JPH0416932Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は酸素センサに係り、特に酸素センサの
出力取出し用リードに外部から高い電圧が侵入し
ても、それによつてセンサ機能が損なわれること
のない酸素センサに関するものである。

酸素センサは、一般に、被測定ガス中の酸素分
圧を測定するための酸素検知素子を、所定の保護
筒体内に収納せしめる一方、かかる酸素検知素子
にて得られる前記酸素分圧に相当する出力を第一
および第二のリードにて外部に取り出すように構
成されている。

ところで、このような酸素センサにおいては、
不慮の事故などによつてそれらリードに外部から
高い電圧が侵入することがあり、そのようにリー
ドに高い電圧が侵入すると、酸素検知素子の酸素
検知部が絶縁破壊されて、酸素センサのセンサ機
能が損なわれる恐れがある。特に、自動車の排気
ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサでは、事
故あるいは修理中のミスなどによつてイグニツシ
ヨンコイルなどの高電圧がリードに漏れることが
あり、このため、そのようにリードに高電圧が侵
入してもセンサ機能が容易に損なわれることのな
い酸素センサが望まれている。

本考案は、かかる事情を背景にして為されたも
のであつて、その目的とするところは、前述のよ
うな酸素センサにおいて、酸素センサの出力取出
し用のリードに外部から高い電圧が侵入しても、
センサ機能が容易には損なわれることのない酸素
センサを提供することにあり、そしてこの目的を
達成するために、本考案に係る酸素センサでは、
外部に出力を取り出すための第一のリードと第二
のリードとの間に、外部より侵入する高電圧を吸
収する放電ギヤツプを設けたのである。

このように第一リードと第二リードとの間に放
電ギヤツプを積極的に設ければ、リードに侵入し
た高電圧はその放電ギヤツプにおいて放電され、
酸素検知素子の酸素検知部が絶縁破壊されること
はない。つまり、リードに侵入した外部からの高
電圧によつて酸素センサのセンサ機能が損なわれ
ることがないのであり、これによつて酸素センサ
の信頼性を著しく向上し得ることとなつたのであ
る。

以下、本考案をより一層具体的に明らかにする
ために、その一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図において、１０は、先端側が小径部１２
とされた保護筒体としての円筒状の金属製保護管
であつて、その外周面の段付部に円環状のハウジ
ング１４が装着されている。ハウジング１４は、
上記保護管１０を被測定ガスの通路隔壁、例えば
自動車エンジンの排気ガスの通路隔壁に固定する
ためのものであつて、保護管１０を、その先端側
の小径部１２が被測定ガスの通路内に挿入された
状態で、被測定ガスの通路隔壁に気密に固定し得
るようになつている。なお、１６は、保護管１０
とハウジング１４との間を気密に保つための気密
リングである。

一方、前記保護管１０内には、中間部を第一碍
子１８によつて、また保護管１０大径部側の基端
部を第二碍子２０によつてそれぞれ支持された状
態で、狭幅な長手矩形状の酸素検知素子２２が収
納され、第一碍子１８の前後に充填されたセメン
ト等の充填材２４によつて固定されている。な
お、２６，２８はそれぞれ充填材２４の押え板で
ある。

上記酸素検知素子２２は、酸素イオン伝導性の
固体電解質であるジルコニア（ZrO₂）を主成分
として構成されており、第２図に示されているよ
うに、保護管１０の小径部１２に収容される先端
部に、酸素濃淡電池の原理に基づく酸素検知部３
０が形成されている。

すなわち、第２図乃至第５図において、３２は
ジルコニアを主体とする固体電解質からなる長手
板状の基板であつて、その片面に白金等からなる
多孔質の電極３４が長手方向に沿つて設けられて
いる。また、この電極３４が設けられている側の
基板３２の面には、その電極３４の上から、基板
３２と同様の固体電解質成分からなる枠体３６、
同じく基板３２と同様の固体電解質成分からなる
酸素検知層３８、更には上記電極３４と同様の多
孔質の電極４０、電極４０の検知部以外の部分を
マスクするための基板３２と同様の固体電解質成
分からなる保護層４２が順次積層されている。

