JPH09318580A - センサのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温においてもシール性が劣化せず、しかも
フッ素ガス等の放出による検出精度の低下等が起こりに
くいセンサのシール構造を提供する。 【解決手段】 センサユニット５０において、一端に開
口部１ｅが形成された筒状のケーシング１の内側に検出
素子２が配置され、その検出素子２からの出力を取り出
すリード線４，９が、開口部１ｅから外側に延出すると
ともに、ケーシング１の該開口部１ｅ側の端部内側に、
リード線４，９とケーシング１の内面との間をシールす
るシール部材１０が配置されることによりシール構造が
形成される。そのシール部材１０は、ケーシング１の軸
方向において、ケーシング１の内側に面する端面１１ａ
を含む第一部分１１がシリコンゴムで、開口部１ｅ側の
端面１２ａを含む第二部分１２がフッ素ゴムで構成され
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、センサのシール構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の排ガス中の酸素濃度を検
出する酸素センサとして、ジルコニア等の固体電解質や
金属酸化物半導体を検出素子として用いるものが知られ
ている。検出素子は筒状のケーシングの内側に配置さ
れ、その出力は素子に接続されたリード線によりケーシ
ングの外側に取り出される。また、リード線が引き出さ
れるケーシングの開口部には、ケーシング内へ水等が進
入することを阻止するためにゴム製のシールがはめ込ま
れ、リード線はこのシールを貫いてケーシングの外側に
延出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記酸素セン
サは作動温度が３００℃以上と高く、ヒータにより検出
素子を強制加熱する構造が一般に採用されている。この
場合、ヒータによる発熱にエンジンからの発熱が重なっ
て、酸素センサはかなりの高温度にさらされることにな
り、上記シールも耐熱性ゴムで構成する必要がある。従
来、そのようなゴムとしてはシリコンゴムが用いられて
きたが、その耐熱性は必ずしも十分とはいえず、温度が
特に高くなった場合（例えば２５０℃以上）にはシール
性が失われてしまう欠点があった。また、シリコンゴム
よりもさらに耐熱性に優れたフッ素ゴムを使用する構成
も提案されているが（例えば特開平８一１５２１４
等）、フッ素ゴムは高温になるとフッ素ガスを放出する
ので、これがケーシング内に放出された場合、基準ガス
にこれが混入して検出精度を低下させたり、あるいはリ
ード線（及びこれが接続される端子）の露出部分を腐食
してしまう問題がある。

【０００４】本発明の課題は、高温においてもシール性
が劣化せず、しかもフッ素ガス等の放出による検出精度
の低下等が起こりにくいセンサのシール構造を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
センサのシール構造においては、少なくとも一端に開口
部が形成された筒状のケーシングの内側に検出素子が配
置され、その検出素子からの出力を取り出すリード線
が、開口部から外側に延出するとともに、ケーシングの
該開口部が形成されている端部内側に、リード線とケー
シング内面との間をシールする樹脂製のシール部材が配
置される。そして、上述の課題を解決するために、その
シール部材は、ケーシングの軸方向において、該ケーシ
ング内側に面する端面を含む第一部分と、該第一部分よ
りも前記開口部側に位置する第二部分との少なくとも２
部分から構成され、少なくともその第二部分がフッ素を
含有する樹脂により構成されるとともに、該第二部分の
フッ素含有量が第一部分のフッ素含有量よりも多くされ
たことを特徴とする。なお、検出素子は、具体的には酸
素を検出するものとすることができる。

【０００６】上記構成によれば、シール部材のケーシン
グ内側に面する第一部分を、それよりも開口部側に位置
する第二部分よりフッ素含有量の低い樹脂で構成するこ
とで、高温におけるケーシング内へのフッ素ガスの放出
を防止ないし抑制することができ、ひいては基準ガスへ
のフッ素ガスの混入に伴う検出精度の低下、あるいはリ
ード線や端子の露出部分の腐食等を起こりにくくするこ
とができる。また、第二部分をフッ素を含有する樹脂で
構成することで、高温におけるシール性を確保できる。

【０００７】具体的には上記第二部分は、シール部材
の、ケーシングの開口部側に位置する端面を含むものと
して構成することができる。また、さらに具体的にはシ
ール部分を、ケーシングの軸方向において、開口部側の
端面を含む第二部分と、それと反対側の端面を含む第一
部分との、互いに隣接する２部分により構成することが
できる。

