特許 6563845 センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6563845

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20190808BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-78945(P2016-78945)

(22)【出願日】2016年4月11日

(65)【公開番号】特開2017-190958(P2017-190958A)

(43)【公開日】2017年10月19日

【審査請求日】2018年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大場 健弘

【審査官】 倉持 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１３４４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０２１８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２８８８０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００，２７／４０９，２７／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる長尺状に形成された検出素子と、
前記検出素子の後端が突き出た状態で前記検出素子を取り囲む主体金具と、
前記主体金具よりも後端側に配置されて前記検出素子の後端部を取り囲むセパレータと、
前記軸線方向に延びる筒状に形成され、前記セパレータを収容し、前記主体金具の後端側に配置される外筒と
を備えるセンサであって、
前記軸線方向に延びる筒状に形成されて、前記主体金具の後端側であって且つ前記軸線方向に対して垂直な径方向における前記主体金具と前記外筒との間に配置され、前記軸線方向における先端で開口している先端側開口部内に前記主体金具の後端部が嵌め込まれた状態で前記主体金具に固定されるスペーサを備え、
前記外筒は、前記スペーサを介して前記主体金具に固定される
ことを特徴とするセンサ。

【請求項2】

前記スペーサは、前記先端側開口部から前記径方向に沿って外側へ突出するフランジ部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

前記スペーサの厚さは、前記主体金具において前記スペーサが嵌め込まれている箇所の厚さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ。

【請求項4】

前記主体金具は、
前記検出素子を保持する筒状の本体部と、
前記本体部を取り囲み、前記本体部に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部が外表面に形成された筒状の取付部とを備え、
前記スペーサの前記先端側開口部は、前記本体部の後端部に固定される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出素子を保持する主体金具を備えるセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、検出素子と、検出素子を保持する主体金具と、主体金具の後端側に配置されて検出素子の後端部を収容する外筒とを備えるセンサが知られている。
このようなセンサは、外筒の後端側開口部を通じて外筒の外部から外筒の内部に挿入されて検出素子に接続されるリード線と、リード線が互いに接触しないようにしてリード線が検出素子と電気的に接続された状態を保持するセパレータとを備えている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−２０２６６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載のセンサでは、外筒とセパレータとの間の隙間が狭いために、外部から外筒に加えられた外力（例えば、飛石）により外筒が変形した場合に外筒がセパレータに接触してしまいセパレータが破損してしまうおそれがあった。

【0005】

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、セパレータの破損を軽減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するためになされた本発明のセンサは、軸線方向に延びる長尺状に形成された検出素子と、主体金具と、セパレータと、外筒とを備える。
主体金具は、検出素子の後端が突き出た状態で検出素子を取り囲む。セパレータは、主体金具よりも後端側に配置されて検出素子の後端部を取り囲む。外筒は、軸線方向に延びる筒状に形成され、セパレータを収容し、主体金具の後端側に配置される。

【0007】

そして本発明のセンサは、軸線方向に延びる筒状に形成されて、主体金具の後端側であって且つ軸線方向に対して垂直な径方向における主体金具と外筒との間に配置され、軸線方向における先端で開口している先端側開口部が主体金具の後端部に嵌め込まれた状態で主体金具に固定されるスペーサを備える。また本発明のセンサでは、外筒は、スペーサを介して主体金具に固定される。

【0008】

このように構成された本発明のセンサでは、主体金具の後端に嵌め込まれたスペーサの厚さの分だけ、スペーサに嵌め込まれる外筒開口部の内径を大きくすることができ、これにより、外筒の内径を大きくすることができる。これにより本発明のセンサは、外筒と、外筒の内部に収容されているセパレータとの間の空間を広くすることができ、セパレータの破損を軽減することができる。

【0009】

また本発明のセンサでは、スペーサは、先端側開口部から軸線方向に対して垂直な径方向に沿って外側へ突出するフランジ部を有するようにしてもよい。これにより、外筒の先端側の端部と主体金具とが接触しないようにして外筒をスペーサを介して主体金具の後端に嵌め込む製造工程を行う場合に、既に主体金具の後端に嵌め込まれているスペーサのフランジ部に外筒の先端側の端部を突き当てるように外筒を主体金具の後端に嵌め込めばよい。このため、本発明のセンサは、外筒を主体金具の後端に嵌め込むときに外筒と主体金具とが接触しないようするための作業が容易となり、センサの製造工程を簡略化することができる。

