JP4143027B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用内燃機関等の排気系に設置して排気ガス内の酸素濃度を検出する酸素センサに関する。

従来より種々の酸素センサが提案されている。特許文献１は、その一例としての酸素センサを開示する。

上記文献の酸素センサ１００は、図３に示すように、酸素濃度を検出し、この検出濃度を電気信号に変換する検出素子１０１と、この検出素子１０１を挿入する素子挿入孔１０２ａを有した素子位置決め用碍子１０２と、この素子位置決め用碍子１０２と検出素子１０１との間にガラス封着材１０３ａを封止して双方間をシールし、且つ、検出素子１０１を素子位置決め用碍子１０２内に位置決めする素子位置決め部１０３と、素子位置決め用碍子１０２より突出した検出素子１０１の接点部１０１ａに圧接し、検出素子１０１からの出力を取り出す端子１０４と、素子位置決め用碍子１０２の上面に配置され、端子１０４を保持する端子保持用碍子１０５と、素子位置決め用碍子１０２の外周に配置され、素子位置決め用碍子１０２を保持するホルダ１０６と、このホルダ１０６の一端側に固定され、端子保持用碍子１０５の外周を被うケーシング１０７と、ホルダ１０６の他端側に固定され、素子位置決め用碍子１０２より突出した検出素子１０１の外周を被うプロテクタ１０８とを備えている。

このように構成された酸素センサ１００は、ホルダ１０６のネジ部１０６ａを排気管１１０に螺合することにより排気管１１０に固定され、プロテクタ１０８で覆われた箇所が排気管１１０内に突出された状態で配置される。
特開２００１−１８８０６０号公報

しかしながら、前記従来の酸素センサ１００では、端子保持用碍子１０５と素子位置決め用碍子１０２の２つの碍子を有する構造であることから、素子位置決め用碍子１０２を保持するホルダ１０６が別途必要であるため、部品点数が多くなり、且つ、酸素センサ１００の全体長が大型化するという問題があった。

本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、部品点数の削減及び全体長の小型化を図ることができる酸素センサを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、検出素子と、この検出素子を挿入する素子挿入孔を有したホルダと、このホルダと前記検出素子との間を圧縮されたセラミック粉を充填して双方間をシールし、且つ、前記検出素子を前記ホルダ内に位置決めする素子位置決め部と、前記検出素子の接点部に接触し、前記検出素子からの出力を取り出す端子と、前記ホルダの一端側に固定され、前記端子を保持する端子保持用碍子と、前記ホルダの一端側に固定され、前記端子保持用碍子の外周を被うケーシングと、前記ホルダの他端側に固定され、前記ホルダより突出した前記検出素子の外周を被うプロテクタとを備え、前記ホルダと前記端子保持用碍子との固定は、前記ホルダに碍子位置決め溝と該碍子位置決め溝の外周にカシメ部とを設け、前記碍子位置決め溝に端子保持用碍子の一端側を配置し、且つ、カシメ変形した前記カシメ部を前記端子保持用碍子に係止することによって行うようにしたことを趣旨とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、素子位置決め部は、前記素子挿入孔の全外周に配置された粉充填スペースと該粉充填スペースの近傍に設けられたカシメ部とを有し、前記粉充填スペースにセラミック粉とスペーサを収容し、カシメ変形した前記カシメ部によって前記スペーサを圧縮し、この圧縮力で前記セラミック粉を圧縮状態で充填した構成としている。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、前記検出素子はロッド状に形成された構成としている。

請求項１の発明によれば、検出素子をホルダ内にシールしつつ位置決めできるため、従来例のような素子固定用碍子を廃止でき、部品点数の削減及び全体長の小型化ができる。特に、ハーネス等の引き抜き力が端子保持用碍子に作用すると、その外力をカシメ部で受け止めることができるため、端子保持用碍子とホルダとを確実に固定できる。

請求項２の発明によれば、スペーサの圧縮力によってセラミック粉が圧縮状態を保持するため、検出素子を確実にシールし、且つ、位置決めできる。

請求項３の発明によれば、検出素子の取り付け方向やガスの流れ方向等に影響されることなく正確な検出ができる。

以下、本発明を具現化した一実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は一実施形態を示し、図１は酸素センサの全体断面図、図２は酸素センサの要部の拡大断面図である。

