JP2003322631A

JP2003322631A - 酸素センサ

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Publication number: JP2003322631A
Application number: JP2002128200A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuzaki; 浩松崎
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP4198386B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な応答性能と熱に対する高い耐久性能と
を両立させた検出素子を具備した酸素センサを提供す
る。【解決手段】検出素子（２）の測定電極（２６）は、
検出素子（２）の底部近傍では、検出素子（２）を外周
方向に一周し、検出素子（２）の上部に向かうに従っ
て、検出素子（２）の外周方向における形成範囲が縮小
されている。このような測定電極（２６）が形成された
検出素子（２）を有する酸素センサは、検出素子（２）
における排気ガスに最も曝され、高温となる底部や底部
近傍において、測定電極（２６）の形成範囲が大きいた
め、熱に対する高い耐久性能を確保することができる。
しかも、検出素子（２）の高温となる部位から離れる
程、測定電極（２６）の形成範囲が小さくなるため、固
体電解質が不活性な部位から受ける影響を十分に抑える
ことができる。即ち、良好な応答性能を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一端が閉じた筒状
の固体電解質からなり、該固体電解質の内壁及び外壁に
それぞれ、基準電極と測定電極とを形成してなる検出素
子を備えた酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車などのエンジンに取り
付けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する様々な形態
の酸素センサが開発されている。そして、その中の１つ
として、一端が閉じた筒状の固体電解質（ジルコニアな
ど）からなる検出素子を備えた酸素センサが開発されて
いる。

【０００３】ここで、図１４は、従来の検出素子の外観
を示す平面図である。そして、図１５は、従来の検出素
子の図１４における背面側の平面図である。図１４，１
５に示すように、検出素子７０には、その内壁の全面
と、排気ガス中に曝される閉じた一端（以下、「底部」
という。）側の外壁のほぼ全面とにそれぞれ、白金など
からなり酸素解離触媒機能を有した多孔質の基準電極
（図示せず）と測定電極７１とが形成されている。

【０００４】尚、検出素子７０は、測定電極７１に比べ
て検出素子７０の外周方向における幅が十分に狭い長尺
状のリード部７２を測定電極７１から当該検出素子７０
の上端部に至る部位に１つ有しており、このリード部７
２によって、当該検出素子７０の上端部に形成された端
子接続部７３と測定電極７１とが電気的に接続されてい
る。

【０００５】そして、検出素子７０の内部には、検出素
子７０を加熱するためのヒータ（図示せず）が配置さ
れ、このヒータの熱と排気ガスの熱とによって検出素子
７０を加熱するようにされている。尚、このヒータは、
検出素子７０を確実に加熱できるように、検出素子７０
の底部の内壁や底部近傍の内周壁に接触するように配置
されることが一般的となっている。

【０００６】このように構成された酸素センサでは、加
熱により検出素子７０が活性化すると、検出素子７０の
内部の酸素濃度と検出素子７０の外部の酸素濃度との濃
度差に応じた量の酸素イオンが検出素子７０の電極間を
往来するため、濃度差に応じた大きさの起電力が生じ
る。

【０００７】従って、エンジンの制御を行うエンジン制
御ＥＣＵなどは、この起電力に基づいて排気ガス中の酸
素濃度を検出するようにされている。尚、上記のような
酸素センサでは、検出素子７０の底部から上部へ向かう
に従って、排気ガスに曝され難くなる上、検出素子７０
の底部の内壁や底部近傍の内周壁に接触させたヒータの
熱も伝わり難くなる。このため、検出素子７０の上部に
向かう程、活性温度に達するのに時間を要したり、十分
な熱量を得られないことがある。そして、電極が形成さ
れた部位における固体電解質に不活性な部分があると、
その部分は電気的抵抗が大きく、酸素イオンの往来を妨
げるため、酸素センサ７０の応答性能が低下することが
あった。即ち、ヒータを作動させてから酸素センサ７０
の出力が安定するまでに時間を要したり、排気ガス中の
酸素濃度が変動しても、それを検出するのに大きな遅延
を有することがあった。

