JP4177931B2 - Oxygen sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば内燃機関の排気ガスなど、被測定ガス中の酸素を検出するための酸素センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
このような酸素センサの一形態として、先端部が閉じた中空軸状をなし、内外面にそれぞれ電極層を有する酸素検出素子を備えたものが知られている。近年は自動車産業の隆盛に伴い酸素センサに対する需要も増え、かつ価格低下に対する要望も年々強まりつつある。酸素センサは、自動車用電装部品の中でも部品点数が多く、組立工程の簡略化を如何にして図るかが製造コスト削減の重要な鍵を握っている。そのためには、組立工程の自動化など生産設備側の技術改良も必要であるが、工数削減に有利なセンサ構造を工夫することも重要である。
【0003】
【発明が解決しようする課題】
例えば、上記タイプの酸素センサにおいては、酸素検出素子の内部電極層及び外部電極層に第一接続金具(内部電極接続金具)及び第二接続金具(外部電極接続金具)がそれぞれ電気的に接続され、両接続金具は酸素検出素子の後方(酸素検出素子の軸方向において先端部とは反対方向)に位置するセラミックセパレータの収容孔へと導かれる。両接続金具を収容孔の第一収容部(内部電極接続金具収容部)及び第二収容部(外部電極接続金具収容部)にそれぞれ前方側(酸素検出素子の軸方向先端部側)から後方側へ挿入して保持するとともに、コネクタを介してそれぞれのリード線に電気的に接続され、出力を取り出すようにしている。
【0004】
しかし、このような酸素センサでは、上記した組み付け時に両接続金具が各々の収容部からはみ出して互いに接触し、又は他の電気配線等(例えば発熱体の端子部やリード線)に接触しショートしやすい問題があった。また、内燃機関の運転中(例えば自動車の走行中)においても、振動による金具飛び出し及びショートの問題や、繰り返し振動による両接続金具の断線の問題があった。
【0005】
本発明の課題は、組み付け時及び運転中における両接続金具のショートや断線を防止するセンサ構造を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の酸素センサは、
先端部が閉じた中空軸状をなし、内面及び外面にそれぞれ内部電極層及び外部電極層が形成された酸素検出素子と、
該酸素検出素子の後方に配置されるとともに、内部電極層及び外部電極層にそれぞれ電気的に接続される第一接続金具及び第二接続金具をそれぞれ、自身の軸線方向において前方側から後方側へ挿入して保持する第一収容部及び第二収容部と、該両収容部の間に位置して両者を連通する中央連通部とを有する収容孔が形成されたセラミックセパレータとを備え、
両収容部はそれぞれ、中央連通部に面する開口部を有し、該中央連通部とは反対側の奥行き方向に向かって開口部よりも広幅となる横断面形状の隔壁で囲まれた空間として形成され、
両接続金具のうちの少なくとも一方は、開口部より広い幅を有する引出し線部と、該引出し線部から奥行き方向に向けて突設された突出部とを有することを特徴とする。
【0007】
上記本発明によれば、例えば、引出し線部の左右側縁及び突出部が隔壁内面に接することで、接続金具の引出し線部がその左右側縁及び突出部の計3点で確実に対応する収容部内に保持されるので、組み付け時に接続金具が収容部からはみ出して互いに又は他の電気配線等に接触しショートする不具合が生じにくくなる。また、接触防止のための絶縁被覆も省略でき、部品点数の削減にも貢献する。また、運転中の振動による収容部からの飛び出しに伴うショートも起こりにくくなり、繰り返し振動によって接続金具が断線する不具合も防止ないし抑制できる。
【0008】
突出部は、収容部内にて圧縮変形することにより、引出し線部の左右側縁を隔壁内面に押しつける向きに弾性的に付勢するものとすることができる。突出部の弾性付勢力により、収容部内にて引出し線部がより安定に保持される。
【0009】
隔壁は、中央連通部に面する幅狭の開口部と、該中央連通部とは反対側に位置する幅広の底部と、該底部と開口部とを各々その幅方向両側にて連設する傾斜部とから形成されたものとすることができる。引出し線部の左右縁を、対応する傾斜部に当接させる形にて、これをより安定的に保持させることができる。この場合、セラミックセパレータの軸断面において上記収容部は、奥行方向における最大寸法をDとし、同じくこれと直交する向きにおける最大幅寸法をW2として、W2>Dとすることができる。奥行き寸法よりも幅方向寸法を広くすることで、引出し線部を一層安定的に保持できる他、収容部の奥行方向寸法に対する引出し線部の幅も大きくできるので、開口部からの引出し線部の飛び出し等も一層効果的に防止できる。また、突出部を圧縮弾性変形させる場合には、奥行方向寸法が短くなる分だけ、その弾性変形量を稼ぎやすくなり、収容部内における引出し線部の保持安定性が一層向上する。
【0010】
次に、引出し線部の左右側縁のうち少なくとも一方を、後方側から前方側へ次第に幅広となる傾斜側縁に形成することができる。これにより、両接続金具の組み付け時に引っかかりが生じにくくなり、スムーズに各々の収容部に挿入できる。また、運転中のねじれの発生も防止することができる。
【0011】
突出部は、基端部から所定の方向に延び、方向転換部を経て他方の端に至る切目が引出し線部に設けられ、該切目の内側に位置する舌片を奥行き方向に引き起こして形成することができる。この構成によれば、簡単な構造でありながら弾性変形可能な突出部を容易に形成でき、該突出部への弾性付与により引出し線部を各々の収納部の隔壁へ確実に押し当てることができる。この場合、突出部は、軸線方向における後方側に引起こし支点を位置させ、舌片の該引き起こし支点よりも前方側に位置する部分を引起こして形成することができる。これによれば、収容部に軸線方向おいて前方側から後方側へ引出し線部を挿入して組み付ける際に、引き起こされた舌片が、収容部の挿入側となる開口端面縁に引っ掛かったりするトラブルが生じにくくなり、組立をスムースに行うことが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
図1は本発明の酸素センサの内部構造を示し、図2は要部の拡大図である。酸素センサ1は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素検出素子2と、酸素検出素子2の中空部2aに挿入された発熱体3とを備える。酸素検出素子2は、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質により中空に形成されている。また、この酸素検出素子2の中間部外側には、絶縁性セラミックから形成されたインシュレータ6、7及びタルクから形成されたセラミック粉末8を介して金属製のケーシング10が設けられている。なお、以下の説明において、酸素検出素子2の軸方向先端部に向かう側(閉じている側)を「前方側」、これと反対方向に向かう側を「後方側」と称する。
