JP2687585B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば内燃機関等の各種燃焼機器の排気
ガス中に含まれる酸素の濃度を検出測定する酸素濃度検
出装置に関する。

［従来の技術］ 例えば内燃機関において、その運転状況に対応して供
給燃料量を電子的に制御するような場合、この内燃機関
の運転状況を検出する要素として、排気ガス中に含まれ
る酸素の濃度を検出するようにしている。

このような酸素濃度を検出する素子としては、例えば
ジルコニア等の固体電解質によって構成された酸素検知
素子が使用されるもので、この酸素検知素子は、先端部
を閉塞した状態の筒状体に構成され、その内周面および
外周面にそれぞれ内部電極層および外部電極層を形成
し、外部電極層の面に排気ガス等の検知ガスが接触さ
れ、内部電極層に大気等の基準ガスが接触されるように
している。

そして、このような酸素濃度検出装置においては、内
部電極層の出力用リード線の接続方法に種々工夫がされ
ているもので、例えば筒状の酸素検知素子の開口された
基端部の開口部に対して、ねじ状に構成された端子部材
を螺合し、この端子部材と内部電極層とが電気的に接続
されるようにする。しかし、このような構成では端子部
材を取り付けるために手数を要するものであり、また強
く締め付けた場合には酸素検知素子の基端部を破損する
ことになる。

このような問題点を解決する手段として、例えば実開
昭60−90671号公報に示されるような酸素センサが考え
られている。すなわち、筒状の酸素検知素子の基端開口
部の内部に、環状の金属端子部材を嵌め込むもので、こ
の端子部材に対して出力用のリード線を接続させる。

この場合、金属端子部外に半径方向外向きに弾性力が
設定されるもので、この弾性力によって端子部材が検知
素子の基端開口部に保持され、この検知素子の内周部の
電極層に電気的に接続されるようにしている。

しかし、このように導出端子部を構成したのでは、筒
状の酸素検知素子の開口部の内径よりも大きい外径の金
属端子部材を用い、この端子部材を検知素子の開口部に
挿入することになる。したがって、この端子部材を検知
素子の開口部に挿入するに際して、端子部材と検知素子
の内周面の内部電極層とが擦り合って、内部電極層に傷
を付けるようになる。

このような問題を低減するために、端子部材の嵌め合
わされる部分の長さを短くすることが考えられるが、金
属端子部材の弾発力が小さくなり、内部電極層との接触
導通性が悪くなる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、筒
状に構成される酸素検知素子の基端開口部に、この検知
素子並びに内部電極層を損傷することなく、内部電極導
出用の端子部材が簡単に取り付け設定できるようにし
た、より信頼性に富み、より組み付け作業性が向上され
るようにする酸素濃度検出装置を提供しようとするもの
である。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る酸素濃度検出装置は、基端部が開放さ
れ、先端部が閉塞されるように構成された酸素検知素子
と、この酸素検知素子の内周面および外周面にそれぞれ
形成された内部電極層および外部電極層と、前記酸素検
知素子の基端部の開口部近傍の外周面に設けられた導出
電極層と、前記導出電極層よりも幅の狭いリード形状を
なし、前記酸素検知素子の基端部側の開口端面の一部の
みに設けることにより、前記内部電極層と前記導出電極
層とを電気的に導通させる接続電極層と、前記酸素検知
素子の基端部の外周面に嵌め込み設定され、前記導出電
極層の面に圧接する方向に弾性力が作用させられるよう
に構成した、前記酸素検知素子の軸方向に幅を有する平
板金属板を折り曲げて突き合わされる部分に切り欠きが
形成された環状の金属端子と、前記内部電極層の出力用
リード線が接続可能に、前記金属端子に設けられた導出
端子とからなる酸素濃度検出装置を提供するものであ
る。

また、好ましくは、前記金属端子の上端部と前記酸素
検知素子の開口端面との間には、クリアランスが設けら
れている酸素濃度検出装置を提供するものである。

さらに好ましくは、前記金属端子の前記切り欠きと前
記接続電極層とが前記酸素検知素子の軸方向に直線状に
配置されている酸素濃度検出装置を提供するものであ
る。

〔作用〕

このように構成させる酸素濃度検出装置にあっては、
環状に構成された金属端子を、その弾性力に抗して外周
方向に広げるようにした状態で、酸素検知素子の基端部
外周に嵌め込むことにより、この検知素子の内部電極が
導出される。したがって、出力用導出線を容易且つ確実
に取り付け設定できるようになると共に、検知素子並び
に電極層を破損することがなく、組み付け作業性が効果
的に改善され、さらに金属端子の付合わせ切欠き部の対
向する位置に導出端子が形成されるため、この導出端子
部が酸素検出素子の外周部で安定保持され、信頼性が容
易に向上されるようになる酸素濃度検出装置が得られる
ものである。

