(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が平坦な連結面となっており、この連結面に開口する通路が内部に設けられ、Ｏ２検出用の固体電解質からなる検出用電極キャリアーと、
前記検出用電極キャリアーの前記通路の内面に設けられた正極接点と、
前記正極接点と対向して前記検出用電極キャリアーの外面に設けられた負極接点と、
前記検出用電極キャリアーの前記連結面に設けられた前記正極連結面と前記正極接点を接続する正極リードと、
前記検出用電極キャリアーの前記連結面に設けられた前記負極連結面と前記負極接点を接続する負極リードと、
上下に貫通する通路が設けられ、下端に前記検出用電極キャリアーの前記連結面に対応する連結面を有する伝達用リードキャリアーと、
前記伝達用リードキャリアーの前記連結面に設けられた正極連結面と、
前記伝達用リードキャリアーの前記連結面に設けられた負極連結面と、
前記伝達用リードキャリアーの前記正極連結面と接続し、前記伝達用リードキャリアーの上端まで延出した正極リードと、
前記伝達用リードキャリアーの前記負極連結面と接続し、前記伝達用リードキャリアーの上端まで延出した負極リードと、
前記検出用電極キャリアーの前記正極連結面および前記負極連結面が前記伝達用リードキャリアーの前記正極連結面および前記負極連結面と夫々接続した状態で、前記検出用電極キャリアーと前記伝達用リードキャリアーを支持する、カバーと埋込台座と伝導性支持台座から成る支持手段と、
前記伝達用リードキャリアーの上端において前記正極リードと接続した信号取り出し用の正極信号線と、
前記伝達用リードキャリアーの上端において前記負極リードと接続した信号取り出し用の負極信号線と、
を備え、
前記検出用電極キャリアーと前記伝達用リードキャリアーが前記支持手段に支持された状態において、前記検出用電極キャリアーの通路と、前記伝達用リードキャリアーの通路と、前記伝導性支持台座の通気口とが一本の大気導入経路として連結し、この大気導入経路によって、大気が前記検出用電極キャリアーの通路の内部に導入され、
前記検出用電極キャリアーの外部が被測定ガスと接触した場合、前記検出用電極キャリアーの前記正極接点と前記負極接点との間に信号が生成され、この信号が前記負極信号線と正極信号線から取り出されることを特徴とするＯ２センサー。
【請求項２】
前記検出用電極キャリアーの容積が前記伝達用リードキャリアーの容積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のＯ２センサー。
【請求項３】
前記検出用電極キャリアーの材料が、電位差固体電解質型ZrＯ２でできていることを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【請求項４】
前記伝達用リードキャリアーの材料が、Al２Ｏ３で作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【請求項５】
前記伝達用リードキャリアーの材料が、ＣａＯで作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【請求項６】
前記伝達用リードキャリアーの材料が、ＭｇＯで作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【請求項７】
前記伝達用リードキャリアー内に加熱用カップリングヒーターが設置されていることを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【請求項８】
前記加熱用カップリングヒーターは、伝達用リードキャリアーの表面に露出する正極電力ジョイントおよび負極電力ジョイントを有することを特徴とする、請求項1に記載のＯ２センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、0２センサーに関し、その検出用電極キャリアーが酸化ジルコニウム(Zr0２)で構成され、そして伝達用リードキャリアーがAl２0３、CaOまたはMgOで構成されている。二種のキャリアーは、被測定ガスの酸素密度を検出するための正極リードおよび負極リードからなっている。
【背景技術】
【０００２】
O２センサーは、一般に、自動車やオートバイのエンジンの油や空気導入口ならびに排気管の中に設置され、油および空気導入口の空燃比や排ガス排出口内に含まれる酸素を検出する。すなわち、空燃比を最適値へ調整してエンジン制御ユニットに供給するために、被測定ガス (油または排ガス)の酸素密度をO２センサーで検出する。これにより、有害物質の空気中への排出を減らすことができる。
【０００３】
