JP2004219268A

JP2004219268A - Gas sensor

Info

Publication number: JP2004219268A
Application number: JP2003007470A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishikawa; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor capable of improving heat resistance and suppressing a decrease in assembly workability. <P>SOLUTION: The gas sensor 1 comprises a dual-structure sealing member 11 having an outer sealing member 24 made of a rubber material and an inner sealing member 23. As a result, especially, the outer sealing member 24 coming into contact with a swaging section 88 is composed of perfluororubber having superior heat resistance, thus preventing deterioration and damages caused by heat conduction from casing 4 (an outer casing material 16) from being generated easily and hence making superior heat resistance. Additionally, the inner sealing member 23 is formed by fluororubber that can be easily, elastically deformed, thus easily inserting lead wires 19, 20, 21, 22 into a lead wire insertion hole 17 of the sealing member, thus increasing heat-resistant performance and preventing a decrease in assembly workability by the gas sensor 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リード線挿通孔を有する弾性シール部材を備えて構成され、高温環境下で用いられるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被測定ガスに応じたガス検出信号を出力する検出素子を保持すると共に、外部から内部空間に通じる筒状開口部を有するケーシングと、検出素子に接続するリード線を外部からケーシングの内部空間に導入するためのリード線挿通孔を有し、ケーシングの内部に配置される弾性シール部材と、を備えて構成されるガスセンサが知られている。
【０００３】
ガスセンサは、例えば、エンジンの排気ガス中における被測定ガスを検出するために排気管に備えられて使用に供されるが、排気管からの熱伝導や輻射熱によりセンサ自身が高温下に晒される。
このような高温環境下で使用されるガスセンサにおいては、弾性シール部材の耐熱性を向上させるために、耐熱性に優れた材料（パーフロロゴムなど）を用いて弾性シール部材（ゴムブッシュ３３）を形成する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、樹脂材料からなる部材（ブッシュ７）を主体にして、その部材のリード線挿通孔に相当する部分にゴム材料（被覆体８）を配置することで、耐熱性を向上させる技術（特許文献２）や、セラミック材料からなる部材（絶縁ハウジング構成成分１１）を主体にして、その部材のリード線挿通孔に相当する部分にシール部材（シール８）を配置することで、耐熱性を向上させる技術（特許文献３）が提案されている。
【０００５】
さらに、リード線挿通孔を有する部材（ゴムブッシュ３１）の周囲に樹脂材料（ポリテトラフルオロエチレン層）からなる部材（チューブ３５）を配置することで、耐熱性を向上させる技術（特許文献４）が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１９６８８５号公報（請求項２、図３）
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−８７７６９号公報（図２、段落番号［００１７］）
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−６８７７６号公報（図１、段落番号［０００６］）
【０００９】
【特許文献４】
特開平９−１７８６９４号公報（図２、段落番号［００１９］）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成においては、耐熱性を向上させるために、弾性シール部材をゴム以外の材料（樹脂やセラミックなど）で構成することから、弾性シール部材の全体的な硬度が高くなり硬質化するため、リード線挿通孔へのリード線の挿通作業が煩雑となる。そして、このようにリード線挿通作業が煩雑になると、ガスセンサの組立作業性が低下するという問題がある。
【００１１】
組立作業性を優先する場合には、弾性変形しやすい軟質のゴム材料のみを用いて弾性シール部材を形成することが考えられるが、そのようなゴム材料は耐熱性に劣るため、高温環境下での使用が難しくなるという問題が生じる。
なお、分子量を大きくしたり、架橋密度を調整するなどの手法により、耐熱性を向上させたゴム材料を用いることで、高温環境下で使用可能な弾性シール部材を形成できる。しかし、このようなゴム材料は硬度が高くなるために、樹脂などを用いてシール部材を形成する場合と同様に、リード線挿通作業が煩雑となり、組立作業性が低下してしまう。
【００１２】
また、全体をパーフロロゴムで形成した弾性シール部材は、全体的に硬度が比較的高い状態にあり、かつ、パーフロロゴム材料自身が高価であるため、ガスセンサのコストが増大するという問題が生じる。
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、耐熱性の向上を図りつつ、組立作業性の低下を抑制することができるガスセンサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明方法は、検出部にて検出される被測定ガスに応じたガス検出信号を信号出力部から出力する検出素子と、検出部を被測定ガスに晒しつつ、信号出力部を内部空間に収容する状態で検出素子を保持する素子保持部を有すると共に、外部から内部空間に通じる筒状開口部を有するケーシングと、信号出力部に接続するリード線を外部からケーシングの内部空間に導入するためのリード線挿通孔を有し、ケーシングの内部に配置される弾性シール部材と、を有するガスセンサであって、弾性シール部材は、柱状形状に形成されたゴム材料からなる内側シール部材と、内側シール部材の周囲を囲む筒状形状に形成されたゴム材料からなる外側シール部材とを有して構成されると共に、外側シール部材がケーシングの内面に当接する状態で該ケーシングの内部に配置され、外側シール部材は、内側シール部材よりも耐熱性能に優れたゴム材料で形成され、内側シール部材は、外側シール部材よりも硬度が低く、かつリード線挿通孔を備えて形成されていることを特徴とする。
【００１４】
このガスセンサに備えられる弾性シール部材は、内側シール部材と外側シール部材とを有して構成されており、外側シール部材が耐熱性能に優れたゴム材料で形成されていることから、ケーシングからの熱伝導による劣化・破損が生じ難くなる。
【００１５】
また、内側シール部材は、外側シール部材よりも硬度が低いため、弾性変形しやすい軟質のゴム材料で形成することができる。このため、この弾性シール部材に備えられるリード線挿通孔は、リード線挿通作業時に弾性変形し易くなることから、リード線挿通孔へのリード線挿通作業が容易となり、ガスセンサの組立作業性が低下するのを防ぐことができる。
【００１６】
よって、本発明のガスセンサによれば、耐熱性能の向上を図ることができると共に、ガスセンサの組立作業性の低下を防止できることから、耐熱性能の向上および組立作業性の低下防止を両立することができる。
なお、ガスセンサには、弾性シール部材がケーシングにより挟持固定される構造のものがあり、ケーシングにより弾性シール部材を挟持固定する手法としては、例えば、弾性シール部材が配置された部分のケーシングを径方向内側に加締め変形して、ケーシングの内径寸法を縮小する方法がある。そのような構造のガスセンサにおいては、弾性シール部材が軟らかい材料で形成されていると、弾性シール部材が弾性変形することにより弾性シール部材とケーシングとの間に生じる圧力が低下して、ケーシングによる挟持固定力が不充分となる虞がある。そして、場合によっては、弾性シール部材とケーシングとの間や、弾性シール部材のリード線挿通孔とリード線との間に隙間が生じて、ガスセンサの気密性（シール性）が低下することになる。
【００１７】
そこで、弾性シール部材は、請求項２に記載のように、外側シール部材の径方向外側に位置するケーシングを径方向内側に加締めることにより、ケーシングの内側に加締め固定されているとよい。
つまり、硬度が高い材料からなる外側シール部材を有する弾性シール部材は、加締め変形したケーシングにより挟持される際に、弾性シール部材の全体としての弾性変形量が縮小されることになる。このことから、弾性シール部材とケーシングとの間に生じる圧力の低下を防止でき、ケーシングによる挟持固定力を増大させることができ、弾性シール部材を確実にケーシングの内部に固定することができる。
