JP2002014074A

JP2002014074A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2002014074A
Application number: JP2000197057A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuda; 篤士松田; Yasushi Orimo; 康司織茂
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

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、これらの間に作用する衝撃力を緩和する緩衝用セラ
ミックス板１９を挟持する。また、ジルコニア素子１４
の裏面側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、ヒータ１８によって
ジルコニア素子１４を加熱したときに、緩衝用セラミッ
クス板１９を通じてヒータ１８の熱をジルコニア素子１
４に伝達することができる。

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】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【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、該ヒータと検出
素子との間に設けられ該ヒータの熱を検出素子に伝達す
る板状の緩衝部材とから構成したことにある。

【００１２】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。

【００１３】また、ヒータと検出素子との間には緩衝部
材を設けたから、緩衝部材によって組付け時等にヒータ
と検出素子との間に作用する衝撃力を緩和することがで
きると共に、緩衝部材を通じてヒータの熱を検出素子に
伝達し、検出素子を早期に活性化することができる。

【００１４】また、請求項２の発明は、緩衝部材を熱伝
導性の高いセラミックス材料によって形成している。

【００１５】これにより、緩衝部材によってヒータと検
出素子との間に作用する衝撃力を緩和することができる
と共に、セラミックス材料からなる緩衝部材を通じてヒ
ータの熱を検出素子に効率よく伝達することができ、検
出素子を早期に活性化することができる。

【００１６】一方、請求項３の発明は、緩衝部材を導電
性金属材料によって形成したことにある。

【００１７】これにより、緩衝部材によってヒータと検
出素子との間に作用する衝撃力を緩和することができる
と共に、導電性金属材料からなる緩衝部材を通じてヒー
タの熱を検出素子に効率よく伝達することができ、検出
素子を早期に活性化することができる。

【００１８】また、請求項４の発明によると、緩衝部材
は検出素子の裏面電極と接触し、該緩衝部材を通じて検
出信号を出力する構成としたことにある。

【００１９】これにより、緩衝部材はヒータの熱を検出
素子に伝達すると共に、裏面電極を通じて検出素子から
の検出信号を出力することができる。

【００２０】さらに、請求項５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。

【００２１】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緩衝部材を挟持した状態で検出
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、緩衝部材、ヒータ
を素子ホルダに固定することができる。

【００２２】

【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６を参照しつつ詳細に説明する。

【００２３】まず、図１ないし図３は本発明の第１の実
施の形態を示し、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。

【００２４】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。

【００２５】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２１を取付ける環状のカバー取付部２Ｅとが設
けられている。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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２０Ａ，２０Ａ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。

【００３１】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。

【００３２】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
円形の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、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。

【００３３】また、ジルコニア素子１４は、後述の緩衝
用セラミックス板１９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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】１７はジルコニア素子１４の裏面側に取付
けられた電極板で、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１
７Ａが接続されている。また、電極板１７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に当接した状態
で接着等によって固定されている。これにより、電極板
１７は、裏面電極１６とリード線９との間を接続するも
のである。

【００３８】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よりも面積を
もった略円板形状に形成されている。

【００３９】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。

【００４０】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２０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２０，
２０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。

【００４１】１９はジルコニア素子１４とヒータ１８と
の間に設けられた緩衝部材としての緩衝用セラミックス
板で、該緩衝用セラミックス板１９は例えばアルミナ等
の熱伝導性の高いセラミックス材料を用いて略円板状に
形成されている。また、緩衝用セラミックス板１９の中
心部位には電極板１７の外径寸法よりも大きな内径寸法
を有する電極板収容孔１９Ａが貫通して設けられてい
る。そして、緩衝用セラミックス板１９はジルコニア素
子１４とヒータ１８との間に挟持され、その電極板収容
孔１９Ａには電極板１７が収容されている。

【００４２】２０，２０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２０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２０Ａが接続
されている。また、コンタクトプレート２０の端子２０
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
２０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２０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。

【００４３】２１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２１には、ジルコニア素子１
４の周囲に導く複数の窓部２１Ａ，２１Ａ，…が形成さ
れている。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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２０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、緩衝用セラミックス板１９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。

【００４７】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、生産性を向上し、製造コストを
低減することができる。

【００４８】また、ジルコニア素子１４とヒータ１８と
の間には緩衝用セラミックス板１９を設けたから、緩衝
用セラミックス板１９が僅かに変形することによって例
えば組付け時にジルコニア素子１４とヒータ１８との間
に作用する衝撃力を緩和することができると共に、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
たときでも、熱伝導性の高い緩衝用セラミックス板１９
によってヒータ１８が発生した熱を確実にジルコニア素
子１４に伝達することができる。この結果、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。

【００４９】また、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１５
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。

【００５０】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。

【００５１】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、緩衝用セラミックス板１９、ヒー
タ１８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、緩衝用セラミックス板１９、ヒータ１８
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、緩衝
用セラミックス板１９、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１６をワッシャ１３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２０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。

【００５２】なお、前記第１の実施の形態では、緩衝部
材として熱伝導性の高いセラミックス材料によって形成
した緩衝用セラミックス板１９を用いるものとしたが、
本発明はこれに限らず、例えば図４に示す変形例のよう
に導電性金属材料からなる緩衝用金属ワッシャ１９′を
用いてもよい。この場合、ジルコニア素子１４とヒータ
１８との間の衝撃力を緩和する作用を高めるために、緩
衝用金属ワッシャ１９′には径方向に延びる切込みを設
ける構成としてもよい。

