JPH09325128A - 酸素センサ - Google Patents

酸素センサ

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JPH09325128A
JPH09325128A JP8166716A JP16671696A JPH09325128A JP H09325128 A JPH09325128 A JP H09325128A JP 8166716 A JP8166716 A JP 8166716A JP 16671696 A JP16671696 A JP 16671696A JP H09325128 A JPH09325128 A JP H09325128A
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JP
Japan
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heater
oxygen
terminal
internal electrode
sensing element
Prior art date
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Pending
Application number
JP8166716A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiro Yamada
康弘 山田
Tatsuya Okumura
達也 奥村
Shoichi Otsuki
正一 大月
Keizo Furusaki
圭三 古崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータ付酸素センサで、そのヒータを把持す
る出力取出し用の金属端子とヒータとの芯ずれを吸収で
きるようにして、そのヒータの酸素検知素子への挿入時
の組付け性を向上させる。 【解決手段】 金属端子5は、ヒータ2を軸方向の1箇
所で把持するヒータ把持部5a(第1の金属筒状部)
と、酸素検知素子1の内側電極層と接触する内部電極接
続部5b(第2の金属筒状部)と、これらをつなぐ可撓
性を有する首部5cとを備える。ヒータ2が端子5のヒ
ータ把持部5aで1点支持されること、並びに首部5c
の可撓性に基づき、端子5に対しヒータ2が傾きやすく
なり、酸素検知素子1への挿入時に端子5とヒータ2と
の芯ずれを容易に吸収できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車の
排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサに関
し、特に軸状のヒータが組み込まれる酸素センサにおけ
るそのヒータの支持構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば自動車等の排ガス浄化の要
求が高まり、始動時やアイドル時など、排ガス温度が低
い場合でも排ガス中の酸素濃度を良好に検出することが
できるように、ヒータ付き酸素センサが開発されてい
る。例えば、実開昭60−82264や、特開平6−2
42064等の公報に開示されているものはその一例で
ある。一般的には、酸素濃度を検出する酸素検知素子を
一端が閉塞された筒状(コップ状)に成形し、この内部
に軸状のヒーターを挿入する。また、酸素検知素子内面
の内部電極層からの出力を取り出すために、出力取出し
用端子が設けられ、この端子が軸状のヒータを把持する
ホルダの役割を兼ね、そのヒータは酸素検知素子の内壁
との間に適当な間隙を保って配置される。つまり、酸素
濃度を検出する酸素検知素子はジルコニア等のセラミッ
クから形成されるのに対し、ヒータは電気絶縁性を確保
するため通常はアルミナ等で構成する。このような酸素
検知素子とヒータを完全に結合させると、熱膨張率の違
いによって破壊するおそれがあるので、ヒータと酸素検
知素子の内壁との間には所定の間隙が必要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の環境
保全の要求の高まりとともに、酸素センサに求められる
特性として、始動時の活性化時間を短くしたいという要
求が大きくなり、そのためにはヒータと検知素子との隙
間をできるだけ小さくする設計が有効になる。ここで、
ヒータを支持する役割を兼ねる上述の出力取出し用端子
は、通常、ヒータを把持するための第1の金属筒状部
と、その第1の金属筒状部と同心的にかつそれより大き
な径で形成されて上記酸素検知素子の内部電極層に接触
する第2の金属筒状部とが、連結部を介して一体化され
たものである。このような金属端子の加工精度はそれほ
ど高くないので、ヒータを把持する第1の金属筒状部と
酸素検知素子内面に接触する第2の金属筒状部の中心が
必ずしも正確に同心とならず、ある程度はずれることを
避け得ない。
【0004】そして図6に示すように、従来の端子10
0は、中間部に前述の酸素検知素子内面に接触する1又
は複数の内部電極接続部101(第2の金属筒状部)
と、この両側に位置して棒状のヒータ102をその軸方
向の2箇所で強固にクランプするヒータ把持部(第1の
金属筒状部)103a,103bを含む。それらヒータ
把持部103a,103bと内部電極接続部102との
芯ずれにより、図7のように端子100に対しヒータ1
02が傾いた状態で、そのヒータ102を酸素検知素子
104内に無理に押し込むと、主に一方のヒータ把持部
103aの所でヒータ102に曲げ応力が生じ、それが
強度限界を超えるとヒータ102が欠損する原因となり
やすい。また、ヒータ挿入時には、ヒータと素子の内側
電極とが擦れ合うことになるが、それによって素子の内
側電極が傷付き、出力特性が劣化するという不具合もあ
った。そのため従来では、酸素検知素子104とヒータ
