JP7445538B2

JP7445538B2 - センサ

Info

Publication number: JP7445538B2
Application number: JP2020106732A
Authority: JP
Inventors: 慶一納土; 秀弥犬飼; 直哉澤木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2040-06-22
Also published as: JP2022001848A

Description

本発明は、センサに関する。

自動車等の排気管には、被測定ガスの濃度を検出するセンサが取付けられている。
このセンサは、センサ素子を主体金具で保持し、センサ素子の後端側を筒状のケースで覆っている。さらに、ゴム製のグロメットごとケースの後端側を加締めて内外を封止すると共に、リード線をグロメットに挿通させて外部に引き出している。
ところが、グロメットやリード線は一般に耐熱性が低いため、センサが高温環境下で長時間使用されると、グロメットが輻射熱を受けて劣化し、センサのシールが損なわれるおそれがある。
そこで、グロメットとリード線とを遮熱チューブで包囲する技術が広く知られている。又、リード線を保護するために切割りを有する螺旋状の保護チューブを、ケースとリード線の間に配置する技術も開発されている（特許文献１）。

特開平２－１１２７４８号公報

ところで、上記した一般的な遮熱チューブの場合、車両のエンジン周り等にセンサを設置し、リード線を車両側のコネクタと接続した後では、遮熱チューブをリード線に通して取り付けることができない。その結果、遮熱チューブの取付けの自由度が低下すると共に、使用によって遮熱チューブが劣化や破損等しても交換が困難であるという問題がある。
一方、特許文献１の保護チューブは切割りを有するので、保護チューブを回転させることでリード線の周囲に保護チューブを後付けすることができる。ここで、特許文献１の保護チューブは遮熱を目的とするものではないが、仮にこの保護チューブに遮熱性を付与したとしても、チューブがケースの内側に配置されるため、ケース自体を遮熱することができず、ケースが高温となってグロメットやリード線を熱劣化させるおそれがある。

そこで、本発明は、センサ後端側の弾性部材やリード線の温度上昇を抑制する遮熱カバーの取付けの自由度を向上させ、かつ遮熱カバーの交換や変更を容易にし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、本発明のセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を収容するケースと、前記ケースの後端側を閉塞するゴム製の弾性部材と、前記ケースの内部から前記弾性部材の挿通孔を通って外部へ延びる１本以上のリード線と、前記ケースの後端側の外面を覆うと共に、前記ケースの後方に延びて、少なくとも前記弾性部材の全体、及び前記リード線の少なくとも一部で規定される包囲領域を全周に亘って包囲する遮熱カバーと、を備えるセンサであって、前記遮熱カバーは、片面に接着面を有し、反対面に遮熱面を有するシート状の遮熱テープからなり、該遮熱テープは、前記包囲領域の少なくとも一部に前記接着面が接着して該包囲領域に巻き付いた状態で固定されてなることを特徴とする。

このセンサによれば、遮熱性を有する遮熱カバーで弾性部材の全体、及びリード線の少なくとも一部で規定される包囲領域を包囲するため、センサの周囲の環境が高温環境になっても、外部の熱線を反射して、内部の弾性部材やリード線への熱の伝達を抑制することができる。
又、遮熱カバーは片面に接着面を有し、反対面に遮熱面を有するシート状の遮熱テープからなり、この遮熱テープを包囲領域に巻き付けて固定すればよいので、センサが車両等に設置された後から遮熱カバーを後付けすることもでき、取付けの自由度が向上する。又、遮熱カバーの交換や変更が容易になる。

本発明のセンサにおいて、前記遮熱カバーの前記接着面は、前記ケースのうち少なくとも前記弾性部材を覆う部位の外面の全周に密着していてもよい。
このセンサによれば、センサの先端側からケースの後端側（弾性部材側）に伝わった熱が、遮熱カバーへ伝わって放熱し易くなり、弾性部材の熱劣化をさらに抑制できる。

