JP3395343B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，酸素センサに関するも
のであり，例えば，自動車等の内燃機関の空燃比を検知
するための酸素センサに関する。

【０００２】

【従来技術】車両の内燃機関の空燃比が適当でないと，
エネルギー（燃料）の損失となると共に，大気汚染の原
因となる。そのため，酸素センサを用いて空燃比の検知
が行われる。上記酸素センサは，酸素イオン伝導体であ
る固体電解質の両面に電極を設けて電気化学的セルを構
成したものである。そして電極の一方には排気ガスを導
入し，他方には大気を導入し，両者の酸素濃度差によっ
て生ずる電極間の電位差等から内燃機関の空燃比を検知
する。

【０００３】なお，上記固体電解質において酸素イオン
伝導を発生させるためには，高温度が必要であり，ヒー
ターを用いてセルを加熱する。上記酸素センサ９０は，
例えば図７に示すように，電気化学的セルを形成する長
形の酸素検知素子９１と，酸素検知素子９１を収容する
ハウジング９２とを有している。

【０００４】ハウジング９２は略中央部にフランジ９３
１を設けた胴部９３を有し，該胴部９３の下方には排気
通路に挿入される素子カバー９４を有し，胴部９３の上
方には大気と接する保護カバー９５を有している。そし
て，酸素検知素子９１は，絶縁部材９３２を介して，上
記胴部９３に挟持されている。

【０００５】また，酸素検知素子９１の図示しない電気
端子部（出力端子及びヒータ端子）は，リード線９７と
接続されている。酸素検知素子９１には，円筒形のもの
や板状体を積層した角形のものがある。そして，酸素検
知素子９１の電気端子部とリード線９７との接続方法
は，ろう付けする方法や，セラミック製の酸素検知素子
９１に金属線等を埋め込み同時焼成する方法などがあ
る。

【０００６】また，接触板をリード線９７に取付け，該
接触板を酸素検知素子の電気端子部に押圧し，電気的導
通を確保する方法（接触法）がある。接触法は，ろう付
け法などに比べて組付けが容易であるという利点がある
が，接続部が固着されないから接触部の信頼性の確保が
重要課題である。そして，押圧による接触を確実にする
ため接触板をバネ作用を有する雌形コネクタとする方法
が提案されている（実公平５−４３４１１号公報参
照）。

【０００７】また，図８，図９に示すように，リード線
９７に取付けた接触板９７１を絶縁部材９７３を介して
板バネ９７４によって電気端子部９１１に押圧する方法
がある。この方法は，カバー９５０と酸素検知素子９１
との間に，板バネ９７４，絶縁部９７３及び接触板９７
１を順次配置し，カバー９５０を同図の破線位置から実
線位置まで絞り込む。そして，板バネ９７４の弾性反撥
力によって接触板９７１を酸素検知素子９１の電気端子
部９１１に押圧する。

【０００８】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来の接触法
によるリード線（外部との接続部材）と酸素検知素子の
電気端子部との接続方法には次のような問題点がある。
接触板自体にバネ作用を持たせ，雌形コネクタとした第
１の方法（実公平５−４３４１１号公報）は，バネ作用
による電気端子部との接触圧力を，長期に渡って安定し
て充分大きな値に維持することが極めて困難である。即
ち，接触の信頼性が低い。

【０００９】なぜならば，接触板がクリープ作用により
変形し時間と共に接触圧力が低下するからである。ま
た，ハウジングは長形（縦長）であるから半径（横）方
向に対してスペース上の余裕がなく，接触板の形状，寸
法は半径方向に対してスペース上の制約がある。従って
半径方向のバネストロークに制約があり接触板自体のバ
ネ力によって大きな接触圧力を得ることは困難である。

【００１０】また，接触板は，電気的な良導体であると
共に接触抵抗が長期間変化しないなどの条件が必要であ
り，高弾性部材であることの他にこれらの条件をすべて
満足することはかなり困難である。一方，図８，図９に
示す第２の方法は，組付時等において酸素検知素子９１
に横荷重（軸心に垂直方向の荷重）がかかり，酸素検知
素子９１が折損し易いという別の問題点がある。

【００１１】即ち，カバー９５０をかしめて絞りこむ場
合に，軸心に対して対称に均等な荷重をかけることは極
めて困難である（軸心ずれ）。このためセラミックなど
脆い部材で形成される酸素検知素子が折損し易いという
問題がある。また，左右に配置される板バネ９７４のア
ンバランス（配置及びバネ力の不均衡）によっても酸素
検知素子９１に横荷重がかかり易い。

