通気構造を有するセンサ
【課題】 通気及び防水の可能なフィルタの破損を防止して、通気及び防水の優れた性能を確保できる通気構造を有するセンサを提供すること。
【解決手段】 外筒１１の連通部１１ａには、円盤状のフッソゴム製の保持部材１４が内嵌されており、この保持部材１４は、外筒１１の外側から加締められることにより、気密性及び水密性を確保する様に、外筒１１一体に固定されている。保持部材１４の軸中心には、センサ内部と外部とを連通する通気孔３５が形成されている。通気孔３５には通気フィルタ４１が止め部材４３により圧入された状態で固定されている。止め部材４３は、保持部材１４よりゴム硬度が大きなフッソゴム製の円筒状の部材であり、その軸中心には、止め部材４３を軸方向に貫く通気連通部４５が形成されている。
【解決手段】 外筒１１の連通部１１ａには、円盤状のフッソゴム製の保持部材１４が内嵌されており、この保持部材１４は、外筒１１の外側から加締められることにより、気密性及び水密性を確保する様に、外筒１１一体に固定されている。保持部材１４の軸中心には、センサ内部と外部とを連通する通気孔３５が形成されている。通気孔３５には通気フィルタ４１が止め部材４３により圧入された状態で固定されている。止め部材４３は、保持部材１４よりゴム硬度が大きなフッソゴム製の円筒状の部材であり、その軸中心には、止め部材４３を軸方向に貫く通気連通部４５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、又は温度センサなどのセンサの様に、通気構造を有するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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の一つとして、例えば特開平９−５４０６３号公報に示される様な外気導入型の酸素センサがある。
【０００３】
前記酸素センサでは、外気を導入する通気孔を、センサの最上部に設けられたゴム製のシール部材の中央を軸方向に貫通するように形成するとともに、通気孔を硬質の撥水性フィルタ（水を通さずに通気を確保するフィルタ）で覆うことにより、通気性と防水性を保持している。
【０００４】
しかし、この様な硬質フィルタを通気孔全体にわたって配置した構成では、フィルタ全体の体積が大きいことから、その通気性を十分に確保することが困難であった。
そこで、例えば特許公開２０００−１９３６３２号公報では、図７に示す様に、シート状の撥水性フィルタ（通気フィルタ）Ｐ１を金属製の筒状部材（止め金具）Ｐ２にかぶせ、この状態で、通気フィルタＰ１及び止め金具Ｐ２をシール部材Ｐ３の通気孔Ｐ４に嵌挿することにより、通気性及び防水性を保持する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５４０６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した技術では、硬質の止め金具Ｐ２によって通気フィルタＰ１を保持する構成のために、通気フィルタＰ１が破損するおそれがあった。
例えば酸素センサが車体外などに露出している場合に、洗車時の高圧水や飛び石によって通気フィルタＰ１の周囲などに大きな力が加わったときには、通気フィルタＰ１自体はたわむことができるものの、それと直接に接触する止め金具Ｐ２は殆ど変形しないので、止め金具Ｐ２の開口端付近において、通気フィルタＰ１が破損するおそれがあった。
【０００７】
特に、止め金具Ｐ２の開口端の周囲では、通気フィルタＰ１はほぼ直角に折れ曲がっているために、通気フィルタＰ１に破損が生じ易いという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、通気及び防水の可能なフィルタの破損を防止して、通気及び防水の優れた性能を確保できる通気構造を有するセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、センサの内部と外部とを連通する連通部に、通気を確保するための通気孔を形成した保持部材（例えばゴム製のシール部材）を配置するとともに、通気孔を覆うように通気性及び防水性を有するフィルタ（例えば通気フィルタ）を配置したセンサ（例えば酸素センサ）に関するものである。
【０００９】
本発明では、特に、通気孔に嵌め込む止め部材により、通気孔の内周面側と前記止め部材の外周面側との間にフィルタを挟んで固定する構成を有するとともに、止め部材を弾性体から構成している。
【００１０】
従って、センサを例えば車両の排気管など取り付けた場合に、センサの露出部分（フィルタの近傍の部分など）に対して、例えば洗車時の高圧水がかかったり飛び石が当たって、瞬間的に大きな衝撃力が加わったときでも、弾性体が応力を吸収するので、フィルタに過度の力が加わることがない。また、従来の様に、フィルタが硬質の止め金具で直角に折れ曲がる構成ではないので、大きな力が加わっても、フィルタは破れ難い。これにより、フィルタの破損を防止できるので、フィルタの防水性が低下することがなく、よって、センサの耐久性が向上するという効果を奏する。
【００１１】
（２）請求項２の発明では、止め部材の硬度は保持部材の硬度以上である。
従って、保持部材にゴム製部材を嵌め込む作業が容易であるという利点がある。
（３）請求項３の発明では、止め部材がゴム製部材である。
【００１２】
本発明は、止め部材を例示したものであり、本発明では、止め部材として弾性を有するゴム製部材を使用するので、従来の止め金具に比べて、外力を緩和する能力が高く、フィルタが破損し難いという効果がある。
【００１３】
（４）請求項４の発明では、ゴム製の止め部材のゴム硬度は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値（評価値）が７０〜８５の範囲である。
本発明では、ゴム硬度の前記評価値が７０以上（好ましくは７５以上）であるので、保持部材に止め部材をはめ込み易く、また、ゴム硬度の前記評価値が８５以下であるので、フィルタが破損し難いという効果がある。
【００１４】