本発明のセンサにおいて、前記遮熱カバーは、前記接着面が前記リード線の外面と密着する密着部と、前記密着部の外側にて向かい合う２つの前記接着面同士が接着された板状の突出部とを一体に有してもよい。
このセンサによれば、遮熱カバーからの放熱効果が向上し、内部の弾性部材や、リード線への熱の伝達をさらに抑制することができる。特に、接着面がケースのうち弾性部材を覆う外面の全周に密着している場合には、ケースの後端側、ひいては弾性部材の熱をより一層放熱させることができる。

本発明のセンサにおいて、前記センサは、複数の前記リード線を結束部材によって束ねられた状態で有し、前記遮熱カバーは、前記接着面が前記結束部材の外面と密着する密着部と、前記密着部の外側にて向かい合う２つの前記接着面同士が接着された板状の突出部とを一体に有してもよい。
このセンサによれば、遮熱カバーからの放熱効果が向上し、内部の弾性部材や、結束部材内のリード線への熱の伝達をさらに抑制することができる。特に、接着面がケースのうち弾性部材を覆う外面の全周に密着している場合には、ケースの後端側、ひいては弾性部材の熱をより一層放熱させることができる。

この発明によれば、センサ後端側の弾性部材やリード線の温度上昇を抑制する遮熱カバーの取付けの自由度を向上させ、かつ遮熱カバーの交換や変更を容易にしたセンサが得られる。

本発明の実施形態に係るセンサの斜視図である。図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図１のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。センサの後端側から見た遮熱カバーの断面図である。センサに遮熱カバーを取り付ける態様を示す斜視図である。

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酸素センサ（センサ）１００の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ線（つまり、後述する突出部３０ｐの主面）に沿う断面図、図３は図１のＢ－Ｂ線（Ａ－Ａ線と径方向に直交する面）に沿う断面図、図４は酸素センサ１００の後端側から見た遮熱カバー３０の断面図、図５は酸素センサ１００に遮熱カバー３０を取り付ける態様を示す斜視図、を示す。

この酸素センサ（センサ）１００は、自動車の排気管（図示しない）に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度を検知するものである。排気管は、排ガスの熱により例えば８００℃という高温状態になる可能性があるため、酸素センサ１００も高温になる。また、外部からの熱が酸素センサ１００に加わることもある。従って、酸素センサ１００には、このような熱に対する対策が要求される。
特に、酸素センサ１００を車両のエンジンやその排気系（エキゾーストマニホールド等）により近接して設置する場合などに、センサの耐熱性を向上させることが必要となる。

図１、図２に示すように、酸素センサ１００は、センサ素子１５と、センサ素子１５を保持する筒状の主体金具１８と、センサ素子１５の先端側を覆う筒状のプロテクタ１９と、センサ素子１５の後端側を覆う金属製筒状の外筒１７とを備えている。さらに、外筒１７の後端側の開口を覆うようにゴム製の弾性部材（グロメット）１１が配置されて内外を封止すると共に、リード線１２を弾性部材１１に挿通させて外部に引き出している。弾性部材１１は、外筒１７の後端側を縮径するように加締めた加締め部１７ｅによって固定されている。
センサ素子１５は、軸線Ｏ方向に延びる板形状の積層部材であり、検出部を含む素子部と、素子部を加熱するためのヒータ部と、を備える。
なお、主体金具１８と外筒１７とが、特許請求の範囲の「ケース」に相当する。

主体金具１８、プロテクタ１９及び外筒１７は、ステンレス鋼などの耐熱性金属材料を用いて構成され、プロテクタ１９及び外筒１７はそれぞれ主体金具１８の先端側及び後端側に溶接等で接続されている。

リード線１２は複数本（本例では４本）備えられ、リード線１２の後端側にはコネクタ部２０が電気的に接続され、コネクタ部２０は外部機器（車両のＥＣＵ等）に接続可能になっている。
又、複数のリード線１２の後端側は一つに束ねられて保護チューブ（結束部材）１３によって被覆され、保護チューブ１３は、コネクタ部２０に隣接するように延びている。
保護チューブ１３は、ガラス繊維を用いて構成された筒状の編組であり、可撓性を備えている。