【００１２】また，ハウジング内の半径方向へのスペー
スには余裕がないから，板バネ９７４は窮屈なスペース
上の制約があり，クリープによって接触圧力の変化を生
じ易い。本発明は，かかる従来の問題点に鑑みて，酸素
検知素子の電気端子部と外部接続部材との電気的接続
を，組付の容易な接触法によって行なうと共に，高い接
触信頼性を有する酸素検知素子を提供しようとするもの
である。

【００１３】

【課題の解決手段】本発明は，酸素濃度に対応した出力
を得る長形の酸素検知素子と，該酸素検知素子を先端側
に収容する筒状のハウジングと，該ハウジング内におい
て上記酸素検知素子の電気端子部に接触しハウジングの
基端部から電気信号を入出力する外部接続部材とを有す
る酸素センサであって，上記酸素検知素子は，先端側に
形成された検知部と，基端部側に形成されたテーパ面に
配置された電気端子部とを有しており，該テーパ面は，
基端部に向かって軸心又は軸心面との距離を漸減させる
と共に上記電気端子部は，該テーパ面上に軸心又は軸心
面に対して対称形に配置されており，一方，上記外部接
続部材は，上記電気端子部に対向して同様に対称形に配
置された接触子と，該接触子を先端側に向かって押圧す
る押圧部材とを有することを特徴とする酸素センサにあ
る。

【００１４】本発明において最も注目すべきことは，酸
素検知素子の電気端子部がテーパ面上に配置されてお
り，電気端子部に接触する接触子は押圧部材によって先
端側に向かって押圧されていることである。そして，電
気端子部は軸心又は軸心面（軸心を含む平面）に対して
対称形に配置されている。

【００１５】即ち，電気端子部は，軸心に対して回転対
称又は軸心面に対して面対称に配置されており，基端部
側に向かって軸心に漸近するテーパ（傾斜）を有してい
る。上記押圧部材には，コイルバネ，板バネ等の金属部
材の他，弾性を有するゴム部材等がある。

【００１６】なお，上記接触子は，導電性の部材によっ
て構成し後述する作用効果を得ることができるが，更に
軸方向に向けて延設した導電性の高弾性部材によって形
成し，ハウジング内には接触子の先端側がハウジングの
内壁方向に向かって湾曲することのできるクリアランス
を設けることが好ましい。このように構成することによ
り，押圧部材に押圧された接触子は，電気端子部のテー
パ部に当接して湾曲し，接触子の弾性変形による適度な
弾性反撥力により電気端子部と接触し，また過大な接触
圧力を生じないからである。

【００１７】そして，接触子がクリープにより変形を生
じた場合には，押圧部材によって更に先端側に押圧され
て湾曲するため，電気端子部との接触圧をほぼ一定に保
持することができる。即ち，長期に渡って，電気端子部
との接触圧力を適度の接触圧により安定的に保持するこ
とができ，接触の信頼性を高くすることができる。

【００１８】また，接触子の電気端子部との接触面に
は，電気端子部に当接する凸部を形成することが好まし
い。凸部を設けることにより，接触圧力は凸部に集中
し，凸部の接触面積を適切な値にすることにより，適当
な接触圧力と接触抵抗にすることができるからである。

【００１９】

【作用及び効果】本発明の酸素センサにおいては，テー
パを有する電気端子部に対して軸心と平行方向に接触子
を押圧する。その結果，電気端子部と接触子とは電気的
に導通する。そして，接触子と電気端子部とは軸心（又
は軸心面）に対して対称に配置されているから，酸素検
知素子に対する横荷重（軸心に垂直方向の荷重）はバラ
ンスし，酸素検知素子に対しては縦荷重（軸心に平行に
先端方向に向かう荷重）のみが加えられる。

【００２０】一方，酸素検知素子は，長形（縦方向に長
い形）であるから，縦荷重に対しては強度が大きく酸素
検知素子に対して破損などの不具合を生じない。また，
酸素センサのハウジングは筒形で軸方向に長いから，縦
荷重を発生させるための押圧部材の形状寸法に対する自
由度は大きく，長期に渡って安定した縦荷重を容易に得
ることができる。例えば，コイルスプリングなどの弾性
部材を用いて，縦荷重を得ようとする場合，コイルスプ
リングを縦長とすることにより，容易に大きな縦荷重を
得ることができる。

