JP2005241346A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出素子とこれを保持する部材との間のシール性を向させることができる酸素センサを提供する。
【解決手段】 酸素濃度を検出する検出素子２と、検出素子２を挿入する素子挿入孔３を有したホルダ４と、ホルダ４の素子挿入孔３の外周に粉充填スペース１０を有し、この粉充填スペース１０内に圧縮されたセラミック粉１２を充填して検出素子２とホルダ４との間をシールするシール部５とを備えた酸素センサ１において、セラミック粉１２の荷重を受ける粉充填スペース１０の底面を、外周側より内周側に向かって徐々に荷重方向に突出する傾斜面１０ａに形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車用内燃機関等の排気系に設置して排気ガス内の酸素濃度を検出する酸素センサに関する。

従来より種々の酸素センサが提案されている。特許文献１は、その一例としての酸素センサを開示する。

上記文献の酸素センサ１００は、図４に示すように、酸素濃度を検出し、この検出濃度を電気信号に変換する検出素子１０１と、この検出素子１０１を挿入する素子挿入孔１０２ａを有した素子位置決め用碍子１０２と、この素子位置決め用碍子１０２と検出素子１０１との間にガラス封着材１０３ａを封止して双方間をシールするシール部１０３と、素子位置決め用碍子１０２より突出した検出素子１０１の接点部１０１ａに圧接し、検出素子１０１からの出力を取り出す端子１０４と、素子位置決め用碍子１０２の上面に配置され、端子１０４を保持する端子保持用碍子１０５と、素子位置決め用碍子１０２の外周に配置され、素子位置決め用碍子１０２を保持するホルダ１０６と、このホルダ１０６の一端側に固定され、端子保持用碍子１０５の外周を被うケーシング１０７と、ホルダ１０６の他端側に固定され、素子位置決め用碍子１０２より突出した検出素子１０１の外周を被うプロテクタ１０８とを備えている。

シール部１０３は、素子位置決め用碍子１０２の素子挿入孔１０２ａの外周に粉充填スペース１０９を有し、この粉充填スペース１０９にガラス封着材１０３ａが圧縮状態で充填されている。

このように構成された酸素センサ１００は、ホルダ１０６のネジ部１０６ａを排気管１１０に螺合することにより排気管１１０に固定され、プロテクタ１０８で覆われた箇所が排気管１１０内に突出された状態で配置される。
特開２００１−１８８０６０号公報

しかしながら、前記従来の酸素センサ１００では、粉充填スペース１０９の底面がガラス封着材１０３ａの荷重方向の直交方向に配置されるフラット面１０９ａに形成されているので、ガラス封着材１０３ａからの全ての荷重Ｐが素子位置決め用碍子１０２の軸方向に剪断力として作用する。そのため、素子位置決め用碍子１０２の剪断力の上限限界値を越えて変形等が生じない範囲にガラス封着材１０３ａへの荷重を制限する必要がある。このようにガラス封着材１０３ａへの荷重を制限しなければならないため、検出素子１０１と素子位置決め用碍子１０２間におけるシール性の向上が図れないという問題があった。

本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、検出素子とこれを保持する部材との間のシール性を向させることができる酸素センサを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、検出素子と、検出素子を挿入する素子挿入孔を有したホルダと、ホルダの素子挿入孔の外周に粉充填スペースを有し、この粉充填スペース内に圧縮されたセラミック粉を充填して検出素子とホルダとの間をシールするシール部とを備えた酸素センサにおいて、セラミック粉の荷重を受ける粉充填スペースの底面を、外周側より内周側に向かって徐々に荷重方向に突出する傾斜面に形成したことを趣旨とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、検出素子はロッド状に形成された構成としている。

請求項１の発明によれば、セラミック粉からの荷重が粉充填スペースの底面である傾斜面に作用するため、ホルダに作用する荷重が傾斜面によって分散される。従って、セラミック粉からの荷重の上限値を上げることができ、検出素子とホルダとの間のシール性を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、検出素子の取り付け方向やガスの流れ方向等に影響されることなく正確な検出ができる。

以下、本発明を具現化した第１実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図３は一実施形態を示し、図１は酸素センサの全体断面図、図２は酸素センサの要部の拡大断面図、図３（ａ）は粉充填スペースの底面の傾斜面に作用する荷重を説明する図、図３（ｂ）は粉充填スペースの底面がフラット面である場合に、そのフラット面に作用する荷重を説明する図である。

