JP3322151B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気体の酸素濃度
を検出するための酸素センサに係り、詳しくはセンサ素
子に設けられた素子側端子と外部リード線に接続される
出力用端子とを所定の接触圧で圧接して両者を電気的に
接続するようにした酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関の空燃比制御において
は、酸素センサを用いたフィードバック制御が行われて
いる。一般に、この種の酸素センサは、一対の電極を備
えた素子本体と発熱部を備えた素子活性化用のヒータと
が一体形成されたセンサ素子を有し、このセンサ素子が
ケース内に保持された構造を有している。素子本体の各
電極には外部リード線が接続されており、電極からの検
出信号が同リード線を介して制御装置の入力回路に入力
されるようになっている。同様に、ヒータの発熱部にも
外部リード線が接続されており、制御装置の駆動回路か
ら同リード線を介して発熱部に所定の電流が流されるよ
うになっている。

【０００３】ここで、従来の酸素センサにあっては、電
気的導通を確実に確保するため、例えば半田付けによっ
て電極や発熱部と外部リード線とを接続するようにして
いた。しかしながら、センサ素子はケース内に保持され
ているため、外部リード線を電極等に半田付けする作業
は極めて煩雑なものとなっていた。

【０００４】そこで、電極等と外部リード線とを所定の
接触圧で圧接することにより両者の電気的導通を確保す
るようにした酸素センサが従来より提案されている。こ
の種の酸素センサの一構成例を図６に示す。この酸素セ
ンサ１００では、同図に示すようにケース１０１が上側
ケース１０１ａと下側ケース１０１ｂとに分割されてい
る。また、酸素センサ１００のセンサ素子１０２は、一
対の電極（図示略）を備えた板状の素子本体１０３と、
発熱部（図示略）を備えた板状のヒータ１０４とが一体
形成されて構成されている。そして、このセンサ素子１
０２は、その下端部分が支持部材１０５を介して下側ケ
ース１０１ｂの内部に固定されている。

【０００５】また、図７に示すように、素子本体１０３
の側面（図６においてセンサ素子１０２の左側面）に
は、電極に接続された電極用端子１０６が設けられてい
る。また、ヒータ１０４の側面（図６においてセンサ素
子１０２の右側面）には、発熱部に接続されたヒータ用
端子（図示略）が電極用端子１０６と同様に設けられて
いる。

【０００６】一方、上側ケース１０１ａの内部には、電
極用端子１０６に接続される一対の電極用リード線１０
７と、ヒータ用端子に接続される一対のヒータ用リード
線１０８とがそれぞれ設けられており、各リード線１０
７，１０８の一部はシール部材１０９によって上側ケー
ス１０１ａの上端部に固定されている。

【０００７】また、各リード線１０７，１０８の下端部
にはリード線端子１１０，１１１がそれぞれ取り付けら
れており、これら各端子１１０，１１１は下側ケース１
０１ｂ内に設けられた接続部材１１２によって保持され
ている。この接続部材１１２は絶縁性の樹脂材料によっ
て形成されており、その上端部が前記シール部材１０９
に固定されている。

【０００８】この接続部材１１２の下端部分には挿入孔
１１３が形成されており、センサ素子１０２の上端部分
はこの挿入孔１１３内に挿入されている。各リード線端
子１１０，１１１はこの挿入孔１１３の内部でその一部
分が露出されており、この露出部分と電極用端子１０６
及びヒータ用端子とが所定の接触圧で圧接されることに
より、各リード線１０７，１０８と電極用端子１０６等
との電気的な導通が確保されている。

【０００９】こうした酸素センサ１００にあっては、セ
ンサ素子１０２が固定された下側ケース１０１ｂの上端
部分に上側ケース１０１ａを嵌合させる際に、同センサ
素子１０２の上端部分を接続部材１１２の挿入孔１１３
に挿入し、各リード線端子１１０，１１１と電極用端子
１０６及びヒータ用端子とを圧接して両者を電気的に接
続する。その後、両ケース１０１の重合部分１１４をか
しめることにより両ケース１０１ａ，１０１ｂを互いに
固定する。

