(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準ガスに基づいて被測定ガス成分を検出する検出素子と、
該検出素子の一端を被測定ガスにさらすように保持すると共に、該検出素子の他端側に基準ガス空間を形成するケースと、
大気側から前記基準ガス空間に空気を導入するための通気経路と、
所定の厚みを有するシート状に形成され、前記通気経路を閉塞するように配置された通気フィルタと、
を備えたガスセンサであって、
前記通気フィルタは、少なくとも、多孔質体からなり所定の通気性と耐水性を有する粗いシートと、同じく多孔質体からなり該粗いシートよりも通気性に劣り耐水性に優れた密なシートとを含む複数のシートとを、その厚み方向に重ねて形成され、
前記通気フィルタの少なくとも大気側の表面には、溌油コートが施されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記密なシートの厚みは、前記粗いシートの厚みより薄いことを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記通気フィルタは、前記複数のシートの各々の少なくとも一部を互いに貼着して形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記通気フィルタは、少なくとも大気側の表面に前記密なシートが配設されて形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記通気フィルタは、その両表面に前記密なシートが配設されて形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記通気フィルタは、二枚の前記密なシートの間に、一枚の前記粗いシートを挟んで形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記基準ガス空間を大気から隔離する壁を備え、
該壁の一部は、弾性体からなるシール部材であり、
前記通気経路は、該シール部材を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記通気経路は、前記シール部材に設けられた貫通孔であり、
前記通気フィルタは、前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記貫通孔には、筒状挿入部材が挿入されており、
前記通気フィルタは、前記貫通孔の内面と前記筒状挿入部材の外面との間に挟持され固定されたことを特徴とする請求項８記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記通気フィルタの厚みが、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項１１】
前記密なシートの厚みが、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス等の被測定ガスが流れる流路を形成する管に取り付けられ、基準ガスとしての大気を外部から導入して機能するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、混合ガス中から特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、ＨＣセンサやＮＯｘセンサ等種々のものが知られている。
この種のガスセンサとしては、例えば先行する特許出願（特願平１１−３４６３６２号）に示されるように、外気を導入する通気孔を、ガスセンサの上部に設けられたシール部材の中央を軸方向に貫通するように形成し、ガスセンサ下部に設置されたヒータ（熱源）から遠ざけることにより、通気孔を閉塞する通気フィルタの熱劣化を防止する構成を有するものがある。このガスセンサでは、シート状の通気フィルタを、筒状挿入部材に被せた状態で、通気孔に挿入し、これら筒状挿入部材の外周面と通気孔の内周面との間に挟持する態様で前記通気孔内に固定することにより通気孔を閉塞し、その通気性と防水性を保持している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなガスセンサは、例えば車両の配管に設置されるのであるが、洗車時のように大きな水圧がかかる場合にもその防水性を維持し、内部への水の侵入を防止する必要がある。そのためには、通気フィルタとして一定以上の耐水性を有するもの、つまり、気孔率や最大孔径が小さい密な多孔質シートからなるものを採用することが考えられる。
【０００４】
一方、上述のようにして通気孔に挿通される通気フィルタは、その挿通の際に筒状挿入部材の外周面と通気孔の内周面との間の摩擦力により引っ張られるため、そのような状態においても破断しないように、所定の機械的強度を有する必要がある。また、通気フィルタの厚みがあまりに薄いと、筒状挿入部材の外周面と通気孔の内周面との間に固定することが困難となる。このため、通気フィルタの厚みとして所定の厚み以上を確保する必要がある。
【０００５】
しかしながら、上述した密な多孔質シートによりこの所定の厚みを確保するとすると、通気性が悪くなり、ガスセンサ内部に設けられた基準ガス空間への必要な通気量を確保することが困難となる。
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、基準ガス空間に外気を導入して作動するガスセンサにおいて、そのシール性及び通気性を共に保証できるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題に鑑み、請求項１記載のガスセンサにおいては、通気経路を閉塞するシート状の通気フィルタの厚みを一定以上にしてその機械的強度を確保すると共に、通気フィルタ自体の通気性及び耐水性を所定以上に確保するために、多孔質体からなる複数のシートをその厚み方向に重ねて通気フィルタを形成している。
【０００７】