【０００８】そこで、近年、図１６，１７に示すよう
に、ヒータが接触するヒータ接触部位、及びヒータ接触
部位の近傍の外壁にのみ測定電極８１を大きく形成した
検出素子８０を備えた酸素センサが開発されている。
尚、図１６は、検出素子８０の外観を示す平面図であ
る。そして、図１７は、検出素子８０の図１６における
背面側の平面図である。

【０００９】このように構成された酸素センサでは、酸
素イオンが検出素子８０の固体電解質が最も活性化した
部位のみを介して電極間を往来するため、活性状態が不
十分な固体電解質によって酸素イオンの往来が妨げられ
ることがなく、良好な応答性能を発揮する。尚、検出素
子８０における測定電極８１が大きく形成された部位か
らリード部８２に至る部位では、測定電極８１がリード
部８２と同じ幅を有するように長尺上に成形され、リー
ド部８２と接続している。そして、検出素子７０と同
様、リード部８２によって、当該検出素子８０の上端部
に形成された端子接続部８３と測定電極８１とが電気的
に接続されている。

【００１０】ここで、上記検出素子７０，８０における
軸方向の中央付近から底部に至る部位Ｌ３，Ｌ４の外壁
の全面には、プラズマ溶射法によって、スピネル（Ｍｇ
Ａｌ ₂Ｏ₄）の粉末が塗着されており（図示せず）、測定
電極７１，８１を排気ガスの熱から防護するようにされ
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基準電極や
測定電極は、これらを構成する白金などが排気ガスの熱
やヒータの熱によって昇華するため、次第に消耗してく
る。特に、測定電極は、排気ガスに直接曝されるため基
準電極よりも消耗の度合が大きい。そして、測定電極８
１では、幅の狭い長尺状の部位が他の部位に比べて早く
消耗することが考えられる。

【００１２】又、電極を構成する白金などは昇華する前
に液化し、表面張力によって凝集する。このため、長尺
状の部位にて凝集が生じると、この部位にて測定電極８
１が断線する可能性がある。即ち、検出素子８０では、
検出素子７０よりも良好な応答性能が得られる一方、熱
に対する耐久性能が低下する虞があった。

【００１３】そこで、本発明は、上記問題点を解決する
ために、良好な応答性能と熱に対する高い耐久性能とを
両立させた検出素子を具備した酸素センサを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載の酸素センサは、一端が閉じ
た筒状の固体電解質からなり、該固体電解質の内壁及び
外壁にそれぞれ、基準電極と測定電極とを形成してなる
検出素子を備え、該検出素子の閉じた一端側を被測定ガ
ス中に曝して、該被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸
素センサであって、前記検出素子の内周方向における前
記基準電極の形成範囲、及び前記検出素子の外周方向に
おける前記測定電極の形成範囲のうち、少なくとも該測
定電極の形成範囲は、前記検出素子において最も温度が
高くなる高温部位にて最も大きく、該高温部位から離れ
るに従って縮小されていることを特徴とする。

【００１５】このように構成された酸素センサでは、検
出素子の高温部位、及び高温部位に近い部位における電
極の形成範囲が大きいため、熱に対する高い耐久性能を
確保することができる。しかも、高温部位から離れる
程、電極の形成範囲が小さくなるため、固体電解質が不
活性な部位から受ける影響を十分に抑えることができ
る。

【００１６】従って、加熱された検出素子における各部
位の温度に応じて電極の形成範囲を縮小していく割合を
適切に設定すれば、熱に対する耐久性能を低下させるこ
となく、良好な応答性能を有することができる。即ち、
本発明により、良好な応答性能と熱に対する高い耐久性
能とを両立させた検出素子を具備した酸素センサを得る
ことができる。

【００１７】尚、上記「該高温部位から離れるに従って
縮小される」とは、検出素子の軸方向に沿った一部の区
間における基準電極及び測定電極の形成範囲が一様であ
っても良い。ここで、電極の形成範囲が縮小される部位
における電極の外縁は、例えば、請求項２記載のように
連続的な形状に成形されていても良いし、請求項３記載
のように、階段状に成形されていても良い。尚、「連続
的な形状」とは、直線的な形状であっても良いし、曲線
的な形状であっても良い。

