JP4049987B2 - 酸素センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出するのに用いて好適な酸素センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等に用いられる酸素センサとしては、筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する有底筒状のジルコニアチューブと、前記ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ軸方向の一側が該酸素濃度検出素子に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータとを備えたものが知られている(例えば、特開平11−190715号公報等)。
【0003】
この種の従来技術による酸素センサは、ケーシングの軸方向一側が段付き筒状の素子ホルダによって構成され、その内周側にはジルコニアチューブが挿嵌されている。また、素子ホルダの外周側には、例えばエンジンの排気管等に螺着されるおねじ部が設けられている。そして、素子ホルダは、そのおねじ部が排気管に螺着されることによって排気管に取付けられ、ジルコニアチューブを素子ホルダの一端側から排気管内に突出させた状態に保持するものである。
【0004】
また、ジルコニアチューブは、例えばセラミックス材料等の脆い部材により形成されているため、素子ホルダの一端側には、ジルコニアチューブを排気ガス中の異物等から保護するプロテクタが取付けられている。そして、プロテクタは、例えば耐熱性の金属材料等によって有底筒状に形成され、ジルコニアチューブの突出端側を覆っている。
【0005】
また、素子ホルダの他端側には、例えばかしめ固定、溶接等の手段を用いて筒状のキャップ部材が取付けられ、このキャップ部材の内周側には、ジルコニアチューブから突出したヒータの他端側と、ジルコニアチューブの内側電極から検出信号を出力する信号端子と、ヒータに給電する給電端子等とが配置されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、素子ホルダにジルコニアチューブ用のプロテクタを取付け、素子ホルダの内周側にジルコニアチューブを配置した状態でホルダ外周側のおねじ部を排気管側に螺着する構成としている。
【0007】
このため、センサの組立時には、例えばかしめ固定、溶接等の手段によって素子ホルダにプロテクタを取付ける作業が必要となり、センサの部品点数が増加して組立作業に手間がかかるという問題がある。
【0008】
また、センサの取付時には、素子ホルダがジルコニアチューブを保持した状態でエンジンの排気管等に螺着されるため、この螺着作業時の振動、衝撃等が素子ホルダを介してジルコニアチューブに直接的に加わるようになり、脆いセラミックス材料製のジルコニアチューブが損傷し易いという問題もある。
【0009】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、プロテクタ等の部品点数を削減して構造を簡略化でき、その組立作業を容易に行うことができると共に、ケーシングによって酸素濃度検出素子を確実に保護でき、信頼性を向上できるようにした酸素センサを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ軸方向の一側が該酸素濃度検出素子に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータとを備えた酸素センサに適用される。
【0011】
そして、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、ケーシングは、軸方向の一側に被測ガスを導入する導入口が設けられた有底の筒状体として形成され内周側に酸素濃度検出素子が配置される素子ケースと、該素子ケースの軸方向他側に取付けられてヒータの軸方向他側を収容するキャップとから構成し、前記素子ケースは、軸方向の一側から前記酸素濃度検出素子を覆い前記導入口が形成された有底筒状のプロテクタ部と、該プロテクタ部の他側に位置して該プロテクタ部よりも大径な筒状に形成され、内周側が前記酸素濃度検出素子を取囲むと共に外周側に前記キャップが嵌合されるキャップ嵌合部とを一体に形成する構成としたことにある。
【0012】
