JPH0754852Y2 - 酸素センサ - Google Patents

酸素センサ

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JPH0754852Y2
JPH0754852Y2 JP1990104177U JP10417790U JPH0754852Y2 JP H0754852 Y2 JPH0754852 Y2 JP H0754852Y2 JP 1990104177 U JP1990104177 U JP 1990104177U JP 10417790 U JP10417790 U JP 10417790U JP H0754852 Y2 JPH0754852 Y2 JP H0754852Y2
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 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板状形状の
酸素センサ素子を用いた酸素センサの改良に関する。
[従来の技術] 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ものが知ら
れている。
そして、近年このような酸素センサに用いる酸素センサ
素子として、製造の容易性やコンパクト化の容易性等の
観点から、長手板状に形成した酸素センサ素子が提案さ
れている。
この酸素センサ素子は、例えば第6図に示すように、ジ
ルコニアを主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質を
長手板状に形成し、このように形成された固体電解質板
31(31a,31b,31c,31d)の一端部表面に、被測定ガスに
晒される測定電極32を設けるとともに、酸素センサ素子
51内部に、長手方向に一端が開口された基準ガス(一般
に大気が用いられる)導入路(第6図では空隙43で示さ
れる)を形成して、この基準ガス導入路内の奥部に前記
測定電極32に対向するように基準電極34を設けてなるも
のである。なお、酸素センサ10の種類により、これらの
電極32、34の他に、酸素ポンプ電極(図示せず)を備え
ているものや、加熱用ヒーター38(第6図)を備えてい
るもの等がある。
そして、上記電極32、34やヒーター38を外部回路へ接続
するために、それら電極32、34やヒーター38から、酸素
センサ素子51の長手方向へ導体リード(測定電極用導体
リード33、基準電極用導体リード35、ヒーター用導体リ
ード39)が設けられており、これら導体リードは、酸素
センサ素子51の上記電極等が設けられている側とは反対
側の端部近くに位置する電極端子部61(61a,61b,61c,61
d)に達するよう形成されている。
ここで、導体リードの端部(電極32、34やヒーター38が
設けられている側とは反対側の端部)は、外部回路接続
用のリード線20(第5図)を接続(なお、コネクタを用
いる場合がある。)するのに有利なように、全て酸素セ
ンサ素子51の表面に配設することが望ましい。
そこで、上記基準電極34、あるいはヒーター38のよう
に、酸素センサ素子51内部に位置するものに導通する導
体リードは、酸素センサ素子51の内部から表面へ引き出
す必要がある。このために、例えば酸素センサ素子51の
厚さ方向に形成されたスルーホール36(36a,36b,36c)
を介して導体リードを酸素センサ素子51の表面へ引き出
す方法を用いる。
そして、導体リードを必要以上に長くしない、あるいは
電極端子部61をできるだけ酸素センサ素子51の後端側
(A側)に位置させるため、従来の場合、前記スルーホ
ール36は、電極端子部61より酸素センサ素子51の先端側
に位置させている。
[考案が解決しようとする課題] ところが、このように主としてセラミックスで形成され
る酸素センサ素子51にスルーホール36を形成すると、長
手板状を呈する酸素センサ素子51の断面積の減少、およ
び応力集中等により、その部位の機械強度が低下するこ
ととなる。
これを具体的に説明する。
第5図は、第6図に示す酸素センサ素子51を用いた酸素
センサの構造を示すものであり、酸素センサ素子51は金
属製ハウジング11と、それに溶接固定された円筒形の金
属製内筒12とにより、セラミックサポーター14(14a,14
b,14c)の間に充填されたタルク15(15a,15b)を介して
固定・保持されている。また、酸素センサ素子51を外部
環境から保護するために、金属製の外筒13をハウジング
11の上部環状突起の外周部に嵌合し、溶接し固定してい
る。
この酸素センサの構造においては、電極端子部61とコン
タクト16との接点部において、コンタクト16を所定以上
の圧力で電極端子部61に押圧するため、酸素センサ素子
51と接点部材26との間の自由度が乏しく、酸素センサ組
立時等に、酸素センサ素子51のタルク15b上面より上の
部分に過大な曲げモーメントが加わった場合、機械強度
の比較的低いスルーホール36にも曲げモーメントが加わ
り、この部位で素子折れが発生するという問題を生じて
