JP5514239B2 - 車載センサ - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載するガスセンサなどの車載センサに関する。

従来より、車両の内燃機関の排気管に設置し、排気ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ（例えば、全領域空燃比センサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサなど）や排気ガス温度を測定する排気温度センサなどの車載センサが知られている。これらの車載センサでは、検出素子に導通するリード線が、金属製のケーシングから取り出されて、センサ本体とは離れた場所に設置された制御装置などに接続される。ところで、これらの車載センサ、特に、排気管など車両の足回りに近い場所に設置された車載センサは、雨中走行時の水しぶきや洗車時に水流の噴射を受けたり、油分等の汚れが付着したりするため、水滴や油分がセンサのケーシング内に浸入して、電気的な短絡などの不具合を生じる虞がある。そこで、このような車載センサでは、リード線をケーシングから取り出すための構造として、ケーシングの基端側の開口部にリード線を挿通したゴム製のグロメットを嵌め込み、リード線とケーシングとの間を液密に封止することが行われることがある。例えば、特許文献１には、このような封止構造を有するガスセンサが開示されている。
加えて、グロメットよりも外側に露出するリード線を保護したり、複数のリード線が設けられる場合に、これらを収束するために、リード線を囲むリード包囲チューブを設ける場合もある。

特開２００４−２４５６６３号公報

しかしながら、従来のガスセンサでは、特許文献１のように、グロメット付近のリード線は、リード包囲チューブで覆われておらず、グロメットやリード線が外部に露出したままであった。しかるに、この状態では、高圧洗浄機を用いて洗車した場合などに掛かる水流の当たり方によっては、上述の封止構造を有する耐水圧性能だけでは十分ではなく、グロメットとリード線との隙間などを通じて、センサのケーシング内に水が浸入してしまう虞があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、雨水の水しぶきや高圧洗車の水流がかかることによるセンサ内部への水の浸入を適切に防止できる車載センサを提供することを目的とする。

その一態様は、軸線に沿う軸線方向に延びる形態を有する車載センサであって、検出素子と、上記検出素子に導通して上記軸線方向の基端側に延びる１または複数のリード線と、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記リード線のうち上記軸線方向の先端側のリード先端部を内部に収容する金属製の外筒と、ゴム状弾性体からなり、上記外筒のうち上記基端側に位置する外筒基端部内に配置されて、上記外筒基端部を閉塞すると共に、自身を挿通する上記リード線が上記基端側に延出するグロメットと、樹脂チューブからなり、上記リード線のうち上記グロメットよりも上記基端側の部位を周囲から包囲するリード包囲チューブと、を備え、上記外筒の上記外筒基端部は、その周囲が加締め変形により縮径されて、上記グロメットの被加締部を圧縮して保持する加締部及び、上記加締部よりも上記基端側に位置して、上記加締部よりも径大とされた基端径大部を有し、筒状で樹脂からなり、少なくとも、上記外筒のうち上記外筒基端部の上記加締部から上記リード包囲チューブのうち上記先端側のチューブ先端部までの部位を、周囲から覆うカバー部材であって、内側に向けて膨出して、上記外筒基端部のうち、上記基端径大部に係合可能に上記加締部に当接する加締部当接部を有するカバー部材を備える車載センサである。

この車載センサでは、少なくとも、外筒のうち外筒基端部の加締部からリード包囲チューブのうちチューブ先端部までの部位がカバー部材で覆われている。これにより、外筒基端部内に配置されたグロメットやリード包囲チューブのチューブ先端部から露出したリード線の一部もカバー部材に覆われる。このため、グロメット及びリード線が外部に露出するのを抑えて、センサ内部に水が浸入することが防止できる。なお、グロメットは、その一部が外筒基端部よりも基端側に突出する形態に配置しても良いし、グロメットの全体が外筒基端部内に位置して、外筒基端部から突出しない形態に配置しても良い。

