JP3737898B2 - Gas sensor and gas sensor manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
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のガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。例えば酸素センサの場合、ジルコニア等の固体電解質セラミックで構成された軸状の酸素検出素子を、先端の検出部が突出した形でケーシング内に配し、検出部が被測定ガスに触れるに伴い素子に発生するセンサ出力をリード線を介して外部に取り出す。
【0003】
例えば、一般の多くの酸素センサにおいては、酸素検出素子を収容するケーシングの後端側(検出部と反対側)に、基準ガスとしての大気をケーシング内に導入するための気通部を有したカバー部材が組み付けられる。リード線は、カバー部材内に配置されたセラミックセパレータ内を貫通し、さらにカバー部材の後端開口部に嵌め込まれたシール用のゴムグロメットを貫いて引き出される。
【0004】
ところで、近年は自動車産業の隆盛に伴い酸素センサに対する需要も増え、かつ価格低下に対する要望も年々強まりつつある。酸素センサをはじめとするガスセンサは、自動車用電装部品の中でも部品点数が多く、組立工程の簡略化を如何にして図るかが製造コスト削減の重要な鍵を握っている。そのためには、組立工程の自動化など生産設備側の技術改良も必要であるが、工数削減に有利なセンサ構造を工夫することも重要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のような酸素センサを組み立てる際には、例えば、酸素検出素子やこれを加熱する発熱体等を筒状のケーシング内に予め組みつけておき、それらからのリード線等をセラミックセパレータのリード線挿通孔に通す。このとき、各リード線をカバー部材の後端側開口部から外側に延出した状態としておく。そして、その後の組立は、内面側にてリード線上を滑らせながらカバー部材をケーシングの後端部に取り付けた後、カバー部材にグロメットを嵌入するという、最低2段階の工程を含む形となっている。
【0006】
しかしながら、この方式は、カバー部材のケーシングへの取り付けと、カバー部材へのグロメットの取り付けを逐次的に行うので、工数が増え能率が悪い。また、カバー部材の後端側開口部は、グロメット寸法を縮小してシール性を高めるために、縮径されていることが多いが、そこを通る複数のリード線の束の上を、グロメット嵌め込み前のカバー部材を滑らせてケーシングへ取り付ける形となる。従って、リード線の束の上をカバー部材を少しでも傾けて滑らせると、カバー部材の開口縁にてリード線の外被が削られ、絶縁不良を起こしたり、削り屑がケーシング内に残留してトラブルの原因になりやすい。
【0007】
他方、例えばカバー部材の外側からケーシング内に導入される外気の流通経路を確保したり、あるいはリード線挿通孔の配列ピッチ円の大きさがグロメットとセラミックセパレータとの間で異なる場合に、そのピッチ円径差を吸収する等の目的で、カバー部材内に配置されるセラミックセパレータとグロメットとの間には所定量の隙間を形成することも多い。この場合、グロメットをカバー部材内に押し込むときに、該グロメットの軸線方向の位置決めが行いにくく、隙間の量を所期の値に調整するのに手間がかかるという、別の問題も発生する。
【0008】
本発明の課題は、グロメットのカバー部材への位置決めを容易に行うことができる構造を有したガスセンサと、当該構造の採用により、カバー部材とグロメットとのセンサへの組付けを能率よく行うことができる上、カバー部材のケーシングへの取付けに際してリード線外被等を傷つけにくいガスセンサの製造方法とを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明のガスセンサの第一は、
軸状の検出素子と、その検出素子の先端に形成された検出部を突出させた状態で、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し軸方向後方側から連結されるとともに、後端開口部から検出素子からのリード線を外側に延出させるカバー部材と、そのカバー部材に対し後端開口部から内側に嵌め込まれ、リード線と該カバー部材の内面との間をシールするグロメットとを備え、カバー部材には、後端開口部からグロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対するグロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部が形成され、カバー側係合部は、カバー部材の後端開口縁から軸線方向に所定距離隔たった位置において、その内面から突出形成されたカバー側係合凸部であり、グロメットの軸線方向前端縁部をグロメット側係合部として、これと係合するようになっていることを特徴とする。
また、本発明の第二は、
軸状の検出素子と、その検出素子の先端に形成された検出部を突出させた状態で、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し軸方向後方側から連結されるとともに、後端開口部から検出素子からのリード線を外側に延出させるカバー部材と、そのカバー部材に対し後端開口部から内側に嵌め込まれ、リード線と該カバー部材の内面との間をシールするグロメットとを備え、カバー部材には、後端開口部からグロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対するグロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部が形成され、カバー部材は、ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィルタ保持部と、その第一フィルタ保持部の外側に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、それら第一及び第二フィルタ保持部の間において第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備えるフィルタアセンブリであり、該フィルタアセンブリの第一フィルタ保持部が、ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結され、さらに、グロメットは第一フィルタ保持部の後端開口部内に嵌め込まれており、第一気体導入孔は第一フィルタ保持部の周方向に沿って所定の間隔で複数形成されるとともに、筒状の前記フィルタにより外側から塞がれており、カバー側係合部は、軸線方向中間部においてカバー部材の壁部を周方向に内向きに凹ませることにより、壁部内面側の対応する位置に形成される環状の凸部であり、第一気体導入孔の列は、その環状の凸部の稜線に沿って形成されるとともに、壁部外面側においてその環状の凸部に対応する形で環状の溝部が形成され、その溝部がフィルタを経て第一気体導入孔に向かう外気の流通空間となっていることを特徴とする。
【0010】
上記ガスセンサの構成によれば、カバー部材にグロメットを取り付ける際に、グロメット側係合部とカバー側係合部との係合により、グロメットのカバー部材への軸線方向の位置決めを容易に行うことができる。
