JPH068547Y2

JPH068547Y2 - 酸素検知器

Info

Publication number: JPH068547Y2
Application number: JP1984038407U
Authority: JP
Inventors: 伸秀加藤; 隆生村瀬
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 1999-03-16
Also published as: JPS60150450U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、被測定ガス中、なかでも内燃機関より排出さ
れる排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ
に係り、特に先端部に酸素検知部が設けられた長手形状
の酸素検知素子を用いた、構造の簡単な、また製作の容
易な酸素検知器に関するものある。

従来から、所謂酸素センサとして、内燃機関の排気ガス
中に含まれる酸素濃度を検知し、その検出信号に基づい
て内燃機関の燃焼状態を最適にコントロールすることに
より、排気ガスの浄化、燃費の節減等を行なう酸素検知
器が知られている。例えば、そのような酸素検知器の一
つは、酸素イオン伝導性の固体電解質、例えば酸化カル
シウムや酸化イットリウムをドープした酸化ジルコニウ
ム等を隔壁とし、その隔壁の両面に各々所定の電極層を
設けたものを検知素子とし、それら電極の一方を基準雰
囲気、また他方の電極を排気ガスに晒し、酸素濃淡電池
の原理によって生ずる起電力を検出信号としている。そ
して、このような酸素検知素子として、近年、製造の容
易性やコンパクト化の容易性等の観点から、有底円筒形
状のものに代わって、かかる検知素子を長手の板状体と
為し、その一方の端部に上記排気ガス等の被測定ガスに
晒される酸素検知部を設けたものが、注目を浴びてい
る。

ところで、このような酸素検知器は、何れもその検知素
子が排気ガス管等の隔壁を貫通して被測定ガス通路内に
挿入されて、酸素検知部が排気ガス等の被測定ガスの流
れに晒されるものであるところから、かかる排気ガス等
による熱衝撃の緩和、排気ガス中に浮遊して飛来する粒
子の検知素子への付着防止等のために、かかる検知素子
の周囲を包囲するように、一般に円筒状の保護カバーが
設けられており、またかかる検知素子の、排気ガス管等
の被測定ガス流通管等から外部に露出する部分に対して
は、保護キャップが被冠せしめられており、そしてこの
保護キャップによって、かかる検知素子の外部の物体か
らの保護、水などの液体からの保護等を図っているので
ある。

しかしながら、かかる従来の酸素検知器における保護カ
バーや保護キャップは、何れも別体として組み付けられ
て、酸素検知器を構成するものであるところから、その
取付け構造が必然的に複雑となることは否めず、当然の
ことながら、その組付け操作、換言すればその製作が面
倒である問題を内在していると共に、排気ガス等の被測
定ガスが外部に漏れないように、また水などの液体が検
知器内に侵入することにより、高温の酸素検知素子が破
壊される等の問題を回避するように、それら保護カバー
や保護キャップ等の取付け部のシールについても、充分
な対策を採ることが要請され、これがまた、それら取付
け部の構造を複雑とし、組付け作業を困難なものとして
いるのである。

ここにおいて、本考案は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、被測定ガ
ス中の酸素分圧を測定するための構造の簡単な、また製
作の容易な酸素検知器を提供することにあり、そしてそ
のために、本考案にあっては、先端部に酸素検知部が設
けられた長手形状の酸素検知素子と、被測定ガス中に挿
入、位置せしめられて、該被測定ガスに晒される、少な
くとも前記酸素検知部を含む酸素検知素子部分を保護す
るための保護カバー部と、該酸素検知素子の被測定ガス
に晒されない部分を覆う保護筒部と、酸素検知器を被測
定ガス流通管等の隔壁に取り付けるためのハウジングと
を有する酸素検知器において、前記保護カバー部と保護
筒部とが一体成形されて保護管体を形成しており、且つ
該保護管体が前記ハウジングに嵌挿せしめられると共
に、該保護管体に外挿せしめた先端が楔状の気密リング
にて、該ハウジングとの間の隙間が埋められて、該保護
管体が該ハウジングに気密に取り付けられる構造とした
のである。

