JP2002005877A

JP2002005877A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2002005877A
Application number: JP2000188081A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Orimo; 康司織茂; Masatoshi Yanase; 正敏梁瀬
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素濃度検出素子を長さ寸法が短い椀状素子
として形成することにより、センサの取付作業性等を高
めると共に素子のコストダウンを図る。【解決手段】椀状ジルコニア素子１４を、底部１４Ａ
と周壁部１４Ｂとを有する椀状体として形成し、底部１
４Ａの内側面，外側面には、内側電極１５，外側電極１
６をそれぞれ設ける。また、ヒータ７の先端側には、内
側電極１５に熱を伝達する金属筒体１７を設け、酸素セ
ンサの作動時には、内側電極１５で検出される電圧信号
を金属筒体１７、導電体１８、信号出力端子１９等を介
して外部に出力する。これにより、椀状ジルコニア素子
１４、電極１５，１６等を短く形成でき、この短く形成
した状態であっても、椀状ジルコニア素子１４をヒータ
７によって効率よく加熱することができる。

Description

【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
ャージャ付き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】この種の従来技術による酸素センサは、筒
状のケーシングと、該ケーシングの先端側に取付けら
れ、排気ガス中の酸素濃度を内側電極と外側電極との間
で検出する有底筒状のジルコニアチューブと、該ジルコ
ニアチューブ内に設けられて該ジルコニアチューブを加
熱する棒状のヒータとを備えている（例えば特開平１１
−４４６６８号、特開平１１−２４２０１２号公報
等）。

【０００４】ここで、ジルコニアチューブは、例えば酸
化ジルコニウム等のセラミックス材料により細長い有底
の筒状体として形成され、先端側がケーシングから突出
した状態でエンジンの排気管内に配置されるものであ
る。このため、ケーシングには、ジルコニアチューブの
先端側を通気可能な状態で覆う金属製の保護カバーが設
けられている。

【０００５】また、ジルコニアチューブの内側面，外側
面には、例えば白金等の金属材料を含んだ導電性ペース
トを塗布することによって内側電極，外側電極がそれぞ
れ設けられている。そして、内側電極は、ジルコニアチ
ューブの先端側内面を覆う有底筒状の電極本体と、該電
極本体からジルコニアチューブの端面位置まで略帯状に
延設され、外部に接続される電極接続部とによって構成
されている。また、外側電極は、ジルコニアチューブの
先端側外面を覆う電極本体と、該電極本体からジルコニ
アチューブの基端側まで略帯状に延設され、ケーシング
等を介して車両側にアースされる電極接続部とによって
構成されている。

【０００６】そして、酸素センサの作動時には、ジルコ
ニアチューブの外側を流れる排気ガスとチューブ内の大
気との間に酸素濃度の差が生じると、内側電極と外側電
極との間には検出信号となる起電力が発生し、この検出
信号はエンジン制御用のコントロールユニット等に出力
される。これにより、コントロールユニットは、酸素セ
ンサからの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。

【０００７】また、例えばエンジンの始動時等、ジルコ
ニアチューブが低温である場合には、ヒータがコントロ
ールユニットによって給電される。この結果、ジルコニ
アチューブは、ヒータにより例えば３５０℃程度の温度
まで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。

【０００８】

【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をケーシングからエン
ジンの排気管内に突出した細長い筒状体として形成し、
内側電極と外側電極とは、外部に接続するためにジルコ
ニアチューブの先端側から基端側へとチューブの長さ方
向に沿って延設する構成としている。

【０００９】しかし、ジルコニアチューブの長さ寸法が
大きく形成されていると、酸素センサをエンジンの排気
管に取付ける作業に手間がかかる。また、酸素センサの
レイアウト設計時等には、ジルコニアチューブが保護カ
バーに覆われた状態で排気管内に突出することによっ
て、排気管の湾曲形状、配置等が制約を受け易いという
問題がある。

