JP2002156352A

JP2002156352A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2002156352A
Application number: JP2000353283A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuda; 篤士松田
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP4049987B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検出素子用のプロテクタを含めてケーシング
を２分割することにより、その構造を簡略化して部品点
数を削減すると共に、信頼性を向上させる。【解決手段】ケーシング１を、プロテクタ部２Ａを有
する素子ケース２とキャップ３とによって構成し、その
内部には、ジルコニアチューブ５、絶縁筒体９、ヒータ
１３、信号端子１４、給電端子１５等を収容する。ま
た、キャップ３内に配置したディスクスプリング１０に
よりジルコニアチューブ５、シールワッシャ８等を素子
ケース２に押付ける。また、キャップ３のフランジ３Ｃ
をナット部材１９によってエンジンの排気管２１のボス
部２２に取付ける。これにより、ケーシング１等の構造
を簡略化して部品点数を削減できると共に、ジルコニア
チューブ５に加わる振動等を抑制し、信頼性を向上させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車等の
排気ガス中の酸素濃度を検出するのに用いて好適な酸素
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等に用いられ
る酸素センサとしては、筒状のケーシングと、該ケーシ
ングに設けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を
検出する有底筒状のジルコニアチューブと、前記ケーシ
ング内に軸方向に伸長して設けられ軸方向の一側が該酸
素濃度検出素子に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱
する棒状のヒータとを備えたものが知られている（例え
ば、特開平１１−１９０７１５号公報等）。

【０００３】この種の従来技術による酸素センサは、ケ
ーシングの軸方向一側が段付き筒状の素子ホルダによっ
て構成され、その内周側にはジルコニアチューブが挿嵌
されている。また、素子ホルダの外周側には、例えばエ
ンジンの排気管等に螺着されるおねじ部が設けられてい
る。そして、素子ホルダは、そのおねじ部が排気管に螺
着されることによって排気管に取付けられ、ジルコニア
チューブを素子ホルダの一端側から排気管内に突出させ
た状態に保持するものである。

【０００４】また、ジルコニアチューブは、例えばセラ
ミックス材料等の脆い部材により形成されているため、
素子ホルダの一端側には、ジルコニアチューブを排気ガ
ス中の異物等から保護するプロテクタが取付けられてい
る。そして、プロテクタは、例えば耐熱性の金属材料等
によって有底筒状に形成され、ジルコニアチューブの突
出端側を覆っている。

【０００５】また、素子ホルダの他端側には、例えばか
しめ固定、溶接等の手段を用いて筒状のキャップ部材が
取付けられ、このキャップ部材の内周側には、ジルコニ
アチューブから突出したヒータの他端側と、ジルコニア
チューブの内側電極から検出信号を出力する信号端子
と、ヒータに給電する給電端子等とが配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、素子ホルダにジルコニアチューブ用のプロ
テクタを取付け、素子ホルダの内周側にジルコニアチュ
ーブを配置した状態でホルダ外周側のおねじ部を排気管
側に螺着する構成としている。

【０００７】このため、センサの組立時には、例えばか
しめ固定、溶接等の手段によって素子ホルダにプロテク
タを取付ける作業が必要となり、センサの部品点数が増
加して組立作業に手間がかかるという問題がある。

【０００８】また、センサの取付時には、素子ホルダが
ジルコニアチューブを保持した状態でエンジンの排気管
等に螺着されるため、この螺着作業時の振動、衝撃等が
素子ホルダを介してジルコニアチューブに直接的に加わ
るようになり、脆いセラミックス材料製のジルコニアチ
ューブが損傷し易いという問題もある。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、プロテクタ等の部品点
数を削減して構造を簡略化でき、その組立作業を容易に
行うことができると共に、ケーシングによって酸素濃度
検出素子を確実に保護でき、信頼性を向上できるように
した酸素センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングに
設けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸
長して設けられ軸方向の一側が該酸素濃度検出素子に挿
入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータと
を備えた酸素センサに適用される。

【００１１】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、ケーシングは、軸方向の一側に被測ガスを導入
する導入口が設けられた筒状体により形成され内周側に
酸素濃度検出素子が配置される素子ケースと、該素子ケ
ースの軸方向他側に取付けられてヒータの軸方向他側を
収容するキャップとから構成したことにある。

【００１２】このように構成することにより、ケーシン
グを筒状の素子ケースとキャップとに２分割して形成で
きると共に、素子ケースの一側によって酸素濃度検出素
子を覆うプロテクタ等を構成することができる。また、
例えばケーシングのうち酸素濃度検出素子が直接取付け
られていないキャップ側を自動車のセンサ取付部位等に
取付けることができる。

