JPH04285849A

JPH04285849A - センサの防水構造及びセンサの製造方法

Info

Publication number: JPH04285849A
Application number: JP3049740A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Goto; 後藤　達郎; Hiromichi Hayashi; 広道林; Hisaharu Nishio; 久治西尾
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1992-10-09
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JP2980710B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関からの
排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ等に使用さ
れるセンサの防水構造及びその製造方法に関するもので
ある。

【従来の技術】従来から、例えば酸素センサは、内燃機
関からの排気ガス中の酸素濃度を検出する手段として広
く知られている。この種の酸素センサにおいては、使用
しているうちに、排気ガスや液体（水，オイル等）のセ
ンサ内部への侵入によって、センサ電極やヒータ電極間
の短絡，端子の腐食，起電力の低下等の問題が生じるこ
とがあり、そのため、上記ガスや液体の侵入を防止する
目的でセンサの隙間に様々なシール材が使用されている
。このシール材としては、例えばシリコンゴム等の耐熱
性ゴム、或はカーボン繊維やガラス繊維等を含有する発
水性フィルタなどが使用されている。そして、上記シー
ル材は、例えばセンサ後端の開口部を閉塞する様に配置
されており、このシール材を貫いて、センサ内部のセン
サ電極やヒータ電極から伸びる端子に接続されるリード
線が配設されている。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な酸素センサでは、下記■〜■の様な問題があり、必
ずしも好適ではなかった。■センサ作動時における自身
の熱伝導及び／又は排気ガスからの熱伝導によって、シ
ール材が耐熱劣化してガスが発生し、このガスがセンサ
の特性に影響を及ぼして、正確なガス測定が困難になる
という問題があった。■シール材が耐久劣化することに
よって、シール性が低下するという問題があった。■シ
ール材が高温水蒸気により加水分解し劣化することによ
って、シール性が低下するという問題があった。■素子
やヒータの電極或は端末に接続されたリード線が屈曲す
ることによって、シール性が低下するという問題があっ
た。本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、ガスの発生を防止するとともにガス及び液体の侵入
を防いで、センサの性能の低下を防止することができる
センサの防水構造及びその製造方法を提供することを目
的とする。

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達する
ためになされた請求項１記載の発明は、被測定ガス中の
ガス成分濃度を検出する検出部と、該検出部が格納され
たセンサ内部と外界とを気密するシール材と、該シール
材を貫通して上記検出部から伸びる被覆リード線と、を
備えたセンサの防水構造において、上記シール材の材料
として、上記リード線の被覆膜の融点より低い融点を有
しかつ上記シール材使用温度より高い耐熱温度を有する
樹脂を用いたことを特徴とするセンサの防水構造を要旨
とする。また、請求項２の発明は、上記請求項１記載の
センサの防水構造の製造方法において、上記シール材の
材料として上記リード線の被覆膜の融点より低い融点を
有しかつ上記シール材使用温度より高い耐熱温度を有す
る樹脂を用い、上記シール材を加熱することによって溶
融させて上記リード線の被覆膜に溶着させたことを特徴
とするセンサの防水構造の製造方法を要旨とする。ここ
で、本発明を適用できるセンサとしては、センサのシー
ル材自身の温度が例えば２００℃近くの高温になるセン
サ、例えば内燃機関の排気ガスの酸素濃度を検出する酸
素センサが挙げられる。上記リード線の被覆膜としては
、例えば融点が３２７℃であるＰＴＦＥを採用できる。また、上記シール材の材料としては、融点が約２５０〜
３１０℃のＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテル）やＦＥＰ（テトラフルオ
ロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）を使
用することができる。また、上記シール材使用温度とは
、センサの使用に伴って上昇したシール材の温度であり
、本発明で使用される樹脂は、このシール材使用温度で
も変形したりガスが発生することのない耐熱温度、即ち
高い連続最高使用温度を有するものである。尚、上記シ
ール材が、不燃性，低温でも割れ等が生じない低温特性
，耐化学薬品性，絶縁性等の電気的特性を備えているこ
とが好ましい。更に、上記シール材とリード線の被覆膜
との溶着強度を向上させるために、被覆膜の表面に細か
い凹凸を形成するエッチング処理、或は被覆膜の表面に
、例えばＰＦＡ，ＦＥＰ等のシール材のディスパージョ
ンの様な表面活性処理を施すと一層好適である。

【作用】本発明では、シール材の材料として、リード線
の被覆膜の融点よりも低い融点を有するとともにシール
材使用温度より高い耐熱温度を有する樹脂を使用してい
る。従って、リード線の貫通するシール材を加熱するこ
とによって、シール材の温度をリード線の被覆膜の融点
より低い温度でしかもシール材の融点以上に上昇させ、
それによって、被覆膜ではなくシール材のみが溶融する
ことになる。その結果、この溶融したシール材がリード
線に溶着することにより、リード線とシール材との隙間
が閉ざされて気密される。そして、この様にして気密さ
れたセンサでは、シール材は高い耐熱温度を有している
ので、センサ使用時にシール材が高温になった場合でも
ガスの発生や変形が生じることが防止され、よって、セ
ンサの性能の劣化を防止することが可能になる。