尚、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値（評価値）は、通常、国際ゴム硬さ（ＩＲＨＤ）の試験による評価値と一致する。
（５）請求項５の発明では、止め部材に、止め部材の先端から後端に到る様に貫く通気連通部（例えば軸中心を貫く孔）を設けたり、止め部材の外周面に沿って、止め部材の先端から後端に到る様に伸びる通気連通部（例えば軸方向と同方向に伸びる１又は複数の溝）を設けている。
【００１５】
従って、フィルタ及び通気連通部を介して、センサ内部と外部との気体（ガス）の流通が可能である。
特に、止め部材の外周面に沿ってのみ溝状の通気連通部を設けた場合（特に複数の通気連通部を設けた場合）には、止め部材の内部には（自身の材質による）芯があるので、例えばセンサの外側から加締めにより保持部材を固定した場合でも、通気連通部が潰されにくく、（軸中心に通気連通部を設けた場合と比べて）通気を確保し易いという利点がある。
【００１６】
（６）請求項６の発明では、通気孔を覆うフィルタに面する止め部材の先端側には、通気連通部と連通する凹部を設けている。
このフィルタに面する凹部により、フィルタと止め部材の先端表面との間には空間ができるので、フィルタを介するセンサの内部と外部との通気を十分に確保することができる。
【００１７】
（７）請求項７の発明では、止め部材の外周面に沿って通気連通部を設けた場合には、通気孔を覆うフィルタに面する止め部材の先端側には、通気連通部と連通し中央部が凹んだすり鉢状の凹部を設けている。
【００１８】
従って、フィルタを通過した水蒸気がフィルタの内側面にて結露した場合でも、結露した水滴は、すり鉢状の凹部の底部に溜まるので、通気連通部を通ってセンサ内部に浸入しにくいという利点がある。
【００１９】
（８）請求項８の発明では、センサはガスセンサである。
本発明は、センサの種類を例示したものであり、ここでは、ガスの種類を検出したり、ガスの濃度を検出するガスセンサが挙げられる。
【００２０】
このガスセンサとしては、酸素の濃度を測定する酸素センサ、ＮＯXの濃度を測定するＮＯXセンサ、ＨＣの濃度を測定するＨＣセンサ、ＣＯの濃度を測定するＣＯセンサなどが挙げられる。
【００２１】
尚、ガスセンサ以外に、上述した通気構造を有するセンサとしては、例えば温度センサなどが挙げられる。
（９）請求項９の発明では、センサは、内燃機関の排気を浄化する触媒（例えば三元触媒）の下流側に配置される下流センサである。
【００２２】
つまり、いわゆる下流センサ（モニタセンサ）は、排気管の下流側に取り付けられて、車体の外部に露出しているので、上述した高圧水や飛び石の影響を受け易いが、本発明の下流センサでは、上述した通気構造を備えているので、フィルタが破損し難い等の効果を発揮でき、好適である。
【００２３】
尚、下流センサだけでなく、触媒の上流側に取り付けられる上流センサ（制御センサ）に、上述した通気構造を設けることにより、同様な効果を奏する。
（１０）請求項１０の発明では、センサが、検出素子と、検出素子を保持する主体金具と、検出素子の上端側に大気から隔離された基準ガス空間を形成する筒状部材と、筒状部材とともに基準ガス空間を形成する保持部材とを備えている。
【００２４】
本発明は、センサの構成を例示したものであり、このセンサとしては、例えば、ジルコニアを主成分とする固体電解質体からなり、酸素濃度を検出する検出素子を備えた酸素センサが挙げられる。
【００２５】
（１１）請求項１１の発明では、センサの後端側に連通部が設けられ、連通部に取り付けられた保持部材を介して、検出素子から伸びるリード線が外部に取り出される構成を備えている。
【００２６】
本発明は、センサの構成を例示したものであり、このセンサとしては、保持部材を介してリード線が伸びる例えば酸素センサが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１の酸素センサを破断して示す説明図である。
【図２】実施例１の酸素センサの通気構造を拡大して示す断面図である。
【図３】実施例１の酸素センサの通気構造を示す分解斜視図である。
【図４】実施例１の止め部材を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】実施例１の酸素センサの使用方法を示す説明図である。
【図６】実施例２の止め部材を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の通気構造を有するセンサの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
本実施例の通気構造を有するセンサは、例えば自動車の排気系に取り付けられて、検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度を測定する酸素センサ（ガスセンサ）で
ある。
【００２９】
具体的には、検出素子の大気側と測定ガス側の酸素濃度の違いに基づいて起電力を発生するタイプの酸素センサであり、そのため、検出素子の大気側（センサ内部）にセンサ外部より大気を導入するための通気構造を必要とするものである。
【００３０】
ａ）まず、本実施例の酸素センサの構成について、図１等に基づいて説明する。尚、図１は、酸素センサの全体構成を示す断面図である。
図１に示す様に、酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の検出素子３と、検出素子３内に配置された軸状のセラミックヒータ５と、検出素子３を収容するケーシング７等から構成されている。
【００３１】
前記検出素子３は、ＺｒＯ2を主成分とする固体電解質体からなり、その内側及び外側の表面に電極（図示せず）が形成されている。
前記ケーシング７は、金属製（ＪＩＳ：ＳＵＳ４３０）の主体金具９と金属製（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）の外筒１１とを軸方向に接続した筒状の容器であり、その先端側には、プロテクタ１３が取り付けられ、その後端側（同図の上部）には、後に詳述する様に、保持部材（シール部材）１４等を備えた通気構造１５が形成されている。