【００５３】次に、図５および図６は本発明の第２の実
施の形態を示し、本実施の形態の特徴は緩衝部材を導電
性金属材料によって形成すると共に、該緩衝部材を通じ
て裏面電極からの検出信号を出力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。

【００５４】３１は本実施の形態による緩衝部材として
の緩衝用金属板で、該緩衝用金属板３１は、ジルコニア
素子１４とヒータ１８との間に挟持されている。また、
緩衝用金属板３１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３１Ａが接続さ
れている。そして、緩衝用金属板３１は、その金属体の
もっている撓み性によってジルコニア素子１４とヒータ
１８との間の衝撃力を緩和している。この場合、図６に
示すように緩衝用金属板３１の中心から径方向外側に向
けて延びる複数本（例えば４本）の切込み３１Ｂを設け
ることによって、ジルコニア素子１４とヒータ１８との
間に作用する衝撃力を一層緩和することができる。

【００５５】また、緩衝用金属板３１の端子３１Ａ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
ド線に接続されている。一方、緩衝用金属板３１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、緩衝用金属板３１は、裏面電極１６と
リード線９との間を接続し、裏面電極１６からの検出信
号を外部のコントロールユニット等に向けて出力するも
のである。

【００５６】かくして、本実施の形態でも前記第１の実
施の形態と同様の作用効果を得ることができる。しか
し、本実施の形態では、導電性金属材料からなる緩衝用
金属板３１を通じて検出信号を出力する構成としたか
ら、緩衝用金属板３１はヒータ１８の熱をジルコニア素
子１４に伝達する緩衝部材と、検出信号を出力する電極
板とを兼用することができる。このため、第１の実施の
形態のように緩衝用金属板３１の他に電極板を設けた場
合に比べて部品点数を削減することができ、製造コスト
を低減することができる。

【００５７】なお、前記各実施の形態では、緩衝部材と
してリング状の緩衝用セラミックス板１９、緩衝用金属
ワッシャ１９′、円板状の緩衝用金属板３１を用いるも
のとしたが、本発明はこれに限らず、緩衝部材として金
属材料からなる皿ばね、スプリングワッシャ等を用いて
もよい。

【００５８】

【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、ヒータと検出素子との間には緩衝部材を設ける構成
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。また、ヒータと検出素子と
の間には緩衝部材を設けたから、緩衝部材によって組付
け時等にヒータと検出素子との間に作用する衝撃力を緩
和することができると共に、緩衝部材を通じてヒータの
熱を検出素子に確実に伝達できる。このため、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。

【００５９】また、請求項２の発明によれば、緩衝部材
を熱伝導性の高いセラミックス材料によって形成したか
ら、セラミックス材料からなる緩衝部材を通じてヒータ
の熱を検出素子に効率よく伝達することができ、検出素
子を早期に活性化することができる。

【００６０】一方、請求項３の発明によれば、緩衝部材
を導電性金属材料によって形成したから、導電性金属材
料からなる緩衝部材を通じてヒータの熱を検出素子に効
率よく伝達することができ、検出素子を早期に活性化す
ることができる。

【００６１】また、請求項４の発明によれば、緩衝部材
は検出素子の裏面電極と接触し、該緩衝部材を通じて検
出信号を出力する構成としたから、緩衝部材はヒータの
熱を検出素子に伝達すると共に、裏面電極を通じて検出
素子からの検出信号を出力することができる。このた
め、検出信号を出力するための電極板等を別途設ける必
要がなく、部品点数を削減し、製造コストを低減するこ
とができる。

【００６２】さらに、請求項５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、緩
衝部材、ヒータを保持することができる。このため、板
状の検出素子、緩衝部材、ヒータ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、緩衝部材、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】第１の実施の形態のヒータ、ジルコニア素子、
緩衝用セラミックス板等を分解した状態で示す分解斜視
図である。

【図４】第１の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。

【図５】第２の実施の形態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。

【図６】第２の実施の形態のヒータ、ジルコニア素子、
緩衝用金属板等を分解した状態で示す分解斜視図であ
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緩衝用セラミックス板（緩衝部材）１９′ 緩衝用金属ワッシャ（緩衝部材）２０コンタクトプレート２１保護カバー３１緩衝用金属板（緩衝部材）３１Ａ端子

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、該ヒータと検出素子との間
に設けられ該ヒータの熱を検出素子に伝達する板状の緩
衝部材とから構成してなる酸素センサ。
【請求項２】前記緩衝部材は熱伝導性の高いセラミッ
クス材料によって形成してなる請求項１に記載の酸素セ
ンサ。
【請求項３】前記緩衝部材は導電性金属材料によって
形成してなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項４】前記緩衝部材は前記検出素子の裏面電極
と接触し、該緩衝部材を通じて検出信号を出力する構成
としてなる請求項３に記載の酸素センサ。
【請求項５】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、緩衝部材、ヒータを保持する構成としてなる請求項
１，２，３または４に記載の酸素センサ。