以下、本考案を更に具体的に明らかにするために、本考
案の実施例を図面に基づいて詳細に説明することとす
る。

まず、第１図において、２は、ジルコニア等からなる酸
素イオン伝導性の固体電解質にて形成されている長手の
板状の検知素子である。そして、この検知素子２は、第
２図にその外形形状が示される如く、狭幅の細長な板状
体を為し、その内部には、先端部において行き止まりと
された空気通路（基準ガス通路）４が設けられている。
また、よく知られているように、図示はされていない
が、該検知素子２には、その先端部（第１図及び第２図
において左側の部分）において、外側に露出されて、排
気ガス等の被測定ガスに晒される外側電極が設けられる
一方、この外側電極に対応する検知素子２の内部におい
ては、空気通路４に露出せしめられた内側電極が設けら
れており、それら電極から、該検知素子２の基部側（第
１図及び第２図において右側部分）に延びる導電部を介
して、所定の電気信号が外部に取り出されるようになっ
ている。なお、この検知素子２の外側電極、内側電極が
設けられた先端部が、ここでは酸素検知部６となってい
るのである。

しかも、かかる検知素子２は、その先端部の酸素検知部
６を構成する内側電極、外側電極が配置された部分を加
熱するためのヒータ（図示せず）を、公知の如く内蔵し
ている。なお、このヒータによる加熱によって、作動開
始等における作動の立上がり時間を短縮できるだけでな
く、排気ガス等の被測定ガスの温度が低くても、検知素
子２の先端の酸素検知部６の温度を所定温度以上に保つ
ことができるところから、被測定ガス中の酸度濃度の検
出を常に安定して行なうことができるのである。

なお、かかる検知素子２は、積層方式にて、グリーンシ
ートに電極やヒータ、更には絶縁シート等を重ね合わせ
て積層体と為し、これを焼成したり、或いは所定のグリ
ーンシートに電極やヒータ、絶縁層等を印刷、形成した
後、焼成を行なう印刷方式を採用したりすること等の、
通常の手法によって容易に形成され得るものである。ま
た、かかる検知素子２は、一般に狭幅な板状の長手形状
を有するものであることが望ましいが、その他の長手形
状とされても、何等差支えないものである。

ところで、このように先端部に電極が設けられて、酸素
検知部６が形成された検知素子２は、第１図から明らか
なように、その中間部を絶縁碍子８によって、またその
基端部を接続碍子１０によって支持された状態で、円筒
状の金属製保護管体１２内に収容され、該絶縁碍子８の
前後に充填されたセメント等の充填材１４によって固定
されている。また、それら充填材１４によって、保護管
体１２の内部の空間が気密に隔てられ、この隔てられた
検知素子２の先端側の空間に、該検知素子２の酸素検知
部６が位置せしめられる一方、保護管体１２の基端側の
空間（第１図において右側の部分）に、検知素子２内に
形成された空気通路４の出口が開口せしめられて、連通
されるようになっているのである。

なお、検知素子２の空気通路４が連通させられた保護管
体１２の空間内において、前記電極のうちの一方のリー
ド部と、内蔵されたヒータの一対のリード部に対して、
保護管体１２の基端部（後端部）に嵌入、固定されたゴ
ム栓１６を貫いて挿入されたリード線１８ａ，１８ｂ，
１８ｃが、接続碍子１０内のコネクタを介してそれぞれ
接続されている。そして、リード線１８ａは、前記空気
通路４に露出させられた電極のリード部に接続される一
方、検知素子２の先端部において外部空間に露出され
て、被測定ガスに接触せしめられる電極は、図示しない
コネクタによって保護管体１２に接続され、更に後述の
ハウジングを介して接地されるようになっている。

また、ゴム栓１６には、保護管体１２を介してカシメ操
作が加えられ、二条の周方向の溝状のカシメ部２０，２
０が形成されて、径方向に圧縮力が作用せしめられてお
り、以て三本のリード線１０ａ〜１８ｃが強固に固定せ
しめられている。このような、ゴム栓１６を貫通するリ
ード線１８ａ〜１８ｃの強固な固定は、それらリード線
を介して外部から内部に伝わる振動が、検知素子２との
間の接続部に伝わらないようにするものであって、これ
によりかかる接続部の疲労破壊の防止が効果的に為され
ているのである。