【００１３】また、請求項２の発明によると、ケーシン
グの素子ケースと前記酸素濃度検出素子との間には、前
記酸素濃度検出素子のうち前記内側電極が配置される内
面側と前記外側電極が配置される外面側との間を気密に
シールするシール部材を設ける構成としている。

【００１４】これにより、酸素濃度検出素子のうち外部
に面した外面側とケーシング内に面した内面側との間を
シール部材によって気密にシールでき、例えば検出素子
の外面側に存在する被測ガスが検出素子の内面側に侵入
して酸素濃度の検出動作が不安定となるのを防止するこ
とができる。

【００１５】また、請求項３の発明によると、ケーシン
グ内には、前記キャップ側に位置して内周側に前記ヒー
タの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と
前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して前記酸素
濃度検出素子を素子ケースに押付ける付勢部材を設ける
構成としている。

【００１６】これにより、ケーシング内のキャップ側に
配置した絶縁筒体の内周には、ヒータの他端側を挿入で
きると共に、例えばヒータに給電するための給電端子等
を配置することができる。また、付勢部材は、絶縁筒体
を介して酸素濃度検出素子を素子ケースに押付けること
ができ、酸素濃度検出素子と絶縁筒体との間のシール性
を高めることができる。

【００１７】さらに、請求項４の発明によると、ケーシ
ングの素子ケース内には、該素子ケースと酸素濃度検出
素子との間に位置して該酸素濃度検出素子の内面側と外
面側との間を気密にシールするシール部材を設け、前記
ケーシング内には、前記キャップ側に位置して内周側に
前記ヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶
縁筒体と前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して
前記酸素濃度検出素子とシール部材とを前記素子ケース
に押付ける付勢部材を設ける構成としている。

【００１８】これにより、付勢部材は、絶縁筒体を介し
て酸素濃度検出素子とシール部材とを素子ケースに押付
けることができ、シール部材を検出素子と素子ケースと
の間で両者に密着させることができる。

【００１９】また、請求項５の発明によると、キャップ
には、径方向外向きに突出したフランジと、前記キャッ
プを車体側のセンサ取付部位に取付けるために該フラン
ジに係合する取付部材とを設ける構成としている。

【００２０】これにより、ケーシングのうちキャップの
フランジだけを取付部材によって車体側のセンサ取付部
位に固定でき、このときの振動等が素子ホルダ側の酸素
濃度検出素子に対して直接的に加わるのを防ぐことがで
きる。また、キャップとセンサ取付部位との接触面積を
小さくでき、これらの間の熱伝導を抑制できるから、例
えば車体側のエンジン等からセンサ取付部位を介して酸
素センサのケーシングに熱が伝わったり、ヒータにより
酸素濃度検出素子を加熱しているときの熱がセンサ取付
部位側に逃げるのを防止することができる。

【００２１】また、請求項６の発明によると、取付部材
は前記キャップの外周側に挿嵌されるナット部材からな
り、該ナット部材は前記キャップのフランジと係合した
状態で前記車体側のセンサ取付部位に螺着する構成とし
ている。

【００２２】これにより、センサの取付時には、ナット
部材をキャップの外周側に挿嵌してフランジに係合させ
ることができ、この状態でナット部材を車体側のセンサ
取付部位に螺着することにより、ケーシングを車体側に
固定することができる。

【００２３】さらに、請求項７の発明によると、酸素濃
度検出素子は、軸方向の一側に位置して有底筒状に形成
され内面，外面に前記内側電極，外側電極が設けられた
検出筒部と、該検出筒部の軸方向他側に位置して該検出
筒部よりも大径に形成された大径筒部とによって構成
し、素子ケースは、酸素濃度検出素子の検出筒部を覆っ
て形成され前記被測ガスの導入口を有する筒状のプロテ
クタ部と、該プロテクタ部の他側に位置して形成され内
周側で酸素濃度検出素子の大径筒部を囲むと共に外周側
に前記キャップが嵌合されるキャップ嵌合部と、前記プ
ロテクタ部とキャップ嵌合部との間に位置して酸素濃度
検出素子の大径筒部が当接するように形成された当接段
部によって構成し、キャップは、軸方向の一側が前記素
子ケースのキャップ嵌合部の外周側に嵌合され他側に酸
素濃度検出素子と接続される信号線を引出すための引出
口が設けられた筒状体により構成している。