【００３２】
このうち、主体金具９は、その外周面に、酸素センサ１を排気管１７に固定するためのネジ部１９を備えるとともに、その内部に、セラミックホルダ２１、２３及びセラミック粉末２５を収容し、検出素子３の先端側（同図の下部）を主体金具９から突出させた状態で保持している。
【００３３】
前記主体金具９の上部には、筒状部９ａが形成され、その筒状部９ａの内側に延出したフランジ部９ｂが、リング２７を介して、セラミックホルダ２１，２３及びセラミック粉末２５を上方から固定している。
【００３４】
また、前記主体金具９の筒状部ａの外側には、前記外筒１１が外嵌されており、この外筒１１の内側に、セラミックス製のセパレータ２９及び保持部材１４等が収容されている。
【００３５】
つまり、検出素子３やセラミックヒータ５からそれぞれ伸びる複数の端子金具３１は、セパレータ２９内部で各リード線３３と接続され、各リード線３３は、保持部材１４を貫いて外部に伸びている。
【００３６】
ｂ）次に、本実施例の要部である酸素センサ１の通気構造１５について、図２〜図４に基づいて説明する。
尚、図２は通気構造１５の断面を示し、図３はそれを分解して示し、図４は止め部材を示している。
【００３７】
まず、図２及び図３に示す様に、外筒１１の上部の開口部（連通部）１１ａには、円盤状のフッソゴム製（ゴム硬度７５）の保持部材（厚み６．０ｍｍ×外径φ１３．９ｍｍ）１４が内嵌されており、この保持部材１４は、外筒１１の外側から加締められることにより、気密性及び水密性を確保する様に、外筒１１一体に固定されている。尚、前記ゴム硬度の値は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる評価値（以下同様）である。
【００３８】
保持部材１４の軸中心には、センサ内部と外部とを連通する通気孔（内径４．０ｍｍ）３５が形成され、通気孔３５の周囲には、リード線３３が通されるリード線挿通孔３６が、リード線３３の本数に合わせて４箇所に設けられている。
【００３９】
前記保持部材１４の通気孔３５には、撥水性フィルタ（通気フィルタ）４１が、止め部材４３により、図２の下方より圧入された状態で固定されている。
この通気フィルタ４１は、通気性及び防水性を備えたシート状のフィルタが、通気孔３５の上部の開口端側を塞ぐ様に、即ちフィルタ面４１ａを上にして通気孔３５内部に配置されている。尚、通気フィルタ４１は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のゴアテックス（商品名）により構成されている。
【００４０】
一方、止め部材４３は、図４に示す様に、保持部材１４よりゴム硬度が大きなフッソゴム製（ゴム硬度８０）の円筒状の部材であり、その軸中心には、止め部材４３を軸方向に貫く通気連通部（通気連通孔：直径１．５ｍｍ）４５が形成されている。
【００４１】
また、通気連通部４５の上部（図４（ｃ）の上方：止め部材の押圧方向である先端側）には、通気孔３５を覆う通気フィルタ４１との隙間を開けるために、軸中心ほど凹んだすり鉢状の凹部４７が形成されており、この凹部４７に前記通気連通部４５が開口している。
【００４２】
更に、止め部材４３の下部の外周には、止め部材４３自身を通気孔３５に嵌め込む際のストッパとして、外方向に環状に張り出す環状部４９が設けられている。
従って、上述した構成により、通気フィルタ４１は、通気孔３５の内周面と止め部材４３の外周面とに挟まれ、止め部材４３等のゴムの弾性により、通気孔３５を覆うようにして通気孔３５内にて固定されている。
【００４３】
ｃ）次に、上述した酸素センサ１の製造方法を簡単に説明する。
まず、図３に示す様に、止め部材４３の上部に、シート状の通気フィルタ４１をかぶせ、この状態で、止め部材４３を保持部材１４の通気孔３５に押し込む。つまり、止め部材４３により通気フィルタ４１を通気孔３５内に圧入する。
【００４４】
これにより、保持部材１４、通気フィルタ４１、及び止め部材４３が一体になった通気ユニット５１が構成される。
次に、図２に示す様に、保持部材１４のリード線挿通孔３６に、各リード線３３を挿通させ、このリード線３３を挿通した通気ユニット５１を、外筒１１の開口部１１ａに内嵌する。
【００４５】
次に、外筒１１の外側より例えば４点加締め等の加締めを行うことにより、保持部材１４と外筒１１とを、気密性及び水密性を保って結合する。
ｄ）次に、本実施例の酸素センサ１の使用位置について、図５に基づいて説明する。
【００４６】
図５に示す様に、例えば自動車の内燃機関（エンジン）５１には、燃焼したガス（排気）を外部に排出するために排気管１７が接続されており、排気管１７の途中には、排気を浄化するために三元触媒５３が取り付けられている。
【００４７】
本実施例の酸素センサ１は、三元触媒５３の下流側に取り付けられる下流センサ（モニタセンサ）として使用されるものであり、三元触媒から排出される排気中の酸素濃度を検出し、その信号を電子制御装置（ＥＣＵ）５５に出力する。
【００４８】
従って、この酸素センサ１により検出された値が適切な範囲である場合には、三元触媒にて好適に排気の浄化が行われていることが分かる。
尚、本実施例の酸素センサ１と同様な構成の酸素センサ２を、三元触媒５３の上流側に取り付けて、いわゆる上流側センサ（制御センサ）として使用することもできる。この場合は、エンジン５１から排出された排気中の酸素濃度を検出し、その信号をＥＣＵ５５にて判断して、燃料供給量や吸気量等を調節することにより、好適な空燃比制御などを行うことができる。
【００４９】
ｅ）この様に、本実施例の酸素センサ１では、その通気構造１５として、保持部材１４の通気孔３５に、弾性体であるゴム製の止め部材４３により、通気フィルタ４１を圧入固定している。
【００５０】
従って、酸素センサ１を車両の排気管１７に取り付けた場合、通気構造１５近傍に、洗車時の高圧水がかかったり飛び石が当たって、瞬間的に大きな衝撃力が加わったときでも、ゴム製の止め部材４３がその応力を緩和するので、通気フィルタ４１は破れ難い。それにより、通気フィルタ４１の（気体のみを通す）通気性及び防水性を長く維持することができる。