【００１８】そして、検出素子の内部には、請求項４記
載のように、前記検出素子を加熱するヒータが配置され
ていることが望ましい。このように酸素センサが構成さ
れていれば、検出素子をより高い温度に加熱すことがで
きる。即ち、検出素子をより活性化できるため、酸素セ
ンサの応答性能をより向上できる。

【００１９】尚、ヒータは、検出素子内部の空間に浮か
せて配置したり、又、検出素子の底部の内壁に接触させ
るように配置しても良く、特に、請求項５記載のよう
に、前記検出素子の内周壁に接触していることが望まし
い。このようにヒータが配置されていれば、検出素子へ
のヒータの接触面積が大きくなり、高温に加熱できる面
積を増大させることができる。即ち、検出素子におい
て、固体電解質の活性状態が良好な部位の面積が増大す
るため、酸素センサの応答性能を更に向上させることが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。［第１実施形態］まず、図１は、本発明を適用した酸素
センサの全体構成を示す断面図である。

【００２１】図１に示すように、酸素センサ１は、ジル
コニアを主成分とする固体電解質からなり、一端が閉じ
た筒状の検出素子２と、この検出素子２の内部に配置さ
れた棒状のセラミックヒータ（以下、単に「ヒータ」と
いう。）３と、これら検出素子２とヒータ３とを収納す
るケーシング４と、ケーシング４の下端部に装着され、
ケーシング４の下端部から突出された検出素子２の底部
を覆う円筒状のプロテクタ５などとから構成されてい
る。

【００２２】尚、ケーシング４は、酸素センサ１を内燃
機関の排気管などに固定すると共に、検出素子２の底部
を排気ガス中に突出させながら、検出素子２を内部に収
納した環状のセラミックホルダ６，７及びセラミック粉
末８などによって当該ケーシング４内に固定する主体金
具４０と、主体金具４０の上部に延設され、上方から検
出素子２の内部に大気を導入するための円筒状の外筒４
１とから構成されている。

【００２３】ここで、検出素子２の上端部の内壁及び外
壁には、検出素子２から起電力を取り出すための端子金
具２０，２１が取り付けられている。更に、これら端子
金具２０，２１には、引き出し線２２，２３を介して、
外筒４１の上端部から突出された接続端子２４，２５が
接続されている。又、ヒータ３の上端部にも、外筒４１
の上端部から突出された接続端子３１が接続されてい
る。尚、ヒータ３は、端子金具２１によって検出素子２
の内部に固定されると共に、この端子金具２１から図中
における左方向の押圧力を受け、検出素子２の軸方向の
中央部付近から底部に至る部位の内周壁に接触するよう
にされている（以下、ヒータ３が接触している部位を
「ヒータ接触部位」という。）。

【００２４】そして、外筒４１の上端部には、検出素子
２が発生する起電力を取り出すための信号線４２，４
３、ヒータ３へ電力を供給するための電力線（図示せ
ず）、信号線４２，４３と接続端子２４，２５とを連結
する雌型端子４４，４５、電力線と接続端子３１とを連
結する雌型端子（図示せず）を備えた保護外筒４６が加
締めによって連結されており、検出素子２の起電力を外
部に取り出すと共に、外部からヒータ３へ電力を供給す
るようにされている。

【００２５】ここで、図２，３を用いて、検出素子２に
ついて詳述する。尚、図２は、検出素子２の図１におけ
る左側面図である。そして、図３は、検出素子２の図１
における右側面図である。図２，３に示すように、検出
素子２には、当該検出素子２の底部近傍から当該検出素
子２の軸方向の中央付近に至る部位の外壁に測定電極２
６が形成されている。尚、測定電極２６は、当該検出素
子２の底部近傍では、当該検出素子２を外周方向に一周
し、又、当該検出素子２の上部へ向かうに従って、当該
検出素子２の外周方向における形成範囲が縮小するよう
に成形されている。但し、検出素子２の上方では、測定
電極２６は、ヒータ接触部位側の外壁にのみ形成されて
いる。そして、測定電極２６の形成範囲が縮小される部
位における測定電極２６の外縁は、両側が共に直線的な
連続性を有した形状に成形されている。