【００２４】これにより、酸素濃度検出素子の検出筒
部、大径筒部を素子ケースのプロテクタ部、キャップ嵌
合部内にそれぞれ配置でき、この状態で検出素子の大径
筒部を素子ケースの当接段部に当接させることにより、
検出素子を素子ケース内で軸方向に位置決めすることが
できる。この結果、酸素濃度検出素子の検出筒部を保護
するためのプロテクタ部を素子ケースの一部としてケー
シングに一体化でき、部品点数を削減することができ
る。また、例えば素子ケースの当接段部と検出素子の大
径筒部とを全周に亘って密着させることにより、検出筒
部の内面側と外面側との間を気密にシールすることがで
きる。さらに、キャップの軸方向一側を素子ケースのキ
ャップ嵌合部に嵌合でき、その引出口から検出素子用の
信号線を外部に引出すことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
酸素センサを、自動車用エンジンに用いる場合を例に挙
げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２６】１は酸素センサの本体を構成する筒状のケ
ーシングで、該ケーシング１は、図１、図２に示す如
く、後述の素子ケース２とキャップ３とによって構成さ
れている。そして、キャップ３は、後述のジルコニアチ
ューブ５をエンジンの排気管２１内に突出させるべく、
例えば車体側の排気管２１に突設されたセンサ取付部位
としてのボス部２２等に後述のナット部材１９を用いて
固定されるものである。

【００２７】２はケーシング１の軸方向一側を構成する
素子ケースで、該素子ケース２は例えば耐熱性の金属材
料等により有底状の筒状体として一体に形成されてい
る。そして、素子ケース２は、略有底筒状のプロテクタ
部２Ａと、該プロテクタ部２Ａの他端側に位置して該プ
ロテクタ部２Ａよりも大径な筒状に形成され、内周側が
ジルコニアチューブ５の大径筒部５Ｂを取囲むと共に外
周側にキャップ３が嵌合されるキャップ嵌合部２Ｂと、
プロテクタ部２Ａとキャップ嵌合部２Ｂとの間に位置し
て径方向内向きに突設され、前記大径筒部５Ｂがシール
ワッシャ８を介して当接する環状の当接段部２Ｃとによ
って構成され、キャップ嵌合部２Ｂの他端は開口２Ｄと
なっている。

【００２８】ここで、プロテクタ部２Ａは、排気管２１
内に突出した状態に保持されるジルコニアチューブ５の
検出筒部５Ａ側を覆うように配置され、この検出筒部５
Ａ側を被測ガスとなる排気ガス中の異物等から保護する
ものである。また、プロテクタ部２Ａには、検出筒部５
Ａの外面側に排気ガスを導くためプロテクタ部２Ａの
内，外を連通する複数の導入口２Ｅ，２Ｅ，…が形成さ
れている。

【００２９】また、素子ケース２の当接段部２Ｃには、
後述するディスクスプリング１０の付勢力によりジルコ
ニアチューブ５の大径筒部５Ｂがシールワッシャ８を介
して強く押付けられている。これにより、当接段部２Ｃ
は、素子ケース２とキャップ３との間に形成された空間
をシールワッシャ８と協働して気密にシールするもので
ある。

【００３０】３はケーシング１の軸方向他側を構成する
キャップで、該キャップ３は、例えば金属材料等により
筒状体として一体に形成され、一側が開口した筒部３Ａ
と該筒部３Ａの他側に設けられた蓋部３Ｂとを有してい
る。

【００３１】そして、筒部３Ａは、その一側が素子ケー
ス２の開口２Ｄを閉塞する位置でキャップ嵌合部２Ｂの
外周側に嵌合され、これらの嵌合部位には環状の溶接部
４が全周に亘って形成されている。これにより、素子ケ
ース２とキャップ３とは一体に溶接され、これらの溶接
部位の気密性が確保されている。

【００３２】また、筒部３Ａの一端側には環状のフラン
ジ３Ｃが径方向外向きに突設され、ケーシング１は、こ
のフランジ３Ｃとナット部材１９とを介して排気管２１
のボス部２２に取付けられるものである。一方、蓋部３
Ｂの中央には、後述のリード線１６，１７を外部に引出
すための引出口３Ｄが形成されている。

【００３３】５はケーシング１の軸方向一側に設けられ
た酸素濃度検出素子としてのジルコニアチューブで、該
ジルコニアチューブ５は、例えば酸化ジルコニウム等の
セラミックス材料によって形成されている。また、ジル
コニアチューブ５は、素子ケース２のプロテクタ部２Ａ
内に挿入され、内面、外面に内側電極６、外側電極７が
設けられた有底筒状の検出筒部５Ａと、該検出筒部５Ａ
の他側に位置して該検出筒部５Ａよりも大径に形成され
た大径筒部５Ｂとによって構成されている。