【0013】
ケーシング10は、酸素センサ1を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部9bを有する主体金具9、その主体金具9の後方側開口部に内側が連通するように結合された主筒14、主体金具9の前方側開口部を覆うように取り付けられたプロテクタ11等を備える。本発明の酸素センサ1はねじ部9bより前方(図1の下方)が排気管等のエンジン内に位置し、それより後方(図1の上方)は外部の大気中に位置して使用される。図2に示すように、酸素検出素子2の外面及び中空部2aの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばPtあるいはPt合金により多孔質に形成された外部電極層2b及び内部電極層2cが設けられている。
【0014】
主体金具9の後方側の開口部には、前述の主筒14が絶縁体6との間にリング15を介して加締められ、この主筒14に筒状のフィルタアセンブリ16が外側から嵌合・固定されている。このフィルタアセンブリ16の後端側開口部はゴム等で構成されたグロメット17で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ18が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ18及びグロメット17を貫通するように、酸素検出素子2用のリード線20,21及び発熱体3用のリード線(図示せず)が配置されている。
【0015】
フィルタアセンブリ16は、主筒14(ケーシング10)に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとともに、気体導入孔52を有する第一フィルタ保持部51と、同じく気体導入孔55を有する第二フィルタ保持部との間で、撥水性フィルタ(例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体等)として構成された筒状のフィルタ53を、フィルタ加締め部56,57において挟み付けて保持する構造を有している。一方、グロメット17は、第一フィルタ保持部51の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線20,21等を挿通するためのシール側リード線挿通孔91を有するとともに、それらリード線20,21等の外面と第一フィルタ保持部51の内面との間をシールする。図4は、フィルタアセンブリ16の組立状態を示している。フィルタアセンブリ16の第一フィルタ保持部51は、セラミックセパレータ18の後方側突出部分を第二部分62の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部60においてセパレータ側支持部73に対し、主筒14とは反対側から波形座金74を介して当接するように配置される。他方、該第一フィルタ保持部51の先端側、すなわち第一部分61において主筒14(ケーシング10)に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部には、第一フィルタ保持部51を主筒14に対し気密状態となるように連結するケーシング加締め部76が形成されている。
【0016】
次に、セラミックセパレータ18には、各リード線20,21等を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔72が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部73が形成されている。そして、図2に示すように、セラミックセパレータ18は、セパレータ側支持部73よりも前方側に位置する部分を主筒14の後端部内側に入り込ませ、セパレータ側支持部73の前端面73aを主筒14の後端面(主筒側支持部90)に当接させることにより、セパレータ側支持部73よりも後方側に位置する部分は主筒14の外側に突出させた状態で配置される。
【0017】
酸素検出素子2用の一方のリード線20は、互いに一体に形成されたコネクタ23a、引出し線部23b、金具本体部23a及び発熱体把持部23dからなる内部電極接続金具23(第一接続金具)を経て前述の酸素検出素子2の内部電極層2c(図2)と電気的に接続されている。一方、他方のリード線21は、互いに一体に形成されたコネクタ33a、引出し線部33b及び金具本体部33cとを有する外部電極接続金具33(第二接続金具)を経て、酸素検出素子2の外部電極層2b(図2)と電気的に接続されている。酸素検出素子2は、その内側に配置された発熱体3で加熱することで活性化される。発熱体3は棒状のセラミックヒータであり、抵抗発熱線部(図示せず)を有する発熱部3aが、+極側及び−極側の発熱体端子部3b、3bに接続されるリード線(図示せず)を経て通電されることにより、酸素検出素子2の先端部(検出部)を加熱する。
【0018】
図3に示すように、内部電極接続金具23は、先端側に形成された発熱体把持部23dの内面で発熱体3の外面を把持するとともに、金具本体部23cの外面と酸素検出素子2の内面との接触により内部電極接続金具23及び発熱体3を軸方向に位置固定する役割を果たす。また引出し線部23bの一端が金具本体部23cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ23aが一体化されている。
【0019】
発熱体把持部23dは、発熱体3の周囲を包囲するC字状の横断面形状を有している。そして、発熱体3を未挿入の状態では該発熱体3の外径よりは少し小さい内径を有し、発熱体3の挿入にともない弾性的に拡径してその摩擦力により発熱体3を把持する。
【0020】
また、金具本体部23cは、左右両側の縁に鋸刃状の接触部23eがそれぞれ複数形成された板状部分を円筒状に曲げ加工することにより、発熱体3を包囲する形態で形成されている(すなわち、発熱体3が挿通される)。そして、金具本体部23cの外周面及び接触部23eと酸素検出素子2の中空部2aの内壁面(内部電極層2c内面)との間の摩擦力によって内部電極接続金具23及び発熱体3を中空部2aに対し軸線方向に位置決めする役割を果たすとともに、複数の接触部23eの各先端部において内部電極層2c内面と接触・導通するようになっている。
【0021】
