JP2008232921A - Oxygen sensor - Google Patents

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Akira Uchikawa
晶 内川
Motonori Nakamura
元則 中村
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen sensor capable of securing a temperature elevation speed in an oxygen detecting part while restraining an output from a heater part, and capable of making a temperature lower in an axial other side of a base body shaft. <P>SOLUTION: The oxygen detecting part 2b and the heater part 2d are formed on a surface in an axial one side of the base body shaft 2c, and a hollow portion 2f is formed in a portion excepting an area opposed with the oxygen detecting part 2b and the heater part 2d. A heat capacity of the base body shaft 2c is thereby reduced by the provision of the hollow portion 2f in the base body shaft 2c, the portion opposed with the oxygen detecting part 2b and the heater part 2d gets solid to increase its heat capacity, and heat transfer from the heater part 2d to the axial other side is thereby reduced relatively. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、酸素センサに関する。   The present invention relates to an oxygen sensor.

この種の酸素センサは、セラミック材料等によって形成された基体軸を有し、該基体軸の軸方向一方側の表面上に、検出電極と参照電極とを含む酸素検出部と、該酸素検出部を加熱するヒータ部とが、基体軸の中心軸を挟んで対向するように形成されており、例えば、車両に搭載された内燃機関の排気管に取り付けられ、排気ガス中の酸素成分の検出に用いられている。   This type of oxygen sensor has a base axis formed of a ceramic material or the like, and an oxygen detection unit including a detection electrode and a reference electrode on the surface on one side in the axial direction of the base axis, and the oxygen detection unit For example, is attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine mounted on a vehicle to detect oxygen components in the exhaust gas. It is used.

しかしながら、このような従来の酸素センサでは、ヒータ加熱時における基体軸への熱の拡散範囲が広いため、酸素検出部を早期に活性化できないという問題があり、酸素検出部の昇温時間を短くするためにヒータ部の出力を大きくすることで対応していた。   However, such a conventional oxygen sensor has a problem that the oxygen detection unit cannot be activated at an early stage because the diffusion range of heat to the substrate shaft is wide when the heater is heated, and the temperature rise time of the oxygen detection unit is shortened. In order to achieve this, the output of the heater unit was increased.

そこで、このような問題を解決する一つの方策として、基体軸の内部を中空構造とした酸素センサが提案されている(例えば特許文献1)。この特許文献1に記載される従来技術では、ヒータ加熱時における基体軸への熱の拡散範囲が比較的狭いため、ヒータ部の出力を抑えながら、酸素検出部を速やかに昇温することができる。
特開2003−29469号公報
Therefore, as one measure for solving such a problem, an oxygen sensor having a hollow structure inside the base shaft has been proposed (for example, Patent Document 1). In the prior art described in Patent Document 1, since the diffusion range of heat to the base shaft during heating of the heater is relatively narrow, the temperature of the oxygen detector can be quickly raised while suppressing the output of the heater. .
JP 2003-29469 A

しかしながら、上記従来技術のように基体軸の全領域で中空とした構成では、基体軸の軸方向一方側に設けたヒータ部の加熱により、基体軸の軸方向他方側への伝熱量が増大して温度が高くなってしまう。   However, in the configuration in which the entire region of the base shaft is hollow as in the above prior art, the amount of heat transferred to the other side in the axial direction of the base shaft increases due to the heating of the heater portion provided on the one side in the axial direction of the base shaft. Temperature rises.

この基体軸の軸方向他方側の近傍には、酸素検出部やヒータ部の電極に接触導通させる端子や、酸素センサの内外をシールするシール部材等が設けられているが、上述したように基体軸の軸方向他方側の温度が高くなると、その分、これら部品の材質やスペックを変更するなどして耐熱性を高める必要が生じ、製造コストの増大につながる虞があった。   In the vicinity of the other side of the base shaft in the axial direction, a terminal that makes contact with the electrodes of the oxygen detector and the heater, and a seal member that seals the inside and outside of the oxygen sensor are provided. When the temperature on the other side in the axial direction of the shaft is increased, it is necessary to increase the heat resistance by changing the material and specifications of these parts, which may increase the manufacturing cost.