【００３４】ここで、内側電極６は大径筒部５Ｂの端面
に延び、後述の信号端子１４と接続されている。また、
外側電極７は、シールワッシャ８、素子ケース２、キャ
ップ３およびナット部材１９を介して排気管２１にアー
スされる。そして、ジルコニアチューブ５は、外側の排
気ガスと内側の大気との間で酸素濃度の差が生じると、
この酸素濃度差に応じて電極６，７間に起電力を発生さ
せ、この起電力を検出信号として出力するものである。

【００３５】８は素子ケース２とジルコニアチューブ５
との間に設けられたシール部材としてのシールワッシャ
で、該シールワッシャ８は、例えばステンレス鋼等から
なる金属リングの表面に銅等の軟質な金属薄膜を設ける
ことによって形成されている。そして、シールワッシャ
８は、ディスクスプリング１０の付勢力により素子ケー
ス２の当接段部２Ｃとジルコニアチューブ５の大径筒部
５Ｂとに全周に亘って密着し、この位置でジルコニアチ
ューブ５の内面側と外面側との間をシールするものであ
る。

【００３６】９は例えばアルミナ等のセラミックス材料
によって段付き筒状に形成された絶縁筒体で、該絶縁筒
体９は、ケーシング１内のキャップ３側に位置してジル
コニアチューブ５の他側にほぼ同軸に配設され、その内
周側には、後述するヒータ１３の他端側が挿通される有
底のヒータ挿入穴９Ａが設けられている。

【００３７】１０はケーシング１内に設けられた付勢部
材としての環状のディスクスプリングで、該ディスクス
プリング１０は、環状のワッシャプレート１１と後述の
ワッシャリング１２等とを介してキャップ３の蓋部３Ｂ
側に配置され、該蓋部３Ｂと絶縁筒体９との間に配設さ
れている。

【００３８】そして、ディスクスプリング１０は、絶縁
筒体９、ジルコニアチューブ５およびシールワッシャ８
を素子ケース２の当接段部２Ｃに向けて付勢し、これら
の部材を当接段部２Ｃと協働してケーシング１内で位置
決めしている。また、ディスクスプリング１０は、ワッ
シャプレート１１等を介してワッシャリング１２をキャ
ップ３の蓋部３Ｂに押付けている。

【００３９】１２は例えば金属材料、樹脂材料等により
形成されたワッシャリングで、該ワッシャリング１２
は、キャップ３内に位置してワッシャプレート１１の軸
方向他側に配設されている。そして、ワッシャリング１
２は、ディスクスプリング１０の付勢力によりワッシャ
プレート１１と後述する保護チューブ１８の鍔部１８Ａ
とを介してキャップ３の蓋部３Ｂに強く押付けられ、キ
ャップ３内の空間を引出口３Ｄの外周側でシールしてい
る。

【００４０】１３は例えばアルミナ等のセラミックス材
料により形成された棒状のヒータで、該ヒータ１３は、
一端側がジルコニアチューブ５内に挿入され、他端側が
キャップ３側に位置して絶縁筒体９のヒータ挿入穴９Ａ
内に挿入されている。また、ヒータ１３の他端側外周に
は２個の電極１３Ａ（１個のみ図示）が設けられ、該各
電極１３Ａには後述の給電端子１５が接続されている。
そして、ヒータ１３は、各電極１３Ａを介して給電され
ることによりジルコニアチューブ５を加熱するものであ
る。

【００４１】１４はジルコニアチューブ５から検出信号
を出力するためケーシング１内に設けられた信号端子
で、該信号端子１４は、図３に示す如く、例えば環状の
金属板等により形成されたプレート部１４Ａと、該プレ
ート部１４Ａから軸方向に延びた金属製の引出し線部１
４Ｂ等とによって構成されている。そして、プレート部
１４Ａは、ヒータ１３の外周側に位置してジルコニアチ
ューブ５と絶縁筒体９との間に挟持され、内側電極６に
当接している。また、引出し線部１４Ｂは、その他端側
が信号出力用リード線１６と接続されている。

【００４２】１５，１５はヒータ１３に給電するためケ
ーシング１内に設けられた２個の給電端子で、該各給電
端子１５は、図３に示す如く金属板等によって形成さ
れ、ヒータ１３に面した内側部位が電極１３Ａに接触す
ると共に、その外側部位は２本の給電用リード線１７，
１７と接続されている。また、各給電端子１５は、絶縁
筒体９のヒータ挿入穴９Ａ内に収容され、これによって
信号端子１４から絶縁されている。