【００１０】しかも、従来技術では、ジルコニアチュー
ブ本体だけでなく、内側電極と外側電極の電橋接続部等
もチューブの長さ方向に沿って細長く形成することにな
るため、酸素センサの製造時には、酸化ジルコニウムや
白金ペースト等の高価な材料の使用量が増大し、センサ
のコストアップを招くという問題もある。

【００１１】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、内側電極と外側電極と
を含めて酸素濃度検出素子の長さ寸法を小さく形成で
き、センサのレイアウト設計、取付作業等を容易に行う
ことができると共に、素子および電極の材料を節約して
コストダウンを促進できるようにした酸素センサを提供
することにある。

【００１２】

【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
先端側に取付けられ、排気ガス中の酸素濃度を内側電極
と外側電極との間で検出する酸素濃度検出素子と、該酸
素濃度検出素子の内側に設けられて該酸素濃度検出素子
を加熱するヒータとを備えてなる酸素センサに適用され
る。

【００１３】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、酸素濃度検出素子は底部と周壁部とによって椀
状体をなす椀状素子として形成し、前記内側電極，外側
電極を該椀状素子の内側面，外側面にそれぞれ設けると
共に、前記ヒータの先端側を前記椀状素子の内側に配置
する構成としたことにある。

【００１４】このように構成することにより、酸素濃度
検出素子の軸方向寸法（長さ寸法）を短くした椀状素子
を形成でき、内側電極と外側電極とを含めて椀状素子の
長さ寸法を低くすることができる。

【００１５】また、請求項２の発明によると、椀状素子
の内側電極とヒータの先端側外周との間には、金属材料
によって形成された伝熱金属体を設ける構成としてい
る。

【００１６】これにより、椀状素子によって検出素子の
長さ寸法を低く形成し、椀状素子とヒータとの対向面積
が小さくなった状態であっても、例えばヒータの外周側
に設けられた発熱用のヒータパターン等と椀状素子の内
側面に位置する内側電極との間には、高い熱伝導性を有
する伝熱金属体を介在させることができる。そして、酸
素センサの作動開始時には、伝熱金属体によってヒータ
パターンから椀状素子への熱伝導性を高めることがで
き、素子の温度を短時間で上昇させることができる。

【００１７】また、請求項３の発明によると、伝熱金属
体は筒状に形成し、その内周側を前記ヒータの先端外周
に嵌合し先端側を前記椀状素子の内側電極に接触させる
構成としている。

【００１８】これにより、酸素センサの組立時には、筒
状の伝熱金属体をヒータの先端側に嵌合して取付け、そ
の先端側を椀状素子の内側電極に接触させることがで
き、ヒータと伝熱金属体とを一体化した状態でケーシン
グ内に配設することができる。

【００１９】さらに、請求項４の発明によると、伝熱金
属体には前記内側電極で検出される電圧信号を出力する
配線部材を接続する構成としている。

【００２０】これにより、例えば金属線、金属ピン、リ
ード線等からなる配線部材を伝熱金属体に接続でき、伝
熱金属体を内側電極用の接続端子としても利用すること
ができる。そして、酸素センサの作動時には、内側電極
で検出される電圧信号を伝熱金属体と配線部材とを介し
て外部に出力することができる。

【００２１】

【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、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２２】ここで、図１ないし図４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、酸素センサ
を自動車用エンジン等に適用した場合を例に挙げて述べ
る。

【００２３】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、段付き筒状に形成さ
れた素子ホルダ２と、該素子ホルダ２の基端側にかしめ
固定された有底筒状のキャップ３とから構成されてい
る。

