JP3546539B2 - 酸素濃度検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，自動車エンジンの空燃比制御等に用いられる酸素濃度検出器に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の酸素濃度検出器は，検出素子と，該検出素子を挿入固定するハウジングとよりなり，該検出素子とハウジングとの間には粉体を配設してなると共に，該粉体は上記検出素子を挿入したサポータによって加圧充填されている（図１参照）。
【０００３】
図１６及び図１７に示すごとく，上記サポータ９は，上記検出素子を挿入する挿入穴９０を有し，かつ該サポータ９における上記粉体に接する下面９１及び該下面９１と反対側の上面９３は共に平坦面を有している。
また，他の形状のサポータとして，粉体と接する下面に挿入穴の周囲を平坦面とした凸部を有するものが知られている。上記凸部により，加圧充填した粉体の気密性が向上する。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記サポータ９はセラミック等により構成されているため，成形，焼成時に歪みが発生し，図１８に示す形状へと変形するおそれがある。このようなサポータ９を酸素濃度検出器に組付ける時には，サポータ９の下面９３では外周部，上面９３では挿入穴９０の周囲に力Ｐが作用する。
【０００５】
この結果，サポータ９に強い曲げ応力が作用することとなり，該サポータ９に亀裂，破損が生じるおそれがある。このようなサポータ９を有する酸素濃度検出器では，検出素子の固定不良，検出素子における大気室の気密不足等の問題が生じる。なお，上述の問題点は上記後者の，凸部を有するサポータにおいても，同様に発生する。
【０００６】
本発明は，かかる問題点に鑑み，サポータが破損することなく組付けられ，粉体と検出素子及びハウジングとの間の気密性に優れ，検出素子が強く固定された，酸素濃度検出器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明は，検出素子と，該検出素子を挿入固定するハウジングとよりなり，該検出素子とハウジングとの間には，該検出素子を上記ハウジングに対し固定かつ気密封止する粉体を配設してなると共に，
該粉体の上方には該粉体と接する下面にテーパ部を有するサポータを配設してなり，該粉体は上記サポータによって加圧充填されている酸素濃度検出器において，
上記サポータは，上記検出素子を挿入する挿入穴を有し，かつ該サポータにおける上記粉体に接する下面は，挿入穴の開口端より上方外方に向かうテーパ部を有し，
該テーパ部と挿入穴との境界となる稜線は面取りされ，挿入穴からテーパ部へと向かう傾斜部が形成され，
また上記サポータにおける，上記粉体と接する下面と反対側の上面は，平坦面を有するか，又は外周方向かつ下方に向かう傾斜面を有することを特徴とする酸素濃度検出器にある。
【０００８】
上記サポータにおいて，下面のテーパ部と挿入穴との境界となる稜線は面取りされ，挿入穴からテーパ部へと向かう傾斜部が形成されている。また，上記稜線の部分が滑らかな曲面となっていてもよい（後述の図４，図９，図１０参照）。
また，上記上面は平坦面又は傾斜面のどちらか一方を有することもできるが，挿入穴より直接外周方向に向かう平坦面と，該平坦面の外周に形成された傾斜面とを有することもできる（後述の図３参照）。
【０００９】
また，上記サポータの下面は，外周縁において平坦面を有することもできる（後述の図７参照）。即ち，テーパ部が下面の内周側に設けてあり，該テーパ部の外周，即ち下面の外周縁に上記平坦面を設けることができる。
なお，上記サポータは粉体の上方に単独で配置してあるが，粉体の上方及び粉体中に複数配置してあるサポータについても本発明は適用可能である。
【００１０】
更に，上記サポータと粉体との間には変形容易なシートを介設してもよい。これにより，粉体の封止がより確実に行われる様になり，気密性を向上させることができる。上記シートの材質としては，ファイバー状クロス，軟質メタルシート，バーミキュライト等を用いることができる。
【００１１】
【作用及び効果】
