JP3815823B2

JP3815823B2 - センサのシール構造

Info

Publication number: JP3815823B2
Application number: JP16104696A
Authority: JP
Inventors: 浩一高橋; 誠久米
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: JPH09318580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサのシール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサとして、ジルコニア等の固体電解質や金属酸化物半導体を検出素子として用いるものが知られている。検出素子は筒状のケーシングの内側に配置され、その出力は素子に接続されたリード線によりケーシングの外側に取り出される。また、リード線が引き出されるケーシングの開口部には、ケーシング内へ水等が進入することを阻止するためにゴム製のシールがはめ込まれ、リード線はこのシールを貫いてケーシングの外側に延出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記酸素センサは作動温度が３００℃以上と高く、ヒータにより検出素子を強制加熱する構造が一般に採用されている。この場合、ヒータによる発熱にエンジンからの発熱が重なって、酸素センサはかなりの高温度にさらされることになり、上記シールも耐熱性ゴムで構成する必要がある。従来、そのようなゴムとしてはシリコンゴムが用いられてきたが、その耐熱性は必ずしも十分とはいえず、温度が特に高くなった場合（例えば２５０℃以上）にはシール性が失われてしまう欠点があった。また、シリコンゴムよりもさらに耐熱性に優れたフッ素ゴムを使用する構成も提案されているが（例えば特開平８一１５２１４等）、フッ素ゴムは高温になるとフッ素ガスを放出するので、これがケーシング内に放出された場合、基準ガスにこれが混入して検出精度を低下させたり、あるいはリード線（及びこれが接続される端子）の露出部分を腐食してしまう問題がある。
【０００４】
本発明の課題は、高温においてもシール性が劣化せず、しかもフッ素ガス等の放出による検出精度の低下等が起こりにくいセンサのシール構造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】
本発明のセンサのシール構造においては、少なくとも一端に開口部が形成された筒状のケーシングの内側に検出素子が配置され、その検出素子からの出力を取り出すリード線が、開口部から外側に延出するとともに、ケーシングの該開口部が形成されている端部内側に、リード線とケーシング内面との間をシールする樹脂製のシール部材が配置される。そして、上述の課題を解決するために、そのシール部材は、ケーシングの軸方向において、該ケーシング内側に面する端面を含む第一部分と、該第一部分よりも前記開口部側に位置する第二部分との少なくとも２部分から構成され、少なくともその第二部分がフッ素を含有する樹脂により構成されるとともに、該第二部分のフッ素含有量が第一部分のフッ素含有量よりも多くされたことを特徴とする。なお、検出素子は、具体的には酸素を検出するものとすることができる。
【０００６】
上記構成によれば、シール部材のケーシング内側に面する第一部分を、それよりも開口部側に位置する第二部分よりフッ素含有量の低い樹脂で構成することで、高温におけるケーシング内へのフッ素ガスの放出を防止ないし抑制することができ、ひいては基準ガスへのフッ素ガスの混入に伴う検出精度の低下、あるいはリード線や端子の露出部分の腐食等を起こりにくくすることができる。また、第二部分をフッ素を含有する樹脂で構成することで、高温におけるシール性を確保できる。
【０００７】
具体的には上記第二部分は、シール部材の、ケーシングの開口部側に位置する端面を含むものとして構成することができる。また、さらに具体的にはシール部分を、ケーシングの軸方向において、開口部側の端面を含む第二部分と、それと反対側の端面を含む第一部分との、互いに隣接する２部分により構成することができる。
