JPH0687050B2

JPH0687050B2 - 酸素感知装置

Info

Publication number: JPH0687050B2
Application number: JP4005007A
Authority: JP
Inventors: リチャード・ウィリアム・デュース
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: EP0496136A2; JPH04310856A; US5098548A; EP0496136A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンから流出する自
動車排気物内の酸素濃度を検出するに適した電気化学型
の固形電解質式の酸素センサに関する。特に、本発明
は、例えば米国特許第４，８２４，５５０号明細書に開
示された如き、実質上管状の固形電解質材本体であっ
て、この固形電解質材本体により閉じられた第１端部と
開いた第２端部とを有する軸方向に延びた細長いボアを
内部に備え、固形電解質材本体の内表面に設けた基準電
極と固形電解質材本体の外表面に設けた測定電極とを有
する固形電解質材本体；この固形電解質材本体の測定電
極を測定すべき外部のガスに接触させると共に固形電解
質材本体の基準電極を測定すべき外部のガスに対して気
密状態に保持するように、固形電解質材本体を支持する
ハウジング；正の抵抗係数を有する加熱抵抗を備え、固
形電解質材本体の細長いボア内に挿入された細長いヒー
タ素子；及び、この細長いヒータ素子と固形電解質材本
体との間の実質上全域にギャップを生じさせるように固
形電解質材本体内で細長いヒータ素子を剛直に固定する
固定手段；を有する上述の型式の酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】定量的及び定質的なガス測定を必要とす
る種々の応用にガスセンサを使用している。自動車産業
においては、自動車排気物内の酸素濃度はエンジンの空
燃比に直接関連することが知られている。酸素ガスセン
サをエンジン制御装置内で使用して、最適な燃焼条件を
決定し、燃料の使用効率を最大化し、排気流出物を管理
するために排気ガスの酸素濃度を正確に測定する。

【０００３】一般に、自動車において使用する電気化学
型式の酸素センサは、排気流中に存在する酸素の相対量
を決定する（感知する）ために、シンブル（筒）状の電
池を利用している。その一例は米国特許第３，８４４，
９２０号明細書に開示されている。この型式の酸素セン
サは自動車産業全体にわたって知られ、使用されてお
り、イオンに対して導通性の固形電解質材料（典型的に
は、イッテリウムで安定するジルコニア）と、排気ガス
即ち測定すべきガスにさらされる外面を覆う多孔性の電
極と、既知の濃度の基準ガスにさらされる内面を覆う多
孔性の電極とを有する。固形電解質材にわたってのガス
濃度の勾配のため、ネルンスト等式Ｅ＝ＡＴｌｎ［Ｐ₁
／Ｐ₂](ここに、Ｅは流電気電圧、Ｔはガスの絶対温
度、Ｐ₁／Ｐ₂は２つの電極での基準ガスの分圧の比であ
る）、及びＡ＝Ｒ／４Ｆ（ここに、Ｒは一般気体（ガ
ス）定数、Ｆはファラデー定数である）により２つの電
極でのガスの分圧の差に関連する流電気電位が発生す
る。従って、酸素センサは流電気の出力電圧を測定する
ことにより排気ガス内の酸素濃度を感知する。

【０００４】上述のネルストン等式から明らかなよう
に、センサの流電流出力電圧は温度に依存する。更に、
基準電極と測定電極との間の酸素濃度の差に応じて感知
できる出力電圧を得られるように、このようなセンサ内
の固形電解質材部材を最初に高い温度まで加熱しなけれ
ばならない。電極間に発生した流電気電位及びこれに対
応する出力電圧は、固形電解質材が一定の温度に加熱さ
れるまでは安定しない。一般に、自己加熱手段を有さな
い従来の酸素センサにおいては、流電気を安定させるに
十分な作動温度まで酸素センサの固形電解質材部材を加
熱するのに燃焼ガスを利用している。それ故、燃焼ガス
が適当な高い温度に達してセンサ内の固形電解質材を適
当な作動温度に加熱するまでは、有効なセンサの作動が
得られない。

