JP2003107042A

JP2003107042A - 酸素センサ

Info

Publication number: JP2003107042A
Application number: JP2001298539A
Authority: JP
Inventors: Koji Tokunaga; 浩治徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】空燃比の測定領域を拡大し、かつ十分な素子強
度を維持し、且つ冷始動時の立上りが良好な酸素センサ
を提供する。【解決手段】酸素イオン導電性を有する板状のセラミッ
ク固体電解質の内部に空気室およびそれに繋がる空気導
入孔とを有し、この空気室内に基準電極を備え、上記固
体電解質の外表面に測定電極を備えてなる酸素センサに
おいて、前記空気導入孔の高さをａ（ｍｍ）、幅をｂ
（ｍｍ）、前記空気導入孔の開口端部から前記基準電極
までの長さをｐ（ｍｍ）としたとき、前記空気導入孔の
断面積ａ×ｂと前記長さｐの比を、０．００３≦ａ×ｂ
／ｐとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関における空気と燃料の比率を制御するための酸素セン
サに関するものであり、具体的にはセンサ素子とヒータ
素子を固定した酸素センサまたはセンサ素子に発熱体を
埋設した酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、自動車等の内燃機関においては、
排出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づい
て内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御する
ことにより、内燃機関からの有害物質、例えばＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯｘを低減させる方法が採用されている。

【０００３】このような酸素濃度を検出する酸素センサ
素子として、図１に示すように酸素イオン導電性を有す
るジルコニア固体電解質の内部に空気室７有し、前記ジ
ルコニア固体電解質の外表面にＰｔからなる測定電極４
を有し、該測定電極４に対向する空気室側のジルコニア
固体電解質表面に、Ｐｔからなる基準電極５を有する固
体電解質層３と、さらに空気室７および空気導入孔８を
挟んでセンサセルと対向する部分のジルコニア固体電解
質３と、空気室７および空気導入孔８の側壁となる固体
電解質層３’とからなるセンサ素子２と、セラミック絶
縁体１１に挟まれた発熱体１２と電極引出部１３を埋設
したヒータ素子１０とからなる酸素センサ素子１が提案
されている（特開平１０−１３２７８０号公報参照）。
測定電極４の上には、拡散律速層１５が形成され、基準
電極側が＋、測定電極側が−となるように０．４〜０．
８Ｖ程度の電圧を印加することにより、排気ガス中の酸
素濃度に見合った限界電流を検知するようになってい
た。

【０００４】この酸素センサ１は、排気ガスが空気過多
な雰囲気であれば、排気ガス中から前記空気室７へ酸素
を汲み出すような動作をし、排気ガスが燃料過多であれ
ば、排気ガス中と前記空気室７との間の酸素濃度比によ
り発生する起電力により、前記空気室７から排気ガス中
に酸素を汲み出すような動作をするようになっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記セ
ンサにおいては、空気導入孔８の長さが長く断面積が小
さいために空気導入孔８を介して大気中から拡散してく
る酸素量が限定され、このため空燃比の測定領域が狭く
なるものがあった。

【０００６】また、逆に空気導入孔８を大きくし過ぎる
と、空気導入孔８の側壁が薄いため強度が弱くなり、こ
のため車載時の振動により破壊する恐れがあった。特
に、センサ素子２とヒータ素子１０を別体で形成し組合
せて使用するタイプの場合、車載時の振動で、センサ素
子２とヒータ素子１０が相互に衝突し、特に内部に空気
室７や空気導入孔８を有するセンサ素子２が破壊する恐
れがあった。

【０００７】また、強度と限界電流を良好に維持するた
め、空気導入孔８とセンサ素子２を大きくすると、空気
導入孔８は断熱層として作用し、ジルコニアからなる固
体電解質層は熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下と小さいた
め、なかなか測定電極４付近が暖まらず、酸素センサの
立上り時間が長くなるという問題があった。

【０００８】そこで、本発明においては空燃比の測定領
域を拡大し、かつ十分な強度を維持した酸素センサを提
供することを目的とした。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸素イオン導
電性を有する板状のセラミック固体電解質の内部に空気
室およびそれに繋がる空気導入孔を有し、この空気室内
に基準電極を備え、上記固体電解質の外表面に測定電極
を備えてなる酸素センサにおいて、前記空気導入孔の高
さをａ（ｍｍ）、幅をｂ（ｍｍ）、前記空気導入孔の開
口端部から前記基準電極までの長さをｐ（ｍｍ）とした
とき、前記空気導入孔の断面積ａ×ｂと前記長さｐの比
が、０．００３≦ａ×ｂ／ｐであることを特徴とする。