図１において、酸素センサ１は、酸素濃度を検出し、この検出濃度を電気信号に変換する検出素子２と、この検出素子２を挿入する素子挿入孔３を有したホルダ４と、このホルダ４と検出素子２との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４内に位置決めするシール部５と、ホルダ４より上方に突出した検出素子２の接点部２ａに圧接し、検出素子２からの出力を取り出す端子６と、ホルダ４の一端側に固定され、端子６を保持する端子保持用碍子７と、ホルダ４の一端側に固定され、端子保持用碍子７の外周を被うケーシング８と、ホルダ４の他端側に固定され、ホルダ４より突出した検出素子２の外周を被うプロテクタ９とを備えている。

検出素子２は円柱ロッド形状を有し、その上部側に接点部２ａが、その下部側に酸素測定部２ｂが、それぞれ形成されている。

ホルダ４は上部に上方から見て六角形状を有する六角部４ａを有し、この六角部４ａに工具を嵌合して該ホルダ４に回転トルクを容易に作用させることができるようになっている。ホルダ４の下部の外周にはネジ部４ｂが形成されている。ホルダ４の六角部４ａとネジ部４ｂとの間にはガスケット１９が配置されいる。

シール部５は、図２に示すように、ホルダ４の素子挿入孔３の全外周に形成された粉充填スペース１０と、この粉充填スペース１０の近傍に設けられたカシメ部１１とを有し、粉充填スペース１０にセラミック粉１２とバネ性を有するスペーサ１３を収容し、カシメ変形したカシメ部１１によってスペーサ１３を圧縮し、この圧縮力でセラミック粉１２を圧縮状態で充填することによって検出素子２とホルダ４との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４に位置決めしている。

セラミック粉１２の荷重を受ける粉充填スペース１０の底面は、外周側より内周側に向かって徐々に荷重方向に突出する傾斜面１０ａに形成されている。この傾斜面１０ａの傾斜角度αは、この実施形態では約４５度に設定されている。

セラミック粉１２としては、例えば未焼結のタルクが使用されている。スペーサ１３には、例えばワッシャが使用されている。

ホルダ４と端子保持用碍子７との固定は、図２に示すように、ホルダ４の上端に碍子位置決め溝１４と該碍子位置決め溝１４の外周にカシメ部１５が設けられ、碍子位置決め溝１４に端子保持用碍子７の一端側の大径部７ａが配置され、且つ、カシメ変形したカシメ部１５を大径部７ａの段差箇所に係止することによってなされている。

端子６は、バネ性を有する形状に形成され、バネ性を利用して検出素子２の接点部２ａに接触されている。検出素子２の接点部２ａと端子６との接触位置は、ホルダ４の上端面の直ぐ上位置に設定されている。

また、図１に示すように、ケーシング８の上部内側にはシーリングラバー１６が配置され、このシーリングラバー１６を介して複数のハーネス１７が外部に導き出されている。ハーネス１７の一端は端子６に接続されている。シーリングラバー１６はケーシング８のカシメ部８ａによってケーシング８に固定されていると共に、このカシメによってシーリングラバー１６とハーネス１７との間、及び、シーリングラバー１６とケーシング８との間のシール性が確保されている。

また、ケーシング８は筒形状を有し、ケーシング８とホルダ４との固定は例えばレーザ溶接によってなされている。このレーザ溶接によってケーシング８とホルダ４との間のシール性が確保されている。ケーシング８は、端子保持用碍子７の外形よりも十分に大きな外形に形成され、これによってケーシング８と端子保持用碍子７との間には空隙部２０が設けられている。

プロテクタ９は、有底筒状で、且つ、２重構造に形成され、各側壁にはガス流通用の小孔９ａが形成されている。プロテクタ９とホルダ４との固定は、例えばレーザ溶接によってなされている。尚、スポット溶接、カシメ固定等で固定しても良い。

上記酸素センサ１は、ホルダ４のネジ部４ｂを排気管３０のネジ孔３１に螺入することにより排気管３０に固定され、プロテクタ９で覆われた箇所が排気管３０内に突出された状態で配置される。酸素センサ１と排気管３０との間の気密は、ガスケット１９によって保持される。

