JP3578436B2 - 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中の酸素濃度を検出するための酸素センサ、あるいは所定のガス中の酸素を検出するための酸素センサに関し、特に短時間に酸素センサを活性化温度まで加熱するヒータを備えた酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば自動車等の内燃機関の排ガス浄化の要求が高まり、車両の始動時やアイドル時など、排ガス温度が低い場合でも内燃機関の排ガス中の酸素濃度を良好に検出することができるように、ヒータ付き酸素センサが開発されている。例えば特開平４−１５７３５８号公報には、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内壁面に電極層を有する酸素検知素子と、その酸素検知素子の中空部内に配置されてその酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体とを備えた酸素センサが開示されている。この酸素センサでは、酸素イオン電導性固体電解質によりほぼ試験管状に形成された酸素検知素子の内部空間に対し、軸状（棒状）の発熱体（ヒータ）がその先端内面に達するまで同心的に差し入れられており、その発熱体先端と酸素検知素子先端内面とが接触又はごく近接するように組み付けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のヒータ付き酸素センサにおいては、酸素検出素子が不均一に加熱された場合、十分に加熱されて活性化した部分と加熱不十分な高抵抗部分とが混在する形となる。この場合、検知素子の全体の電気抵抗値は、この高抵抗部分に支配されることが多いから、結果として素子の抵抗値が十分低くなり、活性化されるまでの時間、すなわちセンサの立ち上げ時間が長くなることが考えられる。ここで、上記従来の構成では、発熱体が酸素検知素子に対して同心的に設けられており、酸素検知素子は発熱体により周方向にほぼ均一に加熱され、活性化した領域も当該周方向に一様に形成される。また発熱体先端が酸素検知素子先端内面に接触又はごく近接しているので、発熱体先端から酸素検知素子への熱伝達もある程度期待できる。その結果、センサの立ち上がり時間を短くするという観点では一定の効果が得られるものと推考される。
【０００４】
ところが、該従来の構成においては、軸状の発熱体や中空軸状の酸素検知素子の相対的な熱膨張により、発熱体先端と酸素検知素子の先端内面とが離れてしまって、熱伝達効率が低下したり、あるいは逆に両者が過度に押し付けられて無理な応力を生じ、耐久性に悪影響を及ぼすなど、熱膨張の影響を大きく受ける欠点がある。このことは、酸素検知素子の加熱状態のばらつき、ひいては酸素センサの特性のばらつきを生じる原因ともなりやすい。この場合、発熱体と酸素検知素子との間の接触状態を解消して、両者の間に始めから相当量の隙間を形成したのでは、当然のことながら熱伝達効率が低下して素子の立ち上がり時間が長くなる等の問題につながる。
【０００５】
従って、素子の立ち上がり時間の短縮化を優先するためには、発熱体と酸素検知素子とを接触させる構成は必須となる。また、センサの立ち上がり時間短縮のためには、検知素子の均一加熱のために発熱体をこれ対して同心的に配置することの必然性が、当業界ではほぼ絶対常識のごとく認識されており、これに捕われる限りは、発熱体と酸素検知素子との接触部分は発熱体先端と酸素検知素子先端内面との間に形成する以外に方法はないということになる。その結果、酸素検知素子の先端内面と発熱体の先端とを接触又はごく近接させる上記従来の構成では、センサ立ち上がり時間を短縮する効果が得られる代償として、酸素センサの特性ばらつきの問題が必然的に生ずるので、酸素検知素子を短時間で効果的に加熱する上で必ずしも最善の手法とは言えない。
【０００６】
本発明の課題は、中空軸状の酸素検知素子をその内部に収容した発熱体で短時間で効果的にセンサ活性化温度に加熱して、例えば車両の始動時やアイドル時などの、排気ガス温度が低い場合でも酸素センサが有効に作動し、しかもセンサ特性のばらつきも少なく抑さえるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、本発明の酸素センサ（以下、単に酸素センサともいう）は、先端部が閉じた中空軸状をなす酸素検知素子と、酸素検知素子の中空部内に配置されて酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、酸素検知素子の後端側にこれとほぼ同軸的に配置され、酸素検知素子及び発熱体からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔がそれぞれ軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータとを備える。リード線挿通孔は、セラミックセパレータの中心軸線をとり囲むように配列する。また、セラミックセパレータには、一端が該セラミックセパレータの前端面に開口し、底面が該セラミックセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、内径が前記発熱体の外径よりも大きく設定された発熱体端部収容孔が、各リード線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるようにセラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成され、その発熱体収容孔内に発熱体の後端部が収容される。さらに、発熱体は、該発熱体の発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心するものとされる。ここで、そのような偏心（オフセット）の結果として、発熱体の発熱部の表面が、酸素検知素子の中空部内壁面に接触していることが望ましい。
【０００８】
発熱体の中心軸線を、上述のように酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心させた場合、その偏心側において酸素検知素子は局所加熱され、当該酸素検知素子の中心軸線回りの加熱状態は不均一なものになると考えられる。そして、このように検知素子を不均一加熱する構成は、従来の常識と照合すれば、酸素検知素子の電気抵抗値が全体として十分低くなるまでに時間がかかり、結果としてセンサの立ち上がり時間を長くするのではないかという懸念が生ずるなど、不都合が極めて多いもののように思われる。ところが、本発明者らは、この一見望ましくないと思われる上記構成の採用により、意外にもセンサの活性化時間は従来と同等であるかあるいは却って短縮されることを見い出したのである。
【０００９】
そして、発熱部が酸素検知素子と接触する上記横当て構造を例えば採用することで、発熱体の発熱部で発生する熱がその接触に基づき、その発熱部から酸素検知素子へ直接的に熱伝導するとともに、その接触点近傍の輻射熱も酸素検知素子に効果的に作用して、その酸素検知素子を短時間で昇温させることができ、センサ活性化時間が短縮される。また発熱体の発熱部が酸素検知素子の中空部内壁面に側方から接触した構造であれば、発熱部や酸素検知素子の熱膨張が生じても、発熱部の先端を酸素検知素子の先端内面に当てる構造に比べて、その熱膨張の影響を受けにくい。言い換えれば、そのような横当て構造をとることにより、発熱体や酸素検知素子が熱履歴を受けても、両者の接触状態を良好に保ち易くなるのである。
【００１０】
また、発熱部を側方から酸素検知素子の中空部内壁面に当てるようにすれば、接触による直接的な熱伝導並びに輻射熱の効果により、先端同士で当てる構造よりも全体としての熱伝達効率は高くなる。そして、上記のように、酸素センサにおける酸素検知素子と発熱体の発熱部との接触状態を安定に保証できることにより、酸素検知素子の加熱状態のばらつきが減少し、このことが酸素センサとしての特性のばらつきを減少させる効果につながる。
【００１１】
さらに、発熱体を上述のように偏心して配置した場合、その後端部はセラミックセパレータの軸線に対して偏心配置される。ここで、該発熱体の後端部を収容する発熱体端部収容孔は、内径が発熱体の外径よりも大きく設定されているため、発熱体の偏心配置に伴う後端部の径方向の移動が一定の範囲内で許容される。すなわち、発熱体を偏心配置した場合に、その後端部がセラミックセパレータの内壁面と干渉することが防止され、偏心量も比較的自由に設定できる利点がある。
【００１２】
ここで、リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（ピッチ円）上に位置して配列するように形成される場合、発熱体端部収容孔の内径ｄ１が、該ピッチ円の直径ｄ２よりも小さく設定するのがよい（すなわちｄ１＜ｄ２）。すなわち、セラミックセパレータの、隣接するリード線挿通孔の間に位置する部分は、リード線を互いに分離する隔壁部として機能するのであるが、発熱体端部収容孔の形成に伴い、該隔壁部は内側から切り欠かれることとなる。ここで、ｄ１≧ｄ２になると隔壁部の径方向の長さが短くなり過ぎ、リード線の分離効果が低下して短絡等の問題につながる場合がある。
【００１３】
また、リード線挿通孔のピッチ円Ｃ１の直径ｄ２と発熱体端部の外径Ｄとの比ｄ２／Ｄは、１．７〜２．８の範囲で調整することが望ましい。ｄ２／Ｄが１．７未満になると、発熱体の偏心量を十分に確保できず、結果として発熱体の横当り状態が不十分となってセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。また、ｄ２／Ｄが２．８を超えると、リード線の曲がり量が大きくなりすぎ、該リード線に損傷等が生じやすくなる。一方、発熱体端部収容孔は、その深さｈと内径ｄ１との比ｈ／ｄ１を１．２以下に設定するのがよい。例えば、発熱体３を傾斜させて偏心状態を形成する場合、ｈ／ｄ１が１．２を超えると、収容孔の径えｄ１に対して深さｈが相対的に大きくなり過ぎ、発熱体の傾斜量すなわち偏心量を十分に確保できず、同様にセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。
【００１４】
なお、酸素検知素子の外面と中空部の内壁面とには、酸素検知素子を構成する固体電解質へ酸素を注入するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質から酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を有する多孔質電極（例えばＰｔ多孔質電極）を設けることができる。この場合、酸素検知素子の局所加熱を行っても、センサの立ち上がり時間が従来と同等レベルに維持されるか、あるいは却って短縮される要因としては、次のようなことが考えられる。
【００１５】
すなわち、該方式の酸素センサでは、例えば酸素検知素子の内側に大気等の基準ガスを導入する一方、外側に排気ガス等の測定対象ガスを接触させ、酸素検知素子の内外の酸素濃度差に基づいて該酸素検知素子に生ずる濃淡電池起電力により、測定対象ガス中の酸素濃度が検出される。この場合、酸素イオン電導性固体電解質により形成された酸素検知素子に十分な濃淡電池起電力が生じるためには、酸素検知素子の電気抵抗値が十分小さくなることのほかに、酸素分子に対する解離ないし再結合反応に対する上記多孔質電極の触媒活性が十分に高められている必要がある。そして、センサの検出出力レベルは、酸素検知素子の電気抵抗値と上記多孔質電極の触媒活性との兼ね合いで決まることとなる。
【００１６】
ここで、例えばＰｔ等で構成された多孔質電極の触媒活性は、例えばＺｒＯ２系等の固体電解質の酸素イオン移動度よりも温度に対して急激に増大する傾向があるものと推測されている。そして、酸素検知素子が本発明の構成により局所加熱されると、固体電解質の活性化による酸素検知素子の電気抵抗減少は、不均一加熱のため酸素検知素子と発熱体とを同心配置する従来の構成ほどには進まないが、その局所加熱された部分は従来の構成よりも高温まで加熱されるので、当該部分で多孔質電極の触媒活性が高められて被測定ガス中の酸素分子の解離が促進され、その効果により固体電解質の濃淡電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補われ、結果としてセンサの立ち上がり時間が従来と同等か、それよりも短縮される効果が達成されるものと推測される。
【００１７】
次に、発熱体の発熱部が、その外周面の周方向の一部において発熱分布の疎なる発熱疎部分を有する場合に、その発熱疎部分以外の部分において当該発熱体の発熱部を酸素検知素子の中空部内壁面に接触させることができる。例えばセラミックグリーンシートに発熱抵抗パターンを印刷して、これを芯材に丸めて焼成することにより発熱部を形成する場合は、その継ぎ合わせ側で発熱パターンが疎になるため、例えばこれと反対側の発熱部表面を酸素検知素子の中空部内壁面に接触させることができる。つまり、発熱疎部分がその中空部内壁面に接触した場合でも一定の熱伝達の効果はあるが、それより発熱の充分生じる部分を接触させた方がより効果的であるという意味である。また、発熱体の発熱部が周方向に偏在することで、より小さな容積に発熱エネルギーが集中することになり、特にヒーター通電時間後の活性化時間を短縮する上で効果がある。
【００１８】
また、発熱体の発熱部が発熱体の先端部に偏在していることも酸素検知素子を速やかに加熱する上で有効である。つまり、発熱部を発熱体の全体に広げることもできるが、そうすると熱エネルギーが分散しやすくなる。有効な酸素検知素子の加熱にとっては、むしろ発熱部を発熱体の先端部に偏在させた方が、局部的に発熱し好ましいと言える。このような発熱部の局部的な発熱パターンと、前述の偏心による横当て構造との組合せにより、センサの活性化時間をより短縮することができる。
【００１９】
さらに、発熱体が端子金具を介して酸素検知素子内に組み付けられるとともに、その端子金具によって発熱体の発熱部を酸素検知素子の中空部内壁面に、押し付けられている構造とすることができる。これによって前述のような横当て構造は一層安定に保証され、センサ特性のばらつき減少の効果はさらに高まる。
【００２０】
その端子金具の好適な例としては、発熱体を把持する１箇所の発熱体把持部と、その発熱体を周方向に包囲するように形成されて酸素検知素子内側の電極層に接触する少なくとも１箇所の内部電極接続部と、上記内部電極接続部を間に挟んで発熱体把持部の反対側に、発熱体をその発熱体の軸方向と垂直な方向に押すガイド部とを備えたものとすることができる。そして、発熱体把持部とガイド部によって、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して傾斜させられることにより発熱体の発熱部が中空部内壁面（以下、素子内壁面ともいう）に押し付けられ、発熱体が固定されることとなる。これによれば、ガイド部が発熱体を素子内壁面に押し付ける構造であるため、このような端子金具を介して上述の横当て構造を容易に実現することができる。
【００２１】
また、発熱体に生じる応力に着目した場合、素子内壁面において発熱体に作用する応力と、ガイド部において発熱体に作用する応力と、上記発熱体把持部において発熱体に作用する応力とによって合成される発熱体に作用する曲げモーメントに対して、その発熱体が折れないように上記ガイド部の弾性力を小さくするのがよい。言い換えれば、主にこのガイド部の弾性力により発熱体が素子内壁に押し付けられるわけであるが、この弾性力を適度に調整することにより発熱体の欠損等を防ぎつつ、その積極的な接触形態である押し付け状態を安定に持続できる。
【００２２】
このようにガイド部の弾性力を小さくする上での具体例としては、そのガイド部と内部電極接続部との間、その内部電極接続部と上記発熱体把持部との間の少なくともいずれかの間を、くびれた形態で連結する連結部を形成することができる。このようなくびれた形態の連結部が存在することにより、結果としてガイド部の弾性力は適度に小さくなり、上述のような発熱体の欠損等を回避する上で有効となる。また、発熱体が熱応力により変形しようとした際に、連結部が適度に弾性変形（あるいは塑性変形）してこれを緩和する効果も併せて期待することができる。
【００２３】
次に、端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する少なくとも１箇所の内部電極接続部と、発熱体の軸方向において、内部電極接続部の一方の側に隣接してこれと一体的に設けられ、発熱体を周方向に包囲するように形成されてこれを把持する第一発熱体把持部と、発熱体の軸方向において、内部電極接続部の他方の側に隣接してこれと一体的に、かつ中心軸線が第一発熱体把持部の中心軸線から偏心して設けられ、発熱体を周方向に包囲するように形成されてこれを把持する第二発熱体把持部とを備えたものとすることもできる。この場合、中心軸線が互いに偏心した第一発熱体把持部及び第二発熱体把持部によって、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して傾斜させられることにより、該発熱体の発熱部が中空部の内壁面に押し付けられて当該発熱体が固定されることとなる。これによれば発熱体は、互いに偏心した２つの把持部により傾斜状態で保持されて素子内壁面に押し付けられるので、このような端子金具を介して上述の横当て構造を容易に実現することができる。また、２つの把持部によって発熱体はその傾斜状態をより安定的に保持することができ、発熱部の横当て効果をさらに確実に達成することができる。
【００２４】
より具体的には、第一発熱体把持部と第二発熱体把持部とを、内部電極接続部の各々対応する端部に対し、前記発熱体の径方向において同じ側の周縁に接続し、その接続部から見て第一発熱体把持部の中心軸線が第二発熱体把持部の中心軸線よりも遠い側に位置するように構成することができる。該構成においては、発熱部が発熱体の先端部に形成されている場合、発熱体はその先端側が上記接続部側に傾いて位置し、当該接続部側において素子内壁面に押し当てられることとなる。例えば、内部電極接続部への接続側とは反対の端部において第一発熱体把持部に対し、酸素検知素子の出力（ないし接地）端子が上記接続部側に対応する位置において突出して形成されている場合、上述のように発熱体を配置することにより、センサの組立時において例えば発熱体の電力供給端子（一般には、発熱体の、発熱部が形成されているのとは反対側の端部に形成される）等と上記出力端子との干渉が生じにくくなり、ひいてはセンサの組立を容易に行うことができる。ただし、これら端子間における干渉等の問題が生じない場合には、第一発熱体把持部の中心軸線を第二発熱体把持部の中心軸線よりも上記接続部に対し近い側に位置させる構成（すなわち、発熱体の傾斜が上記とは逆となる構成）としてもよい。
【００２５】
また、さらに具体的には、第一発熱体把持部と内部電極接続部とを中心軸線が互いにほぼ一致するように配置し、第二発熱体把持部を、その中心軸線が内部電極接続部の中心軸線に対し、前記接続部側に偏心するように配置する構成とすることができる。すなわち、第一発熱体把持部と内部電極接続部とを同軸的に配置することにより、例えば発熱体の電力供給端子と、酸素検知素子の出力端子ないし接地端子との間に比較的に均等に間隔を形成することができ、ひいては端子間の絶縁不良等のトラブルを減少させることができる。
【００２６】
なお、本構成においても端子金具には、第一発熱体把持部と内部電極接続部との間及び／又は該内部電極接続部と第二発熱体把持部との間をくびれた形態で連結する連結部を形成することができる。すなわち、発熱体が２つの把持部で把持されていると、発熱体の熱膨張ないし収縮が拘束されやすくなって熱応力が生じやすい傾向にあるが、連結部が弾性変形ないし塑性変形することで熱応力が緩和され、ひいては発熱体の破損等も生じにくくなる。
【００２７】
この場合、上記連結部のうち、第一発熱体把持部と内部電極接続部との間に形成されたもの（第一連結部）と、内部電極接続部と第二発熱体把持部との間に形成されたもの（第二連結部）とが、それぞれ内部電極接続部の径方向内側に曲げられて段付き部を形成する構成とすることもできる。こうすれば、それら第一連結部及び第二連結部の曲げ量を調整することにより、第一発熱体把持部及び第二発熱体把持部の中心軸線間の偏心量を容易に調整できる利点が新たに生ずる。
【００２８】
また、端子金具の内部電極接続部及び発熱体把持部の少なくともいずれかに、それら内部電極接続部ないし発熱体把持部の内面から突出して発熱体の外周面に当接するとともに、その発熱体を、発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心した状態で位置決めする位置決め用突出部を形成することもできる。このような位置決め用突出部は、例えば端子金具が板金加工品で構成されている場合は、プレス加工等により簡単に形成できる。また、発熱体の中心軸線の中空部の中心軸線からの偏心量を、位置決め用突出部の内部電極接続部及び／又は発熱体把持部内面からの突出高さに応じて容易に調整できる利点も有する。
【００２９】
端子金具において位置決め用突出部は発熱体把持部に設けても、内部電極接続部に設けてもいずれでもよい（双方に設けることも可能である）。しかしながら、位置決め用突出部を内部電極接続部に設け、その内部電極接続部に連結する発熱体把持部のうち、いずれか一方を省略する構成とすれば、端子金具の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。また、発熱体が１ケ所の把持部により把持される形としたから、例えば端子金具を装着した発熱体を酸素検知素子の中空部内に挿入してセンサを組み立てる際に、端子金具を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体の折損等を防止することができる。
【００３０】
なお、上記構成の端子金具において省略すべき発熱体把持部は、発熱体の長手方向におけるいずれの側のものであってもよい。しかしながら、発熱体から遠い側のものを省略する構成、換言すれば端子金具において、発熱体把持部を内部電極接続部に対し発熱体の発熱部に近い側にのみ連結する構成とすれば、発熱体は、センサの出力端子部等を介して外力の影響を受けやすい上記遠い側の把持が解除され、横方向の力を受けてもこれを緩和し易くなって、前述の折損等を防止する効果をさらに高めることができる。なお、より具体的には、位置決め用突出部を内部電極接続部に対し、前記発熱体把持部が連結されているのとは反対側の端部近傍において、該発熱体把持部の内部電極接続部への連結部に対応する位置に形成するようにすれば、発熱体の軸線方向において、位置決め用突出部による支持点（当接点）と発熱体把持部による支持点との間の距離を増すことができ、ひいては端子金具により発熱体をさらに安定的に位置決め支持させることが可能となる。
【００３１】
また、酸素検知素子の前記中空部に対し、該中空部の中心軸線を含むある仮想的な第一平面と、同じく中空部の中心軸線を含むとともに第一平面と直交する仮想的な第二平面とを設定して、該中空部をそれら第一平面と第二平面とによって４つの領域に分割した場合に、発熱体を、その中心軸線の中空部内に位置する部分の全体が、該中空部の上記４つの領域のいずれかに収まるように配置することができる。該構成は、換言すれば、発熱体の中心軸線の中空部内に位置する部分の全体が、中空部の４つの領域のいずれかに収まるように、上記仮想的な第一及び第二平面がどこかに必ず設定できるということを意味している。
【００３２】
上記構成によってもたらされる作用・効果について、図３０を用いて説明する。なお、以下においては説明の便宜のため、発熱部（４２）は発熱体（３）の酸素検知素子（２）への挿入側端部に形成されており、酸素検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）はほぼ円筒状面をなすものと考える（ただし、中空部内壁面（２ａ）には、酸素検知素子（２）を固体電解質粉末の成形・焼成により製造する際に、成形時の離型性を高める等の目的で、底部側が縮径するテーパが付与されている場合もある）。まず図３０（ｃ）は、上記仮想的な第一及び第二平面Ｐ１，Ｐ２を如何に設定しようとも、上記平面Ｐ１，Ｐ２で区切られる中空部の４領域のいずれか１つに発熱体（３）の中心軸線Ｏ１を収めるのが不能な場合を示している。すなわち、中心軸線Ｏ１は検知素子（２）の中心軸線Ｏ２に対してかなり傾いて設定されており、結果として該中心軸線Ｏ１は上記４領域の２以上のものに必然的にまたがって位置せざるを得なくなっている。一方、図３０（ａ）は、上記仮想的な第一及び第二平面Ｐ１，Ｐ２を適当に設定することで、４領域のいずれかに発熱体（３）の中心軸線Ｏ１を収めることが可能な場合を示している。この場合、発熱体（３）の中心軸線Ｏ１の検知素子（２）の中心軸線Ｏ２に対する傾斜は、図３０（ｃ）に示す場合と比べて必ず緩くなる。
【００３３】
この両者を比較すれば、図３０（ｃ）に示す構成では、発熱部（４２）の末端側の角部において検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）との距離が短くなり、発熱がこの部分にやや集中する傾向がある。これに対し、同図（ａ）に示す構成は、発熱体（３）の中心軸線Ｏ１の検知素子（２）の中心軸線Ｏ２に対する傾斜が（ｃ）の構成よりも緩やかであることから、発熱部（４２）の側面が検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）に対しほぼ沿う形となり、発熱部（４２）により検知素子（２）の壁部をより均一に加熱することができる。その結果、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待できる。ただし、図３０（ｃ）に示す構成でも、発熱体（３）の中心軸線Ｏ１が検知素子（２）の中心軸線Ｏ２から偏心して位置することに変わりはなく、酸素センサの活性化時間を短縮する上で一定以上の効果が期待できることはいうまでもない。
【００３４】
この場合、図３０（ｂ）に示すように、発熱体（３）は、該発熱体（３）の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線とほぼ平行となるように中空部内に配置されていれば、発熱部（４２）の側面を検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）に対し沿わせる効果、ひいては検知素子（２）の壁部を均一加熱する効果がさらに顕著に達成される。
【００３５】
具体的には、発熱体が、該発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線とほぼ平行となり、かつその中心軸線が、中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心する構成とすることができる。この場合、発熱体を周方向に包囲するように形成されて記酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向においてその両側に連結され、ぞれぞれ発熱体を把持する１対の発熱体把持部とを有する端子金具を設けることができる。これによれば、２つの把持部によって発熱体をより安定的に保持することができる効果も新たに加わる。
【００３６】
一方、発熱体を周方向に包囲するように形成され、前記酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において該発熱体の先端に近い側の端部にのみ連結され、発熱体を把持する発熱体把持部とを有する端子金具を設けることもできる。この構成によれば、発熱体は１ケ所の把持部により、軸線と交差する向きにおいて若干の動きの自由度を生じた状態で把持されることとなる。従って、発熱体を端子金具とともに酸素検知素子の中空部内に挿入すると、該発熱体は先端部が酸素検知素子の内壁面との接触するに伴い、これに追従して該内壁面に沿う形で位置決めされ、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待することができる。また、センサを組み立てる際に、端子金具を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体の折損等を防止することができる。さらに、端子金具の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。
【００３７】
なお、本発明において、前述のような発熱体の上記酸素検知素子に対する偏心配置にかかわらず、発熱体の発熱部の表面が酸素検知素子の中空部内壁面に接触はせず、ごく近接して位置する構成でもよい。このような構成でも、偏心していない場合に比べて、発熱部から酸素検知素子への熱輻射等の効果は高まるため、酸素センサの活性化時間を短縮する上で一定の効果がある。
【００３８】
上記本発明の酸素センサにおいては、酸素検知素子の軸断面内側寸法ＤＡと発熱体の軸断面外側寸法ＤＢとの差ΔＤ＝ＤＡ−ＤＢが０．３５ｍｍ以下となっていることが望ましい。ここで、酸素検知素子の軸断面内側寸法及び発熱体の軸断面外側寸法は、酸素検知素子内周面ないし発熱体外周面が円筒状面である場合には、その内径ないし外径を意味するものとする。また、上記内周面及び外周面が円形から外れた軸断面形状を有している場合には、これを同面積の円形断面に換算した場合の内径ないし外径を意味するものとする。さらに、上記軸断面寸法が、その軸方向において一定でない場合（例えばテーパ面状に形成されている場合）は、該軸断面寸法の軸方向における平均値で代表させるものとする。
【００３９】
ΔＤ＝ＤＡ−ＤＢが０．３５ｍｍを超えると、酸素検知素子の活性化時間、ひいてはセンサ立ち上がり時間が長くなったり、あるいは該立ち上がり時間にセンサ個体間でのばらつきが生じやすくなる場合がある。例えば、発熱部を側方から酸素検知素子の中空部内壁面に当てる場合、ΔＤが大きくなるとその横当て力に個体間ばらつきが生じやすくなることが、その原因として考えられる。なお、ΔＤの値は、より望ましくは０．３０ｍｍ以下に設定するのがよい。一方、ΔＤが０．１ｍｍ未満になると、発熱体を酸素検知素子の中空部内への挿入が行いにくくなり、発熱体の酸素検知素子に対する組み付け能率を低下させる場合がある。それ故ΔＤは０．１ｍｍ以上に設定するのがよく、より望ましくは０．１５ｍｍ以上に設定するのがよい。
【００４０】
また、検知素子の軸断面内側寸法ＤＡと発熱体の軸断面外側寸法ＤＢとの差ΔＤ＝ＤＡ−ＤＢの、ＤＢに対する比ΔＤ／ＤＢは、０．１３以下となっていることが望ましい。ΔＤ／ＤＢが０．１３を超えると、センサの立ち上がり時間が長くなったり、あるいはそのセンサ個体間でのばらつきが生じやすくなる場合がある。ΔＤ／ＤＢは、より望ましくは０．１０以下に設定するのがよい。
【００４１】
このような構成は、発熱体を１ケ所の把持部のみにより把持する請求項９の構成に適用した場合に特に有効である。すなわち、ΔＤないしΔＤ／ＤＢを上記範囲で調整することにより、酸素検知素子の内壁面との接触に伴い、発熱体の先端部は酸素検知素子の中空部内壁面にさらに沿いやすくなり、酸素センサの活性化時間を短縮する効果が一層高められるのである。
【００４２】
【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に示す酸素センサ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知素子２と、軸状のセラミックヒータである発熱体３とを備え、それらの外殻を構成する各種部材の組立体として構成される。酸素検知素子２は酸素イオン伝導性を有する固体電解質により構成されている。そのような固体電解質としては、Ｙ２Ｏ３ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ２が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希土類金属の酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ２にはＨｆＯ２が含有されていてもよい。
【００４３】
この酸素検知素子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、並びに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、酸素検知素子２はケーシング１０と電気的に絶縁された状態で貫通している。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９ａを有する主体金具９と、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された主筒１４とを備える。また、図２に示すように、酸素検知素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように一対の電極層２ｂ，２ｃが設けられている。これら電極層２ｂ，２ｃはいずれも、酸素検知素子２を構成する固体電解質へ酸素を注入するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質から酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を有する多孔質電極、例えばＰｔ多孔質電極として構成されている。
【００４４】
次に、主体金具９の一方の開口部には、酸素検知素子２の先端側を所定の空間を隔てて覆うようにプロテクタ１１が設けられ、プロテクタ１１には排気ガスを透過させる複数のガス透過口１２が形成され、これにより排気ガス中の酸素が酸素検知素子２の先端側表面に接触可能となっている。主体金具９の他方の開口部には、前述の主筒１４がインシュレータ６との間にリング１５を介してかしめられ、この主筒１４にさらに、全体として中空筒状に形成されたフィルタアセンブリ１６（気体導入構造部）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の図中上端側の開口はゴム等で構成された弾性シール部材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及び弾性シール部材１７を貫通するように、酸素検知素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線２８，２９（図２１：図１ではリード線２０，２１の影になって見えない）が配置されている。
【００４５】
酸素検知素子２用の一方のリード線２０は、端子金具２３のコネクタ部２４及びこれに続く引出し線部２５（絶縁管２５ａで覆われているが、これを省略してもよい）、並びに端子金具２３の内部電極接続部２６を経て、前述の酸素検知素子２の内側の電極層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、別の端子金具３３のコネクタ部３４及びこれに続く引出し線部３５並びに外部電極接続部３５ｂを経て、酸素検知素子２の図示しない外側の電極層と電気的に接続されている。また前述の発熱体３に通電するためのプラス側及びマイナス側の一対のヒータ端子部４０が、発熱体３の基端部（図１において上端部）に固定され、これらヒータ端子部４０を経て、発熱体３内に埋設された後述の発熱用抵抗回路に通電されるようになっている。なお、これら一対のヒータ端子部４０に対し、前述の発熱体用のリード線２８，２９がそれぞれ接続される。
【００４６】
次に、フィルタアセンブリ１６の構成について詳しく説明する。なお、繰返しになるが、本明細書においては、酸素検知素子２の軸方向においてその先端部に向かう側（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」として説明を行う。
【００４７】
図３に示すように、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、内部が主筒１４の内部と連通し、かつ壁部に複数の気体導入孔５２が形成されたフィルタ保持部５１を備える。そして、そのフィルタ保持部５１の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側には、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、フィルタ５３をフィルタ保持部５１との間で挟み付けて保持する筒状の補助フィルタ保持部５４が配置される。具体的には、気体導入孔５２及び補助気体導入孔５５は、フィルタ保持部５１及び補助フィルタ保持部５４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、フィルタ５３は、フィルタ保持部５１を周方向に取り囲むように配置されている。
【００４８】
また、フィルタ保持部５１は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部６０により、該段付き部６０に関して軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるように構成されており、気体導入孔５２はその第二部分６２の壁部に形成されている。さらに、補助フィルタ保持部５４はフィルタ保持部５１の第一部分６１の外径よりも小さい内径を有する。
【００４９】
