JPH09178694A - 酸素センサの防水構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温において長時間晒された場合でも、気密
が劣化せずしかもゴム切れも発生しない酸素センサの防
水構造を提供すること。 【解決手段】 ゴムブッシュ３１と外筒１５との間に、
ゴムブッシュ３１の周りを囲む様に、（通気性のない）
ＰＴＦＥのチューブ３５が介挿されて配置されている。
そして、このゴムブッシュ３１の位置にて、外筒１５は
外側から加締められて（径方向加締め）凹状となり、そ
れに応じて、テフロンチューブ３５，ゴムブッシュ３１
及びリード線３３も内側に凸とされている。尚、外筒３
５は、レーザ溶接により内筒１３と接合されて一体化さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関か
らの排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサの防水構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関からの排気ガスの酸
素濃度を検出するために、排気管等に取り付けられた酸
素センサが使用されている。この酸素センサは、主体金
具に酸素濃淡電池の機能を有するジルコニアなどの素子
を保持し、その素子の外側電極を測定ガスに晒すととも
に、内側電極を標準ガスに接触させ、それら電極間に発
生した電圧を検出して測定ガス中の酸素濃度を検出する
構成となっている。

【０００３】そして、この様な酸素センサでは、センサ
の基端部から電極の電位を取り出すためのリード線が外
部に引き出されているが、センサの内部に水などが侵入
しないように、リード線の取り出し部分には、ゴムなど
のブッシュが介挿されて気密を確保するように構成され
ている。更に、ゴムブッシュの外周には、酸素センサの
外筒となる金属筒体が配置されており、この金属筒体の
外側より加締められることにより、ゴムブッシュの固定
とともに一層気密が確保されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た酸素センサは、通常極めて高温（例えば２５０℃以
上）の環境下で使用されるため、気密を確保するゴムに
はフッ素ゴムやシリコンゴムなどの耐熱性の高いゴムが
使用されているが、これらのゴムを圧縮状態で長時間の
高温環境化に置くと、やがてゴムの弾性が劣化し、圧縮
状態が永久変形歪みとして固定されてしまうことがあ
る。

【０００５】これによって、ゴムとリード線の間のシー
ルが確保できにくくなり、センサの気密が劣化するとい
う問題がある。また、加締め部分を中心にゴムが膨張す
ることにより、ゴムが切れるいわゆる”ゴム切れ”が発
生するという問題もある。

【０００６】本発明は、この様な不具合に鑑みなされた
もので、高温において長時間晒された場合でも、気密が
劣化せずしかもゴム切れも発生しない酸素センサのリー
ド線回りのシール構造、即ち酸素センサの防水構造を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、酸素センサのリード線周りの気密
を行なうゴムブッシュと、該ゴムブッシュの外側に配設
された金属筒体と、を備えた酸素センサの防水構造にお
いて、前記金属筒体が加締めによってゴムブッシュを径
方向に圧縮する部分にて、該ゴムブッシュと前記金属筒
体との間にポリテトラフルオロエチレン層を設けたこと
を特徴とする酸素センサの防水構造を要旨とする。

【０００８】ここで、ゴムブッシュを構成するゴムとし
ては、フッ素ゴムやシリコンゴムを採用できる。また、
ポリテトラフルオロエチレンとしては、テフロン（登録
商標）を使用することができる。更に、ポリテトラフル
オロエチレン層は、完全な気密性を有する層であっても
よいが、それとは別に、ガスは通過させるが水等は通過
させない極めて微細な通気孔を有する材料（例えばゴア
テックス；登録商標）で構成してもよい。

【０００９】請求項２の発明は、前記ポリテトラフルオ
ロエチレン層が、前記ゴムブッシュの周りに介挿された
ポリテトラフルオロエチレンチューブであることを特徴
とする前記請求項１記載の酸素センサの防水構造を要旨
とする。