【００１８】
また、この弾性シール部材においては、内側シール部材を軟質の材料で構成できるため、リード線挿通作業時におけるリード線挿通孔の弾性変形量が不足するのを防止でき、リード線挿通作業の作業性が低下することはない。
よって、本発明によれば、弾性シール部材を確実にケーシングに固定できることから、気密性の低下を防止でき、また、リード線挿通作業の作業性が低下しないことから、ガスセンサの組立作業性の低下を防止することができる。
【００１９】
ところで、ケーシングに対して全体を挿入可能に形成された弾性シール部材を用いる場合、弾性シール部材をケーシングのどの位置まで挿入するのが適切であるのかを判断するのが難しく、また、挿入作業を誤って、本来配置すべき位置よりも深い位置まで弾性シール部材を挿入してしまうことも考えられる。
【００２０】
そこで、上述のガスセンサにおいては、請求項３に記載のように、弾性シール部材が、内側シール部材の外面から周方向外側に向けて延設されると共に外側シール部材よりも周方向外側に突出して形成される鍔部を備え、鍔部が、ケーシングの内面に当接して、ケーシングの内部での弾性シール部材の設置位置を規定するように、ガスセンサを構成すると良い。
【００２１】
鍔部を備える弾性シール部材は、ケーシングに対して挿入する際に、鍔部がケーシングの内面に当接するまで挿入することで、ケーシングに対する弾性シール部材の相対位置（配置位置）を一定に定めることができる。つまり、この鍔部は、弾性シール部材をケーシングに挿入配置する際に、ケーシングの内面に当接することで、ケーシングにおける弾性シール部材の位置決めを行う位置決め部としての機能を発揮することができる。
【００２２】
よって、本発明によれば、ケーシングにおける弾性シール部材の設置位置（配置位置）を容易に決定できるため、弾性シール部材をケーシングに挿入する際の位置決め作業の煩雑さを解消できる。
なお、鍔部は、内側シール部材に嵌合された状態の外側シール部材に当接する位置に形成しても良く、それにより、内側シール部材に対する外側シール部材の位置決めが可能となり、外側シール部材と内側シール部材との相対位置を容易に決定することができ、弾性シール部材を正確に組み立てることができる。
【００２３】
また、鍔部は、内部空間に配置される内部構成物とケーシングとの間で挟持可能な位置に、挟持可能な形状で形成しても良い。特に、鍔部が、内側シール部材の周方向にわたり連続的に形成されると共に、内部構成物とケーシングとの間で周方向にわたり連続的に挟持される場合には、弾性シール部材とケーシングとの間における気密性をさらに向上することができる。
【００２４】
次に、上述のガスセンサは、請求項４に記載のように、外側シール部材が、パーフロロゴムで形成されているとよい。
つまり、パーフロロゴムは、耐熱性に優れたゴム材料であることから、外側シール部材として用いることで、ケーシングからの熱伝導により高温になる場合であっても、劣化・破損し難い弾性シール部材を構成することができる。また、内側シール部材は、外側シール部材よりも軟質なゴム材料（例えば、フッ素ゴムなど）で構成されることから、リード線の挿通作業が容易である。
【００２５】
また、弾性シール部材のうち、内側シール部材および外側シール部材の双方（弾性シール部材の全体）ではなく、外側シール部材のみをパーフロロゴムで形成することで、高価なパーフロロゴムの使用量を低減でき、コストの増大を抑制することができる。
【００２６】
よって、本発明によれば、耐熱性能の向上を図ることができると共に、組立作業性の低下を防止できるガスセンサを実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用した実施例であるガスセンサを図面と共に説明する。なお、本実施例では、内燃機関の排気管等に装着されて排気ガス中の酸素を検出するガスセンサ（換言すれば、酸素センサ）について説明する。図１は、本実施例のガスセンサ１の全体構成を示す断面図である。
【００２８】
なお、本実施例においては、図１に示すガスセンサ１のうち、図中の下側を「ガスセンサの先端側」として、図中の上側を「ガスセンサの後端側」として説明する。
図１に示すように、ガスセンサ１は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先端部が閉じた中空軸状に形成された検出素子２、検出素子２の内部に配置された軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を収容するケーシング４などから構成されている。
【００２９】
検出素子２は、被測定ガスを検出するための検出部２５を先端部（図における下側端部）に備えると共に、後端部（図における上側端部）には、検出部２５にて検出される被測定ガスに応じたガス検出信号を出力するための一対の信号出力電極（外側信号出力電極２６および内側信号出力電極２７）を備えて構成されている。なお、外側信号出力電極２６および内側信号出力電極２７は、例えば、ＰｔあるいはＰｔ合金により形成された多孔質電極として構成される。
【００３０】
セラミックヒータ３は、棒状形状に形成されると共に、内部に抵抗発熱線（図示せず）を有する発熱部４２を備えており、後述するヒータ用リード線１９，２２を経て通電されることにより発熱部４２が発熱して、検出素子２の先端部（検出部２５）を加熱する。
【００３１】
ケーシング４は、検出素子２を保持すると共にその検出部２５を排気管等の内部に突出させる主体金具５と、主体金具５の後端側開口部に接続される筒状形状の内筒部材１４と、内筒部材１４の後端側開口部に接続される筒状形状の外筒部材１６と、を備えて構成されている。主体金具５、内筒部材１４および外筒部材１６が接続されてケーシング４が形成されると、ケーシング４の内部に、ガス検知（本実施例では、酸素検知）に用いる基準ガス（例えば、大気など）を蓄積するための基準ガス空間５８（内部空間）が形成される。
【００３２】
主体金具５は、ガスセンサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのネジ部６６を有する円筒状に形成されると共に、検出素子２を先端側から支持する支持部材５１と、支持部材５１の後端側に充填される滑石粉末からなる充填部材５２と、充填部材５２を後端側から先端側に向けて押圧するスリーブ５３と、を内部に収容可能に構成されている。
【００３３】
すなわち、主体金具５の先端側の内周には、内向きに突出した金具段部５４が設けられており、この金具段部５４にリング５５を介して支持部材５１が係止されることにより、検出素子２が先端側から支持されている。そして、支持部材５１の後端側における主体金具５の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５２が配設され、さらに、この充填部材５２の後端側に筒状のスリーブ５３およびリング１５が順次同軸状に内挿された状態で配置される。
【００３４】
このあと、主体金具５の後端側開口部に内筒部材１４が配置され、内筒部材１４の先端側の拡径した開口端部（先端開口端部５９）がリング１５に当接した状態で、主体金具５の後端部（金具後端部６０）が内側先端方向に加締められることで、充填部材５２が加圧充填され、それにより、検出素子２が主体金具５に対して強固に固定される。
【００３５】
内筒部材１４は、軸線方向（先端側から後端側に向かう方向）における略中央位置に内筒段付き部８３が形成されており、内筒段付き部８３よりも先端側が内筒先端側胴部６１として形成され、内筒段付き部８３よりも後端側が内筒後端側胴部６２として形成される。内筒後端側胴部６２は、内筒先端側胴部６１よりも径方向寸法が小さく形成されると共に、周方向に沿って複数の内筒気体導入孔６７を備えて形成されている。また、内筒後端側胴部６２は、外筒部材１６が外嵌可能で、かつ、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ７を内挿可能な筒状形状に形成されている。
【００３６】
外筒部材１６は、後端側（図１における上側）に、外部から内部空間に通じる筒状開口部６３を備え、先端側（図１における下側）に、内筒部材１４に対して後端側からほぼ同軸的に連結できる筒状形状の外筒先端側部分６４を備えて構成されている。なお、筒状開口部６３は、後述する加締め部８８の形成前においては、ゴム材料からなる円柱状のシール部材１１（詳細には、後述する外側シール部材２４に相当する部分）を遊嵌状に内挿可能な内径寸法で形成されており、また、筒状開口部６３は、外筒先端側部分６４よりも径方向寸法が縮小されて形成されている。外筒部材１６のうち、筒状開口部６３と外筒先端側部分６４との境界部分には、外筒段部３５が形成されている。
【００３７】
また、主体金具５の先端側（図１における下側端部）外周には、検出素子２の突出部分を覆うと共に、複数のガス透過孔を有する金属製の二重のプロテクタ８１，８２が溶接によって取り付けられている。
つまり、ケーシング４は、検出部２５を被測定ガスに晒しつつ、信号出力電極（外側信号出力電極２６および内側信号出力電極２７）を基準ガス空間５８に収容する状態で検出素子２を保持するよう構成されている。なお、金具段部５４が、特許請求の範囲に記載の素子保持部に相当する。
【００３８】
次に、ガスセンサ１のうち、外筒部材１６および内筒部材１４の連結部分の拡大断面図を、図２に示す。
図２に示すように、内筒部材１４の内筒後端側胴部６２の外側には、内筒気体導入孔６７を塞ぐための筒状のフィルタ６８が配置されている。なお、フィルタ６８は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））等により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気や水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。
【００３９】