このように構成することにより、ケーシングを筒状の素子ケースとキャップとに2分割して形成できると共に、素子ケースの一側によって酸素濃度検出素子を覆うプロテクタ等を構成することができる。また、例えばケーシングのうち酸素濃度検出素子が直接取付けられていないキャップ側を自動車のセンサ取付部位等に取付けることができる。
【0013】
また、請求項2の発明によると、ケーシングの素子ケースと前記酸素濃度検出素子との間には、前記酸素濃度検出素子のうち前記内側電極が配置される内面側と前記外側電極が配置される外面側との間を気密にシールするシール部材を設ける構成としている。
【0014】
これにより、酸素濃度検出素子のうち外部に面した外面側とケーシング内に面した内面側との間をシール部材によって気密にシールでき、例えば検出素子の外面側に存在する被測ガスが検出素子の内面側に侵入して酸素濃度の検出動作が不安定となるのを防止することができる。
【0015】
また、請求項3の発明によると、ケーシング内には、前記キャップ側に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子を素子ケースに押付ける付勢部材を設ける構成としている。
【0016】
これにより、ケーシング内のキャップ側に配置した絶縁筒体の内周には、ヒータの他端側を挿入できると共に、例えばヒータに給電するための給電端子等を配置することができる。また、付勢部材は、絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子を素子ケースに押付けることができ、酸素濃度検出素子と絶縁筒体との間のシール性を高めることができる。
【0017】
さらに、請求項4の発明によると、ケーシングの素子ケース内には、該素子ケースと酸素濃度検出素子との間に位置して該酸素濃度検出素子の内面側と外面側との間を気密にシールするシール部材を設け、前記ケーシング内には、前記キャップ側に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子とシール部材とを前記素子ケースに押付ける付勢部材を設ける構成としている。
【0018】
これにより、付勢部材は、絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子とシール部材とを素子ケースに押付けることができ、シール部材を検出素子と素子ケースとの間で両者に密着させることができる。
【0019】
また、請求項5の発明によると、キャップには、径方向外向きに突出したフランジと、前記キャップを車体側のセンサ取付部位に取付けるために該フランジに係合する取付部材とを設ける構成としている。
【0020】
これにより、ケーシングのうちキャップのフランジだけを取付部材によって車体側のセンサ取付部位に固定でき、このときの振動等が素子ホルダ側の酸素濃度検出素子に対して直接的に加わるのを防ぐことができる。また、キャップとセンサ取付部位との接触面積を小さくでき、これらの間の熱伝導を抑制できるから、例えば車体側のエンジン等からセンサ取付部位を介して酸素センサのケーシングに熱が伝わったり、ヒータにより酸素濃度検出素子を加熱しているときの熱がセンサ取付部位側に逃げるのを防止することができる。
【0021】
また、請求項6の発明によると、取付部材は前記キャップの外周側に挿嵌されるナット部材からなり、該ナット部材は前記キャップのフランジと係合した状態で前記車体側のセンサ取付部位に螺着する構成としている。
【0022】
これにより、センサの取付時には、ナット部材をキャップの外周側に挿嵌してフランジに係合させることができ、この状態でナット部材を車体側のセンサ取付部位に螺着することにより、ケーシングを車体側に固定することができる。
【0023】
さらに、請求項7の発明によると、酸素濃度検出素子は、軸方向の一側に位置して有底筒状に形成され内面,外面に前記内側電極,外側電極が設けられた検出筒部と、該検出筒部の軸方向他側に位置して該検出筒部よりも大径に形成された大径筒部とによって構成し、素子ケースを構成するプロテクタ部とキャップ嵌合部との間には、前記酸素濃度検出素子の大径筒部が当接する当接段部を形成する構成とし、キャップは、軸方向の一側が前記素子ケースのキャップ嵌合部の外周側に嵌合され他側に前記酸素濃度検出素子と接続される信号線を引出すための引出口が設けられた筒状体により構成している。
【0024】