さらに、カバー部材は、内側に向けて膨出した加締部当接部を有している。この加締部当接部は、外筒基端部のうち、基端径大部に係合可能に加締部に当接する。これにより、カバー部材が外筒基端部から基端側に抜け落ちにくい。なお、カバー部材が外筒基端部の加締部により確実に当接するために、加締部当接部は、内側に向けて環状に膨出した形状とするのが好ましい。

カバー部材をなす樹脂としては、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂、ＥＰＤＭ、シリコン樹脂が挙げられる。また、樹脂からなるリード包囲チューブとしては、例えば、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＦＥＰなどを用いたフッ素樹脂チューブやポリイミドチューブ、シリコンワニスガラスチューブなどが挙げられる。

さらに、上述の車載センサであって、前記カバー部材のうち、前記加締部当接部の少なくとも一部を内側に含む被締付部を、外側から囲んで締め付ける締付部材を備える車載センサとすると良い。

この車載センサでは、上述の締付部材により、カバー部材の被締付部を締め付ける。被締付部は、加締部当接部の少なくとも一部を内側に含み、これにより、カバー部材を、外筒基端部に確実に固定することができる。
なお、締付部材としては、樹脂製の結束バンドや金属製のクランプ部材などが挙げられる。

さらに、上述の車載センサであって、前記締付部材は、金属からなり、自身の一端部に設けた被係合部に、自身の他端部に設けた係合部が係合して環状をなし、前記被締付部を締め付けてなるクランプ部材である車載センサとすると良い。

この車載センサでは、締付部材として、上述のクランプ部材を用いる。このため、カバー部材の被締付部への取り付け及び取り外しが容易であり、且つ、確実にこの被締付部を締め付けることができる。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記カバー部材は、前記被締付部の前記基端側及び前記先端側にそれぞれ隣在して、外側に向けて膨出する外側凸部を有する車載センサとすると良い。

この車載センサでは、カバー部材は、上述の外側凸部を有しているので、締付部材の先端側及び基端側への位置ずれを防止し、締付部材及びカバー部材が外筒基端部から外れるのを適切に防止できる。
なお、外側凸部は、周方向に１又は複数箇所設ける形態としても良いが、環状に膨出する形態とするのが好ましい。

さらに、上述のガスセンサ制御装置であって、前記カバー部材は、前記加締部当接部よりも前記基端側に位置し、内側に向けて環状に膨出して、前記リード包囲チューブに環状に当接する基端側当接部を有する車載センサとすると良い。

この車載センサでは、カバー部材は、上述の基端側当接部を有している。この基端側当接部により、リード包囲チューブとカバー部材との間の隙間を無くすことができる。このため、センサ内部に水が侵入するのをさらに抑えることができる。

実施形態に係る全領域空燃比センサの側面図である。 実施形態に係る全領域空燃比センサの縦断面図である。 実施形態に係る全領域空燃比センサのうち、基端部分の構成を示す説明図である。 実施形態に係る全領域空燃比センサに用いる、カバー部材の半断面図である。 実施形態に係る全領域空燃比センサに用いる、クランプ部材の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１及び図２に、本実施形態の車載センサである全領域空燃比センサ１（以下、空燃比センサ１、または単に、センサ１ともいう）を示す。空燃比センサ１は、ガスセンサの一種であって、車両の内燃機関における空燃比フィードバック制御を行うために、車両の内燃機関の排気管に装着され、排気ガス中の酸素の濃度を検出する。先ず、図１及び図２を用いて、空燃比センサ１の概略を説明する。

この空燃比センサ１は、軸線ＡＸに沿う軸線方向ＨＪ（図中上下方向）に延び、その外装の一部として、排気管に固定するためのネジ部４１が外表面に形成された筒状の主体金具４０を備える。また、主体金具４０の先端側ＧＳ（図中下方）には、複数の通気孔５０Ｃを有する二重の有底筒状のプロテクタ５０がレーザ溶接により固設されている。一方、主体金具４０の基端側ＧＫ（図中上方）には、筒状をなす金属製の外筒３０がレーザ溶接により固設されている。そして、これらプロテクタ５０、主体金具４０及び外筒３０の内側に、軸線方向ＨＪに延びる板状の検出素子２が配置されている。

