JP2000298113A - リード線取出構造及びそれを用いたガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用する環境条件により蓋体が高温にさらさ
れても長期にわたりケースとリード線との間のシール性
を維持して、所要の電気的出力を安定的に得ることがで
きるリード線取出構造及びそれを用いたガスセンサを提
供する。 【解決手段】 層状に積層された蓋構成材の少なくとも
一部をフッ素樹脂を主体とする耐熱柔軟性材料にて構成
することにより、蓋体が高温にさらされても長期にわた
りケースとリード線との間のシール性を維持することが
可能になり、所要の電気的出力を安定的に得ることがで
きる。また、その層状に積層される蓋構成材でリード線
を挟持することから、蓋体に予め所定のリード線の数だ
け、内部を全長にわたって貫通するリード線貫通孔を高
い寸法精度で設けておく必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、電気的出力を得
るため、密閉ケースの内部から外部へリード線を取り出
すためのリード線取出構造に関する。また、本発明は、
酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯｘセンサなど、測定対象
となるガス中の被検出成分を検出するため、そのリード
線取出構造を用いたガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気的出力を得るため、密閉ケー
スの内部から外部へリード線を取り出すにあたり、ケー
スの開口部に内嵌されるゴム（たとえばシリコンゴム）
製の蓋体には、その内部を全長にわたって貫通するリー
ド線貫通孔が、予め（例えば型抜き等により）所定のリ
ード線の数だけ設けられている。リード線を挿通させた
後にリード線貫通方向とほぼ直交する方向の圧縮力によ
りケースとともに蓋体を加締めて、蓋体がケースの開口
部内壁とリード線との間をシールしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】使用する環境条件によ
りケース又は外気の温度が上昇し、熱伝導や熱輻射によ
りゴム製の蓋体が長時間圧縮状態で高温にさらされる
と、ゴムの弾性が劣化してしまい、その蓋体はケースと
リード線との間のシール性を失い、所要の電気的出力を
得られなくなる場合がある。この出力が、例えばガスセ
ンサの電気的出力である場合には、ガス中の被検出成分
の検出が不正確又は不能となり、以後の空燃比制御等に
多大の影響を及ぼす。また、ゴム製の蓋体には、その内
部を全長にわたって貫通するリード線貫通孔を、予め所
定のリード線の数だけ高い寸法精度で設けなければなら
ず、製造コストのアップ要因になっていた。

【０００４】本発明の課題は、使用する環境条件により
蓋体が高温にさらされても長期にわたりケースとリード
線との間のシール性を維持して、所要の電気的出力を安
定的に得ることができ、また蓋体に、その内部を全長に
わたって貫通するリード線貫通孔を、予め所定のリード
線の数だけ高い寸法精度で設けておく必要のないリード
線取出構造及びそれを用いたガスセンサを提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために第一番目の発明に係るリード線取出構
造は、内部をリード線が貫通する蓋体が、前記リード線
部分において、そのリード線に対して略直交するように
断面をとったときに、前記リード線を挟持する形で層状
に積層される蓋構成材を含み、その層状に積層された蓋
構成材の少なくとも一部がフッ素樹脂を主体とする耐熱
柔軟性材料にて構成されており、前記蓋体が、開口部を
有するケースの該開口部に内嵌されることにより、前記
層状に積層された蓋構成材は、その積層方向に圧縮され
た形で前記リード線を挟持しつつ、前記ケースの開口部
内壁と前記リード線との間をシールすることを特徴とす
る。

【０００６】上記第一番目の発明によれば、リード線に
対して略直交するように断面をとったときに、層状に積
層された蓋構成材の少なくとも一部をフッ素樹脂を主体
とする耐熱柔軟性材料にて構成することにより、蓋体が
高温にさらされても長期にわたりケースとリード線との
間のシール性を維持することが可能になり、所要の電気
的出力を安定的に得ることができる。また、その層状に
積層される蓋構成材でリード線を挟持することから、蓋
体に予め所定のリード線の数だけ、内部を全長にわたっ
て貫通するリード線貫通孔を高い寸法精度で設けておく
必要がなくなる。

【０００７】本発明においては、耐熱柔軟性材料にポリ
テトラフルオロエチレンを主体とする耐熱柔軟性材料を
用いることができる。これにより、蓋体の高温でのシー
ル性が一層良好なものとなる。耐熱柔軟性材料として
は、例えばポリテトラフルオロエチレンを主体とする繊
維により主に構成されたシート状成形物が、優れた熱ク
リープ特性を備えていることから圧縮状態で使用される
蓋体に有効である。具体的には、蓋体の、高温にさらさ
れる確率の高い部位、例えば層状に積層された蓋構成材
のうち、その積層方向において少なくとも一方の末端に
位置する部分を、上記の耐熱柔軟性材料で形成すること
で、蓋体が高温にさらされても長期にわたりケースとリ
ード線との間の良好なシール性を維持することが可能と
なる。例えば、ケース外面が高温にさらされる場合は、
層状に積層された蓋構成材のうち、積層方向においてケ
ースの開口部内壁と接する側の末端に位置する部分を耐
熱柔軟性材料で形成することが、上記の観点においてと
りわけ有効であるといえる。