すなわち、この通気フィルタは、気孔率や最大孔径が比較的大きく通気性に優れる粗いシートと、気孔率や最大孔径が比較的小さく当該粗いシートより通気性には劣るが耐水性に優れる密なシートとが重ねられて形成される。
このため、この粗いシートの厚みを大きくとることにより、通気フィルタの通気性を損なうことなくその高さを一定以上に確保することができ、さらに、この粗いシートに厚みの薄い密なシートを組み付けることにより、通気フィルタの通気性を維持した状態でその耐水性をも確保することができる。
さらに、請求項１に記載のガスセンサでは、通気フィルタの少なくとも大気側の表面に溌油コートが施されていることによって、より通気性フィルタのシール性が高められる。
ただし、この溌油コートを、通気フィルタの表面にコーティング剤を含浸させて行う場合には、通気フィルタの表面に粗いシートを配設した方がコーティング剤の定着性がよく、好ましい場合がある。
【０００８】
このように、粗いシートにより通気フィルタの厚みとその通気性を確保し、密なシートにより耐水性を確保するという観点からは、粗いシートの数を多くし、密なシートの数を少なくすることが考えられるが、一般的にはシートの数が多くなるほど通気フィルタの製造コストが嵩むと考えられるため、請求項２に記載のように、密なシートの厚みが粗いシートの厚みより薄くなるようにして、シートの枚数を少なくするのが好ましい。
【０００９】
ところで、上述のように、通気フィルタは複数のシートから構成されるため、これら複数のシートの各々を単に重ねて使用することも考えられるが、通気経路への組み付けの際にこれらが分離すると組付作業が困難となる。
そこで、請求項３に記載のように、複数のシートの各々の少なくとも一部を互いに貼着することによりこれらを互いに固定して通気フィルタを形成するとよい。尚、この貼着は接着材を使用して行ってもよいし、シートの一部を融着して行ってもよい。
【００１０】
また、通気フィルタの内部に油分等が一旦含浸されると、これを取り除くのは困難であり、通気フィルタの劣化を招くことにもなる。
そこで、油分等ができるだけ通気フィルタの表面ではじかれる構成とすることが好ましく、そのためには請求項４に記載のように、通気フィルタの少なくとも大気側の表面に密なシートが配設されるのがよい。
【００１１】
ただし、通気フィルタの一方の表面に密なシートが配設され、他方の表面に粗いシートが配設された場合、いずれの表面が密なシートかを容易に判別できればよいが、その判別ができない場合には、通気フィルタを通気経路に配設する際に、その密なシート側を大気側に配置するのが困難である。
【００１２】
そこで、請求項５に記載のように、通気フィルタの両表面に密なシートを配設するのが好ましい。
このように構成することで、作業者は、通気フィルタを通気経路に組み付ける際に、逐一どちらが密なシートであるかの判断を行う必要がなく、効率的な組付作業を行うことができる。
【００１３】
また、上述のように、通気フィルタを構成するシートの数を少なくして通気フィルタのコストを抑える観点からは、請求項６に記載のように、通気フィルタを、二枚の密なシートの間に一枚の粗いシートを挟んで形成するとよい。
このように構成すれば、通気フィルタを、一枚の厚みのある粗いシートと二枚の厚みの薄い密なシートのみで構成でき、また、通気フィルタの形成工程においては、これら三枚のシートを貼着するだけでよく、その製造コストを低く抑えることができる。
【００１５】
尚、以上のような通気フィルタを採用する場合、請求項７に記載のように、ガスセンサの通気経路が、ガスセンサの基準ガス空間を大気と隔離する壁の一部に設けた弾性を有するシール部材を貫通するように設けられているとよい。
このように構成すれば、通気フィルタで通気経路を閉塞する際に、通気フィルタは弾性体であるシール部材に固定されることになるため、通気フィルタの固定面が弾性的に密着シールされ、通気フィルタの固定面での防水性が良好となるからである。
【００１６】
また、請求項８のように、通気経路をシール部材に設けた貫通孔とし、通気フィルタを貫通孔内に挿入して固定するようにすると、通気フィルタの固定が容易であり、通気フィルタの固定面がシール部材に気密に密着するので、通気フィルタの固定面での防水性が更に良好となる。
【００１７】
さらに、請求項９のように上記貫通孔内に筒状挿入部材を挿入し、通気フィルタをシール部材と筒状挿入部材の間に固定するようにすると、通気フィルタはシール部材と筒状挿入部材の間に気密に挟まれるので、通気フィルタの固定面における防水性が更に良好となる。
【００１８】
ただし、この場合、通気フィルタの厚みが大きいと、このように通気フィルタをシール部材と筒状挿入部材との間に挟む構成とするのが困難となる。
そこで、請求項１０に記載のように、通気フィルタの厚みは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
また、通気フィルタの通気性を確保する観点から、請求項１１に記載のように、密なシートの厚みが５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面と共に説明する。
本実施例は、本発明のガスセンサを酸素センサとして構成したものであり、図１は当該酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【００２１】
同図に示すように、酸素センサ１は、ＺｒＯ2を主成分とする固体電解質体により先端が閉じた中空軸状に形成された検出素子２、検出素子２内に配置された軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を収容するケース１０等から構成されている。
【００２２】
ケース１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に固定すると共に、セラミックホルダ６，７及びセラミック粉末８を内部に収容し、検出素子２の閉じた先端部を排気管等の内部に突出させる主体金具９と、主体金具９の上部に延設され、上方から検出素子２の内面に大気を導入するための外筒１３とから構成されている。
【００２３】