この検出素子２のうち、先端部２Ｓは、主体金具４０から先端側ＧＳに突出し、プロテクタ５０の内部に位置するように配置されており、この先端部２Ｓが、酸素の濃度を検出する検出部位となっている。そして、空燃比センサ１のうち、主体金具４０のネジ部４１よりも先端側ＧＳが、管内に配置されるように排気管（図示しない）に装着されて、排気ガス中の酸素の濃度を検出する。また、検出素子２は、酸素の濃度を検出する検出部と、検出部を加熱するヒータ部とが積層された構成とされている。そして、検出素子２の基端側ＧＫの一方面２Ｋ１には、検出部に導通する３つのセンサ用電極端子２ａ，２ｂ，２ｃが形成され、他方面２Ｋ２には、ヒータ部に導通する２つのヒータ用電極端子２ｄ，２ｅが形成されている。

一方、排気管の管外に配置される外筒３０は、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向けて、外筒基端部３１、第１径大部３２、縮径部３３、及び第２径大部３４を有している。このうち、外筒基端部３１は、外筒３０の基端側ＧＫに開口する基端側開口３０Ｈを含み、径方向ＨＲ内側に向けて加締め加工されて、外筒３０のうち、最も径小に縮径されている。また、縮径部３３も、径方向ＨＲ内側に向けて加締め加工により縮径されている。

また、主体金具４０は、その内部に、径方向ＨＲ内側に突出する棚部４２を有しており、この棚部４２に係合するように、筒状の金属カップ４３が配設されている。さらに、主体金具４０内には、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、アルミナからなる筒状のセラミックホルダ４４、滑石粉末やガラス粉末等からなる第１粉末充填層４５、同じく滑石粉末やガラス粉末等からなる第２粉末充填層４６、及び、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ４７が配設されている。このうち、セラミックホルダ４４及び第１粉末充填層４５は、金属カップ４３内に位置している。また、セラミックホルダ４４及びセラミックスリーブ４７は、軸線ＡＸに沿って矩形状に貫通され、検出素子２を内挿している。さらに、セラミックスリーブ４７と、主体金具４０の基端部４０Ｋとの間には、加締リング４８が配置されている。

主体金具４０の基端部４０Ｋは、径方向ＨＲ内側に屈曲して加締められ、加締リング４８を介してセラミックスリーブ４７を押圧している。これにより、第１粉末充填層４５及び第２粉末充填層４６の粉末が圧縮されて、主体金具４０内にセラミックスリーブ４７が固定されると共に、検出素子２が支持される。

一方、外筒３０のうち、第１径大部３２から第２径大部３４の内側には、接続体６０が配設されている。この接続体６０は、セラミック製のセパレータ６１と、３つのセンサ用リードフレーム６２，６３，６４と、２つのヒータ用リードフレーム６５，６６とから構成されている。セパレータ６１は、センサ用リードフレーム６２，６３，６４及びヒータ用リードフレーム６５，６６が互いに接触しないように、これらを隔離した状態で、これらを収容している。

この接続体６０は、前述のセラミックスリーブ４７と離間した状態で、検出素子２の基端側ＧＫに取り付けられている。具体的には、検出素子２の基端側ＧＫが、セパレータ６１の先端側ＧＳに開口した開口６１Ｃ内に挿入されている。そして、センサ用リードフレーム６２，６３，６４及びヒータ用リードフレーム６５，６６が、検出素子２の基端側ＧＫに形成された前述の３つのセンサ用電極端子２ａ，２ｂ，２ｃ及び２つのヒータ用電極端子２ｄ，２ｅに各々接触して、電気的に接続している。

また、この接続体６０は、その周囲に配置された概略筒状をなす付勢金具７０によって、後述するグロメット４に当接するように基端側ＧＫに付勢された状態で、外筒３０内に保持されている。付勢金具７０は、外筒３０の縮径部３３と共に加締め加工されて、縮径部３３の内側に加締め固定されている。