【００１０】請求項３の発明は、前記ポリテトラフルオ
ロエチレン層が、前記ゴムブッシュの表面又は前記金属
筒体の表面にポリテトラフルオロエチレンコーティング
によって形成された層であることを特徴とする前記請求
項１記載の酸素センサの防水構造を要旨とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１の発明では、金属筒体が
加締めによってゴムブッシュを径方向に圧縮する部分に
て、ゴムブッシュと金属筒体との間にポリテトラフルオ
ロエチレン（以下単にＰＴＦＥと記す）層を設けてある
ので、ゴムブッシュの永久変形やゴム切れは発生しにく
くなる。それにより、酸素センサが高温環境下で長時間
置かれた場合でも、リード取り出し部分の気密性が劣化
せずに良好な状態を保つことができる。

【００１２】この様な作用を有する理由は、金属筒体と
ゴムブッシュとが直接接触しているか或はＰＴＦＥ層を
介して接触しているかの違いに困ると考えられる。つま
り、ゴムを金属が直接圧縮して気密性を確保している状
態では、ゴムが高温（例えば２５０℃以上）に晒され膨
張しようとしても、ゴムと金属の接触部分が固定される
ため、ゴムは自然な形では膨張できずに、極めて歪んだ
形で膨張変形することになる。特に、金属の加締め部分
のゴムに注目すれば、回りのゴムの膨張のしわ寄せによ
って圧縮変形が生じることになる。このことは固体とし
てのゴムを考えれば、圧縮部分のゴム分子は密度が高
く、自然膨張している部分のゴム分子は密度が低いこと
になるから、長時間に渡り高温状態が持続すれば、その
様な密度の不均一な分布状態は分子の熱運動によって緩
和される方向に変化が進むことになる。即ち、加締めに
よって固定された部分のゴムは分子の移動によって痩せ
ることになる。従って、ゴムが再び冷却されたときは、
ゴムの変形によって、当初確保されたいた気密性が劣化
してしまう。また、同様に、加締め部分のゴムの変形に
より、ゴム切れが発生してしまう。

【００１３】一方、ゴムと金属の間にＰＴＦＥ層を設け
た場合には、ＰＴＦＥ層とゴムとの間の摩擦係数及びＰ
ＴＦＥ層と外筒との間の摩擦係数は供に小さいことと、
ＰＴＦＥ層自体もゴムの変形に応じて変形するため、ゴ
ムの加締められた部分のピン止め効果は弱く、結果とし
て加締められた部分において、金属の加締め部分のゴム
やＰＴＦＥ層は比較的自然に膨張することができる。そ
のため、ゴムの内部で分子の密度分布はより均一な状態
を保ち、結果としてゴムの永久変形は起きにくくなると
考えられる。また、同様に、加締め部分のゴムの変形が
起きにくくになることにより、ゴム切れの発生が防止さ
れると考えられる。

【００１４】請求項２の発明では、ＰＴＦＥ層として、
ゴムブッシュの周りに介挿されたＰＴＦＥチューブを採
用することができる。この場合は、ＰＴＦＥチューブの
中にゴムブッシュを嵌め込めばよいので、その製造を簡
易化することができる。請求項３の発明では、ＰＴＦＥ
層として、ゴムブッシュの表面又は前記金属筒体の表面
にＰＴＦＥコーティングによって形成されたＰＴＦＥ層
を採用することができる。この場合は、ゴムブッシュ等
の表面に密着してＰＴＦＥ層を形成することができ、し
かもゴムブッシュ等の各種の表面形状に好適に対応する
ことができる。

【００１５】

【実施例】本発明の酸素センサの防水構造の実施例につ
いて、図面に基づいて説明する。 （実施例１）本実施例における酸素センサは、防水性及
び防ガス性を備えた本体気密タイプのものであり、図１
は酸素センサの全体を一部破断して示し、図２はゴムブ
ッシュの加締め部分を拡大して示している。

【００１６】図１において、酸素センサ１は、ＺｒＯ₂
からなる検出素子３と、検出素子３内に配置されたセラ
ミックヒータ５と、検出素子３を把持し酸素センサ１を
内燃機関に取り付ける主体金具７と、検出素子３を保護
し通気孔９を有するプロテクタ１１と、主体金具７の基
端側（図の上方）に加締めにより取り付けられたＳＵＳ
４０３からなる内筒１３と、内筒１３の基端側に外嵌さ
れたＳＵＳ４０３からなる外筒１５とを備えている。

