JPH0660883B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば車両の排気管等に取付けられ、排気ガ
ス中の酸素濃度を検出するのに好適に用いられる酸素セ
ンサに関する。

〔従来の技術〕

一般に、自動車等のエンジンにあっては、空気と燃料と
の混合気を燃焼室内で燃焼（爆発）させて所望の出力を
得るようにしているから、空気と燃料との混合比、即ち
空燃比が小さく（燃料が濃く）なると不完全燃焼を起
し、逆に、空燃比が大きく（燃料が薄く）なると出力が
低下してしまう。

このため、最近の自動車等には、排気管等に酸素センサ
（Ｏ_２センサ）を取付けて、排気ガス中の酸素濃度を検
出し、これによって、前記空燃比をフィードバック制御
するようにしている。

そこで、第３図に従来技術の酸素センサを示す。

図において、１はステンレス鋼等の金属材料によって筒
状に形成されたセンサ本体を示し、該センサ本体１は、
先端部外周側に取付け部としてのおねじ部２Ａが形成さ
れ、基端側が嵌合部２Ｂとなった段付筒状のホルダ２
と、先端側が該ホルダ２の嵌合部２Ｂ外周側にカシメ部
３Ａ，３Ａ，…により固定され、基端側に環状の段部３
Ｂを介して縮径部３Ｃが設けられた段付筒状のキャップ
３とからなり、ホルダ２の先端部内周側には後述のジル
コニアチューブ５と係合する肩部２Ｃが形成されてい
る。そして、該センサ本体１はホルダ２のおねじ部２Ａ
を車両の排気管（図示せず）に螺着することにより、ジ
ルコニアチューブ５等を排気管内に径方向に突出させた
状態で配設するようになっている。

４はセンサ本体１内に配設された絶縁筒体を示し、該絶
縁筒体４はアルミナ等のセラミック材料によって段付筒
状に形成され、その一端側はキャップ３の縮径部３Ｃ内
に挿入され、他端側はホルダ２の嵌合部２Ｂ内に嵌挿さ
れている。そして、該絶縁体４はセンサ本体１と後述の
コンタクトプレート１０との間を絶縁状態におくように
なっている。

５は一端側がホルダ２の肩部２Ｃにリング状のワッシャ
６を介して係合され、他端側がホルダ２外に軸方向に突
出したジルコニアチューブを示し、該ジルコニアチュー
ブ５は酸化ジルコニウム等のセラミック材料によって断
面Ｕ字形状に形成され、その一端側は大径の開口部５Ａ
となり、突出端は閉塞端５Ｂとなっている。そして、該
ジルコニアチューブ５はその内側と外側との酸素に濃度
差が生じると、酸素イオンが通り抜けるようになり、後
述の外側電極７、内側電極８間に第４図に示す検出信号
としての起電力を発生させるようになっている。なお、
該ジルコニアチューブ５の内、外面には多孔質の白金
（図示せず）がコーティングされ、前記起電力の増幅作
用（触媒作用）を行うようになっている。

７，８はジルコニアチューブ５の外面、内面にそれぞれ
設けられた外側電極、内側電極を示し、該外側電極７，
内側電極８は白金等の金属材料をジルコニアチューブ５
の外面、内面に塗布等の手段を用いて付着させることに
より形成され、外側電極７はホルダ２の肩部２Ｃにワッ
シャ６を介して接続され、アースされるようになってい
る。また、内側電極８はジルコニアチューブ５の閉塞端
５Ｂ内面側から開口部５Ａの端面側まで引出し部８Ａと
なって伸び、該引出し部８Ａは後述のコンタクトプレー
ト１０に接続されている。また、９はジルコニアチュー
ブ５の突出端側を保護すべく有蓋筒状に形成されたプロ
テクタを示し、該プロテクタ９はその先端側がホルダ２
の先端側にカシメ固定され、ジルコニアチューブ５とほ
ぼ同軸に位置決めされている。また、該プロテクタ９に
はその周面に複数の長孔９Ａ，９Ａ，…が形成され、該
各長孔９Ａは排気管中の排気ガスをジルコニアチューブ
５の外面側に導入するようになっている。

