JP4309564B2 - 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など、被測定ガス中の酸素を検出するための酸素センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
このような酸素センサの一形態として、前端部が閉じた中空軸状をなし、この前端部側が測定対象となるガスに向けられる酸素検出素子を備えたものが知られている。このようなタイプの酸素センサでは、基準ガスとしての大気を酸素検出素子の内面に導入する一方、酸素検出素子の外面には測定対象となる排気ガスが接触し、その結果酸素検出素子には、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内外面からリード線等を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
かかるタイプの酸素センサは、エンジン始動直後など排気ガス温度が低いときに、固体電解質部材で構成された酸素検出素子の活性が充分でなく、測定可能な起電力を取り出せるまでにかなりの時間を要する。そこで、発熱部を有する軸状の発熱体を酸素検出素子の中空部に挿入し、エンジン始動時に酸素検出素子を加熱して活性化させることにより、有害成分の発生が比較的多い始動時に素早く測定出力(起電力)を立ち上げるようにしている。
【0004】
ところで、発熱体で発生する熱量を効率よく酸素検出素子に伝達し、酸素検出素子の立ち上がりをより活性化するため、発熱体の発熱部を酸素検出素子の中空部内壁面に接触させるようにした酸素センサが構成されることがある。かかる構成の酸素センサにあっては、発熱体の発熱部を酸素検出素子の中空部内壁面に接触させるために、例えば発熱体の中心軸線が酸素検出素子の中心軸線に対して傾斜して設置したりすることがある。その結果、発熱体の中心軸線が酸素検出素子の中心軸線に対して片側に寄るように偏心して配置されることになる。
【0005】
一方、組立時に発熱体の位置決めを容易にし、酸素センサの全長を短縮するため、酸素検出素子よりも後方側に配置されるセパレータに、前端面が開口した発熱体端部収容穴を形成し、発熱体の後端面(以下、発熱体端面という)をこの発熱体端部収容穴の底面(以下、セパレータ底面という)に当接させる場合がある。このとき、上記したように発熱体の中心軸線が酸素検出素子の中心軸線に対して傾斜したり、片側に寄るように偏心したりしていると、発熱体端部収容穴への発熱体後端部の挿入組み付けの際に、発熱体の後端側から延出されるヒータ端子が、セパレータ底面の外縁(以下、底面外縁という)に接触・干渉しやすくなる。そしてこの接触・干渉によって、底面外縁にチッピング(欠け)やクラック(割れ)等を生じ、これらの脱落破片によって酸素センサ(酸素検出素子)が作動不良や作動不能の状態に陥るおそれがある。なお、発熱体とセパレータとが設計上偏心していなくても、製造誤差や組立時の不均一な押し込み力等によって、これと同様の状況が発生する場合がある。
【0006】
そこで、セパレータ底面を狭くする(つまりセパレータ底面の面積を小さく抑える)ことによって、底面外縁へのヒータ端子の接触・干渉を避けることはできる。しかし、このことによってセパレータの中心軸線及びセパレータ底面を含む形で構成される中心骨格部が細くなるので、セパレータの強度が不足するおそれがある。例えば、セパレータ底面が発熱体端面に当接し、内燃機関運転時の振動等を繰り返し受けると、比較的短期間でセパレータの中心骨格部に疲労破壊等を生じやすくなる。
【0007】
そこで本発明の課題は、セパレータの強度を十分に確保しつつ、組立時にセパレータの底面外縁にチッピング、クラック等が発生するのを防止し、作動不良や作動不能の状態を回避して高い信頼性と製品寿命が実現可能な酸素センサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の酸素センサは、
前端部が閉じた中空軸状をなし、この前端部側が測定対象となるガスに向けられる酸素検出素子と、
前記酸素検出素子の中空部に配置され、該酸素検出素子を加熱する軸状の発熱体と、
前記酸素検出素子よりも後方側においてその中空部とほぼ同軸的に配置され、前端面が開口して前記発熱体の後端部が挿入される発熱体端部収容穴を有するセパレータとを備え、
前記発熱体端部収容穴は、前記セパレータの中心軸線方向中間位置に底面を有するとともに、該発熱体端部収容穴に挿入された前記発熱体の後端側から延出されるヒータ端子と、これに接続されるリード線とを挿通可能とするリード線挿通孔が、周方向において前記発熱体端部収容穴に連通されており、
前記発熱体は、前記酸素検出素子の中空部の中心軸線と前記セパレータの中心軸線とに対し自身の中心軸線が傾斜するとともに、少なくとも一部が前記中空部の内壁面に接触し、
前記リード線挿通孔に挿通される前記ヒータ端子と、前記発熱体端部収容穴の前記底面の外縁(以下、底面外縁という)とが接触・干渉することを防止するために、前記セパレータの中心軸線と直交する向きにおいて、前記ヒータ端子と前記底面外縁との間に一定量の隙間を形成する隙間形成部が、該ヒータ端子に形成され、
前記隙間形成部は、一方の端から所定の方向に延び、方向転換部を経て他方の端に至る切れ目の内側に位置する舌片を、前記発熱体の挿入方向に引き起こす形の弾性支持部であることを特徴とする。
【0009】
上記本発明によれば、セパレータの発熱体端部収容穴が底面を有するとともに、リード線挿通孔が周方向において発熱体端部収容穴に連通されており、かつ、セパレータの中心軸線と直交する向きにおいて、ヒータ端子とセパレータの底面外縁との間に一定量の隙間を形成する隙間形成部が、ヒータ端子に形成されている。ヒータ端子に隙間形成部を形成することによって、セパレータの発熱体端部収容穴への発熱体後端部の挿入組み付けの際に、発熱体の中心軸線が酸素検出素子の中空部の中心軸線やセパレータの中心軸線に対して傾斜する形で配置する場合でも、発熱体と同様に傾斜するヒータ端子とセパレータの底面外縁との接触・干渉を防止することができる。したがって、セパレータの底面外縁にチッピングやクラック等を生じにくくなり、これらの脱落破片によって酸素センサ(酸素検出素子)が作動不良や作動不能となる状態を未然に防ぐことができ、酸素センサの信頼性と製品寿命を高めることができる。このように本発明は、例えば発熱体を酸素検出素子の中空部内壁面に接触させるために、発熱体の中心軸線が酸素検出素子の中心軸線に対して傾斜して配置され、その結果、前者は後者に対して片側に寄るように偏心して配置される場合に特に効果的である。
【0010】
しかも、ヒータ端子に隙間形成部を形成することによって、セパレータ底面の面積を狭くしてセパレータの中心骨格部を細くしなくてもすむ場合には、セパレータの強度を低下させることがない。したがって、セパレータ底面が発熱体端面に当接し、内燃機関運転時の振動等を繰り返し受ける状態でも、セパレータの中心骨格部には長期にわたり疲労破壊等が生じにくくなる。
【0011】
ここで、リード線挿通孔がセパレータをセパレータの中心軸線方向に貫通するとともに、その中心軸線方向前端側が、底面外縁において発熱体端部収容穴に連通開口して、発熱体端部収容穴と一体化するときは、一体化された発熱体端部収容穴及びリード線挿通孔に対する発熱体及びヒータ端子の挿入操作が簡単になり、これによってヒータ端子と底面外縁との接触・干渉が一層起こりにくくなる。
【0012】
そして、上記隙間形成部を、発熱体の後端側に基端部を固定されたヒータ端子に形成し、底面外縁に対して径方向外側に連続的又は段階的に拡開する拡開部とすることができる。これによって、発熱体端部収容穴及びリード線挿通孔の配置関係とヒータ端子の形状とを合致させて、径方向外側に拡開するヒータ端子を、セパレータの底面外縁に接触・干渉することなく発熱体端部収容穴からリード線挿通孔へスムーズに挿入することができる。なお、セパレータ側に隙間形成部を形成しない場合には、ヒータ端子の拡開部は、リード線挿通孔への挿入前に予め塑性変形させておくことが望ましい。
【0013】
また、この隙間形成部を、セパレータの底面外縁に施され、セパレータの中心軸線に対して所定の傾きを有する面取り部とすることができる。面取り部が形成された分だけセパレータの底面外縁が小径に形成されるので、ヒータ端子は底面外縁に対して接触・干渉しにくくなる。また、チッピング、クラック等が発生しやすく、かつ脱落もしやすいセパレータの底面外縁に面取りを施すことによって、これらの発生及び脱落破片の飛散を効果的に防止できる。さらに、次のような製造工程上の利点もある。すなわち、セパレータの成形体を金型成形により製造する場合、セパレータの底面外縁に、発熱体端部収容穴を形成するマンドレルとリード線挿通孔を形成するマンドレルとの合わせ面が位置することによるバリの発生を、底面外縁に面取りを施すことによって防止できる。