また、外筒部材１６の外筒先端側部分６４は、フィルタ６８が備えられた内筒部材１４（内筒後端側胴部６２）を外側から覆う形状に形成されており、外筒先端側部分６４のうち、フィルタ６８に対応する位置の壁部には、周方向に沿って所定の間隔で複数の外筒気体導入孔８４が形成されている。
【００４０】
外筒部材１６を内筒部材１４に嵌合した後、外筒部材１６の外筒先端側部分６４のうち、外筒気体導入孔８４よりも後端側の少なくとも一部を周方向内側に加締めて第１加締め部５６を形成し、外筒気体導入孔８４よりも先端側の少なくとも一部を周方向内側に加締めて第２加締め部５７を形成することで、外筒部材１６と内筒部材１４とが加締め固定される。このとき、フィルタ６８は、第１加締め部５６、第２加締め部５７を形成した部分において、周方向全周にわたり内筒部材１４と外筒部材１６との間で保持される。
【００４１】
これにより、基準ガスとしての大気（外気）は、外筒気体導入孔８４、フィルタ６８および内筒気体導入孔６７を介して、内筒部材１４（ケーシング４）の内部（基準ガス空間５８）に導入される。また、水滴等の異物については、フィルタ６８を通過できないことから、内筒部材１４の内部への浸入が阻止される。
【００４２】
他方、外筒部材１６は、内筒先端側胴部６１において内筒部材１４に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部の少なくとも一部が周方向の内側に向けて加締められることで、環状の外筒内筒連結加締部７５が形成されている。この外筒内筒連結加締部７５により、外筒部材１６が内筒部材１４に対して結合される。
【００４３】
外筒部材１６の内部に配置されるシール部材１１は、検出素子２に接続される素子用リード線２０，２１と、セラミックヒータ３に接続されるヒータ用リード線１９，２２とを挿通するためのシール部材リード線挿通孔１７が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。
【００４４】
また、内筒部材１４の内筒後端側胴部６２に挿入配置されるセパレータ７は、素子用リード線２０，２１と、ヒータ用リード線１９，２２とを挿通するためのセパレータリード線挿通孔７１が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。
【００４５】
素子用リード線２０，２１およびヒータ用リード線１９，２２は、シール部材リード線挿通孔１７、セパレータリード線挿通孔７１を通じて、外部からケーシング４の内部に設けられる基準ガス空間５８に向けて配設される。
素子用リード線２０は、素子外面固定金具４３を経て、検出素子２の外側信号出力電極２６（図１参照）と電気的に接続されている。他方の素子用リード線２１は、素子内面固定金具４４を経て検出素子２の内側信号出力電極２７（図１参照）と電気的に接続されている。
【００４６】
つまり、ガスセンサ１においては、前述の通り、外筒部材１６の外筒気体導入孔８４からフィルタ６８を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、検出素子２の外面にはプロテクタ８１，８２のガス透過口を介して導入された排気ガス（被測定ガス）が接触し、検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として外側信号出力電極２６，内側信号出力電極２７から素子用リード線２０，２１を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【００４７】
次に、シール部材１１について詳細に説明する。
シール部材１１は、図２に示すように、柱状形状に形成されたゴム材料（フッ素ゴム）からなる内側シール部材２３と、内側シール部材２３の周囲を囲む筒状形状に形成されたゴム材料（パーフロロゴム）からなる外側シール部材２４とを有して構成されると共に、外側シール部材２４が外筒部材１６の内面に当接する状態で外筒部材１６（ケーシング４）の内部に配置されている。
【００４８】
なお、内側シール部材２３を形成するフッ素ゴムは、デュロメータ硬度が７０〜７５度の範囲内であり、外側シール部材２４を形成するパーフロロゴムは、デュロメータ硬度が約８０度である。
内側シール部材２３と外側シール部材２４とを嵌合して、シール部材１１が組み立てられる状態を表す説明図を図３に示す。また、図１における後端側から見たとき（上側から下向きに見たとき）の内側シール部材２３の平面図を図４に示し、図４におけるＡ−Ａ視部分を断面として表した内側シール部材２３の側面図を図５に示す。さらに、図１における後端側から見たとき（上側から下向きに見たとき）の外側シール部材２４の平面図を図６に示し、図６におけるＢ−Ｂ視部分を断面として表した外側シール部材２４の側面図を図７に示す。
【００４９】
図４および図５に示すように、内側シール部材２３は、本体部３１と、本体部３１の先端側（図５における下側）の外側面から径方向外側（周方向外側）に向けて延設されるシール部材鍔部３２とを備えて、高さ寸法Ｘｅ（＝５．５０［ｍｍ］）で構成されている。なお、シール部材鍔部３２は、図２に示すように、外側シール部材２４よりも周方向外側に突出するように形成されている。
【００５０】
本体部３１は、本体部外径寸法Ｘａ（＝８．１０［ｍｍ］）の円柱形状であり、軸線方向（先端側から後端側に向かう方向、図５における上下方向）に貫通する４個のシール部材リード線挿通孔１７が形成されている。シール部材リード線挿通孔１７は、前述したように、素子用リード線２０，２１とヒータ用リード線１９，２２とを挿通するために備えられており、軸線方向に垂直な断面における本体部３１の中心から孔位置半径寸法Ｘｂ（＝２．３５［ｍｍ］）だけ離れた位置を中心として、孔内径寸法Ｘｃ（＝１．７２［ｍｍ］）で形成されている。
【００５１】
なお、シール部材リード線挿通孔１７の孔内径寸法Ｘｃは、リード線１９，２０，２１，２２の外径寸法よりも小さく設定されている。
シール部材鍔部３２は、鍔部外径寸法Ｘｄ（＝１２．４０［ｍｍ］）の環状鍔型形状となるように、本体部３１の先端側（図５における下側）の外側面から周方向外向きに延設されており、シール部材鍔部３２の外縁には、本体部３１との接続部よりも肉厚に形成された厚肉部３４が備えられている。厚肉部３４は、断面直径寸法Ｘｆ（＝１．００［ｍｍ］）の円形断面が環状に連続する環状形状に形成されている。
【００５２】
外側シール部材２４は、図６および図７に示すように、外径寸法Ｘｇ（＝１０．００［ｍｍ］）、内径寸法Ｘｈ（＝８．０５［ｍｍ］）および高さ寸法Ｘｉ（＝４．４［ｍｍ］）の筒型形状に形成されている。
なお、本体部３１および外側シール部材２４は、本体部３１の本体部外径寸法Ｘａと外側シール部材２４の内径寸法Ｘｈとが、「Ｘａ≧Ｘｈ」の関係を満足するように構成される。これにより、本体部３１と外側シール部材２４とを密着させることができ、本体部３１から外側シール部材２４が抜け落ちるのを防止することができる。
【００５３】
内側シール部材２３と外側シール部材２４とを嵌合することで構成されるシール部材１１（図３参照）は、ガスセンサ１に備えられる際には、図２に示すように、シール部材鍔部３２が外筒部材１６（詳細には、外筒段部３５の内面）とセパレータ７との間で挟持される状態で配置される。
【００５４】
なお、セパレータ７は、図２に示すように、内筒部材１４（詳細には、内筒後端側胴部６２）に対して後端側開口部から内側に挿入可能なセパレータ本体部８５を有するとともに、セパレータ本体部８５の後端部（図２における上側端部）から周方向外側に延設されたセパレータフランジ部８６を備えて構成されている。つまり、セパレータ７は、セパレータ本体部８５が内筒部材１４に挿入されると共に、セパレータフランジ部８６が内筒部材１４の開口端面により支持される状態で、ケーシング４の内部に配置される。
【００５５】
このとき、フッ素ゴムからなる環状形状の環状シール部材４０が、セパレータ７のセパレータフランジ部８６の先端面と内筒部材１４の開口端面と外筒部材１６の内面とにそれぞれ接する形で、セパレータ本体部８５の外側に嵌め込まれる形で配置されている。
【００５６】
また、外筒部材１６の外筒段部３５の内面とセパレータ７のセパレータフランジ部８６の後端面との間には、シール部材１１のシール部材鍔部３２が配置されている。シール部材鍔部３２の厚肉部３４は、前述のように、円形断面が環状に連続した環状形状に形成されていることから、外筒段部３５とセパレータフランジ部８６との間で挟持されて断面形状が変形することで、外筒部材１６の内面とセパレータ７との間に隙間が生じるのを防ぎ、外筒部材１６とセパレータ７との間の気密性（シール性）を高めている。
【００５７】
他方、外筒部材１６には、シール部材１１が挿入配置された後に、外側シール部材２４の径方向外側に位置する部分を径方向内側に加締めて形成される加締め部８８が備えられており、シール部材１１が加締め部８８により挟持されると共に、外筒部材１６（筒状開口部６３）の内面とシール部材１１（外側シール部材２４）の外面とが、隙間無く密着している。
【００５８】
なお、シール部材１１は、外側シール部材２４と内側シール部材２３とを有する二重構造であり、とりわけ、加締め部８８と当接する外側シール部材２４は、耐熱性に優れた材料であるパーフロロゴムで構成されているため、ケーシング４（外筒部材１６）からの熱伝導による劣化・破損が生じ難くなる。つまり、このシール部材１１は、少なくともシール部材リード線挿通孔１７が形成される部分については、高温の影響による劣化・破損が生じ難くなるため、耐熱性に優れるという特徴を有する。
【００５９】
また、シール部材１１のうちでシール部材リード線挿通孔１７が形成される内側シール部材２３は、外側シール部材２４と比較して、弾性変形しやすい軟質のゴム材料の１つであるフッ素ゴムで形成されているため、シール部材リード線挿通孔１７へのリード線１９，２０，２１，２２の挿通作業時には、挿通作業に応じて弾性変形することになる。このため、シール部材１１は、全体を硬質のゴム材料で形成する場合に比べて、リード線挿通作業を容易に実行することができ、ガスセンサ１の組立作業性が低下するのを防ぐことができる。なお、シール部材１１は、外筒部材１６（ケーシング４）の内面と、各リード線１９，２０，２１，２２の外面との間の気密性（シール性）を維持する役割を果たしている。
