(57)【要約】【課題】センサ後端側のゴム製の弾性部材の温度上昇をより一層抑制させたセンサを提供する。【解決手段】センサ素子１５と、主体金具１８と、軸線Ｏ方向に延び、主体金具の後端側に配置されて接続される筒状のケース１７と、ケースの後端側１７ｅを閉塞するゴム製の弾性部材１１と、ケースの内部から弾性部材の挿通孔を通って外部へ延びる１本以上のリード線１２と、ケースの後端側の外面に被せられると共に、ケースの後方に延びて少なくとも弾性部材、及びリード線の少なくとも一部を包囲する筒状の熱保護チューブ３０と、を備えるセンサ１００であって、熱保護チューブは、空気を保持する空間を自身の内部に有する耐対流熱チューブ３１と、耐対流熱チューブの外側に配置され、外部からの熱線を反射可能な外面を有する耐輻射熱チューブ３２と、を備え、耐対流熱チューブ及び耐輻射熱チューブのそれぞれが弾性部材の軸線方向の全体を包囲している。【選択図】図１
2020186923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子と、前記センサ素子を収容する主体金具と、
軸線方向に延び、前記主体金具の後端側に配置されて接続される筒状のケースと、
前記ケースの後端側を閉塞するゴム製の弾性部材と、
前記ケースの内部から前記弾性部材の挿通孔を通って外部へ延びる１本以上のリード線と、
前記ケースの後端側の外面に被せられると共に、前記ケースの後方に延びて少なくとも前記弾性部材、及び前記リード線の少なくとも一部を包囲する筒状の熱保護チューブと、
を備えるセンサであって、
前記熱保護チューブは、空気を保持する空間を自身の内部に有する耐対流熱チューブと、前記耐対流熱チューブの外側に配置され、外部からの熱線を反射可能な外面を有する耐輻射熱チューブと、を備え、
前記耐対流熱チューブ及び前記耐輻射熱チューブのそれぞれが前記弾性部材の前記軸線方向の全体を包囲していることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記耐対流熱チューブは、前記弾性部材よりも先端側で前記ケースの外面に直接又は中間部材を介して接していることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
少なくとも前記弾性部材の後端よりも先端側において、前記耐輻射熱チューブが前記耐対流熱チューブの外周全体を包囲していることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記耐対流熱チューブは、ガラス繊維の編組体で、該繊維の間に前記空間を形成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記耐対流熱チューブと前記耐輻射熱チューブとの間に隙間を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記耐対流熱チューブの最大厚みが前記耐輻射熱チューブの最大厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項７】
前記耐輻射熱チューブの最大径が、前記主体金具の六角対辺の間隔以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記耐対流熱チューブの先端は、前記ケースの軸線方向における長さの半分よりも後端側に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気管には、被測定ガスの濃度を検出するセンサが取付けられている。
このセンサは、センサ素子を主体金具で保持し、センサ素子の後端側を筒状のケースで覆っている。さらに、ゴム製のグロメットごとケースの後端側を加締めて内外を封止すると共に、リード線をグロメットに挿通させて外部に引き出している。
ところが、グロメットは一般に耐熱性が低いため、センサが高温環境下で長時間使用されると、グロメットが輻射熱を受けて劣化し、センサのシールが損なわれるおそれがある。
そこで、グロメットとリード線とを遮熱チューブで包囲する技術が開発されている（特許文献１）。
