JPH0631422Y2 - 酸素センサの端部構造 - Google Patents

酸素センサの端部構造

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JPH0631422Y2
JPH0631422Y2 JP1988100595U JP10059588U JPH0631422Y2 JP H0631422 Y2 JPH0631422 Y2 JP H0631422Y2 JP 1988100595 U JP1988100595 U JP 1988100595U JP 10059588 U JP10059588 U JP 10059588U JP H0631422 Y2 JPH0631422 Y2 JP H0631422Y2
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tube
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teflon
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heat
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伸秀 加藤
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    • G01N27/4062Electrical connectors associated therewith

Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は酸素センサの端部構造の改良に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、酸素センサは、第4図にその一例の構成を示すよ
うに、センサ部21を被測定ガス雰囲気中に配置するよう
図示しない外壁に取り付けるための接合部22を具えると
ともに、センサ部21で測定した電気信号を外部へ供給す
るため、金属製キャップ23の上端でリード線24を外部へ
導出するため所定の端部構造25を具えていた。
すなわち、第5図に端部構造を拡大して示すように、セ
ンサ素子に電気的に接続されているリード端子26-1,26-
2をリード線27-1,27-2にかしめ接続してかしめ接続部28
-1,28-2を構成し、さらに加熱ヒータを有する酸素セン
サにあってはヒータに接続されたリード端子も同様にか
しめ接続してかしめ接続部を構成し、金属製キャップ23
内に設けたゴム栓29を通して上端部よりリード線27-1,2
7-2を外部へ導出していた。このとき、ゴム栓29として
は一般にシリコンゴムあるいはフッ素ゴムが用いられて
いた。
(考案が解決しようとする課題) しかしながら、酸素センサが高温に曝されたり、あるい
は自動車が高速走行した後、急に停止すると、高温に加
熱された排気マニホールドあるいは排気パイプからの輻
射熱を受けて、ゴム栓29が異常に高温に加熱されること
が有る。なお、走行中は風によりゴム栓29は冷やされ易
いため問題がない。
この場合、例えば200℃あるいは230℃以上にゴム栓29が
加熱されると、ゴム栓29から酸素センサの内側電極(大
気極)に対し、有害なガスが発生し、内部基準空気の酸
素分圧を変化させ異常出力を発生させたり(リッチ電
圧、リーン電圧の低下)、酸素センサの内側電極を被毒
し、起電力低下(リッチ電圧、リーン電圧の低下)を発
生させる問題があった。
前者の場合は、金属製キャップ23内に新鮮な空気が導入
されればセンサ信号は正常に復帰するが、後者の場合は
電極の被毒であるため、新鮮な空気が導入されても復帰
しない事態が生じていた。
この問題点を解決するために、ゴム栓29の材質として例
えば300℃でも有害ガスを発生しないテフロン(ポリ4
弗化エチレン、登録商標名)又はポリイミドが用いられ
ることがあるが、テフロン又はポリイミドを用いた場合
は、金属製キャップとテフロン栓又はポリイミド栓の熱
膨張係数が異なるため、熱サイクルを受けることにより
第5図でテフロン栓又はポリイミド栓の外壁面と金属製
キャップ内壁面の間にスキマが発生し、被水等を受ける
と水がセンサ内部に侵入し、蒸発することにより、基準
空気酸素分圧を低下させ、起電力低下を発生させる問題
があった。
本考案は、上記の課題を解決するためになされたもので
あり、センサ上端部が異常に高温に曝されても、有害ガ
スの発生が無く、且つスキマ発生が無く従って被水等を
受けても起電力低下の発生しない酸素センサの端部構造
