JPH0473745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は内燃機関の排気系統で用いる形式の排
気酸素センサ、特に、排気酸素センサ組立体の内
側シールドに取り付けた外側水シールドを備えた
排気酸素センサに関する。

従来技術の説明 たとえば、米国特許第3844920号や同第4175019
号に開示されているように、内燃機関の排気系統
で使用してエンジンから排出された排気内の酸素
含量に見合つた電気信号を発生するように構成し
た形式の排気酸素センサは周知である。このよう
な酸素センサは通常は中実電解質ガルバーニ電気
式であつて、本質的に、酸素・鉄・導電性セラミ
ツク本体とこの本体の内外面に設けた外孔性電極
とを包含する。１つの電極が基準酸素源にさらさ
れており、他方の電極が酸素含量を測定しようと
している源、たとえば、排気にさらされている。
電極における酸素部分圧力の差が対応する電位差
を生じさせ、センサ出力電圧を与える。

このような酸素センサの出力電圧を用いてエン
ジン作動中にエンジンから排出された排気内に含
まれる酸素の量に見合つた信号を発生する。この
電圧信号がエンジンの他の作動条件に対する他の
信号と一緒に使用されて、たとえば米国特許第
4270503号に開示されているような要領でエンジ
ン内の燃料過程を監視、制御する。

近年になつて、上述の米国特許第4175019号に
開示されているものに構造上幾分似ているが、こ
の米国特許の構造の内側シールドを囲む外側金属
シールドを包含する酸素センサが市販された。こ
の外側シールドは酸素センサの管状本体に溶接し
た半径方向フランジを有し、この酸素センサは或
る種の自動車用途においてそれが穏やかな水はね
あるいは噴霧を受ける部位に使用される。しかし
ながら、このような外側シールドを固着するのに
用いられた溶接部は酸素センサの外観を損なうば
かりでなく、製造コストを高めると共にこのよう
な溶接を大量生産基準で行なうには特殊な溶接機
を使用せざるを得ないことになる。

発明の概要 本発明は内燃機関の排気系統で使用する酸素セ
ンサであつて、センサ本体に固着した管状内側シ
ールドと、内側シールド、したがつて、センサ本
体に自己錠止プツシユオン式内外リテナ手段によ
つて固定した外側シールドとを包含する酸素セン
サに関する。

したがつて、本発明の主目的は内側シールド、
外側シールドの両方を有し、自己錠止プツシユオ
ン式内外リテナ手段によつて外側シールドを内側
シールドに固着した形式の改良酸素センサを提供
することにある。

本発明の別の目的は個別の内外リテナ・リング
の形をした自己錠止プツシユオン式内外リテナ手
段を使用することによつて酸素センサの外側シー
ルドを内側シールドに取り付ける改良方法を提供
することにある。

本発明のまた別の目的は外側シールドを内側シ
ールドに取り付ける一体の自己錠止プツシユオン
式内外リテナ手段を有する改良酸素センサを提供
することにある。

本発明およびそれの他の目的、特徴をより良く
理解してもらうべく、添付図面に関連した詳細な
説明に以下言及する。

実施例の説明 まず第１図を参照して、ここに示す酸素センサ
１０は内燃機関の排気系統で使用する形式のもの
であり、たとえば、上述の米国特許第3844920号
および同第4175019号に開示されている形式のセ
ンサのような公知のセンサと機能的に類似したも
のである。

よつて、図示構造では、酸素センサ１０は段付
きの外形を有するシエル状センサ本体１１を包含
する。このセンサ本体は上方リム部１２と、スパ
ナ係合用外側ヘツドを構成する複数の外側平坦面
１５を備えた上方中間拡大ヘツド部１４と、酸素
センサをたとえば排気管（図示せず）に取り付け
るのに用いる下方外ねじ部１６とを包含する。ヘ
ツド部１４と下方外ねじ部１６は半径方向の平坦
な肩部１７によつてつながつており、この肩部１
７はこの分野では普通であるように固定ガスケツ
ト１８のための衝合肩部として役立つ。図示した
ように、センサ本体１１はそこを貫いて設けた段
付きの内径孔も備えており、この内径孔は中間の
環状円弧状内側支持肩部２０を構成する。

