JP2002014073A

JP2002014073A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2002014073A
Application number: JP2000197056A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuda; 篤士松田
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18
Also published as: US20020000377A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータと検出素子との間に作用する熱応力を
緩和し、信頼性、耐久性を高める。【解決手段】素子ホルダ２の素子位置決め段部２Ｄに
は、板状のジルコニア素子１４を表面電極が排気ガス導
入口２Ｂを臨む状態で取付ける。そして、ジルコニア素
子１４と素子ホルダ２との間にはワッシャ１３を設け、
このワッシャ１３は表面電極に接触する。また、ジルコ
ニア素子１４の裏面側にはヒータ１８を分離可能に重ね
合わせると共に、ジルコニア素子１４とヒータ１８との
間には裏面電極に接触した状態で電極板１７を設け、こ
の電極板１７等を介して裏面電極で検出される電圧信号
を外部に出力する。そして、ジルコニア素子１４とヒー
タ１８とを分離可能に設けているから、ヒータ１８によ
ってジルコニア素子１４を加熱したときに、これらを別
個独立に膨張、収縮させることができる。

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表面電極と裏面電極との間
で検出するジルコニア等からなる板状の検出素子と、該
検出素子に焼結または接着され該検出素子を加熱する板
状のヒータとを備えている（例えば特開平１０−２８２
０５０号公報等）。

【０００４】ここで、検出素子は、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板状体として形成さ
れ、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。また、検出素子の表面，裏面
には、表面電極，裏面電極がそれぞれ設けられ、これら
の電極は、ケーシングに設けられた信号出力用のターミ
ナルを通じて外部のコントロールユニット等に接続され
ている。一方、ヒータにも給電用の２つの電極が設けら
れ、これらの電極も給電用のターミナルを通じて駆動電
源等に接続されている。

【０００５】そして、酸素センサの作動時には、検出素
子の裏面側を流れる排気ガスと表面側の大気との間に酸
素濃度の差が生じると、表面電極と裏面電極との間には
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。

【０００６】また、例えばエンジンの始動時等、検出素
子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、検出素子は、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。

【０００７】さらに、他の従来技術による積層型の酸素
センサとして、酸化ジルコニウム等からなる板状の検出
素子に板状のアルミナを積層した状態で焼結し、アルミ
ナにヒータとしての発熱体を取付ける構成が知られてい
る（例えば特開平９−２６４０９号公報等）。

【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、互いに板状に形成された検出素子とヒータ
とを焼結または接着することによって一体に接合する構
成としている。このため、ヒータによって検出素子を加
熱するときに、検出素子とヒータとの間に熱応力が作用
し、検出素子からヒータが剥離することがあり、このよ
うな剥離に伴って検出素子にクラック等の損傷が発生す
る虞れがあるという問題がある。

【０００９】また、従来技術による酸素センサでは、検
出素子の表面と裏面には密閉空間を形成し、これらの２
つの密閉空間の間に生じる酸素濃度の差によって検出信
号を出力している。しかし、上述のように熱応力によっ
て検出素子からヒータが剥離したときには、クラックが
密閉空間に達することがあり、密閉空間の気密性が損な
われると共に、正確な酸素濃度の検出ができなくなると
いう問題もある。

【００１０】さらに、従来技術による酸素センサでは、
検出素子の表面と裏面には密閉空間を形成しているた
め、セラミックス材料による板状体を複数積層した状態
で焼結する必要があり、製造工程が複雑化する。また、
検出素子の表面電極、裏面電極は、複数層を積層した焼
結体中に埋設された状態となるから、これらの電極を外
部に接続するための２つの出力ターミナルが必要にな
り、製造コストが高くなるという問題もある。

【００１１】また、他の従来技術では、組成の異なるセ
ラミックス材料を積層した状態で焼成するため、両者の
熱膨張の差によって焼結時にこれらの境界面にクラック
が生じる虞があるという問題がある。

【００１２】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、ヒータと検出素子との
間に作用する熱応力を緩和し、信頼性、耐久性を向上す
ることができるようにした酸素センサを提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明は、先端側に排気ガスを導入する
排気ガス導入口を有する筒状のケーシングと、表面電極
と裏面電極とを有する板状体からなり、該ケーシングの
先端側に取付けられて前記排気ガス導入口から導入され
る排気ガス中の酸素濃度を検出する板状の検出素子と、
該検出素子の裏面側に分離可能に重ね合わせて設けられ
該検出素子を加熱する板状のヒータとから構成したこと
にある。

