JP7149895B2 - SENSOR AND SENSOR MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるセンサ及びセンサの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sensor suitably used for detecting the gas concentration of a specific gas contained in combustion gas or exhaust gas of a combustor or an internal combustion engine, and a method of manufacturing the sensor.
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分(酸素等)の濃度を検出するためのセンサが用いられている。このセンサは自身の内部にセンサ素子を有し、センサ素子は外筒に収容されている。ここで、外筒の後端は弾性のゴムキャップにより閉塞され、ゴムキャップは外筒を加締めることで固定されている。(特許文献1参照)。 Conventionally, sensors have been used to detect the concentration of specific components (such as oxygen) in the exhaust gas of internal combustion engines. This sensor has a sensor element inside itself, and the sensor element is housed in an outer cylinder. Here, the rear end of the outer cylinder is closed with an elastic rubber cap, and the rubber cap is fixed by crimping the outer cylinder. (See Patent Document 1).
ところで、図10(a)に示すように、従来のセンサにおいては、側面がストレート形状で筒状の加締め前のゴムキャップ素形材1002xに、段付きの外筒素形材1004xを被せ、次いで、ゴムキャップ素形材1002xの軸線方向中央部に相当する外筒素形材1004xを加締め機の押し型1010にて加締めることで、加締め後のゴムキャップ1002を外筒1004内に固定している(図10(b))。
しかしながら、図10(b)に示すように、外筒1004の加締め部1004sの後端側は開き気味になって十分に縮径されないため、加締め部1004sの後端側におけるゴムキャップ1002の後端1002Eの圧縮率が低下し、この部位でシール性が低下するという問題がある。
又、この圧縮率の低下を抑制するために、単純にゴムキャップ1002の外径を大きくすると、加締め部1004sで拘束されたゴムキャップ1002が高温環境で大きく膨張して切れてしまうおそれがある。
By the way, as shown in FIG. 10(a), in the conventional sensor, a
However, as shown in FIG. 10(b), the rear end side of the crimped
In addition, if the outer diameter of the
そこで、本発明は、外筒に加締められたゴムキャップの後端側の圧縮率の低下を抑制し、シール性を向上させたセンサ及びセンサの製造方法の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a sensor and a method for manufacturing the sensor that suppresses a decrease in the compressibility of the rear end side of the rubber cap crimped to the outer cylinder and improves the sealing performance.
上記課題を解決するため、本発明のセンサは、軸線方向に延びるセンサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具と、前記主体金具の後端側に接続される筒状の外筒と、前記外筒の後端側の内側に配置され、前記外筒の前記後端側の加締め部によって縮径されて固定され、前記外筒の後端開口部を封止するゴムキャップと、を備えるセンサにおいて、自由状態における前記ゴムキャップは、側面が先端に向かって窄まるテーパ部をなす筒状であり、前記加締め部における前記ゴムキャップの圧縮率は、前記加締め部の前記軸線方向中央より後端側の第1領域のみにおいて最大値を示すことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the sensor of the present invention includes a sensor element extending in the axial direction, a metal shell for holding the sensor element, a cylindrical outer cylinder connected to the rear end side of the metal shell, and the a rubber cap disposed inside the rear end side of the outer cylinder, fixed in diameter by the caulking portion on the rear end side of the outer cylinder, and sealing the rear end opening of the outer cylinder. In the sensor, the rubber cap in a free state has a cylindrical shape with a tapered portion whose side surface narrows toward the tip, and the compression rate of the rubber cap in the crimped portion is the center of the crimped portion in the axial direction. It is characterized in that the maximum value is exhibited only in the first region on the rear end side.
このセンサによれば、加締め部の後端側におけるゴムキャップの後端側の圧縮率が低下することを抑制し、シール性を向上させることができる。又、この圧縮率の低下を抑制するためにゴムキャップの外径を一様に(軸線方向のすべてにわたって)大きくする必要がないので、加締め部で拘束されたゴムキャップが高温環境で大きく膨張して切れることも抑制できる。 According to this sensor, it is possible to suppress a decrease in the compressibility of the rear end side of the rubber cap at the rear end side of the crimped portion, thereby improving the sealing performance. In addition, since it is not necessary to uniformly increase the outer diameter of the rubber cap (over the entire axial direction) in order to suppress this decrease in compression rate, the rubber cap restrained by the crimped portion expands greatly in a high temperature environment. It is also possible to suppress cutting.
本発明のセンサは、前記第1領域において、(自由状態における前記ゴムキャップの中実部の断面積S1)-(加締め状態における前記ゴムキャップの中実部の断面積S2)で表される断面積差ΔSが最大であってもよい。
このセンサによれば、第1領域で断面積差ΔSが最大になるので、ひいては第1領域のゴムキャップが最も圧縮され、第1領域のみにおいてゴムキャップの圧縮率を最大にすることができる。
In the sensor of the present invention, in the first region, (cross-sectional area S1 of the solid portion of the rubber cap in the free state) - (cross-sectional area S2 of the solid portion of the rubber cap in the crimped state) . The cross-sectional area difference ΔS may be the maximum.
