JP2008261848A

JP2008261848A - Oxygen sensor

Info

Publication number: JP2008261848A
Application number: JP2008066083A
Authority: JP
Inventors: Akira Uchikawa; 晶内川; Goji Matsumoto; 剛司松本; Masami Kawashima; 正己川島; Keiji Mori; 啓治森; Kaoru Uchiyama; 内山　　薫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP4918516B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an oxygen sensor for eliminating the necessity of a novel mechanism for compulsorily supplying a reference gas to a sold electrolyte layer, and for inhibiting an air passage layer from being damaged. <P>SOLUTION: A detection element 2 has a base 2c, and a functional layer 2f. The functional layer 2f comprises the solid electrolyte layer, a reference electrode layer, a detection electrode layer; and the air passage layer 2e located on the base 2c side of the solid electrolyte layer to guide the reference gas into the solid electrolyte layer. The air passage layer 2e is formed so as to incrementally apply a voltage between the reference electrode layer and the detection electrode layer and have a porosity to obtain a limit current value of 60-100 μA when a constant current flows through both electrode layers. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、酸素濃度を検出する酸素センサに関する。 The present invention relates to an oxygen sensor that detects an oxygen concentration.

従来より種々の酸素センサが提案されている。特許文献１は、その一例としての酸素センサを開示する。 Conventionally, various oxygen sensors have been proposed. Patent Document 1 discloses an oxygen sensor as an example.

特許文献１に開示される酸素センサは、被測定ガスに含まれる特定ガス成分を検出する検出素子と、この検出素子が挿通固定されるホルダと、このホルダの基端側に固定され、検出素子からの出力を取り出す端子を保持する絶縁碍子と、ホルダの基端側に固定され、絶縁碍子の外周を被うケーシングと、検出素子の先端側（検出部）を被うプロテクタとを備えている。上記の検出素子は、基体部にヒータパターン、参照電極、検出電極、固体電解質層、および参照電極に基準ガスである外気を導入する空気通過層が形成されており、該検出素子がホルダに形成された挿入孔に嵌挿されるとともに、検出素子の先端側がプロテクタによって被われている。 An oxygen sensor disclosed in Patent Literature 1 includes a detection element that detects a specific gas component contained in a gas to be measured, a holder through which the detection element is inserted and fixed, and a base element side of the holder. An insulator for holding a terminal for taking out the output from the casing, a casing fixed to the base end side of the holder and covering the outer periphery of the insulator, and a protector covering the distal end side (detection unit) of the detection element. . In the above detection element, a heater pattern, a reference electrode, a detection electrode, a solid electrolyte layer, and an air passage layer for introducing outside air as a reference gas are formed on the base electrode, and the detection element is formed on the holder. The detection element is inserted into the insertion hole, and the front end side of the detection element is covered with a protector.

また、この従来の酸素センサにあっては、ホルダの挿入孔と検出素子との間の隙間に対してセラミック粉などの充填材を充填して圧縮することによって上記の隙間が埋められて、ホルダの挿入孔と検出素子との間の気密性が確保される。そして、基体部に形成される空気通過層が一定の気孔率（空間率）を有し、所定量の空気が通過するため、該空気通過層を介して基準ガスとしての外気が参照電極に対して導入可能となっている。
特開２００５−３５１７４０号公報 Further, in this conventional oxygen sensor, the gap is filled by compressing the gap between the insertion hole of the holder and the detection element by filling with a filler such as ceramic powder. Airtightness between the insertion hole and the detection element is ensured. And since the air passage layer formed in the base portion has a certain porosity (space ratio) and a predetermined amount of air passes, the outside air as the reference gas passes through the air passage layer with respect to the reference electrode. Can be introduced.
JP 2005-351740 A

しかしながら、上述した従来技術では、ホルダの挿入孔と検出素子との間の気密性を確保するためホルダの挿入孔と検出素子との間の隙間に対して充填材を充填して圧縮するので、その際に検出素子が外周から加圧されて空気通過層の座屈を誘発することがあった。一方、このような空気通過層の座屈を防止するため、空気通過層の気孔率を低くすることにより空気通過層の強度を向上させることができるが、この場合には、空気通過層の気孔率の低下に伴って空気通過層を介して参照電極に外気を導入することが困難になり、外気を強制的にポンピング（供給）するための新たな機構が必要となるのでコストアップの要因となってしまう。 However, in the above-described prior art, the gap between the insertion hole of the holder and the detection element is filled and compressed in order to ensure airtightness between the insertion hole of the holder and the detection element. At that time, the detection element may be pressurized from the outer periphery to induce buckling of the air passage layer. On the other hand, in order to prevent such buckling of the air passage layer, the strength of the air passage layer can be improved by lowering the porosity of the air passage layer. As the rate decreases, it becomes difficult to introduce the outside air to the reference electrode through the air passage layer, and a new mechanism for forcibly pumping (supplying) the outside air is necessary. turn into.