上記ガスセンサの第一の構成によれば、例えばカバー部材内には、複数のリード線をそれぞれ個別に挿通するためのリード線挿通孔が軸線方向に形成されたセラミックセパレータを配置することができる。この場合、カバー側係合部とグロメット側係合部との係合により、該グロメットを、自身の前端面とセラミックセパレータの後端面との間に所定量の隙間が形成される位置に容易に固定することができ、ひいてはその隙間の確保と隙間量管理とを極めて容易に行うことができる。また、グロメットの軸線方向前端縁部をグロメット側係合部として、これを上記カバー側係合凸部と係合させることにより、グロメットのカバー部材への位置決めを確実に行うことができる。
上記ガスセンサの第二の構成によれば、カバー側係合部に対応して生ずる溝部を、外気の流通空間として流用することで、フィルタを通って流れ込む基準ガスとしての外気(大気)の流通抵抗が和らげられ、第一気体導入孔から外筒内にスムーズにこれを導入できる。
【0011】
また、本発明のガスセンサの製造方法は、上記構造の本発明のガスセンサを製造する際に、ケーシングに取付前の状態にて、ケーシングに取付前の状態にて、カバー部材に、後端開口部からグロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対するグロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部を予め形成しておき、さらに、カバー部材の後端開口部にグロメットを、カバー側係合部とグロメット側係合部とが係合させる形で嵌入・固定し、そのグロメット取付け済みのカバー部材をケーシングに取り付けることを特徴とする。
【0012】
この方法によれば、ケーシングに取付前の状態にてグロメットをカバー部材に予め取り付けておき、そのグロメット付のカバー部材をケーシングに組み付けるようにしている。これにより、多数のガスセンサの組立を行う際に、カバー部材へのグロメットの取り付けとカバー部材のケーシングへの取り付けとを並列的に行うことができるので、組立工程を大幅に能率化することができる。また、カバー部材へグロメットを軸線方向に位置決めしつつ組み付ける作業も、前記本発明のガスセンサの構成を採用することにより、極めて能率よく行うことができる。なお、カバー部材内のリード線をグロメットに挿通した状態にしておき、該グロメットの挿通孔においてリード線上を滑らせながら、カバー部材をケーシングに取り付けるようにすることができる。これにより、リード線の束の上をカバー部材を多少傾けて滑らせても、カバー部材の開口部内縁とリード線との間にはゴム等で構成されたグロメットが介在しているので、カバー部材の開口縁にてリード線の外被が削られるトラブルが生じにくくなる。
【0013】
なお、上記ガスセンサの第一の構成においては、カバー側係合凸部は、その軸線方向中間部においてカバー部材の壁部を内向きに凹ませることにより、その壁部内面側の対応する位置に形成される凸部とすることができる。このような凸部は、カバー部材を軸方向中間位置にて外側からプレス加工等の加工を施すことにより、容易に形成できる。また、凸部は、カバー部材の周方向に沿って連続的または断続的に形成されていてもよい。これにより、グロメットのカバー部材に対する位置決めが一層行いやすくなり、例えばグロメットがカバー部材の軸線に対して傾いて取り付けられる等の不具合も生じにくい。
他方、グロメット側係合部は、グロメットの軸線方向後端側において、その外周面から突出形成されたグロメット側凸部とすることもできる。この場合、カバー部材の後端開口端面をカバー側係合部として、これを上記グロメット側凸部と係合させることにより、グロメットのカバー部材への位置決めを確実に行うことができる。
【0014】
また、上記ガスセンサの第一の構成では、ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィルタ保持部と、その第一フィルタ保持部の内側又は外側に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、それら第一及び第二フィルタ保持部の間において第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備え、第一フィルタ保持部が、ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結されるものとして構成できる。
【0015】
このような構造のガスセンサは、以下のような方法にて製造できる。まず、ケーシングに組付ける前の状態で、第一フィルタ保持部の外側にフィルタ及び第二フィルタ保持部をこの順序で配置し、その状態で加締部を形成することにより、第二フィルタ保持部及びフィルタを第一フィルタ保持部に組み付けてフィルタアセンブリとなす。このフィルタアセンブリをカバー部材として、これにグロメットを予め組み付けた状態となし、そのグロメット取付け済みのフィルタアセンブリをケーシングに取り付ける。
【0016】
上記のセンサ構成の要旨は、フィルタを含む気通構造部をフィルタアセンブリとしてケーシングとは独立に構成し、これをケーシングに連結・一体化した構成を有する点にある。これにより、その製法上、次のような効果が達成される。
▲1▼フィルタアセンブリの組立てを、酸素検知素子などのケーシング内への組付けとは独立に行うことができるので、例えば検知素子のリード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。
▲2▼ケーシング内への部品の組付けと、フィルタアセンブリの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等が生じにくい。
【0017】
【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は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ1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中空に形成されている。また、この酸素検出素子2の外側には金属製のケーシング10が設けられている。ケーシング10は、センサ取付け用のねじ部9bを有する主体金具9と、これに結合された主筒14及びプロテクタ11等を備える。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12が貫通形態で形成されている。酸素検出素子2の外面及び中空部2aの内面には、そのほぼ全面を覆うように図示しない電極層が形成されている。
【0018】
主体金具9の後方側の開口部には、前述の主筒14が絶縁体6との間にリング15を介して加締められ、この主筒14に筒状のフィルタアセンブリ16(カバー部材)が外側から嵌合・固定されている。このフィルタアセンブリ16の後端側開口部はゴム等で構成されたグロメット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。そして、それらセラミックセパレータ18及びグロメット17を貫通するように、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(図示していない)が配置されている。
【0019】
