JP6971203B2 - センサ - Google Patents

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Description

本発明は、例えばリード線とセパレータ等からなるセラミック部材ユニット備えたセンサに関する。
自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。
この種のガスセンサとして、板状のセンサ素子の後端側に電極パッド等の電極部を設け、この電極部にリード線を接続してセンサ素子からのセンサ出力信号を外部に取り出すものが広く用いられている。(特許文献1)。
このガスセンサは次のように製造することができる。まず、図10(a)に示すように、外筒25の内部に先端側から順にセパレータ500及びゴムキャップ52を固定して外筒ユニット700を組み付ける。そして、外筒ユニット700の後端のゴムキャップ52の挿入口52b、及びセパレータ500の挿入口500bに、リード線11〜14のそれぞれを先端側から挿通する。
そして、図10(b)に示すように、リード線11〜14の先端の切れ目11c〜14cよりも先端の被膜を取り去り、芯線11a〜14aを露出させて図示しない接続端子をカシメ接続する。次に、リード線11〜14の後端側を後端に引張り、接続端子をセパレータ500の各挿入口500bにそれぞれ収容する。
さらに、リード線11〜14を挿通した外筒ユニット700を、予め別途組付けた素子ユニット(図示せず)に接合し、センサが完成する。
特開2015−132471号公報(図4)
ところで、図11(a)に示すように、セパレータ500の挿入口500bの表面側の開口部には、リード線11の挿入ガイドとなるように奥に向かって窄まる1段のテーパ孔部500tが形成されている。そして、この挿入口500bにリード線11を挿入すると、テーパ孔部500tにリード線11の先端11fが接点Pにて当接し、さらにリード線11を奥側に押すと、リード線11の先端11fがテーパ孔部500tにガイドされ、矢印の径方向内側に沿って挿入口500bに案内されることになる。
しかしながら、リード線11のように柔らかい挿入体の場合、図11(b)に示すように、テーパ孔部500tにリード線11の先端11fが引っ掛かって曲がってしまい、挿入口500bから矢印Fのようにリード線11が外側に抜け、それ以上奥への挿入が困難になることがある。
又、上記したテーパ孔部500tは、図12に示すように、セラミック粉体をプレスしてセパレータ素形材500xを製造し、この素形材500xを焼成して製造している。そして、素形材500xをプレスする際、粉体にピン1100を挿入して挿入口500bを形成すると共に、ピン1100の周りにテーパ孔部500tとなる先端1200eが尖った押し型1200を押し付ける。このとき、先端1200eが金型の摺動や粉体の充填圧力で破損することがある。
そこで、図13に示すように、押し型1210の先端にフラットなランド部500fを設けて押し型1210の先端の破損を防止した技術がある。この場合、図14に示すように、得られたセパレータ500には、テーパ孔部500tと挿入口500bとの間に水平部500fが形成される。
しかしながら、セパレータ500の挿入口500bにリード線11を挿入すると、テーパ孔部500tの奥の水平部500fにリード線11の先端11fが引っ掛かってしまい、それ以上の挿入が同様に困難になる。つまり、この水平部500fはテーパ孔部のように径方向内側に傾いていないので、水平部500fに当接した先端11fが径方向内側にガイド(案内)される効果が生じず、それ以上奥への挿入ができなくなるのである。
そこで、本発明は、セラミック部材の挿入口へ挿入体をスムーズに挿入することができ、挿入性が向上したセラミック部材ユニット備えたセンサを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係るセンサは、軸線方向に延びるセンサ素子、及び、リード線からなる挿入体と、前記センサ素子に電気的に接続される接続端子と、前記挿入体が挿入される挿入部を有するセラミック部材と、を少なくとも備えたセラミック部材ユニット、を備えたセンサであって、前記セラミック部材はセパレータであり、前記挿入部は、挿入口から更に奥に向かって延びる貫通孔をなし、前記挿入口内には、前記挿入体と、該挿入体の先端側にカシメられた前記接続端子とが収容され、前記挿入部は、前記セラミック部材の表面の導入口に連通しつつ前記導入口よりも奥に設けられて開口を形成する前記挿入口を少なくとも有し、前記挿入口に前記挿入体が挿入可能であり、さらに、前記導入口と前記挿入口との連通部分に、前記挿入口に向かって窄まるテーパ孔部を有し、前記テーパ孔部は、前記挿入口に向かってテーパ角が大きくなりつつ前記挿入口に繋がることを特徴とする。