この遮熱チューブは、アルミニウム箔でガラス繊維の断熱層を挟んだものを蛇腹状に加工したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−０１５５９６号公報（段落００３７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、センサを車両のエンジンやその排気系により近接して設置する要望があり、センサの耐熱性がさらに要求されている。ここで、車両の高熱部位からセンサへの熱の移動としては、高熱部位に触れて高温になった空気による対流熱、高熱部位からの熱線による輻射熱がある。
そして、対流熱は断熱材によって抑制することができ、輻射熱は遮熱材によって抑制することができる。この点で、上記した従来の遮熱チューブは、ガラス繊維が断熱層となり、アルミニウム箔が遮熱層となっている。
【０００５】
しかしながら、従来の遮熱チューブは、１つのチューブとしてのハンドリング性や可撓性等の観点から、ガラス繊維の断熱層をあまり厚くすることができなかったり、ガラス繊維を単に基体として用いていて空隙が少なく、断熱性が十分とはいえなかった。又、遮熱チューブの内面にもアルミニウム箔等が介在する場合、アルミニウム箔は熱伝導性が高いため、ケースの熱がケースに接する遮熱チューブ内側のアルミニウム箔を通してケース後端側に伝わり、その内部のグロメットを加熱してしまうという不具合もある。
そこで、本発明は、センサ後端側のゴム製の弾性部材の温度上昇をより一層抑制させたセンサ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を収容する主体金具と、軸線方向に延び、前記主体金具の後端側に配置されて接続される筒状のケースと、前記ケースの後端側を閉塞するゴム製の弾性部材と、前記ケースの内部から前記弾性部材の挿通孔を通って外部へ延びる１本以上のリード線と、前記ケースの後端側の外面に被せられると共に、前記ケースの後方に延びて少なくとも前記弾性部材、及び前記リード線の少なくとも一部を包囲する筒状の熱保護チューブと、を備えるセンサであって、前記熱保護チューブは、空気を保持する空間を自身の内部に有する耐対流熱チューブと、前記耐対流熱チューブの外側に配置され、外部からの熱線を反射可能な外面を有する耐輻射熱チューブと、を備え、前記耐対流熱チューブ及び前記耐輻射熱チューブのそれぞれが前記弾性部材の前記軸線方向の全体を包囲していることを特徴とする。
【０００７】
このセンサによれば、耐対流熱チューブ及び耐輻射熱チューブのそれぞれが弾性部材の軸線方向の全体を外部から覆うので、外部から弾性部材への熱の伝達を確実に抑制することができる。
又、熱保護チューブとして、耐対流熱チューブ及び耐輻射熱チューブを別体で設けることで、自身の内部に空間を確実に設けた耐対流熱チューブを用いることができ、断熱性が向上する。
又、熱保護チューブの内面側には、耐輻射熱チューブに比べて熱伝導性が低い耐対流熱チューブが介在するので、仮に耐輻射熱チューブの内面にもアルミニウム箔等の熱伝導性が高い熱線反射面が介在しても、外部からの対流熱や、ケース先端側からの伝導熱が耐対流熱チューブを通してケース後端側に伝わり難く、その内部の弾性部材を加熱してしまう不具合を抑制できる。
なお、耐対流熱チューブは、必ずしもケースに接していなくてもよく、両者間に隙間を設けたり、両者間に別部材を介装してもよい。又、この別部材と耐対流熱チューブ間に隙間を設けてもよい。
【０００８】
本発明のセンサにおいて、前記耐対流熱チューブは、前記弾性部材よりも先端側で前記ケースの外面に直接又は中間部材を介して接していてもよい。
このセンサによれば、断熱部材よりも先端側において、耐対流熱チューブとケース外面との隙間が塞がっている部分が存在することで、この隙間からの対流熱の流入を抑制でき、断熱性がさらに向上する。
なお、「隙間が塞がっている部分」とは、断熱部材よりも先端側における耐対流熱チューブとケース外面との隙間が、軸方向の少なくとも一部の領域で塞がっていればよい。つまり、軸方向にみて、必ずしも断熱部材よりも先端側における耐対流熱チューブとケース外面との隙間のすべて塞がっていなくてもよい。
【０００９】