【0014】
次に、この隙間形成部を、発熱体端部収容穴の底面とリード線挿通孔とで囲まれたセパレータの中心骨格部において、セパレータの中心軸線と交差する向きに中心骨格部からリード線挿通孔内に突出する凸部とすることができる。ヒータ端子をこの凸部で支持させつつ、底面外縁から離間した状態でリード線挿通孔にスムーズに挿入することができ、このとき凸部は、ヒータ端子のリード線挿通孔への挿入に伴って、ヒータ端子を徐々に拡開させる治具としての機能を有する。なお、この場合ヒータ端子は、リード線挿通孔への挿入によって弾性変形することが望ましい。
【0015】
さらに、この隙間形成部を、ヒータ端子に形成され、一方の端から所定の方向に延び、方向転換部を経て他方の端に至る切れ目の内側に位置する舌片を、発熱体の挿入方向に引き起こす形の弾性支持部とすることができる。この弾性支持部によってヒータ端子が確実にリード線挿通孔内に保持されるので、組立時の押し込み力や内燃機関運転時の振動等によって、ヒータ端子がリード線挿通孔から飛び出して起こる短絡・断線等を防止することが可能となる。そして、弾性支持部をリード線挿通孔内に一層スムーズに挿入するために、セパレータの中心軸線方向における後方側に引き起こし支軸を位置させ、この引き起こし支軸よりも前方側に位置する舌片を引き起こして形成することが望ましい。なお、上記弾性支持部以外のヒータ端子は、リード線挿通孔への挿入前に予め塑性変形させておいてもよく、またリード線挿通孔への挿入により弾性変形させてもよい。
【0016】
ところで、セパレータ底面と発熱体端面とが対向配置され、かつそれらセパレータ底面と発熱体端面との少なくとも一方が、それらの対向方向において先端側が連続的に断面縮小する形態で突出する突出面を有する場合がある。この突出面は、対向配置され、組立時の押し込み力や内燃機関運転時の振動等によって当接しうる面であるセパレータ底面や発熱体端面にチッピング、クラック等が発生するのを防止することができる。
【0017】
ここで、対向配置されるセパレータ底面と発熱体端面とが当接する場合には、上記突出面の先端において点状接触状態にて当接するのが望ましく、接触面積を縮小することによりセパレータ底面や発熱体端面でのチッピング、クラック等の発生を抑えることができる。しかも、既述の通り、隙間形成部の形成によって、セパレータの強度を十分確保できているため、セパレータ底面が発熱体端面に当接し、内燃機関運転時の振動等を繰り返し受けても、セパレータの中心骨格部には長期にわたり疲労破壊等が生じにくい。なお、本明細書において点状接触状態とは、点接触もしくはそれに近似した状態をいう。
【0018】
【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は本発明に係る酸素センサの一実施例の内部構造を示し、図2は要部の拡大図である。酸素センサ1は、先端が閉じた中空軸状の酸素検出素子2と、酸素検出素子2の中空部2aに挿入された発熱体3とを備える。酸素検出素子2は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質により中空軸状に形成されている。なお、こ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。さらには、ベースとなるZrO2にはHfO2が含有されていてもよい。そして、図2及び図3に示すように、酸素検出素子2の中空部2aの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばPtあるいはPt合金により多孔質に形成された内部電極層2cが、一方その外面にはその前方部を覆うように、同じく外部電極層2bがそれぞれ設けられている。また、この酸素検出素子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及びタルクから形成されたセラミック粉末8を介して筒状の金属製ケーシング10が設けられている。なお、以下の説明において、酸素検出素子2の軸方向先端部に向かう側(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」と称する。
【0019】
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9bを有する主体金具9と、その主体金具9の前方側開口部を覆うように取り付けられたプロテクタ11からなる。本実施例の酸素センサ1はねじ部9bより前方が排気管等のエンジン内に位置し、それより後方は外部の大気中に位置して使用される。主体金具9(ケーシング10)は、その前方側開口部から酸素検出素子2の先端側(検出部)を測定対象となる排気ガスに向けられるように突出させた状態で酸素検出素子2を保持するとともに、この開口部に形成される筒状のプロテクタ装着部9aにキャップ状のプロテクタ11が装着されて、酸素検出素子2の検出部を所定の空間を隔てて覆っている。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が貫通形態で形成されている。
【0020】
主体金具9の後方部は、絶縁体6との間にリング15を介して加締められ、この主体金具9に筒状の金属製外筒16の前端に形成された開口部16F(図6参照)が外側から嵌合されている。そして、主体金具9の周方向に沿って形成された全周レーザー溶接部16Eが、外筒16の前端開口部16F内周面と主体金具9の外周面とを接合・固定している。また、この外筒16の後端開口部16Rはゴム等で構成されたグロメット17を嵌入させることにより封止され、さらにこれに続いて前方側にセラミックセパレータ18(以下単にセパレータともいう)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及びグロメット17を貫通するように、検出素子側リード線20,21及び発熱体側リード線19,22が配置されている(図7参照)。
【0021】
セラミックセパレータ18は、ケーシング10の後方側にケーシング10とほぼ同軸的に設けられている。外筒16は、セラミックセパレータ18を外側から覆う状態で、その前端開口部16Fがケーシング10に対し後方外側からほぼ同軸的に重ね合わせて連結される筒状形態をなす。グロメット17は、セラミックセパレータ18の後方側に位置して、外筒16の後端開口部16Rに対しその内側に弾性的に嵌入されている。
【0022】
次に、検出素子側リード線20,21のうち一方のリード線21は、互いに一体に形成されたコネクタ23a、引出し線部23b、固定部23c及び下方押圧部23dとを有する第一端子金具23(押圧部材)を経て前述の酸素検出素子2の内部電極層2c(図2)と電気的に接続されている。また、他方のリード線20は、互いに一体に形成されたコネクタ33a、引出し線部33b及び金具本体部33cとを有する第二端子金具33を経て、酸素検出素子2の外部電極層2b(図3)と電気的に接続されている。酸素検出素子2は、その内側に配置された発熱体3で加熱することで活性化される。発熱体3は棒状のセラミックヒータであり、Al2O3を主とする芯材に抵抗発熱体(図示せず)を有する発熱部3aが、+極側及び−極側のヒータ端子3b,3bに接続される発熱体側リード線19,22(図7)を経て通電されることにより、酸素検出素子2の先端部(検出部)を加熱する。検出素子側リード線20,21及び発熱体側リード線19,22は、セラミックセパレータ18の軸線方向に貫通して設けられた2個ずつの検出素子側リード線挿通孔18a1,18a1及び発熱体側リード線挿通孔18a2,18a2(リード線挿通孔)と、グロメット17の軸線方向に貫通して設けられた2個ずつの検出素子側リード線挿通孔17a1,17a1及び発熱体側リード線挿通孔17a2,17a2とに、各々挿通されて外部へ引き出されている。
【0023】
図2及び図3に示すように、第一端子金具23は、先端側に形成された下方押圧部23dの内面で発熱体3の外面を押圧し、少なくとも発熱体3の先端部を酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触させる。下方押圧部23dに続く固定部23cの外面が酸素検出素子2の内面に嵌入することにより第一端子金具23を軸方向に位置固定する。また引出し線部23bの一端が固定部23cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ23aが一体化されている。そして、固定部23cの上方部(後方部)において、固定部23cに設けられる開口の左右両縁部側近傍には固定部23cの周面の一部にコ字状の切れ目を設け、この切れ目が径方向内側へ折り込まれて左右一対の上方押圧部23eを形成している。なお、23gは固定部23cが発熱体端部収容穴18cに入り込まないようにするための鍔である。
