JPH08110319A - 酸素センサの組み付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内外面に電極用の導電性被着層が形成された
固体電解質素子２を取付け用主体金具３に対して、該両
導電性被着層が電気的に絶縁されるようにして、同軸上
に固定した両絶縁型の酸素センサの、上記外面の導電性
被着層の該取付け用主体金具に対する電気絶縁性能を高
める。 【構成】 固体電解質素子の鍔部２１と取付け用主体金
具の段部３３との間に介装された先側絶縁体５はその外
周辺から上記鍔部を収容するようにして軸方向元側に延
びる管状壁部５５を備え、一方固体電解質素子の鍔部２
１と取付け用主体金具の加締部３４との間に介装された
元側絶縁体６の軸方向先側部分の端部が上記管状壁部の
内側において上記鍔部に当接するようにして該鍔部に挟
み付け力を及ぼす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関からの
排ガス中の酸素濃度を検出するための、酸素センサの組
み付け構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関からの排ガス中の酸素濃度を検
出する酸素センサには、管形状をなしその軸方向先側が
閉鎖され元側が開口するとともに先側の内外表面には電
極としての導電性金属質被着層が形成された固体電解質
素子と、同じく管形状をなし上記固体電解質素子を同軸
上に挿通した状態で封止固定する取付け用主体金具とを
備え、これを内燃機関の排気管に取り付けたとき内面側
電極が基準酸素濃度ガスとしての大気に、外面側電極が
排ガスにそれぞれ接触するようにされて両電極間に排ガ
ス中の酸素濃度に対応した起電力を生じ、該起電力を酸
素濃度出力信号として取り出すとともに、これを制御回
路装置に入力して酸素濃度をフィードバック制御するよ
うにするものがある。

【０００３】かかる酸素センサのうち、その外面側電極
を上記取付け用主体金具に対して導電接続してこれを接
地側出力端子とするものは、排気管に取り付けることに
よって該排気管を含む内燃機関側の導電経路を制御回路
装置の接地側回路として用いる方式であるので本来比較
的微弱なセンサ出力への、エンジン系のノイズ、例えば
点火プラグによるノイズ又は接地電流に基づく電位差の
変動による影響が問題となり、このため近年は素子外面
側電極を取付け用主体金具から電気的に絶縁し、該外側
電極の電位を専用のリード線を介して直接制御回路に導
きそこで接地させる方式が主流となってきた。このよう
に固体電解質素子の両電極を共に取付け用主体金具から
電気的に絶縁する方式の、言うなれば両絶縁型の酸素セ
ンサとしては従来、例えば特開昭63-3252 号公報に記載
の如き酸素センサが用いられていた。

【０００４】即ち上記公報に実質的に開示された酸素セ
ンサの組み付け構造は図７に記載した如く、管形状をな
しその軸方向先側が閉鎖され元側が開口し中間部位には
鍔部７２１が形成され且つ外内表面にはそれぞれ先側か
ら元側へ延びる導電性金属質被着層７２２、７２２’が
形成された固体電解質素子７０２と、管形状をなしその
内孔内に元側を径大内孔とする段部７３３と該径大内孔
の元側端部に径方向内方に折れ曲がった加締部７３４と
が形成されていて該加締部と該段部との間で周知の熱加
締め加工後の残留熱応力を利用して作用せしめる軸方向
挟み付け力により上記鍔部７２１を挟み付けて上記固体
電解質素子７０２を同軸上に固定するようにするための
取付け用主体金具７０３と、管形状をなし上記固体電解
質素子と上記取付け用主体金具との間を電気的に絶縁す
るために該両者間に同軸状に配設するアルミナ焼結体製
の絶縁体であって軸方向の上記取付け用主体金具の段部
と上記固体電解質素子の鍔部との間に強圧介装される如
くする先側絶縁体７０５と、同じく上記絶縁体であって
上記取付け用主体金具の加締部と上記固体電解質素子の
鍔部との間に強圧介装される如くする元側絶縁体７０６
とを備えている。そして更に、上記先側絶縁体７０５と
上記元側絶縁体７０６との間に、上記先側絶縁体側に配
された上記固体電解質素子の鍔部と共に、強圧介装され
て上記元側絶縁体７０６から受けた上記軸方向挟み付け
力の少なくとも一部を該固体電解質素子の鍔部に及ぼす
ようにする可撓性の電気絶縁性圧縮セラミック粉末７１
０を有し、しかして上記取付け用主体金具と上記固体電
解質素子とを同軸上において気密状且つ電気絶縁状に一
体化組み付けするものであった。尚、７１７、７１９は
それぞれ外、内表面の金属質被着層７２２、７２２’と
導通する出力リード線、７１２は内側ハウジング筒、７
１３は外側ハウジング筒、７１５は棒状セラミックヒー
タを示す。