一方、外部電極接続金具33は、円筒状の金具本体部33cを有するとともに、引出し線部33bの一端が金具本体部33cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ33aが一体化されている。他方、その中心軸線を挟んで引出し線部33bの接続点と反対側には、軸線方向のスリット33eが形成されている。このような金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部がこれを弾性的に押し広げる形で内側から挿入されている。具体的には、酸素検出素子2の外周面後端部には外部側出力取出部としての導電層2fが、周方向に沿って帯状に形成されている。外部電極層2bは、例えば無電解メッキ等により、酸素検出素子2の係合フランジ部2sよりも前端側の要部全面を覆うものとされている。他方、導電層2fは、例えば金属ペーストを用いたパターン形成・焼き付けにより形成されるもので、同様に形成される軸線方向の接続パターン層2dを介して外部電極層2bと電気的に接続されている。
【0022】
なお、金具本体部33cの酸素検出素子2挿入側の開口部には、例えばその周方向に沿って外向きに開く挿入ガイド部33fを形成しておけば、挿入時の引っ掛かり等が生じにくく、一層スムーズな組付けが可能となる。また、同様の目的で、酸素検出素子2の開口部外縁に面取部2gを形成することもできる。
【0023】
酸素センサ1において、セラミックセパレータ18の後端面は、軸方向において気体導入孔52よりも後方側に位置するとともに、グロメット17とセラミックセパレータ18との間には所定量の隙間98が形成されている。また、第一フィルタ保持部51の内周面とセラミックセパレータ18の外周面との間にも隙間92が形成されている。そして、気体導入孔52からの気体は隙間92内に供給され、さらにセパレータ側リード線挿通孔72とリード線との間に形成された隙間Kを通ってケーシング10内に導かれ、酸素検出素子2の内面(内部電極層2c)に導入される。一方、酸素検出素子2の外面にはプロテクタ11のガス透過口12を介して導入された排気ガスが接触し、酸素検出素子2には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として内外電極層2c,2b(図2)から接続金具23、33及びリード線20、21を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【0024】
図5にセラミックセパレータ18の詳細を示す。セラミックセパレータ18には、後端部側(図5(c)上端側)から4つのリード線挿通孔72が、中心軸線Oを中心とするピッチ円Pに沿って略90°間隔で貫通されている。また、同図(c)及び(d)に示すように、セラミックセパレータ18の軸線方向前端(図5では下端)から軸線方向に沿って全長のほぼ中央部(すなわちセパレータ側支持部73の中間部)に位置する底面18eまで、収容孔72aが形成されている。収容孔72aは、内部電極接続金具23の引出し線部23b、外部電極接続金具33の引出し線部33b、+極側の発熱体端子部3b、−極側の発熱体端子部3b及び発熱体3がそれぞれ挿入される各収容部に隔壁18aで区分されている(隔壁18a及び収容孔72aの詳細形状は図8で後述する)。引出し線部23b、33b及び発熱体端子部3b、3bと電気的に接続された4本のリード線20、21等が各々のリード線挿通孔72を経て後方へ引き出される。なお、底面18eは四角柱状の立ち上がりの先端を形成し、周囲に面取りがされているが、これは、例えば次のような事情による。すなわち、セラミックセパレータ18の焼成前の成形体を金型成形により製造する場合、収容孔72aとリード線挿通孔72とは別体のマンドレルにより形成されることが多い。このとき、底面18eの外周縁には、これらマンドレルの合わせ面が位置し、合わせ面の隙間に粉末が圧入されて成形体にバリが発生することがある。そこで、底面18eの周囲に面取を施しておけば、仮にバリが発生しても、その破片等が底面18e上に付着して不要な突起等が形成される不具合を生じにくくすることができる。
【0025】
そして、図5(b)に示すように、外部電極接続金具33の金具本体部33cの後端縁は、セラミックセパレータ18の収容孔72aの開口側端面(前端面)において、隔壁18aの前端面に当接している。一方、内部電極接続金具23の金具本体部23cの後端縁は、外部電極接続金具33の金具本体部33c及びピッチ円Pよりも内側にて、隔壁18aの前端面に当接している。また、隣接するリード線挿通孔72,72の間に形成される隔壁18aは、各々ピッチ円Pよりも内側に張り出して形成されている。なお、発熱体3の後端部は、収容孔72aの前端側から軸心に沿って底面18e付近まで挿入されており、これにより酸素センサ1の全長が短くなり、センサ寸法のコンパクト化が実現されている。
【0026】
図6に内部電極接続金具23(第一接続金具)の詳細を示す。厚さtの電導性薄板を同図(c)の展開図に示すように打ち抜き、コネクタ23a、引出し線部23b、金具本体部23c及び発熱体把持部23dが一体の内部電極接続金具23を形成する。金具本体部23cは接触部23eとともに酸素検出素子2の内壁面と摩擦力を生じるように円筒状に、発熱体把持部23dは発熱体3の外径より少し小さい内径を有するC字状に、コネクタ23aは周辺部を起立状にそれぞれ曲げ加工される。
【0027】
セラミックセパレータ18の内部電極接続金具収容部72b(第一収容部)に挿入される引出し線部23bは、コネクタ23aに連なる上部23l、金具本体部23cに連なる下部23n及びその両者をつなぐ中央部23mから構成され、次のような形状を有している。上部23lから中央部23mにかけては両側で緩やかに幅が広がる拡大縁部23k(傾斜側縁)が形成され、中央部23mはその幅wが下方(前方)ほど広くなる傾斜縁部23t(傾斜側縁)をもち、中央部23mと下部23nとの間及び下部23nと金具本体部23cとの間には両側から幅が縮小する縮小縁部23s及び23s’がそれぞれ設けられている。さらに中央部23mには、上部が開口し下方に方向転換部を有する(図では上向きコ字状)切目23h’が打ち抜きの際にあらかじめ中心線に沿い長さl、幅w’にわたって設けられており、曲げ加工後金具本体部23cの曲げ方向とは反対側へ切目23h’の舌片を開口上部中心に下部を角度θ1だけ引起こして突出部23hを形成する。引出し線部23bがセラミックセパレータ18の内部電極接続金具収容部72bに挿入されたとき、中央部23mの左右の拡大縁部23k又は傾斜縁部23tが接続金具収容部72bを形成する隔壁18aの一部分に係合するとともに、突出部23hの下端部が隔壁18aの他の部分に係合する(図8参照)。
【0028】
図7に外部電極接続金具33(第二接続金具)の詳細を示す。厚さtの電導性薄板を同図(c)の展開図に示すように打ち抜き、コネクタ33a、引出し線部33b及び金具本体部33cが一体の外部電極接続金具33を形成する。金具本体部33cは酸素検出素子2の後端部外径より少し小さい内径を有する円筒状に、コネクタ33aは周辺部を起立状にそれぞれ曲げ加工される。中心軸線を挟んで引出し線部33bの接続点と反対側には、軸線方向のスリット33eが形成される。金具本体部33cの酸素検出素子2挿入側の開口部には、周方向に沿って挿入ガイド部33fが外向きに開いて形成される。
