JP4608144B2

JP4608144B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4608144B2
Application number: JP2001221362A
Authority: JP
Inventors: 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP2003035694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出素子の信号取出部に接続されたリード線を、検出素子の信号取出部側に形成された内部空間の内側から外側に引き出す構造のガスセンサに関し、特に、ケースと共に内部空間を形成し、リード線を引き出すための挿通孔が形成されたシール部材の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、測定対象の物理量に応じた電気信号を出力する検出素子と、この検出素子の検出部を測定ガス中に晒らすよう検出素子を保持するとともに、検出素子の信号取出部側に内部空間を形成するケースとを備え、検出素子の信号取出部に接続されたリード線を、ケースの内部から外部に引き出す構造のガスセンサがある。
【０００３】
このような構造のガスセンサのケースには、通常、検出素子の信号取出部に接続されたリード線を挿通可能な挿通孔が穿孔されたグロメットと呼ばれるゴム製のシール部材が取り付けられており、このシール部材はケースとともに内部空間を形成している。
【０００４】
そしてリード線は、このシール部材の挿通孔に嵌挿され、内部空間の内側から外側に引き出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の挿通孔１１０は、図５に示すように、単にシール部材１００を穿孔して設けられたものであり、また、シール部材１００は、ゴム材料のうち、比較的硬度の高い材料で構成されているので、リード線１２０が配線作業等の際に引っ張られるなどして、挿通孔１１０の開口縁部を基点に折り曲げられると、リード線１２０のこの基点部分Ａの一点に荷重が集中し、リード線１２０の被覆が剥がれたり削れたりしてしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明では、リード線の折り曲げなどに伴うリード線の破損を防止可能なガスセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、検出部及び、該検出部からの電気信号を取り出す信号取出部を有する検出素子と、前記検出部を測定ガス中に晒らすよう前記検出素子を保持するとともに、該検出素子の前記信号取出部側に内部空間を形成するケースと、前記電気信号を前記内部空間の外側に取り出すため、前記信号取出部に接続されたリード線と、前記ケースと共に前記内部空間を形成し、前記リード線を挿通可能な挿通孔が形成されたゴム製のシール部材とを備え、前記シール部材の前記挿通孔を介して、前記内部空間の内側から外側に前記リード線が引き出されたガスセンサであって、前記挿通孔を形成するとともに、前記シール部材の外側表面から突出して形成された筒部を備え、該筒部は、前記シール部材と同じゴムで前記シール部材と一体に形成され、当該筒部の根本と前記シール部材の外側表面とが連続する部分にはアールが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
このようにシール部材の外側表面に、挿通孔が形成された筒部を設けておくと、リード線が引っ張られるなどしてリード線が曲げられても、これに伴って筒部も曲がってリード線が筒部の内壁面に支持されるので、筒部を備えていないシール部材を用いていた場合一点に集中していた荷重が、筒部の内壁面全体に分散される。
また、筒部の根本とシール部材の外側表面とが連続する角部にはアールが設けられているので、筒部が曲がったとき、角部にひびが入るなどの破損が生じるのを防止することができる。
【０００９】
従って、この請求項１記載のガスセンサを用いると、リード線が曲げられてもリード線の破損を確実に防止することができる。
【００１０】
次に、請求項２記載のガスセンサのように、シール部材は、ゴム硬度ＪＩＳ−Ａ７０゜〜９０゜のゴムからなることが好ましい。ゴムの硬度は柔らかすぎると、リード線が曲がったとき、ゴムとリード線との間に隙間ができ、内部空間内に水分が侵入してしまう恐れがあり、一方、ゴムの硬度が堅すぎると、筒部の先端を基点にリード線が曲がってリード線を破壊してしまう恐れがあるからである。
【００１１】
尚、ＪＩＳ−Ａとは、Ａ型硬度計を用い「ＪＩＳＫ６３０１」に準拠し、荷重９．８０（Ｎ）を付加して計測した場合のゴム硬度をいう。
また、請求項３記載のガスセンサのように、シール部材としては、シール部材を貫通して内部空間と外側の間で空気を流通する為の通気孔が形成されており、この通気孔が、防水性の通気性フィルタにより閉鎖されているものを用いてもよいことはもちろんである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたガスセンサの第１実施形態について説明する。なお、本実施例では、ガスセンサの一種である酸素センサについて説明する。