【０００５】そして更に詳しくは図示の如く、上記管状
の先側絶縁体７０５は、外径が略金具の径大内孔の内径
に等しくされ、その先側端面７５１は上記取付け用主体
金具の段面７３３とガスケットを介して当接し、一方そ
の内孔内には元側を鍔部７２１の外径と略等しい内径を
持つ径大内孔７５２とする段面７５３が形成され、該径
大内孔７５２内に素子鍔部７２１を該鍔部の外周面が略
隠れる深さに収容した状態で該段面７５３が鍔部と当接
しするようにしていた。つまり、先側絶縁体７０５は上
記段部と上記鍔部との間に位置を占めて該鍔部に対する
挟み付け力に基づく圧縮応力が主として生じる挟み付け
力伝達部と、該挟み付け力伝達部の外周域から元側へ延
びて該鍔部の外周面と上記径大内孔の内面との間に形成
する管状空間を略占めて終わる短い管状壁部とを備え、
上記可撓性の電気絶縁性圧縮セラミック粉末７１０を、
上記主体金具の内面と上記素子外面との間の管状空間内
であって軸方向には上記元側絶縁体の先側部分の端面７
６２から上記先側絶縁体の短い管状壁部の端面７５５乃
至は上記固体電解質素子鍔部の元側を向く面７２５まで
に限られた略管状の空間内に、従って上記主体金具の内
面にも接する気密シール部材を兼ねた部材として、配し
た組み付け構造を採っていた。

【０００６】ところが、上記圧縮セラミック粉末は完全
な気密体には成り難くそのために長期間の過酷な使用を
する間に、例えば図示は省略してあるが出力リード線７
１７、７１９と外側ハウジング筒７１３との間の、例え
ばシリコンゴム製の気密シール用部材等が熱によって分
解して生じた成分等の有害成分が上記電気絶縁性圧縮セ
ラミック粉末７１０にまで及んで沈着した後や、或いは
又上記鍔部とこれを受ける先側絶縁体との間の接触部分
から排ガス成分が少しずつ漏れ出ることが生じて該成分
が該圧縮セラミック粉末側に沈着するようなことが起こ
った後等に、該圧縮セラミック粉末が多湿環境に遭遇す
ると該圧縮セラミック粉末中に素子外面の金属被着層と
主体金具内面とを半径方向に短絡する多数の並列導通回
路が形成されてしまい、一時的にノイズを拾って出力異
常が生じると言う不具合があった。

【０００７】これに対して上記圧縮セラミック粉末の気
密性をより高めようとして上記金具の加締部と段部との
間に作用させる、熱間塑性変形加締加工後に残留させた
熱応力に基づく軸方向挟み付け力（従って上記圧縮セラ
ミック粉末に対する圧縮圧力）を上げようとすると、即
ち該加工中における加圧荷重を上げようとすると、圧縮
セラミック粉末が鍔部７２１の元側を向く傾斜面７２５
に沿って流れることによる端面７５５に及ぶ押し割り力
等により上記先側絶縁体の半径方向外方を向く押し割り
応力が大きくなって割れが生じ易くなり、これに対処す
べく該鍔部周りの絶縁体肉厚を上げようとしても寸法的
な限界があり、又一方では該鍔部周りの絶縁体肉厚を増
すことは素子鍔部の元側を向く面７２５の軸方向投射面
積が小さくなることにつながり素子鍔部と先側絶縁体と
の間の軸方向接触力が逆に低下してしまってその部分で
の気密性が劣化してしまうことも生じて、上記不具合に
対する対策の実効が上がり難かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
従って上記の如き両絶縁型の酸素センサの取付け用主体
金具と固体電解質素子との組み付け構造において、該金
具と該素子外表面の導電性被着層との間の電気絶縁性を
有利に高め、併せて上記した電気絶縁性の劣化現象によ
る不具合をなくすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する酸素
センサの組み付け構造に係わる請求項１に記載の発明
は、軸方向先側が閉鎖され元側が開口し中間部位には鍔
部が形成され且つ内外表面にはそれぞれ先側から元側へ
延びる導電性被着層が形成された管形状の固体電解質素
子と、内孔内に元側を径大内孔とする段部と該径大内孔
の元側端部に径方向内方に折れ曲がった加締部とが形成
されていて該段部と該加締部との間で作用せしめる軸方
向挟み付け力を利用して上記鍔部を挟み付けて上記固体
電解質素子を同軸上に固定するための管形状の取付け用
主体金具と、上記固体電解質素子と上記取付け用主体金
具との間を電気的に絶縁するために該両者間に同軸状に
配設する管形状の絶縁体であって上記段部と上記鍔部と
の間に強圧介装されて上記挟み付け力の少なくとも一部
を該段部から該鍔部に及ぼす先側絶縁体と、上記の絶縁
体であって上記加締部と上記鍔部との間に強圧介装され
て上記挟み付け力の少なくとも一部を該加締部から該鍔
部へ及ぼす元側絶縁体とを有する酸素センサの組み付け
構造において、上記先側絶縁体が上記段部と上記鍔部と
の間に位置を占めて該鍔部に対する挟み付け力に基づく
圧縮応力が主として生じる挟み付け力伝達部と、該伝達
部の外周域から該鍔部を内側に収容するごとくして軸方
向元側へ延びる管状壁部とを備え、該管状壁部の内側に
おいて元側絶縁体の先側部分の端部が直接又は補助的な
他の部材を介して上記鍔部に当接して該鍔部に対する挟
み付け力を及ぼすことを特徴とするものである。

