JP2506683Y2 - 酸素濃度センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業状の利用分野） 本考案は、酸素濃度センサ、更に詳しくはセンサ素子
のハウジングへの固定性が向上した酸素濃度センサに関
するものである。

（従来の技術） 酸素濃度センサは、例えば自動車エンジンからの排気
中の酸素濃度を検出して、該エンジンに供給する空気と
燃料の比率（空燃比）を最適な比率に制御するために、
自動車工業において多く用いられている。又、例えば特
開昭56−168153号公報に開示されているが如く、その性
能を改善するための多くの提案がなされている。

前記特開昭56−168153号公報に開示されている酸素濃
度センサを含む従来の酸素濃度センサの一般的な構造を
第４図に示す。第４図において、酸素濃度透過性固体電
解質例えばジルコニア焼結体からなるセンサ素子１は、
ハウジング４へ該ハウジング４と固定部２との間にシー
ルリング３を介し検出部10側を挿入して嵌め込み、セン
サ素子１とハウジング４との間にタルク11及び抑えリン
グ８を入れ、次いでケーシング７をハウジング４の先端
をかしめることにより固定する。次いでこれをフランジ
12に取り付け、更に保護カバー９を取り付ける。又、ス
テム13の一端をスプリング14で押さえることにより、セ
ンサ素子１の固定部２をハウジング４に押さえつけてい
る。酸素濃度センサの使用時、特にセンサ素子が高温と
なる場合には、ハウジング４も熱膨張する。然して、セ
ンサ素子１に形成した電極の内外側電極は酸素濃度セン
サの保持部を介してボデーアースされているため、高温
時に外側電極とシールリング３とハウジング４との間の
導通性を確保するためにも、固定部２をハウジング４に
押さえつけることが必要である。

（考案が解決しようとする課題） 前記従来技術においては、高温時の酸素濃度センサを
構成する各部材の熱的挙動により、スプリング14の押圧
力及びタルク11の押圧荷重を決めている。しかしなが
ら、タルク11はセラミックス粉末であるため、その実際
の熱膨張率は計算により求めた熱膨張率と一致しない。
そのため、タルク11の熱膨張が他の部材の熱膨張に追従
できず、酸素濃度センサの使用時特にセンサ素子１が高
温となる場合には、スプリング14の押圧力が不足してセ
ンサ素子１の外側電極とシールリング３とハウジング４
との間の導通性を充分に確保することが困難となる場合
がある。この導通不良により酸素濃度センサの出力が得
られない場合、実車においてはエンジン制御装置へ送ら
れる信号が空燃比のリーン状態を示す信号となり、エン
ジン制御装置は空気過剰であると判断してインジェクタ
ーからの燃料供給量を増大させる。この結果、触媒コン
バータに流入する排気の組成は触媒コンバータの最適浄
化範囲から外れるので、CO,HC成分のエミッションが悪
化するなどの不具合を生じる。

（課題を解決するための手段） 本考案者らは前記従来技術における問題点を解決すべ
く鋭意研究した結果、センサ素子の固定部を所定性状の
バネでハウジングに押圧する形態の酸素濃度センサを想
到した。

即ち、本考案の酸素濃度センサは、柱状のセンサ素子
（１）と、センサ素子（１）の外周面に設けられたフラ
ンジ状の固定部（２）と、固定部（２）を介してセンサ
素子（１）を取り付けるためのハウジング（４）と、固
定部（２）をハウジング（４）に押圧するための抑えリ
ング（８）と、ハウジング（４）にセンサ素子（１）を
取り付けるための付勢力を有する二種類のバネ（５），
（６）とを備えてなり、 固定部（２）には、センサ素子（１）の検出部（10）
の反対側の一端部の端面及び外周面を切り欠いて切り欠
き部（15）が設けられ、 切り欠き部（15）とハウジング（４）と抑えリング
（８）とで形成された空間に二種類のバネ（５），
（６）が収納され、 二種類のバネのうちの一方のバネ（６）は、切り欠き
部（15）の端面（17）と抑えリング（８）とを押圧して
センサ素子（１）を長手方向に付勢する付勢力を有し、 二種類のバネのうちの他方のバネ（５）は、切り欠き
部（15）の外周面（16）とハウジング（４）とを押圧し
てセンサ素子（１）を長手方向と直交する方向に付勢す
る付勢力を有することを特徴とする。