そこで、本発明は、ヒータ部の出力を抑えながら酸素検出部の昇温速度を確保できるとともに、基体軸の軸方向他方側の温度を低減することが可能な酸素センサを得ることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxygen sensor that can secure the temperature increase rate of the oxygen detection unit while suppressing the output of the heater unit, and can reduce the temperature on the other axial side of the base shaft. .

請求項1の発明は、基体軸の軸方向一方側の表面上で、検出電極と参照電極とを含む酸素検出部と、当該酸素検出部を加熱するヒータ部とが、上記基体軸の中心軸を挟んで対向するように形成された酸素センサにおいて、上記基体軸は、上記酸素検出部とヒータ部とが対向する領域を除く部位に、中空部分を有することを趣旨とする。   According to the first aspect of the present invention, an oxygen detection unit including a detection electrode and a reference electrode and a heater unit for heating the oxygen detection unit on a surface on one side in the axial direction of the substrate axis include a central axis of the substrate axis. In the oxygen sensor formed so as to be opposed to each other, the base shaft has a hollow portion in a portion excluding a region where the oxygen detection portion and the heater portion face each other.

請求項2の発明は、上記中空部分は、上記基体軸の軸方向他方側の端部に開口していることを趣旨とする。   The invention of claim 2 is characterized in that the hollow portion is opened at an end portion on the other axial side of the base shaft.

請求項3の発明は、上記中空部分の断面積が、上記基体軸を中実とした場合の断面積に対して、20パーセント以上70パーセント以下であることを趣旨とする。   The invention of claim 3 is that the cross-sectional area of the hollow portion is 20 percent or more and 70 percent or less with respect to the cross-sectional area when the base shaft is solid.

請求項1の発明によれば、基体軸に中空部分を設けた分だけ、基体軸の熱容量を減らすことができて、ヒータ部の出力を低く抑えることができる。さらに、酸素検出部とヒータ部とが対向する部分が中実となって熱容量が増大する分、相対的に、基体軸の軸方向他方側への伝熱量を減らすことができて、当該基体軸の軸方向他方側の温度を低減することができる。すなわち、かかる構成によれば、ヒータ部の出力を抑えながら酸素検出部の昇温速度を向上させるとともに、基体軸の軸方向他方側の温度を低減することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the heat capacity of the base shaft can be reduced by the amount of the hollow portion provided in the base shaft, and the output of the heater section can be kept low. Furthermore, the amount of heat transfer to the other side in the axial direction of the base shaft can be relatively reduced by the amount by which the portion where the oxygen detection section and the heater section face each other is solid and the heat capacity increases, so that the base shaft The temperature on the other side in the axial direction can be reduced. That is, according to such a configuration, it is possible to improve the temperature increase rate of the oxygen detection unit while suppressing the output of the heater unit, and to reduce the temperature on the other side in the axial direction of the base shaft.

請求項2の発明によれば、上記中空部分が基体軸の軸方向他方側の端部に開口しているので、当該中空部分を比較的容易に形成することができる。   According to the second aspect of the present invention, since the hollow portion opens at the end portion on the other side in the axial direction of the base shaft, the hollow portion can be formed relatively easily.

請求項3の発明によれば、基体軸を中実とした場合の断面積に対する中空部分の断面積の比率を、20パーセント以上かつ70パーセント以下の範囲に設定することで、基体軸の剛性および強度の確保と軸方向他方側の温度低減とをより確実に両立させることができる。   According to the invention of claim 3, by setting the ratio of the cross-sectional area of the hollow portion to the cross-sectional area when the base shaft is solid in the range of 20% or more and 70% or less, the rigidity of the base shaft and Ensuring strength and reducing the temperature on the other side in the axial direction can be more reliably achieved.

以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、内燃機関に用いられる酸素センサを例示する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, an oxygen sensor used in an internal combustion engine is illustrated.

図1は、本発明の一実施形態にかかる酸素センサの断面図、図2は、酸素センサの検出素子の断面図、図3は、図2のIII−III断面図、図4は、検出素子の軸方向の各位置における温度を示す特性図、図5は、検出素子の中空率と検出素子の軸方向他方側の端部の温度との関係を示す特性図、また、図6は、検出素子の中空率と破壊強度との関係を示す特性図である。   1 is a cross-sectional view of an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a detection element of the oxygen sensor, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing the temperature at each position in the axial direction, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the hollow ratio of the detection element and the temperature at the other end of the detection element in the axial direction, and FIG. It is a characteristic view which shows the relationship between the hollow ratio of an element, and breaking strength.