【００６０】
なお、本実施例のガスセンサ１においては、信号出力電極（外側信号出力電極２６および内側信号出力電極２７）が特許請求の範囲に記載した信号出力部に相当し、基準ガス空間５８が内部空間に相当し、シール部材１１が弾性シール部材に相当し、シール部材鍔部３２が弾性シール部材の鍔部に相当する。
【００６１】
以上説明したように、本実施例のガスセンサ１は、ゴム材料からなる外側シール部材２４と内側シール部材２３とを有する二重構造のシール部材１１を備えて構成されており、特に、加締め部８８と当接する外側シール部材２４は、耐熱性に優れたパーフロロゴムで構成されている。このため、シール部材１１は、少なくともシール部材リード線挿通孔１７に相当する部分について、ケーシング４（外筒部材１６）からの熱伝導による劣化・破損が生じ難くなり、耐熱性に優れるという特徴を有する。
【００６２】
また、パーフロロゴムは、フッ素ゴムに比べて、硬質なゴム材料であることから、このシール部材１１は、フッ素ゴムのみで全体が構成されたシール部材に比べて、外筒部材１６の加締め部８８により挟持された際に、筒状開口部６３とシール部材１１との間に生じる圧力が大きくなる。このことから、筒状開口部６３によるシール部材１１の挟持固定力が増大することになり、このガスセンサ１は、シール部材１１を確実にケーシング４の内部に固定することができる。
【００６３】
このように、筒状開口部６３によるシール部材１１の挟持固定力が増大すると、シール部材リード線挿通孔１７の内径が縮小されることから、シール部材１１とリード線１９，２０，２１，２２との間に隙間が生じ難くなり、より一層、気密性の低下を抑制することができる。
【００６４】
また、シール部材１１のうちでシール部材リード線挿通孔１７が形成される内側シール部材２３は、外側シール部材２４に比べて、弾性変形しやすい軟質なフッ素ゴムで形成されており、シール部材リード線挿通孔１７へのリード線１９，２０，２１，２２の挿通作業が容易になることから、ガスセンサ１は、組立作業性が低下するのを防ぐことができる。
【００６５】
したがって、本実施例のガスセンサ１によれば、耐熱性能の向上を図ることができると共に、組立作業性の低下を防止することができる。
なお、シール部材１１のシール部材リード線挿通孔１７に各リード線１９，２０，２１，２２を挿通した際の各リード線に対する圧力が過大になると、高温環境下での使用中に、各リード線の外周を被覆する弾性被覆部材（塩化ビニルなど）が、シール部材リード線挿通孔１７から溶け出すことがある。そして、シール部材リード線挿通孔１７とリード線１９，２０，２１，２２との間に、隙間が生じてしまう虞がある。
【００６６】
これに対して、本実施例のガスセンサ１においては、内側シール部材２３が軟質のゴム材料（フッ素ゴム）で構成されていることから、各リード線１９，２０，２１，２２の絶縁被覆部材への印加圧力が過大になるのを抑制できるため、リード線の弾性被覆部材が溶け出すのを防止できる。したがって、本実施例のガスセンサ１によれば、リード線の絶縁被服材料の漏洩による隙間の発生を抑制でき、シール部材とリード線との間の気密性が低下するのを防止できる。
【００６７】
また、シール部材１１は、シール部材鍔部３２を備えており、ガスセンサ１は、シール部材１１をケーシング４の内部に配置する際に、シール部材鍔部３２が外筒部材１６の内面に当接するよう構成されている。
これにより、外筒部材１６に対するシール部材１１の相対位置（配置位置）を一定に定めることができる。つまり、シール部材１１をケーシング４の内部に配置するにあたり、シール部材鍔部３２を、ケーシング４（外筒部材１６）に対するシール部材１１の位置決めを行うために用いることができる。
【００６８】
なお、シール部材１１のうち、内側シール部材２３におけるシール部材鍔部３２の形成位置は、内側シール部材２３に嵌合された状態の外側シール部材２４に当接する位置である。このため、外側シール部材２４を内側シール部材２３に嵌合するにあたり、外側シール部材２４の端部をシール部材鍔部３２に当接させることで、外側シール部材２４と内側シール部材２３との相対位置の決定が容易となり、シール部材１１を組み立てる際の嵌合作業の煩雑さを解消できる。
【００６９】
また、シール部材鍔部３２は、ケーシング４の内部において、セパレータ７とケーシング４（詳細には、外筒部材１６の外筒段部３５）との間で挟持可能な形状に形成されると共に、挟持可能な位置に配置されている。特に、シール部材鍔部３２は、内側シール部材２３の周方向にわたり連続的に形成されると共に、セパレータ７とケーシング４との間で周方向にわたり連続的に挟持される形状であるため、シール部材１１とケーシング４との間における気密性をさらに向上することができる。
【００７０】
なお、気密性の向上を図るための手法としては、別途、Ｏリングのような気密維持部材を設けることも考えられるが、本実施例のように、弾性シール部材と一体に形成される厚肉部を気密維持部材として備えることで、部品点数の増大を抑制できる。これにより、コストの低減を図ることができると共に、ガスセンサの組立作業が煩雑になるのを防ぐことができる。
【００７１】
さらに、シール部材鍔部３２は、セパレータ７とケーシング４との間に配置されて緩衝部材として機能することで、セパレータ７とケーシング４とが衝突して破損するのを防止することができる。
また、シール部材１１は、内側シール部材２３および外側シール部材２４が共にゴム材料で形成されているため、内側シール部材および外側シール部材を高価な樹脂製材料で形成する場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施例では、弾性シール部材として、内側シール部材２３がフッ素ゴムからなり、外側シール部材２４がパーフロロゴムからなるシール部材１１について説明したが、内側シール部材および外側シール部材は、それぞれ他のゴム材料で構成されていても良い。なお、その場合においても、内側シール部材はリード線挿通作業が容易な軟質のゴム材料を用い、外側シール部材は耐熱性に優れた硬質のゴム材料を用いて、弾性シール部材を構成することで、本発明の効果を得ることができる。例えば、フッ素ゴムで形成された外側シール部材と、シリコンゴムで形成された内側シール部材とを組み合わせて構成される弾性シール部材を用いることができる。
【００７３】
また、弾性シール部材の鍔部に備えられる厚肉部は、断面形状が円形に限られることはなく、矩形形状断面などの他の形状で形成してもよく、弾性シール部材とケーシングとの間の気密性を向上できる形状で有ればよい。また、厚肉部の形成位置は、鍔部の端縁に限られることはなく、本体部３１との接続部と径方向端縁との中間位置に形成しても良く、弾性シール部材とケーシングとの間の気密性を向上できるよう、厚肉部が周方向にわたり連続的に形成されると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のガスセンサの全体構成を示す断面図である。
【図２】ガスセンサのうち、外筒部材および内筒部材の連結部分の拡大断面図である。
【図３】内側シール部材と外側シール部材とを嵌合して、シール部材が組み立てられる状態を表す説明図である。
【図４】後端側から見たときの内側シール部材の平面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ視部分を断面として表した内側シール部材の側面図である。
【図６】後端側から見たときの外側シール部材の平面図である。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ視部分を断面として表した外側シール部材の側面図である。
【符号の説明】
１…ガスセンサ、２…検出素子、４…ケーシング、５…主体金具、７…セパレータ、１１…シール部材、１４…内筒部材、１６…外筒部材、１７…シール部材リード線挿通孔、１９，２２…ヒータ用リード線、２０，２１…素子用リード線、２３…内側シール部材、２４…外側シール部材、２５…検出部、２６…外側信号出力電極、２７…内側信号出力電極、３１…本体部、３２…シール部材鍔部、５１…支持部材、５２…充填部材、５３…スリーブ、５４…金具段部、５８…基準ガス空間、６３…筒状開口部、８８…加締め部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor configured to include an elastic seal member having a lead wire insertion hole and used in a high-temperature environment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a casing having a cylindrical opening communicating with an internal space from the outside while holding a detecting element that outputs a gas detection signal corresponding to a gas to be measured, and a lead wire connected to the detecting element being connected to the inside of the casing from the outside. 2. Description of the Related Art There is known a gas sensor including a lead wire insertion hole for introduction into a space, and an elastic seal member disposed inside a casing.