【実施例】以下に本発明によるセンサの防水構造及びそ
の製造方法の実施例を、図に基づいて説明する。図１は
、例えば内燃機関の排気通路に取り付けられる第１実施
例の酸素センサ１の全体構造を示している。図１に示す
ように、酸素センサ１は、筒状のハウジング３の先端（
下部）側に保護キャップ５が、後端（上部）側に内筒７
及び保護外筒９が取り付けられており、更にハウジング
３の内側に固体電解質の素子１１が保持されている。上記ハウジング３は、その外周部に六角部１３と取付ね
じ１５とを備え、内周面にはセンサの先端側に狭まるテ
ーパ付段部１７が形成されている。上記素子１１は、先
端が閉じるとともに後端が開口した中空円筒状であり、
その内側及び外側表面には、多孔質の白金電極１９ａ，
１９ｂが形成されている。この白金電極１９ａ，１９ｂ
のうち、外側電極１９ｂには内燃機関からの排気ガスが
接触し内側電極１９ａには基準ガスが接触して、かかる
ガス中の酸素濃度の差に基づき起電力が発生する。上記
ハウジング３と素子１１とによって形成される環状隙間
２１の先端側には、電気絶縁性のセラミックス（例えば
９２％アルミナ）からなる絶縁環２３が配置されており
、この絶縁環２３にはパッキン２５が密接している。また、絶縁環２３の後端側には、滑石（タルク）からな
る粉末シール材２７が充填され、この粉末シール材２７
によって、排気ガス側と基準ガス側との気密が保たれて
いる。更に、粉末シール材２７の後端側には碍管２９が
配置され、碍管２９の後端面にはパッキン３１を介して
内筒７の脚部７ａが配置されている。そして、この状態
で、上記ハウジング３の後端部３ａを加締め、ハウジン
グ３内に絶縁環２３を介して素子１１を封止固着すると
ともに、脚部７ａと碍管２９とを抜き止め状態に保持し
ている。その後、ハウジング３の後端側を高周波加熱装
置などによって加熱することにより、加締め変形に伴っ
てハウジング３内に発生した内部応力を除去している。一方、上記素子１１の後端側の外周部には、外側電極１
９ｂから導かれた電極リード部３３に接続する端子３５
ａが接続固定されており、この端子３５ａの上部の表面
にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる
絶縁被覆３７が形成されている。また、素子１１の後端
側の内周面には、内側電極１９ａから導かれた電極リー
ド部３９に接続する端子３５ｂが配置されており、この
端子３５ｂは素子１１の加熱を目的とするヒータ４３を
保持し固定している。尚、このヒータ４３の後端側外周
面には、対向して配置された通電用端末４５ａ，４５ｂ
が形成されており、この端末４５ａ，４５ｂに端子３５
ｃ，３５ｄが溶接等によって接続されている。そして、
各端子３５ａ〜３５ｄ（３５と総称する）は各々外部接
続用リード線４９ａ〜４９ｄ（４９と総称する）に、加
締め等の方法によって接続されている。尚、このリード
線４９は、ＰＴＦＥからなる被覆膜５０によって周囲を
覆われて、絶縁されている。上記内筒７の後端面は、コ
イル状スプリング５１の受け台を兼ね、このスプリング
５１の後端面は、端子３５とリード線４９の接続部５３
を収納するステアタイト等のセラミックスからなる絶縁
管５５の先端面と面接触している。上記絶縁管５５には
、各リード線４９を分離絶縁するための貫通孔５７が設
けられ、各貫通孔５７の内周面の後端側には、接続部５
３に外部方向への引力が働いた場合に、接続部５３及び
端子３５にかかる力を分散させる段部５９が形成されて
いる。更に、上記絶縁管５５の後端側には、各リード線
４９が嵌挿される貫通孔６１が形成されたシール部６３
が設けられている。このシール部６３は、図２に示す様
に、異なるフッソ樹脂系の耐熱性樹脂からなるサンドイ
ッチ構造をしている。つまり、先端側の第１層６５はＰ
ＴＦＥ、第２層６７はＰＦＡ（テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル）、第３層６９
は第１層６５と同じくＰＴＦＥから構成されている。尚、第１層６５の貫通孔６１の上部は、他の層６７，６
９の貫通孔６１より若干大径になされているので、貫通
孔６１の内周面とリード線４９との間には、後の加熱で
充填される間隙７０（図１）が形成されている。そして
、上記シール部６３等を収納した保護外筒９は、その先
端側がハウジング３に嵌合されて加締められるとともに
、中央部で内筒７とともに加締められ、更に後端側のシ
ール部６３に対応する位置で外側から加締められてシー
ル部６３が固定される。その後、シール部６３の第２層
６７の溶融温度の近傍の温度（３１５℃）で加熱される
ことによって、第２層６７が溶融される。尚、リード線
４９の被覆膜５０の溶融温度は３２７℃であり、また第
１層６５及び第３層６９の溶融温度も３２７℃であり、
上記加熱温度はこれらの溶融温度より低いので、リード
線４９の被覆膜５０，第１層６５及び第３層６９は溶融
しない。従って、この加熱による第２層６７の溶融によ
って、第２層６７はリード線４９の被覆膜５０に溶着し
てシール部６３とリード線４９との間隙を気密する。更
に、第２層６７は第１層６５及び第３層６９に溶着して
気密する。この様に、本実施例では、第２層６７のシー
ル材として、ＰＦＡの様な樹脂、即ち高い連続最高使用
温度，不燃性，低温でも割れ等が生じない低温特性，耐
化学薬品性，絶縁性等の電気的特性等の性質を備えてい
る樹脂を使用しているので、センサの性能や耐久性が優
れたものとなる。特に、シール部６３が例えば２００℃
近くの高い温度になる様な環境で酸素センサ１を使用し
ても、シール部６３はガスや液体に対するシール性が損
なわれることがなく、またガスが発生することがないの
