JP2000193629A - 酸素センサ及び酸素センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックセパレータと接続金具との酸素検
出素子に対する一体組付けを容易に行うことができる構
造を有した酸素センサを提供する。 【解決手段】 セラミックセパレータ１８の前端面に該
外部電極接続金具３３の後端縁を当接させているので、
接続金具３３を検出素子２に対し軸線方向に相対接近さ
せてその外側に嵌め込む際に、例えば外部電極接続金具
３３からリード線側に引出し線部３３ｂが延びている場
合でもその挫屈等が起こらない。その結果、セパレータ
１８を一体化した形での、酸素検出素子２に対する接続
金具３３の組付けを支障なく行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば内燃機関
の排気ガスなど、被測定ガス中の酸素を検出するための
酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなヒータ付き酸素センサの一
形態として、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内
壁面に電極層を有する酸素検出素子を備えたものが知ら
れている。このようなタイプのセンサは、酸素検出素子
の中空部内に軸状のヒータが配置され、例えばエンジン
始動直後など排気ガス温度が低いときに、固体電解質で
構成された酸素検出素子をそのヒータで加熱・活性化さ
せるようにしている。そして、その酸素検出素子からの
センサ出力は、素子の内外面に形成された電極層を介し
てリード線により取り出される。

【０００３】ところで、近年は自動車産業の隆盛に伴い
酸素センサに対する需要も増え、かつ価格低下に対する
要望も年々強まりつつある。酸素センサは、自動車用電
装部品の中でも部品点数が多く、組立工程の簡略化を如
何にして図るかが製造コスト削減の重要な鍵を握ってい
る。そのためには、組立工程の自動化など生産設備側の
技術改良も必要であるが、工数削減に有利なセンサ構造
を工夫することも重要である。

【０００４】例えば、上記タイプの酸素センサにおいて
は、酸素検出素子の外面に形成される外部電極層からの
出力を、素子の開口端部に被せられる筒状の接続金具を
介してリード線により取り出すようにしている。リード
線は、接続金具の後方に配置されたセラミックセパレー
タを貫いて、ケーシング末端から外部に引き出される。
ここで、接続金具にはスリットが形成され、これを弾性
的に拡径させながら素子の末端部を押し込むことにより
組み付けを行う。

【０００５】

【発明が解決しようする課題】ところで、一般の多くの
酸素センサにおいては、酸素検出素子を収容するケーシ
ングの後端側（検出部と反対側）に、基準ガスとしての
大気をケーシング内に導入するための気通部を有したカ
バー部材が組み付けられる。リード線は、カバー部材の
後端開口部に嵌め込まれたシール用のゴムグロメットを
貫いて引き出される。また、接続金具の端部に一端がつ
ながる形で一体形成された引出し線部をセラミックセパ
レータ内に導き、コネクタを介してその引出し線部にリ
ード線を接続するようにしている。

【０００６】ここで、カバー部材の内側にセラミックセ
パレータと接続金具とを予め組み付けておき、酸素検出
素子が配置されたケーシングに後方側からカバー部材を
差し込みつつ、接続金具の検出素子への押込・装着を同
時に行う（すなわち、セパレータと接続金具とを一体化
した形で検出素子に組み付ける）ことができれば、工数
削減上有利である。しかしながら、従来の酸素センサで
は接続金具は、長く延びる引出し線部により、セラミッ
クセパレータの端面からかなり離れた位置において、い
わばぶら下げられる形で組み付けられている。そのた
め、カバー部材とともにセラミックセパレータを酸素検
出素子に対し接近させ、接続金具の素子後端外側への嵌
め込みを行おうとすると、細い引出し線部がセラミック
セパレータと接続金具との間で挫屈して嵌め込みがうま
く行えないばかりでなく、引出し線部の破断等のトラブ
ルも引き起こしかねない。

【０００７】そのため、従来は、まず手作業により接続
金具の酸素検出素子への嵌め込みを行い、セラミックセ
パレータを酸素検出素子の後方側にて指等で保持しなが
らカバー部材をその外側に静かに被せ、その後、カバー
部材をケーシングに対し加締めや溶接等により接合して
組み付けていた。しかしこれでは、接続金具の取付けを
挟む前後の一連の工程が手作業中心にならざるを得ず、
工数も増えるので能率の低下が甚だしかった。