【０００８】この場合、第二部分のフッ素含有率を４０
重量％以上とすることで、高温でのシール性がさらに向
上し、例えば２５０℃以上の高温でもシール性が確保で
きるようになる。一方、第一部分のフッ素含有量を３０
重量％以下（ゼロを含む）に設定することによりリード
線の腐食防止に顕著な効果が得られ、さらに１０重量％
以下（ゼロを含む）に設定することで、例えば酸素セン
サにおける基準ガスへのフッ素ガスの混入に起因した検
出精度の低下等が効果的に防止ないし抑制される。

【０００９】シール部材はゴムで構成することで、リー
ド線の挿通及びケーシングへの嵌着が容易となり、ひい
てはシール構造の組立てを能率的に行うことができる。
この場合、シール部材の第一部分をシリコンゴムで、第
二部分をフッ素ゴムで構成することができる。この構成
によれば、ケーシング内へのフッ素ガスの放出がほとん
ど起こらなくなる。

【００１０】なお、ここでいう「シリコンゴム」とは、
ゴムの分子構造において、その主鎖が主にオルガノシロ
キサン結合により形成される合成ゴムを総称するもので
あり、特にビニルシリコンゴム（ビニルメチルシリコン
ゴム）、フェニルシリコンゴム（フェニルメチルシリコ
ンゴム）、フッ化シリコンゴム等が好適に使用できる。
また、「フッ素ゴム」とは、フッ素を含有する合成ゴム
を総称するものであり、例えばフッ化ビニリデン系ゴム
（フッ化ビニリデンと、６フッ化プロピレン、５フッ化
プロピレンあるいは３フッ化塩化エチレン等との共重合
体を主成分とするもの）、四フッ化エチレン−プロピレ
ンゴム、四フッ化エチレン−フルオロメチルビニルエー
テルゴム、フォスファゼン系ゴム、フッ化アクリレート
系ゴム、フッ化ポリエステル系ゴム等が使用できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明のシール構造が採用
されたセンサユニットの一例を示している。すなわち、
該センサユニット５０においては、筒状のケーシング１
の先端部内側に配置された検出素子２が、ガス導入孔１
ｄから導入された排気ガスと接触することにより、その
酸素濃度に応じて検出信号を発生させ、その出力が該素
子２に接続された端子３及びリード線４によりケーシン
グ１の開口部１ｅから外側に取り出されるようになって
いる。なお、検出素子２は、例えばアルミナ等の耐熱性
絶縁材料で構成されたベース部の先端に、酸素濃度によ
って抵抗値の変化するチタニア等の金属酸化物を用いて
検出部を形成した構造を有し、該検出部の抵抗変化が測
定ガス中の酸素濃度の検出信号として出力される。ま
た、検出素子２の内側には、これを所定の作動温度に加
熱するためのヒータ５が設けられており、これに接続さ
れた端子８及びリード線９を介して通電されるようにな
っている。

【００１２】ケーシング１は、検出素子２が配置される
下部スリーブ１ｃと、開口部１ｅが形成された上部スリ
ーブ１ａと、両スリーブ１ｃ及び１ａを互いに結合する
とともにセンサユニット５０を図示しない排気管等に固
定するための螺子部１ｆを備えたハウジング１ｂとによ
って構成されている。また、上部スリーブ１ａの内側に
は、該上部スリーブ１ａよりも径小で、かつ上端側がラ
ッパ状に拡径するように段部１ｇが形成された補助スリ
ーブ１ｄが配置されている。そして、上部スリーブ１ａ
には、その開口部１ｅが形成されている端部内側に、上
記リード線４及び９とスリーブ１ａの内面との間をシー
ルするシール部材１０が配置されている。シール部材１
０は、スリーブ１ａの軸方向において互いに隣接する２
部分、すなわちスリーブ１ａの内側に面する端面１１ａ
を含む第一部分１１と、開口部１ｅ側の端面１２ａを含
む第二部分１２とから構成される。ここで、第二部分１
２はフッ化ゴム、例えばフッ化ビニリデン系ゴム等のフ
ッ素ゴム（フッ素含有量４０重量％以上）により、ま
た、第一部分１１はシリコンゴム、例えばビニルメチル
シリコンゴム等のシリコンゴム（フッ素含有量は実質的
にゼロ）により構成されている。