【００１０】ここで上記取付け用主体金具の上記加締部
と上記段部の間で上記両絶縁体間に作用せしめる軸方向
挟み付け力は、周知の熱加締法を採用し、金具の加締部
からを軸方向に圧縮荷重を掛けながら通電して金具の軸
方向の一部薄肉区間で特に発熱させて使用温度より充分
に高い温度に加熱しながら塑性変形させるとともに引き
続き熱間で金具内の残留応力を除去するようにしたの
ち、通電による加熱を止めて温度を下げたときに生じる
軸方向残留熱応力を利用して作用させることが好まし
い。

【００１１】又上記熱加締加工において、圧縮荷重をか
けて生じせしめる軸方向塑性変形に応じて抗圧しながら
変形する可撓性部材を取付け用主体金具の上記加締部と
上記段部との間に介装しておくことが好ましい。上記可
撓性部材としては、金属製の管状板バネ部材やセラミッ
ク等の耐熱材料の鱗片状粉末からなって可撓性を呈する
圧縮粉末等を挙げることができる。上記絶縁体は耐熱性
電気絶縁性で且つ高強度のセラミックス焼結体、例えば
純度９０％以上の高強度アルミナ焼結体とすることは好
ましい。上記元側絶縁体の先側部分の端部を上記固体電
解質素子の鍔部に対して直接的に当接させる場合でも通
常は金属製で環状のガスケット部材ないしはクッション
部材を介して当接させることが絶縁体の不必要な割れ発
生を防止する上で好ましい。

【００１２】請求項２に記載の発明は、上記軸方向挟み
付け力が加わえられた際に上記元側絶縁体と上記先側絶
縁体とに対して半径方向、特に半径方向外方を向く反力
を及ぼさないようにして絶縁体割れ発生の恐れをより逓
減することを目的として、請求項１に記載の酸素センサ
の組み付け構造において、上記固体電解質素子の鍔部と
直接又は金属製クッションリング等の他の補助部材を介
して当接する加圧用部材を備え、該加圧用部材を介して
上記元側絶縁体の先側部分からの軸方向挟み付け力を上
記鍔部に及ぼすことを特徴とするものである。

【００１３】ここで上記加圧用部材とは、例えば比較的
硬質で高強度の金属又はセラミックス等からなり、且つ
管形状をなすとともに適当な断面形状とされることによ
って軸方向挟み付け力を殆どそのまま素子鍔部にのみ伝
えて、上記軸方向挟み付け力が加わえられた際に上記元
側絶縁体と上記先側絶縁体とに対して半径方向、特に半
径方向外方を向く反力を及ぼさないようにして絶縁体割
れ発生の恐れをより逓減する部材である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、酸素センサの気
密封止性をより高めることを目的とし、請求項１又は２
に記載の酸素センサの組み付け構造において、上記元側
絶縁体の先側部分が気密封止用部材を介して上記軸方向
挟み付け力を上記鍔部に及ぼすことを特徴とするもので
ある。