【００１０】また、前記センサ素子の高さをｃ（ｍｍ）
としたとき、０．２≦ａ／ｃ≦０．８、ａ＝０．５〜
２．０、ｃ−ａ＝０．６〜１．５であることを特徴とす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸素センサ素子の
一例を図1、２に示す。

【００１２】この酸素センサ素子１は、ジルコニアから
なる固定電解質層３とその対抗する表面に形成された測
定電極４、基準電極５および電極引出部６と、前記基準
電極５を覆うように形成されている空気室７およびそれ
に繋がり一端が開放された空気導入孔８と、これらの側
壁となる固体電解質層３’と、前記固体電解質層３に対
抗する位置し前記空気室７および空気導入孔８の蓋とな
る固体電解質層３とからなるセンサ素子２と、セラミッ
ク絶縁体１１中に発熱体１２を内蔵するヒータ素子１０
とからなる。

【００１３】そして、センサ素子２とヒータ素子１０
は、該ヒーター素子１０の発熱部が接触するように組付
け固定されている。

【００１４】また、空気室７は先端側が封止され、その
一端が空気導入孔８に繋がっており、空気導入孔８の電
極パッド９側の一端は開放されている。この空気導入孔
８の長さｐは基準電極５の後端部から空気導入孔８の開
口端までの距離で表す。

【００１５】また、測定電極６の表面には、多孔質ジル
コニア、スピネル溶射膜やアルミナ等からなる拡散律速
層１５が形成されている。この拡散律速層１５は、排気
ガスからの被毒に対する保護層としての役割と限界電流
素子の拡散律速層１５としての役割を兼ねている。

【００１６】空燃比が空気過剰な場合は、測定電極４と
基準電極５に印加した電圧による正の電流が流れるが、
空燃比が燃料過多側になると測定電極４と基準電極５の
間に空気室７と排気ガスの酸素濃度比に応じた起電力が
発生し、該起電力が前記電圧より大きくなるため、空気
室７側の空気を排気ガス中にポンピングするような電流
が流れる。

【００１７】そして、この酸素センサ１は、測定電極４
がマイナス、基準電極５がプラスになるような電圧０．
４〜０．８Ｖが印加され、排気ガス中の酸素を空気室７
側にポンピングするようになっている。このとき、拡散
律速層１５があることにより空燃比に比例した電流が流
れ、この電流値を測定することにより空燃比を検知する
ことができる。従来、ヒータ部をセンサ素子２中に内蔵
させ、センサ素子２の加熱効率を高めることを目指して
開発が進められてきたが、ここに来て、コスト優先の方
向に転換しつつあり、高融点金属からなる発熱体１２を
内蔵するヒータ素子１０を別に組合せる方向が主流とな
りつつある。

【００１８】ここで図２のように、前記空気導入孔８の
高さをａ（ｍｍ）、幅をｂ（ｍｍ）、前記空気導入孔８
の開口端部から前記基準電極５までの長さをｐ（ｍｍ）
としたとき、前記空気導入孔８の断面積ａ×ｂと前記長
さｐの比を、０．００３≦ａ×ｂ／ｐとする。

【００１９】前記ａ×ｂ／ｐが０．００３より小さい
と、空燃比が燃料過多になった際に燃料過多の度合いが
大きくなると空燃比が測定できなくなってしまう。これ
は、空気導入孔８の形状により、空気室７へ拡散してく
る酸素量には限界があるからである。この拡散酸素量の
限界が、燃料過多側の空燃比の測定領域を決定する。

【００２０】この空燃比の測定領域を拡げるためには、
拡散律速層１５の拡散を制限し、限界電流値を小さくす
ることが有効だが、限界電流値を小さく設定すると、自
動車の機器によるノイズが影響して、正確な空燃比が検
出できなくなる。このため、前記ａ×ｂ／ｐを０．００
３以上にしないと、空燃比の検出精度が低下してしまう
ので好ましくない。

【００２１】この式ａ×ｂ／ｐは、空気導入孔８の形状
係数であり、空気導入孔８の厚みａ（ｍｍ）およびｂ
（ｍｍ）が大きくなれば、周囲の空気中の酸素が空気室
７に拡散しやすくなり、空気導入孔８の長さｐ（ｍｍ）
が大きくなれば、酸素が拡散し難くなることを意味して
いる。