【００１４】このように構成することにより、ヒータと
検出素子とは分離可能となっているから、ヒータによっ
て検出素子を加熱したときでも、ヒータと検出素子とを
別個独立に膨張、収縮させることができる。

【００１５】また、請求項２の発明によると、板状のヒ
ータは検出素子よりも大きな面積を有し、ヒータは検出
素子を全面に亘って覆う構成としている。

【００１６】これにより、ヒータの加熱時にヒータの外
周側と中心部側との間で温度差（温度分布）が生じて
も、ヒータの面積を大きくしたことによって、ヒータの
温度分布をなだらかにすることができる。このため、ヒ
ータの温度分布によってヒータに作用する熱応力を小さ
くすることができる。また、ヒータのうち検出素子と対
面する位置の温度分布を略均一にすることができ、検出
素子を全面に亘って均一に加熱することができる。

【００１７】また、請求項３の発明によると、検出素子
とケーシングとの間には表面電極と接触してアース側に
接続される導電性材料からなるワッシャを設け、検出素
子とヒータとの間には裏面電極と接触して検出信号を出
力する導電性材料からなる電極板を設ける構成としてい
る。

【００１８】これにより、ワッシャ、ケーシングを通じ
て表面電極をアースに接続することができると共に、電
極板を通じて裏面電極からの検出信号を出力することが
できる。

【００１９】さらに、請求項４の発明によると、ケーシ
ングは、排気ガス導入口側に検出素子とヒータが取付け
られる段部を有する筒状の素子ホルダと、先端側が該素
子ホルダに挿入され、内部に検出素子およびヒータにそ
れぞれ接続されたリード線が挿通された絶縁筒体と、該
絶縁筒体の外周側を覆って設けられ該絶縁筒体を前記素
子ホルダに対して固定するキャップとからなり、該キャ
ップによって前記素子ホルダの段部と絶縁筒体の先端側
との間に前記検出素子とヒータとを保持する構成とした
ことにある。

【００２０】これにより、キャップを用いて素子ホルダ
に絶縁筒体を固定するときには、素子ホルダの段部と絶
縁筒体の先端側との間に検出素子とヒータとを保持する
ことができる。このため、キャップは、絶縁筒体と共に
検出素子、ヒータを素子ホルダに固定することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
酸素センサを自動車用エンジン等に適用した場合を例に
挙げ、図１ないし図４を参照しつつ詳細に説明する。

【００２２】１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１は、後述する素子ホルダ２と、先
端側が該素子ホルダ２内に挿入された絶縁筒体３と、該
絶縁筒体３の外周側に沿って設けられた有底筒状のキャ
ップ４とによって構成されている。

【００２３】２は導電性金属材料によって段付き筒状に
形成された素子ホルダで、該素子ホルダ２には、図２に
示す如く、その先端側に後述のジルコニア素子１４等を
収容する素子収容筒部２Ａが設けられ、該素子収容筒部
２Ａの先端側には排気ガスをジルコニア素子１４に向け
て導入する排気ガス導入口２Ｂが形成されている。

【００２４】また、素子収容筒部２Ａの外周側には、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２Ｃが形成されている。また、素子収容筒部２Ａの内
周側には、排気ガス導入口２Ｂに隣接して径方向内向き
に突出した環状の素子位置決め段部２Ｄが形成されると
共に、素子収容筒部２Ａの先端側の端面には、後述の保
護カバー２０を取付ける環状のカバー取付部２Ｅとが設
けられている。

【００２５】３は先端側が素子ホルダ２内に挿入された
絶縁筒体で、該絶縁筒体３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。また、絶縁筒体３は、その内周側に後述のリー
ド線８，９が挿通される挿通孔３Ａが形成されている。

【００２６】４は絶縁筒体３の外周側を覆って設けられ
た有底筒状のキャップで、該キャップ４は、絶縁筒体３
に沿って延び、その先端側が素子ホルダ２の基端側に溶
接等の接合手段によって固定されている。そして、キャ
ップ４は、その基端側に設けられたディスクスプリング
５によって絶縁筒体３を素子ホルダ２の素子位置決め段
部２Ｄに向けて強く押付けている。これにより、キャッ
プ４は、素子ホルダ２の素子位置決め段部２Ｄと絶縁筒
体３の先端側との間に後述するヒータ１８とジルコニア
素子１４とを挟持し、これらを軸方向に位置決めした状
態で固定している。