【００４３】１６は信号端子１４と接続された信号線と
しての信号出力用リード線、１７，１７は各給電端子１
５と接続された給電用リード線で、該リード線１６，１
７は絶縁筒体９の他端側からキャップ３の引出口３Ｄを
介して外部に引出され、エンジン制御用のコントロール
ユニット（図示せず）等に接続されるものである。ま
た、１８はリード線１６，１７を取囲んで軸方向に延設
された保護チューブで、該保護チューブ１８は例えば軟
質な金属材料等によって形成され、その一端側外周には
キャップ３内に配置される環状の鍔部１８Ａが径方向に
突設されている。

【００４４】１９はキャップ３のフランジ３Ｃと共に取
付部材を構成するナット部材で、該ナット部材１９の内
周側には、図１ないし図３に示す如く、軸方向の一側に
位置しためねじ部１９Ａと、該めねじ部１９Ａの他側に
位置して径方向に突出した環状の係合突起１９Ｂと、該
係合突起１９Ｂの内周側に位置してキャップ３の外径よ
りも大きな孔径に形成されたキャップ挿通孔１９Ｃとが
設けられている。

【００４５】そして、ナット部材１９は、そのキャップ
挿通孔１９Ｃがキャップ３の外周側に隙間をもって挿通
され、係合突起１９Ｂがキャップ３のフランジ３Ｃと係
合し、この状態でめねじ部１９Ａがエンジンの排気管２
１に突設されたボス部２２の外周側に螺着されている。
これにより、ナット部材１９は、係合突起１９Ｂとボス
部２２との間でキャップ３のフランジ３Ｃを全周に亘っ
て挟持し、ケーシング１を排気管２１側に固定するもの
である。

【００４６】この場合、ナット部材１９のキャップ挿通
孔１９Ｃは、キャップ３の外径よりも大きく形成されて
いるため、ナット部材１９をボス部２２に螺着するとき
には、この螺着作業の途中においてキャップ３がキャッ
プ挿通孔１９Ｃ内で径方向に対し自由に移動可能な状態
に保持される。そして、キャップ３のフランジ３Ｃは、
螺着作業のほぼ最後になってナット部材１９の係合突起
１９Ｂとボス部２２との間に挟持されるようになるた
め、センサの取付時には、ジルコニアチューブ５に加わ
る振動、衝撃等を小さく抑制できる構成となっている。

【００４７】本実施の形態による酸素センサは上述の如
き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。

【００４８】まず、酸素センサは、ケーシング１のキャ
ップ３がフランジ３Ｃとナット部材１９とを介して排気
管２１のボス部２２に取付けられ、これによりジルコニ
アチューブ５は、素子ケース２のプロテクタ部２Ａと共
に排気管２１内に突出した状態に保持される。

【００４９】この場合、素子ケース２は、その当接段部
２Ｃとジルコニアチューブ５との間がシールワッシャ８
によってシールされ、キャップ３は、その蓋部３Ｂ側が
ワッシャリング１２等によってシールされている。そし
て、これらのシール部位はディスクスプリング１０の付
勢力によって密着状態に保持されているので、ケーシン
グ１内の空間には、外部から排気ガス、ダスト、水分等
の異物が侵入するのを防止することができる。

【００５０】また、エンジンの運転中には、排気管２１
内を排気ガスが流通すると、ジルコニアチューブ５の外
側を流れる排気ガスとチューブ５内の大気との間には大
きな酸素濃度の差が生じる。この結果、内側電極６と外
側電極７との間には検出信号となる起電力が発生し、こ
の検出信号は信号端子１４、リード線１６等を介してコ
ントロールユニットに出力される。これにより、コント
ロールユニットは、酸素センサからの検出信号を用いて
空燃比のフィードバック制御等を行う。

【００５１】また、例えばエンジンの始動時等、ジルコ
ニアチューブ５が低温である場合には、ヒータ１３がコ
ントロールユニットにより各リード線１７、給電端子１
５等を介して給電される。この結果、ジルコニアチュー
ブ５は、ヒータ１３により加熱されて活性化し、正常な
検出動作を早期に開始することができる。

【００５２】かくして、本実施の形態では、ケーシング
１を筒状の素子ケース２とキャップ３とによって構成し
たので、これら２個の部材によってケーシング１を形成
でき、ジルコニアチューブ５の検出筒部５Ａを保護する
プロテクタ部２Ａを素子ケース２の一部としてケーシン
グ１に一体化することができる。