図2に示すように、セラミックセパレータ18にはセパレータ側リード線挿通孔72が形成されており、その外周面にはフランジ状のセパレータ側支持部73が突出形成されている。酸素検出素子2用の一方のリード線20は、互いに一体に形成されたコネクタ23a、引出し線部23b、金具本体部23c及び発熱体把持部23dからなる内部電極接続金具23を経て前述の酸素検出素子2の内部電極層と電気的に接続されている。一方、他方のリード線21は、互いに一体に形成されたコネクタ33a、引出し線部33b及び金具本体部33cとを有する外部電極接続金具33を経て、酸素検出素子2の外部電極層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(図1)がリード線(図示せず)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。
【0020】
次に、フィルタアセンブリ16は、複数の第一気体導入孔52が形成された第一フィルタ保持部51を備える。その外側には第一気体導入孔52を塞ぐ筒状のフィルタ53と、複数の第二気体導入孔55が形成てフィルタ53を第一フィルタ保持部51との間で挟み付けて保持する第二フィルタ保持部54とが配置される。フィルタアセンブリ16の、第一フィルタ保持部51の後端開口縁から軸線Oの方向に所定距離隔たった位置には、その内面から突出する形でカバー側係合部としてのカバー側係合凸部100が形成されている。そして、該後端開口部に嵌め込まれたグロメット17の軸線方向前端縁部がグロメット側係合部となって、これが上記カバー側係合凸部100と係合することにより、グロメット17の第一フィルタ保持部51への軸線方向の組付け位置が規定されている。
【0021】
カバー側係合凸部100は、その軸線方向中間部において第一フィルタ保持部51の壁部を内向きに凹ませることにより、その壁部内面側の対応する位置に形成されるリブ状の凸部とされている。このような凸部100は、第一フィルタ保持部51(カバー部材)を軸方向中間位置にて外側からプレス加工等の加工を施すことにより、容易に形成できる。また、凸部100は、第一フィルタ保持部51の周方向に沿って連続環状に形成されているが、これにより、グロメット17の第一フィルタ保持部51に対する位置決めが一層行いやすくなり、例えばグロメット17が第一フィルタ保持部51の軸線に対して傾いて取り付けられる等の不具合も生じにくい。なお、カバー側係合凸部100は、第一フィルタ保持部51の周方向に沿って断続的に形成してもよい。また、カバー側係合凸部100によりグロメット17の軸線方向前端位置が規定されることにより、グロメット17とセラミックセパレータ18の後端面との間には、一定量の隙間98が形成されている。
【0022】
図3は、フィルタアセンブリ16の組立状態を示している。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等で構成された撥水性フィルタであり、第二フィルタ保持部54には、第二気体導入孔55の列を挟んでその軸方向両側に環状のフィルタ加締部56,57が形成されている。第一フィルタ保持部51は、段付き部60により径大の第一部分61と径小の第二部分62とが形成され、第一気体導入孔52は第二部分62に形成されている。図2に示すように、第一フィルタ保持部51は、段付き部60においてセパレータ側支持部73に対し金属弾性部材74(波形座金)を介して当接配置される。また、第一部分61と主筒14との重なり部にはケーシング加締部76が形成されている。さらに、第二フィルタ保持部54の外側には、筒状の防護カバー64が設けられている。なお、第一フィルタ保持部51の第一部分61の外周面には、気体導入部となる溝部69が周方向に沿って複数形成されている。
【0023】
図2に戻り、セラミックセパレータ18はセパレータ側支持部73よりも前方側が主筒14(ケーシング10)の内側に入り込むように配置され、各リード線20,21等がセパレータ側リード線挿通孔72において軸方向に挿通される。一方、グロメット17は、第一フィルタ保持部51の後方側開口部に対しその内側に弾性的に嵌め込まれ、各リード線20,21等を挿通するためのシール側リード線挿通孔91を有するとともに、それらリード線20,21等の外面と第一フィルタ保持部51の内面との間をシールする。
【0024】
セラミックセパレータ18の後端面は、軸方向において第一気体導入孔52よりも後方側に位置するとともに、グロメット17とセラミックセパレータ18との間には前記した隙間98が形成されている。また、第一フィルタ保持部51の内周面とセラミックセパレータ18の外周面との間にも隙間92が形成されている。そして、第一気体導入孔52からの気体は該隙間92内に供給され、さらにセパレータ側リード線挿通孔72とリード線との間に形成された隙間Kを通ってケーシング10内に導かれる。
【0025】
セラミックセパレータ18には、4つのリード線挿通孔72が略90°間隔で形成され、その軸線方向中央前端側には、発熱体端部収容孔18aが軸線方向に形成されている。発熱体端部収容孔18aは、各リード線挿通孔72に対し内側から重なりを生ずるように、セラミックセパレータ18の中央部を切り欠いた形態で形成されている。そして、図6に示すように、外部電極接続金具33の金具本体部33cの後端縁は、セラミックセパレータ18の発熱体端部収容孔18aの開口側の端面において、隣接するリード線挿通孔72間に形成された隔壁部18bの端面に当接している。また、内部電極接続金具23の金具本体部23cの後端縁は、外部電極接続金具33の金具本体部33cよりも内側にて、上記隔壁部18bの端面に当接している。
【0026】
図1の酸素センサ1は、フィルタ53を介して大気が導入される一方、酸素検出素子2の外面には排気ガスが接触する。酸素検出素子2は、その内外面の酸素濃度差に応じて生ずる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リード線21,20を介して出力するものである。以下、酸素センサ1の製造方法について説明する。まず、図4(a)に示すように、フィルタアセンブリ16を予め組み立てておき、内側にはリード線20,21等を挿通しておく。なお、各リード線20,21は、セラミックセパレータ18のリード線挿通孔72に通しておき、内部電極接続金具23及び外部電極接続金具33を接続しておく。また、セラミックセパレータ18の後端部外側には金属弾性部材74を外挿する(図4(b)参照)。そして、フィルタアセンブリ16の第一フィルタ保持部51の後端開口部内にグロメット17を軸線方向に嵌着する。グロメット17の前端縁は、第一フィルタ保持部51の内周面に形成されたカバー側係合凸部100に当たって位置決めされる。
【0027】
続いて、そのグロメット17を装着済みのフィルタアセンブリ16を、グロメット17の挿通孔91内にてリード線20,21を滑らせながら、段部60の内面がリング状の金属弾性部材74に当たる位置まで移動させ、セラミックセパレータ18の外側に被せる(図4(c))。例えば、リード線20,21の束の上をフィルタアセンブリ16を多少傾けて滑らせても、第一フィルタ保持部51の開口部内縁とリード線20,21との間にはゴム製のグロメット17が介在しているので、該開口縁にてリード線20,21の外被が削られる心配がない。
【0028】