【００１５】ここで上記気密封止用部材は、軸方向の圧
縮力を受けて自らが変形して周辺部材との間でより気密
的な接触状態の実現を果たす部材を言い、例えば比較的
軟質の金属からなるガスケット部材や圧縮されたセラミ
ック粉末を挙げることができるが、就中、圧縮セラミッ
ク粉末は実際状要求される気密封止性を高温度下で長時
間にわたり維持する上で好ましい。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の発明の酸素センサの組み付け
構造は、管形状の固体電解質素子と、上記固体電解質素
子を同軸上に固定するための管形状の取付け用主体金具
と、上記固体電解質素子と上記取付け用主体金具との間
を電気的に絶縁するために該両者間に同軸状に配設する
管形状の絶縁体であって上記主体金具の内孔内の段部と
上記固体電解質素子の鍔部との間に強圧介装されて上記
挟み付け力の少なくとも一部を該鍔部に及ぼす先側絶縁
体と、上記の絶縁体であって上記主体金具の加締部と上
記固体電解質素子の鍔部との間に強圧介装されて上記挟
み付け力の少なくとも一部を該加締部から該鍔部へ及ぼ
す元側絶縁体とを有する酸素センサの組み付け構造にお
いて、上記先側絶縁体が上記段部と上記鍔部との間に位
置を占めて該鍔部に対する挟み付け力に基づく圧縮応力
が主として生じる挟み付け力伝達部と、該伝達部の外周
域から該鍔部を内側に収容する如くして軸方向元側へ延
びる管状壁部とを備え、該管状壁部の内側において元側
絶縁体の先側部分の端部が直接又は補助的な他の部材を
介して上記鍔部に当接して該鍔部に対する挟み付け力を
及ぼすようにしたので、上記固体電解質素子鍔部近傍の
外表面、即ちガス漏れの影響が電気絶縁性の劣化に直ぐ
に現れ易く且つ又使用時に高温になるために例えばガラ
ス質絶縁被覆層を施して電気絶縁する方法が固体電解質
素子との間の熱膨張差が過大となって適用し難い固体電
解質素子鍔部近傍の外表面、の導電性被着層に対して、
該導電性被着層から金具内面へ向かう上記絶縁体表面に
沿う沿面電気絶縁パスを、上記管状壁部の元側の端部と
上記元側絶縁体の先側部分の端部とが軸方向に入れ違う
分だけ長められることになり電気絶縁性が向上される。
このことは上記元側絶縁体の先側端面が圧縮セラミック
粉末を介して上記鍔部と当接するようにした場合におい
て該圧縮セラミック粉末自体が上述したように多湿環境
に遭遇して一時的に導通状態になることが起こったとき
でも同様で、素子外面の金属質被着層（外面電極）と金
具内面とが短絡されることはなく尚良好な電気絶縁性が
保持され、上記出力異常発生の不具合も併せ解消され
る。

【００１７】又、上記組み付け構造としたので、上記圧
縮圧力を加えた際にそれに伴って上記先側絶縁体の径大
内孔面に上記半径方向外方を向く力がかかっても、それ
は該径大内孔の端面部を避けた軸方向の中程において作
用することにより、従来の場合よりも半径方向外方への
押し割り応力は逓減され、従ってその分従来に比較して
大きい上記圧縮圧力を作用させて気密性を向上させるこ
とが可能となる。

【００１８】又、上記鍔部に対する軸方向挟み付け力を
上げても、上記取り付け用主体金具の加締部と段部との
間に作用させる軸方向挟み付け力の殆ど全部が上記鍔部
に対する軸方向挟み付け力として作用するので、結局上
記加締部と上記段部との間に作用させる軸方向挟み付け
力としては従来よりも小さくてすみ、上記先側絶縁体に
かかる荷重負担は有利に軽減される。

【００１９】請求項２に記載の発明の酸素センサの組み
付け構造は、上記固体電解質素子の鍔部に対して所定の
材質形状の加圧用部材を当接せしめた上で該加圧用部材
に対して上記元側絶縁体の先側端面が上記軸方向の挟み
付け力を直接又は間接的に上伝えるようにしたので、上
記先側絶縁体及び元側絶縁体には従来の場合よりも半径
方向外方への押し割り応力を更に大幅に逓減させること
ができ、その分該鍔部に対する軸方向挟み付け力を上げ
ることが可能となり、上記鍔部と先側絶縁体の段部との
間の気密シール性をより完全化することができる。