さらに、外筒３０のうち、外筒基端部３１の径方向ＨＲ内側には、センサ用３本とヒータ用２本の計５本のリード線３を挿通孔４ｃを通して内挿するフッ素ゴム製のグロメット４が配設されている。このグロメット４は、外筒基端部３１と共に加締め加工されて、自身の被加締部４ａを圧縮する形で外筒基端部３１内に保持されており、これにより、外筒基端部３１（基端側開口３０Ｈ）を閉塞している。また、５本のリード線３は、その先端側ＧＳのリード先端部３Ｓが接続体６０内に挿入されて、それぞれセンサ用リードフレーム６２，６３，６４及びヒータ用リードフレーム６５，６６に加締め固定され、これらと電気的に接続している。これにより、接続体６０内でリード線３と検出素子２とが導通されている。そして、リード線３は、センサ１の外部に取り出されて、離れた場所に設置された制御装置（図示しない）に接続される。

次いで、本実施形態に係る空燃比センサ１のうち、基端部分の構成を図３を用いてさらに説明する。前述した通り、外筒３０の基端側ＧＫの外筒基端部３１は、基端側開口３０Ｈを含んでいる。そして、リード線３を内挿するフッ素ゴム製のグロメット４が外筒基端部３１内に配置され、このグロメット４と共に、外筒基端部３１が径方向ＨＲ内側に向けて加締め加工されている。これにより、外筒基端部３１のうち、加締め変形により縮径された加締部３１ａで、グロメット４の被加締部４ａを圧縮して保持すると共に、グロメット４で外筒基端部３１（基端側開口３０Ｈ）が閉塞されている。さらに、グロメット４が圧縮されることにより、リード線３もグロメット４の挿通孔４ｃ内に密着し、挿通孔４ｃも液密に封止されている。また、外筒基端部３１が加締め変形された結果、加締部３１ａの基端側ＧＫは、加締部３１ａよりも径大な基端径大部３１ｂを形成している。
なお、本実施形態では、グロメット４の一部が、外筒基端部３１よりも基端側ＧＫに突出しているが、グロメット４の全体が外筒基端部３１内に位置して、外筒基端部３１から突出しない配置としても良い。

また、リード線３は、グロメット４から基端側ＧＫの外部に取り出されており、このリード線３のうちグロメット４よりも基端側ＧＫの部位は、径方向ＨＲ外側から、フッ素樹脂からなるリード包囲チューブ５により包囲されている。更に、少なくとも、外筒３０のうち外筒基端部３１の加締部３１ａからリード包囲チューブ５のうち先端側ＧＳのチューブ先端部５Ｓまでの部位（本実施形態では、リード包囲チューブ５のチューブ先端部５Ｓよりもやや基端側ＧＫの部位まで）は、その径方向ＨＲ外側から、フッ素樹脂からなる筒状のカバー部材１０で覆われている。なお、このカバー部材１０により、外筒基端部３１内に配置されたグロメット４やリード包囲チューブ５のチューブ先端部５Ｓから露出したリード線３の一部も間接的に覆われる。図４に、カバー部材１０の半断面図を示す。

また、カバー部材１０は、その先端側ＧＳに、径方向ＨＲ内側ＲＩに向けて環状に膨出した加締部当接部１４を有している。この加締部当接部１４は、外筒基端部３１のうち、基端径大部３１ｂに係合可能とされ、加締部３１ａに当接している。これにより、カバー部材１０は、外筒基端部３１から基端側ＧＫへ抜けにくくなっている。

また、カバー部材１０の被締付部１１には、これを径方向ＨＲ外側から囲んで締め付ける金属製のクランプ部材２０が嵌合されている。図５に、このクランプ部材２０の斜視図を示す。クランプ部材２０は、金属板材を自身の厚み方向に丸めた形態をなしており、自身の一端部２１（外側）に設けた円孔をなす被係合部２１ｈに、自身の他端部２２（内側）に設けた舌状に切れ目が設けられて斜めに突出する係合部２２ｋが係合して環状をなし、カバー部材１０の被締付部１１を締め付けている。また、このクランプ部材２０は、被係合部２１ｈと係合部２２ｋとの係合を解除することにより、被締付部１１から取り外し可能である。なお、被加締部１１は、加締部当接部１４の少なくとも一部を内側に含んでおり、クランプ部材２０の締め付けにより、加締部当接部１４が外筒基端部３１の加締部３１ａに強く当接する。かくして、クランプ部材２０によって、カバー部材１０を、外筒基端部３１に確実に固定することができる。