【００２６】又、検出素子２は、当該検出素子２の外周
方向における幅が測定電極２６の最上端部の幅と等しい
長尺状のリード部２７を測定電極２６から当該検出素子
２の上端部に至る部位に有している。そして、このリー
ド部２７によって、端子金具２０を接続するために検出
素子２の上端部に形成された端子接続部２８と測定電極
２６とが電気的に接続されている。

【００２７】尚、これらリード部２７、端子接続部２８
は、検出素子２の該当部分に白金ペーストを印刷により
塗布したのち、焼成することで形成される。そして、測
定電極２６は、該当部分以外の部分をマスキングゴムで
覆ったのちに、白金の無電解メッキ法により上記の形状
に形成される。又、検出素子２の内壁には、上記白金か
らなる基準電極（図示せず）が無電解メッキ法によっ
て、当該検出素子２の内壁の全面に形成されている。

【００２８】ここで、検出素子２の軸方向の中央から底
部に至る部位Ｌ１の外壁の全面には、プラズマ溶射法に
よって、スピネルの粉末が塗着されており（図示せ
ず）、測定電極２６を排気ガスの熱から防護するように
されている。以上のように構成された酸素センサ１で
は、検出素子２における排気ガスに最も曝され、高温と
なる底部や底部近傍において、測定電極２６の形成範囲
が大きく設定されているため、熱に対する高い耐久性を
確保できる。しかも、排気ガスに曝され難く、温度が低
くなる上部へ向かう程、測定電極２６の形成範囲が小さ
く設定されているため、固体電解質が不活性な部位から
受ける影響を十分に抑えることができる。

【００２９】そして、ヒータ３が検出素子２の内周壁に
接触し、ヒータ接触部位の外壁に測定電極２６が大きく
形成されているため、良好な応答性能を発揮する。［第２実施形態］次に第２実施形態について説明する。

【００３０】本実施形態の酸素センサは、第１実施形態
の酸素センサ１の検出素子２を図４，５に示す検出素子
５０に置き換えたものである。従って、ここでは、検出
素子５０についてのみ詳述する。尚、図４は、検出素子
５０の外観を示す平面図であり、図５は、検出素子５０
の図４における背面側の平面図である。

【００３１】図４，５に示すように、検出素子５０は、
検出素子２と同じ形状を有した固体電解質からなり、当
該検出素子５０の底部近傍から当該検出素子５０の軸方
向の中央付近に至る部位の外壁には測定電極５１が形成
されている。尚、測定電極５１は、当該検出素子５０の
底部近傍では、当該検出素子５０を半周するように形成
されており、当該検出素子５０の上部へ向かうに従っ
て、当該検出素子５０の外周方向における形成範囲が縮
小するように成形されている。但し、測定電極５１の形
成範囲が縮小される部位における測定電極５１の外縁
は、両側が共に階段状に成形されている。

【００３２】又、検出素子５０は、当該検出素子５０の
外周方向における幅が測定電極５１の最上端部の幅と等
しいリード部５２を測定電極５１から当該検出素子５０
の上端部に至る部位に有している。そして、このリード
部５２によって、端子金具２０を接続するために検出素
子５０の上端部に形成された端子接続部５３と測定電極
５１とが電気的に接続されている。

【００３３】更に、検出素子５０は、当該検出素子５０
の内壁の全面に基準電極（図示せず）が形成されてい
る。又、上記検出素子２と同様、検出素子５０の軸方向
の中央から底部に至る部位Ｌ２の外壁の全面には、プラ
ズマ溶射法によって、スピネルの粉末が塗着されてい
る。

【００３４】そして、検出素子５０は、測定電極５１が
形成された側の内周壁にヒータ３を接触させるようにし
て酸素センサに取り付けられる。以上のように構成され
た本実施形態の酸素センサでは、検出素子５０におい
て、最も高温となる底部や底部近傍において、測定電極
５１の形成範囲が大きく設定され、又、温度が低くなる
上部へ向かう程、測定電極５１の形成範囲が小さく設定
されているため、第１実施形態の酸素センサ１と同様の
効果を得ることができる。