【００５１】
また、止め部材４３のゴム硬度は適度に設定されているので、上述した衝撃力を緩和できるとともに、通気フィルタ４１を通気孔３５に容易に圧入できる。しかも、一旦圧入した後は、止め部材４３（従って通気フィルタ４１）自身が脱落することがなく、しかも、通気フィルタ４１の周囲に隙間ができることもない。
【００５２】
更に、止め部材４３の上部（通気フィルタ４１に面する先端側）には、すり鉢状の凹部４７が設けてあるので、通気フィルタ４１の通気を妨げることがない。つまり、この凹部４７により、センサ内部側に十分な空間を確保して、通気面積を広くとることができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００５３】
本実施例は、止め部材の形状に特徴があり、その他の構成は前記実施例１と同様である。
図６に示す様に、本実施例の酸素センサにおいて、その保持部材の通気孔に、通気フィルタとともに嵌め込まれる止め部材６１は、フッソゴム製の略円柱状の部材である。
【００５４】
この止め部材６１の下部の外周には、止め部材６１自身を通気孔に嵌め込む際のストッパとして、外方向に環状に張り出す環状部６３が設けられている。
また、止め部材６１の外周には、その軸方向に沿って伸びる溝状の通気連通部６５が等間隔で４箇所に設けられている。
【００５５】
更に、通気連通部６５の上部（図４（ｃ）の上方：止め部材の押圧方向である先端側）には、通気孔を覆う通気フィルタとの隙間を開けるために、軸中心ほど凹んだすり鉢状の凹部６７が形成されており、この凹部６７に前記通気連通部６５が開口している。
【００５６】
上述した構成により、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、止め部材６１の軸中心は中実で芯があるので、周囲から加締めた場合でも、止め部材６１（従って通気連通部６５）が潰れ難いという効果がある。また、複数の通気連通部６５が形成されているので、一つが潰れた場合でも、通気性を確保できるという利点もある。
【００５７】
更に、本実施例では、通気連通部６５が止め部材６１の外周に沿って形成され且つ凹部６７の中央部が凹んだすり鉢状に形成されているので、通気フィルタの内側面が結露して、その水滴が落下した場合でも、水滴は凹部６７の底に溜まり、水分は周囲の通気連通部６５を通ってセンサ内部に浸入し難いという効果がある。
【００５８】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記実施例では、酸素センサを例に挙げたが、上述した通気構造を用いるものであれば、温度センサ等の各種のセンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…酸素センサ
３…固体電解質体
１１…外筒
１４…保持部材
３５…通気孔
４１…通気フィルタ
４３、６１…止め部材
４５、６５…通気連通部
４７、６７…凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、又は温度センサなどのセンサの様に、通気構造を有するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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の一つとして、例えば特開平９−５４０６３号公報に示される様な外気導入型の酸素センサがある。
【０００３】
前記酸素センサでは、外気を導入する通気孔を、センサの最上部に設けられたゴム製のシール部材の中央を軸方向に貫通するように形成するとともに、通気孔を硬質の撥水性フィルタ（水を通さずに通気を確保するフィルタ）で覆うことにより、通気性と防水性を保持している。
【０００４】
しかし、この様な硬質フィルタを通気孔全体にわたって配置した構成では、フィルタ全体の体積が大きいことから、その通気性を十分に確保することが困難であった。
そこで、例えば特許公開２０００−１９３６３２号公報では、図７に示す様に、シート状の撥水性フィルタ（通気フィルタ）Ｐ１を金属製の筒状部材（止め金具）Ｐ２にかぶせ、この状態で、通気フィルタＰ１及び止め金具Ｐ２をシール部材Ｐ３の通気孔Ｐ４に嵌挿することにより、通気性及び防水性を保持する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５４０６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した技術では、硬質の止め金具Ｐ２によって通気フィルタＰ１を保持する構成のために、通気フィルタＰ１が破損するおそれがあった。
例えば酸素センサが車体外などに露出している場合に、洗車時の高圧水や飛び石によって通気フィルタＰ１の周囲などに大きな力が加わったときには、通気フィルタＰ１自体はたわむことができるものの、それと直接に接触する止め金具Ｐ２は殆ど変形しないので、止め金具Ｐ２の開口端付近において、通気フィルタＰ１が破損するおそれがあった。
【０００７】
特に、止め金具Ｐ２の開口端の周囲では、通気フィルタＰ１はほぼ直角に折れ曲がっているために、通気フィルタＰ１に破損が生じ易いという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、通気及び防水の可能なフィルタの破損を防止して、通気及び防水の優れた性能を確保できる通気構造を有するセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、センサの内部と外部とを連通する連通部に、通気を確保するための通気孔を形成した保持部材（例えばゴム製のシール部材）を配置するとともに、通気孔を覆うように通気性及び防水性を有するフィルタ（例えば通気フィルタ）を配置したセンサ（例えば酸素センサ）に関するものである。
【０００９】
本発明では、特に、通気孔に嵌め込む止め部材により、通気孔の内周面側と前記止め部材の外周面側との間にフィルタを挟んで固定する構成を有するとともに、止め部材を弾性体から構成している。
【００１０】