また、主体金具９の上端部には、内側に延出したフランジ部９ａの先端縁により円形の上部開口部が形成されており、このフランジ部９ａがリング５を介してセラミックホルダ６，７及びセラミック粉末８を上方から固定している。そして、その上部開口部を覆う態様で外筒１３の下端開口端部が嵌合装着されている。
【００２４】
さらに、外筒１３の上端開口部には、ケース１０と共に基準ガス空間を形成する円柱状のシールユニット１４が嵌挿され、その中央を貫通する通気経路に配設された通気フィルタ５０を介して基準ガス空間に外気（酸素）が導入されるようになっている。
【００２５】
また、このシールユニット１４には、後述する複数の挿通孔が形成されており、検出素子２及びセラミックヒータ３に接続されるリード線２０，２１がこれを挿通している。
次に、シールユニット１４の詳細構造について、図２に基づいて説明する。尚、図２はシールユニット１４の分解斜視図である。
【００２６】
図２に示すように、シールユニット１４は、ゴム製の弾性体からなる円柱状のシール部材１５と、このシール部材１５の中央を軸方向に貫通する貫通孔１５ａに嵌挿可能な筒状挿入部材３０と、この筒状挿入部材３０の上端部（大気側端部）を覆うと共に、これらシール部材１５の貫通孔１５ａの内周面と筒状挿入部材３０の外周面との間に挟持されて固定されるシート状の通気フィルタ５０とから構成されている。
【００２７】
シール部材１５の貫通孔１５ａを中心とする所定のピッチ円上には、上述したリード線２０，２１等を挿通するために同本体を軸方向に貫通する４つの挿通孔１５ｂが等間隔で形成されている。
筒状挿入部材３０は、その両端が開口し、貫通孔１５ａに嵌合可能な筒状に形成されている。そして、筒状挿入部材３０の両開口部の内、大気側開口部３０ａと反対側のガス室側開口部３０ｂの端縁には、鍔部３０ｃが形成されている。
【００２８】
また、通気フィルタ５０は、図３に示すように円形のシート状に形成され、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で一軸方向に延伸することにより得られる二種類の多孔質繊維シートがその厚み方向に組み付けられ、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許容するフィルタとして構成されている。
【００２９】
すなわち、図４に図３のＡ−Ａ断面を示すように、通気フィルタ５０は、所定の通気性と耐水性を有する厚みが０．２ｍｍ程度の粗いシート５０ａと、この粗いシートよりも通気性には劣るが耐水性に優れた厚みが５０μｍ程度の密なシート５０ｂとから構成され、この粗いシート５０ａの両表面に密なシート５０ｂを貼着して形成されている。
【００３０】
そして、図２に示すように、これらシール部材１５、通気フィルタ５０及び筒状挿入部材３０の組付けの際には、通気フィルタ５０が筒状挿入部材３０の大気側端部とその外周面とを覆うように筒状挿入部材３０に被せられ、この状態で筒状挿入部材３０と共に貫通孔１５ａに挿入される。このようにして、通気フィルタ５０は、筒状挿入部材３０の外周面と貫通孔１５ａの内周面との間に挟まれ、通気経路を塞いだ状態で固定される。このとき、筒状挿入部材３０が貫通孔１５ａの下方から挿入されると、鍔部３０ｃは通気孔１５ａ下側の開口縁部にて係止され、その結果、貫通孔１５ａ内における筒状挿入部材３０および通気フィルタ５０の位置決めがなされる。
【００３１】
このように形成されたシールユニット１４が、外筒１３の開口端部１３ａの内側に配置され、外筒１３を介して径方向に加締められる。こうして、外筒１３及びシール部材１５が密着し、そのシール性がより確実なものとされる。そして、この通気フィルタ５０により通気性及び防水性を保持しつつ、大気側から筒状挿入部材３０の内部に形成された通気経路を介して基準ガス空間に空気が導入される。
【００３２】
以上のように、本実施例の酸素センサ１においては、通気フィルタ５０の大部分が粗いシート５０ａから構成されているため、通気性が特に損われることもなく、基準ガス空間内への必要な通気量を確保することができる。
また、この粗いシート５０ａの表面には、耐水性に優れる密なシート５０ｂが貼着されているため、通気フィルタ５０全体としての所定の耐水性が確保される。
【００３３】
さらに、粗いシート５０ａの部分により通気フィルタ５０全体の厚みをかせぐことができ、その機械的強度を確保することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、上記実施例においては、通気フィルタ５０を、一枚の粗いシート５０ａと二枚の密なシート５０ｂとから構成したが、複数枚の粗いシート５０ａと複数枚の密なシート５０ｂとを積層して構成してもよい。例えば、図４に示す通気フィルタ５０の最上層（大気側）に比較的薄い粗いシートを配設し、これに溌油コートを施してもよい。コーティング剤は粗いコートに含浸されやすく、付着した油分等が気化して基準ガス空間に侵入する危険性をさらに低下させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係る酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】  実施例の酸素センサを構成するシールユニットの分解斜視図である。
【図３】  実施例のシールユニットを構成する通気フィルタの説明図である。
【図４】  実施例の通気フィルタの説明図である。
【符号の説明】
１・・・酸素センサ、  ２・・・検出素子、  ９・・・主体金具、
１０・・・ケース、  １４・・・シールユニット、  １５・・・シール部材、
１５ａ・・・貫通孔、  ３０・・・筒状挿入部材、  ５０・・・通気フィルタ、
５０ａ・・・粗いシート、  ５０ｂ・・・密なシート
【図１】
0004358421.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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