【０００８】本発明の課題は、セラミックセパレータと
接続金具との酸素検出素子に対する一体組付けを容易に
行うことができ、ひいては高能率な製造が可能な構造を
有する酸素センサと、その構造を利用した酸素センサの
製造方法とを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明の請求項１の酸素センサは、
先端部が閉じた中空軸状をなし、その中空部の内外面に
電極層を有する酸素検出素子と、その酸素検出素子を収
容するケーシングと、そのケーシング内において酸素検
出素子の後方側に配置され、該酸素検出素子の内面に形
成された内部電極層と、同じく外面に形成された外部電
極層とのそれぞれに電気的に導通するリード線を挿通す
るための複数のリード線挿通孔が軸線方向に貫通して形
成されたセラミックセパレータと、セラミックセパレー
タの少なくとも後端側を覆うと共に、前端側がケーシン
グの後端部に結合されるカバー部材とを備え、酸素検出
素子の後端部には、外部電極層に導通する外部側出力取
出部が形成される一方、これに対応するリード線の端部
には外部電極接続金具が取り付けられており、酸素検出
素子の後端部がその外部電極接続金具の内側に嵌入され
るとともに、該外部電極接続金具の後端縁がセラミック
セパレータの前端面に当接配置され、かつ、セラミック
セパレータの外周面には、その軸線方向中間部に外向き
に突出するセパレータ側係合部が形成される一方、カバ
ー部材の内面には、セパレータ側係合部よりも軸線方向
後方側において、該セパレータ側係合部と係合するカバ
ー側係合部が形成されていることを特徴とする。

【００１０】この構造の採用により、以下の本発明の酸
素センサの製造方法が実現される。すなわち、カバー部
材をセラミックセパレータの外側に被せる一方、酸素検
出素子の後端部を外部電極接続金具の前端側開口部に位
置決めし、その状態で、カバー側係合部とセパレータ側
係合部とを係合させ、さらにセラミックセパレータの前
端面に外部電極接続金具の後端縁を当接させながら、セ
ラミックセパレータをカバー部材とともに酸素検出素子
に向けて軸線方向に相対的に接近させることにより、酸
素検出素子の後端部を外部電極接続金具の内側に嵌入さ
せて組み付ける。

【００１１】これによれば、セラミックセパレータの前
端面に該外部電極接続金具の後端縁を当接させているの
で、接続金具を検出素子に対し軸線方向に相対接近させ
てその外側に嵌め込む際に、例えば外部電極接続金具か
らリード線側に引出し線部が延びている場合にもその挫
屈等が起こらない。その結果、セパレータを一体化した
形での、酸素検出素子に対する接続金具の組付けを支障
なく行うことができる。例えば、酸素検出素子を覆うケ
ーシングの後端側にカバー部材を組み付ける場合、カバ
ー部材の内側にセラミックセパレータと接続金具とを予
め組み付けておき、酸素検出素子が配置されたケーシン
グに後方側からカバー部材を差し込みつつ、接続金具の
検出素子への押込を同時に行う工程を問題なく行うこと
ができる。このように、上記本発明の酸素センサの構造
及び製造方法の採用により、酸素センサの大幅な組立工
数の削減を図ることができ、ひいては酸素センサの製造
能率の向上とコストダウンが実現する。

【００１２】なお、上記のセンサにおいては、セラミッ
クセパレータのセパレータ側係合部よりも前方側に位置
する部分がケーシングの後端部に収容されるとともに、
セパレータ側係合部とカバー側係合部との間に、軸線方
向に弾性変形可能なリング状の弾性部材を配置すること
ができる。この弾性部材を圧縮した状態にて、カバー部
材をケーシングに接合することにより、セラミックセパ
レータはその弾性部材の弾性付勢力によりケーシング側
に軸線方向に押しつけ固定され、セパレータのがたつき
等を防止できる。この場合、弾性部材の弾性力は、セラ
ミックセパレータを酸素検出素子側、ひいてはその後端
部に係合した外部電極接続金具側に付勢する形ともなる
ので、外部電極接続金具とセラミックセパレータ前端面
との当接状態を維持しやすくなる。

【００１３】他方、請求項６の酸素センサのように、こ
の弾性部材はケーシングの後端開口端面とセパレータ側
係合部との間に配置することもできるが、この場合は、
弾性部材による付勢力は、セラミックセパレータを、酸
素検出素子の後端部に係合した外部電極接続金具から離
間する向きに作用することとなる。従って、外部電極接
続金具は、セラミックセパレータを酸素検出素子側に相
対的に接近させ、酸素検出素子の後端部を外部電極接続
金具の内側に嵌入させる組立時においては、外部電極接
続金具は、セラミックセパレータの前端面に当接した状
態となるが、上記接近のための軸線方向の加圧を解除し
た状態、ひいては最終的なセンサの組立状態において
は、弾性部材の付勢力によりセラミックセパレータが外
部電極接続金具から離間していることもありうる。ただ
し、この場合においても、該外部電極接続金具の後端縁
とセラミックセパレータの前端面とは、両者の間に形成
される隙間量が、弾性部材を軸線方向において弾性圧縮
変形限度まで変形させたときの圧縮ストロークに対応す
る大きさ以下となるように近接配置される形となる。