【０００８】また本発明の蓋構成材は、径方向に層状に
分割され、略同心配置される筒状形態に形成したり、あ
るいは、厚さ方向に層状に分割され、積層配置される板
状形態に形成したりすることが可能である。これによ
り、複数のリード線を外部へ取り出すときに、ケース内
外での各リード線の連結対象に合わせて、各々のリード
線の蓋構成材に対する挟持位置をレイアウトすることが
できる。

【０００９】一方、上記課題を解決するために第二番目
の発明に係るガスセンサは、上記の本発明のリード線取
出構造を用いたことを特徴とする。具体的には、該ガス
センサは、内部を該センサケースの軸線方向に前記複数
のリード線が貫通する蓋体が、前記リード線部分におい
て、そのリード線に対して略直交するように断面をとっ
たときに、前記リード線を挟持する形で層状に積層され
る蓋構成材を含み、その層状に積層された蓋構成材の少
なくとも一部がフッ素樹脂を主体とする耐熱柔軟性材料
にて構成されており、前記蓋体が、前記センサケースの
開口部に内嵌されることにより、前記層状に積層された
蓋構成材は、その積層方向に圧縮された形で前記リード
線を挟持しつつ、前記センサケースの開口部内壁と前記
リード線との間をシールするリード線取出構造を形成し
ていることを特徴とする。

【００１０】上記第二番目の発明によれば、本発明のリ
ード線取出構造を採用することで、センサケースが排気
管等に設置される場合に、蓋体が高温にさらされても長
期にわたりケースとリード線との間のシール性を維持す
ることが可能になり、ガス濃淡電池起電力等の所要の電
気的出力を安定的に得ることができる。また、その層状
に積層される蓋構成材でリード線を挟持することから、
蓋体に予め所定のリード線の数だけ、内部を全長にわた
って貫通するリード線貫通孔を高い寸法精度で設けてお
く必要がなくなる。

【００１１】 例えば、リード線取出部が、円筒
状のセンサケース末端部に形成される場合、蓋構成材
は、径方向に層状に分割され、略同心配置される筒状形
態に形成できる。この場合、センサケース開口部内壁に
接する蓋構成材、すなわち最も外側に設けられた蓋構成
材を少なくとも、前記の耐熱柔軟性材料で形成すること
で、センサケースが排気管等に設置される場合に、蓋体
がセンサケースからの熱伝達で温度上昇しても長期にわ
たりケースとリード線との間のシール性を維持すること
が可能になる。

【００１２】筒状形態に形成された蓋構成材は、径方向
に所定間隔を隔てた二重構造とすることができる。この
場合、いずれか一方の端面において二重構造の蓋構成材
を周方向に連接して連結端面部を形成するとともに、連
結端面部に、複数のリード線をそれぞれ挿通して挟持す
る複数のリード線挿通孔を設けることができる。これに
よれば、一枚のシート状の部材から絞り成型等して二重
構造の蓋構成材を形成することが可能となり、部品及び
加工コストの低減に効果的である。また、リード線挿通
孔は、例えば成型後にシートを打ち抜くだけで形成で
き、従来のように、蓋体に予め所定のリード線の数だ
け、内部を全長にわたって貫通するリード線貫通孔とし
て高い寸法精度で設けておくには及ばない。

【００１３】さらに本発明は、蓋体の径方向中央部に、
液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィル
タを設けたことを特徴とする。例えば自動車用の酸素セ
ンサの場合、その取り付け場所はエンジンルーム以外に
も、車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられる
ことも多い。このような状況においてはガスセンサは、
雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けたり、かなり
厳しい環境にさらされることとなる。蓋体の径方向中央
部にフィルタを設けることにより、水滴が浸入しにくく
密閉性の高い状態で外気導入を可能とする。

【００１４】なお、本発明において蓋構成材は、厚さ方
向に層状に分割され、積層配置される板状形態に形成す
ることもできる。板状形態の蓋構成材とすることで部品
及び加工コストの低廉化が図れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づき説明する。図１は第二番目の発明
に係るリード線取出構造を用いたガスセンサの一実施例
たる酸素センサの内部構造を示す縦断面図、図２は図１
の発熱部及び固定金具と酸素検出素子との接触部付近を
拡大して示す断面図、図３は図１の酸素センサの要部を
示す拡大縦断面図である。酸素センサ１（ガスセンサ）
は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素
検出素子２（ガス検出素子）と、発熱体３とを備える。
酸素検出素子２は、ジルコニア等を主体とする酸素イオ
ン伝導性固体電解質により構成される。この酸素検出素
子２の外側には筒状の金属製ケーシング１０（センサケ
ース）が設けられている。