さらに、接続碍子１０は、それに挿入された検知素子２
とゴム栓１６との共働作用によって、その移動を規制さ
れており、またゴム栓１６によって保護管体１２の後端
側開口部が密閉されるところから、保護管体１２の側壁
に空気孔２２が設けられて、これにより前記検知素子２
の空気通路４が、保護管体１２の外部空間に連通せしめ
られ得るようになっている。なお、２４，２６は、それ
ぞれ充填材１４の押え板である。

一方、かくの如く検知素子２を内部に収納せしめた金属
製の保護管体１２においては、第１図から明らかなよう
に、そのやや小径とされた先端部分が複数の被測定ガス
導入孔２８を有する保護カバー部３０とされており、か
かる被測定ガス導入孔２８から導入される排気ガス等の
被測定ガスが、該保護カバー部３０内に位置する検知素
子２の酸素検知部６に接触せしめられるようになってい
る。また、かかる金属製保護管体１２のやや大径とされ
た後端側部分が、排気ガス管等の被測定ガス流通管の隔
壁を貫通して外部に露出される部分、換言すれば検知素
子２の被測定ガスに晒されない部分を覆う保護筒部３２
とされているのである。そして、かかる保護カバー部３
０と保護筒部３２とが一体成形されて、一本の連続的な
パイプ形状を為す保護管体１２を形成しているのであ
る。

そして、かかる金属製保護管体１２の先端部よりの外周
面には、かかる保護管体１２を、自動車の排気ガス管等
の被測定ガス流通管の隔壁に、それを貫通するように固
定するためのハウジング３４が外挿、装着されており、
該保護管体１２の先端側の小径部を被測定ガス通路内に
挿入した状態で、該保護管体１２を被測定ガス通路の隔
壁に気密に固定し得るようになっている。

すなわち、ハウジング３４と保護管体１２との間には、
その後端側（基端側）にシール空間３６が形成されてお
り、このシール空間３６内に、第３図に示される如き先
端が楔状とされた気密リング３８が挿入されて、かかる
気密リング３８を楔として、ハウジング３４と保護管体
１２との間の隙間を埋めるようにすることにより、これ
らの間の気密が効果的に保たれることとなるのである。
なお、気密リング３８は、ハウジング３４と保護管体１
２との間の隙間（３６）内に嵌入せしめられた後、該ハ
ウジング３４の円筒状突部４０の先端部をカシメること
によって、固定せしめられることとなる。

従って、かかる構成の酸素検知器にあっては、検知素子
２の先端部に設けられた二つの電極のうち、検知素子２
内の空気通路４に露出させられた内側電極には、前記空
気孔２２を経て供給される大気が接触させられることと
なるのであり、一方検知素子２の先端部において、外部
空間に露出させられる外側電極は、エンジン等からの排
気ガスの如き被測定ガスに晒されるようになっているの
である。そして、内側電極に接続されたリード線１８ａ
とアースとの間に、被測定ガス中の酸度濃度に応じた電
気信号が得られることとなるのである。

そして、かくの如き構造の酸素センサにおいては、検知
素子を保護する保護カバーと保護キャップを別部品とす
る従来の構造とは異なり、一体的な保護管体１２によ
り、検知素子２の保護カバー部３０と保護筒部３２とを
形成するものであるところから、酸素検知器の絶対的な
構造が極めて単純化、簡略化され得ることとなったので
あり、これによってその製作乃至は組付け作業を著しく
容易と為し得たのである。特に、例示の如く、板状で長
い検知素子２を用いる場合においては、保護管体１２内
に該検知素子２を収納、セットせしめたものをサブアッ
シーとして用意し、これをハウジング３４に取り付ける
ようにすれば、上述した組付け容易性等の効果は、さら
に顕著となるのである。

また、例示の如き構造においては、ハウジング３４と保
護管体１２との隙間より被測定ガスが漏れないように、
それらを気密に取り付ける必要があり、そしてその方法
として、圧入、鑞接、溶接等にてそれらを結合せしめる
ことが考えられるが、本考案にあっては、上例の如く、
気密リング３８を用い、該気密リング３８を楔として、
ハウジング３４と保護管体１２との隙間を埋めるように
した構造が採用され、これによって、最も簡潔な手段に
て、信頼性の高い取付けを実現し得ることとなったので
ある。