【００１４】酸素検出素子の中空部の開口端部内側に
は、内部電極層に導通する内部電極接続金具を挿入する
ことができる。この場合、内部電極接続金具の後端縁を
セラミックセパレータの前端面に当接配置することで、
外部電極接続金具と同様に内部電極接続金具も、セパレ
ータを一体化した形での酸素検出素子への組付けを支障
なく行うことができ、ひいては酸素センサの製造能率を
さらに向上させることができる。なお、外部電極接続金
具の場合と同様に、弾性部材がケーシングの後端開口端
面とセパレータ側係合部との間に配置されるときは、該
金具の後端縁とセラミックセパレータの前端面の間に隙
間が形成されることがありえる。そして、その隙間量
は、弾性部材を軸線方向において弾性圧縮変形限度まで
変形させたときの圧縮ストロークに対応する大きさ以下
となるように近接配置される形となる。

【００１５】なお、上記酸素センサは、ケーシングの後
方側においてこれと一体的に設けられ、ケーシング内に
外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィ
ルタ保持部と、その第一フィルタ保持部の内側又は外側
に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第二気体
導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、それら第一
及び第二フィルタ保持部の間において第一及び第二気体
導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体
の透過は許容するフィルタとを備え、第一フィルタ保持
部が、ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシング
に対し後方側から連結されるものとして構成できる。

【００１６】上記のセンサ構成の要旨は、フィルタを含
む気通構造部をフィルタアセンブリとしてケーシングと
は独立に構成し、これをケーシングに連結・一体化した
構成を有する点にある。これにより、その製法上、次の
ような効果が達成される。 フィルタアセンブリの組立てを、酸素検知素子などの
ケーシング内への組付けとは独立に行うことができるの
で、例えば検知素子のリード線が邪魔になったりせず、
組立作業を極めて能率的に行うことができる。 ケーシング内への部品の組付けと、フィルタアセンブ
リの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に
向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じて
も、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、
センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等
が生じにくい。 フィルタアセンブリのケーシングへの組付けと同時
に、外部電極接続金具への酸素検出素子の後端部の挿入
・組付けも同時に完了するので、極めて能率的である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づき説明する。図１は本発明のガスセ
ンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示してい
る。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電
解質部材である酸素検出素子２と、発熱体３とを備え
る。酸素検出素子２は、ジルコニア等を主体とする酸素
イオン伝導性固体電解質により中空に形成されている。
また、この酸素検出素子２の外側には金属製のケーシン
グ１０が設けられている。

【００１８】ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管
等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体
金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通す
るように結合された主筒１４、該主筒１４とは反対側か
ら主体金具９に取り付けられたプロテクタ１１等を備え
る。図２に示すように、酸素検出素子２の外面及び中空
部２ａの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えば
ＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成された外部電
極層２ｂと内部電極層２ｃとが設けられている。

【００１９】図１に戻り主体金具９の後方側の開口部に
は、前述の主筒１４が絶縁体６との間にリング１５を介
して加締められ、この主筒１４に筒状のフィルタアセン
ブリ１６（カバー部材）が外側から嵌合・固定されてい
る。このフィルタアセンブリ１６の後端側開口部はゴム
等で構成されたグロメット１７で封止され、またこれに
続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けら
れている。そして、それらセラミックセパレータ１８及
びグロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用
のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（図示
していない）が配置されている。

【００２０】次に、図４に示すように、セラミックセパ
レータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するため
の複数のセパレータ側リード線挿通孔７２が軸方向に貫
通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周
面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部
７３（セパレータ側係合部）が形成されている。そし
て、図３に示すように、該セラミックセパレータ１８
は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部
分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セ
パレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接
するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に
位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置
される。

【００２１】図１に戻り、酸素検出素子２用の一方のリ
ード線２０は、互いに一体に形成されたコネクタ２３
ａ、引出し線部２３ｂ、金具本体２３ａ及び発熱体把持
部２３ｄからなる内部電極接続金具２３を経て前述の酸
素検出素子２の内部電極層（以下、内部電極層という）
２ｃ（図２）と電気的に接続されている。なお、内部電
極層２ｃと金具本体２３ａとは、別の導電部材（例えば
筒状のもの）を介して導通させるようにしてもよい。一
方、他方のリード線２１は、互いに一体に形成されたコ
ネクタ３３ａ、引出し線部３３ｂ及び金具本体部３３ｃ
とを有する外部電極接続金具３３を経て、酸素検出素子
２の外部電極層（以下、外部電極層という）２ｂ（図
２）と電気的に接続されている。酸素検出素子２は、そ
の内側に配置された発熱体３で加熱することで活性化さ
れる。発熱体３は棒状のセラミックヒータであり、抵抗
発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２（図２）がリ
ード線１９，２２（図１）を経て通電されることによ
り、酸素検出素子２の先端部（検出部）を加熱する。