【００１６】ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管
等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体
金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通す
るように結合された内筒部材１４（センサケース）、内
筒部材１４とは反対側から主体金具９に取り付けられた
プロテクタ１１等を備える。図２に示すように、酸素検
出素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うよう
に、例えばＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成さ
れた一対の電極層２ｂ，２ｃが設けられている。なお、
以下においては、酸素検出素子２の軸Ｏ方向においてそ
の閉じた先端部に向かう側を「前方側（あるいは先端
側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（あるい
は後端側）」として説明を行う。

【００１７】図１に戻り、主体金具９の後方側の開口部
には、前述の内筒部材１４がインシュレータ６との間に
リング１５を介して加締められ、この内筒部材１４にさ
らに外筒部材５４（センサケース）が外側から嵌合・固
定されている。この外筒部材５４の後方側の開口部は蓋
体１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラ
ミックセパレータ１８が設けられている。

【００１８】セラミックセパレータ１８には、酸素検出
素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード
線１９，２２がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通
孔１８ｂがそれぞれ軸線方向に貫通して形成されてい
る。酸素検出素子２用の一方のリード線２１は、固定金
具２３を経て前述の酸素検出素子２の内側の電極層２ｃ
（図２）と電気的に接続されている。一方、他方のリー
ド線２０は、別の固定金具３３を経て、酸素検出素子２
の外側の電極層２ｂ（図２）と電気的に接続されてい
る。酸素検出素子２は、その内側に配置された発熱体３
で加熱することで活性化される。発熱体３は棒状のセラ
ミックヒータであり、抵抗発熱線部（図示せず）を有す
る発熱部４２がリード線１９，２２を経て通電されるこ
とにより、酸素検出素子２の先端部（検出部）を加熱す
る。

【００１９】内筒部材１４（センサケース）の後端部に
は気体導入孔５２が周方向に沿って複数形成されてお
り、その後端部の外側において気体導入孔５２を塞ぐよ
うに第一フィルタ５３が設けられている。また、外筒部
材５４（センサケース）は第一フィルタ５３を外側から
覆うとともに、周方向に複数の補助気体導入孔５５が形
成されており、それら補助気体導入孔５５の列を挟んで
その両側に形成された環状の加締部５６，５７により、
第一フィルタ５３を内筒部材１４との間で挟み付けて保
持するものとされている。

【００２０】具体的には、図３に示すように、外筒部材
５４は、内筒部材１４に対し後方外側からほぼ同軸的に
連結される筒状形態をなす。また、内筒部材１４は、軸
線方向においてその後端寄りに形成された段付き部５１
により、段付き部５１に関して軸方向前方側を第一部分
６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２（後端部）と
して、第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるよ
うに構成され、その第二部分６２には周方向の複数の気
体導入孔５２が形成されている。また、第二部分６２の
外側には、気体導入孔５２を塞ぐ筒状の第一フィルタ５
３が配置され、さらに、その第一フィルタ５３の外側が
外筒部材５４により覆われている。なお、第一フィルタ
５３は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊
維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴア
テックス（株）））等により、水滴等の水を主体とする
液体の透過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの
気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されて
いる。

【００２１】 第一フィルタ５３に対応する位置にお
いて外筒部材５４の壁部には、周方向に所定の間隔で複
数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、それら
補助気体導入孔５５の列を挟んで両側に、第一フィルタ
５３を自身と内筒部材１４の第二部分６２との間で圧着
固定する環状のフィルタ加締部５６，５７が形成されて
いる。これにより、補助気体導入孔５５から第一フィル
タ５３を経て気体導入孔５２より、基準ガスとしての大
気（外気）が内筒部材１４内に導入されるとともに、水
滴等の液体状態の水は内筒部材１４内に侵入することが
阻止されるようになっている。この場合、フィルタ加締
部５６，５７の気密性が良好であれば、外気は補助気体
導入孔５５、第一フィルタ５３及び気体導入孔５２を通
過し、セラミックセパレータ１８と内筒部材１４との隙
間を通り、検出素子２の内側に流れ込む形となって第一
通気路Ｂ1を形成する（図３矢印Ｂ1参照）。他方、外筒
部材５４は、第一部分６１において内筒部材１４に対し
外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重
なり部には周方向の環状の外筒／内筒連結加締部７５が
形成されている。この外筒／内筒連結加締部７５によ
り、外筒部材５４が内筒部材１４に対して結合される。

【００２２】図１に戻り、主体金具９の前方側開口部に
は筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸
素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて
覆うようにキャップ状のプロテクタ１１が装着されてい
る。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数の
ガス透過口１１ａが貫通形態で形成されている。

【００２３】上記酸素センサ１においては、前述の通り
外筒部材５４の第一フィルタ５３を介して基準ガスとし
ての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面には
プロテクタ１１のガス透過口１１ａを介して導入された
排気ガスが接触し、酸素検出素子２には、その内外面の
酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そし
て、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度
の検出信号として電極層２ｂ，２ｃ（図２）からリード
線２０，２１を介して取り出すことにより、排気ガス中
の酸素濃度を検出できる。