図１において、酸素センサ１は、酸素濃度を検出し、この検出濃度を電気信号に変換する検出素子２と、この検出素子２を挿入する素子挿入孔３を有したホルダ４と、このホルダ４と検出素子２との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４内に位置決めする素子位置決め部５と、ホルダ４より上方に突出した検出素子２の接点部２ａに圧接し、検出素子２からの出力を取り出す端子６と、ホルダ４の一端側に固定され、端子６を保持する端子保持用碍子７と、ホルダ４の一端側に固定され、端子保持用碍子７の外周を被うケーシング８と、ホルダ４の他端側に固定され、ホルダ４より突出した検出素子２の外周を被うプロテクタ９とを備えている。

検出素子２は円柱ロッド形状を有し、その上部側に接点部２ａが、その下部側に酸素測定部２ｂが、それぞれ形成されている。

ホルダ４は上部に上方から見て六角形状を有する六角部４ａを有し、この六角部４ａに工具を嵌合して該ホルダ４に回転トルクを容易に作用させることができるようになっている。ホルダ４の下部の外周にはネジ部４ｂが形成されている。ホルダ４の六角部４ａとネジ部４ｂとの間にはガスケット１９が配置されいる。

素子位置決め部５は、図２に示すように、素子挿入孔３の全外周に配置された粉充填スペース１０と、この粉充填スペース１０の近傍に設けられたカシメ部１１とを有し、粉充填スペース１０にセラミック粉１２とバネ性を有するスペーサ１３を収容し、カシメ変形したカシメ部１１によってスペーサ１３を圧縮し、この圧縮力でセラミック粉１２を圧縮状態で充填することによって検出素子２とホルダ４との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４に位置決めしている。セラミック粉１２としては、例えば未焼結のタルクが使用されている。スペーサ１３には、例えばワッシャが使用されている。

ホルダ４と端子保持用碍子７との固定は、図２に示すように、ホルダ４の上端に碍子位置決め溝１４と該碍子位置決め溝１４の外周にカシメ部１５が設けられ、碍子位置決め溝１４に端子保持用碍子７の一端側の大径部７ａが配置され、且つ、カシメ変形したカシメ部１５を大径部７ａの段差箇所に係止することによってなされている。

端子６は、バネ性を有する形状に形成され、バネ性を利用して検出素子２の接点部２ａに接触されている。検出素子２の接点部２ａと端子６との接触位置は、ホルダ４の上端面の直ぐ上位置に設定されている。

また、図１に示すように、ケーシング８の上部内側にはシーリングラバー１６が配置され、このシーリングラバー１６を介して複数のハーネス１７が外部に導き出されている。ハーネス１７の一端は端子６に接続されている。シーリングラバー１６はケーシング８のカシメ部８ａによってケーシング８に固定されていると共に、このカシメによってシーリングラバー１６とハーネス１７との間、及び、シーリングラバー１６とケーシング８との間のシール性が確保されている。

また、ケーシング８は筒形状を有し、ケーシング８とホルダ４との固定は例えばレーザ溶接によってなされている。このレーザ溶接によってケーシング８とホルダ４との間のシール性が確保されている。ケーシング８は、端子保持用碍子７の外形よりも十分に大きな外形に形成され、これによってケーシング８と端子保持用碍子７との間には空隙部２０が設けられている。

プロテクタ９は、有底筒状で、且つ、２重構造に形成され、各側壁にはガス流通用の小孔９ａが形成されている。プロテクタ９とホルダ４との固定は、例えばレーザ溶接によってなされている。尚、スポット溶接、カシメ固定等で固定しても良い。

上記酸素センサ１は、ホルダ４のネジ部４ｂを排気管３０のネジ孔３１に螺入することにより排気管３０に固定され、プロテクタ９で覆われた箇所が排気管３０内に突出された状態で配置される。酸素センサ１と排気管３０との間の気密は、ガスケット１９によって保持される。

上記構成において、排気管３０内を流通するガスがプロテクタ９の小孔９ａより内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子２の酸素測定部２ｂに入り込む。すると、酸素測定部２ｂがガスの酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度が電気信号に変換する。この電気信号の情報が端子６及びハーネス１７を経て外部に出力される。

以上、上記構成の酸素センサ１では、所定の素子位置決め部５によって検出素子２をホルダ４内にシールしつつ位置決めするため、従来例のような素子固定用碍子（１０２）を廃止でき、部品点数の削減及び全体長の小型化ができる。

上記実施形態では、素子位置決め部５は、前記素子挿入孔３の全外周に配置された粉充填スペース１０と該粉充填スペース１０の近傍に設けられたカシメ部１１とを有し、粉充填スペース１０にセラミック粉１２とバネ性を有するスペーサ１３を収容し、カシメ変形したカシメ部１１によってスペーサ１３を圧縮し、この圧縮力でセラミック粉１２を圧縮状態で充填したので、圧縮状態のセラミック粉１３によって検出素子２を確実にシールし、且つ、位置決めできる。

