JPH02259459A - 酸素濃度検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １更二貝立 ［産業上の利用分野］。

本発明は酸素濃度検出センサに関し、詳しくは固体電解
質ｉ二条孔質電極対が配設されたセンサ素子を少なくと
も具備する酸素濃度検出センサに関する。

［従来の技術］ この種の酸素濃度検出センサは、同じ様な工程で製造し
ても、センサ素子の材料成分のバラツキ、製造条件の微
妙な違いにより、特性が多少異なり、同じ環境を測定し
ても異なる出力信号を送る場合が少なくない。従って、
従来、センサ素子の互換性を確保するために、補正用抵
抗器を、センサ側の信号線に取り付けている。

かかるセンサとして、いくつかのタイプのものが知られ
ている。例え（戯　特開昭６１−１４０９５６号や、同
６１−２０９３５２号には、固体電解質と多孔質電極と
を有する酸素濃度検出センサであって、センサ本体や、
そこにつながるケーブルｈ　あるいはセンサ側とコント
ローラ側のケーブルを結合するコネクタ内で信号線を分
岐し、そこに補正用抵抗器を接続したものが開示されて
いる。

また、特開昭５８−２０５８４９号で１友　酸素濃度セ
ンサの信号線に直列に補正用の可変抵抗器を接続したも
のが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の酸素濃度検出センサの各タイプに
は、　次のようにそれぞれ問題点があつ翫ケーブル途中
で信号線を分岐して補正用抵抗器を接続するセンサで（
上　分岐接続点で、耐振性や耐屈曲性が低くなり、また
ケーブル全体の引っ張り強度も弱くなる。特に耐振性が
要求される自動車用の酸素濃度検出センサで（飄　この
問題点は看過できない。また、酸素濃度検出センサでは
水分によって特性が変わりやすいので、防水性が要求さ
札　センサ本体から伸びるリード線を各々防水被覆する
ことが行われているが、リード線を分岐するためにＥ　
　防水被覆を破らねばならず、防水性が低下する可能性
がある。

コネクタ内やセンサ本体内で信号線を分岐して補正用抵
抗器を接続するセンサで１友　分岐のためノード線同士
を直接接続する方法や、コネクタ等の内部に伝導層のパ
ターンや端子を形成し、そこで接続する構成が考えられ
る。しかし前者の構成で１ｔ、、ケーブル全体としての
引っ張り強度はやはり低下し、また接続強度に関して不
安が残る。後者の構成で１山　コネクタやセンサ本体の
内部に導電層のパターン等を形成する必要があり、コネ
クタ等の構造が複雑になり、製造工数が増え、またコス
トが上がる。更１ミ　コネクタ等の内部で半田付は等の
結線処理をしなけらばならず、作業が面倒で煩雑である
。また、一つの端子にリード線を二重にかしめる必要性
が生じたり、接続点が増加したりして、その点から接続
強度に不安が生じ、接触不良が起こる場合がある。また
、センサ本体内で補正用抵抗器を取り付けたものの場合
に（飄その取り付は後に補正用の抵抗値が不適切なもの
となったときに対応がとれない。

酸素濃度検出センサの信号線に直列に補正用抵抗器を接
続したもので（上　接続点で耐振性や耐屈曲性等の低下
が起こり、上記と同じ様な問題が生ずる。

なお、センサと補正用抵抗器とを別体とし、センサのコ
ネクタなどに補正用抵抗器を装着・脱離可能な構成とす
ることも考えられるが、そうすると、自動車組立工場等
で（上　センサの特性に応じて、そのセンサに装着すべ
き補正用抵抗器を選択・確認する必要があり、従業者の
確認しなければならない項目が増加し、作業の能率が低
下する。

その上補修のためセンサを取り替える場合に（よ補正用
抵抗器をセンサからはずし、それを新たなセンサに取り
付ける余計な作業が必要となり、また、違う抵抗値の補
正用抵抗器を用意しなければならない場合が生ずる。

本発明は上記課題を解決し、耐振性や耐屈曲性等が高く
、接触不良の心配もなく、更に構造が簡易で製造も審易
であり、適正な出力値を出力することができ、しかも取
り替え等の作業を能率良〈実施できる酸素濃度検出セン
サを提供することを目的とする。