【０００５】エンジン特に高効率エンジンの排気パイプ
の下流側で排気パイプから離れ過ぎた状態で酸素センサ
を配置した場合は、エンジンのウォームアップ期間中に
センサの仕様を満足させるに十分な高温までセンサを加
熱することができない。このような状態の下では、エン
ジン制御装置は開ループで作動し、従って、この制御装
置は、制御パラメータ即ち空燃比を制御するようにプロ
グラムされた場合でさえ、その制御パラメータを感知で
きない。短い作動期間中に発生する総流出物の大半はエ
ンジンウォームアップ期間中に発生することが知られて
いる。ある応用においては、周囲環境の温度に関係なく
酸素センサ自体を所定温度まで迅速に加熱する手段を備
えた酸素センサを使用することにより、エンジンウォー
ムアップ期間中の排出物制御を改善できる。

【０００６】更に、エンジンからの燃焼ガスの温度は、
作動期間中に、数百℃程度まで大幅に変化することが知
られている。それ故、自己加熱式の酸素センサの別の利
点は、センサの固形電解質材がこれを加熱するための燃
焼ガスの熱に依存しないから、自動車の排気パイプ内の
任意の位置に配置できる（例えば、クーラーの出口端に
さえ配置できる）ことである。加熱された酸素センサを
排気パイプのクーラー出口端に配置することにより、こ
れを排気パイプの高温端に配置した場合に比べて、セン
サの物理的及び化学的特性の劣化が著しく少なくなる。

【０００７】要するに、自己加熱できる酸素センサを提
供することが肝要である。従来から、多くの加熱式の酸
素センサが提案されてきた。これら従来の加熱式の酸素
センサは、センサの固形電解質材本体を確実に加熱する
細長いセラミックヒータ素子を有する。ヒータ素子は固
形電解質材本体に形成した細長い円筒状の孔内に挿入さ
れる。この種の従来の加熱式の酸素センサの一例は米国
特許第４，８２４，５５０号明細書に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような細
長いヒータ素子を酸素センサ内で組立てるに際して困難
が生じる。ヒータ素子を容易かつ正確に位置決めできる
ようにする一方、ヒータ素子をセンサ素子内で剛直に固
定する必要がある。更に、特に自動車への応用に対して
は、信頼性ある加熱式の酸素センサを、低価格で、頑丈
かつ容易に製造できるようにすべきである。それ故、現
在の酸素センサのデザインや製造技術に対してヒータ素
子を容易に適合できるようにすることが望ましい。

【０００９】それ故、酸素センサ内でヒータ素子を容易
に位置決めでき剛直に固定できる加熱式の酸素センサが
必要となる。更に、酸素センサのこの種のヒータは、比
較的簡単な構造で、信頼ある頑丈なセンサ組立体として
自動車の大量生産技術に適用できるようにすべきであ
る。また、ヒータ素子は上述の米国特許第３，８４４，
９２０号明細書に開示された如き従来の加熱されない酸
素センサに容易に組み込むことができるようにするのが
好ましい。

【００１０】本発明の主目的は、温度条件が大幅に変化
した場合でさえも信頼ある作動を行い、耐久性のある加
熱式の固形電解質型の電気化学式酸素センサを提供する
ことである。

【００１１】本発明の別の目的は、自己整合できるヒー
タ副組立体を有する加熱式の酸素センサであって、固形
電解質材本体内でヒータ素子を容易に位置決めでき剛直
に固定でき、ヒータ素子に直接接続される別個の電気リ
ード線の必要性を排除するため、ヒータ副組立体が電子
パワー信号をヒータ素子に電気的に伝達するための手段
をも有するような酸素センサを提供することである。

【００１２】本発明の更に別の目的は、普通の加熱され
ない酸素センサ技術に適応でき、自動車産業技術に容易
に従うことのできる加熱式の酸素センサを提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段並びに作用効果】本発明に
係る酸素感知装置の特徴とするところは、細長いヒータ
素子が少なくとも１つの位置決め手段と電気接点手段と
を有し、固定手段が、ヒータ素子の位置決め手段と共働
し、ヒータ素子を外部の電気信号源に電気的に接続させ
るようにヒータ素子の電気接点手段に電気的に接触する
少なくとも１つの対応する位置決め手段を有することで
ある。

【００１４】本発明の好ましい実施例に従えば、上述の
目的及びその他の目的並びに作用効果は、次のようにし
て達成される。

【００１５】すなわち、本発明によれば、エンジンから
流出した自動車排気物内の酸素濃度を検出するに適した
加熱式の酸素感知装置が提供される。この酸素感知装置
は、固形電解質材本体と、ハウジングと、細長いヒータ
素子と、ヒータ素子へパワー信号を提供する固形電解質
材本体内で細長いヒータ素子を位置決めし剛直に固定す
るための手段とを有する。