【００２７】６はアウタキャップ７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６内には、後述の給電用のリード線８と信号出力用の
リード線９とが配設されている。また、アウタキャップ
７は、キャップ４の基端側に全周溶接等の接合手段を用
いて固定されている。

【００２８】８，８は後述のヒータ１８に給電するため
のリード線、９は後述のジルコニア素子１４の信号を外
部に出力するためのリード線をそれぞれ示し、これらの
リード線８，９は、シール筒６内に配設される共に、そ
の基端側がケーシング１外に引出されている。また、リ
ード線８，９は、その先端側がチューブ１０内を通って
素子ホルダ２に向けて延びている。また、給電用の各リ
ード線８は、車両の電源側とアース側にそれぞれ接続さ
れ、信号出力用のリード線９は、エンジン制御用のコン
トロールユニット（いずれも図示せず）等に接続されて
いる。

【００２９】１１は絶縁筒体３の先端側に設けられたブ
ッシュで、該ブッシュ１１は、絶縁筒体３と同様に絶縁
性のセラミックス材料等によって略円柱状に形成されて
いる。そして、ブッシュ１１は、絶縁筒体３との間には
シールリング１２を挟んだ状態で絶縁筒体３の先端側に
挿入されると共に、絶縁筒体３から突出した先端側には
径方向外側に延びる鍔部１１Ａが設けられている。ま
た、ブッシュ１１には、その軸中心を貫通して後述する
信号出力用の端子１７Ａを挿通するための端子挿通孔１
１Ｂが設けられると共に、該端子挿通孔１１Ｂの近傍に
は、給電用の端子１９Ａ，１９Ａを挿通するための２つ
の端子挿通孔１１Ｃ，１１Ｃが軸方向に貫通して設けら
れている。

【００３０】１３は導電性金属材料によって略円環状に
形成されたワッシャで、該ワッシャ１３は、素子ホルダ
２の素子位置決め段部２Ｄに配置され、ブッシュ１１と
の間に後述のジルコニア素子１４、ヒータ１８等を挟持
している。また、ワッシャ１３は、ジルコニア素子１４
の表面電極１５に当接し、該表面電極１５を素子ホルダ
２等を介してアース側となるエンジンの排気管等に接続
している。

【００３１】１４は排気ガス中の酸素濃度を検出する板
状のジルコニア素子で、該ジルコニア素子１４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薄型な
板状体によって形成されている。そして、ジルコニア素
子１４は、直径寸法Ｄ1 の円板状に形成され、後述のヒ
ータ１８の中心部側と対面した状態でその裏面が全面に
亘ってヒータ１８に覆われている。

【００３２】また、ジルコニア素子１４は、後述の電極
板１７とワッシャ１３との間に挟持されることによって
軸方向に位置決めされている。そして、ジルコニア素子
１４は、素子ホルダ２の排気ガス導入口２Ｂを臨む状態
で素子位置決め段部２Ｄに取付られると共に、その表面
がエンジンの排気管内に面して配置されるものである。
さらに、ジルコニア素子１４の表面，裏面には、後述の
表面電極１５，裏面電極１６がそれぞれ設けられてい
る。

【００３３】そして、ジルコニア素子１４は、表面側の
排気ガスと裏面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表面電極１５と裏面電極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。

【００３４】１５はジルコニア素子１４の表面に設けら
れた表面電極で、該表面電極１５は、白金等の導電性ペ
ーストからなり、ジルコニア素子１４の表面を覆う略円
形状の薄膜として形成されている。また、表面電極１５
は、その外周側がワッシャ１３に当接し、該ワッシャ１
３、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。

【００３５】１６はジルコニア素子１４の裏面に設けら
れた裏面電極で、該裏面電極１６は、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より、ジルコニア
素子１４の裏面を覆う略円形状の薄膜として形成されて
いる。そして、裏面電極１６は、後述の電極板１７を介
して信号出力用のリード線９に接続されている。

