JP2003232768A

JP2003232768A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2003232768A
Application number: JP2002032801A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuda; 篤士松田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ホルダやプロテクタから素子収容ケースへの
熱伝達を抑え、素子収容ケース側のシール部材、配線等
が焼損するのを防止する。【解決手段】ケーシング２２を、上，下のケース部２
４，２５間に酸素濃度検出素子３０を収容する素子収容
ケース２３と、排気管１に取付けられる筒状のホルダ２
７と、プロテクタ４４により構成する。そして、上側ケ
ース部２５とプロテクタ４４の取付フランジ２５Ａ，４
４Ｂをホルダ２７のかしめ部２９に一緒にかしめ固定
し、この部位を除いて上側ケース部２５とホルダ２７と
の間には断熱空間となる隙間Ｓを形成する。これによ
り、素子収容ケース２３に対するホルダ２７とプロテク
タ４４の接触面積を小さくでき、排気管１側の熱がこれ
らの部材を介して素子収容ケース２３側の蓋体４１やリ
ード線４２，４３等に伝わるのを抑制することができ
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、例えば車両の排気
管等に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出するのに好
適に用いられる酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、乗用車等の車両には排気管側に
酸素センサを設け、該酸素センサを用いて排気ガス中の
酸素濃度を検出することによりエンジンの空燃比をフィ
ードバック制御するようにしている。

【０００３】そこで、この種の従来技術による酸素セン
サを、添付図面中の図６を参照して車両の排気管側に取
付けた場合を例に挙げて説明する。

【０００４】図中、１は車両用エンジンの排気管で、該
排気管１は、エンジン本体の排気ポート（図示せず）側
から排出される被測ガスとしての排気ガスを矢示Ａ方向
に流出させる流路を構成するものである。そして、排気
管１の途中部位には、ねじ穴１Ａが径方向に穿設され、
該ねじ穴１Ａには、ワッシャ１Ｂ等を介して後述の酸素
センサ２が取付けられるものである。

【０００５】２は排気管１の途中に設けられたヒータ付
きの酸素センサ、３は該酸素センサ２の外殻を構成する
筒状のケーシングで、該ケーシング３は、軸方向一側の
外周に取付部としてのおねじ部４Ａが形成された段付筒
状のホルダ４と、該ホルダ４の軸方向他側に嵌合された
筒状ケース５とを含んで構成されている。

【０００６】そして、酸素センサ２は、ホルダ４のおね
じ部４Ａを排気管１のねじ穴１Ａ内に螺着させることに
より排気管１に取付けられ、このときに後述のジルコニ
アチューブ６は、排気管１内に向けて突出した状態に保
持されるものである。

【０００７】６は酸素濃度検出素子を構成するジルコニ
アチューブで、該ジルコニアチューブ６は酸化ジルコニ
ウム等のセラミックス材料を用いることにより、軸方向
一側が閉塞され他側が開口した有底筒状体として形成さ
れ、その内、外面には内側電極と外側電極（いずれも図
示せず）が設けられている。

【０００８】そして、ジルコニアチューブ６は、外側の
排気ガスと内側の大気との間で酸素濃度に差が生じる
と、前記内側電極と外側電極との間に起電力を発生さ
せ、この起電力を酸素濃度の検出信号として後述のコン
タクトプレート１１側に出力するものである。

【０００９】７はジルコニアチューブ６を内側から加熱
する棒状のセラミックスヒータ（以下、ヒータ７とい
う）で、該ヒータ７は、例えば高い耐熱特性等を有する
窒化珪素等のセラミックス材料によって小径のロッド状
に成形され、その軸方向一側外周にはタングステン、白
金等の材料からなるヒータパターン（図示せず）が形成
されている。

【００１０】そして、ヒータ７は、軸方向一側をジルコ
ニアチューブ６内に挿入した状態でジルコニアチューブ
６と一緒にケーシング３内に収容され、ホルダ４の内周
側に挿嵌された絶縁筒体８等を用いてケーシング３内に
位置決めされている。そして、ヒータ７は、ジルコニア
チューブ６を内側から加熱することにより、該ジルコニ
アチューブ６を活性化するものである。

【００１１】９はヒータ７に給電を行うためにケーシン
グ３内に設けた一対の給電端子（一方のみ図示）で、該
各給電端子９はばね性を有する細長の金属板を、図６に
示すように折曲げることにより形成され、略Ｕ字状に屈
曲した一端側がヒータ７の突出端側にそれぞれロー付け
等の手段を用いて接続されている。また、各給電端子９
の他端側は絶縁カバー１０内から後述のキャップ１２側
ヘと突出し、外部の各リード線１５を通じてヒータ７に
給電を行うものである。

【００１２】１１はジルコニアチューブ６から出力され
る酸素濃度の検出信号を外部に導出するためのコンタク
トプレートで、該コンタクトプレート１１は、絶縁筒体
８内に挿入した状態でケーシング３内に取付けられ、一
端側が絶縁筒体８とジルコニアチューブ６の開口端との
間で挟持されることにより、前記内側電極に接続され
る。また、コンタクトプレート１１の他端側は絶縁カバ
ー１０を通して外部に突出し、その突出端側はリード線
１５に接続されている。

【００１３】１２はケーシング３の他端側にかしめ等の
手段を用いて固着された段付筒状のキャップ、１３は該
キャップ１２内に蓋体１４を介して設けられた絶縁性の
シール体で、該シール体１３は、例えば耐熱性を有する
フッ素系樹脂材料等により形成され、リード線１５をキ
ャップ１２内で液密にシールする構成となっている。

