(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、一端にフランジ部を設けた袖管の該フランジ部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記フランジ部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記フランジ部に当接する環状当接面とを有することを特徴とするセンサープラグ。
【請求項２】
内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、袖管の一端部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記袖管の一端部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記一端部に当接する環状当接面と、該環状当接面に臨んで前記嵌入筒部の外周に形成した環状凹所とを有することを特徴とするセンサープラグ。
【請求項３】
請求項１において、前記フランジと減径かしめされた前記かしめ筒部との間にはリングパッキンが介装されており、前記支持筒の嵌入筒部の長さは、少なくとも前記袖管の厚さとリングパッキンの厚さの和であることを特徴とするセンサープラグ。
【請求項４】
請求項２において、前記環状当接面と減径かしめされた前記かしめ筒部との間には、前記袖管の一端部の外周を囲むリングパッキンが介装されていることを特徴とするセンサープラグ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記袖管は、板厚が０．２５ｍｍ〜０．６ｍｍのステンレス製であることを特徴とするセンサープラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高温度で使用されるセンサープラグの一体性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気路に装着されて排気中の残存酸素量を検出するための酸素センサーなどのセンサーは、プラグ（栓）構造を有しており、排気路に設けられたネジ穴などに締結して取り付けられる。このセンサープラグは、図４に示す如く、内部に係合段１０を有し端部にかしめ筒部５４が設けられた筒状主体金具１内に、検出素子２を支持するとともに、外周に前記係合段１０に係合する鍔部３２が形成された筒状のセラミックス製ホルダー３を同軸的に嵌着した構成を有する。
【０００３】
ホルダー３の外周と主体金具１の内周との間には、ホルダー３と主体金具１との軸心を一致させるための支持筒７を介装させ、一端にフランジ部４２を設けた袖管４の該フランジ部４２を前記支持筒７に同軸的に突き合わせて配置している。これらは、かしめ筒部５４を内側に縮径するようにかしめることにより、該かしめ筒部５４と前記係合段１０と間にホルダー３および前記フランジ部４２を一体的に固着して組み付けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用エンジンでは冷間始動における暖機特性を向上するために検出素子を早く活性化温度に昇温させる要請がある。このためにセンサーをエンジンの排気口に近づけて取り付けるなど、高い温度環境で使用できることが必要になっている。また、早く昇温させるために、センサーに接続されているリード線から熱伝導による放熱を防ぐことも有効である。
【０００５】
従来のセンサープラグは、かしめ加工において、かしめ筒部５４の先端が、袖管４の端部を不均一に押圧して偏心させたり、または変形させたりして、同心性または真円度の低下が生じていた。このため、高温度の使用条件で長期間使用していると、熱歪みなどによりかしめ部にゆるみが生じて一体性が損なわれ、気密が失われる場合があった。
【０００６】
また、高温で使用すると主体金具１から袖管４を介してコネクター６のゴム部材が高温に長時間晒され、劣化して気密性が低下し易い。これを避けるためには、袖管４の肉厚を薄くして主体金具１からコネクター６への熱伝導量を少なくする対策が有効である。
【０００７】
ところが、袖管４の肉厚を薄くすると、主体金具１と袖管４とをかしめることにより接合する場合、袖管４の一端側の拡径されたフランジ部４２とそのフランジ部４２に隣接する一端部４１とが、かしめ筒部５４の縮径かしめの影響を受けて、さらに内径側に異常変形を起こし易くなり、前記一体性の確保が一層困難になる。
【０００８】
センサープラグの一体性が損なわれると、エンジンや自動車の振動によりホルダーや、ホルダーに内包された検出素子が破損したり、気密性が損なわれると、自動車の下部などの水や泥などが付着し易い場所への装着が困難になり、装着場所の制約が増大する。
この発明の目的は、高温度に晒される使用条件下において長期間使用しても、袖管と主体金具とのかしめにより固着部の一体性が確実に維持できるセンサープラグの提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、一端にフランジ部を設けた袖管の該フランジ部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記フランジ部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記フランジ部に当接する環状当接面とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用および効果】