たとえばセラミツク、ジルコニアで作つた要素
２１がこれから説明する要領で肩部２０によつて
センサ本体１１内に設置してあり、そこに支持さ
れている。セラミツク・ジルコニア要素２１は中
空の鉛筆状の端部閉鎖チユーブの形をしている。
図示したように、セラミツク・ジルコニア要素２
１は薄肉部分２２を有し、この薄肉部分は小直径
閉鎖端２３で始まる最も薄い部分からテーパが付
いており、上方厚肉拡大直径部分２４で終つてお
り、これはそれぞれ上下の肩部２５，２６を構成
している。図示したように、下方肩部２６は肩部
２０の形状に対応した形状となつており、間には
さんだ金属製の下方ワツシヤ状ガスケツト２７と
衝合する。触媒式多孔性プラチナ電極３０，３１
がそれぞれセラミツク・ジルコニア要素２１の選
定した内外の表面を覆つている。こうして、図示
したように、内側電極３０は上方肩部２５の一部
まで延び、そこを覆つており、一方、外側電極３
１は下方肩部２６上まで延びており、これらの電
極はセラミツク・ジルコニア要素２１の拡大直径
部２４の非被覆外周面によつて物理的に隔離され
ている。

要素２１は、被覆された内外の電極３０，３１
のそれぞれと共に、電解センサ手段を構成してい
る。

カツプ状の下方金属製シールド３２は溶接など
によつてセンサ本体１１の下端に適当に取り付け
てある。普通のように、この金属製シールド３２
は適当に穿孔してあつて排気の流入、流出のため
のルーバ３３が設けてあり、それによつて、外側
電極３１が排気にさらされることになる。

たとえば銅で作つたワツシヤ状の中間シール・
ガスケツト３５が要素２１の上方肩部上にある内
側電極３０の表面と衝合するように設けてあり、
電極端子部材３６の下方フランジ部３６ａの底面
がこの中間シール・ガスケツト３５の上面と衝合
するように位置している。電極端子部材３６の下
方フランジ部３６ａの上面上にばねワツシヤ３７
が配置してある。

たとえば適当なセラミツク材料で作つた電気絶
縁リング３８がばねワツシヤ３７と衝合し、か
つ、電極端子部材３６の直立ステム部３６ｂをゆ
るく同心に囲むように設置してある。金属製の管
状内側シールド４０の外方に広がつた下端４０ａ
が電気絶縁リング３８の円弧状外周部と衝合し、
環状の金属製上方ガスケツト４１が内側シールド
４０の広がつた下端４０ａを囲んでおり、それに
よつて、センサ本体１１の上方リム部１２の頂端
を折り返したり、あるいは、かしめたときに、半
径方向内方に延びる環状のフランジ１２ａが生
じ、これはこれらの要素を相互に密封取り付けす
ると共に軸線方向の保持を行なうのに用いる。

図示したように、電極端子部材３６はそれぞれ
対向した上下の盲孔３６ｃ，３６ｄを備えてお
り、そのステム部３６ｂにある側方ポート３６ｅ
が下方の盲孔３６ｄ内に開口するように位置して
おり、それによつて、これら最後の２つの要素が
先に説明した電解センサ手段の内部に通じる空気
流路を構成する。

図示構造においては、上方盲孔３６ｃは電気ケ
ーブル４２の一端を受入れるようになつており、
この受入れられたケーブル端は絶縁材を剥してあ
り、裸のワイヤが電極端子部材３６と電気的な接
触を行なうことになり、次いで、ステム部３６ｂ
の壁の一部が３６ｆのところで半径方向内方にか
しめられ、次に、この壁の反対側の部分と裸ワイ
ヤをレーザービーム溶接などによつて相互に溶接
し、電気ケーブル４２を電極端子部材３６に固着
すると共にそれとの適正な電気接触を保証する。
こうして、電極端子部材３６および電気ケーブル
４２は酸素センサの電極端子手段を構成する。

酸素センサ１０は、内側シールド４０に加え
て、全体的に４３で示す外側シールド組立体を備
えており、これは酸素センサ１０が穏やかな水の
はねあるいは噴霧を受ける或る種のエンジン排気
系統の用途で用いる。