According to this sensor, since the cross-sectional area difference ΔS is maximized in the first region, the rubber cap in the first region is compressed most, and the compression rate of the rubber cap can be maximized only in the first region.
本発明のセンサは、前記第1領域において、(自由状態における前記ゴムキャップの外径D1)-(加締め状態における前記外筒の内径D2)で表される径差ΔDが最大であってもよい。
このセンサによれば、第1領域で径差ΔDが最大になるので、ゴムキャップの外径と断面積に相関がある場合に、断面積差ΔSを第1領域で最大にすることができ、第1領域のみにおいてゴムキャップの圧縮率を最大にすることができる。
In the sensor of the present invention, in the first region, even if the diameter difference ΔD represented by (outer diameter D1 of the rubber cap in the free state) - (inner diameter D2 of the outer cylinder in the crimped state ) is maximum good.
According to this sensor, since the diameter difference ΔD is maximized in the first region, when there is a correlation between the outer diameter and the cross-sectional area of the rubber cap, the cross-sectional area difference ΔS can be maximized in the first region. The compressibility of the rubber cap can be maximized only in the first region.
本発明のセンサは、前記第1領域において、前記外径D1が最大であってもよい。
このセンサによれば、第1領域で外径D1が最大になるので、ゴムキャップの外径と断面積に相関がある場合に、断面積差ΔSを第1領域で最大にすることができ、第1領域のみにおいてゴムキャップの圧縮率を最大にすることができる。
The sensor of the present invention may have the maximum outer diameter D1 in the first region.
According to this sensor, since the outer diameter D1 is maximized in the first region, if there is a correlation between the outer diameter and the cross-sectional area of the rubber cap, the cross-sectional area difference ΔS can be maximized in the first region. The compressibility of the rubber cap can be maximized only in the first region.
本発明のセンサは、前記第1領域において、前記内径D2が最小であってもよい。
このセンサによれば、第1領域で内径D2が最小になるので、ゴムキャップの外径と断面積に相関がある場合に、外筒の内径D2、つまり加締め状態における断面積S2を小さくし、逆に断面積差ΔSを第1領域で最大にすることができ、第1領域のみにおいてゴムキャップの圧縮率を最大にすることができる。
In the sensor of the present invention, the inner diameter D2 may be the smallest in the first region.
According to this sensor, since the inner diameter D2 is the smallest in the first region, when there is a correlation between the outer diameter of the rubber cap and the cross-sectional area, the inner diameter D2 of the outer cylinder, that is, the cross-sectional area S2 in the crimped state, is reduced. , conversely, the cross-sectional area difference ΔS can be maximized in the first region, and the compression ratio of the rubber cap can be maximized only in the first region.
本発明のセンサは、前記ゴムキャップは前記軸線方向に貫通するリード線挿通穴を有し、前記リード線挿通穴には、前記センサ素子に電気的に接続されるリード線が挿通され、
前記第1領域において、自由状態における前記リード線挿通穴の内径H1が最小であってもよい。
このセンサによれば、第1領域で内径H1が最小になるので、ゴムキャップの断面積を減じるリード線挿通穴の内面積が小さくなり、逆に自由状態における断面積S1を大きくするので、断面積差ΔSを第1領域で最大にすることができ、第1領域のみにおいてゴムキャップの圧縮率を最大にすることができる。
In the sensor of the present invention, the rubber cap has a lead wire insertion hole penetrating in the axial direction, a lead wire electrically connected to the sensor element is inserted through the lead wire insertion hole,
In the first region, an inner diameter H1 of the lead wire insertion hole in a free state may be the smallest.
According to this sensor, since the inner diameter H1 is minimized in the first region, the inner area of the lead wire insertion hole, which reduces the cross-sectional area of the rubber cap, is reduced. The area difference ΔS can be maximized in the first region, and the compressibility of the rubber cap can be maximized only in the first region.
本発明のセンサにおいて、前記外筒の内部であって前記ゴムキャップの先端側に内部部品が当接して配置されていてもよい。
このセンサによれば、ゴムキャップの膨張が内部部品によって妨げられるためにゴムキャップの圧縮率がさらに向上し、シール性がさらに向上する。更には、ゴムキャップの先端側の圧縮率を低くすることで、ゴムキャップの膨張を抑制できるため、ゴムキャップに当接している内部部品が過度に押されることを抑制でき、その結果、内部部品の姿勢や配置位置の精度が向上する。
In the sensor of the present invention, an internal component may be arranged inside the outer cylinder and in contact with the tip side of the rubber cap.
According to this sensor, expansion of the rubber cap is prevented by the internal parts, so that the compressibility of the rubber cap is further improved and the sealing performance is further improved. Furthermore, by reducing the compression rate of the tip side of the rubber cap, it is possible to suppress the expansion of the rubber cap. The accuracy of the posture and placement position of is improved.