そこで、本発明は、基準ガスを固体電解質層へ強制的に供給するための新たな機構を要せずに済むとともに、空気通過層の損傷を抑制することができる酸素センサを得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxygen sensor that does not require a new mechanism for forcibly supplying the reference gas to the solid electrolyte layer and can suppress damage to the air passage layer. To do.

請求項１に記載の発明は、酸素濃度を検出する検出素子が、基体部および該基体部の表面上に積層された機能層を有し、前記機能層が、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、前記固体電解質層の前記基体部側に位置する参照電極層と、前記参照電極層に対して前記固体電解質層の反対側に位置する検出電極層と、前記固体電解質層の前記基体部側に位置し前記固体電解質層に向けて基準ガスを導く空気通過層とを備えた酸素センサにおいて、前記参照電極層と前記検出電極層との間に電圧を増加させつつ印加し、両電極層間を流れる電流が一定となったときに得られる限界電流値が６０〜１００μＡとなるような気孔率をもって前記空気通過層が形成されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the detection element for detecting the oxygen concentration has a base portion and a functional layer laminated on the surface of the base portion, and the functional layer has a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. A reference electrode layer located on the base part side of the solid electrolyte layer, a detection electrode layer located on the opposite side of the solid electrolyte layer with respect to the reference electrode layer, and the base part of the solid electrolyte layer An oxygen sensor having an air passage layer positioned on the side and guiding a reference gas toward the solid electrolyte layer is applied while increasing the voltage between the reference electrode layer and the detection electrode layer. The air passage layer is formed with a porosity such that a limit current value obtained when the current flowing through the gas becomes constant is 60 to 100 μA.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、前記空気通過層における基準ガスの導き方向と直交する断面の面積が０．０５〜０．１０ｍｍ^２であり、前記空気通過層の気孔率が５０％〜７５％であることを特徴とする。 Invention according to claim 2, in the oxygen sensor according to claim 1, the area of the cross section perpendicular to the direction guidance reference gas in the air passage layer is 0.05～0.10Mm ^2, wherein the air passage The layer has a porosity of 50% to 75%.

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、前記空気通過層における基準ガスの導き方向と直交する断面の面積が０．１０〜０．１５ｍｍ^２であり、前記空気通過層の気孔率の下限値が５０％であり、前記空気通過層の気孔率の上限値が｛７５−（前記空気通過層の前記断面の面積（ｍｍ^２）−０．１ｍｍ^２）×２００｝％であることを特徴とする。 The invention according to claim 3, in the oxygen sensor according to claim 1, the area of the cross section perpendicular to the direction guidance reference gas in the air passage layer is 0.10～0.15Mm ^2, wherein the air passage The lower limit value of the porosity of the layer is 50%, and the upper limit value of the porosity of the air passage layer is {75- (area of the cross section of the air passage layer (mm ² ) −0.1 mm ² ) × 200}. %.

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、前記空気通過層の膜厚が３０〜５０μｍであり、前記空気通過層の気孔率が５０〜７５％であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the oxygen sensor according to the first aspect, the film thickness of the air passage layer is 30 to 50 μm, and the porosity of the air passage layer is 50 to 75%. And

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の酸素センサにおいて、前記空気通過層の気孔率が、６０〜７０％であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the oxygen sensor according to any one of the first to fourth aspects, the air passage layer has a porosity of 60 to 70%.

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の酸素センサは、前記空気通過層は、少なくとも前記基体部と前記固体電解質層との界面に形成されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the oxygen sensor according to any one of the first to fifth aspects, the air passage layer is formed at least at an interface between the base portion and the solid electrolyte layer. It is characterized by.

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の酸素センサにおいて、前記検出素子が挿入される筒状のケーシングと、前記検出素子と前記ケーシングの筒内壁との間隙に充填される充填材とを備え、前記充填材が充填される部分に対応する前記空気通過層の受圧部分にて、前記気孔率が設定されていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the oxygen sensor according to any one of the first to sixth aspects, comprising: a cylindrical casing into which the detection element is inserted; and the detection element and a cylindrical inner wall of the casing. And a porosity is set in a pressure receiving portion of the air passage layer corresponding to a portion filled with the filler.

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の酸素センサにおいて、前記検出素子は、ロッド形状に形成されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the oxygen sensor according to any one of the first to seventh aspects, the detection element is formed in a rod shape.

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一つに記載の酸素センサにおいて、前記空気通過層は、セラミックス材料によって形成され、該セラミックス材料が、平均粒径が１〜２０μｍである空孔形成剤を１０〜５０ｗｔ％含むことを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the oxygen sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the air passage layer is formed of a ceramic material, and the ceramic material has an average particle diameter of 1 to 20 μm. It is characterized by containing 10 to 50 wt% of the pore forming agent.

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の酸素センサにおいて、前記セラミックス材料が、前記空孔形成剤を３０〜５０ｗｔ％含むことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the oxygen sensor according to the ninth aspect, wherein the ceramic material contains 30 to 50 wt% of the pore forming agent.