図示構造において、外側シールド組立体４３は
逆さカツプ状の金属製外側シールド４４を包含
し、これはベース４４ａを有し、このベースを貫
いて中央部４４ｂが設けてある。また、環状の垂
れ下がり段付き円筒形壁４４ｃも包含し、これは
その下端が環状の下向きに傾斜し、半径方向外方
に延びるフランジ４４ｄとなつており、このフラ
ンジはセンサ本体１１の上方傾斜肩部１７ａに対
応して形成してある。中央孔付きの逆さカツプ状
金属製リテナ４５が外側シールド４４内にプレス
ばめなどによつて適当に取り付けてあつて、ワツ
シヤ状ガスケツト４６をこれらの要素およびこれ
ら孔付きの要素を貫いて外方へ延びる電気ケーブ
ル４２と密封係合するように圧縮している。さら
に、外側シールド４４のベース４４ａとリテナ４
５のベース４５ａの両方がそれぞれ孔４７，４８
を備えており、これらの孔は図示したように互い
に直径方向に対向して位置しているのが好まし
い。それによつて、外側シールド４４の内部と電
気端子ポスト３６のポート３６ｅが大気に連通す
ることになる。

ここまで説明してきた酸素センサ１０は普通の
構造であり、また、先に説明したように、このよ
うな従来の組立体においては、外側シールド組立
体４３は、外側シールド４４の下方フランジをセ
ンサ本体１１に溶接することによつて酸素センサ
の他の機構要素と共に一体の組立体内に固着して
ある。

本発明の特徴によれば、外側シールド組立体４
３を酸素センサの他の構成要素にこのように一体
に組込むには、後述する要領で外側シールド４
４、内側シールド４０と組み合わせた自己錠止内
外リテナ手段を使用する。

第１図に示す実施例では、自己錠止内外リテナ
手段（全体的に50で示してある）は２つの別体の
リテナ・リングの形をしており、これらリテナ・
リングの一方は第２図、第３図で最も良くわかる
ように内側リテナ・リング６０であり、他方は第
４図、第５図で最も良くわかるように外側リテ
ナ・リング７０である。

第２図、第３図に示す構造ではばね金属で作つ
た内側リテナ・リング６０は截頭円錐形リング６
１の形をしており、この内周面は内方に延び、周
方向に隔たつた歯６２と半径方向の歯間溝６３と
を備えている。歯６２の対向した組の間の公称内
径は内側シールド４０の直壁部分の外径よりも小
さい所定の量となるように予め選定する。こうし
て、内側リテナ・リング６０は周知のプツシユオ
ン・ナツト式フアスナに機能的に類似した構造と
なる。

第４図、第５図に示す構造における外側リテ
ナ・リング７０も截頭円錐形リング７１の形にば
ね金属で作つてあり、その外周面は外方に延び、
円周方向に隔たつた歯７２と歯間溝７３とを備え
ている。歯７２の対向した組間の公称外径は外側
シールド４４の下方直壁部の内径よりも大きい所
定量となるように予め選定される。こうして構成
した場合、外側リテナ・リング７０は外側形式の
プツシユオン・ナツト・フアスナと言うことがで
きる。

第１図で最も良くわかるように、内側リテナ・
リング６０のリング部６１の外径は外側シールド
４４の下方直壁部の内径よりもかなり小さくてそ
の中にゆるく受け入れられており、一方、外側リ
ング７０のリング部７１の内径は内側シールド４
０の直壁部の外径よりもかなり大きくて外側リテ
ナ・リング７０が内側シールドをゆるく囲むよう
に位置することができる。

しかしながら、内側リテナ・リング６０のリン
グ部６１の外径は外側リテナ・リング７０のリン
グ部７１の内径に相対的に予め選定し、それによ
つて、第１図に示すようなすえ付け位置では、リ
ング６１の中実環状部分がリング７１の中実環状
部分に重なり、内側リテナ・リング６０がセンサ
本体１１の環状フランジ１２ａと衝合した着座位
置（第１図に示す位置）において外側リテナ・リ
ング７０を軸線方向に保持するように作用するこ
とになる。

外側シールド組立体４３、特に、外側シールド
４４の部分を酸素センサの他の構成要素と一体に
組立てるには、まず、外側リテナ・リング７０を
その歯７２が第１図で見て下方に延びるように位
置させ、内側シールド４０を囲み、センサ本体１
１のフランジ部１２ａと衝合するようにする。次
に、内側リテナ・リング６０をその歯６２が内側
シールド４０上で上向きとなるように位置させ
る。この内側シールド４０はその上に内側リテ
ナ・リング６０を組込み易くするように内側にか
しめた上リツプ端４０ｂを有する。次に、リング
６０を中空端付きの管状手工具（図示せず）など
によつて下方に押し、最終的に、外側リテナ・リ
ング７０と衝合させる。

