JPH0535324Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、被測定ガス中、なかでも内燃機関よ
り排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するた
めの酸素センサに係り、特に有底筒状の固体電解
質を保持する金属製ハウジングの大気連通側の開
口部に金属製キヤツプを被冠せしめた構造の酸素
センサに関するものである。

従来、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体
電解質を用いて、酸素濃淡電池の原理により、自
動車などの内燃機関より排出される被測定ガスと
しての排気ガス中の酸素濃度を検知し、かかる内
燃機関の空燃比を制御することが知られている。
そして、この種の酸素濃度検出器たる酸素センサ
にあつては、有底筒状のジルコニア固体電解質の
内外面に所定の電極、例えば多孔質白金電極を設
け、そして筒内面の電極を大気に接触せしめて基
準酸素濃度の電極とする一方、筒外面の電極を被
測定ガスである排気ガス中に曝して、測定電極と
している。そして、それら基準電極と測定電極と
の間の酸素濃度の差に基づく起電力を測定するこ
とにより、かかる排気ガス中の酸素濃度を測定し
ているのである。

ところで、従来のこの種のセンサにあつては、
有底筒状の固体電解質をその筒内が排気ガスより
気密に隔離されるように収納する金属製ハウジン
グを有し、そして該金属製ハウジングの大気連通
側の開口部が円筒状の突出部とされ、この突出部
の外周面に、かかる開口部としての突出部より更
に外方に突出した状態で配される各種センサ部材
を所定長さに渡つて覆う金属製キヤツプが取り付
けられるようになつているが、その取付け構造
は、かかるキヤツプをハウジングの円筒状突出部
に被冠せしめ、そして側面の複数箇所においてカ
シメにより固定する構造となつている。

このため、酸素センサが被水乃至は冠水を受け
たりすると、該センサ内部は急激に冷却されるこ
ととなり、そしてセンサ内部の空気が収縮して、
減圧系となることによつて、キヤツプとハウジン
グとの隙間より水を吸い込み、正確な起電力を発
生し得なくなつたり、センサ素子が破壊される等
の問題を内在している。特に、車両用の酸素セン
サにあつては、それがエンジン近くの水の被り易
いところに配置せしめられるものであるところか
ら、上述の問題は、より大きな問題となつている
のである。

尤も、かかる酸素センサにおいて、そのハウジ
ングにキヤツプを全周に渡つて溶接せしめ、上述
の如きセンサ内への水の浸入の問題を解決しよう
としたものもあるが、そのようなキヤツプとハウ
ジングを全周に渡つて安定して溶接することは、
極めて面倒な且つ困難な作業であり、しかも作業
性が悪く、また品質の安定性に欠ける等という欠
点を有しており、そのような解決策は、実用上に
おいて採用し得ないものであつた。

ここにおいて、本考案は、かかる事情に鑑みて
為されたものであつて、その目的とするところ
は、酸素センサにおけるハウジングとキヤツプと
の間を簡単な構造にて効果的に気密と為し、被水
乃至は冠水を受けて、センサ内部が冷却されて
も、それらハウジングとキヤツプとの隙間から水
を吸い込むようなことのない酸素センサを提供す
ることにある。

そして、本考案は、かかる目的を達成するため
に、所定の電極を設けた有底筒状の固体電解質
と、該固体電解質の閉鎖端を被測定ガス中に曝す
一方、大気が導入されるその筒内を該被測定ガス
より気密に隔離して収納する金属製ハウジング
と、該ハウジングの大気連通側の開口部を形成す
る円筒状突出部の外周面に冠着され、該円筒状突
出部に設けられたカシメ溝にカシメ固定される、
該開口部から外方に突出した状態で配される各種
センサ部材を所定長さに渡つて覆う金属製キヤツ
プとを有する酸素センサにおいて、前記金属製ハ
ウジングの円筒状突出部に設けられるカシメ溝と
該円筒状突出部の端部との間の外周面部位及び該
外周面部位に対応する前記金属製キヤツプの冠着
部位の少なくとも何れか一方の側に、それら他方
の側に向つて突出した、周方向に延びる環状の突
条及び／又は膨出部を少なくとも１箇所設けると
共に、該突条及び／又は膨出部の外形寸法或いは
内形寸法を、前記金属製キヤツプの内形寸法と等
しいか若しくはそれより大きくして或いは前記円
筒状突出部の外形寸法と等しいか若しくはそれよ
り小さくして、該金属製キヤツプを該突条及び／
又は膨出部の上に乗り上げさせることにより或い
は該金属製キヤツプを該円筒状突出部の外周部に
押し込むことにより、かかる突条及び／又は膨出
部において、該金属製ハウジングの円筒状突出部
の外周面に対して、該金属製キヤツプの内面を嵌
合密着せしめて、該円筒状突出部と該金属製キヤ
ツプとの間に全周に渡る連続した密着部を形成す
るようにしたのである。