さらにまた、内部電極層と導出電極層とを電気的に導
通させる接続電極層を、導出電極層よりも幅の狭いリー
ド形状とし、酸素検知素子の基端部側の開口端面の一部
のみに設ける構成とすることにより、酸素濃度検出装置
毎の出力信号のばらつきが少ない製品を提供することが
できる。

即ち、環状の金属端子を酸素検知素子に取り付ける
際、金属端子を押し広げる必要がある。しかしながら、
金属端子を酸素検知素子に取り付け開始から、終わりま
で常に金属端子を押し広げることは困難である。そのた
め、接続電極層と酸素検知素子の開口端面の角との摩擦
により、接続電極層を損傷させる場合が生じる。

そして、この接続電極層の損傷程度が製品毎に異なる
と、内部電極と導出電極層との間の抵抗値が酸素濃度検
出装置毎に異なってしまい、製品のばらつきという問題
が生じてしまう。

しかしながら、本願発明においては、酸素検知素子の
開口端面の一部のみに接続電極層を設けているので、金
属端子を酸素検知素子に組付ける際には、接続電極層を
設けられている箇所のみに注意して組付けることができ
る。そのため、金属端子の組付けによる接続電極層の損
傷を防止することができる。

そのため、酸素濃度検出装置毎の出力信号のばらつき
を少なくすることができる。

好ましくは、金属端子の上端部と酸素検知素子の開口
端面との間に、クリアランスを設けているので、金属端
子を酸素検知素子に取り付ける際の導出電極層の損傷を
さらに防止することができる。

さらに好ましくは、前記金属端子の前記切り欠きと前
記接続電極層とを前記酸素検知素子の軸方向に直線状に
組付けることによって、前記金属端子の酸素検知素子へ
の組付の際、接続電極層は金属端子の切り欠きに対向す
ることとなり、接続電極層の損傷をさらに防止すること
ができる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図はその全体的な構成を示すもので、酸素検知
素子11は、ジルコニア等の固体電解質によって、先端部
を閉塞した筒状体に構成される。そして、この酸素検知
素子11の内周面および外周面には、それぞれ白金がメッ
キ、ペースト塗布、あるいは蒸着等によって装着された
内部電極層12および外部電極層13が形成されている。

この酸素検知素子11の上端開口部付近の外周面には、
第２図で取り出して示すように導出電極層14が形成され
ている。この導出電極層14は、内部電極層12および外部
電極層13と共に形成されるもので、外部電極層13とは電
気的に絶縁された状態で形成される。そして、導出電極
層14は検知素子11の開口端面に形成された接続電極層15
によって内部電極層12と電気的に接続されている。

この接続電極層15は、導出電極層14よりも幅の狭いリ
ード形状をなし、酸素検知素子11の開口端面11aの一部
のみに設けることにより、内部電極層13と導出電極層14
とを電気的に導通させている。

また、導出電極層14の上端と酸素検知素子11の基端部
側の端面11aとの間には、クリアランス11bが形成される
ように、導出電極層14が設けられている。

第３図は酸素検知素子11のみを取り出して示したもの
で、筒状にした検知素子11の長手方向のほば中央部にお
いて、径大にした鍔状段部16が形成されており、外部電
極層13は、先端閉塞部からこの鍔状段部16の外周部分ま
で形成されるようにする。

この酸素検知素子11の開口端部外周部には、金属端子
17が取り付けられる。この金属端子17は、例えば第４図
で示すように、弾性を有する金属薄板171を環状に折り
曲げ成型して円筒状に構成されるもので、その一端部に
導出端子172が一体的に延長形成されるようになってい
る。そして、この金属端子17は、円筒状部分をその弾性
に抗しておし拡げ、酸素検知素子11の開口端部外周の導
出電極14が形成された部分に嵌め込み、その弾性によっ
て固定設定されるようにする。

このように構成される酸素検知素子は、金属材料によ
って筒状に形成されるハウジング18によって保持され
る。このハウジング18の内周部で酸素検知素子11の鍔状
段部16の外周部が保持されるようになっているもので、
検知素子11の外部電極層13がハウジング18に電気的に接
続されている。