【００３５】ここで、上記効果を実証するために発明者
が実証実験を行った。この実証実験は、第１実施形態の
酸素センサ１を実施例１、第２実施形態の酸素センサを
実施例２、従来の検出素子（検出素子７０，８０）を備
えた従来の酸素センサをそれぞれ比較例１，２として、
応答性能と熱に対する耐久性能との比較を行ったもので
ある。

【００３６】尚、この実証実験において、検出素子２，
５０，７０，８０の軸方向の中央から底部に至る部位Ｌ
１〜Ｌ４の長さはいずれも２３．０ｍｍに設定されてい
る。そして、Ｌ１〜Ｌ４の下部の径φ１〜φ４及びＬ１
〜Ｌ４の上部の径φ５〜φ８は、それぞれ６．０ｍｍ及
び５．０ｍｍに設定されている。

【００３７】ここで、検出素子２，５０，８０の底部か
ら測定電極２６，５１，８１までの距離Ｌ５〜Ｌ７は、
いずれも３．０ｍｍに設定されている。又、測定電極２
６，５１，８１における形成範囲が最も大きい部分の検
出素子２，５０，８０の軸方向の長さＬ８〜Ｌ１０は、
いずれも８．０ｍｍに設定されている。そして、検出素
子２，５０，７０，８０の測定電極２６，５１，７１，
８１の厚みはいずれも１．２μｍに設定されている。

【００３８】又、検出素子２，５０，７０，８０のリー
ド部２７，５２，７２，８２の幅Ｗ１〜Ｗ４はいずれも
１．５ｍｍに設定され、その厚みは１０μｍに設定され
ている。尚、検出素子５０において、測定電極５１にお
ける形成範囲が最も大きな部分とリード部５２と同じ幅
となる部分との間に位置する部分の幅Ｗ５は４．０ｍｍ
に設定されている。

【００３９】そして、上記Ｌ１〜Ｌ４の部位には、２０
０μｍの厚さでスピネルが塗布されている。以下、発明
者が行った実証実験の結果を図６〜図１３に示す。ま
ず、図６〜図９は、上記４つの酸素センサを同一の内燃
機関に順に取り付けて行うと共に、内燃機関の空燃比を
０．５Ｈｚの周期でリーンからリッチ、リッチからリー
ンへと交互に切り替え、その際に記録した各酸素センサ
の出力波形図である。尚、図６は、実施例１の酸素セン
サの出力波形図、図７は、実施例２の酸素センサの出力
波形図、図８は、比較例１の酸素センサの出力波形図、
図９は、比較例２の酸素センサの出力波形図である。

【００４０】ここで、図６〜図９では、酸素センサのヒ
ータに電力を供給した直後から記録した酸素センサの出
力がリッチとリーンとの境界となる閾値（４５０ｍＶ）
を越える振幅を得られるまでの時間をＴ１とする。そし
て、酸素センサのヒータに電力を供給した直後から酸素
センサの出力が最初に閾値を越え、内燃機関の空燃比の
変化に追従して、再度、閾値に達し、更に閾値よりも大
きく設定された規定値（５５０ｍＶ）に達するまでの時
間をＴ２としている。ここでは、Ｔ１は、酸素センサの
検出素子が活性化するまでの時間を示し、又、Ｔ２は、
検出素子から安定した出力が得られるまでの時間を示し
ている。

【００４１】図６〜図９に示すように、本発明に係る実
施例１，２の酸素センサでは、Ｔ１がそれぞれ、７．６
秒、７．５秒、Ｔ２がそれぞれ、８．４秒、８．３秒で
あった。これに対し、比較例１，２の酸素センサでは、
Ｔ１がそれぞれ８．９秒、７．７秒、Ｔ２がそれぞれ
９．７秒、８．７秒であった。

【００４２】この結果により、実施例１，２の酸素セン
サは、外壁の全面に測定電極が形成された検出素子７０
を備えた比較例１の酸素センサよりも短時間で活性化す
ると共に、速やかに安定した出力が得られることが確認
できる。更に、良好な応答性能を発揮する検出素子８０
を備えた比較例２の酸素センサに対しても、活性化する
までの時間や安定した出力が得られるまでの時間に遜色
がないことが確認できる。