本発明の酸素濃度検出器においては，粉体と当接する下面にテーパ部を有するサポータを用いて，検出素子とハウジングとの間に粉体を加圧充填してある。
このため，粉体からサポータに対して働く力は，酸素濃度検出器の中心軸へ向かう求心力となる。このため，サポータの検出素子に対する径方向への組付けズレを抑制することができる。
【００１２】
また，サポータの組付け時にかかる力は，サポータの上面，下面共に挿入穴の近傍において作用する。このため，サポータに加わる曲げ応力は最小となり，サポータの組付け時の破損が防止できる。
よって，酸素濃度検出器での粉体の加圧充填に際して，より大きな力を加えることができ，検出素子を強く固定することができる。また，粉体と検出素子との間の気密性に優れた酸素濃度検出器を得ることができる。
【００１３】
上記のごとく，本発明によれば，サポータが破損することなく組付けられ，粉体と検出素子及びハウジングとの間の気密性に優れ，検出素子が強く固定された，酸素濃度検出器を提供することができる。
【００１４】
【実施例】
参考例１
参考例にかかる酸素濃度検出器１につき，図１〜図６を用いて説明する。
図１に示すごとく，本例の酸素濃度検出器１は検出素子１２と，該検出素子１２を挿入固定するハウジング１０とよりなり，該検出素子１２とハウジング１０との間には，該検出素子１２を上記ハウジング１０に対し固定かつ気密封止する粉体１３を配設してなると共に，該粉体１３は加圧充填されている。
【００１５】
図２，図３に示すごとく，上記サポータ２は，上記検出素子１２を挿入する円形の挿入穴２０を有し，かつ該サポータ２における上記粉体１３に接する下面は，挿入穴２０の開口端２０１より上方外方に向かうテーパ部２１を有し，また反対側の上面は平坦面２３と外周方向かつ下方に向かう傾斜面２２とを有する。
また，上記傾斜面２２は挿入穴２０より直接外周方向に向かう平坦面２３よりも更に外周方向に向かうように設けてある。
【００１６】
図１において，符号１５は大気側カバー，１６は被測定ガス側カバー，１６０は被測定ガス導入口，１６９は被測定ガス室である。
また，上記検出素子１２は断面円形のコップ型の検出素子であって，略試験管状の固体電解質の外側に外側電極が設けてなり，また，上記固体電解質の内部には大気室と該大気室に面して内側電極が設けてある。そして，上記大気室と被測定ガス室とは，上記粉体によってそれぞれの気密性が保たれている。
なお，図４に示すごとく，開口端２０１を面取りし，曲面２５としたサポータ２もある。
【００１７】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例の酸素濃度検出器１では，下面にテーパ部２１を有するサポータ２を用いて粉体１３が加圧充填されている。
このため，上記粉体１３からサポータ２に対して働く力は，酸素濃度検出器１の中心軸へ向かう求心力となる。このため，検出素子１２の径方向への組付けズレを抑制することができる。
【００１８】
また，サポータ２の組付け時にかかる力は，サポータ２の上面，下面共に挿入穴２０の近傍において作用する。このため，サポータ２に加わる曲げ応力は小さくなり，サポータ２の組付け時の破損が防止できる。
よって，酸素濃度検出器１における粉体１３の加圧充填に際して，より大きな力を加えることができ，よって検出素子１２を強く固定することができる。また，粉体１３と検出素子１２との間の気密性に優れた酸素濃度検出器１を得ることができる。
【００１９】
更に，サポータ２の製造過程での成形，焼成等を原因としてサポータ２が，図５の一点鎖線２９に示すごとく，変形しても，上記テーパ部２１のために，サポータ２の下面Ｔは水平面Ｈよりも常に上方にある。よって，サポータ２の組付け時にかかる力Ｐは，挿入穴２０の近傍，即ちテーパ部２１の最も内周側において作用する。このため，サポータ２の組付け時の破損が防止できる。
【００２０】
また，本例のサポータ２は，上面が外周方向かつ下方に向かう傾斜面２２を有する。このため，図６に示すごとく，大気側カバー１５の下端をハウジング１０に固定した際，該大気側カバー１５とサポータ２との接触面積を広くすることができる。よって，サポータ２の単位面積当たりにかかる力が小さくなり，この力によるサポータ２の亀裂，破損等も防止することができる。