従って、センサを例えば車両の排気管など取り付けた場合に、センサの露出部分（フィルタの近傍の部分など）に対して、例えば洗車時の高圧水がかかったり飛び石が当たって、瞬間的に大きな衝撃力が加わったときでも、弾性体が応力を吸収するので、フィルタに過度の力が加わることがない。また、従来の様に、フィルタが硬質の止め金具で直角に折れ曲がる構成ではないので、大きな力が加わっても、フィルタは破れ難い。これにより、フィルタの破損を防止できるので、フィルタの防水性が低下することがなく、よって、センサの耐久性が向上するという効果を奏する。
【００１１】
（２）請求項２の発明では、止め部材の硬度は保持部材の硬度以上である。
従って、保持部材にゴム製部材を嵌め込む作業が容易であるという利点がある。
（３）請求項３の発明では、止め部材がゴム製部材である。
【００１２】
本発明は、止め部材を例示したものであり、本発明では、止め部材として弾性を有するゴム製部材を使用するので、従来の止め金具に比べて、外力を緩和する能力が高く、フィルタが破損し難いという効果がある。
【００１３】
（４）請求項４の発明では、ゴム製の止め部材のゴム硬度は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値（評価値）が７０〜８５の範囲である。
本発明では、ゴム硬度の前記評価値が７０以上（好ましくは７５以上）であるので、保持部材に止め部材をはめ込み易く、また、ゴム硬度の前記評価値が８５以下であるので、フィルタが破損し難いという効果がある。
【００１４】
尚、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値（評価値）は、通常、国際ゴム硬さ（ＩＲＨＤ）の試験による評価値と一致する。
（５）請求項５の発明では、止め部材に、止め部材の先端から後端に到る様に貫く通気連通部（例えば軸中心を貫く孔）を設けたり、止め部材の外周面に沿って、止め部材の先端から後端に到る様に伸びる通気連通部（例えば軸方向と同方向に伸びる１又は複数の溝）を設けている。
【００１５】
従って、フィルタ及び通気連通部を介して、センサ内部と外部との気体（ガス）の流通が可能である。
特に、止め部材の外周面に沿ってのみ溝状の通気連通部を設けた場合（特に複数の通気連通部を設けた場合）には、止め部材の内部には（自身の材質による）芯があるので、例えばセンサの外側から加締めにより保持部材を固定した場合でも、通気連通部が潰されにくく、（軸中心に通気連通部を設けた場合と比べて）通気を確保し易いという利点がある。
【００１６】
（６）請求項６の発明では、通気孔を覆うフィルタに面する止め部材の先端側には、通気連通部と連通する凹部を設けている。
このフィルタに面する凹部により、フィルタと止め部材の先端表面との間には空間ができるので、フィルタを介するセンサの内部と外部との通気を十分に確保することができる。
【００１７】
（７）請求項７の発明では、止め部材の外周面に沿って通気連通部を設けた場合には、通気孔を覆うフィルタに面する止め部材の先端側には、通気連通部と連通し中央部が凹んだすり鉢状の凹部を設けている。
【００１８】
従って、フィルタを通過した水蒸気がフィルタの内側面にて結露した場合でも、結露した水滴は、すり鉢状の凹部の底部に溜まるので、通気連通部を通ってセンサ内部に浸入しにくいという利点がある。
【００１９】
（８）請求項８の発明では、センサはガスセンサである。
本発明は、センサの種類を例示したものであり、ここでは、ガスの種類を検出したり、ガスの濃度を検出するガスセンサが挙げられる。
【００２０】
このガスセンサとしては、酸素の濃度を測定する酸素センサ、ＮＯXの濃度を測定するＮＯXセンサ、ＨＣの濃度を測定するＨＣセンサ、ＣＯの濃度を測定するＣＯセンサなどが挙げられる。
【００２１】
尚、ガスセンサ以外に、上述した通気構造を有するセンサとしては、例えば温度センサなどが挙げられる。
（９）請求項９の発明では、センサは、内燃機関の排気を浄化する触媒（例えば三元触媒）の下流側に配置される下流センサである。
【００２２】
つまり、いわゆる下流センサ（モニタセンサ）は、排気管の下流側に取り付けられて、車体の外部に露出しているので、上述した高圧水や飛び石の影響を受け易いが、本発明の下流センサでは、上述した通気構造を備えているので、フィルタが破損し難い等の効果を発揮でき、好適である。
【００２３】
尚、下流センサだけでなく、触媒の上流側に取り付けられる上流センサ（制御センサ）に、上述した通気構造を設けることにより、同様な効果を奏する。
（１０）請求項１０の発明では、センサが、検出素子と、検出素子を保持する主体金具と、検出素子の上端側に大気から隔離された基準ガス空間を形成する筒状部材と、筒状部材とともに基準ガス空間を形成する保持部材とを備えている。
【００２４】
本発明は、センサの構成を例示したものであり、このセンサとしては、例えば、ジルコニアを主成分とする固体電解質体からなり、酸素濃度を検出する検出素子を備えた酸素センサが挙げられる。
【００２５】
（１１）請求項１１の発明では、センサの後端側に連通部が設けられ、連通部に取り付けられた保持部材を介して、検出素子から伸びるリード線が外部に取り出される構成を備えている。
【００２６】
本発明は、センサの構成を例示したものであり、このセンサとしては、保持部材を介してリード線が伸びる例えば酸素センサが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１の酸素センサを破断して示す説明図である。
【図２】実施例１の酸素センサの通気構造を拡大して示す断面図である。
【図３】実施例１の酸素センサの通気構造を示す分解斜視図である。
【図４】実施例１の止め部材を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】実施例１の酸素センサの使用方法を示す説明図である。
【図６】実施例２の止め部材を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の通気構造を有するセンサの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