セラミック部材の導入口の最大径、挿入口の最大径、及び導入口から挿入口までの深さが一定の場合、挿入口に向かってテーパ角が大きくなるテーパ孔部は、1段のテーパ孔部より必ずテーパ角が小さく(浅く)なる。つまり、テーパ孔部は1段のテーパ孔部よりも必ず径方向外側に位置する。
これにより、セラミック部材の挿入部に挿入体を挿入した際、挿入体の先端が1段のテーパ孔部と最初に接する接点よりも、本発明のテーパ孔部と最初に接する接点の方がより奥側(挿入口側)になる。その結果、挿入体がより深く挿入部に挿入された状態をスタートとして、さらに奥へ挿入されるので、仮に挿入体が多少曲がっても挿入口から挿入体が外側に抜けることが抑制され、それ以上奥の挿入口へ挿入体をスムーズに挿入することができ、挿入性が向上する。
又、奥側のテーパ孔部もテーパとなっているので、挿入口に水平部が繋がる場合に比べ、挿入体の先端が引っ掛かることを抑制できる。
また、このセラミック部材ユニットによれば、貫通孔を有する挿入部にも適用できる。
本発明の第2の観点に係るセンサは、軸線方向に延びるセンサ素子、及び、リード線からなる挿入体と、前記センサ素子に電気的に接続される接続端子と、前記挿入体が挿入される挿入部を有するセラミック部材と、を少なくとも備えたセラミック部材ユニット、を備えたセンサであって、前記セラミック部材はセパレータであり、前記挿入部は、挿入口から更に奥に向かって延びる貫通孔をなし、前記挿入口内には、前記挿入体と、該挿入体の先端側にカシメられた前記接続端子とが収容され、前記挿入部は、前記セラミック部材の表面の導入口に連通しつつ前記導入口よりも奥に設けられて開口を形成する前記挿入口を少なくとも有し、前記挿入口に前記挿入体が挿入可能であり、さらに、前記導入口と前記挿入口との連通部分に、前記導入口側からこの順でストレート部及び奥側テーパ孔部を有し、前記ストレート部は、前記導入口から前記挿入口に向かって延び、前記奥側テーパ孔部は、前記ストレート部から前記挿入口に向かって窄まりつつ前記挿入口に繋がることを特徴とする。
セラミック部材の導入口の最大径、挿入口の最大径、及び導入口から挿入口までの深さが一定の場合、挿入口に向かってストレート部及び奥側テーパ孔部を有する形状は、ストレート部が1段のテーパ孔部よりも必ず径方向外側に位置し、奥側テーパ孔部は1段のテーパ孔部よりも必ずテーパ角が小さく(浅く)なる。つまり、ストレート部及び奥側テーパ孔部は1段のテーパ孔部よりも必ず径方向外側に位置する。
これにより、セラミック部材の挿入部に挿入体を挿入した際、挿入体の先端が1段のテーパ孔部と最初に接する接点よりも、本発明の奥側テーパ孔部と最初に接する接点の方がより奥側(挿入口側)になる。その結果、挿入体がより深く挿入部に挿入された状態をスタートとして、さらに奥へ挿入されるので、仮に挿入体が多少曲がっても挿入口から挿入体が外側に抜けることが抑制され、それ以上奥の挿入口へ挿入体をスムーズに挿入することができ、挿入性が向上する。
又、奥側テーパ孔部もテーパとなっているので、挿入口に水平部が繋がる場合に比べ、挿入体の先端が引っ掛かることを抑制できる。
また、このセラミック部材ユニットによれば、貫通孔を有する挿入部にも適用できる。
この発明によれば、セラミック部材の挿入口へ挿入体をスムーズに挿入することができ、挿入性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係るセンサの長手方向に沿う全体断面図である。 本発明の第1の観点に係るセラミック部材ユニットをなすリード線をセパレータの挿入部に挿入する態様を示す断面図である。 テーパ角を示す図である。 図2のリード線をセパレータの挿入部に挿入する際の挿入性を示す断面図である。 セパレータの製造方法を示す断面図である。 本発明の第1の観点に係るセラミック部材ユニットにおけるセパレータの変形例を示す図である。 センサの製造方法を示す図である。 本発明の第2の観点に係るセラミック部材ユニットをなすリード線をセパレータの挿入部に挿入する態様を示す断面図である。 図8のリード線をセパレータの挿入部に挿入する際の挿入性を示す断面図である。 従来のセンサの製造方法を示す図である。 リード線を従来のセパレータの挿入部に挿入する態様を示す断面図である。 従来のセパレータの製造方法を示す断面図である。 従来のセパレータの別の製造方法を示す断面図である。 リード線を図13のセパレータの挿入部に挿入する態様を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係るセンサ(酸素センサ)1の長手方向に沿う全体断面図である。
このセンサ1は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。
図1に示すように、センサ1は、板状のセンサ素子100、センサ素子100等を内部に保持する主体金具30、主体金具30の先端部に装着されるプロテクタ24、及び後述するリード線11〜14、外筒25、セパレータ50、ゴムキャップ(弾性部材)52等を有している。センサ素子100は軸線O方向に延びるように配置されている。