【００３６】１７は後述のヒータ１８とジルコニア素子
１４との間に挟持された電極板で、該電極板１７は、略
円形状の金属導体板等からなり、その中心部位にはブッ
シュ１１の端子挿通孔１１Ｂを通り絶縁筒体３内に向け
て延びる端子１７Ａが接続されている。また、電極板１
７の端子１７Ａは、その先端が絶縁筒体３内に位置して
チューブ１０内に挿入されると共に、該チューブ１０内
で信号出力用のリード線９に接続されている。一方、電
極板１７自体は、ジルコニア素子１４の裏面電極１６に
当接している。これにより、電極板１７は、裏面電極１
６とリード線９との間を接続するものである。

【００３７】１８はジルコニア素子１４に分離可能に重
なり合ってジルコニア素子１４とブッシュ１１との間に
設けられた板状のヒータで、該ヒータ１８は、例えばア
ルミナ等のセラミックス材料を用いて焼成されている。
また、ヒータ１８は、ジルコニア素子１４の直径寸法Ｄ
1 よりも大径な直径寸法Ｄ2 をもった略円板形状に形成
され、その面積はジルコニア素子１４よりも大きい値に
設定されている。

【００３８】また、ヒータ１８は、その中心部位に電極
板１７の端子１７Ａを挿通するための端子挿通孔１８Ａ
が形成されると共に、ブッシュ１１と対面する裏面には
２つの電極１８Ｂ，１８Ｂが設けられている。さらに、
ヒータ１８には、２つの電極１８Ｂ，１８Ｂ間を蛇行し
て延び、ヒータ１８を略全面に亘って覆うヒータパター
ン１８Ｃ，１８Ｃが埋設されている。

【００３９】また、ヒータ１８は、ジルコニア素子１４
との間に電極板１７を挟持すると共に、ブッシュ１１と
の間に後述のコンタクトプレート１９を挟持している。
これにより、ヒータ１８は、コンタクトプレート１９，
１９等を介して給電され、電極板１７を介してジルコニ
ア素子１４を加熱するものである。

【００４０】１９，１９はブッシュ１１とヒータ１８と
の間に挟持された一対のコンタクトプレートで、該各コ
ンタクトプレート１９は、略半円弧状の金属導体板等か
らなり、その内周側にはブッシュ１１の端子挿通孔１１
Ｃを通り絶縁筒体３内に向けて延びる端子１９Ａが接続
されている。また、コンタクトプレート１９の端子１９
Ａは、その先端が絶縁筒体３内に位置してチューブ１０
内に挿入されると共に、該チューブ１０内で給電用のリ
ード線８に接続されている。一方、コンタクトプレート
１９自体は、ヒータ１８の電極１８Ｂに当接している。
これにより、コンタクトプレート１９は、ヒータ１８の
電極１８Ｂとリード線８との間を接続するものである。

【００４１】２０はジルコニア素子１４を保護するため
素子ホルダ２のカバー取付部２Ｅにかしめ固定された保
護カバーで、該保護カバー２０には、ジルコニア素子１
４の周囲に導く複数の窓部２０Ａ，２０Ａ，…が形成さ
れている。

【００４２】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。

【００４３】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、ジルコニア素子１４の表面側を
流れる排気ガスと裏面側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、表面電極１５と裏面電極１
６との間には、検出信号となる起電力が発生し、この検
出信号は電極板１７、リード線９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。

【００４４】また、例えばエンジンの始動時等、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８、コンタクトプレート１９等を介
してヒータ１８が給電される。これにより、ヒータ１８
は、電極板１７を介してジルコニア素子１４を加熱す
る。この結果、ジルコニア素子１４は、ヒータ１８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。

【００４５】かくして、本実施の形態によれば、板状の
ジルコニア素子１４とヒータ１８とを分離可能に重ね合
わせる構成としたので、ヒータ１８によってジルコニア
素子１４を加熱したときでも、ジルコニア素子１４とヒ
ータ１８との間に熱応力が作用することがなく、ジルコ
ニア素子１４、ヒータ１８は、それぞれ別個独立に膨
張、収縮する。このため、従来技術のようにジルコニア
素子１４とヒータ１８とを接合した場合に比べて、ジル
コニア素子１４等が損傷することがないから、酸素セン
サの信頼性、耐久性を高めることができる。また、ジル
コニア素子１４とヒータ１８とを焼結、接着する工程を
省くことができるから、焼結時のクラックの発生を防止
でき、生産性を向上し、製造コストを低減することがで
きる。