加えて、このカバー部材１０は、被締付部１１の基端側ＧＫ及び先端側ＧＳにそれぞれ隣在して、径方向ＨＲ外側ＲＯに向けて環状に膨出する外側凸部１２，１３を有している。この外側凸部１２，１３により、クランプ部材２０が先端側ＧＳ及び基端側ＧＫへ位置ずれを生じるのが防止されている。

さらに、このカバー部材１０は、加締部当接部１４よりも基端側ＧＫに位置し、径方向ＨＲ内側ＲＩに向けて環状に膨出して、リード包囲チューブ５に環状に当接する基端側当接部１５を有している。この基端側当接部１５によって、リード包囲チューブ５とカバー部材１０との間の隙間をも無くしている。

なお、リード包囲チューブ５及びカバー部材１０をリード線３に挿通するに当たっては、リード線３をグロメット４に挿通して、外筒基端部３１に加締め固定する前に行っておくのが良い。具体的には、まず、リード線３をリード包囲チューブ５に挿通しておき、さらに、これらの径方向ＨＲ外側ＲＯにカバー部材１０を被せておく。そして、リード線３をグロメット４に挿通して、センサ用リードフレーム６２，６３，６４及びヒータ用リードフレーム６５，６６に加締め固定した後、グロメット４と共に外筒基端部３１を加締め加工する。その後、カバー部材１０の加締部当接部１４が、外筒基端部３１の加締部３１ａに当接し、基端径大部３１ｂに係合するように、カバー部材１０を基端側ＧＫから先端側ＧＳに向けて押し込んで、カバー部材１０を外筒基端部３１に装着する。
また、クランプ部材２０は、カバー部材１０を外筒基端部３１に装着した後、クランプ部材２０をカバー部材１０の被締付部１１の周りに配置し、被係合部２１ｈと係合部２２ｋとを係合させる。これにより、カバー部材１０の被締付部１１を締め付けて、カバー部材１０を外筒基端部３１に固定する。

かくして、このようなカバー部材１０とリード包囲チューブ５とで、グロメット４及びリード線３を覆うことで、高圧洗浄機を用いて洗車した場合などに、グロメット４とリード線３との隙間や、グロメット４と外筒基端部３１との隙間を通じて、センサ１の内部に水が浸入することが防止される。

以上で説明したように、本実施形態の空燃比センサ１では、少なくとも、外筒３０のうち外筒基端部３１の加締部３１ａからリード包囲チューブ５のうちチューブ先端部５Ｓまでの部位がカバー部材１０で覆われている。これにより、外筒基端部３１内に配置されたグロメット４やリード包囲チューブ５のチューブ先端部５Ｓから露出したリード線３の一部もカバー部材１０に覆われる。このため、グロメット４及びリード線３が外部に露出するのを抑えて、センサ１の内部に水が浸入することが防止できる。

さらに、カバー部材１０は、径方向ＨＲ内側ＲＩに向けて環状に膨出した加締部当接部１４を有している。この加締部当接部１４は、外筒基端部３１のうち、基端径大部３１ｂに係合可能に加締部３１ａに当接している。これにより、カバー部材１０が外筒基端部３１から基端側ＧＫに抜けにくくされている。

さらに、本実施形態の空燃比センサ１では、クランプ部材２０により、カバー部材１０の被締付部１１を締め付けている。これにより、カバー部材１０を、外筒基端部３１に確実に固定することができる。また、クランプ部材２０は、被締付部１１の締め付けを確実に行うことができると共に、取り付け及び取り外しが容易である。

さらに、本実施形態の空燃比センサ１では、外側凸部１２，１３を有しているので、クランプ部材２０の先端側ＧＳ及び基端側ＧＫへの位置ずれを防止し、クランプ部材２０及びカバー部材１０が外筒基端部３１から外れるのを適切に防止できる。