これにより、酸素濃度検出素子の検出筒部、大径筒部を素子ケースのプロテクタ部、キャップ嵌合部内にそれぞれ配置でき、この状態で検出素子の大径筒部を素子ケースの当接段部に当接させることにより、検出素子を素子ケース内で軸方向に位置決めすることができる。この結果、酸素濃度検出素子の検出筒部を保護するためのプロテクタ部を素子ケースの一部としてケーシングに一体化でき、部品点数を削減することができる。また、例えば素子ケースの当接段部と検出素子の大径筒部とを全周に亘って密着させることにより、検出筒部の内面側と外面側との間を気密にシールすることができる。さらに、キャップの軸方向一側を素子ケースのキャップ嵌合部に嵌合でき、その引出口から検出素子用の信号線を外部に引出すことができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による酸素センサを、自動車用エンジンに用いる場合を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0026】
1は酸素センサの本体を構成する筒状のケーシングで、該ケーシング1は、図1、図2に示す如く、後述の素子ケース2とキャップ3とによって構成されている。そして、キャップ3は、後述のジルコニアチューブ5をエンジンの排気管21内に突出させるべく、例えば車体側の排気管21に突設されたセンサ取付部位としてのボス部22等に後述のナット部材19を用いて固定されるものである。
【0027】
2はケーシング1の軸方向一側を構成する素子ケースで、該素子ケース2は例えば耐熱性の金属材料等により有底状の筒状体として一体に形成されている。そして、素子ケース2は、略有底筒状のプロテクタ部2Aと、該プロテクタ部2Aの他端側に位置して該プロテクタ部2Aよりも大径な筒状に形成され、内周側がジルコニアチューブ5の大径筒部5Bを取囲むと共に外周側にキャップ3が嵌合されるキャップ嵌合部2Bと、プロテクタ部2Aとキャップ嵌合部2Bとの間に位置して径方向内向きに突設され、前記大径筒部5Bがシールワッシャ8を介して当接する環状の当接段部2Cとによって構成され、キャップ嵌合部2Bの他端は開口2Dとなっている。
【0028】
ここで、プロテクタ部2Aは、排気管21内に突出した状態に保持されるジルコニアチューブ5の検出筒部5A側を覆うように配置され、この検出筒部5A側を被測ガスとなる排気ガス中の異物等から保護するものである。また、プロテクタ部2Aには、検出筒部5Aの外面側に排気ガスを導くためプロテクタ部2Aの内,外を連通する複数の導入口2E,2E,…が形成されている。
【0029】
また、素子ケース2の当接段部2Cには、後述するディスクスプリング10の付勢力によりジルコニアチューブ5の大径筒部5Bがシールワッシャ8を介して強く押付けられている。これにより、当接段部2Cは、素子ケース2とキャップ3との間に形成された空間をシールワッシャ8と協働して気密にシールするものである。
【0030】
3はケーシング1の軸方向他側を構成するキャップで、該キャップ3は、例えば金属材料等により筒状体として一体に形成され、一側が開口した筒部3Aと該筒部3Aの他側に設けられた蓋部3Bとを有している。
【0031】
そして、筒部3Aは、その一側が素子ケース2の開口2Dを閉塞する位置でキャップ嵌合部2Bの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位には環状の溶接部4が全周に亘って形成されている。これにより、素子ケース2とキャップ3とは一体に溶接され、これらの溶接部位の気密性が確保されている。
【0032】
また、筒部3Aの一端側には環状のフランジ3Cが径方向外向きに突設され、ケーシング1は、このフランジ3Cとナット部材19とを介して排気管21のボス部22に取付けられるものである。一方、蓋部3Bの中央には、後述のリード線16,17を外部に引出すための引出口3Dが形成されている。
【0033】
5はケーシング1の軸方向一側に設けられた酸素濃度検出素子としてのジルコニアチューブで、該ジルコニアチューブ5は、例えば酸化ジルコニウム等のセラミックス材料によって形成されている。また、ジルコニアチューブ5は、素子ケース2のプロテクタ部2A内に挿入され、内面、外面に内側電極6、外側電極7が設けられた有底筒状の検出筒部5Aと、該検出筒部5Aの他側に位置して該検出筒部5Aよりも大径に形成された大径筒部5Bとによって構成されている。
【0034】