【0024】
一方、第二端子金具33は、円筒状の金具本体部33cを有するとともに、引出し線部33bの一端が金具本体部33cの周方向の1ケ所に接続する形で一体化され、さらにその他端にコネクタ33aが一体化されている。他方、その中心軸線を挟んで引出し線部33bの接続点と反対側には、軸線方向のスリット33eが形成されている。このような金具本体部33cの内側に、酸素検出素子2の後端部がこれを弾性的に押し広げる形で内側から挿入されている。具体的には、酸素検出素子2の外周面後端部には外部側出力取出部としての導電層2fが、周方向に沿って帯状に形成されている。外部電極層2bは、例えば無電解メッキ等により、酸素検出素子2の係合フランジ部2sよりも前端側の要部全面を覆うものとされている。他方、導電層2fは、例えば金属ペーストを用いたパターン形成・焼き付けにより形成されるもので、同様に形成される軸線方向の接続パターン層2hを介して外部電極層2bと電気的に接続されている。
【0025】
図4に示すように、発熱体3は下方押圧部23d及び上方押圧部23eにより酸素検出素子2の中空部2aの中心軸線O2と交差する方向に押圧され、発熱体3の中心軸線O1が酸素検出素子2の中空部2aの中心軸線O2に対して片側に寄るように偏心(オフセット)して配置されるとともに、発熱体3の少なくとも一部が酸素検出素子2の中空部2a内壁面に接触している。
【0026】
図5は外筒16を示す。外筒16は、軸線方向において前後に二分割され、前方側に位置する前方側外筒部材161の後部に形成される外筒側支持部16Aに対し、後方側の後方側外筒部材162の前部が後方外側からほぼ同軸的に重ね合わせて連結されている。この重ね合わせ連結部において、第一外筒部材161の外筒側支持部16Aの外周面と第二外筒部材162の前部内周面とを接合する全周レーザー溶接部16Cが、連結部の周方向に沿って形成されている。なお、外筒16の前端開口部16Fは主体金具9に対して後方外側からほぼ同軸的に重ね合わせて連結され、外筒16の前端開口部16F内周面と主体金具9の外周面とを接合する全周レーザー溶接部16Eが、主体金具9の周方向に沿って形成されている。
【0027】
次に、前方側外筒部材161の後部に形成される外筒側支持部16Aについて、図2を参照しつつ説明する。外筒側支持部16Aは全体として後方側へ向かうほど外径が小となる先細形状を呈しているが、かかる形状は次のような構成によって実現されている。外筒側支持部16Aには、外径が後方に向かうほど傾斜状に小さくなる形態を有する縮径部が軸線方向において前後に2個形成されている。2個の縮径部のうち前方側に形成された第一縮径部16a1と後方側に形成された第二縮径部16a2との間に、軸線に対してほぼ平行な形態で前方側筒状部16b1が形成されている。この第一筒状部16b1の外周面に対し後方側外筒部材162の前部内周面が後方外側から重ね合わせて連結され、上記全周レーザー溶接部16Cが連結部の周方向に沿って形成されている。
【0028】
また、第二縮径部16a2よりも後方側において、セパレータ18の本体部18B外周面にほぼ沿うような形態で第二筒状部16b2が形成されている。さらに、第二筒状部16b2よりも後方側は径方向内側へ折曲げられて折曲部16cが形成され、この折曲部16cの後方側支持面16c1がセパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1に接するような形態を有している。このようにして形成される折曲部16cは、セパレータ18の本体部18Bが外筒側支持部16Aの内側に配置されたとき、セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1の受止具として機能する。なお、折曲部16cの後方側支持面16c1は、径方向内側へ折曲げられていて、セパレータ18の本体部18Bが外筒側支持部16Aの内側に挿入される際の案内ガイドとなっている。
【0029】
以上の通り、外筒側支持部16Aは、第一及び第二縮径部16a1,16a2、第一及び第二筒状部16b1,16b2並びに折曲部16cから構成されている。この外筒側支持部16Aがセパレータ側支持部18Aを下方から支持するとき、外筒側支持部16Aの内周面はセパレータ18の本体部18Bの外周面を、両者の間に形成される空間部S3を内包しつつ囲うようにして設けられている(図2参照)。よって、跳ね石等により外筒16にもたらされる衝撃力は、両縮径部16a1,16a2によるバネ効果と空間部S3による隔離効果とによって減衰されてセパレータ18に伝達されることになり、セパレータ18の破損等が防止できる。
【0030】
一方、後方側外筒部材162は、後端開口部16Rの内側にグロメット17が挿入され、このグロメット17挿入部位よりも前方側において、内径が前方に向かうほど傾斜状に(連続的に)大きくなる形態を有する拡径部16Bが設けられている。そして後方側外筒部材162の後端開口部16R内周面をセパレータ側支持部18Aの外周面の挿入案内ガイドとして利用している。
【0031】
外筒16の肉厚は、跳ね石等に対する耐衝撃性とグロメット側(後方側)への熱伝達量を考慮して、前方側に設けられる前方側外筒部材161の肉厚t1を後方側に設けられる後方側外筒部材162の肉厚t2以上にしている。すなわち、取り付けの際低位置になることが多く跳ね石の当たる確率の高い前方側(検出素子側)の前方側外筒部材161は、相対的に厚肉として耐衝撃性を高くしている。一方、グロメット17の取り付け位置に近い後方側の第二外筒部材162は、相対的に薄肉としてグロメット17側(後方側)への熱伝達量を減少している。具体的には、前方側外筒部材161の肉厚t1が0.5mm以上0.8mm以下(例えば0.6mm)であり、また後方側外筒部材162の肉厚t2が0.3mm以上0.5mm以下(例えば0.3mm)であることが望ましい。
【0032】
図2において、セパレータ側支持部18Aの外周面と後方側外筒部材162の内周面との間には、径方向間隔が例えば0.3mm以上の環状の隙間S0が設けられている。隙間S0は、跳ね石等により外筒16にもたらされる衝撃力が外筒16から直接セパレータ18に伝わらないようにするための環状の空間を形成している。一方、外筒側支持部16Aの折曲部16cの縁部とセラミックセパレータ18の本体部18Bの外周面との間には径方向の微小な隙間S1が形成されている。隙間S1は、セラミックセパレータ18の本体部18Bをがたつきなくスムーズに外筒側支持部16Aに挿入するために設けられたガイド代である。
【0033】
図6にセラミックセパレータ18の詳細を示す。軸直交断面が円形状に形成されるセラミックセパレータ18の本体部18Bには、検出素子側リード線20,21及び発熱体側リード線19,22(図7参照)を挿通するための2個ずつの検出素子側リード線挿通孔18a1,18a1及び発熱体側リード線挿通孔18a2,18a2(以下、これらを総称するとき挿通孔18aという)が軸方向に貫通して形成されている。その軸線方向後端側の外周面には、全周にわたり外向きに一体的に突出する形態でフランジ状かつ軸直交断面が円形状のセパレータ側支持部18Aが形成されている。セパレータ側支持部18Aの前方側支持面18A1は後方側に向かうほど外径が大となる傾斜面に形成されている。セラミックセパレータ18(セパレータ側支持部18A)の後端面において、通気溝18bが4個の挿通孔18aと干渉しない位置に十字形態で軸線と直交する方向に形成されている。通気溝18bは、検出素子側リード線挿通孔18a1,18a1と検出素子側リード線20,21との隙間Kに連通している(図2参照)。
【0034】
セラミックセパレータ18には、後端部側(図6(c)及び(d)の上端側)から4個の挿通孔18aが、酸素検出素子2の中空部2aの中心軸線と一致しかつ発熱体3の中心軸線O1に対して傾斜する形で配置された中心軸線O2(図4,図8参照)を中心とするピッチ円Pに沿って略90°間隔で軸線方向に貫通している。また、セラミックセパレータ18の軸線方向前端(図6(c)及び(d)の下端)から軸線方向に沿って全長のほぼ中央部に位置する底面18eまで、端子収容穴72が形成されている。端子収容穴72は、第一収容部72b、第二収容部72c、2つのヒータ端子収容部72d,72d及び中央連通部72e(発熱体端部収容穴)とを有する。第一収容部72b及び第二収容部72cは、第一接続金具23及び第二接続金具33をそれぞれ前方側から後方側へ挿入して保持し、一方、ヒータ端子収容部72d,72dは、+極側及び−極側のヒータ端子3b、3bをそれぞれ前方側から後方側へ挿入して保持する。そして、中央連通部72eは、これら4つの収容部72b,72c,72d,72dの中間に位置して、それぞれの収容部に連通形態で形成されている。具体的には、第一及び第二収容部72b,72c及び両ヒータ端子収容部72d,72dは互いに中央連通部72eを挟んで向かい合う状態にあり、ピッチ円Pに沿って略90゜間隔で並ぶ挿通孔18aと同様の位置関係を有する。