本発明のセンサにおいて、少なくとも前記弾性部材の後端よりも先端側において、前記耐輻射熱チューブが前記耐対流熱チューブの外周全体を包囲していてもよい。
このセンサによれば、耐対流熱チューブの外周の一部が耐輻射熱チューブで覆われない場合に比べ、弾性部材への輻射熱の流入をさらに確実に抑制できる。
【００１０】
本発明のセンサにおいて、前記耐対流熱チューブは、ガラス繊維の編組体で、該繊維の間に前記空間を形成してなってもよい。
このセンサによれば、ガラス繊維の編組体により、耐対流熱チューブに空間を確実に形成し、断熱性がさらに向上する。
【００１１】
本発明のセンサにおいて、前記耐対流熱チューブと前記耐輻射熱チューブとの間に隙間を有してもよい。
このセンサによれば、隙間も外部からセンサへの対流熱を抑制する断熱効果を有するので、断熱性がさらに向上する。
【００１２】
本発明のセンサにおいて、前記耐対流熱チューブの最大厚みが前記耐輻射熱チューブの最大厚みよりも厚くてもよい。
このセンサによれば、熱保護チューブ全体の厚みを過度に厚くせずに、断熱効果に影響を与える耐対流熱チューブの厚みを耐輻射熱チューブの厚みより厚くすることができ、断熱性がさらに向上する。
【００１３】
本発明のセンサにおいて、前記耐輻射熱チューブの最大径が、前記主体金具の六角対辺の間隔以下であってもよい。
このセンサによれば、主体金具の六角部に工具を係合してセンサを排気管等にネジ止めする際、耐輻射熱チューブが周囲に干渉することを抑制し、取付け性が低下することを抑制できる。
【００１４】
本発明のセンサにおいて、前記耐対流熱チューブの先端は、前記ケースの軸線方向における長さの半分よりも後端側に位置してもよい。
耐対流熱チューブが先端側に延びすぎると、耐対流熱チューブの断熱性が保温効果を生じ、センサの高温な先端側からの熱を外部に放熱し難くなる。そこで、耐対流熱チューブの先端をＬ/２よりも後端側に位置させることで、センサからの放熱と断熱性を両立できる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、センサ後端側のゴム製の弾性部材の温度上昇をより一層抑制させたセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサの軸線方向に沿う半断面図である。
【図２】センサの弾性部材近傍の部分断面図である。
【図３】耐対流熱チューブの構成を示す部分断面図である。
【図４】センサの後端側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る酸素センサ（センサ）１００の軸線Ｏ方向に沿う半断面図、図２は酸素センサ１００の弾性部材１１近傍の部分断面図、図３は耐対流熱チューブの構成を示す部分断面図、図４は酸素センサ１００の後端側から見た平面図を示す。
この酸素センサ１００は、自動車の排気管（図示しない）に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度を検知するものである。排気管は、排ガスの熱により例えば８００℃という高温状態になる可能性があるため、酸素センサ１００も高温になる。また、外部からの熱が酸素センサ１００に加わることもある。従って、酸素センサ１００には、このような熱に対する対策が要求される。
特に、酸素センサ１００を車両のエンジンやその排気系（エキゾーストマニホールド等）により近接して設置する場合などに、センサの耐熱性をさらに向上させることが必要となる。
【００１８】
図１に示すように、酸素センサ１００は、センサ素子１５と、センサ素子１５を保持する筒状の主体金具１８と、センサ素子１５の先端側を覆う筒状のプロテクタ１９と、センサ素子１５の後端側を覆う金属製筒状のケース１７を備えている。さらに、ケース１７の後端側１７ｅの開口を覆うようにゴム製の弾性部材（グロメット）１１が配置されて内外を封止すると共に、リード線１２を弾性部材１１に挿通させて外部に引き出している。弾性部材１１は、ケース１７の後端側１７ｅを加締めることで固定されている。
センサ素子１５は、軸線Ｏ方向に延びる板形状の積層部材であり、検出部を含む素子部と、素子部を加熱するためのヒータ部と、を備える。
【００１９】