本実施形態にかかる酸素センサ1は、図1に示すように、酸素濃度を検出するとともに検出した酸素濃度を電気信号に変換する検出素子2と、この検出素子2を挿入する素子挿入孔3が形成されたホルダ4と、このホルダ4と検出素子2との間をシールし、かつ、検出素子2をホルダ4内に位置決めする素子位置決め部5と、ホルダ4より軸方向一方側(図1では上側)に露出した検出素子2の接点部2aに圧接されて検出素子2からの出力を取り出す端子6と、ホルダ4の基端側に固定されて端子6を保持する絶縁碍子7と、ホルダ4の基端側に固定されて絶縁碍子7の外周を被うケーシング8と、ホルダ4の軸方向他端側に固定されてホルダ4より突出した検出素子2の外周を被うプロテクタ9とを備えて概略構成されている。   As shown in FIG. 1, the oxygen sensor 1 according to this embodiment includes a detection element 2 that detects an oxygen concentration and converts the detected oxygen concentration into an electrical signal, and an element insertion hole 3 into which the detection element 2 is inserted. The formed holder 4, the element positioning portion 5 that seals between the holder 4 and the detection element 2 and positions the detection element 2 in the holder 4, and one side in the axial direction from the holder 4 (in FIG. 1) A terminal 6 that is brought into pressure contact with the contact portion 2a of the detection element 2 exposed on the upper side and takes out an output from the detection element 2, an insulator 7 that is fixed to the proximal end side of the holder 4 and holds the terminal 6, and the holder 4 And a protector 9 that covers the outer periphery of the detection element 2 that is fixed to the other end in the axial direction of the holder 4 and protrudes from the holder 4. It is roughly structured.

検出素子2は、図1および図2に示すように、絶縁材料であるアルミナ等のセラミック材料により形成される略円柱状(一部円筒状)の基体軸2cを有しており、軸方向一方側(図1では下側,図2では左側)の表面上には、検出電極と参照電極とを含む酸素検出部2bと該酸素検出部2bを加熱するヒータ部2dとが、基体軸2cの中心軸Cxを挟んで対向するように形成されている。これら酸素検出部2bやヒータ部2d等は保護層2eによって覆われており、検出素子2は、当該軸方向一方側で拡径された形状となっている。ヒータ部2dは、タングステンや白金等の発熱性導体材料により形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the detection element 2 has a substantially columnar (partially cylindrical) base shaft 2c formed of a ceramic material such as alumina as an insulating material. On the surface of the side (the lower side in FIG. 1 and the left side in FIG. 2), an oxygen detection unit 2b including a detection electrode and a reference electrode and a heater unit 2d for heating the oxygen detection unit 2b are provided on the base shaft 2c. They are formed so as to face each other with the central axis Cx interposed therebetween. These oxygen detection part 2b, heater part 2d, etc. are covered with a protective layer 2e, and the detection element 2 has a shape whose diameter is expanded on one side in the axial direction. The heater part 2d is formed of a heat-generating conductor material such as tungsten or platinum.

図2に示すように、これら酸素検出部2bおよびヒータ部2dには、それぞれ基体軸2cの表面において軸方向に延設される帯状のリード線部2gが接続されている。また、図1にも示すように、保護層2eは軸方向他端側の一部で形成されておらず、これによりリード線部2gが検出素子2の表面上に露出されて、この露出部分が、端子6が所定の接圧で接触する接点部2aとして機能するようになっている。すなわち、酸素検出部2bおよびヒータ部2dは、それぞれ、リード線部2g、接点部2a、端子6、および配線コード17(内の導体部分)を介して、外部装置(例えば、電源や信号処理回路等)と導通される。なお、配線コード17は、ケーシング8の基端側の開口部を塞ぐシール部材18を貫通している。   As shown in FIG. 2, a strip-shaped lead wire portion 2g extending in the axial direction on the surface of the base shaft 2c is connected to the oxygen detection portion 2b and the heater portion 2d. Further, as shown in FIG. 1, the protective layer 2e is not formed at a part on the other end side in the axial direction, whereby the lead wire portion 2g is exposed on the surface of the detection element 2, and this exposed portion. However, the terminal 6 functions as a contact portion 2a that contacts with a predetermined contact pressure. That is, the oxygen detection unit 2b and the heater unit 2d are respectively connected to an external device (for example, a power supply or a signal processing circuit) via the lead wire portion 2g, the contact portion 2a, the terminal 6, and the wiring cord 17 (inner conductor portion). Etc.). The wiring cord 17 passes through a seal member 18 that closes the opening on the proximal end side of the casing 8.