【００１４】１５は酸素センサ２に設けられた例えば３
本のリード線で、該各リード線１５のうち２本のリード
線１５は、シール体１３内で各給電端子９と接続され、
ヒータ７に外部から給電を行うものである。また、他の
リード線１５は、コンタクトプレート１１の他端側に接
続され、ジルコニアチューブ６からの検出信号を外部に
導出するものである。

【００１５】１６はホルダ４の軸方向一側に設けた筒状
のプロテクタで、該プロテクタ１６は、ジルコニアチュ
ーブ６と共に排気管１内へと突出し、排気管１内でジル
コニアチューブ６を外側から保護するものである。

【００１６】従来技術によるヒータ付きの酸素センサ２
は上述の如き構成を有するもので、次に、その検出動作
について述べる。

【００１７】まず、車両用エンジン等の空燃比制御を行
う場合に、ケーシング３は、図６に示す如くホルダ４の
おねじ部４Ａを車両の排気管１に螺着することにより、
ジルコニアチューブ６の先端側を排気管１内へと突出さ
せた状態で固定される。

【００１８】そして、エンジンを駆動することによっ
て、排気管１内を矢示Ａ方向に流れる排気ガスがジルコ
ニアチューブ６の周囲に導入されると、ジルコニアチュ
ーブ６には外側の排気ガスと内側の大気との間で酸素濃
度に大きな濃度差が生じる。

【００１９】これにより、ジルコニアチューブ６には内
側電極と外側電極との間に起電力が発生し、この起電力
は酸素濃度の検出信号として、コンタクトプレート１
１、信号出力用のリード線１５等を介して外部のコント
ロールユニット（図示せず）等へと出力される。

【００２０】そして、このコントロールユニット側で
は、酸素センサ２からの検出信号に従って燃料の噴射量
等を補正演算し、その演算結果に基づき燃料の噴射量を
増減させることによりエンジンの空燃比をフィードバッ
ク制御するものである。

【００２１】また、ヒータ７は、給電用の各リード線１
５側から各給電端子９を通じて給電が行われると発熱
し、ジルコニアチューブ６を内部から加熱することによ
り、エンジンの低温始動時等でもジルコニアチューブ６
を早期に活性化し、酸素濃度の検出信号を安定した状態
で出力させるものである。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による酸素センサ２では、ケーシング３のホルダ
４を排気管１のねじ穴１Ａに螺着して取付け、その端部
側からシール体１３等を介して各リード線１５を引出す
構成としている。

【００２３】しかし、エンジンの運転時には、高温にな
った排気管１の熱がホルダ４に伝わると、この熱は筒状
ケース５、絶縁筒体８、絶縁カバー１０、蓋体１４等を
介してシール体１３やリード線１５にも伝わるため、樹
脂材料からなるシール体１３やリード線１５等が高温に
よって早期に劣化、損傷し易いという問題がある。

【００２４】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、被測ガスの流路側から
酸素センサの素子収容ケース等に熱が伝わるのを抑制で
き、センサのシール部材、配線等を熱から保護できると
共に、耐久性、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。

【００２５】

【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、被測ガスの流路途中に取付けられる筒
状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ該ケーシ
ングの軸方向一側で前記流路内を流れる被測ガス中の酸
素濃度を検出する酸素濃度検出素子とを備えた酸素セン
サに適用される。

【００２６】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、ケーシングを、内部に前記酸素濃度検出素子を
位置決めした状態で収容する素子収容ケースと、外周側
に被測ガスの流路に取付けられる取付部を有し内周側に
該素子収容ケースが挿通されるケース挿通穴を有する筒
状のホルダと、前記素子収容ケースの軸方向一側の外周
に配置され前記素子収容ケースと一緒に該ホルダに取付
けられるプロテクタとにより構成したことにある。

【００２７】このように構成することにより、例えば素
子収容ケースとプロテクタとをホルダに対して小さな接
触面積で取付けることができ、この取付部位を除いてホ
ルダとプロテクタとを素子収容ケースから離して配置で
きるので、ホルダとプロテクタとが素子収容ケースに接
触する総面積を小さくすることができる。これにより、
被測ガスの流路に取付けられるホルダや被測ガスにさら
されるプロテクタから素子収容ケースに熱が伝わるのを
抑制でき、素子収容ケース側に設けられたシール部材等
が熱によって劣化、焼損するのを防止することができ
る。

【００２８】また、請求項２の発明によると、素子収容
ケースとプロテクタには取付フランジをそれぞれ設け、
ホルダの内周側には該各取付フランジを衝合した状態で
かしめ固定するかしめ部を設ける構成としたことにあ
る。

【００２９】これにより、素子収容ケースの取付フラン
ジとプロテクタの取付フランジとを衝合した状態でホル
ダのかしめ部に固定でき、これらをホルダに一体化する
ことができる。そして、ホルダとプロテクタとは、取付
フランジを除いて素子収容ケースに当接していないた
め、これらの部材から素子収容ケースに熱が伝わるのを
抑えることができる。

【００３０】また、請求項３の発明によると、素子収容
ケースとプロテクタには取付フランジをそれぞれ設け、
前記ホルダには該各取付フランジを衝合した状態で溶接
して固定する溶接部を設ける構成としている。