この発明では、支持筒に設けた嵌入筒部により袖管の端部が内側から補強されており、かしめ加工においてかしめ筒部の先端が袖管の一端部を不均一に押圧しても、袖管の一端部が偏心したり、真円度が低下することを有効に防止できる。このため、高温度に晒される使用条件下においても、かしめによる固着部の一体性が維持できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、内部に係合段を有し端部にかしめ筒部が設けられた筒状主体金具内に、検出素子を支持し外周に前記段部に係合する鍔部が形成された筒状のセラミックス製ホルダーを同軸的に嵌め込み、前記ホルダーの外周と主体金具の内周との間に支持筒を介装させ、袖管の一端部を前記支持筒に突き合わせて、前記かしめ筒部を内側に減径してかしめることにより、該かしめ筒部と前記係合段との間に前記ホルダーおよび前記袖管の一端部を一体的に固着したセンサープラグにおいて、
前記支持筒は、前記袖管の一端部に嵌入する嵌入筒部と、前記一端部に当接する環状当接面と、該環状当接面に臨んで前記嵌入筒部の外周に形成した環状凹所とを有することを特徴とする。この発明においても、請求項１に記載の発明と同様な作用、効果が得られる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記フランジと減径かしめされた前記かしめ筒部との間にはリングパッキンが介装されており、前記支持筒の嵌入筒部の長さは、少なくとも前記袖管の厚さとリングパッキンの厚さの和に設定した。これにより、かしめによる固着部の一体性が極めて強硬にでき、長期間のメンテナンスフリーが可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記環状当接面と減径かしめされた前記かしめ筒部との間には、前記袖管の一端部の外周を囲むリングパッキンが介装されている。これにより、かしめによる固着部の一体性が極めて強硬にでき、長期間のメンテナンスフリーが可能になる。
請求項５の構成では、袖管の肉厚が薄いため熱伝導が少なく、センサープラグに接続されるコネクターなどに使用されるゴム製または樹脂製部品の熱劣化を低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のセンサープラグの一実施例にかかる酸素センサーを示す。酸素センサーは、円筒状の主体金具１内に、棒状を呈する検出素子２を内包した円筒状の耐熱セラミックス製ホルダー３を固着してなる。検出素子２は、一端（図示下端、以下同じ）部がセラミックス多層基板で形成され酸素濃度を検出するためのヒーター素子付き感ガス素子部２１となっており、他端（図示上端、以下同じ）から複数のリード線２２が引き出されている。各リード線２２には、金属端子２３が接続されている。
【００１５】
ホルダー３は、外周は一端側部３１に径大の鍔部３２が設けられた円筒状を有し、内周は一端に内周縁３３が形成され他端にテーパー部３４が設けられている。検出素子２は、検出素子２の外周とホルダー３の内周との間に、一端側から、検出素子２の外周に固着されるとともに前記内周縁３３に係合したセラミックス碍管３５、セラミックス粉体充填層３６、およびセラミックス粉体封着層３７を介装させることによりホルダー３内に同軸的に固定されている。
【００１６】
主体金具１は、一端に後記するプロテクターが嵌着される径小筒部１１、中間に排気路に設けたネジ穴に締結するためのネジ部１２および六角部１３、後端に熱かしめによりホルダー３を主体金具１内に保持するとともに、袖管４を主体金具１に同軸的に連結するための固着筒部５を有する。固着筒部５は、六角部１３に連なる基筒部５１、肉薄の縮み筒部５２、中間筒部５３、および肉薄のかしめ筒部５４からなる。
【００１７】
主体金具１のネジ部１２と六角部１３との間は径小に形成され、シールリング１４が外嵌され、径小筒部１１には、二重構造で通気穴が設けられた円筒キャップ状プロテクター１５が嵌着されている。主体金具１の内周は、ネジ部１２の内周に位置し、前記ホルダー３の先端部が遊嵌された小径部１６、前記鍔部３２が嵌め込まれた中径部１７、および前記固着筒部５の内周を形成する大径部１８となっており、小径部１６と中径部１７との間は、前記ホルダーの鍔部３２の一端面に係合する係合段１０が設けられている。
【００１８】
袖管４は、一端部４１に薄肉の金属パイプの端部を拡開して設けたフランジ部４２を有し、他端部４３に複数の矩形凹み４４が周設されている。袖管４の他端部４３には、コネクター６が嵌着されている。コネクター６は、前記複数の矩形凹み４４に係合する内側膨出部６１が周設された一端部６２を有する外筒６３と、該外筒６３の他端側内部に嵌着されたゴム製のコネクター本体６４とからなる。
【００１９】
袖管４は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製であり、板厚ｔは０．４ｍｍとなっている。この板厚ｔは０．２５ｍｍ≦ｔ≦０．６ｍｍであることが望ましく、更には、０．３ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍに設定すると、強度上実用に耐えうる強度を有し熱伝導量も小さくコネクター本体の熱による劣化も少なくなって好適である。袖管４は、パイプ材を所定の長さに切断して使用してもよく、板材を円環状に打ち抜いてプレス成形してもよい。
【００２０】