を提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本考案の酸素センサの端部構造は、排ガス中の酸素濃度
を検出するための酸素センサ素子と、該酸素センサ素子
の信号を取り出すためのリード線と、前記酸素センサ素
子を保護する金属製キャップとより成り、リード線の一
部を金属製キャップ内に配置した酸素センサにおいて、
金属製キャップよりリード線が外部に引き出される金属
製キャップの上端部に金属製キャップより一部が突出す
るテフロン、ポリイミド等耐熱性樹脂栓を設けるととも
に、該突出部の外壁面に密着し、かつ前記金属製キャッ
プ外壁面に密着する耐熱性樹脂チューブを設け、少くと
も金属製キャップとの密着部に対向する耐熱性樹脂チュ
ーブ外壁面に該耐熱性樹脂チューブと密着する金属製チ
ューブを設けたことを特徴とするものである。
(作用) 上述した構造において、耐熱性樹脂栓を金属製キャップ
でかしめて端部の機械的強度を保持するとともに、耐熱
性樹脂栓と金属製キャップの外壁面に耐熱性樹脂チュー
ブを設けさらにその外部に金属製チューブを設けること
により、連続したスキマの発生を防止でき、水等がスキ
マを通って酸素センサ内部へ侵入することはなくなっ
た。
ここで、耐熱性樹脂チューブとしては、テフロン栓を使
用した場合は、テフロンチューブを使用すると熱膨張係
数が同じため好ましい。
(実施例) 第1図は本考案の端部構造の一例の構成を示す断面図で
ある。
第1図において、金属製キャップ1の内壁面に密着し、
金属製キャップ1の上端部より一部が突出するテフロン
栓2を通してリード線3-1,3-2がセンサ内部より導出さ
れている。テフロン栓2は、金属製キャップ1に挿入さ
れた後、金属製キャップ1の外周部をかしめることによ
り、金属製キャップ1に密着固定されている。また、熱
収縮テフロンチューブ4がテフロン栓2の突出部外周及
び金属製キャップ1の外周部を覆う様に挿入され、加熱
されることにより、テフロン栓2及び金属製キャップ1
に密着している。次いで、テフロンチューブ4の外周に
は、金属製チューブ5が挿入され、かしめられることに
より、テフロンチューブ4の外周壁に密着固定してい
る。金属製チューブ5の下端は、金属製キャップ1にか
しめ固定されている(図示せず)。本実施例では、栓の
材質としてテフロンを用いている為、有害ガスの発生が
ない事は勿論であり、防水性の低下もない。
以下、防水性が損なわれない理由について、第1図に示
した考案の端部構造を例にとり説明する。
防水性の低下は、熱サイクル(例えば300℃室温:25
℃)を受けたときのテフロンと金属の熱膨張差によるス
キマ発生によって生じる。先ず、テフロン栓2と金属製
キャップ1間に生じるスキマについて述べる。センサが
組立てられ熱を受けるまでは、当然のことながらテフロ
ン栓2と金属製キャップ1間にはスキマが無い。センサ
が熱を受けると(例えば300℃)、この段階では、テフ
ロンの熱膨張係数が金属製キャップ(SUS 304)より大き
い為、未だスキマ発生は無いが、テフロン栓2は弾性が
ほとんど無いため、金属製キャップ1内で上下方向に伸
びた恰好で塑性変形している。次に、センサが室温に冷
却されると、テフロン栓2の熱膨張係数が大きい為、金
属製キャップ1とテフロン栓2間には、従来のセンサと
同様スキマが発生する。
一例として、テフロン栓の外径を10mmφ、テフロンの熱
膨張係数を150×10-6/℃、SUS 304の熱膨張係数を18×
10-6/℃、温度が300℃から25℃に変化するものと仮定
すると、スキマ量は次の様に算出される。
スキマ量=(150−18)×10-6×(300−25)×10 =0.36(mm) 一方、テフロンチューブ4と金属製キャップ1及び金属
製チューブ5間にも同様なメカニズムでスキマが発生す
るが、チューブ4は熱膨張係数の同じ金属間にサンドイ
ッチされており、厚みはたとえば0.3tと薄いため、ス
キマ量は極端に小さい。そのため、同様の仮定のもとに
スキマ量を算出すると以下のようになる。
スキマ量=(150−18)×10-6×(300−25)×0.3 =0.01(mm) この様な小さなスキマからは、センサ内部へ水は侵入す
ることが出来ない。
又、テフロン栓2の突出部でのスキマは、同様なメカニ
ズムでテフロン栓2/テフロンチューブ4間には、スキ
マ発生が無く(同一熱膨張係数)、テフロンチューブ4
/金属製チューブ5間には約0.4mmのスキマが発生する
が、センサ内部へ連続していない為、水は侵入すること
が出来ない。
以上の説明で判る様に、本考案の要点は、熱膨張係数の
ほぼ同じ金属間に薄いテフロンを配置し、この部分のス
キマ発生量を小さく抑えて水の侵入経路を断つものであ