尚、以下の説明で利用する図面のうち、図１は、本実施形態の酸素センサ１の全体構成を示す断面図、図２はグロメットの説明図で、（ａ）はグロメットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
１）酸素センサの全体構造
本実施形態の酸素センサ１は、図１に示すように、先端に検出部２ａが設けられ、後端の外壁面に図示しない電極（本発明の信号取出部に相当する）が設置された長板状の検出素子２と、検出部２ａが測定ガス雰囲気中に晒されるように、この検出素子２の後端側を囲んで保持する中空円筒状の主体金具４と、検出部２ａが測定ガス雰囲気中に晒される側（以下、下方側とよぶ）とは反対側（以下、上方側とよぶ）に、主体金具４に対し同軸状に接続された中空円筒状の外筒６とを備えている。
【００１３】
また、本実施携帯の酸素センサ１は、主体金具４の円筒内で検出素子２の電極に電気的に接続され、主体金具４の上方側の開口部から上方に引き出されたリードフレーム８と、このリードフレーム８に外筒６内で電気的に接続され、外筒６の外部に引き出されたリード線１０とを備えている。
【００１４】
このうち主体金具４は、円筒内に、下方側から上方側に向かって順に積層された、セラミックホルダ４０、タルク粉末４２、セラミックスリーブ４４を備えている。このうち、セラミックホルダ４０及びセラミックスリーブ４４は、主体金具４の円筒内に嵌挿可能な円柱状に形成されており、それぞれ軸心部分に検出素子２を挿通する挿通孔４０ａ、４４ａが形成されている。また、セラミックスリーブ４４は、主体金具４に嵌挿されたとき、主体金具４の上方側の開口部よりも上部側に突出する円柱状の突出部４４ｂを備えている。この突出部４４ｂは、セラミックスリーブ４４の本体部４４ｃよりも小径な円柱状に形成され、本体部４４ｃに対し同軸状に形成されている。
【００１５】
また、主体金具４は、下方側の端部に、検出部２ａを囲むように被せられた有底筒状の二重のプロテクタ９ａ，９ｂを備えている。このプロテクタ９ａ，９ｂは、主体金具４に対し同軸状に取り付けられる。
さらに、主体金具４は、外周面上に、検出部２ａが排気管内に配置されるように排気管に螺合して固定するための固定溝４ａが設けられている。
【００１６】
この主体金具４を用いて検出素子２を保持するには、挿通孔４０ａに検出素子２を通しながらセラミックホルダ４０を円筒内に嵌挿し、その上からタルク粉末４２を充填する。そしてさらに、リードフレーム８の下端部が電極に接触するように検出素子２の外壁面上に載せ、リードフレーム８ごと検出素子２を挿通孔４４ａに通しながらセラミックスリーブ４４を円筒内に嵌挿する。そして、セラミックスリーブ４４の本体部４４ｃの上方側の端面上に、突出部４４ｂを囲むようにメタルパッキン７を載置し、主体金具４の上方側の端部をメタルパッキン７の上から被さるように内側に加締めて、セラミックスリーブ４４を下方側に向かって押圧する。すると、タルク粉末４２がセラミックホルダ４０とセラミックスリーブ４４との間に挟まれて押圧され、タルク粉末４２が締まって、検出素子２が保持されるのである。また、このように検出素子２を主体金具４に保持すると、リードフレーム８の上端部が、突出部４４ｂの上方側の端面で開口するセラミックスリーブ４４の挿通孔４４ａの開口から上方側に延出された状態で、リードフレーム８が主体金具４に保持される。
【００１７】
次に、外筒６は、上方側の開口を塞ぐように円筒内に嵌挿されたグロメット６０（本発明のシール部材に相当する）と、グロメット６０の下方に嵌挿されたセラミックセパレータ６２とを備えている。
このうち、セラミックセパレータ６２は、外筒６内でリード線１０を支持している。そして、このリード線１０には抵抗溶接によりリードフレーム８が接続されている。
【００１８】
また、グロメット６０は、円筒状に形成され、セラミックセパレータ６２で支持されたリード線１０を外筒６の外に引き出すため、軸方向に穿孔された後述する複数の挿通孔が形成されている。このグロメット６０は、硬度ＪＩＳ−Ａ７０゜〜９０゜のゴムで形成されており、外筒６に嵌挿された後、グロメット６０がはめ込まれた部分の外筒６の壁面を内側に加締めて固定される。その際、挿通孔に挿通されたリード線１０は、挿通孔に嵌挿された状態で固定される。
【００１９】
そして、外筒６は、このように上方側の開口がグロメット６０が嵌挿されることにより閉じられ、また下方側の開口が主体金具４と接続されることにより閉じられることにより、大気とは水密に隔離された内部空間６４を形成している。
２）グロメットの構造
次に、本実施形態の特徴部分であるグロメットについて詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態のグロメット６０は、図２（ａ）に示すように、円筒形状に形成された本体部６０ａと、この本体部６０ａの上方側の端面に設けられた４つの筒部６０ｂとを備えている。この筒部６０ｂは、図２（ｂ）に示すように、本体部６０ａを貫通して設けられた、各リード線１０を挿通する挿通孔６０ｃを形成している。
【００２１】
また、筒部６０ｂは、リード線１０と共に折れ曲がるように、本体部６０ａの上方側の端面からの高さをＨ、肉厚をｔとすると、Ｈ／ｔ≧１となるように形成するのが好ましく、このうち肉厚ｔは、筒部６０ｂが壊れないよう、０．５ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００２２】