【００１０】このように、上記酸素センサ１００では、
各リード線端子１１０，１１１と電極用端子１０６及び
ヒータ用端子とを圧接して接続するようにしたため、半
田付けによる場合と比較して、各リード線１０７，１０
８と電極等との電気的な導通を容易に確保することがで
きる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸素センサ１００においては、センサ素子１０２が下側
ケース１０１ｂ内の所定位置に固定されず、図８に示す
ように位置ズレのある状態で同本体が固定される場合が
ある。このような場合には、過剰な接触圧によりセンサ
素子１０２に曲げモーメントが作用してその破損を招い
たり、逆に各リード線端子１１０，１１１と電極用端子
１０６及びヒータ用端子とが非接触状態になって電気的
な導通が確保されない状況が発生したりするおそれがあ
った。

【００１２】このような問題を回避するために、接続部
材１１２と下側ケース１０１ｂとの間に若干の隙間を形
成するとともに、シール部材１０９をゴム材料によって
形成し、前述したようなセンサ素子１０２の位置ズレが
生じた場合に、接続部材１１２の位置がシール部材１０
９の弾性変形によってセンサ素子１０２の位置に合わせ
て変化するようにした構成を採用することが考えられ
る。この構成によれば、各リード線１０７，１０８と電
極等との電気的な導通を確保することが可能である。

【００１３】しかしながら、このような構成にあって
は、例えば、酸素センサ１００に衝撃が加わった場合
に、接続部材１１２の慣性力がセンサ素子１０２の上端
部に直接作用してしまい、同素子１０２の破損を招くお
それがある。

【００１４】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、センサ素子に設けられた素子側端
子と接続部材に設けられたリード線出力用の出力用端子
とを圧接して両端子を電気的に接続するようにした酸素
センサにおいて、両端子間における接触圧の増大や接続
部材の慣性力に起因したセンサ素子の破損を防止しつ
つ、両端子間の確実な導通を確保することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、互いに嵌合された筒状の第
１ケース及び第２ケースと、第１ケース内に保持され、
その一端部分の外周面に電気的接続用の素子側端子が設
けられた棒状のセンサ素子と、第２ケース内に保持さ
れ、センサ素子の一端部分が挿入される凹部を有すると
ともに当該凹部の内周面に前記素子側端子に圧接されて
電気的に接続される外部リード線出力用の出力用端子が
設けられた接続部材とを備えた酸素センサにおいて、接
続部材は第２ケースに揺動可能に支持されることにより
センサ素子の軸線に対して傾斜可能であることをその趣
旨とする。

【００１６】尚、上記素子側端子は、センサ素子の酸素
濃度検出用電極や、同素子に設けられたヒータの発熱部
等に電気的に接続される端子である。上記構成では、第
１ケースと第２ケースとが嵌合される際に、接続部材の
凹部にセンサ素子の一端部分が挿入される。そして、凹
部に設けられた出力用端子はセンサ素子の素子側端子に
対して圧接される。その結果、素子側端子と出力用端子
とが電気的に接続され両者の導通が確保される。

【００１７】ここで、上記構成によれば、仮にセンサ素
子が第１ケース内の所定位置に保持されていない場合で
も、接続部材が同センサ素子の軸線に対して傾斜するこ
とから、両端子間における接触圧を大きく増減させてし
まうことがない。更に、接続部材は第２ケースに支持さ
れているため、酸素センサに衝撃が加わり接続部材に慣
性力が作用した場合でも、その慣性力が直接にセンサ素
子に作用することが抑制される。

【００１８】上記目的を達成するために、請求項２記載
の発明は、請求項１に記載した酸素センサにおいて、接
続部材は支持軸によって第２ケースに揺動可能に支持さ
れ、当該支持軸の軸線は接続部材の重心を通ることをそ
の趣旨とする。

【００１９】上記構成によれば、請求項１に記載した発
明の作用に加えて接続部材はその重心を通る支持軸によ
り支持されているため、例えば、衝撃等が酸素センサに
加わり接続部材に慣性力が作用した場合でも、その慣性
力によって同部材が支持軸回りに揺動してしまうことが
なく、その揺動に起因した外力がセンサ素子に作用する
ことがない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエンジンの空燃比
フィードバック制御に用いられる酸素センサに適用した
実施形態について説明する。

【００２１】図１は酸素センサ１１を示す断面図であ
り、図２及び図３は後述する下側ケース１２に上側ケー
ス１３を嵌合させる前の状態を示す同酸素センサ１１の
断面図である。

【００２２】図１に示すように、酸素センサ１１は、略
有底円筒状の下側ケース１２、同ケース１２の上部に位
置する略円筒状の上側ケース１３、及び下側ケース１２
の内部に設けられたセンサ素子１４を備えている。