本発明によれば、空気通過層が、限界電流値が６０μＡ以上となるような気孔率をもって形成されているので、空気通過層によって固体電解質層へ十分な基準ガスを供給でき、基準ガスを固体電解質層へ強制的に供給するための新たな機構を要せずに、酸素濃度を検出することができる。また、空気通過層が、限界電流値が１００μＡ以下となるような気孔率をもって形成されているので、空気通過層において高い強度を得ることができ、空気通過層の損傷を抑制することができる。 According to the present invention, since the air passage layer is formed with a porosity such that the limiting current value is 60 μA or more, a sufficient reference gas can be supplied to the solid electrolyte layer by the air passage layer, and the reference gas can be solid. The oxygen concentration can be detected without requiring a new mechanism for forcibly supplying the electrolyte layer. Further, since the air passage layer is formed with a porosity such that the limit current value is 100 μA or less, high strength can be obtained in the air passage layer, and damage to the air passage layer can be suppressed.

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て説明する。ここでは、内燃機関を搭載した自動車の排気管に装着された空燃比検出用の酸素センサを例示する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the invention will be described with reference to the drawings. Here, an oxygen sensor for detecting an air-fuel ratio mounted on an exhaust pipe of an automobile equipped with an internal combustion engine is illustrated.

図１は、本実施形態に係る酸素センサの断面図、図２は、検出素子の要部を拡大して示す断面図、図３は、検出素子の空気通過層および機能層を各層に分解した図、図４は、検出素子の空気通過層および機能層を各層に分解した他の構成図、図５は、検出素子の空気通過層の膜厚と限界電流値との関係を示す特性図、図６は、検出素子の空気通過層における基準ガスの導き方向と直交する断面の面積と限界電流値との関係を示す特性図、図７は、排気ガス雰囲気がＲｉｃｈ状態の時、検出素子にて生じる限界電流値とセンサ出力維持時間（Ｒｉｃｈ出力維持時間）との関係を示す特性図、図８は、参照電極層と検出電極層との間で８０μＡの限界電流値が得られる場合のセンサ出力の推移を示す特性図、図９は、参照電極層と検出電極層との間で１４μＡの限界電流値が得られる場合のセンサ出力の推移を示す特性図、図１０は、検出素子の空気通過層の膜厚と変位量との関係を示す特性図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an oxygen sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged main part of the detection element, and FIG. FIG. 4 is another configuration diagram in which the air passage layer and the functional layer of the detection element are disassembled into respective layers, and FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the area of the cross section perpendicular to the direction in which the reference gas is guided in the air passage layer of the detection element and the limit current value. FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the limit current value generated in response to the sensor output maintenance time (Rich output maintenance time), and FIG. 8 shows a sensor when a limit current value of 80 μA is obtained between the reference electrode layer and the detection electrode layer. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transition of the output, and FIG. In characteristic diagram showing changes in the sensor output when the limiting current 14μA is obtained, FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness and the amount of displacement of the air passage layer of the detection element.

まず、本実施形態に係る酸素センサ１の概略構成について説明する。図１に示すように、酸素センサ１は、ロッド形状（長尺円柱状）の検出素子２と、端子部７およびリード線４が組み付けられた筒状の絶縁碍子５とを備えている。 First, a schematic configuration of the oxygen sensor 1 according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the oxygen sensor 1 includes a rod-shaped (long cylindrical) detection element 2 and a cylindrical insulator 5 in which a terminal portion 7 and a lead wire 4 are assembled.

検出素子２の軸方向一方側（図１中左側）には、酸素測定部２ｂが形成されている一方、軸方他方側（図中右側）には、接続端部２ａが形成されている。また、検出素子２の軸方向他方側（図１中右側）の表面としての外周面２ｘには、複数の電極部６が露出して設けられている。 An oxygen measuring unit 2b is formed on one axial side of the detection element 2 (left side in FIG. 1), and a connecting end 2a is formed on the other axial side (right side in the drawing). A plurality of electrode portions 6 are exposed on the outer peripheral surface 2x as the surface on the other axial side of the detection element 2 (right side in FIG. 1).

電極部６は、酸素測定部２ｂに電気的に接続されている。電極部６は、検出素子２が備える後述する参照電極層２ｉ、検出電極層２ｊに対して一つずつ設けられるとともに検出素子２が備える後述するヒータパターン２ｐに対して２つ設けられており、合計４つ設けられている。かかる構成によって、端子部７およびリード線４は２対ずつの合計４つずつ設けられている。 The electrode part 6 is electrically connected to the oxygen measuring part 2b. Two electrode portions 6 are provided for a later-described reference electrode layer 2i and detection electrode layer 2j provided in the detection element 2 and two heater patterns 2p provided in the detection element 2 are provided. A total of four are provided. With such a configuration, the terminal portion 7 and the lead wires 4 are provided in total of two pairs of four.