【００２２】また、前記センサ素子２の高さをｃ（ｍ
ｍ）、幅をｄ（ｍｍ）としたとき、０．２≦ａ／ｃ≦
０．８、ａ＝０．５〜２．０、ｃ−ａ＝０．６〜１．５
とすることが好ましい。センサ素子２の幅ｄと空気導入
孔８の幅ｂとの関係は、ｄ−ｂ＝１．０〜４．０（ｍ
ｍ）という関係であれば良い。

【００２３】この範囲からずれるとセンサ素子３の強度
が低下し、使用中の振動により、素子が破壊してしまう
ので好ましくない。特に、空気導入孔８の高さａを０．
８〜２．０ｍｍ間に調整することが空気導入孔８の壁面
による拡散律速を抑制するために好ましい。また、空気
導入孔８は、途中に凹凸のないストレートな形状にする
ことが好ましい。また、空気導入孔８内部の表面は、表
面粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以下になるように調整する
ことが好ましい。これも拡散律速となる要因を低減する
ためである。

【００２４】さらに、本発明の酸素センサ１の他の実施
形態として図３に示すように、ジルコニア固体電解質か
らなるセンサ素子１において拡散律速部に、拡散律速孔
１５’と拡散室１６とを備えることもできる。

【００２５】この時、基準電極５は空気導入孔８を通し
て大気と接触される。そして、空気導入孔７の高さａ×
幅ｂと長さｐの比を０．００３≦ａ×ｂ／ｐとすること
により燃料過剰側の空燃比の検出精度を向上させること
ができる。

【００２６】また、本発明の他の実施形態として、図４
に示すように、ヒータ部を一体化したりすることもでき
る。また、図５に示すような拡散律速層１５をセンサ素
子３の表面ではなく、ヒータ部とセンサ部の間に形成す
ることもできる。このように、ヒータ部を内蔵するヒー
タ一体型の酸素センサ１とする場合は、発熱体１２の材
質は、Ｐｔを主成分とするものにする。

【００２７】一方、センサ素子２とヒータ素子１０を組
合せて使用するタイプの酸素センサ１のヒータ素子１０
は、上記のセンサ素子２と同じ平板形状を有し、アルミ
ナを主成分とするセラミック絶縁体１１中にＷ、Ｍｏ、
Ｒｅ等からなる発熱体１２が埋設されている。本発明に
おいては、センサ素子２を効率良く過熱するために、発
熱体１２からセンサ素子２に接するヒータ素子１０の表
面までの距離としては２００〜６００μｍとすることが
好ましい。前記距離が２００μｍより薄いとヒータ素子
１０の耐熱性が悪くなる。また、距離が６００μｍを超
えるとヒータ素子１０からセンサ素子２への熱の伝達が
悪くなり、その結果センサ素子２のガス応答性が悪くな
る。また、発熱体１２からセンサ素子２に接するヒータ
素子１０表面までの距離としては、特に３００〜４００
μｍとすることが望ましい。

【００２８】また、ヒータ素子１０の厚みとして０．７
〜２ｍｍ、特に１〜１．５ｍｍが強度の観点から好まし
い。ヒータ素子１０が０．７ｍｍより薄くなるとヒータ
素子１０の強度が低くなり、２ｍｍを超えるとヒータ素
子１０およびそれに隣接するセンサ素子２を加熱するた
め大きな電気量が必要になるため好ましくない。

【００２９】また、ヒータ素子１０に埋設された発熱体
１２は、耐熱性と製造コストの関係からＷ、Ｍｏ、Ｒｅ
の一種以上から構成されることが望ましい。発熱体１２
の組成は、発熱容量と昇温速度により好適に選択すれば
よい。この場合、発熱部とリード部の抵抗比率は室温に
おいて、９：１〜７：３の範囲に制御することが好まし
い。発熱体１２の構造としては、左右で折り返す構造と
長手方向で折り返す構造のいずれも用いることが可能で
ある。