【００２１】また，電気端子部は軸心に対して傾斜して
いるから，先端方向に押圧された接触子は，電気端子部
の傾斜部において確実に電気端子部と接触する。そし
て，電気端子部又は接触子が経年的に変形を生じても，
押圧部材に押圧され電気端子部の傾斜部上に新たな接触
部が確実に形成される。上記のように，電気端子部と接
触子とは長期間安定的に接触を保持し，接触の信頼性が
高い。

【００２２】また，電気端子部と接触子との接続は，ろ
う付けなど工数のかかる工程が不要であり，組付工数は
少なくて済む。上記のように，本発明によれば，酸素検
知素子の電気端子部と外部接続部材との電気的接続を組
付の容易な接触法によって行なうと共に，高い接触信頼
性を有する酸素検知素子を提供することができる。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例にかかる酸素センサについて
図１〜図６を用いて説明する。本例は，図１，図２に示
すように，酸素濃度に対応した出力を得る長形の酸素検
知素子１０と，酸素検知素子１０を先端側に収容する筒
状のハウジング３０と，ハウジング３０内において酸素
検知素子１０の電気端子部１３に接触し，ハウジング３
０の基端部３１から電気信号を入出力する外部接続部材
２０とを有する酸素センサ１である。

【００２４】酸素検知素子１０は，図３に示すように先
端側に形成された検知部１１と，基端部側に形成された
テーパ面１２に配置された電気端子部１３とを有する。
テーパ面１２は，基端部に向かって軸心面Ｓ（軸心を通
る平面）（図４）との距離を漸減させると共に軸心面Ｓ
に対して対称形に形成されており，電気端子部１３は，
図４に示すように，テーパ面１２上に軸心面Ｓに対して
対称形に配置されている。

【００２５】一方，外部接続部材２０は，図５に示すよ
うに，電気端子部１３に対向して同様に対称形に配置さ
れた接触子２１と，接触子２１を先端側に向かって押圧
する押圧部材２２とを有する。接触子２１は，およそ軸
心Ｃ方向に向けて延設された高弾性部材によって形成さ
れており，図１に示すように，ハウジング３０内には接
触子２１の先端側がハウジング３０の内壁方向に向かっ
て湾曲することのできるクリアランス３０１が設けられ
ている。また，図５，図６に示すように，接触子２１の
電気端子部１３との接触面には電気端子部１３に当接す
る凸部２１２が形成されている。

【００２６】以下，それぞれについて詳説する。本例
は，自動車エンジンの空燃比を検知する酸素センサ１で
ある。ハウジング３０は，図２に示すように，酸素セン
サ１をエンジンの排気通路に装着する胴部３２と，排気
通路に挿入される素子カバー３３１，３３２と，保護カ
バー３４１〜３４３とを有している。

【００２７】素子カバー３３１，３３２は，内部カバー
３３１と外部カバー３３２とを有し，両カバー３３１，
３３２には，排気を導入する排気口３３３，３３４を設
けてある。また，基端部側に位置する第３保護カバー３
４３には，酸素検知素子１０に大気を導入する大気取入
口３４４を設けてある。

【００２８】酸素検知素子１０は，絶縁部材３５１，３
５２を介して胴部３２に保持されており，絶縁部材３５
１，３５２の間には素子を固定し排気ガスをシールする
ための粉末シール材３５３を配置してある。図２におい
て，符号３６１はワッシャ，符号３６２はガスケット，
符号３６３は金属性リング，符号３６４は除塵用のフィ
ルタである。

【００２９】酸素検知素子１０は，図示しない板状の固
体電解素子，大気導入部材，絶縁シート等を積層し一体
化した長形で角形の部材である。そして，電熱ヒータ用
の導電部材と１対の電極とを有しており，これらは電気
端子部１３に電気的に接続されている。

【００３０】外部接続部材２０は，図１に示すように，
接触子２１とリード線２３とを有する一体ものからな
り，かしめ部２１３により固定されている。接触子２１
は，図５，図６に示すように，凸部２１２を形成した電
気端子部１３との接触部と，リード線２３に圧着して接
続するかしめ部２１３とを有する。かしめ部２１３は，
リード線２３の裸電線に巻き付けて圧着する。

