JP2017049205A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温に対してグロメットを保護する性能を向上させる【解決手段】ガスセンサ１は、長尺状に形成されたガスセンサ素子３と、主体金具２および外筒６と、複数のリード線７と、グロメット１０と、包囲筒１２と、包囲筒１３とを備える。リード線７は、外筒６の開口部６ａを通じて外筒６の内部に挿入されて、ガスセンサ素子３に接続される。グロメット１０は、複数のリード線７を挿入するための貫通孔１０ａを有し、開口部６ａの内部に配置される。包囲筒１２は、筒状に形成され、少なくともグロメット１０を内部に含むように配置されてグロメット１０を包囲する。包囲筒１３は、筒状に形成され、少なくとも、包囲筒１２においてグロメット１０を包囲している部分を内部に含むように配置されて包囲筒１２を包囲する。そして、包囲筒１２と包囲筒１３との間に、空気を収容することが可能な空間が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、検出素子を収容する収容部材の内部に配置されるとともにリード線が挿入される弾性部材を備えるセンサに関する。

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、外筒の後端側開口部の内部に配置されてリード線の周囲を覆う状態でリード線を保持するグロメットとを備えている。

そして、このようなセンサにおいて、リード線とグロメットが高温に晒されるのを抑制するために、リード線とグロメットを包囲する包囲筒を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−３０７６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、高温に対するグロメットの保護が十分ではない場合があるという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、高温に対してグロメットを保護する性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、長尺状に形成された検出素子と、収容部材と、複数のリード線と、弾性部材とを備えるセンサである。
収容部材は、検出素子が軸線方向に延びて検出素子の先端が被測定物に晒されるように検出素子を収容するとともに、軸線方向における後端で開口している後端側開口部を有し、軸線方向に延びる筒状に形成されている。複数のリード線は、収容部材の後端側開口部を通じて収容部材の外部から収容部材の内部に挿入されて、検出素子に接続される。弾性部材は、複数のリード線を挿入するために軸線方向に沿って貫通する貫通孔を有し、収容部材の後端側開口部の内部に配置される。

また、本発明のセンサは、第１包囲部材と、第２包囲部材とを備える。第１包囲部材は、筒状に形成され、少なくとも弾性部材を内部に含むように配置されて弾性部材を包囲する。第２包囲部材は、筒状に形成され、少なくとも、第１包囲部材において弾性部材を包囲している部分を内部に含むように配置されて第１包囲部材を包囲する。

そして、本発明のセンサでは、第１包囲部材と第２包囲部材との間に、空気を収容することが可能な空間が形成されている。
このように構成された本発明のセンサは、第１包囲部材と第２包囲部材との間に空気が存在している状態で、弾性部材の周囲を第１包囲部材と第２包囲部材で包囲する。このため、センサ周辺の環境が高温である場合に、弾性部材と第１包囲部材と第２包囲部材のうち、第２包囲部材がこの高温環境に晒される。高温に晒されて第２包囲部材の温度が上昇することにより第２包囲部材から放射される熱は、第１包囲部材と第２包囲部材との間に存在する空気を介して第１包囲部材へ伝導する。空気の熱伝導率は低いため、本発明のセンサは、第２包囲部材から第１包囲部材と弾性部材への熱伝導を抑制し、高温に対して弾性部材を保護する性能を向上させることができる。

また、本発明のセンサにおいて、収容部材が、後端側開口部の内部に弾性部材を固定するために、収容部材において弾性部材と対向している部分が収容部材の外側から内側に向けて弾性部材を押え付けるように凹んだ凹部を有している場合には、第１包囲部材は、収容部材の外側から凹部を押え付けることで、収容部材に固定されるようにしてもよい。

これにより、本発明のセンサは、第１包囲部材が収容部材の凹部で引っ掛かった状態で第１包囲部材を収容部材に固定させることができ、第１包囲部材の収容部材からの耐抜け性を向上させることができる。また、収容部材が有する凹部は、後端側開口部の内部に弾性部材を固定するために形成された凹部である。このため、第１包囲部材の耐抜け性を向上させるために凹部を別途形成する必要がなく、第１包囲部材を収容部材に固定させる作業を簡略化することができる。

また、本発明のセンサにおいて、第２包囲部材が、第１包囲部材の外側から第１包囲部材を押え付けることで、第１包囲部材に固定されるようにしてもよい。これにより、本発明のセンサは、第１包囲部材と第２包囲部材との間から水分が浸入するのを抑制することができる。このため、本発明のセンサは、水分が、第１包囲部材と第２包囲部材との間の隙間を伝ってセンサの内部へ浸入するのを抑制することができる。