【００２３】両ケース１２，１３は、下側ケース１２の
上端部に上側ケース１３の上端部を外嵌した後、その重
合部分の一部をかしめることにより互いに固定されてい
る。下側ケース１２には取付部材１５が外嵌されてお
り、同取付部材１５がエンジンの排気管（いずれも図示
略）に固定されることにより、酸素センサ１１は、その
先端部分（図１の下側部分）が同排気管の内部に突出す
るようにして取り付けられる。

【００２４】下側ケース１２の先端部分によって、セン
サ素子１４を保護するとともに保温性を向上させるため
の外カバー１６が形成されている。この外カバー１６の
内部には有底円筒状をなし外カバー１６と同様の機能を
有する内カバー１７が設けられ、同カバー１７の底部は
外カバー１６の底部に固定されている。センサ素子１４
は、その先端部分が内カバー１７の内部に突出するよう
にして支持部材１８により下側ケース１２に固定されて
いる。

【００２５】また、各カバー１６，１７には導入孔１
９，２０が複数形成されており、排気管内を流通する排
気は各導入孔１９，２０を通じて内カバー１７の内部に
導入され、センサ素子１２の先端部分に接触するように
なっている。

【００２６】センサ素子１４は、ジルコニア等の固体電
解質材料によって板状に形成された素子本体２２とアル
ミナ等の絶縁セラミック材料により板状に形成されたヒ
ータ２３とが積層されて構成されている。

【００２７】素子本体２２の先端部分には、その両側面
に白金からなる一対の電極（図示略）が設けられてお
り、図２に示すように、各電極はリード部２４を介して
同素子本体２２の基端部分における一側面（図１の左側
面）に設けられた一対の電極用端子２５に電気的に接続
されている。

【００２８】一方、ヒータ２３の先端部分の内部には素
子本体２２を加熱するための発熱部（図示略）が内蔵さ
れている。また、ヒータ２３の基端部分における一側面
（図１の右側面）には電極用端子２５と同様の形状を有
した一対のヒータ用端子（図示略）が設けられており、
発熱部はリード部（図示略）を介してこのヒータ用端子
に接続されている。

【００２９】図２，３に示すように、上側ケース１３の
内部には耐熱性及び絶縁性に優れた樹脂材料からなる接
続部材２６が設けられている。図２に示すように、接続
部材２６にはその両側に延びる一対の支持軸２７が設け
られており、各支持軸２７は上側ケース１３の側部に回
転可能に支持されている。その結果、接続部材２６は上
側ケース１３に対して支持軸２７回りに揺動することが
可能になっている。

【００３０】また、各支持軸２７は、酸素センサ１１に
衝撃が加わった場合に作用する慣性力によって接続部材
２６が揺動してしまわないように、その軸線が同接続部
材２６の重心を通る位置に設けられている。

【００３１】接続部材２６の下端部分は凹部２８が形成
されており、センサ素子１４の上端部分は同凹部２８内
に挿入されている。また、図２に示すように、接続部材
２６の左側面には、同部材２６の長手方向（酸素センサ
１１の軸方向）に平行に延びる一対の電極用リード線端
子３０が設けられている。

【００３２】図３に示すように、この電極用リード線端
子３０の下端部分は凹部２８の内部にて板バネ状に折り
曲げられることにより圧接部３０ａとなっている。この
圧接部３０ａは、弾性変形した状態で電極用端子２５に
対し所定の接触圧をもって圧接されている。

【００３３】一方、図３に示すように、接続部材２６の
右側面には、電極用リード線端子３０と同様の形状を有
した一対のヒータ用リード線端子３１が設けられてい
る。このヒータ用リード線端子３１の下端部分は凹部２
８の内部にて板バネ状に折り曲げられることにより圧接
部３１ａとなっている。そして、この圧接部３１ａも同
様に、弾性変形することによりヒータ用端子に対し所定
の接触圧をもって圧接されている。

【００３４】尚、図３に示すように、各ケース１２，１
３が組み付けられる前の状態において、各圧接部３０
ａ，３１ａ間の間隔Ｇ１は、各圧接部３０ａ，３１ａと
電極用端子２５及びヒータ用端子との間における所定の
接触圧を確保するため、センサ素子１４の幅Ｂ１よりも
若干短く設定されてる。