この状態で防護カバー64及び第一フィルタ保持部51の後端側重なり部を周方向に沿って内側のグロメットに向けて加締めることにより、グロメット加締部67を形成する。なお、リード線20,21等は両金具33,23のコネクタ33a,23aに接続され、セラミックセパレータ18のセパレータ側リード線挿通孔72を通って、グロメット17を経て外側に延出した状態となっている。他方、酸素検出素子2は主筒14内に予め組み付けておく。
【0029】
そして、図5(a)に示すように、発熱体3を先端側から酸素検出素子2内に挿入し、フィルタアセンブリ16の第一フィルタ保持部51を主筒14に被せ、セラミックセパレータ18を酸素検出素子2の後端部に向けて軸線方向に接近させる。これにより、外部電極接続金具33の金具本体部33cと、内部電極接続金具23の金具本体部23cとが、酸素検出素子2の開口部に位置決めされた形となる。そして、その状態でセラミックセパレータ18の前端面(図6の隔壁部18bの端面)に、金具本体部33c及び23cの後端縁を当接させつつ、セラミックセパレータ18と酸素検出素子2に向けて軸線方向にさらに接近させる。図6に示すように、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cの内側に相対的に押し込まれるとともに、金具本体部23cは酸素検出素子2の内側に押し込まれる。このとき、各金具本体部33c,23cの後端縁はセラミックセパレータ18の端面に当接しているので、軸線方向の押込力による引出し線部33b,23bの挫屈といった不具合を生じることなく、スムーズな組立てが可能となっている。
【0030】
そして、図5(b)において、第一フィルタ保持部51と主筒14とを軸線方向に加圧して金属弾性部材74を圧縮変形させ、その状態で第一フィルタ保持部51と主筒14とにケーシング加締部76を形成して両者を結合することにより組立てが終了する。
【0031】
なお、図7に示すように、グロメット側係合部を、グロメット17の軸線方向後端側において、その外周面から突出形成されたグロメット側凸部101を形成することもできる。そして、第一フィルタ保持部51の後端開口端面をカバー側係合部として、これを上記グロメット側凸部101と係合させることにより、グロメット17の第一フィルタ保持部51への軸線方向の位置決めを行うことができる。
【0032】
なお、図に示す実施例では、グロメット側凸部101はグロメット17の周方向に沿う鍔状に形成されている。また、第二フィルタ保持部54の後端部内周縁を内向きに突出させてグロメット押さえ部54aを形成し、グロメット側凸部101をそのグロメット押さえ部54aと第一フィルタ保持部51の後端開口端面との間で挟み付けて保持する形としている。この場合、グロメット17を第一フィルタ部51へ嵌め込んだ後、フィルタ53及び第二フィルタ保持部54をこの順序で外側から被せ、加締部67,56,57を形成して組付けを行う形となる。グロメット押さえ部54aは、第二フィルタ保持部54を被せた際に、グロメット17が第一フィルタ保持部51から飛び出すことを防止する役割を果たす。また、第二フィルタ保持部54の軸線方向前端側は、第一フィルタ保持部51の第一部分62にかかる位置まで延長され、加締部66によりこれに加締止めされている。なお、防護カバーは省略されている。
【0033】
また、図8に示す構成では、カバー側係合凸部102が、軸線方向中間部において第一フィルタ保持部51(カバー部材)の壁部を周方向に内向きに凹ませることにより、壁部内面側の対応する位置に形成される環状の凸部として形成されている。第一気体導入孔52の列は、その環状の凸部102の稜線に沿って形成されるとともに、壁部外面側においてその環状の凸部102に対応する形で環状の溝部102aが形成され、その溝部がフィルタ53を経て第一気体導入孔52に向かう外気の流通空間となっている。この構成では、カバー側係合凸部102に対応して生ずる溝部102aを、外気の流通空間として流用することで、フィルタ53を通って流れ込む基準ガスとしての外気(大気)の流通抵抗が和らげられ、第一気体導入孔52から外筒14内にスムーズにこれを導入できる。なお、防護カバー64の後方側開口内縁には、グロメット17の飛び出しを防止するための飛び出し防止凸部64aが、例えば周方向に沿って形成されている。
【0034】
以上説明した本発明のセンサの構造は、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することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの縦断面図。
【図2】図1の酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図3】組立状態のフィルタアセンブリの部分縦断面図。
【図4】図1の酸素センサの組立方法の一例を示す工程説明図。
【図5】図4に続く工程説明図。
【図6】図1のセラミックセパレータの作用説明図。
【図7】図1の酸素センサの変形例の要部を示す縦断面図。
【図8】同じく別の変形例の要部を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 酸素センサ
2 酸素検出素子
3 発熱体
16 フィルタアセンブリ(カバー部材)
17 グロメット
18 セラミックセパレータ
20,21 リード線
100,102 カバー側係合凸部
101 グロメット側係合凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to oxygen sensors, HC sensors, NOXThe present invention relates to a gas sensor for detecting a component to be detected in a gas to be measured, such as a sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas sensor as described above, a gas sensor having a structure in which a rod-shaped or cylindrical detection element having a detection portion for detecting a detected component formed at the tip is arranged inside a metal casing is known. . For example, in the case of an oxygen sensor, a shaft-shaped oxygen detection element made of a solid electrolyte ceramic such as zirconia is arranged in the casing so that the detection part at the tip protrudes, and the element comes in contact with the gas to be measured. The sensor output generated in is taken out through the lead wire.