【0035】
第一収容部72b、第二収容部72c及び2つのヒータ端子収容部72d,72dは、それぞれ中央連通部72eに面する幅狭の開口部と、中央連通部72eとは反対側の外周方向(奥行き方向)に広がる幅広の底部と、開口部から底部へとその開口幅(壁間距離)を徐々に広くして両者を連設する傾斜部とからなる隔壁18cで囲まれた空間として形成されている(図6(b)参照)。各々の収容部72b,72c,72d,72dは、全体として、一部が中央連通部72eに開口された貝殻状を呈しており、団扇にも近い形状を有している。
【0036】
さらに、図6(b)に示すように、第二接続金具33の金具本体部33cの後端縁は、セラミックセパレータ18の端子収容穴72の開口側端面(前端面)において、隔壁18cの前端面に当接している。一方、第一接続金具23の金具本体部23cの後端縁は、第二接続金具33の金具本体部33c及びピッチ円Pよりも内側にて、隔壁18cの前端面に当接している。また、隣接する挿通孔18aの間に形成される隔壁18cは、各々ピッチ円Pよりも内側に張り出して形成されている。そして、中央連通部72eはその内径が発熱体3の外径よりも大きく設定されて発熱体端部収容穴を兼ねており、発熱体3の後端面3c(発熱体端面)は、端子収容穴72の前端側から軸心に沿って底面18e(セパレータ底面)に当接するまで挿入される。これにより組立時の発熱体3の軸線方向の位置決めを容易にするとともに、酸素センサ1の全長が短くなり、センサ寸法のコンパクト化が実現されている。
【0037】
ところで、セラミックセパレータ18の前半部においては、その前端部側からみて(図6(b))、4個の挿通孔18aは、ピッチ円Pよりも内側において、端子収容穴72と重なり合う(含まれる)形態で、一体化されている。具体的には、挿通孔18aの各々の軸線方向前端側が、底面18eの外縁18e1において中央連通部(発熱体端部収容穴)72eに連通開口して、この中央連通部72eと重なり合い、一体化する。一方、セラミックセパレータ18の後半部においては、中心軸線O2を包含し、かつ4個の挿通孔18aと、底面18eとで囲まれる形態で、柱状(例えば円柱状、多角柱状等)に立ち上がる中心骨格部18fが形成されている。つまり、底面18eは中心骨格部18fの先端面を形成することになる。
【0038】
図7はグロメット17と通気部53との組立状態を示す。グロメット17には、検出素子側リード線20,21及び発熱体側リード線19,22を挿通するための2個ずつの検出素子側リード線挿通孔17a1,17a1及び発熱体側リード線挿通孔17a2,17a2(以下、これらを総称するとき挿通孔17aという)がその内部に軸線方向に貫通して設けられている。グロメット17の径方向中央部には中央貫通孔17bが設けられ、この中央貫通孔17bに通気部53が嵌入されている。グロメット17の挿通孔17a、中央貫通孔17b及び外周面17Aは、これら通気部53及びリード線19,20,21,22の外面と外筒16の後端開口部16R内壁との間をシールする。通気部53をグロメット17に設けることで、通気部53を相対的に高位置に設けることが容易になり、水滴が侵入しにくく防水性が高くなる。
【0039】
通気部53は、フィルタ53Aとフィルタ支持金具53Bとから構成されている。フィルタ53Aは、軸線方向に延びる円筒状周面部53A1と、周面部53A1に対して後端部で蓋状に連接され、軸線方向に外気を導く通気端面部53A2とを有し、全体が軸方向断面にて逆U字状を呈している。そして、円筒状のフィルタ支持金具53Bは、前端部に鍔部53B2を有し、軸線方向に延びる円筒状周面部53B1がフィルタ53Aの円筒状周面部53A1内部に嵌合して、フィルタ53Aを内側から支持し、外筒16の小径部16cを加締めてグロメット加締部16Bを形成するときにフィルタ53Aの円筒状周面部53A1が破壊しないよう支えている。フィルタ53A等の通気部53をグロメット17に設けることで、酸素センサ1の中で最も高温に晒される部位である酸素検出素子2の検出部から通気部53をできるだけ遠ざけることができ、フィルタ53Aの耐熱性に有利である。
【0040】
フィルタ53A又はフィルタ支持金具53Bには各々内外の周面に軸線方向に沿うテーパ等の傾斜を設けて嵌合を強固なものとすることができる。フィルタ53Aは、図7の状態から180゜回転させて通気端面部53A2を底部(前端部)に位置させることもできるが、水等の侵入を防止する意味において、グロメット17の後端面と通気端面部53A2とがほぼ面一になる図7の状態がより望ましい。なお、フィルタ53Aは、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の多孔質繊維構造体(商品名:例えばゴアテックス(ジャパンゴアテックス(株)))等により、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。
【0041】
上記酸素センサ1において、基準ガスとしての大気はフィルタ53Aの通気端面部53A2(通気部)→セラミックセパレータ18の通気溝18b→検出素子側リード線挿通孔18a1,18a1と検出素子側リード線20,21との隙間K→中空部2aを経て酸素検出素子2の内面(内部電極層2c)に導入される(図2矢印R参照)。一方、酸素検出素子2の外面(外部電極層2b)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、酸素検出素子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内外電極層2c,2b(図2、図3)から第一及び第二端子金具23,33並びに検出素子側リード線21,20を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【0042】
図8は、セラミックセパレータ18と発熱体3との組み付け状態を示す第一実施例の縦断面図である。セパレータ底面18eと発熱体端面3cとが中央連通部72eにおいて対向状に配置され、このうちセパレータ底面18eには、平面状の発熱体端面3c側に向けて球面状に突出する突出面F1が形成されている。これによって、この突出面F1の先端において、セパレータ底面18eと発熱体端面3cとは点状接触状態にて当接し、接触面積が小さくなるため、これらの面でチッピング、クラック等は発生しにくくなる。
【0043】
ヒータ端子3bは、発熱体3の後端側に固定された基端部3b1に続く中間部が、セパレータ18の底面外縁18e1に対して径方向外側に階段状(例えばL形クランク状)に拡開して拡開部3b2を形成している。この拡開部3b2は、セパレータ18の中心軸線O2と直交する向きにおいて、ヒータ端子3bと底面外縁18e1との間に所定の隙間を形成する。この隙間によってヒータ端子3bと底面外縁18e1との接触・干渉が防止され、ヒータ端子3bがヒータ端子収容部72d及び発熱体側リード線挿通孔18a2へスムーズに挿入されるので、拡開部3b2は隙間形成部Sとしての機能を有している。なお、このヒータ端子3bの拡開部3b2は、上記挿入工程前に予め曲げ等の加工によって塑性変形させておけば、組み付け作業が能率的に行える。
【0044】
図9に、セラミックセパレータ18と発熱体3との組み付け状態の第二実施例を示す。この実施例では、発熱体端面3cに、セパレータ底面18e側に向けて球面状に突出する突出面F1を形成するとともに、セパレータ底面18eに突出面F1に対応した球面状の凹状面F2を形成している。そして、発熱体端面3cに形成される突出面F1の曲率半径R1よりもセパレータ底面18eに形成される凹状面F2の曲率半径R2を大として、ピボット軸受状の構成を有している。これによって、発熱体端面3cとセパレータ底面18eとがスムーズに相対回転でき、発熱体3とセパレータ18との間にこじれが発生しにくくなる。
【0045】
セパレータ底面18eの外縁18e1には、中心軸線O2に対して所定の傾きを有する面取り18e2を施してあり、隙間形成部Sを形成している。ヒータ端子3bと底面外縁18e1との接触・干渉が防止され、また、チッピング、クラック等の発生及び脱落破片の飛散が防止できる。さらに、次のような製造工程上の利点もある。すなわち、セラミック製のセパレータ18の焼成前の成形体を金型成形により製造する場合、端子収容穴72と挿通孔18aとは別体のマンドレルにより形成されることが多い。このとき、セパレータ18の底面外縁18e1には、これらマンドレルの合わせ面が位置し、合わせ面の隙間に粉末が圧入されて成形体にバリが発生することがある。そこで、セパレータ18の底面外縁18e1に面取りを施しておけば、仮にバリが発生しても、その破片等がセパレータ底面18e上に付着して不要な突起等が形成される不具合を生じにくくすることができる。