【0029】
セラミックセパレータ18の外部電極接続金具収容部72c(第二収容部)に挿入される引出し線部33bは、コネクタ33aに連なる上部33l、金具本体部33cに連なる下部33n及びその両者をつなぐ中央部33mから構成され、次のような形状を有している。上部33lから中央部33mにかけては両側で緩やかに幅が広がる拡大縁部33k(傾斜側縁)が形成され、中央部33mはその幅wが下方(前方)ほど広くなる傾斜縁部33t(傾斜側縁)をもち、中央部33mと下部33nとの間には両側から幅が縮小する縮小縁部33sが設けられている。さらに中央部33mには、上部が開口し下方に方向転換部を有する(図では上向きコ字状)切目33h’が打ち抜きの際にあらかじめ中心線に沿い長さl、幅w’にわたって設けられており、曲げ加工後の金具本体部33cの曲げ方向とは反対側へ切目33h’の舌片を開口上部中心に下部を角度θ1だけ引起こして突出部33hを形成する。引出し線部33bがセラミックセパレータ18の外部電極接続金具収容部72cに挿入されたとき、中央部33mの左右の拡大縁部33k又は傾斜縁部33tが接続金具収容部72cを形成する隔壁18aの一部分に係合するとともに、突出部33hの下端部が隔壁18aの他の部分に係合する(図8参照)。なお、図7(a)で示されるように、外部電極接続金具33の引出し線部33b及びコネクタ33aは金具本体部33cの中心線に対して傾斜角θ2を有している。このように内部電極接続金具23にはない傾斜角θ2を付与する理由は、セラミックセパレータ18への挿入時に、外部電極接続金具33の浮きを防止し、酸素検出素子2への挿入をよりスムーズなものとするためである。
【0030】
図8は図2におけるC−C横断面図及びその拡大図で、収容孔72aと両接続金具23、33との位置関係を示す。セラミックセパレータ18には軸方向に貫通して4つのセパレータ側リード線挿通孔72が形成されているが、セラミックセパレータ18の前半部においては収容孔72aと内部において重なり合っている。収容孔72aは、内部電極接続金具23(第一接続金具)及び外部電極接続金具33(第二接続金具)をそれぞれ前方側から後方側へ挿入して保持する内部電極接続金具収容部72b(第一収容部)及び外部電極接続金具収容部72c(第二収容部)と、+極側及び−極側発熱体端子3b、3bをそれぞれ前方側から後方側へ挿入して保持する発熱体端子収容部72d、72dと、これら4つの収容部の間に位置して4者を連通する中央連通部72eとから形成されている。両接続金具収容部72b、72c及び両発熱体端子収容部72d、72dは互いに中央連通部72eを挟んで向かい合う状態にありピッチ円Pに沿って略90゜間隔で並ぶセパレータ側リード線挿通孔72と同様の位置関係を有するとともに、前端部側からみて各収容部に対応する各挿通孔が重なり合う(含まれる)状態となっている。中央連通部72eは図8の実施例の場合発熱体収容部を兼ねており、発熱体3が底面18eの手前まで挿入され、酸素センサ1のコンパクト化に貢献している。
【0031】
内部電極接続金具収容部72bは、中央連通部72eに面する幅狭の開口部18dと、中央連通部72eとは反対側の外周方向(奥行き方向)に広がる幅広の底部18bと、開口部18dから底部18bへとその開口幅(壁間距離)を徐々に広くして両者を連設する傾斜部18cとからなる隔壁18aで囲まれた空間として形成されている(図8(b)参照)。内部電極接続金具収容部72bは全体として、一部が中央連通部72eに開口された貝殻状あるいはオムスビ状を呈しており、楕円にも近い形状を有している。その奥行方向最大寸法Dは、これと直交する幅方向最大寸法w2よりも小さく設定されている。
【0032】
内部電極接続金具収容部72bに内部電極接続金具23を挿入したとき、ちょうど引出し線部23bが収容部72b内に留まることになる(図2参照)。このとき中央部23mの幅wが開口部18dの幅(最小幅)W1よりも大きく、また底部18bの幅(最大幅)W2よりも小さいので、拡大縁部23k又は傾斜縁部23tが隔壁18aの傾斜部18cに接当して収容部72bの前端部から後方側へ(紙面の手前から背後方向へ)移動する。収容部72bの前端部で引出し線部23bを挿入する際、引出し線部23bから底部18bへ向けて突設された突出部23hが底部18bの外周部分で押圧されることで反発力(バネ力)を生み、引出し線部23bは拡大縁部23k又は傾斜縁部23tの両側縁と突出部23hの下縁(前縁)の3点で確実に支持されるので、組み付け時に内部電極接続金具23がその収容部72bからはみ出して、外部電極接続金具33やその他の電気配線等に接触しショートする不具合が生じにくくなる。また、接触防止のための絶縁被覆の必要もなくなる。さらに、運転中の振動による収容部72bからの飛び出しに伴うショートも起こりにくくなり、繰り返し振動によって接続金具23が断線する事も防止できる。
【0033】
図8(b)で、最大幅W2/最小幅W1=1.6〜2.3、全奥行(最大奥行)D/有効奥行d=1.6〜2.2程度が望ましい。図示のようにD/d=2すなわちピッチ円近傍に引出し線部23bが位置する状態であると接続金具23からリード線20への電気的接続に無理がかからず断線の恐れも少なくなる。ここまでは内部電極接続金具収容部72bと内部電極接続金具23についてのみ説明してきたが、外部電極接続金具収容部72cと外部電極接続金具33の関係についても同様であるから説明は省略する。ただし、図8(a)のようにすべて対称にする必要はなく、たとえば外部電極接続金具収容部72cを発熱体端子収容部72dのように少し角張った断面形状にしたり、外部電極接続金具33の引出し線部33b及び突出部33hを、内部電極接続金具23の引出し線部23b及び突出部23hとは異なる形状や大きさにしたりするなど、本発明の範囲内で適宜変更しても勿論差し支えない。このような変更を加えたときは結線ミスの未然防止にもなる。また発熱体端子収容部72d、72dについては本発明を実施してもしなくてもよい。
【0034】
以下、酸素センサ1の製造方法について説明する。まず、図9(a)に示すように、セラミックセパレータ18に金属弾性部材74を外挿する。そして、図4に示す如く予め組み立てておいたフィルタアセンブリ16の前方側にセラミックセパレータ18、内部電極接続金具23、外部電極接続金具33及び発熱体3等を、後方側にグロメット17等を組み付ける。このとき、両接続金具23,33のコネクタ23a,33aに接続されたリード線20、21及び+極側と−極側の発熱体端子部3b、3bに接続されたリード線(図示せず)は、それぞれセラミックセパレータ18のセパレータ側リード線挿通孔72に挿通され、さらに第一フィルタ保持部51の後端側開口部に嵌め込まれたグロメット17のシール側リード線挿通孔91を経て後方側に延出されている。セラミックセパレータ18を前方側へ移動して、収容孔72aの前端部で引出し線部23b、33bを挿入する際、引出し線部23b、33bから隔壁18a(底部18b)へ向けて突設された突出部23h、33hが隔壁18a(底部18b)の外周部分で押圧されることで反発力(バネ力)を生み、引出し線部23b、33bは拡大縁部23k、33k又は傾斜縁部23t、33tの両側縁と突出部23hの下縁(前縁)の3点で確実に支持される。