１０は絶縁筒体４内を軸方向に伸長して配設されたコン
タクトプレートを示し、該コンタクトプレート１０はス
テンレス鋼等からなる一枚の金属板をプレス等の手段で
曲げ加工することにより形成され、その一端側には後述
のリード線１１用の接続部１０Ａが、他端側には円板状
のコンタクト部１０Ｂがそれぞれ設けられている。そし
て、該コンタクト部１０Ｂはジルコニアチューブ５の開
口部５Ａ端面と絶縁筒体４の先端側端面との間で後述す
るディスクスプリング１２のばね荷重により強く挟持さ
れ、前記内側電極８と接続されている。なお、該コンタ
クト部１０Ｂは前記曲げ加工により円板状に形成されて
いるから、その中央部側に小さな切欠き部１０Ｃ等が介
在するようになっている。

１１は先端側がコンタクトプレート１０の接続部１０Ａ
に接続され、センサ本体１外へと導出されたリード線を
示し、該リード線１１はジルコニアチューブ５で発生す
る起電力を検出信号として、内側電極８およびコンタク
トプレート１０を介して外部のコントロールユニット
（図示せず）へと出力するようになっている。１２はキ
ャップ３の段部３Ｂと絶縁筒体４の一端側との間に配設
されたディスクスプリングを示し、該ディスクスプリン
グ１２は皿ばねによって形成され、絶縁筒体４を介して
ジルコニアチューブ５の開口部５Ａ外周側をホルダ２の
肩部２Ｃに押付けると共に、コンタクトプレート１０の
コンタクト部１０Ｂに挟持力等を与えるようになってい
る。

さらに、１３はリード線１１の周囲をシールしているラ
バチューブを示し、該ラバチューブ１３はフッ素ゴム等
によって形成され、リード線１１と絶縁筒体４の一端
側、キャップ３の縮径部３Ｃとの間に介挿されている。
そして、該ラバチューブ１３はリード線１１の周囲から
センサ本体１および絶縁筒体４内に雨水等が浸入するの
を防止するようになっている。

従来技術による酸素センサは上述の如き構成を有するも
ので、センサ本体１はホルダ２のおねじ部２Ａを介して
車両の排気管に螺着され、ジルコニアチューブ５の先端
側をプロテクタ９と共に排気管内へと突出させた状態で
固定される。そして、排気管中の排気ガスはプロテクタ
９の各長孔９Ａを介してジルコニアチューブ５の周囲に
導入させる。このとき、排気ガスは空気と燃料との混合
気を燃焼させた廃ガスであるから、この排気ガス中の酸
素濃度は低下しており、ジルコニアチューブ５内側の大
気と外側の排気ガスとの間には酸素濃度に大きな差が生
じる。

このため、該ジルコニアチューブ５の外側電極７、内側
電極８間には起電力が生じ、この起電力は検出信号とし
て、コンタクトプレート１０、リード線１１を介してコ
ントロールユニットへと出力され、空燃比をフィードバ
ック制御するのに用いられる。この場合、前記検出信号
は第４図に示すように、空燃比が小さいときには燃料が
過濃となって、不完全燃焼を起すから、排気ガス中の酸
素濃度は大幅に低下し、７００〜９００mV程度まで上昇
し、逆に、空燃比が大きくなったときには燃料が希薄と
なって、燃焼に関与しない酸素が排気ガス中に残留する
から、酸素濃度はそれ程低下せず、５０〜６０mV程度ま
で急激に下降する。そして、この空燃比はコントロール
ユニットにより検出信号が５００mV程度に維持されるよ
うにフィードバック制御される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述した従来技術では、リード線11とキャッ
プ３の縮径部３Ｃ等との間にラバチューブ１３を介挿
し、リード線１１の周囲をシールするようにしているも
のの、該ラバチューブ１３はフッ素ゴム等によって形成
されているから、エンジンの高熱が排気管、ホルダ２、
キャップ３および絶縁筒体４等を介してラバチューブ１
３に伝えられると、該ラバチューブ１３は早期に劣化
し、リード線１１の周囲をシールできなくなり、外部の
雨水等が内部に浸入してしまうという欠点がある。

また、ホルダ２とキャップ3とは各カシメ部3Ａによって
固定されているに過ぎないから、ホルダ２の嵌合部２Ｂ
とキャップ３の各カシメ部３Ａ側との間からも外部の雨
水等が内部に浸入することがあり、特性不良等の原因と
なる。