絶縁碍子５の軸方向一方側の端面５ｃには、軸方向他方側に向けて凹む凹部５ｆが形成されている。この凹部５ｆの内周面５ａに沿って、端子部７の鉤状に屈曲された部分が複数配置され、これら複数の端子部７の間に検出素子２の接続端部２ａが嵌合されるようになっている。 The end surface 5c on one side in the axial direction of the insulator 5 is formed with a recess 5f that is recessed toward the other side in the axial direction. A plurality of bent portions of the terminal portion 7 are arranged along the inner peripheral surface 5 a of the recess 5 f, and the connection end 2 a of the detection element 2 is fitted between the plurality of terminal portions 7. It is like that.

すなわち、検出素子２と絶縁碍子５とが組み付けられた状態では、端子部７の鉤状に屈曲された部分が、絶縁碍子５の凹部５ｆの内周面５ａと接続端部２ａの外周面２ｘとの間に形成される空間部Ｓに配置され、当該内周面５ａと外周面２ｘ上に露出した電極部６との間に挟持されるようになっている。 That is, in the state where the detection element 2 and the insulator 5 are assembled, the portion bent in the hook shape of the terminal portion 7 is the inner peripheral surface 5a of the concave portion 5f of the insulator 5 and the outer peripheral surface 2x of the connection end portion 2a. And is sandwiched between the inner peripheral surface 5a and the electrode portion 6 exposed on the outer peripheral surface 2x.

端子部７は、このように挟持されて生じる反発力によって電極部６に圧接され、以て、当該電極部６と電気的に接続される。そして、この端子部７は、軸方向他方側で、結合部１４を介してリード線４内の芯線４ａに電気的に接続されている。すなわち、酸素測定部２ｂは、電極部６、端子部７、および結合部１４を介して、リード線４内の芯線４ａと電気的に接続されている。 The terminal portion 7 is pressed against the electrode portion 6 by the repulsive force generated by being sandwiched in this manner, and is thus electrically connected to the electrode portion 6. The terminal portion 7 is electrically connected to the core wire 4a in the lead wire 4 via the coupling portion 14 on the other side in the axial direction. That is, the oxygen measuring unit 2 b is electrically connected to the core wire 4 a in the lead wire 4 through the electrode unit 6, the terminal unit 7, and the coupling unit 14.

また、検出素子２はホルダ８の中心孔８ａに嵌挿されている。このとき、検出素子２の酸素測定部２ｂはホルダ８の一方側（図１中左側）に露出している。一方、検出素子２の接続端部２ａはホルダ８の他方側（図１中右側）に露出しており、この接続端部２ａが絶縁碍子５の凹部５ｆの底面５ｇに対して軸方向に空隙部Ｓ１をあけて挿入されるようになっている。よって、検出素子２と絶縁碍子５との組み付け時、または組み付け後に例えば車両の振動等によって検出素子２が移動した場合においても、絶縁碍子５の凹部５ｆの底面５ｇに検出素子２が接触することが無い。また、検出素子２と絶縁碍子５とが組み付けられた状態では、ホルダ８と絶縁碍子５とが軸方向に相互に突き当てられ、ホルダ８の軸方向他方側の端面８ｃと絶縁碍子５の軸方向一方側の端面５ｃとが相互に当接するようになっている。 The detection element 2 is inserted into the center hole 8 a of the holder 8. At this time, the oxygen measuring part 2b of the detection element 2 is exposed on one side of the holder 8 (left side in FIG. 1). On the other hand, the connection end 2a of the detection element 2 is exposed on the other side (right side in FIG. 1) of the holder 8, and the connection end 2a is a gap in the axial direction with respect to the bottom surface 5g of the recess 5f of the insulator 5. The part S1 is opened to be inserted. Therefore, even when the detection element 2 and the insulator 5 are assembled or when the detection element 2 is moved by vibration of the vehicle after the assembly, for example, the detection element 2 is in contact with the bottom surface 5g of the recess 5f of the insulator 5. There is no. In the state where the detection element 2 and the insulator 5 are assembled, the holder 8 and the insulator 5 are abutted against each other in the axial direction, and the end surface 8c on the other side in the axial direction of the holder 8 and the axis of the insulator 5 The end surface 5c on one side in the direction comes into contact with each other.

酸素測定部２ｂは、ホルダ８に溶接（９ｇ）や加締め等で固定された二重管構造に構成された有底円筒状のプロテクタ９で覆われている。 The oxygen measuring unit 2b is covered with a bottomed cylindrical protector 9 configured in a double tube structure fixed to the holder 8 by welding (9g), caulking, or the like.

プロテクタ９は、例えば金属材料、セラミックス材料等によって形成された有底円筒状の内側プロテクタ９ａおよびこの内側プロテクタ９ａが挿入された円筒状の外側プロテクタ９ｂを有している。このプロテクタ９は、ホルダ８の先端側に配置され、その内周側に、ホルダ８から突出する検出素子２の突出端側が挿入されている。 The protector 9 includes a bottomed cylindrical inner protector 9a formed of, for example, a metal material, a ceramic material, and the like, and a cylindrical outer protector 9b into which the inner protector 9a is inserted. The protector 9 is disposed on the tip end side of the holder 8, and the protruding end side of the detection element 2 protruding from the holder 8 is inserted on the inner peripheral side thereof.