本発明のセンサの製造方法は、軸線方向に延びるセンサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具と、前記主体金具の後端側に接続される筒状の外筒と、前記外筒の後端側の内側に配置され、前記外筒の前記後端側の加締め部によって縮径されて固定され、前記外筒の後端開口を封止するゴムキャップと、を備えるセンサの製造方法において、自由状態におけるゴムキャップ素形体は、側面が先端に向かって窄まるテーパ部をなす筒状であり、加締め前の外筒素形体の後端側に前記ゴムキャップ素形体を配置し、前記ゴムキャップ素形体が配置された前記外筒素形体の前記軸線方向の少なくとも一部を内側に加締めて前記加締め部を形成する加締め工程を有し、前記加締め工程にて、前記加締め部の前記軸線方向中央より後端側の第1領域のみにおいて前記ゴムキャップの圧縮率が最大値を示すように加締めることを特徴とする。
A sensor manufacturing method according to the present invention includes a sensor element extending in an axial direction, a metal shell for holding the sensor element, a cylindrical outer cylinder connected to the rear end side of the metal shell, and a rear end of the outer cylinder. a rubber cap that is arranged inside the end side, is fixed by the caulking portion on the rear end side of the outer cylinder with a reduced diameter, and seals the rear end opening of the outer cylinder. The rubber cap preform in a free state has a cylindrical shape with a tapered portion tapered toward the tip, and the rubber cap preform is disposed on the rear end side of the outer cylindrical preform before caulking, and a crimping step of crimping inwardly at least a portion of the outer cylinder preform on which the rubber cap preform is arranged to form the crimped portion; The rubber cap is crimped so that the compressibility of the rubber cap exhibits a maximum value only in the first region on the rear end side of the center in the axial direction of the tightening portion.
この発明によれば、外筒に加締められたゴムキャップの後端側の圧縮率の低下を抑制し、シール性を向上させたセンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sensor that suppresses a decrease in the compressibility of the rear end side of the rubber cap that is crimped on the outer cylinder, thereby improving sealing performance.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るセンサ(酸素センサ)1の長手方向(軸線L方向)に沿う断面図、図2はセンサ1の外観図である。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction (axis L direction) of a sensor (oxygen sensor) 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external view of the
図1に示すように、センサ1は、センサ素子100、センサ素子100等を内部に保持する主体金具30、主体金具30の後端側に装着される外筒25、主体金具30の先端部に装着されるプロテクタ24等を有している。センサ素子100は軸線L方向に延びるように配置されている。
センサ素子100は公知の板状の酸素センサ素子であり、図示しないが、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルと、ヒータとを備え、酸素ポンプセルに流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。
又、センサ素子100の後端側の主面には複数の電極パッド100pが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
A plurality of
主体金具30は、SUS430製のものであり、センサを排気管に取り付けるための雄ねじ部31と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部32とを有している。また、主体金具30には、径方向内側に向かって突出する金具側段部33が設けられており、この金具側段部33はセンサ素子100を保持するための金属ホルダ34を支持している。そしてこの金属ホルダ34の内側にはセラミックホルダ35、滑石36が先端側から順に配置されている。この滑石36は金属ホルダ34内に配置される第1滑石37と金属ホルダ34の後端に渡って配置される第2滑石38とからなる。
The
金属ホルダ34内で第1滑石37が圧縮充填されることによって、センサ素子100は金属ホルダ34に対して固定される。また、主体金具30内で第2滑石38が圧縮充填されることによって、センサ素子100の外面と主体金具30の内面との間のシール性が確保される。
そして第2滑石38の後端側には、アルミナ製のスリーブ39が配置されている。このスリーブ39は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔39aが設けられ、内部にセンサ素子100を挿通している。そして、主体金具30の後端側の加締め部30aが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材40を介してスリーブ39が主体金具30の先端側に押圧されている。
The
A
また、主体金具30の先端側外周には、主体金具30の先端から突出するセンサ素子100の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔24aを有する金属製のプロテクタ24が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ24は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ41、内側には後端部42aの外径が先端部42bの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ42が配置されている。