１肛公璽戎 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の酸素濃度検出センサ（志　固体電解質基板に多
孔質電極対が配設されたセンサ素子を少なくとも有し、
酸素濃度に応じた信号を送る酸素濃度検出センサ本体と
、 該センサ本体に接続し、そこからの出力信号を伝達する
信号線を少なくとも有するケーブルと、該ケーブルに接
続されたセンサ側コネクタであって、前記センサ本体か
らの出力信号を処理した後に出力する電気回路を具備す
るコントローラ本体に、そのコントローラ本体に接続さ
れたコネクタを介して電気的につながるセンサ側コネク
タと、を有してなるセンサにおいて、 前記センサ側コネクタは、　前記コントローラ側コネク
タの端子に接触して前記電気回路に電気的につながる接
触用端子を、前記ケーブルにつながる端子とは別に有し
、該接触用端子には前記センサ本体の出力信号を前記セ
ンサ素子の機差に応じて補正する補正用抵抗器を直接接
続したことを特徴とする。

上記酸素濃度検出センサ本体は、　種々の態様のものが
挙げられる０例えＥ　　固体電解質基板に多孔質電極対
を配設した構造であり、その電極対への電圧印加時に、
電極配設面周りの雰囲気の酸素濃度差に応じて移動する
固体電解質内の酸素イオン量を電流値として横比し、酸
素濃度を求めるボンピング素子からなるものが挙げられ
る。あるいは同様な構造であり、電極配役面周りの雰囲
気の酸素濃度差に基づいて電極間に起電力が生じるので
、その起電力により酸素濃度を求める酸素濃淡素子から
なるもの、さらにはボンピング素子と酸素濃淡素子とを
被測定ガスが流入する空所（ガス拡散室）を挟んで対向
配設したセンサ本体等が挙げられる。このように組み合
わせたもの１表　酸素濃淡素子の電極対に生ずる電圧を
一定となるようにボンピング素子の電流を制御し、その
電流値から酸素濃度を測定する構成としてもよいし、ま
たボンピング素子に一定の電流が流れるように酸素濃淡
素子の電極間の電圧を制御し、その電圧値から酸素濃度
を測定する構成としてもよい。

センサ本体における固体電解質としては、　ジルコニア
とイツトリアあるいはカルシアとの固溶体が代表的なも
のである。その他二酸化セリウム二酸化トリウム　二酸
化ハフニウムの各固溶体、ペロブスカイト形酸化物固溶
体、３価金属酸化物固溶体等も使用可能である。

また、その固体電解質上の多孔質電極（よ　白金、ロジ
ウム等の耐熱性に優れる金属を、フレーム溶射、化学メ
ツキ、蒸着、あるいは上記金属ペーストをプリント印刷
後焼結する等の方法により形成すればよい。

酸素濃淡電池素子と酸素ポンプ素子とを対向配設するも
のの場合、例え（ｆＳ　　その酸素！Ｉ淡電池素子と酸
素ポンプ素子との間１：、ガス拡散室となる空所を有す
るスペーサを挟んで接合することにより形成される。こ
のスペーサの素材として（飄　アルミ九　スピネル、フ
ォルステライト　ステアタイト、ジルコニア等が用いら
れる。ガス拡散室には測定ガス雰囲気と結ぶ導入孔を形
成するが、この導入孔には多孔質材を充填して拡散抵抗
を増すようにしてもよい。

［作用］ 上記構成を有する本発明の酸素濃度検出センサで（飄　
センサ本体からの信号１山　ケーブルからセンサ側コネ
クタ、更にはコントローラ側コネクタ等を介して、コン
トローラ本体に入力さ札　コントローラ本体によって検
出値として出力される。

その出力に当たって、センサ本体の特性が多少ばらつい
ても、同じ環境を測定した場合にはコントローラ本体と
ケーブルを介して電気的に接続される補正用抵抗器によ
り、コントローラ本体の出力は補正さ札　はぼ同一とな
る。その補正用抵抗器］瓜　センサ側コネクタ内の他の
端子と独立した接触用端子に直接接続されているので、
接続点における接続不良等の諸問題が生じない。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
め１：、以下本発明の酸素濃度検出センサの好適な実施
例について説明する。

第１図に本実施例の酸素濃淡素子センサ１と、このセン
サ１を制御するコントローラ２の構成を模式図として示
す。コントローラ２（上　センサ１を制御し、またセン
サ］からの信号を測定値として出力するものである。

本実施例のセンサ１（よ　センサ本体３と、そこから伸
びるケーブル４と、ケーブル４の末端につながり、コン
トローラ側コネクタ６と結合するセンサ側コネクタ５と
からなる。