ここで、内側電極6は大径筒部5Bの端面に延び、後述の信号端子14と接続されている。また、外側電極7は、シールワッシャ8、素子ケース2、キャップ3およびナット部材19を介して排気管21にアースされる。そして、ジルコニアチューブ5は、外側の排気ガスと内側の大気との間で酸素濃度の差が生じると、この酸素濃度差に応じて電極6,7間に起電力を発生させ、この起電力を検出信号として出力するものである。
【0035】
8は素子ケース2とジルコニアチューブ5との間に設けられたシール部材としてのシールワッシャで、該シールワッシャ8は、例えばステンレス鋼等からなる金属リングの表面に銅等の軟質な金属薄膜を設けることによって形成されている。そして、シールワッシャ8は、ディスクスプリング10の付勢力により素子ケース2の当接段部2Cとジルコニアチューブ5の大径筒部5Bとに全周に亘って密着し、この位置でジルコニアチューブ5の内面側と外面側との間をシールするものである。
【0036】
9は例えばアルミナ等のセラミックス材料によって段付き筒状に形成された絶縁筒体で、該絶縁筒体9は、ケーシング1内のキャップ3側に位置してジルコニアチューブ5の他側にほぼ同軸に配設され、その内周側には、後述するヒータ13の他端側が挿通される有底のヒータ挿入穴9Aが設けられている。
【0037】
10はケーシング1内に設けられた付勢部材としての環状のディスクスプリングで、該ディスクスプリング10は、環状のワッシャプレート11と後述のワッシャリング12等とを介してキャップ3の蓋部3B側に配置され、該蓋部3Bと絶縁筒体9との間に配設されている。
【0038】
そして、ディスクスプリング10は、絶縁筒体9、ジルコニアチューブ5およびシールワッシャ8を素子ケース2の当接段部2Cに向けて付勢し、これらの部材を当接段部2Cと協働してケーシング1内で位置決めしている。また、ディスクスプリング10は、ワッシャプレート11等を介してワッシャリング12をキャップ3の蓋部3Bに押付けている。
【0039】
12は例えば金属材料、樹脂材料等により形成されたワッシャリングで、該ワッシャリング12は、キャップ3内に位置してワッシャプレート11の軸方向他側に配設されている。そして、ワッシャリング12は、ディスクスプリング10の付勢力によりワッシャプレート11と後述する保護チューブ18の鍔部18Aとを介してキャップ3の蓋部3Bに強く押付けられ、キャップ3内の空間を引出口3Dの外周側でシールしている。
【0040】
13は例えばアルミナ等のセラミックス材料により形成された棒状のヒータで、該ヒータ13は、一端側がジルコニアチューブ5内に挿入され、他端側がキャップ3側に位置して絶縁筒体9のヒータ挿入穴9A内に挿入されている。また、ヒータ13の他端側外周には2個の電極13A(1個のみ図示)が設けられ、該各電極13Aには後述の給電端子15が接続されている。そして、ヒータ13は、各電極13Aを介して給電されることによりジルコニアチューブ5を加熱するものである。
【0041】
14はジルコニアチューブ5から検出信号を出力するためケーシング1内に設けられた信号端子で、該信号端子14は、図3に示す如く、例えば環状の金属板等により形成されたプレート部14Aと、該プレート部14Aから軸方向に延びた金属製の引出し線部14B等とによって構成されている。そして、プレート部14Aは、ヒータ13の外周側に位置してジルコニアチューブ5と絶縁筒体9との間に挟持され、内側電極6に当接している。また、引出し線部14Bは、その他端側が信号出力用リード線16と接続されている。
【0042】
15,15はヒータ13に給電するためケーシング1内に設けられた2個の給電端子で、該各給電端子15は、図3に示す如く金属板等によって形成され、ヒータ13に面した内側部位が電極13Aに接触すると共に、その外側部位は2本の給電用リード線17,17と接続されている。また、各給電端子15は、絶縁筒体9のヒータ挿入穴9A内に収容され、これによって信号端子14から絶縁されている。
【0043】
16は信号端子14と接続された信号線としての信号出力用リード線、17,17は各給電端子15と接続された給電用リード線で、該リード線16,17は絶縁筒体9の他端側からキャップ3の引出口3Dを介して外部に引出され、エンジン制御用のコントロールユニット(図示せず)等に接続されるものである。また、18はリード線16,17を取囲んで軸方向に延設された保護チューブで、該保護チューブ18は例えば軟質な金属材料等によって形成され、その一端側外周にはキャップ3内に配置される環状の鍔部18Aが径方向に突設されている。
【0044】