【００３１】この場合には、素子収容ケースの取付フラ
ンジとプロテクタの取付フランジとを衝合した状態でホ
ルダに溶接でき、素子収容ケースに対するホルダやプロ
テクタの接触面積を取付フランジによって小さくするこ
とができる。

【００３２】また、請求項４の発明によると、ケーシン
グは、外周側に取付フランジを有し内部に前記酸素濃度
検出素子を位置決めした状態で収容する素子収容ケース
と、外周側に前記被測ガスの流路に取付けられる取付部
を有し内周側に該素子収容ケースが挿通されるケース挿
通穴を有する筒状のホルダとにより構成し、前記ホルダ
には前記素子収容ケースの取付フランジをかしめ固定す
るかしめ部を設ける構成としている。

【００３３】この場合には、プロテクタを備えてないタ
イプの酸素センサにおいても、素子収容ケースの取付フ
ランジをホルダにかしめ固定でき、これらの接触面積を
小さくすることができる。

【００３４】また、請求項５の発明によると、素子収容
ケースはホルダに取付けられる部位を除いてケース挿通
穴内に隙間をもって挿通する構成としている。

【００３５】これにより、素子収容ケースとホルダとの
間には、両者の取付部位を除いて隙間を確保できるか
ら、この隙間が断熱空間となってホルダから素子収容ケ
ースに熱が伝わるのを抑えることができる。

【００３６】さらに、請求項６の発明によると、酸素濃
度検出素子は、ケーシング内を軸方向に延び通電により
発熱するロッド状のヒータと、酸素濃度を検出するため
該ヒータの軸方向一側に一体形成され該ヒータからの熱
により活性化される検出部とにより構成し、素子収容ケ
ースは、前記酸素濃度検出素子の検出部を収容する第１
のケース部と、該第１のケース部に取付けられ前記ヒー
タを収容する第２のケース部とにより構成し、前記第２
のケース部の軸方向他側には前記酸素濃度検出素子と接
続される配線を引出すシール部材を設ける構成としてい
る。

【００３７】これにより、第１，第２のケース部間に酸
素濃度検出素子の検出部、ヒータ等を収容でき、第２の
ケース部の軸方向他側からシール部材を介して配線を引
出すことができる。そして、例えば第２のケース部のう
ちシール部材から離れた軸方向一側の部位、または第１
のケース部等をホルダに取付けることにより、ホルダ側
からシール部材への熱伝達を小さくすることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
酸素センサを添付図面に従って詳細に説明する。なお、
本実施の形態では前述した図６に示す従来技術と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

【００３９】ここで、図１ないし図３は本発明の第１の
実施の形態を示している。図中、２１は本実施の形態で
採用した酸素センサ、２２は該酸素センサ２１の外殻を
構成する段付筒状のケーシングを示し、該ケーシング２
２は、後述の素子収容ケース２３、ホルダ２７及びプロ
テクタ４４を含んで構成されている。

【００４０】２３はケーシング２２の一部を構成する素
子収容ケースで、該素子収容ケース２３は、後述する酸
素濃度検出素子３０の軸方向一側（検出部３２側）を収
容する第１のケース部２４と、該第１のケース部２４に
取付けられ、酸素濃度検出素子３０の軸方向他側（電極
３１Ａ，３２Ａ側）を収容する第２のケース部２５とか
らなり（以下、下側ケース部２４、上側ケース部２５と
いう）、これらのケース部２４，２５は、耐熱性を有す
る金属材料を用いて細長い筒状体として形成されてい
る。

【００４１】そして、下側ケース部２４は、軸方向の一
端側が底部２４Ａとなり、他端側は環状の肩部２４Ｂを
介して拡径された嵌合筒部２４Ｃとなっている。そし
て、嵌合筒部２４Ｃの端部は、後述する酸素濃度検出素
子３０の検出部３２を下側ケース部２４内に挿嵌するた
めの開口端となっている。また、下側ケース部２４の一
端側には、複数のガス導入孔２４Ｄ，２４Ｄ，…が形成
され、これらのガス導入孔２４Ｄは、排気管１内を流れ
る排気ガスの一部を、検出部３２の周囲に導くものであ
る。

【００４２】一方、上側ケース部２５は、下側ケース部
２４よりも大径の段付筒状体として形成され、その一端
側は径方向外向きに突出する環状の取付フランジ２５Ａ
となっている。また、上側ケース部２５の他端側は、環
状の段差部２５Ｂを介して縮径された他側筒部２５Ｃと
なり、該他側筒部２５Ｃ内には後述の蓋体４１が嵌合し
て取付けられている。

【００４３】２６は下側ケース部２４を上側ケース部２
５に一体化する環状の溶接部で、該溶接部２６は、下側
ケース部２４の嵌合筒部２４Ｃを上側ケース部２５の一
端側内周に嵌合した状態で、両者の嵌合部分に対し上側
ケース部２５の外周側からレーザ溶接等を施すことによ
り形成されている。

【００４４】そして、溶接部２６は、素子収容ケース２
３内に後述の酸素濃度検出素子３０、絶縁筒体３３，３
６、絶縁カバー３７等を収容した状態で、下側ケース部
２４の嵌合筒部２４Ｃを上側ケース部２５の下端側内周
に気液密に結合し、これによって素子収容ケース２３の
ケース部２４，２５を互いに一体化するものである。