ガスセンサ１の構成を示す断面図である。 ガスセンサ１の正面図である。

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、複数のリード線７と、複数の接続端子８と、分離部９と、グロメット１０と、保護チューブ１１と、包囲筒１２，１３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。

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と六角部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、その外周に雄ネジ２１ａが形成されている。雄ネジ２１ａ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。また本体部２１は、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔２１ｂを備える。貫通孔２１ｂの内周壁には、径方向内側に向かって突出する段部２１ｃが形成されている。

六角部２２は、本体部２１において雄ネジ２１ａよりも後端側ＢＥに位置する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２２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。

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。

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２１ｃによって支持された状態で本体部２１の貫通孔２１ｂ内に収容可能な略円柱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。

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２１ｂ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２１ｂ内に収容可能な略円柱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２１ｂ内に収容される。

パッキン４４は、本体部２１の貫通孔２１ｂ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２１ｄとの間に配置される。本体部２１の端部２１ｄ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。

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。

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。

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。

複数のリード線７は、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３本のリード線７を示す）。

複数の接続端子８は、複数のリード線７のそれぞれに対応して設けられ、対応するリード線７の一端部に取り付けられる。
分離部９は、セパレータ９１と保持部材９２を備える。セパレータ９１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９１の内部には、複数の接続端子８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９１は、複数の接続端子８の後端側ＢＥがセパレータ９１の後端側ＢＥより突出しており且つ複数の接続端子８が互いに接触しない状態を保持して、複数の接続端子８を内部に収容する。またセパレータ９１は、複数の接続端子８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９１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９１ａが形成されている。

保持部材９２は、本体部９２ａと湾曲部９２ｂを備える。本体部９２ａ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９２ｂは、本体部９２ａ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９２は、鍔部９１ａよりも先端側ＦＥで主体金具２とセパレータ９１との間に位置するように設置される。これにより、本体部９２ａは、主体金具２の内周面に接触する状態となり、湾曲部９２ｂは、セパレータ９１の鍔部９１ａ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９１は保持部材９２によって外筒６内に保持される。

グロメット１０は、軸線方向ＤＡに延びる円柱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１０には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する複数の貫通孔１０ａが形成されている。複数の貫通孔１０ａは、上記の複数のリード線７のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔１０ａには、それぞれ対応するリード線７が挿入される。

グロメット１０は、外筒６における後端側ＢＥの端部の開口部６ａ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６ａが閉塞される。

保護チューブ１１は、ガラス繊維を編んだ編組で筒状に形成された部材である。複数のリード線７は、束ねられた状態で保護チューブ１１内に挿入される。これにより、保護チューブ１１は、複数のリード線７においてグロメット１０から引き出されている部分を保護する。

包囲筒１２，１３は、アルミニウム箔とガラス繊維とが積層された積層体で、アルミニウム箔が外周側に位置してガラス繊維が内周側に位置するようにして筒状に形成された部材である。外周側にアルミニウム箔を配置することにより、外部からの熱線を反射することができる。ガラス繊維は、断熱層として機能する。

また包囲筒１２，１３は、軸線方向ＤＡに沿って凹凸が形成されるように蛇腹状に折り曲げられた外周面と内周面を有する。
包囲筒１２は、その内部に保護チューブ１１が挿入され、且つ、先端側ＦＥの端部の開口部内に外筒６の後端側ＢＥの端部が挿入された状態で、外筒６に加締め接続される。なお、包囲筒１２の先端側ＦＥの端部は、凹部６ｂで加締められている。凹部６ｂは、グロメット１０を外筒６の開口部内に固定するために外筒６が加締められることで外筒６の外周面に形成された凹部である。これにより、グロメット１０と複数のリード線７が、包囲筒１２により包囲される。

包囲筒１３は、その内部に包囲筒１２が挿入され、且つ、先端側ＦＥの端部の開口部内に外筒６の後端側ＢＥの端部が挿入された状態で、包囲筒１２に加締め接続される。なお、図１と図２に示すように、包囲筒１３は、包囲筒１２が外筒６に加締められる凹部６ｂよりも後端において、包囲筒１３の後端側ＢＥの端部が、包囲筒１２に加締められている（凹部１３ａを参照）。これにより、グロメット１０と複数のリード線７と包囲筒１２が、包囲筒１３により包囲される。