A
一方、主体金具30の後端側には、SUS430製の外筒25の先端側が挿入されている。この外筒25は先端側の拡径した先端部25aを主体金具30にレーザ溶接等により固定している。外筒25の後端側内部には、セパレータ50が配置され、セパレータ50と外筒25の隙間に保持部材51が介在している。この保持部材51は、後述するセパレータ50の突出部50aに係合し、外筒25を加締めることにより外筒25とセパレータ50とにより固定されている。
On the other hand, the front end side of an
また、セパレータ50には、センサ素子100用のリード線11~15を挿入するための挿通孔50bが先端側から後端側にかけて貫設されている(なお、リード線14、15については図示せず)。挿通孔50b内には、電極パッド100pに接続する接続端子16が収容されている。各リード線11~15は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線11~15とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線11~15は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。
Further, through
さらに、セパレータ50の後端側には、外筒25の後端側の開口部25eを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ60が当接して配置されている。このゴムキャップ60は、外筒25の後端内に装着された状態で、外筒25の外周を径方向内側に向かって加締めて加締め部25bを形成することにより、外筒25の後端開口部25eを封止するとともに外筒25に固着されている。ゴムキャップ60にも、リード線11~15をそれぞれ挿入するためのリード線挿通穴62が先端側から後端側にかけて貫設されている。
セパレータ50が特許請求の範囲の「内部部品」に相当する。
なお、加締め部25bは、八方丸加締めのように、分割した複数の押し型を外筒25の径方向外側から内側に向かって押圧して形成され、図2に示すように、隣接する押し型同士の隙間が軸線L方向に延びて周方向に分離した複数の凸部25Lとなる。従って、加締め部25bとは、外筒25の最大外径よりも小径で凸部25Lが生じた領域で、かつ軸線L方向に凸部25Lの先後端までの領域とする。
Further, on the rear end side of the
The
Note that the
次に、図3~図5を参照し、第1の実施形態の特徴部分であるゴムキャップ60の圧縮率について説明する。図3は、外筒25の後端内にゴムキャップ60を加締める工程図、図4は自由状態におけるゴムキャップの外径D1及び外筒の内径D2の軸線L方向の変化を示す図、図5はゴムキャップ60の圧縮率Cの軸線方向の変化を示す図である。
Next, the compressibility of the
まず、図3(a)に示すように、加締め前のゴムキャップ素形材60xに、段付きの外筒素形材25xを被せる。ゴムキャップ素形材60xは側面が先端に向かって窄まるテーパ部60tをなす筒状であり、先端側に径大のフランジ部60dを有する。そして、外筒素形材25xの先端側が拡径する段部を、このフランジ部60dに係止させる。なお、ゴムキャップ素形材60xにおけるリード線挿通穴62xの内径は、軸線L方向に一定になっている。
次に、図3(b)に示すように、ゴムキャップ素形材60xの軸線L方向のほぼ中央部に相当する外筒素形材25xを加締め機の押し型200にて縮径して加締め、加締め部25bを形成する。これにより、加締め後のゴムキャップ60を外筒25内に固定する。
本実施形態では、加締め機は八方丸加締め機であり、軸線L方向に加締め部25bのどの位置でも外筒25の内径D2(D21)が同一になるよう、押し型200の押圧面200aが軸線L方向に平行なストレート状になっている。
First, as shown in FIG. 3A, the
Next, as shown in FIG. 3(b), the diameter of the
In this embodiment, the crimping machine is a Happomaru crimping machine, and the pressing surface of the stamping die 200 is adjusted such that the inner diameter D2 (D21) of the
ここで、加締め部25bの軸線L方向中央より後端側を第1領域Rとする。なお、図3(a)の状態では、まだ外筒素形材25xは加締められていないが、ゴムキャップ素形材60xの軸線L方向の各外径を、加締め部25b及び第1領域Rの位置と対比できるよう、加締め部25b及び第1領域Rの位置を表示した。
図3(c)に示すように、「自由状態におけるゴムキャップ60p」とは、図3(b)で加締められた外筒25を取り去り、加締め部25bによる拘束を除荷した状態のゴムキャップ60pをいう。
この場合、例えば図3(b)で加締めてすぐの新品のセンサであれば、外筒25を取り去ったときのゴムキャップ60pは、ほぼゴムキャップ素形材60xに近い形状まで復元する。一方、例えば経年使用したセンサの場合、ゴムキャップ60pは、ゴムキャップ素形材60xに比べて若干圧縮された状態が残る。
Here, a first region R is defined as the rear end side of the center of the caulked
As shown in FIG. 3(c), the "
In this case, for example, in the case of a new sensor that has just been crimped in FIG. On the other hand, in the case of a sensor that has been used for many years, for example, the
しかしながら、経年使用したセンサであっても、自由状態におけるゴムキャップ60pにおける軸線L方向の形状変化の傾向(例えばゴムキャップ60pの側面がテーパ部になる)はゴムキャップ素形材60xと同様である。
従って、説明を簡単にするため、以下ではゴムキャップ素形材60xの形状を、自由状態におけるゴムキャップ60pの形状と同等とみなし、ゴムキャップ素形材60xの形状に基づいて説明する。後述する第2及び第3の実施形態も同様である。
なお、自由状態におけるゴムキャップ60pにおける軸線L方向の形状を求めるには、外筒25を取り去る際に、ゴムキャップ60pにおける加締め部25bの位置を記録しておく必要がある。
また、加締め状態におけるゴムキャップ60の形状は、加締めた状態で、X線画像等で求めることができる。
However, even with a sensor that has been used for many years, the
Therefore, in order to simplify the explanation, the shape of the rubber cap
In order to obtain the shape of the