【００１７】また、前記検出素子３と主体金具７との間
には、検出素子３の固定及び検出ガスの漏れ防止のため
に、滑石からなる充填粉末１７と、アルミナからなるセ
ラミックスリーブ１９と、ＳＵＳ４０３からなる加締め
パッキン２１とが配置され、内筒１３とセラミックヒー
タ５との間には、内筒１３とヒータ端子２３，出力端子
２５及びアース端子２７との間の電気的絶縁を確保する
ために、セラミックセパレータ２９が配置されている。

【００１８】更に、外筒１５の基端側の内側には、フッ
素ゴムからなるシール材として円柱状のゴムブッシュ３
１が詰められている。このゴムブッシュ３１は、ゴムブ
ッシュ３１を貫いて配置される耐熱性のリード線３３を
絶縁保護している。尚、前記ゴムブッシュ３１の（加締
め前の）自由直径は１１ｍｍ、加締め時の直径は９ｍｍ
である。

【００１９】特に本実施例では、図２にも示す様に、ゴ
ムブッシュ３１と外筒１５との間に、ゴムブッシュ３１
の周りを囲む様に、ＰＴＦＥからなるチューブ３５、具
体的には厚さ１ｍｍのテフロン（登録商標）のチューブ
３５が配置されている。尚、このチューブ３５には通気
性がない。

【００２０】そして、このゴムブッシュ３１の位置に
て、外筒１５は外側から加締められて（径方向加締め）
凹状となり、それに応じて、チューブ３５，ゴムブッシ
ュ３１及びリード線３３も内側に凸とされている。尚、
外筒１５は、例えばレーザ溶接により内筒１３と全周又
は一部分が接合されて一体化している。

【００２１】この様に、本実施例では、ゴムブッシュ３
１と外筒１５との間の加締めが施される部分に、チュー
ブ３５が介挿されているので、高温の環境下で使用され
た場合でも、ゴムブッシュ３１の圧縮状態が永久変形歪
みとして固定されてしまうことがなく、ゴムブッシュ３
１とリード線３３との間のシール性を長期間に渡って確
保することができ、センサの気密性の劣化を防止するこ
とができる。また、加締め部分を中心にゴムブッシュ３
１が膨張した場合でも、ゴムブッシュ３１が切れるゴム
切れの発生を防止することができる。

【００２２】尚、チューブ３５は、ゴムブッシュ３１の
周囲に嵌めるだけでよいので、本実施例の酸素センサ１
の製造は容易である。 ＜実験例＞次に、本実施例の効果を確認した実験例につ
いて説明する。

【００２３】ここでは、前記実施例１の酸素センサと、
従来のチューブを有しない酸素センサとを用い、その防
水性について調べた。具体的には、両酸素センサを２５
０℃と２８０℃との各々の環境下におき、どの程度時間
が経過すれば防水性が損なわれるかを、耐水圧を０．６
ｋｇｆ／ｃｍ²として（即ちこの水圧で浸水があるか否
かを）調べた。

【００２４】その結果、本実施例の酸素センサは、２５
０℃にて４００時間、２８０℃にて５０時間に渡り十分
な防水性を発揮でき好適であった。それに対して、従来
の酸素センサは、２５０℃にて１００時間、２８０℃に
て１０時間しか十分な防水性を発揮できなかった。

【００２５】（実施例２）次に、第２実施例の酸素セン
サの防水構造について説明するが、本実施例における酸
素センサは、防水性及び通気性を有する本体通気タイプ
ものであり、図３は酸素センサの全体を一部破断して示
し、図４はゴムブッシュの加締め部分を拡大して示して
いる。尚、前記実施例１と同様の部分は、説明を簡略化
する。

【００２６】図３において、酸素センサ４１は、ＺｒＯ
₂からなる検出素子４３と、セラミックヒータ４５と、
主体金具４７と、プロテクタ５１と、内筒５３と、外筒
５５とを備えている。また、前記検出素子４３と主体金
具４７との間には、充填粉末５７と、セラミックスリー
ブ５９と、加締めパッキン６１とが配置され、内筒５３
とセラミックヒータ４５との間には、セラミックセパレ
ータ６３が配置されている。更に、外筒５５の基端側の
内側には、フッ素ゴムからなるゴムブッシュ６５が詰め
られ、このゴムブッシュ６５を貫いて（ヒータ端子７
１，出力端子７２及びアース端子７３と接続された）リ
ード線６７が配置されている。尚、前記ゴムブッシュ６
５の自由直径は１０ｍｍ、加締め時の直径は８．５ｍｍ
である。