ここで、フィルタ５３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。これにより、補助気体導入孔５５からフィルタ５３を経て気体導入孔５２より、基準ガスとしての大気（外気）が主筒１４（ケーシング１０）内に導入されるとともに、水滴等の液体状態の水は主筒１４内に侵入することが阻止されるようになっている。
【００５０】
また、図４に示すように、フィルタ５３は、補助フィルタ保持部５４の内面に密着する一方、フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３との間には、例えば補助気体導入孔５５の列に沿って環状形態をなすように所定量の隙間５８が形成されている。さらに、補助フィルタ保持部５４には、周方向に配列する補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両側に、フィルタ５３を介して該補助フィルタ保持部５４をフィルタ保持部５１に対して結合する環状のフィルタかしめ部５６，５７が形成されている。
【００５１】
ここで、補助フィルタ保持部５４は、その軸方向後端縁がフィルタ５３の後端縁に対応して位置するように配置されており、該後端縁に沿って周方向にフィルタかしめ部５６が形成されている。これにより、補助フィルタ保持部５４の後端面位置において、フィルタ保持部５１との間に形成される環状の隙間の開口部（フィルタ確認部となる）からフィルタ５３を目視できる。例えば、図５に示すように、フィルタ保持部５１に筒状のフィルタ５３を外挿し、そのさらに外側に補助フィルタ保持部５４を嵌め入れる際に、フィルタ５３が補助フィルタ保持部５４と連れ移動して位置ずれを起こすことがありうる。この場合、この状態で万一フィルタかしめ部５６が形成されれば、フィルタかしめ部５６からフィルタ５３が外れてシールが不完全となるのであるが、フィルタ５３が上述のように目視できるようになっていることで、そのようなフィルタ５３のかしめ不良を容易に発見できる。
【００５２】
また、図４（ａ）に示すように、補助フィルタ保持部５４の前端縁側のフィルタかしめ部５７には、フィルタ５３を部分的に露出させるフィルタ確認露出部５７ａを形成することもできる。こうすれば、補助フィルタ保持部５４の前端縁側においてもフィルタ５３が正常にかしめられているか否かを容易に判別できる。
【００５３】
次に、補助フィルタ保持部５４のそれらフィルタかしめ部５６，５７の間に位置する部分は、フィルタ５３とともに外向きに橈んで凸状に膨出する形態をなし、それによって環状の凸状部５９が形成されている。また、凸状部５９の先端部は環状に平坦化され、その平坦化部分５９ａに補助気体導入孔５５が形成されるとともに、該平坦化部分５９ａの形成によりフィルタ保持部５１がフィルタ５３に押し付けられ、これに密着している。
【００５４】
このような構造とすることで、フィルタ５３を透過してくる外気は、内側に環状の隙間５８が形成されていることで流通抵抗が和らげられ、気体導入孔５２を通ってスムーズに主筒１４内に導入できる。一方、フィルタ５３の外面は補助フィルタ保持部５４の内面と密着しているので、補助気体導入孔５５からフィルタ５３と補助フィルタ保持部５４との間にゴミや油分あるいは水滴等が侵入しにくくなり、ひいてはフィルタ５３の外面側の撥油性あるいは撥水性の低下が阻止ないし抑制されて、常時良好な通気性が確保される。これにより、例えば基準ガス温度が高くなった場合でも、センサ出力の低下が起こりにくくなる。
【００５５】
上記構造を有するフィルタアセンブリ１６は、例えば以下のような方法により製造することができる。まず、図５（ａ）に示すように、フィルタ保持部５１に対し筒状のフィルタ５３を外挿し、さらにその外側に補助フィルタ保持部５４となるべき筒状体５４’を配置する。ここで、フィルタ保持部５１に形成された段付き部６０は、フィルタ５３と筒状体５４’の下縁部を支持してこれらが抜け落ちることを阻止する役割を果たす。続いて（ｂ）に示すように、筒状体５４’を、補助気体導入孔５５の列の両側においてそれぞれフィルタ部に向けて周方向にかしめることにより、フィルタかしめ部５６，５７を形成する。なお、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、補助フィルタ保持部５４をフィルタ５３よりも前方側へ突出させるとともに、その突出部を径小部５４ｊとして形成し、該径小部５４ｊにおいてかしめ部５４ｋを形成してもよい。これにより、補助フィルタ保持部５４にねじり力が加わったときに、その回り止め効果を更に向上させることができる。
【００５６】
このフィルタかしめ部５６，５７は、図６に示すように、補助フィルタ保持部５４の周方向に沿って配置された複数のかしめパンチ１５１を用いて、該補助フィルタ保持部５４を半径方向に圧縮することにより形成することができる。各かしめパンチ１５１の内周面は互いに連なって補助フィルタ保持部５４の外周面に対応する円筒面を形成するとともに、それぞれ補助フィルタ保持部５４の外周面に対して接近・離間可能とされ、図示しないパンチ駆動部により補助フィルタ保持部５４に対し一斉に接近してこれを圧縮するようになっている。そして、各かしめパンチ１５１の軸方向両端縁には凸条部１５２，１５３が形成され、補助フィルタ保持部５４の外周面に押し付けられてそれぞれ弧状の凹部を形成し、これが周方向に連なることでフィルタかしめ部５６，５７となる。
【００５７】
ここで、かしめパンチ１５１の凸条部１５２，１５３に挟まれた部分は平坦な底部１５４ａ（平坦化部材）を有する凹所１５４とされ、その凹所１５４の深さｈはフィルタ５３と補助フィルタ保持部５４との合計厚さよりも小さく設定されている。このようなかしめパンチ１５１で補助フィルタ保持部５４を圧縮すると、凸条部１５２，１５３が食い込むことでフィルタかしめ部５６，５７が形成される一方、両かしめ部５６，５７に挟まれた部分は外向きに橈んで凸部５９となる。しかしながら、圧縮がある程度進行すると、その凸部５９は凹所１５４の底部１５４ａに当たって止められ、さらに圧縮を継続すると凸部５９は凹所１５４により成形されて、該凹所１５４の平坦な底部に対応して平坦部５９ａが形成される。
【００５８】
このとき、補助フィルタ保持部５４はかしめに伴い比較的大きく圧縮変形し、凸部５９における橈み量も大きくなるが、内側のフィルタ保持部５１はそれほど圧縮されないため橈み量も小さい。一方、フィルタ５３は柔軟であるので、補助フィルタ保持部５４に追従して外向きに橈むこととなる。その結果、フィルタ保持部５１とフィルタ５３との間には、フィルタ保持部５１と補助フィルタ保持部５４との両者の橈み量の差に基づいて環状の隙間５８が形成されることとなる。
【００５９】
なお、図４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１には、少なくとも気体導入孔５２の周囲において内向きに凹む凹状部６３を形成し、その凹状部６３においてフィルタ５３との間に隙間５８を形成するようにしてもよい。この場合、凹状部６３は、図４（ｄ）に示すように、気体導入孔５２の周縁部分を凹ませたディンプル状に形成してもよいし、同図（ｅ）に示すように各気体導入孔５２の配列方向に沿う環状に形成してもよい。
【００６０】
図３に戻り、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０及び２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔（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、該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た状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。なお、セラミックセパレータ１８の細部については後述する。
【００６１】
上記補助フィルタ保持部５４の外側には、筒状の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。この防護カバー６４は、フィルタ６３への直接的な液滴の噴射あるいは油や汚れ等の付着物の付着を阻止ないし抑制する働きをなす。該防護カバー６４は、例えば気体導入孔５２（あるいは補助気体導入孔５５）に対応する位置においてフィルタ５３との間に気体滞留空間６５を生じるように配置され、軸方向において気体導入孔５２を挟んだ両側部分が、フィルタ保持部５１の外面に対しカバー接合部としてのかしめ部６６，６７により接合されている。そして、その軸方向前方側のかしめ部６６に対応する位置において、フィルタ保持部５１との間には、気体滞留空間６５を外部と連通させてこれに外気を導入する外部連通部６８が形成されている。
【００６２】
具体的には、図４に示すように、フィルタ保持部５１の第一部分６１の外周面に、該フィルタ保持部の軸方向に延びる溝部６９が周方向に沿って所定の間隔で複数形成され、これら溝部６９が外部連通部６８を構成している。そして、図７に示すように、防護カバー６４をフィルタ保持部５１の第一部分６１（図３等）に向けてかしめることにより、各溝部６９をその配列方向に横切るように、かつ溝部６９の底部において防護カバー６４と第一部分６１との間に隙間７０が残留するように、上記かしめ部６６が環状形態で形成されている。なお、かしめ部６６は、セラミックセパレータ１８の、セパレータ側支持部７３の外周面に対応する位置に形成されている。これにより、かしめ部形成の際の圧縮力をセパレータ側支持部７３で受けることができるので、該かしめ部６６の形成を確実に行うことができる。
【００６３】
上記構造においては、図８に示すように、防護カバー６４とフィルタ保持部５１の第一部分６１との間において、各溝部６９に形成される隙間７０の前方側開口部７１から、該隙間７０を通って気体滞留空間６５へ外気が導かれることとなる。一方、かしめ部６７（別のかしめ部）は第二部分６２の末端部外周面に形成されている（図３等）。なお、図９に示すように、防護カバー６４の軸方向前方側の端縁部６４ａを、溝部６９の端よりも所定長だけスカート状に延伸してもよい。これにより、酸素センサ１に水しぶき等がかかった場合に、防護カバー６４の内側から気体滞留空間６５内へ水滴等が侵入する確率をさらに小さくすることができる。
【００６４】
ここで、図４５に示すように、補助フィルタ保持部５４の前端側を軸方向に延伸して、フィルタ保持部５１の第一部分６１と第二部分６２とにまたがるように配置してもよい。この場合、第一部分６１に対応する位置において、補助フィルタ保持部５４を該第一部分６１に向けて直接的にかしめることにより、該第一部分６１の周方向に沿って環状の補助かしめ部６６を形成するようにしてもよい。こうすれば、補助フィルタ保持部５１のフィルタ保持部５４に対する固定を一層確実に行うことができる。なお、防護カバー６４の前端側縁部は、補助フィルタ保持部５４の対応する縁部に重なる位置まで延伸することができ、カバー接合部としてのかしめ部６６を上記補助かしめ部に兼用することができる。この場合、外部連通部６８すなわち溝部６９は、補助フィルタ保持部５４に形成することができる。
【００６５】
図３に戻り、フィルタアセンブリ１６のフィルタ保持部５１は、セラミックセパレータ１８の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とは反対側から金属弾性部材７４を介して当接するように配置される。該金属弾性部材７４はばね座金、例えば図１０に示すような波型座金として構成されており、図３に示すように、セパレータ側支持部７３に外挿されるとともに、ケーシング側支持部としての主筒１４の端面とセラミックセパレータ１８との間に圧縮状態で配置される。これにより、金属弾性部材７４は、フィルタアセンブリ１６（カバー部材）と主筒１４との間で、セラミックセパレータ１８に対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする。また、酸素センサ１の組立時等において自身の弾性変形によりセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータ１８の割れや欠けを防止する役割も果たす。また、金属弾性部材７４は、その構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、セラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【００６６】
そして、フィルタ保持部５１は、その先端側、すなわち第一部分６１において主筒１４に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部においてフィルタ保持部を主筒１４に向けてかしめることにより、それらの周方向に結合部として環状のアセンブリ連結かしめ部７５が形成されている。このアセンブリ連結かしめ部７５により、フィルタ保持部５１は主筒１４に対し、内周面が主筒１４の外周面に対して気密状態となるように圧接されてこれに連結される。
【００６７】
図１１に示すように、アセンブリ連結かしめ部７５は、フィルタ保持部５１を主筒１４に向けてかしめることにより、周方向に円環状に形成された主かしめ部７６と、その主かしめ部７６よりも酸素検知素子２の先端部に近い側に形成された角状断面（本実施例では八角形状断面）の補助かしめ部（回転阻止部）７７とから構成されている。
【００６８】
主かしめ部７６においては、主筒１４とフィルタ保持部５１との間の接触面が円筒状面となるので気密性に優れ、それらの間から主筒１４内に水等が漏れ込むことを確実に阻止する役割を果たす。しかしながら、図１２（ｂ）に模式的に示すように、主筒１４とフィルタ保持部５１に外部からの衝撃等により強い捩じり力が作用した場合に、円筒状の接触面では両者の間に相対回転による滑りが発生して気密性が損なわれる可能性もありうる。そこで上述のような補助かしめ部７７を形成すれば、その接触面が図１２（ａ）に示すように角筒状に形成されていることから、上述のような捩じり力が作用しても主筒１４とフィルタ保持部５１との間の相対的な回転が生じにくい。その結果、主かしめ部７６においてもそのような相対回転が生じることが効果的に阻止され、主筒１４とフィルタ保持部５１との間の気密性を一層確実とすることができる。なお、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とは、軸線方向における位置関係を入れ換えて形成してもよいが、酸素センサ１の先端側は高温にさらされることが多いので、気密性確保が優先される主かしめ部７６がそのような熱源から遠くなる上記配置関係がより望ましいといえる。
【００６９】
なお、上記補助かしめ部７７以外にも、例えば図１３に示すように、フィルタ保持部５１から主筒１４側に向けて食い込む食込部７８を周方向に沿って所定の間隔で形成したものも回転阻止部として機能しうる。一方、主かしめ部７６において上述のような相対回転が生ずる心配がほとんどない場合には、補助かしめ部７７を省略することも可能である。また、フィルタ保持部５１と主筒１４との間に結合部として、周方向に沿って円環状の溶接部を例えばレーザー溶接等により形成して接合を行う構成でもよい。
【００７０】
以下、フィルタアセンブリ１６の主筒１４に対する組付け方法について説明する。すなわち、図１４（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を外挿し、さらにそのセラミックセパレータ１８の前端側を主筒１４に挿入する。一方、フィルタアセンブリ１６は、図５に示すように予め組み立てておき、これを図１４（ａ）に示すように、そのフィルタ保持部５１においてセラミックセパレータ１８及び主筒１４の外側から被せる。なお、酸素検知素子２及び発熱体３等（図１）は主筒１４内に予め組みつけておき、それらからのリード線２０，２１，２８，２９（図２１）は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（図３）に通し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部から外側に延出した状態にしておく。
【００７１】
続いて、図１４（ｂ）に示すように、主筒１４とフィルタアセンブリ１６とに軸方向の圧縮力を付加する。これにより、金属弾性部材７４はフィルタ保持部５１とセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３との間で圧縮変形し、セラミックセパレータ１８を主筒１４とフィルタ保持部５１と間で挟み付けるための付勢力を発生する。そして、この状態を維持しつつ、図１４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１と主筒１４とにアセンブリ連結かしめ部７５を形成し、両者を結合する。次いで、図１４（ｄ）に示すように、フィルタ保持部５１の後端側開口部に弾性シール部材１７を嵌め入れ、さらに防護カバー６４を被せるとともに、（ｅ）に示すようにかしめ部６６及び６７を形成して組立てが終了する。
【００７２】
上記方法によれば、フィルタアセンブリ１６の組立てが、酸素検知素子２などのケーシング１０内への組付けとは独立に行われるので、リード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。また、ケーシング１０内への部品の組付けと、フィルタアセンブリ１６の組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。さらに、フィルタ５３の組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリ１６の段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響が及ばず、部品の無駄等が生じにくい。
【００７３】
以下、アセンブリ連結かしめ部７５の形成方法の詳細について説明する。すなわち、該方法においては、図１５に概念的に示すようなかしめ装置７９を用いる。図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、該かしめ装置７９は、それぞれフィルタ保持部５１を周方向外側から圧縮する複数のかしめパンチ８１ないし８３を含むとともに、同図（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１の軸線方向において所定距離だけ隔たった位置関係で配置される第一及び第二のかしめパンチユニット８０及び８２を備えている。ここで、第一のかしめパンチユニット８０は主かしめ部７６を形成するためのものであり、各かしめパンチ８１の先端面は互いに連なって円筒状面をなす。一方、第二のかしめパンチユニット８２は補助かしめ部７７を形成するためのものであり、各かしめパンチ８３の先端面は互いに連なって八角筒状面をなす。そして、図１５（ｃ）に示すように、これらかしめパンチ８１，８３は、それぞれ対応するもの同士が連結部８４によって連結されてパンチセグメント８５を形成し、フィルタ保持部５１の外周面に対し、その半径方向に互いに一体的に接近・離間するようになっている。
【００７４】
そして、フィルタ保持部５１の周囲に配置されたこれらパンチセグメント８５を一斉にフィルタ保持部５１に向けて接近させることにより、フィルタ保持部５１には主かしめ部７６と補助かしめ部７７とが一括して形成されることとなる。この方式によれば、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とが１回のかしめ工程により同時形成されるので能率的であるばかりでなく、次のような効果も合わせて達成される。すなわち、かしめパンチによる圧縮により、フィルタ保持部５１が主筒１４に向けて局所的に食込みつつ圧接されてかしめ部が形成されるのであるが、その圧接部の周囲においてフィルタ保持部５１には、食込変形に伴うしわ寄せ部あるいは浮き上がり部が形成されやすい。ここで、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とを順次的に形成した場合、後で形成するかしめ部によるしわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響が先に形成したかしめ部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように両かしめ部７６，７７を同時に形成するようにすれば、しわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響をそれらかしめ部７６及び７７の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれのかしめ部７６，７７においても十分な密着性すなわち気密性を確保することができるようになる。
【００７５】
図１６は、かしめ装置７９のより具体的な構成の一例を示す平面図である。すなわち、該かしめ装置７９は、リング状のパンチホルダ８６と、そのパンチホルダ８６の周方向に沿って配置されるとともに、それぞれ該パンチホルダ８６を半径方向に進退可能に貫通する複数のパンチセグメント８５とを有するパンチアセンブリ８９を備える。また、各パンチセグメント８５の後端部にはばね支持部８７が形成され、これとパンチホルダ８６の外周面との間には、該パンチセグメント８５を外向きに付勢するばね部材８８が配置される。一方、図１７（ａ）に示すように、このパンチアセンブリ８９に対応して、内周面９１が底面側で縮径するテーパ面とされた受けユニット１９０が設けられ、その底面中央にはワーク挿通孔９４を有する位置決め突出部９３が形成されている。
【００７６】
そして、主筒１４にフィルタアセンブリ１６を被せた状態のワークＷを位置決め突出部９３に対し、プロテクタ１１をワーク挿通孔９４に挿入する形でセットする。このとき、主体金具９が位置決め突出部９３上面で支持され、ワークＷは受けユニット１９０の底面中央に対し直立状態で保持される。そして、パンチアセンブリ８９は、受けユニット１９０の内側に同軸的にセットされ、各パンチセグメント８５がワークＷを取り囲んだ状態となる。また、パンチセグメント８５の外側端面９２には、受けユニット１９０の内周面９１に対応するテーパが付与されている。
【００７７】
この状態で、フィルタアセンブリ１６を主筒１４に向けて図示しない加圧機構により押し込み（図１４（ｂ））、さらにパンチアセンブリ８９を受けユニット１９０の底面に向けて押し込むと、図１７（ｂ）に示すように、テーパ状に形成された外側端面９２と内周面９１との間のカム作用により、各パンチセグメント８５は対応するばね８８の圧縮を伴いながら一斉にワークＷに向けて接近し、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とを同時に形成する。
【００７８】
次に、金属弾性部材７４の役割は、次のような構成で代替させることも可能である。すなわち、図４２及び図４３に示すように、セパレータ側支持部７３と当接する主筒１４（ケーシング１０）の後方側開口端面部（ケーシング側支持部）に、主筒１４の本体部分よりも弾性変形が容易な緩衝支持部９０を形成する。そして、図１４と同様の組立て方法を採用する場合、セパレータ側支持部７３は緩衝支持部９０に相対的に押し付けられ、それによって緩衝支持部９０は圧縮変形して前述の金属弾性部材７４と同様の作用・効果を奏することとなる。なお、フィルタアセンブリ１６は、アセンブリ連結かしめ部７５により主筒１４に結合され、上記緩衝支持部９０の弾性変形を維持した状態でセラミックセパレータ１８をケーシング１０に対して固定する。すなわち、セパレータ固定手段の役割を果たすこととなる。
【００７９】
具体的には、図４２に示すように緩衝支持部９０は、主筒１４の本体部分１４ｂと一体化されたばね部９０として構成できる。本実施例において該ばね部９０は、主筒１４の開口端縁部に薄肉部１４ａを形成し、その薄肉部１４ａを断面半径方向において内側に１回曲げ返し、その曲げ返された薄肉部１４ａの先端側をさらに外向きに１回曲げ返すことにより形成されている。
【００８０】
図４３は、そのばね部９０の形成方法の一例を示すものである。すなわち、（ａ）に示すように、金属素材をダイ１５５とパンチ１５６とを用いた多段の深絞り加工により筒状体１４’を成形する。次に（ｂ）に示すように、内パンチ１５８とその外側に同心的に配置された外パンチ１５９とからなる複合パンチ１６０と、大径部１６１ａ、段部１６１ｃ及び小径部１６１ｂが深さ方向にこの順序で形成されたダイ孔１６１を有するダイ１６２とを用い、外パンチ１５９と段部１６１ｃとの間で筒状体１４’の外縁部を挟みつつ、（ｃ）に示すように、内パンチ１５８を外パンチ１５９から突出させることにより、該筒状体１４’の底部中央を打ち抜く。このとき、筒状体１４’の打ち抜かれた開口部の周縁が内パンチ１５８とダイ孔１６１の小径部１６１ｂとの隙間に圧入され、薄肉部１４ａが形成される。
【００８１】
そして（ｄ）に示すように、ダイ１６３のダイ孔１６４内において、筒状体１４’の内側に挿入したパンチ１６５と、これに対向する対向パンチ１６６との間で薄肉部１４ａを潰すように圧縮変形させる。対向パンチ１６６の先端面外縁には、内向きの曲率を有する面取状の曲げ型部１６６ａが形成されており、（ｅ）に示すように、薄肉部１４ａの先端側は該曲げ型部１６６ａに押し付けられることにより外向きに滑るように曲げられてばね部９０となる。
【００８２】
一方、図４４に示すように、緩衝支持部９０は、本体部分１４ｂよりも低硬度の部分となるように構成してもよい。すなわち、緩衝支持部９０の硬度を本体部分１４ｂの硬度よりも低くすることにより、セパレータ側支持部７３が押し付けられた際に、緩衝支持部９０は圧縮変形して前述の金属弾性部材７４と同様の作用・効果を奏することとなる。なお、緩衝支持部９０は弾性限度の範囲内で変形させても、塑性変形させてもいずれでもよい。
【００８３】
緩衝支持部９０は、例えば本体部分１４ｂよりも硬度の低い異材質により構成することができる。この場合、その異材質部分は溶接あるいはろう付け等により本体部分１４ｂに接合することができる。一方、例えば主筒１４がステンレス鋼等で構成される場合には、その開口先端部を通電加熱等により局部的に熱処理してこれを軟化させることにより、本体部分１４ｂと緩衝支持部９０とを同材質により一体形成することも可能である。
【００８４】
また、緩衝支持部９０のビッカース硬度をＨｖｓ、本体部分１４ｂのビッカース硬度をＨｖｈとした場合、Ｈｖｈは３２０以上とするのがよい。Ｈｖｈが３２０未満になると主筒１４の強度が不足し、酸素センサ１の耐久性を確保できなくなる場合がある。なお、Ｈｖｈは望ましくは３６０以上とするのがよい。また、Ｈｖｈ−Ｈｖｓは６０以上となるように緩衝支持部９０の硬度を調整するのがよい。Ｈｖｈ−Ｈｖｓが６０未満になると、緩衝支持部９０の本体部分１４ｂに対する相対的な変形量が不足し、所期の効果が十分に達成できなくなる場合がある。なお、Ｈｖｈ−Ｈｖｓは望ましくは８０以上とするのがよい。
【００８５】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８は、酸素検知素子２の軸方向において後方側がフィルタ保持部５１の内側に入り込み、同じく前方側が主筒１４（ケーシング１０）の内側に入り込むように配置され、各リード線２０，２１，２８，２９（図２１）がセパレータ側リード線挿通孔７２において軸方向に挿通される。一方、弾性シール部材１７は、フィルタ保持部５１の後方側開口部５１ａに対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１，２８，２９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２０，２１，２８，２９の外面とフィルタ保持部５１の内面との間をシールする。
【００８６】
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、弾性シール部材１７の後端面中央に形成された隙間規定突出部９６の頂面と密着しており、その隙間規定突出部９６により、弾性シール部材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、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からの気体は該隙間９２内に供給され、さらにセラミックセパレータ１８に形成された気通用連通部９３を通ってケーシング１０内に導かれる。具体的には、セラミックセパレータ１８には、セパレータ側リード線挿通孔７２とは別に軸方向の気通用貫通孔９５が形成されており、またその後端面には、一端が貫通孔９５に連通し、他端側がセラミックセパレータ１８の外周面に開放する気通用溝部９４が形成されている。すなわち、これら気通用貫通孔９５及び気通用溝部９４が気通用連通部９３を形成している。
【００８７】
図１８及び図１９（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８には、酸素検知素子２及び発熱体３からのリード線（２０、２１、２８、２９）を挿通するための４つのセパレータ側リード線挿通孔７２が、各々その中心が仮想的な円周経路（以下、セパレータ側ピッチ円という）Ｃ１上に位置して配列するように形成されている。また、気通用貫通孔９５は、セラミックセパレータ１８の中央部において、それら４つのセパレータ側リード線挿通孔７２により囲まれる領域に形成されている。さらに、気通用溝部９４は、セラミックセパレータ１８の後端面において、４つのセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない位置に十字形態で形成されている。なお、図１８（ｅ）に示すように、気通用溝部９４には、その上面側において幅方向両縁に面取り部９４ａが形成されている。
【００８８】
次に、図２２に示すように、弾性シール部材１７においては、前述のシール側リード線挿通孔９１が、各々その中心が仮想的な円周経路（以下、シール側ピッチ円という）Ｃ２上に位置して配列するように形成されており、前述のセパレータ側ピッチ円Ｃ１（直径Ｄ１）とシール側ピッチ円Ｃ２（直径Ｄ２）とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるように設定される。
【００８９】
例えば図３においてはＤ１＞Ｄ２となっており、図２２（ｃ）に示すように、隙間規定突出部９６は、シール側ピッチ円Ｃ２上に配列したシール側リード線挿通孔９１よりも内側に位置する領域に形成されている。
【００９０】
上記構造においては、セラミックセパレータ１８の後端面位置を気体導入孔５２よりも後方側に設定することで、気体導入孔５２を経てフィルタアセンブリ１６内に水滴等が侵入した場合、フランジ状のセパレータ側支持部７３が主筒１４の開口部を塞いでいる関係上、該水滴はセラミックセパレータ１８の後端面側へ一旦回り込まないとケーシング１０内へは流れ込むことができない。従って、酸素検知素子２側への水滴の流入が一層起こりにくくなる効果を達成することができる。この場合、気体導入孔５２から流入した基準ガスもセラミックセパレータ１８の後端面側へ回り込まなければならないが、該ガスは気通用溝部９４及び気通用貫通孔９５を経て支障なくケーシング１０内へ導入できる。
【００９１】
一方、弾性シール部材１７及びセラミックセパレータ１８に対し、互いに異なるピッチ円径でリード線２０，２１，２８，２９が挿通される構造となっているので、各リード線には弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間で必ず曲がりが生ずる。しかしながら、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間には適度な隙間９８が形成されており、この隙間９８において各リード線２０，２１，２８，２９を比較的緩やかに曲げることができる。これにより、センサ１の組立て時等にリード線が強く曲げられて痛んだり、断線したりするトラブルが生じにくくなる。
【００９２】
ここで、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間でピッチ円径にほとんど差がない場合には上記隙間９８を形成せず、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８とを密着配置する構成もありうる。また、隙間９８を形成する場合でも、隙間形成突出部９６の先端面は弾性シール部材１７に密着した形となる。いずれの場合も、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との接触領域は、気通用貫通孔９５の形成領域と重なりを生ずることになる。しかしながら、セラミックセパレータ１８の上面には気通用溝部９４が形成されているので、このような場合でも気通用貫通孔９５の入口部が密閉されず、基準ガスのケーシング１０への流通を確保することができる。
【００９３】
また、図１９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、フランジ状のセパレータ側支持部７３（フランジ部）に、これを軸方向に貫通する気通用貫通部９７を形成してもよい。本実施例では該気通用貫通部９７は、セパレータ側支持部７３の外周面に対し、所定の角度間隔で複数形成された溝部（あるいは切欠き部）とされている。なお、気通用貫通部９７を形成する場合は、（ｂ）に示すように気通用溝部９４を省略することができる。一方、（ｃ）に示すように、気通用溝部９４と気通用貫通部９７との双方を形成するようにしてもよく、この場合は気通用溝部９４及び気通用貫通孔９５と気通用貫通部９７との２つの気通経路が形成されるので、基準ガスのケーシング１０への流通をより確実なものとすることができる。図２０に、該セラミックセパレータ１８を酸素センサ１に組み付けた例を示している。
【００９４】
弾性シール部材１７の隙間形成突出部９６は、図２３（ｃ）及び図２５に示すように、弾性シール部材１７前端面の周縁に沿う連続的あるいは断続的な凸条形態に形成することもできる。なお、図２５においては、セパレータ側ピッチ円Ｃ１の直径Ｄ１がシール側ピッチ円Ｃ２の直径Ｄ２よりも大きくなる場合（すなわちＤ１＞Ｄ２）について示しているが、該構成はＤ１＜Ｄ２の場合にも適用でき、例えばＤ１が小さく、セパレータ側リード線挿通孔７２に囲まれた領域に、隙間形成突出部９６の接触領域を十分確保できない場合に有効である。
【００９５】
また、セラミックセパレータ１８と弾性シール部材１７との間に隙間９８を形成するために、図２３（ｂ）及び図２４に示すように、弾性シール部材１７の後方側端縁部に、その外周面から外向きに張り出すフランジ部９７を形成するようにしてもよい。この場合、弾性シール部材１７の該フランジ部９７においてフィルタ保持部５１の後方側端面と当接することで、フィルタ保持部５１内におけるその前端面の位置が規定される。
【００９６】
さて、上記酸素センサ１においては、前述の通りフィルタアセンブリ１６のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、酸素検知素子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、該酸素検知素子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電極層２ｂ，２ｃからリード線２１，２０を介して取り出す。ここで、酸素検知素子２は、排気ガス温が十分高温となっている場合には当該排気ガスで加熱されて活性化されるが、エンジン始動時など排気ガス温が低温である場合には前述の発熱体３で強制的に加熱することで活性化される。
【００９７】
発熱体３は、通常はセラミックヒータであり、例えばアルミナを主とするセラミック棒４５を芯材とし、図２８に示すように、このセラミック棒４５の表面に例えば蛇行状に形成された抵抗線部（抵抗パターン）４１（図２９）からなる発熱部４２を備える。これはシート状の外層セラミック部４３（図２９）に抵抗ペーストを所定のパターンで印刷し、これをセラミック棒４５に巻き付けるように丸めて焼成したものである。セラミック棒４５は外層セラミック部４３の先端から若干突出しており、また抵抗パターン４１にヒータ端子部４０（図１等）から延びるリード線２８，２９（図２１）を経て、発熱のための通電が行われる。このような発熱部４２は発熱体３の先端側に偏って設けられ、その先端部で局部的に発熱するようになっている。
【００９８】
そして、図２８（ａ）に示すように、発熱体３の発熱部４２の近傍における中心軸線Ｏ１は、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ２に対して片側に寄るように一定量δだけ偏心（オフセット）している。それによって、発熱体３の発熱部４２の先端部表面が酸素検知素子２の中空部内壁面（以下、素子内壁面ともいう）２ａに所定の面圧で押し付けられた状態で接触している。この接触位置は、図１から明らかなように酸素検知素子２の閉塞側先端からやや中間側へ寄ったところ、より好ましくは前述のプロテクタ１１のガス透過口１２にほぼ対応する位置にあたるとよい。
【００９９】
また、図３０（ｂ）に概念的に示すように、酸素検知素子２の中空部に対し、該中空部の中心軸線Ｏ２を含むある仮想的な第一平面Ｐ１と、同じく中空部の中心軸線Ｏ２を含むとともに第一平面Ｐ１と直交する仮想的な第二平面Ｐ２とを設定して、該中空部をそれら第一平面Ｐ１と第二平面Ｐ２とによって４つの領域に分割した場合に、発熱体３は、その中心軸線Ｏ１の上記中空部内に位置する部分の全体が、該中空部の上記４つの領域のいずれかに収まるように配置されている。より具体的には、図２８にも示すように発熱体３は、その中心軸線Ｏ１が中空部の中心軸線Ｏ２とほぼ平行となるように配置されている。これにより、発熱体３は、発熱部４２の側面が検知素子２の中空部内壁面２ａに対しほぼ沿う形となっている。