【００３５】下側ケース１２の上端部分には前記支持軸
２７との干渉を避けるための一対の切欠き３２（図３で
その一方のみを示す）が設けられており、各支持軸２７
はこの切欠き３２内に位置している。

【００３６】図１に示すように、前述した各リード線端
子３０，３１は、接続部材２６の上端部において外部リ
ード線３３，３４にそれぞれ電気的に接続されている。
この外部リード線３３，３４は、上側ケース１３の上端
部分においてゴム材料からなるシール部材３５により固
定されるとともに、同ケース１３の外側にまで延びて制
御装置の入力回路又は駆動回路（いずれも図示略）に接
続されている。その結果、素子本体２２の電極はリード
部２４、電極用端子２５、電極用リード線端子３０、及
び外部リード線３３を介して入力回路に接続され、ま
た、ヒータ２３の発熱部はリード部、ヒータ用端子、ヒ
ータ用リード線端子３１、及び外部リード線３４を介し
て駆動回路に接続されている。

【００３７】こうした酸素センサ１１にあっては、ヒー
タ２３の発熱部が駆動回路を介して制御装置により通電
制御されることにより、素子本体２２が所定の活性化温
度にまで加熱される。その結果、素子本体２２に接触し
た排気の酸素濃度に応じた信号が電極から入力回路に安
定して出力されるようになる。そして、制御装置は入力
された検出信号に基づいてエンジンの空燃比フィードバ
ック制御を実行する。

【００３８】次に、本実施形態に係る酸素センサ１１の
作用及び効果について説明する。本実施形態では、前述
したように、接続部材２６を支持軸２７によって上側ケ
ース１３に対し揺動可能に設けるようにしている。この
ため、図４に示すように、センサ素子１４が所定位置
（同図において２点鎖線で示す位置）に配置されず、位
置ズレのある状態で下側ケース１２に固定されている場
合には、接続部材２６が支持軸２７回りに揺動し、セン
サ素子１４の軸線に対し所定角度だけ傾斜した状態で各
圧接部３０ａ，３１ａが電極用端子２５及びヒータ用端
子のそれぞれに対して圧接される。このため、接続部材
２６が所定位置に配置された場合と比較して上記接触圧
を大きく増減させてしまうことがない。

【００３９】その結果、本実施形態によれば、上記接触
圧が増大し、センサ素子１４に過大な曲げモーメントが
作用して同素子１４が破損してしまうことを防止するこ
とができるとともに、各リード線端子３０，３１（圧接
部３０ａ，３１ａ）と電極用端子２５及びヒータ用端子
とが非接触状態になることを回避して、両端子間の確実
な電気的導通を確保することができる。

【００４０】また、本実施形態によれば、上側ケース１
３を下側ケース１２に外嵌させる際に、センサ素子１４
の上端部を接続部材２６の凹部２８内に挿入するだけ
で、各圧接部３０ａ，３１ａと電極用端子２５及びヒー
タ用端子との間における所定の接触圧を確保することが
でき、その接触圧の管理が不要になるため、この意味で
酸素センサ１１の生産性を向上させることができる。

【００４１】ところで、本実施形態とは異なり、支持軸
２７により接続部材２６を上側ケース１３に対して支持
しない構成にあっては、酸素センサ１１が振動したり、
同センサに衝撃が加わった場合に、接続部材２６の慣性
力によってセンサ素子１４に過大な曲げモーメントが作
用し、同素子の破損を招くおそれがある。また、接続部
材２６を支持軸２７によって上側ケース１３に支持する
構成であっても、その支持軸２７の軸線位置が例えば接
続部材２６の重心を通らない場合には、酸素センサ１１
に衝撃等が加わった際に接続部材２６が支持軸２７回り
に揺動し、上記と同様、センサ素子１４に曲げモーメン
トが作用することが懸念される。

【００４２】この点、本実施形態によれば、接続部材２
６を支持軸２７により上側ケース１３に支持し、更にそ
の支持軸２７の軸線が同接続部材２６の重心を通るよう
にしている。従って、酸素センサ１１に衝撃が加わった
場合でも、センサ素子１４に接続部材２６の慣性力に起
因した曲げモーメントが作用することがないため、上記
のようなセンサ素子１４の破損を防止することができ
る。

