JP2514000B2 - 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，酸素センサ，特に車両の排ガス系に配備さ
れる酸素センサ（以下，車両用酸素センサという。）に
関する。

（従来技術および問題点） 車両用酸素センサには，袋状の固体電解質素子を有
し，該素子の内外面に一対の電極を備え，内面側の電極
（基準電極）を基準酸素ガスに，外面側の電極（測定電
極）を測定酸素ガスに接触させ，素子内外面の酸素濃度
差に対応して両電極間に電位差を生ぜしめ，かかる電位
差に基づく信号を制御回路に出力し，酸素濃度を検知す
るようにしたものがある。

そして，かかる車両用酸素センサは，そのハウジング
が排ガス系のマニホールドに取付けられ，一方の電極
（通常は基準電極）を制御回路に導通する一方，他方の
電極（通常は測定電極）をハウジングしたがって排ガス
系を通じてアースしていた（たとえば，特公昭59−4195
2）。

しかしながら，この種の酸素センサにあっては，出力
が微弱であることからエンジン系の若干のノイズ，たと
えば点火プラグによるノイズまたはアース電極の電位差
によるノイズによっても影響を受けてしまい，正確な検
知が困難である，といった問題を有する。

そのため，酸素センサの出力に関与したノイズを電気
的に低減するノイズフィルタを制御回路に内蔵する試み
も考えられるが，装置が複雑化し，コスト高になるほ
か，ノイズの完全な除去は困難である。

（問題点の解決手段） 本発明の目的は，かかる従来技術の問題点に鑑み，エ
ンジン系のノイズによって酸素センサの出力が影響され
ることを極力抑止し，車両用酸素センサによる正確な酸
素濃度の検知を可能にすることにある。

本発明の酸素センサは、先端部が検出部とされ、後側
部が出力取出部とされた袋状の固体電解質素子と、検出
部において素子の内外面に備えられた一対の電極と、素
子及び電極を収容するハウジングとからなり、 素子の外面に備えられ、先端が外面に備えられた電極
の後端に接続されると共に、後端部は軸方向に幅を有す
る板状体であり、後端は出力取出部に至る第１リード
と、素子とハウジングとの間に設けられ、第１リードを
ハウジングに対して電気的に絶縁する絶縁部材と、耐熱
性、耐食性及びバネ性の材質からなり、素子の後方にお
けるハウジング内に軸方向に配備され、先端が割り欠き
環状であり、更に、半径内方向に突出する２つ以上の突
起部を有するバネ性板状体とされ、かつ板状体が素子の
出力取出部において素子の外面に嵌合して第１リードの
後端に接続される第２リードと、を有することを特徴と
する。

（実施態様） （１）前記出力取出部は小径部とされていることが好ま
しい。

（２）前記第一リードとしては，素子外面の先後方に沿
って帯状に延び，後端（出力取出部に位置する）が環状
（特に軸方向に幅を有する板状）とされたものが好まし
い。また，前記第二リードとしては，素子の後方におい
て帯状に伸び，先端（出力取出部に位置して，第一リー
ドとの接続に供される部分）が先端が割り欠き環状でか
つ軸方向に幅を有するバネ性板状体とされ，後端（後記
外部リードとの接続に供される部分）が筒状体とされた
ものが好ましい。この場合，環状体については，素子の
周回り方向に沿って少なくとも1/3以上に形成された割
欠き環状体にするとよい。これらリード（第一および第
二リード）の材料としては、貴金属たとえば白金（Pt）
も使用できるが、好ましくは耐熱性、耐食性、かつ弾性
を有し、しかも安価な材料である析出硬化系ステンレス
が使用される。

（３）先端が割り欠き環状でかつ軸方向に幅を有するバ
ネ性板状体としては，その内面に径方向内方へ突出する
突起部を有することが好ましい。

（４）前記絶縁層としては，第一リードの先端（外側電
極との接続に供される部分）および後端（素子の出力取
出部に位置して，前記第二リードとの接続に供される部
分）を除き，該第一リードを被覆したものが好ましい。

絶縁層の材料としては，セラミック，ガラスまたはセ
メントが挙げられる。

（作 用） こうした構成とすることにより，固体電解質素子の内
外面の酸素濃度差に基づく電極からの信号をハウジング
を介することなく，リードを通じてハウジング外に出力
（アース）することができる。

そして固定電解質素子の出力取出部において第１リー
ドが軸方向に幅を有する環状部を備え、第２リードが割
り欠きを有する環状かつ軸方向に幅を有する板状体であ
り、更にこの板状体は、軸方向の断面でみて軸方向に進
行する波状で半径内方向に突出する２つ以上の突起部を
有するバネ性板状体とされることにより、局部接触と面
接触の両方の特性を兼ね備えたより優れた接触法が実現
される。即ち、第１リードと第２リードの接触部分は素
子外周に沿った円形状であり、言わば局部接触であるた
め、バネ性板状体による径方向内側に向かう弾性力は極
めて小さな面積に集中するため、第１リードと第２リー
ドは確実に接触し、接触抵抗が低減される。そのため、
両リード間の電気的接続の信頼性が高い。