センサ素子は、慣用のもの即ち酸素イオン透過性固体
電解質からなる柱状（筒状、積層状等のものを含む）で
あってよく、その大きさや形状等の性状は特に限定され
ない。

フランジ状の固定部は、センサ素子と一体に成形する
か又は別体で成形したものをセンサ素子に取り付けるこ
とにより、センサ素子の外周面に設ける。フランジ状の
固定部は通常、センサ素子の外周を取り巻く環状の形状
を有するが、センサ素子をハウジングに取り付けること
ができる限りにおいて、その大きさや形状等の性状は特
に限定されない。又、フランジ状の固定部の材質は、セ
ンサ素子の材質と同一又は異なっていてよい。

フランジ状の固定部のセンサ素子の検出部の反対側の
一端部の端面及び外周面に設ける切り欠き部は、例えば
環状に連続又は断続して設ける。切り欠き部の大きさや
形状等の性状、数などは適宜選択する。切り欠き部は、
例えば前記端面及び外周面の一部を環状に連続して切り
欠くと形成し易い。

切り欠き部に備えるセンサ素子の長手方向の付勢力を
有するバネとセンサ素子の長手方向と直交する方向の付
勢力を有するバネとは、大きさ、形状、付勢力の大きさ
等の性状、数などを適宜選択する。又、前記の二種類の
バネは、各々異なるものであってもよいし又は、一つで
二種類の機能を有するものであれば一体となった一つの
バネであってもよい。これらのバネの形状としては、例
えば環状のものがセンサ素子の組付けの際に都合がよ
い。二つのバネを使用する場合、互いに組み合わせて具
合よく組付けることができるものであれば更によい。

（作用） センサ素子の長手方向の付勢力を有するバネにより、
固定部をセンサ素子の検出部側に押圧し、又、センサ素
子の長手方向と直交する方向の付勢力を有するバネによ
り、固定部をセンサ素子の中心軸方向に押圧するので、
固定部はハウジングに強固に押圧され、センサ素子が高
温となり各部材が熱膨張する場合にも充分な押圧力を確
保することができる。

（実施例） 以下に、本考案の実施例を詳細に説明する。

第１図は本考案の酸素濃度センサの一実施例の断面図
である。積層型のセンサ素子１の固定部２に設けた切り
欠き部に環状のバネ5,6を入れ、抑えリング８を介して
ケーシング７の上からハウジング４をかしめてセンサ素
子１を固定する。この際、最初にバネ５を切り欠き部に
入れ、センサ素子の長手方向と直交する方向の付勢力を
発生させて固定部２をセンサ素子１の中心軸方向に押圧
する。次いでバネ６をバネ５の中に入れ、センサ素子１
の長手方向の付勢力を発生させて固定部２をセンサ素子
１の検出部10側に押圧する。バネ5,6の組付けられた状
態における断面形状はほぼコ字型である。又、本実施例
ではバネ5,6の押圧面に刺状の突起を設けて、相手部材
との接触点を増加させている。但し、バネ5,6の押圧面
に刺状の突起を設けない場合でも通常充分な押圧力を確
保することができる。なお、バネ5,6の材質にはインコ
ネル718又は750などの耐熱性金属を使用して、高温での
荷重損失を少なくした。第２図に、第１図の切り欠き部
近傍の拡大断面図を示す。図中、15は切り欠き部、16は
切り欠き部15の外周面、17は切り欠き部15の端面であ
る。

次いで第３図により、第１図の酸素濃度センサの組付
け方法をより詳細に説明する。

（ａ）インコネル製のバネ５は（ａ−２）に示す如く環
状である。そして、バネとして働く部分は（ａ−１）に
示す如く開口部側が開いた逆ハ字型をなし、その外側面
には刺状の突起を有している。

（ｂ）バネ５の開口部側を（ａ−１）に太矢印で示す方
向に押圧して縮め、固定部２の切り欠き部に入れ、ハウ
ジング４と固定部２に押圧力（図中、左右方向）を生じ
させる。