さらに、リード線１１に対するコンタクトプレート１０
の接続部１０Ａが絶縁筒体４内に位置しているから、該
コンタクトプレート１０は接続部１０Ａをリード線１１
の芯線にカシメにより接続した後、該リード線１１と共
に絶縁筒体４内に挿通しなければならず、組立作業を自
動化できないという欠点に加えて、全体が大型化して材
料費が高くなり、コストアップを招くという欠点があ
る。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、ラバチューブ等を不要にして耐熱性を向上でき、外
部の雨水等が浸入するのを防止できる上に、組立作業の
自動化や小型化等を図ることができ、材料費等を確実に
削減できるようにした酸素センサを提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明は、先端部外周
側が車両への取付部となり、基端側が径方向内向きに折
曲げられて環状の折曲げ部となった筒状のホルダと、大
径部側が該ホルダ内に挿入され、小径部側が該ホルタの
折曲げ部を介して外部に突出した段付筒状の絶縁筒体
と、一端側が前記ホルダの先端部内周側に該絶縁筒体と
当接するように取付けられ、他端側がホルダ外に突出し
て閉塞端となったジルコニアチューブと、該ジルコニア
チューブの外面、内面にそれぞれ設けられた外側電極、
内側電極と、前記絶縁筒体内に配設され、一端側が該絶
縁筒体の小径部側から外部に突出すると共に、他端側が
前記ジルコニアチューブと絶縁筒体との間で挟持されて
該内側電極と接続されたコンタクトプレートと、該コン
タクトプレートの一端側と絶縁筒体の小径部側との間を
シールすべく、該絶縁筒体の小径部に取付けられたキャ
ップとからなる構成を採用している。

〔作 用〕

絶縁筒体の小径部側をホルダの折曲げ部を介して外部に
突出させ、該小径部側からコンタクトプレートの一端側
の外部に突出させ、該一端側と小径部側との間を該小径
部に取付けたキャップによりシールする構成としたか
ら、外部からの高熱は絶縁筒体を介してキャップに伝わ
るに過ぎず、耐熱性を向上でき、シール作用を長期に亘
って保持できる。また、コンタクトプレートを絶縁筒体
内に挿通した後、外部に突出した一端側にリード線を接
続することが可能となり、組立作業を自動化できる。さ
らに、ホルダによってセンサ本体を構成でき、小型化を
図ることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて
説明する。なお、実施例では前述した第３図に示す従来
技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

図中、２１はセンサ本体を構成するホルダを示し、該ホ
ルダ２１はステンレス鋼等の金属材料によって段付筒状
に形成され、先端部外周側に設けられた車両への取付部
としてのおねじ部２１Ａと、先端側端面にプロテクタ９
の先端側を固定するカシメ部２１Ｂと、先端部内周側に
設けられ、ジルコニアチューブ５の開口部５Ａが外周側
がワッシャ６を介して係合する肩部２１Ｃと、中間部に
設けられた厚肉筒部２１Ｄと、該厚肉筒部２１Ｄの基端
側から軸方向に延設された薄肉筒部２１Ｅとから大略構
成されている（第２図参照）。

そして、該薄肉筒部２１Ｅの基端側は後述する絶縁筒体
２２等の挿入後に、径方向内向きに折曲げられて環状の
折曲げ部２１Ｆとなり、該折曲げ部２１Ｆは後述のディ
スクスプリング２５と共に絶縁筒体２２、ジルコニアチ
ューブ５等をホルダ２１内に位置決めするようになって
いる。また、該薄肉筒部２１Ｅの中間部には電気的に加
熱しつつ、例えば３５０kg／cm²程度の荷重で軸方向に
加圧することによって形成された加熱カシメ部21Ｇが設
けられ、該加熱カシメ部２１Ｇは薄肉筒部２１Ｅの軸方
向長さを短縮することによってディスクスプリング２５
を圧縮状態におくようになっている。

２２は大径部２２Ａ側がホルダ２１内に挿入され、小径
部２２Ｂ側がホルダ２１の折曲げ部２１Ｆを介して外部
に突出した絶縁筒体を示し、該絶縁筒体２２はアルミナ
等のセラミック材料によって大径部２２Ａおよび小径部
２２Ｂからなる段付筒状体として形成されている。そし
て、大径部２２Ａの先端面はジルコニアチューブ５の開
口部５Ａ端面との間で後述するコンタクトプレート２３
のコンタクト部２３Ｂを挟持し、該コンタクト部２３Ｂ
を内側電極８の引出し部８Ａに接続させるようになって
いる。また、小径部２２Ｂの外周側には環状溝２２Ｃが
形成され、該環状溝２２Ｃには後述のキャップ２６がカ
シメ等の手段を用いて係合されるようになっている。