【0010】

また本発明のセンサでは、スペーサの厚さは、主体金具においてスペーサが嵌め込まれている箇所の厚さよりも小さいようにしてもよい。これにより、レーザ溶接によってスペーサを主体金具に固定する場合において、スペーサを貫通する程度のエネルギーを有するレーザ光を照射すればよいため、本発明のセンサは、レーザ光が主体金具まで貫通してしまうという事態の発生を抑制することができる。

【0011】

また本発明のセンサにおいて、主体金具は、検出素子を保持する筒状の本体部と、本体部を取り囲み、本体部に対して回転自在であり、取付対象体の取付孔にネジ止めされるネジ部が外表面に形成された筒状の取付部とを備えている場合には、スペーサの先端側開口部は、本体部の後端部に固定されるようにするとよい。

【0012】

このように取付部が本体部に対して回転自在に構成されている場合には、取付部の強度を確保するために、筒状の取付部の内径を比較的小さくする必要がある。通常は取付孔の径が予め設定されており、取付部の外径を変更することができないためである。このため、筒状の取付部の内部に配置される本体部の外径を大きくすることが特に制限される傾向にある。これに対し、本発明のセンサは、本体部の外径を大きくすることが制限される場合であっても、スペーサの先端側開口部を本体部の後端部に固定することにより、本体部の外径を大きくすることなく、外筒の内径を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ガスセンサ１の構成を示す断面図である。

【図2】スペーサ７の斜視図である。

【図3】スペーサ７とその周辺の断面図である。

【図4】別の実施形態のスペーサ７とその周辺の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態のガスセンサ１は、図１に示すように、主体金具２と、ガスセンサ素子３と、保持部４と、プロテクタ５と、外筒６と、スペーサ７と、複数のリード線８と、複数の接続端子９と、分離部１０と、グロメット１１を備える。図１において、ガスセンサ１の下端側を先端側ＦＥといい、ガスセンサ１の上端側を後端側ＢＥという。

【0015】

主体金具２は、例えばステンレス等の耐熱金属で筒状に形成された部材である。主体金具２は、本体部２１と取付部２２を備える。
本体部２１は、ガスセンサ１の軸線Ｏの方向（以下、軸線方向ＤＡという）に延びる円筒状に形成された部材である。また本体部２１は、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔２１ａを備える。貫通孔２１ａの内周壁には、径方向内側に向かって突出する段部２１ｂが形成されている。

【0016】

取付部２２は、本体部２１に対して回転自在となるように本体部２１を取り囲んでいる筒状部材であり、六角部２２ａとネジ部２２ｂを備える。
六角部２２ａは、本体部２１の外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成されている。六角部２２ａは、ガスセンサ１を排気管に取り付けるときに六角レンチ等の取付工具を嵌合させるための部位である。

【0017】

ネジ部２２ｂは、六角部２２ａより先端側ＦＥに位置し、本体部２１の外周から径方向に沿って外側へ延びて外周に雄ネジが形成されている。この雄ネジは、ガスセンサ１を内燃機関の排気管に取り付けるために排気管に設けられている取付ネジ孔に嵌め合わせることが可能な形状を有する。

【0018】

ガスセンサ素子３は、素子本体部３１と保護層３２を備える。素子本体部３１は、軸線方向ＤＡに延びる長尺の板状に形成されている。そして、素子本体部３１の先端側ＦＥに、ガスセンサ素子３が晒される測定対象ガス（本実施形態では内燃機関の排気ガス）に含まれる特定ガス（本実施形態では酸素）の濃度を検出する検知部３１ａが形成されている。保護層３２は、多孔質状のアルミナで形成されており、少なくとも検知部３１ａを覆うようにして素子本体部３１の先端側ＦＥに配置される。

【0019】

保持部４は、セラミックホルダ４１と滑石粉末４２とセラミックスリーブ４３とパッキン４４を備える。
セラミックホルダ４１は、本体部２１の段部２１ｂによって支持された状態で本体部２１の貫通孔２１ａ内に収容可能な略円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。セラミックホルダ４１には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔４１ａが形成されており、貫通孔４１ａ内にガスセンサ素子３が挿入される。

【0020】

滑石粉末４２は、セラミックホルダ４１よりも後端側ＢＥで本体部２１の貫通孔２１ａ内に充填される。
セラミックスリーブ４３は、本体部２１の貫通孔２１ａ内に収容可能な略円筒状に形成されたアルミナ製の部材である。セラミックスリーブ４３には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔４３ａが形成されており、貫通孔４３ａ内にガスセンサ素子３が挿入される。これにより、セラミックスリーブ４３は、滑石粉末４２よりも後端側ＢＥで本体部２１の貫通孔２１ａ内に収容される。