【0035】
続いて、図9(b)に示すように、フィルタアセンブリ16を、グロメット17のシール側リード線挿通孔91内にてリード線20,21等を滑らせながら、段部60の内面がリング状の金属弾性部材74に当たる位置まで移動させ、セラミックセパレータ18の外側に被せる。例えば、リード線20,21等の束の上をフィルタアセンブリ16を多少傾けて滑らせても、第一フィルタ保持部51の開口部内縁とリード線20,21等との間にはゴム製のグロメット17が介在しているので、開口縁にてリード線20,21等の外被が削られる心配がない。
【0036】
この状態で、図9(c)に示すように、防護カバー64及び第一フィルタ保持部51の第二部分62の後端側重なり部を周方向に沿って内側のグロメット17に向けて加締めることにより、グロメット加締部67を形成する。他方、酸素検出素子2は主筒14内に予め組み付けておく。
【0037】
そして、図10(a)に示すように、発熱体3を先端側から酸素検出素子2の中空部2a内に挿入し、フィルタアセンブリ16の第一フィルタ保持部51を主筒14に被せ、セラミックセパレータ18を酸素検出素子2の後端部に向けて軸線方向に接近させる。これにより、外部電極接続金具33の金具本体部33cと、内部電極接続金具23の金具本体部23cとが、酸素検出素子2の開口部に位置決めされた形となる。そして、その状態でセラミックセパレータ18の前端面(図5の隔壁18aの下端面)に、両金具本体部33c、23cの後端縁を当接させつつ、セラミックセパレータ18を酸素検出素子2に向けて軸線方向にさらに接近させる。
【0038】
これにより、図2に示すように、酸素検出素子2の後端部が金具本体部33cの内側に相対的に押し込まれるとともに、金具本体部23cは酸素検出素子2の内側に押し込まれる。このとき、両金具本体部33c,23cの後端縁はセラミックセパレータ18の前端面に当接しているので、軸線方向の押込力による引出し線部33b,23bの挫屈といった不具合を生じることなく、スムーズな組立てが可能となっている。
【0039】
そして、図10(b)において、第一フィルタ保持部51と主筒14とを軸線方向に加圧して金属弾性部材74を圧縮変形させ、その状態で第一フィルタ保持部51と主筒14とにケーシング加締部76を形成して両者を結合することにより組立てが終了する。
【0040】
本発明に係る収容孔72aと両接続金具23、33との位置関係について次のような変更が考えられる。
▲1▼収容孔72aは、セラミックセパレータ18の前半部においてのみ、軸方向に貫通して設けられている4つのセパレータ側リード線挿通孔72と内部において重なり合う状態で形成された例を示したが、収容孔72aはセラミックセパレータ18の軸方向(前後方向)全長にわたり形成されていてもよい。
▲2▼隔壁18aは、軸方向(前後方向)に傾斜を有していてもよい。このときの傾斜は後方側から前方側へ次第に拡大するものとし、引出し線部23b、33bの拡大縁部23k、33k及び傾斜縁部23t、33tと同じ向きである。隔壁18aの傾斜は、セラミックセパレータ18製造の際の型抜きテーパをそのまま利用するか型抜きテーパの勾配を少し大きくして適用することができる。隔壁18a又は引出し線部23b、33bへ傾斜(直線状か曲線状かを問わない)を設けることにより、引出し線部18aの収容孔72aへの挿入がスムーズに行える。
▲3▼中央連通部72eが発熱体収容部に兼用される例、及び収容孔72aに発熱体端子収容部72d、72dが含まれる例を示したが、これらに限定されない(図11(a)参照)。
▲4▼両接続金具収容部72b、72cの形状は、貝殻状に限らず、直線で囲われた台形状、円形状、楕円状、その他の曲線状又はこれらの組み合わせでもよい。セラミックセパレータ18を貫通するセパレータ側リード線挿通孔72を前端部側においてほぼそのまま両接続金具収容部72b、72cとして利用することも可能である(図11(a)参照)。
▲5▼隔壁18aと引き出し線部23b、33bとは点(線)接触よりも面接触にすれば、保持がより安定する(図11(b)参照)。
【0041】
図11は主な変更例を示す。図11(a)では、セラミックセパレータ18を貫通するセパレータ側リード線挿通孔72を前端部側においてほぼ円形のまま両接続金具収容部72b、72cとして利用するとともに、収容孔72aに発熱体端子収容部72d、72dが含まれない例を示した。隔壁18aの肉厚を充分にとることができ強度・耐久性に優れる。図11(b)では、隔壁18aの傾斜部18cの両側に幅W’、深さD’の浅い溝18f、18fを設けるとともに、底部18bにも幅W”、深さD”の浅い溝18gを設けてある。引出し線部23b、33bは溝18f、18fを、突出部23h、33hは溝18gをそれぞれガイドとして収容部72b、72cにがたつきなく挿入でき、保持力も大きい。なお、溝18fと18gはいずれか一方のみ設けてもよい。幅wの異なる引出し線部23b、33bに対応するためには両側の溝18f、18fをそれぞれ階段状に形成するとよい。幅w’の異なる突出部23h、33hに対応するためには溝18gの幅W”を少し広めに取っておけばよい。
【0042】
さらに本発明に係る引出し線部23b、33b及び突出部23h、33hの形状についても次のような変更が考えられる。
▲1▼両接続金具23、33のうちいずれか一方にのみ本発明を適用すること、または引出し線部及び突出部の形状を互いに異ならせて適用することは可能である。
▲2▼引出し線部23b、33bの傾斜縁部23t、33t及び拡大縁部23k、33kはなくてもよく、あるいは左右のうち片側だけ設けてもよく、その形状も直線状、曲線状等を問わない。
▲3▼突出部23h、33hの形状について、切目を用いずプレスや絞りで一体的に膨出部を設けたり、あるいは別体の突出部をハンダ付したりしてもよい(図12(d)参照)。
▲4▼突出部23h、33hの引起こし形態について、多段折れや曲線(面)状折れ、左右方向への引起こし等も可能である(図12(a)(b)(c)参照)。
▲5▼突出部23h、33hの切目23h’、33h’について、コ字状以外にU字状等の変更が可能である。
【0043】
図12は主な変更例を示す。図12(a)は、傾斜角θ1の第一突出部23h1と傾斜角θ1'の第二突出部23h1'を二段折れ状に設けたもので、第二突出部23h1'の接触面積がより広くなり、引出し線部23bの保持が安定する。