【０００８】
この場合、第二部分のフッ素含有率を４０重量％以上とすることで、高温でのシール性がさらに向上し、例えば２５０℃以上の高温でもシール性が確保できるようになる。一方、第一部分のフッ素含有量を３０重量％以下（ゼロを含む）に設定することによりリード線の腐食防止に顕著な効果が得られ、さらに１０重量％以下（ゼロを含む）に設定することで、例えば酸素センサにおける基準ガスへのフッ素ガスの混入に起因した検出精度の低下等が効果的に防止ないし抑制される。
【０００９】
シール部材はゴムで構成することで、リード線の挿通及びケーシングへの嵌着が容易となり、ひいてはシール構造の組立てを能率的に行うことができる。この場合、シール部材の第一部分をシリコンゴムで、第二部分をフッ素ゴムで構成することができる。この構成によれば、ケーシング内へのフッ素ガスの放出がほとんど起こらなくなる。
【００１０】
なお、ここでいう「シリコンゴム」とは、ゴムの分子構造において、その主鎖が主にオルガノシロキサン結合により形成される合成ゴムを総称するものであり、特にビニルシリコンゴム（ビニルメチルシリコンゴム）、フェニルシリコンゴム（フェニルメチルシリコンゴム）、フッ化シリコンゴム等が好適に使用できる。また、「フッ素ゴム」とは、フッ素を含有する合成ゴムを総称するものであり、例えばフッ化ビニリデン系ゴム（フッ化ビニリデンと、６フッ化プロピレン、５フッ化プロピレンあるいは３フッ化塩化エチレン等との共重合体を主成分とするもの）、四フッ化エチレン−プロピレンゴム、四フッ化エチレン−フルオロメチルビニルエーテルゴム、フォスファゼン系ゴム、フッ化アクリレート系ゴム、フッ化ポリエステル系ゴム等が使用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のシール構造が採用されたセンサユニットの一例を示している。すなわち、該センサユニット５０においては、筒状のケーシング１の先端部内側に配置された検出素子２が、ガス導入孔１ｄから導入された排気ガスと接触することにより、その酸素濃度に応じて検出信号を発生させ、その出力が該素子２に接続された端子３及びリード線４によりケーシング１の開口部１ｅから外側に取り出されるようになっている。なお、検出素子２は、例えばアルミナ等の耐熱性絶縁材料で構成されたベース部の先端に、酸素濃度によって抵抗値の変化するチタニア等の金属酸化物を用いて検出部を形成した構造を有し、該検出部の抵抗変化が測定ガス中の酸素濃度の検出信号として出力される。また、検出素子２の内側には、これを所定の作動温度に加熱するためのヒータ５が設けられており、これに接続された端子８及びリード線９を介して通電されるようになっている。
【００１２】
ケーシング１は、検出素子２が配置される下部スリーブ１ｃと、開口部１ｅが形成された上部スリーブ１ａと、両スリーブ１ｃ及び１ａを互いに結合するとともにセンサユニット５０を図示しない排気管等に固定するための螺子部１ｆを備えたハウジング１ｂとによって構成されている。また、上部スリーブ１ａの内側には、該上部スリーブ１ａよりも径小で、かつ上端側がラッパ状に拡径するように段部１ｇが形成された補助スリーブ１ｄが配置されている。そして、上部スリーブ１ａには、その開口部１ｅが形成されている端部内側に、上記リード線４及び９とスリーブ１ａの内面との間をシールするシール部材１０が配置されている。シール部材１０は、スリーブ１ａの軸方向において互いに隣接する２部分、すなわちスリーブ１ａの内側に面する端面１１ａを含む第一部分１１と、開口部１ｅ側の端面１２ａを含む第二部分１２とから構成される。ここで、第二部分１２はフッ化ゴム、例えばフッ化ビニリデン系ゴム等のフッ素ゴム（フッ素含有量４０重量％以上）により、また、第一部分１１はシリコンゴム、例えばビニルメチルシリコンゴム等のシリコンゴム（フッ素含有量は実質的にゼロ）により構成されている。