【００２４】次に、図３に示すように、セラミックセパ
レータ１８は、内筒部材１４に対し後端側開口部から内
側にほぼ同軸的に挿入されるとともに、内筒部材１４の
開口端面を支持するフランジ部１８ａが自身の後端部の
周方向に突出形成され、各リード線１９〜２２等がそれ
ぞれ挿通される複数のリード線挿通孔１８ｂが軸線方向
に貫通して形成されている。他方、外筒部材５４の後端
部は、セラミックセパレータ１８の後端面よりも後方へ
突出するとともに、その突出部基端側に形成された周方
向の段部５４ａにより縮径されており、前記した蓋材１
７は、その縮径部５４ｂ内に配置されている。そして、
セラミックセパレータ１８のフランジ部１８ａの前端面
と内筒部材１４の開口端面と外筒部材５４の内面とにそ
れぞれ接する形で、それらをシールするリングシール４
０が、セラミックセパレータ１８の基端部に嵌まり込む
形で配置されている。蓋体１７は、セラミックセパレー
タ１８の後端面・外筒部材５４の縮径部５４ｂの内面・
リード線１９〜２２の外被とにそれぞれ接してそれらを
シールする。

【００２５】また、図１及び図３に示すセンサ１の構成
では、内筒部材１４の後端部（第二部分６１）に気体導
入孔５２を周方向に沿って複数形成し、その外側をフィ
ルタ５３で覆い、補助気体導入孔５５が形成された外筒
部材５４をその外側に被せ、補助気体導入孔５５及び気
体導入孔５２の列を挟んで２条のフィルタ加締部５６，
５７を形成することにより、第一フィルタ５３を保持し
ている。

【００２６】図４は、蓋体の組立状態を示す分解斜視
図、図５は、図３において、縮径部５４ｂに蓋体１７を
内嵌し、加締めた後の酸素センサ後端部の端面図、ＡＡ
横断面図及び拡大縦断面図をそれぞれ示す。外筒部材５
４の縮径部５４ｂの後端開口部に内嵌される蓋体１７
は、径方向に同心配置される２個の円筒状の蓋構成材か
らなり、最も外側に設けられた第一蓋構成材１７１の内
側に円周上に等間隔で並んだ４個のリード線１９〜２２
を挟持する形で第二蓋構成材１７２が嵌合されている。

【００２７】第二蓋構成材１７２の径方向中央部には中
央貫通孔１７ｂが設けられ、この中央貫通孔１７ｂに第
二フィルタ５３Ａ（フィルタ）が嵌め合わされている。
第二フィルタ５３Ａは、軸線方向に延びる円筒状周面部
５３Ａ１と、周面部５３Ａ１に対して後端部で蓋状に連
接され、軸線方向に外気を導く通気端面部５３Ａ２とを
有し、全体が逆Ｕ字状を呈している。そして中央貫通孔
１７ｂに第二フィルタ５３Ａが嵌合されたとき、第二フ
ィルタ５３Ａが第三蓋構成材を形成する。さらに円筒状
のフィルタ支持金具５３Ｂ（フィルタ支持部材）が第二
フィルタ５３Ａの円筒状周面部５３Ａ１内部に嵌合さ
れ、第二フィルタ５３Ａを内側から支持する。

【００２８】フィルタ支持金具５３Ｂは、リード線貫通
方向とほぼ直交する方向（すなわち径方向）の圧縮力に
より縮径部５４ｂを加締めて蓋体加締部２７を形成する
ときに第二フィルタ５３Ａの円筒状周面部５３Ａ１が破
壊しないよう支えるもので、加締め後は第四蓋構成材を
形成している。加締めにより、各々の蓋構成材１７１，
１７２，５３Ａ，５３Ｂが他の蓋構成材、縮径部５４ｂ
の後端開口部内壁（又は蓋体加締部２７内壁）及びリー
ド線１９〜２２のうち隣合うものとそれぞれシールされ
ている。したがって、第二フィルタ５３Ａの通気端面部
５３Ａ２を通り軸線方向に導かれた外気は、セラミック
セパレータ１８のリード線挿通孔１８ｂとリード線１９
〜２２との隙間を通り、検出素子２の内側に流れ込む形
となって第二通気路Ｂ2を形成する（図３矢印Ｂ2参
照）。

【００２９】なお、第一及び第二蓋構成材１７１，１７
２の間には、リード線１９〜２２を挟持する状態（図
４）で、あるいは径方向に加締められた状態（図５）で
リード線挿通窪み１７ａが形成されるので、従来のよう
に、蓋体に予め所定のリード線の数だけ、内部を全長に
わたって貫通するリード線貫通孔を高い寸法精度で設け
ておく必要がない。第一乃至第四蓋構成材１７１，１７
２，５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ円筒状以外に多角筒状
などにも形成可能であり、この場合にはリード線１９〜
２２の位置決め等に有効である。

【００３０】各蓋構成材１７１，１７２，５３Ａ，５３
Ｂには内外の周面に軸線方向に沿うテーパ等の傾斜を設
けて嵌合を強固なものとする事ができる。第二フィルタ
５３Ａは、図４の状態から１８０゜回転させて通気端面
部５３Ａ２を底部（前端部）に位置させることもできる
が、水等の侵入を防止する意味において、蓋体１７の後
端面と通気端面部５３Ａ２とがほぼ面一になる図４の状
態がより望ましい。また、フィルタ支持金具５３Ｂは、
縮径部５４ｂを加締めて蓋体加締部２７を形成したのち
は抜去して、次の蓋体１７の組立用治具として使用する
こともできる。