19はキャップ3のフランジ3Cと共に取付部材を構成するナット部材で、該ナット部材19の内周側には、図1ないし図3に示す如く、軸方向の一側に位置しためねじ部19Aと、該めねじ部19Aの他側に位置して径方向に突出した環状の係合突起19Bと、該係合突起19Bの内周側に位置してキャップ3の外径よりも大きな孔径に形成されたキャップ挿通孔19Cとが設けられている。
【0045】
そして、ナット部材19は、そのキャップ挿通孔19Cがキャップ3の外周側に隙間をもって挿通され、係合突起19Bがキャップ3のフランジ3Cと係合し、この状態でめねじ部19Aがエンジンの排気管21に突設されたボス部22の外周側に螺着されている。これにより、ナット部材19は、係合突起19Bとボス部22との間でキャップ3のフランジ3Cを全周に亘って挟持し、ケーシング1を排気管21側に固定するものである。
【0046】
この場合、ナット部材19のキャップ挿通孔19Cは、キャップ3の外径よりも大きく形成されているため、ナット部材19をボス部22に螺着するときには、この螺着作業の途中においてキャップ3がキャップ挿通孔19C内で径方向に対し自由に移動可能な状態に保持される。そして、キャップ3のフランジ3Cは、螺着作業のほぼ最後になってナット部材19の係合突起19Bとボス部22との間に挟持されるようになるため、センサの取付時には、ジルコニアチューブ5に加わる振動、衝撃等を小さく抑制できる構成となっている。
【0047】
本実施の形態による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【0048】
まず、酸素センサは、ケーシング1のキャップ3がフランジ3Cとナット部材19とを介して排気管21のボス部22に取付けられ、これによりジルコニアチューブ5は、素子ケース2のプロテクタ部2Aと共に排気管21内に突出した状態に保持される。
【0049】
この場合、素子ケース2は、その当接段部2Cとジルコニアチューブ5との間がシールワッシャ8によってシールされ、キャップ3は、その蓋部3B側がワッシャリング12等によってシールされている。そして、これらのシール部位はディスクスプリング10の付勢力によって密着状態に保持されているので、ケーシング1内の空間には、外部から排気ガス、ダスト、水分等の異物が侵入するのを防止することができる。
【0050】
また、エンジンの運転中には、排気管21内を排気ガスが流通すると、ジルコニアチューブ5の外側を流れる排気ガスとチューブ5内の大気との間には大きな酸素濃度の差が生じる。この結果、内側電極6と外側電極7との間には検出信号となる起電力が発生し、この検出信号は信号端子14、リード線16等を介してコントロールユニットに出力される。これにより、コントロールユニットは、酸素センサからの検出信号を用いて空燃比のフィードバック制御等を行う。
【0051】
また、例えばエンジンの始動時等、ジルコニアチューブ5が低温である場合には、ヒータ13がコントロールユニットにより各リード線17、給電端子15等を介して給電される。この結果、ジルコニアチューブ5は、ヒータ13により加熱されて活性化し、正常な検出動作を早期に開始することができる。
【0052】
かくして、本実施の形態では、ケーシング1を筒状の素子ケース2とキャップ3とによって構成したので、これら2個の部材によってケーシング1を形成でき、ジルコニアチューブ5の検出筒部5Aを保護するプロテクタ部2Aを素子ケース2の一部としてケーシング1に一体化することができる。
【0053】
これにより、従来技術の素子ホルダを廃止できると共に、素子ホルダに別体のプロテクタを設ける必要がなくなり、センサの構造を簡略化して部品点数を削減できると共に、その組立時には、素子ケース2とキャップ3とを溶接するだけで、プロテクタ部2Aを有するケーシング1を容易に形成でき、センサの組立作業を効率よく行うことができる。
【0054】
そして、ケーシング1の部品点数を削減することによって各部品の寸法ばらつきや組付け誤差等を低減でき、素子ケース2とキャップ3とを精度よく組付けることができる。しかも、ケーシング1には1箇所の溶接部4を形成するだけで済み、従来技術と比較してケーシング1の連結個所を減らすことができるから、その気密性を安定的に保持でき、信頼性を向上させることができる。
【0055】
また、例えば当該酸素センサをさらに高い耐熱性をもつセンサに仕様変更する場合には、予め耐熱性の金属材料により形成されている素子ケース2の材質等を変更するだけでよいから、センサの設計、改良等を容易に行うことができる。