【００１３】図２は、シール部材１０を取り出して示す
ものであり、第一部分１１及び第二部分１２は、非圧縮
状態ではスリーブ１ａの内径よりも少し大きいほぼ同一
断面径を有する円柱状に構成され、第二部分１２の長さ
は第一部分１１の長さよりも短くされている。そして、
第二部分１２には、前述の各リード線４及び９（図１）
をそれぞれ通すためのリード線挿通孔１２ｂが形成され
ており、各々その内面には、孔の深さ方向に連なるよう
に複数の抜止め用の段部１２ｃが形成されている。一
方、第一部分１１には、上記各リード線挿通孔１２ｂに
対応する位置に、前述の端子３及び８（図１）を通すた
めの端子挿通孔１１ｂが形成されている。なお、両部分
１２及び１１は、接触面Ｐにおいて非接着状態で互いに
接触するものとされているが、適当な接着剤を用いて接
着してもよい。また、シール部材１０をスリーブ１ａの
軸方向に隣接する３以上の部分により形成してもよい。

【００１４】以下、シール部材１０の組付方法について
説明する。すなわち、シール部材１０は、図３に示すよ
うに開口部１ｅからスリーブ１ａの内側へ半径方向に圧
縮されながら押し込まれる。これにより、シール部材１
０の外面が開口部１ｅの内面と密着し、両者の間がシー
ルされる。ここで、補助スリーブ１ｄの段部１ｇは、該
スリーブ１ｄの軸方向においてシール部材１０がそれ以
上内側に入り込むことを阻止するストッパとして機能す
る。次に、各リード線４及び９は、それぞれ芯線３０の
外側が絶縁被覆３１で覆われた構造とされており、それ
ぞれシール部材１０の対応するリード線挿通孔１２ｂに
挿入され、その芯線３０の先端に金属製のソケット３２
が取り付けられる。そして、それらソケット３２に各端
子３及び８が係合して、それぞれ接続状態となる。各リ
ード線４及び９の外径はリード線挿通孔１２ｂの内径よ
りも大きく設定されており、リード線４及び９がそれら
挿通孔１２ｂを押し広げるようにして挿通されることで
両者の間がシールされる。

【００１５】ここで、ソケット３２は、外径が各端子挿
通孔１１ｂよりも大きく設定され、各端子３及び８が接
続された状態で、対応する端子挿通孔１１ｂ内にこれを
押し広げながら進入させられる。これに伴い、各リード
線４及び９は、その端部側において第二部分１２と第一
部分１１との間にまたがって位置することとなる。そし
て、その第一部分１１内に入り込んだその末端部分に対
応して、端子挿通孔１１ｂの内面には円環状の凸条部１
１ｃが形成され、これが絶縁被覆３１の外面と気密状態
で接触している。これにより、高温において第二部分１
２を構成するフッ素ゴムからフッ素ガスが放出されて
も、上記凸条部１１ｃによりこれが止められるので、ソ
ケット３２や端子３，８等がフッ素ガスにより腐食され
ることが防止ないし抑制される。

【００１６】この状態で、図４（ａ）に示すようにスリ
ーブ１ａの開口端側を半径方向にかしめて開口部１ｅを
縮径させることにより、シール部材１０に抜止めが施さ
れて図１に示す組み付け状態となる。なお、同図（ｂ）
に示すように、シール部材１０の軸方向中間部に対応す
る位置において、上部スリーブ１ａを縮径方向にかしめ
ることにより、シール部材１０の抜止めを行ってもよ
い。

【００１７】一方、別の組付方法として、下記のような
ものを採用することもできる。すなわち、図５（ａ）に
示すように、上部スリーブ１ａの開口部１ｅを予め縮径
状態に形成する一方、ハウジング１ｂへの接合が予定さ
れた側の開口部１ｈからシール部材１０をその内側へ挿
入する。一方、同図（ｂ）に示すように、ハウジング１
ｂ側には、予め補助スリーブ１ｄをスポット溶接等によ
り接合しておく。そして、その状態で同図（ｃ）に示す
ように、上部スリーブ１ａを補助スリーブ１ｄの外側に
被せるようにして装着し、さらにその開口部１ｈ側にお
いて上部スリーブ１ａとハウジング１ｂとをスポット溶
接等により接合して組付けを終了する。シール部材１０
は、縮径された上部スリーブ１ａの開口部１ｅと、補助
スリーブ１ｄとの間で軸方向に圧縮されて半径方向に広
がることで、上部スリーブ１ｄとの間をシールすること
となる。