【００２０】請求項３に記載の発明は、上記元側絶縁体
の先側部分が気密封止用部材を介して上記軸方向挟み付
け力を上記鍔部に及ぼすようにするので、上記固体電解
質素子の外周面に沿う排ガスの漏れがより防止され、酸
素センサとしての気密封止性が有利に高められる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を、図に示した実施例に基づい
て説明する。第１実施例を示す図１から図３において、
１は酸素センサであり、２は管形状をなす固体電解質素
子で、好ましくは安定化若しくは部分安定化ジルコニア
セラミック焼結体からなり、その軸方向の先側が閉鎖さ
れ元側が開口し、且つ軸方向中間部位には外方に張り出
す鍔部２１を有するとともに外内面にはそれぞれ先側か
ら元側に延びて電極２２（２２’）乃至はそのリード２
３、２３’とされる導電性の金属質の導電性被着層２
４、２４’を備える。

【００２２】３は管形状の、好ましくはステンレス鋼か
らなる取り付け用主体金具で、内孔３１内には元側を径
大内孔３２とする径違い段部３３と、上記径大内孔３１
の元側端部に加締部３４を有し、上記固体電解質素子を
同軸上に挿通せしめた状態で上記鍔部を上記段部と上記
加締部との間に熱加締加工により作用せしめる軸方向挟
み付け力により挟み付けることによって固定するように
する。尚、３５は熱加締加工によって塑性変形された部
分を示す。

【００２３】４は管形状をなし上記固体電解質素子と上
記取付け用主体金具とを同軸上に且つ離隔関係に配置し
て両者間を電気的に絶縁するために該両者間に同軸上に
配設する、ここでは強度と耐熱性等の点で好ましくアル
ミナ質セラミック焼結体製とされたセラミック焼結体の
絶縁体である。この絶縁体４は、ここでは上記取付け用
主体金具の段部と上記固体電解質素子の鍔部との間に強
圧介装される先側絶縁体５と、上記取付け用主体金具の
加締部と上記固体電解質素子の鍔部との間に強圧介装さ
れる元側絶縁体６とからなっている。

【００２４】そして本実施例では上記先側絶縁体５は、
その軸方向先側に端面５１が形成されて上記取付け用主
体金具の段面３３に当接し、その内孔内には軸方向元側
を径大内孔５２とする段面５３が形成されて該径大内孔
内の先側深くに上記固体電解質素子の鍔部２１を収容し
た状態で該段面５３が該鍔部２１と当接している。つま
り上記主体金具の段面３３と上記固体電解質素子の鍔部
２１との間に位置を占めて該鍔部に対する軸方向挟み付
け力に基づく圧縮応力を主として生じる挟み付け力伝達
部５４、の外周域から該鍔部２１を収容する如くして軸
方向元側に延びる管状壁部５５を備える。尚、径小内孔
５６の軸方向の長さ寸法は強度と電気絶縁性の維持のた
めに充分に長くされている。

【００２５】一方、上記元側絶縁体６は径小とされた先
側部分６１を有しその端部は上記先側絶縁体の上記管状
壁部５５の端部と軸方向変位自由な状態で行き違いにさ
れるとともにその先側端面６２は上記鍔部２１に対して
当接状態とされて上記軸方向挟み付け力を及ぼす。その
結果、管状壁部５５の端面と上記元側絶縁体６の先側部
分６１の端面とが軸方向に行き違う分だけ鍔部外表面の
金属質被着層と金具との間の沿面電気絶縁パスが長めら
れる。又、元側には径大とされた元側部分６３を有しそ
の元側端面６４が上記加締部と係合する。

【００２６】７は略環状をなすここではステンレス鋼製
とした加圧用部材で、上記元側絶縁体６の先側端面６２
と上記鍔部２１との間に補助的に介装されて軸方向挟み
付け力をそのまま素子鍔部上にのみ伝えるようにする係
合状態とするためのものである。この加圧用部材の断面
形状は、ここでは図１（ロ）に示したように先側端面と
外径を形成する面とが交る稜部を比較的大きく面取りす
るとともにその外径を小さめに採ってある。

【００２７】８は、図４に示した如き形状を持って略環
状をなすここではＳＵＰ１０等のバネ鋼製の可撓性部材
で、上記元側絶縁体６の元側端面６４と上記加締部３４
との間にここでは該元側端面６４に接して介装され、軸
方向の荷重に対して対抗力を呈しながらその内径側部分
が撓み得るようにしたものであり、ここではその内径が
素子外径よりも充分に大きくされて素子外表面側の金属
質被着層に対する必要な電気絶縁性を確保するようにさ
れてある。

【００２８】９は上記元側絶縁体６の元側端面６４と上
記加締部３４との間に上記金属製の可撓性部材８に接し
て介装されたここではステンレス鋼製とした環状の当金
で、その内径は上記可撓性部材と同様に素子外径よりも
充分に大きくされてある。１０は鍔部２１と上記先側絶
縁体の段面５３との間に補助的に介装されたここではス
テンレス製とした金属製ガスケットであり、１１は上記
先側絶縁体の端面５１と金具段部３３との間に補助的に
介装された上記ガスケット１０と同様の金属製ガスケッ
トである。