素子位置決め部5は、素子挿入孔3の全周に亘る粉充填スペース10と、この粉充填スペース10の開口縁に設けられたカシメ部11とを有する。この粉充填スペース10には、セラミック粉12とバネ性を有するスペーサ13とが収容され、カシメ変形したカシメ部11によってスペーサ13が圧縮され、その圧縮力によってセラミック粉12が圧縮状態で充填されることによって検出素子2とホルダ4との間でシールが確保され、かつ、検出素子2がホルダ4に位置決め固定されるようになっている。なお、充填材であるセラミック粉12としては、例えば未焼結のタルクが使用されている。また、スペーサ13には、例えばリング状のワッシャが使用される。   The element positioning portion 5 includes a powder filling space 10 that extends over the entire circumference of the element insertion hole 3 and a crimping portion 11 provided at the opening edge of the powder filling space 10. In this powder filling space 10, ceramic powder 12 and a spacer 13 having a spring property are accommodated, and the spacer 13 is compressed by the caulking deformed caulking portion 11, and the ceramic powder 12 is filled in a compressed state by the compressive force. Thus, a seal is secured between the detection element 2 and the holder 4, and the detection element 2 is positioned and fixed to the holder 4. In addition, as the ceramic powder 12 which is a filler, unsintered talc is used, for example. For the spacer 13, for example, a ring-shaped washer is used.

プロテクタ9は、二重の有底筒状に形成されており、側壁にはガス流通用の小孔9aが形成されている。なお、プロテクタ9とホルダ4との固定は、レーザ溶接や、スポット溶接、カシメ等によって行われる。   The protector 9 is formed in a double bottomed cylindrical shape, and a small hole 9a for gas circulation is formed on the side wall. The protector 9 and the holder 4 are fixed by laser welding, spot welding, caulking, or the like.

上記構成の検出素子2を製作する際、まずアルミナ等のセラミック材料を射出成形して基体軸2cを形成した後、基体軸2cを回転させつつ、基体軸2cの円周面の略半分領域に、例えば白金またはタングステン等の発熱性材料を曲面スクリーン印刷してヒータ部2dおよびリード線部2gを形成する。また、基体軸2cの円周面上でヒータ部2dの領域と反対の半分領域に、曲面スクリーン印刷によって検出電極と参照電極とを含む酸素検出部2bおよびそのリード線部2gを形成し、基体軸2cの円周面の一部(上記露出部分)を除くほぼ全領域にわたって保護層2eを形成する。そして、上述した一連の工程を終えた円柱状作成物を高熱で焼成することにより一体的に終結された検出素子2が得られる。   When manufacturing the detection element 2 having the above-described structure, first, a base material shaft 2c is formed by injection molding a ceramic material such as alumina, and then the base shaft 2c is rotated, while being approximately half a region of the circumferential surface of the base shaft 2c. For example, the heater portion 2d and the lead wire portion 2g are formed by curved screen printing of a heat-generating material such as platinum or tungsten. Further, an oxygen detection part 2b including a detection electrode and a reference electrode and a lead wire part 2g thereof are formed by curved screen printing in a half area opposite to the area of the heater part 2d on the circumferential surface of the base shaft 2c. The protective layer 2e is formed over almost the entire region except a part of the circumferential surface of the shaft 2c (the exposed portion). And the detection element 2 terminated integrally is obtained by baking the cylindrical product which completed the series of processes mentioned above with high heat.