外側プロテクタ９ｂの先端側９ｅは、内側プロテクタ９ａに向けて径方向内向きに縮径されており、この縮径部位に、内側プロテクタ９ａの外周側に隙間嵌めで嵌合される円形状の嵌合開口９ｆが設けられている。 The distal end side 9e of the outer protector 9b is radially reduced inward in the radial direction toward the inner protector 9a, and a circular fitting that is fitted to the outer peripheral side of the inner protector 9a with a gap fit at the reduced diameter portion. A joint opening 9f is provided.

このように、内側プロテクタ９ａおよび外側プロテクタ９ｂによって検出素子２の突出端側を覆うことで、酸素測定部２ｂを排気ガス中の異物等から保護することができる。 In this way, by covering the protruding end side of the detection element 2 with the inner protector 9a and the outer protector 9b, the oxygen measuring unit 2b can be protected from foreign matters in the exhaust gas.

このプロテクタ９には、ガス流通用の流通孔９ｃが形成されている。検出ガスはその流通孔９ｃを経由してプロテクタ９内に進入して、酸素測定部２ｂの周囲に到達する。 The protector 9 is formed with a circulation hole 9c for gas circulation. The detection gas enters the protector 9 via the flow hole 9c and reaches the periphery of the oxygen measuring unit 2b.

また、ホルダ８の中心孔８ａの軸方向他端側（図１中右側）には拡径部１０が形成されている。この拡径部１０に設けられた充填材１１によって、検出素子２と中心孔８ａの周面との間の隙間の気密が保持されるようになっている。即ち、充填材１１がシール部として機能している。この充填材１１は、例えばステアタイトまたはタルクと呼ばれるセラミックス材料の粉体である。 Further, a diameter-expanded portion 10 is formed on the other axial end side (right side in FIG. 1) of the center hole 8 a of the holder 8. The filler 11 provided in the enlarged diameter portion 10 maintains the airtightness of the gap between the detection element 2 and the peripheral surface of the center hole 8a. That is, the filler 11 functions as a seal part. The filler 11 is, for example, a ceramic material powder called steatite or talc.

絶縁碍子５の凹部５ｆの底部５ｂには、端子部７の固定部７ｂを挿入する取付穴１２が周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では４箇所）形成されている。このように複数の端子部７を周方向に等分配して配置することで、これら複数の端子部７の間に挟持される検出素子２を凹部５ｆの中心に配置しやすくしている。 A plurality of mounting holes 12 (four in the present embodiment) are formed at equal intervals in the circumferential direction on the bottom 5b of the recess 5f of the insulator 5 in which the fixing portion 7b of the terminal portion 7 is inserted. Thus, by arranging the plurality of terminal portions 7 equally distributed in the circumferential direction, the detection element 2 sandwiched between the plurality of terminal portions 7 can be easily arranged at the center of the recess 5f.

絶縁碍子５の外周は略筒状のケーシング１３で覆われている。このケーシング１３の軸方向一端（図１中左端）側の開口部１３ａは、ホルダ８の外周面に嵌着され、レーザー溶接等で一体に結合されて密閉されている（１３ｄ）。一方、ケーシング１３の他端（図１中右端）側は延長されて複数のリード線４の結合部１４を覆い、その端部はそれらリード線４を加締め部１３ｃによって気密状態で挿通するフッ素ゴム等の耐熱性のシールラバー１５を径方向内向きに縮径させることによって閉塞されている。 The outer periphery of the insulator 5 is covered with a substantially cylindrical casing 13. An opening 13a on one end in the axial direction (left end in FIG. 1) of the casing 13 is fitted to the outer peripheral surface of the holder 8, and is integrally joined and sealed by laser welding or the like (13d). On the other hand, the other end (the right end in FIG. 1) side of the casing 13 is extended to cover the coupling portion 14 of the plurality of lead wires 4, and the end portion is a fluorine through which the lead wires 4 are inserted in an airtight state by the crimping portion 13c. The heat-resistant seal rubber 15 such as rubber is closed by reducing the diameter inward in the radial direction.

なお、絶縁碍子５と接続端部２ａとの間に設けた空間部Ｓは、充填材１１、シールラバー１５およびケーシング１３とホルダ８との嵌着部分１３ｄによってほぼ気密性が保持されるが、リード線４の芯線４ａと被覆材４ｂとの微少な隙間のみを介して外部と連通し、ケーシング１３の内部に酸素濃度検出に用いる基準大気が導入されるようになっている。 The space S provided between the insulator 5 and the connection end 2a is substantially airtight by the filler 11, the seal rubber 15, and the fitting portion 13d between the casing 13 and the holder 8, Reference air used for oxygen concentration detection is introduced into the inside of the casing 13 so as to communicate with the outside through only a minute gap between the core wire 4a of the lead wire 4 and the covering material 4b.