以下、本考案の構成を更に具体的に明らかにす
るために、本考案の幾つかの実施例を図面に基づ
いて詳細に説明することとする。

まず、第１図において、２は、ジルコニア等か
らなる有底円筒状の固体電解質であり、その内側
面及び外側面には、それぞれ所定の電極、例えば
多孔質な白金電極（図示せず）が設けられてお
り、そしてそれら電極が、それぞれ適当な導線部
を介して外部に接続されるようになつている。ま
た、かかる固体電解質２の開口側の外周部には、
円筒形状を為す金属製ハウジング４がコンタクト
パツキング３を介して装着されており、固体電解
質２の閉鎖端側の外面に曝される自動車の排気ガ
ス等の被測定ガスに対して該固体電解質２の筒内
が気密に隔離されるように、該固体電解質２を収
納、保持している。具体的には、排気ガスが通る
排ガス管などの通路部材（図示せず）に対して、
固体電解質２が被測定ガス中に挿入せしめられた
状態において、金属製ハウジング４がそのフラン
ジ部６において取り付けられることにより、固体
電解質２の筒内は被測定ガスから遮断されること
となるのである。なお、このハウジング４には、
固体電解質２の外表面を被測定ガスから保護する
ための保護カバー８が設けられ、また通路部材と
フランジ部６との間のシールを為すためのガスケ
ツト１０が設けられている。

また、かかる金属製ハウジング４は、固体電解
質２の開口部側の端部において、その大気連通側
の開口部を形成する円筒状突出部１２を有してお
り、この円筒状突出部１２の開口を介して、各種
のセンサ部材（部品）が接続され或いは配置せし
められて、かかる突出部１２から更に外方に突出
した状態に位置して、センサを構成している。す
なわち、固体電解質２の筒内には、棒状加熱器１
４が収納されており、そしてこの棒状加熱器１４
の後部部分が円筒状突出部１２より後方に突き出
されて、リード線１６に接続せしめられ、該リー
ド線１６を介して外部電源に接続されるようにな
つている。

さらに、１８は、円環状を為す内側中心電極で
あつて、前記固体電解質２の内側電極に接続され
得るように、棒状加熱器１４の後部部分の外側に
外挿された絶縁碍子２０が円筒状突出部１２の開
口部内に挿入、固定せしめられることによつて、
該固体電解質２の開口部端に押圧された状態で取
り付けられている。そして、この絶縁碍子２０に
は、スペーサ部材２２を介して絶縁碍子２４が組
み合わされて取り付けられ、これによつて棒状加
熱器１４の周囲に筒状の絶縁空間を形成してお
り、またこの後方側の絶縁碍子２４内に後方側か
ら挿入されたリード線１６のそれぞれの端部が、
該絶縁空間内において、導線２６を介して棒状加
熱器１４や内側中心電極１８に接続せしめられて
いるのである。