汎用のO２センサーは、わかっているように、加熱型センサーと非加熱型センサーに分類可能である。二種の違いは、センサー内にサーモカップラーが付加されかどうかである。加熱型O２センサーは、固体電解質材料中の電極キャリアーを350℃以上の温度に加熱させ、空燃比あるいはセンサーの電位差信号を検出する。一方、非加熱型O２センサーは、油ガスまたは排ガスからの熱で電極キャリアーを加熱する。これにより、電位差信号を感知する反応は緩慢であるが、エンジンを一定の期間作動させる場合に正常な検出感度を達成することができる。
【０００４】
さらに、加熱型または非加熱型O２センサーには、固体電解質電極隔離キャリアーを設けねばらない。従来、電極隔離キャリアーは、酸化ジルコニウム(ZrO２)でできている。汎用のセンサーは、固体電解質高温O２ センサーであって、これは、単一の長帯状電極キャリアーからなる。該キャリアー内に外気に通ずる通路が形成され、該キャリアーは正極リードと負極リードで形成される。正極接点は該通路を通って大気と連通し、負極接点は排ガスと連通する。正極接点および負極接点は、固体電解質酸化ジルコニウムキャリアーと反応して、被測定大気およびガス中の酸素を分解して電圧を発生させる。電圧は、単一の酸化ジルコニウムキャリアーを介して伝達され、被測定ガス酸素密度または空燃比を検出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、全体のキャリアーのうち、正極接点および負極接点の周辺部のみが、酸化ジルコニウムを使用した電圧発生に必要であることが知られている。キャリアーの他の電圧伝達部分は、酸化ジルコニウムを固体電解質として使用するのに必要でない。さらに、酸化ジルコニウムの価格は非常に高いため、汎用O２センサーの電極キャリアーが固体電解質として酸化ジルコニウムを使用している間は、センサーの価格は高く、コストは下がらない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術の欠点を解消し、0２センサーのコストを下げるために、本発明は、酸化ジルコニウムの量を減じた0２センサーを提供する。本発明の他の目的は、電極キャリアーが異なるステージで作られ、酸化ジルコニウム製で小容量の検出用電極キャリアー、およびAl２0３、CaOまたはMgO製で大容量の伝達用リードキャリアーを含んだ0２センサーを提供する。
【０００７】
上記方法によって、酸化ジルコニウムの量は大幅に減ぜられ、そして検出用電極キャリアーのコストも減少する。一方、検出用電極キャリアーの端部の正極接点および負極接点の周辺は、酸化ジルコニウムによる電圧発生が確保される。さらに、検出用電極キャリアーの電圧を伝達する部分の材質を伝達用リードキャリアー端部としてA1203、CaOまたはMgOに変更することのみが必要であり、これは、正極リードおよび負極リードを保護するのに充分である。これにより、正極接点および負極接点は、電圧を外部受信端末へ安定して伝達することができる。
【０００８】
そのほか、 正極リードおよび負極リードを、検出用電極キャリアーの端部および伝達用リードキャリアーの端部上に設置する。O２センサー本体中の二種類のキャリアーは、伝達信号用の構造を形成するように、正極リードおよび負極リードの連結面を有する。
【０００９】
本発明において、さらに、大気と連通する通路(channel)が検出用電極キャリアーの端部内に形成され、正極リードの正極接点が通路内に露出して大気と接触し、負極リードの負極接点が検出用電極キャリアーの端部の外壁から露出して被測定ガスと接触する。これにより、大気および測定ガス中の酸素密度を検出および比較して、さまざまな電位差の電圧を発生する。特に、通路は、該検出用電極キャリアーの端部の内部に形成されており、より大きな検出電流を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明の伝達用リードキャリアーの端部は、開口型通路と連絡する通路を形成する。これにより、外気が、正極接点で測ろうとする検出用電極キャリアーの端部の通路へ首尾よく流入することが可能となる。
【００１１】
さらに、本発明では、加熱用カップリングヒーターを伝達用リードキャリアーの端部へ設けることが可能である。センサー本体内でのふく射効果および熱伝導によって、二種のキャリアーを正常作業温度範囲の３５０℃以上の温度へ加熱することができる。
【００１２】
本発明のさまざまな目的および利点は、以下の詳細な説明から、そして添付の図面と関連付けて読むことから容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
当業者が本発明をさらに理解するために、以下に詳細に説明する。しかし、これらの記載および添付の図面は、当業者に本発明の目的、特徴および特性を理解させるためにのみ使用するものであって、添付の請求項で規定される本発明の範囲および精神を制限するために使用するものではない。
【００１４】