ホルダー３の中間部の外周と、主体金具１の固着筒部５との間には、ステンレス（ＳＵＳ４０３）製の支持筒７が嵌め込まれている。支持筒７は、鋼製、好ましくはステンレス鋼がよく、更に好ましくは、ビッカース硬度２３０Ｈｖ以上とするとよい。支持筒７は、一端側に、ホルダー３と基筒部５１との間に介装され、ホルダー３の軸心を主体金具１の軸心に一致させるための介装筒部７１を有する。支持筒７の他端側には、ホルダー３と中間筒部５３との間に設定された径大部７２が設けられている。径大部７２は、外周側部は環状当接面７３となっており、内周側部は上方に延長されて嵌入筒部７４となっている。
【００２１】
環状当接面７３は袖管４のフランジ部４２に当接し、袖管４の一端部４１へ嵌入されている。嵌入筒部７４の長さは少なくとも袖管の厚さとリングパッキンの厚さ（線径）の和であれば、主体金具のかしめ部を減径かしめによる径方向の圧力に対して有効に反作用力を維持できて好適である。フランジ部４２とかしめ筒部５４との間には、ステンレス（ＳＵＳ４３０）製で円形断面を有するリングパッキン８が介装されている。リングパッキン８は、かしめ筒部５４が内側にかしめられた際にかしめ筒部５４が均一な曲率となるように作用する。リングパッキン８の線径は、直径１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであることが望ましい。
【００２２】
リングパッキン８は、鋼板、好ましくはステンレス鋼板を打抜き加工して板パッキン９としてもよい。この場合は、板厚は１．０ｍｍ〜２．５ｍｍ、リング部の幅は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることが望ましい。また、かしめ筒部５４の変形曲率を均一にするためにパッキンのコーナー部は半径０．０２〜０．２ｍｍの面取りを施すことが望ましい。
【００２３】
この酸素センサーの組み付けは、つぎのようになされる。プロテクター１５を嵌着した主体金具１の係合段１０に板パッキン９を配置する。板パッキン９は、好ましくはステンレス鋼板を打抜き加工して製造する。ホルダー３との接合性を良くするためには、ビッカース硬度２０５Ｈｖ〜１５０Ｈｖ、好ましくは１９０Ｈｖ〜１７５Ｈｖにアニールするとよい。
【００２４】
その板パッキン９を配した主体金具１に、検出素子２を組み込んだホルダー３を差し込み、係合段１０に鍔部３２の一端面を係合させる。つぎに、主体金具１の内周とホルダー３の外周との隙間に滑石２５を充填し、つづいて支持筒７を嵌め込む。つぎに、フランジ部４２にリングパッキン８を引っ掛けた袖管４の一端部４１を支持筒７の他端部に突き合わせる。
【００２５】
つぎに、かしめ筒部５４を含む固着筒部５を９００度前後に加熱して内側に熱間かしめする。これと同時に縮み筒部５２が圧縮する。このかしめ筒部５４を内側に熱間かしめする工程において、袖管４は一端部４１が支持筒７に内側から支持されているため、かしめ筒部５４により不均一な押圧力が加わっても、一端部４１が歪んだり偏心したりすることを防止できる。
【００２６】
このため、この発明の酸素センサーは、エンジンの排気管に装着されて高温度に晒されても、熱歪みの発生が有効に防止でき主体金具１とホルダー３との一体性が維持できるとともに、シール性の維持が可能となる。また、図４に示す従来品では板厚ｔ＝０．８ｍｍであった袖管４は、板厚ｔが０．２５ｍｍ≦ｔ≦０．６ｍｍという薄い材料を使用できる。このため、袖管４を介しての熱伝導が低減でき、ゴム製のコネクター本体６４の熱劣化が有効に防止できる。
【００２７】
この発明の構造では高温耐久試験であり３０分間に６５０度に達する繰り返しの１００サイクルのテストにおいて、図４の従来品は２気圧で毎分５ｃｃの漏れが発生したが、図１の本発明品の漏れは零であった。
なお、この発明のセンサープラグは、酸素センサー以外に、温度センサーなどのセンサーに使用できる。
【００２８】
図３は他の実施例を示す。この実施例では、組み付け前において袖管４は一端部４１がフランジ部４２を備えず直管形状となっている。また、支持筒７は、環状当接面７３に臨んで嵌入筒部７４の外周に形成した環状凹所７５を有する。環状凹所７５の寸法は、リングパッキン８が遊嵌できる大きさに設定されている。
【００２９】
この実施例のセンサープラグは、袖管４の一端部４１を支持筒７の環状当接面７３に突き合わせて、かしめ筒部５４を含む固着筒部５を内側にかしめする、好ましくは熱間かしめすると、リングパッキン８の圧縮により一端部４１が内側に押圧されて縮径し、環状凹所７５に入り込む。これによりかしめ筒部５４はリングパッキン８の条面に巻締される。  この実施例では、袖筒４の一端部４１にフランジ部４２を形成することが不要になるとともに、図１に示す実施例と同様の作用、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のセンサープラグの断面図である。
【図２】支持筒の斜視図である。
【図３】この発明の他の実施例のセンサープラグの断面図である。
【図４】従来のセンサープラグの断面図である。
【符号の説明】
１  主体金具
２  検出素子
３  ホルダー
４  袖管
５  固着筒部
６  コネクター
７  支持筒
８  リングパッキン
１０  係合段
３２  鍔部
４２  フランジ部
５４  かしめ筒部
７３  環状当接面
７４  嵌入筒部
【図１】
0003568315.tif 000002
【図２】
0003568315.tif 000003
【図３】
0003568315.tif 000004
【図４】
0003568315.tif 000005