２３は絶縁筒体２２内を軸方向に伸長して配設されたコ
ンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート２３は
ステンレス鋼等からなる一枚の金属板をプレス等の手段
を用いて曲げ加工することにより形成され、その一端側
には長尺の接続部２３Ａが、他端側には円板状のコンタ
クト部２３Ｂがそれぞれ設けられている。そして、該コ
ンタクトプレート２３にはコンタクトゥ２３Ｂ側寄りに
位置して、径方向外向きに張出した湾曲部２３Ｃが形成
され、該湾曲部２３Ｃはコンタクトプレート２３を絶縁
筒体２２内に挿入したときに、その内周面に弾性的に係
合し、該コンタクトプレート２３を絶縁筒体２２内に位
置決めするようになっている。また、該コンタクトプレ
ート２３の接続部２３Ａは絶縁筒体２２の小径部２２Ｂ
側から外部に突出し、その突出端側には後述のリード線
２４が接続されている。

２４はコンタクトプレート２３の接続部２３Ａ突出端側
にカシメ等の手段を用いて接続されたリード線を示し、
該リード線２４はジルコニアチューブ５で発生する起電
力を検出信号として、内側電極８およびコンタクトプレ
ート２３を介して外部のコントロールユニットへと出力
するようになっている。

２５はホルダ２１の折曲げ部２１Ｆと絶縁筒体２２の大
径部２２Ａ一端との間に配設されたディスクスプリング
を示し、該ディスクスプリング２５は皿ばね等によって
形成され、ホルダ２１の薄肉筒部２１Ｅに加熱カシメ部
２１Ｇを形成したときに図示の如く圧縮状態におかれる
ようになっている。そして、該ディスクスプリング２５
は絶縁筒体22を介してジルコニアチューブ５の開口部５
Ａ側をホルダ２１の肩部２１Ｃに押付けると共に、コン
タクトプレート２３のコンタクト部２３Ｂに挟持力を与
え、該コンタクト部２３Ｂを内側電極８の引出し部８Ａ
に確実に接触させるようになっている。

さらに、２６はコンタクトプレート２３の接続部２３Ａ
突出側と絶縁筒体２２の小径部２２Ｂとの間をシールす
るキャップを示し、該キャップ２６はステンレス鋼等の
金属材料によって段付筒状に形成され、小径部２２Ｂの
環状溝２２Ｃにロールカシメ等の手段を用いて固定され
ている。そして、該キャップ２６の一端側はロールカシ
メ等の手段で接続部２３Ａの突出側へと径方向内向きに
縮径された縮径部２６Ａとなり、該縮径部２６Ａは接続
部２３Ａの突出側に密着することにより、その周囲から
外部の雨水等が浸入するのを防止するようになってい
る。また、該キャップ２６の他端側はホルダ２１の折曲
げ部２１Ｆから離間し、絶縁状態におかれるようになっ
ている。

本実施例による酸素センサは上述の如き構成を有するも
ので、その基本的動作については従来技術によるものと
格別差異はない。

然るに、本実施例では、ホルダ２１に薄肉筒部２１Ｅを
一体形成することにより、該ホルダ２１のみでセンサ本
体を構成し、該ホルダ２１の折曲げ部２１Ｆから絶縁筒
体２２の小径部２２Ｂ側を外部に突出させ、該小径部２
２Ｂに環状溝２２Ｃを介して取付けられたキャップ２６
により、コンタクトプレート２３の接続部２３Ｂ周囲を
縮径部２６Ａを介してシールするようにしたから、外部
の雨水等が内部に侵入するのをキャップ２６により防止
できる。そして、エンジン等からの高熱はセラミック材
料からなる絶縁筒体２２を介してのみキャップ２６に伝
わるから、該キャップ２６が高温状態におかれるのを可
及的に防止できる上、該キャップ２６は金属材料によっ
て形成されているから、耐熱性を大幅に向上できる、そ
のシール作用を長期に亘って保持できる。

また、ホルダ２１の折曲げ部２１Ｆと絶縁筒体２２の大
径部２２Ａとの間にはディスクスプリング２５が圧縮状
態で配設されているから、この間をディスクスプリング
２５によりシールでき、前記キャップ２６と共に雨水等
の浸入を確実に防止できる。