図1には、本発明のO２センサーが示されている。O２センサーは、本体１を含んでいる。本体1は基台10を有する。基台10の上部はカバー11と結合し、基台10の下方は通気マスク12と連結されている。基台10は、被測定ガスの流体管壁2へ埋め込まれ、通気マスク12が流体管壁2に埋め込まれるようになっている。
【００１５】
流体管壁2は、自動車またはオートバイのエンジンのガス導入口スタブの壁や、エンジンなどのガス排管の壁であり得、O２センサーがエンジン内の油と空気との比や排気口に含有する酸素を検出することができる。
【００１６】
本発明では、本体1は、検出用電極キャリアー４の端部 および伝達用リードキャリアー５の端部と共に設置される（図1参照）。
【００１７】
検出用電極キャリアー４の端部は、電解質型酸化ジルコニウム(ZrO２)でできている。検出用電極キャリアー4には、正極リード41および負極リード42が埋め込まれる（図2）。大気と連結する通路43は、検出用電極キャリアー４の端部中に設置される。
【００１８】
正極リード41は、その一端に正極連結面41aを有し、これは検出用電極キャリアー４の端部の壁から露出している。正極リードの他端には、通路43に露出する正極接点41bが設置されている。
【００１９】
検出用電極キャリアー４の端部内の負極リード42は、その一端に負極連結面42aを有し、これは、検出用電極キャリアー４の端部の壁から露出しており、他端は、検出用電極キャリアー４の端部の外壁に露出する負極接点42bが形成されている。
【００２０】
本体1の基台10は、埋設台座13でその中にロックされる(図1および3参照)。埋設台座13は穴131を有する。検出用電極キャリアー４の端部が穴131を通過する。穴131の一方は、テーパー状壁132へと延在している。検出用電極キャリアー４の端部の外壁は、テーパー状外壁142を有する挿入リング14にしっかり固定されている。挿入リング14のテーパー状外壁142は、埋設台座13のテーパー状壁132に抗して、検出用電極キャリアー４の端部を本体1の基台10へ安定化させる。こうして、検出用電極キャリアー４の端部上の負極接点42bが、流体管壁2内の通気マスク12を介した被測定ガスと接触することができる。
【００２１】
伝達用リードキャリアー５の端部は、A1203、CaOおよびMgOから選択されている。その中で、A1203が最も安価で、次にCaO、そしてMgOが最も高価である。三種の金属のいずれも伝達用リードキャリアー５の端部を作製するのに選ぶことができる。伝達用リードキャリアー５の端部の価格は、検出用電極キャリアー４の端部(ZrO２)よりもはるかに安い。伝達用リードキャリアー５の端部の容積は、検出用電極キャリアー４の端部より小さい。これにより、O２センサーのコストは、著しく減少する。一方、伝達用リードキャリアー５の端部には、正極リード51および負極リード52が埋め込まれる
(図2参照)。
【００２２】
伝達用リードキャリアー５の端部内の正極リード51の二個の端部は、それぞれ、伝達用リードキャリアー５の端部の二つの壁から露出した正極連結面51aよび51bで形成される。
【００２３】
伝達用リードキャリアー５の端部内の負極リード52の二個の端部は、伝達用リードキャリアー５の端部の二つの外壁から露出した負極連結面52a, 52bで形成される。
【００２４】
本体1のカバー11は、伝導性支持台座15へ取り外し可能に取り付けられる（図１および３参照）。埋込溝151が、伝達用リードキャリアー５の端部の一端を受けるための伝導性支持台座15内に形成される。伝導性支持台座15は、正極信号伝導性台座15aおよび負極信号伝導性台座15bを有し、これらは上壁152および埋込溝151を通過して、伝達用リードキャリアー５の端部の正極を連結する面51bを正極信号伝導性台座15aと接触させ、負極を連結する面52bを負極信号伝導性台座15bと接触させる。正極信号伝導性台座15a は、正極信号線161と連結され、負極信号伝導性台座15bは、負極信号線162と連結されて、外部の信号受信端末と連結されるようになる。
【００２５】
伝導性支持台座15の上方には、図１に示すように、カバー11の内壁を押圧するためのスプリング16が設置され、伝導性支持台座15が伝達用キャリアー端部5を弾性的に押圧して、伝達用リードキャリアー５の端部の正極連結面51bおよび負極連結面52bを、検出用電極キャリアー４の端部の正極連結面41bおよび負極連結面42Bにしっかり押し付ける。
【００２６】
検出用電極キャリアー４の端部および伝達用リードキャリアー５の端部のリード41、42、51、52および連結面51a、41a、52a、42aは白金板で作製することができる。連結面51a、41a、52a、42aが互いに連結する場合、伝達用リードキャリアー５の端部と検出用電極キャリアー４の端部との間に通気用離隔17を形成する（図３参照）。一方、複数の通気口153、154を、図3に示すように、伝達用リードキャリアー５の端部の上に形成する。通風口153、154は、開口110を通って本体1の外の空気と連通可能である（図１参照）。さらに、空気は、通気用離隔17に沿って案内され、検出用電極キャリアー４の端部の通路43の中へ入り、通路43から露出した正極接点41bが空気と接触する。