主体金具１８、プロテクタ１９及びケース１７は、ステンレス鋼などの耐熱性金属材料を用いて構成され、プロテクタ１９及びケース１７はそれぞれ主体金具１８の先端側及び後端側に溶接等で接続されている。なお、ケース１７は、主体金具１８の後端側を覆う先端から後端に向かって小径となる段部１７ｄを備えている。
【００２０】
リード線１２は複数本備えられ、リード線１２の後端側にはコネクタ部２０が電気的に接続され、コネクタ部２０は外部機器（車両のＥＣＵ等）に接続可能になっている。
又、リード線１２の後端側は一つにまとめられて保護チューブ１３によって被覆され、保護チューブ１３は、コネクタ部２０に隣接するように延びている。
保護チューブ１３は、ガラス繊維を用いて構成された筒状の編組であり、可撓性を備えている。
【００２１】
さらに、酸素センサ１００は、ケース１７の後端側１７ｅの外面に被せられると共に、ケース１７の後方に延びて、少なくともケース１７の後端側１７ｅ（の内部の弾性部材１１）及びリード線１２（を覆う保護チューブ１３）の少なくとも一部を包囲する筒状の熱保護チューブ３０を備えている。
熱保護チューブ３０は、ケース１７の後端側１７ｅの径方向内側に縮径する加締め部位にて、Ｃ字状のＣリング５０によりケース１７に固定されている。Ｃリング５０は、固定位置の熱保護チューブ３０に被せた後で所定の治具にて縮径することで固定するようになっている。
なお、熱保護チューブ３０の後端は、そのままストレート形状に開口し、開口から保護チューブ１３が後端側に延びている。
【００２２】
熱保護チューブ３０は、耐対流熱チューブ３１と、耐対流熱チューブ３１の外側に配置される耐輻射熱チューブ３２と、を備え、各チューブ３１，３２は軸線Ｏ方向に延びる筒状の部材である。なお、本例では、耐対流熱チューブ３１と耐輻射熱チューブ３２との先後端の位置は一致しているが、両者の先端、後端のいずれか又は両方の位置が一致しなくてもよい。
【００２３】
図３に示すように、耐対流熱チューブ３１は、空気を保持する空間３１ｈを自身の内部に有することで、外部から（耐輻射熱チューブ３２からの場合も含む）センサへの対流熱を抑制する断熱効果を発揮する。なお、本例では、耐対流熱チューブ３１は、ガラス繊維３１ａの編組体で、ガラス繊維３１ａの間に空間３１ｈを形成してなる。
一方、耐輻射熱チューブ３２は、外部からの熱線を反射可能な外面を有しており、本例では、アルミニウムなどの金属の箔や蒸着体でガラス繊維の編組体の外表面を被覆してなる。「熱線を反射可能な外面」とは、アルミニウムなどの金属の箔や蒸着体が最外面を構成する場合の他、アルミニウムなどの金属の箔や蒸着体の外面に透明なコーティング層を設けた場合も含む。耐輻射熱チューブ３２は、外表面が金属等で被覆されて構成されているため、酸素センサ１００の周囲の環境が高温環境になっても、外部の熱線を反射して、内部の弾性部材１１やリード線１２への熱の伝達を抑制することができる。
【００２４】
そして、図２に示すように、耐対流熱チューブ３１及び耐輻射熱チューブ３２のそれぞれが弾性部材１１の軸線Ｏ方向の全体Ｒを包囲している。
これにより、弾性部材１１の全体Ｒを、耐対流熱チューブ３１及び耐輻射熱チューブ３２で外部から覆うので、外部から弾性部材１１への熱の伝達を確実に抑制することができる。
又、熱保護チューブ３０として、耐対流熱チューブ３１及び耐輻射熱チューブ３２を別体で設けることで、空間を確実に設けた耐対流熱チューブ３１を用いることができ、断熱性が向上する。
又、熱保護チューブ３０の内面側には、耐輻射熱チューブ３２に比べて熱伝導性が低い耐対流熱チューブ３１が介在するので、仮に耐輻射熱チューブ３２の内面にもアルミニウム箔等の熱伝導性が高い熱線反射面が介在しても、外部からの対流熱や、ケース１７の先端側からの伝導熱が耐対流熱チューブ３１を通してケース１７後端側に伝わり難く、その内部の弾性部材１１を加熱してしまう不具合を抑制できる。
【００２５】
又、図２に示すように、本実施形態では、耐対流熱チューブ３１は、弾性部材１１よりも先端側の位置３２ａでケース１７の外面に直接接している。これにより、耐対流熱チューブ３１とケース１７とに隙間が生じることを防止し、この隙間からの対流熱の流入を抑制でき、断熱性がさらに向上する。