そして、かかる絶縁碍子２０，２４の外側を取
り囲んで、それぞれ所定の空間を隔てて円筒状の
金属製キヤツプ２８が挿入され、さらに該キヤツ
プ２８は、その一端において、前記金属製ハウジ
ング４の円筒状突出部１２の外周面に冠着せしめ
られている。また、この金属製キヤツプ２８の他
端側は小径部とされ、そこにゴム栓３０が装着さ
れて、該ゴム栓３０を貫通してリード線１６が絶
縁碍子２４内に導かれている。さらに、かかる金
属製キヤツプ２８の後端小径部側の段付き部に
は、皿バネ３２が配置され、そしてこの皿バネ３
２がその内周縁において絶縁碍子２４に係合され
て、該絶縁碍子２４とキヤツプ２８とを、その軸
心方向に離隔する方向に付勢力を作用せしめてい
る。

また、かかる金属製キヤツプ２８のハウジング
４の円筒状突出部１２に対する取付けは、第２図
に拡大して示されるように、その冠着部分の全周
方向に渡る嵌合密着状態のもとに、複数箇所にお
けるカシメによつて行なわれているのである。

すなわち、金属製ハウジング４の円筒状突出部
１２には、従来と同様なカシメ溝３４が形成され
ていると共に、該カシメ溝３４と突出部１２端部
との間の外周面には、その全周に渡る環状の外向
き突条３６が所定高さにおいて一体的に形成され
ている。一方、金属製キヤツプ２８の内径寸法
は、かかる円筒状突出部１２の外周面に設けられ
た環状の突条３６の外形寸法（外径）よりも、や
や小さくされている。

そして、そのような金属製キヤツプ２８をハウ
ジング４の円筒状突出部１２に外挿せしめ、該突
出部１２の外周面に設けられた外向き突条３６の
上に乗り上げるように押し込み、さらに該キヤツ
プの変形を伴いつつ、その軸心方向に所定長さに
渡つて挿入せしめた後、従来と同様にして、複数
箇所において該キヤツプ２８をカシメ、そのカシ
メ部３８をカシメ溝３４に係合させることによ
り、キヤツプ２８はハウジング４に対して固定さ
れることとなるのである。

そして、このような金属製ハウジング４に対す
る金属製キヤツプ２８の取付け構造によつて、該
金属製キヤツプ２８の内面が、該金属製ハウジン
グ４の円筒状突出部１２に設けられた環状の外向
き突条３６部分において嵌合密着せしめられた構
造となり、以て該円筒状突出部１２と金属製キヤ
ツプ２８との間に、その全周に渡る連続した密着
部が形成されることとなつたのである。

なお、円筒状突出部１２に対するキヤツプ２８
の、上述の如き強制的な押込み嵌合によつて、キ
ヤツプ２８は、変形を受けて拡径せしめられるこ
ととなるが、そのようなキヤツプ２８を変形させ
る量は、外向き突条３６の外形寸法を如何に採る
か、換言すればかかる外形寸法をキヤツプ２８の
内径寸法と等しくするか、若しくはそれより大き
くした程度によつて種々異なるものであるが、そ
れはキヤツプの材料、肉厚等によつて適宜に選択
されることとなる。

従つて、かくの如き金属製キヤツプ２８と金属
製ハウジング４（円筒状突出部１２）との全周に
渡る嵌合密着構造によつて、それらの取付部は効
果的に気密構造とされ得るのであり、しかも全周
に渡つて連続した気密構造が確保され得るところ
から、センサが被水乃至は冠水を受けて、内部が
冷却され、減圧系となつても、その取付部の隙間
から水を吸い込むようなことは何等生じることが
なく、以てセンサ内部への水の浸入による起電力
への悪影響やセンサ素子の破壊等の問題を悉く解
消し得ることとなつたのである。