【００４６】また、ヒータ１８はジルコニア素子１４よ
りも大きな面積を有し、ジルコニア素子１４はヒータ１
８の中心部側に配置する構成としたから、ヒータ１８に
生じる温度分布をなだらかにでき、この温度分布によっ
てヒータ１８に作用する熱応力を緩和することができ
る。

【００４７】即ち、ヒータ１８は、図４中に実線で示す
ようにその中心部側（端子挿通孔１８Ａの近傍）が外周
側に比べて温度が高くなるという温度分布を有する。こ
のとき、ヒータ１８をジルコニア素子１４と同じ面積
（直径寸法Ｄ2 ）にした場合には、図４中に破線で示す
ような温度分布となる。このため、ヒータ１８の温度勾
配を表面上の位置の違い（ΔＤ）に対する温度差（ΔＴ
1 ，ΔＴ2 ）によって表わしたとき、ヒータ１８の面積
がジルコニア素子１４の面積と略等しいときの温度勾配
（ΔＴ1 ／ΔＤ）に比べて、ヒータ１８の面積がジルコ
ニア素子１４の面積よりも大きいときの温度勾配（ΔＴ
2 ／ΔＤ）の方が小さくなる。

【００４８】このように、ヒータ１８の面積をジルコニ
ア素子１４よりも大きくすることによって、温度勾配を
小さくすることができるから、温度勾配に応じてヒータ
１８に作用する熱応力を小さくすることができ、このよ
うな熱応力によるヒータ１８の損傷を防ぎ、信頼性、耐
久性を高めることができる。

【００４９】また、ジルコニア素子１４を全面に亘って
略均一に加熱することができると共に、ヒータ１８の温
度をより高くすることができるから、ジルコニア素子１
４を早期に加熱することができる。従って、エンジンの
始動時等には、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。

【００５０】さらに、ジルコニア素子１４と素子ホルダ
２との間にはワッシャ１３を設け、ジルコニア素子１４
とヒータ１８との間には電極板１７を設ける構成とした
から、ワッシャ１３、素子ホルダ２を通じて表面電極１
５をアースに接続することができると共に、電極板１７
等を通じてジルコニア素子１４の検出信号を外部に出力
することができる。このため、電極板１７に１本のリー
ド線９を接続することによって検出信号を外部に出力す
ることができるから、従来技術のように２本の出力ター
ミナル（リード線）を設ける必要がなく、構造を簡略化
して製造コストを低減することができる。

【００５１】さらに、ケーシング１は、素子位置決め段
部２Ｄを有する素子ホルダ２と、先端側が該素子ホルダ
２に挿入された絶縁筒体３と、該絶縁筒体３を素子ホル
ダ２に対して固定するキャップ４とによって構成したか
ら、キャップ４を用いて素子ホルダ２に絶縁筒体３を固
定するときには、素子ホルダ２の素子位置決め段部２Ｄ
と絶縁筒体３の先端側との間にジルコニア素子１４とヒ
ータ１８とを保持することができる。

【００５２】この場合、ディスクスプリング５によって
押付方向のばね力が与えられている。このため、板状の
ジルコニア素子１４とヒータ１８とが互いに分離可能に
重なり合うときでも、ジルコニア素子１４とヒータ１８
との間でずれ、がたつき等が生じることがなく、キャッ
プ４によって絶縁筒体３と共にジルコニア素子１４、ヒ
ータ１８を素子ホルダ２に対して位置決めし、固定する
ことができる。また、ディスクスプリング５のばね力に
よってジルコニア素子１４の表面電極１５、裏面電極１
６をワッシャ１３、電極板１７に接触させることができ
ると共に、ヒータ１８の電極１８Ｂをコンタクトプレー
ト１９に接触させることができるから、ジルコニア素子
１４から検出信号を確実に出力することができる共に、
ヒータ１８を確実に給電することができる。