ハウジング18は、例えば内燃機関の排気管の壁面に、
ハウジング18の外周に形成した螺溝20により螺合するこ
とによって、このハウジング18が排気管の壁面に、酸素
検知素子11の先端部が排気管内に設定された状態で取り
付け固定されるものである。

21はガスケットであり、ハウジング18による取り付け
部分から排気ガスが漏れないようにするために設けられ
ている。

このハウジング18の上端部には、かしめ部22が形成さ
れているもので、このかしめ部22をかしめることによっ
て、ハウジング18の内周部に配設されたタルク23、イン
シュレータ24、および外筒25の下端部251を介して、酸
素検知素子11がハウジング18の内部に把持されるように
なる。

また、ハウジング18の先端方向には、カバー26が取り
付けられているもので、このカバー26は酸素検知素子11
の閉塞された先端部分を保護する有底筒体によって構成
され、複数の穴271、272、…が開口形成されている。そ
して、例えば排気管内の排気ガスが、この穴271、272、
…を介して、酸素検知素子11の外部電極層13に接触され
るようにする。

酸素検知素子11の基端部に取り付け設定された金属端
子17は、ハウジング18によってかしめ付け固定された外
筒25によって保護されているもので、金属端子17の導出
端子172の先端部には、出力用リード線28がかしめ付け
によって接続されている。

また外筒25には、さらに保護筒29が同軸的に接続設定
されるもので、この保護筒29によってスペーサ30を介し
てシール部材31を保持し、酸素検知素子11を含むセンサ
本体部に水等が侵入しないように保護している。

このように構成される酸素濃度検出装置において、特
に酸素検知素子11の内部電極層12と、出力用リード線28
との接続部分に特徴を有する。

すなわち、先端が閉塞された筒状の検知素子11の内周
面に形成した内部電極層12を、検知素子11の基端部にお
いて外周面に拡張する。そして、外部電極層13には接続
しない範囲で導出電極層14を形成し、この電極層14に接
続されるようにして金属端子17を設定する。ここで、こ
の金属端子17は、一部を切り欠いた形状の円環状に構成
される。

尚、金属端子17の切り欠いた部分と接続電極層15と
は、酸素検知素子11の軸方向に対して直線状に配置され
ている。

この金属端子17は、第４図の（Ｃ）に展開して示すよ
うに、長方形の金属板を円筒状に曲げることによって構
成されるもので、この場合の内径が酸素検知素子11の基
端開口部の外径よりもやや小さめに形成されている。

したがって、この金属端子17を検知素子11の基端部に
組み付けるには、金属端子17の環状部を広げ、そして検
知素子11の基端部の導出電極層14の外周部に嵌め込む。
このようにして金属端子17を取り付け設定すると、この
端子17自体の弾性力によって、環状部の半径方向内側へ
の把持力が作用して、金属端子17と導出電極層14との電
気的接続と共に、金属端子17の検知素子11に対する固定
保持も行われるようになる。

すなわち、このような金属端子17の組み付けは、酸素
検知素子11の基端部外周に金属板を嵌め込むという簡単
な作業により実行できる。したがって、従来の例えば実
開昭60−90671号公報に示されるように、検知素子の基
端開口部内面に金属板を組み付けるようにした場合のよ
うに、電極層を傷付けるような心配がなく、また検知素
子に対して無理な力が作用させられることがないもので
あるため、この素子を破損させるようになる心配もな
い。

また、このように構成される酸素濃度検出装置におい
て、接続電極層15が、導出電極層14よりも幅の狭いリー
ド形状をなし、酸素検知素子11の開口端面11aの一部の
みに設けることにより、内部電極層13と導出電極層14と
を電気的に導通させている点に特徴を有する。

すなわち、酸素検知素子11の開口端面11aの一部のみ
に接続電極層15を設けているので、金属端子17を酸素検
知素子11に組付ける際には、接続電極層15が設けられて
いる箇所のみに注意して組付けることができる。そのた
め、金属端子17の組付けによる接続電極層15の損傷を防
止することができる。

さらにまた、金属端子17の上端部と酸素検知素子11の
開口端面11aとの間に、クリアランス11bを設けているの
で、金属端子17を酸素検知素子11に取り付ける際の導出
電極層14の損傷を防止することができるのである。

