JP3568315B2 - センサープラグ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温度で使用されるセンサープラグの一体性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンの排気路に装着されて排気中の残存酸素量を検出するための酸素センサーなどのセンサーは、プラグ(栓)構造を有しており、排気路に設けられたネジ穴などに締結して取り付けられる。このセンサープラグは、図4に示す如く、内部に係合段10を有し端部にかしめ筒部54が設けられた筒状主体金具1内に、検出素子2を支持するとともに、外周に前記係合段10に係合する鍔部32が形成された筒状のセラミックス製ホルダー3を同軸的に嵌着した構成を有する。
【0003】
ホルダー3の外周と主体金具1の内周との間には、ホルダー3と主体金具1との軸心を一致させるための支持筒7を介装させ、一端にフランジ部42を設けた袖管4の該フランジ部42を前記支持筒7に同軸的に突き合わせて配置している。これらは、かしめ筒部54を内側に縮径するようにかしめることにより、該かしめ筒部54と前記係合段10と間にホルダー3および前記フランジ部42を一体的に固着して組み付けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用エンジンでは冷間始動における暖機特性を向上するために検出素子を早く活性化温度に昇温させる要請がある。このためにセンサーをエンジンの排気口に近づけて取り付けるなど、高い温度環境で使用できることが必要になっている。また、早く昇温させるために、センサーに接続されているリード線から熱伝導による放熱を防ぐことも有効である。
【0005】
従来のセンサープラグは、かしめ加工において、かしめ筒部54の先端が、袖管4の端部を不均一に押圧して偏心させたり、または変形させたりして、同心性または真円度の低下が生じていた。このため、高温度の使用条件で長期間使用していると、熱歪みなどによりかしめ部にゆるみが生じて一体性が損なわれ、気密が失われる場合があった。
【0006】
また、高温で使用すると主体金具1から袖管4を介してコネクター6のゴム部材が高温に長時間晒され、劣化して気密性が低下し易い。これを避けるためには、袖管4の肉厚を薄くして主体金具1からコネクター6への熱伝導量を少なくする対策が有効である。
【0007】
ところが、袖管4の肉厚を薄くすると、主体金具1と袖管4とをかしめることにより接合する場合、袖管4の一端側の拡径されたフランジ部42とそのフランジ部42に隣接する一端部41とが、かしめ筒部54の縮径かしめの影響を受けて、さらに内径側に異常変形を起こし易くなり、前記一体性の確保が一層困難になる。
【0008】
センサープラグの一体性が損なわれると、エンジンや自動車の振動によりホルダーや、ホルダーに内包された検出素子が破損したり、気密性が損なわれると、自動車の下部などの水や泥などが付着し易い場所への装着が困難になり、装着場所の制約が増大する。
この発明の目的は、高温度に晒される使用条件下において長期間使用しても、袖管と主体金具とのかしめにより固着部の一体性が確実に維持できるセンサープラグの提供にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、一端にフランジ部を設けた袖管の該フランジ部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記フランジ部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記フランジ部に当接する環状当接面とを有することを特徴とする。
【0010】
【発明の作用および効果】
この発明では、支持筒に設けた嵌入筒部により袖管の端部が内側から補強されており、かしめ加工においてかしめ筒部の先端が袖管の一端部を不均一に押圧しても、袖管の一端部が偏心したり、真円度が低下することを有効に防止できる。このため、高温度に晒される使用条件下においても、かしめによる固着部の一体性が維持できる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、袖管の一端部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記袖管の一端部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記一端部当接する環状当接面と、該環状当接面に臨んで前記嵌入筒部の外周に形成した環状凹所とを有することを特徴とする。この発明においても、請求項1に記載の発明と同様な作用、効果が得られる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記フランジと減径かしめされた前記かしめ筒部との間にはリングパッキンが介装されており、前記支持筒の嵌入筒部の長さは、少なくとも前記袖管の厚さとリングパッキンの厚さの和に設定した。これにより、かしめによる固着部の一体性が極めて強硬にでき、長期間のメンテナンスフリーが可能になる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、前記環状当接面と減径かしめされた前記かしめ筒部との間には、前記袖管の一端部の外周を囲むリングパッキンが介装されている。これにより、かしめによる固着部の一体性が極めて強硬にでき、長期間のメンテナンスフリーが可能になる。