上述のように、包囲筒１２，１３は、凹凸が形成されるように蛇腹状に折り曲げられた外周面と内周面を有する。このため、包囲筒１２の外周面上の凹部の内部に空気が収容されるとともに、包囲筒１３の内周面上の凹部の内部に空気が収容される。これにより、包囲筒１２と包囲筒１３との間に空気が存在している状態となる。

このように構成されたガスセンサ１は、長尺状に形成されたガスセンサ素子３と、主体金具２および外筒６と、複数のリード線７と、グロメット１０とを備える。
主体金具２および外筒６は、ガスセンサ素子３が軸線方向ＤＡに延びてガスセンサ素子３の先端が測定対象ガスに晒されるようにガスセンサ素子３を収容するとともに、軸線方向ＤＡにおける後端で開口している開口部６ａを有し、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成されている。複数のリード線７は、開口部６ａを通じて外筒６の外部から外筒６の内部に挿入されて、ガスセンサ素子３に接続される。グロメット１０は、複数のリード線７を挿入するために軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔１０ａを有し、開口部６ａの内部に配置される。

またガスセンサ１は、包囲筒１２と包囲筒１３とを備える。包囲筒１２は、筒状に形成され、少なくともグロメット１０を内部に含むように配置されてグロメット１０を包囲する。包囲筒１３は、筒状に形成され、少なくとも、包囲筒１２においてグロメット１０を包囲している部分を内部に含むように配置されて包囲筒１２を包囲する。

そして、ガスセンサ１では、包囲筒１２と包囲筒１３との間に、空気を収容することが可能な空間が形成されている。
このようにガスセンサ１は、包囲筒１２と包囲筒１３との間に空気が存在している状態で、グロメット１０の周囲を包囲筒１２と包囲筒１３で包囲する。このため、ガスセンサ１の周辺の環境が高温である場合に、グロメット１０と包囲筒１２と包囲筒１３のうち、包囲筒１３がこの高温環境に晒される。高温に晒されて包囲筒１３の温度が上昇することにより包囲筒１３から放射される熱は、包囲筒１２と包囲筒１３との間に存在する空気を介して包囲筒１２へ伝導する。空気の熱伝導率は低いため、ガスセンサ１は、包囲筒１３から包囲筒１２とグロメット１０への熱伝導を抑制し、高温に対してグロメット１０を保護する性能を向上させることができる。

また、ガスセンサ１において、外筒６が凹部６ｂを有しており、包囲筒１２は、外筒６の外側から凹部６ｂを押え付けることで、外筒６に固定される。凹部６ｂは、開口部６ａの内部にグロメット１０を固定するために、外筒６においてグロメット１０と対向している部分が外筒６の外側から内側に向けてグロメット１０を押え付けるように凹んだ凹部である。

これにより、ガスセンサ１は、包囲筒１２が凹部６ｂで引っ掛かった状態で包囲筒１２を外筒６に固定させることができ、包囲筒１２の外筒６からの耐抜け性を向上させることができる。また、外筒６が有する凹部６ｂは、開口部６ａの内部にグロメット１０を固定するために形成された凹部である。このため、包囲筒１２の耐抜け性を向上させるために凹部を別途形成する必要がなく、包囲筒１２を外筒６に固定させる作業を簡略化することができる。

また、ガスセンサ１において、包囲筒１３が、包囲筒１２の外側から包囲筒１２を押え付けることで、包囲筒１２に固定される。これにより、ガスセンサ１は、包囲筒１２と包囲筒１３との間から水分が浸入するのを抑制することができる。特に本実施形態のように、包囲筒１３が、包囲筒１２が外筒６に加締められた凹部６ｂよりも後端（すなわち、包囲筒１３の後端側ＢＥの端部）で、包囲筒１２に加締められていると、包囲筒１３よりも後方に存在する水分がガスセンサ１へと侵入するのを防ぐ事ができる。さらに、包囲筒１３の先端は包囲筒１２と固定する必要がない為、包囲筒１３の先端は解放端とする事ができ、包囲筒１３の先端付近に付着した水分がセンサ１に侵入せず包囲筒１３の先端から排出される。このため、ガスセンサ１は、水分が、包囲筒１２と包囲筒１３との間の隙間を伝ってガスセンサ１の内部へ浸入するのを抑制することができる。