又、リード線11〜14、セパレータ50がそれぞれ特許請求の範囲の「挿入体」、「セラミック部材」に相当する。リード線11〜14とセパレータ50が特許請求の範囲の「セラミック部材ユニット」に相当する。
主体金具30は、SUS430製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部31と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部32とを有している。また、主体金具30には、径方向内側に向かって突出する金具側段部33が設けられており、この金具側段部33にはセラミックホルダ35、滑石36が先端側から順に配置されている。そして滑石36の後端側には、アルミナ製のスリーブ39が配置され、スリーブ39の軸孔にセンサ素子100を挿通している。そして、主体金具30の後端側のカシメ部30aが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材40を介してスリーブ39が主体金具30の先端側に押圧されている。
スリーブ39の押圧により、主体金具30内で滑石36が圧縮充填されることによって、センサ素子100の外面と主体金具30の内面との間のシール性が確保される。
また、主体金具30の先端側外周には、主体金具30の先端から突出するセンサ素子100の先端部を覆う、金属製のプロテクタ24が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ24は、二重構造をなしており、外側には有底円筒状の外側プロテクタ41、内側には有底円筒状の内側プロテクタ42が配置されている。
一方、主体金具30の後端側には、SUS430製の外筒25の先端側が挿入され、先端部25aを主体金具30にレーザ溶接等により固定している。外筒25の後端側内部には、セパレータ50が配置され、セパレータ50と外筒25の隙間に固定部材51が介在している。この固定部材51は、後述するセパレータ50の突出部50aに係合し、外筒25をカシメることにより外筒25とセパレータ50とにより固定されている。
また、セパレータ50には、挿入口50bが先端側から後端側にかけて貫設されている。挿入口50b内には、リード線11〜14の一部と、リード線11〜14の先端側にカシメられた接続端子16とが収容されている。
接続端子16は、センサ素子100の後端側に設けられた電極パッド(電極部)102と電気的に接続する。一方、各リード線11〜14は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線11〜14とは電気信号の入出力が行われることになる。
さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部25bを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ52が配置されている。このゴムキャップ52は、外筒25の後端内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かってカシメることにより、外筒25に固着されている。ゴムキャップ52にも、リード線11〜14をそれぞれ挿入するための第2挿通孔52bが先端側から後端側にかけて貫設されている。
次に、図2〜図4を参照し、本発明の第1の観点に係るセラミック部材ユニットについて説明する。図2はセラミック部材ユニットの挿入体をなすリード線11を、セラミック部材をなすセパレータ50の挿入部50iに挿入する態様を示す断面図、図3はテーパ角を示す図、図4はリード線11をセパレータ50の挿入部50iに挿入する際の挿入性を示す断面図である。
図2に示すように、セパレータ50は、軸線O方向に貫通してリード線11が挿入される挿入部50iを有する。挿入部50iは、セパレータ50の表面の導入口50sと、導入口50sに連通しつつ導入口50sよりも奥に設けられて開口を形成する挿入口50bを有している。挿入口50bにはリード線11が挿入可能になっている。なお、本例では、導入口50sと挿入口50bとは矩形の孔をなしている。
挿入部50iは、さらに導入口50sと挿入口50bとの連通部分に、挿入口50bに向かって窄まる2段のテーパ孔部50t1、50t2をこの順に有している。テーパ孔部50t1は導入口50sに繋がり、テーパ孔部50t2はテーパ孔部50t1及び挿入口50bに繋がっている。
又、図3に示すように、テーパ孔部50t2のテーパ角θ2は、テーパ孔部50t1のテーパ角θ1よりも大きくなっている。なお、テーパ角は、セラミック部材(セパレータ50)の挿入部50iの延びる方向(軸線O方向)に沿った断面における、テーパ面の接線同士のなす角をいう。