さらに、酸素センサ１００は、外筒１７の後端側の外面を覆うと共に、外筒１７の後方に延びて少なくとも弾性部材１１の全体、及びリード線の少なくとも一部で規定される包囲領域Ｒを包囲する遮熱カバー３０を備えている。
なお、本例では、遮熱カバー３０は、リード線１２を覆う保護チューブ１３の少なくとも一部を包囲しており、リード線１２を保護チューブ１３を介して間接的に包囲している。又、遮熱カバー３０は、弾性部材１１を内部に収容する外筒１７の後端側を包囲しており、弾性部材１１を外筒１７を介して間接的に包囲している。
又、遮熱カバー３０の後端から保護チューブ１３（及びその内部のリード線１２）が後端側に延びている。

遮熱カバー３０は、片面に接着面３１を有し、反対面に遮熱面３２を有するシート状の遮熱テープからなる。この遮熱テープとしては、アルミ箔にガラスクロスを貼り合わせ、その片面に接着剤を塗布して接着面３１を形成した、市販のアルミガラスクロステープ、アルミクロステープなどを例示できる。アルミ箔の面が遮熱面３２となる。
なお、遮熱面３２は、外部からの熱線を反射可能な面であり、アルミニウムなどの金属の箔や蒸着体の他、アルミニウムなどの金属の箔や蒸着体の外面に透明なコーティング層を設けた場合も含む。

図２、図３に示すように、遮熱カバー３０は、包囲領域Ｒの少なくとも一部に接着面３１が接着して包囲領域Ｒに巻き付いた状態で固定され、かつ包囲領域Ｒの全周に亘って配置されている。
ここで、「包囲領域Ｒの少なくとも一部に接着面３１が接着」とは、例えば、リード線１２を覆う保護チューブ１３の一部の部分のみに接着し、外筒１７の外面とは接着せずに離間して外筒１７を覆うような場合も含める。又、例えば保護チューブ１３を用いない場合に、４本のリード線１２のうち、一部のリード線１２のみに接着するような場合も含める。つまり、包囲領域Ｒに存在する部材のうち少なくとも一部に接着面３１が接着していれば、遮熱カバー３０が包囲領域Ｒに固定されることになる。

又、「包囲領域Ｒに巻き付いた状態」とは、遮熱カバー３０を構成する遮熱テープを例えば螺旋状に巻き付けた状態だけでなく、後述する図４、図５に示すように、包囲領域Ｒを挟むように遮熱テープを対向して接着面３１同士を貼り合わせた状態も含む。
又、「包囲領域の全周に亘って配置」とは、包囲領域Ｒに存在する部材が周方向に露出することなく、遮熱カバー３０で周方向に完全に覆われていることをいう。包囲領域Ｒに存在する部材の一部が露出していると、その部位が遮熱されずに内部の弾性部材１１やリード線１２に輻射熱が伝わるからである。又、径方向に包囲領域Ｒと遮熱カバー３０の間に隙間がある状態、つまり、遮熱カバー３０が包囲領域Ｒと離間して包囲領域Ｒを覆う場合も「全周に亘って」に含む。

以上のように、本実施形態によれば、遮熱性を有する遮熱カバー３０で弾性部材１１の全体、及びリード線１２の少なくとも一部で規定される包囲領域Ｒを包囲するため、酸素センサ１００の周囲の環境が高温環境になっても、外部の熱線を反射して、内部の弾性部材１１やリード線１２への熱の伝達を抑制することができる。
又、遮熱カバー３０は片面に接着面３１を有し、反対面に遮熱面３２を有するシート状の遮熱テープからなり、この遮熱テープを包囲領域Ｒに巻き付けて固定すればよいので、酸素センサ１００が車両等に設置された後から遮熱カバー３０を後付けすることもでき、取付けの自由度が向上する。又、遮熱カバー３０の交換や変更が容易になる。