102との隙間を極端に小さくはできず、このことが酸
素センサに求められる始動時の活性化時間を短縮するこ
との制約となる。
【0005】この発明は、酸素検知素子とヒータとの隙
間を小さくでき、かつそのヒータの酸素検知素子内への
挿入の際にもヒータの欠損や内側電極の損傷等を生じな
い技術を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び効果】請求項1は、内
外面に電極層を有する一端が閉塞された筒状の酸素検知
素子と、該酸素検知素子を所定温度に保つための軸状の
ヒータと、該酸素検知素子内面の内部電極層と電気的に
接続される出力取出し用端子とを含む酸素センサにおい
て、出力取出し用端子を、ヒータを把持する1箇所のヒ
ータ把持部と、酸素検知素子の内部電極層と接触する少
なくとも1箇所の内部電極接続部と、それらヒータ把持
部と内部電極接続部をつなぐ連結部とを備えるものとす
る酸素センサである。この発明では、出力取出し用端子
のヒータ把持部を1箇所のみとしたことにより、従来の
2点支持に比べて、ヒータがその出力取出し用端子に対
し傾くことが容易となる。それによってヒータ及びこれ
を把持した上記端子を酸素検知素子内に挿入する際に、
仮にヒータと端子との間に軸ぶれ(芯ずれ)が生じてい
ても、ヒータの上記1点支持構造によりその軸ぶれを吸
収しやすくなる。請求項2は、連結部を1箇所のヒータ
把持部と内部電極接続部とをくびれた形態でつなぐ首部
とすることで一層ヒータが傾き易く、そのヒータに過度
の曲げ応力が生じにくい構成である。
【0007】請求項3は、上述のような酸素センサの出
力取出し用端子を、ヒータを把持するための第1の金属
筒状部と、該第1の金属筒状部と同心的にかつそれより
大きな径で形成されて酸素検知素子の内面部電極層に接
触する第2の金属筒状部と、それら第1及び第2の金属
筒状部を連結する可撓性を有する首部とを含むものとし
た酸素センサである。この発明では、酸素ヒータと出力
取出し用端子との組付け上のばらつき等に伴う芯ずれを
吸収するという課題においては請求項1と同様である
が、その解決手段としては、ヒータ把持部に相当する第
1の金属筒状部と、内部電極接続部に対応する第2の金
属筒状部とを、可撓性を有する首部で連結したものであ
る。ここでは、ヒータを把持する第1の金属筒状部は2
点支持であっても、首部が可撓性を有しているため、上
記端子に対するヒータの傾きがある程度許容され、酸素
検知素子内への挿入の際に、前述の芯ずれを吸収する効
果がある。請求項4のように、この首部を1箇所とすれ
ば、ヒータが1点支持となり、芯ずれ吸収等の効果は一
層顕著なものとなる。
【0008】また、その首部を第1の金属筒状部の円周
の1/3以下である幅部分を有するものとすれば、充分
な可撓性(これは弾性変形性をも含む趣旨である)が確
保しやすくなる。1/6以下であれば更に望ましい。な
お首部に可撓性を付与する上では、その幅を狭くするこ
との他に、厚みを減ずること、あるいは周方向に沿って
溝等の凹凸をつけたりスリット等を入れることも有効で
ある。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例を参照し
つつ、本発明の実施の形態を説明する。
【0010】図1においてジルコニア等のセラミックか
らなる酸素検知素子1は、コップ状に成形され、その内
側と外側に図示しない白金などの触媒性の金属からなる
電極を形成したものである。その外側電極に排ガスを接
触させ、内側電極に大気などの基準ガスを接触させるこ
とで、それぞれのガスの酸素分圧差によって検知素子1
の内外両面に生ずる電圧を検出して酸素濃度を測定す
る。この検知素子1は、例えば300℃以上の温度でな
いと電圧が出力されないため、通常は検知素子1の内部
電極に近接してセラミックヒータ2(以下単にヒータと
いう)を設け、強制的に検知素子1を活性化する。ヒー
タ2は、例えばアルミナ等のセラミックからなる軸状の
もので、電極端子3等を介して通電される。酸素検知素
子1の外部電極の出力は出力取出し用端子の外部電極接
続部4b及び引出し線4で、また内部電極の出力は出力
取出し用端子(以下、金属端子若しくは単に端子とい
う)5の内部電極接続部5b及び引出し線6を介して取
り出される。引き出し線4と検知素子1との電気的な接
触には、検知素子1の開口側の外周まわりに連結される
帯状の外部電極接続部4bが介在している。
【0011】端子5はヒータ2のホルダを兼ねるもの
で、そのヒータ2を周方向にクランプする第1の金属筒
状部としてのヒータ把持部5aと、これより大きい径で
形成されて、酸素検知素子1の内面の内部電極層に接触
する第2の金属筒状部としての前記内部電極接続部5b
と、これらをつなぐ可撓性を有する首部5cとを備えて
いる。
【0012】図2は、この端子5及びヒータ2を取り出
して示すもので、ヒータ把持部5aは、ヒータ2の軸方
向で1箇所にのみ形成され、かつ首部5cがくびれた形
態となっている。そのため、首部5cの可撓性、つまり
その弾性変形又は塑性変形に基づき、ヒータ2が端子5
に対して傾き易くなっている。また、ヒータ2がヒータ
把持部5aの1点支持で把持されていることも傾き易く
する原因となる。そして、このヒータ2と端子5を組み
付けたアッセンブリを酸素検知素子1内に挿入する際
に、端子5とヒータ2に芯ずれがあっても、それを吸収
しやすい。言い換えると、その挿入時にヒータ2に過大
な曲げ応力が生じないことで、ヒータ2の欠損等が防止
される。
【0013】図3は、このような端子5を模式的に示す
もので、複数の内部電極接続部5bはその合わせ目で滑
らかな凹凸の山と谷が対応して近接し、それらの合わせ
目に凹凸状のスリット5dが現れる。一方、ヒータ把持
部5aでは軸方向と平行な直線的なスリット5eが現れ
る。また、首部5cは円弧状の断面を有する。このよう
な端子5は、平面的に打ち抜かれた板素材を丸めるよう
に湾曲成形したものである。そして図4に示すように、
首部5cは、ヒータ把持部5aの1円周のうちの60°
以下の幅に設定することが望ましい。これは、1円周長
に対して1/6以下ということである。このように首部
5cの幅を設定することで、その首部5cが良好な可撓
性を有し、しかも十分な強度を有するものにすることが
できる。
【0014】図5は、端子5の形態を複数種類示すもの
で、(a)は既に説明したタイプで、引出し線6とは反
対側に1箇所の把持部5a及び首部5cを有するもので
あり、(b)は引出し線6と同じ側にヒータ把持部5a
を有し、またそれに隣接して首部5cを有する。さらに
(c)は、端子中央にヒータ把持部5aを有するもの
で、内部電極接続部(第2の金属筒状部)5bは両側に
分断された形態となり、首部5cもヒータ把持部5aの
両側の2箇所に存在することとなる。
【0015】なお、例えばその(c)に示すように、首
部5cが2又はこれ以上ある場合は、それぞれの首部の
幅の合計が、最大でその円周に対し1/3、更に望まし
くは1/6以下とすることが、前述の良好な可撓性を確
保する上で有効である。
【0016】以上はヒータ把持部5aが軸方向の1箇所
にある例であったが、これが例えば2箇所ある場合でも
首部5cの可撓性により、ヒータ2が端子5に対しある
程度の傾きが許容され、端子5とヒータ2との芯ずれの
解消には有効である。また、端子5の加工精度として
も、従来より低い加工精度で済むという効果を有する。
また、ヒータ挿入時に内側電極が傷つくことも首部の可
撓性により容易に回避される。結果として、ヒータ外径
と素子内径の寸法を従来より近づけることができ、セン
サの暖気特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である酸素センサの断面図。
【図2】ヒータ及び出力取出し用端子と酸素検知素子の
分解図。
【図3】その端子の模式図。
【図4】図3の首部のA−A断面図。
【図5】その端子の形態の幾つかの種類を示す図。
【図6】従来の一例を示す図。
【図7】その従来例の作用説明図。
【符号の説明】
1 酸素検知素子 2 ヒータ 5 出力取出し用端子 5a ヒータ把持部(第1の金属筒状部) 5b 内部電極接続部(第2の金属筒状部) 5c 首部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古崎 圭三 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内外面に電極層を有する一端が閉塞され
    た筒状の酸素検知素子と、該酸素検知素子を所定温度に
    保つための軸状のヒータと、該酸素検知素子内面の内部
    電極層と電気的に接続される出力取出し用端子とを含む
    酸素センサにおいて、 前記出力取出し用端子は、前記ヒータを把持する1箇所
    のヒータ把持部と、前記酸素検知素子の内部電極層と接
    触する少なくとも1箇所の内部電極接続部と、それらヒ
    ータ把持部と内部電極接続部をつなぐ連結部とを備える
    ことを特徴とする酸素センサ。
  2. 【請求項2】 前記連結部は、前記1箇所のヒータ把持
    部と前記内部電極接続部とをくびれた形態でつなぐ首部
    である請求項1に記載の酸素センサ。
  3. 【請求項3】 内外面に電極層を有する一端が閉塞され
    た筒状の酸素検知素子と、該酸素検知素子を所定温度に
    保つための軸状のヒータと、該酸素検知素子内面の内部
    電極層と電気的に接続される出力取出し用端子とを含む
    酸素センサにおいて、 前記出力取出し用端子は、前記ヒータを把持するための
    第1の金属筒状部と、該第1の金属筒状部と同心的にか
    つそれより大きな径で形成されて前記酸素検知素子の内
    面部電極層に接触する第2の金属筒状部と、それら第1
    及び第2の金属筒状部を連結する可撓性を有する首部と
    を含むことを特徴とする酸素センサ。
  4. 【請求項4】 前記首部が前記出力取出し用端子の軸方
    向の1箇所に形成されている請求項3に記載の酸素セン
    サ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6267857B1 (en) 1998-06-01 2001-07-31 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Oxygen sensor with a heater
JP2002296218A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Denso Corp ガスセンサの製造方法
US6660143B1 (en) 1999-06-11 2003-12-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Oxygen sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6267857B1 (en) 1998-06-01 2001-07-31 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Oxygen sensor with a heater
US6660143B1 (en) 1999-06-11 2003-12-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Oxygen sensor
JP2002296218A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Denso Corp ガスセンサの製造方法

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