【００２４】そして、素子ホルダ２には、図２に示す如
く、その先端側に開口した素子収容筒部２Ａが設けられ
ている。また、素子収容筒部２Ａの外周側には、後述の
椀状ジルコニア素子１４を自動車用エンジンの排気管
（図示せず）内に面して配置すべく、排気管に螺着され
るおねじ部２Ｂが形成されている。また、素子収容筒部
２Ａには、その内周側から径方向内向きに突出した環状
の素子位置決め部２Ｃと、該素子位置決め部２Ｃの先端
側に後述の保護カバー２１をかしめ固定する環状のカバ
ー取付部２Ｄとが設けられている。

【００２５】４は椀状ジルコニア素子１４の基端側でケ
ーシング１の素子ホルダ２内に嵌合された絶縁筒体、５
はキャップ３内で該絶縁筒体４の基端側に嵌合された他
の絶縁筒体で、該絶縁筒体４，５は、図１に示す如く、
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。

【００２６】また、絶縁筒体５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５Ａが突設され
ると共に、該ストッパ５Ａの外周側に位置して後述のコ
ンタクトスプリング８，８と導電体１８のピン部１８Ｂ
とが挿通される３個の挿通孔５Ｂ，５Ｂ，…（２個のみ
図示）が周方向に間隔をもって形成されている。そし
て、絶縁筒体４，５は、キャップ３の基端側に設けられ
たディスクスプリング６によって椀状ジルコニア素子１
４の端面に強く押付けられ、これによって椀状ジルコニ
ア素子１４と共にケーシング１内で位置決めされてい
る。

【００２７】７は先端側が椀状ジルコニア素子１４内に
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って焼成され、その先端
側外周には、給電されることにより発熱するヒータパタ
ーン（図示せず）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。

【００２８】また、ヒータ７は、その基端側がコンタク
トスプリング８と導電体１８のピン部１８Ｂとによって
支持され、ケーシング１内を軸方向に延びると共に、先
端側が後述の金属筒体１７を介して導電体１８のプレー
ト部１８Ａ内に挿嵌されている。また、ヒータ７の先端
側は、金属筒体１７の底部１７Ｂ側と共に椀状ジルコニ
ア素子１４内に挿入されている。そして、ヒータ７は、
コンタクトスプリング８，８等を介して給電されること
により、金属筒体１７を介して椀状ジルコニア素子１４
を加熱するものである。

【００２９】８，８は絶縁筒体５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８は、略Ｕ字状の金属ピン等からなり、
基端側が後述のシール筒９内で給電端子１２にかしめ固
定されると共に、先端側がヒータ７外周のヒータパター
ンに接続されている。

【００３０】９はアウタキャップ１０を用いてケーシン
グ１の基端側に設けられた絶縁性のシール筒で、該シー
ル筒９内には、後述の給電端子１２と信号出力端子１９
とが配設されると共に、後述のリード線１３，２０とシ
ール筒９との間をシールするシール部材１１，１１，…
が取付けられている。

【００３１】１２，１２はヒータ７に給電するためシー
ル筒９内に配設された一対の給電端子（一方のみ図示）
で、該各給電端子１２には、コンタクトスプリング８が
それぞれ接続されている。また、各給電端子１２は、ケ
ーシング１外に引出されたリード線１３を介して車両の
電源側とアース側にそれぞれ接続され、外部からヒータ
７に給電を行うものである。

【００３２】１４は排気ガス中の酸素濃度を検出する椀
状素子としての椀状ジルコニア素子で、該椀状ジルコニ
ア素子１４は、図２、図３に示す如く、例えば酸化ジル
コニウム等のセラミックス材料により薄型な椀状ないし
皿鉢状体（ボウル状）体として形成され、その軸方向の
長さ寸法Ｌと外径Ｄとの比率（Ｌ／Ｄ）は、例えば０．
１〜１．０程度の範囲となるように形成されている。