【００１６】固形電解質材本体は実質上管状で、軸方向
に延びた細長いボアを有し、このボアは固形電解質材本
体により閉じられた第１端部と、開いた第２端部とを有
する。固形電解質材本体の内表面には基準電極が設けて
ある。測定すべき排気ガスに接触する測定電極は固形電
解質材本体の外表面に設けてある。ハウジングは、固形
電解質材本体の外表面上の測定電極が排気ガスと接触
し、固形電解質材本体の内表面上の基準電極が外部の排
気ガスに対して気密状態に維持されるように、固形電解
質材本体を支持する。細長いヒータ素子は固形電解質材
本体の細長いボア内に挿入される。細長いヒータ素子及
び固形電解質材本体は、これらの間の実質上すべての領
域においてギャップを発生させるように、相互に関して
固定的に位置決めされる。細長いヒータ素子は正の温度
抵抗係数を有する加熱抵抗と、この加熱抵抗を担持する
セラミック本体とを具備する。

【００１７】本発明の好ましい形態によれば、細長いヒ
ータ素子は、その固定端部に、少なくとも１つの位置決
め手段を備え、この位置決め手段は、アダプタ内の少な
くとも１つの電気コネクタ端子上の少なくとも１つの対
応する位置決め突起と共働する孔又はへこみで構成する
とよい。更に、ヒータ素子は、接地部となりヒータ素子
へパワー信号を提供する電気コネクタ端子に電気的に接
触するための対応する数の導電性パッドを有する。

【００１８】アダプタは電気コネクタ端子と、固定端部
におけるヒータ素子の頂部とを包囲する。ヒータ素子と
端子との間の摩擦嵌合及び端子とアダプタとの間の摩擦
嵌合により、ヒータ素子がアダプタ内で固定される。各
端子上の位置決め突起はヒータ素子の対応する位置決め
孔又はへこみに嵌合し、アダプタ内でヒータ素子を正確
に位置決めすると共に、アダプタ内の適所でヒータ素子
を係止し、ヒータ副組立体を形成させる。次いで、ヒー
タ副組立体を固形電解質材本体の細長いボア内へ挿入
し、このボアに自動整合させる。

【００１９】更に、端子はヒータ素子上の導電性パッド
に電気的に接触して、接地部及びパワー信号を提供し、
これにより、ヒータ素子に対する別個のリード線の必要
性を排除する。それ故、本発明においては、ヒータ素子
への電気的接続のために従来必要としていたような電気
リード線は不要である。

【００２０】この好ましい実施例を採用すれば、ヒータ
素子は固形電解質材本体内で剛直に固定され、容易に位
置決めできる。更に、本発明によれば、ヒータ素子への
接続に従来必要としていた電気リード線が不要となる。

【００２１】

【実施例】本発明は、エンジンから流出する排気ガス中
の酸素分圧を検出するのに適した加熱式で固形電解質材
を用いた電気化学型式の酸素感知装置を提供し、この装
置は頑丈で、信頼性があり、組立てが容易で、自動車生
産技術に採用できる。

【００２２】本発明の好ましい実施例においては、図１
に示すような加熱式の酸素感知装置１０はヒータサブア
センブリ即ちヒータ副組立体１２（図２に明示）を有す
る。図１を参照すると、固形電解質材本体１４はイッテ
リウムで安定するジルコニアでできており、実質上管状
の形状を呈し、軸方向に延びた細長いボア１６を有す
る。固形電解質材本体１４のボアの第１端部１８は固形
電解質材料で閉じられている。固形電解質材本体１４の
第２端部２０は開いており、ここからヒータ副組立体１
２を固形電解質材本体１４の細長いボア１６内へ挿入で
きる。多孔性のプラチナでできた基準電極２２は細長い
ボア１６内の固形電解質材本体１４の内表面２４上に設
けてあり、既知の濃度の基準ガスに接触する。多孔性の
プラチナでできた測定電極２６は固形電解質材本体１４
の外表面２８上に設けてあり、測定すべき排気ガスに接
触する。