内側リテナ・リング６０を第１図に示す最終取
付位置まで動かしたとき、歯６２は内側シールド
４０の外周面と係合することによつて半径方向外
方へ撓んで最終位置において張力をかけられる。
それによつて、これらの歯６２の各々の下方自由
端縁がばね張力の下に内側シールド４０の外周面
にめり込むことになる（自己錠止作用と呼べる）。
明らかなように、その後に内側リテナ・リング６
０を第１図で見て上向きに軸線方向の力を加えた
ならば、歯６２のこれらの縁を内側シールドの外
面にさらにめり込ませるようになる。

その後、外側シールド組立体４３の外側シール
ド４４を内側シールド４０を囲むように位置さ
せ、次に押し下げてその下方開口端が外側リテ
ナ・リング７０に嵌合し、フランジ４４ｄが第１
図に示すようにセンサ本体の肩部１７ａに衝合す
るようにする。

内側リテナ・リング６０に関して上述したと同
じ要領で、外側リテナ・リング７０を第１図に示
す最終取付位置まで外側シールド４４に相対的に
動かしたとき、歯７２は外側シールド４４の内周
面と係合させることによつて半径方向内方へ撓ん
で張力を加えられる。それによつて、これらの歯
７２の各々の上方自由端縁はばね張力の下に外側
シールド４４の内周面にめり込むことになる（自
己錠止作用と呼べる）。先に述べたように、その
後、外側リテナ・リング７０に第１図で見て上向
きに軸線方向の力を加えたならば（たとえば、外
側シールド４４に加えたように）、歯７２のこれ
らの縁は外側シールド４４の内周面にさらにめり
込むことになる。

本発明の原理を利用する第２の実施例が第６図
から第８図に示してあり、これらの図において、
同様の部分は同様の参照数字で示すが、場合に応
じてダツシユ記号が付けてある。

この第２実施例では、ばね金属の一体部品の形
をした内外リテナ手段５０′を用いており、これ
は第６図に示すように上方の外側リテナ・リング
部分７０′と下方の内側リテナ・リング部分６
０′とを包含し、これらリング部分７１′，６１′
の内外周縁は第６図、第８図で最も良くわかるよ
うに返しベンド式の環状フランジ６５によつてつ
ながつている。

第７図に示すように、内側リテナ・リング部分
６０′は、好ましくは、外側リテナ・リング部分
７０′に対して角度的にずれている。その結果、
歯６２′の各々が外側リテナ・リング部分７０′の
溝７３′の１つとほぼ半径方向に一致し、それに
対応して、外側リテナ・リング部分７０′の歯７
２′の各々が内側リテナ・リング部分６０′の溝６
３′の１つとほぼ半径方向に一致する。こうして、
好ましくは、内外のリング部分６０′，７０′の両
方が、それぞれ、同数の歯６２′，７２′を備え
る。図示構造では、それぞれ８つずつの歯を有す
る。

第１図から第５図までの実施例の内外リテナ手
段５０に関連して説明したように、この第２実施
例でも、内側リテナ・リング部分６０′は截頭円
錐形となつており、それによつて、すえ付け位置
において、歯６２′の各々の下方自由縁は内側シ
ールド４０の外周面にめり込むことになる。外側
リテナ・リング部分７０′も截頭円錐形となつて
おり、すえ付け位置において、歯７２′の各々の
上方自由縁が外側シールド４４の内周面にめり込
むことになる。

第２実施例において、外側シールド組立体４３
の取り付けを行なうには、まず、内外リテナ手段
５０′をその内側リテナ・リング部分６０′が内側
シールド４０の上方自由端に向くように位置さ
せ、次に、それを内側シールド４０に向つて軸線
方向に押し下げ、最終的に、内側リテナ・リング
部分６０′の中実環状リング部分６１′を第６図に
示す位置においてセンサ本体１１のフランジ部１
２ａと衝合させる。その後、外側シールド組立体
４３、特に、その外側シールド４４を第１図から
第５図の実施例に関連して先に説明したと同じ要
領で内外リテナ手段５０′の外側リテナ・リング
部分７０′に向つて軸線方向に押し下げる。