また、第３図には、本考案に従う各種の嵌合密
着構造の例が示されているが、そこにおいて、ａ
は、円筒状突出部１２の全体が金属製キヤツプ２
８の内径よりもやや大きな大径部（膨出部）４４
として形成されており、且つその先端部が所定傾
斜のテーパ面４０とされている。また、ｂにおい
ては、円筒状突出部１２の外周面が全体的に大き
なテーパ面４２として形成され、これによつてそ
の基部の大径側がキヤツプ２８の内径よりも大な
る大径部（膨出部）４４となつている。さらに、
ｃの例にあつては、円筒状突出部１２の先端側の
所定長さ部分が金属製キヤツプ２８の内径より小
さな小径部分とされる一方、カシメ溝３４を含む
所定長さ部分が、キヤツプ２８の内径に略等しい
か或いはそれよりも大きな外径の大径部（膨出
部）４４として形成されている。さらにまた、ｄ
の例では、上記ｃの例における円筒状突出部１２
の小径部部分に、更に一つの大径部（膨出部）４
４が周方向に設けられ、以て複数の大径部（膨出
部）４４が設けられた構造とされている。

このような第３図の構造においては、それぞれ
の大径部（膨出部）４４のテーパ面４０，４２，
４６によつて金属製キヤツプ２８が案内されると
共に、その強制的な押込みによつて、該キヤツプ
２８は変形されて拡径され、以てかかる円筒状突
出部１２の大径部（膨出部）４４の外周面に効果
的に嵌合密着せしめられることとなるのである。
すなわち、このような構造によれば、キヤツプ２
８の内面と円筒状突出部１２の外周面との嵌合密
着領域を大と為すことができ、以てそれらの間の
気密性を高め、より完全な水浸入防止効果を奏せ
しめ得るのである。

また、カシメ溝３４が大径部４４部部に設けら
れているところから、キヤツプ２８のカシメは、
その大径部４４に対する嵌合密着部分において行
なわれ、それらキヤツプ２８と円筒状突出部１２
との間に隙間がないところから、カシメ部３８が
安定し、かかるキヤツプ２８のハウジング４に対
するカシメ固定の効果も高め得るのである。な
お、大径部４４に対するキヤツプ２８の導入部た
るテーパ部４０，４２或いは４６の角度として
は、一般にキヤツプ２８の端部を押し入れ、拡径
し得るに有効な角度：αが選定されることとなる
が、一般に45°以下であることが望ましい。

また、これまでの実施例にあつては、金属製ハ
ウジング４の円筒状突出部１２の外周面の形状に
従つて金属製キヤツプ２８との間に嵌合密着構造
が形成されるようになつているが、これに代え
て、第４図や第５図に示されるように、キヤツプ
２８の端部形状を代えることにより、換言すれば
キヤツプ２８の該円筒状突出部１２の外周面を覆
う部分に、内方に突出し且つ周方向に延びる環状
の内向き突条及び／又は小径部を設け、該内向き
突条及び／又は小径部を介して、かかる円筒状突
出部１２の外周面に嵌合密着させるようにするこ
とも可能である。

因みに、第４図においては、金属製キヤツプ２
８の端部に二条の環状の内向き突条４８，４８が
周方向に全周に渡つて形成されており、この内向
き突条４８の存在による干渉に抗して、該キヤツ
プ２８の端部を円筒状突出部１２の外周に押し込
むことにより、該内向き突条４８，４８と円筒状
突出部１２の外周面との間で嵌合密着構造が全周
に渡つて形成されるのである。そして、そのよう
に嵌合密着せしめられた後、金属製キヤツプ２８
の複数箇所に対するカシメ操作によつて、キヤツ
プ２８はカシメ部３８においてカシメ固定される
のである。

また、第５図に示す例においては、内向き突条
４８は一条とされる一方、該内向き突条４８より
端部側のキヤツプ部分が小径部（膨出部）５０と
されており、かかるキヤツプ２８の円筒状突出部
１２に対する押込みによつて、かかる内向き突条
４８と共に、小径部５０も該円筒状突出部１２の
外周面に嵌合密着せしめられるようにされ、そし
てかかる状態において、小径部５０部分でカシメ
操作を行なつて、そこにカシメ部３８を形成する
ことにより、カシメが安定的に行なわれ得て、し
かも円筒状突出部１２との間に隙間も存在しない
ところから、カシメによる固定構造も安定化せし
め得るのである。