【０１００】
なお、酸素検知素子２の中空部の中心軸線に対して発熱体３が片側に寄るように偏心させるのに対応し、セラミックセパレータ１８には次のような工夫が施されている。すなわち、図３に示すようにセラミックセパレータ１８にはその前端面に開口し、底面１０２ａが該セラミックセパレータ１８の軸方向中間部に位置するように発熱体端部収容孔１０２が形成されている。該発熱体端部収容孔１０２に発熱体３の後端部を収容することで、酸素センサ１の全体の長さを縮小することができる。具体的には図２１に示すように、発熱体端部収容孔１０２は、各リード線挿通孔７２に対し内側から重なりを生ずるように、セラミックセパレータ１８の中央部を切り欠いた形態で形成されており、その内径が発熱体３の外径よりも大きく設定されている。
【０１０１】
発熱体３を上述のように偏心して配置した場合、その後端部はセラミックセパレータ１８の軸線に対して偏心配置される。ここで、該発熱体３の後端部を収容する発熱体端部収容孔１０２は、内径が発熱体３の外径よりも大きく設定されているため、発熱体３の偏心配置に伴う後端部の径方向の移動が一定の範囲内で許容される。すなわち、発熱体３を偏心配置した場合に、その後端部がセラミックセパレータ１８の内壁面と干渉することが防止され、偏心量も比較的自由に設定できる利点がある。
【０１０２】
ここで、リード線挿通孔７２は、前述のようにセパレータ側ピッチ円Ｃ１上に配列しているが、図２１（ｂ）に示すように、発熱体端部収容孔１０２の内径ｄ１は、該ピッチ円の直径ｄ２よりも小さく設定されている（すなわちｄ１＜ｄ２）。すなわち、セラミックセパレータ１８の、隣接するリード線挿通孔７２の間に位置する部分は、リード線２０，２１，２８，２９を互いに分離する隔壁部１０３として機能するのであるが、発熱体端部収容孔１０２の形成に伴い、該隔壁部１０３は内側から切り欠かれることとなる。ここで、ｄ１≧ｄ２になると隔壁部１０３の径方向の長さが短くなり過ぎ、リード線２０，２１，２８，２９の分離効果が低下して短絡等の問題につながる場合がある。
【０１０３】
また、リード線挿通孔７２のピッチ円Ｃ１の直径ｄ２と発熱体３の端部の外径Ｄとの比ｄ２／Ｄは、１．７〜２．８の範囲で調整することが望ましい。ｄ２／Ｄが１．７未満になると、発熱体３の偏心量を十分に確保できず、結果として発熱体３の横当り状態が不十分となってセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。また、ｄ２／Ｄが２．８を超えると、リード線２０、２１、２８、２９の曲がり量が大きくなりすぎ、それらリード線に損傷等が生じやすくなる。また、発熱体端部収容孔１０２は、その深さｈと内径ｄ１との比ｈ／ｄ１を１．２以下に設定するのがよい。例えば、発熱体３を傾斜させて偏心状態を形成する場合、ｈ／ｄ１が１．２を超えると、収容孔の径ｄ１に対して深さｈが相対的に大きくなり過ぎ、発熱体３の傾斜量すなわち偏心量を十分に確保できず、同様にセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。
【０１０４】
次に、上述のように発熱体３の中心軸線Ｏ１を上述の配置関係で酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ２から偏心させ、かつ発熱部４２を素子内壁面２ａに弾性的に押し付ける機能を果たしているのは端子金具２３（図１等）である。この場合、端子金具２３は３つの役割を果たす。第一は、酸素検知素子２の内側の電極層２ｃの出力端子としてリード線２０との電気的接続を図ること、第二は発熱体３を酸素検知素子２の内側に固定することであるが、これらは従来と同様の機能である。そして第３の機能が、発熱体３の先端部を素子内壁面２ａに横当たり構造で弾性的に押し付けることである。
【０１０５】
図２６に端子金具２３の単体状態を、図２７に端子金具２３を発熱体３に組み付けた状態を示す。これらの図から明らかなように、前述の内部電極接続部２６に関して発熱体３の先端側（すなわち発熱部４２に近い側）に発熱体把持部２７が形成されている。発熱体把持部２７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の挿入に伴い弾性的に拡径してその摩擦力により該発熱体３を把持するものである。この発熱体把持部２７は内部電極接続部２６の片側の１箇所にのみ設けられている。
【０１０６】
内部電極接続部２６は、左右両側の縁に鋸刃状の接触部２６ａ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。そして、その外周面と酸素検知素子２の中空部内壁面２ａとの間の摩擦力によって発熱体３を該中空部に対し軸線方向に位置決めする役割を果たすとともに、上記複数の接触部２６ａの各先端部において内側の電極層２ｃ（図２）と接触・導通するようになっている。また、発熱体３との間には所定の隙間が形成されている。なお、これら両側の接触部２６ａは、鋸刃の山に相当する部分と谷に相当する部分とが、左右両側で互い違いに形成されており、例えばセンサ組立時において内部電極接続部２６を酸素検知素子２の内側に挿入する際に、左右の接触部２６ａが同時に酸素検知素子２の開口縁に引っ掛かったりする等のトラブルが生じにくくなり、ひいては内部電極接続部２６の酸素検知素子２に対する組み付けが容易となる効果を有している。また、鋸刃状の各接触部２６ａの高さをやや大きく設定することにより、上記板状部分を筒状に曲げて内部電極接続部２６を形成する際に、その曲げ方向の幅が増大して加工が行いやすくなる効果も合わせて達成される。
【０１０７】
また、図２７に示すように、発熱体把持部２７の軸方向における酸素検知素子の先端から遠い側の縁、すなわち前方側の縁には発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。具体的には、発熱体把持部２７には軸方向における一方の端縁から他方の端縁に至るスリット１０１が形成されており、発熱体挿入ガイド部１００は、該スリット１０１の両側部分を、該スリットの中間位置から一方の縁に向けてこれを斜めに切り欠くことによりテーパ状に形成されている。
【０１０８】
端子金具２３への発熱体３の組付けは、端子金具２３の発熱体把持部２７に対し発熱体３を先端側から挿入することにより行うことができる。発熱体３は発熱体把持部２７に対し、その開口部からこれを径方向外向きに拡げながら押し込まれる。このとき、発熱体３の先端縁が把持部２７の端縁に引っ掛かってスムーズに挿入が行えない場合がある。特に、把持部２７が径方向に弾性変形できるように上述のようなスリット１０１が形成される場合、そのスリット１０１の縁で引っ掛かりが生じやすい。そこで、そのスリット１０１に上記テーパ状の発熱体挿入ガイド部１００を形成しておけば、該テーパの作用により発熱体３の挿入がスムーズにガイドされるので上記引っ掛かりが生じにくくなり、ひいては端子金具２３への発熱体３の組付けを能率的に行うことができる。ただし、組付け時に上記引っ掛かり等があまり問題にならない場合には、発熱体挿入ガイド部１００は省略してもよい。
【０１０９】
図１に戻り、内部電極接続部２６には、発熱体把持部２７が連結されているのとは反対側の端部近傍において、該発熱体把持部２７の内部電極接続部２６への連結部３０に対応する位置に、その内面から突出して発熱体３の外周面に当接する位置決め用突出部５０が形成されている。この位置決め突出部５０は、例えば内部電極接続部２６の壁部をプレス加工等により内向きに凹ませることにより形成されており、発熱体３を前述のように酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ２に対して偏心した状態で位置決めするためのものである。
【０１１０】
酸素検知素子２の中空部内壁面２ａには、これを固体電解質粉末の成形・焼成により製造する際に、成形時の離型性を高める等の目的で、底部側が縮径する僅かなテーパが付与されている。これに対し発熱体３は、図２８等に示すように、その中心軸線Ｏ１が検知素子２側の中心軸線Ｏ２とほぼ平行となるように配置されるわけであるから、発熱体３の基端側に向かうほど、発熱体３と中空部内壁面２ａとの間に形成される隙間を大きくする必要がある。上記位置決め用突出部５０は、該突出部５０の形成位置におけるこの隙間量を所定の値に規定することにより、発熱体３が発熱部４２の近傍において上記中空部内壁面２ａと接触し、かつ２つの中心軸線Ｏ１と中心軸線Ｏ２とがほぼ平行となる位置関係を満足させる役割を果たしている。
【０１１１】
なお、酸素センサ１の製造工程では、発熱体３に端子金具２３を固定した後、このアッセンブリを酸素検知素子２に挿入するのが普通である。ここで、発熱体３に対する酸素検知素子２の壁部からの拘束力が存在しないと仮定した場合に、発熱体把持部２７の内部電極接続部２６に対する半径方向の連結位置関係は、発熱体把持部２７と位置決め突出部５０とによって該発熱体３の中心軸線Ｏ１が酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ２に対し、発熱部４２側が該中心軸線Ｏ２から遠ざかるように少し傾いた状態で保持されるように定められている。これにより、上記アッセンブリの挿入の際に、発熱体３の先端部は素子内壁面２ａに弾性的に接触した状態でここを滑りつつ内部に挿入され、図２７（ｃ）に矢印で示すように、その中心軸線Ｏ１ が中空部の中心軸線Ｏ２と平行となる向きにその傾斜状態が矯正されつつ該検知素子２に対して装着されることとなる。また、発熱体把持部２７と内部電極接続部２６との間の連結部３０は、両側から周方向にＵ字状の切欠を形成することによりくびれた形態で形成されている。そして、発熱体３の検知素子２への装着時には、これが内向きに弾性変形し、その弾性復帰力によって発熱体３の発熱部４２を検知素子２の中空部内壁面２ａに押し付け、図１のような横当たり形態を生じさせる。
【０１１２】
この状態で発熱体３には、素子内壁面２ａが発熱体３に及ぼす応力、位置決め突出部５０において発熱体３に作用する応力、発熱体把持部２７において発熱体３に作用する応力とによって、これらの合成による曲げモーメントが生じるが、その曲げモーメントにより発熱体３が折れないように、言い換えれば発熱体３の許容強度範囲以上の応力が生じないようにされている。このような応力ひいては曲げモーメントの調整を図るのは、内部電極接続部２６に隣接するくびれ形態の連結部３０である。
【０１１３】
すなわち、連結部３０は、上記挿入工程で発熱体把持部２７及び位置決め用突出部５０を介して発熱体３に付与される曲げ力を吸収・緩和してその折損等を防止する役割も果たす。そして、その弾性力の調整は、くびれ部分の幅調整により可能となる。換言すれば、連結部３０のくびれ幅を適切に設定することで、上記弾性力を適度な値に調整でき、図１の発熱体３の横当たり構造において、素子内壁面２ａに対する弾性的な押付力を必要十分な値に確保できるのである。
【０１１４】
次に、図２９（ｂ）に示すように、発熱体３の外層セラミック部４３がセラミック棒４５に巻き付けられた際の接合隙間として、発熱体３の外周の１箇所に軸方向と平行なスリット状部４４が生じ、この近傍では抵抗パターン４１が存在せず、発熱疎部分となるが、発熱体３の素子内壁面２ａの横当たり構造に際してはこのスリット状部４４の反対側の発熱部４２表面を素子内壁面２ａに当てることが望ましい。これによって充分発熱する部分から直接的に酸素検知素子２に効果的な熱伝達が生じる。
【０１１５】
また、酸素検知素子２の中空部内壁面２ａはテーパ状に形成されているが、その内径の平均値（以下、単に内径という）ＤＡと発熱体３の外径ＤＢとの差ΔＤ＝ＤＡ−ＤＢは０．１〜０．３５ｍｍ、望ましくは０．１５〜０．３０ｍｍに設定されている。また、上記ΔＤの発熱体３の外径ＤＢに対する比ΔＤ／ＤＢは、０．１３以下、望ましくは０．１０以下に設定されている。
【０１１６】
以下、上記酸素センサ１の作動について説明する。
図２８（ｂ）は、発熱体３の中心軸線Ｏ１と酸素検知素子２の中心軸線Ｏ２とが同心的な構造の例を示すもので、これと図２８（ａ）とを比較すると明らかなように、図２８（ａ）の例では、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ２に対し、発熱体３の中心軸線Ｏ１がほぼ平行な状態で、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ２から距離δだけ偏心し、その発熱部４２の先端部表面が素子内壁面２ａに側方から押し付けられた、いわば横当たり構造とでも称すべき形態となっている。なお、図２８（ａ）においては理解を容易にするために、発熱体３と酸素検知素子２との隙間は実際のものより誇張して描かれているが、上述の偏心量δは、素子内壁面２ａの内径を２．８〜３．２ｍｍ、発熱体３の外径を２．４３〜２．６３ｍｍとしたとき、発熱体３と酸素検知素子２との間で過度な押し付け力を生ずることなく上記横当り構造を確実なものとするために、例えば０．０８５〜０．３８５ｍｍ程度の大きさに設定するのがよい。また図２８（ｂ）の発熱部４２’と比べて、図２８（ａ）の発熱部４２は、前述のように発熱体３の先端側により狭い領域に偏って形成されている。
【０１１７】
このような発熱体３の素子内壁面２ａに対する横当たり構造を採用することにより、発熱部４２で生じた熱が上記接触に基づく熱伝導により速やかに酸素検知素子２に伝わってこれを加熱し、また発熱部４２の上記接触部近傍の局部的に発熱した部分の熱輻射によっても酸素検知素子２が加熱される。そして、その熱伝導及び熱輻射による相乗的な熱伝達が、酸素検知素子２を急速に加熱し、活性化温度までの上昇時間を短縮する。
【０１１８】
ここで、図２に示すように酸素検知素子２は、その素子内壁面２ａに横当て状態で配置された発熱部４２により局所加熱されるのであるが、センサの立ち上がり時間は図２８（ｂ）に示す構成のセンサと同等レベルに維持されるか、あるいは却って短縮される。その要因としては、次のようなことが考えられる。すなわち、酸素イオン電導性固体電解質により形成された酸素検知素子２に十分な濃淡電池起電力が生じるためには、酸素検知素子２の電気抵抗値が十分小さくなることのほかに、酸素分子に対する解離ないし再結合反応に対する電極層２ｂ，２ｃの触媒活性が十分に高められている必要がある。そして、センサの検出出力レベルは、酸素検知素子２の電気抵抗値と上記２ｂ，２ｃの触媒活性の兼ね合いで決まる。
【０１１９】
ここで、酸素検知素子２が発熱部４２により局所加熱されると、固体電解質の活性化による酸素検知素子２の電気抵抗減少は、例えば図２８（ｂ）に示す構成ほどには進まないが、図２に示すように、その局所加熱された部分２ｄはより高温まで加熱されるので、当該部分で電極層２ｂ，２ｃの触媒活性が高めらる。そして、電極層２ｂの触媒活性が向上すると被測定ガス中の酸素分子の解離が促進され、その効果により固体電解質の濃淡電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補われ、結果としてセンサの活性化時間（立ち上がり時間）が短縮されるものと推測される。
【０１２０】
また、発熱体３の中心軸線Ｏ１が検知素子２側の中心軸線Ｏ２とほぼ平行となるように配置することにより、発熱部４２の側面が検知素子２の中空部内壁面２ａに対しほぼ沿う形となり、発熱部４２により酸素検知素子２の壁部をより均一に加熱することができるようになり、ひいては酸素センサの活性化時間短縮の効果がさらに高められている。
【０１２１】
さらに、図１に示すように、端子金具２３において、発熱体把持部２７が内部電極接続部２６に対し発熱体３の発熱部４２に近い側にのみ連結されているので、端子金具２３の発熱体３の軸線方向における長さが短くなり、ひいては酸素センサ１は、その軸線方向の長さが減じられてコンパクトに構成されている。また、発熱体３が１ケ所の把持部２７により把持される形としたから、端子金具２３を装着した発熱体３を酸素検知素子２の中空部内に挿入してセンサ１を組み立てる際に、前述の通り、端子金具２３を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体３の折損等を防止することができる。
【０１２２】
なお、図３１及び図３２に示すように、端子金具２３においては、２つの発熱体把持部を２７ａ，２７ｂをそれぞれ連結部２９，３０を介して、内部電極接続部２６に対しその軸線方向両側に連結する構成とすることもできる。また、位置決め突出部５０は、発熱体把持部２７ａ，２７ｂのいずれに形成してもよい。この場合、発熱体把持部の内径は、位置決め突出部５０の突出量を考慮に入れて大きく設定しておく必要がある。
【０１２３】
例えば、図３１においては、発熱部４２から遠い側の発熱体把持部２７ａに形成されている。また、図３２は発熱部４２から近い側の発熱体把持部２７ｂに位置決め突出部５０を形成した例を示している。この場合は、発熱体３は、連結部２９ないし３０が位置するのとは反対側においてその発熱部４２が酸素検知素子２の中空部内壁面２ａに当接している。これにより、発熱体３は、図３３に示すように該側にやや大きく傾いて、その中心軸線Ｏ１が中空部の中心軸線Ｏ２と所定の傾きθで交差する形態となっている。
【０１２４】
なお、図３３においては、理解を容易にするために発熱体３と酸素検知素子２との隙間や傾きθを実際のものより誇張して描いている。ここで、発熱部４２の近傍における中心軸線Ｏ１の酸素検知素子２の中心軸線Ｏ２に対する偏心量δと、傾きθとは、素子内壁面２ａの内径を２．８〜３．２ｍｍ、発熱体３の外径を２．４３〜２．６３ｍｍとしたとき、発熱体３と酸素検知素子２との間で過度な押し付け力を生ずることなく上記横当り構造を確実なものとするには、例えばδは０．０８５〜０．３８５ｍｍ、またθは０．１〜０．５°程度の大きさとするのがよい。
【０１２５】
次に、図３４に示す構成では、端子金具２３は図１とほぼ同様に形成された内部電極接続部２６を備え、発熱体３の軸方向において該内部電極接続部２６の一方の側には、前述と同様の第一発熱体把持部２７ａが形成される一方、他方の側にも第二発熱体把持部２７ｂが同様の構成で形成されている。ここで、図３５に示すように、上記１対の発熱体把持部２７ａ，２７ｂは、その中心軸線が、酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ１１から偏心してこれとほぼ平行な共通の軸線Ｏ１０上に位置するように、内部電極接続部２６に対して連結されている。
【０１２６】
具体的には、端子金具２３においては、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとが、内部電極接続部２６の各々対応する端部に対し、それぞれくびれた形態の第一及び第二連結部２９及び３０により、発熱体３の径方向において同じ側の周縁に一体的に接続されている。そして、これら連結部２９，３０は、内部電極接続部２６の径方向内側に曲げられて段付き部を形成するとともに、その曲げ量を調整することにより、発熱体把持部２７ａ，２７ｂの中心軸線Ｏ１０は、酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ１１に対しほぼ平行な状態で、連結部２９，３０の形成側とは反対方向に所定の偏心量ｄで偏心させられている。この構成によれば、２つの把持部２７ａ，２７ｂにより発熱体３をより安定的に保持することができる。
【０１２７】
上述のような端子金具２３は、例えば図３６に示すような形状の板状金属部材１２３を曲げ加工することにより製造することができる。すなわち、図３６（ａ）に示すように板状金属部材１２３は、３つの板状部１２７ａ、１２６及び１２７ｂが、その幅方向中間部において、連結部２９及び３０となるべき接続部１２９及び１３０により互いに一体化された形態をなし、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように、接続部１２９及び１３０の両側に張り出した部分を幅方向において筒状に丸めるように曲げ加工することにより、それぞれ第一発熱体把持部２７ａ、内部電極接続部２６ａ及び第二発熱体把持部２７ｂとなる。また、連結部２９及び３０は、同図（ｅ）に示すように、発熱体把持部２７ａ，２７ｂの中心軸Ｏ１０が、所期の位置となるように段付き状に曲げ加工される。
【０１２８】
なお、上記金属板状部材１２３において、発熱体把持部２７ａ及び２７ｂとなるべき板状部（第一の板状部）１２７ａ及び１２７ｂは、その幅方向両縁部分が上記曲げ加工により互いに対向してスリット１０１を形成するとともに、それぞれ該縁の一方の端部側が斜めに切り欠かれて、それぞれ前述の発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。
【０１２９】
次に、図３７の構成においては、図３５の構成と同様に、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとが形成されているが、図３８に示すように、第二発熱体把持部２７ｂは、中心軸線Ｏ１１が第一発熱体把持部２７ａの中心軸線Ｏ１０から距離ｄだけ偏心して設けられている。すなわち、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとは、内部電極接続部２６の各々対応する端部に対し、それぞれくびれた形態の第一及び第二連結部２９及び３０により、発熱体３の径方向において同じ側の周縁に一体的に接続されている。そして、これら第一及び第二連結部２９及び３０は、内部電極接続部２６の径方向内側に曲げられて段付き部を形成するとともに、その曲げ量を調整することにより、第一発熱体把持部２７ａ及び第二発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ１０，Ｏ１１間の偏心量ｄが調整されている。該構成によれば、発熱体３は、互いに偏心した２つの把持部２７ａ２７ｂにより傾斜状態で保持されて素子内壁面２ａに押し付けられる。これにより、発熱体３はその傾斜状態をより安定的に保持することができ、発熱部３の横当て効果がさらに確実に達成される。
【０１３０】
ここで、第一発熱体把持部２７ａ及び第二発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ１０，Ｏ１１間の偏心量ｄは、例えば次のようにして設定することができる。すなわち、理解を容易にするために図３９に誇張して示すように、発熱体３の中心軸線Ｏ１と酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ２とのなす角度θは、例えば素子内壁面２ａの内径を２．８〜３．２ｍｍ、発熱体３の外径を２．４３〜２．６３ｍｍとしたとき、θは前述と同様に０．１〜０．５°程度の大きさとするのがよいが、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとの軸方向端面間の距離をＬとすれば、ｔａｎθ＝ｄ／Ｌであり、ｔａｎ０．１°＝０．００１７、ｔａｎ０．５°＝０．００８７であるから、０．００１７Ｌ≦ｄ≦０．００８７Ｌとなるようにｄを設定すればよい。
【０１３１】
なお、本構成においても、両発熱体２７ａ，２７ｂに発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。すなわち、２つの把持部２７ａ，２７ｂが設けられ、しかも発熱体３を傾斜状態で保持するためにそれらが互いに偏心した位置関係で形成されているので、発熱体３は上側の把持部２７ａに挿入された後、下側の把持部２７ｂへは偏心状態で進入しようとする。そのため、該下側の把持部２７ｂにおいては前述の引っ掛かりの問題が特に生じやすい。そこで、上述のように発熱体挿入ガイド部１００を形成することで、このような構成においても発熱体３を端子金具２３に対しスムーズに組み付けることができる。なお、上側の把持部２７ａについては下側の把持部２７ｂほどには引っ掛かりの問題が生じないことから、下側の把持部２７ｂにのみ発熱体挿入ガイド部１００を形成するようにしてもよい。
【０１３２】
続いて、図４０の構成においては、発熱体把持部２７は内部電極接続部２６に対し、図１と同様に、１ケ所にのみ設けられているが、図１と異なり位置決め突出部５０が形成されていない。この構成によれば、発熱体３は１ケ所の把持部２７により、軸線と交差する向きにおいて若干の動きの自由度を生じた状態で把持されることとなる。従って、発熱体３を端子金具２３とともに酸素検知素子２の中空部内に挿入すると、該発熱体３は、先端部が酸素検知素子２の内壁面との接触するに伴い、これに追従して該内壁面に沿う形で位置決めされ、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待することができるようになる。この場合、ΔＤないしΔＤ／ＤＢを前述の範囲で調整することにより、発熱体３の先端部は酸素検知素子２の中空部内壁面にさらに沿いやすくなり、酸素センサ１の活性化時間を短縮する効果が一層高められる。
【０１３３】
また、別の効果としては、センサ１を組み立てる際に、端子金具２３を介した過剰な横方向の力が発熱体３に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体３の折損等を防止することができる。さらに、端子金具２３の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。
【０１３４】
次に、図４１に示す構成では、内部電極接続部２６の軸方向後端側に発熱体把持部２７が接続される一方、前端側にはガイド部２８が接続されている。ガイド部２８は、ほぼ半円状の横断面形状をなし、かつ端子金具２３の中心軸線、詳しくは発熱体把持部２７及び内部電極接続部２６の中心軸線に関して所定角度だけ内側に傾斜して形成されている。これによってガイド部２８は、発熱体３をその軸方向とほぼ垂直方向に押して素子内壁面２ａに押し付ける。
【０１３５】
さて、本発明の請求項に記載した酸素センサの構成には、以下に述べる各発明の内容を少なくとも１つ付け加えることができる。
【０１３６】
発明（Ａ）
この発明の酸素センサは、下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状の酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングとは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、酸素検知素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対し後方側から連結されるフィルタアセンブリと、フィルタアセンブリとケーシングとを互いに結合する結合部を備える。そして、そのフィルタアセンブリは、ケーシングに対し後方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内部が該ケーシングの内部と連通し、かつ壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の気体導入孔を内面側から又は外面側から塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、フィルタをフィルタ保持部に対して固定する補助フィルタ保持部とを備えて構成され、それらフィルタ及び気体導入孔を経て外気がケーシング内に導入される。
また、該酸素センサにおいては、ケーシングとフィルタアセンブリとを互いに別体に形成し、フィルタアセンブリをケーシングの後方側に配置して、その後結合部を形成することにより、それらケーシングとフィルタアセンブリとを互いに連結することができる。
【０１３７】
該酸素センサの特徴の要旨は、フィルタを含む気通構造部をフィルタアセンブリとしてケーシングとは独立に構成し、これをケーシングに連結・一体化した構成を有する点にある。これにより、次のような効果が達成される。
▲１▼フィルタアセンブリの組立ては、酸素検知素子などのケーシング内への組付けとは独立に行うことができるので、例えば検知素子のリード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。
▲２▼ケーシング内への部品の組付けと、フィルタアセンブリの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等が生じにくい。
【０１３８】
フィルタアセンブリは、ケーシングの後方側に対し内部が互いに連通するようにこれと同軸的かつ一体的に設けられ、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の外側において気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、そのフィルタの外側に配置される筒状に形成され、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔が形成されるとともに、該フィルタをフィルタ保持部との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部とを備えたものとして構成できる。この場合、補助気体導入孔からフィルタを経て気体導入孔より外気がケーシング内に導入される。すなわち、内外のフィルタ保持部によりフィルタを確実に保持することができ、フィルタ保持部へのフィルタの組付けも容易である。例えばフィルタを円筒状に形成した場合、フィルタ保持部に対し該フィルタを外挿し、さらにその外側から保持フィルタ保持部を嵌め入れ、気体導入孔及び補助気体導入孔と干渉しない位置において、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを結合する保持部結合部を形成すればよい。
【０１３９】
気体導入孔及び補助気体導入孔は、それぞれフィルタ保持部及び補助フィルタ保持部に対し、軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で複数個形成することができる。これにより、フィルタアセンブリ側からケーシング内へ外気を偏りなく導入することができる。また、フィルタ保持部を周方向に取り囲むように、例えば筒状のフィルタをその外側に配置し、補助フィルタ保持部には保持部結合部として、フィルタを挟んで該補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に向けてかしめることにより、その周方向に沿って環状のフィルタかしめ部を形成することができる。保持部結合部を環状のフィルタかしめ部とすることで、フィルタアセンブリの組立てが一層容易となる。なお、この環状のかしめ部は、軸方向において気体導入孔及び補助気体導入孔の列を挟む両側に形成できる。この場合、各かしめ部において、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間にフィルタの縁を挟み込む形にすることで、補助気体導入孔からフィルタの縁を迂回してフィルタ保持部の気体導入孔ヘ至る経路が形成されにくくなり、ここを通って水等がフィルタ保持部内側ひいてはケーシング内側へ漏れ込む可能性も小さくなる。
【０１４０】
また、フィルタを上述のように筒状に形成してフィルタ保持部の外周に沿うように配置する場合、補助フィルタ保持部の後端縁側には周方向に沿ってフィルタかしめ部を形成することができる。そして、該補助フィルタ保持部の後端側には、フィルタ保持部との間に位置するフィルタを目視するためのフィルタ確認部を形成できる。このようにすれば、次のような利点がある。すなわち、フィルタ保持部に筒状のフィルタを外挿し、その状態でさらに補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に対して軸方向に相対移動させながら嵌め入れる際に、フィルタが補助フィルタ保持部と連れ移動して位置ずれを起こすことがありうる。この場合、万一この状態でフィルタかしめ部が形成されれば、かしめ部からフィルタが外れてシールが不完全となるのであるが、フィルタ確認部においてフィルタが上述のように目視できるようになっていることで、そのようなフィルタのかしめ不良を容易に発見できる。
【０１４１】
また、補助フィルタ保持部の前端縁側にフィルタかしめ部を形成する場合、そのフィルタかしめ部においてフィルタを部分的に露出させるフィルタ確認露出部を形成することもできる。こうすれば、補助フィルタ保持部の前端縁側においてもかしめ部においてフィルタが正常にかしめられているか否かを容易に判別できる。
【０１４２】
次に、フィルタアセンブリは、ケーシングに対し各種方法により連結することができる。例えば、フィルタ保持部は、その先端側においてケーシングに対し外側からこれに重なりを生じるように配置することができ、その重なり部においてフィルタ保持部をケーシングに向けてかしめることにより、それらの周方向に連結部として環状のアセンブリ連結かしめ部を形成して、そのアセンブリ連結かしめ部により、フィルタ保持部の内周面をケーシング外周面に対して気密状態で圧接する構成とすることができる。すなわち、フィルタアセンブリをアセンブリ連結かしめ部によりケーシングに対して容易に組みつけることができる。なお、かしめ部に代えて、あるいはかしめ部とともに、環状の溶接部（例えば、抵抗溶接部あるいはレーザー溶接部）を形成するようにしてもよい。
【０１４３】
次に、フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく軸方向後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように構成することができる。この場合、気体導入孔は、その第二部分の壁部に形成することができる一方、第一部分には、ケーシングの後端部を上記段付き部に直接又は他部材を介して間接的に当接する位置まで挿入する構成とすることができる。また、ケーシングに対する重なり部は第一部分に形成され、ここに前述のアセンブリ連結かしめ部（あるいは溶接部）を形成することができる。
【０１４４】
上記構成によれば、段付き部を利用して、フィルタ保持部のケーシングに対する軸方向の位置決めを簡単に行うことができる。また、径小側の第二部分に気体導入孔を形成し、ここにフィルタ及び補助フィルタ保持部を外側から嵌め入れる構成とすれば、例えばフィルタ保持部を第二部分が上となるように立てた状態で、上側からフィルタ及びフィルタ保持部を順次外挿する際に、段付き部にそれらフィルタ及びフィルタ保持部を当てて止めることができるので、フィルタアセンブリの組立てがさらに容易になる。この場合、補助フィルタ保持部の内径は、第一部分の外径よりも小さく設定しておく必要がある。
【０１４５】
また、上記酸素センサには、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータを設けることができる。この場合、該セラミックセパレータは、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置することができる。セラミックセパレータの一部をフィルタ保持部の内側に進入させることで、該セラミックセパレータの後方側においてフィルタ保持部内に形成される空きスペースが小さくなり、ひいてはその分だけ酸素センサの軸方向の長さが減じて全体をコンパクトに構成できるようになる。
【０１４６】
この場合、セラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出する形態でセパレータ側支持部を、例えばフランジ状に形成することができる。そして、該セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも前方側に位置する部分を前記ケーシングの後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接する一方、該セパレータ側支持部によりも後方側に位置する部分をケーシングの外側に突出させた状態で配置することができる。また、フィルタ保持部は、軸方向中間に前述の段付き部が形成される場合、セラミックセパレータの突出部分を第二部分の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部においてセパレータ側支持部に対し、ケーシングとは反対側から直接又は他部材を介して間接的に当接するように配置することができる。すなわち、ケーシングの端面とフィルタ保持部の段付き部との間でセパレータ側支持部を挟み付けることにより、ケーシング内でセラミックセパレータを、より安定的に支持することが可能となり、ひいてはがたつき等によるセパレータの割れや欠けといったトラブルも生じにくくなる。
【０１４７】
例えば、セラミックセパレータには、気体導入孔から流入した外気をケーシング内側へ導く気通用連通部を、その後端面から前端面まで軸方向に貫通した形で形成することができる。これにより、基準ガスとしての外気を確実かつ速やかに酸素検知素子内部まで導くことができるが、何らかの要因により気体導入孔から水滴等が進入した場合には、上記気通用連通部を介してその水滴が酸素検知素子の内側へ漏れ込む可能性がある。この場合、セラミックセパレータの後端面を、気体導入孔よりも後方側に位置させるようにすれば、水滴が仮に浸入しても、これが気通用連通部からケーシング内に漏れ込むためには、セラミックセパレータの後端面側に迂回しなければならないため、水滴が酸素検知素子側へ漏れ込む可能性をより小さくすることができる。