上記構成において、排気管３０内を流通するガスがプロテクタ９の小孔９ａより内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子２の酸素測定部２ｂに入り込む。すると、酸素測定部２ｂがガスの酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度が電気信号に変換する。この電気信号の情報が端子６及びハーネス１７を経て外部に出力される。

以上、上記構成の酸素センサ１では、セラミック粉１２の荷重Ｐを受ける粉充填スペース１０の底面が傾斜面１０ａに形成されているので、セラミック粉１２からの荷重Ｐが粉充填スペース１０の底面である傾斜面１０ａに作用するため、図３（ａ）に示すように、ホルダ４に作用する荷重Ｐが傾斜面１０ａによって分散される。従って、セラミック粉１２からの荷重Ｐの上限値を上げることができ、検出素子２とホルダ４との間のシール性を向上させることができる。ここで、図３（ｂ）に示すように、粉充填スペース１０の底面が従来例のようにフラット面１０ｂに形成された場合には、セラミック粉１２からの荷重Ｐが分散されることなくホルダ４の軸方向に剪断力として作用するが、本発明では上述したように荷重Ｐを分散される。具体的には、荷重Ｐは傾斜面１０ａに直交する方向の分力Ｐ１と、傾斜面１０ａに沿う方向の分力Ｐ２に分散される。そして、傾斜角度αが約４５度であるため、分力Ｐ１と分力Ｐ２はほぼ同じ値に分散される。

上記実施形態では、検出素子２はロッド状に形成されたので、検出素子２の取り付け方向やガスの流れ方向等に影響されることなく正確な検出ができる。

上記実施形態では、端子保持用碍子７とケーシング８との間に空隙部２０を設けたので、検出素子２及び端子６は、外部に対しケーシング８と端子保持用碍子７によって２重に覆われ、且つ、断熱性に優れた空隙部２０を介して配置されるため、高温環境下での耐久性が向上する。

上記実施形態では、検出素子２の接点部２ａと端子６との接触位置は、ホルダ４の上端面の直ぐ上位置に設定したので、全体長の小型化を図ることができる。

尚、この発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態において上記実施形態と同様な作用及び効果を得ることができる。

（１）上記実施形態において、セラミック粉１２としてタルクを使用した。これに対し、セラミック粉としてタルク以外のもの、例えば、ＢＮやＳｉＮを使用しても良いことは勿論である。

また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１又は請求項２に記載の酸素センサにおいて、セラミック粉は、タルクであることを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、請求項１又は請求項２の発明と同様の作用・効果が得られる。

（ロ）請求項１又は請求項２、及び、上記（イ）項に記載の酸素センサにおいて、端子保持用碍子とケーシングとの間には空隙部を設けたことを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、検出素子及び端子は、外部に対しケーシングと端子保持用碍子によって２重に覆われ、且つ、断熱性に優れた空隙部を介して配置されるため、高温環境下での耐久性が向上する。

（ハ）請求項１又は請求項２、及び、上記（イ）項、（ロ）項に記載の酸素センサにおいて、検出素子の接点部と端子との接触位置は、前記ホルダの上端面の直ぐ上位置に設定したことを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、全体長の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態を示し、酸素センサの全体断面図である。 本発明の一実施形態を示し、酸素センサの要部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は粉充填スペースの底面の傾斜面に作用する荷重を説明する図、（ｂ）は粉充填スペースの底面がフラット面である場合に、そのフラット面に作用する荷重を説明する図 従来例を示し、酸素センサの全体断面図である。

符号の説明

１ 酸素センサ
２ 検出素子
３ 素子挿入孔
４ ホルダ
５ シール部
１０ 粉充填スペース
１０ａ 傾斜面
１２ セラミック粉

Claims (2)

1. 酸素濃度を検出する検出素子と、この検出素子を挿入する素子挿入孔を有したホルダと、このホルダの素子挿入孔の外周に粉充填スペースを有し、この粉充填スペース内に圧縮されたセラミック粉を充填して前記検出素子と前記ホルダとの間をシールするシール部とを備えた酸素センサにおいて、
   前記セラミック粉の荷重を受ける前記粉充填スペースの底面を、外周側より内周側に向かって徐々に荷重方向に突出する傾斜面に形成したことを特徴とする酸素センサ。
2. 前記検出素子はロッド状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ。
   

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