JPH063430B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素検知素子を加熱す
るためのヒータを備えた酸素センサの構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関を初め各種燃焼機器
の排気中の酸素濃度を検出する酸素センサにおいては、
ジルコニア等の固体電解質からなる酸素検知素子を用い
たものが広く使用されている。そしてこの酸素検知素子
は、所定温度に維持することによって酸素検知能力が向
上されることから、酸素センサ内部に加熱用のヒータを
納めたものがある。

【０００３】このようなヒータを有する酸素センサは、
一端を閉塞され筒状に形成されたジルコニア等からなる
酸素検知素子と、その内外面に被着形成された白金等か
らなる内部電極層及び外部電極層と、内部電極層に電気
的に接続され出力を取出すための出力取出し用リード線
と、外部電極層に電気的に接続され酸素検知素子を把持
するためのハウジングと、酸素検知素子を加熱するため
のヒータとから構成されており、内部電極層を外気に、
外部電極層を排気に接触せしめることによって排気中の
酸素濃度を検知するようにされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記内部電
極層は外気と接触させると共に、出力取出し用リード線
と接続する必要があることから、内部電極層と出力取出
し用リード線の接続には種々の難点があった。また、上
記ヒータは上記酸素検知素子内部、つまり内部電極層の
内側に配設する必要があり、特にヒータとして棒状のセ
ラミックヒータを使用した場合等にはこのヒータ本体の
固定方法にも問題があった。

【０００５】例えば内部電極層と出力取出し用リード線
との接続においては、酸素検知素子の開放端部内面に雌
ねじ部を刻設し、雄ねじ部が刻設された管状の金属端
子、あるいはコイル状の端子を雌ねじ部に螺合すると共
に出力取出し用リード線と接続させることによって、内
部電極層と出力取出し用リード線とを電気的に接続させ
るといったことが行なわれている。ところが雄ねじ部が
刻設された管状の金属端子を用いた場合には雌ねじ部に
大きな締め付け応力が加わり酸素検知素子を破損してし
まうといった問題が生じ、一方コイル状の端子を用いた
場合には締付応力は加わらないので酸素検知素子の破損
は起こらないのであるが、コイル状端子を雌ねじ部内に
螺入することは容易ではなく、手間がかかるといった問
題が生ずるのである。

【０００６】又ヒータは、接着剤等を用いて固定され酸
素検知素子を加熱するようにされているのであるが、こ
の場合、接着剤等の加熱や振動による経時的変化に伴な
って、ヒータ特にセラミックヒータをしっかりと固定す
ることができず、酸素検知素子とくにその内部電極層や
ヒータ自身を破損してしまうといった問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、内部電極層又は酸素検
知素子の内周を内側から径方向外側に押圧する弾発力を
有し且つヒータを把持することのできる金属端子を用い
ることによって、酸素検知素子の破損を防止すると共に
組付け作業を容易にし、更にヒータ特にセラミックヒー
タを破損させることなくしっかりと固定した酸素センサ
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達するため
の請求項１記載の酸素センサの構成は、内外面に電極層
を有する一端が閉塞された筒状の酸素検知素子と、該筒
状内に挿入されて該酸素検知素子を加熱するためのヒー
タと、該酸素検知素子内面の内部電極層と電気的に接続
された出力取出し用リード線と、を備えた酸素センサに
おいて、前記出力取出し用リード線と前記内部電極層と
を電気的に接続するための金属端子が、金属板を筒状に
湾曲させてなり、前記酸素検知素子の前記筒状内にて、
前記金属板の弾発力により前記酸素検知素子の径方向外
側に向かって前記内部電極層を押圧して着定する接続部
と、前記ヒータを把持する把持部と、を有することを特
徴とする。

【０００９】また、請求項２記載の酸素センサの構成
は、一端が閉塞された筒状の酸素検知素子と、該筒状内
に挿入されて該酸素検知素子を加熱するためのセラミッ
クヒータと、を備えた酸素センサにおいて、前記セラミ
ックヒータを前記酸素検知素子に固定するための固定用
金具が、金属板を筒状に湾曲させてなり、前記酸素検知
素子の前記筒状内にて、前記金属板の弾発力により前記
酸素検知素子の内周面を径方向外側に押圧して着定する
固定部と、前記セラミックヒータを把持する把持部と、
を有することを特徴とする。