【００４５】２７は素子収容ケース２３とプロテクタ４
４と共に酸素センサ２１のケーシング２２を構成する段
付筒状のホルダで、該ホルダ２７の外周側には、その軸
方向一側に位置して排気管１のねじ穴１Ａに螺着される
取付部としてのおねじ部２７Ａと、該おねじ部２７Ａを
螺着するときにスパナ等の工具を用いてホルダ２７を回
転させるためホルダ２７の軸方向他側に位置して外形が
六角形状をなす角部２７Ｂとが形成されている。また、
ホルダ２７の内周側には、後述する段付穴２８の小径穴
部２８Ｂに対応する部位に環状の段部２７Ｃが設けられ
ている。

【００４６】２８はホルダ２７の内周側に設けられたケ
ース挿通穴としての段付穴で、該段付穴２８は、図３に
示す如く、ホルダ２７の軸方向他側の端面に開口し軸方
向一側に向けて段付き状に縮径した大径穴部２８Ａと、
該大径穴部２８Ａよりも小さな穴径をもって大径穴部２
８Ａの一端側に形成された小径穴部２８Ｂと、該小径穴
部２８Ｂと後述するかしめ部２９との間に形成され、小
径穴部２８Ｂよりも大きな外径を有する環状の凹溝２８
Ｃとを含んで構成されている。

【００４７】そして、大径穴部２８Ａは、その全長にわ
たって素子収容ケース２３（上側ケース部２５）の外径
よりも大きな穴径を有している。このため、素子収容ケ
ース２３の上側ケース部２５等を段付穴２８内に挿入し
た状態では、図３に示すように大径穴部２８Ａと上側ケ
ース部２５との間に全長及び全周にわたる筒状の隙間Ｓ
が形成されている。即ち、ホルダ２７は、段部２７Ｃ、
凹溝２８Ｃ、かしめ部２９等の部位のみで上側ケース部
２５と接触し、これらの部位を除いた大径穴部２８Ａ等
が上側ケース部２５から隙間Ｓ分だけ離して配置されて
いる。これにより、本実施の形態では、上側ケース部２
５がホルダ２７に接触する面積を隙間Ｓによって小さく
し、この隙間Ｓが断熱空間となることによってホルダ２
７から素素子収容ケース２３への熱伝達を抑制する構成
となっている。

【００４８】また、小径穴部２８Ｂは、上側ケース部２
５の外径とほぼ同程度か、または僅かに大きな穴径をも
って形成されている。さらに、凹溝２８Ｃは、図２に示
す如く、かしめ部２９を設けていないときに、ホルダ２
７の一側端面に開口しているものである。

【００４９】２９はホルダ２７の一端側に設けられたか
しめ部で、該かしめ部２９は、ホルダ２７（段付穴２
８）の凹溝２８Ｃよりも径方向内向きに突出する環状突
起として形成されている。そして、かしめ部２９は、素
子収容ケース２３とプロテクタ４４とをホルダ２７に取
付けるときに、これらの取付フランジ２５Ａ，４４Ｂを
互いに衝合して凹溝２８Ｃ内に配置した状態で、図２中
に仮想線で示すように全周かしめ等の手段で径方向内側
へと曲げ加工（塑性変形）されるものである。

【００５０】これにより、かしめ部２９は、上側ケース
部２５の取付フランジ２５Ａとプロテクタ４４の取付フ
ランジ４４Ｂとをホルダ２７の凹溝２８Ｃ内にかしめ固
定し、ホルダ２７に対して素子収容ケース２３とプロテ
クタ４４とを軸方向の１箇所に位置決めして取付けるも
のである。

【００５１】３０は本実施の形態で採用した酸素濃度検
出素子で、該酸素濃度検出素子３０は、例えば特開平７
−２７７３７号公報等に記載された酸素濃度検出素子と
ほぼ同様に構成され、素子収容ケース２３内を軸方向に
延びるロッド状のセラミックスヒータ３１（以下、ヒー
タ３１という）と、該ヒータ３１の軸方向一側に一体成
形された検出部３２とを有している。

【００５２】ここで、ヒータ３１の軸方向一側には、従
来技術の形態で述べたヒータ７とほぼ同様にヒータパタ
ーンが形成されている。そして、検出部３２は、このヒ
ータパターンを径方向外側から覆うように設けた酸素イ
オン伝導性の固体電解質層により構成されている。

【００５３】即ち、検出部３２は、例えばジルコニア
（Ｚr Ｏ₂ ）とイットリア（Ｙ₂ Ｏ₃）からなるペース
ト状物を、ヒータ３１の一側外周に厚膜印刷することに
より形成された酸素イオン伝導性の固体電解質層により
構成されるものである。

【００５４】また、ヒータ３１の他端側外周には、例え
ば一対のヒータ用電極３１Ａ，３１Ａとセンサ用電極３
２Ａ（１個のみ図示）とが、周方向に互いに離間して形
成されている。そして、各ヒータ用電極３１Ａはヒータ
３１に対する給電を行い、センサ用電極３２Ａは検出部
３２からの酸素濃度検出信号を後述の検出端子４０側に
出力するものである。

【００５５】３３は素子収容ケース２３内でヒータ３１
を径方向外側から取囲んだ絶縁筒体で、該絶縁筒体３３
は、例えばステアタイト、アルミナ等のセラミックス材
料によって筒状に形成され、その軸方向一側には下側ケ
ース部２４の嵌合筒部２４Ｃ内に挿嵌される縮径筒部３
３Ａが形成されている。