【０１４８】
発明（Ｂ）
この発明の酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、外気をケーシング内に導入するための気体導入構造部とを有する。該気体導入構造部は、ケーシングの後方側に同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに、内部が該ケーシングと連通し、かつ壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを有し、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる。そして、気体導入構造部の外側には、これを覆う筒状形態をなし、フィルタへの直接的な液滴の噴射あるいは油や汚れ等の付着物の付着を阻止ないし抑制する防護カバーが設けられる。
【０１４９】
すなわち、気体導入構造部において液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを設け、さらにその外側に防護カバーを設けることで、ケーシング内への水滴等の侵入が一層起こりにくくなる。これにより、酸素センサが車両の足周り部分に取り付けられた場合、水溜まりなどの水を強く跳ね上げながら走行したり、あるいは洗車時に高圧の水が直接フィルタに当たった場合等においても、上上記フィルタとの組合せにより、センサ内への水滴等の侵入を効果的に防止することができる。
【０１５０】
気体導入構造部は、ケーシングの後方側に対し内部が互いに連通するようにこれと同軸的かつ一体的に設けられ、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の外側において気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、そのフィルタの外側に配置される筒状に形成され、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔が形成されるとともに、該フィルタをフィルタ保持部との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部とを備えたものとして構成できる。この場合、補助気体導入孔からフィルタを経て気体導入孔より外気がケーシング内に導入される。すなわち、内外のフィルタ保持部によりフィルタを確実に保持することができ、フィルタ保持部へのフィルタの組付けも容易である。例えばフィルタを円筒状に形成した場合、フィルタ保持部に対し該フィルタを外挿し、さらにその外側から保持フィルタ保持部を嵌め入れ、気体導入孔及び補助気体導入孔と干渉しない位置において、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを結合する保持部結合部を形成すればよい。
【０１５１】
防護カバーは、気体導入孔に対応する位置においてフィルタとの間に気体滞留空間を生じた状態で、その軸方向において気体導入孔を挟んだ両側部分がをフィルタ保持部の外面に対しカバー接合部により接合することができ、また、気体滞留空間を外部と連通させてこれに外気を導入する外部連通部を設けることができる。これにより、基準ガスとしての外気は外部連通部から防護カバーの内側へ導かれ、また、その導かれた外気は気体滞留空間の形成により、フィルタをスムーズに流通することができるので、防護カバーを設けたにも拘わらず、外気（基準ガス）のケーシング内へ支障なく導くことができる。
【０１５２】
この場合、カバー接合部は、防護カバーの周方向に沿って環状に形成することができ、外部連通部は、防護カバーとフィルタ保持部との間において、環状のカバー接合部を横切る通路状に形成することができる。すなわち、環状のカバー接合部によりカバー部材内側への水滴等の侵入がより起こり難くなり、しかもこれを横切る通路状の外部連通部の形成により、外気のカバー部材内への導入は支障なく行うことができる。
【０１５３】
このような構造は、以下のようにして比較的簡単に実現することができる。すなわち、気体導入孔よりも前方側においてフィルタ保持部の外周面に、該フィルタ保持部の軸方向に延びる外部連通部としての所定長の溝部を周方向に沿って所定の間隔で複数形成する。また、カバー接合部は、防護カバーをフィルタ保持部に向けてかしめることにより、各溝部を横切るように、かつ該溝部の底部において防護カバーとフィルタ保持部との間に隙間が残留するように形成された環状のかしめ部とする。これにより、該防護カバーとフィルタ保持部との間に形成される隙間の前方側開口部から、溝部を通って気体滞留部へ外気が導かれることとなる。この場合、溝部底部に上記隙間が確保できる程度にかしめの圧力及び溝部の深さを調整すればよい。
【０１５４】
なお、防護カバーの前方側端縁は、上記各溝部の端よりも所定長だけ前方側まで延ばすことができる。これにより、酸素センサに水しぶき等がかかった場合に、防護カバーの内側へ水滴等が侵入する確率をさらに小さくすることができる。
【０１５５】
次に、フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように形成することができる。この場合、気体導入孔はその第二部分の壁部に形成される。これによれば、例えばフィルタ保持部を第二部分が上となるように立てた状態で、上側からフィルタ及びフィルタ保持部を順次外挿する際に、段付き部にそれらフィルタ及びフィルタ保持部を当てて止めることができるので、気体導入構造部の組立てが容易になる。この場合、補助フィルタ保持部の内径は、第一部分の外径よりも小さく設定しておく必要がある。
【０１５６】
上記構造において、溝部は第一部分の外周面に形成することができる。また、防護カバーは、その前方側端部において該第一部分に対し環状のかしめ部により固着され、後方側端部において第二部分の末端部外周面に別のかしめ部により固着される。これにより、防護カバーとフィルタ保持部の径小の第二部分との間に気体滞留空間を形成しやすくなる。
【０１５７】
また、この発明の酸素センサには、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータを設けることができる。そして、そのセラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出するフランジ状のセパレータ側支持部を形成することができる。セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも前方側に位置する部分をケーシングの後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接するように配置される。そして、カバー接合部としての環状のかしめ部は、フランジ状のセパレータ側支持部の外周面に対応する位置に形成することができる。これにより、かしめ部形成の際の圧縮力を、フランジ状のセパレータ側支持部の外周面で受けることができるので、かしめ部の形成を確実に行うことができる。
【０１５８】
発明（Ｃ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、気体導入構造部とを備える。この気体導入構造部は、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の外側において気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、そのフィルタの外側に配置される筒状に形成され、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔が形成されるとともに、該フィルタをフィルタ保持部との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部とを備え、補助気体導入孔からフィルタを経て気体導入孔より外気をケーシング内に導入させる役割を果たす。そして、上記フィルタは、補助フィルタ保持部の内面に対し少なくとも補助気体導入孔の周囲においてこれに密着する一方、フィルタ保持部の外面とフィルタとの間には、少なくとも気体導入孔の周囲において所定量の隙間が形成される。
【０１５９】
このように構成された酸素センサにおいては、フィルタを透過してくる外気は、内側に環状の隙間が形成されていることで流通抵抗が和らげられ、気体導入孔を通ってスムーズにケーシング内に導入できる。一方、フィルタの外面は補助フィルタ保持部の内面と密着しているので、補助気体導入孔からフィルタと補助フィルタ保持部との間にゴミや油分あるいは水滴等のたまりが生じにくくなり、ひいてはフィルタの外面側の撥油性あるいは撥水性の低下が阻止ないし抑制されて、常時良好な通気性が確保される。また油分のたまりが生じにくくなることで、高温で揮発した油分の蒸気がフィルタを通ってセンサ内部に侵入することが抑制される。これにより、例えば基準ガス温度が高くなった場合でも、センサ出力の低下が起こりにくくなる。
【０１６０】
補助フィルタ保持部には、補助気体導入孔を挟んでその軸方向両側に、フィルタを介して該補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に対して結合するフィルタかしめ部を形成することができる。補助フィルタ保持部のそれらフィルタかしめ部の間に位置する部分は、フィルタとともに外向きに橈んで凸状形態をなし、その凸状部の頂部に補助気体導入孔を形成することができる。そして、その凸状部の頂部を、少なくとも該補助気体導入孔の周囲において平坦化し、その平坦化された部分においてフィルタ保持部の内面をフィルタに対して密着させることができる。すなわち、補助気体導入孔を挟んでその両側にフィルタかしめ部を形成すると、補助フィルタ保持部はかしめ部の間の部分が上述のように外向きに橈んで凸状部となるが、その凸状部の頂部を平坦化することで、補助フィルタ保持部をフィルタとの間の密着構造を簡単に実現できる。なお、補助フィルタ保持部に上記平坦化部分を形成する方法としては、平坦化部材を用いて凸状部の膨出をその頂部において規制しつつフィルタかしめ部を形成する方法を例示できる。
【０１６１】
この場合、かしめ部に挟まれた部分において、補助フィルタ保持部とフィルタとはフィルタ保持部の対応する部分よりも大きく外側に橈み、該フィルタ保持部とフィルタとの間には、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との橈み量の差に基づいて上記隙間を形成することができる。すなわち、補助フィルタ保持部にはかしめに伴い比較的大きく圧縮変形し、凸部における橈み量も大きくなるが、内側のフィルタ保持部はそれほど圧縮されないため橈み量も小さい。一方、フィルタは柔軟であるので、補助フィルタ保持部に追従して外向きに橈むこととなる。その結果、フィルタ保持部とフィルタとの間には、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部との橈み量の差に基づいて隙間を簡単に形成することができる。
【０１６２】
気体導入孔及び補助気体導入孔は、それぞれフィルタ保持部及び補助フィルタ保持部に対し、軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で複数個形成することができる。これにより、気体導入構造部側からケーシング内へ外気を偏りなく導入することができる。また、フィルタ保持部を周方向に取り囲むように例えば筒状のフィルタをその外側に配置し、補助フィルタ保持部には保持部結合部として、フィルタを挟んで該補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に向けてかしめることにより、その周方向に沿って環状のフィルタかしめ部を形成することができる。具体的には、この環状のかしめ部は、軸方向において気体導入孔及び補助気体導入孔の列を挟む両側に形成できる。この場合、各かしめ部において、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間にフィルタの縁を挟み込む形にすることで、補助気体導入孔からフィルタの縁を迂回してフィルタ保持部の気体導入孔ヘ至る経路が形成されにくくなり、ここを通って水等がフィルタ保持部内側、ひいてはケーシング内側へ漏れ込む可能性も小さくなる。この場合、凸状部はそれらかしめ部の間において環状に形成され、また、凸状部の頂部は環状に平坦化され、その平坦化部分に複数の補助気体導入孔が形成されることとなる。
【０１６３】
なお、フィルタ保持部には、少なくとも気体導入孔の周囲において内向きに凹む凹状部を形成し、その凹状部においてフィルタとの間に隙間を形成するようにしてもよい。この場合、凹状部は、気体導入孔の周縁部分を凹ませたディンプル状に形成してもよいし、各気体導入孔の配列方向に沿う環状に形成してもよい。
【０１６４】
発明（Ｄ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し内部が連通するようにこれと同軸的に設けられるとともに、該ケーシングに対し軸方向後方側から連結されるカバー部材とを備える。カバー部材は、その軸方向前方側においてケーシングに対し外側からこれに重なりを生じるように配置される。そして、その重なり部には、該カバー部材を前記ケーシングに向けてかしめることにより、それらの周方向に円環状に形成された主かしめ部と、該円環状の主かしめ部においてカバー部材とケーシングとが、それらの軸線周りにおいて相対的に回転することを阻止する回転阻止部とが形成される。
【０１６５】
上記構成によれば、主かしめ部においては、ケーシングとカバー部材との間の接触面が円筒状面となるので気密性に優れ、それらの間からケーシング内に水等が漏れ込むことが確実に阻止される。また、該主かしめ部と共に回転阻止部を形成することで、ケーシングとカバー部材との間に軸線回りの捩じり力が作用しても、両者の間に相対的な回転が生じにくく、ひいては上記主かしめ部における気密性を一層確実なものととすることができる。
【０１６６】
回転阻止部は、カバー部材の軸線方向において主かしめ部の少なくとも一方の側に、該カバー部材をケーシングに向けてかしめることにより形成された補助かしめ部とすれば、その形成も容易で回転阻止効果にも優れる。補助かしめ部は、具体的には、カバー部材の軸線方向において主かしめ部に対し所定の間隔で隣接し、かつ該カバー部材の周方向に沿う環状に形成することができる。環状形態の補助かしめ部を主かしめ部に隣接して形成することで、回転阻止効果が一層高められる。この場合、さらに具体的には、補助かしめ部の軸断面形状を多角形状とすることができる。こうすれば、ケーシングとカバー部材との接触面が角筒状となり、捩じり力が作用した場合のケーシングとカバー部材との間の相対的な回転が極めて生じにくくなる。
【０１６７】
なお、補助かしめ部は、主かしめ部よりも酸素検知素子に近い側に形成するのがよい。すなわち、酸素センサの先端側は高温にさらされることが多いので、気密性確保が優先される主かしめ部がそのような熱源から遠くなる上記配置関係がより望ましいといえる。
【０１６８】
また、主かしめ部と補助かしめ部とは、それぞれカバー部材を周方向外側から圧縮する複数のかしめパンチを含むとともに、カバー部材の軸線方向において所定距離だけ隔たった位置関係で配置される２組のかしめパンチユニットを用いて一括して形成することができる。この方式によれば、主かしめ部と補助かしめ部とが１回のかしめ工程により同時形成されるので能率的であるばかりでなく、次のような効果も合わせて達成される。すなわち、かしめパンチによる圧縮により、カバー部材がケーシングに向けて局所的に食い込みつつ圧接されてかしめ部が形成されるのであるが、その圧接部の周囲においてカバー部材には、食込変形に伴うしわ寄せ部あるいは浮き上がり部が形成されやすい。ここで、主かしめ部と補助かしめ部とを順次的に形成した場合、後で形成するかしめ部によるしわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響が先に形成したかしめ部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように両かしめ部を同時に形成するようにすれば、しわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響をそれらかしめ部の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれのかしめ部においても十分な密着性すなわち気密性を確保することができるようになる。
【０１６９】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシングとは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、酸素検知素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対し後方側から連結される発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１７０】
発明（Ｅ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、気体導入構造部とを備える。気体導入構造部は、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の外側において気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、そのフィルタの外側に配置される筒状に形成され、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔が形成されるとともに、該フィルタをフィルタ保持部との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部とを備え、補助気体導入孔からフィルタを経て気体導入孔より外気をケーシング内に導入させる。フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく軸方向後方側を第二部分として、該第二部分が前記第一部分よりも径小となるように構成されており、気体導入孔はその第二部分の壁部に形成される。補助フィルタ保持部は、フィルタ保持部の第一部分と第二部分とにまたがるように配置される。そして、上記第二部分に対応する位置において、フィルタ部を挟んでフィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを互いに結合する主結合部と、第一部分に対応する位置において、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを互いに結合する補助結合部とが形成される。
【０１７１】
上記構成の酸素センサにおいては、フィルタ保持部が段付き部を介して互いに隣接する異径の第一部分と第二部分の少なくとも２部分からなり、補助フィルタ保持部がそれら２部分にまたがる筒状に形成され、その第二部分に主結合部が形成されるのに加え、第一部分に補助結合部を形成するようにしたから、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間に軸線周りの捩じり力が付加されても、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間に相対的な回転が生じにくい。その結果、両者の間で保持されるフィルタのシールが破れにくく、ケーシング内部への水滴等の侵入が起こりにくい。
【０１７２】
上記構成においてフィルタは、フィルタ保持部の第二部分のみを周方向に取り囲むように配置することができる。この場合、主結合部は、フィルタを挟んで補助フィルタ保持部をフィルタ保持部の第二部分に向けてかしめることにより、該第二部分の周方向に沿って形成された環状の主かしめ部とすることができる。また、補助結合部は、補助フィルタ保持部をフィルタ保持部の第一部分に向けて直接的にかしめることにより、該第一部分の周方向に沿って形成された環状の補助かしめ部とすることができる。この構成によれば、主結合部と補助結合部とをかしめにより簡単に形成でき、しかも補助フィルタ保持部及びフィルタ保持部との間でのフィルタのシール性も良好に確保できる。また、補助かしめ部においては補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間にフィルタが介在せず、両者が直接的にかしめられるので捩じりに対する強度が一層高められる。
【０１７３】
また、気体導入孔及び補助気体導入孔は、それぞれフィルタ保持部及び補助フィルタ保持部に対し、軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で複数個形成することができ、主かしめ部は、気体導入孔ないし補助気体導入孔の列を挟んで両側に形成された２本のかしめ部を含むものとすることができる。この構成によれば、気体導入構造部においてケーシング内へ外気を偏りなく導入することができる。また上記２本の主かしめ部によりフィルタのシール性が一層良好に確保される。
【０１７４】
発明（Ｆ）
この発明の酸素センサは、下記のように構成されることを特徴とする。
▲１▼軸状の酸素検知素子。
▲２▼酸素検知素子を収容する筒状のケーシング。
▲３▼セラミックセパレータ：ケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該ケーシングの後端部に形成されたケーシング側支持部において直接又は他部材を介して間接的に支持され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成される。
▲４▼カバー部材：該ケーシングと同軸的に配置され、各リード線が自身の後方外側に延びることを許容しつつ、セラミックセパレータを外側から覆った状態でケーシングに対し後方側から連結される。
▲５▼金属弾性部材：カバー部材とセラミックセパレータとの間、及びケーシング側支持部とセラミックセパレータとの間の少なくともいずれかに圧縮状態で配置され、カバー部材とケーシング側支持部との間において、セラミックセパレータに対する挾圧保持力を生じさせる。
【０１７５】
上記構成において金属弾性部材は、カバー部材とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする一方、酸素センサの組立時等において自身の弾性変形により、セラミックセパレータのセパレータ側支持部に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータの割れや欠けを防止する役割を果たす。そして、金属弾性部材は、その構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、高温で厳しい使用環境下でもセラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【０１７６】
セラミックセパレータには、その外周面から突出してセパレータ側支持部を形成することができる。該セパレータ側支持部は例えばセラミックセパレータの周方向に沿うフランジ状に形成できる。また、金属弾性部材は、セラミックセパレータに外挿され、カバー部材とセパレータ側支持部との間、及びケーシング側支持部とセパレータ側支持部との間の少なくともいずれかに圧縮状態で配置されるばね座金とすることができる。金属弾性部材をこのようなばね座金とすることで、セラミックセパレータに対するその組付けを極めて簡単に行うことができ、また弾性力も充分に確保することができる。なお、具体的にはばね座金として波型座金、すなわちリング周方向において軸方向の波型のうねりを形成した座金を使用することができる。これにより、セラミックセパレータに対し、軸線回りに比較的均一な挾圧力を生じさせることができ、セラミックセパレータをより安定的に支持することができる。
【０１７７】
次に、セパレータ側支持部は、セラミックセパレータの軸方向中間位置に形成することができる。この場合、セラミックセパレータは、軸方向において前方側部分をケーシングの後端部内側に収容するとともに、ケーシングの開口端面部をケーシング側支持部として、これにセパレータ側支持部を直接又は他部材を介して間接的に当接させる一方、後方側部分をケーシングの外側に突出させた状態で配置することができる。また、カバー部材は、セラミックセパレータの突出部分を外側から覆うものとし、その内周面の軸方向中間位置には、ケーシングの開口端面部とは反対側からセパレータ側支持部に対し直接又は他部材を介して間接的に当接するカバー側支持部を形成することができる。そして、ばね座金は、カバー側支持部とケーシングの端面との少なくとも一方とセパレータ側支持部との間に配置することができる。該構成では、セパレータ側支持部をセラミックセパレータの軸方向中間位置に形成し、セラミックセパレータのセパレータ側支持部よりも前方側部分をケーシング内に収容し、後方側部分をカバー部材内に収容することで、セラミックセパレータをより安定的に保持できる。
【０１７８】
また、カバー部材は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように形成することができる。そして、その段付き部をカバー側支持部として、該カバー側支持部とセパレータ側支持部との間にばね座金を配置することができる。すなわち、上記構成の酸素センサを組み立てる場合、筒状のケーシングを立てた状態でセラミックセパレータをその上側の開口部から挿入するようにし、さらにカバー部材を上側から被せるようにすれば能率がよい。この場合、ばね座金を上述のように配置すれば、ケーシングに挿入した状態のセラミックセパレータに対し該ばね座金を簡単かつ確実に外挿することができ、センサの組立を一層能率よく行うことができる。また、カバー部材を上述のように段付き構造とすることで、その段付き部とセパレータ側支持部との間でばね座金を確実に挾圧することができる。
【０１７９】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシングとは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、酸素検知素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対し後方側から結合部により連結される前記発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１８０】
発明（Ｇ）
この発明の酸素センサは、軸状の酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、ケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該ケーシングの後端部に形成されたケーシング側支持部に当接することによりこれに支持され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されるセラミックセパレータとを備える。そして、ケーシング側支持部は、ケーシングの軸方向において該ケーシングの本体部分よりも弾性変形が容易な緩衝支持部とされており、セラミックセパレータを緩衝支持部に対して軸方向において相対的に押し付けることにより該緩衝支持部をその押し付け方向に圧縮変形させた状態で、該セラミックセパレータをケーシングに対して固定するセパレータ固定手段が設けられている。
【０１８１】
上記構成において緩衝支持部は、セパレータ固定手段とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする一方、酸素センサの組立時等において自身の弾性変形により、セラミックセパレータのセパレータ側支持部に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータの割れや欠けを防止する役割を果たす。そして、該緩衝支持部はケーシング側支持部として該ケーシングと一体に構成されるので、従来の酸素センサのようにゴムリング等を別部材として設ける必要がなくなる。その結果、部品点数が減少してセンサの組立工程が簡略化され、ひいてはセンサの製造能率を向上させることができる。
【０１８２】
上記構成においては、ケーシングは金属で構成することができ、緩衝支持部は該ケーシングと同材質または異材質の金属材料で構成することができる。これによれば、緩衝支持部の構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、高温の厳しい使用環境下でもセラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【０１８３】
具体的には緩衝支持部は、本体部分と一体化されたばね部とすることができる。ばね部を本体部分と一体化することで、緩衝支持部を確実に弾性変形させることができ、ひいてはセパレータ固定手段とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する必要十分な挾圧保持力が生じてセラミックセパレータの固定をより確実に行うことができる。
【０１８４】
この場合、ばね部は、ケーシングの開口端縁部を断面半径方向に１ないし複数回曲げ返すことにより形成することができる。これによればケーシングの開口端縁部にプレス加工等によりばね部を簡単に形成することができる。ばね部は、より具体的には、ケーシングの開口端縁部に薄肉部を形成し、その薄肉部を断面半径方向において内側に１回曲げ返し、その曲げ返された薄肉部の先端側をさらに外向きに１回曲げ返すことにより形成することができる。薄肉部の形成により、ばね部形成のための曲げ加工がより行いやすくなり、しかも２回の曲げ加工によりばね部材をより簡単に形成できる。
【０１８５】
また、緩衝支持部は、ケーシングの本体部分よりも低硬度の部分となるように構成してもよい。すなわち、緩衝支持部の硬度を本体部分の硬度よりも低くすることにより、緩衝支持部は本体部に対して相対的に圧縮変形し、ばね部と同様に機能しうる。このような緩衝支持部は、例えば本体部分よりも硬度の低い異材質により構成することができる。この場合、その異材質部分は溶接あるいはろう付け等により本体部分に接合することができる。また、緩衝支持部を形成すべきケーシングの部分に対し、通電加熱等により局所的な軟化熱処理を行うことにより形成する方法も可能である。この場合、緩衝支持部は本体部分と同材質により一体形成されることとなる。
【０１８６】
また、緩衝支持部のビッカース硬度をＨｖｓ、本体部分のビッカース硬度をＨｖｈとした場合、Ｈｖｈは３２０以上とするのがよい。Ｈｖｈが３２０未満になるとケーシングの強度が不足し、酸素センサの耐久性を確保できなくなる場合がある。Ｈｖｈは、より望ましくは３６０以上とするのがよい。また、緩衝支持部の硬度は、Ｈｖｈ−Ｈｖｓが６０以上となるように調整するのがよい。Ｈｖｈ−Ｈｖｓが６０未満になると、緩衝支持部の本体部分に対する相対的な変形量が不足し、所期の効果が十分に達成できなくなる場合がある。Ｈｖｈ−Ｈｖｓは、より望ましくは８０以上となるように調整するのがよい。
【０１８７】
セラミックセパレータには、その外周面から突出してセパレータ側支持部を形成することができる。該セパレータ側支持部は例えばセラミックセパレータの周方向に沿うフランジ状に形成できる。そして、ケーシングの開口端面部にケーシング側支持部としての緩衝支持部を形成し、これにセパレータ側支持部を当接させる構成とすることができる。これにより、セラミックセパレータは、ケーシングに対しその開口部から挿入するだけで組付けを極めて簡単に行うことができる。
【０１８８】
なお、上記酸素センサの構成においては、ケーシングと同軸的に配置され、各リード線が自身の後方外側に延びることを許容しつつ、セラミックセパレータを外側から覆った状態でケーシングに対し後方側から連結されるカバー部材を設けることができる。この場合、そのカバー部材の内周面の軸方向中間位置に、緩衝支持部とは反対側からセパレータ側支持部に対し当接するカバー側支持部を形成することができる。これにより、該カバー部材は、緩衝支持部を圧縮変形させた状態でケーシングに対し結合されることにより、上記セパレータ固定手段を形成することとなる。このようなカバー部材を設けることにより、セラミックセパレータをより安定的かつ確実に保持・固定することができる。
【０１８９】
なお、上記カバー部材は、ケーシングとは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、酸素検知素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対し後方側から連結される前記発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１９０】
発明（Ｈ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、その酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシング内に配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータと、ケーシングの後方側開口部又はそのケーシングの後方側に同軸的に一体化されて内部が該ケーシングと連通する別の筒状体の開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とケーシング又は別の筒状体の内面との間をシールする弾性シール部材とを備える。セラミックセパレータの軸方向後端面は弾性シール部材の軸方向前端面と密着するとともに、該セラミックセパレータには、これを軸方向に貫通する気通用連通部が形成される。そして、その気通用連通部は上記軸方向において弾性シール部材に近い側の開口部が、当該弾性シール部材によって遮蔽されない位置に形成される。
【０１９１】
該酸素センサの構成においては、気通用連通部の弾性シール部材に近い側の開口部が弾性シール部材によって遮蔽されないので、弾性シール部材がセラミックセパレータに密着配置されるにも拘わらず、該セラミックセパレータの気通連通部における通気が阻害されることがない。
【０１９２】
具体的には、セラミックセパレータには、セパレータ側リード線挿通孔とは別に軸方向の気通用貫通孔を形成でき、またその後端面に、一端が該気通用貫通孔に連通し、他端側がセラミックセパレータの外周面に開放する気通用溝部を形成することができる。この場合、これら気通用貫通孔及び気通用溝部が気通用連通部を形成することとなる。この構成によれば、気通用溝部の他端側の開口部がセラミックセパレータの外周面に開放するので弾性シール部材により遮蔽されず、該気通用溝部及びそれに続く気通用貫通孔における気体の流通を確実なものとすることができる。なお、セラミックセパレータの軸方向中間部において該軸方向と交差する向きに、一端が該セラミックセパレータの外周面に開放し他端側が気通用貫通孔に連通する横方向の貫通孔を形成してもよい。しかしながら、セラミックセパレータを粉末の成形・焼成により製造する場合、上記構成のようにセラミックセパレータの端面上に気通用溝部を形成するほうが、粉末成形体の製造がはるかに容易であり、製造能率が高い利点がある。
【０１９３】
上記酸素センサはより具体的には下記のように構成することができる。すなわち、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを有する気体導入構造部とを備え、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる気体導入構造部（上記別の筒状体に相当する）を設ける。セラミックセパレータは、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたものとする。弾性シール部材は、フィルタ保持部の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とフィルタ保持部内面との間をシールするものとする。また、セラミックセパレータの後端面は、軸方向において気体導入孔よりも後方側に位置するとともに、弾性シール部材の軸方向前端面と密着する一方、フィルタ保持部内周面とセラミックセパレータの外周面との間には隙間が形成され、気体導入孔からの気体がこの隙間内に供給されるようにする。そして、セラミックセパレータには、該隙間に導入された気体をケーシング内に導くための上記気通用連通部を形成する。
【０１９４】
この構成によれば、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを用いて気体導入構造部を構成することで、ケーシング内に水滴等が侵入することは阻止しつつ、基準ガスとしての外気はケーシング内に十分に導入することができる。この場合、セラミックセパレータの後端面位置を気体導入孔よりも後方側に設定することで、気体導入孔から仮に気体導入構造部内に水滴等が侵入しても、セラミックセパレータが該水滴の進路を妨げる形となるので、ケーシング内へは該水滴等が一層流れ込みにくくなる。一方、気体導入孔から流入した基準ガスは、気通用溝部及び気通用貫通孔を経て支障なくケーシング内へ導入できる。
【０１９５】