（ｃ）インコネル製のバネ６は環状であり、両端にフラ
ンジ部を有し、両端のフランジ部は開口部側が開いた逆
ハ字型をなし、その外側面には刺状の突起を有してい
る。

（ｄ）バネ５の中にバネ６を入れ、その上に抑えリング
８を入れる。

（ｅ）ケーシング７を入れ、その上よりハウジング４を
かしめバネ６を押さえ込み且つケーシング７を固定す
る。バネ６は（ｃ）に太矢印で示す方向に押圧されて抑
えリング８と固定部２に押圧力（図中、上下方向）を生
じさせる。

（考案の効果） 本考案の酸素濃度センサは上述の如き構成を有するた
め、以下に例示するが如き種々の効果を奏する。

（ｉ）バネにより固定部を押圧しているので、高温の場
合における固定部への押圧力を計算することが可能であ
り、酸素濃度センサを実際に使用する場合に必要な押圧
力を充分確保することができるため酸素濃度センサの信
頼性が向上した。

（ii）種々の形状のセンサ素子を用いた酸素濃度センサ
に応用することができ、固定部の信頼性が高く被測定ガ
ス側と大気側とのシール性が良いので、特に大気基準極
を必要とするセンサ素子を用いた酸素濃度センサに応用
した場合に有利である。

（iii）センサ素子をシールリングと固定部に備えたバ
ネにより固定しているため、センサ素子が種々の振動モ
ードを受けた場合においてもセンサ素子の共振モードを
計算することが可能である。

（iv）従来の酸素濃度センサにおいて使用していたスプ
リングが不必要となり、ケーシング中の構造を簡略化で
きるため、酸素濃度センサの長さを短くすることが可能
であり酸素濃度センサを小型化することができる。この
ため、実車において酸素濃度センサの取り付けスペース
を小さなものとすることが可能となった。又、これによ
り、従来の酸素濃度センサが狭いスペースに取り付けら
れていたことに起因する該酸素濃度センサにおけるリー
ド線のボデー接触による断線も防ぐことができる。

（ｖ）バネの形状を環状となし、且つ二つのバネを一方
のバネを他方のバネの中に入れるようにして組み合わせ
れば、従来の酸素濃度センサにおいてタルクを入れてい
た箇所にもそのまま適用可能である。

（vi）従来の酸素濃度センサにおいてタルクを入れその
上から押圧する工程とスプリングの組付け工程が不要と
なり、本考案の酸素濃度センサにおいては固定部にバネ
を入れるのみで同様の効を得ることができるため、製造
工程が簡略化され且つ製造コストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の酸素濃度センサの一実施例の断面図、 第２図は第１図の切り欠き部近傍の拡大断面図、 第３図は（ａ）ないし（ｅ）は第１図の酸素濃度センサ
の組付け方法の説明図、 第４図は従来の酸素濃度センサの一例の断面図である。 図中、 １……センサ素子、２……固定部、３……シールリング ４……ハウジング、5,6……バネ、７……ケーシング ８……抑えリング、９……保護カバー、10……検出部 11……タルク、12……フランジ、13……ステム 14……スプリング、15……切り欠き部、16……外周面、
17……端面

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】柱状のセンサ素子（１）と、センサ素子
   （１）の外周面に設けられたフランジ状の固定部（２）
   と、固定部（２）を介してセンサ素子（１）を取り付け
   るためのハウジング（４）と、固定部（２）をハウジン
   グ（４）に押圧するための抑えリング（８）と、ハウジ
   ング（４）にセンサ素子（１）を取り付けるための付勢
   力を有する二種類のバネ（５），（６）とを備えてな
   り、 固定部（２）には、センサ素子（１）の検出部（10）の
   反対側の一端部の端面及び外周面を切り欠いて切り欠き
   部（15）が設けられ、 切り欠き部（15）とハウジング（４）と抑えリング
   （８）とで形成された空間に二種類のバネ（５），
   （６）が収納され、 二種類のバネのうちの一方のバネ（６）は、切り欠き部
   （15）の端面（17）と抑えリング（８）とを押圧してセ
   ンサ素子（１）を長手方向に付勢する付勢力を有し、 二種類のバネのうちの他方のバネ（５）は、切り欠き部
   （15）の外周面（16）とハウジング（４）とを押圧して
   センサ素子（１）を長手方向と直交する方向に付勢する
   付勢力を有することを特徴とする酸素濃度センサ。