【0046】
さらに、中心骨格部18fには、発熱体側リード線挿通孔18a2内に突出する凸部18f1を、中心軸線O2と直交状に形成して、隙間形成部Sとしてある。ヒータ端子3bをこの凸部18f1で支持させて、底面外縁18e1から離間した状態で発熱体側リード線挿通孔18a2に挿入すれば、ヒータ端子3bの拡開部3b2は弾性変形により徐々に拡開し、ヒータ端子3bはスムーズに挿入される。
【0047】
また図10では、セラミックセパレータ18と発熱体3との組み付け状態の第三の実施例を表わしている。この実施例では、発熱体端面3cとセパレータ底面18eとに、相手側に向けて球面状に突出する突出面F1,F1をそれぞれ形成している。両突出面F1,F1の先端において、点接触状態が一層得やすくなり、チッピング、クラック等の発生が抑えられる。
【0048】
また、図10では、発熱体側リード線挿通孔18a2及びヒータ端子収容部72dと中央連通部72eとの間に仕切り壁100が形成され、この仕切り壁100に径方向の連通孔101を開口して、発熱体側リード線挿通孔18a2と中央連通部72eとを連通させてある。そして、ヒータ端子3bには、セパレータ18の底面外縁18e1に対して径方向外側にテーパー状(例えばへの字状)に拡開する拡開部3b2を形成して、隙間形成部Sとしている。この場合のヒータ端子3bの拡開部3b2は、ヒータ端子収容部72d及び発熱体側リード線挿通孔18a2への挿入工程前に塑性変形させておくとよい。
【0049】
次に、図8に示した第一実施例の変更例を図11に示す。このうち、図11(a)では、セパレータ底面18e及び発熱体端面3cの外縁18e1,3c1におけるチッピング、クラック等を防止するため、面取り18e2,3c2を形成した例を示す。同(b)では、セパレータ底面18eに、発熱体端面3c側に向けて球面状に突出する突出面F1(曲率半径R1)を形成するとともに、発熱体端面3cに突出面F1に対応した球面状の凹状面F2(曲率半径R2≧R1)を形成している。なお、この場合の発熱体端面3cの外周部には、面取り3c2を施す(詳細例1参照)か、又は半径rの球状面を形成する(詳細例2参照)とよい。
【0050】
さらに、図9に示した第二実施例の変更例を図12に示す。このうち、図12(a)では、発熱体端面3cに、セパレータ底面18e側に向けて球面状に突出する突出面F1を形成するとともに、セパレータ底面18eは平面状に形成している。同(b)では、隙間形成部Sとして、図9の中心骨格部18fに凸部18f1を形成する代わりに、ヒータ端子3bに弾性支持部3b3を形成している。この弾性支持部3b3は、ヒータ端子3bに形成され、中心軸線O2方向後方側に位置する一方の端から前方側に延び、方向転換部を経て後方側の他方の端に至る切れ目3b4の内側に位置する舌片3b5を、後方側に位置させた引き起こし支軸3b6を支点として、発熱体3の挿入方向に引き起こして形成される。弾性支持部3b3の弾発力によって、ヒータ端子3bの発熱体側リード線挿通孔18a2からの飛び出しを防止している。
【0051】
なお、図11及び図12において対応図(図8又は図9)と共通する部分には同一符号を付して説明を省略した。また、図12(b)において、X2部の拡大図は図9と共通である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸素センサの一実施例を表わす縦断面図。
【図2】図1の酸素センサの一部拡大縦断面図。
【図3】セラミックセパレータへの組み付け状態を示す分解斜視図。
【図4】酸素検出素子への発熱体の組み付け状態を示す縦断面図。
【図5】外筒の平面図及び正面半断面図。
【図6】セラミックセパレータの平面図、底面図並びにA−A及びB−B断面図。
【図7】グロメットと通気部との組み付け状態を示す分解斜視図。
【図8】セラミックセパレータと発熱体との組み付け状態を示す第一実施例の縦断面図。
【図9】セラミックセパレータと発熱体との組み付け状態を示す第二実施例の縦断面図。
【図10】セラミックセパレータと発熱体との組み付け状態を示す第三実施例の縦断面図。
【図11】図8の変更例を示す縦断面図。
【図12】図9の変更例を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 酸素センサ
2 酸素検出素子
2a 中空部
3 発熱体
3a 発熱部
3b ヒータ端子
3b1 基端部
3b2 拡開部
3b3 弾性支持部
3b4 切れ目
3b5 舌片
3b6 引き起こし支軸
3c 後端面(発熱体端面)
3c1 外縁
3c2 面取り
9 主体金具
16 外筒
17 グロメット
17a1 検出素子側リード線挿通孔
17a2 発熱体側リード線挿通孔
18 セラミックセパレータ(セパレータ)
18a1 検出素子側リード線挿通孔
18a2 発熱体側リード線挿通孔(リード線挿通孔)
18e 底面(セパレータ底面)
18e1 外縁(底面外縁)
18e2 面取り(面取り部)
18f 中心骨格部
18f1 凸部
20,21 検出素子側リード線
19,22 発熱体側リード線(リード線)
23 第一端子金具(押圧部材)
72 端子収容穴
72e 中央連通部(発熱体端部収容穴)
F1 突出面
F2 凹状面
S 隙間形成部
O1 発熱体の中心軸線
O2 セパレータの中心軸線
R1 突出面F1の曲率半径
R2 凹状面F2の曲率半径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor for detecting oxygen in a gas to be measured such as an exhaust gas of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As one form of such an oxygen sensor, an oxygen sensor having a hollow shaft shape with a closed front end and an oxygen detecting element that is directed to a gas to be measured on the front end side is known. In this type of oxygen sensor, the atmosphere as a reference gas is introduced into the inner surface of the oxygen detection element, while the outer surface of the oxygen detection element is in contact with the exhaust gas to be measured. Oxygen concentration cell electromotive force is generated according to the difference in oxygen concentration between the inner and outer surfaces. The oxygen concentration cell electromotive force is taken out from the inner and outer surfaces as a detection signal of the oxygen concentration in the exhaust gas via a lead wire or the like, whereby the oxygen concentration in the exhaust gas can be detected.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of oxygen sensor, when the exhaust gas temperature is low, such as immediately after the engine is started, the activity of the oxygen detection element constituted by the solid electrolyte member is not sufficient, and it takes a considerable time to obtain a measurable electromotive force. . Therefore, a shaft-like heating element with a heat generating part is inserted into the hollow part of the oxygen detection element, and the oxygen detection element is heated and activated at the time of engine start-up, thereby quickly measuring at the time of start-up with relatively many harmful components. The output (electromotive force) is raised.