上記電極３４及び４０は、第３図及び第４図に
示されているように、枠体３６及び酸素検知層３
８を挟んで対向する先端部がそれぞれ面積の広い
大面積部となるように形成されている。そして、
電極３４を基板３２との間で挟む状態で設けられ
る枠体３６に、基端部から電極３４の大面積部ま
で貫通した空所４６が形成される一方、電極４０
の大面積部に対応する前記保護層４２の部分に、
その電極４０を外部空間に露出させる窓部４８が
形成されている。つまり、酸素検知素子２２の基
端部と先端部とを互いに酸素分圧の異なる気体雰
囲気中におけば、上記両電極の大面積部間におい
て一種の酸素濃淡電池が構成されるのであり、両
電極間から酸素濃淡電池の原理に基づく酸素分圧
の差に応じた電気信号が得られるのである。

なお、本実施例では、前述のように保護管１０
が被測定ガスの通路隔壁に固定されたとき、第１
図から明らかなように、電極３４の大面積部に
は、保護管１０の基端部に形成された空気穴５０
を介して大気が接触させられ、また電極４０の大
面積部には、保護管１０の小径部１２に形成され
たガス導入孔５２を介して被測定ガスが吹き付け
られるようになつており、これによつてそれら大
気と被測定ガスとの間の酸素分圧の差に応じた電
気信号が両電極間から得られるようになつてい
る。

そして、本実施例では、そのように両電極間に
現れる電気信号が、第２図に示されているよう
に、酸素検知層３８の同一面上において互いに平
行な状態で露出せしめられた両電極基端部のリー
ド部から、外部に取り出し得るようにされてい
る。すなわち、第３図及び第５図に示されている
ように、枠体３６と酸素検知層３８の基端部寄り
の中間部には、それらを板厚方向に貫いてスルー
ホール５４が形成されており、前記電極３４のそ
のスルーホール５４より基端側の部分が、酸素検
知層３８の電極４０の配設面と同じ面に設けられ
ているのである。そして、この酸素検知層３８上
にある電極３４の基端側の部分と基板３２上に位
置する先端側部分とが、そのスルーホール５４内
において接続されているのである。なお、このス
ルーホール５４は前記保護層により覆われてい
る。

一方、前記基板３２の電極３４が設けられた側
とは反対側の面には、アルミナ絶縁層５６および
ジルコニア絶縁層５８を介して、ヒータ６０が設
けられている。このヒータ６０は、前記酸素検知
素子２２先端部の酸素検知部３０に対応する部分
に位置するように発熱部が形成されており、この
ヒータ６０への通電によつて酸素検知部３０を加
熱し得るようになつている。このヒータ６０によ
る酸素検知部３０の加熱により、周囲温度にかか
わらず安定したセンサ機能が得られるようになつ
ているのである。そして、このヒータ６０を、基
端部のリード部を除いて覆う状態で、ジルコニア
からなるヒータ保護層６２が設けられている。

なお、上述のような酸素検知素子２２は、電極
及び各層を積層して焼成することにより、あるい
はそれらをスクリーン印刷手法によつて基板３２
上に印刷したのち、焼成することにより、容易に
製造することができる。この場合、電極３４は、
第３図から明らかなように、スルーホール５４よ
り先端側の部分と基端側の部分との２回にわたつ
て積層乃至は印刷する。これによつて、前述のよ
うに、その基端側のリード部を電極４０のそれと
同じ面に容易に形成することができる。また、枠
体３６内の空所４６も、積層時乃至は印刷時にテ
オブロミン等の熱昇華性の物資からなるスペーサ
部材を同時に設け、焼成時にそのスペーサ部材を
加熱昇華させることにより、容易に形成すること
ができる。