【００２２】図７に示すように、外部電極接続金具３３
は、筒状の金具本体部３３ｃを有するとともに、前記し
た引出し線部３３ｂの一端が周方向の１ケ所に接続する
形で一体化されている。他方、その中心軸線を挟んで引
出し線部３３ｂの接続点と反対側には、軸線方向のスリ
ット３３ｅが形成されている。このような金具本体部３
３ｃの内側に、酸素検出素子２の後端部がこれを弾性的
に押し広げる形で内側から挿入されている。具体的に
は、酸素検出素子２の外周面後端部には外部側出力取出
部としての導電層２ｆが、周方向に沿って帯状に形成さ
れている。外部電極層２ｂは、例えば無電解メッキ等に
より、酸素検出素子２の係合フランジ部２ｓよりも前端
側の要部全面を覆うものとされている。他方、導電層２
ｆは、例えば金属ペーストを用いたパターン形成・焼き
付けにより形成されるもので、同様に形成される軸線方
向の接続パターン層２ｄを介して外部電極層２ｂと電気
的に接続されている。

【００２３】一方、内部電極接続金具２３は、発熱体３
の先端側に形成された発熱体把持部２３ｄにおいて発熱
体２３を把持するとともに、金具本体２３ｃにより酸素
検出素子２の内面にこれを固定する役割を果たす。発熱
体把持部２３ｄは、発熱体３の周囲を包囲するＣ字状の
横断面形状を有している。そして、発熱体３を未挿入の
状態では該発熱体３の外径よりは少し小さい内径を有
し、発熱体３の挿入にともない弾性的に拡径してその摩
擦力により該発熱体３を把持する。

【００２４】また、金具本体２３ｃは、左右両側の縁に
鋸刃状の接触部２３ｅがそれぞれ複数形成された板状部
分を円筒状に曲げ加工することにより、発熱体３を包囲
する形態で形成されている（すなわち、発熱体３が挿通
される）。そして、図２に示すように、その外周面と酸
素検知素子２の中空部２ａの内壁面との間の摩擦力によ
って発熱体３を該中空部２ａに対し軸線方向に位置決め
する役割を果たすとともに、上記複数の接触部２６ａの
各先端部において内部電極層２ｃと接触・導通するよう
になっている。

【００２５】次に、図３に示すように、フィルタアセン
ブリ１６は、主筒１４（ケーシング１０）に対し後方外
側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすととも
に、内部が主筒１４の外部と連通し、かつ壁部に複数の
気体導入孔５２が形成された第一フィルタ保持部５１を
備える。そして、その第一フィルタ保持部５１の外側に
は、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配
置され、さらに、そのフィルタ５３の外側には、壁部に
１ないし複数の気体導入孔５５が形成されるとともに、
フィルタ５３を第一フィルタ保持部５１との間で挟み付
けて保持する第二フィルタ保持部５４が配置される。

【００２６】図６は、フィルタアセンブリ１６の組立状
態を示している。気体導入孔５２及び気体導入孔５５
は、第一フィルタ保持部５１及び第二フィルタ保持部５
４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位置
関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、フ
ィルタ５３は、第一フィルタ保持部５１を周方向に取り
囲むように配置されている。なお、フィルタ５３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、かつ空気及び／又は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。な
お、主筒１４及び第一フィルタ保持部５１は、いずれも
円筒状の形態を有している。また、第一フィルタ保持部
５１の内面側にフィルタ５３と第二フィルタ保持部５４
とを配し、フィルタ５３を第一フィルタ保持部５１の内
面と第二フィルタ保持部５４の外面との間で挟み付けて
保持するようにしてもよい。

【００２７】また、第二フィルタ保持部５４には、補助
気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両側に、フィル
タ５３を介して該第二フィルタ保持部５４を第一フィル
タ保持部５１に対して結合する環状のフィルタ加締め部
５６，５７（以下、単に加締め部５６，５７ともいう）
が形成されており、第一フィルタ保持部５１の外面とフ
ィルタ５３との間には隙間５８が形成されている。他
方、第一フィルタ保持部５１は、自身の軸方向中間部に
形成された段付き部６０により、該段付き部６０に関し
て軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を
第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よ
りも径小となるように構成されており、気体導入孔５２
はその第二部分６２の壁部に形成されている。さらに、
第二フィルタ保持部５４は第一フィルタ保持部５１の第
一部分６１の外径よりも小さい内径を有する。