【0056】
この場合、素子ケース2の当接段部2Cとジルコニアチューブ5の大径筒部5Bとの間にシールワッシャ8を設け、キャップ3内には絶縁筒体9とディスクスプリング10とを設けたので、ディスクスプリング10の付勢力により絶縁筒体9を介してジルコニアチューブ5の大径筒部5Bとシールワッシャ8とを素子ケース2の当接段部2Cに押付けることができ、シールワッシャ8を当接段部2Cと大径筒部5Bとに全周に亘って密着させることができる。
【0057】
これにより、素子ケース2とジルコニアチューブ5との間をシールワッシャ8によって良好にシールでき、検出筒部5Aの外側を流れる排気ガス等が検出筒部5Aの内側に侵入するのを防止でき、ジルコニアチューブ5により外側の酸素濃度を安定的に検出することができる。
【0058】
また、酸素センサをエンジンの排気管21に取付けるためのフランジ3Cとナット部材19とをキャップ3側に設けたので、センサの取付時には、ケーシング1のうちキャップ3から突出したフランジ3Cだけを排気管21のボス部22に取付けることができる。これにより、フランジ3Cとボス部22とが接触するときの振動、衝撃等がジルコニアチューブ5に伝わるのを小さく抑えることができ、ジルコニアチューブ5を確実に保護することができる。
【0059】
この場合、ナット部材19のキャップ挿通孔19Cをキャップ3の外径よりも大きな孔径に形成しているので、ナット部材19をボス部22に螺着するときには、ナット部材19をキャップ3の外周側に隙間をもって挿通でき、この螺着作業の途中には、キャップ3がキャップ挿通孔19C内で径方向へと自由に移動することができる。この結果、センサの取付時には、ジルコニアチューブ5に伝わる振動等をより確実に低減することができる。
【0060】
また、ナット部材19を介在させることにより、キャップ3のフランジ3Cをボス部22に全周に亘って安定的に固定できると共に、キャップ3とボス部22との接触面積を小さくして両者間の熱伝導を低減させることができる。これにより、例えばエンジンの運転時には、排気管21の熱がボス部22等を介して酸素センサに伝わるの抑制でき、その耐久性を高めることができる。また、エンジンの始動時等には、ヒータ13から発生する熱がボス部22側に逃げるのを防止でき、ヒータ13によりジルコニアチューブ5を効率よく加熱して検出筒部5Aを早期に活性化させることができる。
【0061】
また、素子ケース2をプロテクタ部2A、キャップ嵌合部2Bおよび当接段部2Cによって構成したので、排気管21内に露出されるジルコニアチューブ5の検出筒部5Aをプロテクタ部2Aによって確実に保護できると共に、キャップ嵌合部2Bによって素子ケース2とキャップ3とを容易に一体化できる。また、当接段部2Cによってジルコニアチューブ5を安定的に支持でき、該チューブ5と絶縁筒体9とをケーシング1内で確実に位置決めすることができる。そして、これらのプロテクタ部2A、キャップ嵌合部2Bおよび当接段部2Cを一体形成することにより、センサの部品点数をより削減することができる。
【0062】
また、キャップ3を引出口3Dが設けられた筒状体として形成することにより、その筒部3Aを素子ケース2のキャップ嵌合部2B外周に確実に嵌合できると共に、その引出口3Dからリード線16,17を容易に引出すことができる。
【0063】
なお、実施の形態では、キャップ3のフランジ3Cとナット部材19とによって取付部材を構成したが、本発明はこれに限らず、例えば図4に示す変形例のように、ナット部材19に代えて取付部材となる環状の金属板31を用意し、この金属板31を複数の取付ねじ32等によって排気管21のボス部22′にねじ止めする構成としてもよい。
【0064】
また、実施の形態では、ケーシング1の素子ケース2とキャップ3とを溶接部4によって溶着する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばかしめ固定、圧入、接着、螺合、ねじ止め等、任意の固定手段によって素子ケース2とキャップ3とを一体に固定する構成としてもよいのは勿論である。