【００２３】ハウジング３０は、典型的にはネジ装着板
（図示せず）を使用して、自動車の排気パイプ内に取り
付けられるようになっている。ハウジング３０は、固形
電解質材本体１４の外表面２８上の測定電極２６を測定
すべき外部の排気ガスに接触させると共に固形電解質材
本体１４の内表面２４上の基準電極２２を外部の排気ガ
スに対して気密状態に維持するように、固形電解質材本
体１４を支持する。固形電解質材本体１４は排気ガス流
内へ指（フィンガ）状に突出するように装着される。下
方及び中間の導電性ガスケット３４、３６はそれぞれ、
固形電解質材本体１４の細長いボア１６をシールし、外
部の排気ガスが基準電極２２を設けた固形電解質材本体
１４の細長いボア１６内へ流入するのを阻止する。孔付
きシールド３８をハウジング３０に取り付け、固形電解
質材本体１４を保護する。孔付きシールド３８と固形電
解質材本体１４との間にギャップ４０を形成し、孔付き
シールド３８を通って固形電解質材本体１４の外表面２
８上の多孔性プラチナ測定電極２６へ至る中断のない排
気ガスの流れを可能にする。

【００２４】上端４６を備えた管状延長部４４を有する
中空の中央ターミナル（端子）ポスト４２は固形電解質
材本体１４の細長いボア１６と同心的に位置している。
中央端子ポスト４２の下端４８は中間のガスケット３６
に適合する形状を有する。中央端子ポスト４２は任意の
適当な材料（例えば、４００シリーズのステンレス鋼）
でつくるとよい。中央端子ポスト４２は加熱式の酸素感
知装置（センサ）１０の引き続きの組立て期間中にヒー
タ副組立体１２を固定的に位置決めする自己整合手段を
提供する。

【００２５】アルミナ絶縁体５４は中央金属端子ポスト
４２の上方に位置し、金属でつくったハウジング３０及
び内側の上方シールド５６からこの端子ポストを絶縁す
る。センサの作動において、流電流出力信号が基準電極
２２と測定電極２６との間に発生する。測定電極２６へ
の電気的な接触は導電性シール（ガスケット）３４及び
ハウジング３０を介して行われる。基準電極２２への電
気的な接触は中央端子ポスト４２への導電性シール（ガ
スケット）３６を介して行われる。中央端子ポスト４２
の上端４４に導電性ワイヤ（図示せず）をはんだ付けす
るとよい。導電性ワイヤは外側上方シールド５８の内側
で上方に延び、ヒータワイヤ８６、８８の側部において
外側上方シールド５８から出る。次いで、導電性ワイヤ
は外部の測定電子機器（図示せず）に接続される。それ
故、アルミナ絶縁体５４は、ハウジング３０又は内側上
方シールド５６への出力信号の電気的な伝達を阻止する
の必要である。

【００２６】外側上方シールド５８はバネクリップ６０
又は他の適当な手段により内側上方シールド５６に保持
される。外側上方シールド５８及び内側上方シールド５
６は加熱式の酸素感知装置１０に対する付加的な保護を
提供し、任意の適当な材料でつくることができる。

【００２７】図２は本発明の好ましい実施例に係るヒー
タ副組立体１２の部分横断面図である。従来の加熱され
ない酸素センサに容易に適用できるヒータ副組立体１２
は、図１、２から明らかなように、細長いヒータ素子６
２と、アダプタ６４と、適当な電気信号をヒータ素子６
２へ提供するための電気コネクタ端子７８とを有する。
本発明の特徴はこのヒータ副組立体１２にある。

【００２８】細長いヒータ素子６２を図３に示す。ヒー
タ素子６２はタングステンワイヤを備えたアルミナコア
と、絶縁外層とを有する任意の市販の型式のものでもよ
いし、普通に形成されたものでもよい。図示の例では、
ヒータ素子６２の加熱抵抗はアルミナセラミック材料で
つくったセラミックベース上でスクリーン印刷しパター
ン化した厚肉フィルムのコンダクタ（導体）により構成
するとよい。厚肉フィルムのヒータ素子６２はアルミナ
の如きセラミックベース材料と、その上に印刷した電気
抵抗性の加熱インク（図示せず）を利用している。セラ
ミックベースは単一の層でもよいし、２以上の層を積層
したものでもよい。ロールコンパクティング及びプレス
加工により、円形横断面を有するロッドの形をしたセラ
ミックベース素材を形成するとよい。本発明の教示に従
って、上述した任意の所望の横断面を有するヒータ素子
６２を適当に修正してアダプタ６４（図１、２、５、
６）及び電気コネクタ端子７８（図１、２、５、６）を
つくることができる。