端子部７の一端部７ａは、結合部１４から突出するリード板１４ａにスポット溶接されている。 One end portion 7 a of the terminal portion 7 is spot welded to a lead plate 14 a protruding from the coupling portion 14.

また、端子部７の軸方向他方側（図１中左側）に設けた鉤状のばね部分は、絶縁碍子５の凹部５ｆの内周面５ａと電極部６との間で挟持されて当該電極部６に圧接されており、このとき、端子部７は接触部Ｐ５で電極部６に接触している。 Further, the hook-shaped spring portion provided on the other axial side of the terminal portion 7 (left side in FIG. 1) is sandwiched between the inner peripheral surface 5a of the concave portion 5f of the insulator 5 and the electrode portion 6, and the electrode The terminal portion 7 is in contact with the electrode portion 6 at the contact portion P5.

固定部７ｂは、例えば帯幅方向に拡幅して断面略Ｃ字状に丸めて形成されており、絶縁碍子５の取付穴１２に嵌挿されるようになっている。 The fixing portion 7b is formed, for example, by being widened in the band width direction and rounded into a substantially C-shaped cross section, and is fitted into the mounting hole 12 of the insulator 5.

上記構成の酸素センサ１は、ホルダ８の一端部に形成したねじ部８ｂを排気管１８のねじ穴１８ａに螺入することで取り付けられ、この状態で、プロテクタ９で覆われた酸素測定部２ｂがその排気管１８内に突出する。なお、ホルダ８と排気管１８の外周面との間はガスケット１６によってシールされる。 The oxygen sensor 1 having the above configuration is attached by screwing a screw portion 8b formed at one end of the holder 8 into a screw hole 18a of the exhaust pipe 18, and in this state, the oxygen measuring portion 2b covered with the protector 9 is attached. Protrudes into the exhaust pipe 18. A gap between the holder 8 and the outer peripheral surface of the exhaust pipe 18 is sealed with a gasket 16.

そして、排気管１８内を流通する被測定ガスとしての排気ガスがプロテクタ９の流通孔９ｃから内部に流入すると、そのガス中の酸素濃度が酸素測定部２ｂによって電気信号として検出され、その電気信号の情報が２対のうちの１対の電極部６、端子部７、結合部１４、およびリード線４を介して外部に取り出される。なお、残りの１対の電極部６、端子部７、結合部１４、およびリード線４はヒータコア２ｎの加熱用として用いられる。 When the exhaust gas as the gas to be measured flowing in the exhaust pipe 18 flows into the protector 9 from the flow hole 9c, the oxygen concentration in the gas is detected as an electric signal by the oxygen measuring unit 2b, and the electric signal This information is taken out to the outside through one of the two electrode portions 6, the terminal portion 7, the coupling portion 14, and the lead wire 4. The remaining pair of electrode part 6, terminal part 7, coupling part 14, and lead wire 4 are used for heating the heater core 2n.

また、接続端部２ａと絶縁碍子５とを組み付けるにあたっては、それら接続端部２ａと絶縁碍子５とを検出素子２の軸方向に相互に近接する方向に、絶縁碍子５の端面５ｃがホルダ８の端面８ｃに突き当たる組付位置（図１）まで相対移動させる。このとき接続端部２ａは、凹部５ｆ内に挿入されるとともに、当該凹部５ｆの内周面５ａに沿って配置された複数（本実施形態では検出素子２の周方向に９０°おきに配置された四つ）の端子部７によって挟持されることになる。 Further, when assembling the connection end 2 a and the insulator 5, the end surface 5 c of the insulator 5 is placed in the holder 8 in a direction in which the connection end 2 a and the insulator 5 are close to each other in the axial direction of the detection element 2. The relative movement is made to the assembly position (FIG. 1) that abuts against the end face 8c. At this time, the connection end 2a is inserted into the recess 5f, and a plurality of (in this embodiment, arranged at 90 ° intervals in the circumferential direction of the detection element 2) are arranged along the inner peripheral surface 5a of the recess 5f. The four terminal portions 7 are sandwiched.

なお、本実施形態では、検出素子２の接続端部２ａの先端にはその全周に亘って面取り２ｙが施されている。これにより、接続端部２ａの先端と端子部７との接触角度が浅くなって、当該先端あるいは端子部７の損傷が抑制される。 In the present embodiment, the tip of the connection end 2a of the detection element 2 is chamfered 2y over the entire circumference. Thereby, the contact angle of the front-end | tip of the connection end part 2a and the terminal part 7 becomes shallow, and the damage of the said front-end | tip or the terminal part 7 is suppressed.