でセンサの特性に影響を及ぼすこともない。更に、気密
を行なう方法として、この樹脂製のシール部６３を、第
２層６７の溶融温度より高い温度で加熱するので、第２
層６７自身が溶融して周囲の部材と密着することができ
、それによって確実に気密を行なうことができる。特に
、本実施例では、第１層６５の貫通孔６１に間隙７０が
形成されているので、加熱時に溶融した第２層６７がこ
の間隙７０に入り込んで、一層気密性を向上させるとい
う効果がある。その上、溶融する第２層６７が溶融しな
い第１層６５及び第３層６９に挟まれているので、溶融
した第２層６７が外部やセンサ内部に流れ出ないという
効果がある。次に、第２実施例について、図３に基づい
て説明する。図３に示す様に、本実施例の酸素センサ７
１は、その先端側は上記第１実施例とほぼ同様であるが
、ハウジング７３より後端側が異なるものである。この
ハウジング３の上端部７３ａには、内筒が接続されてお
らず、保護外筒７５が公知の接続手段（レーザ溶接，ア
ルゴン溶接，ロー接続等）によって全周密閉接合されて
いる。そして、保護外筒７５の中央部近傍には内側に突
出する環状部７５ａが形成され、この環状部７５ａにス
プリング７７の下端が係止されている。上記スプリング
７７の上部には、シール部７９が形成されている。この
シール部７９は、図４に示す様に、ＰＴＦＥからなる第
１層８１とＰＦＡからなる第２層８３とからなり、シー
ル部７９を貫いて貫通孔８５が形成されている。そして
、貫通孔８５には、表面がＰＴＦＥからなる被覆膜８７
で覆われたリード線８９が嵌挿されている。そして、本実施例の酸素センサ７１は、シール部７９に
対応する位置で保護外筒７５の外側から加締めが行なわ
れて、シール部７９が固定される。その後、第２層８３
の溶融温度の近傍で、しかも第１層８１及びリード線８
９の被覆膜８７の溶融温度以下の３１５℃で加熱される
。この加熱によって、第２層８３が溶融してリード線８
９の被覆膜８７に溶着するので、十分な気密が行われる
。この様な第２実施例によっても、上記第１実施例と同
様な効果を奏する。尚、本実施例では、構造が簡単であ
るのでその製造が容易であり、その上、保護外筒７５を
全周にわたって接合するので、気密性が向上するという
利点がある。次に、第３実施例について、図５に基づい
て説明する。図５に示す様に、本実施例の酸素センサ９
１は、その先端側は上記第１実施例とほぼ同様であるが
、絶縁管９２より後端側が異なるものである。絶縁管９
２の上部に形成されたシール部９３は、図６に示す様に
、ＰＦＡからなる第１層９４とＰＴＦＥからなる第２層
９５とから構成されている。第１層９４の上部には、上
方に突出するテーパ状凸部９４ａが各貫通孔９６毎に設
けられ、一方、第２層９５の下部には、上記テーパ状凸
部９４ａに対応して、下方に開口するテーパ状凹部９５
ａが各貫通孔９６毎に設けられている。そして、テーパ
状凸部９４ａがテーパ状凹部９５ａに圧入されることに
よって、上下に連通する貫通孔９６が形成されている。上記貫通孔９６には、表面がＰＴＦＥからなる被覆膜９
７に覆われたリード線９８（図５）が嵌挿され、シール
部９３は、絶縁管９２を介してコイル状スプリング９９
によるバネ圧によって、上方に付勢されて保持されてい
る。そして、この酸素センサ９１は、第１層９４の溶融
温度近傍で、しかも第２層９５及びリード線９８の被覆
膜９７の溶融温度以下の３１５℃で加熱されることによ
り、第１層９４が溶融してリード線９８の被覆膜９７に
溶着するので、十分な気密が行われる。また、外筒９９
とシール部９３においては、第２層９５の外周段部９５
ｂにて密着して気密を保っている。この様な第３実施例
においても、第１実施例と同様な効果を奏する。また、
本実施例では、構成部品が減少し、かつ第１実施例で必
要であったシール部の加締め工程を省略できるという利
点がある。更に、シール部９３の第１層９４に設けられ
たテーパ状凸部９４ａ及び第２層９５に設けられた凹部
９５ａと、シール部９３に加えられるバネ圧とによって
、リード線９８及び被覆膜９７に加圧しながら溶着を行
うことができるので、その気密性が一層向上するという
効果がある。次に、第４実施例について、図７に基づい
て説明する。図７に示す様に、本実施例の酸素センサ１
０１は、その先端側は上記第３実施例とほぼ同様である
が、絶縁管１０２上に形成されたシール部１０３の形状
が異なるものである。シール部１０３は、図８に示す様
に、ＰＦＡからなる第１層１０４とＰＴＦＥからなる第
２層１０５とから構成されており、第２層１０５のテー
パ状凹部１０５ａに、該テーパ凹部１０５ａに対応した
形状の第１層１０４の上部１０４ａが圧入されることに
よって、上下に連通する貫通孔１０６が形成されている
。上記貫通孔１０６には、表面がＰＴＦＥからなる被覆
膜１０７に覆われたリード線１０８（図７）が嵌挿され
、シール部１０３は、絶縁管１０２を介してコイル状ス
プリング１０９によるバネ圧によって、上方に付勢され
ている。そして、この酸素センサ１０１は、第１層１０
４の溶融温度近傍で、しかも第２層１０５及びリード線
１０８の被覆膜１０７の溶融温度以下の３１５℃で加熱
されることにより、第１層１０４が溶融してリード線１
０８の被覆膜１０７に溶着するので、十分な気密が行わ
れる。この様な第４実施例においても、上記第３実施例
と同様な効果を奏する。また、本実施例では、構成部品
の形が単純になることから、径方向に小型化できるとい
う利点がある。尚、本発明は、上記各実施例の何等限定
されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各
種の態様で実施できることは勿論である。