さらに、挿通孔６０ｃの外側表面とグロメット６０の上方側の端面が交叉する角部には、Ｒを設けることが好ましい。リード線１０がグロメット６０の上方側の端面に平行な方向に引っ張られ、これに伴って筒部６０ｂが曲げられたとき、角部にひびが入るなどしてグロメット６０が破損することを防止できるからである。
３）作用・効果
このように構成されたグロメット６０を備える酸素センサ１では、リード線１０が図１の左右方向に引っ張られるなどしてリード線１０が曲げられても、これに伴って筒部６０ｂも曲がってリード線１０が筒部６０ｂの内壁面に支持されるので、筒部６０ｂを備えていないグロメット６０を用いていた場合一点に集中していた荷重が、筒部６０ｂの内壁面全体に分散される。
【００２３】
そのため、本実施形態の酸素センサ１を用いると、リード線１０が曲げられても、リード線１０の破損を確実に防止することができる。
また、本実施形態の酸素センサ１は、上述したような硬度のゴムでグロメット６０を構成しているので、例えば、ゴムの硬度が柔らかすぎて、リード線１０が曲がったとき、グロメット６０の挿通孔６０ｃとリード線１０との間に隙間ができ、内部空間内に水分が侵入してしまったり、また、ゴムの硬度が堅すぎて、筒部６０ｂの先端で、筒部６０ｂを設ける以前と同じような現象が起こり、リード線１０が破損することを防止することができる。
【００２４】
以上、本発明の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、種々の態様を採ることができる。
例えば、外筒内に基準ガスを導入し、検出素子の先端が晒されている測定ガス雰囲気の酸素濃度をこの基準ガスに基づいて検出するタイプの酸素センサの場合、図３に示すように、外筒内に基準ガスを導入するための導入孔が円筒中心に設けられたグロメット１６０ａが用いられる。このグロメット１６０ａの導入孔には、外気と外筒内の基準ガス空間とを隔離する通気性のフィルタ１６０ｄが設置されるとともに、このフィルタ１６０ｄを導入孔内に固定するための円筒状の嵌入部材が挿入される。そしてこのフィルタ１６０ｄは、図３に示すように、導入孔に挿入された嵌合部材１６０ｅの大気側開口を覆うとともに、嵌合部材１６０ｅの外周面と導入孔の内周面との間にフィルタ１６０ｄの端部を挟むことによって導入孔内に固定される。このようなグロメット１６０ａに設けられる複数の筒部１６０ｂは、グロメット１６０ａの上方側の端面で開口する導入孔の開口部を囲む位置に等間隔に設けられる。
【００２５】
また、筒部２６０ｂは、その断面形状が、図４（ａ）に示すように、円錐台状に形成されていてもよい。また、筒部３６０ｂは、図４（ｂ）に示すように、グロメットの大気側表面に孔部３６０ｘを設け、この孔部３６０ｘ内に設けてもよい。
【００２６】
尚、本実施形態において、主体金具４及び外筒６は本発明のケースに相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】グロメットの説明図で、（ａ）はグロメットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本実施形態の変形例であって、グロメットの断面図である。
【図４】本実施形態の変形例であって、グロメットの断面図である。
【図５】従来のシール部材の断面図である。
【符号の説明】
１…酸素センサ、２…検出素子、２ａ…検出部、４…主体金具、４ａ…固定溝、６…外筒、７…Ｏリング、８…リードフレーム、１０…リード線、４０…セラミックホルダ、４０ａ…挿通孔、４２…タルク粉末、４４…セラミックスリーブ、４４ａ…挿通孔、４４ｂ…突出部、４４ｃ…本体部、６０…グロメット、６０ａ…本体部、６０ｂ…突出部、６０ｃ…挿通孔、６２…セラミックセパレータ、６４…内部空間、１６０ａ…グロメット、１６０ｂ…突出部、１６０ｄ…導入孔

Claims

検出部及び、該検出部からの電気信号を取り出す信号取出部を有する検出素子と、
前記検出部を測定ガス中に晒らすよう前記検出素子を保持するとともに、該検出素子の前記信号取出部側に内部空間を形成するケースと、
前記電気信号を前記内部空間の外側に取り出すため、前記信号取出部に接続されたリード線と、
前記ケースと共に前記内部空間を形成し、前記リード線を挿通可能な挿通孔が形成されたゴム製のシール部材と
を備え、
前記シール部材の前記挿通孔を介して、前記内部空間の内側から外側に前記リード線が引き出されたガスセンサであって、
前記挿通孔を形成するとともに、前記シール部材の外側表面から突出して形成された筒部を備え、
該筒部は、前記シール部材と同じゴムで前記シール部材と一体に形成され、
当該筒部の根本と前記シール部材の外側表面とが連続する部分にはアールが設けられていることを特徴とするガスセンサ。
前記シール部材は、ゴム硬度ＪＩＳ−Ａ７０゜〜９０゜のゴムからなることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記シール部材には、該シール部材を貫通して内部空間と外側の間で空気を流通する為の通気孔が形成されており、前記通気孔は、防水性の通気性フィルタにより閉鎖されていることを特徴とする請求項１〜２いずれか記載のガスセンサ。