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公開番号2024101948
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-30
出願番号2023006196
出願日2023-01-18
発明の名称ガスセンサ
出願人日本碍子株式会社
代理人個人
主分類G01N 27/409 20060101AFI20240723BHJP(測定;試験)
要約【課題】短尺化しても弾性体の溶損リスクが低く、かつ、リード線保持部が弾性体の貫通孔の内面と干渉したり、貫通孔を塞いだりすることのないガスセンサを提供する。
【解決手段】本発明の一側面に係るガスセンサは、弾性体を筒状体に固定する縮径部が1つ形成され、弾性体の先端面からリード線保持部までが0.1mm以上離れており、さらに、所定の関係式を満たすように各部材のサイズ等を調整することで、接点ずれの発生を防止する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
軸方向に延び、先端側に検出部を有すると共に、後端側に素子電極を有するセンサ素子と、
前記軸方向に延び、先端側において前記素子電極に電気的に接続される端子金具と、
前記センサ素子と前記端子金具とが内部に配置された筒状体と、
前記端子金具の後端側に電気的に接続され、前記筒状体の後端側の開口端から外方に延びるリード線と、
前記開口端を封止するよう配置され、前記軸方向に延びる貫通孔が内部に形成されており、前記貫通孔に前記リード線の被膜部分を収容した弾性体と、
を備え、
前記端子金具の後端には、前記リード線を圧着して保持するリード線保持部が形成されており、
前記筒状体には、前記弾性体の一部を周囲から加締めている縮径部が１つ形成されており、
前記軸方向において、前記弾性体の先端側の端面から、前記リード線保持部までは０．１ｍｍ以上離れており、
以下の数式（１）を満たす、
ガスセンサ。
（Ｄａ－Ｄｂ）×Ｓａ＞Ｆｃ／（μ×ｑ）・・・数式（１）
ここで、前記数式（１）において、
「Ｄａ」は、前記弾性体の、前記縮径部によって加締められていない部分である非加締め部分の直径を表し、
「Ｄｂ」は、前記弾性体の、前記縮径部によって加締められている部分である被加締め部分の直径を表し、
「Ｓａ」は、前記リード線の前記被膜部分の、前記被加締め部分における前記貫通孔に収容されている部分の表面積を表し、
「Ｆｃ」は、前記素子電極と前記端子金具との電気的接続を切断する、前記軸方向の荷重の大きさを表し、
「μ」は、前記弾性体と前記リード線の前記被膜部分との間の静止摩擦係数を表し、
「ｑ」は、前記縮径部によって前記弾性体を径方向に単位長さ加締めたときに、前記弾性体によって前記リード線の前記被膜部分へと加えられる、単位面積当たりの圧力を表す。
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
前記素子電極と、前記素子電極に電気的に接続される前記端子金具の先端側の部分とを収容したセラミックハウジングと、
前記軸方向において、前記セラミックハウジングと前記弾性体との間に配置されるスペーサと、
をさらに備える、
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記端子金具の前記リード線保持部は、前記スペーサの内部に配置されている、
請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記弾性体の材料はフッ素ゴムである、
請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記リード線の前記被膜部分は、フッ素樹脂により被膜されている、
請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記非加締め部分の直径Ｄａと、前記被加締め部分の直径Ｄｂとは、以下の数式（２）を満たす、
請求項１または２に記載のガスセンサ。
Ｄｂ／Ｄａ≧０．５・・・数式（２）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガス等の被測定ガスにおける酸素やＮＯ
x
などの特定のガス成分の濃度を測定するために使用されるガスセンサが知られている。係るガスセンサは、例えば、センサ素子を収容した筒状体と、前記筒状体の開口端から外方に延びるリード線と、前記センサ素子と前記リード線とを電気的に接続する金属端子と、前記開口端を封止するよう配置され、前記リード線が挿入される弾性体と、を備える。このような構成を備えるガスセンサについて、弾性体のシール性を確保してガス濃度の検出精度を向上させつつ、金属端子とセンサ素子との接続部分が位置ずれ（接点ずれ）を起こすのを防止するための種々の試みが知られている。例えば、下掲の特許文献１には、以下のガスセンサが開示されている。すなわち、特許文献１に開示のガスセンサにおいて、前記筒状体の開口端は、内部に貫通孔が形成された前記弾性体によって封止され、前記貫通孔には、前記リード線を圧着して保持する前記端子金具のリード線保持部と、前記リード線とが収容されている。そして、特許文献１に開示のガスセンサにおいて、前記筒状体の後端側は、軸方向に所定間隔を空けた２箇所が加締められ、係る２箇所の縮径部によって前記弾性体は多段（具体的には、２段）で加締められて前記筒状体に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－１９６９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件発明者らは、上述の特許文献１に開示された構成を備えるガスセンサ（従来のガスセンサ）には、次のような問題点があることを見出した。