[0003]
For example, many general oxygen sensors have an air passage for introducing air as a reference gas into the casing on the rear end side (opposite to the detection portion) of the casing that houses the oxygen detection element. A cover member is assembled. The lead wire passes through a ceramic separator disposed in the cover member, and is further drawn out through a rubber grommet for sealing fitted in a rear end opening of the cover member.
[0004]
By the way, in recent years, the demand for oxygen sensors has increased with the rise of the automobile industry, and the demand for price reduction has been increasing year by year. Gas sensors such as oxygen sensors have a large number of parts among electric parts for automobiles, and how to simplify the assembly process is an important key to reducing manufacturing costs. To that end, it is necessary to improve the technology on the production equipment side, such as automation of the assembly process, but it is also important to devise a sensor structure that is advantageous for man-hour reduction.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when assembling the oxygen sensor as described above, for example, an oxygen detection element, a heating element for heating the oxygen detection element, and the like are assembled in advance in a cylindrical casing, and a lead wire or the like is attached to a ceramic separator. Pass through the lead wire insertion hole. At this time, each lead wire is in a state of extending outward from the rear end opening of the cover member. In the subsequent assembly, the cover member is attached to the rear end of the casing while sliding on the lead wire on the inner surface side, and then the grommet is attached to the cover member.FittingIt is a form that includes a process of at least two stages of entering.
[0006]
However, in this method, since the attachment of the cover member to the casing and the attachment of the grommet to the cover member are sequentially performed, the number of man-hours increases and the efficiency is poor. In addition, the rear end opening of the cover member is often reduced in diameter in order to reduce the grommet size and improve the sealing performance. However, the grommet fits over the bundle of lead wires that pass therethrough. The front cover member is slid and attached to the casing. Therefore, if the cover member is tilted and slid even slightly over the bundle of lead wires, the outer cover of the lead wire is scraped at the opening edge of the cover member, resulting in poor insulation or shavings remaining in the casing. It is easy to cause trouble.
[0007]
On the other hand, for example, when the flow path of outside air introduced into the casing from the outside of the cover member is secured, or when the size of the arrangement pitch circle of the lead wire insertion holes is different between the grommet and the ceramic separator, the pitch In many cases, a predetermined amount of gap is formed between the ceramic separator and the grommet disposed in the cover member for the purpose of absorbing the difference in the diameters of the circles. In this case, when the grommet is pushed into the cover member, it is difficult to position the grommet in the axial direction, and another problem arises that it takes time to adjust the amount of the gap to an intended value.
[0008]
An object of the present invention is to efficiently perform assembly of the cover member and the grommet to the sensor by adopting the gas sensor having a structure capable of easily positioning the grommet to the cover member and the structure. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gas sensor that hardly damages a lead wire jacket or the like when the cover member is attached to the casing.
[0009]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above problems, the gas sensor of the present inventionThe first of,
A shaft-shaped detection element and a cylindrical casing that accommodates the detection element in a state where the detection portion formed at the tip of the detection element is projected, and is connected to the casing from the rear side in the axial direction. A cover member for extending the lead wire from the detection element to the outside from the rear end opening, and the cover member is fitted inward from the rear end opening to seal the gap between the lead wire and the inner surface of the cover member The cover member has a grommet in the axial direction from the rear end opening.FittingWhen engaged, it engages with the grommet side engaging portion formed on the grommet side, so that the grommet in the axial direction of the grommet with respect to the cover memberFittingA cover side engagement part that defines the entry position is formed.The cover side engaging portion is a cover side engaging convex portion that protrudes from the inner surface at a position spaced apart from the opening edge of the rear end of the cover member by a predetermined distance in the axial direction, and the front end edge in the axial direction of the grommet. As a grommet side engaging part, it comes to engage with thisIt is characterized by.