【００２８】図３に戻り、第一フィルタ保持部５１は、
セラミックセパレータ１８の突出部分を第二部分６２の
内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部６０
（カバー側係合部）においてセパレータ側支持部７３に
対し、主筒１４とは反対側から金属弾性部材７４（弾性
部材：例えば、リング状の波形座金にて構成される）を
介して当接するように配置される。他方、該第一フィル
タ保持部５１の先端側、すなわち第一部分６１において
主筒１４（ケーシング１０）に対し外側からこれに重な
りを生じるように配置され、その重なり部には、第一フ
ィルタ保持部５１を主筒１４に対し気密状態となるよう
に連結するケーシング加締め部７６が形成されている。

【００２９】第二フィルタ保持部５４の外側には、筒状
の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。
この防護カバー６４は、第二フィルタ保存部５４との間
に気体滞留空間６５を生じるように配置され、第一フィ
ルタ保持部５１に対し、加締め部６６，６７により接合
されている。なお、図６に示すように、第一フィルタ保
持部５１の第一部分６１の外周面には、上記防護カバー
内への気体導入部となる溝部６９が周方向に沿って所定
の間隔で複数形成されている。

【００３０】図３に戻り、セラミックセパレータ１８は
セパレータ側支持部よりも前方側が主筒１４（ケーシン
グ１０）の内側に入り込むように配置され、各リード線
２０，２１等がセパレータ側リード線挿通孔７２におい
て軸方向に挿通される。一方、グロメット１７は、第一
フィルタ保持部５１の後方側開口部に対しその内側に弾
性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１等を挿通する
ためのシール側リード線挿通孔９１を有するとともに、
それらリード線２０，２１等の外面と第一フィルタ保持
部５１の内面との間をシールする。

【００３１】セラミックセパレータ１８の後端面は、軸
方向において気体導入孔５２よりも後方側に位置すると
ともに、グロメット１７とセラミックセパレータ１８と
の間には所定量の隙間９８が形成されている。また、第
一フィルタ保持部５１の内周面とセラミックセパレータ
１８の外周面との間にも隙間９２が形成されている。そ
して、気体導入孔５２からの気体は該隙間９２内に供給
され、さらにセパレータ側リード線挿通孔７２とリード
線との間に形成された隙間Ｋを通ってケーシング１０内
に導かれる。

【００３２】図５（ａ）に示すように、セラミックセパ
レータ１８には、４つのリード線挿通孔７２が、該セラ
ミックセパレータ１８の中心軸線Ｏを中心とするピッチ
円Ｃに沿って略９０°間隔で形成されている。また、同
図（ｃ）及び（ｄ）に示すように、セラミックセパレー
タ１８の軸線方向前端側（図面では下端側）には、発熱
体端部収容孔１８ａが軸線方向に形成されている。発熱
体端部収容孔１８ａは、内径が発熱体３の外径よりも大
きく設定されてセラミックセパレータ１８の前端面に開
口し、底面１８ｅがセラミックセパレータ１８の軸方向
中間部に位置し、ここに発熱体３の後端部を収容する形
となっている。これにより、センサ１の全長がが短くな
り、センサ寸法のコンパクト化が実現されている。ま
た、発熱体端部収容孔１８ａは、各リード線挿通孔７２
に対し内側から重なりを生ずるように、セラミックセパ
レータ１８の中央部を切り欠いた形態で形成されてい
る。また、図５（ｅ）に示すように、隣接するリード線
挿通孔７２，７２の間に形成される隔壁部１８ｂは、各
々上記ピッチ円Ｃ（図では、外部電極接続金具の本体部
３３ｃの位置と略重なる形で表れている）よりも内側に
張り出して形成されている。

【００３３】そして、図５（ｅ）及び図９に示すよう
に、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃの後端縁
は、セラミックセパレータ１８の発熱体端部収容孔１８
ａの開口側の端面において、上記隔壁部１８ｂの端面に
当接している。また、内部電極接続金具２３の金具本体
部２３ｃの後端縁は、外部電極接続金具３３の金具本体
部３３ｃよりも内側にて、上記隔壁部１８ｂの端面に当
接している。

【００３４】図１に戻り、主体金具９の前方側開口部に
は筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸
素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて
覆うようにキャップ状のプロテクタ１１が装着されてい
る。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数の
ガス透過口１２が貫通形態で形成されている。