又、図３に示すように、本実施形態では、遮熱カバー３０の接着面３１は、外筒１７のうち少なくとも弾性部材１１を覆う部位の外面Ｃ１、Ｃ２の全周に密着している。これにより、酸素センサ１００の先端側から外筒１７の後端側（弾性部材１１側）に伝わった熱が、遮熱カバー３０へ伝わって放熱し易くなり、弾性部材１１の熱劣化をさらに抑制できる。
なお、外筒１７のうち弾性部材１１を覆う部位としては加締め部１７ｅも存在するが、加締め部１７ｅは外面Ｃ１、Ｃ２より縮径するために接着面３１とは離間している。しかしながら、外筒１７のうち弾性部材１１を覆う部位の外面の少なくとも一部（Ｃ１、Ｃ２）の全周に遮熱カバー３０の接着面３１が密着していれば、その密着部を介して外筒１７の熱を遮熱カバー３０側に有効に伝えることができる。

又、図１、図４に示すように、本実施形態では、遮熱カバー３０は、接着面３１が包囲領域Ｒにおける保護チューブ１３の外面と密着する密着部３０ａと、密着部３０ａの外側にて向かい合う２つの接着面３１同士が接着された板状の突出部３０ｐとを一体に有する。これにより、遮熱カバー３０からの放熱効果が向上し、内部の弾性部材１１や、保護チューブ１３内のリード線１２への熱の伝達をさらに抑制することができる。
特に、上述のように接着面３１が外面Ｃ１、Ｃ２の全周に密着している場合には、外筒１７の後端側、ひいては弾性部材１１の熱をより一層放熱させることができる。
なお、本例では、密着部３０ａの両外側にそれぞれ突出部３０ｐが設けられている。

本実施形態の酸素センサ１００は、例えば図５に示すようにして製造することができる。図５においては、例えば矩形片状の遮熱カバー３０を、軸線Ｏ方向に沿って接着面３１同士が向き合うように２つ折りし、包囲領域Ｒを挟むようにして接着面３１同士を貼り合わせて酸素センサ１００を製造することができる。ここで、保護チューブ１３の両外側に遮熱カバー３０が余るようにして貼り合わせることで、２つの突出部３０ｐを形成することができる。

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。
図１、図４に示す保護チューブ１３を省略し、リード線１２の外面に直接遮熱カバー３０の接着面３１を密着させてもよい。
遮熱カバーの材質は上記実施形態に限定されないし、巻き付けた形状も限定されない。
センサ素子は板型素子に限らず、筒型素子でもよい。
又、センサの種類も限定されず、酸素センサの他、ＮＯｘセンサ、全領域センサ、温度センサ、ＰＭセンサ等が挙げられる。

１００センサ
１１弾性部材
１２リード線
１３結束部材（保護チューブ）
１５センサ素子
１７ケース（外筒）
１８ケース（主体金具）
３０遮熱カバー
３０ａ密着部
３０ｐ突出部
３１接着面
３２遮熱面
Ｏ軸線
Ｒ包囲領域
Ｃ１，Ｃ２ケースのうち弾性部材を覆う部位の外面

Claims

センサ素子と、
前記センサ素子を収容するケースと、
前記ケースの後端側を閉塞するゴム製の弾性部材と、
前記ケースの内部から前記弾性部材の挿通孔を通って外部へ延びる１本以上のリード線と、
前記ケースの後端側の外面を覆うと共に、前記ケースの後方に延びて、少なくとも前記弾性部材の全体、及び前記リード線の少なくとも一部で規定される包囲領域を全周に亘って包囲する遮熱カバーと、
を備えるセンサであって、
前記遮熱カバーは、片面に接着面を有し、反対面に遮熱面を有するシート状の遮熱テープからなり、
該遮熱テープは、前記包囲領域の少なくとも一部に前記接着面が接着して該包囲領域に巻き付いた状態で固定されてなることを特徴とするセンサ。
前記遮熱カバーの前記接着面は、前記ケースのうち少なくとも前記弾性部材を覆う部位の外面の全周に密着していることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記遮熱カバーは、前記接着面が前記リード線の外面と密着する密着部と、前記密着部の外側にて向かい合う２つの前記接着面同士が接着された板状の突出部とを一体に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
前記センサは、複数の前記リード線を結束部材によって束ねられた状態で有し、
前記遮熱カバーは、前記接着面が前記結束部材の外面と密着する密着部と、前記密着部の外側にて向かい合う２つの前記接着面同士が接着された板状の突出部とを一体に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。