Further, the shape of the
ここで、ゴムキャップ素形材60xの側面がテーパ部60tをなすため、図3(a)及び図4に示すように、自由状態におけるゴムキャップの外径D1は、加締め部25bのうち最も後端側が最も大きく(D11)、第1領域Rの先端ではD11よりも小さいD12、第1領域Rより先端ではD12よりもさらに小さい。
一方、加締め部25bにおける外筒25の内径D2(D21)は、軸線L方向に一定である。そして、内径D2(D21)は、加締め部25bで圧縮されたゴムキャップ60の外径に相当する。
従って、径差ΔD=(D1-D2)も加締め部25bのうち最も後端側が最も大きくなる。
Here, since the side surface of the rubber cap
On the other hand, the inner diameter D2 (D21) of the
Therefore, the diameter difference ΔD=(D1−D2) is also the largest at the rear end of the caulked
ここで、自由状態におけるゴムキャップ60pの中実部の断面積S1は、ゴムキャップ60p(ゴムキャップ素形材60xとみなす)の外縁の断面積から、リード線挿通穴62xの合計内面積を差し引いた値となるが、リード線挿通穴62xの内径が軸線L方向に一定であるから、リード線挿通穴62xの内面積を差し引いた、自由状態におけるゴムキャップ60pの中実部の断面積S1はD1の2乗に相関する。
また、加締め状態におけるゴムキャップ60の中実部の断面積S2は、ゴムキャップ60の外縁の断面積から、リード線挿通穴62の合計内面積を差し引いた値となるが、加締め状態ではリード線挿通穴62にリード線11~15がほぼ密着して挿通されており、リード線挿通穴62の内径が軸線L方向に一定となる。従って、リード線挿通穴62の内面積を差し引いた、加締め状態におけるゴムキャップ60の中実部の断面積S2は、D2の2乗に相関する。
つまり、本実施形態においては、断面積S2が軸線L方向に一定となる一方で、断面積S1はD1に応じて変化するため、断面積差ΔS=(S1-S2)も、径差ΔDと同様に、加締め部25bのうち最も後端側が最も大きくなる。
Here, the cross-sectional area S1 of the solid portion of the
The cross-sectional area S2 of the solid portion of the
That is, in the present embodiment, while the cross-sectional area S2 is constant in the direction of the axis L, the cross-sectional area S1 changes according to D1. Similarly, the
そうすると、加締め部25bにおけるゴムキャップ60の圧縮率C=(S1-S2)/S1で定義すると、C=1-(S2/S1)となるが、S2は一定で、S1は加締め部25bの最も後端側が最も大きいから、図5の実線に示すように、Cも加締め部25bの最も後端側が最も大きな最大値Cmaxを示す。
つまり、ゴムキャップ60の圧縮率Cは、加締め部25bの軸線L方向中央より後端側の第1領域Rのみにおいて最大値を示すことになる。
これにより、加締め部25bの後端側におけるゴムキャップ60の後端側の圧縮率が低下することを抑制し、シール性を向上させることができる。
又、この圧縮率の低下を抑制するためにゴムキャップ60の外径を一様に(軸線L方向のすべてにわたって)大きくする必要がないので、加締め部25bで拘束されたゴムキャップ60が高温環境で大きく膨張して切れることも抑制できる。
Then, if the compression rate of the
That is, the compression ratio C of the
As a result, it is possible to suppress a decrease in the compression rate of the rear end side of the
In addition, since it is not necessary to uniformly increase the outer diameter of the rubber cap 60 (all over the direction of the axis L) in order to suppress the decrease in the compressibility, the
なお、本実施形態では、ゴムキャップ60の先端側にセパレータ50が当接して配置されている。この場合、ゴムキャップ60の膨張がセパレータ50によって妨げられるためにゴムキャップ60の圧縮率がさらに向上し、シール性がさらに向上する。
In this embodiment, the
次に、図6~図7を参照し、本発明の第2の実施形態に係るセンサについて説明する。但し、第2の実施形態に係るセンサは、加締め部25c及びゴムキャップ70の構成が異なること以外は、第1の実施形態に係るセンサと同一の構成であるので、加締め部25c及びゴムキャップ70付近のみ図示して説明する。
図6は、外筒25の後端内に第2の実施形態のゴムキャップ70を加締める工程図、図7は自由状態における第2の実施形態のゴムキャップの外径D1及び外筒25の内径D2の軸線方向の変化を示す図である。
Next, a sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. However, the sensor according to the second embodiment has the same configuration as the sensor according to the first embodiment, except that the crimping
FIG. 6 is a process diagram for crimping the
まず、図6(a)に示すように、加締め前のゴムキャップ素形材70xに、段付きの外筒素形材25xを被せる。ゴムキャップ素形材70xは側面が軸線L方向に平行なストレート形状の筒状であり、先端側に径大のフランジ部70dを有する。そして、外筒素形材25xの先端側が拡径する段部を、このフランジ部70dに係止させる。なお、ゴムキャップ素形材70xにおけるリード線挿通穴72xの内径は、軸線L方向に一定になっている。
次に、図6(b)に示すように、ゴムキャップ素形材70xの軸線L方向のほぼ中央部に相当する外筒素形材25xを加締め機の押し型202にて縮径して加締め、加締め部25cを形成する。これにより、加締め後のゴムキャップ70を外筒25内に固定する。
第2の実施形態では、加締め機は八方丸加締め機であるが、加締め部25cにおける外筒25の内径D2が、先端に向かうにつれて径大になるよう、押し型202の押圧面202tが先端に向かって広がるテーパ状になっている。
First, as shown in FIG. 6A, the
Next, as shown in FIG. 6(b), the diameter of the
In the second embodiment, the crimping machine is a Happomaru crimping machine. has a tapered shape that widens toward the tip.