【００３１】ここで、センサ１は高温の排気ガスに晒さ
れるため、内筒部材１４あるいは外筒部材５４は、場合
によっては２６０〜３００℃程度の高温となる場合があ
る。したがって、蓋体１７のうち最外側に位置する第一
蓋構成材１７１は、センサケースの温度上昇部である縮
径部５４ｂに対面（直接接触）することとなる。そこ
で、第一蓋構成材１７１は、ポリテトラフルオロエチレ
ン（以下、ＰＴＦＥという）を主体とする耐熱柔軟性材
料で形成されており、耐熱性、熱クリープ特性を向上さ
せてある。第一蓋構成材１７１が高温になっても、外側
に隣合う縮径部５４ｂの開口部内壁、並びに内側に隣合
う第二蓋構成材１７２及びリード線１９〜２２との間で
長期にわたりシール性を維持することができる。

【００３２】ＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料とし
ては、例えばＰＴＦＥを主体とする繊維（以下、単にＰ
ＴＦＥ繊維）により主に構成されるシート状物を使用で
きる。具体的には、多数のＰＴＦＥ繊維を、部分的な融
着を生じさせた形にてシート状に集積させたものを使用
できる。このような耐熱柔軟性材料の市販品として、具
体的には、「ゴアテックス・ハイパーシートガスケッ
ト」（商品名：ジャパンゴアテックス（株））を例示で
きる。

【００３３】なお、第二蓋構成材１７２は、一般的には
シリコンゴム等で差し支えないが、第一蓋構成材１７１
に加えて第二蓋構成材１７２もＰＴＦＥを主体とする耐
熱柔軟性材料で形成すれば、撥水性の高い両蓋構成材１
７１，１７２の密着性が高められ水等の液体の浸入を防
止する効果がある。また、リード線１９〜２２を両蓋構
成材１７１，１７２で挟み込んだとき、リード線径は蓋
構成材径より小なのでリード線の外被と蓋構成材との間
に隙間ができやすく水や油の浸入の恐れがある。そこ
で、両蓋構成材１７１，１７２に加えてリード線１９〜
２２の外被もＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で形
成すれば、より一層の浸水防止効果が期待できる。

【００３４】第二フィルタ５３Ａは、例えば、第一フィ
ルタ５３と同様にＰＴＦＥの多孔質繊維構造体（商品
名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス
（株）））等により、水滴等の水を主体とする液体の透
過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透
過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。

【００３５】なお、第一及び第二蓋構成材１７１，１７
２を、いずれもＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で
形成し、第一蓋構成材１７１の径方向の肉厚をＴ1、第
二蓋構成材１７２のそれをＴ2、第二フィルタ５３Ａ
（第三蓋構成材）の肉厚をＴ3としたときに、Ｔ1＞Ｔ3
及びＴ2＞Ｔ3の関係を有することができる。これらによ
り第一及び第二蓋構成材は、充分な厚さをもって耐熱性
と熱クリープ特性を発揮でき、一方フィルタは充分な薄
さをもって撥水性とガス透過性を発揮できる。すなわ
ち、さらなる浸水防止効果が期待できるとともに、第二
フィルタ５３Ａの厚さを薄くかつ有効面積を広くして、
充分な外気導入量を確保できる。ここで、第二フィルタ
５３Ａは、第一フィルタ５３よりも高位置に設けること
が容易で耐熱性及び浸水防止の点で有利であり、第二フ
ィルタ５３Ａが測定のための充分な外気導入量を確保で
きるときには第一フィルタ５３を省略し得る。

【００３６】図６は、センサ１の、本発明の要部に係る
部分の組立工程の流れを示すものである。まず、（ａ）
に示すように、セラミックセパレータ１８及び蓋体１７
にリード線１９〜２２を挿通し、セラミックセパレータ
１８の基端部にリングシール４０を装着して、これを内
筒部材１４内に挿入する。次いで、外筒部材５４を外側
に被せて軸線方向に加圧する。するとリングシール４０
は、フランジ部１８ａの前端面と内筒部材１４の後端面
との間で圧縮され両者の間をシールする一方、この圧縮
により横方向にもつぶれて外筒部材５４の内面とセラミ
ックセパレータ１８との間にもシール状態を形成する。
なお、蓋体１７は、セラミックセパレータ１８の後端面
と外筒部材５４の縮径部５４ｂの内面との間で圧縮さ
れ、両者の間をシールするとともに、リード線１９〜２
２の外被との間もシールする。

【００３７】この加圧状態を保持しつつ、（ｂ）に示す
ように、蓋体加締部２７、フィルタ加締部５６，５７、
外筒／内筒連結加締部７５をそれぞれ形成して組立が完
了する（図１参照）。

