JP2002286687A

JP2002286687A - 通気構造を有するセンサ

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Publication number: JP2002286687A
Application number: JP2001087089A
Authority: JP
Inventors: Makoto Togawa; 戸川　　真; Satoshi Ishikawa; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP4565763B2

Abstract

(57)【要約】【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【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Ｎ
Ｏｘ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２０００−１９３
６３２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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】（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。

【０００８】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。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。

【０００９】（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。

【００１０】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。（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。

【００１１】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。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（ＩＲＨ
Ｄ）の試験による評価値と一致する。

【００１２】（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。

【００１３】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。

【００１４】（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。

【００１５】（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。
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。

【００１６】（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。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、ＮＯ_Xの
濃度を測定するＮＯ_Xセンサ、ＨＣの濃度を測定するＨ
Ｃセンサ、ＣＯの濃度を測定するＣＯセンサなどが挙げ
られる。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。（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。

【００２１】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。

【００２２】

【発明の実施の形態】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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２
１、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。

【００２７】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。
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。

【００２８】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。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。

【００２９】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。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φ
１３．９ｍｍ）１４が内嵌されており、この保持部材１
４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：Ｋ６２５
３のタイプＡデュロメータによる評価値（以下同様）で
ある。

【００３０】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。前記保持部材１４の通気孔３
５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。

【００３１】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４
１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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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５
１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。

【００３７】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１
１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。

【００３８】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１
７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。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。

【００３９】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。

【００４０】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３
５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。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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【符号の説明】

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

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Claims

【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、Ｊ
ＩＳ：Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによる値が７
０〜８５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。