【００２９】しかして上記取付け用主体金具の上記加締
部３４と上記段部３３との間で作用せしめる軸方向挟み
付け力を上記絶縁体５（４）、６（４）を介して上記上
記固体電解質素子の鍔部２１に及ぼして挟み付けて該取
付け用主体金具と該固体電解質素子とを気密状且つ電気
絶縁状に一体化固定する。

【００３０】１２はステンレス等の内側ハウジング筒
で、その先側の径方向外方に折れ曲がった端縁部が元側
絶縁体の端面６４と加締部３４との間で上記当板９と接
して介装されて上記主体金具に対して同軸上に固定され
たもの、１３はステンレス等の外側ハウジング筒で上記
内側ハウジング筒に対して溶接等により同軸上に接合さ
れたもの、１４は排ガスを透して素子の先側検出部を排
ガスに晒すがそのアタックからは保護するためのステン
レス等の孔あき保護筒、１５は丸棒状セラミックヒー
タ、１６は外側電極のための出力取り出し用端子金具
で、その元側に延びた端部は圧着端子をなしていても
の、１７は上記圧着端子部で結合された接地用出力リー
ド線、１８はセラミックヒータ把持金具を兼ねた内側電
極のための出力取り出し用端子金具で、その元側に延び
た端部は圧着端子をなしていてもの、１９は上記圧着端
子部で結合された非接地側出力リード線、１２０、１２
０はセラミックヒータのための電力供給用リード線、１
２１は揆水性を呈するが通気性で電気絶縁性の通気性ス
ペーサ、１２２は電気絶縁性の中間スペーサ、１２３は
弾性で電気絶縁性の気密封止用スペーサである。尚、大
気は上記内側ハウジング筒１２と上記外側ハウジング筒
１３との重なり部分の僅かな空隙から上記通気性スペー
サ２１内の微細連通孔を通って固体電解質素子の内孔内
に流入して基準酸素濃度源を形成する。

【００３１】上記第１の実施例の酸素センサの組み付け
構造は、素子鍔部周辺の外表面側の金属質被着層を金具
内面に対して長められた沿面電気絶縁パスで絶縁するの
で電気絶縁性能が良好である。

【００３２】又、元側絶縁体の先側端面６２が上記金属
製の加圧用部材７を介して軸方向挟み付け力を、該加圧
用部材７が先側絶縁体５の径大内孔５２の内面を半径方
向外方に押圧することが殆どない状態で、素子鍔部２１
に対して伝えるので、大きな挟み付け力を及ぼすことが
でき、上記素子鍔部２１と上記先側絶縁体５の段部５３
との間の気密シール性を充分に高めることができる。

【００３３】尚、上記先側絶縁体５の先側端面５１と上
記金具３の段部３３との間の気密シール性も同時に充分
に維持できることになるが、片や加締部３４と元側絶縁
体６の元側端６４との間の気密シール性は比較的容易に
高く維持することができるので、結局上記先側絶縁体の
端面５１と上記段部３３との間の封止接触をかいくぐっ
て固体電解質素子の内側へ向かう排ガスの漏れ流入に対
しては二重に防御されて安全となる。

【００３４】第２実施例は図５に示すが、これは第１実
施例の酸素センサの組付構造においてその金属製の可撓
性部材８の介装を止め、代わりに元側絶縁体６の先側端
面６２と金属製加圧用部材７との間に可撓性の電気絶縁
性圧縮セラミック粉末１２４、ここでは圧縮タルク粉末
を、気密封止用部材を兼ねて介在させた点のみを実質的
に異にするものである。尚、図５において、第１実施例
を示す図１から図３までにおける部材符号（番号）と同
一部材符号を付した部材は同じ機能部材であるので説明
は省略する。

【００３５】上記第２の実施例の酸素センサは、素子鍔
部周辺の外表面側の金属質被着層を金具内面に対して長
められた沿面電気絶縁パスで絶縁するので電気絶縁性能
が良好である。

【００３６】又、元側絶縁体の先側端面６２が可撓性電
気絶縁性圧縮セラミック粉末１２４と金属製加圧用部材
７とを直列状にして介在せしめた状態で軸方向挟み付け
力を、圧縮セラミック粉末１２４と該金属製加圧用部材
７とが先側絶縁体５の径大内孔５２の内面を半径方向外
方に押圧することを極力小さく抑えて、素子鍔部２１に
対して伝えるので、大きな挟み付け力を及ぼすことがで
き、従って上記圧縮セラミック粉末１２４の圧縮密度を
従来よりも高めてその気密性を向上させるとともに上記
素子鍔部２１と上記先側絶縁体５の段面５３との間の気
密シール性も併せ高めることができる。