[0003]
The gas sensor is provided, for example, in an exhaust pipe for detecting a gas to be measured in the exhaust gas of an engine, and is used. However, the sensor itself is exposed to a high temperature due to heat conduction and radiant heat from the exhaust pipe.
In a gas sensor used in such a high-temperature environment, in order to improve the heat resistance of the elastic seal member, the elastic seal member (rubber bush 33) is formed using a material having excellent heat resistance (such as perfluoro rubber). A technique has been proposed (Patent Document 1).
[0004]
In addition, a technique for improving heat resistance by mainly using a member (a bush 7) made of a resin material and disposing a rubber material (a cover 8) in a portion corresponding to a lead wire insertion hole of the member (Patent Document 1) 2) Heat resistance is improved by arranging a seal member (seal 8) at a portion corresponding to a lead wire insertion hole of a member mainly composed of a ceramic material (insulating housing component 11). A technique (Patent Document 3) has been proposed.
[0005]
Furthermore, a technique of improving heat resistance by arranging a member (tube 35) made of a resin material (polytetrafluoroethylene layer) around a member (rubber bush 31) having a lead wire insertion hole (Patent Document 4) Has been proposed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-196885 (Claim 2, FIG. 3)
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-5-87769 (FIG. 2, paragraph [0017])
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-8-68776 (FIG. 1, paragraph [0006])
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-9-178694 (FIG. 2, paragraph [0019])
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional configuration, the elastic seal member is made of a material other than rubber (such as resin or ceramic) in order to improve heat resistance. Therefore, the operation of inserting the lead wire into the lead wire insertion hole becomes complicated. Then, when the lead wire insertion work becomes complicated as described above, there is a problem that the assembling workability of the gas sensor is reduced.
[0011]
When assembling workability is prioritized, it is conceivable to form the elastic seal member using only a soft rubber material that is easily elastically deformed.However, such a rubber material has poor heat resistance. There is a problem that it becomes difficult to use.
Note that an elastic seal member that can be used in a high-temperature environment can be formed by using a rubber material having improved heat resistance by a method such as increasing the molecular weight or adjusting the crosslink density. However, since such a rubber material has a high hardness, the lead wire insertion work becomes complicated and the assembling workability is reduced as in the case of forming a seal member using a resin or the like.
[0012]
Further, the elastic sealing member formed entirely of perfluoro rubber has a relatively high hardness as a whole, and the perfluoro rubber material itself is expensive, so that the cost of the gas sensor increases.
Then, this invention was made in view of such a problem, and an object of this invention is to provide the gas sensor which can suppress the fall of assembling workability while improving heat resistance.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a gas to be measured detected by a detection unit, the detection device outputting a gas detection signal corresponding to a gas to be measured, and a detection unit. A casing having an element holding section for holding the detection element while accommodating the signal output section in the internal space while being exposed to the measurement gas, and having a cylindrical opening communicating from the outside to the internal space, and being connected to the signal output section. A gas sensor having a lead wire insertion hole for introducing a lead wire from the outside into the interior space of the casing, and an elastic seal member disposed inside the casing, wherein the elastic seal member is formed in a columnar shape. And an outer seal member made of a rubber material formed into a cylindrical shape surrounding the inner seal member. The outer seal member is formed of a rubber material having better heat resistance performance than the inner seal member, and the inner seal member is more rigid than the outer seal member. It is characterized by having low hardness and being provided with a lead wire insertion hole.
[0014]
The elastic seal member provided in the gas sensor includes an inner seal member and an outer seal member. Since the outer seal member is formed of a rubber material having excellent heat resistance, heat generated from the casing is reduced. Deterioration and breakage due to conduction are unlikely to occur.
[0015]
Further, since the inner seal member has lower hardness than the outer seal member, it can be formed of a soft rubber material which is easily elastically deformed. For this reason, the lead wire insertion hole provided in this elastic seal member is easily deformed elastically during the lead wire insertion work, so that the lead wire insertion work into the lead wire insertion hole becomes easy, and the assembling workability of the gas sensor decreases. Can be prevented.
[0016]
Therefore, according to the gas sensor of the present invention, the heat resistance can be improved, and the assembling workability of the gas sensor can be prevented from lowering. Therefore, both the improvement of the heat resistance and the prevention of the lowering of the assembling workability can be achieved. .
Some gas sensors have a structure in which an elastic seal member is sandwiched and fixed by a casing. As a method of sandwiching and fixing the elastic seal member by a casing, for example, a portion of the casing in which the elastic seal member is disposed is fixed in a radial direction. There is a method of caulking inward to reduce the inner diameter of the casing. In the gas sensor having such a structure, if the elastic seal member is formed of a soft material, the pressure generated between the elastic seal member and the casing is reduced due to the elastic deformation of the elastic seal member, and the gas is clamped by the casing. There is a possibility that the fixing force becomes insufficient. In some cases, a gap may be formed between the elastic seal member and the casing or between the lead wire insertion hole of the elastic seal member and the lead wire, and the gas sensor may have poor airtightness (sealability). .
[0017]
Therefore, it is preferable that the elastic seal member is fixed to the inside of the casing by caulking the casing located radially outside the outer seal member radially inward.
That is, when the elastic seal member having the outer seal member made of a material having high hardness is sandwiched by the crimped and deformed casing, the amount of elastic deformation of the elastic seal member as a whole is reduced. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in pressure generated between the elastic seal member and the casing, increase the clamping and fixing force of the casing, and securely fix the elastic seal member inside the casing.
[0018]
Further, in this elastic seal member, since the inner seal member can be made of a soft material, the amount of elastic deformation of the lead wire insertion hole during the lead wire insertion work can be prevented from being insufficient, and the workability of the lead wire insertion work can be prevented. Does not decrease.
Therefore, according to the present invention, since the elastic sealing member can be securely fixed to the casing, a decrease in airtightness can be prevented. Further, since the workability of the lead wire insertion work does not decrease, the workability of assembling the gas sensor decreases. Can be prevented.
[0019]
By the way, when using an elastic seal member formed so as to be entirely insertable into the casing, it is difficult to determine to which position in the casing the elastic seal member is appropriate to be inserted. It is also conceivable that the elastic seal member may be erroneously inserted to a position deeper than the position where the elastic seal member should be arranged.
[0020]
Therefore, in the above-described gas sensor, as described in claim 3, the elastic seal member extends outward from the outer surface of the inner seal member in the circumferential direction and projects outward in the circumferential direction from the outer seal member. It is preferable that the gas sensor is provided so as to include a formed flange, and the flange abuts against an inner surface of the casing to define an installation position of the elastic seal member inside the casing.
[0021]
When inserting the elastic seal member having the flange portion into the casing, the relative position (arrangement position) of the elastic seal member with respect to the casing is fixed by inserting the elastic seal member until the flange portion contacts the inner surface of the casing. Can be. That is, when the elastic seal member is inserted and arranged in the casing, the flange portion comes into contact with the inner surface of the casing, thereby exhibiting a function as a positioning portion for positioning the elastic seal member in the casing.
[0022]
Therefore, according to the present invention, since the installation position (arrangement position) of the elastic seal member in the casing can be easily determined, the complicated positioning operation when inserting the elastic seal member into the casing can be eliminated.
In addition, the flange portion may be formed at a position where it comes into contact with the outer seal member in a state fitted to the inner seal member, whereby positioning of the outer seal member with respect to the inner seal member becomes possible, and The relative position with respect to the inner seal member can be easily determined, and the elastic seal member can be assembled accurately.
[0023]
Further, the flange portion may be formed in a shape that can be clamped at a position that can be clamped between an internal component arranged in the internal space and the casing. In particular, when the flange portion is formed continuously in the circumferential direction of the inner seal member and is continuously sandwiched between the internal component and the casing in the circumferential direction, the elastic seal member and the casing may The airtightness between the spaces can be further improved.
[0024]
Next, in the above-described gas sensor, the outer seal member may be formed of perfluoro rubber.
In other words, since perfluoro rubber is a rubber material having excellent heat resistance, it is used as an outer seal member to form an elastic seal member that is hardly deteriorated or damaged even when it becomes high temperature due to heat conduction from the casing. can do. Further, since the inner seal member is formed of a rubber material (for example, fluorine rubber or the like) which is softer than the outer seal member, the operation of inserting the lead wire is easy.
[0025]
In addition, by forming only the outer seal member of the elastic seal member, not both the inner seal member and the outer seal member (the entire elastic seal member), with perfluoro rubber, the amount of expensive perfluoro rubber used can be reduced, and the cost can be reduced. Increase can be suppressed.