次に、酸素検知素子は先端が閉じた中空軸状に形成でき、その中空部内には該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体を配置することができる。この場合、セラミックセパレータには、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための４つのセパレータ側リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができる。また、気通用貫通孔は、セラミックセパレータの中央部において、それら４つのセパレータ側リード線挿通孔により囲まれる領域に形成することができる。さらに、気通用溝部は、セラミックセパレータの後端面において、４つのセパレータ側リード線挿通孔と干渉しない位置に、十字形態で形成することができる。これにより、セラミックセパレータの限られた体積を有効活用して、酸素検知素子及び発熱体からの各リード線の挿通孔、気通用貫通部及び気通用溝部を過不足のない大きさで効率的に配置・形成することができる。
【０１９６】
一方、本発明の酸素センサは次のように構成することができる。すなわち、セラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出するフランジ状のセパレータ側支持部を形成する。該セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも軸方向前方側に位置する部分をケーシングの後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接し、軸方向後方側部分はケーシングの外側に突出させた状態で配置する。また、セラミックセパレータの上記ケーシングからの突出部分は、外側から前述の別の筒状体としてのカバー部材で覆う。そして、セラミックセパレータのフランジ部を軸方向に貫通する形態で、気通用貫通部を１ないし複数形成する。この構成は、フランジ部を利用して気体の流通経路を確保できるので、例えばセラミックセパレータの本体部分に気通用貫通部を形成する余地がない場合に有効である。また、セラミックセパレータの本体部分に気通用貫通部を形成し、さらにフランジ部にも気通用貫通部を形成すれば、気体の流通を一層スムーズに行うことができる。
【０１９７】
具体的には、気通用貫通部は、フランジ部の外周面に対し所定の角度間隔で複数形成された溝部ないし切欠き部とすることができる。これによれば、フランジ部の周方向において偏りなく気体を流通させることができ、しかも焼成前の粉末成形体の形成も容易であり、製造効率が高い。
【０１９８】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシングとは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、酸素検知素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対し後方側から連結される前記発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１９９】
発明（Ｉ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシング内に外気を導入する気体導入構造部とを備える。気体導入構造部は、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを有し、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる。また、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータと、フィルタ保持部の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とフィルタ保持部内面との間をシールする弾性シール部材とを備える。さらに、セラミックセパレータの後端面は、軸方向において気体導入孔よりも後方側に位置するとともに、弾性シール部材とセラミックセパレータとの間には、少なくともリード線の挿通位置において所定量の隙間が形成される。
【０２００】
上記構成によれば、弾性シール部材とセラミックセパレータとの間に所定量の隙間が形成されるので、例えば両者の間においてリード線挿通孔のピッチ円径に差が生ずる場合でも、その径差が隙間で吸収されてリード線に強い屈曲が生じにくく、ひいてはセンサ組立時等においてリード線の損傷や断線等が起こりにくい。また、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを用いて気体導入構造部を構成することで、ケーシング内に水滴等が侵入することは阻止しつつ、基準ガスとしての外気はケーシング内に十分に導入することができる。そして、セラミックセパレータは、後端面が気体導入孔よりも後方側に位置するようにフィルタ保持部内に入り込んで配置されるので、気体導入構造部に外部から強い衝撃が加わった場合でも、内側のセラミックセパレータがその衝撃を受ける役割を果たすのでフィルタ保持部は大きな変形を免れ、ひいてはフィルタのシール性が損なわれるといった問題も生じにくくなる。さらに、セラミックセパレータの後端面位置を気体導入孔よりも後方側に設定することで、気体導入孔から仮に気体導入構造部内に水滴等が侵入しても、セラミックセパレータが該水滴の進路を妨げる形となるので、ケーシング内へは該水滴等が一層流れ込みにくくなる。なお、気体導入孔から流入した基準ガスは、気通用溝部及び気通用貫通孔を経て支障なくケーシング内へ導入できる。
【０２０１】
上記構成においてセラミックセパレータには、セパレータ側リード線挿通孔とは別に、前述の隙間側からケーシング内側へ気体を導くための気通用連通部を軸方向に貫通して形成することができる。これにより、フィルタを介して導入された基準ガスとしての外気が、セラミックセパレータの後端面側から気通用連通部を経てケーシング内にスムーズに導かれるので、より安定な酸素センの出力を得ることが可能となる。
【０２０２】
次に、酸素検知素子は先端が閉じた中空軸状に構成することができ、その中空部内には該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体を配置することができる。この場合、セラミックセパレータには、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための３以上のセパレータ側リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができ、また、弾性シール部材には、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための３以上の前記シール側リード線挿通孔を、各々その中心が仮想的な円周経路（シール側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができる。そして、セパレータ側ピッチ円とシール側ピッチ円とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるように設定することができる。
【０２０３】
次に、弾性シール部材の前端面には、先端がセラミックセパレータの後端面と当接することにより、隙間の大きさを規定する隙間規定突出部を形成することができる。該構成によれば、弾性シール部材が隙間規定突出部においてセラミックセパレータと当接するので、セラミックセパレータをより安定的に固定することができる。また、形成されるべき隙間量も隙間規定突出部の高さに応じて自動的に定まるので面倒な隙間調整が不要であり、弾性シール部材組み付け後において隙間量が変化したりする心配もない。
【０２０４】
隙間規定突出部は、弾性シール部材の前端面のうち、シール側ピッチ円上に配列したシール側リード線挿通孔よりも内側に位置する領域に形成することができる。この構成では、隙間規定突出部が弾性シール部材の前端面のほぼ中央に形成されるので、セラミックセパレータとの間の安定な当接状態を実現でき、ひいては弾性シール部材の軸方向の位置ずれや傾斜等も生じにくい。この場合、セパレータ側ピッチ円の直径が、シール側ピッチ円の直径よりも大きくなっていれば、セラミックセパレータの後端面に対する隙間規定突出部の当接領域を、セパレータ側リード線挿通孔に取り囲まれた位置に容易に確保できる。
【０２０５】
一方、弾性シール部材の後方側端縁部に、その外周面から外向きに張り出すフランジ部を形成し、該弾性シール部材は、そのフランジ部においてフィルタ保持部の後方側端面と当接することにより、該フィルタ保持部内における自身の前端面の位置、すなわち上記隙間量が規定される構成としてもよい。該構成では隙間形成突出部が弾性シール部材に形成されないので、例えばセパレータ側ピッチ円の直径が小さく、セパレータ側リード線挿通孔に囲まれた領域に隙間形成突出部接触のための十分なスペースが確保できない場合に有効である。
【０２０６】
発明（Ｊ）
この発明の第一に係る酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、端子金具とを備える。該端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において少なくとも一方の側に連結されて前記発熱体を把持する発熱体把持部とを有する。そして、その端子金具の発熱体把持部は、発熱体が自身の内側に挿通される筒状の形態をなし、該発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに弾性変形して、その弾性復帰力により該発熱体を把持するものとされる一方、その軸方向における少なくとも一方の端縁部に、発熱体の挿入をガイドするための発熱体挿入ガイド部が形成される。
【０２０７】
上記酸素センサの構造によれば、発熱体把持部に発熱体挿入ガイド部を設けたから、発熱体を発熱体把持部へ挿通することで端子金具の組付けを行う際に、発熱体の端縁が発熱体把持部の縁部に引っ掛かりにくくなる。これにより、端子金具への発熱体の組付けを容易に行うことができ、ひいては酸素センサの製造能率を高めることができる。
【０２０８】
上記酸素センサにおいては、発熱体把持部に対し、発熱体をその先端側から挿入して組付けを行うことが多い。この場合、発熱体挿入ガイド部は、発熱体把持部に対し、酸素検知素子の先端から遠い側の端縁部に形成しておくことが望ましい。
【０２０９】
次に、発熱体挿入ガイド部は、筒状の発熱体把持部の端縁からその軸方向に切れ込むとともに、その深さ方向において徐々にその幅を縮小する切欠き部として構成することができる。これにより、発熱体の発熱体把持部への挿入をよりスムーズに行うことができる。
【０２１０】
また、この発明の第二に係る酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、端子金具とを備える。該端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において少なくとも一方の側に連結されて発熱体を把持する発熱体把持部とを有する。そして、その端子金具の発熱体把持部は、発熱体が自身の内側に挿通される筒状の形態をなし、該発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに弾性変形して、その弾性復帰力により該発熱体を把持するものとされる一方、その軸方向における少なくとも一方の端縁部に、該軸方向に切れ込むとともに、深さ方向において徐々にその幅を縮小する切欠き部が形成される。
【０２１１】
上記酸素センサの構造によれば、発熱体把持部に形成された切欠き部が発熱体の挿入をガイドするための発熱体挿入ガイド部として機能しうる。これにより、発熱体を発熱体把持部へ挿通することで端子金具の組付けを行う際に、発熱体の端縁が発熱体把持部の端縁部に引っ掛かりにくくなる。これにより、端子金具への発熱体の組付けを容易に行うことができ、ひいては酸素センサの製造能率を高めることができる。
【０２１２】
上記酸素センサの第一及び第二の構成においては、筒状の発熱体把持部に、軸方向における一方の端縁から他方の端縁に至るスリットを形成でき、上記切欠き部は、発熱体把持部の該スリットの両側部分を切り欠くことにより形成することができる。上記スリットの形成により、発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに発熱体把持部を容易に弾性弾性変形させることができる。また、切欠き部は、発熱体把持部の該スリットの両側部分を、該スリットの中間位置から一方の縁に向けてこれを斜めに切り欠くことによりテーパ状に形成することができる。
【０２１３】
また、上記構成の発熱体把持部を有する端子金具は、次の構成とすることにより容易に製造できる。すなわち、該端子金具は、内部電極接続部となるべき第一の板状部と、発熱体把持部となるべき第二の板状部とが長さ方向において互いに隣接するとともに、各々その幅方向中間部において連結部により互いに連結された金属板部材により形成されるものとする。第一の板状部は、その幅方向両側部分を筒状に曲げ加工することにより内部電極接続部とする。同じく第二の板状部は、その幅方向両側部分を筒状に曲げ加工することにより発熱体把持部とする。ここで、上記幅方向両縁部分は、曲げ加工により互いに対向して上記スリットを形成することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての酸素センサの縦断面図。
【図２】図１の、発熱部と酸素検知素子との接触部付近を拡大して示す断面図。
【図３】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図４】フィルタアセンブリの正面部分断面図。
【図５】フィルタアセンブリの組立て工程説明図。
【図６】そのかしめ方法の説明図。
【図７】フィルタアセンブリと防護カバーとの間のかしめ部の平面断面図及びその部分拡大図。
【図８】同じくその部分拡大縦断面図。
【図９】防護カバーの前端側を延ばした構成の縦断面図。
【図１０】金属弾性部材の一例を示す図。
【図１１】アセンブリ連結かしめ部の拡大図及びそのＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ断面図。
【図１２】アセンブリ連結かしめ部における主かしめ部と補助かしめ部の作用説明図。
【図１３】回転阻止部の変形例を示す平面断面図。
【図１４】図１の酸素センサの組立工程説明図。
【図１５】かしめ装置の概念図。
【図１６】その要部を示す平面模式図。
【図１７】同じく側面断面模式図。
【図１８】セラミックセパレータの説明図。
【図１９】セラミックセパレータをいくつかの変形例とともに示す斜視図。
【図２０】図１９（ｃ）のセラミックセパレータを用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２１】セラミックセパレータにおける発熱体端部収容孔とセパレータ側リード線挿通孔の位置関係を示す説明図。
【図２２】弾性シール部材の説明図。
【図２３】弾性シール部材をいくつかの変形例とともに示す斜視図。
【図２４】図２３（ｂ）の弾性シール部材を用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２５】図２３（ｃ）の弾性シール部材を用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２６】図１の端子金具を単体状態で示す図。
【図２７】図１の発熱体に端子金具を組み付けたアッセンブリを示す図。
【図２８】図２の要部を概念化して示す部分断面図及び比較例の同様な部分断面図。
【図２９】図１の発熱部の一例を示す図。
【図３０】図１の酸素センサの作用の一部を参照例と比較して説明する概念図。
【図３１】図１の酸素センサの第一の変形例を示す縦断面図。
【図３２】同じく第二の変形例を示す縦断面図。
【図３３】図３２の発熱部近傍を概念化して示す部分断面図。
【図３４】図１の酸素センサの第三の変形例を示す縦断面図。
【図３５】図３４の端子金具を単体状態で示す図。
【図３６】図３５の端子金具を製造するための板状金属部材の一例を示す図。
【図３７】図１の酸素センサの第四の変形例を示す縦断面図。
【図３８】図３７の端子金具を単体状態で示す図。
【図３９】図３７の端子金具の作用を誇張して示す図。
【図４０】図１の酸素センサの第五の変形例を示す縦断面図。
【図４１】図１の酸素センサの第六の変形例を示す縦断面図。
【図４２】緩衝支持部をばね部として形成した例を示す縦断面図。
【図４３】図４２のばね部の製造工程説明図。
【図４４】緩衝支持部を低硬度部として形成した例を示す縦断面図。
【図４５】保持フィルタ保持部をフィルタ保持部の段部にまたがるように形成した例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ 酸素センサ
２ 酸素検知素子
２ａ 中空部内壁面
３ 発熱体
９ 主体金具
１０ ケーシング
１４ 主筒
１４ａ 薄内部
１６ フィルタアセンブリ（カバー部材、気体導入構造部）
１８ セラミックセパレータ
２０，２１，２８，２９ リード線
２７，２７ａ，２７ｂ 発熱体把持部
３０ 連結部
４２ 発熱部
４３ 外層セラミック部
５０ 位置決め用突出部
５１ フィルタ保持部
５２ 気体導入孔
５３ フィルタ
５４ 補助フィルタ保持部
５５ 補助気体導入孔
５６，５７ フィルタかしめ部
５８ 隙間
５９ 凸状部
６０ 段付き部
６１ 第一部分
６２ 第二部分
６３ 凹状部
６４ 防護カバー
６５ 気体滞溜空間
６６，６７ かしめ部（カバー接合部）
６８ 外部連通部
６９ 溝部
７０ 隙間
７１ 前方側開口部
７２ セパレータ側リード線挿通孔（リード線挿通孔）
７３ セパレータ側支持部（フランジ部）
７４ 金属弾性部材
７５ アセンブリ連結かしめ部
７６ 主かしめ部
７７ 補助かしめ部（回転阻止部）
８４ 連結部
９０ 緩衝支持部
９１ シール側リード線挿通孔
９２ 隙間
９３ 気通用連通部
９４ 気通用溝部
９５ 気通用貫通孔
９６ 隙間規定突出部
９７ 気通用連通部
９８ 隙間
９９ フランジ部
１００ 発熱体挿入ガイド部
１０１ スリット
１０２ 発熱体端部収容孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor for detecting, for example, an oxygen concentration in exhaust gas of an internal combustion engine or an oxygen sensor for detecting oxygen in a predetermined gas, and particularly to heating the oxygen sensor to an activation temperature in a short time. The present invention relates to an oxygen sensor provided with a heating heater.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, the demand for purification of exhaust gas from an internal combustion engine of an automobile or the like has increased, so that the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine can be favorably detected even when the exhaust gas temperature is low, such as when the vehicle is started or idling. Oxygen sensors with heaters have been developed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-157358 discloses an oxygen sensing element having a hollow shaft shape with a closed end and an electrode layer on the inner wall surface thereof, and an oxygen sensing element arranged in the hollow portion of the oxygen sensing element. An oxygen sensor including an axial heating element for heating an element is disclosed. In this oxygen sensor, a shaft-shaped (rod-shaped) heating element (heater) is inserted concentrically into an inner space of an oxygen sensing element formed substantially as a test tube by an oxygen ion-conductive solid electrolyte until reaching an inner surface of the tip. It is assembled so that the tip of the heating element and the inner surface of the tip of the oxygen sensing element are in contact with or very close to each other.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this type of oxygen sensor with a heater, when the oxygen detecting element is heated non-uniformly, a portion that is sufficiently heated and activated and a high resistance portion that is insufficiently heated are mixed. In this case, the entire electric resistance value of the sensing element is often governed by the high resistance portion, and as a result, the resistance value of the element becomes sufficiently low, and the time until the element is activated, that is, the sensor startup time The time may be longer. Here, in the above-described conventional configuration, the heating element is provided concentrically with respect to the oxygen sensing element, and the oxygen sensing element is substantially uniformly heated in the circumferential direction by the heating element, and the activated region is also in the circumferential direction. Formed uniformly. Further, since the tip of the heating element is in contact with or very close to the inner surface of the tip of the oxygen sensing element, heat transfer from the tip of the heating element to the oxygen sensing element can be expected to some extent. As a result, it is presumed that a certain effect is obtained from the viewpoint of shortening the rise time of the sensor.
[0004]
However, in the conventional configuration, the tip of the heating element and the inner surface of the tip of the oxygen sensing element are separated from each other due to the relative thermal expansion of the axial heating element and the hollow-shaft oxygen sensing element, and the heat transfer efficiency is reduced. However, there is a drawback that thermal expansion is greatly affected, such as a decrease in strength, or conversely, both being excessively pressed to generate excessive stress and adversely affecting durability. This tends to cause a variation in the heating state of the oxygen sensing element and a variation in the characteristics of the oxygen sensor. In this case, if the state of contact between the heating element and the oxygen sensing element is eliminated and a considerable amount of gap is formed from the beginning, the heat transfer efficiency naturally decreases and the element starts up. This leads to problems such as longer time.
[0005]
Therefore, in order to give priority to shortening the rise time of the element, a configuration in which the heating element is brought into contact with the oxygen detection element is essential. Also, in order to shorten the rise time of the sensor, the necessity of arranging the heating element concentrically with the sensing element for uniform heating of the sensing element has been recognized in the art as almost absolute common sense. Therefore, there is no other method except that the contact portion between the heating element and the oxygen sensing element is formed between the tip of the heating element and the inner surface of the oxygen sensing element tip. As a result, in the above-described conventional configuration in which the inner surface of the distal end of the oxygen sensing element and the distal end of the heating element are in contact with or in close proximity to each other, the problem of variation in the characteristics of the oxygen sensor is inevitable as a price to obtain the effect of reducing the sensor rise time. This is not necessarily the best method for heating the oxygen sensing element effectively in a short time.
[0006]
An object of the present invention is to heat a hollow shaft-shaped oxygen detecting element to a sensor activation temperature in a short time and effectively by a heating element housed therein, and to reduce exhaust gas, for example, when starting a vehicle or idling. An object of the present invention is to enable the oxygen sensor to operate effectively even when the temperature is low, and to suppress variations in sensor characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the oxygen sensor of this invention is characterized by being comprised as follows. That is, the oxygen sensor of the present invention (hereinafter, also simply referred to as an oxygen sensor) includes a hollow shaft-shaped oxygen sensing element having a closed end, and a shaft arranged in the hollow portion of the oxygen sensing element to heat the oxygen sensing element. Heating element, a cylindrical casing for accommodating the oxygen sensing element, and disposed substantially coaxially with the rear end side of the oxygen sensing element, and each lead wire from the oxygen sensing element and the heating element is inserted therethrough. And a ceramic separator formed with a plurality of lead wire insertion holes each penetrating in the axial direction. The lead wire insertion holes are arranged so as to surround the central axis of the ceramic separator. Further, the ceramic separator has one end opened to the front end surface of the ceramic separator, the bottom surface is located in the axial middle part of the ceramic separator, and the inner diameter is set to be larger than the outer diameter of the heating element. An end receiving hole is formed in a form in which a central portion of the ceramic separator is cut off so as to overlap with each lead wire insertion hole from inside, and a rear end of the heating element is accommodated in the heating element accommodation hole. You. Further, the heating element is eccentric in the vicinity of the heating section of the heating element such that the central axis of the heating element is shifted to one side with respect to the central axis of the hollow portion of the oxygen sensing element. Here, as a result of such eccentricity (offset), it is desirable that the surface of the heat generating portion of the heat generating element is in contact with the inner wall surface of the hollow portion of the oxygen sensing element.
[0008]
When the center axis of the heating element is eccentric so as to be shifted to one side with respect to the center axis of the hollow portion of the oxygen sensing element as described above, the oxygen sensing element is locally heated on the eccentric side, and The heating state around the central axis is considered to be non-uniform. In addition, the configuration in which the sensing element is unevenly heated takes time until the electrical resistance value of the oxygen sensing element as a whole becomes sufficiently low, as compared with conventional common sense, and as a result, the rise time of the sensor is increased. It seems that there are many inconveniences, for example, there is a concern that this will happen. However, the present inventors have surprisingly found that the activation time of the sensor is equal to or less than that of the conventional sensor by adopting the above-mentioned configuration which is seemingly undesirable.