【００２９】電気抵抗性の加熱インクはタングステン又
はプラチナで構成するとよいが、パラジウム、銀、金の
如き他の適当な材料で構成してもよい。この加熱インク
はセラミックベースの片面又は両面に印刷されて、ヒー
タ素子６２を形成する。代わりに、抵抗性の加熱インク
を下側層上に印刷し、その上にセラミック材料の上側層
を被せてもよい。すなわち、抵抗性の加熱インクをセラ
ミックベースの中間層間に挟んでもよい。抵抗性の加熱
インクをセラミックベース上に蒸着する他の適当な方法
を使用してもよい。

【００３０】ヒータ素子６２内でパワー信号及び接地信
号を提供し、電気抵抗性のインクにより形成される抵抗
加熱ワイヤ８６、８８（図１、２、５）は、主として、
固形電解質材本体１４が測定すべき排気ガスに接触する
領域においてこの固形電解質材本体１４の閉端部１８内
へ挿入されるヒータ素子６２の領域にパターンとして形
成される。抵抗加熱ワイヤはヒータ素子６２の全長にわ
たって設けてもよいが、発生する熱を最大化するような
屈曲経路パターンを使用することにより、主として加熱
が必要な領域に配置するのが好ましい。一般には、この
領域は、測定すべき排気ガスに接触する固形電解質材本
体１４の部分内へ延びるヒータ素子６２の領域のみ、即
ちヒータ素子６２の最後の約２０％の部分である。それ
故、センサ１０の必要な領域のみが加熱され、これによ
り、不必要な構成要素即ち十分な熱移送及び熱応力の除
去を必要とするような不当に過剰な構成要素の加熱を防
止する。更に、ヒータ素子６２の抵抗加熱材料は正の
（ポジティブ）抵抗熱係数を有するのが好ましい。それ
故、ヒータ素子６２の温度が増大するにつれて、ヒータ
素子６２の温度を上昇させるのがますます困難になり、
これにより、排気ガスがヒータ素子６２及びセンサ１０
を加熱できる。約０．３％℃の正の抵抗熱係数が適当で
あるが、この熱係数は約０．１−０．２％℃の範囲で変
化させても、センサ１０の効果をたいして損じない。

【００３１】図３に明示する本発明の好ましい形態によ
れば、細長いヒータ素子６２はその固定端部６６に少な
くとも１つの位置決め手段６８を有する。この位置決め
手段６８はヒータ素子６２に設けた孔で構成するとよい
が、十分な深さのへこみで構成してもよい。ヒータ素子
６２上の位置決め手段６８はアダプタ６４の電気コネク
タ端子７８上の位置決め突起７０（図４）に対応し、こ
れと共働する。位置決め手段としてヒータ素子６２に孔
６８（図３、５）を形成するのが好ましい。その理由
は、この孔は端子７８と共働して正確な位置決めを保証
し、位置決め手段６８としてへこみのみを使用した場合
よりも一層剛直な保持機能を提供するからである。更
に、本発明の効果を最大とするためには、アダプタ６４
の電気コネクタ端子７８の数と同数の位置決め手段６８
をヒータ素子６２上に設けるのが望ましい。パワー信号
ワイヤ８６及び接地ワイヤ８８にそれぞれ対応する少な
くとも２つの電気コネクタ端子７８を設けるのが望まし
い。しかし、必要に応じ、３個以上の電気コネクタ端子
又は単一の電気コネクタ端子を設けてもよい。

【００３２】更に、ヒータ素子６２は、対応する電気コ
ネクタ端子７８（図２、５）に電気的に接触するため
に、これと同数の導電性パッド７２（図３）を有する。
導電性パッド７２は適当な導電性金属層をヒータ素子６
２上に蒸着することにより形成される。電気コネクタ端
子７８に接触するヒータ素子６２上の領域に金の層をメ
ッキするのが好ましいが、他の適当な材料を使用しても
よい。導電性パッド７２はヒータ素子６２内の抵抗加熱
ワイヤに電気的に接続される。それ故、アダプタ６４の
電気コネクタ端子７８がこれらの導電性パッド７２に接
触したとき、セラミックヒータ素子６２へ電気リード線
を直結することなく、電気パワー信号及び接地信号（ワ
イヤ８６、８８にそれぞれ対応する）がヒータ素子６２
の抵抗加熱ワイヤへ伝達される。これは、本発明の望ま
しい特徴の１つである。