【００５６】そして、絶縁筒体３３の縮径筒部３３Ａ
は、素子収容ケース２３の組立前に予め下側ケース部２
４の嵌合筒部２４Ｃ内に挿嵌され、下側ケース部２４の
肩部２４Ｂに対し後述の金属リング３４を介して位置決
めされている。

【００５７】３４は下側ケース部２４の肩部２４Ｂと絶
縁筒体３３との間に配設された金属リングで、該金属リ
ング３４は、例えばステンレス鋼等のリングからなり、
その表面には銅等の軟質な金属薄膜が形成されている。
そして、金属リング３４は、後述するディスクスプリン
グ３８からの付勢力により下側ケース部２４の肩部２４
Ｂと絶縁筒体３３の縮径筒部３３Ａとの間で強く挟持さ
れている。

【００５８】これによって、金属リング３４は、下側ケ
ース部２４の嵌合筒部２４Ｃと絶縁筒体３３との間を気
液密にシールし、下側ケース部２４と絶縁筒体３３との
間を外部の排気ガス等に対して遮断するものである。

【００５９】３５は素子収容ケース２３の下側ケース部
２４とヒータ３１との間に設けられた充填材で、該充填
材３５は、例えばタルクと呼ばれるセラミックス材料の
粉体を用いて形成され、下側ケース部２４内で絶縁筒体
３３，３６間に充填されている。そして、充填材３５
は、下側ケース部２４内で絶縁筒体３３とヒータ３１と
の間の隙間等を塞ぎ、例えば酸素濃度検出素子３０の軸
方向他側を外部の排気ガス等に対して遮断する機能を有
している。

【００６０】３６は素子収容ケース２３内でヒータ３１
を径方向外側から取囲んだ絶縁筒体で、該絶縁筒体３６
は、先に述べた絶縁筒体３３と同様に構成されているも
のの、その軸方向一側には下側ケース部２４の嵌合筒部
２４Ｃ内に挿嵌される縮径筒部３６Ａが形成されてい
る。

【００６１】３７は絶縁筒体３６と共に上側ケース部２
５内でヒータ３１を外側から取囲む絶縁カバーで、該絶
縁カバー３７は、絶縁筒体３６とほぼ同様の材料を用い
て有蓋筒状に形成され、その蓋部３７Ａ側にはヒータ３
１の他側端面が当接されている。また、絶縁カバー３７
の一側端面は、上側ケース部２５内で絶縁筒体３６に当
接している。

【００６２】３８は上側ケース部２５の段差部２５Ｂと
絶縁カバー３７の蓋部３７Ａとの間に設けられた付勢部
材としてのディスクスプリングで、該ディスクスプリン
グ３８は、素子収容ケース２３内で絶縁カバー３７、絶
縁筒体３６、充填材３５および絶縁筒体３３等を軸方向
に押圧（付勢）している。

【００６３】これにより、ディスクスプリング３８は、
絶縁筒体３３の縮径筒部３３Ａを下側ケース部２４の肩
部２４Ｂに対し金属リング３４を介して位置決めしてい
る。また、下側ケース部２４内の充填材３５は、ディス
クスプリング３８からの押圧力で突き固められることに
より、酸素濃度検出素子３０のヒータ３１を下側ケース
部２４内で径方向と軸方向とに位置決めする機能が与え
られるものである。

【００６４】３９，３９はヒータ３１に給電を行う一対
の給電端子で、該各給電端子３９は、ばね性を有する細
長の金属板を図１に示すように折り曲げることにより形
成され、その一端側がヒータ３１の各ヒータ用電極３１
Ａにそれぞれロー付け等の手段を用いて接続されてい
る。また、各給電端子３９の他端側は、絶縁カバー３７
の蓋部３７Ａ側から蓋体４１側に向けて突出し、その突
出端側はそれぞれリード線４２に接続されている。

【００６５】４０，４０は酸素濃度検出素子３０の検出
部３２から出力される酸素濃度の検出信号を外部に導出
する一対の検出端子（一方のみ図示）で、該各検出端子
４０は、ヒータ用の給電端子３９とほぼ同様に構成さ
れ、その一端側は酸素濃度検出素子３０の各センサ用電
極３２Ａに接続されている。また、各検出端子４０の他
端側は、給電端子３９と同様に絶縁カバー３７の蓋部３
７Ａ側から蓋体４１側に向けて突出し、各リード線４３
に接続されている。

【００６６】４１は上側ケース部２５の他側筒部２５Ｃ
内にかしめ等の手段を用いて固着されたシール部材とし
ての蓋体で、該蓋体４１は、例えば耐熱性を有するフッ
素系樹脂材料等を用いて形成されている。そして、各リ
ード線４２，４３は、蓋体４１を介して素子収容ケース
２３の外部に引出され、この状態で蓋体４１は、上側ケ
ース部２５と各リード線４２，４３との間を液密にシー
ルしている。

【００６７】４２，４２はヒータ３１に外部から給電を
行う給電用のリード線で、該各リード線４２は上側ケー
ス部２５の各給電端子３９に、例えば圧着端子等を用い
て接続されている。

【００６８】４３，４３は検出部３２からの検出信号を
外部に導出する信号出力用のリード線で、該各リード線
４３も上側ケース部２５内で各検出端子４０に圧着端子
等を用いて接続されている。

【００６９】４４は例えば金属材料等によって形成され
た筒状のプロテクタで、該プロテクタ４４は、従来技術
で述べたプロテクタ１６とほぼ同様に構成され、図３に
示す如く排気管１内で検出部３２を下側ケース部２４と
共に外側から保護するものである。