同(b)は、曲線状の突出部23h2を設けた例でバネ効果により保持力が増す。
同(c)は、中心線上にI字状の切目を設け、2枚の矩形状舌片を左右に押し開いて突出部23h3とした例である。切目をT字状又は逆T字状とし、2枚の三角形状舌片を左右に押し開くようにしてもよい。また、切目をコ字状とし、左右いずれか一方に押し開いてもよい。同(d)は、プレス等により突出部23h4を一体的に膨出させた例を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素センサの縦断面図。
【図2】図1の酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図3】セラミックセパレータへの組み付け状態を示す分解斜視図。
【図4】組立状態のフィルタアセンブリの部分縦断面図。
【図5】セラミックセパレータの平面図、底面図、A−A縦断面図及びB−B縦断面図。
【図6】内部電極接続金具の左側面図、正面図及び展開図。
【図7】外部電極接続金具の正面図、右側面図及び展開図。
【図8】図2におけるC−C横断面図及びその拡大図。
【図9】図1の酸素センサの組立方法の一例を示す工程説明図。
【図10】図9に続く工程説明図。
【図11】図8の変更例を示し、(a)は第1変更例のC−C横断面図、(b)は第2変更例のC−C横断面拡大図。
【図12】図6の突出部の変更例を示し、(a)は第1変更例の正面図、(b)は第2変更例の正面図、(c)は第3変更例の斜視図、(d)は第4変更例の斜視図。
【符号の説明】
1 酸素センサ
2 酸素検出素子
2a 中空部
2b 外部電極層
2c 内部電極層
18 セラミックセパレータ
18a 隔壁
18b 底部
18c 傾斜部
18d 開口部
23 内部電極接続金具(第一接続金具)
23b 引出し線部
23h 突出部
23h’切目
23t 傾斜縁部(傾斜側縁)
33k 拡大縁部(傾斜側縁)
33 外部電極接続金具(第二接続金具)
33b 引出し線部
33h 突出部
33h’切目
33t 傾斜縁部(傾斜側縁)
33k 拡大縁部(傾斜側縁)
72a 収容孔
72b 内部電極接続金具収容部(第一収容部)
72c 外部電極接続金具収容部(第二収容部)
72e 中央連通部
D 収容部の最大奥行寸法
W2 収容部の最大幅寸法[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor for detecting oxygen in a gas to be measured such as an exhaust gas of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As one form of such an oxygen sensor, a sensor having an oxygen detecting element having a hollow shaft shape with a closed tip and electrode layers on the inner and outer surfaces is known. In recent years, with the rise of the automobile industry, the demand for oxygen sensors has increased, and the demand for price reduction has been increasing year by year. The oxygen sensor has a large number of parts among electric parts for automobiles, and how to simplify the assembly process is an important key for reducing the manufacturing cost. To that end, it is necessary to improve the technology on the production equipment side, such as automation of the assembly process, but it is also important to devise a sensor structure that is advantageous for man-hour reduction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in the above type of oxygen sensor, a first connection fitting (internal electrode connection fitting) and a second connection fitting (external electrode connection fitting) are electrically connected to the internal electrode layer and the external electrode layer of the oxygen detection element, respectively. Both the connection fittings are led to the ceramic separator housing hole located behind the oxygen detection element (in the direction opposite to the tip in the axial direction of the oxygen detection element). Both connection fittings are rearward from the front side (the front end side in the axial direction of the oxygen detection element) on the first accommodation portion (internal electrode connection fitting accommodation portion) and the second accommodation portion (external electrode connection fitting accommodation portion) of the accommodation hole, respectively. Are inserted and held, and are electrically connected to respective lead wires via connectors to take out outputs.