このように、挿入口50bに向かってテーパ角が大きくなるテーパ孔部50t1、50t2が挿入口50bに繋がることで、図4に示すように、セパレータ50の挿入部50iへのリード線11の挿入性が向上する。
ここで、セパレータ50の導入口50sの最大径H2、挿入口50bの最大径H1、及び導入口50sから挿入口50bまでの深さDxを一定とすると、図9のような従来の1段のテーパ孔部500t1が破線で表される。
一方、上述のようにH1,H2、Dxが一定の場合、挿入口50bに向かってテーパ角が大きくなるテーパ孔部50t1、50t2は、1段のテーパ孔部500t1より必ずテーパ角が小さく(浅く)なる。つまり、テーパ孔部50t1、50t2はテーパ孔部500t1よりも必ず径方向外側に位置する。
これにより、セパレータ50の挿入部50iにリード線11(11x)を挿入した際、リード線11xの先端11fがテーパ孔部500t1と最初に接する接点P2よりも、リード線11の先端11fがテーパ孔部50t1と最初に接する接点P1の方がより奥側(挿入口50b側)になる。その結果、リード線11がより深く挿入部50iに挿入された状態をスタートとして、さらに奥へ挿入されるので、仮にリード線11が多少曲がっても挿入口50bからリード線11が外側に抜けることが抑制され、それ以上奥の挿入口50bへリード線11をスムーズに挿入することができ、挿入性が向上する。
又、テーパ孔部50t1によってリード線11を径方向内側の挿入口50bへ向けて案内し、さらに、テーパ孔部50t1より奥側のテーパ孔部50t2もテーパとなっているので、挿入口50bに水平部500f(図14参照)が繋がる場合に比べ、リード線11の先端11fが引っ掛かることを抑制できる。
なお、従来の1段のテーパ孔部500t1のテーパ角を小さく(浅く)しようとすると、最大径H2を狭めるか、深さDxを深くする必要がある。しかしながら、最大径H2が狭くなるとそもそもリード線11を挿入部50iに挿入し難くなり、深さDxを深くすることはセパレータ50の形状等によって制限を受けたり、セパレータ50の強度の低下を招く不都合がある。
このセパレータは、図5に示すように、セラミック粉体をプレスしてセパレータ素形材50xを製造する際、粉体にピン110を挿入して挿入口50bを形成すると共に、ピンの周りにテーパ孔部50t1、50t2となる押し型120を押し付けて製造できる。このとき、押し型120の先端120eは、テーパ孔部50t1を形成する凸部120p1よりも尖りが少ない突起となっている。このため、金型の摺動や粉体の充填圧力で先端120eが破損し難く、生産性も向上する利点もある。
なお、挿入口に向かってテーパ角が大きくなるテーパ孔部としては、上記した2段のテーパ孔部50t1、50t2の他に、図6に示すような1段のテーパ孔部50t3であって、テーパ角が滑らかに変化するテーパ面が曲面状のものでもよい。
このテーパ孔部50t3の場合、テーパ孔部50t3のテーパ面の所定の点P3における接線同士のなす角で表されるテーパ角θ3に対し、点P1より奥側(挿入口50b側)の点P4におけるテーパ角θ4が大きくなっている。
センサ1は、図7に示すようにして製造することができる。まず、図7(a)に示すように、外筒25の内部に先端側から順にセパレータ50及びゴムキャップ52を固定して外筒ユニット70を組み付ける。そして、外筒ユニット70の後端のゴムキャップ52の挿入口52b、及びセパレータ500の挿入口50bに、リード線11〜14のそれぞれを先端側から挿通する。
そして、図7(b)に示すように、リード線11〜14の先端の切れ目11c〜14cよりも先端の被膜を取り去り、芯線11a〜14aを露出させて図示しない接続端子をカシメ接続する。次に、リード線11〜14の後端側を後端に引張り、接続端子をセパレータ50の各挿入口50bにそれぞれ収容する。
さらに、リード線11〜14を挿通した外筒ユニット70を、予め別途組付けた素子ユニット(図示せず)に接合し、センサ1が完成する。
次に、図8〜図9を参照し、本発明の第2の観点に係るセラミック部材ユニットについて説明する。図8はリード線11をセパレータ60の挿入部60iに挿入する態様を示す断面図、図9はリード線11をセパレータ60の挿入部60iに挿入する際の挿入性を示す断面図である。
なお、本発明の第2の観点に係るセラミック部材ユニットは、それぞれ特許請求の範囲の「挿入体」、「セラミック部材」をなすリード線11、セパレータ60からなる。
図8に示すように、セパレータ60は、軸線O方向に貫通してリード線11が挿入される挿入部60iを有する。挿入部60iは、セパレータ60の表面の導入口60sと、導入口60sに連通しつつ導入口60sよりも奥に設けられて開口を形成する挿入口60bを有している。挿入口60bにはリード線11が挿入可能になっている。なお、本例では、導入口60sと挿入口60bとは矩形の孔をなしている。