[0009]
By adopting, for example, the above-mentioned horizontal contact structure in which the heat generating portion contacts the oxygen detecting element, the heat generated in the heat generating portion of the heat generating element is directly transferred from the heat generating portion to the oxygen detecting element based on the contact. At the same time, the radiant heat near the contact point also effectively acts on the oxygen sensing element, so that the temperature of the oxygen sensing element can be raised in a short time, and the sensor activation time is shortened. In addition, if the heat generating portion of the heat generating element is in contact with the inner wall surface of the hollow portion of the oxygen sensing element from the side, even if thermal expansion of the heat generating portion or the oxygen sensing element occurs, the tip of the heat generating portion is positioned on the inner surface of the tip of the oxygen sensing element. Is less susceptible to the effect of thermal expansion as compared to the structure of In other words, by adopting such a horizontal contact structure, even if the heating element and the oxygen detecting element receive a thermal history, it is easy to maintain a good contact state between them.
[0010]
In addition, if the heat-generating part is applied to the inner wall surface of the hollow part of the oxygen sensing element from the side, the heat transfer efficiency as a whole is higher than the structure in which the heat is applied between the tips due to the effects of direct heat conduction and radiant heat by contact. Become. As described above, since the contact state between the oxygen sensing element in the oxygen sensor and the heat generating portion of the heating element can be stably ensured, the variation in the heating state of the oxygen sensing element is reduced, which is a characteristic of the oxygen sensor. Leads to the effect of reducing the variation in
[0011]
Further, when the heating element is arranged eccentrically as described above, the rear end is eccentrically arranged with respect to the axis of the ceramic separator. Here, since the inner diameter of the heating element end receiving hole for accommodating the rear end of the heating element is set to be larger than the outer diameter of the heating element, the radial direction of the rear end accompanying the eccentric arrangement of the heating element is set. Is allowed within a certain range. That is, when the heating element is eccentrically arranged, the rear end portion is prevented from interfering with the inner wall surface of the ceramic separator, and there is an advantage that the amount of eccentricity can be set relatively freely.
[0012]
Here, in the case where the lead wire insertion holes are formed so that the centers thereof are located on a virtual circumferential path (pitch circle), the inner diameter d1 of the heating element end receiving hole is equal to the pitch. It is preferable to set the diameter smaller than the diameter d2 of the circle (that is, d1 <d2). That is, the portion of the ceramic separator located between the adjacent lead wire insertion holes functions as a partition for separating the lead wires from each other. It will be cut off from the inside. Here, if d1 ≧ d2, the radial length of the partition wall portion becomes too short, and the effect of separating the lead wire may be reduced, leading to a problem such as a short circuit.
[0013]
Further, it is desirable to adjust the ratio d2 / D of the diameter d2 of the pitch circle C1 of the lead wire insertion hole to the outer diameter D of the end of the heating element in the range of 1.7 to 2.8. If d2 / D is less than 1.7, the eccentricity of the heating element cannot be sufficiently secured, and as a result, the lateral contact state of the heating element becomes insufficient and the effect of shortening the sensor startup time cannot be sufficiently expected. There is. When d2 / D exceeds 2.8, the amount of bending of the lead wire becomes too large, and the lead wire is likely to be damaged. On the other hand, it is preferable that the ratio h / d1 of the depth h and the inner diameter d1 of the heating element end accommodation hole is set to 1.2 or less. For example, when the
[0014]
In addition, the dissociation reaction of oxygen molecules for injecting oxygen into the solid electrolyte constituting the oxygen sensing element and the oxygen for releasing oxygen from the solid electrolyte are provided on the outer surface of the oxygen sensing element and the inner wall surface of the hollow part. A porous electrode (for example, a Pt porous electrode) having a reversible catalytic function (oxygen dissociation catalytic function) for the recombination reaction of the compound can be provided. In this case, the following factors can be considered as factors that keep the rise time of the sensor at the same level as before or even shorten it even if the oxygen sensing element is locally heated.
[0015]
That is, in the oxygen sensor of this type, for example, a reference gas such as the atmosphere is introduced into the inside of the oxygen sensing element, while a gas to be measured such as exhaust gas is brought into contact with the outside, and the oxygen concentration difference between the inside and outside of the oxygen sensing element is determined. The concentration of oxygen in the gas to be measured is detected by the concentration cell electromotive force generated in the oxygen detection element. In this case, in order for a sufficient concentration cell electromotive force to be generated in the oxygen sensing element formed by the oxygen ion conductive solid electrolyte, in addition to the electrical resistance value of the oxygen sensing element being sufficiently small, the oxygen sensing element is not dissociated with oxygen molecules. It is necessary that the catalytic activity of the porous electrode for the recombination reaction is sufficiently enhanced. The detection output level of the sensor is determined by a balance between the electric resistance value of the oxygen sensing element and the catalytic activity of the porous electrode.
[0016]
Here, the catalytic activity of a porous electrode composed of, for example, Pt is, for example,
[0017]
Next, when the heat-generating portion of the heat-generating element has a heat-dense part where the heat distribution is low in a part of the outer circumferential surface in the circumferential direction, the heat-generating part of the heat-generating element is detected in a part other than the heat-dense part. It can be brought into contact with the inner wall surface of the hollow part of the element. For example, when a heating resistance pattern is printed on a ceramic green sheet, and the heating part is formed by rolling the core into a core material and firing the core, the heating pattern becomes sparse on the joint side, so for example, on the opposite side. Can be brought into contact with the inner wall surface of the hollow portion of the oxygen sensing element. In other words, even when the heat-generating portion contacts the inner wall surface of the hollow portion, a certain heat transfer effect is obtained, but it is more effective to contact a portion where heat is sufficiently generated. In addition, since the heat generating portions of the heat generating element are unevenly distributed in the circumferential direction, heat energy is concentrated in a smaller volume, which is particularly effective in shortening the activation time after the heater power-on time.
[0018]
In addition, the fact that the heating portion of the heating element is unevenly distributed at the tip of the heating element is also effective in quickly heating the oxygen sensing element. That is, the heat generating portion can be spread over the entire heat generating element, but this makes it easier to disperse the heat energy. For effective heating of the oxygen sensing element, it can be said that it is preferable to dispose the heat generating portion unevenly at the tip end of the heat generating member because heat is locally generated. The combination of such a local heat generation pattern of the heat generating portion and the above-described eccentric lateral contact structure can further reduce the activation time of the sensor.
[0019]
Further, the heating element may be assembled into the oxygen detecting element via the terminal fitting, and the heat generating portion of the heating element may be pressed against the inner wall surface of the hollow part of the oxygen detecting element by the terminal fitting. As a result, the horizontal contact structure as described above is more stably ensured, and the effect of reducing variation in sensor characteristics is further enhanced.
[0020]
As a preferred example of the terminal fitting, one heating element grip portion for gripping the heating element and at least one heating element formed to surround the heating element in the circumferential direction and contact the electrode layer inside the oxygen sensing element. A portion provided with an internal electrode connection portion and a guide portion for pressing the heating element in a direction perpendicular to the axial direction of the heating element on the opposite side of the heating element gripping portion with the internal electrode connection portion interposed therebetween. can do. The heating element gripping portion and the guide section incline the central axis of the heating element with respect to the central axis of the hollow portion of the oxygen sensing element, so that the heating portion of the heating element has a hollow inner wall surface (hereinafter, also referred to as an element inner wall surface). ) And the heating element is fixed. According to this, since the guide portion has a structure in which the heating element is pressed against the inner wall surface of the element, the above-described horizontal contact structure can be easily realized via such terminal fittings.
[0021]
In addition, when attention is paid to the stress generated in the heating element, the stress acting on the heating element on the inner wall surface of the element, the stress acting on the heating element in the guide portion, and the stress acting on the heating element in the heating element grip portion are combined. It is preferable to reduce the elastic force of the guide portion so that the heating element does not break with respect to the bending moment acting on the heating element. In other words, the heating element is mainly pressed against the inner wall of the element by the elastic force of the guide portion. By adjusting the elastic force appropriately, the heating element can be prevented from being damaged or the like, and the active contact form can be prevented. Can be stably maintained.
[0022]
As a specific example of reducing the elastic force of the guide portion as described above, at least any one of between the guide portion and the internal electrode connection portion, or between the internal electrode connection portion and the heating element grip portion. A connecting portion that connects the spaces in a constricted manner can be formed. As a result of the presence of such a constricted connecting portion, the elastic force of the guide portion is appropriately reduced as a result, which is effective in avoiding the above-described loss of the heating element. In addition, when the heating element attempts to deform due to thermal stress, the effect of moderately elastically deforming (or plastically deforming) the connecting portion can be expected.
[0023]
Next, the terminal fitting is formed so as to surround the heating element in the circumferential direction, and has at least one internal electrode connection portion that contacts the electrode layer inside the oxygen sensing element, and the internal electrode in the axial direction of the heating element. A first heating element gripping portion is provided adjacent to and integral with one side of the connection portion and is formed so as to surround the heating element in the circumferential direction and grips the same, in the axial direction of the heating element, A central axis is provided eccentrically from the central axis of the first heating element gripping portion so as to be adjacent to and integral with the other side of the internal electrode connecting portion, and formed so as to surround the heating element in the circumferential direction. It may be provided with a second heating element gripping part for gripping this. In this case, the central axis of the heating element is inclined with respect to the central axis of the hollow part of the oxygen sensing element by the first heating element gripping part and the second heating element gripping part whose central axes are eccentric to each other, thereby generating the heat. The heat generating portion of the body is pressed against the inner wall surface of the hollow portion, and the heat generating body is fixed. According to this, the heating element is held in an inclined state by the two eccentric holding parts and is pressed against the inner wall surface of the element, so that the above-mentioned horizontal contact structure can be easily realized via such terminal fittings. it can. Further, the heating element can more stably hold the inclined state of the heating element by the two gripping portions, and the effect of laterally contacting the heating element can be more reliably achieved.
[0024]
More specifically, the first heating element gripping part and the second heating element gripping part are connected to the peripheral edge on the same side in the radial direction of the heating element, with respect to each corresponding end of the internal electrode connection part, When viewed from the connection portion, the central axis of the first heating element gripping portion can be configured to be located on a side farther than the central axis of the second heating element gripping portion. In this configuration, when the heating portion is formed at the tip of the heating element, the tip of the heating element is inclined toward the connection portion, and the heating portion is pressed against the inner wall surface of the element at the connection portion. Become. For example, the output (or ground) terminal of the oxygen sensing element is formed so as to protrude at a position corresponding to the connection part side with respect to the first heating element grip part at the end opposite to the connection side to the internal electrode connection part. In this case, by disposing the heating element as described above, when assembling the sensor, for example, the power supply terminal of the heating element (generally, the end of the heating element on the side opposite to the side on which the heating section is formed) ) And the output terminal are less likely to interfere with each other, so that the sensor can be easily assembled. However, when a problem such as interference between these terminals does not occur, the configuration is such that the central axis of the first heating element gripping part is located closer to the connection part than the central axis of the second heating element gripping part ( That is, a configuration in which the inclination of the heating element is opposite to that described above may be adopted.
[0025]
More specifically, the first heating element gripping part and the internal electrode connection part are arranged so that the central axes thereof substantially coincide with each other, and the second heating element gripping part has the central axis of the internal electrode connection part. It is possible to adopt a configuration in which it is disposed so as to be eccentric with respect to the center axis toward the connection portion side. That is, by arranging the first heating element gripping part and the internal electrode connection part coaxially, for example, relatively evenly between the power supply terminal of the heating element and the output terminal or the ground terminal of the oxygen sensing element. An interval can be formed, and troubles such as insulation failure between terminals can be reduced.
[0026]
Also in this configuration, the terminal fitting is connected in a constricted manner between the first heating element grip portion and the internal electrode connection portion and / or between the internal electrode connection portion and the second heating element grip portion. A connection can be formed. That is, when the heating element is gripped by the two gripping portions, thermal expansion or contraction of the heating element tends to be restrained and thermal stress tends to occur, but the connecting portion is elastically or plastically deformed. The thermal stress is reduced, and the heating element is hardly damaged.
[0027]
In this case, of the connecting portions, one formed between the first heating element gripping portion and the internal electrode connecting portion (first connecting portion) and the portion between the internal electrode connecting portion and the second heating element gripping portion. (Second connection part) may be bent inward in the radial direction of the internal electrode connection part to form a stepped part. In this case, by adjusting the bending amount of the first connecting portion and the second connecting portion, there is an advantage that the amount of eccentricity between the central axes of the first heating element gripping section and the second heating element gripping section can be easily adjusted. Newly occurs.
[0028]
In addition, at least one of the internal electrode connection portion and the heating element gripping portion of the terminal fitting, while projecting from the inner surface of the internal electrode connection portion or the heating element gripping portion and contacting the outer peripheral surface of the heating element, the heating element is In the vicinity of the heat generating portion, a positioning projection may be formed which is positioned eccentrically so that the central axis of the heat generating element is shifted to one side with respect to the central axis of the hollow portion of the oxygen sensing element. Such a positioning protrusion can be easily formed by press working or the like, for example, when the terminal fitting is made of a sheet metal product. Another advantage is that the amount of eccentricity of the central axis of the heating element from the central axis of the hollow portion can be easily adjusted according to the height of the positioning projection projecting from the internal electrode connection section and / or the inner surface of the heating element gripping section. Have.
[0029]
In the terminal fitting, the positioning projection may be provided on the heating element gripping portion or on the internal electrode connection portion (both may be provided on both sides). However, if the positioning projection is provided on the internal electrode connection portion and one of the heating element gripping portions connected to the internal electrode connection portion is omitted, the length of the terminal fitting in the heating element axis direction is reduced. Can be shortened, and the length of the oxygen sensor in the axial direction can be reduced, so that the oxygen sensor can be made compact. In addition, since the heating element is formed to be gripped by one gripping portion, for example, when the heating element with the terminal fitting is inserted into the hollow portion of the oxygen sensing element to assemble the sensor, excessive heating via the terminal fitting is performed. The lateral force is less likely to act on the heating element, which can prevent the heating element from being broken during assembly.
[0030]
The heating element gripping part to be omitted in the terminal fitting having the above configuration may be on any side in the longitudinal direction of the heating element. However, if the configuration in which the component farther from the heating element is omitted, in other words, in the terminal fitting, the configuration in which the heating element gripping portion is connected to the internal electrode connection portion only on the side closer to the heating portion of the heating element, heat generation can be achieved. The body is released from the grip on the far side, which is susceptible to an external force, via the output terminal portion of the sensor, etc., and even if it receives a lateral force, it is easy to relieve it, thereby preventing the above-mentioned breakage and the like. The effect can be further enhanced. More specifically, the positioning projection is connected to the internal electrode connection portion in the vicinity of the end opposite to the side where the heating element grip is connected to the internal electrode connection of the heating element grip. If it is formed at a position corresponding to the connecting portion to the portion, the distance between the support point (contact point) by the positioning projection and the support point by the heating element grip portion in the axial direction of the heating element is increased. As a result, the heating element can be positioned and supported more stably by the terminal fitting.
[0031]
Further, for the hollow portion of the oxygen sensing element, a virtual first plane including the central axis of the hollow portion, and a virtual second plane including the central axis of the hollow portion and orthogonal to the first plane. When the hollow portion is divided into four regions by the first plane and the second plane, the entirety of the heating element located within the hollow portion of the center axis is the hollow portion. Can be arranged to fit in any of the above four regions. In other words, the virtual first and second planes are arranged such that the entire portion located inside the hollow portion of the central axis of the heating element fits into one of the four regions of the hollow portion. It means that you can always set it.
[0032]
The operation and effect provided by the above configuration will be described with reference to FIG. In the following, for convenience of explanation, the heat generating portion (42) is formed at the end of the heat generating element (3) on the insertion side of the oxygen detecting element (2), and inside the hollow portion of the oxygen detecting element (2). It is considered that the wall surface (2a) forms a substantially cylindrical surface. (However, when the oxygen sensing element (2) is manufactured by molding and firing a solid electrolyte powder, the hollow inner wall surface (2a) has a separation during molding. In some cases, a taper that reduces the diameter of the bottom side is provided for the purpose of enhancing the moldability, etc.). First, FIG. 30 (c) shows that no matter how the virtual first and second planes P1 and P2 are set, one of the four regions of the hollow section divided by the planes P1 and P2 has a heating element ( The case where the center axis O1 of 3) cannot be accommodated is shown. In other words, the center axis O1 is set to be considerably inclined with respect to the center axis O2 of the sensing element (2), and as a result, the center axis O1 is necessarily positioned over two or more of the above four regions. Is no longer gaining. On the other hand, FIG. 30A shows that the center axis O1 of the heating element (3) can be set in any one of the four regions by appropriately setting the virtual first and second planes P1 and P2. This is the case. In this case, the inclination of the central axis O1 of the heating element (3) with respect to the central axis O2 of the sensing element (2) is always gentler than that shown in FIG.
[0033]
Comparing the two, in the configuration shown in FIG. 30 (c), the distance from the inner wall surface (2a) of the sensing element (2) to the hollow portion of the sensing element (2) at the end corner of the heating portion (42) becomes shorter, and heat is generated. There is a tendency to concentrate somewhat on this part. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 6A, the inclination of the central axis O1 of the heating element (3) with respect to the central axis O2 of the sensing element (2) is gentler than that in the configuration of FIG. The side surface of the portion (42) has a shape substantially along the inner wall surface (2a) of the hollow portion of the sensing element (2), and the wall portion of the sensing element (2) can be more uniformly heated by the heat generating portion (42). As a result, a greater effect can be expected in shortening the activation time of the oxygen sensor. However, even in the configuration shown in FIG. 30C, the center axis O1 of the heating element (3) is still eccentric from the center axis O2 of the sensing element (2), and the activation time of the oxygen sensor is reduced. Needless to say, a certain degree of effect can be expected.
[0034]
In this case, as shown in FIG. 30B, the heating element (3) is arranged in the hollow part such that the central axis of the heating element (3) is substantially parallel to the central axis of the hollow part of the oxygen sensing element. If so, the effect of making the side surface of the heat generating portion (42) follow the inner wall surface (2a) of the hollow portion of the detection element (2), and furthermore, the effect of uniformly heating the wall of the detection element (2) is more remarkably achieved. Is done.
[0035]
Specifically, the heating element is eccentric so that the central axis of the heating element is substantially parallel to the central axis of the hollow portion of the oxygen sensing element, and the central axis is shifted to one side with respect to the central axis of the hollow portion. Configuration. In this case, the internal electrode connection portion is formed so as to surround the heating element in the circumferential direction, and is in contact with the electrode layer inside the oxygen sensing element, and on both sides in the axial direction of the heating element with respect to the internal electrode connection portion. A terminal fitting having a pair of heating element gripping portions connected to each other and gripping the heating element can be provided. According to this, the effect that the heating element can be more stably held by the two grip portions is newly added.
[0036]
On the other hand, an internal electrode connecting portion formed so as to surround the heating element in the circumferential direction and in contact with the electrode layer inside the oxygen sensing element, and the heating element in the axial direction of the heating element with respect to the internal electrode connecting portion. It is also possible to provide a terminal fitting which is connected only to the end near the front end and has a heating element gripping portion for gripping the heating element. According to this configuration, the heating element is gripped by the single gripping portion with a slight degree of freedom of movement in a direction intersecting the axis. Accordingly, when the heating element is inserted into the hollow portion of the oxygen sensing element together with the terminal fitting, the tip of the heating element follows the inner surface of the oxygen sensing element as the tip contacts the inner surface of the oxygen sensing element. It is positioned and an even greater effect can be expected in shortening the activation time of the oxygen sensor. Also, when assembling the sensor, an excessive lateral force via the terminal fitting is less likely to act on the heating element, which can prevent the heating element from being broken during assembly. Further, the length of the terminal fitting in the axial direction of the heating element can be shortened, and the length of the oxygen sensor in the axial direction can be reduced, so that the oxygen sensor can be made compact.
[0037]
In the present invention, regardless of the eccentric arrangement of the heating element with respect to the oxygen sensing element as described above, the surface of the heating part of the heating element does not contact the inner wall surface of the hollow part of the oxygen sensing element, and is located very close to the oxygen sensing element. A configuration may be adopted. Even with such a configuration, the effect of heat radiation from the heat generating portion to the oxygen detecting element is increased as compared with the case where the eccentricity is not exerted, and therefore, there is a certain effect in shortening the activation time of the oxygen sensor.
[0038]
In the oxygen sensor of the present invention, it is desirable that the difference ΔD = DA−DB between the axial cross-sectional inner dimension DA of the oxygen sensing element and the axial cross-sectional outer dimension DB of the heating element is 0.35 mm or less. Here, the inner diameter in the axial cross section of the oxygen sensing element and the outer dimension in the axial cross section of the heating element mean the inner diameter or outer diameter thereof when the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the heating element is a cylindrical surface. Shall be. Further, when the inner peripheral surface and the outer peripheral surface have an axial cross-sectional shape deviating from a circular shape, it means an inner diameter or an outer diameter when this is converted into a circular cross-section having the same area. Further, when the axial cross-sectional dimension is not constant in the axial direction (for example, when it is formed in a tapered surface shape), it is represented by an average value of the axial cross-sectional dimension in the axial direction.
[0039]
When ΔD = DA-DB exceeds 0.35 mm, the activation time of the oxygen sensing element, and thus the rise time of the sensor, may be long, or the rise time may easily vary among the individual sensors. For example, when the heat-generating portion is applied to the inner wall surface of the hollow portion of the oxygen sensing element from the side, it is conceivable that the difference in the lateral application force tends to occur between individuals as ΔD increases. The value of ΔD is more desirably set to 0.30 mm or less. On the other hand, when ΔD is less than 0.1 mm, it becomes difficult to insert the heating element into the hollow portion of the oxygen sensing element, and the efficiency of assembling the heating element to the oxygen sensing element may be reduced. Therefore, ΔD is preferably set to 0.1 mm or more, and more preferably, 0.15 mm or more.
[0040]
Further, the ratio ΔD / DB of the difference ΔD = DA−DB between the inner axial dimension DA of the sensing element and the outer axial dimension DB of the heating element to the DB is desirably 0.13 or less. If ΔD / DB exceeds 0.13, the rise time of the sensor may be long, or variation between individual sensors may be likely to occur. ΔD / DB is more desirably set to 0.10 or less.
[0041]
Such a configuration is particularly effective when applied to the configuration of
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
The
[0043]
A
[0044]
Next, a
[0045]
One
[0046]
Next, the configuration of the
[0047]
As shown in FIG. 3, the
[0048]
Further, the
[0049]
Here, the
[0050]
Further, as shown in FIG. 4, the
[0051]
Here, the auxiliary
[0052]
Further, as shown in FIG. 4A, a filter confirmation exposure portion 57a that partially exposes the
[0053]
Next, a portion of the auxiliary
[0054]
With such a structure, the outside air passing through the
[0055]
The
[0056]
As shown in FIG. 6, the
[0057]
Here, the portion of the
[0058]
At this time, the auxiliary
[0059]
As shown in FIG. 4C, a
[0060]
Returning to FIG. 3, a plurality of separator-side lead wire insertion holes (lead wire insertion holes) 72 for inserting the
[0061]
Outside the auxiliary
[0062]
Specifically, as shown in FIG. 4, a plurality of
[0063]
In the above structure, as shown in FIG. 8, the
[0064]
Here, as shown in FIG. 45, the front end side of the auxiliary
[0065]
Returning to FIG. 3, the
[0066]
The
[0067]
As shown in FIG. 11, the assembly connecting
[0068]
In the
[0069]
In addition to the above-mentioned
[0070]
Hereinafter, a method of assembling the
[0071]
Subsequently, as shown in FIG. 14B, an axial compressive force is applied to the
[0072]
According to the above method, the assembly of the
[0073]
Hereinafter, the method of forming the assembly
[0074]
Then, the
[0075]
FIG. 16 is a plan view showing an example of a more specific configuration of the
[0076]
Then, the work W in a state where the
[0077]
In this state, when the
[0078]
Next, the role of the metal
[0079]
Specifically, as shown in FIG. 42, the
[0080]
FIG. 43 shows an example of a method for forming the
[0081]
Then, as shown in (d), in the
[0082]
On the other hand, as shown in FIG. 44, the
[0083]
The
[0084]
When the Vickers hardness of the
[0085]
Next, as shown in FIG. 3, the
[0086]
The rear end face of the
[0087]
As shown in FIGS. 18 and 19A, four separator-side leads for inserting lead wires (20, 21, 28, 29) from the
[0088]
Next, as shown in FIG. 22, in the
[0089]
For example, in FIG. 3, D1> D2, and as shown in FIG. 22 (c), the
[0090]
In the above structure, by setting the rear end face position of the
[0091]
On the other hand, since the
[0092]
Here, when there is almost no difference in the pitch circle diameter between the
[0093]
Further, as shown in FIGS. 19B and 19C, the flange-shaped separator-side support portion 73 (flange portion) may be provided with an air-permeable through
[0094]
The
[0095]
Further, in order to form a
[0096]
Now, in the
[0097]
The
[0098]
Then, as shown in FIG. 28A, the central axis O1 in the vicinity of the
[0099]
Further, as conceptually shown in FIG. 30 (b), a virtual first plane P1 including a center axis O2 of the hollow portion with respect to the hollow portion of the
[0100]
In addition, the
[0101]
When the
[0102]
Here, the lead wire insertion holes 72 are arranged on the separator-side pitch circle C1 as described above. However, as shown in FIG. It is set smaller than the diameter d2 of the pitch circle (that is, d1 <d2). That is, the portion of the
[0103]
Further, it is desirable that the ratio d2 / D of the diameter d2 of the pitch circle C1 of the lead
[0104]
Next, as described above, the center axis O1 of the
[0105]
FIG. 26 shows a state of the terminal fitting 23 alone, and FIG. 27 shows a state where the terminal fitting 23 is assembled to the
[0106]
The internal
[0107]
Further, as shown in FIG. 27, a heating element
[0108]
The
[0109]
Returning to FIG. 1, in the vicinity of the end opposite to the side where the heating
[0110]
The
[0111]
In the manufacturing process of the
[0112]
In this state, the
[0113]
That is, the connecting
[0114]
Next, as shown in FIG. 29B, a slit parallel to the axial direction is formed at one location on the outer periphery of the
[0115]
The hollow
[0116]
Hereinafter, the operation of the
FIG. 28B shows an example of a structure in which the central axis O1 of the
[0117]
By adopting such a lateral contact structure of the
[0118]
Here, as shown in FIG. 2, the
[0119]
Here, when the
[0120]
Further, by arranging the
[0121]
Further, as shown in FIG. 1, in the terminal fitting 23, the heating
[0122]
As shown in FIGS. 31 and 32, in the terminal fitting 23, the two heating
[0123]
For example, in FIG. 31, it is formed on the heating
[0124]
In FIG. 33, the gap and the inclination θ between the
[0125]
Next, in the configuration shown in FIG. 34, the terminal fitting 23 includes an internal
[0126]
Specifically, in the terminal fitting 23, the first heating
[0127]
The terminal fitting 23 as described above can be manufactured by bending a plate-
[0128]
In the metal plate-
[0129]
Next, in the configuration of FIG. 37, similarly to the configuration of FIG. 35, the first heating
[0130]
Here, the amount of eccentricity d between the center axes O10 and O11 of the first heating
[0131]
In this configuration, the heating element insertion guides 100 are formed on both the
[0132]
Subsequently, in the configuration of FIG. 40, the heating
[0133]
Further, as another effect, when assembling the
[0134]
Next, in the configuration shown in FIG. 41, the heating
[0135]
By the way, at least one content of each invention described below can be added to the configuration of the oxygen sensor described in the claims of the present invention.
[0136]
Invention (A)
An oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor is provided substantially coaxially as a shaft-shaped oxygen sensing element, a cylindrical casing accommodating the oxygen sensing element, and a cylindrical body independent of the casing. The filter assembly includes a filter assembly connected to the casing from the rear side while allowing the lead wire of the filter assembly to extend to the rear outside thereof, and a coupling portion coupling the filter assembly and the casing to each other. The filter assembly has a cylindrical shape that is substantially coaxially connected to the casing from the rear side, has an interior communicating with the interior of the casing, and has one or more gas introduction holes formed in a wall portion. A filter holding portion, a filter that is arranged to close the gas introduction hole of the filter holding portion from the inner surface side or the outer surface side, and that prevents liquid permeation and allows gas permeation; And an auxiliary filter holding portion for fixing the filter, and outside air is introduced into the casing through the filter and the gas introduction hole.
Further, in the oxygen sensor, the casing and the filter assembly are formed separately from each other, the filter assembly is arranged on the rear side of the casing, and then a joint is formed. Can be linked.
[0137]
The gist of the feature of the oxygen sensor lies in that the air-permeable structure including the filter is configured as a filter assembly independently of the casing, and is connected to and integrated with the casing. Thereby, the following effects are achieved.
(1) Since the filter assembly can be assembled independently of the assembly of the oxygen sensing element or the like in the casing, for example, the lead wires of the sensing element do not interfere, and the assembling work is extremely efficient. Can be done.
{Circle around (2)} Since the assembly of the components into the casing and the assembly of the filter assembly can be performed in parallel, the productivity is dramatically improved. In addition, even if a failure in assembling the filter or the like occurs, if a failure can be found at the stage of the filter assembly, the influence of the failure does not affect a completed sensor product, and waste of parts and the like hardly occurs.