【００２１】
従って，本例によれば，サポータが破損することなく組付けられ，粉体と検出素子及びハウジングとの間の気密性に優れ，検出素子が強く固定された，酸素濃度検出器を提供することができる。
【００２２】
なお，図４に示すサポータ２においては，曲面２５のために挿入穴２０の下端が外方に拡開する形状となるため，検出素子のサポータ２への挿入性が向上する。
【００２３】
参考例２
本参考例では，各種形状の下面，上面を有する酸素濃度検出器のサポータを示す。
図７に示すサポータ２の下面は，挿入穴２０より直接に外周方向かつ上方に後退傾斜するテーパ部２１１と，該テーパ部２１１の外周縁に設けた平坦面２１２とを有する。
図８に示すサポータ２の下面は，挿入穴２０より直接に外周方向かつ上方に後退傾斜する，曲面状のテーパ部２１３を有する。
【００２４】
実施例１
図９に示すサポータ２の下面は，挿入穴２０より直接の外周方向かつ上方に後退傾斜するテーパ部２１５を有してなり，該テーパ部２１５と挿入穴２０との境界となる稜線は面取りされ，挿入穴２０からテーパ部２１５へと向かう傾斜部２１４が形成されている。
【００２５】
図１０に示すサポータ２の下面は，挿入穴２０より直接の外周方向かつ上方に後退傾斜するテーパ部２１５を有してなり，該テーパ部２１５と挿入穴２０との境界となる稜線は面取りされ，挿入穴２０からテーパ部２１５へと向かう曲面状の傾斜部２１６が形成されている。
その他は参考例１と同様である。
【００２６】
参考例３
図１１，図１２に示すサポータの上面は，挿入穴２０より直接外周方向に向かう平坦面２３１を有する。
その他は参考例１と同様である。
【００２７】
図７に示す参考例２のサポータ２は，下面を部分的に研削することにより得ることができるテーパ部２１１を有している。このため，サポータ２を製造するための加工量が少なくて済む。
その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【００２８】
次に，図８に示す参考例２のサポータ２においては，テーパ部２１３の表面積が大きい。このため，粉体より受ける力の面圧を更に低減することができる。
その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【００２９】
次に，図９及び図１０に示すサポータ２においては，傾斜部２１４，２１６のために挿入穴２０の下端が外方に拡開する形状となるため，検出素子のサポータ２への挿入性が向上する。
その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３０】
また，参考例１においては，サポータ２の上面に傾斜面２２を設けたが，参考例３のサポータは図１１，図１２に示すように上面を平坦面とした場合においても，下面を傾斜面とすることにより，粉体より受ける力により生じるサポータの割れ，サポータの径方向の位置ずれを防止することができる。
その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３１】
参考例４
本例は，図１３，図１４に示すごとく，断面形状が角型である，積層型の検出素子とハウジングとの間の粉体を加圧充填するためのサポータ３である。
本例において，上記積層型の検出素子は固体電解質と，内部の大気室に面するように設けられた内側電極と，外部の被測定ガス室に露出するよう設けられた外側電極とよりなる（図示略）。また，上記検出素子は，内部に一体的にヒータを有しているタイプであってもよい。
【００３２】
そして，上記サポータ３は検出素子を挿入するための角型の挿入穴３０を有しており，上記粉体に接する下面は上記挿入穴３０より直接に外周方向かつ上方に後退傾斜するテーパ部２１を有し，また反対側の上面は上記挿入穴３０より外周方向に向かう平坦面２３と該平坦面２３の外周において，外周方向かつ下方に向かう傾斜面２２を有する。
その他は，参考例１と同様である。
【００３３】
上記サポータ３の挿入穴３０が，本例のごとく，角型である場合には，丸型の挿入穴よりも応力が集中しやすく，サポータ３の破損が起こりやすい。このため，本発明の構成が特に効果を発揮する。その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３４】