ここで、加締め部25cの軸線L方向中央より後端側を第1領域Rとする。ゴムキャップ素形材70xの側面がストレート状なため、図6(a)及び図7に示すように、自由状態におけるゴムキャップの外径D1(D13)は、軸線L方向に一定である。なお、図6(a)の状態では、まだ外筒素形材25xは加締められていないが、ゴムキャップ素形材70xの軸線L方向の各外径を、加締め部25c及び第1領域Rの位置と対比できるよう、加締め部25c及び第1領域Rの位置を表示した。
一方、加締め部25cにおける外筒25の内径D2は、加締め部25cのうち最も後端側が最も小さく(D22)、第1領域Rの先端でD23、第1領域Rより先端ではD23よりもさらに大きい。従って、径差ΔD=(D1-D2)も加締め部25cのうち最も後端側が最も大きい。
そして、上記の通り、リード線挿通穴72xの内径が軸線L方向に一定であるから、リード線挿通穴72xの内面積を除いた、自由状態におけるゴムキャップ70の中実部の断面積S1はD1の2乗に相関し、加締め状態におけるゴムキャップ70の中実部の断面積S2はD2の2乗に相関する。
つまり、本実施形態においては、断面積S1が軸線L方向に一定となる一方で、断面積S2はD2に応じて変化するため、断面積差ΔS=(S1-S2)も、加締め部25cのうち最も後端側が最も大きくなる。
Here, a first region R is defined as the rear end side of the center of the caulked
On the other hand, the inner diameter D2 of the
As described above, since the inner diameter of the lead
That is, in the present embodiment, while the cross-sectional area S1 is constant in the direction of the axis L, the cross-sectional area S2 changes according to D2. , the rear end side becomes the largest.
そうすると、第1の実施形態と同様、図5の実線に示すように、圧縮率Cも加締め部25cの最も後端側が最も大きくなる。つまり、第2の実施形態においても、ゴムキャップ70の圧縮率Cは、加締め部25cの軸線L方向中央より後端側の第1領域Rのみにおいて最大値を示すので、シール性を向上させることができる。
Then, as in the first embodiment, as shown by the solid line in FIG. 5, the compressibility C is also the largest on the rearmost side of the caulked
次に、図8~図9を参照し、本発明の第3の実施形態に係るセンサについて説明する。但し、第3の実施形態に係るセンサは、ゴムキャップ80の構成が異なること以外は、第1の実施形態に係るセンサと同一の構成であるので、加締め部25b及びゴムキャップ80付近のみ図示して説明する。
図8は、外筒25の後端内に第3の実施形態のゴムキャップ80を加締める工程図、図9は自由状態における第3の実施形態のゴムキャップの中実部の断面積S1、加締め状態におけるゴムキャップ80の中実部の断面積S2の軸線方向の変化を示す図である。
Next, a sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. However, since the sensor according to the third embodiment has the same configuration as the sensor according to the first embodiment except that the configuration of the
8 is a process diagram for crimping the
まず、図8(a)に示すように、加締め前のゴムキャップ素形材80xに、段付きの外筒素形材25xを被せる。ゴムキャップ素形材80xは側面が軸線L方向に平行なストレート形状の筒状であり、先端側に径大のフランジ部80dを有する。そして、外筒素形材25xの先端側が拡径する段部を、このフランジ部80dに係止させる。但し、ゴムキャップ素形材80xにおけるリード線挿通穴82xの内径は、先端に向かうにつれて径大になっている。
次に、図8(b)に示すように、ゴムキャップ素形材80xの軸線L方向のほぼ中央部に相当する外筒素形材25xを加締め機の押し型202にて縮径して加締め、加締め部25bを形成する。これにより、加締め後のゴムキャップ80を外筒25内に固定する。
加締め部25bは、第1の実施形態と同一形状であり、軸線L方向に加締め部25bのどの位置でも外筒25の内径D2(D21)が同一になる。
First, as shown in FIG. 8A, the
Next, as shown in FIG. 8(b), the diameter of the
The caulked
ここで、加締め部25bの軸線L方向中央より後端側を第1領域Rとする。ゴムキャップ素形材80xの側面がストレート状なため、図8(a)に示すように、自由状態におけるゴムキャップの外径D1(D14)は、軸線L方向に一定である。ここで、図8(a)の状態では、まだ外筒素形材25xは加締められていないが、ゴムキャップ素形材80xの軸線L方向の各外径やード線挿通穴の内径を、加締め部25b及び第1領域Rの位置と対比できるよう、加締め部25b及び第1領域Rの位置を表示した。
又、第3の実施形態における加締め部25bは、第1の実施形態における加締め部25bと同一であるので、同一符号とした。
しかしながら、自由状態におけるゴムキャップのリード線挿通穴82xの内径H1は、図8(a)及び図9に示すように、加締め部25bのうち最も後端側が最も小さく(H11)、第1領域Rの先端でH12、第1領域Rより先端ではH12よりもさらに大きくなっている。
Here, a first region R is defined as the rear end side of the center of the caulked
Further, the crimped
However, the inner diameter H1 of the lead
ここで、自由状態におけるゴムキャップの中実部の断面積S1は、ゴムキャップ(ゴムキャップ素形材80xとみなす)の外縁の断面積から、リード線挿通穴82xの合計内面積を差し引いた値となるが、リード線挿通穴82xの内径が先端に向かって大きくなる一方で、ゴムキャップの外縁の断面積は一定である。従って、図9に示すように、リード線挿通穴82xの内面積を差し引いた、自由状態におけるゴムキャップの中実部の断面積S1は、加締め部25bのうち最も後端側が最も大きく(S11)、第1領域Rの先端でS12、第1領域Rより先端ではS12よりもさらに小さくなる。