【０００５】
第１に、従来のガスセンサは、弾性体を筒状体に固定するために、前記筒状体の、軸方向に所定間隔を空けた２箇所を加締めている。つまり、従来のガスセンサの弾性体は、前記筒状体の内部において、前記筒状体の開口端から、少なくとも、前記２箇所の加締め位置のうち前記筒状体の先端側の加締め位置まで、延びている。そのため、前記弾性体を前記筒状体に固定するために２つの縮径部を前記筒状体に設ける従来のガスセンサは、前記縮径部を１つとする場合に比べて、前記弾性体の軸方向の長さを、長くせざるを得ない。そして、係る従来のガスセンサについて、ガスセンサ全体の軸方向の長さを短くしようとすると、つまり、短尺化しようとすると、以下の問題が生じる。すなわち、前記弾性体の軸方向の長さを維持しつつ、ガスセンサ全体の軸方向の長さを短くしようとすると、ガスセンサの先端から、特に、ガスセンサの先端側にある熱源から、前記弾性体までの間隔を十分に確保することが困難となる。そのため、従来のガスセンサは、ガスセンサ全体の軸方向の長さを短くしようとした場合に、前記熱源から前記弾性体までの間隔を十分に確保することができず、前記弾性体が高温にさらされて溶損を起こす可能性がある。つまり、本件発明者らは、従来のガスセンサについて、短尺化した場合に弾性体の溶損リスクが高くなるという問題点を見出した。
【０００６】
第２に、従来のガスセンサにおいて、前記リード線を圧着して保持する前記端子金具のリード線保持部は、前記弾性体の内部に形成された前記貫通孔に収容されている。そして、前記２箇所の縮径部によって前記弾性体の周囲が加締められることで、従来のガスセンサにおいて、前記貫通孔の内面と前記リード線保持部とは、互いに接触した状態にある。そのため、過酷な環境下での使用、長期間にわたる使用等によるガスセンサの振動などが原因となって、従来のガスセンサにおいては、前記貫通孔の内面と前記リード線保持部とが干渉し合い、前記筒状体内の気密性を悪化させるリスクがある。つまり、本件発明者らは、従来のガスセンサについて、リード線保持部が弾性体の貫通孔の内面と干渉して弾性体のシール性を低下させ、筒状体内の気密性を悪化させるリスクがあるという問題点を見出した。
【０００７】
第３に、従来のガスセンサにおいては、前記２箇所の縮径部によって前記弾性体の周囲が加締められることで、前記貫通孔に収容された前記リード線保持部が、前記貫通孔を完全に塞いでしまう（言い換えれば、完全に閉塞してしまう）可能性がある。ここで、ガスセンサにおいては、例えば、前記リード線の被膜と金属線（導体）との間（言い換えれば、被膜の内側）を、外気および前記筒状体内の気体が通ることで、前記筒状体内に外気が導入され、また、前記筒状体内の気体が外部に排出される。しかしながら、前記リード線保持部が前記貫通孔を完全に閉塞してしまうと、前記筒状体内と外部空間との間での気体の入れ替え、循環ができなくなり、ガスセンサのセンサ測定精度が悪化するリスクがある。つまり、本件発明者らは、従来のガスセンサについて、リード線保持部が弾性体の貫通孔を塞いでセンサ測定精度を悪化させるリスクがあるという問題点を見出した。
【０００８】
本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、短尺化しても弾性体の溶損リスクが低く、かつ、リード線保持部が弾性体の貫通孔の内面と干渉したり、貫通孔を塞いだりすることのないガスセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の観点に係るガスセンサは、軸方向に延び、先端側に検出部を有すると共に、後端側に素子電極を有するセンサ素子と、前記軸方向に延び、先端側において前記素子電極に電気的に接続される端子金具と、前記センサ素子と前記端子金具とが内部に配置された筒状体と、前記端子金具の後端側に電気的に接続され、前記筒状体の後端側の開口端から外方に延びるリード線と、前記開口端を封止するよう配置され、前記軸方向に延びる貫通孔が内部に形成されており、前記貫通孔に前記リード線の被膜部分を収容した弾性体と、を備え、前記端子金具の後端には、前記リード線を圧着して保持するリード線保持部が形成されており、前記筒状体には、前記弾性体の一部を周囲から加締めている縮径部が１つ形成されており、前記軸方向において、前記弾性体の先端側の端面から、前記リード線保持部までは０．１ｍｍ以上離れており、以下の数式（１）を満たす。
（Ｄａ－Ｄｂ）×Ｓａ＞Ｆｃ／（μ×ｑ）・・・数式（１）
（【００１１】以降は省略されています）

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