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、シ
ール材の材料としてリード線の被覆膜の融点よりも低い
融点を有しかつシール材使用温度より高い耐熱温度を有
する樹脂を使用している。従って、加熱してシール材を
溶融させることによって、シール材をリード線の被覆膜
に溶着させて十分な気密を行なうことができる。また、
リード線の被覆膜に溶着したシール材は高い耐熱温度を
有しているので、センサの使用時にシール材が高温にな
っても、シール材からガスが発生したり或はシール材が
変形してシール性が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の酸素センサを一部破断し
て示す正面図である。

【図２】第１実施例のシール部を分解して示す斜視図で
ある。

【図３】第２実施例の酸素センサを一部破断して示す正
面図である。

【図４】第２実施例のシール部を分解して示す斜視図で
ある。

【図５】第３実施例の酸素センサを一部破断して示す正
面図である。

【図６】第３実施例のシール部を分解して示す斜視図で
ある。

【図７】第４実施例の酸素センサを一部破断して示す正
面図である。

【図８】第４実施例のシール部を分解して示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１，７１，９１，１０１…酸素センサ４９，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ，８９，９８，
１０８…リード線５０，８７，９７，１０７…被覆膜６７，８３，９５，１０５…第２層７９，６３，９３，１０３…シール部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　被測定ガス中のガス成分濃度を検出す
る検出部と、該検出部が格納されたセンサ内部と外界と
を気密するシール材と、該シール材を貫通して上記検出
部から伸びる被覆リード線と、を備えたセンサの防水構
造において、上記シール材の材料として、上記リード線
の被覆膜の融点より低い融点を有しかつ上記シール材使
用温度より高い耐熱温度を有する樹脂を用いたことを特
徴とするセンサの防水構造。
【請求項２】　　上記請求項１記載のセンサの防水構造
の製造方法において、上記シール材の材料として、上記
リード線の被覆膜の融点より低い融点を有しかつ上記シ
ール材使用温度より高い耐熱温度を有する樹脂を用い、
上記シール材を加熱することによって溶融させて上記リ
ード線の被覆膜に溶着させたことを特徴とするセンサの
防水構造の製造方法。