【００３０】次に、センサ素子２の構成エレメントにつ
いて説明する。

【００３１】排気ガスと直接接する測定電極４表面には
排気ガス中の被毒物質から電極を保護する役目と、もう
一つは排気ガス中から測定電極４への酸素の拡散量を制
御する目的で厚さ１０〜８００μｍで、気孔率が１０〜
５０％のジルコニア、アルミナ、γ-アルミナおよびス
ピネル等からなるセラミック多孔質層からなる拡散律速
層１５が設けられている。この拡散律速層１５の厚みが
１０μｍより薄いか、あるいは気孔率が５０％を超える
と、電極被毒物質Ｐ、Ｓｉ等が容易に電極に達して電極
性能が悪くなる。それに対して、拡散律速層１５の厚み
が８００μｍを超えるか、あるいは気孔率が１０％より
小さくなるとガスの多孔質層中の拡散速度が遅くなり、
電極のガス応答性が悪くなる。特に、気孔径にもよるが
多孔質層の厚みとしては１００〜５００μｍが優れる。
また、拡散律速層１５は、大気中の限界電流値が３〜１
０ｍＡ程度となるように拡散律速層１５の気孔径と厚み
を制御すれば良い。

【００３２】固体電解質層３の表面に被着形成される測
定電極４と基準電極５、電極引出部６、電極パッド９
は、いずれも白金、あるいは白金と、ロジウム、パラジ
ウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれる１種との合
金が用いられる。また、センサ動作時の電極中の金属の
粒成長を防止する目的と、応答性に係わる電極中に含ま
れる金属粒子と固体電解質と気体との、いわゆる３相界
面の接点を増大する目的で、上述のセラミック固体電解
質成分を１〜５０体積％、特に１０〜３０体積％の割合
で上記電極中に混合してもよい。また、電極引出部６お
よび電極パッド９については、添加する固体電解質成分
が母材である固体電解質層３との密着強度を高める役割
を果たす。

【００３３】電極の形状としては、四角形でも楕円形で
もよい。また、電極の厚みとしては、３〜２０μｍ、特
に５〜１０μｍが好ましい。

【００３４】次に、ヒータ素子１０の作製法について説
明する。

【００３５】アルミナのグリーンシートはアルミナ粉末
に、適宜、成形用有機バインダを添加してドクターブレ
ード法や、押出成形や、静水圧成形（ラバープレス）あ
るいはプレス形成などの周知の方法により作製する。こ
の際、アルミナ粉末としては、アルミナを主成分とし
て、焼結性を改善する目的でＭｇ、Ｃａ、Ｓｉを総和で
１〜１０重量％添加した粉末が好適に用いられる。ま
た、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属はマイグレーションして
陰極側に濃縮され、周辺のセラミック絶縁体１２の融点
を下げ、その他のアルカリ土類金属の濃縮を助長し、こ
れらの金属元素を含有する酸化物の移動により陰極側の
セラミック絶縁体１１にクラックが発生して電気絶縁性
および発熱体１２の耐久性を悪くするため０．１重量％
以下に制御する必要がある。

【００３６】上記のグリーンシートの片面にＷ、Ｍｏ、
Ｒｅ等を含有する導電性ペーストを用いてスラリーデッ
ィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール
転写で発熱体１２のパターン形成した後、アクリル樹脂
や有機溶媒などの接着剤を介在させてグリ−ンシートを
接着させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら機
械的に接着することによりヒータ素子１０の積層体を作
製する。

【００３７】ヒータ素子１０の焼成は、発熱体１２の酸
化を防止する観点から水素等を含有するフォーミング等
の還元ガス雰囲気中、１４００℃〜１６５０℃の温度範
囲で５〜１０時間行う。この際、焼成時のヒータ素子１
０の反りを抑制するため、錘として平滑なアルミナ等の
基板を積層体の上に加重を加えるように置くことにより
反り量を低減することが出来る。

【００３８】次に本発明のセンサ素子２の製造方法につ
いて説明する。本発明の酸素センサ１のセンサ素子２
は、図１に示すように上記のジルコニアグリーンシート
からなる固体電解質層３の両面に、測定電極４よび基準
電極５を白金を含有する導電性ペーストを用いてスラリ
ーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、
ロール転写で形成し、この後、拡散律速層１５となるセ
ラミック多孔質層を測定電極４の表面に形成した後、前
記ジルコニアグリーンシートからなる固体電解質層３の
基準電極５側の面に空気室７と空気導入孔８の側壁部と
なる固体電解質層３’を形成した後、さらに別の固体電
解質層３を積層する。この際、積層は、アクリル樹脂や
有機溶媒などの接着剤をグリーンシート間に介在させて
接着させたり、あるいはローラ等で圧力を加えながら機
械的に接着することにより行うことができる。焼成は、
大気中または不活性ガス雰囲気中、１３００℃〜１５０
０℃の温度範囲で１〜１０時間行う。