一方、加締め状態におけるゴムキャップ80の中実部の断面積S2は、ゴムキャップ80の外縁の断面積から、リード線挿通穴82の合計内面積を差し引いた値となるが、加締め状態ではリード線挿通穴82にリード線11~15がほぼ密着して挿通されており、リード線挿通穴82の内径H2が軸線L方向に一定となる。そして、図9に示すように、加締め部25bにおける外筒25の内径D2(D21)は第1の実施形態と同様、軸線L方向に一定である。従って、リード線挿通穴82の内面積を差し引いた、加締め状態におけるゴムキャップ80の中実部の断面積S2は軸線L方向に一定となる。
つまり、図9に示すように、本実施形態においては、断面積S2が軸線L方向に一定となる一方で、断面積S1はH1に応じて変化するため、断面積差ΔS=(S1-S2)は、加締め部25bのうち最も後端側が最も大きくなる。
Here, the cross-sectional area S1 of the solid portion of the rubber cap in the free state is the value obtained by subtracting the total inner area of the lead
On the other hand, the cross-sectional area S2 of the solid portion of the
That is, as shown in FIG. 9, in the present embodiment, while the cross-sectional area S2 is constant in the direction of the axis L, the cross-sectional area S1 changes according to H1. ) is the largest on the rear end side of the crimped
そうすると、第1の実施形態と同様、図5の実線に示すように、圧縮率Cも加締め部25bの最も後端側が最も大きくなる。つまり、第3の実施形態においても、ゴムキャップ80の圧縮率Cは、加締め部25bの軸線L方向中央より後端側の第1領域Rのみにおいて最大値を示し、シール性を向上させることができる。
As a result, as in the first embodiment, as shown by the solid line in FIG. 5, the compression rate C also becomes the largest on the rearmost side of the caulked
次に、本発明の実施形態に係るセンサの製造方法について説明する。
本発明の実施形態に係るセンサの製造方法は、軸線L方向に延びるセンサ素子100と、センサ素子100を保持する主体金具30と、主体金具30の後端側に接続される筒状の外筒25と、外筒25の後端側の内側に配置され、外筒25の後端側の加締め部25bによって縮径されて固定され、外筒25の後端開口を封止するゴムキャップ60と、を備えるセンサ1の製造方法において、加締め前の外筒素形体25xの後端側にゴムキャップ素形体60xを配置し、ゴムキャップ素形体60xが配置された外筒素形体25xの軸線L方向の少なくとも一部を内側に加締めて加締め部25bを形成する加締め工程を有し、加締め工程にて、加締め部25bの軸線L方向中央より後端側の第1領域Rのみにおいてゴムキャップ60の圧縮率が最大値を示すように加締める。
Next, a method for manufacturing a sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
A sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a
第1領域Rのみにおいてゴムキャップ60の圧縮率が最大値を示すように加締める方法としては、既に図3、図6、図8の工程図で説明した通りであり、ゴムキャップ素形体の側面をテーパ状にする方法、加締め部をテーパ状にする方法、リード線挿通穴を先端側に向かって拡径する方法が例示されるが、これらに限定されない。
そして、加締め工程にて、第1領域Rに、ゴムキャップ60の圧縮率Cが最大値となる部分があり、第1領域Rより先端側の加締め部25bでは、圧縮率Cは最大値未満となるように加締める。
The method of crimping the
In the crimping process, there is a portion where the compression ratio C of the
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。
例えば、外筒素形体にゴムキャップ素形体を配置してから加締めるのでなく、外筒素形体に加締め部を形成した後、その縮径された加締め部にゴムキャップ素形体を圧入し、ゴムキャップを加締め部の内側に固定すると共に、ゴムキャップを圧縮してもよい。
センサ素子の種類も限定されず、例えば、酸素センサ素子のほか、被測定ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサ(NOxセンサ素子)や、HC濃度を検出するHCセンサ(HCセンサ素子)等に本発明を適用してもよい。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but extends to various modifications and equivalents within the spirit and scope of the present invention.
For example, rather than placing the rubber cap preform on the outer cylinder preform and then crimping, a crimped portion is formed in the outer cylinder preform, and then the rubber cap preform is press-fitted into the crimped portion whose diameter has been reduced. , the rubber cap may be compressed inside the caulking portion while fixing the rubber cap.
The type of sensor element is not limited, and examples include oxygen sensor elements, NOx sensors that detect the NOx concentration in the gas to be measured (NOx sensor elements), and HC sensors that detect the HC concentration (HC sensor elements). The present invention may be applied.