また、本実施形態では、図１に示すように、ケーシング１３と絶縁碍子５との間に、弾性部材１７を介在させている。弾性部材１７は、本実施形態では、円環状に形成されたＯリングであり、絶縁碍子５にその外周を取り囲むようにして嵌着される。弾性部材１７の断面形状は、略Ｃ字状となっている。なお、弾性部材１７は、Ｏリングに限ることなく、例えばＣリング等であっても良い。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an elastic member 17 is interposed between the casing 13 and the insulator 5. In this embodiment, the elastic member 17 is an O-ring formed in an annular shape, and is fitted to the insulator 5 so as to surround the outer periphery thereof. The cross-sectional shape of the elastic member 17 is substantially C-shaped. The elastic member 17 is not limited to the O-ring, and may be a C-ring, for example.

この弾性部材１７は、絶縁碍子５とケーシング１３との間に挟持されて弾性的または弾塑性的な反発力を生じさせ、絶縁碍子５をケーシング１３に対してホルダ８側、すなわち軸方向一方側（図１中左側）に押し付ける力を生じさせている。これにより、絶縁碍子５はホルダ８の端面８ｃに強固に固定されている。 The elastic member 17 is sandwiched between the insulator 5 and the casing 13 to generate an elastic or elasto-plastic repulsive force. The insulator 5 is placed on the holder 8 side with respect to the casing 13, that is, on one side in the axial direction. A pressing force is generated on the left side in FIG. Thereby, the insulator 5 is firmly fixed to the end surface 8 c of the holder 8.

また、この弾性部材１７は、絶縁碍子５の外周とケーシング１３の内周との間に挟持されているため、絶縁碍子５の中心軸の直交方向（図１中上下方向）への振動を抑制することができる。排気管１８から伝達される振動のレベルが大きい場合、特に２輪車のような高周波の振動が生じる場合には、絶縁碍子５および端子部７の変位が増大し、端子部７がへたり易くなる虞があるが、本実施形態では、この弾性部材１７によって、絶縁碍子５の振動を抑制するとともに端子部７による絶縁碍子５の振動抑制効果と協働して、より端子部７のへたりを抑制することができる。 Further, since the elastic member 17 is sandwiched between the outer periphery of the insulator 5 and the inner periphery of the casing 13, vibration in the direction perpendicular to the central axis of the insulator 5 (vertical direction in FIG. 1) is suppressed. can do. When the level of vibration transmitted from the exhaust pipe 18 is large, especially when high-frequency vibration occurs, such as in a two-wheeled vehicle, the displacement of the insulator 5 and the terminal portion 7 increases, and the terminal portion 7 tends to sag. In this embodiment, the elastic member 17 suppresses the vibration of the insulator 5 and cooperates with the effect of suppressing the vibration of the insulator 5 by the terminal portion 7, so that the terminal portion 7 is further sag. Can be suppressed.

また、本実施形態では、絶縁碍子５の外周の、軸方向一方側の端面５ｃと他方側の端面５ｄの間となる位置に、ホルダ８側とは反対側（軸方向他方側、図１中右側）に向けて小径となる段差部５ｅを設けてある。そして、ケーシング１３にも、ホルダ８とは反対側に向けて小径となる段差部１３ｂを設け、段差部５ｅに弾性部材１７を装着して、当該段差部５ｅと段差部１３ｂとによって弾性部材１７を挟持するようにしてある。 Further, in the present embodiment, the outer periphery of the insulator 5 is positioned between the end surface 5c on the one side in the axial direction and the end surface 5d on the other side, on the opposite side to the holder 8 side (the other side in the axial direction, in FIG. 1). A step portion 5e having a small diameter is provided toward the right side. The casing 13 is also provided with a step portion 13b having a small diameter toward the opposite side of the holder 8, and an elastic member 17 is attached to the step portion 5e. The elastic member 17 is formed by the step portion 5e and the step portion 13b. Is to be sandwiched.

酸素センサ１は、ホルダ８の一端部に形成したねじ部８ｂを排気管１８のねじ穴１８ａに螺入することで取り付けられる。酸素センサ１が車両の排気管１８に搭載された場合、排気管１８から伝達される振動の振幅は排気管１８から離間するほど（すなわちリード線４側ほど）大きくなって、排気管１８に近付くほど（固定端ほど）小さくなる。本実施形態では、段差部５ｅを設けて弾性部材１７を排気管１８側により近付けて配置することができる分、振幅がより小さい位置で振動の抑制を図ることができるため、振動抑制効果をより増大させることができ、弾性部材１７もより小型化したものを使用することができる。 The oxygen sensor 1 is attached by screwing a screw portion 8 b formed at one end of the holder 8 into a screw hole 18 a of the exhaust pipe 18. When the oxygen sensor 1 is mounted on the exhaust pipe 18 of the vehicle, the amplitude of vibration transmitted from the exhaust pipe 18 increases as the distance from the exhaust pipe 18 (that is, the lead wire 4 side) increases and approaches the exhaust pipe 18. The smaller (the fixed end). In the present embodiment, since the step portion 5e can be provided and the elastic member 17 can be disposed closer to the exhaust pipe 18, the vibration can be suppressed at a position where the amplitude is smaller. The elastic member 17 can be increased in size and can be used.