センサ本体３の内部に＋＆　　酸素濃度測定用のボンピ
ング素子と、ボンピング素子活性用のヒータ部とを備え
る。

本実施例でのボンピング素子１友　板状のジルコニア質
固体電解質の表裏面に各々多孔質電極が固定されたもの
である。２つの多孔質電極間に電圧を印加することによ
り、ジルコニア質固体電解質中に電流が流れる。その電
流値はジルコニア質固体電解質の表面と裏面とにそれぞ
れ接する雰囲気の酸素濃度差に応じて決まる。従って、
多孔質電極に接する面の一方の雰囲気の酸素濃度を一定
にする（例えばその雰囲気を大気とする）ことにより、
他方の雰囲気の酸素濃度を測定することができる。多孔
質電極に（上　センサ本体外部から電圧を印加するため
、またジルコニア質固体電解質中に流れる電流に対応す
る電流を取り出すために信号線としてのリード線４ａ、
４ｂが接続されている。

センサ本体３中のヒータ部１友　アルミナ、スピネル等
の電気絶縁性無機材質の板状体に白金、金等の発熱体を
固定したものである。その発熱体に電圧を印加すること
により発熱し、これによりボンピング素子を活性化する
。その発熱体に１！　　外部から電圧を印加するため二
本のリード線４ｃ。

４ｄが接続されている。

上記のボンピング素子から延びるリード線４ａ４ｂと、
　ヒータ部から延びるリード線４ｃ、４ｄとは、　４本
が一体となってケーブル４を構成し、センサ側コネクタ
５に接続されている。それらの各リード線４８〜４　ｄ
　ＩＬ　　センサ１が水分によって特性が変わらないよ
うに、図示しない防水ゴムによって被覆されている。

センサ側コネクタ５１上　６本のピン端子５ａ〜５ｆを
有し、その４つが上記リード線４８〜４ｄを接続するた
めに使用されている。そして、残りの２つには直接、補
正用抵抗器７が接続されている。

センサ側コネクタ５とコントローラ側コネクタ６とを結
合することによって、上記６つのピン端子５８〜５ｆは
ケーブル８を介してコントローラ本体９に設けられた６
つの端９８〜９ｆＩ：を気的につながる。

その中の２つの端子であって、センサ本体１内のヒータ
部に電気的につながる端子９ｃ、９ａｌｔ。

コントローラ本体９内で（よ　電源］０につながってい
る。従って、その電源１０によりヒータ部に電圧を印加
する。

またコントローラ本体９の端子であって、センサ本体１
内のボンピング素子に電気的につながる２つの端子９ａ
、９ｂの一方９ａｔ友　コントローラ本体９内で（表　
可変電源１１のプラス極につながる。他方の端子９ｂｌ
Ｌ　　その可変電源１１の接地されたマイナス極１：、
２つの抵抗器１２．１３を介してつながる。なお、その
抵抗器１２．１３には並列に電圧計１４が接続されてい
る。従って、両コネクタ５，６を接続すると、ボンピン
グ素子に電圧を供給でき、また測定雰囲気の酸素濃度に
応じた電流値を電圧値に変換して出力可能であり、外部
の電圧計１４で測定することができる。

更に　コントローラ本体９内の端子であって、補正用抵
抗器７に電気的につながる２つの端子９ｅ、９ｆｌＬ　
　コントローラ本体９内で（よ　抵抗器１２に並列につ
ながっている。

従って、補正用抵抗器７の抵抗値を適当に選択しておけ
（ｆＳ　　電圧計１４による出力値を適宜調整できる。

なお、センサ側コネクタ５１飄　　第１図では単に模式
的構成を示したが、実際には略円筒状体の内部から６本
のピン端子５８〜５ｆの先端部分が突出した構造をなし
ている。その中の補正用抵抗器７がつながれているピン
端子５ｅ、５ｆの一例の構成を第２図で示す。この２つ
のピン端子５　ｅ。

５ｆの後端部に補正用抵抗器７を直接かしめであるいは
半田付けして、一体化する。こうして一体化したものを
、センサ側コネクタ５に設けたビン端子固定用の孔部へ
挿入・固定し、ピン先部分を突出させる。補正用抵抗器
７（表　それが取り付けられてない状態のセンサで、ま
ず基準雰囲気の酸素濃度を測定し、その結果に応じて適
当な抵抗値のものを選択すればよい。