【００４３】本実施形態は以下のように構成を変更して
実施することができる。このような構成によっても本実
施形態と同等の作用効果を奏することができる。 ・上記実施形態では、各リード線端子３０，３１の凹部
２８内にある部分を板バネ形状に形成して圧接部３０
ａ，３１ａとしたが、例えば、電極用端子２５やヒータ
用端子に圧接部を同様に形成し、各端子をこの部分にお
いて各リード線端子３０，３１と圧接させるようにして
もよい。また、これら圧接部は必ずしも板バネ形状を有
するように形成される必要はなく、例えば、コイルスプ
リング状に形成するようにしてもよい。

【００４４】・上記実施形態では、各リード線端子３
０，３１に板バネ形状を有した圧接部３０ａ，３１ａを
形成するようにしたが、例えば、図５に示すような構成
を採用することもできる。即ち、接続部材２６において
凹部２８内の対向する部分に断面半円形状の凸部４０，
４１を形成するとともに、電極用リード線端子３０及び
ヒータ用リード線端子３１の下端部分を折り曲げて各凸
部４０，４１上に配置する。このような構成によって
も、図５に示すように、接続部材２６が傾斜することに
より、各リード線端子３０，３１と電極用端子２５及び
ヒータ用端子とを略所定の接触圧をもって圧接させるこ
とができる。

【００４５】・上記実施形態では、本発明に係る酸素セ
ンサ１１をエンジンの空燃比制御に適用される酸素セン
サとして具体化したが、例えば、一般の燃焼機器に適用
される酸素センサとして適用することもできる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、出力用端子が
設けられた接続部材を第２ケースに揺動可能に支持し、
素子側端子が設けられたセンサ素子の軸線に対して傾斜
可能としている。

【００４７】従って、仮にセンサ素子が第１ケース内の
所定位置に保持されていない場合でも、接続部材が同セ
ンサ素子の軸線に対して傾斜するため、素子側端子と出
力用端子との間における接触圧を大きく増減させてしま
うことがない。更に、接続部材は第２ケースに支持され
ているため、酸素センサに衝撃が加わって接続部材に慣
性力が作用した場合でも、その慣性力が直接にセンサ素
子に作用することが抑制される。

【００４８】その結果、本発明によれば、両端子間にお
ける接触圧の増大や接続部材の慣性力が作用することに
よるセンサ素子の破損を防止することができるととも
に、両端子間の確実な導通を確保することができる。

【００４９】請求項２記載の発明では、接続部材を第２
ケースに支持する支持軸の軸線が接続部材の重心を通る
ようにしている。従って、振動等により接続部材に慣性
力が作用した場合でも、その慣性力によって同部材が支
持軸回りに揺動してしまうことがなく、その揺動に起因
した外力がセンサ素子に作用することがない。その結
果、本発明によれば、請求項１に記載した発明の効果に
加えて、上記のような外力が作用することによるセンサ
素子の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の酸素センサを示す断面図。

【図２】同酸素センサを示す部分断面図。

【図３】同酸素センサを示す部分断面図。

【図４】同酸素センサの接続部材が傾斜した状態を示す
部分断面図。

【図５】同接続部材の構成変更例を示す部分断面図。

【図６】従来の酸素センサを示す断面図。

【図７】同酸素センサのセンサ素子を示す側面図。

【図８】同酸素センサの主要部を示す断面図。

【符号の説明】

１１…酸素センサ、１２…下側ケース、１３…上側ケー
ス、１４…センサ素子、２５…電極用端子、２６…接続
部材、２７…支持軸、２８…凹部、３０…電極用リード
線端子、３１…ヒータ用リード線端子、３０ａ，３１ａ
…圧接部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに嵌合された筒状の第１ケース及び
   第２ケースと、 前記第１ケース内に保持され、その一端部分の外周面に
   電気的接続用の素子側端子が設けられた棒状のセンサ素
   子と、前記第２ケース内に保持され、前記センサ素子の
   一端部分が挿入される凹部を有するとともに当該凹部の
   内周面に前記素子側端子に圧接されて電気的に接続され
   る外部リード線出力用の出力用端子が設けられた接続部
   材とを備えた酸素センサにおいて、 前記接続部材は前記第２ケースに揺動可能に支持される
   ことにより前記センサ本体の軸線に対して傾斜可能であ
   ることを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】 前記接続部材は支持軸によって前記第２
   ケースに揺動可能に支持され、且つ、当該支持軸の軸線
   は前記接続部材の重心を通ることを特徴とする請求項１
   記載の酸素センサ。