【００３７】従って又、上記素子鍔部２１と上記先側絶
縁体５の段面５３との間の気密シール性が高められたこ
とにより、上記圧縮セラミック粉末１２４自体の密度が
高まったことと相まって上記圧縮セラミック粉末１２４
が排ガスによる汚染を受けることが極力抑えられ、この
部位が多湿環境に遭遇しても上記圧縮セラミック粉末自
体の電気絶縁性が低下する現象の発生も極力抑えられ
る。尚、上記上記圧縮セラミック粉末自体の電気絶縁性
が低下する現象が発生したとしても安全であることは言
うまでもない。

【００３８】尚、上記先側絶縁体５の先側端面５１と上
記金具３の段部３３との間の気密シール性は、金具加締
部３４と元側絶縁体６の元側端６４との間の気密シール
性が比較的容易に高く維持できるので、結局基準酸素濃
度を与えるために大気雰囲気とされる素子の内側雰囲気
へのガス漏れ流入に対して充分に安全となる。又、気密
封止部材として可撓性の圧縮セラミック粉末１２４を用
いたので、酸素センサとして実際上要求される気密封止
性を得ること及びこれを高温度下で長時間にわたり維持
することが容易となる。

【００３９】第３実施例は、図６に示したように上記第
２実施例の酸素センサの組付構造においてその金属製加
圧用部材７の介装を止めて、可撓性圧縮セラミック粉末
（タルク）１２４のみを、素子外面と先側絶縁体５の径
大内孔５２との間に形成する略直管状空間内で軸方向の
元側絶縁体端面６２から鍔部の元側を向く面２５乃至は
金具の径大内孔内に形成した傾斜面５５までの間の空間
に充填するようにして介装した点を実質的に異にするも
のである。尚、図６はこの第３実施例の第２実施例とは
異なる部分、即ち図１（ロ）又は図２（ロ）と同様の、
素子鍔部２１周辺部分の拡大断面図を示し、図１から図
５までにおける部材符号（番号）と同一部材符号を付し
た部材は同じ機能部材であるので説明は省略する。

【００４０】上記第３の実施例の酸素センサは、素子鍔
部周辺の外表面側の導電性被着層を金具内面に対して長
められた沿面電気絶縁パスで絶縁するので電気絶縁性能
が良好である。

【００４１】又、軸方向挟み付け力を元側絶縁体の先側
端面６２が先側絶縁体５の径大内孔５２の軸方向中程に
配した可撓性電気絶縁性圧縮セラミック粉末１２４を介
して伝えることにより、その軸方向挟み付け力の大半を
鍔部２１の元側を向く面２５に伝えるが、その結果該圧
縮セラミック粉末５１０が上記径大内孔５２の内面を半
径方向外方に押圧する圧力を及ぼしてもそれが該径大内
孔５２の端面部ではなく該径大内孔５２の中程において
作用するため該先側絶縁体５内に大きい集中応力が発生
することを抑え、その分有利に上記圧縮セラミック粉末
１２４への挟み付け力、即ち圧縮密度を高めることがで
きてその気密性を高めることができ、従って又同時に素
子鍔部２１と先側絶縁体５の段面５３との間の気密封止
性も有利に高めることができる。従って又、上記圧縮セ
ラミック粉末１２４が排ガスによる汚染を受けることが
有利に抑えられこの部位が多湿環境に遭遇しても上記圧
縮セラミック粉末自体の電気絶縁性が低下する現象の発
生も有利に抑えられるが、上記圧縮セラミック粉末自体
の電気絶縁性の低下現象が発生したようなときでも、素
子外表面の金属質被着層の短絡が生じることはなく、良
好な電気絶縁性が維持される。

【００４２】又、気密封止部材として圧縮セラミック粉
末１２４を用いたので、酸素センサとして実際上要求さ
れる気密封止性を得ること及びこれを高温度下で長時間
にわたり維持することが容易となる。又更に、気密封止
部材として可撓性を呈する圧縮セラミック粉末１２４を
用いたので、熱加締加工を採用したときの酸素センサの
構造が簡単になる。