そして、このように先端部に酸素検知部３０が
形成された酸素検知素子２２が、第１図に示され
るように保護管１０内に収納された状態におい
て、前記電極３４及びヒータ６０の各リード部に
リード線６６，６８および７０がそれぞれ接続さ
れる一方、電極４０のリード部が図示しないコネ
クタを介して保護管１０に接続され、さらに前記
ハウジング１４を介して接地されるようになつて
いる。つまり、リード線６６とアース間で被測定
ガス内の酸素濃度に応じた電気信号が得られるよ
うになつているのであり、他方リード線６８，７
０間に通電することにより、ヒータ６０を発熱し
得るようになつているのである。また、上述の説
明から明らかなように、本実施例では、電極３４
のリード部とリード線６６が第二のリードとさ
れ、電極４０のリード部と図示しないコネクタ、
および保護管１０が第一のリードとされている。
なお、保護管１０の基端部側の開口部にはゴム栓
７２がカシメ固定されており、上記各リード線は
このゴム栓７２を貫通して外部に取り出されてい
る。これによつて、それらリード線を介して外部
から内部に伝わる振動が吸収され、それらリード
線と酸素検知素子２２との間の接続部の疲労破壊
が防止されているのである。

以上の説明から明らかなように、本実施例で
は、酸素センサの先端部を被測定ガスの通路内に
挿入して固定することにより、リード線６６とア
ース間でその被測定ガス内の酸素濃度に応じた電
気信号を得ることができるようになつているので
あるが、前述のように、酸素検知素子２２の酸素
検知部３０において酸素濃淡電池の電極を構成す
る両電極３４および４０の大面積部は極めて狭い
間隙を隔てて対向させられているので、何らかの
事故で電極３４に高い電圧が加わると、それら大
面積部間の絶縁が破壊され、酸素センサのセンサ
機能が損なわれる恐れがある。

そこで本実施例では、第５図及び第６図に示さ
れているように、酸素検知層３８の同一面上で互
いに平行に設けられた電極３４及び４０のリード
部に、互いに接近する方向に突出部７４が形成さ
れ、その突出部７４先端部間の距離が前記両電極
の大面積部間の距離よりも十分狭くされているの
である。

このようにすれば、たとえリード線６６に外部
から高電圧が侵入しても、その電圧は上記突出部
７４間で放電されるため、電極の大面積部間で絶
縁破壊が惹起されることがなくなり、酸素センサ
のセンサ機能が良好に維持されるのである。な
お、上述の説明から明らかなように、ここでは、
上記突出部７４間が、本考案における放電ギヤツ
プとなつているのである。

また、本実施例では、図示はしないが、前記ヒ
ータ６０のリード部間にも上述と同様の突出部が
形成され、更に同様に該ヒータリードと前記第一
のリードとの間にも放電ギヤツプが形成されて、
リード線６８，７０間、及びリード線６８，７０
とアース間に高電圧が加わつても、その高電圧に
よつてヒータ６０および酸素検知素子２２が破壊
されないようになつているのである。

以上、本考案の一実施例を説明したが、これは
文字通りの例示であつて、本考案は、かかる実施
例に限定して解釈されるべきものではない。

例えば、前記実施例では、電極３４の基端部側
のリード部が酸素検知層３８上において電極４０
のリード部と平行に設けられ、それら酸素検知層
３８上のリード部間に放電ギヤツプが形成されて
いたが、それら電極のリード部を基板３２上にお
いて平行に設け、その基板３２上のリード部間に
放電ギヤツプを形成するようにしてもよい。

また、放電ギヤツプは、そのように必ずしも酸
素検知層３８内に設けられている必要はなく、第
一のリードと第二のリードとの間であれば、例え
ば第二碍子２０内やゴム栓７２内等において設け
るようにしてもよい。なお、このことは、ヒータ
６０のリード間、あるいはヒータリードと第一の
リードとの間に形成される放電ギヤツプについて
も同様に言えることである。