【００３３】ここで、椀状ジルコニア素子１４は、径方
向の外側部位が素子ホルダ２の素子位置決め部２Ｃに当
接した円板状の底部１４Ａと、該底部１４Ａの外縁側に
立設され、素子ホルダ２の素子収容筒部２Ａ内に嵌合さ
れた円筒状の周壁部１４Ｂとからなり、周壁部１４Ｂの
内周側は、ヒータ７と金属筒体１７の先端側が収容され
る浅底な収容凹部１４Ｃとなっている。

【００３４】また、椀状ジルコニア素子１４は、素子ホ
ルダ２の素子位置決め部２Ｃと絶縁筒体４との間に固定
され、その全長が素子収容筒部２Ａ内に収容されると共
に、底部１４Ａがエンジンの排気管内に面して配置され
るものである。また、底部１４Ａの内側面，外側面に
は、後述の内側電極１５，外側電極１６がそれぞれ設け
られている。

【００３５】そして、椀状ジルコニア素子１４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１５と外側電極１
６との間に起電力（電圧信号）を発生させ、この起電力
を検出信号として外部に出力するものである。

【００３６】１５は椀状ジルコニア素子１４の底部１４
Ａの内側面に設けられた内側電極で、該内側電極１５
は、図２、図３に示す如く、例えば白金等を含んだ導電
性ペーストを塗布することにり、底部１４Ａの内側面を
覆う略円形状の薄膜として形成されている。そして、内
側電極１５は、後述の金属筒体１７と導電体１８とを介
して信号出力端子１９に接続されている。

【００３７】１６は椀状ジルコニア素子１４の底部１４
Ａの外側面に設けられた外側電極で、該外側電極１６
は、白金等の導電性ペーストからなり、内側電極１５に
対応する位置で底部１４Ａの外側面を覆う略円形状の薄
膜として形成されている。また、外側電極１６は、椀状
ジルコニア素子１４の底部１４Ａから周壁部１４Ｂに亘
って略Ｌ字状に延びた電極接続部１６Ａを有し、該電極
接続部１６Ａ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ものである。

【００３８】１７は椀状ジルコニア素子１４の収容凹部
１４Ｃ内に収容された伝熱金属体である金属筒体で、該
金属筒体１７は、図２、図４に示す如く、内側電極１５
とヒータ７の先端側外周との間に設けられている。ここ
で、金属筒体１７は、例えば銅、アルミニウム、鉄等の
金属材料により先端側が閉塞した有底の筒状体として形
成され、ヒータ７（ヒータパターン）の外周側に嵌合し
て取付けられた筒部１７Ａと、該筒部１７Ａの先端側に
設けられ、椀状ジルコニア素子１４の内側電極１５に当
接する底部１７Ｂとによって構成されている。

【００３９】そして、金属筒体１７は、ヒータ７外周の
ヒータパターンから発生する熱を椀状ジルコニア素子１
４の底部１４Ａ側に効率よく伝えることにより、これら
の間の熱伝導性を高めるものである。また、金属筒体１
７は、底部１７Ｂが内側電極１５と接触した状態を保持
し、この状態で導電体１８、信号出力端子１９等と協働
して内側電極１５による検出電圧を外部に出力するもの
である。

【００４０】１８はケーシング１内に設けられた配線部
材としての金属製の導電体で、該導電体１８は、図１、
図４に示す如く、断面Ｌ字状の環状板等によって形成さ
れたプレート部１８Ａと、該プレート部１８Ａの径方向
内側に溶接等の手段を用いて固着されたピン部１８Ｂと
によって構成されている。そして、プレート部１８Ａ
は、径方向外側が絶縁筒体４と椀状ジルコニア素子１４
との間に挟持され、径方向内側が金属筒体１７に嵌合さ
れている。また、ピン部１８Ｂは、信号出力端子１９に
かしめ固定されている。これにより、導電体１８は、金
属筒体１７と信号出力端子１９との間を接続するもので
ある。

【００４１】１９はシール筒９内に配設された信号出力
端子で、該信号出力端子１９には、ケーシング１外に引
出されたリード線２０がかしめ固定されている。そし
て、信号出力端子１９は、リード線２０を介してエンジ
ン制御用のコントロールユニット（図示せず）等に接続
されている。