さらに、第６図に示される実施例にあつては、
金属製ハウジング４の円筒状突出部１２側と金属
製キヤツプ２８側の両方にそれぞれ突条乃至は大
径部（膨出部）が設けられており、それらによつ
て三箇所の嵌合密着部が形成されて、その気密構
造の完全化が図られている。すなわち、図におい
て、キヤツプ２８側には、一条の内向き突条４８
が全周に渡つて設けられる一方、円筒状突出部１
２の外周部には、カシメ溝３４を挟んで、先端部
側に環状の外向き突条３６が形成され、またその
反対側の突出部１２部分が大径部４４として形成
されている。そして、かかる円筒状突出部１２に
対して強制的にキヤツプ２８が嵌挿せしめられる
ことにより、それらの間の大径部４４、外向き突
条３６及び内向き突条４８部分において、それぞ
れ全周に渡る連続した嵌合密着部が形成されるこ
ととなるのである。

以上、本考案に係る各種の具体例について詳し
く説明してきたが、本考案は、かかる例示の具体
例にのみ限定して解釈されるものでは決してな
く、本考案の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当
業者の知識に基づいて、本考案には種々なる変
更、修正、改良等を加え得るものであつて、本考
案はそのような実施形態のものをも含むものであ
ること、言うまでもないところである。

【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
示す部分断面図であり、第２図は第１図の実施例
における金属製ハウジングに対する金属製キヤツ
プの嵌合密着構造を説明するための要部断面図で
あり、第３図ａ〜ｄはそれぞれ金属製ハウジング
の円筒状突出部の異なる外周面形状乃至はそれに
嵌合密着せしめられた金属製キヤツプの冠着状態
を示す要部断面説明図であり、第４図〜第６図は
それぞれ本考案の更に異なる金属製ハウジングと
金属製キヤツプとの嵌合密着構造の例を示す第２
図に相当する図である。 ２……固体電解質、３……コンタクトパツキン
グ、４……金属製ハウジング、６……フランジ
部、１２……円筒状突出部、１４……棒状加熱
器、１６……リード線、１８……内側中心電極、
２０……絶縁碍子、２２……スペーサ部材、２４
……絶縁碍子、２６……導線、２８……金属製キ
ヤツプ、３４……カシメ溝、３６……外向き突
条、３８……カシメ部、４０，４２，４６……テ
ーパ面、４４……大径部、４８……内向き突条、
５０……小径部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 所定の電極を設けた有底筒状の固体電解質と、
   該固定電解質の閉鎖端を被測定ガス中に曝す一
   方、大気が導入されるその筒内を該被測定ガスよ
   り気密に隔離して収納する金属製ハウジングと、
   該ハウジングの大気連通側の開口部を形成する円
   筒状突出部の外周面に冠着され、該円筒状突出部
   に設けられたカシメ溝にカシメ固定される、該開
   口部から外方に突出した状態で配される各種セン
   サ部材を所定長さに渡つて覆う金属製キヤツプと
   を有する酸素センサにおいて、 前記金属製ハウジングの円筒状突出部に設けら
   れるカシメ溝と該円筒状突出部の端部との間の外
   周面部位及び該外周面部位に対応する前記金属製
   キヤツプの冠着部位の少なくとも何れか一方の側
   に、それら他方の側に向つて突出した、周方向に
   延びる環状の突条及び／又は膨出部を少なくとも
   １箇所設けると共に、該突条及び／又は膨出部の
   外形寸法或いは内形寸法を、前記金属製キヤツプ
   の内形寸法と等しいか若しくはそれより大きくし
   て或いは前記円筒状突出部の外形寸法と等しいか
   若しくはそれより小さくして、該金属製キヤツプ
   を該突条及び／又は膨出部の上に乗り上げさせる
   ことにより或いは該金属製キヤツプを該円筒状突
   出部の外周部に押し込むことにより、かかる突条
   及び／又は膨出部において、該金属製ハウジング
   の円筒状突出部の外周面に対して、該金属製キヤ
   ツプの内面を嵌合密着せしめて、該円筒状突出部
   と該金属製キヤツプとの間に全周に渡る連続した
   密着部を形成したことを特徴とする酸素センサ。