[0004]
By the way, in order to efficiently transmit the amount of heat generated in the heating element to the oxygen detection element and to activate the rising of the oxygen detection element, oxygen that makes the heating part of the heating element contact the inner wall surface of the hollow part of the oxygen detection element A sensor may be configured. In the oxygen sensor having such a configuration, in order to bring the heat generating part of the heat generating element into contact with the inner wall surface of the hollow part of the oxygen detecting element, for example, the central axis of the heat generating element is installed inclined with respect to the central axis of the oxygen detecting element. Sometimes. As a result, the heating element is arranged eccentrically so that the central axis of the heating element is closer to one side with respect to the central axis of the oxygen detection element.
[0005]
On the other hand, in order to facilitate positioning of the heating element during assembly and reduce the total length of the oxygen sensor, a separator disposed on the rear side of the oxygen detection element is formed with a heating element end receiving hole having an open front end surface, In some cases, the rear end surface of the heat generating element (hereinafter referred to as the heat generating element end surface) is brought into contact with the bottom surface of the heat generating element end portion accommodation hole (hereinafter referred to as the separator bottom surface). At this time, as described above, if the central axis of the heating element is inclined with respect to the central axis of the oxygen detecting element or is eccentric so as to be closer to one side, When inserting and assembling the end portion, the heater terminal extending from the rear end side of the heating element easily contacts and interferes with the outer edge of the separator bottom surface (hereinafter referred to as the bottom surface outer edge). The contact / interference causes chipping (cracking), cracks, etc. at the outer edge of the bottom surface, and these fallen fragments may cause the oxygen sensor (oxygen detection element) to malfunction or become inoperable. Even if the heating element and the separator are not eccentric in design, the same situation may occur due to a manufacturing error, a non-uniform pushing force during assembly, or the like.
[0006]
Therefore, by making the bottom surface of the separator narrow (that is, keeping the area of the bottom surface of the separator small), contact / interference of the heater terminal with the outer edge of the bottom surface can be avoided. However, since the central skeleton formed in a shape including the central axis of the separator and the bottom surface of the separator is thinned, the strength of the separator may be insufficient. For example, if the bottom surface of the separator comes into contact with the end face of the heating element and is repeatedly subjected to vibrations or the like during operation of the internal combustion engine, fatigue failure or the like is likely to occur in the central skeleton portion of the separator in a relatively short period of time.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to prevent the occurrence of chipping and cracking at the outer edge of the bottom surface of the separator during assembly while ensuring sufficient strength of the separator, avoiding malfunctions and inoperability, and providing high reliability. It is to provide an oxygen sensor that can realize the product life.