【００４２】また、２１は椀状ジルコニア素子１４を保
護するため素子ホルダ２のカバー取付部２Ｄにかしめ固
定された保護カバーで、該保護カバー２１には、椀状ジ
ルコニア素子１４の周囲に導く複数の窓部２１Ａ，２１
Ａ，…が形成されている。

【００４３】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、次にその作動について説明す
る。

【００４４】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、椀状ジルコニア素子１４の外側
を流れる排気ガスと素子１４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１５と外側
電極１６との間には、検出信号となる起電力が発生し、
この検出信号は金属筒体１７、導電体１８、信号出力端
子１９、リード線２０等を介してコントロールユニット
に出力される。これにより、コントロールユニットで
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。

【００４５】また、例えばエンジンの始動時等、椀状ジ
ルコニア素子１４が低温である場合には、コントロール
ユニットによりリード線１３、給電端子１２、コンタク
トスプリング８等を介してヒータ７が給電される。これ
により、ヒータ７は、金属筒体１７を介して椀状ジルコ
ニア素子１４を加熱する。

【００４６】この結果、ヒータ７から発生する熱は高い
熱伝導性をもつ金属筒体１７を経由して椀状ジルコニア
素子１４の底部１４Ａ側に効率よく伝達され、椀状ジル
コニア素子１４は、ヒータ７により例えば３５０℃程度
の温度まで加熱されて活性化することにより、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。

【００４７】かくして、本実施の形態によれば、酸素濃
度検出素子を椀状ジルコニア素子１４として形成する構
成としたので、その収容凹部１４Ｃを浅底に形成して長
さ寸法Ｌを従来技術よりも小さくでき、椀状ジルコニア
素子１４の全長を素子ホルダ２の素子収容筒部２Ａ内に
コンパクトに配置できると共に、保護カバー２１等も小
さく形成することができる。

【００４８】これにより、酸素センサ全体を軸方向に小
型化でき、そのレイアウト設計や排気管への取付作業を
容易に行うことができる。しかも、椀状ジルコニア素子
１４は、小型であっても円筒状の周壁部１４Ｂを有して
いるから、酸素センサの組立時には、椀状ジルコニア素
子１４の周壁部１４Ｂを素子ホルダ２の素子収容筒部２
Ａ内に安定的に嵌合させることができる。

【００４９】また、椀状ジルコニア素子１４を浅底の椀
状体として形成することにより、その底部１４Ａにほぼ
対応する位置だけに内側電極１５と外側電極１６とを形
成すればよくなり、電極接続部１６Ａ等を小さく形成で
きるから、酸化ジルコニウム等の素子材料だけでなく、
白金等を含んだ導電性ペーストも節約でき、センサのコ
ストダウン、軽量化を図ることができる。

【００５０】一方、椀状ジルコニア素子１４とヒータ７
との間には金属筒体１７を設けたので、椀状ジルコニア
素子１４を短くすることによって周壁部１４Ｂとヒータ
７との対向面積が小さくなった状態でも、ヒータ７（ヒ
ータパターン）と内側電極１５との間に高い熱伝導性を
有する金属筒体１７を介在させることができる。

【００５１】これにより、酸素センサの作動開始時に
は、ヒータ７から発生する熱を金属筒体１７によって椀
状ジルコニア素子１４の底部１４Ａ側に効率よく伝達で
き、酸素濃度の検出部位である底部１４Ａ側の温度を速
やかに上昇させることができる。従って、エンジンの始
動時等には、椀状ジルコニア素子１４を短時間で活性化
でき、酸素濃度の検出を早期に開始することができる。