請求項5の構成では、袖管の肉厚が薄いため熱伝導が少なく、センサープラグに接続されるコネクターなどに使用されるゴム製または樹脂製部品の熱劣化を低減できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明のセンサープラグの一実施例にかかる酸素センサーを示す。酸素センサーは、円筒状の主体金具1内に、棒状を呈する検出素子2を内包した円筒状の耐熱セラミックス製ホルダー3を固着してなる。検出素子2は、一端(図示下端、以下同じ)部がセラミックス多層基板で形成され酸素濃度を検出するためのヒーター素子付き感ガス素子部21となっており、他端(図示上端、以下同じ)から複数のリード線22が引き出されている。各リード線22には、金属端子23が接続されている。
【0015】
ホルダー3は、外周は一端側部31に径大の鍔部32が設けられた円筒状を有し、内周は一端に内周縁33が形成され他端にテーパー部34が設けられている。検出素子2は、検出素子2の外周とホルダー3の内周との間に、一端側から、検出素子2の外周に固着されるとともに前記内周縁33に係合したセラミックス碍管35、セラミックス粉体充填層36、およびセラミックス粉体封着層37を介装させることによりホルダー3内に同軸的に固定されている。
【0016】
主体金具1は、一端に後記するプロテクターが嵌着される径小筒部11、中間に排気路に設けたネジ穴に締結するためのネジ部12および六角部13、後端に熱かしめによりホルダー3を主体金具1内に保持するとともに、袖管4を主体金具1に同軸的に連結するための固着筒部5を有する。固着筒部5は、六角部13に連なる基筒部51、肉薄の縮み筒部52、中間筒部53、および肉薄のかしめ筒部54からなる。
【0017】
主体金具1のネジ部12と六角部13との間は径小に形成され、シールリング14が外嵌され、径小筒部11には、二重構造で通気穴が設けられた円筒キャップ状プロテクター15が嵌着されている。主体金具1の内周は、ネジ部12の内周に位置し、前記ホルダー3の先端部が遊嵌された小径部16、前記鍔部32が嵌め込まれた中径部17、および前記固着筒部5の内周を形成する大径部18となっており、小径部16と中径部17との間は、前記ホルダーの鍔部32の一端面に係合する係合段10が設けられている。
【0018】
袖管4は、一端部41に薄肉の金属パイプの端部を拡開して設けたフランジ部42を有し、他端部43に複数の矩形凹み44が周設されている。袖管4の他端部43には、コネクター6が嵌着されている。コネクター6は、前記複数の矩形凹み44に係合する内側膨出部61が周設された一端部62を有する外筒63と、該外筒63の他端側内部に嵌着されたゴム製のコネクター本体64とからなる。
【0019】
袖管4は、ステンレス(SUS304)製であり、板厚tは0.4mmとなっている。この板厚tは0.25mm≦t≦0.6mmであることが望ましく、更には、0.3mm≦t≦0.5mmに設定すると、強度上実用に耐えうる強度を有し熱伝導量も小さくコネクター本体の熱による劣化も少なくなって好適である。袖管4は、パイプ材を所定の長さに切断して使用してもよく、板材を円環状に打ち抜いてプレス成形してもよい。
【0020】
ホルダー3の中間部の外周と、主体金具1の固着筒部5との間には、ステンレス(SUS403)製の支持筒7が嵌め込まれている。支持筒7は、鋼製、好ましくはステンレス鋼がよく、更に好ましくは、ビッカース硬度230Hv以上とするとよい。支持筒7は、一端側に、ホルダー3と基筒部51との間に介装され、ホルダー3の軸心を主体金具1の軸心に一致させるための介装筒部71を有する。支持筒7の他端側には、ホルダー3と中間筒部53との間に設定された径大部72が設けられている。径大部72は、外周側部は環状当接面73となっており、内周側部は上方に延長されて嵌入筒部74となっている。
【0021】
環状当接面73は袖管4のフランジ部42に当接し、袖管4の一端部41へ嵌入されている。嵌入筒部74の長さは少なくとも袖管の厚さとリングパッキンの厚さ(線径)の和であれば、主体金具のかしめ部を減径かしめによる径方向の圧力に対して有効に反作用力を維持できて好適である。フランジ部42とかしめ筒部54との間には、ステンレス(SUS430)製で円形断面を有するリングパッキン8が介装されている。リングパッキン8は、かしめ筒部54が内側にかしめられた際にかしめ筒部54が均一な曲率となるように作用する。リングパッキン8の線径は、直径1.0mm〜2.0mmであることが望ましい。
【0022】
リングパッキン8は、鋼板、好ましくはステンレス鋼板を打抜き加工して板パッキン9としてもよい。この場合は、板厚は1.0mm〜2.5mm、リング部の幅は0.5mm〜1.5mmとすることが望ましい。また、かしめ筒部54の変形曲率を均一にするためにパッキンのコーナー部は半径0.02〜0.2mmの面取りを施すことが望ましい。
【0023】
この酸素センサーの組み付けは、つぎのようになされる。プロテクター15を嵌着した主体金具1の係合段10に板パッキン9を配置する。板パッキン9は、好ましくはステンレス鋼板を打抜き加工して製造する。ホルダー3との接合性を良くするためには、ビッカース硬度205Hv〜150Hv、好ましくは190Hv〜175Hvにアニールするとよい。