基体軸2cには、図2に示すように、酸素検出部2bとヒータ部2dとが対向する領域(中実部分;図2の左側の区間)を除く部位(図2の右側の区間)に、中空部分2fが形成されている。具体的には、この中空部分2fは、基体軸2cの軸方向他方側の端部2hに開口し、当該基体軸2cと同芯状に形成されて軸方向に沿って伸びる有底丸穴として形成されている。   As shown in FIG. 2, the base shaft 2 c has a portion (solid section; the left section in FIG. 2) except the area where the oxygen detection section 2 b and the heater section 2 d face each other (the right section in FIG. 2). A hollow portion 2f is formed. Specifically, the hollow portion 2f is opened at the end 2h on the other side in the axial direction of the base shaft 2c, and is formed as a bottomed round hole formed concentrically with the base shaft 2c and extending along the axial direction. Is formed.

そして、以上のようにして形成された検出素子2が、ホルダ4に形成された素子挿入孔3に挿入され、素子位置決め部5において当該ホルダ4に位置決め固定され、他の部分とアセンブリされて酸素センサ1が構成される。   Then, the detection element 2 formed as described above is inserted into the element insertion hole 3 formed in the holder 4, positioned and fixed to the holder 4 in the element positioning portion 5, and assembled with other parts to be oxygenated. A sensor 1 is configured.

酸素センサ1は、ホルダ4のネジ部4aが排気管14のネジ孔15に螺入されることによって排気管14に固定され、この取付状態では、検出素子2のプロテクタ9で覆われた箇所が排気管14内に突出されるようになっている。なお、酸素センサ1と排気管14との間の気密はガスケット16によって確保される。   The oxygen sensor 1 is fixed to the exhaust pipe 14 by screwing the screw portion 4a of the holder 4 into the screw hole 15 of the exhaust pipe 14, and in this attached state, the portion covered with the protector 9 of the detection element 2 is fixed. It protrudes into the exhaust pipe 14. Airtightness between the oxygen sensor 1 and the exhaust pipe 14 is ensured by the gasket 16.

こうして排気管14に装着された酸素センサ1では、当該排気管14内を流通するガスが小孔9aよりプロテクタ9の内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子2の酸素検出部2bに入り込む。すると、酸素検出部2bがガスの酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度を電気信号に変換した後、この電気信号の情報が端子6を経て外部に出力される。   In the oxygen sensor 1 thus mounted on the exhaust pipe 14, when the gas flowing through the exhaust pipe 14 flows into the protector 9 from the small hole 9 a, oxygen in the gas enters the oxygen detection unit 2 b of the detection element 2. Get in. Then, after the oxygen detector 2b detects the oxygen concentration of the gas and converts the detected oxygen concentration into an electric signal, the information of the electric signal is output to the outside through the terminal 6.

ところで、発明者らは、鋭意検討を重ねることで、基体軸2cの中空率、すなわち中空部分2fが形成されている部分の当該基体軸2cの断面において、中実である場合の断面積{π×(d1)2/4}に対する中空部分2fの断面積{π×(d2)2/4}の比率について、適切な範囲があることを見出した。以下、この中空率について、図4〜図6を参照しながら説明する。 By the way, the inventors have intensively studied, so that the hollow area of the base shaft 2c, that is, the cross-sectional area in the case where the cross section of the base shaft 2c where the hollow portion 2f is formed is solid {π the ratio of the × (d1) 2 / cross-sectional area of the hollow portion 2f for 4} {π × (d2) 2/4}, and found that there is a proper range. Hereinafter, this hollow ratio will be described with reference to FIGS.

図4は、中空率の異なる複数の検出素子2について各部温度を測定した実験結果であって、図中A〜Gは、図2中のA〜Gに対応している。この図4から、中空率によらず、ヒータ部2dから離間するほど検出素子2の温度が低くなっていることがわかる。   FIG. 4 shows the experimental results of measuring the temperature of each part for a plurality of detection elements 2 having different hollow ratios, and A to G in the figure correspond to A to G in FIG. From FIG. 4, it can be seen that the temperature of the detection element 2 decreases as the distance from the heater 2d increases, regardless of the hollow ratio.