なお、先端側の位置３２ａよりも後端側においては、耐対流熱チューブ３１とケース１７との間に隙間が空いていてもよい。隙間を空けることで断熱性がさらに向上するが、本実施形態では隙間が無いことで熱保護チューブ３０を小型化でき、酸素センサ１００が設置される車両等の他のレイアウトを圧迫し難いという利点がある。
なお、耐対流熱チューブ３１は、弾性部材１１よりも先端側でケース１７の外面に中間部材を介して接してもよい。
【００２６】
又、図２に示すように、本実施形態では、少なくとも弾性部材１１の後端１１ｅよりも先端側において、耐輻射熱チューブ３２が耐対流熱チューブ３１の外周全体を包囲している。これにより、耐対流熱チューブ３１の外周の一部が耐輻射熱チューブ３２で覆われない場合に比べ、弾性部材１１への輻射熱の流入をさらに確実に抑制できる。
【００２７】
又、図２に示すように、本実施形態では、耐対流熱チューブ３１と耐輻射熱チューブ３２との間に隙間Ｇを有する。これにより、隙間Ｇも外部からセンサ１００への対流熱を抑制する断熱効果を有するので、断熱性がさらに向上する。
又、図２に示すように、本実施形態では、耐対流熱チューブ３１の最大厚みｔ１が耐輻射熱チューブ３２の最大厚みｔ２よりも厚い。これにより、熱保護チューブ３０全体の厚みを過度に厚くせずに、断熱効果に影響を与える耐対流熱チューブ３１の厚みを耐輻射熱チューブ３２の厚みより厚くすることができ、断熱性がさらに向上する。
【００２８】
又、図４に示すように、本実施形態では、耐輻射熱チューブ３２（つまり、熱保護チューブ３０全体）の最大径ｄ２が、主体金具１８の六角対辺１８ｓ１、１８ｓ２の間隔ｄ１以下である。これにより、主体金具１８の六角部１８ｄ（図１参照）に工具を係合してセンサ１００を排気管等にネジ止めする際、耐輻射熱チューブ３２が周囲に干渉することを抑制し、取付け性が低下することを抑制できる。
なお、間隔ｄ１は、六角部１８ｄの内接円の直径に等しい。
さらに、図１に示すように、本実施形態では、耐対流熱チューブ３１の先端３１ｓは、ケース１７の軸線Ｏ方向における長さＬの半分（Ｌ/２）よりも後端側に位置する。耐対流熱チューブ３１が先端側に延びすぎると、耐対流熱チューブ３１の断熱性が保温効果を生じ、センサ１００の高温な先端側からの熱を外部に放熱し難くなる。そこで、耐対流熱チューブ３１の先端をＬ/２よりも後端側に位置させることで、センサ１００からの放熱と断熱性を両立できる。
【００２９】
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。
【００３０】
耐対流熱チューブ及び耐輻射熱チューブの材質は上記実施形態に限定されず、それぞれ断熱性、遮熱性を有すればよい。
熱保護チューブをケース１７に固定する方法もＣリングに限定されず、バンド、ワイヤ、加締め固定等が挙げられる。又、熱保護チューブをケース１７に固定する位置も上記実施形態に限定されず、例えば熱保護チューブの後端において固定することも可能である。
センサ素子は板型素子に限らず、筒型素子でもよい。
又、センサの種類も限定されず、酸素センサの他、ＮＯｘセンサ、全領域センサ、温度センサ、ＰＭセンサ等が挙げられる。
【符号の説明】
【００３１】
１００      センサ
１１      弾性部材
１２      リード線
１５      センサ素子
１７      ケース
１７ｅ      ケースの後端側
１８      主体金具
１８ｄ      六角部
３０      熱保護チューブ
３１      耐対流熱チューブ
３１ａ      ガラス繊維
３１ｈ      空間
３１ｓ      耐対流熱チューブの先端
３２      耐輻射熱チューブ
Ｏ      軸線
Ｒ      弾性部材の軸線方向の全体
Ｇ      隙間
ｔ１      耐対流熱チューブの最大厚み
ｔ２      耐輻射熱チューブの最大厚み
ｄ１      主体金具の六角対辺の間隔
ｄ２      耐輻射熱チューブの最大径
Ｌ      ケースの軸線方向における長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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