【0021】

パッキン４４は、本体部２１の貫通孔２１ａ内に収容可能な円環状に形成された部材である。パッキン４４は、セラミックスリーブ４３と、本体部２１における後端側ＢＥの端部２１ｃとの間に配置される。本体部２１の端部２１ｃは、パッキン４４を介してセラミックスリーブ４３を先端側ＦＥへ押し付けるように加締められる。これにより、滑石粉末４２が圧縮充填され、保持部４は、ガスセンサ素子３の先端側ＦＥが主体金具２の先端側ＦＥより突出するとともに、ガスセンサ素子３の後端側ＢＥが主体金具２の後端側ＢＥより突出する状態で、ガスセンサ素子３を保持する。

【0022】

プロテクタ５は、主体金具２から突出するガスセンサ素子３の先端側ＦＥの端部を覆うように筒状に形成された金属製の部材である。プロテクタ５には、複数のガス取入孔５ａが形成されている。プロテクタ５は、溶接により、主体金具２の先端側ＦＥの外周に接合されている。

【0023】

プロテクタ５は、二重構造をなしており、外側プロテクタ５１と内側プロテクタ５２を備える。外側には、有底円筒状の外側プロテクタ５１が配置され、内側には、有底円筒状の内側プロテクタ５２が配置される。

【0024】

外筒６は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された金属製の部材である。外筒６は、先端側ＦＥの端部の開口部６ａ内に、主体金具２の後端側ＢＥの端部をスペーサ７を介して嵌め込んだ状態で固定される。

【0025】

スペーサ７は、図２に示すように、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成された金属製の部材である。スペーサ７は、先端側ＦＥの端部の開口部７ａにおいてその外周から径方向に沿って外側へ延びる円環状に形成されたフランジ部７ｂを備える。

【0026】

スペーサ７は、図３に示すように、スペーサ７が外筒６と主体金具２との間に挟まれた状態で、且つ、スペーサ７の開口部内に主体金具２の後端側ＢＥの端部を嵌め込んだ状態で固定される。またスペーサ７は、フランジ部７ｂが外筒６の先端側ＦＥの端部よりも先端側ＦＥに位置するように配置される。

【0027】

またスペーサ７の厚さＷ１は、主体金具２においてスペーサ７が嵌め込まれている箇所の厚さＷ２よりも小さい。
複数のリード線８は、図１に示すように、素子本体部３１の後端側ＢＥに形成された複数の電極パッド（不図示）のそれぞれに対応して設けられており、素子本体部３１と、ガスセンサ素子３を駆動制御するセンサ制御装置とを電気的に接続するための導線である（図１では２本のリード線８を示す）。

【0028】

複数の接続端子９は、複数のリード線８のそれぞれに対応して設けられ、対応するリード線８の一端部に取り付けられる。
分離部１０は、セパレータ１０１と保持部材１０２を備える。セパレータ１０１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたセラミック製の部材であり、外筒６内に配置される。セパレータ１０１の内部には、複数の接続端子９と、素子本体部３１の後端側ＢＥの一部分とを収容可能な空間が形成されている。セパレータ１０１は、複数の接続端子９の後端側ＢＥがセパレータ１０１の後端側ＢＥより突出しており且つ複数の接続端子９が互いに接触しない状態を保持して、複数の接続端子９を内部に収容する。またセパレータ１０１は、複数の接続端子９がそれぞれ素子本体部３１の電極パッドに接触している状態を保持する。また、セパレータ１０１の後端側ＢＥの外周面には、径方向に沿って外側へ延びる鍔部１０１ａが形成されている。

【0029】

保持部材１０２は、本体部１０２ａと湾曲部１０２ｂを備える。本体部１０２ａは、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された金属製の部材である。湾曲部１０２ｂは、本体部１０２ａの後端側ＢＥから延びてＵ字状に曲げられた部材である。保持部材１０２は、鍔部１０１ａよりも先端側ＦＥで外筒６とセパレータ１０１との間に位置するように設置される。これにより、本体部１０２ａは、外筒６の内周面に接触する状態となり、湾曲部１０２ｂは、セパレータ１０１の鍔部１０１ａをその内側に向けて押し付ける状態となる。このため、セパレータ１０１は保持部材１０２によって外筒６内に保持される。

【0030】

グロメット１１は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたフッ素ゴム製の弾性部材である。グロメット１１には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、上記の複数のリード線８のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔には、それぞれ対応するリード線８が挿入される。

【0031】

グロメット１１は、外筒６における後端側ＢＥの端部の開口部６ｂの内側に配置され、外筒６を介して径方向に加締められる。これにより、外筒６における後端側ＢＥの端部の開口部６ｂが閉塞される。