【００３３】本発明の好ましい実施例に係る電気コネク
タ端子７８の側面図を図４に示す。端子７８の接続端部
８０は信号ワイヤ（図示せず）への普通の電気接続を行
うのに適している。好ましい実施例（図１、２、５）に
おいては、端子７８はヒータ素子６２への接続のために
ワパー信号ワイヤ８６及び接地信号ワイヤ８８にそれぞ
れ電気的に接続される。端子７８の長手方向のほぼ中間
に、ヒータ素子６２の位置決め孔６８に対応する位置決
め突起７０を設ける。この位置決め突起７０はヒータ素
子６２の位置決め孔６８に直径方向で嵌め込まれて、位
置決め孔６８と位置決め突起７０との間に摩擦嵌合を提
供し、組立て後のヒータ素子６２の回転を阻止すると共
にヒータ素子６２の剛直な保持を保証する。位置決め突
起７０はヒータ素子６２の位置決め手段６８との良好な
嵌合を保証するのに十分な厚さを有すべきであり、従っ
て、端子７８の厚さにほぼ等しい厚さを有する。しか
し、位置決め突起７０の製造上の実用性をも考慮する必
要がある。

【００３４】接続端部８０とは反対側の端子７８の端部
は接触端部８２であり、この端部はヒータ素子６２の金
製の導電性パッド７２に接触して所望の信号をヒータ素
子６２（図２）へ電気的に伝達する。端子７８は銅の如
き導電性材料その他の適当な材料でつくらねばならない
ことは明らかである。接触端部８２は、組立て後の端子
７８とアダプタ６４との間で偏倚した摩擦嵌合を提供す
るように逆に曲げた屈曲部として形成する。端子７８の
数は特定の応用にとって必要なコネクタの数に依存し、
これと同数である。好ましい実施例においては、２つの
コネクタ、即ち接地ワイヤ及びパワー信号ワイヤ（それ
ぞれ、８８、８６）を設けるが、例えば、余剰信号が要
求される場合の如き一層多数のコネクタが必要な場合
は、必要数のコネクタを設ける。

【００３５】図５は図２に示すヒータ副組立体１２の分
解部品図である。アダプタ６４は比較的簡単な形状とし
て設計され、それ故低価格での製造が容易である。この
アダプタは種々の電気信号の不必要な短絡を防止するた
めに電気絶縁材料でつくられ、一例としては、アダプタ
はアルミナの如き適当なセラミック材料で作る。アダプ
タ６４はほぼ管状の形状を呈するが、その横断面におい
ては、その外周は円形である必要はない。矩形の如き任
意の便利な形状としてもよい。内側開口７４はその横断
面が円形ではない。この内側開口７４の横断面は実質上
バレル（胴のふくれた樽）状を呈するのが好ましい。こ
のような形状は電気コネクタ端子７８及びヒータ素子６
２を収納し、剛直に固定するのに必要である。この例で
は、アダプタ６４の外周は製造を容易にするため円形と
するのが好ましい。外側シールド５８（図１）上に信号
ワイヤを収納するのに十分な余地が無い場合は、アダプ
タ６４の長さにわたってリリーフ溝７６（図５）を設け
て、中央端子ポスト４２からの信号ワイヤを収納すると
よい。