[0008]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above problems, the oxygen sensor of the present invention is
The front end portion has a closed hollow shaft shape, and the front end portion side is directed to the gas to be measured, and an oxygen detection element,
An axial heating element that is disposed in a hollow portion of the oxygen detection element and heats the oxygen detection element;
A separator having a heating element end accommodating hole that is disposed substantially coaxially with the hollow portion on the rear side of the oxygen detection element, has a front end surface opened, and a rear end portion of the heating element is inserted;
The heating element end accommodating hole has a bottom surface at an intermediate position in the central axial direction of the separator, and a heater terminal extending from the rear end side of the heating element inserted into the heating element end accommodating hole, A lead wire insertion hole that allows insertion of a lead wire connected to the heating element end accommodation hole in the circumferential direction,
The heating element has its central axis inclined with respect to the central axis of the hollow part of the oxygen detecting element and the central axis of the separator, and at least a part thereof is in contact with the inner wall surface of the hollow part,
In order to prevent the heater terminal inserted into the lead wire insertion hole and the outer edge of the bottom surface of the heating element end receiving hole (hereinafter referred to as the bottom surface outer edge) from contacting and interfering with each other, A gap forming portion that forms a certain amount of gap between the heater terminal and the outer edge of the bottom surface in a direction orthogonal to the axis is the heater terminal.Formed into
The gap forming portion is an elastic support portion that extends in a predetermined direction from one end, and causes a tongue piece located inside a cut extending from the direction changing portion to the other end in the insertion direction of the heating element. is thereIt is characterized by that.
[0009]
According to the present invention, the heating element end accommodation hole of the separator has a bottom surface, and the lead wire insertion hole communicates with the heating element end accommodation hole in the circumferential direction, and is orthogonal to the central axis of the separator. In the orientation, a gap forming portion that forms a certain amount of gap between the heater terminal and the outer edge of the bottom surface of the separator,To heater terminalIs formed.To heater terminalBy forming the gap forming portion, the center axis of the heating element is aligned with the center axis of the hollow portion of the oxygen detecting element or the center of the separator when the assembly of the trailing end of the heating element is inserted into the heating element end receiving hole of the separator. Even in the case where the heater terminal is disposed so as to be inclined with respect to the axis, contact / interference between the inclined heater terminal and the bottom edge of the separator can be prevented in the same manner as the heating element. Therefore, chipping and cracks are less likely to occur on the outer edge of the bottom surface of the separator, and these falling pieces can prevent the oxygen sensor (oxygen detection element) from malfunctioning or becoming inoperable. And can increase the product life. Thus, in the present invention, for example, in order to bring the heating element into contact with the inner wall surface of the hollow portion of the oxygen detection element, the central axis of the heating element is inclined with respect to the central axis of the oxygen detection element. This is particularly effective in the case of being arranged eccentrically so as to be closer to one side with respect to the latter.
[0010]
Moreover,To heater terminalBy forming the gap forming portion, it is not necessary to reduce the area of the bottom surface of the separator and reduce the central skeleton portion of the separator, thereby reducing the strength of the separator. Therefore, even when the separator bottom surface is in contact with the end face of the heating element and repeatedly receives vibration during operation of the internal combustion engine, fatigue damage or the like hardly occurs in the central skeleton portion of the separator for a long time.
[0011]
Here, the lead wire insertion holeSeparator centerPenetrates in the axial direction andcenterWhen the front end side in the axial direction opens to the heating element end receiving hole at the outer edge of the bottom surface and is integrated with the heating element end receiving hole, heat generation to the integrated heating element end receiving hole and the lead wire insertion hole The operation of inserting the body and the heater terminal is simplified, and this makes contact and interference between the heater terminal and the bottom edge less likely to occur.
[0012]
And the said clearance gap formation part is formed in the heater terminal by which the base end part was fixed to the rear end side of a heat generating body, and the expansion part which expands continuously or stepwise in the radial direction outer side with respect to a bottom face outer edge, can do. As a result, the heater terminal that expands radially outward by matching the positional relationship between the heating element end receiving hole and the lead wire insertion hole and the shape of the heater terminal without contacting or interfering with the outer edge of the bottom surface of the separator. It can be smoothly inserted into the lead wire insertion hole from the heat generating element end accommodating hole. When the gap forming portion is not formed on the separator side, it is desirable that the expanded portion of the heater terminal is plastically deformed before insertion into the lead wire insertion hole.
[0013]
Also, this gap forming part is applied to the outer edge of the bottom surface of the separator,Separator centerIt can be a chamfered portion having a predetermined inclination with respect to the axis. Since the outer edge of the bottom surface of the separator is formed to have a small diameter by the amount of the chamfered portion, the heater terminal is less likely to contact and interfere with the outer edge of the bottom surface. In addition, by chamfering the outer edge of the bottom surface of the separator that is likely to cause chipping, cracking, etc., and easily fall off, it is possible to effectively prevent these occurrences and the scattering of the falling pieces. Furthermore, there are also advantages in the manufacturing process as follows. In other words, when the molded body of the separator is manufactured by die molding, the variability caused by the fact that the mating surface of the mandrel that forms the heating element end receiving hole and the mandrel that forms the lead wire insertion hole is located on the outer edge of the bottom surface of the separator. This can be prevented by chamfering the outer edge of the bottom surface.
[0014]
Next, in the central skeleton part of the separator surrounded by the bottom surface of the heating element end accommodation hole and the lead wire insertion hole,Separator centerIt can be set as the convex part which protrudes in a lead wire penetration hole from the center frame | skeleton part in the direction which cross | intersects an axis line. While the heater terminal is supported by this convex part, it can be smoothly inserted into the lead wire insertion hole in a state separated from the outer edge of the bottom surface, and at this time, the convex part is accompanied by insertion of the heater terminal into the lead wire insertion hole. It has a function as a jig for gradually expanding the heater terminal. In this case, it is desirable that the heater terminal be elastically deformed by insertion into the lead wire insertion hole.
[0015]
Further, this gap forming portion is formed in the heater terminal, extends in a predetermined direction from one end, and a tongue piece located inside the cut extending from the one end to the other end in the insertion direction of the heating element. It can be an elastic support in the form of a trigger. Because the heater terminal is securely held in the lead wire insertion hole by this elastic support part, the heater terminal jumps out of the lead wire insertion hole due to the pushing force during assembly or vibration during internal combustion engine operation, etc. Etc. can be prevented. Then, in order to insert the elastic support portion into the lead wire insertion hole more smoothly,centerIt is desirable that the support shaft is positioned at the rear side in the axial direction, and the tongue piece positioned at the front side of the support shaft is generated. The heater terminals other than the elastic support portion may be plastically deformed in advance before being inserted into the lead wire insertion hole, or may be elastically deformed by being inserted into the lead wire insertion hole.
[0016]
By the way, when the separator bottom face and the heating element end face are arranged to face each other, and at least one of the separator bottom face and the heating element end face has a protruding surface that protrudes in a form in which the tip side continuously reduces in cross section in the facing direction. There is. The projecting surfaces are arranged opposite to each other, and can prevent chipping, cracks, and the like from occurring on the bottom surface of the separator and the end surface of the heating element, which can be brought into contact with each other by a pushing force during assembly or vibration during internal combustion engine operation. .