図5は、図4の実験結果について、検出素子2の軸方向他端側の端部Gの温度が中空率によってどのように変化するかを示すものであるが、この図から、中空率を20%以上とすれば、当該端部Gの温度を300℃以下に抑えて、当該軸方向他端側の各部、すなわち、端子6や、配線コード17、シール部材18等に対する熱影響を軽減して、耐久信頼性を向上できることがわかる。   FIG. 5 shows how the temperature of the end G on the other end side in the axial direction of the detection element 2 varies depending on the hollowness ratio in the experimental result of FIG. If it is 20% or more, the temperature of the end portion G is suppressed to 300 ° C. or less, and the thermal influence on each portion on the other end side in the axial direction, that is, the terminal 6, the wiring cord 17, the seal member 18 and the like is reduced. It can be seen that durability and reliability can be improved.

一方、中空率が高すぎる、すなわち中空部分2fの断面積が大きいと、基体軸2cが外力によって破壊してしまう虞がある。   On the other hand, if the hollow ratio is too high, that is, if the cross-sectional area of the hollow portion 2f is large, the base shaft 2c may be broken by an external force.

図6は、中空軸の異なる複数の検出素子2について破壊強度(限界応力)を調べた実験結果であるが、この図から、中空率を70%を超えると急激に破壊強度が低下することがわかる。すなわち、強度を確保する観点からは、中空率を70%以上とすれば良いことになる。なお、この実験結果は、基体軸2cの直径を3.4mmとし、基体軸2cの軸方向他方側の端部からの中空部分2fの長さ(深さ)L(図2)を24mmとして、当該中空部分2fの中間位置で径方向に一定の荷重(素子位置決め部5で印加される荷重相当の荷重)を印加した場合の結果である。   FIG. 6 shows the experimental results of investigating the breaking strength (limit stress) for a plurality of detection elements 2 having different hollow shafts. From this figure, the breaking strength suddenly decreases when the hollow ratio exceeds 70%. Recognize. That is, from the viewpoint of securing the strength, the hollow ratio may be 70% or more. This experimental result shows that the diameter of the base shaft 2c is 3.4 mm, and the length (depth) L (FIG. 2) of the hollow portion 2f from the end on the other side in the axial direction of the base shaft 2c is 24 mm. This is a result when a constant load (a load corresponding to a load applied by the element positioning portion 5) is applied in the radial direction at an intermediate position of the hollow portion 2f.

以上のようにして、中空率は、20%以上70%以下の範囲で設定するのが好適であることが判明した。   As described above, it has been found that the hollow ratio is preferably set in the range of 20% to 70%.

以上の本実施形態にかかる酸素センサ1によれば、基体軸2cに中空部分2fを設けた分だけ、基体軸2cの熱容量を減らすことができて、ヒータ部2dの出力を低く抑えることができる。さらに、酸素検出部2bとヒータ部2dとが対向する部分が中実となって熱容量が増大する分、相対的に、基体軸2cの軸方向他方側への伝熱量を減らすことができて、当該基体軸2cの軸方向他方側の温度を低減することができる。すなわち、かかる構成によれば、ヒータ部2dの出力を抑えながら酸素検出部2bの昇温速度を向上させるとともに、基体軸2cの軸方向他方側の温度を低減することが可能となる。その結果、ヒータ部2dのコンパクト化、およびエネルギ低減を図ることができるとともに、基体軸2cの軸方向他方側に設ける部品の耐熱性を高める必要がないので、酸素センサ1の製造コストの上昇を抑えることができる。   According to the oxygen sensor 1 according to the above-described embodiment, the heat capacity of the base shaft 2c can be reduced by the amount of the hollow portion 2f provided in the base shaft 2c, and the output of the heater unit 2d can be suppressed low. . Furthermore, the amount of heat transfer to the other side in the axial direction of the base shaft 2c can be relatively reduced by the amount that the portion where the oxygen detector 2b and the heater 2d face each other is solid and the heat capacity increases. The temperature on the other axial side of the base shaft 2c can be reduced. That is, according to this configuration, it is possible to improve the temperature increase rate of the oxygen detection unit 2b while suppressing the output of the heater unit 2d, and to reduce the temperature on the other side in the axial direction of the base shaft 2c. As a result, the heater portion 2d can be made compact and energy can be reduced, and it is not necessary to increase the heat resistance of components provided on the other axial side of the base shaft 2c. This increases the manufacturing cost of the oxygen sensor 1. Can be suppressed.