本実施例の通気構造を有するセンサは、例えば自動車の排気系に取り付けられて、検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度を測定する酸素センサ（ガスセンサ）で
ある。
【００２９】
具体的には、検出素子の大気側と測定ガス側の酸素濃度の違いに基づいて起電力を発生するタイプの酸素センサであり、そのため、検出素子の大気側（センサ内部）にセンサ外部より大気を導入するための通気構造を必要とするものである。
【００３０】
ａ）まず、本実施例の酸素センサの構成について、図１等に基づいて説明する。尚、図１は、酸素センサの全体構成を示す断面図である。
図１に示す様に、酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の検出素子３と、検出素子３内に配置された軸状のセラミックヒータ５と、検出素子３を収容するケーシング７等から構成されている。
【００３１】
前記検出素子３は、ＺｒＯ2を主成分とする固体電解質体からなり、その内側及び外側の表面に電極（図示せず）が形成されている。
前記ケーシング７は、金属製（ＪＩＳ：ＳＵＳ４３０）の主体金具９と金属製（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）の外筒１１とを軸方向に接続した筒状の容器であり、その先端側には、プロテクタ１３が取り付けられ、その後端側（同図の上部）には、後に詳述する様に、保持部材（シール部材）１４等を備えた通気構造１５が形成されている。
【００３２】
このうち、主体金具９は、その外周面に、酸素センサ１を排気管１７に固定するためのネジ部１９を備えるとともに、その内部に、セラミックホルダ２１、２３及びセラミック粉末２５を収容し、検出素子３の先端側（同図の下部）を主体金具９から突出させた状態で保持している。
【００３３】
前記主体金具９の上部には、筒状部９ａが形成され、その筒状部９ａの内側に延出したフランジ部９ｂが、リング２７を介して、セラミックホルダ２１，２３及びセラミック粉末２５を上方から固定している。
【００３４】
また、前記主体金具９の筒状部ａの外側には、前記外筒１１が外嵌されており、この外筒１１の内側に、セラミックス製のセパレータ２９及び保持部材１４等が収容されている。
【００３５】
つまり、検出素子３やセラミックヒータ５からそれぞれ伸びる複数の端子金具３１は、セパレータ２９内部で各リード線３３と接続され、各リード線３３は、保持部材１４を貫いて外部に伸びている。
【００３６】
ｂ）次に、本実施例の要部である酸素センサ１の通気構造１５について、図２〜図４に基づいて説明する。
尚、図２は通気構造１５の断面を示し、図３はそれを分解して示し、図４は止め部材を示している。
【００３７】
まず、図２及び図３に示す様に、外筒１１の上部の開口部（連通部）１１ａには、円盤状のフッソゴム製（ゴム硬度７５）の保持部材（厚み６．０ｍｍ×外径φ１３．９ｍｍ）１４が内嵌されており、この保持部材１４は、外筒１１の外側から加締められることにより、気密性及び水密性を確保する様に、外筒１１一体に固定されている。尚、前記ゴム硬度の値は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる評価値（以下同様）である。
【００３８】
保持部材１４の軸中心には、センサ内部と外部とを連通する通気孔（内径４．０ｍｍ）３５が形成され、通気孔３５の周囲には、リード線３３が通されるリード線挿通孔３６が、リード線３３の本数に合わせて４箇所に設けられている。
【００３９】
前記保持部材１４の通気孔３５には、撥水性フィルタ（通気フィルタ）４１が、止め部材４３により、図２の下方より圧入された状態で固定されている。
この通気フィルタ４１は、通気性及び防水性を備えたシート状のフィルタが、通気孔３５の上部の開口端側を塞ぐ様に、即ちフィルタ面４１ａを上にして通気孔３５内部に配置されている。尚、通気フィルタ４１は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のゴアテックス（商品名）により構成されている。
【００４０】
一方、止め部材４３は、図４に示す様に、保持部材１４よりゴム硬度が大きなフッソゴム製（ゴム硬度８０）の円筒状の部材であり、その軸中心には、止め部材４３を軸方向に貫く通気連通部（通気連通孔：直径１．５ｍｍ）４５が形成されている。
【００４１】
また、通気連通部４５の上部（図４（ｃ）の上方：止め部材の押圧方向である先端側）には、通気孔３５を覆う通気フィルタ４１との隙間を開けるために、軸中心ほど凹んだすり鉢状の凹部４７が形成されており、この凹部４７に前記通気連通部４５が開口している。
【００４２】
更に、止め部材４３の下部の外周には、止め部材４３自身を通気孔３５に嵌め込む際のストッパとして、外方向に環状に張り出す環状部４９が設けられている。
従って、上述した構成により、通気フィルタ４１は、通気孔３５の内周面と止め部材４３の外周面とに挟まれ、止め部材４３等のゴムの弾性により、通気孔３５を覆うようにして通気孔３５内にて固定されている。
【００４３】
ｃ）次に、上述した酸素センサ１の製造方法を簡単に説明する。
まず、図３に示す様に、止め部材４３の上部に、シート状の通気フィルタ４１をかぶせ、この状態で、止め部材４３を保持部材１４の通気孔３５に押し込む。つまり、止め部材４３により通気フィルタ４１を通気孔３５内に圧入する。
【００４４】
これにより、保持部材１４、通気フィルタ４１、及び止め部材４３が一体になった通気ユニット５１が構成される。
次に、図２に示す様に、保持部材１４のリード線挿通孔３６に、各リード線３３を挿通させ、このリード線３３を挿通した通気ユニット５１を、外筒１１の開口部１１ａに内嵌する。
【００４５】
次に、外筒１１の外側より例えば４点加締め等の加締めを行うことにより、保持部材１４と外筒１１とを、気密性及び水密性を保って結合する。
ｄ）次に、本実施例の酸素センサ１の使用位置について、図５に基づいて説明する。
【００４６】