【００３５】上記酸素センサ１においては、前述の通り
外筒部材５４のフィルタ５３を介して基準ガスとしての
大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面にはプロ
テクタ１１のガス透過口１２を介して導入された排気ガ
スが接触し、該酸素検出素子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
出信号として電極層２ｂ，２ｃ（図２）からリード線２
１，２０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。

【００３６】以下、酸素センサ１の製造方法について説
明する。まず、図８（ａ）に示すように、セラミックセ
パレータ１８に金属弾性部材７４を外挿する。一方、フ
ィルタアセンブリ１６は図６に示すように予め組み立て
ておき、その内側にセラミックセパレータ１８、外部電
極接続金具３３、内部電極接続金具２３、発熱体３及び
グロメット１７等を組み付ける。なお、リード線２０，
２１等は両金具３３，２３のコネクタ３３ａ，２３ａに
接続するとともに、セラミックセパレータ１８のセパレ
ータ側リード線挿通孔７２（図３）に通し、さらにフィ
ルタ保持部５１の後端側開口部に嵌め込まれたグロメッ
ト１を経て外側に延出した状態にしておく。他方、酸素
検出素子２は主筒１４内に予め組み付けておく。

【００３７】そして、発熱体３を先端側から酸素検出素
子２内に挿入し、フィルタアセンブリ１６の第一フィル
タ保持部６１を主筒１４に被せ、セラミックセパレータ
１８を酸素検出素子２の後端部に向けて軸線方向に接近
させる。これにより、外部電極接続金具３３の金具本体
部３３ｃと、内部電極接続金具２３の金具本体部２３ｃ
とが、酸素検出素子２の開口部に位置決めされた形とな
る。そして、その状態でセラミックセパレータ１８の前
端面（図５の隔壁部１８ｂの端面）に、金具本体部３３
ｃ及び２３ｃの後端縁を当接させつつ、セラミックセパ
レータ１８と酸素検出素子２に向けて軸線方向にさらに
接近させる。

【００３８】これにより、図９に示すように、酸素検出
素子２の後端部が金具本体部３３ｃの内側に相対的に押
し込まれるとともに、金具本体部２３ｃは酸素検出素子
２の内側に押し込まれる。このとき、各金具本体部３３
ｃ，２３ｃの後端縁はセラミックセパレータ１８の端面
に当接しているので、軸線方向の押込力による引出し線
部３３ｂ，２３ｂの挫屈といった不具合を生じることな
く、スムーズな組立てが可能となっている。なお、図７
に示すように、金具本体部３３ｃの素子挿入側の開口部
には、例えばその周方向に沿って外向きに開く挿入ガイ
ド部３３ｆを形成しておけば、挿入時の引っ掛かり等が
生じにくく、一層スムーズな組付けが可能となる。ま
た、同様の目的で、酸素検出素子２の開口部外縁に面取
部２ｇを形成することもできる。

【００３９】そして、図８（ｂ）において、第一フィル
タ保持部５１と主筒１４とを軸線方向に加圧して金属弾
性部材７４を圧縮変形させ、その状態で第一フィルタ保
持部５１と主筒１４とにケーシング加締部７６を形成し
て両者を結合することにより組立てが終了する。

【００４０】なお、図１０に示すように、金属弾性部材
７４は主筒１４（ケーシング１０）の後端開口端面とセ
パレータ側支持部７３（セパレータ側係合部）との間に
配置することもできる。この場合、図１０（ａ）に示す
ように、セラミックセパレータ１８をフィルタアセンブ
リ１６とともに酸素検出素子２側に相対的に接近させ、
酸素検出素子２の後端部を金具本体部３３ｃの内側に嵌
入させる組立時においては、外部電極接続金具３３の金
具本体部３３ｃは、セラミックセパレータ１８の前端面
に当接した状態となる。このとき、金属弾性部材７４
は、主筒１４とセパレータ側指示部７３との間で軸線方
向に弾性的に圧縮される。他方、図１０（ｂ）に示すよ
うに、上記接近のための軸線方向の加圧を解除した状
態、すなわち最終的なセンサの組立状態においては、金
属弾性部材７４の弾性復帰によりセラミックセパレータ
１８が金具本体部３３ｃ（及び内部電極接続金具２３の
金具本体部２３ｃ）から離間していることもありうる。
この場合、金具本体部３３ｃの後端縁とセラミックセパ
レータ１８の前端面との間に形成される隙間量は、金属
弾性部材７４を軸線方向において弾性圧縮変形限度まで
変形させたときの、その圧縮ストロークに対応する大き
さ以下（換言すれば、弾性復帰量以下）となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の酸素センサの縦断面図。