【0032】

このように構成されたガスセンサ１は、軸線方向ＤＡに延びる長尺状に形成されたガスセンサ素子３と、主体金具２と、セパレータ１０１と、外筒６とを備える。
主体金具２は、ガスセンサ素子３の後端が突き出た状態でガスセンサ素子３を取り囲む。セパレータ１０１は、主体金具２よりも後端側ＢＥに配置されてガスセンサ素子３の後端部を取り囲む。外筒６は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成され、セパレータ１０１を収容し、主体金具２の後端側ＢＥに配置される。

【0033】

そしてガスセンサ１は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成されて、主体金具２の後端側ＢＥであって且つ軸線方向ＤＡに対して垂直な径方向における主体金具２と外筒６との間に配置され、軸線方向ＤＡにおける先端で開口している開口部７ａが主体金具２の後端部に嵌め込まれた状態で主体金具２に固定されるスペーサ７を備える。またガスセンサ１では、外筒６は、スペーサ７を介して主体金具２に固定される。

【0034】

このように構成されたガスセンサ１では、主体金具２の後端に嵌め込まれたスペーサ７の厚さの分だけ、スペーサ７に嵌めこまれる開口部６ａの内径を大きくすることができ、これにより、外筒６の内径を大きくすることができる。これによりガスセンサ１は、外筒６と、外筒６の内部に収容されているセパレータ１０１との間の空間を広くすることができ、セパレータ１０１の破損を軽減することができる。

【0035】

またガスセンサ１では、スペーサ７は、開口部７ａから軸線方向ＤＡに対して垂直な径方向に沿って外側へ突出するフランジ部７ｂを有する。これにより、外筒６の先端側ＦＥの端部と主体金具２とが接触しないようにして外筒６をスペーサ７を介して主体金具２の後端に嵌め込む製造工程を行う場合に、既に主体金具２の後端に嵌め込まれているスペーサ７のフランジ部７ｂに外筒６の先端側ＦＥの端部を突き当てるように外筒６を主体金具２の後端に嵌め込めばよい。このため、ガスセンサ１は、外筒６を主体金具２の後端に嵌め込むときに外筒６と主体金具２とが接触しないようするための作業が容易となり、ガスセンサ１の製造工程を簡略化することができる。

【0036】

またガスセンサ１では、スペーサ７の厚さＷ１は、主体金具２においてスペーサ７が嵌め込まれている箇所の厚さＷ２よりも小さい。これにより、レーザ溶接によってスペーサ７を主体金具２に固定する場合において、スペーサ７を貫通する程度のエネルギーを有するレーザ光を照射すればよくなるため、ガスセンサ１は、レーザ光が主体金具２まで貫通してしまうという事態の発生を抑制することができる。

【0037】

またガスセンサ１では、主体金具２は、ガスセンサ素子３を保持する筒状の本体部２１と、本体部２１を取り囲み、本体部２１に対して回転自在であり、排気管の取付ネジ孔にネジ止めされるネジ部２２ｂが外表面に形成された筒状の取付部２２とを備えている。そしてガスセンサ１では、スペーサ７の開口部７ａは、本体部２１の後端部に固定される。

【0038】

このように取付部２２が本体部２１に対して回転自在に構成されている場合には、取付部２２の強度を確保するために、筒状の取付部２２の内径を比較的小さくする必要がある。通常は取付ネジ孔の径が予め設定されており、取付部２２の外径を変更することができないためである。このため、筒状の取付部２２の内部に配置される本体部２１の外径を大きくすることが特に制限される傾向にある。これに対し、ガスセンサ１は、本体部２１の外径を大きくすることが制限される場合であっても、スペーサ７の開口部７ａを本体部２１の後端部に固定することにより、本体部２１の外径を大きくすることなく、外筒６の内径を大きくすることができる。

【0039】

以上説明した実施形態において、ガスセンサ１は本発明におけるセンサ、ガスセンサ素子３は本発明における検出素子、開口部７ａは本発明における先端側開口部である。
また、排気管は本発明における取付対象体、取付ネジ孔は本発明における取付孔である。

【0040】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、ガスセンサにスペーサ７を適用したものを示したが、本発明はガスセンサに限定されるものではなく、主体金具とセパレータと外筒とを備えるセンサであればよい。

【0041】

また上記実施形態では、スペーサ７がフランジ部７ｂを備えるものを示したが、図４に示すように、フランジ部７ｂを備えないようにしてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１…ガスセンサ、２…主体金具、３…ガスセンサ素子、６…外筒、７…スペーサ、７ａ…開口部、７ｂ…フランジ部、１０…分離部、１０１…セパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】