[0138]
The filter assembly is provided coaxially and integrally with the rear side of the casing so that the inside communicates with each other, and has a filter holding portion having one or more gas introduction holes formed in a wall portion; A filter that is arranged to close the gas introduction hole outside the portion, blocks liquid permeation and allows gas permeation, and is formed in a cylindrical shape disposed outside the filter, and one or more filters are formed on the wall portion. An auxiliary gas introduction hole is formed, and an auxiliary filter holding portion for holding the filter by sandwiching it between the filter holding portion and the filter holding portion can be provided. In this case, outside air is introduced into the casing from the gas introduction hole via the filter through the auxiliary gas introduction hole. That is, the filter can be securely held by the inner and outer filter holding portions, and the filter can be easily attached to the filter holding portion. For example, when the filter is formed in a cylindrical shape, the filter is extrapolated into the filter holding portion, and the holding filter holding portion is further fitted from the outside, and the filter holding portion is positioned at a position not interfering with the gas introduction hole and the auxiliary gas introduction hole. What is necessary is just to form the holding | maintenance part connection part which couple | bonds with the auxiliary filter holding | maintenance part.
[0139]
A plurality of gas introduction holes and auxiliary gas introduction holes can be formed at predetermined intervals along the circumferential direction with respect to the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion in the axially intermediate portion at a corresponding positional relationship to each other. Thereby, the outside air can be introduced from the filter assembly side into the casing without bias. Further, a cylindrical filter, for example, is arranged outside the filter holding portion so as to surround the filter holding portion in the circumferential direction, and the auxiliary filter holding portion is provided as a holding portion coupling portion on the auxiliary filter holding portion with the filter interposed therebetween. By crimping toward, an annular filter caulking portion can be formed along the circumferential direction. By making the holding portion connecting portion an annular filter caulking portion, assembly of the filter assembly is further facilitated. The annular caulking portion can be formed on both sides of the row of the gas introduction holes and the auxiliary gas introduction holes in the axial direction. In this case, in each of the caulking portions, by sandwiching the edge of the filter between the auxiliary filter holding portion and the filter holding portion, the gas inlet hole of the filter holding portion bypasses the edge of the filter from the auxiliary gas introduction hole. It is difficult to form a path leading to F, and the likelihood that water or the like leaks into the inside of the filter holding portion and further to the inside of the casing through this becomes small.
[0140]
When the filter is formed in a cylindrical shape as described above and arranged along the outer periphery of the filter holding portion, a filter caulking portion may be formed along the circumferential direction on the rear end side of the auxiliary filter holding portion. it can. Then, a filter checking unit for visually checking a filter located between the auxiliary filter holding unit and the filter holding unit can be formed at a rear end side of the auxiliary filter holding unit. This has the following advantages. That is, when the cylindrical filter is externally inserted into the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion is further fitted in the state while being relatively moved in the axial direction with respect to the filter holding portion, the filter moves together with the auxiliary filter holding portion. Misalignment may occur. In this case, if the filter caulking part is formed in this state, the filter will come off from the caulking part and the seal will be incomplete, but the filter will be visible in the filter confirmation part as described above. This makes it possible to easily find such a caulking failure of the filter.
[0141]
When a filter caulking portion is formed on the front edge side of the auxiliary filter holding portion, a filter confirmation exposure portion that partially exposes the filter at the filter caulking portion can be formed. With this configuration, it can be easily determined whether or not the filter is normally caulked at the caulking portion also on the front edge side of the auxiliary filter holding portion.
[0142]
The filter assembly can then be connected to the casing in various ways. For example, the filter holding portions can be arranged so as to overlap with the casing from the outside on the distal end side, and by crimping the filter holding portion toward the casing at the overlapping portion, the filter holding portions can be arranged in their circumferential directions. An annular assembly connecting caulking portion is formed as a connecting portion, and the inner peripheral surface of the filter holding portion can be pressed against the outer peripheral surface of the casing in an airtight state by the assembly connecting caulking portion. That is, the filter assembly can be easily assembled to the casing by the assembly connection caulking portion. Note that an annular welded portion (for example, a resistance welded portion or a laser welded portion) may be formed instead of or together with the caulked portion.
[0143]
Next, the filter holding portion is formed by a stepped portion formed at an intermediate portion in the axial direction of the filter holding portion. The portion can be configured to be smaller in diameter than the first portion. In this case, the gas introduction hole can be formed in the wall portion of the second portion, while the first portion has the rear end of the casing directly applied to the stepped portion or indirectly via another member. It can be configured to be inserted to the contact position. Further, an overlap portion with respect to the casing is formed in the first portion, where the above-described assembly connection caulking portion (or welding portion) can be formed.
[0144]
According to the above configuration, the axial positioning of the filter holding portion with respect to the casing can be easily performed using the stepped portion. Also, if a gas introduction hole is formed in the second portion on the small diameter side, and the filter and the auxiliary filter holding portion are fitted from the outside, for example, the filter holding portion is set up so that the second portion faces upward. When the filter and the filter holding portion are sequentially extrapolated from the upper side in this state, the filter and the filter holding portion can be applied to the stepped portion and stopped, so that the assembly of the filter assembly is further facilitated. In this case, the inner diameter of the auxiliary filter holding portion needs to be set smaller than the outer diameter of the first portion.
[0145]
Further, the oxygen sensor may be provided with a ceramic separator in which a plurality of lead wire insertion holes into which respective lead wires from the oxygen sensing element are respectively inserted are formed so as to penetrate in the axial direction. In this case, the ceramic separator can be arranged so that the rear side in the axial direction of the oxygen detection element enters the inside of the filter holding portion, and the front side similarly enters the inside of the casing. By allowing a part of the ceramic separator to enter the inside of the filter holding portion, the empty space formed in the filter holding portion on the rear side of the ceramic separator is reduced, and the axial length of the oxygen sensor is accordingly reduced. It is possible to make the whole compact.
[0146]
In this case, the ceramic-side separator may have a separator-side support portion, for example, formed in a flange shape so as to protrude from the outer peripheral surface at an intermediate position in the axial direction. The ceramic separator has a portion located on the front side of the separator-side support portion inside the rear end portion of the casing, and the separator-side support portion is directly or separately provided on the rear end surface of the casing. While indirectly abutting on the other side of the casing, a portion located on the rear side with respect to the separator-side support portion can be disposed so as to protrude outside the casing. Further, when the above-mentioned stepped portion is formed in the middle in the axial direction, the filter holding portion makes the protruding portion of the ceramic separator enter the inside of the second portion to cover it, and at the stepped portion, the separator-side support portion On the other hand, it can be arranged so as to abut directly or indirectly via another member from the side opposite to the casing. That is, by sandwiching the separator-side support portion between the end surface of the casing and the stepped portion of the filter holding portion, the ceramic separator can be more stably supported in the casing, and as a result, rattling, etc. Thus, troubles such as cracking or chipping of the separator due to the above-mentioned problems are less likely to occur.
[0147]
For example, in the ceramic separator, an air communication portion for guiding outside air flowing from the gas introduction hole to the inside of the casing can be formed so as to penetrate in the axial direction from the rear end surface to the front end surface. Thus, the outside air as the reference gas can be reliably and promptly guided to the inside of the oxygen sensing element. However, if water drops or the like enter from the gas introduction hole due to some factor, the water drops are passed through the air communication section. May leak into the inside of the oxygen sensing element. In this case, if the rear end face of the ceramic separator is located behind the gas introduction hole, even if water droplets are supposed to enter, it is necessary for the ceramic separator to leak into the casing from the air communication portion. Therefore, the possibility of water droplets leaking to the oxygen sensing element side can be further reduced.
[0148]
Invention (B)
The oxygen sensor according to the present invention includes an oxygen sensing element having a shaft shape, a cylindrical casing for housing the oxygen sensing element, and a gas introduction structure for introducing outside air into the casing. The gas introduction structure portion has a cylindrical shape provided coaxially on the rear side of the casing, the inside of which is in communication with the casing, and a filter holding portion having one or more gas introduction holes formed in a wall portion. And a filter that is arranged to close the gas introduction hole of the filter holding portion, and that blocks liquid permeation and permits gas permeation, and introduces outside air into the casing through the filter and the gas introduction hole. Outside the gas introduction structure, a protective cover is provided in the form of a cylinder that covers the gas introduction structure, and prevents or suppresses the direct ejection of droplets to the filter or the attachment of deposits such as oil and dirt. .
[0149]
In other words, by providing a filter that blocks liquid permeation and allows gas permeation in the gas introduction structure and further provides a protective cover on the outside of the filter, penetration of water droplets and the like into the casing is further reduced. Accordingly, even when the oxygen sensor is attached to a portion around the foot of the vehicle, the vehicle runs while strongly jumping up water such as a puddle, or when high-pressure water directly hits the filter at the time of car washing, the above-described filter is used. In combination with the above, it is possible to effectively prevent water droplets and the like from entering the sensor.
[0150]
The gas introduction structure portion is provided coaxially and integrally with the rear side of the casing so that the inside communicates with each other, and a filter holding portion having one or more gas introduction holes formed in a wall portion; A filter is disposed outside the filter holding portion so as to close the gas introduction hole. The filter is configured to block liquid permeation and allow gas permeation, and is formed in a cylindrical shape disposed outside the filter. A plurality of auxiliary gas introduction holes are formed, and an auxiliary filter holding portion for holding the filter by sandwiching it between the filter holding portion can be provided. In this case, outside air is introduced into the casing from the gas introduction hole via the filter through the auxiliary gas introduction hole. That is, the filter can be securely held by the inner and outer filter holding portions, and the filter can be easily attached to the filter holding portion. For example, when the filter is formed in a cylindrical shape, the filter is extrapolated into the filter holding portion, and the holding filter holding portion is further fitted from the outside, and the filter holding portion is positioned at a position not interfering with the gas introduction hole and the auxiliary gas introduction hole. What is necessary is just to form the holding | maintenance part connection part which couple | bonds with the auxiliary filter holding | maintenance part.
[0151]
The protective cover has a gas retention space formed between the filter and the filter at a position corresponding to the gas introduction hole. In addition, an external communication portion that connects the gas retention space to the outside and introduces outside air into the space can be provided. Thereby, the outside air as the reference gas is guided from the external communication portion to the inside of the protection cover, and the guided outside air can smoothly flow through the filter by forming a gas retention space. Despite the provision, the outside air (reference gas) can be guided into the casing without any trouble.
[0152]
In this case, the cover joining portion can be formed in an annular shape along the circumferential direction of the protective cover, and the external communication portion is formed between the protective cover and the filter holding portion in a path crossing the annular cover joining portion. Can be formed. That is, it is more difficult for water droplets or the like to enter the inside of the cover member due to the annular cover joint portion, and the outside air is introduced into the cover member without hindrance by forming the passage-like external communication portion that crosses the inside. Can be.
[0153]
Such a structure can be realized relatively easily as follows. That is, a plurality of grooves having a predetermined length as external communication portions extending in the axial direction of the filter holding portion are formed at predetermined intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the filter holding portion on the front side of the gas introduction hole. Further, the cover joint portion is formed by crimping the protective cover toward the filter holding portion so as to cross each groove, and to leave a gap between the protective cover and the filter holding portion at the bottom of the groove. The annular caulked portion is formed. Thereby, the outside air is guided from the front opening of the gap formed between the protective cover and the filter holding portion to the gas retaining portion through the groove. In this case, the pressure of caulking and the depth of the groove may be adjusted to such an extent that the gap can be secured at the bottom of the groove.
[0154]
The front edge of the protective cover can be extended to the front side by a predetermined length from the end of each groove. This makes it possible to further reduce the probability that water droplets or the like enter the inside of the protective cover when the oxygen sensor is splashed.
[0155]
Next, the filter holding portion has a stepped portion formed at an intermediate portion in the axial direction of the filter holding portion. It can be formed to be smaller in diameter than the first part. In this case, the gas introduction hole is formed in the wall of the second portion. According to this, for example, in a state where the filter holding unit is set up so that the second part is on the top, when the filter and the filter holding unit are sequentially extrapolated from above, the filter and the filter holding unit are attached to the stepped portion. Since it can be applied and stopped, assembly of the gas introduction structure is facilitated. In this case, the inner diameter of the auxiliary filter holding portion needs to be set smaller than the outer diameter of the first portion.
[0156]
In the above structure, the groove can be formed on the outer peripheral surface of the first portion. The protective cover is fixed to the first portion at the front end by an annular caulking portion, and is fixed to the outer peripheral surface of the end of the second portion at the rear end by another caulking portion. Thereby, it is easy to form a gas retention space between the protective cover and the small-diameter second portion of the filter holding portion.
[0157]
Further, the oxygen sensor of the present invention can be provided with a ceramic separator in which a plurality of lead wire insertion holes into which respective lead wires from the oxygen detection element are respectively inserted are formed so as to penetrate in the axial direction. Then, a flange-like separator-side support portion projecting from the outer peripheral surface at an axially intermediate position can be formed on the ceramic separator. The ceramic separator is directly or indirectly connected to the rear end face of the casing at the separator-side support portion with the portion located on the front side of the separator-side support portion inside the rear end portion of the casing. It is arranged so that it may contact. The annular caulked portion as the cover joining portion can be formed at a position corresponding to the outer peripheral surface of the flange-shaped separator-side support portion. Thus, the compression force at the time of forming the caulked portion can be received on the outer peripheral surface of the flange-shaped separator-side support portion, so that the caulked portion can be reliably formed.
[0158]
Invention (C)
The oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor includes a shaft-shaped oxygen sensing element, a cylindrical casing that houses the oxygen sensing element, and a gas introduction structure. The gas introduction structure has a cylindrical shape provided substantially coaxially on the rear side of the casing, communicates with the interior of the casing, and has a wall having one or more gas introduction holes formed therein. And a filter disposed outside the filter holding portion to close the gas introduction hole, blocking the liquid permeation and allowing the gas permeation, and a tubular shape disposed outside the filter, An auxiliary gas introduction hole formed in the portion, and an auxiliary filter holding portion for holding the filter by sandwiching the filter between the auxiliary gas introduction hole and the filter holding portion. It plays a role in introducing outside air into the casing. The filter is in close contact with the inner surface of the auxiliary filter holding portion at least around the auxiliary gas introduction hole, while the filter is provided between the outer surface of the filter holding portion and the filter at least around the gas introduction hole by a predetermined amount. Is formed.
[0159]
In the oxygen sensor configured as described above, the outside air passing through the filter has an annular gap formed therein, so that the flow resistance is reduced, and the outside air is smoothly introduced into the casing through the gas introduction hole. it can. On the other hand, since the outer surface of the filter is in close contact with the inner surface of the auxiliary filter holding portion, the accumulation of dust, oil, or water droplets between the filter and the auxiliary filter holding portion from the auxiliary gas introduction hole is less likely to occur, and as a result, the filter A reduction in oil repellency or water repellency on the outer surface side is prevented or suppressed, and good air permeability is always ensured. In addition, since the accumulation of oil is less likely to occur, it is possible to prevent vapor of oil volatilized at a high temperature from entering the sensor through the filter. This makes it difficult for the sensor output to decrease even when the reference gas temperature increases, for example.
[0160]
The auxiliary filter holding portion may be provided with a filter caulking portion on both sides in the axial direction with the auxiliary gas introduction hole interposed therebetween, for coupling the auxiliary filter holding portion to the filter holding portion via a filter. The portion of the auxiliary filter holding portion located between the filter caulking portions forms a convex shape radially outward with the filter, and an auxiliary gas introduction hole can be formed at the top of the convex portion. Then, the top of the convex portion is flattened at least around the auxiliary gas introduction hole, and the inner surface of the filter holding portion can be brought into close contact with the filter in the flattened portion. That is, when the filter caulking portion is formed on both sides of the auxiliary gas introduction hole, the portion between the caulking portions of the auxiliary filter holding portion becomes a convex portion radially outward as described above. By flattening the top of the portion, a close contact structure between the auxiliary filter holding portion and the filter can be easily realized. In addition, as a method of forming the flattened portion in the auxiliary filter holding portion, a method of forming the filter caulked portion while restricting the bulging of the convex portion at the top using a flattening member can be exemplified.
[0161]
In this case, in the portion sandwiched between the caulking portions, the auxiliary filter holding portion and the filter are more outwardly bent than the corresponding portion of the filter holding portion, and the auxiliary filter holding portion and the filter are provided between the filter holding portion and the filter. The gap can be formed based on a difference in the amount of radius between the portion and the filter holding portion. In other words, the auxiliary filter holding portion is relatively largely compressed and deformed with caulking, and the radius of the convex portion is also increased, but the radius of the inner filter holding portion is small because it is not so compressed. On the other hand, since the filter is flexible, the filter follows the auxiliary filter holding portion and bends outward. As a result, a gap can be easily formed between the filter holding unit and the filter based on the difference in the radius between the filter holding unit and the auxiliary filter holding unit.
[0162]
A plurality of gas introduction holes and auxiliary gas introduction holes can be formed at predetermined intervals along the circumferential direction with respect to the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion in the axially intermediate portion at a corresponding positional relationship to each other. Thereby, the outside air can be evenly introduced from the gas introduction structure into the casing. Further, for example, a cylindrical filter is arranged outside the filter holding portion so as to surround the filter holding portion in the circumferential direction, and the auxiliary filter holding portion is provided as a holding portion coupling portion on the auxiliary filter holding portion with the filter interposed between the filter holding portion. By caulking toward it, an annular filter caulking portion can be formed along the circumferential direction. Specifically, this annular caulking portion can be formed on both sides of the row of the gas introduction holes and the auxiliary gas introduction holes in the axial direction. In this case, in each of the caulking portions, by sandwiching the edge of the filter between the auxiliary filter holding portion and the filter holding portion, the gas inlet hole of the filter holding portion bypasses the edge of the filter from the auxiliary gas introduction hole. It is difficult to form a path leading to F, and the likelihood of water or the like leaking into the inside of the filter holding portion, and further to the inside of the casing, through this becomes small. In this case, the convex portion is formed annularly between the caulked portions, and the top of the convex portion is flattened annularly, and a plurality of auxiliary gas introduction holes are formed in the flattened portion. .
[0163]
The filter holding portion may be formed with a concave portion that is inwardly concave at least around the gas introduction hole, and a gap may be formed between the concave portion and the filter. In this case, the concave portion may be formed in a dimple shape in which the peripheral portion of the gas introduction hole is dented, or may be formed in a ring shape along the arrangement direction of the gas introduction holes.
[0164]
Invention (D)
The oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor is provided coaxially with the oxygen sensing element having a shaft shape, a cylindrical casing accommodating the oxygen sensing element, and the casing so that the inside communicates with the casing. And a cover member connected from the rear side in the axial direction. The cover member is arranged so as to overlap with the casing from the outside on the axially forward side. In the overlapping portion, the cover member is swaged toward the casing to form a main caulking portion formed in an annular shape in the circumferential direction, and the cover member and the casing are formed in the annular main caulking portion. And a rotation preventing portion for preventing relative rotation about their axes.
[0165]
According to the above configuration, in the main caulking portion, since the contact surface between the casing and the cover member is a cylindrical surface, the airtightness is excellent, and it is ensured that water or the like leaks into the casing from between them. Will be blocked. Further, by forming the rotation preventing portion together with the main caulking portion, even if a torsional force around the axis acts between the casing and the cover member, relative rotation hardly occurs between the casing and the cover member. The airtightness in the main caulking portion can be further ensured.
[0166]
The rotation preventing portion can be easily formed and prevented from rotating by forming an auxiliary caulking portion formed by caulking the cover member toward the casing on at least one side of the main caulking portion in the axial direction of the cover member. Excellent effect. Specifically, the auxiliary caulking portion can be formed in an annular shape adjacent to the main caulking portion at a predetermined interval in the axial direction of the cover member and along the circumferential direction of the cover member. By forming the auxiliary caulking portion in an annular shape adjacent to the main caulking portion, the rotation preventing effect is further enhanced. In this case, more specifically, the axial cross-sectional shape of the auxiliary caulking portion can be a polygonal shape. With this configuration, the contact surface between the casing and the cover member has a rectangular cylindrical shape, and relative rotation between the casing and the cover member when a torsional force acts is extremely unlikely to occur.
[0167]
The auxiliary caulking part is preferably formed closer to the oxygen sensing element than the main caulking part. That is, since the tip side of the oxygen sensor is often exposed to a high temperature, it can be said that the above-mentioned arrangement relationship in which the main caulking portion in which airtightness is prioritized is far from such a heat source is more preferable.
[0168]
The main caulking portion and the auxiliary caulking portion each include a plurality of caulking punches for compressing the cover member from the outside in the circumferential direction, and two sets of the caulking punches are arranged in a positional relationship separated by a predetermined distance in the axial direction of the cover member. They can be formed collectively using a caulking punch unit. According to this method, the main caulking portion and the auxiliary caulking portion are formed simultaneously by one caulking process, so that not only is the efficiency improved, but also the following effects are achieved. That is, by the compression by the caulking punch, the cover member is pressed against the casing while locally biting into the casing to form a caulked portion. A part or a raised part is easily formed. Here, when the main caulking portion and the auxiliary caulking portion are sequentially formed, the influence of the wrinkled portion or the raised portion due to the caulking portion formed later reaches the caulked portion formed earlier, and the airtightness is deteriorated. Easy to occur. However, if the two caulking portions are formed at the same time as described above, the influence of the wrinkled portion or the raised portion can be pooled in a region between the caulking portions, and thus sufficient adhesion can be achieved at either caulking portion. , That is, airtightness can be secured.
[0169]
In the configuration of the oxygen sensor, the cover member is provided substantially coaxially with the casing as a cylindrical body independent of the casing, while allowing the lead wire from the oxygen sensing element to extend to the rear outside thereof, The filter assembly of the invention (A) connected to the casing from the rear side can be provided.
[0170]
Invention (E)
The oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor includes a shaft-shaped oxygen sensing element, a cylindrical casing that houses the oxygen sensing element, and a gas introduction structure. The gas introduction structure has a cylindrical shape provided substantially coaxially on the rear side of the casing, the inside communicates with the inside of the casing, and a filter holding portion having one or more gas introduction holes formed in a wall portion. And a filter arranged outside the filter holding portion to close the gas introduction hole, blocking the liquid permeation and allowing the gas permeation, and a filter formed outside the filter and having a cylindrical shape. And one or more auxiliary gas introduction holes, and an auxiliary filter holding portion for holding the filter by sandwiching the filter between the auxiliary gas introduction hole and the filter holding portion. The outside air is introduced into the casing. The filter holding portion has a stepped portion formed at an intermediate portion in the axial direction of the filter holding portion, and the second portion has the first portion on the front side in the axial direction with respect to the stepped portion, and the second portion on the rear side in the axial direction. It is configured to be smaller in diameter than the first part, and the gas introduction hole is formed in the wall of the second part. The auxiliary filter holding part is disposed so as to straddle the first part and the second part of the filter holding part. And, at a position corresponding to the second portion, a main connecting portion for connecting the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion to each other with the filter portion interposed therebetween, and at a position corresponding to the first portion, the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion. And an auxiliary connecting part for connecting the parts to each other.
[0171]
In the oxygen sensor having the above-described configuration, the filter holding portion is composed of at least two portions of a first portion and a second portion having different diameters adjacent to each other via the stepped portion, and the auxiliary filter holding portion is formed in a tubular shape extending over the two portions. In addition to forming the main coupling portion in the second portion and forming the auxiliary coupling portion in the first portion, the twist around the axis between the auxiliary filter holding portion and the filter holding portion is formed. Even if a biasing force is applied, relative rotation between the auxiliary filter holding unit and the filter holding unit hardly occurs. As a result, the seal of the filter held between the two is hardly broken, and the penetration of water droplets and the like into the inside of the casing hardly occurs.
[0172]
In the above configuration, the filter can be arranged so as to surround only the second portion of the filter holding portion in the circumferential direction. In this case, the main coupling portion is formed by crimping the auxiliary filter holding portion toward the second portion of the filter holding portion with the filter interposed therebetween, thereby forming an annular main caulking portion formed along the circumferential direction of the second portion. It can be. The auxiliary coupling portion may be an annular auxiliary caulking portion formed along the circumferential direction of the first portion by directly caulking the auxiliary filter holding portion toward the first portion of the filter holding portion. it can. According to this configuration, the main connection portion and the auxiliary connection portion can be easily formed by caulking, and the sealing property of the filter between the auxiliary filter holding portion and the filter holding portion can be ensured well. Further, in the auxiliary caulking portion, since no filter is interposed between the auxiliary filter holding portion and the filter holding portion, and the two are directly caulked, the strength against torsion is further enhanced.
[0173]
Further, a plurality of gas introduction holes and auxiliary gas introduction holes may be formed at predetermined intervals along the circumferential direction with respect to the filter holding portion and the auxiliary filter holding portion in a positional relationship corresponding to each other at an intermediate portion in the axial direction. The main caulking portion may include two caulking portions formed on both sides of the row of the gas introduction holes or the auxiliary gas introduction holes. According to this configuration, outside air can be evenly introduced into the casing in the gas introduction structure. Further, the two main caulking parts ensure the sealing property of the filter more favorably.
[0174]
Invention (F)
An oxygen sensor according to the present invention is configured as follows.
{Circle around (1)} A shaft-shaped oxygen detecting element.
{Circle around (2)} A cylindrical casing for housing the oxygen sensing element.
{Circle around (3)} Ceramic separator: provided coaxially with the casing, and supported directly or indirectly via another member at a casing-side support portion formed at the rear end of the casing, and each component from the oxygen sensing element. A plurality of lead wire insertion holes into which the lead wires are respectively inserted are formed to penetrate in the axial direction.
{Circle over (4)} A cover member is coaxially arranged with the casing, and is connected to the casing from the rear side while covering the ceramic separator from the outside while allowing each lead wire to extend rearward and outward of the casing.
(5) Metal elastic member: disposed in a compressed state at least between the cover member and the ceramic separator and / or between the casing-side support portion and the ceramic separator, and between the cover member and the casing-side support portion, A holding force for holding the ceramic separator is generated.
[0175]
In the above-described configuration, the metal elastic member prevents the rattling by generating an appropriate pressure holding force for the ceramic separator between the cover member and the casing, and makes the fixing and holding more secure. At the time of assembling the oxygen sensor or the like, the elastic deformation of the oxygen sensor itself prevents an excessive clamping force from acting on the separator-side support portion of the ceramic separator, and thus plays a role in preventing the ceramic separator from being cracked or chipped. The metal elastic member is excellent in heat resistance because the constituent material is a metal, and can maintain the anti-rattle effect of the ceramic separator for a long period of time even in a severe use environment at a high temperature.
[0176]
A separator-side support portion can be formed on the ceramic separator so as to protrude from the outer peripheral surface. The separator-side support portion can be formed, for example, in a flange shape along the circumferential direction of the ceramic separator. The metal elastic member is externally inserted into the ceramic separator, and is disposed in a compressed state at least between the cover member and the separator-side support portion and / or between the casing-side support portion and the separator-side support portion. It can be a washer. By using such a spring washer as the metal elastic member, it is possible to extremely easily assemble the metal separator with the ceramic separator, and to sufficiently secure the elastic force. Specifically, a corrugated washer as the spring washer, that is, a washer having a corrugated undulation in the axial direction in the ring circumferential direction can be used. Thereby, a relatively uniform clamping pressure can be generated around the axis with respect to the ceramic separator, and the ceramic separator can be more stably supported.
[0177]
Next, the separator-side support portion can be formed at an axially intermediate position of the ceramic separator. In this case, the ceramic separator accommodates the front portion in the axial direction inside the rear end portion of the casing, and uses the opening end surface portion of the casing as the casing side support portion, and the separator side support portion is directly or via another member. Abutting indirectly while the rear portion protrudes outside the casing. Further, the cover member covers the protruding portion of the ceramic separator from the outside, and at an axially intermediate position of the inner peripheral surface thereof, directly from the side opposite to the opening end surface portion of the casing to the separator side support portion or another member. The cover-side support portion that is indirectly in contact with the cover can be formed. The spring washer can be arranged between at least one of the cover-side support and the end face of the casing and the separator-side support. In this configuration, the separator-side support portion is formed at an intermediate position in the axial direction of the ceramic separator, a portion on the front side of the separator-side support portion of the ceramic separator is accommodated in the casing, and a portion on the rear side is accommodated in the cover member. Thus, the ceramic separator can be held more stably.
[0178]
Further, the cover member has a stepped portion formed at an axially intermediate portion of the cover member, and the axially forward side of the stepped portion is a first portion, and the rear side is a second portion. It can be formed to have a smaller diameter than that. The stepped portion serves as a cover-side support portion, and a spring washer can be arranged between the cover-side support portion and the separator-side support portion. That is, when assembling the oxygen sensor having the above-described configuration, efficiency is good if the ceramic separator is inserted from the opening on the upper side of the cylindrical casing in a state where the casing is set up, and the cover member is further covered from above. In this case, if the spring washer is arranged as described above, the spring washer can be easily and reliably extrapolated to the ceramic separator inserted in the casing, and the sensor can be more efficiently assembled. . In addition, since the cover member has the stepped structure as described above, the spring washer can be securely pressed between the stepped portion and the separator-side support portion.