The second of the present invention is
A shaft-shaped detection element and a cylindrical casing that accommodates the detection element in a state where the detection portion formed at the tip of the detection element is projected, and is connected to the casing from the rear side in the axial direction. A cover member for extending the lead wire from the detection element to the outside from the rear end opening, and the cover member is fitted inward from the rear end opening to seal the gap between the lead wire and the inner surface of the cover member The cover member is engaged with a grommet side engaging portion formed on the grommet side when the grommet is inserted in the axial direction from the rear end opening portion, so that the grommet with respect to the cover member is engaged with the cover member. A cover side engaging portion that defines an insertion position in the axial direction is formed, and the cover member is provided integrally therewith on the rear side of the casing for guiding the outside air into the casing. A first filter holding portion having one gas introduction hole, and a second filter holding portion provided outside the first filter holding portion and having a second gas introduction hole for introducing outside air into the casing; A filter assembly including a filter disposed between the first and second filter holding portions so as to block the first and second gas introduction holes, and blocking liquid permeation and allowing gas permeation. The first filter holding portion of the filter assembly is connected to the casing from the rear side as a cylindrical body separate from the casing, and the grommet is fitted in the rear end opening of the first filter holding portion, A plurality of first gas introduction holes are formed at predetermined intervals along the circumferential direction of the first filter holding portion, and are closed from the outside by the cylindrical filter, and are engaged on the cover side. Is an annular convex portion formed at a corresponding position on the inner surface side of the wall portion by denting the wall portion of the cover member inward in the circumferential direction at the intermediate portion in the axial direction, and a row of first gas introduction holes Is formed along the ridge line of the annular convex portion, and an annular groove portion is formed on the outer surface side of the wall portion in a shape corresponding to the annular convex portion, and the groove portion passes through the filter and the first gas introduction hole is formed. It is characterized by being a distribution space for outside air toward
[0010]
According to the configuration of the gas sensor, when the grommet is attached to the cover member, the grommet can be easily positioned in the axial direction on the cover member by the engagement of the grommet side engaging portion and the cover side engaging portion. it can.
According to the first configuration of the gas sensor,For example, a ceramic separator in which lead wire insertion holes for individually inserting a plurality of lead wires are formed in the axial direction can be disposed in the cover member. In this case, the engagement of the cover side engaging portion and the grommet side engaging portion makes it easy to place the grommet at a position where a predetermined amount of gap is formed between its front end surface and the rear end surface of the ceramic separator. As a result, the clearance can be secured and the gap amount can be managed very easily.Further, the front end edge of the grommet in the axial direction is used as a grommet side engaging portion, and this is engaged with the cover side engaging convex portion, whereby the grommet can be reliably positioned on the cover member.
According to the second configuration of the gas sensor, the flow resistance of the outside air (atmosphere) as the reference gas flowing through the filter is obtained by diverting the groove formed corresponding to the cover side engaging portion as the outside air circulation space. And can be smoothly introduced into the outer cylinder from the first gas introduction hole.
[0011]
In addition, the manufacturing method of the gas sensor of the present invention, when manufacturing the gas sensor of the present invention having the above structure, in a state before being attached to the casing,When the grommet is inserted into the cover member in the axial direction from the rear end opening in the state before being attached to the casing, the cover member is engaged with the grommet side engaging portion formed on the grommet side. A cover side engagement portion that prescribes the insertion position of the grommet in the axial direction is formed in advance, andThe grommet is engaged with the rear end opening of the cover member, and the cover side engaging portion and the grommet side engaging portion are engaged.Fit in the formThe cover member that is inserted and fixed and has the grommet attached thereto is attached to the casing.
[0012]
According to this method, the grommet is attached to the cover member in a state before being attached to the casing, and the cover member with the grommet is assembled to the casing. Thereby, when assembling a large number of gas sensors, the attachment of the grommet to the cover member and the attachment of the cover member to the casing can be performed in parallel, so that the assembly process can be greatly streamlined. . Further, the operation of assembling the grommet while positioning the grommet on the cover member in the axial direction can be performed very efficiently by employing the configuration of the gas sensor of the present invention. Note that the lead wire in the cover member can be inserted into the grommet, and the cover member can be attached to the casing while sliding on the lead wire in the insertion hole of the grommet. As a result, even if the cover member is slightly tilted and slid over the bundle of lead wires, a grommet made of rubber or the like is interposed between the inner edge of the opening of the cover member and the lead wire. The trouble that the outer jacket of the lead wire is cut off at the opening edge of the member is less likely to occur.
[0013]
In addition,In the first configuration of the gas sensor, the cover-side engagement convex portion is formed at a corresponding position on the inner surface side of the wall portion by indenting the wall portion of the cover member inward in the axial direction intermediate portion. It can be a convex part. Such a convex part can be easily formed by performing a process such as pressing from the outside at the intermediate position in the axial direction of the cover member. Moreover, the convex part may be formed continuously or intermittently along the circumferential direction of the cover member. As a result, the grommet can be more easily positioned with respect to the cover member, and problems such as the grommet being inclined with respect to the axis of the cover member are less likely to occur.
On the other hand, the grommet side engaging portion may be a grommet side convex portion that protrudes from the outer peripheral surface on the rear end side in the axial direction of the grommet. In this case, the rear end opening end face of the cover member is used as a cover side engaging portion, and this is engaged with the grommet side convex portion, whereby the grommet can be reliably positioned on the cover member.
[0014]
In addition, the gas sensorIn the first configurationIs provided integrally therewith on the rear side of the casing, and has a first filter holding portion in which a first gas introduction hole for guiding outside air is formed in the casing, and inside or outside of the first filter holding portion. A second filter holding portion provided with a second gas introduction hole for guiding the outside air into the casing, and a configuration for closing the first and second gas introduction holes between the first and second filter holding portions. The first filter holding unit is connected to the casing from the rear side as a cylindrical body separate from the casing. Can be configured.
[0015]
The gas sensor having such a structure can be manufactured by the following method. First, the second filter holding part is formed by arranging the filter and the second filter holding part in this order on the outside of the first filter holding part in this order before being assembled to the casing, and forming the crimped part in that state. And a filter is assembled | attached to a 1st filter holding | maintenance part, and it is set as a filter assembly. The filter assembly is used as a cover member, and the grommet is assembled in advance to the cover member, and the filter assembly to which the grommet is already attached is attached to the casing.