【００３６】図５に示すように、ヒータ素子６２はアダ
プタ６４内へ挿入され、電気コネクタ端子７８はヒータ
素子６２とアダプタ６４との間に挿入される。図２に示
すように、電気パワー信号ワイヤ８６及び接地信号ワイ
ヤ８８に普通に接続された電気コネクタ端子７８は、ヒ
ータ素子６２と電気コネクタ端子７８との間の摩擦嵌合
により、ヒータ素子６２をその固定端部６６で保持す
る。各端子７８上の位置決め突起７０はヒータ素子６２
の対応する位置決め孔６８又は位置決めへこみ内に嵌合
し、これによりヒータ素子６２を位置決めすると共にこ
れを適所に係止する。端子７８によるヒータ素子６２の
位置決め及び保持の効率を最大化するためには、へこみ
よりも位置決め孔６８を使用するのが好ましい。端子７
８は、各端子７８の接続端部８０及び接触端部８２での
摩擦嵌合によっても、アダプタ６４内に保持される。し
かし、接続端部８０とアダプタ６４との間の摩擦嵌合は
必ずしも必要でない。ヒータ素子６２と端子７８とアダ
プタ６４との間の摩擦嵌合状態は、図２の６ー６線にお
ける断面図である図６に示す。本発明によれば、ヒータ
素子６２及び端子７８はアダプタ６４内で剛直に固定さ
れて副組立体１２を形成する。

【００３７】ヒータ副組立体１２を固形電解質材本体１
４の細長いボア１６内に挿入したとき（図１）にヒータ
素子６２が適当な長さだけ固形電解質材本体１４の細長
いボア１６内へ突出するように、ヒータ素子６２は端子
７８によりアダプタ６４内で位置決めされる。ヒータ素
子の長さ及びアダプタの長さは、ヒータ素子の下端が固
形電解質材本体１４の下端１８（詳細には、この下端を
覆う基準電極２２）に当接できるように調整されてい
る。アダプタ６４の上端は外側上方シールド５８の上方
端壁５９に係合するか、又は少なくともその近傍まで延
びている。このような構成においては、ヒータ素子６２
は中央の端子ポスト４２により剛直に支持される必要は
ない。

【００３８】本発明の望ましい特徴は自動車大量生産技
術への適応性にある。ヒータ副組立体１２は組立てが比
較的容易であり、従来の設計を大幅に変更することなく
従来の加熱されない酸素センサに使用できる。設置する
際のヒータ副組立体１２は実質的に自己位置決めを行
い、すべての運動方向において剛直に固定される。更
に、ヒータ副組立体１２、特にその電気コネクタ端子７
８は必要な信号をヒータ素子６２へ電気的に伝達する手
段を提供し、それ故、ヒータ素子６２のデザインを実質
上簡略化する。

【００３９】以上、好ましい実施例につき本発明を説明
したが、当業者にとっては、例えば電気コネクタ端子の
数を変えたり、種々の構成要素の材料を変えたり、位置
決め手段の形状を変えたり、ヒータ素子に位置決め突起
を設け端子に位置決め孔を設けたりすることにより、種
々の修正、変形が可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例に係る加熱式の固形電
解質材型の酸素センサの横断面図で、固形電解質材本
体、ハウジング、ヒータ素子、アダプタ及び電気コネク
タ端子を示す図である。