さらに、例示の具体例においては、保護管体１２が、一
体成形により保護カバー部３０と保護筒部３２とを形成
せしめて、構成されたものであるところから、かかる保
護管体１２の製作が極めて容易である利点があり、これ
がまた、酸素検知器全体の組付けの容易性に大きく寄与
していることは、言うまでもないところである。特に、
このような一体の保護管体１２内に酸素検知素子２を収
納するものであるところから、保護管体１２自体には継
目がなく、そのためにセンサに外部より水等がかかって
も、内部へ侵入することが全くなく、耐環境信頼性が高
い特徴を有するものであり、またシールリングによる保
護管体１２のハウジング３４への取付けは、シールリン
グ部より被測定ガスが外部へ洩れ出さない程度で充分で
あり、酸素検知素子２の検知部と基準空気側とをシール
する役目は無いところから、そのシールレベルは桁違い
にラフで良い特徴があり、これが、また、そのシール機
構の簡略化、シール作業の容易化に寄与し得るのであ
る。

以上、本考案の一つの具体例について説明してきたが、
それはあくまでも文字通りの例示であって、本考案は、
そのような例示の具体例にのみ限定して解釈されるべき
ものでは決してないのである。

例えば、検知素子２は、一般にジルコニアを主成分とす
る固体電解質材料にて実質的に構成されることが望まし
いのであるが、その他の固体電解質材料を用いたもので
あっても、何等差支えないのである。また、検知素子２
の酸素検知部を、酸素濃度により電気抵抗値の変化する
酸化物半導体、例えば酸化チタン等にて実質的に構成
し、これを排気ガス等の被測定ガスに晒し、酸素分圧に
よる酸素検知部６の電気抵抗変化を検知するようにした
ものも使用可能である。

その他、一々列挙はしないが、本考案が、その趣旨を逸
脱しない範囲内において、当業者の知識に基づいて種々
なる変形、改良、修正等を加えた態様で実施し得ること
は、言うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る酸素検知器の一実施例を示す要部
切欠断面説明図であり、第２図は第１図の検知器に用い
られる検知素子の一例を示す斜視図であり、また第３図
は第１図の検知器に用いられる気密リングの斜視図であ
る。２：検知素子、４：空気通路６：酸素検知部、８：絶縁碍子１０：接続碍子、１２：金属製保護管体１４：充填材、１６：ゴム栓１８ａ，１８ｂ，１８ｃ：リード線２０：カシメ部、２２：空気孔２８：被測定ガス導入孔３１：保護カバー部３２：保護筒部、３４：ハウジング３６：シール空間、３８：気密リング

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】被測定ガス中の酸素分圧を測定するための
酸素検知器であって、先端部に酸素検知部が設けられた
長手形状の酸素検知素子と、被測定ガス中に挿入、位置
せしめられて、該被測定ガスに晒される、少なくとも前
記酸素検知部を含む酸素検知素子部分を保護するための
保護カバー部と、該酸素検知素子の被測定ガスに晒され
ない部分を覆う保護筒部と、酸素検知器を被測定ガス流
通管等の隔壁に取り付けるためのハウジングとを有する
ものにおいて、前記保護カバー部と保護筒部とが一体成
形されて保護管体を形成しており、且つ該保護管体が前
記ハウジングに嵌挿せしめられると共に、該保護管体に
外挿せしめた先端が楔状の気密リングにて、該ハウジン
グとの間の隙間が埋められて、該保護管体が該ハウジン
グに気密に取り付けられていることを特徴とする酸素検
知器。
【請求項２】前記酸素検知素子が、狭幅な板状形状を有
するものである実用新案登録請求の範囲第１項記載の酸
素検知器。
【請求項３】前記酸素検知素子の少なくとも前記酸素検
知部が、実質的に、ジルコニアを主成分とする固体電解
質にて構成される実用新案登録請求の範囲第１項又は第
２項に記載の酸素検知器。
【請求項４】前記酸素検知素子の酸素検知部が、実質的
に、酸素分圧によって抵抗が変化する酸化物半導体にて
構成される実用新案登録請求の範囲第１項又は第２項に
記載の酸素検知器。
【請求項５】前記酸素検知素子を加熱するヒータを有す
る実用新案登録請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに
記載の酸素検知器。