[0017]
Here, when the bottom surface of the separator and the end surface of the heating element that face each other are in contact, it is desirable that they contact in a point-like contact state at the tip of the projecting surface. The occurrence of chipping, cracks and the like on the body end surface can be suppressed. In addition, as described above, since the strength of the separator can be sufficiently secured by forming the gap forming portion, even if the separator bottom surface comes into contact with the end surface of the heating element and is repeatedly subjected to vibration during operation of the internal combustion engine, In the central skeleton, fatigue failure or the like hardly occurs for a long time. In the present specification, the point-like contact state refers to a point contact or a state approximate thereto.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
FIG. 1 shows an internal structure of an embodiment of an oxygen sensor according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part. The
[0019]
The
[0020]
A rear portion of the
[0021]
The
[0022]
Next, one
[0023]
As shown in FIGS. 2 and 3, the first terminal fitting 23 presses the outer surface of the
[0024]
On the other hand, the second terminal fitting 33 has a cylindrical fitting
[0025]
As shown in FIG. 4, the
[0026]
FIG. 5 shows the
[0027]
Next, the outer cylinder
[0028]
Moreover, the 2nd cylindrical part 16b2 is formed in the form which follows the outer peripheral surface of the main-
[0029]
As described above, the outer cylinder
[0030]
On the other hand, the rear side
[0031]
The wall thickness t1 of the front
[0032]
In FIG. 2, an annular gap S0 having a radial interval of, for example, 0.3 mm or more is provided between the outer peripheral surface of the separator-
[0033]
FIG. 6 shows details of the
[0034]
The
[0035]
The first
[0036]
Further, as shown in FIG. 6B, the rear end edge of the metal
[0037]
By the way, in the front half part of the
[0038]
FIG. 7 shows an assembled state of the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
In the
[0042]
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the first embodiment showing the assembled state of the
[0043]
In the
[0044]
In FIG. 9, the 2nd Example of the assembly | attachment state of the
[0045]
A chamfer 18e2 having a predetermined inclination with respect to the central axis O2 is applied to the outer edge 18e1 of the
[0046]
Further, a convex portion 18f1 protruding into the heating element side lead wire insertion hole 18a2 is formed in the
[0047]
FIG. 10 shows a third embodiment of the assembled state of the
[0048]
In FIG. 10, a
[0049]
Next, a modification of the first embodiment shown in FIG. 8 is shown in FIG. Among these, FIG. 11A shows an example in which chamfers 18e2 and 3c2 are formed in order to prevent chipping, cracks, and the like at the
[0050]
Further, a modification of the second embodiment shown in FIG. 9 is shown in FIG. Among these, in FIG. 12 (a), a protruding surface F1 protruding in a spherical shape toward the
[0051]
In FIGS. 11 and 12, the same reference numerals are given to portions common to the corresponding diagrams (FIG. 8 or FIG. 9), and description thereof is omitted. In FIG. 12B, the enlarged view of the portion X2 is the same as FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an oxygen sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the oxygen sensor of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an assembled state of the ceramic separator.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of a heating element to an oxygen detection element.
FIG. 5 is a plan view and a front half sectional view of an outer cylinder.
FIG. 6 is a plan view, a bottom view, and AA and BB cross-sectional views of a ceramic separator.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing an assembled state of the grommet and the ventilation portion.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the first embodiment showing an assembled state of the ceramic separator and the heating element.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the second embodiment showing the assembled state of the ceramic separator and the heating element.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a third embodiment showing the assembled state of the ceramic separator and the heating element.
11 is a longitudinal sectional view showing a modified example of FIG.
12 is a longitudinal sectional view showing a modified example of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Oxygen sensor
2 Oxygen detection element
2a Hollow part
3 Heating elements
3a Heating part
3b Heater terminal
3b1 Base end
3b2 expansion part
3b3 elastic support
3b4 cut
3b5 tongue
3b6 Trigger shaft
3c Rear end face (heating element end face)
3c1 outer edge
3c2 chamfer
9 Main metal fittings
16 outer cylinder
17 Grommet
17a1 Sensor element side lead wire insertion hole
17a2 Heating element side lead wire insertion hole
18 Ceramic separator (separator)
18a1 Detection element side lead wire insertion hole
18a2 Heating element side lead wire insertion hole (lead wire insertion hole)
18e Bottom (Separator bottom)
18e1 outer edge (bottom edge)
18e2 Chamfer (Chamfer)
18f Central skeleton
18f1 convex part
20, 21 Sensor element side lead wire
19, 22 Heating element side lead wire (lead wire)
23 First terminal fitting (pressing member)
72 Terminal receiving hole
72e Central communication part (heating element end receiving hole)
F1 protruding surface
F2 concave surface
S Gap forming part
Central axis of O1 heating element
Central axis of O2 separator
R1 radius of curvature of protruding surface F1
R2 radius of curvature of concave surface F2
Claims (5)
前記酸素検出素子の中空部に配置され、該酸素検出素子を加熱する軸状の発熱体と、
前記酸素検出素子よりも後方側においてその中空部とほぼ同軸的に配置され、前端面が開口して前記発熱体の後端部が挿入される発熱体端部収容穴を有するセパレータとを備え、
前記発熱体端部収容穴は、前記セパレータの中心軸線方向中間位置に底面を有するとともに、該発熱体端部収容穴に挿入された前記発熱体の後端側から延出されるヒータ端子と、これに接続されるリード線とを挿通可能とするリード線挿通孔が、周方向において前記発熱体端部収容穴に連通されており、
前記発熱体は、前記酸素検出素子の中空部の中心軸線と前記セパレータの中心軸線とに対し自身の中心軸線が傾斜するとともに、少なくとも一部が前記中空部の内壁面に接触し、
前記リード線挿通孔に挿通される前記ヒータ端子と、前記発熱体端部収容穴の前記底面の外縁(以下、底面外縁という)とが接触・干渉することを防止するために、前記セパレータの中心軸線と直交する向きにおいて、前記ヒータ端子と前記底面外縁との間に一定量の隙間を形成する隙間形成部が、該ヒータ端子に形成され、
前記隙間形成部は、一方の端から所定の方向に延び、方向転換部を経て他方の端に至る切れ目の内側に位置する舌片を、前記発熱体の挿入方向に引き起こす形の弾性支持部であることを特徴とする酸素センサ。The front end portion has a closed hollow shaft shape, and the front end portion side is directed to the gas to be measured, and an oxygen detection element,
An axial heating element that is disposed in a hollow portion of the oxygen detection element and heats the oxygen detection element;
A separator having a heating element end accommodating hole that is disposed substantially coaxially with the hollow portion on the rear side of the oxygen detection element, has a front end surface opened, and a rear end portion of the heating element is inserted;
The heating element end accommodating hole has a bottom surface at an intermediate position in the central axial direction of the separator, and a heater terminal extending from the rear end side of the heating element inserted into the heating element end accommodating hole, A lead wire insertion hole that allows insertion of a lead wire connected to the heating element end accommodation hole in the circumferential direction,
The heating element has its central axis inclined with respect to the central axis of the hollow part of the oxygen detecting element and the central axis of the separator, and at least a part thereof is in contact with the inner wall surface of the hollow part,
In order to prevent the heater terminal inserted into the lead wire insertion hole and the outer edge of the bottom surface of the heating element end receiving hole (hereinafter referred to as the bottom surface outer edge) from contacting and interfering with each other, A gap forming portion that forms a certain amount of gap between the heater terminal and the outer edge of the bottom surface in a direction orthogonal to the axis is formed in the heater terminal ,
The gap forming portion is an elastic support portion that extends in a predetermined direction from one end, and causes a tongue piece located inside a cut extending from the direction changing portion to the other end in the insertion direction of the heating element. There is an oxygen sensor.
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