【００１８】

【実施例】図１に示すセンサユニット５０において、そ
のシール部材１０の第二部分１２と第一部分１１とを、
フッ素含有量の異なる各種ゴムで構成し、以下に述べる
耐久試験を行った。なお、フッ素含有量がゼロのゴムと
しては、ビニルメチルシリコンゴムゴムを用いた。ま
た、各端子３，８はステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）によ
り構成した。

【００１９】（１）センサ特性 第二部分１２が２５０℃となる条件でセンサユニット５
０をエンジンに装着して１００時間エンジンを運転し、
運転中のセンサ出力を電圧計によりモニタして、急激な
出力変動が発生したか否かを判断する。評価基準は以下
のとおりである。○：運転中のセンサ出力の変動がほと
んどない。 △：センサ出力が若干変動はするが測定には支障なし。 ×：出力が急激に変動し、異常発生。

【００２０】（２）防水性 リード線４，９（図１等）の絶縁被覆と芯線との隙間を
介して２気圧の空気をケーシング１内に導入し、その状
態でセンサユニット５０を水没させて、シール部材１０
とケーシング１との隙間から空気が漏れ出すか否かを目
視で確認した。評価基準は以下の通りである。 ○：漏れ出し全くなし。 △：空気の漏れ出しが２ｃｃ／分以下。 ×：空気の漏れ出しが２ｃｃ／分以上。

【００２１】（３）端子の腐食 試験終了後に、各端子３及び８に腐食が生じているか否
かを目視にて確認した。評価基準は以下の通りである。 ○：腐食がほとんど認められない。 △：表面が腐食するが断線に至らない。 ×：腐食によって端子の断線が生じる。 以上の結果を表１に示す

【００２２】

【表１】

【００２３】本発明のシール構造を採用したセンサユニ
ットについては、防水性及びセンサ特性がいずれも良好
であり、端子の腐食もほとんど発生していないことがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシール構造を採用したセンサユニット
の一例を示す正面断面図。

【図２】そのシール部材の正面断面図。

【図３】シール部材を上部スリーブ内へ挿入した状態示
す正面断面図。

【図４】同じくその開口部をかしめた状態を、その変形
例とともに示す正面断面図。

【図５】シール部材の組付方法の別の実施例を示す工程
説明図。

【符号の説明】

１ ケーシング １ａ 上部スリーブ １ｅ 開口部 ２ 検出素子 ４，９ リード線 １０ シール部材 １１ 第一部分 １２ 第二部分 ５０ センサユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一端に開口部が形成された筒
   状のケーシングの内側に検出素子が配置され、その検出
   素子からの出力を取り出すリード線が、前記開口部から
   外側に延出するとともに、前記ケーシングの該開口部が
   形成されている端部内側に、前記リード線と前記ケーシ
   ング内面との間をシールする樹脂製のシール部材が配置
   され、 そのシール部材は、前記ケーシングの軸方向において、
   該ケーシング内側に面する端面を含む第一部分と、該第
   一部分よりも前記開口部側に位置する第二部分との少な
   くとも２部分から構成され、少なくともその第二部分が
   フッ素を含有する樹脂により構成されるとともに、該第
   二部分のフッ素含有量が前記第一部分のフッ素含有量よ
   りも多くされたことを特徴とするセンサのシール構造。
2. 【請求項２】 前記シール部材は、前記第二部分のフッ
   素含有量が４０重量％以上とされ、かつ前記第一部分の
   フッ素含有量が３０重量％以下（ゼロを含む）とされて
   いる請求項１記載のセンサのシール構造。
3. 【請求項３】 前記シール部材は、その第二部分がフッ
   素ゴムにより構成され、第一部分がシリコンゴムにより
   構成されている請求項１又は２に記載のセンサのシール
   構造。