【００２７】
上記した配置（検出）によって、検出用電極キャリアー４の端部上の正極接点41bが大気中の酸素量を検出し、そして検出用電極キャリアー４の端部の負極接点42bが流体管壁2内の被測定ガスの酸素量を検出する。これにより、大気中および測定ガス中の酸素は、さまざまな電位差を有する酸化物イオンへ分解される。化学反応を誘起するための酸化ジルコニウム(ZrO2)でできた検出用電極キャリアー４の端部が、大気および測定ガスに含まれる酸素 (酸化物イオンの量)を比較してさまざまな電位差の電圧信号を発生させる。検出用電極キャリアー４の端部内の正極リード41および負極リード42、伝達用リードキャリアー５の端部内の正極リード51および負極リード52、伝導性支持台座15の正極信号伝導性台座15aおよび負極信号伝導性台座15bを連結することによって、正極および負極からの電圧信号が正極および負極信号線161、162を通って外部受信端末に伝達される。受信端末は、例えば排ガス中の有害物質の排気量を減少させるために、最適な空燃比を調整するエンジン制御ユニット(ECU)である。
【００２８】
他にも、本発明では、伝達用リードキャリアー５の端部は、連絡溝53（図４参照）で形成し得、これは、検出用電極キャリアー４の端部の通路43と連絡可能である（図5参照）。これにより、伝導性支持台座15の出口およびカバー11の開口110を通って大気まで伝達される（図１参照）。これにより、伝達用リードキャリアー５の端部と検出用電極キャリアー４の端部との間の通気用離隔17を補助し、その結果、外気が通路43へ充分に供給される。これにより、正極接点41bは、大気を検出するための充分な酸素を有する。
【００２９】
さらに、連絡溝53は、伝達用リードキャリアー５の端部内に設置されずに、伝達用リードキャリアー５の端部にサーモカップルヒーター6を設置してもよい（図６）。ヒーター6は、正極電力ジョイント(power joint)61と負極電力ジョイント62を有し（図７参照）、これらは伝達用リードキャリアー５の端部の一側面から露出し、かつ伝導性支持台座15の正極信号伝導性台座15cおよび負極信号伝導性台座15dと接触する。正極信号伝導性台座15cおよび負極信号伝導性台座15dの連結端は、正極電線163および負極電線164を介して外部電源と連結される。電源は、自動車やオートバイのバッテリーでよく、ヒーター6に熱エネルギーを発生させるための電力を供給する。本体1の熱伝導と対流によって、伝達用リードキャリアー５の端部と検出用電極キャリアー４の端部は、迅速に350℃以上の正常作業温度まで加熱される。この間、サーモカップルヒーター6を伝達用リードキャリアー５の端部に埋め込む方法は、連絡溝53を有する伝達用リードキャリアー５の端部の構造内に使用できる（図８参照）。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の0２センサーの一実施態様の横断面図であり、0２センサーは、被測定ガスの流体管壁に埋め込まれており、0２センサー本体には、検出用電極キャリアーの端部と伝達用リードキャリアーの端部が設置されている。
【図２】多段キャリアーの拡大斜視図であり、検出用電極キャリアーの端部は、連絡溝で形成され、検出用電極キャリアーの端部および伝達用リードキャリアーの端部には、それぞれ、正極リードおよび負極リードが設置されている。
【図３】図１の3-3線に沿った横断面図であり、0２センサー本体と検出用電極キャリアーの端部との間に埋設台座および挿入リングが設置され、該検出用電極キャリアーの端部が本体内に置かれている。
【図４】別のキャリアーステージの拡大斜視図であり、伝達用リードキャリアーの端部には連絡溝が設けられている。
【図５】図４eの横断面図であり、伝達用リードキャリアーの端部の連絡溝は、検出用電極キャリアーの端部の連絡溝と連通する。
【図６】別の多段キャリアーの拡大斜視図であり、伝達用リードキャリアーの端部に加熱用カップリングヒーターが設けられている。
【図７】図６の横断面図であり、加熱用カップリングヒーターは伝達用リードキャリアーの端部に連絡溝を伴わないで埋め込まれており、そして電線と接続される。
【図８】本発明の別の実施態様の横断面図であり、加熱用カップリングヒーターが、伝達用リードキャリアーの端部に連絡溝と共に埋め込まれている。
【図１】
0004110535.tif 000002
【図２】
0004110535.tif 000003
【図３】
0004110535.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004110535.tif 000008
【図８】
0004110535.tif 000009