【００５２】また、金属筒体１７を用いることにより、
ヒータ７外周のヒータパターンから内側電極１５への熱
伝達を全周に亘って促進でき、椀状ジルコニア素子１４
を効率よく加熱することができる。しかも、酸素センサ
の組立時には、金属筒体１７をヒータ７の先端側に嵌合
して容易に取付けることができる。

【００５３】また、金属筒体１７と信号出力端子１９と
の間を導電体１８によって接続したので、内側電極１５
で検出される電圧信号を金属筒体１７、導電体１８、信
号出力端子１９等を介して外部に出力でき、金属筒体１
７を内側電極１５用の接続端子としても利用することが
できる。この結果、内側電極１５に電極接続部等を設け
る必要がなくなり、その面積をより小さくすることがで
きる。

【００５４】次に、図５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、伝熱金属体に配線を
接続す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。

【００５５】３１は本実施の形態による酸素センサに設
けられた配線部材としての配線で、該配線３１は、例え
ば細長い金属線等によって形成され、第１の実施の形態
で用いた導電体１８に代えて絶縁筒体４，５の内周側に
配置されると共に、ヒータ７の長さ方向に沿って延びて
いる。

【００５６】また、配線３１は、一端側が溶接等の手段
によって金属筒体１７の端面等に直接的に接続され、こ
れらの間には溶接部３２が形成されている。また、配線
３１は、他端側が絶縁筒体５の挿通孔５Ｂを介してシー
ル筒９内に延設され、信号出力端子１９にかしめ固定さ
れている。

【００５７】そして、酸素センサの作動時には、椀状ジ
ルコニア素子１４の内側電極１５で検出される電圧信号
が金属筒体１７、配線３１、信号出力端子１９等を介し
て外部に出力されるものである。

【００５８】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、金属
筒体１７に配線３１を接続することにより、金属筒体１
７と信号出力端子１９との間を配線３１によって簡単な
構造で接続でき、第１の実施の形態で用いた導電体１８
を省略できると共に、ケーシング１内の構造を簡略化す
ることができる。

【００５９】なお、前記各実施の形態では、例えば椀状
ジルコニア素子１４の長さ寸法Ｌと外径Ｄとの比率（Ｌ
／Ｄ）を０．１〜１．０程度のに大きさに形成する場合
を例に挙げて述べたが、本発明はこれに限らず、例えば
図６に示す第１の変形例のように、椀状ジルコニア素子
１４′の長さ寸法Ｌ′と外径Ｄ′との比率（Ｌ′／
Ｄ′）を実施の形態よりも更に小さく形成し、椀状ジル
コニア素子１４′を皿鉢状に近い形状としてもよい。

【００６０】また、各実施の形態では、椀状ジルコニア
素子１４の底部１４Ａを平板状に形成する構成とした
が、本発明はこれに限らず、例えば図７に示す第２の変
形例のように、椀状ジルコニア素子１４″の底部１４
Ａ″を、例えばケーシング１の先端側に向けて突出した
凸球面状に形成する構成としてもよい。

【００６１】また、各実施の形態では、伝熱金属体とし
て金属筒体１７を用いる構成としたが、本発明はこれに
限らず、伝熱金属体を筒状以外の形状、例えば円弧状、
略Ｃ字状等に形成してもよく、また伝熱金属体を椀状ジ
ルコニア素子１４内に取付け、その内側にヒータ７を挿
入する構成としてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、酸素濃度検出素子を、底部と周壁部とを有する椀
状素子として構成したので、内側電極と外側電極とを含
めて椀状素子の長さ寸法を小さくでき、センサ全体を軸
方向に小型化できると共に、これによって酸素センサの
レイアウト設計、取付作業等を容易に行うことができ
る。また、酸素センサの製造時には、素子用の材料だけ
でなく、電極用の材料も節約できるから、センサのコス
トダウンを図ることができる。