【００５３】これにより、従来技術の素子ホルダを廃止
できると共に、素子ホルダに別体のプロテクタを設ける
必要がなくなり、センサの構造を簡略化して部品点数を
削減できると共に、その組立時には、素子ケース２とキ
ャップ３とを溶接するだけで、プロテクタ部２Ａを有す
るケーシング１を容易に形成でき、センサの組立作業を
効率よく行うことができる。

【００５４】そして、ケーシング１の部品点数を削減す
ることによって各部品の寸法ばらつきや組付け誤差等を
低減でき、素子ケース２とキャップ３とを精度よく組付
けることができる。しかも、ケーシング１には１箇所の
溶接部４を形成するだけで済み、従来技術と比較してケ
ーシング１の連結個所を減らすことができるから、その
気密性を安定的に保持でき、信頼性を向上させることが
できる。

【００５５】また、例えば当該酸素センサをさらに高い
耐熱性をもつセンサに仕様変更する場合には、予め耐熱
性の金属材料により形成されている素子ケース２の材質
等を変更するだけでよいから、センサの設計、改良等を
容易に行うことができる。

【００５６】この場合、素子ケース２の当接段部２Ｃと
ジルコニアチューブ５の大径筒部５Ｂとの間にシールワ
ッシャ８を設け、キャップ３内には絶縁筒体９とディス
クスプリング１０とを設けたので、ディスクスプリング
１０の付勢力により絶縁筒体９を介してジルコニアチュ
ーブ５の大径筒部５Ｂとシールワッシャ８とを素子ケー
ス２の当接段部２Ｃに押付けることができ、シールワッ
シャ８を当接段部２Ｃと大径筒部５Ｂとに全周に亘って
密着させることができる。

【００５７】これにより、素子ケース２とジルコニアチ
ューブ５との間をシールワッシャ８によって良好にシー
ルでき、検出筒部５Ａの外側を流れる排気ガス等が検出
筒部５Ａの内側に侵入するのを防止でき、ジルコニアチ
ューブ５により外側の酸素濃度を安定的に検出すること
ができる。

【００５８】また、酸素センサをエンジンの排気管２１
に取付けるためのフランジ３Ｃとナット部材１９とをキ
ャップ３側に設けたので、センサの取付時には、ケーシ
ング１のうちキャップ３から突出したフランジ３Ｃだけ
を排気管２１のボス部２２に取付けることができる。こ
れにより、フランジ３Ｃとボス部２２とが接触するとき
の振動、衝撃等がジルコニアチューブ５に伝わるのを小
さく抑えることができ、ジルコニアチューブ５を確実に
保護することができる。

【００５９】この場合、ナット部材１９のキャップ挿通
孔１９Ｃをキャップ３の外径よりも大きな孔径に形成し
ているので、ナット部材１９をボス部２２に螺着すると
きには、ナット部材１９をキャップ３の外周側に隙間を
もって挿通でき、この螺着作業の途中には、キャップ３
がキャップ挿通孔１９Ｃ内で径方向へと自由に移動する
ことができる。この結果、センサの取付時には、ジルコ
ニアチューブ５に伝わる振動等をより確実に低減するこ
とができる。

【００６０】また、ナット部材１９を介在させることに
より、キャップ３のフランジ３Ｃをボス部２２に全周に
亘って安定的に固定できると共に、キャップ３とボス部
２２との接触面積を小さくして両者間の熱伝導を低減さ
せることができる。これにより、例えばエンジンの運転
時には、排気管２１の熱がボス部２２等を介して酸素セ
ンサに伝わるの抑制でき、その耐久性を高めることがで
きる。また、エンジンの始動時等には、ヒータ１３から
発生する熱がボス部２２側に逃げるのを防止でき、ヒー
タ１３によりジルコニアチューブ５を効率よく加熱して
検出筒部５Ａを早期に活性化させることができる。

【００６１】また、素子ケース２をプロテクタ部２Ａ、
キャップ嵌合部２Ｂおよび当接段部２Ｃによって構成し
たので、排気管２１内に露出されるジルコニアチューブ
５の検出筒部５Ａをプロテクタ部２Ａによって確実に保
護できると共に、キャップ嵌合部２Ｂによって素子ケー
ス２とキャップ３とを容易に一体化できる。また、当接
段部２Ｃによってジルコニアチューブ５を安定的に支持
でき、該チューブ５と絶縁筒体９とをケーシング１内で
確実に位置決めすることができる。そして、これらのプ
ロテクタ部２Ａ、キャップ嵌合部２Ｂおよび当接段部２
Ｃを一体形成することにより、センサの部品点数をより
削減することができる。