挿入部60iは、さらに導入口60sと挿入口60bとの連通部分に、導入口60s側からこの順でストレート部60v及び奥側テーパ孔部60tを有している。ストレート部60vは導入口60sに繋がり、奥側テーパ孔部60tはストレート部60v及び挿入口60bに繋がっている。
このように、ストレート部60v及び奥側テーパ孔部60tが挿入口60bに繋がることで、図8に示すように、セパレータ60の挿入部60iへのリード線11の挿入性が向上する。
ここで、図4と同様に、セパレータ60の導入口60sの最大径H2、挿入口60bの最大径H1、及び導入口60sから挿入口60bまでの深さDxを一定とすると、図9のような従来の1段のテーパ孔部500t1が破線で表される。
一方、上述のようにH1,H2、Dxが一定の場合、ストレート部60vは1段のテーパ孔部500t1よりも必ず径方向外側に位置し、奥側テーパ孔部60tは、テーパ孔部500t1より必ずテーパ角が小さく(浅く)なる。つまり、ストレート部60v及び奥側テーパ孔部60tはテーパ孔部500t1よりも必ず径方向外側に位置する。
これにより、セパレータ60の挿入部60iにリード線11(11x)を挿入した際、リード線11xの先端11fがテーパ孔部500t1と最初に接する接点P2よりも、リード線11の先端11fが奥側テーパ孔部60tと最初に接する接点P5の方がより奥側(挿入口60b側)になる。その結果、リード線11がより深く挿入部60iに挿入された状態をスタートとして、さらに奥へ挿入されるので、仮にリード線11が多少曲がっても挿入口60bからリード線11が外側に抜けることが抑制され、それ以上奥の挿入口60bへリード線11をスムーズに挿入することができ、挿入性が向上する。
又、奥側テーパ孔部60tによってリード線11を径方向内側の挿入口60bへ向けて案内し、さらに、奥側テーパ孔部60tがテーパとなっているので、挿入口60bに水平部500f(図14参照)が繋がる場合に比べ、リード線11の先端11fが引っ掛かることを抑制できる。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、挿入体やセラミック部材の形状や対象は限定されず、導入口及び挿入口の形状も限定されない。
挿入口は貫通孔でなくてもよい。
センサは、ガスセンサに限らず、例えば温度センサ等でもよい。
1 センサ
11〜14 挿入体(リード線)
50b、60b 挿入口
50i、60i 挿入部
50s、60s 導入口
50t1、50t2 テーパ孔部
50、60 セラミック部材(セパレータ)
60v ストレート部
60t 奥側テーパ孔部
100 センサ素子
O 軸線

Claims (2)

  1. 軸線方向に延びるセンサ素子、及び、
    リード線からなる挿入体と、前記センサ素子に電気的に接続される接続端子と、前記挿入体が挿入される挿入部を有するセラミック部材と、を少なくとも備えたセラミック部材ユニット
    を備えたセンサであって、
    前記セラミック部材はセパレータであり、
    前記挿入部は、挿入口から更に奥に向かって延びる貫通孔をなし、前記挿入口内には、前記挿入体と、該挿入体の先端側にカシメられた前記接続端子とが収容され、
    前記挿入部は、前記セラミック部材の表面の導入口に連通しつつ前記導入口よりも奥に設けられて開口を形成する前記挿入口を少なくとも有し、前記挿入口に前記挿入体が挿入可能であり、
    さらに、前記導入口と前記挿入口との連通部分に、前記挿入口に向かって窄まるテーパ孔部を有し、
    前記テーパ孔部は、前記挿入口に向かってテーパ角が大きくなりつつ前記挿入口に繋がることを特徴とするセンサ
  2. 軸線方向に延びるセンサ素子、及び、
    リード線からなる挿入体と、前記センサ素子に電気的に接続される接続端子と、前記挿入体が挿入される挿入部を有するセラミック部材と、を少なくとも備えたセラミック部材ユニット
    を備えたセンサであって、
    前記セラミック部材はセパレータであり、
    前記挿入部は、挿入口から更に奥に向かって延びる貫通孔をなし、前記挿入口内には、前記挿入体と、該挿入体の先端側にカシメられた前記接続端子とが収容され、
    前記挿入部は、前記セラミック部材の表面の導入口に連通しつつ前記導入口よりも奥に設けられて開口を形成する前記挿入口を少なくとも有し、前記挿入口に前記挿入体が挿入可能であり、
    さらに、前記導入口と前記挿入口との連通部分に、前記導入口側からこの順でストレート部及び奥側テーパ孔部を有し、
    前記ストレート部は、前記導入口から前記挿入口に向かって延び、
    前記奥側テーパ孔部は、前記ストレート部から前記挿入口に向かって窄まりつつ前記挿入口に繋がることを特徴とするセンサ
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