り、テフロンの厚みは1mm以下とすることが好ましい。
本考案は第1図に示す実施例のみに限定されるものでは
なく、後述するような変形、変更が可能である。例え
ば、チューブ4には、熱収縮チューブを用いずに、通常
のテフロンチューブでも良い。この場合は、テフロン栓
突出部でチューブ4とテフロン栓2を密着させる為、こ
の部分での金属製チューブのかしめが必要である。熱収
縮チューブを用いる場合は、第2図の如く、テフロン栓
2の突出部での金属製チューブ5によるかしめは不要で
あるが、外部から保護の目的で金属製チューブ5で保護
しておくのが好ましい。
金属製キャップ1と金属製チューブ5の材質は同一の熱
膨張係数とする為、同じとすることが好ましいが、テフ
ロンとの熱膨張差に比較し、十分小さな組み合せならば
良く、例えばSUS 304とSUS 430の組み合せ(18×10-6
℃と11×10-6/℃の差)でも良い。
チューブ4の材質は、ゴム質のもの、例えばSiチュー
ブ、フッ素ゴムチューブでも良いが、高温(例えば250
℃〜300℃)での重量減少が小さいのでテフロン又はポ
リイミドが好ましい。テフロン又はポリイミドは300℃
でも重量減少がない。材質の選定は使用される条件(チ
ューブ部の温度)により適宜選定すれば良い。なお、S
i,Fからは、有害ガスが発生するが、Si,Fがキャッ
プ内に配置されてないので有害ガスがキャップ内に入り
にくく、従って、耐熱性の許される範囲内で各種ゴムが
適用可である。チューブ4の材質としてゴム質の熱収縮
チューブを用いる場合は、金属製チューブ5でゴムチュ
ーブを固定する必要はない。ゴムの弾性で金属製キャッ
プ、テフロン栓の突出部に密着するからである。
また、第3図に示すようなテフロンチューブ4はリード
線3-1,3-2を保護する為の保護チューブを兼用しても良
い。
さらに、テフロン栓、ポリイミド栓、テフロンチュー
ブ、ポリイミドチューブ、Siチューブ、フッ素ゴムチュ
ーブには、ガラス等を含有させ、耐熱性を高めても良
い。金属製チューブの金属製キャップへの固定は、テフ
ロンチューブ直下でも良く、適宜選択すれば良い。又、
無くても良く長さもテフロンチューブのかしめ部の長さ
と同じでも良い。酸素センサは全領域型のセンサであっ
ても良く、基準酸素を使用して動作するセンサなら何で
も良い。テフロンチューブとテフロン栓は一体に形成さ
れたものでも良い。
(考案の効果) 以上の説明から明らかなように、本考案の酸素センサの
端部構造によれば、耐熱性樹脂栓と金属製キャップの外
壁面に耐熱製樹脂チューブを設けさらにその外部に金属
製チューブを設けているため、連続したスキマの発生を
防止でき、水等がスキマを通って酸素センサ内部へ侵入
することはない。その結果、酸素センサの起電力の低下
等を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図はそれぞれ本考案の酸素センサの端部構
造の一例を示す断面図、 第4図は従来の酸素センサの一例の構成を示す部分断面
図、 第5図は第4図に示す従来の酸素センサの端部構造を示
す断面図である。 1……金属製キャップ、2……テフロン栓 3-1,3-2……リード線、4……テフロンチューブ 5……金属製チューブ

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素
    センサ素子と、該酸素センサ素子の信号を取り出すため
    のリード線と、前記酸素センサ素子を保護する金属製キ
    ャップとより成り、リード線の一部を金属製キャップ内
    に配置した酸素センサにおいて、金属製キャップよりリ
    ード線が外部に引き出される金属製キャップの上端部に
    金属製キャップより一部が突出する耐熱性樹脂栓を設け
    るとともに、該突出部の外壁面に密着し、かつ前記金属
    製キャップ外壁面に密着する耐熱性樹脂チューブを設
    け、少くとも金属製キャップとの密着部に対向する耐熱
    性樹脂チューブ外壁面に該耐熱性樹脂チューブと密着す
    る金属製チューブを設けたことを特徴とする酸素センサ
    の端部構造。
  2. 【請求項2】耐熱性樹脂栓または耐熱性樹脂チューブの
    少なくとも一方がテフロン(登録商標)であることを特
    徴とする請求項1記載の端部構造。
JP1988100595U 1988-07-30 1988-07-30 酸素センサの端部構造 Expired - Lifetime JPH0631422Y2 (ja)

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