[0016]
The gist of the sensor configuration described above is that the ventilation structure including the filter is configured as a filter assembly independently of the casing, and is connected to and integrated with the casing. Thereby, the following effects are achieved in the manufacturing method.
(1) Since the assembly of the filter assembly can be performed independently of the assembly of the oxygen sensing element into the casing, for example, the lead wire of the sensing element does not get in the way, and the assembly work is extremely efficient. Can be done.
(2) Since the assembly of parts into the casing and the assembly of the filter assembly can be performed in parallel, the productivity is dramatically improved. Even if a filter assembly failure or the like occurs, if a failure can be found at the filter assembly stage, the sensor will not be affected by the failure, and parts will not be wasted.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows the internal structure of an oxygen sensor as an embodiment of the gas sensor of the present invention. The
[0018]
In the opening on the rear side of the
[0019]
As shown in FIG. 2, a separator-side lead
[0020]
Next, the
[0021]
The cover-side engaging
[0022]
FIG. 3 shows the assembled state of the
[0023]
Returning to FIG. 2, the
[0024]
The rear end surface of the
[0025]
In the
[0026]
In the
[0027]
Subsequently, the
[0028]
In this state, a
[0029]
Then, as shown in FIG. 5A, the
[0030]
5 (b), the first
[0031]
In addition, as shown in FIG. 7, the grommet side engaging part can also form the grommet side
[0032]
In the embodiment shown in the figure, the grommet side
[0033]
Further, in the configuration shown in FIG. 8, the cover-side engagement
[0034]
The structure of the sensor of the present invention described above is a gas sensor other than an oxygen sensor, such as an HC sensor or NO.XThe same applies to sensors and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor as an embodiment of a gas sensor of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of the oxygen sensor of FIG.
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of the filter assembly in an assembled state.
4 is a process explanatory view showing an example of an assembly method of the oxygen sensor of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a process explanatory diagram following FIG. 4;
6 is an operation explanatory view of the ceramic separator of FIG. 1. FIG.
7 is a longitudinal sectional view showing the main part of a modification of the oxygen sensor of FIG.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the main part of another modification.
[Explanation of symbols]
1 Oxygen sensor
2 Oxygen detection element
3 Heating elements
16 Filter assembly (cover member)
17 Grommet
18 Ceramic separator
20, 21 Lead wire
100, 102 Cover-side engagement convex part
101 Grommet side engagement convex part
Claims (7)
その検出素子の先端に形成された検出部を突出させた状態で、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
そのケーシングに対し軸方向後方側から連結されるとともに、後端開口部から前記検出素子からのリード線を外側に延出させるカバー部材と、そのカバー部材に対し前記後端開口部から内側に嵌め込まれ、前記リード線と該カバー部材の内面との間をシールするグロメットとを備え、
前記カバー部材には、前記後端開口部から前記グロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対する前記グロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部が形成され、
前記カバー側係合部は、前記カバー部材の後端開口縁から軸線方向に所定距離隔たった位置において、その内面から突出形成されたカバー側係合凸部であり、前記グロメットの軸線方向前端縁部を前記グロメット側係合部として、これと係合するようになっていることを特徴とするガスセンサ。An axial sensing element;
In a state where the detection portion formed at the tip of the detection element is protruded, a cylindrical casing that accommodates the detection element;
A cover member that is connected to the casing from the rear side in the axial direction and extends the lead wire from the detection element to the outside from the rear end opening, and is fitted inward from the rear end opening to the cover member A grommet that seals between the lead wire and the inner surface of the cover member,
Said cover member from said rear end opening when you type fitting the grommet in the axial direction, by engaging the grommet-side engagement portion formed on the grommet side, the axis of the grommet against the cover member A cover-side engagement portion that defines the insertion position in the direction is formed ;
The cover-side engagement portion is a cover-side engagement convex portion that is formed to protrude from the inner surface of the cover member at a predetermined distance in the axial direction from the rear end opening edge of the cover member, and the front end edge in the axial direction of the grommet A gas sensor characterized in that a part is used as the grommet side engaging part and is engaged with the grommet side engaging part .
その第一フィルタ保持部の外側に設けられ、前記ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、
それら第一及び第二フィルタ保持部の間において前記第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備えるフィルタアセンブリであり、該フィルタアセンブリの前記第一フィルタ保持部が、前記ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のガスセンサ。The cover member is provided integrally therewith on the rear side of the casing, and a first filter holding portion in which a first gas introduction hole for introducing outside air into the casing is formed;
A second filter holding portion provided outside the first filter holding portion and having a second gas introduction hole for guiding outside air into the casing;
A filter assembly including a filter disposed between the first and second filter holding portions so as to close the first and second gas introduction holes, and blocking the permeation of liquid and allowing the permeation of gas. The gas sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first filter holding portion of the filter assembly is connected to the casing from the rear side as a cylindrical body separate from the casing.