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項1の発明によれば、ケーシングを、軸方向の一側に被測ガスを導入する導入口が設けられた有底の筒状体として形成され内周側に酸素濃度検出素子が配置される素子ケースと、該素子ケースの軸方向他側に取付けられてヒータの軸方向他側を収容するキャップとから構成し、前記素子ケースは、軸方向の一側から前記酸素濃度検出素子を覆い前記導入口が形成された有底筒状のプロテクタ部と、該プロテクタ部の他側に位置して該プロテクタ部よりも大径な筒状に形成され、内周側が前記酸素濃度検出素子を取囲むと共に外周側に前記キャップが嵌合されるキャップ嵌合部とを一体に形成する構成としたので、酸素濃度検出素子を素子ケースのプロテクタ部によって確実に保護できると共に、キャップ嵌合部によって素子ケースとキャップとを容易に一体化することができる。そして、従来技術のプロテクタ等を含めてケーシングの構造を簡略化でき、その部品点数を削減して信頼性を向上できると共に、センサの組立作業を効率よく行うことができる。また、例えばケーシングのうちキャップ側を外部のセンサ取付部位等に取付けることにより、センサの取付時には、素子ケース側に配置された酸素濃度検出素子に振動等が伝わるの抑制でき、検出素子を保護することができる。
【0066】
また、請求項2の発明によれば、素子ケースと酸素濃度検出素子との間にはシール部材を設ける構成としたので、素子ケースと検出素子との間をシール部材によって気密にシールでき、検出素子の外側を流れる排気ガス等の被測ガスが検出素子の内側に侵入するのを確実に防止できると共に、酸素濃度検出素子によって外側の酸素濃度を安定的に検出することができる。
【0067】
また、請求項3の発明によれば、ケーシング内にはキャップ側に位置してヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体とキャップとの間には該絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子を素子ケースに押付ける付勢部材とを設ける構成としたので、キャップ内の付勢部材により絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子を素子ケースに押付けることができ、検出素子と絶縁筒体とをケーシング内で安定的に位置決めできると共に、検出素子と素子ケースとの間のシール性を高めることができる。
【0068】
さらに、請求項4の発明によれば、素子ケースと酸素濃度検出素子との間にはシール部材を設け、ケーシング内にはキャップ側に位置して絶縁筒体と付勢部材とを設ける構成としたので、キャップ内の付勢部材により絶縁筒体を介して酸素濃度検出素子とシール部材とを素子ケースに押付けることができ、これらの部材をケーシング内で安定的に位置決めできると共に、シール部材を検出素子と素子ケースとの間で両者に密着させることができ、これらの間を良好にシールすることができる。
【0069】
また、請求項5の発明によると、キャップには、径方向に突出したフランジと、キャップを車体側のセンサ取付部位に取付けるために該フランジに係合する取付部材とを設ける構成としたので、センサの取付時には、キャップのフランジだけをセンサ取付部位に取付けることができ、これらが接触するときの振動、衝撃等が酸素濃度検出素子に伝わるのを抑制できると共に、検出素子を保護することができる。また、取付部材によりキャップとセンサ取付部位との接触面積を小さくして両者間の熱伝導を低減でき、例えばエンジン等の熱がセンサに伝わってセンサの耐久性が低下したり、ヒータにより検出素子を加熱するときの熱がセンサ取付部位側に逃げて検出素子の活性化が遅れるのを防止することができる。
【0070】
また、請求項6の発明によれば、取付部材を、キャップのフランジと係合した状態でセンサ取付部位に螺着されるナット部材によって構成したので、ナット部材によりキャップのフランジをセンサ取付部位に全周に亘って安定的に固定することができる。
【0071】
さらに、請求項7の発明によれば、素子ケースのプロテクタ部とキャップ嵌合部との間には、酸素濃度検出素子の大径筒部が当接する当接段部を形成する構成としたので、酸素濃度検出素子の検出筒部を素子ケースのプロテクタ部によって確実に保護できると共に、キャップ嵌合部によって素子ケースとキャップとを容易に一体化することができる。また、素子ケースの当接段部によって酸素濃度検出素子等をケーシング内で確実に位置決めすることができる。そして、これらの部位を素子ケースとして一体形成でき、センサの部品点数をより削減することができる。また、キャップを引出口が設けられた筒状体として形成することにより、その一側を素子ケースのキャップ嵌合部外周に確実に嵌合できると共に、その引出口から信号線を容易に引出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による酸素センサをエンジンの排気管に取付けた状態で示す縦断面図である。