[0179]
In the configuration of the oxygen sensor, the cover member is provided substantially coaxially with the casing as a cylindrical body independent of the casing, while allowing the lead wire from the oxygen sensing element to extend to the rear outside thereof, The filter assembly according to the invention (A), which is connected to the casing from the rear side by a connecting portion, can be provided.
[0180]
Invention (G)
An oxygen sensor according to the present invention includes a shaft-shaped oxygen detection element, a cylindrical casing that houses the oxygen detection element, and a casing-side support formed coaxially with the casing and formed at a rear end of the casing. A plurality of lead wire insertion holes through which the respective lead wires from the oxygen sensing element are respectively inserted, the ceramic separator being formed so as to penetrate in the axial direction. The casing-side support portion is a buffer support portion that is more easily elastically deformed in the axial direction of the casing than the main body portion of the casing, and presses the ceramic separator relative to the buffer support portion in the axial direction. And a separator fixing means for fixing the ceramic separator to the casing in a state in which the buffer support portion is compressed and deformed in the pressing direction.
[0181]
In the above configuration, the buffer support portion generates an appropriate clamping force for holding the ceramic separator between the separator fixing means and the casing to prevent rattling and more reliably fix and hold the ceramic separator. In addition, when the oxygen sensor is assembled, the elastic deformation of the oxygen sensor itself prevents an excessive clamping force from acting on the separator-side support portion of the ceramic separator, thereby preventing the ceramic separator from being cracked or chipped. Since the cushioning support portion is integrally formed with the casing as a casing-side support portion, there is no need to provide a rubber ring or the like as a separate member as in a conventional oxygen sensor. As a result, the number of parts is reduced, the assembly process of the sensor is simplified, and the production efficiency of the sensor can be improved.
[0182]
In the above configuration, the casing can be made of metal, and the cushioning support portion can be made of the same material or a different metal material as the casing. According to this, since the constituent material of the buffer support portion is a metal, it is excellent in heat resistance, and it is possible to maintain the anti-rattle effect of the ceramic separator for a long period of time even under a severe high-temperature use environment.
[0183]
Specifically, the buffer support may be a spring integrated with the body. By integrating the spring portion with the main body portion, the cushioning support portion can be reliably elastically deformed. As a result, a necessary and sufficient pressure holding force with respect to the ceramic separator is generated between the separator fixing means and the casing, and the ceramic support is formed. The separator can be fixed more reliably.
[0184]
In this case, the spring portion can be formed by bending the opening edge of the casing one or more times in the radial direction of the cross section. According to this, the spring portion can be easily formed on the opening edge of the casing by press working or the like. More specifically, the spring portion forms a thin portion at the opening edge of the casing, and the thin portion is bent once inward in the radial direction of the cross section, and the distal end side of the bent thin portion is further bent. It can be formed by bending outward once. By forming the thin portion, the bending process for forming the spring portion is more easily performed, and the spring member can be more easily formed by performing the bending process twice.
[0185]
Further, the buffer support portion may be configured to be a portion having a lower hardness than the main body portion of the casing. That is, by making the hardness of the buffer support lower than the hardness of the main body, the buffer support is compressed and deformed relatively to the main body, and can function similarly to the spring. Such a buffer support portion can be made of, for example, a dissimilar material having a lower hardness than the main body portion. In this case, the dissimilar material portion can be joined to the main body portion by welding or brazing. Further, it is also possible to adopt a method in which a portion of the casing where the buffer support portion is to be formed is subjected to local softening heat treatment by means of electric heating or the like. In this case, the buffer support portion is integrally formed of the same material as the main body portion.
[0186]
When the Vickers hardness of the buffer support portion is Hvs and the Vickers hardness of the main body portion is Hvh, it is preferable that Hvh be 320 or more. If Hvh is less than 320, the strength of the casing may be insufficient and durability of the oxygen sensor may not be secured. Hvh is more desirably 360 or more. The hardness of the buffer support is preferably adjusted so that Hvh-Hvs is 60 or more. When Hvh-Hvs is less than 60, the amount of relative deformation of the buffer support with respect to the main body portion is insufficient, and the desired effect may not be sufficiently achieved. Hvh-Hvs is more preferably adjusted to be 80 or more.
[0187]
A separator-side support portion can be formed on the ceramic separator so as to protrude from the outer peripheral surface. The separator-side support portion can be formed, for example, in a flange shape along the circumferential direction of the ceramic separator. Then, a buffer support portion as a casing-side support portion is formed at the opening end surface of the casing, and the separator-side support portion can be configured to abut the buffer support portion. Thus, the ceramic separator can be assembled very simply by inserting it into the casing from the opening.
[0188]
Note that, in the configuration of the oxygen sensor, the casing is coaxially arranged with the casing, and is connected to the casing from the rear side while covering the ceramic separator from the outside while allowing each lead wire to extend to the rear outside of the casing. Cover member to be provided. In this case, a cover-side support portion that contacts the separator-side support portion from the side opposite to the buffer support portion can be formed at an axially intermediate position on the inner peripheral surface of the cover member. Thus, the cover member is coupled to the casing in a state where the buffer support portion is compressed and deformed, thereby forming the separator fixing means. By providing such a cover member, the ceramic separator can be more stably and reliably held and fixed.
[0189]
Note that the cover member is provided substantially coaxially with the casing as a cylindrical body independent of the casing, and allows the lead wire from the oxygen sensing element to extend to the rear outside of the casing. And the filter assembly according to the invention (A).
[0190]
Invention (H)
The oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor has a shaft-shaped oxygen sensing element, a cylindrical casing that houses the oxygen sensing element, and a plurality of oxygen sensors arranged in the casing and through which each lead wire from the oxygen sensing element is inserted. A ceramic separator formed with a lead wire insertion hole penetrating in the axial direction, and another cylindrical body coaxially integrated with the rear opening of the casing or the rear of the casing and having the inside communicating with the casing. It has a seal-side lead wire insertion hole through which each lead wire is inserted elastically inside the opening portion, and has a space between the outer surface of the lead wire and the inner surface of the casing or another cylindrical body. An elastic sealing member for sealing. The rear end face in the axial direction of the ceramic separator is in close contact with the front end face in the axial direction of the elastic seal member, and the ceramic separator is formed with a communicating portion for air passing therethrough in the axial direction. Then, the opening portion on the side close to the elastic seal member in the axial direction is formed at a position where the opening portion on the side close to the elastic seal member is not shielded by the elastic seal member.
[0191]
In the configuration of the oxygen sensor, since the opening on the side close to the elastic seal member of the air communication portion is not shielded by the elastic seal member, the ceramic separator is disposed in close contact with the ceramic separator despite the fact that the elastic seal member is closely attached to the ceramic separator. Does not hinder the ventilation in the air communication section.
[0192]
Specifically, in the ceramic separator, an axial ventilation through-hole can be formed separately from the separator-side lead wire insertion hole, and at the rear end surface, one end communicates with the ventilation through-hole, and the other end side is formed of ceramic. A ventilation groove that opens to the outer peripheral surface of the separator can be formed. In this case, these ventilation through holes and ventilation grooves form a ventilation communication part. According to this configuration, the opening at the other end of the ventilation groove is open to the outer peripheral surface of the ceramic separator, so that the gas is not blocked by the elastic sealing member, and the gas flows through the ventilation groove and the subsequent ventilation hole. It can be assured. Incidentally, in a direction intersecting with the axial direction in the axial middle portion of the ceramic separator, a lateral through hole may be formed in which one end is open to the outer peripheral surface of the ceramic separator and the other end communicates with the through hole for ventilation. Good. However, when the ceramic separator is manufactured by molding and firing powder, it is much easier to manufacture the powder molded body by forming the ventilation groove on the end face of the ceramic separator as in the above configuration, and the manufacturing efficiency is high. There are advantages.
[0193]
More specifically, the oxygen sensor can be configured as follows. That is, a filter holding portion having a cylindrical shape provided substantially coaxially on the rear side of the casing, communicating with the inside of the casing, and having one or more gas introduction holes formed in a wall portion; A gas introduction structure having a filter that is arranged to close the gas introduction hole of the holding unit and that prevents liquid permeation and allows gas permeation, and introduces outside air into the casing through the filter and the gas introduction hole. A gas introduction structure (corresponding to the above another cylindrical body) is provided. The ceramic separator is arranged so that the rear side in the axial direction of the oxygen sensing element enters the inside of the filter holding portion, and the front side also enters the inside of the casing, and a plurality of leads through which each lead wire from the oxygen sensing element is inserted. It is assumed that the line insertion hole is formed to penetrate in the axial direction. The elastic seal member is elastically fitted inside the rear opening of the filter holding portion, has a seal side lead wire insertion hole for inserting each lead wire, and has an outer surface of the lead wire and the filter holding portion. Seal between the inner surface. Further, the rear end face of the ceramic separator is located rearward of the gas introduction hole in the axial direction, and is in close contact with the front end face in the axial direction of the elastic seal member. A gap is formed between the gaps so that gas from the gas introduction hole is supplied into the gap. The ceramic separator is provided with the above-mentioned communicating portion for guiding the gas introduced into the gap into the casing.
[0194]
According to this configuration, by configuring the gas introduction structure using a filter that blocks liquid permeation and allows gas permeation, it prevents water droplets and the like from entering the casing, and serves as a reference gas. The outside air can be sufficiently introduced into the casing. In this case, by setting the rear end surface position of the ceramic separator behind the gas introduction hole, even if a water droplet or the like enters the gas introduction structure from the gas introduction hole, the ceramic separator hinders the course of the water droplet. The shape makes it more difficult for the water droplets and the like to flow into the casing. On the other hand, the reference gas flowing from the gas introduction hole can be introduced into the casing through the gas passage groove and the gas passage through hole without any trouble.
[0195]
Next, the oxygen sensing element can be formed in a hollow shaft shape with a closed end, and a shaft-shaped heating element for heating the oxygen sensing element can be arranged in the hollow portion. In this case, the ceramic separator is provided with four separator-side lead wire insertion holes for inserting lead wires from the oxygen sensing element and the heating element, each having a center on a virtual circumferential path (separator-side pitch circle). Can be formed so as to be arranged at a position. In addition, the ventilation through-hole can be formed in a central portion of the ceramic separator in a region surrounded by the four separator-side lead wire insertion holes. Further, the ventilation groove portion can be formed in a cross shape on the rear end face of the ceramic separator at a position not interfering with the four separator-side lead wire insertion holes. This effectively utilizes the limited volume of the ceramic separator, and efficiently inserts through holes, ventilation holes, and ventilation grooves of each lead wire from the oxygen sensing element and the heating element to a size that is not too small or too small. It can be arranged and formed.
[0196]
On the other hand, the oxygen sensor of the present invention can be configured as follows. That is, the ceramic separator is formed with a flange-like separator-side support portion protruding from the outer peripheral surface at an intermediate position in the axial direction. The ceramic separator has a portion located on the axial front side relative to the separator-side support portion inserted inside the rear end portion of the casing, and the separator-side support portion directly or another member with respect to the rear end surface of the casing. The rear portion in the axial direction is disposed so as to protrude outside the casing. Further, the protruding portion of the ceramic separator from the casing is covered from outside by the above-mentioned cover member as another cylindrical body. Then, one or a plurality of ventilation through portions are formed so as to penetrate the flange portion of the ceramic separator in the axial direction. This configuration is effective when, for example, there is no room for forming a through-hole for ventilation in the main body of the ceramic separator because a gas flow path can be secured using the flange portion. Further, if a ventilation through portion is formed in the main body of the ceramic separator and a ventilation through portion is further formed in the flange portion, the flow of gas can be performed more smoothly.
[0197]
Specifically, the ventilation through portion may be a plurality of grooves or notches formed at predetermined angular intervals with respect to the outer peripheral surface of the flange portion. According to this, the gas can be allowed to flow evenly in the circumferential direction of the flange portion, and the powder compact before firing can be easily formed, and the production efficiency is high.
[0198]
In the configuration of the oxygen sensor, the cover member is provided substantially coaxially with the casing as a cylindrical body independent of the casing, while allowing the lead wire from the oxygen sensing element to extend to the rear outside thereof, The filter assembly of the invention (A) connected to the casing from the rear side can be provided.
[0199]
Invention (I)
The oxygen sensor according to the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor includes a shaft-shaped oxygen sensing element, a cylindrical casing that houses the oxygen sensing element, and a gas introduction structure that introduces outside air into the casing. The gas introduction structure has a cylindrical shape provided substantially coaxially on the rear side of the casing, the inside communicates with the inside of the casing, and a filter holding portion having one or more gas introduction holes formed in a wall portion. And a filter that is arranged to close the gas introduction hole of the filter holding portion, and that blocks liquid permeation and permits gas permeation, and introduces outside air into the casing through the filter and the gas introduction hole. Also, a plurality of lead wires are arranged so that the rear side in the axial direction of the oxygen sensing element enters the inside of the filter holding portion, and the front side similarly enters the inside of the casing, and each lead wire from the oxygen sensing element is inserted. A ceramic separator formed with holes penetrating in the axial direction, and a seal-side lead wire insertion hole for elastically fitting inside the rear opening portion of the filter holding portion and for inserting each lead wire. And an elastic sealing member for sealing between the outer surface of the lead wire and the inner surface of the filter holding portion. Further, the rear end surface of the ceramic separator is located rearward of the gas introduction hole in the axial direction, and a predetermined amount of gap is formed between the elastic seal member and the ceramic separator at least at the lead wire insertion position. You.
[0200]
According to the above configuration, since a predetermined amount of gap is formed between the elastic seal member and the ceramic separator, for example, even if a difference occurs in the pitch circle diameter of the lead wire insertion hole between the two, the difference in the diameter is small. The lead wire is hardly bent by being absorbed by the gap, and the lead wire is less likely to be damaged or disconnected at the time of assembling the sensor. In addition, by configuring the gas introduction structure using a filter that blocks liquid permeation and allows gas permeation, the outside air as a reference gas is prevented from entering the casing while preventing water droplets and the like from entering the casing. Can be introduced sufficiently. The ceramic separator is disposed so as to enter the filter holding portion such that the rear end face is located on the rear side of the gas introduction hole. Since the separator plays the role of receiving the impact, the filter holding portion is prevented from being largely deformed, and the problem that the sealing property of the filter is impaired is less likely to occur. Furthermore, by setting the rear end face position of the ceramic separator behind the gas introduction hole, even if water droplets or the like enter the gas introduction structure from the gas introduction hole, the ceramic separator hinders the path of the water droplet. Therefore, the water droplets and the like hardly flow into the casing. The reference gas flowing from the gas introduction hole can be introduced into the casing without any trouble via the ventilation groove and the ventilation through hole.
[0201]
In the above structure, the ceramic separator may be formed separately from the separator-side lead wire insertion hole so as to axially penetrate a communication passage for guiding gas from the gap side to the inside of the casing. This allows the outside air as the reference gas introduced via the filter to be smoothly guided from the rear end face side of the ceramic separator into the casing through the air communication portion, so that a more stable oxygen sensor output can be obtained. It becomes possible.
[0202]
Next, the oxygen sensing element can be formed in a hollow shaft shape with a closed end, and a shaft-shaped heating element for heating the oxygen sensing element can be arranged in the hollow portion. In this case, the ceramic separator has three or more separator-side lead wire insertion holes for inserting lead wires from the oxygen sensing element and the heating element, each having a virtual circumferential path (separator-side pitch circle) at the center. It can be formed so as to be arranged on the upper side, and the elastic seal member has three or more seal-side lead wire insertion holes for inserting lead wires from the oxygen sensing element and the heating element, The respective centers can be formed so as to be located and arranged on a virtual circumferential path (pitch circle on the seal side). The pitch circle on the separator side and the pitch circle on the seal side can be set so that one of them has a larger diameter than the other.
[0203]
Next, on the front end surface of the elastic sealing member, a gap defining protrusion that defines the size of the gap can be formed by contacting the front end with the rear end surface of the ceramic separator. According to this configuration, since the elastic seal member comes into contact with the ceramic separator at the gap defining protrusion, the ceramic separator can be more stably fixed. In addition, since the amount of the gap to be formed is automatically determined according to the height of the gap defining protrusion, troublesome gap adjustment is unnecessary, and there is no fear that the gap amount changes after the elastic seal member is assembled.
[0204]
The gap defining protrusion can be formed in a region of the front end face of the elastic seal member located inside the seal-side lead wire insertion holes arranged on the seal-side pitch circle. In this configuration, since the gap defining protrusion is formed substantially at the center of the front end face of the elastic seal member, a stable contact state with the ceramic separator can be realized, and as a result, the elastic seal member can be displaced in the axial direction. Inclination is unlikely to occur. In this case, if the diameter of the separator-side pitch circle is larger than the diameter of the seal-side pitch circle, the contact area of the gap defining protrusion with respect to the rear end face of the ceramic separator is surrounded by the separator-side lead wire insertion hole. Position can be easily secured.
[0205]
On the other hand, a flange portion that protrudes outward from the outer peripheral surface is formed on the rear edge portion of the elastic seal member, and the elastic seal member contacts the rear edge surface of the filter holding portion at the flange portion. The position of the front end surface of the filter holding portion, that is, the gap amount may be defined. In this configuration, since the gap forming protrusion is not formed on the elastic sealing member, for example, the diameter of the separator-side pitch circle is small, and there is sufficient space for contact with the gap forming protrusion in the region surrounded by the separator-side lead wire insertion hole. This is effective when it cannot be secured.
[0206]
Invention (J)
The oxygen sensor according to the first aspect of the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor has a hollow shaft shape with a closed end and has an electrode layer on the inner and outer surfaces thereof, and the oxygen sensor is disposed in the hollow portion of the oxygen sensing element to heat the oxygen sensing element. A shaft-like heating element and a terminal fitting are provided. The terminal fitting is formed so as to surround the heating element in the circumferential direction, and has at least one of an internal electrode connection portion that contacts the electrode layer inside the oxygen sensing element and the internal electrode connection portion in the axial direction of the heating element. And a heating element gripping portion that is connected to the side of the heating element and grips the heating element. The heating element gripping portion of the terminal fitting has a cylindrical shape in which the heating element is inserted inside itself, and is elastically deformed radially outward with the insertion of the heating element, so that the elastic return force Accordingly, a heating element insertion guide portion for guiding the insertion of the heating element is formed at at least one end edge in the axial direction of the heating element.
[0207]
According to the structure of the oxygen sensor, since the heating element insertion guide portion is provided in the heating element grip portion, when the terminal element is assembled by inserting the heating element into the heating element grip portion, an edge of the heating element is required. Are hardly caught on the edge of the heating element gripping portion. Thus, the heating element can be easily attached to the terminal fitting, and the production efficiency of the oxygen sensor can be increased.
[0208]
In the above-described oxygen sensor, the heating element is often inserted into the heating element gripping portion from the tip side thereof and assembled. In this case, it is desirable that the heating element insertion guide portion is formed at an end edge farther from the tip of the oxygen sensing element with respect to the heating element gripping portion.
[0209]
Next, the heating element insertion guide portion can be configured as a cutout portion that cuts in the axial direction from the edge of the cylindrical heating element gripping portion and gradually reduces its width in the depth direction. This makes it possible to more smoothly insert the heating element into the heating element grip portion.
[0210]
Further, the oxygen sensor according to the second aspect of the present invention is configured as follows. That is, the oxygen sensor has a hollow shaft shape with a closed end and has an electrode layer on the inner and outer surfaces thereof, and the oxygen sensor is disposed in the hollow portion of the oxygen sensing element to heat the oxygen sensing element. A shaft-like heating element and a terminal fitting are provided. The terminal fitting is formed so as to surround the heating element in the circumferential direction, and has at least one of an internal electrode connection portion that contacts the electrode layer inside the oxygen sensing element and the internal electrode connection portion in the axial direction of the heating element. And a heating element gripping portion which is connected to the side of the heating element and grips the heating element. The heating element gripping portion of the terminal fitting has a cylindrical shape in which the heating element is inserted inside itself, and is elastically deformed radially outward with the insertion of the heating element, so that the elastic return force The heating element is thereby gripped, and at least one edge in the axial direction thereof is formed with a cutout in the axial direction and a notch that gradually reduces its width in the depth direction. .
[0211]
According to the structure of the oxygen sensor, the cutout portion formed in the heating element holding portion can function as a heating element insertion guide section for guiding the insertion of the heating element. This makes it difficult for the edge of the heating element to be caught on the edge of the heating element gripping part when the terminal fitting is assembled by inserting the heating element into the heating element gripping portion. Thus, the heating element can be easily attached to the terminal fitting, and the production efficiency of the oxygen sensor can be increased.
[0212]
In the first and second configurations of the oxygen sensor, a slit extending from one edge in the axial direction to the other edge can be formed in the cylindrical heating element gripping portion, and the cutout portion includes a heating element. It can be formed by cutting out both side portions of the slit of the grip portion. By the formation of the slit, the heating element gripping portion can be easily elastically deformed outward in the radial direction with the insertion of the heating element. In addition, the notch portion can be formed in a tapered shape by diagonally notching both sides of the slit of the heating element gripping portion from the middle position of the slit toward one edge.
[0213]
Further, the terminal fitting having the heating element gripping portion having the above configuration can be easily manufactured by adopting the following configuration. That is, in the terminal fitting, the first plate-shaped portion to be the internal electrode connection portion and the second plate-shaped portion to be the heating element gripping portion are adjacent to each other in the length direction, and are each in the width direction. It is assumed that the intermediate portion is formed by metal plate members connected to each other by a connecting portion. The first plate-shaped portion is formed into an internal electrode connection portion by bending both side portions in the width direction into a cylindrical shape. Similarly, the second plate-shaped portion is formed into a heating element gripping portion by bending both side portions in the width direction into a cylindrical shape. Here, the slits are formed so that the widthwise opposite edges face each other by bending.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a contact portion between a heat generating portion and an oxygen detection element in FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part of FIG. 1;
FIG. 4 is a front partial cross-sectional view of the filter assembly.
FIG. 5 is an explanatory view of an assembling process of a filter assembly.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the caulking method.
FIG. 7 is a plan sectional view of a caulked portion between the filter assembly and the protective cover, and a partially enlarged view thereof.
FIG. 8 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the same.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a configuration in which a front end side of a protective cover is extended.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a metal elastic member.
FIG. 11 is an enlarged view of an assembly connection caulking portion and its BB and CC sectional views.
FIG. 12 is an operation explanatory view of a main caulking portion and an auxiliary caulking portion in an assembly connection caulking portion.
FIG. 13 is a cross-sectional plan view showing a modification of the rotation prevention unit.
FIG. 14 is an explanatory view of an assembling process of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 15 is a conceptual diagram of a caulking device.
FIG. 16 is a schematic plan view showing the main part.
FIG. 17 is a schematic side sectional view of the same.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a ceramic separator.
FIG. 19 is a perspective view showing a ceramic separator together with some modifications.
FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a main part of an oxygen sensor using the ceramic separator of FIG. 19 (c).
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a heating element end portion accommodation hole and a separator-side lead wire insertion hole in a ceramic separator.
FIG. 22 is an explanatory view of an elastic seal member.
FIG. 23 is a perspective view showing an elastic seal member together with some modifications.
FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing a main part of an oxygen sensor using the elastic seal member of FIG. 23 (b).
FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing a main part of an oxygen sensor using the elastic seal member of FIG. 23 (c).
FIG. 26 is a diagram showing the terminal fitting of FIG. 1 in a single state;
FIG. 27 is a view showing an assembly in which terminal fittings are assembled to the heating element of FIG. 1;
28 is a partial sectional view conceptually showing a main part of FIG. 2 and a similar partial sectional view of a comparative example.
FIG. 29 is a view showing an example of a heat generating unit in FIG. 1;
FIG. 30 is a conceptual diagram illustrating a part of the operation of the oxygen sensor in FIG. 1 in comparison with a reference example.
FIG. 31 is a longitudinal sectional view showing a first modification of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 32 is a longitudinal sectional view showing a second modified example.
FIG. 33 is a partial cross-sectional view conceptually showing the vicinity of a heat generating portion in FIG. 32;
FIG. 34 is a longitudinal sectional view showing a third modification of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 35 is a view showing the terminal fitting of FIG. 34 in a single state;
FIG. 36 is a view showing an example of a plate-shaped metal member for manufacturing the terminal fitting of FIG. 35;
FIG. 37 is a longitudinal sectional view showing a fourth modification of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 38 is a diagram showing the terminal fitting of FIG. 37 in a single state.
FIG. 39 is an exaggerated view showing the operation of the terminal fitting of FIG. 37.
FIG. 40 is a longitudinal sectional view showing a fifth modification of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 41 is a longitudinal sectional view showing a sixth modification of the oxygen sensor of FIG. 1;
FIG. 42 is a vertical cross-sectional view showing an example in which the buffer support portion is formed as a spring portion.
FIG. 43 is an explanatory view of the manufacturing process of the spring portion of FIG. 42.
FIG. 44 is a longitudinal sectional view showing an example in which the buffer support portion is formed as a low hardness portion.
FIG. 45 is a longitudinal sectional view showing an example in which the holding filter holding portion is formed so as to straddle the step portion of the filter holding portion.
[Explanation of symbols]
1 oxygen sensor
2 Oxygen sensing element
2a Hollow inner wall surface
3 Heating element
9 Metal fittings
10 Casing
14 main cylinder
14a thin interior
16 Filter assembly (cover member, gas introduction structure)
18 ceramic separator
20, 21, 28, 29 Lead wire
27, 27a, 27b Heating element gripper
30 connection
42 Heating part
43 Outer layer ceramic part
50 Positioning protrusion
51 Filter holder
52 Gas inlet
53 Filter
54 Auxiliary filter holder
55 Auxiliary gas inlet
56,57 Filter caulking part
58 gap
59 Convex part
60 Stepped part
61 First part
62 Second part
63 concave part
64 protective cover
65 Gas accumulation space
66, 67 Caulked part (cover joint part)
68 External communication part
69 Groove
70 gap
71 Front opening
72 Separator-side lead wire insertion hole (lead wire insertion hole)
73 Separator side support (flange)
74 metal elastic members
75 Assembly connection caulking part
76 Main caulking part
77 Auxiliary caulking part (rotation prevention part)
84 Connecting part
90 buffer support
91 Seal side lead wire insertion hole
92 gap
93 Communication section for ventilation
94 Vent groove
95 Ventilation through hole
96 Clearance projection
97 Communication section for ventilation
98 gap
99 Flange
100 Heating element insertion guide
101 slit
102 Heating element end hole
Claims (4)
該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、
該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、
前記酸素検知素子の後端側にこれとほぼ同軸的に配置され、前記酸素検知素子及び前記発熱体からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータとを備え、
前記リード線挿通孔は、前記セラミックセパレータの中心軸線をとり囲むように配列するとともに、
該セラミックセパレータには、一端が該セラミックセパレータの前端面に開口し、底面が該セラミックセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、内径が前記発熱体の外径よりも大きく設定された発熱体端部収容孔が、前記各リード線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるように前記セラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成され、その発熱体収容孔内に前記発熱体の後端部が収容されるようになっており、さらに、
前記発熱体は、該発熱体の発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心していることを特徴とする酸素センサ。An oxygen sensing element having a hollow shaft shape with a closed end,
An axial heating element that is arranged in the hollow portion of the oxygen sensing element and heats the oxygen sensing element;
A cylindrical casing containing the oxygen sensing element;
A plurality of lead wire insertion holes, which are arranged substantially coaxially with the rear end of the oxygen sensing element and through which lead wires from the oxygen sensing element and the heating element are respectively inserted, are formed so as to penetrate in the axial direction. With a ceramic separator,
The lead wire insertion holes are arranged so as to surround the central axis of the ceramic separator,
In the ceramic separator, one end is opened at the front end face of the ceramic separator, the bottom face is located in the axial middle part of the ceramic separator, and the inner diameter is set to be larger than the outer diameter of the heating element. A part housing hole is formed in a form in which a center part of the ceramic separator is cut out so as to overlap with each of the lead wire insertion holes from inside, and a rear end of the heating element is formed in the heating element housing hole. Is to be housed, and
An oxygen sensor, wherein the heating element is eccentric near a heating portion of the heating element such that a central axis of the heating element is shifted to one side with respect to a central axis of a hollow portion of the oxygen sensing element.
前記発熱体端部収容孔の内径ｄ１が、該ピッチ円の直径ｄ２よりも小さく設定されている請求項１記載の酸素センサ。The lead wire insertion holes are formed such that their centers are arranged on a virtual circumferential path (hereinafter, referred to as a pitch circle),
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein an inner diameter d1 of the heating element end receiving hole is set smaller than a diameter d2 of the pitch circle.
前記ピッチ円の直径ｄ２と前記発熱体端部の外径Ｄとの比ｄ２／Ｄが１．７〜２．８の範囲で調整されている請求項１又は２に記載の酸素センサ。The lead wire insertion holes are formed such that their centers are arranged on a virtual circumferential path (hereinafter, referred to as a pitch circle),
3. The oxygen sensor according to claim 1, wherein a ratio d2 / D between a diameter d2 of the pitch circle and an outer diameter D of the end of the heating element is adjusted in a range of 1.7 to 2.8. 4.
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-
1997
- 1997-08-29 JP JP24983897A patent/JP3578436B2/en not_active Expired - Lifetime
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