さらに、本実施形態の空燃比センサ１では、カバー部材１０は、基端側当接部１５を有しており、この基端側当接部１５により、リード包囲チューブ５とカバー部材１０との間の隙間を無くすことができる。このため、センサ１の内部に水が侵入するのをさらに抑えることができる。

以上において、本発明の車載センサを、本実施形態の全領域空燃比センサ１に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、本発明における「車載センサ」は、ガスセンサの一種である全領域空燃比センサに限られず、例えば、酸素濃度を検出する酸素センサや窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサなどの他のガスセンサや、排気ガス温度を測定する排気温度センサなどであっても良い。
また、本実施形態では、締付部材として、金属製のクランプ部材２０を用いたが、その材料や形状は、適宜変更が可能である。また、リード包囲チューブ５、カバー部材１０についても、その材料及び形状は、適宜変更が可能である。

１ 全領域空燃比センサ（空燃比センサ、センサ、車載センサ）
２ 検出素子
３ リード線
３Ｓ リード先端部
４ グロメット
４ａ 被加締部
５ リード包囲チューブ
５Ｓ チューブ先端部
１０ カバー部材
１１ 被締付部
１２，１３ 外側凸部
１４ 加締部当接部
１５ 基端側当接部
２０ クランプ部材
２１ 一端部
２１ｈ 被係合部
２２ 他端部
２２ｋ 係合部
３０ 外筒
３０Ｈ 基端側開口
３１ 外筒基端部
３１ａ 加締部
３１ｂ 基端径大部
ＡＸ 軸線
ＨＪ 軸線方向
ＧＫ 基端側
ＧＳ 先端側

Claims (5)

1. 軸線に沿う軸線方向に延びる形態を有する車載センサであって、
   検出素子と、
   上記検出素子に導通して上記軸線方向の基端側に延びる１または複数のリード線と、
   上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記リード線のうち上記軸線方向の先端側のリード先端部を内部に収容する金属製の外筒と、
   ゴム状弾性体からなり、上記外筒のうち上記基端側に位置する外筒基端部内に配置されて、上記外筒基端部を閉塞すると共に、自身を挿通する上記リード線が上記基端側に延出するグロメットと、
   樹脂チューブからなり、上記リード線のうち上記グロメットよりも上記基端側の部位を周囲から包囲するリード包囲チューブと、を備え、
   上記外筒の上記外筒基端部は、
   その周囲が加締め変形により縮径されて、上記グロメットの被加締部を圧縮して保持する加締部及び、
   上記加締部よりも上記基端側に位置して、上記加締部よりも径大とされた基端径大部を有し、
   筒状で樹脂からなり、少なくとも、上記外筒のうち上記外筒基端部の上記加締部から上記リード包囲チューブのうち上記先端側のチューブ先端部までの部位を、周囲から覆うカバー部材であって、
   内側に向けて膨出して、上記外筒基端部のうち、上記基端径大部に係合可能に上記加締部に当接する加締部当接部を有する
   カバー部材を備える
   車載センサ。
2. 請求項１に記載の車載センサであって、
   前記カバー部材のうち、前記加締部当接部の少なくとも一部を内側に含む被締付部を、外側から囲んで締め付ける締付部材を備える
   車載センサ。
3. 請求項２に記載の車載センサであって、
   前記締付部材は、
   金属からなり、自身の一端部に設けた被係合部に、自身の他端部に設けた係合部が係合して環状をなし、前記被締付部を締め付けてなるクランプ部材である
   車載センサ。
4. 請求項２または請求項３に記載の車載センサであって、
   前記カバー部材は、
   前記被締付部の前記基端側及び前記先端側にそれぞれ隣在して、外側に向けて膨出する外側凸部を有する
   車載センサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の車載センサであって、
   前記カバー部材は、
   前記加締部当接部よりも前記基端側に位置し、内側に向けて環状に膨出して、前記リード包囲チューブに環状に当接する基端側当接部を有する
   車載センサ。

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