[0004]
However, in such an oxygen sensor, when the above-described assembly is performed, both connection fittings protrude from the respective accommodating portions and come into contact with each other, or contact with other electric wirings (for example, terminal portions and lead wires of the heating element) to cause a short circuit. There was an easy problem. Further, even during the operation of the internal combustion engine (for example, while a car is running), there are problems of metal protrusion and short circuit due to vibration, and disconnection of both connection metal parts due to repeated vibration.
[0005]
The subject of this invention is providing the sensor structure which prevents the short circuit and disconnection of both connection metal fittings at the time of an assembly | attachment and driving | operation.
[0006]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above problems, the oxygen sensor of the present invention is
An oxygen detection element having a hollow shaft shape with a closed tip, and an inner electrode layer and an outer electrode layer formed on the inner surface and the outer surface, respectively,
A first connection fitting and a second connection fitting that are arranged behind the oxygen detection element and are electrically connected to the internal electrode layer and the external electrode layer, respectively, from the front side to the rear side in the direction of their own axes. A ceramic separator in which a housing hole having a first housing portion and a second housing portion to be inserted and held, and a central communication portion located between the two housing portions and communicating with each other is formed;
Each of the housing portions has an opening facing the central communication portion, and is a space surrounded by a partition wall having a cross-sectional shape that is wider than the opening portion in the depth direction opposite to the central communication portion. Formed,
At least one of the connection fittings is characterized by having a lead line portion having a width wider than the opening and a projecting portion projecting from the lead line portion in the depth direction.
[0007]
According to the present invention described above, for example, the left and right side edges and the projecting part of the lead line part are in contact with the inner surface of the partition wall, so that the lead line part of the connecting metal can reliably correspond to the left and right side edges and the projecting part. Since it is held in the housing portion, it is difficult to cause a problem that the connection fitting protrudes from the housing portion during assembly and contacts with each other or other electric wirings to cause a short circuit. In addition, the insulation coating for preventing contact can be omitted, which contributes to the reduction of the number of parts. In addition, short-circuiting due to jumping out of the housing due to vibration during operation is less likely to occur, and the problem of disconnection of the connection fitting due to repeated vibration can be prevented or suppressed.
[0008]
The projecting portion can be elastically biased in a direction in which the left and right side edges of the lead wire portion are pressed against the inner surface of the partition wall by compressing and deforming in the housing portion. Due to the elastic biasing force of the protruding portion, the lead wire portion is more stably held in the accommodating portion.
[0009]
The partition wall includes a narrow opening facing the central communication part, a wide bottom located on the opposite side of the central communication part, and an inclination that connects the bottom part and the opening on both sides in the width direction. It can be formed from the part. This can be more stably held in such a manner that the left and right edges of the lead-out line part are brought into contact with the corresponding inclined part. In this case, in the axial cross section of the ceramic separator, the housing portion can satisfy W2> D, where D is the maximum dimension in the depth direction and W2 is the maximum width dimension in the direction orthogonal thereto. By making the width direction dimension wider than the depth dimension, the leader line part can be held more stably, and the width of the leader line part with respect to the depth direction dimension of the housing part can be increased, so that the leader line part from the opening part Jumping out can be prevented more effectively. Moreover, when compressing elastically deforming a protrusion part, it becomes easy to earn the elastic deformation amount to the extent that the depth direction dimension becomes short, and the holding | maintenance stability of the leader line part in an accommodating part improves further.
[0010]
Next, at least one of the left and right side edges of the leader line portion can be formed on an inclined side edge that gradually becomes wider from the rear side to the front side. Thereby, it becomes difficult to generate | occur | produce a catch at the time of the assembly | attachment of both connection metal fittings, and it can insert in each accommodating part smoothly. In addition, the occurrence of twist during operation can be prevented.