また、ガスセンサ１が車両に取り付けられ使用される状況では、センサ制御装置と接続される後端側の方が、ガスセンサ１の先端側よりも振動が大きくなる。従って、包囲筒１３の後端側ＢＥの端部で、包囲筒１２に加締め固定することで、振動が大きくなる後端側での包囲筒１２と包囲筒１３との振動による接触を防ぎ、包囲筒１２と包囲筒１３の破損を防ぐことができる。

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、主体金具２および外筒６は本発明における収容部材、開口部６ａは本発明における後端側開口部、グロメット１０は本発明における弾性部材である。

また、包囲筒１２は本発明における第１包囲部材、包囲筒１３は本発明における第２包囲部材、凹部６ｂは本発明における凹部である。
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、アルミニウム箔とガラス繊維とが積層された２層の積層体で包囲筒１２，１３を形成したものを示した。しかし、包囲筒１２，１３を、１層のアルミニウム箔で形成するようにしてもよいし、ガラス繊維の表面と裏面の両方にアルミニウム箔が積層された３層の積層体で形成するようにしてもよい。

また上記実施形態では、包囲筒１３の先端側ＦＥの端部がグロメット１０付近に位置するものを示した。しかし、包囲筒１３の先端側ＦＥの端部が主体金具２の六角部２２付近に位置するように包囲筒１３を軸線方向ＤＡに沿って延ばしてもよい。これにより、ガスセンサ１における六角部２２より後端側ＢＥの部分の全てが包囲筒１３により包囲される。このため、ガスセンサ１は、水分が、ガスセンサ１の内部へ浸入するのを抑制することができる。

また上記実施形態では、包囲筒１２と包囲筒１３との間に空気層が形成されているものを示したが、包囲筒１２と包囲筒１３との間に断熱部材（例えば、多孔質セラミックス）を配置するようにしてもよい。これにより、ガスセンサ１は、包囲筒１３から包囲筒１２とグロメット１０への熱伝導を更に抑制し、高温に対してグロメット１０を保護する性能を更に向上させることができる。

また上記実施形態では、酸素の濃度を検出するガスセンサ１に包囲筒１２，１３を適用したものを示したが、酸素の濃度を検出するセンサに限定されるものではなく、検出素子を収容する収容部材の内部に配置されるとともにリード線が挿入される弾性部材を備えるセンサであればよい。

また、包囲筒１２，１３の長さと、包囲筒１２と包囲筒１３との間隔は、上記実施形態で開示したものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

１…ガスセンサ、２…主体金具、３…ガスセンサ素子、４…保持部、５…プロテクタ、６…外筒、６ａ…開口部、６ｂ…凹部、７…リード線、８…接続端子、９…分離部、１０…グロメット、１０ａ…貫通孔、１１…保護チューブ、１２…包囲筒、１３…包囲筒、１３ａ…凹部

Claims (3)

1. 長尺状に形成された検出素子と、
   前記検出素子が軸線方向に延びて前記検出素子の先端が被測定物に晒されるように前記検出素子を収容するとともに、前記軸線方向における後端で開口している後端側開口部を有し、前記軸線方向に延びる筒状に形成された収容部材と、
   前記収容部材の前記後端側開口部を通じて前記収容部材の外部から前記収容部材の内部に挿入されて、前記検出素子に接続される複数のリード線と、
   複数の前記リード線を挿入するために前記軸線方向に沿って貫通する貫通孔を有し、前記収容部材の前記後端側開口部の内部に配置される弾性部材と
   を備えるセンサであって、
   筒状に形成され、少なくとも前記弾性部材を内部に含むように配置されて前記弾性部材を包囲する第１包囲部材と、
   筒状に形成され、少なくとも、前記第１包囲部材において前記弾性部材を包囲している部分を内部に含むように配置されて前記第１包囲部材を包囲する第２包囲部材とを備え、
   前記第１包囲部材と前記第２包囲部材との間に、空気を収容することが可能な空間が形成されている
   ことを特徴とするセンサ。
2. 前記収容部材は、前記後端側開口部の内部に前記弾性部材を固定するために、前記収容部材において前記弾性部材と対向している部分が前記収容部材の外側から内側に向けて前記弾性部材を押え付けるように凹んだ凹部を有し、
   前記第１包囲部材は、前記収容部材の外側から前記凹部を押え付けることで、前記収容部材に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第２包囲部材は、前記第１包囲部材の外側から前記第１包囲部材を押え付けることで、前記第１包囲部材に固定される
   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。