【００３９】図３に示した排気ガスを導入するための拡
散律速孔１５’は、焼成前の積層体を作製する時点で作
製してもよいし、焼成後超音波加工やレーザ加工により
形成してもよい。この孔の大きさとしては固体電解質の
厚みにもよるが０．１〜０．５ｍｍ、特に０．２〜０．
４ｍｍの大きさが好ましい。

【００４０】この後、別体で作製したヒータ素子１０
と、上記のセンサ素子２を固定して酸素センサ１を作製
する。

【００４１】

【実施例】（実施例１）図１に示す空燃比センサ素子１
を例にして、本発明の実施例を説明する。

【００４２】市販のＳｉ、Ｍｇ、Ｃａの酸化物を５重量
％含むアルミナ粉末と、Ｓｉを０．１重量％含む５モル
％Ｙ₂Ｏ₃含有のジルコニア粉末と、８モル％のイットリ
アからなるジルコニア粉末を３０体積％含有する白金粉
末と、Ｗ粉末をそれぞれ準備した。

【００４３】まず、５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有のジルコニア粉
末にポリビニルアルコール溶液を添加して坏土を作製
し、押出成形により焼結後厚みが０．４ｍｍになるよう
にジルコニアのグリーンシートを作製した。その後、該
グリーンシートの両面にジルコニア粉末を含有する白金
をスクリーン印刷して、測定電極４と基準電極５を作製
した後、基準電極５側の主面に空気室７および空気導入
孔８の側壁となるジルコニアのグリーンシートをアクリ
ル系のバインダを含有する密着液を用いて密着し、さら
に空気室７と空気導入孔８の蓋となるグリーンシートを
密着してセンサ素子２の積層体を作製した。この時、セ
ンサ素子２の高さｃは、（空気導入孔８の厚み）＋（測
定電極４および基準電極を有する固体電解質３の厚み
０．４ｍｍ）＋（基準電極に対向する固体電解質層の厚
み０．８ｍｍ）とし、センサ素子の幅ｄは、５ｍｍに固
定し、前記空気導入孔８の高さａを０．４〜２．１ｍ
ｍ、空気導入孔８の幅ｂを０．９〜３．６ｍｍ、空気導
入孔８の長さｐを３０〜１５０ｍｍの間で調整したサン
プルを作製した。

【００４４】この後、この積層体を大気中１５００℃で
１時間焼成して、センサ素子２を作製した。この際、積
層体には重さの異なる平滑なアルミナ基板を乗せて焼成
した。

【００４５】一方、アルミナ粉末にポリビニルアルコー
ル溶液を添加して坏土を作製し、厚みが焼成後０．１〜
０．８ｍｍの厚みに成るように押出し成形で種々アルミ
ナのグリーンシートを作製した。この後、グリーンシー
トにＷからなる発熱体１２を約４０μｍの厚みになるよ
うスクリーン印刷で印刷した後、さらにアクリルの密着
剤を用いてアルミナのグリーンシートを重ねて積層体を
形成した後、１５００℃で１０時間水素を１０％含む窒
素ガス中で焼結し、センサ素子２と同じ幅で厚みが１．
５ｍｍのヒータ素子１０を作製した。この時ヒータの抵
抗は、室温で約３オームであった。

【００４６】この後、上記のセンサ素子２とヒータ素子
１０を係結して固定し、測定電極４の温度が８００℃に
なるようにヒータに電圧を印加し、水素５％窒素９５％
気流の限界電流値を測定した。この値は燃料過多側の限
界電流の測定領域を意味する。

【００４７】結果を表１に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１から判るように、ａ×ｂ／ｐが０．０
０３未満であるＮｏ．１、２は、燃料過多側の限界電流
の測定限界が３ｍＡ未満になるので好ましくない。これ
に対し、ａ×ｂ／ｐが０．００３以上となるＮｏ．３〜
２０は、燃料過多側の限界電流の測定限界が３ｍＡを越
える事が判った。

【００５０】（実施例２）ここでは、センサ素子２の高
さをｃ（ｍｍ）とし、前記空気導入孔８の高さａ（ｍ
ｍ）との関係ａ／ｃに対するセンサ素子２の強度を評価
した。強度の評価は、振動テストを実施しセンサを８０
０℃に加熱しながら、センサ素子２の測定電極４に対し
垂直な方向に振幅を１ｍｍに固定し振動の周波数を変え
る事により１０分間で０〜４０Ｇまで振動の重力加速度
を上げ２分間保持し８分間で０Ｇまで負荷を変更するサ
イクルを５０サイクル掛ける振動テストを実施し、その
後、酸素センサ１の破壊の有無を確認した。