さらに好ましくは、出力取出部に板状体又は突起部に
対応した小径部（凹部）を設けることにより、両リード
間の電気的接続の信頼性が一層向上する。

（実施例） 以下，本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第６図において,1は酸素センサであり，この
機能センサ１は，車両のエンジン系の排ガスマニホール
ド２に取付けられ，その信号が制御回路３に出力される
ものである。

前記酸素センサ１は，大略，酸素ガス濃度に応じて分
圧差を生ずる袋状の固体電解質素子４と，素子４に基づ
く信号を前記制御回路３に出力するリード素５と，素子
４およびリード素５（の一部）を包囲するハウジング６
とから構成されている。

前記素子４は，その先端部が検出部4aとされ，その外
側には排ガスＡが，その内側には基準ガスＢがそれぞれ
存在し，排ガスＡと基準ガスＢとによって酸素濃度差を
生じ得るようになっている。また，その後端部は出力取
出部4b（ここでは，小径部とされている。）とされ，素
子４からの信号はこの出力取出部4bより前記制御回路３
へ伝送される。なお,4cは素子４の先後方向中間部位に
おいて外方に突出形成された鍔部である。

この素子４には，検出部4aの周囲り方向全域におい
て，その内面に多孔性基準電極7,その外面に多孔性測定
電極７′が備えられ，前記酸素濃度差に基づいて電位差
を生じるようになっている。

前記リード素５は，素子リード8,8′，外部リード9,
9′および中間リード10,10′からなる。素子リード8,
8′は，素子４の内外面に備えられるものであり，その
先端が各電極7,7′の後端に接続されて素子４形状に沿
って後方へ延び，出力取出部4bに至っている。この素子
リード８′は出力取出部4bにおいて周回り方向に沿って
環状部８′ａとして形成される以外，帯状に形成されて
いる。一方，外部リード9,9′は，前記制御回路３から
伸び，前記ハウジング６の後端部に挿入されている。中
間リード10,10′は，ハウジング６内において前記素子
４の出力取出部4bと外部リード9,9′の挿入端部との間
に配設され，素子４に係る一対の電極7,7′と制御回路
３に係る一対の外部リード9,9′とを接続している。こ
の中間リード10,10′は，その先端部が割欠き環状バネ
性板状体10a,10′ａとされ，素子４の出力取出部4b（素
子リード8,8′が延在している。）において，割り欠き
環状バネ性板状体10aが素子４内面に嵌挿されるととも
に，割り欠き環状バネ性板状体10′ａが素子４外面に嵌
合されることにより，電極7,7′と中間リード10,10′と
が素子リード8,8′を介して接続されている。割り欠き
環状バネ性板状体10aの径は素子４内径に，割り欠き環
状バネ性板状体10′ａの径は素子４外径にそれぞれ対応
させている。ここでは，割り欠き環状バネ性板状体10a
の外面側には径方向外方へ突出した複数の突起部10a−
１…が形成され，また割り欠き環状バネ性板状体10′ａ
の内面側には径方向内方へ突出した複数の突起部10′ａ
−１…が形成されており，これによって素子リード8,
8′と中間リード10,10′との接続をより確実にしてい
る。一方，中間リード10,10′の後端部は割欠き筒状体1
0b,10′ｂとされ，この筒状体10b,10′ｂが外部リード
9,9′と挿入端部にそれぞれ嵌合されることにより，制
御回路３と中間リード10,10′とが外部リード9,9′を介
して接続されている。そして，制御回路３において，測
定電極７′に係る出力がアースされる。

ここで，前記素子４の外面側においては，測定電極
７′を被覆して多孔性保護層11が積層されるとともに，
素子リード８′（ただし，中間リード10′との接続に供
される環状部８′ａを除く。）を被覆して絶縁層12が積
層されている。なお，測定電極７′および保護層11が多
孔性であることから，排ガスＡの素子４への接触が確保
されている。

前記ハウジング６は，前記マニホールド２に固定され
る取付金具13を有し，この取付金具13の先方には素子４
の検出部4aの熱劣化を防止する保護キャップ14が配設さ
れる一方，後方には前記中間リード10,10′および外部
リード9,9′の一部（挿入端部）を包囲して第一筒体15
および第二筒体16が配設されている。取付金具13の内面
側には段部13aが形成されており，この段部13aに前記素
子４の鍔部4aの相当部位が係合し，後方より封止体17に
より押圧されることにより，素子４が所定位置に保持さ
れている。取付金具13,筒体15,16と外面側の素子リード
８′，中間リード10,10′との間には先後方向に亘って
適宜に絶縁体18,18,18が介装されている。