【００７０】ここで、プロテクタ４４には、その軸方向
一側に位置して素子収容ケース２３の下側ケース部２４
を嵌合する嵌合穴４４Ａと、プロテクタ４４の軸方向他
側に位置して径方向外向きに突出する環状の取付フラン
ジ４４Ｂと、プロテクタ４４の長さ方向中間部に周方向
に離間して配置された複数の窓部４４Ｃとが形成されて
いる。

【００７１】そして、プロテクタ４４の取付フランジ４
４Ｂは、素子収容ケース２３（上側ケース部２５）の取
付フランジ２５Ａと一緒にホルダ２７のかしめ部２９に
より凹溝２８Ｃ内にかしめ固定され、この状態で下側ケ
ース部２４の底部２４Ａ側はプロテクタ４４の嵌合穴４
４Ａを介して外部に突出している。また、窓部４４Ｃは
プロテクタ４４の内、外に排気ガス等を流通させるもの
である。

【００７２】本実施の形態による酸素センサ２１は上述
の如き構成を有するもので、その基本的な検出動作につ
いては従来技術によるものと格別差異はない。

【００７３】然るに、本実施の形態では、酸素センサ２
１のケーシング２２を、素子収容ケース２３、ホルダ２
７及びプロテクタ４４により構成し、素子収容ケース２
３の上側ケース部２５の取付フランジ２５Ａとプロテク
タ４４の取付フランジ４４Ｂとをホルダ２７のかしめ部
２９に一緒にかしめ固定する構成としている。

【００７４】これにより、素子収容ケース２３とプロテ
クタ４４の取付フランジ２５Ａ，４４Ｂとをかしめ部２
９によりホルダ２７に対して軸方向の１箇所に取付ける
ことができ、ホルダ２７（段付穴２８）の大径穴部２８
Ａと素子収容ケース２３の上側ケース部２５との間に隙
間Ｓを確保することができる。そして、ホルダ２７とプ
ロテクタ４４とを、素子収容ケース２３に対して取付フ
ランジ２５Ａまたはその近傍の僅かな部位だけで接触さ
せることができ、これらの接触面積を隙間Ｓ等によって
小さく設定することできる。

【００７５】この結果、酸素センサ２１を、図３に示す
如くエンジンの排気管１に取り付け、エンジン始動後、
排気管の温度が高温に上昇しても、この時の熱伝導は、
隙間Ｓが断熱空間となることによって、ホルダ２７のか
しめ部２９（上側ケース部２５の取付フランジ２５Ａ）
を除いて素子収容ケース２３へ伝わらないため、排気管
１側からホルダ２７またはプロテクタ４４を介して素子
収容ケース２３に熱が伝わるのを小さく抑えることがで
きる。

【００７６】従って、本実施の形態によれば、排気管１
側から酸素センサ２１に熱が伝わることによって素子収
容ケース２３側の蓋体４１、リード線４２，４３等が高
温となるのを防止でき、これらを熱による劣化、焼損等
から確実に保護できると共に、蓋体４１のシール性能を
長期間にわたって良好に保持でき、センサの耐久性、信
頼性を向上させることができる。

【００７７】また、素子収容ケース２３の上側ケース部
２５とプロテクタ４４とにそれぞれ取付フランジ２５
Ａ，４４Ｂを設けることにより、これらを衝合してホル
ダ２７にかしめ固定するだけで、素子収容ケース２３と
プロテクタ４４とをホルダ２７に対して一緒に効率よく
取付けることができると共に、これら取付強度を確保し
つつ、素子収容ケース２３に対するホルダ２７とプロテ
クタ４４の接触面積を小さくすることができる。

【００７８】また、素子収容ケース２３は、酸素濃度検
出素子３０を軸方向両側から包込むように取囲む下側ケ
ース部２４と上側ケース部２５とにより構成したので、
例えばレーザ溶接等の手段で両者間に溶接部２６を形成
することにより、下側ケース部２４の嵌合筒部２４Ｃを
上側ケース部２５の下端側内周に気液密に結合すること
ができ、例えばホルダ２７の段付穴２８内に雨水等が入
り込んでも、この水分がケース部２４，２５間の溶接部
２６側から素子収容ケース２３内に浸入するのを阻止す
ることができる。

【００７９】また、下側ケース部２４の肩部２４Ｂと絶
縁筒体３３との間は金属リング３４を用いてシールして
いるため、排気管１内を流れる排気ガス、ダストまたは
水分等が異物となって、下側ケース部２４の嵌合筒部２
４Ｃと絶縁筒体３３との間から素子収容ケース２３内に
侵入するのを防止できる。

【００８０】これにより、酸素濃度検出素子３０の大気
（酸素）を排気管１側の排気ガスから確実に遮断でき、
酸素濃度検出素子３０の内，外に生じる酸素濃度の差に
基づいて排気ガス中の酸素濃度を安定して検出すること
ができる。

【００８１】次に、図４は本発明による第２の実施の形
態を示し、本実施の形態の特徴は、素子収容ケースとプ
ロテクタのフランジをホルダに溶接する構成としたこと
にある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。

【００８２】５１は本実施の形態による酸素センサ、５
２は該酸素センサ５１の外殻を構成する段付筒状のケー
シングを示し、該ケーシング５２は、第１の実施の形態
とほぼ同様に、後述の素子収容ケース５３、ホルダ５５
及びプロテクタ５７を含んで構成されている。