【００５１】なお、空気導入孔８の幅ｂは３ｍｍ、セン
サ素子２の幅ｄは５ｍｍに固定し、空気導入孔８の高さ
ａを０．４〜２．１ｍｍに、センサ素子２の高さｃを
１．４〜３．５ｍｍに変更したサンプルを準備した。

【００５２】また、酸素センサ１の冷始動時の立上り時
間を調査した。ヒータ素子１０の最高発熱部が１０秒で
１０００℃に昇温するような電圧を印加し、測定電極４
の温度が６０００℃まで昇温する時間を測定し、１０秒
以内に昇温するものはＯＫとし、それ以上時間がかかる
ものは、ＮＧとして評価した。

【００５３】結果を表２に示した。

【００５４】

【表２】

【００５５】表２から判るように、前記ａ／ｃが０．２
未満であり高さｃが３ｍｍであるＮｏ．２１は、立上り
時間が１０秒を越えてしまった。また、空気導入孔８の
高さａが２．０ｍｍを越えるＮｏ．３３〜３５は、冷始
動時の立上り時間が１０秒を越えてしまった。また、前
記ａ／ｃが０．８を超えるＮｏ．３４は、振動試験後の
チェックで、センサ素子２にクラックが発生しているこ
とが判った。

【００５６】これに対し、前記ａ／ｃが０．２〜０．８
であり、ａ＝０．５〜２．０（ｍｍ）、ｃ−ａ＝０．６
〜１．５（ｍｍ）であるＮｏ．２２〜３２は、振動試
験、燃料過多側の限界電流の測定限界、冷始動時の立上
り時間ともに、良好な特性を示した。

【００５７】

【発明の効果】本発明は、酸素イオン導電性を有する板
状のセラミック固体電解質の内部に空気室およびそれに
繋がる空気導入孔とを有し、この空気室内に基準電極を
備え、上記固体電解質の外表面に測定電極を備えてなる
酸素センサにおいて、前記空気導入孔の高さをａ（ｍ
ｍ）、幅をｂ（ｍｍ）、前記空気導入孔の開口端部から
前記基準電極までの長さをｐ（ｍｍ）としたとき、前記
空気導入孔の断面積ａ×ｂと前記長さｐの比が、０．０
０３≦ａ×ｂ／ｐとすることにより、限界電流測定上の
ノイズに悩まされることのなく、燃料過多領域の空燃比
を広い範囲まで測定することができるようになる。

【００５８】また、前記センサ素子の高さをｃ（ｍｍ）
としたとき、０．２≦ａ／ｃ≦０．８（ａ＝０．５〜
２．０、ｃ−ａ＝０．６〜１．５）とすることにより、
酸素センサを自動車に搭載した際の振動により破壊する
ことがなく、冷始動時の立上り時間が短い良好な酸素セ
ンサを提供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素センサを示す分解斜視図である。

【図２】図１に示した酸素センサのＸ−Ｘ断面図であ
る。

【図３】本発明の酸素センサの他の実施形態を示す分解
斜視図である。

【図４】本発明の酸素センサの他の実施形態を示す断面
図である。

【図５】本発明の酸素センサの他の実施形態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１：酸素センサ２：センサ素子３：固体電解質４：測定電極５：基準電極６：電極引出部７：空気室８：空気導入孔９：電極パッド１０：ヒータ素子１１：セラミック絶縁体１２：発熱１３：電極引出部１４：電極パッド１５：拡散律速層１５’：拡散律速孔１６：拡散室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素イオン導電性を有する板状のセラミッ
ク固体電解質の内部に空気室およびそれに繋がる空気導
入孔を有し、この空気室内に基準電極を備え、上記固体
電解質の外表面に測定電極を備えてなる酸素センサにお
いて、前記空気導入孔の高さをａ（ｍｍ）、幅をｂ（ｍ
ｍ）、前記空気導入孔の開口端部から前記基準電極まで
の長さをｐ（ｍｍ）としたとき、前記空気導入孔の断面
積ａ×ｂと前記長さｐの比が、０．００３≦ａ×ｂ／ｐであることを特徴とする請求項１記載の酸素センサ。
【請求項２】前記センサ素子の高さをｃ（ｍｍ）とした
とき、０．２≦ａ／ｃ≦０．８ａ＝０．５〜２．０ｃ−ａ＝０．６〜１．５であることを特徴とする請求項１記載の酸素センサ。