いた。
また、酸素センサ10に外部から過大な衝撃が加わった場
合、ある程度大きな質量を持った接点部材26が振動し
て、その結果、酸素センサ素子51に曲げモーメントが加
わり、上述の場合と同様に、スルーホール36での素子折
れが発生するという問題もあった。
ここで、接点部にモーメントと荷重が同時に作用したと
きの模式図およびモーメント線図を第3図に示す。第3
図より明らかなように、機械強度の比較的低いスルーホ
ール位置にも曲げモーメントが作用し、そのためスルー
ホール36での素子折れが発生することがある。
[課題を解決するための手段] 従って本考案は、上述のような課題を解決することを目
的としてなされたものであり、本考案によれば、先端部
に、被測定ガスの酸素濃度に応じて電極間に起電力を生
じるかあるいは電気抵抗が変化する酸素検知部が設けら
れた細長な板状形状の酸素センサ素子であって、該酸素
センサ素子の内部に設けられている導体リードを、酸素
センサ素子内部から表面へ引き出すべく酸素センサ素子
の厚さ方向へ形成された導体部と、該酸素センサ素子表
面に設けられ、前記導体部を通じて前記導体リードと導
通している電極端子部とを有する酸素センサ素子と、 該酸素センサ素子の電極端子部と電気的に接続するコン
タクトと、 該酸素センサ素子を収納する金属製収納部材と、を具備
してなる酸素センサにおいて、 前記導体部の少なくとも1つが、前記電極端子部と前記
コンタクトとの接点部より後端側に位置することを特徴
とする酸素センサが、提供される。
[作用] 酸素センサを上述した構造とすることにより、酸素セン
サ組立時あるいは使用時等のいかなる時においても、機
械的強度の比較的低いスルーホールに曲げモーメントが
加わることがなくなり、従って外部からの衝撃等に対し
て強く、素子折れの発生しない酸素センサを得ることが
できる。
[実施例] 以下、本考案を図示の実施例に基いてさらに具体的に説
明するが、本考案はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
第1図(a)、第1図(b)および、第2図(a)は各
々本考案の一例を示す酸素センサの断面図、接点部の部
分拡大図および酸素センサ素子の分解模式図である。
第1図(a)及び第1図(b)において、板状の酸素セ
ンサ素子1は、金属製のハウジング11と、それに溶接固
定された円筒形の金属製の内筒12とにより、セラミック
サポーター14(14a,14b,14c)の間に充填されたタルク1
5(15a,15b)を介して固定され、同時に気密封止されて
いる。
また、酸素センサ素子1を外部環境から保護するため
に、金属製の外筒13をハウジング11の上部環状突起の外
周部に嵌合し、溶接し固定している。一方、外筒13のハ
ウジング11と嵌合する側とは反対側の、図中上部開口端
側にはリード線20が挿入されたゴム栓21が外筒13により
かしめ固定されている。酸素センサ素子1に必要な基準
ガスとなる大気は、外筒13側面に設けられた通気口22か
ら取り入れられる。
酸素センサ素子1は、第2図(a)の分解模式図で示す
ごとく、酸素イオン伝導性固体電解質からなる板31(31
a,31b,31c,31d)(以下、固体電解質板と称す)を積層
した構造であり、固体電解質板31bには、基準電極34に
大気を送り込むため、長手方向に切り込まれた空隙43が
設けられている。最上段の固体電解質板31aの上面の一
端部(図中左端部)には、測定電極32が付着されてお
り、この測定電極32と固体電解質板31aの図中右端との
間に測定電極用の導体リード33が形成されている。
また、固体電解質板31aの図中左端部の下面には、上記
測定電極32に対向する基準電極34が付着されており、こ
れに導通する基準電極用導体リード35も固体電解質板31
aの下面に形成されている。
そして、固体電解質板31aの図中右端部には、固体電解
質板の厚さ方向へ貫通形成されたスルーホール36aが設
けられている。
このスルーホール36aの内周面には、第2図(b)に示
すように、導体部41が塗着されている。この導体部41
は、固体電解質板31aの下面に設けられている基準電極
用導体リード35の図中右端と、固体電解質板31aの上面
に設けられている電極端子部61bの図中右端に接してい
る。従って、導体部41によって基準電極用導体リード35
が、酸素センサ素子1の内部から表面へ引き出されてい
ることになる。
同様に、酸素センサ素子1内部のヒーター用導体リード
39も、固体電解質板31dに設けられたスルーホール36b,3
6c内周面に塗着された導体部41により、それぞれ電極端
子部61c,61dに接しており、表面に引き出されている。
ここでスルーホール36は、第1図(b)及び第2図
(a)に示すように、コンタクト16と接触し電気的導通
をとる電極端子部61の接点部71(電極端子部61とコンタ
クト16との接触領域部分)より後端側(図中A側)に位
置している。
上記の如く構成された酸素センサにおいて、酸素センサ
素子1の電極端子部61は、押圧バネ18のバネ力により、