【0024】
その板パッキン9を配した主体金具1に、検出素子2を組み込んだホルダー3を差し込み、係合段10に鍔部32の一端面を係合させる。つぎに、主体金具1の内周とホルダー3の外周との隙間に滑石25を充填し、つづいて支持筒7を嵌め込む。つぎに、フランジ部42にリングパッキン8を引っ掛けた袖管4の一端部41を支持筒7の他端部に突き合わせる。
【0025】
つぎに、かしめ筒部54を含む固着筒部5を900度前後に加熱して内側に熱間かしめする。これと同時に縮み筒部52が圧縮する。このかしめ筒部54を内側に熱間かしめする工程において、袖管4は一端部41が支持筒7に内側から支持されているため、かしめ筒部54により不均一な押圧力が加わっても、一端部41が歪んだり偏心したりすることを防止できる。
【0026】
このため、この発明の酸素センサーは、エンジンの排気管に装着されて高温度に晒されても、熱歪みの発生が有効に防止でき主体金具1とホルダー3との一体性が維持できるとともに、シール性の維持が可能となる。また、図4に示す従来品では板厚t=0.8mmであった袖管4は、板厚tが0.25mm≦t≦0.6mmという薄い材料を使用できる。このため、袖管4を介しての熱伝導が低減でき、ゴム製のコネクター本体64の熱劣化が有効に防止できる。
【0027】
この発明の構造では高温耐久試験であり30分間に650度に達する繰り返しの100サイクルのテストにおいて、図4の従来品は2気圧で毎分5ccの漏れが発生したが、図1の本発明品の漏れは零であった。
なお、この発明のセンサープラグは、酸素センサー以外に、温度センサーなどのセンサーに使用できる。
【0028】
図3は他の実施例を示す。この実施例では、組み付け前において袖管4は一端部41がフランジ部42を備えず直管形状となっている。また、支持筒7は、環状当接面73に臨んで嵌入筒部74の外周に形成した環状凹所75を有する。環状凹所75の寸法は、リングパッキン8が遊嵌できる大きさに設定されている。
【0029】
この実施例のセンサープラグは、袖管4の一端部41を支持筒7の環状当接面73に突き合わせて、かしめ筒部54を含む固着筒部5を内側にかしめする、好ましくは熱間かしめすると、リングパッキン8の圧縮により一端部41が内側に押圧されて縮径し、環状凹所75に入り込む。これによりかしめ筒部54はリングパッキン8の条面に巻締される。 この実施例では、袖筒4の一端部41にフランジ部42を形成することが不要になるとともに、図1に示す実施例と同様の作用、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のセンサープラグの断面図である。
【図2】支持筒の斜視図である。
【図3】この発明の他の実施例のセンサープラグの断面図である。
【図4】従来のセンサープラグの断面図である。
【符号の説明】
1 主体金具
2 検出素子
3 ホルダー
4 袖管
5 固着筒部
6 コネクター
7 支持筒
8 リングパッキン
10 係合段
32 鍔部
42 フランジ部
54 かしめ筒部
73 環状当接面
74 嵌入筒部

Claims (5)

  1. 内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、一端にフランジ部を設けた袖管の該フランジ部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記フランジ部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
    前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記フランジ部に当接する環状当接面とを有することを特徴とするセンサープラグ。
  2. 内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、袖管の一端部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記袖管の一端部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
    前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記一端部当接する環状当接面と、該環状当接面に臨んで前記嵌入筒部の外周に形成した環状凹所とを有することを特徴とするセンサープラグ。
  3. 請求項1において、前記フランジと減径かしめされた前記かしめ筒部との間にはリングパッキンが介装されており、前記支持筒の嵌入筒部の長さは、少なくとも前記袖管の厚さとリングパッキンの厚さの和であることを特徴とするセンサープラグ。
  4. 請求項2において、前記環状当接面と減径かしめされた前記かしめ筒部との間には、前記袖管の一端部の外周を囲むリングパッキンが介装されていることを特徴とするセンサープラグ。
  5. 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記袖管は、板厚が0.25mm〜0.6mmのステンレス製であることを特徴とするセンサープラグ。
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