【００８３】そして、素子収容ケース５３は、有底筒状
の下側ケース部２４と、取付フランジ５４Ａ、段差部５
４Ｂ、他側筒部２５Ｃ等を有する上側ケース５４とによ
り構成されているものの、取付フランジ５４Ａは、プロ
テクタ５７の取付フランジ５７Ｂと一緒にホルダ５５に
溶接されている。

【００８４】５５はケーシング５２を構成する段付筒状
のホルダで、該ホルダ５５は、第１の実施の形態とほぼ
同様に、おねじ部５５Ａ、角部５５Ｂ、段部５５Ｃ等を
有し、その内周側には、大径穴部５６Ａ、小径穴部５６
Ｂ等を有する段付穴５６が設けられている。また、ホル
ダ５５の軸方向一側は、第１の実施の形態のかしめ部２
９に代えて平坦面部５５Ｄとして形成されている。

【００８５】５７は第１の実施の形態とほぼ同様に構成
されたプロテクタで、該プロテクタ５７は、嵌合穴５７
Ａ、取付フランジ５７Ｂ、各窓部５７Ｃ等を有してい
る。

【００８６】５８はホルダ５５に対して上側ケース５４
とプロテクタ５７とを一緒に固定する環状の溶接部で、
該溶接部５８は、上側ケース５４とプロテクタ５７の取
付フランジ５４Ａ，５７Ｂを衝合してホルダ５５の平坦
面部５５Ｄに当接させ、これらの部位に取付フランジ５
７Ｂの軸方向一側からレーザ溶接等を施すことにより、
取付フランジ５４Ａ，５７Ｂと平坦面部５５Ｄとを一体
に溶接している。

【００８７】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得
ることができる。そして、特に本実施の形態では、ホル
ダ５５に対して上側ケース５４とプロテクタ５７の取付
フランジ５４Ａ，５７Ｂを溶接部５８により一緒に固定
する構成としたので、ホルダ５５の一部を塑性変形させ
る必要がなくなり、その構造を簡略化できると共に、ホ
ルダ５５に対する上側ケース５４とプロテクタ５７の組
付精度を高めることができる。

【００８８】次に図５は本発明による第３の実施の形態
を示し、本実施の形態の特徴は、プロテクタを備えてな
いタイプの酸素センサに適用したことにある。なお、本
実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素に同
一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

【００８９】６１は本実施の形態による酸素センサで、
該酸素センサ６１は、第１の実施の形態とほぼ同様に構
成されているものの、プロテクタ４４が廃止されてい
る。このため、ホルダ２７の軸方向一側には、かしめ部
２９によって素子収容ケース２３（上側ケース部２５）
の取付フランジ２５Ａのみがかしめ固定されている。

【００９０】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得
ることができ、プロテクタを備えていないタイプの酸素
センサ６１に対しても本発明を適用することができる。

【００９１】なお、前記各実施の形態では、酸素センサ
２１（５１，６１）を車両の排気管１に取付けるものと
して述べたが、本発明はこれに限らず、例えば車両以外
の排気管等、各種の被測ガスの流路途中に設ける構成と
してもよいものである。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、酸素センサの素子収容ケースとプロテクタとをホ
ルダに対して一緒に取付ける構成としたので、この取付
部位を除いてホルダとプロテクタとを素子収容ケースか
ら離して配置でき、ホルダとプロテクタとが素子収容ケ
ースに接触する総面積を小さくすることができる。これ
により、被測ガスやその流路の温度が高温に上昇して
も、ホルダやプロテクタから素子収容ケース側のシール
部材、配線等に熱が伝わるのを抑制でき、これらの部材
を熱による劣化、焼損等から確実に保護できると共に、
シール部材のシール性能を長期間にわたって良好に保持
でき、センサの耐久性、信頼性を向上させることができ
る。

【００９３】また、請求項２の発明によれば、ホルダに
は、素子収容ケースの取付フランジとプロテクタの取付
フランジとを衝合した状態でかしめ固定するかしめ部を
設ける構成としたので、これらの取付フランジを衝合し
てホルダにかしめ固定するだけで、素子収容ケースとプ
ロテクタとをホルダに対して一緒に効率よく取付けるこ
とができる。そして、素子収容ケースに対するホルダと
プロテクタの接触面積を取付フランジによって小さくす
ることができ、これらの間の熱伝達を確実に抑制するこ
とができる。

【００９４】また、請求項３の発明によれば、ホルダに
は、素子収容ケースの取付フランジとプロテクタの取付
フランジとを衝合した状態で溶接して固定する溶接部を
設ける構成としたので、素子収容ケースとプロテクタと
をホルダに溶接して一緒に効率よく取付けることがで
き、ホルダの構造を簡略化できると共に、素子収容ケー
スとプロテクタの組付精度を高めることができる。そし
て、素子収容ケースに対するホルダとプロテクタの接触
面積を取付フランジによって小さくすることができ、こ
れらの間の熱伝達を確実に抑制することができる。

【００９５】また、請求項４の発明によれば、酸素セン
サのケーシングを、素子収容ケースと筒状のホルダとに
より構成し、ホルダには、素子収容ケースの取付フラン
ジをかしめ固定するかしめ部を設ける構成としたので、
プロテクタを備えていないタイプの酸素センサにおいて
も、素子収容ケースとホルダとの接触面積を取付フラン
ジによって小さくすることができる。これにより、被測
ガスやその流路の温度が高温に上昇しても、ホルダから
素子収容ケース側のシール部材、配線等に熱が伝わるの
を抑制でき、これらの部材を熱による劣化、焼損等から
確実に保護できると共に、センサの耐久性、信頼性を向
上させることができる。