【００６２】また、キャップ３を引出口３Ｄが設けられ
た筒状体として形成することにより、その筒部３Ａを素
子ケース２のキャップ嵌合部２Ｂ外周に確実に嵌合でき
ると共に、その引出口３Ｄからリード線１６，１７を容
易に引出すことができる。

【００６３】なお、実施の形態では、キャップ３のフラ
ンジ３Ｃとナット部材１９とによって取付部材を構成し
たが、本発明はこれに限らず、例えば図４に示す変形例
のように、ナット部材１９に代えて取付部材となる環状
の金属板３１を用意し、この金属板３１を複数の取付ね
じ３２等によって排気管２１のボス部２２′にねじ止め
する構成としてもよい。

【００６４】また、実施の形態では、ケーシング１の素
子ケース２とキャップ３とを溶接部４によって溶着する
構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばかしめ固
定、圧入、接着、螺合、ねじ止め等、任意の固定手段に
よって素子ケース２とキャップ３とを一体に固定する構
成としてもよいのは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、ケーシングを筒状の素子ケースとキャップとから
構成したので、従来技術のプロテクタ等を含めてケーシ
ングの構造を簡略化でき、その部品点数を削減して信頼
性を向上できると共に、センサの組立作業を効率よく行
うことができる。また、例えばケーシングのうちキャッ
プ側を外部のセンサ取付部位等に取付けることにより、
センサの取付時には、素子ケース側に配置された酸素濃
度検出素子に振動等が伝わるの抑制でき、検出素子を保
護することができる。

【００６６】また、請求項２の発明によれば、素子ケー
スと酸素濃度検出素子との間にはシール部材を設ける構
成としたので、素子ケースと検出素子との間をシール部
材によって気密にシールでき、検出素子の外側を流れる
排気ガス等の被測ガスが検出素子の内側に侵入するのを
確実に防止できると共に、酸素濃度検出素子によって外
側の酸素濃度を安定的に検出することができる。

【００６７】また、請求項３の発明によれば、ケーシン
グ内にはキャップ側に位置してヒータの他端側が挿通さ
れる絶縁筒体を設け、該絶縁筒体とキャップとの間には
該絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子を素子ケースに押
付ける付勢部材とを設ける構成としたので、キャップ内
の付勢部材により絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子を
素子ケースに押付けることができ、検出素子と絶縁筒体
とをケーシング内で安定的に位置決めできると共に、検
出素子と素子ケースとの間のシール性を高めることがで
きる。

【００６８】さらに、請求項４の発明によれば、素子ケ
ースと酸素濃度検出素子との間にはシール部材を設け、
ケーシング内にはキャップ側に位置して絶縁筒体と付勢
部材とを設ける構成としたので、キャップ内の付勢部材
により絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子とシール部材
とを素子ケースに押付けることができ、これらの部材を
ケーシング内で安定的に位置決めできると共に、シール
部材を検出素子と素子ケースとの間で両者に密着させる
ことができ、これらの間を良好にシールすることができ
る。

【００６９】また、請求項５の発明によると、キャップ
には、径方向に突出したフランジと、キャップを車体側
のセンサ取付部位に取付けるために該フランジに係合す
る取付部材とを設ける構成としたので、センサの取付時
には、キャップのフランジだけをセンサ取付部位に取付
けることができ、これらが接触するときの振動、衝撃等
が酸素濃度検出素子に伝わるのを抑制できると共に、検
出素子を保護することができる。また、取付部材により
キャップとセンサ取付部位との接触面積を小さくして両
者間の熱伝導を低減でき、例えばエンジン等の熱がセン
サに伝わってセンサの耐久性が低下したり、ヒータによ
り検出素子を加熱するときの熱がセンサ取付部位側に逃
げて検出素子の活性化が遅れるのを防止することができ
る。

【００７０】また、請求項６の発明によれば、取付部材
を、キャップのフランジと係合した状態でセンサ取付部
位に螺着されるナット部材によって構成したので、ナッ
ト部材によりキャップのフランジをセンサ取付部位に全
周に亘って安定的に固定することができる。