【図２】酸素検出素子の内外面に形成された電極層を示
す断面模式図。

【図３】図１の酸素センサの要部を示す縦断面図。

【図４】セラミックセパレータの一例を示す斜視図。

【図５】図４のセラミックセパレータを詳しく示す平面
図、側面図、Ａ−Ａ縦断面図、Ｂ−Ｂ縦断面図及び底面
図。

【図６】組立状態のフィルタアセンブリの部分縦断面
図。

【図７】酸素検出素子への外部電極接続金具の組付け方
法を示す分解斜視図。

【図８】図１の酸素センサの組立方法の一例を示す工程
説明図。

【図９】図８において、金具本体部がセラミックセパレ
ータとともに酸素検出素子に一体組付けされる様子を示
す縦断面図。

【図１０】図１の酸素センサにおいて、金属弾性部材を
主筒とセパレータ側指示部との間に配した例を、その作
用とともに示す断面図。

【符号の説明】

１ 酸素センサ ２ 酸素検出素子 ２ａ 内部電極 ２ｂ 外部電極 ３ 発熱体 １０ ケーシング １４ 主筒 １６ フィルタアセンブリ（カバー部材） １８ セラミックセパレータ １８ａ 発熱体端部収容孔 １８ｂ 隔壁部 ２０，２１ リード線 ２３ 内部電極接続金具 ２３ｃ 金具本体部 ３３ 外部電極接続金具 ３３ｂ 引出し線部 ３３ｃ 金具本体部 ５３ フィルタ ５４ 第二フィルタ保持部 ６０ 段付き部（カバー側係合部） ６１ 第一フィルタ保持部 ７２ リード線挿通孔 ７３ セパレータ側支持部（セパレータ側係合部） ７４ 金属弾性部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部が閉じた中空軸状をなし、その中
   空部の内外面に電極層を有する酸素検出素子と、 その酸素検出素子を収容するケーシングと、 そのケーシング内において前記酸素検出素子の後方側に
   配置され、該酸素検出素子の内面に形成された内部電極
   層と、同じく外面に形成された外部電極層とのそれぞれ
   に電気的に導通するリード線を挿通するための複数のリ
   ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
   クセパレータと、 前記セラミックセパレータの少なくとも後端側を覆うと
   共に、前端側が前記ケーシングの後端部に結合されるカ
   バー部材とを備え、 前記酸素検出素子の後端部には、前記外部電極層に導通
   する外部側出力取出部が形成される一方、これに対応す
   るリード線の端部には外部電極接続金具が取り付けられ
   ており、前記酸素検出素子の後端部がその外部電極接続
   金具の内側に嵌入されるとともに、該外部電極接続金具
   の後端縁が前記セラミックセパレータの前端面に当接配
   置され、 かつ、前記セラミックセパレータの外周面には、その軸
   線方向中間部に外向きに突出するセパレータ側係合部が
   形成される一方、前記カバー部材の内面には、前記セパ
   レータ側係合部よりも軸線方向後方側において、該セパ
   レータ側係合部と係合するカバー側係合部が形成されて
   いることを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】 前記酸素検出素子の前記中空部の開口端
   部内側には、前記内部電極層に直接又は導電部材を介し
   て導通する内部電極接続金具が挿入されるとともに、そ
   の内部電極接続金具の後端縁を前記セラミックセパレー
   タの前端面に当接配置した請求項１記載の酸素センサ。
3. 【請求項３】 前記酸素検出素子の前記中空部には軸状
   の発熱体が挿入され、 前記セラミックセパレータは、前記リード線挿通孔が、
   該セラミックセパレータの中心軸線を取り囲む形態で複
   数形成され、 また、前記セラミックセパレータの軸線方向前端側に
   は、内径が前記発熱体の外径よりも大きく設定されてセ
   ラミックセパレータの前端面に開口し、底面がセラミッ
   クセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、前記
   発熱体の後端部を収容する発熱体端部収容孔が、各リー
   ド線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるように、該セ
   ラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成さ
   れており、 前記外部電極接続金具の後端は、前記セラミックセパレ
   ータの前記発熱体端部収容孔の開口側の端面において、
   隣接するリード線挿通孔の間に形成される隔壁部の端面
   に当接している請求項１記載の酸素センサ。
4. 【請求項４】 前記複数のリード線挿通孔は、該セラミ
   ックセパレータの中心軸線を中心とする所定のピッチ円
   に沿って形成され、 隣接するリード線挿通孔の間に形成される前記隔壁部
   は、各々そのピッチ円よりも内側に張り出して形成され
   ている請求項３記載の酸素センサ。
5. 【請求項５】 前記内部電極接続金具の内側に前記発熱
   体が挿通されるとともに、該内部電極接続金具の後端縁
   が、前記外部電極接続金具よりも内側にて前記隔壁部の