【００３１】押圧部材２２は，図５に示すように，接触
子２１を係止する係止部２２１と，該係止部２２１を先
端側に押圧するコイルスプリング２２２とを有する。ま
た，接触子２１の先端には鉤形の屈曲部２１４が形成さ
れており，屈曲部２１４の先端部を係止部２２１の溝に
嵌め込むことにより，係止部２２１に係止される。

【００３２】次に本例の作用効果について述べる。本例
の酸素センサ１においては，図５に示すように，押圧部
材２２がテーパ面１２上に配置された電気端子部１３に
対して接触子２１を軸心Ｃと平行方向に押圧する。そし
て，接触子２１は，軸心Ｃに対して対称に配置されてい
るから，酸素検知素子１０に対する横荷重は均衡し，縦
荷重のみが酸素検知素子１０に加わる。

【００３３】そして，酸素検知素子１０は縦方向に長形
であり縦荷重に対しては極めて大きな耐性を有してい
る。従って接触子２１を電気端子部１３に強く押圧し確
実に接触させることができる。そして，接触子２１の押
圧力は，接触子２１とは別の部材である押圧部材２２に
よって発生させるから，大きな押圧力を得ることができ
る。なぜならば，ハウジング３０は縦長であり，コイル
スプリング２２２を配設するスペースには自由度がある
からである。

【００３４】また，電気端子部１３は軸心に傾斜して配
置されているから，先端方向に押圧された接触子２１
は，確実に電気端子部１３と接触する。また，接触子２
１には凸部２１２を設けてあるから，押圧力は凸部２１
２に集中し，電気端子部１３との接触圧力が大きく電気
的な導通は確実である。

【００３５】一方，接触子２１は高弾性部材であり，ハ
ウジング３０の内壁側に屈曲することができるから，過
大な接触圧力となることがない。また，接触子２１がク
リープにより変形を生じた場合には，押圧部材２２に押
圧されて更に内壁側に湾曲するから，電気端子部１３と
の接触圧はほぼ一定に保持することができる。

【００３６】上記のように，電気端子部１３と接触子２
１とは長期間安定して接触し，接触の信頼性が高い。そ
して，電気端子部１３と接触子２１との電気的接続は，
ろう付けなど工数のかかる工程が不要である。

【００３７】上記のように，本例によれば，酸素検知素
子１０の電気端子部１３と外部接続部材２０との電気的
接続を組付の容易な接触法によって行なうと共に，高い
接触信頼性を有する酸素検知素子１を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の酸素センサの要部断面図。

【図２】実施例の酸素センサの断面図。

【図３】実施例の酸素検知素子の斜視図。

【図４】図２の平面図。

【図５】実施例における接触子の正面図。

【図６】図４の接触子のＡ矢視側面図。

【図７】従来の酸素センサの断面図。

【図８】他の従来の酸素センサの要部断面図。

【図９】図８のＢ矢視断面図。

【符号の説明】

１．．．酸素センサ， １０．．．酸素検知素子， １２．．．テーパ面， １３．．．電気端子部， ２０．．．外部接続部材， ２１．．．接触子， ２１２．．．凸部， ２２．．．押圧部材， ３０．．．ハウジング，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 実 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 平６−331595（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−156845（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/409 G01N 27/12 G01N 27/419 G01N 27/416

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素濃度に対応した出力を得る長形の酸
   素検知素子と，該酸素検知素子を先端側に収容する筒状
   のハウジングと，該ハウジング内において上記酸素検知
   素子の電気端子部に接触しハウジングの基端部から電気
   信号を入出力する外部接続部材とを有する酸素センサで
   あって，上記酸素検知素子は，先端側に形成された検知
   部と，基端部側に形成されたテーパ面に配置された電気
   端子部とを有しており，該テーパ面は，基端部に向かっ
   て軸心又は軸心面との距離を漸減させると共に上記電気
   端子部は，該テーパ面上に軸心又は軸心面に対して対称
   形に配置されており，一方，上記外部接続部材は，上記
   電気端子部に対向して同様に対称形に配置された接触子
   と，該接触子を先端側に向かって押圧する押圧部材とを
   有することを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記接触子は，軸方
   向に向けて延設された導電性の高弾性部材によって形成
   されており，また上記ハウジング内には，上記接触子の
   先端側がハウジングの内壁方向に向かって湾曲すること
   のできるクリアランスが設けられていることを特徴とす
   る酸素センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において，上記接
   触子の電気端子部との接触面には，電気端子部に当接す
   る凸部が形成されていることを特徴とする酸素センサ。