上記実施形態では、ホルダ４と端子保持用碍子７との固定は、ホルダ４に碍子位置決め溝１４と該碍子位置決め溝１４の外周に配置されたカシメ部１５とを設け、碍子位置決め溝１４に端子保持用碍子７の一端側を配置し、且つ、カシメ変形したカシメ部１５を端子保持用碍子７に係止することによってなされている。従って、ハーネス１７等の引き抜き力が端子保持用碍子７に作用すると、その外力をカシメ部１５で受け止めることができるため、端子保持用碍子７とホルダ４とを確実に固定できる。

上記実施形態では、検出素子２はロッド状に形成されたので、検出素子２の取り付け方向やガスの流れ方向等に影響されることなく正確な検出ができる。

上記実施形態では、端子保持用碍子７とケーシング８との間に空隙部２０を設けたので、検出素子２及び端子６は、外部に対しケーシング８と端子保持用碍子７によって２重に覆われ、且つ、断熱性に優れた空隙部２０を介して配置されるため、高温環境下での耐久性が向上する。

上記実施形態では、検出素子２の接点部２ａと端子６との接触位置は、ホルダ４の上端面の直ぐ上位置に設定したので、更なる全体長の小型化を図ることができる。

尚、この発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態において上記実施形態と同様な作用及び効果を得ることができる。

（１）上記実施形態において、セラミック粉１２としてタルクを使用した。これに対し、セラミック粉としてタルク以外のもの、例えば、ＢＮやＳｉＮを使用しても良いことは勿論である。

また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１〜請求項４に記載の酸素センサにおいて、セラミック粉は、タルクであることを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、請求項１〜請求項４の発明と同様の作用・効果が得られる。

（ロ）請求項１〜請求項４、及び、上記（イ）項に記載の酸素センサにおいて、端子保持用碍子とケーシングとの間には空隙部を設けたことを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、検出素子及び端子は、外部に対しケーシングと端子保持用碍子によって２重に覆われ、且つ、断熱性に優れた空隙部を介して配置されるため、高温環境下での耐久性が向上する。

（ハ）請求項１〜請求項４、及び、上記（イ）項、（ロ）項に記載の酸素センサにおいて、検出素子の接点部と端子との接触位置は、前記ホルダの上端面の直ぐ上位置に設定したことを特徴とする酸素センサ。

この構成によれば、更なる全体長の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態を示し、酸素センサの全体断面図である。 本発明の一実施形態を示し、酸素センサの要部の拡大断面図である。 従来例を示し、酸素センサの全体断面図である。

符号の説明

１ 酸素センサ
２ 検出素子
２ａ 接点部
３ 素子挿入孔
４ ホルダ
５ 素子位置決め部
６ 端子
７ 端子保持用碍子
８ ケーシング
９ プロテクタ
１０ 粉充填スペース
１１ カシメ部
１２ セラミック粉
１３ スペーサ
１４ 碍子位置決め溝
１５ カシメ部
２０ 空隙部

Claims (3)

1. 酸素濃度を検出し、この検出濃度を電気信号に変換する検出素子と、
   前記検出素子を挿入する素子挿入孔を有したホルダと、
   前記ホルダと前記検出素子との間を圧縮されたセラミック粉を充填して双方間をシールし、且つ、前記検出素子を前記ホルダ内に位置決めする素子位置決め部と、
   前記ホルダより突出した前記検出素子に接触し、この検出素子からの出力を取り出す端子と、
   前記ホルダの一端側に固定され、前記端子を保持する端子保持用碍子と、
   前記ホルダの一端側に固定され、前記端子保持用碍子の外周を被うケーシングと、
   前記ホルダの他端側に固定され、前記ホルダより突出した前記検出素子の外周を被うプロテクタと、
   を備え、
   前記ホルダと前記端子保持用碍子との固定は、前記ホルダに碍子位置決め溝と該碍子位置決め溝の外周にカシメ部とを設け、前記碍子位置決め溝に端子保持用碍子の一端側を配置し、且つ、カシメ変形した前記カシメ部を前記端子保持用碍子に係止することによって行うようにしたことを特徴とする酸素センサ。
2. 前記素子位置決め部は、前記素子挿入孔の全外周に配置された粉充填スペースと該粉充填スペースの近傍に設けられたカシメ部とを有し、前記粉充填スペースに前記セラミック粉とスペーサを収容し、カシメ変形した前記カシメ部によって前記スペーサを圧縮し、この圧縮力で前記セラミック粉を圧縮状態で充填したことを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ。
3. 前記検出素子はロッド状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ。

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