【図２】本発明の好ましい実施例に係る、アダプタ内で
電気コネクタ端子に接触してこれにより位置決めされる
ヒータ素子を有するヒータ副組立体の横断面図である。

【図３】本発明の好ましい実施例に係る、位置決め手段
と電気接点手段とを有するヒータ素子の立面図である。

【図４】本発明の好ましい実施例に係る、位置決め突起
を有する端子の側横断面図である。

【図５】本発明の好ましい実施例に係るヒータ副組立体
の分解部品図で、ヒータ素子、アダプタ及び電気コネク
タ端子を示す図である。

【図６】図２の６ー６線におけるヒータ副組立体の断面
図で、ヒータ素子と端子とアダプタとの間の摩擦嵌合状
態を示す図である。

【符号の説明】１０酸素感知装置（酸素センサ）１２ヒータ副組立体１４固形電解質材本体１６細長いボア１８第１端部２０第２端部２２基準電極２４内表面２６測定電極２８外表面３０ハウジング４０ギャップ６２ヒータ素子６４アダプタ６６固定端部６８位置決め孔７０位置決め突起７２導電性パッド７４内側開口７８電気コネクタ端子８０接続端部８２接触端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質上管状の固形電解質材本体（１４）
であって、この固形電解質材本体により閉じられた第１
端部（１８）と開いた第２端部（２０）とを有する軸方
向に延びた細長いボア（１６）を内部に備え、同固形電
解質材本体の内表面（２４）に設けた基準電極（２２）
と同固形電解質材本体の外表面（２８）に設けた測定電
極（２６）とを有する固形電解質材本体；この固形電解
質材本体（１４）の前記測定電極（２６）を測定すべき
外部のガスに接触させると共に同固形電解質材本体の前
記基準電極（２２）を測定すべき外部のガスに対して気
密状態に保持するように、同固形電解質材本体（１４）
を支持するハウジング（３０）；正の抵抗係数を有する
加熱抵抗を備え、前記固形電解質材本体（１４）の前記
細長いボア（１６）内に挿入された細長いヒータ素子
（６２）；及び、この細長いヒータ素子（６２）と前記
固形電解質材本体（１４）との間の実質上全域にギャッ
プ（４０）を生じさせるように同固形電解質材本体内で
同細長いヒータ素子を剛直に固定する固定手段（６４、
７８）；を有する酸素感知装置（１０）において、前記
細長いヒータ素子（６２）が少なくとも１つの位置決め
手段（６８）と電気接点手段（７２）とを有し、前記固
定手段（６４、７８）が、前記ヒータ素子（６２）の前
記位置決め手段（６８）と共働し、同ヒータ素子を外部
の電気信号源に電気的に接続させるように同ヒータ素子
の前記電気接点手段（７２）に電気的に接触する少なく
とも１つの対応する位置決め手段（７０）を有すること
を特徴とする酸素感知装置。
【請求項２】前記固定手段が、ほぼ管状形状のアダプ
タ（６４）と、前記外部の電気信号源へ電気接続するた
めの接続端部（８０）、前記ヒータ素子（６２）の前記
位置決め手段（６８）と共働する位置決め突起（７
０）、及び前記ヒータ素子の前記電気接点手段（７２）
に電気的に接触するための接点端部（８２）を有する少
なくとも１つの電気コネクタ端子（７８）とを具備した
自己整合手段を備え；前記ヒータ素子が前記少なくとも
１つの電気コネクタ端子（７８）により前記アダプタ
（６４）の内側開口（７４）内に位置決めされ固定され
ていることを特徴とする請求項１の酸素感知装置。
【請求項３】前記細長いヒータ素子（６２）がアルミ
ナコアと、タングステンワイヤと、絶縁外層とを有する
円形ロッドでできていることを特徴とする請求項１又は
２の酸素感知装置。
【請求項４】位置決め突起（７０）と接点端部（８
２）とをそれぞれ有する２つの前記電気コネクタ端子
（７８）を備え、前記ヒータ素子（６２）が２つの位置
決め手段（６８）と２つの電気接点パッド（７２）とを
有することを特徴とする請求項２の酸素感知装置。
【請求項５】請求項１の酸素感知装置（１０）に使用
するヒータ素子（６２）において、細長いセラミックベ
ースと、少なくとも１つの抵抗加熱ワイヤと、前記細長
いセラミックベースの一端（６６）に位置した少なくと
も１つの位置決め手段（６８）と、対応する前記抵抗加
熱ワイヤに接触する少なくとも１つの電気接点パッド
（７２）とを有することを特徴とするヒータ素子。
【請求項６】前記位置決め手段が前記細長いセラミッ
クベースの前記一端（６６）に設けた孔（６８）を有す
ることを特徴とする請求項５のヒータ素子。
【請求項７】請求項１の酸素感知装置（１０）に使用
するヒータ副組立体（１２）において、ほぼ管状の形状
を呈する電気絶縁性のアダプタ（６４）と；セラミック
コア、少なくとも１つの抵抗加熱ワイヤ、前記セラミッ
クコアの第１端（６６）に位置した少なくとも１つの位
置決め手段（６８）、及び対応する前記抵抗加熱ワイヤ
に接触する少なくとも１つの電気接点手段（７２）を有
する細長いヒータ素子（６２）と；外部の電気信号源に
電気接続するための接続端部（８０）、前記ヒータ素子
（６２）の前記位置決め手段（６８）と共働する位置決
め突起（７０）及び前記ヒータ素子（６２）の前記電気
接点手段（７２）に電気的に接触するための接点端部
（８２）を有する少なくとも１つの電気コネクタ端子
（７８）と；を備え；前記ヒータ素子（６２）が前記少
なくとも１つの電気コネクタ端子（７８）により前記ア
ダプタ（６４）の内側開口（７４）内に位置決めされ固
定されていることを特徴とするヒータ副組立体。