【００９６】また、請求項５の発明によれば、素子収容
ケースはホルダに取付けられる部位を除いてケース挿通
穴内に隙間をもって挿通する構成としたので、素子収容
ケースとホルダとの間には、両者の取付部位を除いて隙
間を確保でき、この隙間が断熱空間となることによって
ホルダから素子収容ケースに熱が伝わるのを確実に抑え
ることができる。

【００９７】さらに、請求項６の発明によれば、素子収
容ケースを、酸素濃度検出素子の検出部を収容する第１
のケース部と、該第１のケース部に取付けられヒータを
収容する第２のケース部とにより構成し、第２のケース
部の軸方向他側にはシール部材を設ける構成としたの
で、例えば第１，第２のケース部間に酸素濃度検出素子
を気液密に収容でき、検出素子を外部の水分等から保護
できると共に、第２のケース部の軸方向他側からシール
部材を介して配線を引出すことができる。そして、例え
ば素子収容ケースの軸方向一側をホルダに取付けること
により、ホルダ側からシール部材への熱伝達を小さくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による酸素センサを
示す縦断面図である。

【図２】酸素センサの素子収容ケースとプロテクタとを
ホルダにかしめ固定する状態を示す部分拡大断面図であ
る。

【図３】酸素センサをエンジンの排気管に取付けた状態
を示す部分拡大断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による酸素センサを
示す縦断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態による酸素センサを
示す縦断面図である。

【図６】従来技術の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。

【符号の説明】

１排気管（流路）１Ａねじ穴２１，５１，６１酸素センサ２２，５２ケーシング２３，５３素子収容ケース２４下側ケース部（第１のケース部）２５，５４上側ケース部（第２のケース部）２５Ａ，４４Ｂ，５４Ａ，５７Ｂ取付フランジ２６，５８溶接部２７，５５ホルダ２７Ａ，５５Ａおねじ部（取付部）２７Ｂ，５５Ｂ角部２７Ｃ，５５Ｃ段部２８，５６段付穴（ケース挿通穴）２８Ａ，５６Ａ大径穴部２８Ｂ，５６Ｂ小径穴部２８Ｃ凹溝２９かしめ部３０酸素濃度検出素子３１セラミックスヒータ（ヒータ）３２検出部４１蓋体（シール部材）４２，４３リード線４４，５７プロテクタ４４Ａ，５７Ａ嵌合穴４４Ｃ，５７Ｃ窓部Ｓ隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測ガスの流路途中に取付けられる筒状
のケーシングと、該ケーシング内に設けられ該ケーシン
グの軸方向一側で前記流路内を流れる被測ガス中の酸素
濃度を検出する酸素濃度検出素子とを備えた酸素センサ
において、前記ケーシングは、内部に前記酸素濃度検出素子を位置
決めした状態で収容する素子収容ケースと、外周側に前
記被測ガスの流路に取付けられる取付部を有し内周側に
該素子収容ケースが挿通されるケース挿通穴を有する筒
状のホルダと、前記素子収容ケースの軸方向一側の外周
に配置され前記素子収容ケースと一緒に該ホルダに取付
けられるプロテクタとにより構成したことを特徴とする
酸素センサ。
【請求項２】前記素子収容ケースとプロテクタには取
付フランジをそれぞれ設け、前記ホルダの内周側には該
各取付フランジを衝合した状態でかしめ固定するかしめ
部を設けてなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】前記素子収容ケースとプロテクタには取
付フランジをそれぞれ設け、前記ホルダには該各取付フ
ランジを衝合した状態で溶接して固定する溶接部を設け
てなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項４】被測ガスの流路途中に取付けられる筒状
のケーシングと、該ケーシング内に設けられ該ケーシン
グの軸方向一側で前記流路内を流れる被測ガス中の酸素
濃度を検出する酸素濃度検出素子とを備えた酸素センサ
において、前記ケーシングは、外周側に取付フランジを有し内部に
前記酸素濃度検出素子を位置決めした状態で収容する素
子収容ケースと、外周側に前記被測ガスの流路に取付け
られる取付部を有し内周側に該素子収容ケースが挿通さ
れるケース挿通穴を有する筒状のホルダとにより構成
し、前記ホルダには前記素子収容ケースの取付フランジ
をかしめ固定するかしめ部を設ける構成としたことを特
徴とする酸素センサ。
【請求項５】前記素子収容ケースは前記ホルダに取付
けられる部位を除いて前記ケース挿通穴内に隙間をもっ
て挿通する構成としてなる請求項１，２，３または４に
記載の酸素センサ。
【請求項６】前記酸素濃度検出素子は、前記ケーシン
グ内を軸方向に延び通電により発熱するロッド状のヒー
タと、酸素濃度を検出するため該ヒータの軸方向一側に
一体形成され該ヒータからの熱により活性化される検出
部とにより構成し、前記素子収容ケースは、前記酸素濃
度検出素子の検出部を収容する第１のケース部と、該第
１のケース部に取付けられ前記ヒータを収容する第２の
ケース部とにより構成し、前記第２のケース部の軸方向
他側には前記酸素濃度検出素子と接続される配線を引出
すシール部材を設けてなる請求項１，２，３，４または
５に記載の酸素センサ。