[0026]
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a gas sensor that can improve heat resistance performance and can prevent a decrease in workability in assembly.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a gas sensor according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a gas sensor (in other words, an oxygen sensor) which is attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine and detects oxygen in exhaust gas will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the entire configuration of the gas sensor 1 according to the present embodiment.
[0028]
In the present embodiment, of the gas sensor 1 shown in FIG. 1, the lower side in the figure is referred to as “the front end of the gas sensor” and the upper side in the figure is referred to as “the rear end of the gas sensor”.
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 is made of zirconia (ZrO ₂ ) As a main component, a detection element 2 formed in a hollow shaft shape whose end is closed by an oxygen ion conductive solid electrolyte body, a shaft-shaped ceramic heater 3 disposed inside the detection element 2, and a detection element 2. It is composed of a casing 4 to be accommodated.
[0029]
The detection element 2 has a detection unit 25 for detecting a gas to be measured at a front end (lower end in the figure) and a rear end (upper end in the figure). It is provided with a pair of signal output electrodes (an outer signal output electrode 26 and an inner signal output electrode 27) for outputting a gas detection signal corresponding to the measured gas to be measured. Note that the outer signal output electrode 26 and the inner signal output electrode 27 are configured as porous electrodes formed of, for example, Pt or a Pt alloy.
[0030]
The ceramic heater 3 is formed in a rod-like shape, and includes a heating portion 42 having a resistance heating wire (not shown) therein, and generates heat by being energized through heater lead wires 19 and 22 described later. The part 42 generates heat and heats the tip part (detection part 25) of the detection element 2.
[0031]
The casing 4 includes a metal shell 5 that holds the detection element 2 and protrudes the detection unit 25 into an exhaust pipe or the like, and a cylindrical inner cylindrical member 14 that is connected to a rear end opening of the metal shell 5. And a cylindrical outer cylinder member 16 connected to the rear end opening of the inner cylinder member 14. When the metal shell 5, the inner cylinder member 14, and the outer cylinder member 16 are connected to form the casing 4, a reference gas (for example, atmospheric air) used for gas detection (in this embodiment, oxygen detection) is provided inside the casing 4. , Etc.) is formed.
[0032]
The metal shell 5 is formed in a cylindrical shape having a screw portion 66 for attaching the gas sensor 1 to an attachment portion such as an exhaust pipe, and has a support member 51 for supporting the detection element 2 from the distal end side, and a support member 51 for supporting the detection element 2. A filling member 52 made of talc powder to be filled on the end side and a sleeve 53 for pressing the filling member 52 from the rear end side toward the front end side are configured to be housed therein.
[0033]
In other words, an inwardly protruding metal step 54 is provided on the inner periphery on the distal end side of the metal shell 5, and the support member 51 is locked to the metal step 54 via the ring 55. , The detection element 2 is supported from the tip side. A filling member 52 is disposed between the inner peripheral surface of the metal shell 5 and the outer peripheral surface of the detection element 2 on the rear end side of the support member 51. The sleeve 53 and the ring 15 are arranged in a state where they are sequentially inserted coaxially.
[0034]
Thereafter, the inner cylindrical member 14 is arranged at the rear end side opening of the metal shell 5, and the enlarged opening end (the distal opening end 59) on the distal end side of the inner cylindrical member 14 is in contact with the ring 15. Then, the rear end portion of the metal shell 5 (metal rear end portion 60) is crimped toward the inner front end, so that the filling member 52 is pressurized and filled, whereby the detection element 2 is firmly attached to the metal shell 5. Fixed to.
[0035]
The inner cylinder member 14 has an inner cylinder stepped portion 83 formed at a substantially central position in the axial direction (a direction from the front end side to the rear end side). The rear end side of the inner cylinder stepped portion 83 is formed as the inner cylinder rear end side trunk section 62. The inner cylinder rear end side body portion 62 is formed to have a smaller radial dimension than the inner cylinder front end side body portion 61 and has a plurality of inner cylinder gas introduction holes 67 along the circumferential direction. Further, the inner cylinder rear end side body portion 62 is formed in a cylindrical shape to which the outer cylinder member 16 can be fitted, and in which the insulating separator 7 formed of ceramic in a cylindrical shape can be inserted. .
[0036]
The outer cylinder member 16 has a cylindrical opening 63 at the rear end side (upper side in FIG. 1) communicating with the internal space from the outside. It is provided with a cylindrical outer tube tip side portion 64 that can be connected substantially coaxially from the end side. Note that the cylindrical opening 63 has a cylindrical seal member 11 (particularly, a portion corresponding to an outer seal member 24 described later) made of a rubber material loosely fitted before a crimping portion 88 described later is formed. The cylindrical opening 63 is formed to have a smaller radial dimension than the outer cylinder distal end portion 64. In the outer cylinder member 16, an outer cylinder step 35 is formed at the boundary between the cylindrical opening 63 and the outer cylinder tip side portion 64.
[0037]
A metal double protector 81, 82 having a plurality of gas permeable holes and covering the protruding portion of the detection element 2 is welded to the outer periphery of the distal end side (lower end portion in FIG. 1) of the metal shell 5. Installed by.
That is, the casing 4 holds the detection element 2 in a state where the signal output electrodes (the outer signal output electrode 26 and the inner signal output electrode 27) are housed in the reference gas space 58 while exposing the detection unit 25 to the gas to be measured. It is configured. The metal step 54 corresponds to an element holding portion described in the claims.
[0038]
Next, FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of a connection portion between the outer cylinder member 16 and the inner cylinder member 14 in the gas sensor 1.
As shown in FIG. 2, a cylindrical filter 68 for closing the inner cylinder gas introduction hole 67 is arranged outside the inner cylinder rear end side trunk portion 62 of the inner cylinder member 14. The filter 68 is, for example, a porous fiber structure of polytetrafluoroethylene (trade name: for example, Gore-Tex (Japan Gore-Tex Co., Ltd.)) or the like, and prevents permeation of liquid mainly composed of water such as water droplets. In addition, the filter is configured as a water-repellent filter that allows transmission of gas such as air and water vapor.
[0039]
Further, the outer cylinder distal end portion 64 of the outer cylindrical member 16 is formed in a shape that covers the inner cylindrical member 14 (the inner cylinder rear end side trunk portion 62) provided with the filter 68 from the outside. In the wall portion of the portion 64 corresponding to the filter 68, a plurality of outer cylinder gas introduction holes 84 are formed at predetermined intervals along the circumferential direction.
[0040]
After fitting the outer cylinder member 16 to the inner cylinder member 14, at least a part of the outer cylinder tip side portion 64 of the outer cylinder member 16 on the rear end side with respect to the outer cylinder gas introduction hole 84 is added inward in the circumferential direction. The outer cylinder member 16 is formed by tightening to form a first caulking portion 56 and caulking at least a part of the distal end side of the outer cylinder gas introduction hole 84 inward in the circumferential direction. And the inner cylindrical member 14 are fixed by caulking. At this time, the filter 68 is held between the inner cylinder member 14 and the outer cylinder member 16 over the entire circumference in the portion where the first caulking portion 56 and the second caulking portion 57 are formed.
[0041]
Thereby, the atmosphere (outside air) as the reference gas enters the inside (the reference gas space 58) of the inner cylinder member 14 (the casing 4) via the outer cylinder gas introduction hole 84, the filter 68, and the inner cylinder gas introduction hole 67. be introduced. Further, foreign matters such as water droplets cannot pass through the filter 68, so that penetration into the inside of the inner cylinder member 14 is prevented.
[0042]
On the other hand, the outer cylinder member 16 is disposed so as to overlap with the inner cylinder member 14 from the outside at the inner cylinder tip side trunk portion 61, and at least a part of the overlap portion is applied inward in the circumferential direction. By being tightened, an annular outer cylinder / inner cylinder connection caulking portion 75 is formed. The outer cylinder member 16 is connected to the inner cylinder member 14 by the outer cylinder / inner cylinder connection caulking portion 75.
[0043]
The seal member 11 disposed inside the outer cylinder member 16 is used to insert the element lead wires 20 and 21 connected to the detection element 2 and the heater lead wires 19 and 22 connected to the ceramic heater 3. Is formed to penetrate from the front end side to the rear end side.
[0044]
The separator 7 inserted into the inner cylinder rear end body portion 62 of the inner cylinder member 14 has a separator lead wire through which element lead wires 20 and 21 and heater lead wires 19 and 22 are inserted. The hole 71 is formed so as to penetrate from the front end side to the rear end side.
[0045]
The element lead wires 20 and 21 and the heater lead wires 19 and 22 are arranged from the outside to the reference gas space 58 provided inside the casing 4 through the seal member lead wire insertion hole 17 and the separator lead wire insertion hole 71. Is established.
