７が側面１３８ｓ１、１３８ｓ４にそれぞれ対応したガスケット１４の外側面に接続されるので、角部１３８ｔを避けて各導線１６、１７を引き出すことができる。
なお、図４の例では、ガスケット１４の外側面のうち、各導線１６、１７が接続される位置には、突片１４ｆがそれぞれ溶接等によって接続されている。そして、各導線１６、１７の先端側に露出した芯線は、突片１４ｆを介してガスケット１４に接続されている。これにより、各導線１６、１７をガスケット１４の径方向外側により引き出すことができるので、各導線１６、１７が主体金具１３８等に干渉して断線したり、鍔部１３８ｃに工具を係合した際に各導線１６、１７が主体金具１３８に引っかかることをより一層抑制できる。
【００２３】
ガスセンサ素子の種類も限定されず、上記した酸素センサ素子（λセンサ素子）の他、全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサ素子、アンモニアセンサ素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０                          ガスセンサ素子
１０ｓ                        検出部
１４                          ガスケット
１６、１７                    導線
１３８                        主体金具
１３８ｃ                      鍔部
１３８ｂ                      取付部
１３８ｓ１、１３８ｓ２、１３８ｓ４    鍔部の異なる面
２００                        ガスセンサ
３００                        取り付け対象体
３００ｈ                      取付孔
Ｏ        軸線
【図１】
2016183949.tif 000003
【図２】
2016183949.tif 000004
【図３】
2016183949.tif 000005
【図４】
2016183949.tif 000006