【００３８】図７は、第一の変形例に係る加締め後の酸
素センサ後端部の端面図及びＡＡ横断面図を示す。この
例では第二フィルタ５３Ａを省略し、蓋体１７は径方向
に同心配置される２個の蓋構成材のみからなり、外側に
設けられた円筒状の第一蓋構成材１７１の内側に、円周
上に等間隔で並んだ４個のリード線１９〜２２を挟持す
る形で、円柱状の第二蓋構成材１７２が嵌合されてい
る。第一蓋構成材１７１は、センサケースの温度上昇部
である縮径部５４ｂに対面（直接接触）することとなる
ので、ＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で形成さ
れ、耐熱性、熱クリープ特性を向上させてある。第二蓋
構成材１７２は、一般的にはシリコンゴム等で差し支え
ないが、これもＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で
形成すれば、水等の液体の浸入を防止する上で有効であ
る。

【００３９】図８は、第二の変形例に係る蓋体の組立状
態を示す分解斜視図を示す。この例では、蓋体１７’は
ＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で筒状形態に形成
された蓋構成材１７１’，１７２’が径方向に所定間隔
を隔てた二重構造であり、後方側の端面において二重構
造の蓋構成材１７１’，１７２’を周方向に連接して連
結端面部１７３’を形成することにより、軸方向断面で
見て逆Ｕ字状を呈する。連結端面部１７３’には、複数
のリード線１９〜２２をそれぞれ挿通して挟持する複数
のリード線挿通孔１７ａ’を設けてある。一枚のＰＴＦ
Ｅを主体とする耐熱柔軟性材料製シートを厚さ方向の両
側から絞り成型することによって二重構造を有する袋状
の蓋体１７’を形成している。

【００４０】なお、１７ｂ’は上方（後端側）からの絞
り成型で軸線方向に沿って径方向中央部に形成される中
央穴であり、１７ｃ’は中央穴１７ｂ’の下端（前端）
に連なる絞り頭部の切取部を示す。中央穴１７ｂ’と切
取部１７ｃ’とが一体的に軸線方向に連なって、径方向
中央部を貫通する中央貫通孔が形成され、この貫通孔に
は図４と同様に第二フィルタ５３Ａ及びフィルタ支持金
具５３Ｂが嵌合される。このように一枚のシート状の部
材から絞り成型して二重構造の蓋構成材１７１’，１７
２’を形成することが可能となり、部品及び加工コスト
の低減に効果的である。なお、リード線挿通孔１７ａ’
は、成型後にシートを打ち抜くだけであけることがで
き、従来のように、蓋体に予め所定のリード線の数だ
け、内部を全長にわたって貫通するリード線貫通孔とし
て高い寸法精度で設けておくには及ばない。

【００４１】蓋体１７’及び／又は第二フィルタ５３Ａ
は、図８の状態から１８０゜回転して位置させることも
できるが、水等の侵入を防止する意味において、蓋体１
７’の連結端面部１７３’と第二フィルタ５３Ａの通気
端面部５３Ａ２とがほぼ面一になる図８の状態がより望
ましい。なおこの例において、リード線貫通方向とほぼ
直交する方向の圧縮力により加締められると、内側の蓋
構成材１７２’は円筒状を保持しているが、外側の蓋構
成材１７１’は内側の蓋構成材１７２’及びリード線１
９〜２２に沿って波形にうねる形状となる。

【００４２】図９は筒状蓋構成材の例を示す斜視図であ
る。円筒状の第一蓋構成材１７１は継ぎ目のないチュー
ブ状に形成される場合と、板（シート）を丸めて円筒状
に形成される場合がある。前者の場合は、射出成型や押
し出し成型によって一体的に形成され（図９（ａ））、
後者の場合は継ぎ目を直線状切れ目１７１ａで突き合わ
せたり（同（ｂ））、鍵状切れ目１７１ｂで突き合わせ
たり（同（ｃ））、両端部を重ね合わせたり（同
（ｄ））する。このとき、成型の際の肉厚を薄くした
り、薄いシートを使用することにより、中央部のフィル
タの有効通気面積を大きくできる。シートを丸めて円筒
状に形成される場合、継ぎ目はリード線１９〜２２の位
置からずれるように配置される。ここでは第一蓋構成材
１７１についてのみ記したが、他の筒状蓋構成材（円筒
状以外を含む）にも同様に適用できる。なお、図９
（ｄ）において、両端部を重ね合わせて円筒状とした第
一蓋構成材１７１の径方向内側端部をさらに周方向に少
なくとも１回転分延長させれば、第一蓋構成材１７１と
第二蓋構成材１７２を連続して渦巻状に形成できる。こ
の場合、リード線１９〜２２は、渦巻状の第一蓋構成材
１７１と第二蓋構成材１７２の間に巻き込まれるように
配置される。