【００１０】

【作用及び発明の効果】請求項１記載の酸素センサにお
いては、酸素検知素子内面の内部電極層と出力取出し用
リード線との電気的な接続のために用いる金属端子が、
金属板を筒状に湾曲させて成り酸素検知素子の筒状内に
て金属板の弾発力により酸素検知素子の径方向外側に向
かって内部電極層を押圧して着定する接続部と、酸素検
知素子加熱用のヒータを把持する把持部とを有してい
る。

【００１１】従って、内部電極層と金属端子とは接続部
の弾発力により電気的に接続されることから、内部電極
層にねじ部を刻設する必要もなくしっかりと接続され、
内部電極層からの出力を確実に取り出せるようになると
共に、取付け作業も容易に行なうことができ、締付け応
力による酸素検知素子の破損も防止することができる。
またヒータは把持部を介し接続部によって酸素検知素子
の筒状内にしっかりと固定され、接着剤等を用いる必要
もないので熱や振動に影響されてヒータや内部電極層が
傷つけられたり破損されるといったことも防止できるよ
うになる。

【００１２】また、請求項２記載の酸素センサでは、把
持部にてセラミックヒータを把持した固定用金具は、金
属板を筒状に湾曲させてなる固定部の弾発力により酸素
検知素子の筒状内にしっかりと安定した状態で着定し得
る。従って、セラミックヒータを酸素検知素子の筒状内
に挿入してなる酸素センサの組み付け作業を簡単に行う
ことができる。

【００１３】しかも、固定部は金属板を筒状に湾曲させ
てなり、その弾発力にて酸素検知素子の内周面を径方向
外側に押圧し着定している。従って、たとえ酸素センサ
の外部から振動や衝撃が酸素センサに加わった場合で
も、固定部が緩衝機能を果たしセラミックヒータに伝わ
る振動や衝撃を緩和するので、酸素センサ外部からの振
動や衝撃を原因とするセラミックヒータの破損を防止す
ることができる。

【００１４】

【実施例】

以下に、本発明の一実施例を、図面に基づき説明する。
但し、本発明は以下に詳述する実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が想
到し得る全ての実施例を含む。

【００１５】図１は本実施例の酸素センサの一部破断正
面図（イ）及び左側面図（ロ）である。図において１は
一端が閉塞され、筒状に形成されたジルコニア等の固体
電解質からなる酸素検知素子、２は該酸素検知素子１の
内面に蒸着等により被着された白金の内部電極層、３は
内部電極層２と同様に酸素検知素子１の外面に被着され
た白金の外部電極層、４は内部電極層２と電気的に接続
され、内部電極層２の出力を取り出すための出力取出し
用リード線、５は外部電極層３と電気的に接続され、酸
素検知素子１を把持するための筒状に形成されたハウジ
ング、６は酸素検知素子１の内部、つまり内部電極層２
の内側孔に配設され、酸素検知素子１を加熱するための
棒状のセラミックからなるヒータである。ここで用いた
セラミックヒータ６は、細長い管の形に成形した生のア
ルミナ質芯体の周りに、タングステンの所定形状のヒー
タ用パターンを一面に印刷したアルミナ質の生のシート
を巻きつけて密着させ、その反対側の表面にはスルーホ
ールを介して上記埋没したパターンの両端にそれぞれ導
通する接続用端子面となるタングステンの印刷面を形成
したのち焼成し、その後上記タングステンの露出した面
にはニッケルメッキを施して完成したものであり、外径
約２．５mm、全長約６０mmの管形状をなすものであっ
た。ハウジング５の外周には燃焼機器に取り付けるため
のねじ部５ａが刻設されており、燃焼機器壁面に当接さ
れる部分には排気が漏れないようガスケット７が設けら
れている。またハウジング５には加締部５ｂが形成され
ており、この加締部５ｂを加締めることによってハウジ
ング５の内周に配設された板パッキン８、滑石９、加締
リング１０及び外筒鍔部１６ａを介して酸素検知素子１
がハウジング５に把持されるようになる。１１は、排気
が外部電極層３に接触されるよう排気の流通孔１１ａが
複数個穿設された酸素検知素子１を保護するためのプロ
テクタであり、ハウジング５の燃焼機器側先端部５ｃに
取り付けられている。