【図2】本発明の実施の形態による酸素センサを排気管から取外した状態で示す縦断面図である。
【図3】酸素センサを組立てる前の状態で示す縦断面図である。
【図4】実施の形態の変形例による酸素センサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 ケーシング
2 素子ケース
2A プロテクタ部
2B キャップ嵌合部
2C 当接段部
2D 開口
2E 導入口
3 キャップ
3A 筒部
3B 蓋部
3C フランジ
3D 引出口
4 溶接部
5 ジルコニアチューブ(酸素濃度検出素子)
5A 検出筒部
5B 大径筒部
6 内側電極
7 外側電極
8 シールワッシャ(シール部材)
9 絶縁筒体
10 ディスクスプリング(付勢部材)
12 ワッシャリング
13 ヒータ
14 信号端子
15 給電端子
16 リード線(信号線)
19 ナット部材(取付部材)
21 排気管
22 ボス部(センサ取付部位)
Claims (7)
- 筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ軸方向の一側が該酸素濃度検出素子に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータとを備えた酸素センサにおいて、
前記ケーシングは、軸方向の一側に被測ガスを導入する導入口が設けられた有底の筒状体として形成され内周側に前記酸素濃度検出素子が配置される素子ケースと、該素子ケースの軸方向他側に取付けられて前記ヒータの軸方向他側を収容するキャップとから構成し、
前記素子ケースは、軸方向の一側から前記酸素濃度検出素子を覆い前記導入口が形成された有底筒状のプロテクタ部と、該プロテクタ部の他側に位置して該プロテクタ部よりも大径な筒状に形成され、内周側が前記酸素濃度検出素子を取囲むと共に外周側に前記キャップが嵌合されるキャップ嵌合部とを一体に形成する構成としたことを特徴とする酸素センサ。 - 前記ケーシングの素子ケースと前記酸素濃度検出素子との間には、前記酸素濃度検出素子のうち前記内側電極が配置される内面側と前記外側電極が配置される外面側との間を気密にシールするシール部材を設けてなる請求項1に記載の酸素センサ。
- 前記ケーシング内には、前記キャップ側に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子を素子ケースに押付ける付勢部材を設けてなる請求項1または2に記載の酸素センサ。
- 前記ケーシングの素子ケース内には、該素子ケースと酸素濃度検出素子との間に位置して該酸素濃度検出素子の内面側と外面側との間を気密にシールするシール部材を設け、前記ケーシング内には、前記キャップ側に位置して内周側に前記ヒータの他端側が挿通される絶縁筒体を設け、該絶縁筒体と前記キャップとの間には、該絶縁筒体を介して前記酸素濃度検出素子とシール部材とを前記素子ケースに押付ける付勢部材を設けてなる請求項1に記載の酸素センサ。
- 前記キャップには、径方向外向きに突出したフランジと、前記キャップを車体側のセンサ取付部位に取付けるために該フランジに係合する取付部材とを設けてなる請求項1,2,3または4に記載の酸素センサ。
- 前記取付部材は前記キャップの外周側に挿嵌されるナット部材からなり、該ナット部材は前記キャップのフランジと係合した状態で前記車体側のセンサ取付部位に螺着する構成としてなる請求項5に記載の酸素センサ。
- 前記酸素濃度検出素子は、軸方向の一側に位置して有底筒状に形成され内面,外面に前記内側電極,外側電極が設けられた検出筒部と、該検出筒部の軸方向他側に位置して該検出筒部よりも大径に形成された大径筒部とによって構成し、
前記素子ケースを構成する前記プロテクタ部とキャップ嵌合部との間には、前記酸素濃度検出素子の大径筒部が当接する当接段部を形成する構成とし、
前記キャップは、軸方向の一側が前記素子ケースのキャップ嵌合部の外周側に嵌合され他側に前記酸素濃度検出素子と接続される信号線を引出すための引出口が設けられた筒状体により構成してなる請求項1,2,3,4,5または6に記載の酸素センサ。
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