【００４３】図１０は板状蓋構成材の例を示す端面図で
ある。図１０（ａ）（又は同（ｂ））の外筒部材５４の
縮径部５４ｂは、これまでの円筒状に変わり四角筒状に
形成され、その中に３つの板状形態の蓋構成材１７３ａ
〜１７３ｃ（又は４つの板状形態の蓋構成材１７４ａ〜
１７４ｄ）が、４つのリード線１９〜２２を横断面で見
て平行四辺形状（又は菱形状）に挟持する形で、厚さ方
向に層状に分割され、積層配置されるので、部品及び組
立コストが低減される。そして縮径部５４ｂの４つの面
にそれぞれ直交する方向（リード線貫通方向とほぼ直交
する方向）の圧縮力により加締められている。外筒部材
５４（センサケース）の温度上昇部が限局されている場
合は３層の蓋構成材１７３ａ〜１７３ｃ（又は４層の蓋
構成材１７４ａ〜１７４ｄ）のうち温度上昇部に対向す
るもののみＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料で形成
すればよいが、浸水防止効果を高めるためには３層とも
（又は４層とも）ＰＴＦＥを主体とする耐熱柔軟性材料
で形成すればよい。

【００４４】また、複数のリード線１９〜２２が図１０
（ｂ）のように中央部に集中する場合にあっては、従来
のように、蓋体１７に予め複数のリード線挿通孔を設け
ると、その蓋体１７に薄肉の部分と厚肉の部分とが混在
し、リード線貫通方向と略直交する方向にかかる圧縮応
力がこのうちの薄肉部分に偏ってしまうおそれがある。
そのような場合にあっても、図１０（ｂ）の例では、厚
さ方向に層状に分割され、積層配置される蓋構成材１７
４ａ〜１７４ｄによりリード線１９〜２２を挟持するこ
とから、ほぼ均等な圧縮応力がかかることになり、リー
ド線１９〜２２をレイアウトする上で自由度が大きくと
れて有効である。

【００４５】図１０（ｃ）は、対向する２辺に設ける押
さえ部材５４ｂ’の間に２つの板状形態の蓋構成材１７
５ａ，１７５ｂが、４つのリード線１９〜２２を横断面
で見て一直線状に挟持する形で、厚さ方向に積層配置さ
れている。そして押さえ部材５４ｂ’の厚さ方向のみの
圧縮力により加締められるので、圧縮力を大きくでき
る。押さえ部材５４ｂ’（センサケース）の温度上昇部
が限局されている場合は２層の蓋構成材１７５ａ，１７
５ｂのうち温度上昇部に対向するもののみＰＴＦＥを主
体とする耐熱柔軟性材料で形成すればよいが、浸水防止
効果を高めるためには２層ともＰＴＦＥを主体とする耐
熱柔軟性材料で形成すればよい。なお、図１０の各例で
は、蓋構成材は、厚さ方向に層状に分割され、積層配置
される板状形態に形成されているが、各蓋構成材の長手
方向端部をつづら折れ状（又は屈曲状）に連結して、一
本の蓋構成材で形成することも可能である。

【００４６】なお、第一番目の発明に係るリード線取出
構造について、以上説明したガスセンサのほか、各種計
測機器等、電気的出力を得るために密閉ケースの内部か
ら外部へリード線を取り出すためのリード線取出構造に
ついて同様に適用できる。また、第二番目の発明に係る
リード線取出構造を用いたガスセンサは、酸素センサ以
外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯｘセンサなど
にも同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第二番目の発明に係るリード線取出構造を用い
たガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示
す縦断面図。

【図２】図１の、発熱部及び固定金具と酸素検出素子と
の接触部付近を拡大して示す断面図。

【図３】図１の酸素センサの要部を示す拡大縦断面図。

【図４】蓋体の組立状態を示す分解斜視図。

【図５】加締め後の酸素センサ後端部の端面図、ＡＡ横
断面図及び拡大縦断面図。

【図６】図１の酸素センサの組立工程の一例を示す縦断
面図。

【図７】第一の変形例に係る加締め後の酸素センサ後端
部の端面図及びＡＡ横断面図。

【図８】第二の変形例に係る蓋体の組立状態を示す分解
斜視図。

【図９】筒状蓋構成材の例を示す斜視図。

【図１０】板状蓋構成材の例を示す端面図。

【符号の説明】

１ 酸素センサ（ガスセンサ） ２ 酸素検出素子（ガス検出素子） ３ 発熱体 １０ ケーシング（センサケース） １４ 内筒部材（センサケース） １７ 蓋体 １７１，１７１’ 第一蓋構成材 １７２，１７２’ 第二蓋構成材 １７３’ 連結端面部 １７ａ’ リード線挿通孔 １９〜２２ リード線 ５３Ａ 第二フィルタ（フィルタ；第三蓋構成材） ５３Ａ１ 円筒状周面部（筒状周面部） ５３Ａ２ 通気端面部 ５３Ｂ フィルタ支持金具（フィルタ支持部材；第四蓋
構成材） ５４ 外筒部材（センサケース） Ｔ1 第一蓋構成材の径方向肉厚 Ｔ2 第二蓋構成材の径方向肉厚 Ｔ3 フィルタの肉厚（第三蓋構成材の径方向肉厚）