以上の実施例のセンサで（よ　補正用抵抗器７のため、
コントローラに対する高い互換性が実現でき、しかもそ
の補正用抵抗器７の接続のためにリード線同士を接続し
ていないので、センサ］の耐振惺　防水性　ケーブル２
の耐屈曲住　引っ張り強度は低下しない。また補正用抵
抗器７の接続のため（：、　１つの端子にリード線を二
重にかしめる手法等を採らずに、ビン端子５ｅ、５ｂに
直接接続するため、接続強度についての不安もない、更
１：、センサ側コネクタ５やセンサ本体３に伝導層のパ
ターンを形成して補正用抵抗器７を接続するようなこと
も不要なので、センサ側コネクタ５の構造も簡単である
。そして、補正用抵抗器７とビン端子５ｅ、５ｆとを半
田付は等で接続した後［ミそれをセンサ側コネクタ５内
に固定すればよいので、コネクタ内での半田付等が不要
であり、そのため煩雑な作業をしなくてもよい。

また、センサ１の製造の最終段階で補正用抵抗器７の抵
抗値を決定するので、補正を正確なものとすることがで
きる。

なお、センサ１の防水性の一層の向上のために隠　ビン
端子５ａ〜５ｆを例えば２本毎或は６本とも防水ゴムで
封入したり、ビン端子固定用の孔部を、ビン端子５８〜
５ｆを挿入後に樹脂で埋める等の防水処理をすることが
できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、例えば第３
図に示すよう１：、「コ」の字状をし゛たビン端子１５
の２本のビン先部分を連結する部分に、チップ抵抗器１
６を固着したものを利用した構造のセンサが他の例とし
て挙げられる。この場合、レーザートリミングで抵抗値
の調整をすれば良く、抵抗調整が容易である。その４Ｌ
　　本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。

１更五勲１ 以上詳述したよう１：、本発明の酸素濃度検出センサに
よれ（瓜　補正用抵抗器の接続のためにリード線同士を
接続していないので、センサの耐振性防水性　ケーブル
の耐屈曲法　引っ張り強度等が低下するという不安が解
消できる。また補正用抵抗器の接続に（上　１つの端子
にリード線を二重にかしめる手法等も採られておらず、
接触用端子へ直接接続している点からも、接続強度が高
い。更１：、センサ本体やコネクタ内に伝導層のパター
ンを形成して補正用抵抗器を接続する必要性もないので
、コネクタ等の構造も簡単であり、その製造工数や製造
コストが上昇する不安もない。また補正用抵抗器（よ　
接触用端子に取り付けた後に、コネクタ内に固定すれば
よいので、コネクタ内で半田付等の煩雑な作業をする必
要がない、更）二　出力補正（よ　センサ製造の最終段
階でなすので、最終完成形状にて補正か可能であり、製
造工程途中の組み付は過程に比較してその補正が確実で
安全なものとなる。

更に、センサと補正用抵抗器とが一体であるため、セン
サの特性に応じて、そのセンサに装着すべき補正用抵抗
器を自動車組立工場等で（上　選択する必要性がなく、
作業の能率が低下しない。また、補修のためセンサを取
り替える場合に（Ａ　それを単に新たなセンサと取り替
えるだけ良く、取り替えが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の酸素濃度検出センサと、このセンサ
を制御するコントローラの模式医　第２図は上記実施例
でのビン端子の構成と補正用抵抗器とを示す構成図　第
３図は「コ」の字状ビン端子にチップ抵抗器を取り付け
た構成図である。 １　・・・　センサ　　　２　・・・　コントローラ３
　・・・　センサ本体　４　・・・　ケーブル５　・・
・　センサ側コネクタ ５ａ、　　５ｂ、　　５ｃ。 ５ｄ、　　５ｅ、　　５ｆ　　＝・　　ビン端子７　・
・・　補正用抵抗 ９　・・・　コントローラ本体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固体電解質基板に多孔質電極対が配設されたセンサ素子
   を少なくとも有し、酸素濃度に応じた信号を送る酸素濃
   度検出センサ本体と、 該センサ本体に接続し、そこからの出力信号を伝達する
   信号線を少なくとも有するケーブルと、該ケーブルに接
   続されたセンサ側コネクタであって、前記センサ本体か
   らの出力信号を処理した後に出力する電気回路を具備す
   るコントローラ本体に、そのコントローラ本体に接続さ
   れたコネクタを介して電気的につながるセンサ側コネク
   タと、を有してなるセンサにおいて、 前記センサ側コネクタは、前記コントローラ側コネクタ
   の端子に接触して前記電気回路に電気的につながる接触
   用端子を、前記ケーブルにつながる端子とは別に有し、
   該接触用端子には前記センサ本体の出力信号を前記セン
   サ素子の機差に応じて補正する補正用抵抗器を直接接続
   したことを特徴とする酸素濃度検出センサ。