【００５３】なお、前記実施の形態では、ジルコニア素
子１４の面積よりも大きな面積を有するヒータ１８を用
いる構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば図５
に示す変形例のようにジルコニア素子１４の面積と略同
じ面積（同じ直径寸法）を有するヒータ１８′を用いて
もよい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、板状のヒータと検出素子とを分離可能に重ね合わ
せる構成としたから、ヒータによって検出素子を加熱し
たときでも、ヒータと検出素子とを別個独立に膨張、収
縮させることができる。このため、ヒータと検出素子と
の間に熱応力が作用することがないから、熱応力による
ヒータ、検出素子の損傷を防ぐことができ、信頼性、耐
久性を向上することができると共に、生産性を向上し、
製造コストを低減することができる。

【００５５】また、請求項２の発明によれば、ヒータは
検出素子よりも大きな面積を有し、ヒータは検出素子を
全面に亘って覆う構成としたから、ヒータの温度分布を
なだらかにすることができる。このため、ヒータの温度
分布によってヒータに作用する熱応力を小さくすること
ができ、ヒータの耐久性等を高めることができる。さら
に、検出素子を早期に加熱することができるから、エン
ジンの始動時等には、検出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。

【００５６】また、請求項３の発明によれば、検出素子
とケーシングとの間にはワッシャを設け、検出素子とヒ
ータとの間には電極板を設ける構成としたから、ワッシ
ャ、ケーシングを通じて表面電極をアース側に接続する
ことができると共に、電極板を通じて裏面電極からの検
出信号を外部に出力することができる。このため、検出
信号を１本のリード線によって外部に伝達することがで
き、酸素センサの構造を簡略化し、製造コストを低減す
ることができる。

【００５７】さらに、請求項４の発明によれば、ケーシ
ングは、段部を有する筒状の素子ホルダと、先端側が該
素子ホルダに挿入された絶縁筒体と、該絶縁筒体の外周
側を覆って設けられ該絶縁筒体を前記素子ホルダに対し
て固定するキャップとによって構成したから、キャップ
を用いて素子ホルダに絶縁筒体を固定するときに、素子
ホルダの段部と絶縁筒体の先端側との間に検出素子とヒ
ータとを保持することができる。このため、板状の検出
素子とヒータとが互いに分離可能に重なり合うときであ
っても、キャップによって絶縁筒体と共に検出素子、ヒ
ータを素子ホルダに対して固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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】ブッシュ、ヒータ、ジルコニア素子等を分解し
た状態で示す分解斜視図である。

【図４】ヒータ表面上の位置と表面温度との関係を示す
特性線図である。

【図５】実施の形態の変形例による酸素センサの先端側
を示す要部拡大断面図である。

【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排気ガス導入口２Ｄ素子位置決め段部（段部）３絶縁筒体４キャップ５ディスクスプリング８，９リード線１１ブッシュ１３ワッシャ１４ジルコニア素子（検出素子）１５表面電極１６裏面電極１７電極板１８ヒータ１９コンタクトプレート２０保護カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端側に排気ガスを導入する排気ガス導
入口を有する筒状のケーシングと、表面電極と裏面電極
とを有する板状体からなり、該ケーシングの先端側に取
付けられて前記排気ガス導入口から導入される排気ガス
中の酸素濃度を検出する板状の検出素子と、該検出素子
の裏面側に分離可能に重ね合わせて設けられ該検出素子
を加熱する板状のヒータとから構成してなる酸素セン
サ。
【請求項２】前記板状のヒータは前記検出素子より
も大きな面積を有し、前記ヒータは前記検出素子を全面
に亘って覆う構成としてなる請求項１に記載の酸素セン
サ。
【請求項３】前記検出素子とケーシングとの間には前
記表面電極と接触してアース側に接続される導電性材料
からなるワッシャを設け、前記検出素子とヒータとの間
には前記裏面電極と接触して検出信号を出力する導電性
材料からなる電極板を設ける構成としてなる請求項１ま
たは２に記載の酸素センサ。
【請求項４】前記ケーシングは、排気ガス導入口側に
前記検出素子とヒータが取付けられる段部を有する筒状
の素子ホルダと、先端側が該素子ホルダに挿入され、内
部に前記検出素子およびヒータにそれぞれ接続されたリ
ード線が挿通された絶縁筒体と、該絶縁筒体の外周側を
覆って設けられ該絶縁筒体を前記素子ホルダに対して固
定するキャップとからなり、該キャップによって前記素
子ホルダの段部と絶縁筒体の先端側との間に前記検出素
子とヒータとを保持する構成としてなる請求項１，２ま
たは３に記載の酸素センサ。