【００１６】次に１２及び１３はヒータ６に電源を供給
するためのヒータリード線であって、ヒータ端子１４、
１４´を介してヒータ６の端子面にそれぞれ接続されて
いる。すなわち、ヒータ端子１４、１４´の一端はそれ
ぞれ、端子とリード線とを電気的に接続するための公知
の手法である圧着によってヒータリード線１２、１３の
各々と接続され、またヒータ端子１４、１４´の他端は
それぞれ、ヒータ６の各端子面とろう付けによって接合
されている。１５は酸素検知素子１の内部電極層２と出
力取出し用リード線４とを接続すると共にヒータ６を把
持するための金属端子であり、バネ鋼板、ここでは析出
硬化系ステンレスであるバネ用ステンレス鋼帯ＳＵＳ６
３１−ＣＳＰ（ＪＩＳ Ｇ４３１３）を用い、後述する
ように、半径方向の弾発力を呈するようにこれを丸めて
作った接続部１５ａと、同じく丸められて前記セラミッ
クヒータを挿通せしめるとともにこれを弾力によって把
持するヒータ把持部１５ｂと、出力取出用リード線４の
芯線に好ましくは公知の接合技術である圧着によって接
続することができるようにした公知の圧着用端子部（図
示を省略した）とを有し、接続部１５ａは、ヒータを把
持した状態で、酸素検知素子の、内径がやや拡大された
開口入口部内に圧縮力を加えて挿入してから開放するこ
とによって開口内面に被着された内部電極層２に対して
圧接状態となって着定され、上記セラミックヒータ６を
所定位置に保持するとともに内部電極層２に対して電気
的に接続される。尚、金属端子１５の接続部１５ａは、
請求項２記載の発明における固定部としての機能も有し
ている。図示してはいないが、出力取出用リード線４の
芯線は、金属端子１５の圧着用端子部と、通常のリード
線を金属端子に接続するための公知の技術手法である圧
着によって接続されている。１６はハウジングの加締部
から延びてセラミックヒータや金属端子を保護する外筒
であり、１７は外筒１６にはめかぶせて固定された保護
外筒である。その保護外筒１７によって、その保護外筒
１７の内方に曲げられた端縁と外筒１６の同様に内方に
曲げられた端縁との間で、リード線１２、１３、４をそ
れぞれ挿通したシール材１８及びスペーサ１７が保持さ
れていると共に、ヒータ６とリード線との接続部分及び
金属端子とリード線との接続部分が保護されている。

【００１７】更に本発明にかかる主要な部分である金属
端子１５の形状を図２に基づき説明する。金属端子１５
は、図２における展開図（ロ）から明らかな如く、中央
を接続部１５ａとし、その両側に切り込み１５ｃをおい
て２つの把持部１５ｂが形成され、更に一方の把持部１
５ｂから細長く延びた端部に公知の圧着用端子部（図示
を省略した）が形成されるように金属板を打ち抜き、そ
ののち接続部１５ａを、酸素検知素子の開口部１ａの内
径よりも大きい内径をもつ円筒の形に丸めるとともに、
把持部１５ｂをヒータの外径よりも小さい内径を持つ円
筒の形に丸め、その際、丸められた接続部１５ａと把持
部１５ｂとが同一軸線上に来るように屈曲部１５ｅを形
成して成る。ヒータ６は、ヒータ把持部１５ｂに嵌入す
ることによって本金属端子１５にしっかりと把持され、
更に接続部１５ａを酸素検知素子内に嵌入することによ
って酸素検知素子１の内部に固定される。接続部１５ａ
は開口部１ａの内部電極層２を半径方向に押圧する弾発
力を呈して開口部１ａ内に着定し、振動や熱による影響
を受けず内部電極層２の出力を確実に取り出すことがで
きると共にヒータの固定ができるようになり、酸素検知
素子１の内部にねじ部を刻設する必要もなく、組付け作
業も容易にできるようになる。