[0011]
The projecting portion extends in a predetermined direction from the base end portion, and a cut line extending from the direction changing portion to the other end is provided in the lead-out line portion, and a tongue piece positioned inside the cut is formed in the depth direction. be able to. According to this configuration, it is possible to easily form an elastically deformable protruding portion with a simple structure, and by reliably applying elasticity to the protruding portion, the lead wire portion can be reliably pressed against the partition wall of each storage portion. . In this case, the protruding portion can be formed by raising the fulcrum on the rear side in the axial direction and raising the portion of the tongue piece located on the front side of the raising fulcrum. According to this, when the lead wire portion is inserted and assembled from the front side to the rear side in the axial direction in the housing portion, the raised tongue piece is caught on the opening end surface edge on the insertion side of the housing portion. Troubles are less likely to occur and assembly can be performed smoothly.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows the internal structure of the oxygen sensor of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the main part. The
[0013]
The
[0014]
In the opening on the rear side of the
[0015]
The
[0016]
Next, the
[0017]
One
[0018]
As shown in FIG. 3, the internal electrode connection fitting 23 holds the outer surface of the
[0019]
The heating
[0020]
Further, the metal fitting
[0021]
On the other hand, the external electrode connection fitting 33 has a cylindrical fitting
[0022]
In addition, if an insertion guide portion 33f that opens outward along the circumferential direction is formed in the opening portion of the metal fitting
[0023]
In the
[0024]
FIG. 5 shows details of the
[0025]
As shown in FIG. 5B, the rear end edge of the
[0026]
FIG. 6 shows details of the internal electrode connection fitting 23 (first connection fitting). A conductive thin plate having a thickness t is punched out as shown in the developed view of FIG. 4C, and the
[0027]
The
[0028]
FIG. 7 shows details of the external electrode connection fitting 33 (second connection fitting). The conductive thin plate having a thickness t is punched out as shown in the development view of FIG. 4C, and the
[0029]
The
[0030]
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 2 and an enlarged view thereof, and shows the positional relationship between the receiving
[0031]
The internal electrode
[0032]
When the internal electrode connection fitting 23 is inserted into the internal electrode connection
[0033]
In FIG. 8B, it is desirable that the maximum width W2 / minimum width W1 = 1.6 to 2.3, the total depth (maximum depth) D / the effective depth d = 1.6 to 2.2. As shown in the figure, when D / d = 2, that is, the
[0034]
Hereinafter, a method for manufacturing the
[0035]
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the inner surface of the
[0036]
In this state, as shown in FIG. 9C, the
[0037]
Then, as shown in FIG. 10 (a), the
[0038]
Thereby, as shown in FIG. 2, the rear end portion of the
[0039]
10B, the first
[0040]
The following changes can be considered for the positional relationship between the
(1) Although the
(2) The
(3) Although the example in which the
{Circle around (4)} The shapes of the connecting
(5) If the
[0041]
FIG. 11 shows a main modification. In FIG. 11A, the separator-side lead
[0042]
Further, the following changes can be considered for the shapes of the
(1) It is possible to apply the present invention to only one of the
(2) The inclined edge portions 23t and 33t and the
(3) As for the shape of the projecting
{Circle around (4)} The protruding
(5) The
[0043]
FIG. 12 shows a main modification. In FIG. 12A, the first protrusion 23h1 having the inclination angle θ1 and the second protrusion 23h1 ′ having the inclination angle θ1 ′ are provided in a two-stage fold shape, and the contact area of the second protrusion 23h1 ′ is further increased. It becomes wide and the holding | maintenance of the
The same (b) is an example in which a curved projection 23h2 is provided, and the holding force is increased by the spring effect.
The figure (c) is an example in which an I-shaped cut is provided on the center line, and two rectangular tongue pieces are pushed open to the left and right to form a protrusion 23h3. The cut may be T-shaped or inverted T-shaped, and the two triangular tongues may be pushed open to the left and right. Also, the cut may be U-shaped and pushed open to the left or right. The same (d) shows an example in which the protrusion 23h4 is integrally bulged by a press or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of the oxygen sensor of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an assembled state of the ceramic separator.
FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of the filter assembly in an assembled state.
FIG. 5 is a plan view, bottom view, AA longitudinal sectional view, and BB longitudinal sectional view of a ceramic separator.
FIG. 6 is a left side view, a front view, and a development view of an internal electrode connection fitting.
FIG. 7 is a front view, a right side view, and a development view of an external electrode connection fitting.
8 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 2 and an enlarged view thereof.
9 is a process explanatory view showing an example of a method for assembling the oxygen sensor of FIG. 1; FIG.
FIG. 10 is a process explanatory diagram following FIG. 9;
11A and 11B show a modification example of FIG. 8, in which FIG. 11A is a CC cross-sectional view of the first modification example, and FIG. 11B is a CC cross-sectional enlarged view of the second modification example;
12A and 12B show a modified example of the protruding portion of FIG. 6, wherein FIG. 12A is a front view of the first modified example, FIG. 12B is a front view of the second modified example, and FIG. 12C is a perspective view of the third modified example. , (D) is a perspective view of a fourth modified example.
[Explanation of symbols]
1 Oxygen sensor
2 Oxygen detection element
2a Hollow part
2b External electrode layer
2c Internal electrode layer
18 Ceramic separator
18a Bulkhead
18b bottom
18c Inclined part
18d opening
23 Internal electrode connection bracket (first connection bracket)
23b Lead wire part
23h Protrusion
23h 'cut
23t inclined edge (inclined side edge)
33k Enlarged edge (tilt side edge)
33 External electrode connection bracket (second connection bracket)
33b Lead wire part
33h Protrusion
33h 'cut
33t inclined edge (inclined side edge)
33k Enlarged edge (tilt side edge)
72a receiving hole
72b Internal electrode connection fitting housing part (first housing part)
72c External electrode connection fitting housing part (second housing part)
72e Central communication part
D Maximum depth of housing
Maximum width of W2 housing
Claims (8)
該酸素検出素子の後方に配置されるとともに、前記内部電極層及び外部電極層にそれぞれ電気的に接続される第一接続金具及び第二接続金具をそれぞれ、自身の軸線方向において前方側から後方側へ挿入して保持する第一収容部及び第二収容部と、該両収容部の間に位置して両者を連通する中央連通部とを有する収容孔が形成されたセラミックセパレータとを備え、
前記両収容部はそれぞれ、前記中央連通部に面する開口部を有し、該中央連通部とは反対側の奥行き方向に向かって前記開口部よりも広幅となる横断面形状の隔壁で囲まれた空間として形成され、
前記両接続金具のうちの少なくとも一方は、前記開口部より広い幅を有する引出し線部と、該引出し線部から前記奥行き方向に向けて突設された突出部とを有することを特徴とする酸素センサ。An oxygen detection element having a hollow shaft shape with a closed tip, and an inner electrode layer and an outer electrode layer formed on the inner surface and the outer surface, respectively,
A first connection fitting and a second connection fitting that are arranged behind the oxygen detection element and are electrically connected to the internal electrode layer and the external electrode layer, respectively, from the front side to the rear side in the direction of the axis thereof A ceramic separator in which a housing hole having a first housing portion and a second housing portion to be inserted and held, and a central communication portion located between the two housing portions and communicating with each other is formed;
Each of the housing parts has an opening facing the central communication part, and is surrounded by a partition wall having a cross-sectional shape that is wider than the opening part in the depth direction opposite to the central communication part. Formed as a space,
At least one of the connection fittings has an extraction line portion having a width wider than the opening, and a protrusion protruding from the extraction line portion in the depth direction. Sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12312399A JP4177931B2 (en) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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