【００４３】次に、図１０〜図１３は、内燃機関の空燃
比を制御する空燃比制御信号の変化に対する上記各酸素
センサの出力の変化を記録した波形図である。尚、図１
０は、実施例１の酸素センサ１の出力波形図、図１１
は、実施例２の酸素センサの出力波形図、図１２は、比
較例１の酸素センサの出力波形図、図１３は、比較例２
の酸素センサの出力波形図である。

【００４４】ここで、図１０〜図１３では、空燃比制御
信号をリーンからリッチに切り替えてから、各酸素セン
サの出力が閾値を越えるまでの時間をＴＬＳ、空燃比制
御信号をリッチからリーンに切り替えてから、各酸素セ
ンサの出力が閾値を下回るまでの時間をＴＲＳとしてい
る。

【００４５】図１０〜図１３に示すように、実施例１，
２の酸素センサでは、ＴＬＳがそれぞれ０．３６秒、
０．３３秒、ＴＲＳがそれぞれ０．３９秒、０．３８秒
であった。これに対し、比較例１，２の酸素センサで
は、ＴＬＳがそれぞれ０．３８秒、０．３４秒、ＴＲＳ
がそれぞれ０．４１秒、０．３７秒であった。

【００４６】この結果により、実施例１，２の酸素セン
サは、比較例１の酸素センサよりも排気ガス中の酸素濃
度の変動に対する反応が早いことが確認できる。更に、
比較例２の酸素センサに対しても、反応速度に遜色がな
いことが確認できる。以上の結果から、実施例１，２の
酸素センサは、良好な応答性能を発揮することが証明さ
れた。

【００４７】ここで、上記各酸素センサを８５０℃の排
気ガス中に２０００時間曝したのち、再度、内燃機関の
空燃比を制御する空燃比制御信号の変化に対する上記各
酸素センサの出力の変化を確認した。その結果、比較例
１の酸素センサの応答時間（ＴＲＳ＋ＴＬＳ）は０．８
１秒となったのに対し、実施例１の酸素センサの応答時
間は０．７６秒、実施例２の酸素センサは０．７２秒で
あった。そして、比較例２の酸素センサにおいては、１
２００時間経過時点で測定電極８１の長尺状に成形され
た部位に断線を生じた。

【００４８】この結果から、実施例１，２の酸素センサ
はいずれも、高温の雰囲気に長時間曝されても測定電極
に断線を生じたり、応答性能に大きな変化が生じること
がなく、熱に対する高い耐久性能を有していることが証
明された。以上、本発明の実施の形態について説明した
が、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはな
く、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり
得ることはいうまでもない。

【００４９】例えば、上記実施形態では、測定電極２
６，５１を検出素子２，５０の底部の近傍から形成して
いたが、底部の先端から形成しても良い。又、検出素子
２では、底部近傍において、測定電極２６が当該検出素
子２を外周方向に一周するように形成されていたが、ヒ
ータ接触部位の外壁にのみ形成されていても良い。又、
検出素子５０においては、測定電極５１が、当該検出素
子５０の底部近傍において当該測定電極５０を外周方向
に一周するように形成されていても良い。

【００５０】又、上記実施形態では、検出素子２におい
て、測定電極２６の形成範囲が縮小される部位の測定電
極２６の外縁が、直線的に成形されていたが、曲線的に
成形されていても良い。又、上記実施形態では、検出素
子２，５０において、測定電極２６，５１の形成範囲が
縮小される部位の測定電極２６，５１の外縁は、両側が
連続的に成形されていたり、階段状に成形されていた
が、片側だけが連続的もしくは階段状に成形されていて
も良いし、一方が連続的に成形され、他方が階段状に成
形されていても良い。

【００５１】又、上記実施形態では、基準電極を検出素
子２，５０の内壁の全面に形成したが、ヒータ接触部位
にのみ形成しても良い。この場合、基準電極の形状を象
った孔を有するマスキングゴムを検出素子２，５０の内
部に挿入し、孔内部にのみ白金を塗布すれば、所定の部
位にのみ基準電極を形成できる。このように基準電極を
形成すれば、酸素センサの応答速度をより高めることが
できる上、基準電極を形成するための白金の量を削減で
きるため、安価な酸素センサを実現できる。尚、この場
合、検出素子２，５０の内周方向における基準電極の形
成範囲が縮小される形状に基準電極を成形すれば、熱に
対する耐久性能を損なうことなく、酸素センサの応答性
能を高めることができる。