セラミックハウジング17を介してコンタクト16と電気的
に接続される。この時、押圧バネ18のバネ力は、所定以
上の圧力とするため、酸素センサ素子1と、コンタクト
16、セラミックハウジング17、押圧バネ18、かしめリン
グ19よりなる接点部材26の間の自由度が乏しい。そのた
め、外部からの衝撃等により酸素センサ素子1のタルク
15b上面より上の部分に曲げモーメントが加わるおそれ
があるが、機械強度の比較的低いスルーホール36は、酸
素センサ素子1の電極端子部61とコントクト16との接点
部71より後端側(図中A側)に位置しており、第3図の
モーメント線図からも明らかなように、この部位には、
モーメントが加わらず、そのため素子折れが発生すると
いうことが防止される。
なお上述した実施例では、酸素センサ素子1内部の導体
リード35、39を、酸素センサ素子1表面へ引き出す手段
として、スルーホールを設けているが、第2図(c)に
示すように、酸素センサ素子1の一部に切断部を設け
て、この切断部に導体部41を塗着等にて形成し、これを
介して導体リード35、39を酸素センサ素子1表面へ引き
出す構造でもよい。
また、第2図(d)、(e)に示すように導体部41が、
酸素センサ素子1の側面あるいは上端部にかかっている
構造でもよい。
さらに、第4図(a)に示すように、酸素センサ素子1
側面に露出した導体リード35、39と、酸素センサ素子1
表面の電極端子部61b、61dを、酸素センサ素子1側面に
導通材を塗布して形成した導体部41により電気的に接続
することもでき、また、第4図(b)のように、導体リ
ード35、39を酸素センサ素子1の上端面に露出させ、酸
素センサ素子1の上端面に導通材を塗布して形成した導
体部41により電極端子部61b,61c,61dと電気的に接続し
てもよい。
なお、酸素センサ素子1が有する全てのスルーホール36
(36a,36b,36c)を電極端子部61とコンタクト16との接
点部より後端側に位置させる場合にその効果は最大とな
るが、少なくともスルーホール36の1つを接点部より後
端側に位置させることにより、従来に比し好ましい効果
を得ることができる。
また、上記実施例では、酸素センサ素子は酸素ポンプ電
極を有していないが、酸素ポンプ電極を有する酸素セン
サ素子にも適用できる。
さらに、リード部及び導体部を有する電気抵抗が変化す
る酸素センサについても同様に適用できることはいうま
でもない。
[考案の効果] 以上の説明から明らかなように、本考案の酸素センサに
よれば、酸素センサ素子内部の導体リードを酸素センサ
素子表面へ引き出すべく、酸素センサ素子の厚さ方向へ
形成された導体部を、電極端子部とコンタクトとの接点
部より後端側に配置することにより、酸素センサ素子の
機械的強度の比較的低い導体部には、曲げモーメントが
加わらず、素子折れが発生することがなくなるという利
点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本考案の酸素センサの一例を示す構成断
面図、第1図(b)は第1図(a)における接点部の部
分拡大図第2図(a)は本考案の酸素センサ素子の一例
を示す分解模式図、第2図(b)は第2図(a)に示す
酸素センサ素子のスルーホール部分の構造を示す断面
図、第2図(c)は本考案における導体部の他の例を示
す断面図、第2図(d)(e)はそれぞれ本考案におけ
る導体部のさらに他の例を示す斜視図、第3図は接点部
にモーメントと荷重が同時に作用したときの模式図およ
びモーメント線図、第4図(a)(b)はそれぞれ本考
案における導体部のさらに別の例を示す斜視図、第5図
は従来の酸素センサを示す構成断面図、第6図は従来の
酸素センサ素子を示す分解模式図である。 1……酸素センサ素子、10……酸素センサ、16……コン
タクト、26……接点部材、31……固体電解質板、36……
スルーホール、41……導体部、61……電極端子部。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】先端部に被測定ガスの酸素濃度に応じて電
    極間に起電力を生じるかあるいは電気抵抗が変化する酸
    素検知部が設けられた細長な板状形状の酸素センサ素子
    であって、該酸素センサ素子の内部に設けられている導
    体リードを、酸素センサ素子内部から表面へ引き出すべ
    く酸素センサ素子の厚さ方向へ形成された導体部と、該
    酸素センサ素子表面に設けられ、前記導体部を通じて前
    記導体リードと導通している電極端子部と、を有する酸
    素センサ素子と、 該酸素センサ素子の電極端子部と電気的に接続するコン
    タクトと、 該酸素センサ素子を収納する金属製収納部材と、を具備
    してなる酸素センサにおいて、 前記導体部の少なくとも1つが、前記電極端子部と前記
    コンタクトとの接点部より後端側に位置することを特徴
    とする酸素センサ。
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