【００１３】
図２は、シール部材１０を取り出して示すものであり、第一部分１１及び第二部分１２は、非圧縮状態ではスリーブ１ａの内径よりも少し大きいほぼ同一断面径を有する円柱状に構成され、第二部分１２の長さは第一部分１１の長さよりも短くされている。そして、第二部分１２には、前述の各リード線４及び９（図１）をそれぞれ通すためのリード線挿通孔１２ｂが形成されており、各々その内面には、孔の深さ方向に連なるように複数の抜止め用の段部１２ｃが形成されている。一方、第一部分１１には、上記各リード線挿通孔１２ｂに対応する位置に、前述の端子３及び８（図１）を通すための端子挿通孔１１ｂが形成されている。なお、両部分１２及び１１は、接触面Ｐにおいて非接着状態で互いに接触するものとされているが、適当な接着剤を用いて接着してもよい。また、シール部材１０をスリーブ１ａの軸方向に隣接する３以上の部分により形成してもよい。
【００１４】
以下、シール部材１０の組付方法について説明する。すなわち、シール部材１０は、図３に示すように開口部１ｅからスリーブ１ａの内側へ半径方向に圧縮されながら押し込まれる。これにより、シール部材１０の外面が開口部１ｅの内面と密着し、両者の間がシールされる。ここで、補助スリーブ１ｄの段部１ｇは、該スリーブ１ｄの軸方向においてシール部材１０がそれ以上内側に入り込むことを阻止するストッパとして機能する。次に、各リード線４及び９は、それぞれ芯線３０の外側が絶縁被覆３１で覆われた構造とされており、それぞれシール部材１０の対応するリード線挿通孔１２ｂに挿入され、その芯線３０の先端に金属製のソケット３２が取り付けられる。そして、それらソケット３２に各端子３及び８が係合して、それぞれ接続状態となる。各リード線４及び９の外径はリード線挿通孔１２ｂの内径よりも大きく設定されており、リード線４及び９がそれら挿通孔１２ｂを押し広げるようにして挿通されることで両者の間がシールされる。
【００１５】
ここで、ソケット３２は、外径が各端子挿通孔１１ｂよりも大きく設定され、各端子３及び８が接続された状態で、対応する端子挿通孔１１ｂ内にこれを押し広げながら進入させられる。これに伴い、各リード線４及び９は、その端部側において第二部分１２と第一部分１１との間にまたがって位置することとなる。そして、その第一部分１１内に入り込んだその末端部分に対応して、端子挿通孔１１ｂの内面には円環状の凸条部１１ｃが形成され、これが絶縁被覆３１の外面と気密状態で接触している。これにより、高温において第二部分１２を構成するフッ素ゴムからフッ素ガスが放出されても、上記凸条部１１ｃによりこれが止められるので、ソケット３２や端子３，８等がフッ素ガスにより腐食されることが防止ないし抑制される。
【００１６】
この状態で、図４（ａ）に示すようにスリーブ１ａの開口端側を半径方向にかしめて開口部１ｅを縮径させることにより、シール部材１０に抜止めが施されて図１に示す組み付け状態となる。なお、同図（ｂ）に示すように、シール部材１０の軸方向中間部に対応する位置において、上部スリーブ１ａを縮径方向にかしめることにより、シール部材１０の抜止めを行ってもよい。
【００１７】
一方、別の組付方法として、下記のようなものを採用することもできる。すなわち、図５（ａ）に示すように、上部スリーブ１ａの開口部１ｅを予め縮径状態に形成する一方、ハウジング１ｂへの接合が予定された側の開口部１ｈからシール部材１０をその内側へ挿入する。一方、同図（ｂ）に示すように、ハウジング１ｂ側には、予め補助スリーブ１ｄをスポット溶接等により接合しておく。そして、その状態で同図（ｃ）に示すように、上部スリーブ１ａを補助スリーブ１ｄの外側に被せるようにして装着し、さらにその開口部１ｈ側において上部スリーブ１ａとハウジング１ｂとをスポット溶接等により接合して組付けを終了する。シール部材１０は、縮径された上部スリーブ１ａの開口部１ｅと、補助スリーブ１ｄとの間で軸方向に圧縮されて半径方向に広がることで、上部スリーブ１ｄとの間をシールすることとなる。
【００１８】
【実施例】