第５図は金属端子17の接続部分の構成の他の実施例を
示すもので、酸素検知素子11の基端部の外周部に、凹部
41を形成し、この凹部41に導出電極層14を形成する。そ
して、凹部41に嵌まり込むようにして金属端子17を嵌め
込むもので、金属端子17がよりその位置を正確にして組
み付け設定されるようになる。

また第６図に示す実施例にあっては、酸素検知素子11
の開口部の端面部に切り込み42を形成し、金属端子17の
導出端子172を折り曲げて、切り込み42部に嵌め込むよ
うにする。このようにすれば、金属端子17の回転ずれが
確実に阻止されるようになり、端子17が確実に保持設定
されるようになる。

さらに第７図に示すように、金属端子17の金属薄板17
1に対して、複数の突起体431〜433をプレス加工等によ
り形成するようにすれば、この金属端子11と検知素子11
の導出電極層14との電気的な接触が突起体431〜433によ
って確実に行われるようになる。また金属端子17の回転
ずれの発生も容易に抑制できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る酸素濃度検出装置によれ
ば、筒状の酸素検知素子の内周面に形成された内部電極
層と、これを導出する端子電極との接続構造が単純化し
て構成されるものであり、特にこの金属端子を、内部電
極層にて電気的に接続されるようにした組み付け構造
が、組み付け作業性を簡易化すると共に、酸素検知素子
を破損するようなことなく組み付け作業ができるもので
あり、この種酸素濃度検出素子の組み立て作業性の簡易
化と共に、その信頼性の向上に大きな効果が発揮される
ものである。

また、接続電極層15を、導出電極層14よりも幅の狭い
リード形状をなし、酸素検知素子11の開口端面11aの一
部のみに設けることにより、内部電極層12と導出電極層
14とを電気的に導通させているので、金属端子17の組付
けによる接続電極層15の損傷を防止することができ、酸
素濃度検出装置毎の出力信号のばらつきを少なくするこ
とができる。

さらにまた、金属端子17の上端部と酸素検知素子11の
開口端面11aとの間に、クリアランス11bを設けているの
で、金属端子17を酸素検知素子11に取り付ける際の導出
電極層14の損傷をさらに防止することができる。

さらに、金属端子17の切り欠きと接続電極層15とが酸
素検知素子11の軸方向に直線状に配置するように組付け
ることによって、さらに導出電極層14の損傷を防止する
ことができる。

尚、本発明は、限界電流式酸素センサの構造にも適用
できることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る酸素濃度検出装置を
一部断面して示す正面図、第２図はこの検出装置の特に
酸素検知素子に対して金属端子を取り付けた部分を取り
出して示す図、第３図は同じく酸素検知素子を示す図、
第４図は金属端子を説明する図であり、（Ａ）は側面
図、（Ｂ）は（Ａ）図のｂ−ｂ線断面図、（Ｃ）は展開
図、第５図乃至第７図はそれぞれこの発明の他の実施例
を説明する図である。 11……酸素検知素子、12……内部電極層、13……外部電
極部、14……導出電極層、15……接続電極層、17……金
属端子、18……ハウジング、26……カバー、271、272、
……穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂輪 年洋 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−3251（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−127167（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基端部が開放され、先端部が閉塞されるよ
   うに構成された酸素検知素子と、 この酸素検知素子の内周面および外周面にそれぞれ形成
   された内部電極層および外部電極層と、 前記酸素検知素子の基端部の開口部近傍の外周面に設け
   られた導出電極層と、 前記導出電極層よりも幅の狭いリード形状をなし、前記
   酸素検知素子の開口端面の一部のみに設けることによ
   り、前記内部電極層と前記導出電極層とを電気的に導通
   させる接続電極層と、 前記酸素検知素子の基端部の外周面に嵌め込み設定さ
   れ、前記導出電極層の面に圧接する方向に弾性力が作用
   させられるように構成した、前記酸素検知素子の軸方向
   に幅を有する平板金属板を折り曲げて突き合わされる部
   分に切り欠きが形成された環状の金属端子と、 前記内部電極層の出力用リード線が接続可能に、前記金
   属端子に設けられた導出端子とからなることを特徴とす
   る酸素濃度検出装置。
2. 【請求項２】前記金属端子の上端部と前記酸素検知素子
   の開口端面との間には、クリアランスが設けられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度
   検出装置。
3. 【請求項３】前記金属端子の前記切り欠きと前記接続電
   極層とが前記酸素検知素子の軸方向に直線状に配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第２
   項の少なくとも１記載の酸素濃度検出装置。