図５に示す様に、例えば自動車の内燃機関（エンジン）５１には、燃焼したガス（排気）を外部に排出するために排気管１７が接続されており、排気管１７の途中には、排気を浄化するために三元触媒５３が取り付けられている。
【００４７】
本実施例の酸素センサ１は、三元触媒５３の下流側に取り付けられる下流センサ（モニタセンサ）として使用されるものであり、三元触媒から排出される排気中の酸素濃度を検出し、その信号を電子制御装置（ＥＣＵ）５５に出力する。
【００４８】
従って、この酸素センサ１により検出された値が適切な範囲である場合には、三元触媒にて好適に排気の浄化が行われていることが分かる。
尚、本実施例の酸素センサ１と同様な構成の酸素センサ２を、三元触媒５３の上流側に取り付けて、いわゆる上流側センサ（制御センサ）として使用することもできる。この場合は、エンジン５１から排出された排気中の酸素濃度を検出し、その信号をＥＣＵ５５にて判断して、燃料供給量や吸気量等を調節することにより、好適な空燃比制御などを行うことができる。
【００４９】
ｅ）この様に、本実施例の酸素センサ１では、その通気構造１５として、保持部材１４の通気孔３５に、弾性体であるゴム製の止め部材４３により、通気フィルタ４１を圧入固定している。
【００５０】
従って、酸素センサ１を車両の排気管１７に取り付けた場合、通気構造１５近傍に、洗車時の高圧水がかかったり飛び石が当たって、瞬間的に大きな衝撃力が加わったときでも、ゴム製の止め部材４３がその応力を緩和するので、通気フィルタ４１は破れ難い。それにより、通気フィルタ４１の（気体のみを通す）通気性及び防水性を長く維持することができる。
【００５１】
また、止め部材４３のゴム硬度は適度に設定されているので、上述した衝撃力を緩和できるとともに、通気フィルタ４１を通気孔３５に容易に圧入できる。しかも、一旦圧入した後は、止め部材４３（従って通気フィルタ４１）自身が脱落することがなく、しかも、通気フィルタ４１の周囲に隙間ができることもない。
【００５２】
更に、止め部材４３の上部（通気フィルタ４１に面する先端側）には、すり鉢状の凹部４７が設けてあるので、通気フィルタ４１の通気を妨げることがない。つまり、この凹部４７により、センサ内部側に十分な空間を確保して、通気面積を広くとることができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００５３】
本実施例は、止め部材の形状に特徴があり、その他の構成は前記実施例１と同様である。
図６に示す様に、本実施例の酸素センサにおいて、その保持部材の通気孔に、通気フィルタとともに嵌め込まれる止め部材６１は、フッソゴム製の略円柱状の部材である。
【００５４】
この止め部材６１の下部の外周には、止め部材６１自身を通気孔に嵌め込む際のストッパとして、外方向に環状に張り出す環状部６３が設けられている。
また、止め部材６１の外周には、その軸方向に沿って伸びる溝状の通気連通部６５が等間隔で４箇所に設けられている。
【００５５】
更に、通気連通部６５の上部（図４（ｃ）の上方：止め部材の押圧方向である先端側）には、通気孔を覆う通気フィルタとの隙間を開けるために、軸中心ほど凹んだすり鉢状の凹部６７が形成されており、この凹部６７に前記通気連通部６５が開口している。
【００５６】
上述した構成により、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、止め部材６１の軸中心は中実で芯があるので、周囲から加締めた場合でも、止め部材６１（従って通気連通部６５）が潰れ難いという効果がある。また、複数の通気連通部６５が形成されているので、一つが潰れた場合でも、通気性を確保できるという利点もある。
【００５７】
更に、本実施例では、通気連通部６５が止め部材６１の外周に沿って形成され且つ凹部６７の中央部が凹んだすり鉢状に形成されているので、通気フィルタの内側面が結露して、その水滴が落下した場合でも、水滴は凹部６７の底に溜まり、水分は周囲の通気連通部６５を通ってセンサ内部に浸入し難いという効果がある。
【００５８】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記実施例では、酸素センサを例に挙げたが、上述した通気構造を用いるものであれば、温度センサ等の各種のセンサに適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…酸素センサ
３…固体電解質体
１１…外筒
１４…保持部材
３５…通気孔
４１…通気フィルタ
４３、６１…止め部材
４５、６５…通気連通部
４７、６７…凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの内部と外部とを連通する連通部に、通気を確保するための通気孔を形成した保持部材を配置するとともに、前記通気孔を覆うように通気性及び防水性を有するフィルタを配置したセンサにおいて、
前記通気孔に嵌め込む止め部材により、前記通気孔の内周面側と前記止め部材の外周面側との間に前記フィルタを挟んで固定する構成を有するとともに、
前記止め部材を弾性体から構成することを特徴とする通気構造を有するセンサ。
【請求項２】
前記止め部材の硬度は、前記保持部材の硬度以上であることを特徴とする前記請求項１に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項３】
前記止め部材が、ゴム製部材であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項４】
前記ゴム製の止め部材のゴム硬度は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値が７０〜８５の範囲であることを特徴とする前記請求項２に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項５】
前記止め部材には、該止め部材を貫いて及び／又は該止め部材の外周面に沿って、前記通気を確保するための通気連通部を設けたことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項６】