The element lead wire 20 is electrically connected to an outer signal output electrode 26 (see FIG. 1) of the detection element 2 via an element outer surface fixing bracket 43. The other element lead wire 21 is electrically connected to the inner signal output electrode 27 (see FIG. 1) of the detection element 2 via an element inner surface fixing bracket 44.
[0046]
That is, in the gas sensor 1, as described above, the atmosphere as the reference gas is introduced from the outer cylinder gas introduction hole 84 of the outer cylinder member 16 via the filter 68, while the protectors 81 and 82 are provided on the outer surface of the detection element 2. The exhaust gas (gas to be measured) introduced through the gas permeation port contacts the detection element 2, and an electromotive force of the oxygen concentration cell is generated in the detection element 2 according to the difference in oxygen concentration between the inner and outer surfaces. Then, the electromotive force of the oxygen concentration cell is taken out from the outer signal output electrode 26 and the inner signal output electrode 27 through the element lead wires 20 and 21 as a detection signal of the oxygen concentration in the exhaust gas, thereby obtaining the oxygen concentration in the exhaust gas. Oxygen concentration can be detected.
[0047]
Next, the seal member 11 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the seal member 11 includes an inner seal member 23 made of a rubber material (fluoro rubber) formed in a columnar shape, and a rubber material formed in a cylindrical shape surrounding the inner seal member 23 ( And an outer seal member 24 made of perfluoro rubber). The outer seal member 24 is disposed inside the outer cylinder member 16 (casing 4) in a state in which the outer seal member 24 contacts the inner surface of the outer cylinder member 16.
[0048]
The fluoro rubber forming the inner seal member 23 has a durometer hardness in the range of 70 to 75 degrees, and the perfluoro rubber forming the outer seal member 24 has a durometer hardness of about 80 degrees.
FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the inner seal member 23 and the outer seal member 24 are fitted together and the seal member 11 is assembled. FIG. 4 is a plan view of the inner seal member 23 when viewed from the rear end side (when viewed downward from above) in FIG. 1, and the inner seal member is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4. A side view of the member 23 is shown in FIG. Further, FIG. 6 is a plan view of the outer seal member 24 when viewed from the rear end side (when viewed downward from above) in FIG. 1, and the outer seal member is a section taken along a line BB in FIG. 6. A side view of the member 24 is shown in FIG.
[0049]
As shown in FIGS. 4 and 5, the inner seal member 23 extends radially outward (outward in the circumferential direction) from the main body 31 and the outer surface on the distal end side (lower side in FIG. 5) of the main body 31. It has a height dimension Xe (= 5.50 [mm]) including the sealing member flange 32 provided. In addition, as shown in FIG. 2, the seal member flange 32 is formed so as to protrude outward in the circumferential direction from the outer seal member 24.
[0050]
The main body 31 has a cylindrical shape with a main body outer diameter dimension Xa (= 8.10 [mm]), and four main bodies 31 penetrating in the axial direction (direction from the front end to the rear end, the vertical direction in FIG. 5). The seal member lead wire insertion hole 17 is formed. As described above, the sealing member lead wire insertion hole 17 is provided for inserting the element lead wires 20 and 21 and the heater lead wires 19 and 22, and the main body portion 31 in a cross section perpendicular to the axial direction. Is formed with a hole inner diameter Xc (= 1.72 [mm]) centered on a position distant from the center of the hole by a hole position radius Xb (= 2.35 [mm]).
[0051]
The inner diameter Xc of the seal member lead wire insertion hole 17 is set smaller than the outer diameter of the lead wires 19, 20, 21 and 22.
The seal member flange portion 32 is formed from the outer surface on the distal end side (the lower side in FIG. 5) of the main body portion 31 so as to have an annular flange shape having a flange outer diameter dimension Xd (= 12.40 [mm]). The seal member flange 32 is provided with a thick portion 34 that is formed to be thicker than the connection portion with the main body 31 at the outer edge of the seal member flange 32. The thick portion 34 is formed in an annular shape in which a circular cross section having a cross-sectional diameter dimension Xf (= 1.00 [mm]) is annularly continuous.
[0052]
As shown in FIGS. 6 and 7, the outer seal member 24 has an outer diameter dimension Xg (= 10.00 [mm]), an inner diameter dimension Xh (= 8.05 [mm]), and a height dimension Xi (= 4). .4 [mm]).
In addition, the main body 31 and the outer seal member 24 are configured such that the outer diameter Xa of the main body of the main body 31 and the inner diameter Xh of the outer seal 24 satisfy the relationship of “Xa ≧ Xh”. Thereby, the main body 31 and the outer seal member 24 can be brought into close contact with each other, and the outer seal member 24 can be prevented from falling off from the main body 31.
[0053]
When the gas sensor 1 is provided with the seal member 11 (see FIG. 3) formed by fitting the inner seal member 23 and the outer seal member 24, as shown in FIG. Are sandwiched between the outer cylinder member 16 (more specifically, the inner surface of the outer cylinder step 35) and the separator 7.
[0054]
As shown in FIG. 2, the separator 7 has a separator body 85 that can be inserted into the inner cylinder member 14 (specifically, the inner cylinder rear end body 62) from the rear end opening. And a separator flange 86 extending circumferentially outward from a rear end (upper end in FIG. 2) of the separator body 85. That is, the separator 7 is disposed inside the casing 4 with the separator body 85 inserted into the inner cylinder member 14 and the separator flange 86 supported by the opening end surface of the inner cylinder member 14.
[0055]
At this time, the annular sealing member 40 made of fluorine rubber is in contact with the distal end surface of the separator flange portion 86 of the separator 7, the opening end surface of the inner cylindrical member 14, and the inner surface of the outer cylindrical member 16, respectively. It is arranged so as to be fitted outside the portion 85.
[0056]
The seal member flange 32 of the seal member 11 is disposed between the inner surface of the outer cylinder step 35 of the outer cylinder member 16 and the rear end surface of the separator flange 86 of the separator 7. As described above, the thick portion 34 of the seal member flange portion 32 is formed between the outer cylindrical step portion 35 and the separator flange portion 86 because the thick section 34 is formed in an annular shape whose circular cross section is continuous in an annular shape. As a result, the gap between the inner surface of the outer cylinder member 16 and the separator 7 is prevented, and the airtightness (sealability) between the outer cylinder member 16 and the separator 7 is enhanced. .
[0057]
On the other hand, the outer cylindrical member 16 is provided with a caulking portion 88 formed by caulking a portion located on the radially outer side of the outer seal member 24 radially inward after the sealing member 11 is inserted and arranged. In addition, the seal member 11 is sandwiched by the caulking portion 88, and the inner surface of the outer tubular member 16 (cylindrical opening 63) and the outer surface of the seal member 11 (outer seal member 24) are in close contact with no gap. .
[0058]
The seal member 11 has a double structure including an outer seal member 24 and an inner seal member 23. In particular, the outer seal member 24 that abuts on the caulking portion 88 is made of perfluoro rubber, which is a material having excellent heat resistance. Due to the configuration, deterioration and breakage due to heat conduction from the casing 4 (the outer cylinder member 16) are less likely to occur. In other words, the seal member 11 has a characteristic that it is excellent in heat resistance since at least a portion where the seal member lead wire insertion hole 17 is formed is less likely to be deteriorated or damaged by the influence of high temperature.
[0059]
The inner seal member 23 in which the seal member lead wire insertion hole 17 is formed in the seal member 11 is made of fluororubber, which is one of soft rubber materials that is more easily elastically deformed than the outer seal member 24. Therefore, when the lead wires 19, 20, 21, and 22 are inserted into the seal member lead wire insertion holes 17, they are elastically deformed in accordance with the insertion operation. For this reason, compared with the case where the entirety of the seal member 11 is formed of a hard rubber material, the lead wire insertion operation can be easily performed, and the assembly workability of the gas sensor 1 can be prevented from being reduced. . In addition, the seal member 11 has a role of maintaining airtightness (sealability) between the inner surface of the outer cylinder member 16 (the casing 4) and the outer surfaces of the lead wires 19, 20, 21, 22.
[0060]
In the gas sensor 1 according to the present embodiment, the signal output electrodes (the outer signal output electrode 26 and the inner signal output electrode 27) correspond to the signal output unit described in the claims, and the reference gas space 58 corresponds to the internal space. The seal member 11 corresponds to an elastic seal member, and the seal member flange 32 corresponds to a flange of the elastic seal member.