その検出素子の先端に形成された検出部を突出させた状態で、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
そのケーシングに対し軸方向後方側から連結されるとともに、後端開口部から前記検出素子からのリード線を外側に延出させるカバー部材と、そのカバー部材に対し前記後端開口部から内側に嵌め込まれ、前記リード線と該カバー部材の内面との間をシールするグロメットとを備え、
前記カバー部材には、前記後端開口部から前記グロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対する前記グロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部が形成され、
前記カバー部材は、前記ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けられ、前記ケーシング内に外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィルタ保持部と、その第一フィルタ保持部の外側に設けられ、前記ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、それら第一及び第二フィルタ保持部の間において前記第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備えるフィルタアセンブリであり、該フィルタアセンブリの前記第 一フィルタ保持部が、前記ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結され
さらに、前記グロメットは前記第一フィルタ保持部の後端開口部内に嵌め込まれており、
前記第一気体導入孔は前記第一フィルタ保持部の周方向に沿って所定の間隔で複数形成されるとともに、筒状の前記フィルタにより外側から塞がれており、
前記カバー側係合部は、軸線方向中間部において前記カバー部材の壁部を周方向に内向きに凹ませることにより、壁部内面側の対応する位置に形成される環状の凸部であり、前記第一気体導入孔の列は、その環状の凸部の稜線に沿って形成されるとともに、壁部外面側においてその環状の凸部に対応する形で環状の溝部が形成され、その溝部が前記フィルタを経て前記第一気体導入孔に向かう外気の流通空間となっていることを特徴とするガスセンサ。An axial sensing element;
In a state where the detection portion formed at the tip of the detection element is protruded, a cylindrical casing that accommodates the detection element;
A cover member that is connected to the casing from the rear side in the axial direction and extends the lead wire from the detection element to the outside from the rear end opening, and is fitted inward from the rear end opening to the cover member A grommet that seals between the lead wire and the inner surface of the cover member,
Said cover member from said rear end opening when you type fitting the grommet in the axial direction, by engaging the grommet-side engagement portion formed on the grommet side, the axis of the grommet against the cover member A cover-side engagement portion that defines the insertion position in the direction is formed ;
The cover member is provided integrally therewith on the rear side of the casing, and includes a first filter holding portion in which a first gas introduction hole for introducing outside air into the casing is formed, and the first filter holding portion. A second filter holding portion provided on the outside of the casing and formed with a second gas introduction hole for introducing outside air into the casing, and the first and second gases between the first and second filter holding portions. A filter assembly that is arranged in a form to close the introduction hole, and includes a filter that prevents permeation of liquid and allows permeation of gas, and wherein the first filter holding portion of the filter assembly is a cylinder separate from the casing. Connected to the casing from the rear side as a body
Further, the grommet is fitted in a rear end opening of the first filter holding part,
A plurality of the first gas introduction holes are formed at predetermined intervals along the circumferential direction of the first filter holding portion, and are closed from the outside by the cylindrical filter,
The cover side engaging portion is an annular convex portion formed at a corresponding position on the inner surface side of the wall portion by denting the wall portion of the cover member inward in the circumferential direction at an axially intermediate portion, The row of the first gas introduction holes is formed along the ridge line of the annular convex portion, and an annular groove portion is formed on the outer surface side of the wall so as to correspond to the annular convex portion. A gas sensor characterized in that it is a circulation space of outside air that goes to the first gas introduction hole through the filter .
その検出素子の先端に形成された検出部を突出させた状態で、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
そのケーシングに対し軸方向後方側から連結されるとともに、後端開口部から前記検出素子からのリード線を外側に延出させるカバー部材と、
そのカバー部材に対し前記後端開口部から内側に嵌め込まれ、前記リード線と該カバー部材の内面との間をシールするグロメットとを備えたガスセンサの製造方法であって、
前記ケーシングに取付前の状態にて、前記カバー部材に、前記後端開口部から前記グロメットを軸線方向に嵌入した際に、グロメット側に形成されたグロメット側係合部と係合することにより、該カバー部材に対する前記グロメットの軸線方向の嵌入位置を規定するカバー側係合部を予め形成しておき、さらに、前記ケーシングに取付前の状態にて、前記カバー部材の前記後端開口部に前記グロメットを、前記カバー側係合部と前記グロメット側係合部とを係合させる形で嵌入・固定し、
そのグロメット取付け済みのカバー部材を前記ケーシングに取り付けることを特徴とするガスセンサの製造方法。An axial sensing element;
In a state where the detection portion formed at the tip of the detection element is protruded, a cylindrical casing that accommodates the detection element;
A cover member connected to the casing from the rear side in the axial direction, and extending a lead wire from the detection element to the outside from the rear end opening,
A gas sensor manufacturing method comprising a grommet that is fitted inward from the rear end opening to the cover member and seals between the lead wire and the inner surface of the cover member,
At before being mounted in said casing, said cover member, from said rear end opening when you type fitting the grommet in the axial direction, by engaging the grommet-side engagement portion formed on the grommet side A cover side engaging portion that prescribes a fitting position of the grommet in the axial direction with respect to the cover member is formed in advance , and further, in a state before being attached to the casing, in the rear end opening portion of the cover member. It said grommet, fitted to the input and fixed in a manner to engage the said cover-side engaging portion and the grommet-side engagement portion,
A method of manufacturing a gas sensor, comprising attaching the grommet-attached cover member to the casing.
そのフィルタアセンブリに対して前記グロメットを予め組み付けた状態となし、そのグロメット取付け済みのフィルタアセンブリを前記ケーシングに取り付ける請求項6記載のガスセンサの製造方法。The cover member is provided integrally therewith on the rear side of the casing, and includes a first filter holding portion in which a first gas introduction hole for introducing outside air into the casing is formed, and the first filter holding portion. A second filter holding portion provided on the outside of the casing and formed with a second gas introduction hole for introducing outside air into the casing, and the first and second gases between the first and second filter holding portions. A filter assembly that is arranged in a form that closes the introduction hole, and that includes a filter that prevents liquid from passing and allows gas to pass;
The method for manufacturing a gas sensor according to claim 6 , wherein the grommet is assembled in advance with respect to the filter assembly, and the filter assembly with the grommet attached thereto is attached to the casing.
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