【００５２】又、上記実施形態では、ヒータ３が検出素
子２，５０の内周壁に接触するように配置されていた
が、検出素子２，５０の内部の空間に浮かせて（検出素
子２，５０の内壁に非接触な状態で）配置したり、又、
検出素子２，５０の底部の内壁に接触するように配置し
ても良い。

【００５３】又、上記実施形態では、本発明をヒータを
備えた酸素センサに適用したが、ヒータを具備せず、排
気ガスの熱だけで検出素子を活性化する酸素センサに本
発明を適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の酸素センサ１の全体構成を示す
断面図である。

【図２】検出素子２の図１における左側面図である。

【図３】検出素子２の図１における右側面図である。

【図４】第２実施形態の酸素センサに用いる検出素子５
０の外観を示す平面図である。

【図５】検出素子５０の図４における背面側の平面図で
ある。

【図６】実施例１の酸素センサのヒータに電力を供給し
た直後から記録した酸素センサ１の出力の波形図であ
る。

【図７】実施例２の酸素センサのヒータに電力を供給し
た直後から記録した酸素センサの出力の波形図である。

【図８】比較例１の酸素センサのヒータに電力を供給し
た直後から記録した酸素センサの出力の波形図である。

【図９】比較例２の酸素センサのヒータに電力を供給し
た直後から記録した酸素センサの出力の波形図である。

【図１０】空燃比制御信号の変化に対する実施例１の酸
素センサの出力の変化を示す波形図である。

【図１１】空燃比制御信号の変化に対する実施例２の酸
素センサの出力の変化を示す波形図である。

【図１２】空燃比制御信号の変化に対する比較例１の酸
素センサの出力の変化を示す波形図である。

【図１３】空燃比制御信号の変化に対する比較例２の酸
素センサの出力の変化を示す波形図である。

【図１４】従来の検出素子７０の外観を示す平面図であ
る。

【図１５】従来の検出素子７０の図１４における背面側
の平面図である。

【図１６】従来の検出素子８０の外観を示す平面図であ
る。

【図１７】従来の検出素子８０の図１６における背面側
の平面図である。

【符号の説明】

１…酸素センサ、２，５０，７０，８０…検出素子、
３…ヒータ、４…ケーシング、５…プロテクタ、
６，７…セラミックホルダ、８…セラミック粉末、
２０，２１…端子金具、２２，２３…引き出し線、
２４，２５…接続端子、２６，５１，７１，８１…
測定電極、２７，５２，７２，８２…リード部、２
８，５３，７３，８３…端子接続部、３１…接続端
子、４０…主体金具、４１…外筒、４２，４３…
信号線、４４，４５…雌型端子、４６…保護外筒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が閉じた筒状の固体電解質からな
り、該固体電解質の内壁及び外壁にそれぞれ、基準電極
と測定電極とを形成してなる検出素子を備え、該検出素
子の閉じた一端側を被測定ガス中に曝して、該被測定ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記検出素子の内周方向における前記基準電極の形成範
囲、及び前記検出素子の外周方向における前記測定電極
の形成範囲のうち、少なくとも該測定電極の形成範囲
は、前記検出素子において最も温度が高くなる高温部位
にて最も大きく、該高温部位から離れるに従って縮小さ
れていることを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】前記電極の形成範囲が縮小される部位に
おける前記電極の外縁が連続的な形状に成形されている
ことを特徴とする請求項１記載の酸素センサ。
【請求項３】前記電極の形成範囲が縮小される部位に
おける前記電極の外縁が階段状に成形されていることを
特徴とする請求項１記載の酸素センサ。
【請求項４】前記検出素子の内部には、前記検出素子
を加熱するヒータが配置されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項３いずれか記載の酸素センサ。
【請求項５】前記ヒータは、前記検出素子の内周壁に
接触していることを特徴とする請求項４記載の酸素セン
サ。