また、本実施形態によれば、基体軸2cの軸方向他方側の端部に中空部分2fが開口しているので、当該中空部分2fを比較的容易に形成することができる。   Moreover, according to this embodiment, since the hollow part 2f is opening in the edge part of the axial direction other side of the base | substrate axis | shaft 2c, the said hollow part 2f can be formed comparatively easily.

また、本実施形態によれば、基体軸2cを中実とした場合の断面積に対する中空部分2fの断面積の比率(中空率)を、20パーセント以上でかつ70パーセント以下の範囲に設定することで、基体軸2cの剛性および強度の確保と軸方向他方側の温度低減とをより確実に両立させることができる。   Further, according to the present embodiment, the ratio of the cross-sectional area of the hollow portion 2f (hollow ratio) to the cross-sectional area when the base shaft 2c is solid is set to a range of 20% or more and 70% or less. Thus, it is possible to more reliably achieve both the rigidity and strength of the base shaft 2c and the temperature reduction on the other side in the axial direction.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、中空部分を酸素検出部とヒータ部とが対向する領域まで進出させてもよい。また、中空部分が軸方向他端側の端部に開口することも必須ではない。また、検出素子および中空部分の断面形状は、略円形以外の形状(例えば矩形断面状や、多角形断面状等)としてもよいし、軸方向に沿って相互に平行な複数の中空部分を形成してもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the hollow portion may be advanced to a region where the oxygen detection unit and the heater unit face each other. Moreover, it is not essential that the hollow portion opens at the end on the other end side in the axial direction. The cross-sectional shape of the detection element and the hollow portion may be a shape other than a substantially circular shape (for example, a rectangular cross-sectional shape or a polygonal cross-sectional shape), and a plurality of hollow portions parallel to each other along the axial direction are formed. May be.

本発明の一実施形態にかかる酸素センサの断面図(軸方向に沿った断面図)である。It is sectional drawing (sectional drawing along an axial direction) of the oxygen sensor concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる酸素センサの検出素子の断面図(軸方向に沿った断面図)である。It is sectional drawing (sectional drawing along an axial direction) of the detection element of the oxygen sensor concerning one Embodiment of this invention. 図2のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 本発明の一実施形態にかかる酸素センサの検出素子の軸方向の各位置における温度を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the temperature in each position of the axial direction of the detection element of the oxygen sensor concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる酸素センサの検出素子の中空率と検出素子の軸方向他方側の端部の温度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the hollow ratio of the detection element of the oxygen sensor concerning one Embodiment of this invention, and the temperature of the edge part of the other side of the axial direction of a detection element. 本発明の一実施形態にかかる酸素センサの検出素子の中空率と破壊強度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the hollow ratio of the detection element of the oxygen sensor concerning one Embodiment of this invention, and fracture strength.

符号の説明Explanation of symbols

1 酸素センサ
2b 酸素検出部
2c 基体軸
2d ヒータ部
2f 中空部分
2h 端部
Cx 中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor 2b Oxygen detection part 2c Base | substrate axis | shaft 2d Heater part 2f Hollow part 2h End part Cx Center axis

Claims (3)

基体軸の軸方向一方側の表面で、検出電極と参照電極とを含む酸素検出部と、当該酸素検出部を加熱するヒータ部とが、前記基体軸の中心軸を挟んで対向するように形成された酸素センサにおいて、
前記基体軸は、前記酸素検出部とヒータ部とが対向する領域を除く部位に、中空部分を有することを特徴とする酸素センサ。
Formed on one surface in the axial direction of the base shaft so that the oxygen detection section including the detection electrode and the reference electrode and the heater section for heating the oxygen detection section face each other across the central axis of the base shaft In the oxygen sensor
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the base shaft has a hollow portion at a portion excluding a region where the oxygen detecting portion and the heater portion face each other.
前記中空部分は、前記基体軸の軸方向他方側の端部に開口していることを特徴とする請求項1に記載の酸素センサ。   The oxygen sensor according to claim 1, wherein the hollow portion opens at an end portion on the other axial side of the base shaft. 前記中空部分の断面積が、前記基体軸を中実とした場合の断面積に対して、20パーセント以上70パーセント以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の酸素センサ。   3. The oxygen sensor according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the hollow portion is not less than 20 percent and not more than 70 percent with respect to a cross-sectional area when the base axis is solid.
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