さらに、かかる第一のリード３４と第二のリー
ド４０との間において、対向する突出部７４，７
４にて形成される放電ギヤツプは、一般に該第一
のリード部と該第二のリード部との他の場所（特
に、酸素検知部）より電気的放電距離が短く、最
も容易に放電するように形成されるものである。

また、前記実施例では、酸素検知素子の酸素検
知部が、実質的に、ジルコニアを主成分とする固
体電解質によつて構成されていたが、固体電解質
は必ずしもジルコニアである必要はなく、また酸
素検知素子としては、酸素検知部が、実質的に、
酸素分圧によつて抵抗が変化するチタニア
（TiO₂）等の酸化物半導体からなつているもので
あつてもよいのであり、酸素検知素子の形状も必
ずしも長手の板状形状である必要はないのであ
る。なお、酸素検知部が上述のような酸化物半導
体からなつている場合など、酸素検知部にリード
が複数接続されている場合には、各リードとアー
ス間においてそれぞれ放電ギヤツプを形成するこ
とが望ましい。

その他、一々列挙はしないが、本考案が、その
趣旨を逸脱しない範囲内において、当業者の有す
る知識に基づいて種々なる変形、改良等を施した
態様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る酸素センサの一実施例を
示す要部切欠断面図であり、第２図は第１図の酸
素センサにおける酸素検知素子を示す斜視図であ
り、第３図は第２図の酸素検知素子の展開構造を
示す斜視説明図であり、第４図および第５図はそ
れぞれ第２図における−および−断面図
であり、第６図は第３図の酸素検知素子の要部を
示す一部切欠平面図である。 １０……保護管（保護筒体）、１４……ハウジ
ング、２２……酸素検知素子、３０……酸素検知
部、３４，４０……電極、５４……スルーホー
ル、６０……ヒータ、６６……リード線、７４…
…突出部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 被測定ガス中の酸素分圧を測定するための酸
   素検知素子を、所定の保護筒体内に収納せしめ
   る一方、かかる酸素検知素子にて得られる前記
   酸素分圧に相当する出力を第一および第二のリ
   ードにて外部に取り出すようにした酸素センサ
   において、該第一のリードと該第二のリードと
   の間に、外部より侵入する高電圧を吸収する放
   電ギヤツプを設けたことを特徴とする酸素セン
   サ。 (2) 前記酸素検知素子が、一端側に酸素検知部を
   設けた長手の板状形状を有するものである実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の酸素センサ。 (3) 前記酸素検知素子の少なくとも酸素検知部
   が、実質的に、ジルコニアを主成分とする固体
   電解質にて構成される実用新案登録請求の範囲
   第１項または第２項記載の酸素センサ。 (4) 前記酸素検知素子の酸素検知部が、実質的
   に、酸素分圧によつて抵抗が変化する酸化物半
   導体にて構成される実用新案登録請求の範囲第
   １項または第２項記載の酸素センサ。 (5) 前記放電ギヤツプが、前記酸素検知素子内に
   設けられている実用新案登録請求の範囲第１項
   乃至第４項の何れかに記載の酸素センサ。 (6) 前記酸素検知素子を加熱するヒータを有する
   実用新案登録請求の範囲第１項乃至第５項の何
   れかに記載の酸素センサ。 (7) 前記ヒータに電源を供給する一対のヒータリ
   ード間および／または該ヒータリードと前記第
   一または第二のリードのうち接地されている方
   のリードとの間に、外部より侵入する高電圧を
   吸収する第二の放電ギヤツプを設けた実用新案
   登録請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記
   載の酸素センサ。 (8) 前記第一のリードが接地リードであり、且つ
   該接地リードが前記保護筒体に電気的に接続さ
   れている実用新案登録請求の範囲第１項乃至第
   ７項の何れかに記載の酸素センサ。