【００２７】特に本実施例では、図４にも示す様に、ゴ
ムブッシュ６５と外筒５５との間に、ゴムブッシュ６５
の周りを囲む様に、テフロンのチューブ６９が介挿され
ている。尚、このチューブ６９は、例えばゴアテックス
（登録商標）から構成されており、水等の侵入は防止す
るがガスを排出することができる通気性を備えている。

【００２８】また、外筒５５及びチューブ６９は、前記
実施例１より長く先端側に伸びており、チューブ６９の
先端側は、外筒５５と内筒５３との間に挟まれている。
そして、ゴムブッシュ６５の位置Ａ及び内筒５３との間
にチューブ６９を挟む位置Ｂ及び内筒５３と接する位置
Ｃにて、外筒５５は外側から加締められて（径方向加締
め）凹状となり、それに応じて、チューブ６９，ゴムブ
ッシュ６５，リード線６７及び内筒５３も内側に凸とさ
れている。尚、位置Ａと位置Ｂとの間にて、外筒５５に
通気孔５５ａが設けられている。

【００２９】この様に、本実施例では、前記実施例１と
同様に、ゴムブッシュ６５と外筒５５との間の加締めが
行われる部分に、チューブ６９が介挿されているので、
高温の環境下で使用され場合でも、ゴムブッシュ６５と
リード線６７との間のシール性を長期間に渡って確保す
ることができ、センサの気密性の劣化を防止することが
できる。また、加締め部分を中心にゴムブッシュ６５が
膨張した場合でも、ゴム切れの発生を防止することがで
きる。更に、酸素センサ４１の基端側は、通気性を有す
る構成となっているので、高温時（２５０℃以上）にゴ
ムブッシュ６５から発生するガスによる検出素子４３の
センサ出力の低下を防止することができる。

【００３０】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。例え
ば、前記実施例１，２では、ゴムブッシュの周囲にテフ
ロンのチューブを嵌める構成としたが、それ以外に、例
えばゴムブッシュの外側面や外筒の内側面にテフロンコ
ーティングを施してテフロン層を形成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の酸素センサ
の防水構造は、高温の環境下（例えば２００℃以上、特
に２５０℃以上）で使用され場合でも、シール性を長期
間に渡って確保することができ、センサの気密性の劣化
を防止することができる。また、加締め部分を中心にゴ
ムブッシュが膨張した場合でも、ゴム切れの発生を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の酸素センサの全体を一部破断して
示す説明図。

【図２】 実施例１のゴムブッシュの加締め部分近傍を
拡大して示す説明図である。

【図３】 実施例２の酸素センサの全体を一部破断して
示す説明図。

【図４】 実施例２のゴムブッシュの加締め部分近傍を
拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１，４１…酸素センサ １３，５３…内筒 １５，５５…外筒 ３１，６５…ゴムブ
ッシュ ３３，６７…リード線 ３５，６９…チュー
ブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大月 正一 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素センサのリード線周りの気密を行な
   うゴムブッシュと、該ゴムブッシュの外側に配設された
   金属筒体と、を備えた酸素センサの防水構造において、 前記金属筒体が加締めによってゴムブッシュを径方向に
   圧縮する部分にて、該ゴムブッシュと前記金属筒体との
   間にポリテトラフルオロエチレン層を設けたことを特徴
   とする酸素センサの防水構造。
2. 【請求項２】 前記ポリテトラフルオロエチレン層が、
   前記ゴムブッシュの周りに介挿されたポリテトラフルオ
   ロエチレンチューブであることを特徴とする前記請求項
   １記載の酸素センサの防水構造。
3. 【請求項３】 前記ポリテトラフルオロエチレン層が、
   前記ゴムブッシュの表面又は前記金属筒体の表面にポリ
   テトラフルオロエチレンコーティングによって形成され
   た層であることを特徴とする前記請求項１記載の酸素セ
   ンサの防水構造。