【００６３】また、請求項２の発明によれば、椀状素子
の内側電極とヒータの先端側外周との間には伝熱金属体
を設ける構成としたので、椀状素子とヒータとの対向面
積が小さくなった状態でも、ヒータ外周のヒータパター
ン等と内側電極との間に高い熱伝導性を有する伝熱金属
体を介在させることができる。これにより、酸素センサ
の作動開始時には、ヒータから発生する熱を伝熱金属体
によって椀状素子に効率よく伝達でき、その温度を速や
かに上昇させることができる。従って、エンジンの始動
時等には、椀状素子を短時間で活性化でき、酸素濃度の
検出を早期に開始することができる。

【００６４】また、請求項３の発明によれば、伝熱金属
体は筒状に形成し、その内周側をヒータの先端外周に嵌
合し先端側を椀状素子の内側電極に接触させる構成とし
たので、筒状の伝熱金属体によってヒータの外周側から
内側電極への熱伝達を全周に亘って促進でき、椀状素子
を効率よく加熱することができる。また、酸素センサの
組立時には、伝熱金属体をヒータの先端側に嵌合して容
易に取付けることができる。

【００６５】さらに、請求項４の発明によれば、伝熱金
属体には内側電極で検出される電圧信号を出力する配線
部材を接続する構成としたので、酸素センサの作動時に
は、内側電極で検出される電圧信号を伝熱金属体、配線
部材等を用いた簡単な構造で外部に出力でき、伝熱金属
体を内側電極用の接続端子としても利用することができ
る。そして、例えば内側電極に電極接続部等を設ける必
要がなくなるから、内側電極の面積をより小さく形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による酸素センサを
示す縦断面図である。

【図２】酸素センサの先端側を示す要部拡大断面図であ
る。

【図３】椀状ジルコニア素子を単体で示す拡大斜視図で
ある。

【図４】椀状ジルコニア素子、ヒータ、金属筒体および
導電体を組立てる前の状態を示す断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による酸素センサを
示す縦断面図である。

【図６】実施の形態の第１の変形例による酸素センサの
椀状素子を示す拡大断面図である。

【図７】実施の形態の第２の変形例による酸素センサの
椀状素子を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１ケーシング２素子ホルダ２Ａ素子収容筒部２Ｂおねじ部２Ｃ素子位置決め部２Ｄカバー取付部３キャップ４，５絶縁筒体６ディスクスプリング７ヒータ８コンタクトスプリング９シール筒１０アウタキャップ１１シール部材１２給電端子１３，２０リード線１４椀状ジルコニア素子（椀状素子）１４Ａ底部１４Ｂ周壁部１４Ｃ収容凹部１５内側電極１６外側電極１６Ａ電極接続部１７金属筒体（伝熱金属体）１８導電体（配線部材）１８Ａプレート部１８Ｂピン部１９信号出力端子２１保護カバー３１配線（配線部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状のケーシングと、該ケーシングの先
端側に取付けられ、排気ガス中の酸素濃度を内側電極と
外側電極との間で検出する酸素濃度検出素子と、該酸素
濃度検出素子の内側に設けられて該酸素濃度検出素子を
加熱するヒータとを備えてなる酸素センサにおいて、前記酸素濃度検出素子は底部と周壁部とによって椀状体
をなす椀状素子として形成し、前記内側電極，外側電極
を該椀状素子の内側面，外側面にそれぞれ設けると共
に、前記ヒータの先端側を前記椀状素子の内側に配置す
る構成としたことを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】前記椀状素子の内側電極と前記ヒータの
先端側外周との間には、金属材料によって形成された伝
熱金属体を設けてなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】前記伝熱金属体は筒状に形成し、その内
周側を前記ヒータの先端外周に嵌合し先端側を前記椀状
素子の内側電極に接触させる構成としてなる請求項２に
記載の酸素センサ。
【請求項４】前記伝熱金属体には前記内側電極で検出
される電圧信号を出力する配線部材を接続してなる請求
項２または３に記載の酸素センサ。