既に明らかになつたように、本発明による内外
リテナ手段を使用することによつて、外側シール
ド組立体を酸素センサの他の構成要素に一体に組
込んで固定することができると共に、このような
内外リテナ手段が外側シールド組立体内に位置し
ているため、完成した酸素センサ組立体の外観に
影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の排気系統で使用する形式の
酸素センサの縦断面図であり、本発明の第１実施
例による内外リテナ手段によつて、すなわち、別
体の内外のリテナ・リングによつて酸素センサの
外側シールドをセンサ組立体の内側シールドに固
着した状態を示す図である。第２図は第１図の内
外リテナ手段の内側リテナ・リングそのものの拡
大頂面図である。第３図は第２図の３−３線に沿
つた、内側リテナ・リングの断面図である。第４
図は第１図の内外リテナ手段の外側リテナ・リン
グそのものの拡大頂面図である。第５図は第４図
の５−５線に沿つた、外側リテナ・リングの断面
図である。第６図は第１図の酸素センサの一部の
部分断面図であり、本発明の第２実施例による内
外リテナ手段（内外リテナ・リングが一体構造と
なつている）によつて外側シールドを内側シール
ドに固着した状態を示す図である。第７図は第６
図の内外リテナそのものの拡大底面図である。第
８図は第７図の８−８線に沿つた、内外リテナ・
リングの断面図である。 主要図第１図、主要部分の符号の説明、１０…
…酸素センサ、１１……センサ本体、３０，３１
……内外の電極、３２……カツプ状下方金属製シ
ールド、３５……ワツシヤ状中間シール・ガスケ
ツト、３６……電極端子部材、３８……電気絶縁
リング、４０……内側シールド、４２……電気ケ
ーブル、４３……外側シールド組立体、４４……
外側シールド、４５……リテナ、５０……内外リ
テナ手段、６０……内側リテナ・リング、６１…
…截頭円錐形リング、６２……歯、６３……歯間
溝、７０……外側リテナ・リング、７１……截頭
円錐形リング、７２……歯、７３……歯間溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状センサ本体１４と、このセンサ本体１４
   内に支持されており、１つの表面３１がセンサ本
   体１４に対して電気作動連結してある電解センサ
   要素２１と、電解センサ要素２１の第２の面３０
   と電気作動連結している電極端子３６と、センサ
   本体１４内で電極端子３８の一部を囲んでいる電
   気絶縁リング３８と、この電気絶縁リング３８を
   囲んでおり、センサ本体のフランジ付き部分１２
   ａによつて保持されている金属製の管状内側シー
   ルド４０と、この内側シールド４０を囲み、セン
   サ本体１４と衝合している逆さカツプ状金属製外
   側シールド４４を包含する外側シールド組立体４
   ３とを有する形式の酸素センサ１０において、前
   記内側シールド４０が自己錠止プツシユオン式内
   外リテナ手段６０，７０，６０′，７０′を支持し
   ており、これらリテナ手段が前記内側シールド４
   ０の外周面を作動状態で把持する円周方向に隔た
   り、半径方向内方に延びる歯６２，６２′と、前
   記外側シールド４４の内周面に作動状態でめり込
   む円周方向に隔たり、半径方向外方へ延びる歯７
   ２，７２′とを有することを特徴とする酸素セン
   サ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の酸素センサにお
   いて、前記内外リテナ手段が離間した外周歯７２
   と歯間溝７３とを有する截頭円錐形リングの形態
   をした外側リテナ・リング７０を包含し、この外
   側リテナ・リングが前記内側シールド４０を囲む
   ように位置していて前記内側シールドに隣接して
   前記センサ本体１４と衝合し、さらに、前記内外
   リテナ手段が間隔を置いた内周歯６２と歯間溝６
   ３とを有する截頭円錐形リングの形態をした内側
   リテナ・リング６０を包含し、この内側リテナ・
   リングが前記外側リテナ・リング７０の軸線方向
   移動を阻止する位置において前記内側シールド４
   ０まわりに位置し、前記内周歯６２が前記内側シ
   ールド４０の外周面と係合するようにしたことを
   特徴とする酸素センサ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の酸素センサにお
   いて、前記内外リテナ手段が一体の要素５０′で
   あり、これが離間した内周歯６２′と歯間溝６
   ３′とを有する内側截頭円錐形リング部分６０′
   と、離間した外周歯７２′と歯間溝７３′とを有す
   る外側截頭円錐形リング部分７０′と、前記内側
   リテナ・リング部分６０′を前記外側リテナ・リ
   ング部分７０′と連結している返しベンド式環状
   フランジ６５とを包含することを特徴とする酸素
   センサ。