図5の二点鎖線に示すように、ゴムキャップの圧縮率Cは第1領域Rのみにおいて最大値Cmaxを示すのであれば、軸線L方向に第1領域Rのどの位置で最大値を示してもよく、また、第1領域Rより先端側では最大値未満であれば必ずしも先端に向かって単純に圧縮率Cが低下しなくてもよい。
この場合、例えば図3のゴムキャップ素形体の側面形状も、テーパ部に限らず、第1領域Rのいずれかの位置に対応するゴムキャップ素形体が部分的に径大になっていてもよい。
As shown by the two-dot chain line in FIG. 5, if the compression ratio C of the rubber cap shows the maximum value Cmax only in the first region R, then at what position in the first region R in the direction of the axis L does the maximum value show? Also, if the value is less than the maximum value on the distal end side of the first region R, the compression rate C does not necessarily simply decrease toward the distal end.
In this case, for example, the side shape of the rubber cap preformed body in FIG. 3 is not limited to the tapered portion, and the rubber cap preformed body corresponding to any position in the first region R may partially have a larger diameter. .
1 センサ
11~15 リード線
25 外筒
25b、25c 加締め部
25e 外筒の後端開口部
25x 外筒素形体
30 主体金具
50 内部部品(セパレータ)
60,70,80 ゴムキャップ
60x、70x、80x ゴムキャップ素形体
60p 自由状態におけるゴムキャップ
62,72,82 リード線挿通穴
100 センサ素子
L 軸線
R 第1領域
Cmax ゴムキャップの圧縮率の最大値
1
60, 70, 80
Claims (8)
前記センサ素子を保持する主体金具と、
前記主体金具の後端側に接続される筒状の外筒と、
前記外筒の後端側の内側に配置され、前記外筒の前記後端側の加締め部によって縮径されて固定され、前記外筒の後端開口部を封止するゴムキャップと、を備えるセンサにおいて、
自由状態における前記ゴムキャップは、側面が先端に向かって窄まるテーパ部をなす筒状であり、
前記加締め部における前記ゴムキャップの圧縮率は、前記加締め部の前記軸線方向中央より後端側の第1領域のみにおいて最大値を示すことを特徴とするセンサ。 an axially extending sensor element;
a metal shell that holds the sensor element;
a cylindrical outer cylinder connected to the rear end side of the metal shell;
a rubber cap disposed inside the rear end side of the outer cylinder, fixed in diameter by a caulking portion on the rear end side of the outer cylinder, and sealing the rear end opening of the outer cylinder; In the sensor provided,
The rubber cap in a free state has a cylindrical shape with a tapered portion tapered toward the tip,
A sensor according to claim 1, wherein a compressibility of the rubber cap in the caulked portion exhibits a maximum value only in a first region on a rear end side of the center of the caulked portion in the axial direction.
前記リード線挿通穴には、前記センサ素子に電気的に接続されるリード線が挿通され、
前記第1領域において、自由状態における前記リード線挿通穴の内径H1が最小である請求項2又は3に記載のセンサ。 The rubber cap has a lead wire insertion hole penetrating in the axial direction,
A lead wire electrically connected to the sensor element is inserted through the lead wire insertion hole,
4. The sensor according to claim 2, wherein the inner diameter H1 of the lead wire insertion hole in the free state is the smallest in the first region.
前記センサ素子を保持する主体金具と、
前記主体金具の後端側に接続される筒状の外筒と、
前記外筒の後端側の内側に配置され、前記外筒の前記後端側の加締め部によって縮径されて固定され、前記外筒の後端開口を封止するゴムキャップと、を備えるセンサの製造方法において、
自由状態におけるゴムキャップ素形体は、側面が先端に向かって窄まるテーパ部をなす筒状であり、
加締め前の外筒素形体の後端側に前記ゴムキャップ素形体を配置し、前記ゴムキャップ素形体が配置された前記外筒素形体の前記軸線方向の少なくとも一部を内側に加締めて前記加締め部を形成する加締め工程を有し、
前記加締め工程にて、前記加締め部の前記軸線方向中央より後端側の第1領域のみにおいて前記ゴムキャップの圧縮率が最大値を示すように加締めることを特徴とするセンサの製造方法。 an axially extending sensor element;
a metal shell that holds the sensor element;
a cylindrical outer cylinder connected to the rear end side of the metal shell;
a rubber cap disposed inside the rear end side of the outer cylinder, fixed by a crimping portion on the rear end side of the outer cylinder with a reduced diameter, and sealing a rear end opening of the outer cylinder. In the sensor manufacturing method,
The rubber cap preform in the free state has a cylindrical shape with a tapered portion tapered toward the tip of the side surface,
The rubber cap preformed body is arranged on the rear end side of the outer cylinder preformed body before crimping, and at least a part of the outer cylinder preformed body on which the rubber cap preformed body is arranged is crimped inward in the axial direction. Having a crimping step of forming the crimped portion,
The method for manufacturing a sensor, wherein in the crimping step, crimping is performed so that the compression rate of the rubber cap exhibits a maximum value only in a first region on the rear end side of the center in the axial direction of the crimped portion. .
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