【００４３】

【本発明の効果】本発明は前記両絶縁型酸素センサの固
体電解質素子の取付け用主体金具内に隠れた部分の外表
面の、該取付け用主体金具の内表面に対する電気絶縁性
を根本的に高めるようにしたので、酸素センサの長期の
使用に耐えて常に良好な電気絶縁性能が維持できる。従
って内燃機関を動力源とする乗用車の排ガス浄化技術の
中核技術の一つである酸素センサ技術における空燃比測
定精度の向上と、長期の且つ過酷条件下の使用に耐えて
その精度を維持すべき課題とに応え得ると言う大なる効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の酸素センサの組み付け構
造を示す断面図であり、図１（イ）は酸素センサの組み
付け構造の全体を示す断面図であり、図１（ロ）は上記
断面図のうちの特に固体電解質素子の鍔部の周辺部分の
詳細を示すための部分拡大図である。

【図２】上記第１実施例の酸素センサの組み付け構造に
おける固体電解質素子の斜視図である。

【図３】上記第１実施例の酸素センサの組み付け構造に
おける管状絶縁体の斜視図であり、図３（イ）は先側絶
縁体の斜視図、（ロ）は元側絶縁体の斜視図である。

【図４】上記第１実施例の酸素センサの組み付け構造に
おける金属製可撓性部材を一部破断して示した側面図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例の酸素センサの組み付け構
造を示す断面図であり、図１（イ）は酸素センサの組付
構造の全体を示す断面図であり、図１（ロ）は上記断面
図のうちの特に固体電解質素子の鍔部の周辺部分の詳細
を示すための部分拡大図である。

【図６】本発明の第３実施例の酸素センサの組み付け構
造の要部を示すための、固体電解質素子の鍔部周辺の部
分拡大図である。

【図７】従来の代表的な酸素センサの組み付け構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ ：酸素センサ ２ ：固体電解質素子 ２１：固体電解質素子の鍔部 ３ ：取付け用主体金具 ３１：取付け用主体金具の内孔 ３２：取付け用主体金具の径大内孔 ３３：取付け用主体金具の段部 ３４：取付け用主体金具の加締部 ５ ：先側絶縁体 ５４：先側絶縁体の挟み付け力伝達部 ５５：先側絶縁体の管状壁部 ６ ：元側絶縁体 ６１：元側絶縁体の先側部分 ７ ：加圧用部材 １２４：圧縮セラミック粉末

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向先側が閉鎖され元側が開口し中間
   部位には鍔部が形成され且つ内外表面にはそれぞれ先側
   から元側へ延びる導電性被着層が形成された管形状の固
   体電解質素子と、内孔内に元側を径大内孔とする段部と
   該径大内孔の元側端部に径方向内方に折れ曲がった加締
   部とが形成されていて該段部と該加締部との間で作用せ
   しめる軸方向挟み付け力を利用して上記鍔部を挟み付け
   て上記固体電解質素子を同軸上に固定するための管形状
   の取付け用主体金具と、上記固体電解質素子と上記取付
   け用主体金具との間を電気的に絶縁するために該両者間
   に同軸状に配設する管形状の絶縁体であって上記段部と
   上記鍔部との間に強圧介装されて上記挟み付け力の少な
   くとも一部を該段部から該鍔部に及ぼす先側絶縁体と、
   上記の絶縁体であって上記加締部と上記鍔部との間に強
   圧介装されて上記挟み付け力の少なくとも一部を該加締
   部から該鍔部へ及ぼす元側絶縁体とを有する酸素センサ
   の組み付け構造において、上記先側絶縁体が上記段部と
   上記鍔部との間に位置を占めて該鍔部に対する挟み付け
   力に基づく圧縮応力が主として生じる挟み付け力伝達部
   と、該伝達部の外周域から該鍔部を内側に収容するごと
   くして軸方向元側へ延びる管状壁部とを備え、該管状壁
   部の内側において上記元側絶縁体の先側部分の端部が直
   接的又は補助的な他の部材を介して上記鍔部に当接して
   該鍔部に対する挟み付け力を及ぼすことを特徴とする酸
   素センサの組み付け構造。
2. 【請求項２】 上記固体電解質素子の鍔部と直接又は金
   属製クッションリング等の他の補助部材を介して当接す
   る加圧用部材を備え、該加圧用部材を介して上記元側絶
   縁体の先側部分からの軸方向挟み付け力を上記鍔部に及
   ぼす請求項１に記載の酸素センサの組み付け構造。
3. 【請求項３】 上記元側絶縁体の先側部分が気密封止用
   部材を介して上記軸方向挟み付け力を上記鍔部に及ぼす
   請求項１又は２に記載の酸素センサの組み付け構造。