前記通気孔を覆うフィルタに面する前記止め部材の先端側には、前記通気連通部と連通する凹部を設けたことを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項７】
前記止め部材の外周面に沿って、前記通気を確保するための通気連通部を設けた場合には、前記通気孔を覆うフィルタに面する前記止め部材の先端側に、前記通気連通部と連通し且つその中央部が凹んだすり鉢状の凹部を設けたことを特徴とする前記請求項６に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項８】
前記センサが、ガスセンサであることを特徴とする前請求項１〜７のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項９】
前記センサが、内燃機関の排気を浄化する触媒の下流側に配置される下流センサであることを特徴とする前請求項８に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項１０】
前記センサが、検出素子と、前記検出素子を保持する主体金具と、前記検出素子の上端側に大気から隔離された基準ガス空間を形成する前記筒状部材と、前記筒状部材とともに前記基準ガス空間を形成する前記保持部材と、を備えたことを特徴とする前請求項８又は９に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項１１】
前記センサの後端側に前記連通部が設けられ、該連通部に取り付けられた前記保持部材を介して、前記検出素子から伸びるリード線が外部に取り出される構成を備えたことを特徴とする前請求項１０に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項１】
センサの内部と外部とを連通する連通部に、通気を確保するための通気孔を形成した保持部材を配置するとともに、前記通気孔を覆うように通気性及び防水性を有するフィルタを配置したセンサにおいて、
前記通気孔に嵌め込む止め部材により、前記通気孔の内周面側と前記止め部材の外周面側との間に前記フィルタを挟んで固定する構成を有するとともに、
前記止め部材を弾性体から構成することを特徴とする通気構造を有するセンサ。
【請求項２】
前記止め部材の硬度は、前記保持部材の硬度以上であることを特徴とする前記請求項１に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項３】
前記止め部材が、ゴム製部材であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項４】
前記ゴム製の止め部材のゴム硬度は、ＪＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値が７０〜８５の範囲であることを特徴とする前記請求項２に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項５】
前記止め部材には、該止め部材を貫いて及び／又は該止め部材の外周面に沿って、前記通気を確保するための通気連通部を設けたことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項６】
前記通気孔を覆うフィルタに面する前記止め部材の先端側には、前記通気連通部と連通する凹部を設けたことを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項７】
前記止め部材の外周面に沿って、前記通気を確保するための通気連通部を設けた場合には、前記通気孔を覆うフィルタに面する前記止め部材の先端側に、前記通気連通部と連通し且つその中央部が凹んだすり鉢状の凹部を設けたことを特徴とする前記請求項６に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項８】
前記センサが、ガスセンサであることを特徴とする前請求項１〜７のいずれかに記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項９】
前記センサが、内燃機関の排気を浄化する触媒の下流側に配置される下流センサであることを特徴とする前請求項８に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項１０】
前記センサが、検出素子と、前記検出素子を保持する主体金具と、前記検出素子の上端側に大気から隔離された基準ガス空間を形成する前記筒状部材と、前記筒状部材とともに前記基準ガス空間を形成する前記保持部材と、を備えたことを特徴とする前請求項８又は９に記載の通気構造を有するセンサ。
【請求項１１】
前記センサの後端側に前記連通部が設けられ、該連通部に取り付けられた前記保持部材を介して、前記検出素子から伸びるリード線が外部に取り出される構成を備えたことを特徴とする前請求項１０に記載の通気構造を有するセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２０４１２３（Ｐ２０１０−２０４１２３Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４２５４（Ｐ２０１０−１３４２５４）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【分割の表示】特願２００１−８７０８９（Ｐ２００１−８７０８９）の分割
【原出願日】平成１３年３月２６日（２００１．３．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【分割の表示】特願２００１−８７０８９（Ｐ２００１−８７０８９）の分割
【原出願日】平成１３年３月２６日（２００１．３．２６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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