図１に示すセンサユニット５０において、そのシール部材１０の第二部分１２と第一部分１１とを、フッ素含有量の異なる各種ゴムで構成し、以下に述べる耐久試験を行った。なお、フッ素含有量がゼロのゴムとしては、ビニルメチルシリコンゴムゴムを用いた。また、各端子３，８はステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）により構成した。
【００１９】
（１）センサ特性
第二部分１２が２５０℃となる条件でセンサユニット５０をエンジンに装着して１００時間エンジンを運転し、運転中のセンサ出力を電圧計によりモニタして、急激な出力変動が発生したか否かを判断する。評価基準は以下のとおりである。○：運転中のセンサ出力の変動がほとんどない。
△：センサ出力が若干変動はするが測定には支障なし。
×：出力が急激に変動し、異常発生。
【００２０】
（２）防水性
リード線４，９（図１等）の絶縁被覆と芯線との隙間を介して２気圧の空気をケーシング１内に導入し、その状態でセンサユニット５０を水没させて、シール部材１０とケーシング１との隙間から空気が漏れ出すか否かを目視で確認した。評価基準は以下の通りである。
○：漏れ出し全くなし。
△：空気の漏れ出しが２ｃｃ／分以下。
×：空気の漏れ出しが２ｃｃ／分以上。
【００２１】
（３）端子の腐食
試験終了後に、各端子３及び８に腐食が生じているか否かを目視にて確認した。評価基準は以下の通りである。
○：腐食がほとんど認められない。
△：表面が腐食するが断線に至らない。
×：腐食によって端子の断線が生じる。
以上の結果を表１に示す
【００２２】
【表１】

【００２３】
本発明のシール構造を採用したセンサユニットについては、防水性及びセンサ特性がいずれも良好であり、端子の腐食もほとんど発生していないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール構造を採用したセンサユニットの一例を示す正面断面図。
【図２】そのシール部材の正面断面図。
【図３】シール部材を上部スリーブ内へ挿入した状態示す正面断面図。
【図４】同じくその開口部をかしめた状態を、その変形例とともに示す正面断面図。
【図５】シール部材の組付方法の別の実施例を示す工程説明図。
【符号の説明】
１ケーシング
１ａ上部スリーブ
１ｅ開口部
２検出素子
４，９リード線
１０シール部材
１１第一部分
１２第二部分
５０センサユニット

Claims

少なくとも一端に開口部が形成された筒状のケーシングの内側に検出素子が配置され、その検出素子からの出力を取り出すリード線が、前記開口部から外側に延出するとともに、前記ケーシングの該開口部が形成されている端部内側に、前記リード線と前記ケーシング内面との間をシールする樹脂製のシール部材が配置され、
そのシール部材は、前記ケーシングの軸方向において、該ケーシング内側に面する端面を含む第一部分と、該第一部分よりも前記開口部側に位置する第二部分との少なくとも２部分から構成され、少なくともその第二部分がフッ素を含有する樹脂により構成されるとともに、該第二部分のフッ素含有量が前記第一部分のフッ素含有量よりも多くされ、且つ、前記第一部分の長さを、前記第二部分の長さよりも長くしており、
前記リード線は、前記第二部分と前記第一部分とにまたがって位置しつつ、前記検出素子と接続することを特徴とするセンサのシール構造。
前記シール部材は、前記第二部分のフッ素含有量が４０重量％以上とされ、かつ前記第一部分のフッ素含有量が３０重量％以下（ゼロを含む）とされている請求項１記載のセンサのシール構造。
前記シール部材は、その第二部分がフッ素ゴムにより構成され、第一部分がシリコンゴムにより構成されている請求項１又は２に記載のセンサのシール構造。
前記シール部材は、その第一部分に前記リード線が通る端子挿通孔が形成され、該第一部分内に位置する前記リード線の末端部分に対応して、前記端子挿通孔の内面には円環状の凸条部が形成され、該凸条部が前記リード線の絶縁被覆の外面と気密状態で接触する請求項１記載のセンサのシール構造。