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部をリード線が貫通する蓋体が、前記
   リード線部分において、そのリード線に対して略直交す
   るように断面をとったときに、前記リード線を挟持する
   形で層状に積層される蓋構成材を含み、 その層状に積層された蓋構成材の少なくとも一部がフッ
   素樹脂を主体とする耐熱柔軟性材料にて構成されてお
   り、 前記蓋体が、開口部を有するケースの該開口部に内嵌さ
   れることにより、前記層状に積層された蓋構成材は、そ
   の積層方向に圧縮された形で前記リード線を挟持しつ
   つ、前記ケースの開口部内壁と前記リード線との間をシ
   ールすることを特徴とする、リード線取出構造。
2. 【請求項２】 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロ
   エチレンであることを特徴とする、請求項１記載のリー
   ド線取出構造。
3. 【請求項３】 前記層状に積層された蓋構成材は、その
   積層方向において少なくとも一方の末端に位置する部分
   が、前記耐熱柔軟性材料で形成されていることを特徴と
   する、請求項１又は２に記載のリード線取出構造。
4. 【請求項４】 前記層状に積層された蓋構成材のうち、
   前記積層方向において前記ケースの開口部内壁と接する
   側の末端に位置する部分が前記耐熱柔軟性材料で形成さ
   れていることを特徴とする、請求項３記載のリード線取
   出構造。
5. 【請求項５】 前記蓋構成材が、径方向に層状に分割さ
   れ、略同心配置される筒状形態に形成されていることを
   特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のリー
   ド線取出構造。
6. 【請求項６】 前記蓋構成材が、厚さ方向に層状に分割
   され、積層配置される板状形態に形成されていることを
   特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のリー
   ド線取出構造。
7. 【請求項７】 センサケース内のガス検出素子、発熱体
   等の電気素子に導通する複数のリード線を有し、 内部を該センサケースの軸線方向に前記複数のリード線
   が貫通する蓋体が、前記リード線部分において、そのリ
   ード線に対して略直交するように断面をとったときに、
   前記リード線を挟持する形で層状に積層される蓋構成材
   を含み、 その層状に積層された蓋構成材の少なくとも一部がフッ
   素樹脂を主体とする耐熱柔軟性材料にて構成されてお
   り、 前記蓋体が、前記センサケースの開口部に内嵌されるこ
   とにより、前記層状に積層された蓋構成材は、その積層
   方向に圧縮された形で前記リード線を挟持しつつ、前記
   センサケースの開口部内壁と前記リード線との間をシー
   ルすることを特徴とするガスセンサ。
8. 【請求項８】 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロ
   エチレンであることを特徴とする、請求項７記載のガス
   センサ。
9. 【請求項９】 前記蓋構成材が、径方向に層状に分割さ
   れ、略同心配置される筒状形態に形成されていることを
   特徴とする、請求項７又は８に記載のガスセンサ。
10. 【請求項１０】 少なくとも最も外側に設けられた蓋構
    成材が、前記耐熱柔軟性材料で形成されていることを特
    徴とする、請求項９記載のガスセンサ。
11. 【請求項１１】 前記筒状形態に形成された蓋構成材が
    径方向に所定間隔を隔てた二重構造であり、いずれか一
    方の端面において該二重構造の蓋構成材を周方向に連接
    して連結端面部を形成するとともに、 前記連結端面部に、前記複数のリード線をそれぞれ挿通
    して挟持する複数のリード線挿通孔を設けたことを特徴
    とする、請求項９又は１０に記載のガスセンサ。
12. 【請求項１２】 前記蓋体の径方向中央部に、液体の透
    過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタを設け
    たことを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれかに
    記載のガスセンサ。
13. 【請求項１３】 前記フィルタは、軸線方向に延び蓋構
    成材を形成する筒状周面部と、該周面部に対して蓋状又
    は底状に連接されて軸線方向に気体を導く通気端面部と
    を有するとともに、 筒状のフィルタ支持部材が前記フィルタの内部に嵌合さ
    れて該フィルタを内側から支持することを特徴とする、
    請求項１２記載のガスセンサ。
14. 【請求項１４】 前記蓋体は、最も外側に設けられた第
    一蓋構成材の内側に前記リード線を挟持する形で第二蓋
    構成材を嵌合させ、該第二蓋構成材の内側に前記フィル
    タを嵌合させたことを特徴とする、請求項１３記載のガ
    スセンサ。
15. 【請求項１５】 前記第一及び第二蓋構成材は、いずれ
    もポリテトラフルオロエチレンを主体とする耐熱柔軟性
    材料で形成されるとともに、 第一蓋構成材の径方向の肉厚をＴ1、第二蓋構成材のそ
    れをＴ2、フィルタの肉厚をＴ3としたとき、Ｔ1＞Ｔ3及
    びＴ2＞Ｔ3としたことを特徴とする、請求項１４記載の
    ガスセンサ。
16. 【請求項１６】 前記蓋構成材が、厚さ方向に層状に分
    割され、積層配置される板状形態に形成されていること
    を特徴とする、請求項７又は８記載のガスセンサ。