さらに、コンタクトプレート２３は接続部２３Ａを外部
に突出させて、その突出端側でリード線２４に接続して
いるから、該コンタクトプレート２３を絶縁筒体２２内
に配設して、ホルダ２１内に組込んだ後に、接続部２３
Ａの突出端側にリード線２４を接続することができ、当
該酸素センサの組立作業を完全に自動化することが可能
となる。この場合、コンタクトプレート２３には湾曲部
２３Ｃを設け、該コンタクトプレート２３を絶縁筒体２
２内に挿入したとき、該湾曲部２３Ｃによりコンタクト
プレート２３を絶縁筒体２２内に位置決めする構成とし
ているから、ホルダ２１の薄肉筒部２１Ｅに加熱カシメ
部２１Ｇを形成して、ディスクスプリング２５を圧縮さ
せるとき等に、コンタクトプレート２３が絶縁筒体２２
内で位置ずれを防止でき、組立作業の自動化をより確実
に促進することができる。

また、従来技術に比較して、第３図に示したキャップ３
を不要にできる上に、絶縁筒体２２の軸方向寸法を縮小
化できるから、当該酸素センサを確実に小型化でき、材
料費等を削減してコストダウンを図ることができる等、
種々の効果を奏する。

なお、前記実施例では、ホルダ２１の折曲げ部２１Ｆと
絶縁筒体２２の大径部２２Ａとの間にディスクスプリン
グ２５を配設するものとして述べたが、該ディスクスプ
リング２５は必ずしも設ける必要はなく、この場合はホ
ルダ２１の薄肉筒部２１Ｅに加熱カシメ部２１Ｇを形成
するときに、折曲げ部２１Ｆにより絶縁筒体２２の大径
部２２Ａを直接的に軸方向に押圧して、ジルコニアチュ
ーブ５等に押付け力を与えるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、絶縁筒体の小径部
側をホルダの折曲げ部を介して外部に突出させ、該小径
部側からコンタクトプレートの一端側を外部に突出さ
せ、該一端側と小径部側との間を該小径部に取付けたキ
ャップによりシールする構成としたから、耐熱性を向上
させて、シール作用を長期に亘って保持でき、雨水等が
内部に浸入するのを防止できる。また、ホルダ内に絶縁
筒体やコンタクトプレート等を組込んだ後に、外部に突
出するコンタクトプレートの一端側にリード線を接続す
ることができ、組立作業を自動化することが可能とな
る。さらに、当該酸素センサを小型化でき、コストダウ
ンを図ることができる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、第１図は
酸素センサの縦断面図、第２図はホルダの縦断面図、第
３図および第４図は従来技術を示し、第３図は酸素セン
サの縦断面図、第４図は検出信号の出力特性線図であ
る。 ５……ジルコニアチューブ、５Ａ……開口部、７……外
側電極、８……内側電極、２１……ホルダ、２１Ａ……
おねじ部、２１Ｃ……肩部、２１Ｅ……薄肉筒部、２１
Ｆ……折曲げ部、２１Ｇ……加熱カシメ部、２２……絶
縁筒体、２２Ａ……大径部、２２Ｂ……小径部、２３…
…コンタクトプレート、２３Ａ……接続部、２３Ｂ……
コンタクト部、２３Ｃ……湾曲部、２４……リード線、
２５……ディスクスプリング、２６……キャップ、２６
Ａ……縮径部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部外周側が車両への取付部となり、基
   端側が径方向内向きに折曲げられて環状の折曲げ部とな
   った筒状のホルダと、大径部側が該ホルダ内に挿入さ
   れ、小径部側が該ホルダの折曲げ部を介して外部に突出
   した段付筒状の絶縁筒体と、一端側が前記ホルダの先端
   部内周側に該絶縁筒体と当接するように取付けられ、他
   端側がホルダ外に突出して閉塞端となったジルコニアチ
   ューブと、該ジルコニアチューブの外面、内面にそれぞ
   れ設けられた外側電極、内側電極と、前記絶縁筒体内に
   配設され、一端側が該絶縁筒体の小径部側から外部に突
   出すると共に、他端側が前記ジルコニアチューブと絶縁
   筒体との間で挟持されて該内側電極と接続されたコンタ
   クトプレートと、該コンタクトプレートの一端側と絶縁
   筒体の小径部側との間をシールすべく、該絶縁筒体の小
   径部に取付けられたキャップとから構成してなる酸素セ
   ンサ。