【００７１】さらに、請求項７の発明によれば、素子ケ
ースをプロテクタ部、キャップ嵌合部および当接段部に
よって構成したので、酸素濃度検出素子の検出筒部を素
子ケースのプロテクタ部によって確実に保護できると共
に、キャップ嵌合部によって素子ケースとキャップとを
容易に一体化することができる。また、素子ケースの当
接段部によって酸素濃度検出素子等をケーシング内で確
実に位置決めすることができる。そして、これらの部位
を素子ケースとして一体形成でき、センサの部品点数を
より削減することができる。また、キャップを引出口が
設けられた筒状体として形成することにより、その一側
を素子ケースのキャップ嵌合部外周に確実に嵌合できる
と共に、その引出口から信号線を容易に引出すことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による酸素センサをエンジ
ンの排気管に取付けた状態で示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施の形態による酸素センサを排気管
から取外した状態で示す縦断面図である。

【図３】酸素センサを組立てる前の状態で示す縦断面図
である。

【図４】実施の形態の変形例による酸素センサを示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１ケーシング２素子ケース２Ａプロテクタ部２Ｂキャップ嵌合部２Ｃ当接段部２Ｄ開口２Ｅ導入口３キャップ３Ａ筒部３Ｂ蓋部３Ｃフランジ３Ｄ引出口４溶接部５ジルコニアチューブ（酸素濃度検出素子）５Ａ検出筒部５Ｂ大径筒部６内側電極７外側電極８シールワッシャ（シール部材）９絶縁筒体１０ディスクスプリング（付勢部材）１２ワッシャリング１３ヒータ１４信号端子１５給電端子１６リード線（信号線）１９ナット部材（取付部材）２１排気管２２ボス部（センサ取付部位）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状のケーシングと、該ケーシングに設
けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する
酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸長
して設けられ軸方向の一側が該酸素濃度検出素子に挿入
されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータとを
備えた酸素センサにおいて、前記ケーシングは、軸方向の一側に被測ガスを導入する
導入口が設けられた筒状体により形成され内周側に前記
酸素濃度検出素子が配置される素子ケースと、該素子ケ
ースの軸方向他側に取付けられて前記ヒータの軸方向他
側を収容するキャップとから構成したことを特徴とする
酸素センサ。
【請求項２】前記ケーシングの素子ケースと前記酸素
濃度検出素子との間には、前記酸素濃度検出素子のうち
前記内側電極が配置される内面側と前記外側電極が配置
される外面側との間を気密にシールするシール部材を設
けてなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】前記ケーシング内には、前記キャップ側
に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通される絶
縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間には、
該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子を素子ケース
に押付ける付勢部材を設けてなる請求項１または２に記
載の酸素センサ。
【請求項４】前記ケーシングの素子ケース内には、該
素子ケースと酸素濃度検出素子との間に位置して該酸素
濃度検出素子の内面側と外面側との間を気密にシールす
るシール部材を設け、前記ケーシング内には、前記キャ
ップ側に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通さ
れる絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間
には、該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子とシー
ル部材とを前記素子ケースに押付ける付勢部材を設けて
なる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項５】前記キャップには、径方向外向きに突出
したフランジと、前記キャップを車体側のセンサ取付部
位に取付けるために該フランジに係合する取付部材とを
設けてなる請求項１，２，３または４に記載の酸素セン
サ。
【請求項６】前記取付部材は前記キャップの外周側に
挿嵌されるナット部材からなり、該ナット部材は前記キ
ャップのフランジと係合した状態で前記車体側のセンサ
取付部位に螺着する構成としてなる請求項５に記載の酸
素センサ。
【請求項７】前記酸素濃度検出素子は、軸方向の一側
に位置して有底筒状に形成され内面，外面に前記内側電
極，外側電極が設けられた検出筒部と、該検出筒部の軸
方向他側に位置して該検出筒部よりも大径に形成された
大径筒部とによって構成し、前記素子ケースは、前記酸素濃度検出素子の検出筒部を
覆って形成され前記被測ガスの導入口を有する筒状のプ
ロテクタ部と、該プロテクタ部の他側に位置して形成さ
れ内周側で前記酸素濃度検出素子の大径筒部を囲むと共
に外周側に前記キャップが嵌合されるキャップ嵌合部
と、前記プロテクタ部とキャップ嵌合部との間に位置し
て前記酸素濃度検出素子の大径筒部が当接するように形
成された当接段部によって構成し、前記キャップは、軸方向の一側が前記素子ケースのキャ
ップ嵌合部の外周側に嵌合され他側に前記酸素濃度検出
素子と接続される信号線を引出すための引出口が設けら
れた筒状体により構成してなる請求項１，２，３，４，
５または６に記載の酸素センサ。