[0061]
As described above, the gas sensor 1 of the present embodiment includes the double-layered sealing member 11 having the outer sealing member 24 and the inner sealing member 23 made of a rubber material. The outer seal member 24 that comes into contact with 88 is made of perfluoro rubber having excellent heat resistance. For this reason, the seal member 11 is characterized in that at least a portion corresponding to the seal member lead wire insertion hole 17 is less likely to be deteriorated or damaged by heat conduction from the casing 4 (the outer cylindrical member 16), and is excellent in heat resistance. Have.
[0062]
Further, since the perfluoro rubber is a hard rubber material as compared with the fluoro rubber, the sealing member 11 has a swaged portion 88 of the outer cylinder member 16 as compared with a sealing member entirely composed of only the fluoro rubber. The pressure generated between the cylindrical opening 63 and the seal member 11 when being sandwiched by is increased. Accordingly, the force for holding and fixing the seal member 11 by the cylindrical opening 63 increases, and the gas sensor 1 can reliably fix the seal member 11 inside the casing 4.
[0063]
As described above, when the force for holding and fixing the seal member 11 by the cylindrical opening 63 increases, the inner diameter of the seal member lead wire insertion hole 17 is reduced, so that the seal member 11 and the lead wires 19, 20, 21 and 22 are reduced. And a gap is hardly generated between them, and a decrease in airtightness can be further suppressed.
[0064]
The inner seal member 23 in which the seal member lead wire insertion hole 17 is formed in the seal member 11 is formed of soft fluoro rubber which is more easily elastically deformed than the outer seal member 24. Since the work of inserting the lead wires 19, 20, 21, and 22 into the wire insertion holes 17 is facilitated, the gas sensor 1 can prevent the assembly workability from decreasing.
[0065]
Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, it is possible to improve the heat resistance performance and to prevent a reduction in assembly workability.
If the pressure applied to each lead wire 19, 20, 21, 22 when the lead wire 19, 20, 21, 22 is inserted into the seal member lead wire insertion hole 17 of the seal member 11 becomes excessive, each lead wire may be used in a high temperature environment. An elastic covering member (such as vinyl chloride) covering the outer periphery of the wire may melt out of the seal member lead wire insertion hole 17. Then, a gap may be formed between the seal member lead wire insertion hole 17 and the lead wires 19, 20, 21, 22.
[0066]
On the other hand, in the gas sensor 1 of the present embodiment, since the inner seal member 23 is made of a soft rubber material (fluororubber), the inner seal member 23 is formed of an insulating covering member for each of the lead wires 19, 20, 21, 22. Can be suppressed from being excessively high, so that the elastic covering member of the lead wire can be prevented from melting. Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, it is possible to suppress the generation of the gap due to the leakage of the insulating coating material of the lead wire, and to prevent the airtightness between the seal member and the lead wire from being reduced.
[0067]
Further, the seal member 11 includes a seal member flange 32, and in the gas sensor 1, when the seal member 11 is disposed inside the casing 4, the seal member flange 32 contacts the inner surface of the outer cylinder member 16. It is configured as follows.
Thereby, the relative position (arrangement position) of the seal member 11 with respect to the outer cylinder member 16 can be fixed. That is, when disposing the seal member 11 inside the casing 4, the seal member flange 32 can be used for positioning the seal member 11 with respect to the casing 4 (the outer cylinder member 16).
[0068]
In the seal member 11, the formation position of the seal member flange 32 on the inner seal member 23 is a position where the seal member flange 32 is in contact with the outer seal member 24 fitted to the inner seal member 23. For this reason, when fitting the outer seal member 24 to the inner seal member 23, the end of the outer seal member 24 is brought into contact with the seal member flange 32, so that the relative position between the outer seal member 24 and the inner seal member 23 is reduced. The position can be easily determined, and the complicated fitting operation when assembling the seal member 11 can be eliminated.
[0069]
The seal member flange 32 is formed in the casing 4 in a shape that can be sandwiched between the separator 7 and the casing 4 (specifically, the outer cylinder step 35 of the outer cylinder member 16). It is arranged at a position where it can be pinched. In particular, since the seal member flange 32 is formed continuously in the circumferential direction of the inner seal member 23 and continuously sandwiched between the separator 7 and the casing 4 in the circumferential direction, the seal member The airtightness between the casing 11 and the casing 4 can be further improved.
[0070]
As a method for improving the airtightness, it is conceivable to separately provide an airtight maintenance member such as an O-ring. However, as in this embodiment, a thick wall formed integrally with the elastic seal member is used. By providing the part as an airtight maintenance member, an increase in the number of parts can be suppressed. Thereby, it is possible to reduce the cost and prevent the assembling work of the gas sensor from being complicated.
[0071]
Furthermore, the seal member flange 32 is disposed between the separator 7 and the casing 4 and functions as a cushioning member, thereby preventing the separator 7 and the casing 4 from colliding and being damaged.
In addition, since both the inner seal member 23 and the outer seal member 24 are formed of a rubber material, the cost of the seal member 11 is lower than when the inner seal member and the outer seal member are formed of an expensive resin material. Reduction can be achieved.
[0072]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various aspects.
For example, in the above embodiment, as the elastic seal members, the seal member 11 in which the inner seal member 23 is made of fluoro rubber and the outer seal member 24 is made of perfluoro rubber has been described, but the inner seal member and the outer seal member are each other. It may be made of a rubber material. Also in this case, the inner seal member is made of a soft rubber material that facilitates the lead wire insertion operation, and the outer seal member is formed of an elastic seal member using a hard rubber material having excellent heat resistance. The effect of the present invention can be obtained. For example, an elastic seal member formed by combining an outer seal member formed of fluoro rubber and an inner seal member formed of silicon rubber can be used.
[0073]
The thick portion provided on the flange portion of the elastic seal member is not limited to a circular cross-sectional shape, and may be formed in another shape such as a rectangular cross-section. What is necessary is just to be the shape which can improve the airtightness. Further, the formation position of the thick portion is not limited to the edge of the flange portion, and may be formed at an intermediate position between the connection portion with the main body portion 31 and the radial edge. It is preferable that the thick portion is formed continuously in the circumferential direction so as to improve the airtightness between the upper portion and the lower portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of a gas sensor according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a connecting portion between an outer cylinder member and an inner cylinder member in the gas sensor.
FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the inner seal member and the outer seal member are fitted together to assemble the seal member.
FIG. 4 is a plan view of the inner seal member when viewed from the rear end side.
FIG. 5 is a side view of the inner seal member in which a portion taken along line AA in FIG. 4 is represented as a cross section.
FIG. 6 is a plan view of the outer seal member as viewed from the rear end side.
FIG. 7 is a side view of the outer seal member, showing a cross section taken along line BB in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor, 2 ... Detection element, 4 ... Casing, 5 ... Metal shell, 7 ... Separator, 11 ... Seal member, 14 ... Inner cylinder member, 16 ... Outer cylinder member, 17 ... Seal member lead wire insertion hole, 19, Reference numeral 22: heater lead wire, 20, 21: element lead wire, 23: inner seal member, 24: outer seal member, 25: detector, 26: outer signal output electrode, 27: inner signal output electrode, 31: main body Reference numeral 32, a seal member flange, 51, a support member, 52, a filling member, 53, a sleeve, 54, a metal fitting step, 58, a reference gas space, 63, a cylindrical opening, 88, a caulking portion.

Claims

A detection element that outputs a gas detection signal corresponding to the measured gas detected by the detection unit from a signal output unit,
While exposing the detection unit to the gas to be measured, the device has an element holding unit that holds the detection element in a state where the signal output unit is housed in the internal space, and has a cylindrical opening that communicates with the internal space from outside. A casing,
An elastic seal member having a lead wire insertion hole for introducing a lead wire connected to the signal output unit from the outside to the internal space of the casing, and disposed inside the casing,
A gas sensor having
The elastic seal member includes an inner seal member formed of a rubber material formed in a columnar shape, and an outer seal member formed of a rubber material formed in a cylindrical shape surrounding the inner seal member. And the outer seal member is disposed inside the casing in a state in which it contacts the inner surface of the casing,
The outer seal member is formed of a rubber material having better heat resistance than the inner seal member,
The inner seal member has a lower hardness than the outer seal member, and is formed with the lead wire insertion hole,
A gas sensor characterized by the above-mentioned.

The elastic seal member is caulked and fixed inside the casing by caulking the casing located radially outside the outer seal member radially inward,
The gas sensor according to claim 1, wherein:

The elastic seal member includes a flange portion extending outward from the outer surface of the inner seal member in the circumferential direction and projecting outward from the outer seal member in the circumferential direction.
The flange portion is in contact with an inner surface of the casing to define an installation position of the elastic seal member inside the casing,
The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein:

The outer seal member is formed of perfluoro rubber,
The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein: