酸素センサ

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【発明の名称】	酸素センサ
【発明者】	【氏名】荒木博司【氏名】織茂康司
【要約】	【課題】ヒータの外周側にジルコニアチューブと信号出力端子とを接続する配線部材を設けることにより、部品点数を削減し、組立時の作業性を向上させる。【解決手段】ケーシング２１の素子ホルダ２２には、内側電極２５Ａと外側電極２５Ｂとを有するジルコニアチューブ２５等を取付け、キャップ２３には、信号出力端子３７と給電端子３９，４０とを保持する端子ホルダ２９等を取付ける。また、ヒータ３２の外周側には、コンタクトプレート２６を介してジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａと信号出力端子３７とを接続する配線パターン３６を一体に設ける。これにより、ジルコニアチューブ２５と信号出力端子３７との接続構造を簡略化でき、部品点数を削減してセンサ組立時の作業性を向上させることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】筒状のケーシングと、該ケーシングの軸方向一側に設けられ、内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する有底筒状の酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ該酸素濃度検出素子内に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータと、前記ケーシングの軸方向他側に設けられ前記酸素濃度検出素子からの検出信号を外部に出力する信号出力端子と、前記ケーシングの軸方向他側に設けられ外部から前記ヒータに給電を行う給電端子とからなる酸素センサにおいて、前記ヒータの外周側には、導電性材料により軸方向に伸長して形成され前記酸素濃度検出素子の内側電極と前記信号出力端子との間を接続する配線部を一体に設ける構成としたことを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】前記配線部は前記ヒータの外周側に導電性ペーストを塗布して焼成することにより構成してなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】前記ヒータの外周側にはヒータの周方向に伸長し前記給電端子が径方向外側から接触する帯状の給電用電極部を設け、前記配線部には該給電用電極部と異なる位置でヒータの周方向に伸長し前記信号出力端子が径方向外側から接触する帯状の信号出力用電極部を設けてなる請求項１または２に記載の酸素センサ。
【請求項４】前記ヒータの外周側には、導電性材料により環状板として形成され前記酸素濃度検出素子の内側電極と前記配線部とを接続するコンタクトプレートを挿嵌して設けてなる請求項１，２または３に記載の酸素センサ。
【請求項５】筒状のケーシングと、該ケーシングの軸方向一側に設けられ、内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する有底筒状の酸素濃度検出素子と、前記ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ該酸素濃度検出素子内に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータと、前記ケーシングの軸方向他側に設けられ前記酸素濃度検出素子からの検出信号を外部に出力する信号出力端子と、前記ケーシングの軸方向他側に設けられ外部から前記ヒータに給電を行う給電端子とからなる酸素センサにおいて、前記ヒータの外周側には、導電性材料によって前記ヒータよりも短尺の筒体として形成され前記酸素濃度検出素子の内側電極と前記信号出力端子との間を接続する導通パイプを挿通して設け、該導通パイプは前記ヒータの軸方向他側よりも短尺に形成し、前記ヒータは該導通パイプから突出した軸方向他側の端部を前記給電端子と接続する構成としたことを特徴とする酸素センサ。
【請求項６】前記ヒータの外周側には、導電性材料により環状板として形成され前記酸素濃度検出素子の内側電極と前記導通パイプとを接続するコンタクトプレートを挿通して設けてなる請求項５に記載の酸素センサ。
【請求項７】前記ヒータの端部外周側にはヒータの周方向に伸長し前記給電端子が径方向外側から接触する帯状の給電用電極部を設けてなる請求項５または６に記載の酸素センサ。
【請求項８】前記ケーシングは、前記酸素濃度検出素子が取付けられた筒状の素子側ケースと、該素子側ケースの軸方向他側に設けられ前記信号出力端子と給電端子とを保持する端子ホルダが取付けられた端子側ケースとからなり、前記素子側ケースには前記酸素濃度検出素子を素子側ケース内にかしめ固定するかしめ部を設け、前記端子側ケース内には前記素子側ケースと端子ホルダとの間に空間部を確保する構成としてなる請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の酸素センサ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出するのに用いて好適な酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、例えばターボチャージャ等を搭載した自動車用エンジンでは、空燃費をリッチ傾向にしてエンジンを運転しているため、その排気ガスの温度は２８０℃程度となっている。しかし、酸素センサは通常３５０℃程度の温度下で正常に作動するので、ターボチャージャ付のエンジン等ではヒータ付き酸素センサを用い、その検出素子をセラミックスヒータによって加熱するようにしている。
【０００３】そこで、図８を参照しつつ従来技術によるヒータ付きの酸素センサについて説明する。
【０００４】１は酸素センサの本体を構成する金属製のケーシングで、該ケーシング１は、軸方向一側におねじ部２Ａが形成された段付き筒状の素子ホルダ２と、該素子ホルダ２の軸方向他側にかしめ固定された筒状のキャップ３とからなり、後述のジルコニアチューブ４を自動車用エンジンの排気管（図示せず）内に突出させるべく、素子ホルダ２のおねじ部２Ａが排気管に螺着されるものである。
【０００５】４は排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子としてのジルコニアチューブで、該ジルコニアチューブ４は、例えば酸化ジルコニウム等のセラミックス材料によって有底筒状に形成され、素子ホルダ２の内周にワッシャ等を介して取付けられると共に、先端側が素子ホルダ２から突出している。
【０００６】ここで、ジルコニアチューブ４の内面、外面には、内側電極４Ａ、外側電極４Ｂが設けられている。そして、内側電極４Ａはジルコニアチューブ４の端面４Ｃに延び、この位置で後述の導電体８と接続されている。また、外側電極４Ｂは素子ホルダ２等を介してエンジンの排気管等にアースされる。そして、ジルコニアチューブ４は、外側の排気ガスと内側の大気との間で酸素濃度に差が生じると、この酸素濃度差に応じて内側電極４Ａと外側電極４Ｂとの間に起電力を発生させ、この起電力を検出信号として出力するものである。
【０００７】５はジルコニアチューブ４の他端側でケーシング１の素子ホルダ２内に嵌合された絶縁筒体、６はキャップ３内で該絶縁筒体５の他端側に嵌合された他の絶縁筒体で、該絶縁筒体５，６は、アルミナ等のセラミックス材料によって段付き筒状に形成されている。また、絶縁筒体６の内周側には、後述のヒータ７を軸方向に位置決めするストッパ６Ａが突設されている。
【０００８】７はケーシング１内に軸方向に伸長して設けられた棒状のヒータで、該ヒータ７は、例えばアルミナ等のセラミックス材料により棒状の円柱体として形成され、その外周側には、給電されることにより発熱するヒータパターンと、このヒータパターンを覆う保護層とが設けられている。そして、ヒータ７は、軸方向の一側がジルコニアチューブ４内に挿入され、他側が後述する導電体８のピン部８Ｂと各コンタクトスプリング９とによって挟持されている。そして、ヒータ７は、各コンタクトスプリング９を介して給電されることによりジルコニアチューブ４を加熱するものである。
【０００９】８はジルコニアチューブ４と後述の信号出力端子１３とを接続する導電体で、該導電体８は、環状の金属板等からなるプレート部８Ａと、細長い金属ピン等により形成され、一端側が溶接等の手段によって該プレート部８Ａと一体に固着されたピン部８Ｂとから構成されている。そして、プレート部８Ａはヒータ７の外周側に挿嵌され、ジルコニアチューブ４の端面４Ｃで内側電極４Ａに当接している。また、ピン部８Ｂはヒータ７に沿って軸方向に延び、他端側が後述のシール筒１１内で信号出力端子１３にかしめ固定されている。
【００１０】９，９は絶縁筒体６内に設けられた一対のコンタクトスプリング（一方のみ図示）で、該各コンタクトスプリング９は、略Ｕ字状の金属ピン等からなり、一端側がヒータ７に接続されると共に、他端側が後述のシール筒１１内で給電端子１５にかしめ固定されている。
【００１１】１０はキャップ３の他端側に配設されたディスクスプリングで、該ディスクスプリング１０は、絶縁筒体５，６を介して導電体８のプレート部８Ａをジルコニアチューブ４の内側電極４Ａに強く押付けると共に、ケーシング１内でジルコニアチューブ４等を位置決めしている。
【００１２】１１はアウタキャップ１２を用いてケーシング１の他端側に設けられた絶縁性のシール筒で、該シール筒１１内には、後述のリード線１４，１６とシール筒１１との間をシールするシール部材１１Ａ，１１Ａ，…が設けられている。
【００１３】１３は導電体８を介してジルコニアチューブ４の内側電極４Ａと接続された信号出力端子で、該信号出力端子１３は、ジルコニアチューブ４からの検出信号をリード線１４を介して外部に出力するものである。
【００１４】１５，１５はコンタクトスプリング９を介してヒータ７と接続された一対の給電端子（一方のみ図示）で、該各給電端子１５はリード線１６を介して車両の電源側とアース側に接続され、外部からヒータ７に給電を行うものである。
【００１５】従来技術による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００１６】まず、エンジンの運転中には、排気管内を排気ガスが流通すると、ジルコニアチューブ４の外側を流れる排気ガスとチューブ４内の大気との間には大きな酸素濃度の差が生じる。この結果、内側電極４Ａと外側電極４Ｂとの間には、検出信号となる起電力が発生し、この検出信号は導電体８、信号出力端子１３、リード線１４等を介して外部に出力される。これにより、エンジン制御用のコントロールユニット等では、酸素センサから出力される検出信号を用いて空燃比のフィードバック制御等を行う。
【００１７】また、例えばエンジンの始動時等、ジルコニアチューブ４が低温である場合には、ヒータ７がコントロールユニットによりリード線１６、給電端子１５、コンタクトスプリング９等を介して給電される。この結果、ジルコニアチューブ４はヒータ７により加熱されて活性化し、空燃比のフィードバック制御等を早期に開始することが可能となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来技術では、ジルコニアチューブ４の内側電極４Ａと信号出力端子１３との間を導電体８によって接続し、ジルコニアチューブ４から出力される検出信号をリード線１４によって外部に出力する構成としている。
【００１９】しかし、導電体８は、環状のプレート部８Ａと細長いピン部８Ｂとを溶接することによって形成され、絶縁筒体５，６、ディスクスプリング１０等を用いてケーシング１内で位置決めされると共に、そのピン部８Ｂは信号出力端子１３にかしめ固定されている。
【００２０】このため、従来技術では、導電体８を形成するときの溶接作業やピン部８Ｂと信号出力端子１３とを固定するときのかしめ作業に手間がかかるばかりでなく、絶縁筒体５，６、ディスクスプリング１０等によって酸素センサ全体の部品点数が増加するため、センサ組立時の作業性が低下し、またコストアップを招くという問題がある。
【００２１】本発明は上述した従来技術の課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、酸素濃度検出素子と信号出力端子とを簡単な構造で接続でき、これらの接続に必要な部品点数を削減してコストを低減できると共に、組立時の作業性を向上できるようにした酸素センサを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するために本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングの軸方向一側に設けられ、内側電極と外側電極との間で酸素濃度を検出する有底筒状の酸素濃度検出素子と、ケーシング内に軸方向に伸長して設けられ該酸素濃度検出素子内に挿入されて該酸素濃度検出素子を加熱する棒状のヒータと、ケーシングの軸方向他側に設けられ酸素濃度検出素子からの検出信号を外部に出力する信号出力端子と、ケーシングの軸方向他側に設けられ外部からヒータに給電を行う給電端子とからなる酸素センサに適用される。
【００２３】そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、ヒータの外周側には、導電性材料により軸方向に伸長して形成され酸素濃度検出素子の内側電極と信号出力端子との間を接続する配線部を一体に設ける構成としたことにある。
【００２４】このように構成することにより、ヒータの外周側に配線部を固定でき、この配線部を用いて酸素濃度検出素子の内側電極と信号出力端子との間を接続することができる。そして、酸素濃度検出素子から出力される検出信号を配線部、信号出力端子等を介して外部に導出することができる。
【００２５】また、請求項２の発明によると、配線部はヒータの外周側に導電性ペーストを塗布して焼成することにより構成している。
【００２６】これにより、導電性ペーストを焼成することによって配線部をヒータと一体に形成でき、例えばセラミックス材料からなるヒータの製造時には、ヒータと配線部とを同時に焼成して製造することができる。
【００２７】また、請求項３の発明によると、ヒータの外周側にはヒータの周方向に伸長し給電端子が径方向外側から接触する帯状の給電用電極部を設け、配線部には該給電用電極部と異なる位置でヒータの周方向に伸長し信号出力端子が径方向外側から接触する帯状の信号出力用電極部を設けている。
【００２８】これにより、配線部は、その信号出力用電極部の長さ範囲内となる任意の周方向位置で信号出力端子と接触することができる。また、ヒータの給電用電極部も同様に、その長さ範囲内となる任意の周方向位置で給電端子と接触することができる。従って、酸素センサの組立時には、ケーシング側の各端子とヒータ側の各電極部とを容易に位置合わせすることができる。
【００２９】さらに、請求項４の発明によると、ヒータの外周側には、導電性材料により環状板として形成され酸素濃度検出素子の内側電極と配線部とを接続するコンタクトプレートを挿嵌して設けている。
【００３０】これにより、コンタクトプレートをヒータの外周側に挿嵌して配線部と接触させることができ、この状態でコンタクトプレートの表面等を酸素濃度検出素子の内側電極と接触させることによって、酸素濃度検出素子と配線部とを接続することができる。
【００３１】一方、請求項５の発明が採用する構成の特徴は、ヒータの外周側には、導電性材料によってヒータよりも短尺の筒体として形成され酸素濃度検出素子の内側電極と信号出力端子との間を接続する導通パイプを挿通して設け、該導通パイプはヒータの軸方向他側よりも短尺に形成し、ヒータは該導通パイプから突出した軸方向他側の端部を給電端子と接続する構成としたことにある。
【００３２】これにより、導通パイプを用いて酸素濃度検出素子の内側電極と信号出力端子とを接続でき、酸素濃度検出素子から出力される検出信号を導通パイプ、信号出力端子等を介して外部に導出することができる。また、ヒータのうち導通パイプから突出した軸方向他側の端部を給電端子と直接的に接続することができる。
【００３３】また、請求項６の発明によると、ヒータの外周側には、導電性材料により環状板として形成され酸素濃度検出素子の内側電極と導通パイプとを接続するコンタクトプレートを挿通して設けている。
【００３４】これにより、コンタクトプレートをヒータの外周側に挿嵌して導通パイプと接触させることができ、この状態でコンタクトプレートの表面等を酸素濃度検出素子の内側電極と接触させることによって、酸素濃度検出素子と導通パイプとを接続することができる。
【００３５】また、請求項７の発明によると、ヒータの端部外周側にはヒータの周方向に伸長し給電端子が径方向外側から接触する帯状の給電用電極部を設けている。
【００３６】これにより、ヒータの給電電極部は、その長さ範囲内となる任意の周方向位置で給電端子と接触でき、酸素センサの組立時には、これらの給電端子と電極部とを容易に位置合わせすることができる。
【００３７】さらに、請求項８の発明によると、ケーシングは、酸素濃度検出素子が取付けられた筒状の素子側ケースと、該素子側ケースの軸方向他側に設けられ信号出力端子と給電端子とを保持する端子ホルダが取付けられた端子側ケースとからなり、素子側ケースには前記酸素濃度検出素子を素子側ケース内にかしめ固定するかしめ部を設け、端子側ケース内には素子側ホルダと端子ホルダとの間に空間部を確保する構成としている。
【００３８】これにより、酸素濃度検出素子を素子側ケース内にかしめ固定でき、端子側ケース内には、酸素濃度検出素子を固定する部材等を設ける必要がなくなるから、部品点数を削減することができる。また、端子側ケース内には、素子側ケースと端子ホルダとの間に空間部を確保でき、この空間部は酸素濃度検出素子の位置でヒータから発生する熱が端子ホルダ側に伝わるのを抑制することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による酸素センサを、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】ここで、図１ないし図５は本発明による第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、自動車用エンジンに用いられる酸素センサを例に挙げて述べる。
【００４１】２１は酸素センサの本体を構成するケーシングで、該ケーシング２１は、金属材料等により段付き筒状に形成された素子側ケースとしての素子ホルダ２２と、金属筒等により形成され、該素子ホルダ２２に嵌合して固着された端子側ケースとしてのキャップ２３とから構成されている。
【００４２】ここで、素子ホルダ２２には、従来技術とほぼ同様に、軸方向一側に位置して自動車用エンジンの排気管（図示せず）等に螺着されるおねじ部２２Ａが形成されている。しかし、素子ホルダ２２の他端側には、後述のジルコニアチューブ２５、コンタクトプレート２６、絶縁筒２７およびプレート部材２８を素子ホルダ２２内に固定したかしめ部２２Ｂが形成されている。
【００４３】一方、キャップ２３は、例えばレーザ溶接等により形成された環状の溶接部２４を用いて素子ホルダ２２の軸方向他側に溶接されている。また、キャップ２３の他端側には、後述の端子ホルダ２９とシール体３１とをキャップ２３内に固定したかしめ部２３Ａが形成されている。
【００４４】２５は素子ホルダ２２内に取付けられた酸素濃度検出素子としてのジルコニアチューブで、該ジルコニアチューブ２５は、従来技術とほぼ同様に、例えば酸化ジルコニウム等のセラミックス材料によって有底筒状に形成され、その内面、外面には内側電極２５Ａ、外側電極２５Ｂが設けられている。また、内側電極２５Ａはジルコニアチューブ２５の端面２５Ｃに伸長しており、外側電極２５Ｂは素子ホルダ２２等によってエンジンの排気管等にアースされる。そして、ジルコニアチューブ２５は、その内，外の酸素濃度差に応じて内側電極２５Ａと外側電極２５Ｂとの間に起電力を発生させ、この起電力を検出信号として出力するものである。
【００４５】２６は金属等の導電性材料により略環状板として形成されたコンタクトプレートで、該コンタクトプレート２６は、素子ホルダ２２内に位置してジルコニアチューブ２５の端面２５Ｃに当接した環状板部２６Ａと、該環状板部２６Ａの内周側から軸方向に突出し、後述するヒータ３２の外周側に挿嵌された筒部２６Ｂとから構成されている。そして、環状板部２６Ａは、素子ホルダ２２のかしめ部２２Ｂによりプレート部材２８と絶縁筒２７とを介してジルコニアチューブ２５の端面２５Ｃに押付けられ、その内側電極２５Ａと接触している。また、筒部２６Ｂは、その内周側が後述の配線パターン３６と軸方向に沿って面接触している。
【００４６】２７は例えば絶縁性のセラミックス材料等により形成された絶縁筒で、該絶縁筒２７は、環状の金属板等からなるプレート部材２８と共に素子ホルダ２２内にかしめ固定され、このプレート部材２８はヒータ３２の外周側に隙間をもって配置されている。
【００４７】２９は例えばセラミックス材料等により形成された絶縁性の端子ホルダで、該端子ホルダ２９は、図２、図３に示す如く、軸方向一側が開口し他側が閉塞された有底の筒状体として形成され、キャップ２３内に嵌合されている。そして、端子ホルダ２９は、その一端側が後述の空間部３０を画成すると共に、他端側が後述のシール体３１に固着されている。
【００４８】また、端子ホルダ２９内には、その開口側からヒータ３２が挿入される有底のヒータ挿入穴２９Ａと、該ヒータ挿入穴２９Ａの底部側に突出しヒータ３２の軸方向位置をジルコニアチューブ２５との間で定める位置決め突起２９Ｂとが設けられている。また、端子ホルダ２９内には、図３に示す如く、後述の信号出力端子３７と給電端子３９，４０とを装着する３個の端子装着溝２９Ｃ，２９Ｃ，…がヒータ挿入穴２９Ａの周壁にほぼ等しい間隔をもって形成され、該各端子装着溝２９Ｃは軸方向に伸長している。
【００４９】３０はキャップ２３内に位置して素子ホルダ２２と端子ホルダ２９との間に画成（確保）された空間部で、該空間部３０は、図１に示す如くヒータ３２の外周側を取囲む円筒状の空間からなり、ジルコニアチューブ２５の位置でヒータ３２から発生する熱が端子ホルダ２９側に伝わるのを遮断する構成となっている。
【００５０】３１は端子ホルダ２９の外側でケーシング２１内をシールする段付き円柱状のシール体で、該シール体３１は、例えばフッ素ゴム等の弾性樹脂材料からなり、キャップ２３内に嵌合された状態でかしめ部２３Ａによって固定されている。
【００５１】３２はケーシング２１内に軸方向に伸長して設けられた棒状のヒータで、該ヒータ３２は、図４、図５に示す如く、例えばアルミナ等のセラミックス材料からなる棒状のヒータコア３３と、タングステン等の発熱性導体材料により細幅な配線として形成され、該ヒータコア３３の外周側に設けられたヒータパターン３４と、アルミナ等の絶縁性セラミックス材料により該ヒータパターン３４を覆う薄膜として形成され、ヒータパターン３４の酸化を防止する保護層３５とからなり、該保護層３５の外周側には後述の配線パタ－ン３６が設けられている。
【００５２】ここで、ヒータコア３３は、一端側がジルコニアチューブ２５内に挿入される共に、他端側が図３に示す如く信号出力端子３７と給電端子３９，４０とによって３箇所で径方向外側から支持されている。また、ヒータパターン３４は、図４に示す如く、その両端部位がヒータコア３３の他端側で保護層３５から露出した一対の給電用電極部３４Ａ，３４Ｂとなり、これらの電極部３４Ａ，３４Ｂは、ヒータコア３３の外周側にほぼ全周に亘って環状に形成されると共に、軸方向に間隔をもって配置されている。この場合、例えば一方の電極部３４Ａは、他方の電極部３４Ｂに設けられた切欠き３４Ｂ1 を介してヒータパターン３４の本体側と接続されている。
【００５３】そして、ヒータパターン３４は、電極部３４Ａ，３４Ｂが給電端子３９，４０等を介して車両の電源側、アース側にそれぞれ接続され、この電源側から給電されることによってヒータ３２はジルコニアチューブ２５を加熱するものである。
【００５４】３６はヒータ３２の外周側に一体に固着して設けられた配線部としての配線パターンで、該配線パターン３６は、図１、図４に示す如く、例えば金属粉等の導伝性材料が含まれた導電性ペーストを保護層３５の外周側に塗布、印刷して焼成することにより形成され、保護層３５によってヒータパターン３４から絶縁されると共に、軸方向に伸長した長尺なパターン形状を有している。
【００５５】ここで、配線パターン３６は、一端側がコンタクトプレート２６の筒部２６Ｂと接触している。また、配線パターン３６の他端側には、図４に示す如く、環状の信号出力用電極部３６Ａがヒータ３２の外周側に全周に亘って形成され、この電極部３６Ａは、ヒータパターン３４の電極部３４Ａ，３４Ｂに対して軸方向に離間すると共に、信号出力端子３７と接触している。これにより、配線パターン３６は、コンタクトプレート２６と協働してジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａと信号出力端子３７とを接続するものである。
【００５６】３７は例えばばね性を有する金属板等をプレス加工することによって一体に形成された信号出力端子で、該信号出力端子３７は、図３、図４に示す如く、リード線３８の端部側にかしめ固定されたかしめ部３７Ａと、該かしめ部３７Ａからヒータ３２の軸方向に延設された細幅の延設部３７Ｂと、該延設部３７の先端側から左，右両側に突設された突片部３７Ｃ，３７Ｃと、該各突片部３７Ｃ間に位置してヒータ３２側に突出した接点部３７Ｄとから構成されている。
【００５７】そして、信号出力端子３７を端子ホルダ２９内に装着した状態では、かしめ部３７Ａが端子ホルダ２９の端子装着溝２９Ｃ内に配置され、リード線３８がシール体３１を介してケーシング２１外に引出されている。また、各突片部３７Ｃはヒータ挿通穴２９Ａの周壁に当接して円弧状に弾性変形した状態となるため、接点部３７Ｄは、各突片部３７Ｃの復元力が図４中の矢示Ａ方向に加わることによって矢示Ｂ方向へと径方向内向きに付勢され、配線パターン３６の電極部３６Ａに対して径方向外側から弾性的に接触している。そして、信号出力端子３７は、ジルコニアチューブ２５からの検出信号をリード線３８によって外部に出力するものである。
【００５８】３９，４０はヒータパターン３４に外部から給電を行う一対の給電端子で、給電端子３９，４０は、図３、図５に示す如く信号出力端子３７とほぼ同様に構成されている。しかし、給電端子３９，４０は、それぞれヒータパターン３４の電極部３４Ａ，３４Ｂに対応した軸方向寸法をもって形成されている。そして、給電端子３９は電極部３４Ａと弾性的に接触し、リード線４１を介してケーシング２１外に引出されている。また、給電端子４０は電極部３４Ｂと弾性的に接触し、リード線４２を介して外部に引出されている。
【００５９】本実施の形態による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、排気ガス中に配置したジルコニアチューブ２５の内周側と外周側との間に酸素濃度の差に応じた起電力を発生させる点では従来技術によるものと格別差異はない。
【００６０】そして、ジルコニアチューブ２５から出力される検出信号は、コンタクトプレート２６、配線パターン３６、信号出力端子３７およびリード線３８を介して外部に導出される。また、ヒータ３２を作動させるときには、車両の電源（アース）側からリード線４１，４２と給電端子３９，４０とを介してヒータパターン３４に給電が行われることにより、ヒータパターン３４が発熱する。
【００６１】次に、本実施の形態の酸素センサに用いるヒータ３２の製造方法について述べる。
【００６２】この場合、ヒータ３２の製造時には、まずヒータコア３３の外周側にヒータパターン３４用の導電性ペーストと保護層３５用のアルミナペーストとを順次塗布する。そして、保護層３５の外周側には、配線パターン３６となる導電性ペーストを曲面印刷等の手段によって所定の形状パターンで印刷し、これらを高温で焼成することによってヒータ３２と配線パターン３６とを同時に製造する。
【００６３】次に、図５を参照しつつ本実施の形態による酸素センサの組立方法について説明する。
【００６４】まず、素子ホルダ２２側の組立時には、ジルコニアチューブ２５、コンタクトプレート２６、絶縁筒２７、プレート部材２８等を素子ホルダ２２内にかしめ固定する。また、キャップ２３側の組立時には、端子ホルダ２９とシール体３１とを一体に固着し、信号出力端子３７、給電端子３９，４０を端子ホルダ２９内に配置してリード線３８，４１，４２をシール体３１から外側に引出した後に、端子ホルダ２９とシール体３１とをキャップ２３内にかしめ固定する。
【００６５】次に、ヒータ３２の一端側をプレート部材２８、絶縁筒２７、コンタクトプレート２６等を介してジルコニアチューブ２５内に挿入し、配線パターン３６をコンタクトプレート２６によってジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａと接続する。
【００６６】次に、これらの素子ホルダ２２とキャップ２３とを嵌合し、このときにヒータ３２の他端側を端子ホルダ２９のヒータ挿入穴２９Ａ内に挿入して信号出力端子３７と給電端子３９，４０の径方向内側に押込む。これにより、信号出力端子３７、給電端子３９，４０は、それぞれ配線パターン３６の電極部３６Ａ、ヒータパターン３４の電極部３４Ａ，３４Ｂに接続された状態となるので、素子ホルダ２２とキャップ２３との間に溶接部２４を形成し、酸素センサを完成する。なお、この場合、ヒータ３２の組付け時には、まず他端側を端子ホルダ２９内に挿入した後に、一端側をジルコニアチューブ２５内に挿入してもよい。
【００６７】かくして、本実施の形態では、ヒータ３２の外周側に配線パターン３６を設け、この配線パターン３６によってジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａと信号出力端子３７との間を接続する構成としたので、配線パターン３６をヒータ３２の外周側に一体に固着でき、ジルコニアチューブ２５と信号出力端子３７との接続構造を簡略化できると共に、その検出信号をコンタクトプレート２６、配線パターン３６、信号出力端子３７等を介して外部に導出することができる。
【００６８】これにより、従来技術のように複雑な形状をもつ導電体８をケーシング１内に配設する必要がなくなる上に、この導電体８をケーシング１内で支持するための絶縁筒体５，６、ディスクスプリング１０、さらにはヒータ７用の各コンタクトスプリング９等も省略でき、部品点数を削減してコストを低減できると共に、酸素センサを従来技術と比較して軸方向に小型化することができる。また、導電体８の形成工程や信号出力端子１３とのかしめ工程も不要となるので、組立時の作業性を向上させることができる。
【００６９】また、ヒータ３２の外周側に導電性ペーストを塗布して焼成することにより配線パターン３６を形成したので、配線パターン３６を容易に形成でき、ヒータ３２と配線パターン３６とを同時に焼成して効率よく製造することができる。
【００７０】また、ヒータパターン３４の給電用電極部３４Ａ，３４Ｂと配線パターン３６の信号出力用電極部３６Ａとを略環状に形成したので、信号出力端子３７は、ヒータ３２の外周側に対して任意の周方向位置で配線パターン３６の電極部３６Ａと接触できると共に、給電端子３９，４０もヒータパターン３４の電極部３４Ａ，３４Ｂに対し任意の周方向位置で接触することができる。
【００７１】これにより、酸素センサの組立時には、ヒータ３２が軸線方向を中心として回転方向に位置ずれした場合でも、これらの信号出力端子３７、給電端子３９，４０と電極部３６Ａ，３４Ａ，３４Ｂとを安定した接続状態に保持でき、ヒータ３２を回転方向に対して位置合わせする必要がなくなるので、組立作業を効率よく行うことができる。
【００７２】また、配線パターン３６とジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａとをコンタクトプレート２６によって接続したので、その筒部２６Ｂと配線パターン３６とを安定して面接触させることができると共に、環状板部２６Ａと内側電極２５Ａとの間に大きな接触面積を確保することができる。
【００７３】さらに、ジルコニアチューブ２５、絶縁筒２７、プレート部材２８をかしめ部２２Ｂによって素子ホルダ２２にかしめ固定したので、従来技術のように素子ホルダ２２とキャップ２３との間にジルコニアチューブ２５等を位置決めする構造を設ける必要がなくなり、ケーシング１内の構造を簡略化することができる。
【００７４】しかも、ケーシング２１内には、素子ホルダ２２と端子ホルダ２９との間に空間部３０を確保できるので、ジルコニアチューブ２５の位置でヒータ３２から発生する熱が端子ホルダ２９側に伝わるのを空間部３０によって抑制でき、信号出力端子３７、給電端子３９，４０等の劣化を防止して耐久性を高めることができる。
【００７５】また、信号出力端子３７をかしめ部３７Ａ、延設部３７Ｂ、突片部３７Ｃおよび接点部３７Ｄによって構成したので、突片部３７Ｃの弾性変形による復元力を利用して接点部３７Ｄを配線パターン３６と弾性的に接触させることができ、その接触状態を安定させることができる。さらに、給電端子３９，４０を信号出力端子３７とほぼ同様に構成することにより、これらの接触状態の安定化を図ることができる。
【００７６】次に、図６および図７は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ヒータの外周側に導通パイプを挿通して設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７７】５１は本実施の形態による酸素センサのヒータで、該ヒータ５１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ヒータコア３３、ヒータパターン３４、保護層３５を含んで構成されている。しかし、本実施の形態では、保護層３５の外周側に配置される配線パターン３６が省略され、ヒータ５１の外周側には、後述の導通パイプ５２が設けられている。また、ヒータ５１は、他端側が導通パイプ５２から軸方向に突出し、この突出端側ではヒータパターン３４の給電用電極部３４Ａ，３４Ｂと給電端子３９，４０とが接続される構成となっている。
【００７８】５２はヒータ５１の外周側に挿通して設けられた導通パイプで、該導通パイプ５２は、例えば金属パイプ等の両端側が開口した筒状の導電体からなり、軸方向の両側がヒータ５１よりも短尺に形成されている。そして、導通パイプ５２は、軸方向一側が筒状の絶縁筒５３内に挿嵌され、環状のプレート部材５４内に隙間をもって配置されると共に、一端側がコンタクトプレート２６の環状板部２６Ａに突き当たる位置まで筒部２６Ｂの外周側に挿嵌されている。
【００７９】また、導通パイプ５２は、図７に示す如く、他端側が端子ホルダ５５内で信号出力端子３７の延設部３７Ｂ、突片部３７Ｃ等の端面に突き当たるように当接すると共に、コンタクトプレート２６と協働してジルコニアチューブ２５の内側電極２５Ａと信号出力端子３７とを接続している。なお、端子ホルダ５５は、第１の実施の形態とほぼ同様に、ヒータ挿入穴５５Ａ、位置決め突部５５Ｂ、端子装着溝５５Ｃ等を有するものである。
【００８０】かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、導通パイプ５２を設けることによって、ジルコニアチューブ２５と信号出力端子３７との接続状態をより安定させることができる。また、導通パイプ５２の他端側でヒータパターン３４の給電用電極部３４Ａ，３４Ｂと給電端子３９，４０とを直接的に接続できるので、これらの間に接続用の部材等を設ける必要がなくなり、センサの構造を簡略化することができる。
【００８１】なお、第１の実施の形態では、配線部としてヒータ３２の外周側に導電性ペーストを塗布して焼成することにより配線パターン３６を形成する構成としたが、本発明はこれに限らず、配線パターン３６に代えて、例えば金属等の導電性材料により薄板、細線等として形成された配線部をヒータ３２の外周側に接着等の手段で設ける構成としてもよい。
【００８２】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、ヒータの外周側には、導電性材料により軸方向に伸長して形成され酸素濃度検出素子の内側電極と信号出力端子との間を接続する配線部を一体に設ける構成としたので、配線部をヒータの外周側に固定でき、酸素濃度検出素子と信号出力端子との接続構造を簡略化することができる。これにより、従来技術のように複雑な形状をもつ導電体や導電体用の支持部材等を用いる必要がなくなるので、部品点数を削減してコストを低減できると共に、酸素センサを軸方向に小型化でき、組立時の作業性を向上させることができる。
【００８３】また、請求項２の発明によれば、配線部はヒータの外周側に導電性ペーストを塗布して焼成することにより構成したので、導電性ペーストによって配線部をヒータと一体化した状態で容易に形成でき、例えばセラミックス材料からなるヒータの製造時には、ヒータと配線部とを同時に焼成して効率よく製造することができる。
【００８４】また、請求項３の発明によれば、ヒータの外周側にはヒータの周方向に伸長した帯状の給電用電極部を設け、配線部にはヒータの周方向に伸長した帯状の信号出力用電極部を設ける構成としたので、配線部の信号出力用電極部は、その長さ範囲内となる任意の周方向位置で信号出力端子と接触でき、ヒータの給電用電極部も同様に、その長さ範囲内となる任意の周方向位置で給電端子と接触することができる。従って、酸素センサの組立時には、例えばヒータを軸線の周囲で回転させることによって各端子と電極部とを位置合わせする必要がなくなり、これらの間を安定的に接続できると共に、組立作業を効率よく行うことができる。
【００８５】さらに、請求項４の発明によれば、ヒータの外周側には、酸素濃度検出素子と配線部とを接続するコンタクトプレートを設ける構成としたので、コンタクトプレートがヒータ外周の配線部と酸素濃度検出素子の内側電極とに接触する面積をそれぞれ大きく確保でき、これらの間をコンタクトプレートによって安定的に接続することができる。
【００８６】一方、請求項５の発明によれば、ヒータの外周側には、酸素濃度検出素子と信号出力端子とを接続する導通パイプを設け、ヒータのうち導通パイプから突出した端部側を給電端子と接続する構成としたので、導通パイプによって酸素濃度検出素子と信号出力端子との接続状態を安定させることができる。また、ヒータのうち導通パイプから突出した端部側を給電端子と直接的に接続できるので、これらの間に接続用の部材等を設ける必要がなくなり、センサの構造を簡略化することができる。
【００８７】また、請求項６の発明によれば、ヒータの外周側には、酸素濃度検出素子と導通パイプとを接続するコンタクトプレートを設ける構成としたので、コンタクトプレートが導通パイプと酸素濃度検出素子の内側電極とに接触する面積をそれぞれ大きく確保でき、これらの間をコンタクトプレートによって安定的に接続することができる。
【００８８】また、請求項７の発明によれば、ヒータの外周側にはヒータの周方向に伸長し給電端子が径方向外側から接触する帯状の給電用電極部を設ける構成としたので、ヒータの給電用電極部は、その長さ範囲内となる任意の周方向位置で給電端子と接触することができる。従って、酸素センサの組立時には、例えばヒータを回転させることによって各端子と電極部とを位置合わせする必要がなくなり、組立作業を効率よく行うことができる。
【００８９】さらに、請求項８の発明によれば、素子側ケースには酸素濃度検出素子をかしめ固定するかしめ部を設け、端子側ケース内には素子側ケースと端子ホルダとの間に空間部を確保する構成としたので、酸素濃度検出素子を素子側ケース内にかしめ固定でき、従来技術のように端子側ケース内に酸素濃度検出素子を固定する部材等を設ける必要がなくなり、その構造を簡略化することができる。また、端子側ケース内に確保した空間部によって、酸素濃度検出素子の位置でヒータから発生する熱が端子ホルダ側に伝わるのを抑制でき、各端子等の劣化を防止して耐久性を高めることができる。

【出願人】	【識別番号】０００１６７４０６【氏名又は名称】株式会社ユニシアジェックス
【出願日】	平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】	【識別番号】１０００７９４４１【弁理士】【氏名又は名称】広瀬和彦
【公開番号】	特開２００１－１９４３３６（Ｐ２００１－１９４３３６Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－３７５４（Ｐ２０００－３７５４）