【００１８】そのうえ、固定部としての接続部１５ａ
と、把持部１５ｂとは、共に金属板を円筒形状に丸めて
形成されており、酸素センサに外部から振動や衝撃が加
わった場合であっても、接続部１５ａ及び把持部１５ｂ
が弾性変形することにより振動や衝撃が緩和されるの
で、内部電極層２及びセラミックヒータ６を破損させる
ことなく、金属端子１５で保持したヒータ６を酸素検知
素子１内に固定した状態を維持することができる。従っ
て、本実施例の酸素センサは、振動や衝撃を受け易い車
載用の酸素センサとして好適である。

【００１９】実際に本実施例にかかる酸素センサについ
て、通常のエンジンメーカが要求する１ｍ程度の落差か
らの落下衝撃試験を行ったところ、その試験後において
も、外径約２．５mm、長さ約６０mmの棒状セラミックヒ
ータ６及び内部電極層２は共に全く破損しておらず、金
属端子１５に保持されたヒータ６は酸素検知素子１内に
固定されており、試験前と同様の状態が保たれていた。

【００２０】尚、本実施例においては、金属板１５の接
続部１５ａを単に長方形からなる金属板を円筒状に形成
するものとしたが、この他にも例えば図３に示す如く、
金属板に矩形状の切り込みを入れ円筒状に形成したもの
や、図４に示す如く金属板に波状の切り込みを入れ円筒
状に形成したものでもよい。この場合、金属端子は、内
部電極層の押圧部分を複数個有することとなり、例えば
外部からの力によって金属端子の一部が変形され、図３
に示す押圧部Ｐ１が弾発力を失なったような場合にで
も、他の押圧部Ｐ２ないしＰ４の弾発力によって当該金
属端子を内部電極層にしっかりと固定することができる
ので、ヒータを酸素検知素子の筒状内に、より堅固に固
定することができると共に内部電極層からの出力もより
確実に取出すことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の酸素センサの一部破断正面及び左側
面を表す図面である。

【図２】本実施例の金属端子１５の側面図及び展開した
状態を表す図面である。

【図３】金属端子の他の形状例について側面及び展開し
た状態を表す図面である。

【図４】金属端子の更に他の形状例について側面及び展
開した状態を表す図面である。

【符号の説明】

１…酸素検知素子、 ２…内部電極層、 ４…出力
取出し用リード線、 ６…ヒータ、 １５…金属端子、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内外面に電極層を有する一端が閉塞された
   筒状の酸素検知素子と、該筒状内に挿入されて該酸素検
   知素子を加熱するためのヒータと、該酸素検知素子内面
   の内部電極層と電気的に接続された出力取出し用リード
   線と、を備えた酸素センサにおいて、前記出力取出し用リード線と前記内部電極層とを電気的
   に接続するための金属端子が、 金属板を筒状に湾曲させてなり、前記酸素検知素子の前
   記筒状内にて、前記金属板の弾発力により前記酸素検知
   素子の径方向外側に向かって前記内部電極層を押圧して
   着定する接続部と、 前記ヒータを把持する把持部と、 を有することを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】一端が閉塞された筒状の酸素検知素子と、
   該筒状内に挿入されて該酸素検知素子を加熱するための
   セラミックヒータと、を備えた酸素センサにおいて、前
   記セラミックヒータを前記酸素検知素子に固定するため
   の固定用金具が、金属板を筒状に湾曲させてなり、前記
   酸素検知素子の前記筒状内にて、前記金属板の弾発力に
   より前記酸素検知素子の内周面を径方向外側に押圧して
   着定する固定部と、 前記セラミックヒータを把持する把持部と、 を有することを特徴とする酸素センサ。