参考例５
本例は，図１５に示すごとく，サポータ２と粉体１３との間にシート１１を介設した酸素濃度検出器１である。
即ち，上記酸素濃度検出器１は，検出素子１２と，該検出素子１２を挿入固定するハウジング１０とよりなり，該検出素子１２とハウジング１０との間には粉体１３を配設してなる。
【００３５】
上記粉体１３は，上記検出素子１２を挿入したサポータ２及び該サポータ２の下面に接触するように配置されたシート１１によって加圧充填されている。上記シート１１は，厚み１ｍｍ程度の，バーミキュライト材料よりなる。
その他は，参考例１と同様である。
【００３６】
本例においては，シート１１と検出素子１２とのクリアランスをサポータ２と上記検出素子１２とのクリアランスより小さくすることができ，組付け時の粉体１３のこぼれ量を少なくすることができる。
その他は参考例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１における，酸素濃度検出器の要部断面説明図。
【図２】参考例１における，サポータの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】参考例１における，他のサポータの断面図。
【図５】参考例１における，サポータにかかる力とサポータの変形状態との説明図。
【図６】参考例１における，サポータと大気側カバーとの説明図。
【図７】参考例２における，サポータの断面図。
【図８】参考例２における，他のサポータの断面図。
【図９】実施例１における，他のサポータの断面図。
【図１０】実施例１における，他のサポータの断面図。
【図１１】参考例３における，他のサポータの平面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１３】参考例４における，サポータの平面図。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ矢視断面図。
【図１５】参考例５における，シートを有する酸素濃度検出器の要部断面説明図。
【図１６】従来例における，サポータの平面図。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ矢視断面図。
【図１８】従来例における，サポータにかかる応力とサポータの変形状態の説明図。
【符号の説明】
１．．．酸素濃度検出器，
１０．．．ハウジング，
１１．．．シート，
１２．．．検出素子，
１３．．．粉体，
２，３．．．サポータ，
２０，３０．．．挿入穴，
２０１．．．開口端，
２１．．．テーパ部，
２２．．．傾斜面，
２３．．．平坦面，

Claims (4)

1. 検出素子と，該検出素子を挿入固定するハウジングとよりなり，該検出素子とハウジングとの間には，該検出素子を上記ハウジングに対し固定かつ気密封止する粉体を配設してなると共に，
   該粉体の上方には該粉体と接する下面にテーパ部を有するサポータを配設してなり，該粉体は上記サポータによって加圧充填されている酸素濃度検出器において，
   上記サポータは，上記検出素子を挿入する挿入穴を有し，かつ該サポータにおける上記粉体に接する下面は，挿入穴の開口端より上方外方に向かうテーパ部を有し，
   該テーパ部と挿入穴との境界となる稜線は面取りされ，挿入穴からテーパ部へと向かう傾斜部が形成され，
   また上記サポータにおける，上記粉体と接する下面と反対側の上面は，平坦面を有するか，又は外周方向かつ下方に向かう傾斜面を有することを特徴とする酸素濃度検出器。
2. 請求項１において，上記サポータの下面は，その外周縁において平坦面を有することを特徴とする酸素濃度検出器。
3. 請求項１又は２において，上記サポータと粉体との間には変形容易なシートを介設してなることを特徴とする酸素濃度検出器。
4. 請求項３において，上記シートはバーミキュライト材料からなることを特徴とする酸素濃度検出器。

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