なお,19はヒータ，そして20は該ヒータに係るリード
素である。

次に，こうした構成の酸素センサについて，その作用
を述べる。

いま，酸素ガスの濃度差に基づく電位差が両電極７と
７′との間に発生したとする。すると，基準電極７から
の信号は，素子リード8,中間リード10および外部リード
９を介して，制御回路３に出力される。一方，測定電極
７′からの信号は，素子リード８′，中間リード10′お
よび外部リード９′を介して，制御回路３に出力され，
アースされる。ここで，こうした信号の出力系は，両電
極7,7′のいずれに係るものについても，エンジン系に
導通し得るハウジング（すなわち取付金具13,保護キャ
ップ14および筒体15,16）とは，絶縁素（すなわち，絶
縁層12および絶縁体18,18,18）によって絶縁されてい
る。そのため，酸素センサ１からリード素５を経由して
制御回路３に至る出力信号が，エンジン系からのノイズ
によって殆んど影響を受けない。

（他の実施例） （１）前記素子リード８′の環状部８′ａは，必ずしも
素子４の周回り方向全域に亘って存在する必要はなく，
周回り方向において部分的に存在しない区域があっても
よい。

（２）前記中間リード10,10′の割り欠き環状バネ性板
状体10a,10′ａは，その軸方向全域が内方または外方へ
湾曲したものであってもよい。

（３）前記固体電解質素子４は，その鍔部が後端部すな
わち出力取出部となるものであってもよい。

（４）前記固体電解質素子４は，その外周面を軸方向全
域に亘って略平坦面とし（これに伴って，測定電極７′
も平坦状に形成し），絶縁層12によって取付金具13に係
合する鍔部を形成してもよい。

（５）前記出力取出部4bは，これを小径部としなくても
よい（第７図）。

（６）前記電極7,7′に係る信号は，エンジン系に直結
するハウジング６を通じてアースしない限り，いかなる
態様によってアースしてもよい。

たとえば，外部リード９′によってハウジング６外に
出力された信号を，制御回路３を経由することなくアー
スしてもよい。また，基準電極７に係る信号をアースし
てもよい。

（発明の効果） 以上の如く，本発明によれば，前述した従来技術の問
題点を解消して，酸素センサによる酸素濃度の検知精度
を向上させることができるという効果を奏する。

また，素子の出力取出部において、第１リードが環状
部（軸方向に幅を有する板状部）を備え、第２リード
は、先端部が割り欠き環状でかつ軸方向に幅を有するバ
ネ性板状体とされていることにより、面接触及び局部接
触の２つの効果により第２リードと第１リードとの密着
性が高く、両リード間の電気的接続に対する信頼性が向
上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明に係る酸素センサの取付位置の一例を
示す一部断面図， 第２図は，本発明の一実施例の全体を示す一部断面図， 第３図は，前記実施例の固体電解質素子に係るリード状
態を示す斜視図， 第４図は，前記実施例に係る絶縁層のハウジングとの係
合部位を示す拡大断面図， 第５図は，前記実施例の中間リードを示す斜視図， 第６図は，前記実施例の割り欠き環状バネ性板状体の拡
大断面図，そして 第７図は，本発明の他の実施例の固体電解質素子に係る
リード状態を示す斜視図， を表わす。 １……酸素センサ,4……固体電解質素子， 4a……検出部,4b……出力取出部， ６……ハウジング， 7,7′……電極（基準電極，測定電極）， ８′……第一リード（外面に備えられた素子リード）， ８′ａ……環状部,8′ａ−１……突起部， 10′……第二リード（測定電極に係る中間リード）， 10′ａ……割り欠き環状バネ性板状体， 12……絶縁層。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部が検出部とされ、後側部が出力取出
   部とされた袋状の固体電解質素子と、該検出部において
   該素子の内外面に備えられた一対の電極と、該素子及び
   該電極を収容するハウジングとからなり、 前記素子の外面に備えられ、先端が該外面に備えられた
   前記電極の後端に接続されると共に、後端部は軸方向に
   幅を有する板状体であり、該後端は前記出力取出部に至
   る第１リードと、 前記素子と前記ハウジングとの間に設けられ、前記第１
   リードを該ハウジングに対して電気的に絶縁する絶縁部
   材と、 耐熱性、耐食性及びバネ性の材質からなり、前記素子の
   後方における前記ハウジング内に軸方向に配備され、先
   端が割り欠き環状であり、更に、半径内方向に突出する
   ２つ以上の突起部を有するバネ性板状体とされ、かつ該
   板状体が前記素子の出力取出部において該素子の外面に
   嵌合して前記第１リードの後端に接続される第２リード
   と、を有することを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】前記出力取出部は、前記板状体又は前記突
   出部に対応した小径部を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の酸素センサ。