   端面に当接している請求項４記載の酸素センサ。
6. 【請求項６】 先端部が閉じた中空軸状をなし、その中
   空部の内外面に電極層を有する酸素検出素子と、 その酸素検出素子を収容するケーシングと、 そのケーシング内において前記酸素検出素子の後方側に
   配置され、該酸素検出素子の内面に形成された内部電極
   層と、同じく外面に形成された外部電極層とのそれぞれ
   に電気的に導通するリード線を挿通するための複数のリ
   ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
   クセパレータと、 前記セラミックセパレータの少なくとも後端側を覆うと
   共に、前端側が前記ケーシングの後端部に結合されるカ
   バー部材とを備え、 かつ、前記セラミックセパレータの外周面には、その軸
   線方向中間部に外向きに突出するセパレータ側係合部が
   形成される一方、前記カバー部材の内面には、前記セパ
   レータ側係合部よりも軸線方向後方側において、該セパ
   レータ側係合部と係合するカバー側係合部が形成されて
   おり、前記セラミックセパレータの前記セパレータ側係
   合部よりも前方側に位置する部分が前記ケーシングの後
   端部に収容されるとともに、そのケーシングの後端開口
   端面とセパレータ側係合部との間には、軸線方向に弾性
   変形可能なリング状の弾性部材が配置され、 前記酸素検出素子の後端部には、前記外部電極層に導通
   する外部側出力取出部が形成される一方、これに対応す
   るリード線の端部には外部電極接続金具が取り付けられ
   ており、前記酸素検出素子の後端部がその外部電極接続
   金具の内側に嵌入されるとともに、該外部電極接続金具
   の後端縁と前記セラミックセパレータの前端面とは、互
   いに当接するか、又は両者の間に形成される隙間量が、
   前記弾性部材を前記軸線方向において弾性圧縮変形限度
   まで変形させたときの圧縮ストロークに対応する大きさ
   以下となるように近接配置されることを特徴とする酸素
   センサ。
7. 【請求項７】 前記カバー部材は、 前記ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けら
   れ、前記ケーシング内に外気を導くための第一気体導入
   孔が形成された第一フィルタ保持部と、 その第一フィルタ保持部の内側又は外側に設けられ、前
   記ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形
   成された第二フィルタ保持部と、 それら第一及び第二フィルタ保持部の間において前記第
   一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透
   過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備え、前
   記第一フィルタ保持部は、前記ケーシングとは別体の筒
   状体として該ケーシングに対し後方側から連結されるフ
   ィルタアセンブリである請求項１ないし６のいずれかに
   記載の酸素センサ。
8. 【請求項８】 先端部が閉じた中空軸状をなし、その中
   空部の内外面に電極層を有する酸素検出素子と、 その酸素検出素子を収容するケーシングと、 そのケーシング内において前記酸素検出素子の後方側に
   配置され、該酸素検出素子の内面に形成された内部電極
   層と、同じく外面に形成された外部電極層とのそれぞれ
   に電気的に導通するリード線を挿通するための複数のリ
   ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
   クセパレータと、 前記セラミックセパレータの少なくとも後端側を覆うと
   ともに、前端側が前記ケーシングの後端部に結合される
   カバー部材とを備えた酸素センサの製造方法であって、 前記酸素検出素子の後端部には、前記外部電極層に導通
   する外部側出力取出部が形成される一方、これに対応す
   るリード線の端部には外部電極接続金具が取り付けら
   れ、また、前記セラミックセパレータの外周面には、そ
   の軸線方向中間部に外向きに突出するセパレータ側係合
   部が形成される一方、前記カバー部材の内面には、前記
   セパレータ側係合部よりも軸線方向後方側において、該
   セパレータ側係合部と係合するカバー側係合部が形成さ
   れており、 前記カバー部材を前記セラミックセパレータの外側に被
   せる一方、前記酸素検出素子の後端部を前記外部電極接
   続金具の前端側開口部に位置決めし、その状態で、前記
   カバー側係合部と前記セパレータ側係合部とを係合さ
   せ、さらに前記セラミックセパレータの前端面に前記外
   部電極接続金具の後端縁を当接させながら、前記セラミ
   ックセパレータを前記カバー部材とともに前記酸素検出
   素子に向けて軸線方向に相対的に接近させることによ
   り、前記酸素検出素子の後端部を前記外部電極接続金具
   の内側に嵌入させて組み付けることを特徴とする酸素セ
   ンサの製造方法。