さらに、本実施形態では、弾性部材１７を、複数の端子部７を取り囲むように、これら端子部７に対して検出素子２の中心軸の径方向外側に配置している。 Further, in the present embodiment, the elastic member 17 is disposed on the radially outer side of the central axis of the detection element 2 with respect to the terminal portions 7 so as to surround the plurality of terminal portions 7.

また、本実施形態では、段差部５ｅに、軸方向に対して傾斜する傾斜面（軸方向一方側へ向かうほど拡径されるテーパ面）を設け、この傾斜面に弾性部材１７を装着してある。このため、弾性部材１７によって、絶縁碍子５に軸方向ならびに径方向の双方に弾性力を作用させることができ、比較的簡素な構成によって絶縁碍子５のホルダ８への押し付けと振動抑制との双方の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the stepped portion 5e is provided with an inclined surface that is inclined with respect to the axial direction (a tapered surface that is enlarged in diameter toward one side in the axial direction), and the elastic member 17 is attached to the inclined surface. is there. For this reason, the elastic member 17 can apply an elastic force to the insulator 5 in both the axial direction and the radial direction, and both the pressing of the insulator 5 to the holder 8 and the vibration suppression can be achieved with a relatively simple configuration. The effect of can be obtained.

次に検出素子２に係る構成について説明する。 Next, a configuration related to the detection element 2 will be described.

検出素子２は、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細長い円柱ロッド状の基体部２ｃ（図３参照）を有し、その軸方向他方側に電極部６が、その軸方向一方側に酸素測定部２ｂがそれぞれ形成されており、検出素子２は、このようにロッド状に形成することにより、酸素センサ１をよりコンパクトな構成とすることができるとともに、取り付け時の方向やガスの流れ方向等による影響を受けなくすることができる。 The detection element 2 has an elongated cylindrical rod-shaped base portion 2c (see FIG. 3) formed of a ceramic material such as alumina which is an insulating material, and an electrode portion 6 is provided on the other side in the axial direction. The oxygen measuring part 2b is formed on the side, and the detection element 2 is formed in a rod shape in this way, so that the oxygen sensor 1 can be made more compact, and the direction and gas at the time of attachment can be reduced. It is possible to eliminate the influence of the flow direction of

基体部２ｃは、心棒部となるヒータ部として構成されている。ヒータ部としての基体部２ｃは、図３または図４に示す如く、例えばアルミナ等のセラミックス材料により小径の中実ロッド状に形成されたヒータコア２ｎと、ヒータパターン２ｐおよび絶縁性のヒータ被覆層２ｒとから構成されている。 The base portion 2c is configured as a heater portion serving as a mandrel portion. As shown in FIG. 3 or FIG. 4, the base portion 2c as a heater portion includes a heater core 2n formed into a small rod shape with a ceramic material such as alumina, a heater pattern 2p, and an insulating heater coating layer 2r. It is composed of.

ここで、ヒータパターン２ｐは、例えばアルミナを混合した白金等の発熱性導体材料からなり、ヒータコア２ｎの外周面に曲面印刷等の手段を用いて形成されている。また、ヒータパターン２ｐは、ヒータコア２ｎの先端側から基端側に向けて延びる一対のリード部２ｓを有し、これらのリード部２ｓにおけるヒータコア２ｎの基端側は電極部６となっており、これらのリード部２ｓでは、その電極部６が図１に示すように各端子部７に接続される。 Here, the heater pattern 2p is made of a heat-generating conductive material such as platinum mixed with alumina, for example, and is formed on the outer peripheral surface of the heater core 2n using means such as curved surface printing. The heater pattern 2p has a pair of lead portions 2s extending from the distal end side to the proximal end side of the heater core 2n, and the proximal end side of the heater core 2n in these lead portions 2s is an electrode portion 6. In these lead portions 2s, the electrode portions 6 are connected to the respective terminal portions 7 as shown in FIG.

そして、ヒータパターン２ｐは、外部のヒータ電源（図示せず）から各リード部２ｓを介して給電されることにより、例えば約７２０〜８００℃程度の温度にヒータコア２ｎを発熱させるものである。 The heater pattern 2p heats the heater core 2n to a temperature of about 720 to 800 ° C., for example, by being supplied with power from an external heater power source (not shown) via the lead portions 2s.

また、ヒータ被覆層２ｒは、ヒータパターン２ｐをリード部２ｓと一緒に径方向外側から保護するために、例えばアルミナ等のセラミックス材料を曲面印刷等の手段でヒータコア２ｎの外周側に厚膜印刷することにより形成されている。 Further, the heater coating layer 2r prints a thick film on the outer peripheral side of the heater core 2n by means of curved surface printing or the like in order to protect the heater pattern 2p together with the lead portion 2s from the outside in the radial direction. It is formed by.

また、図３、図４に示すように基体部２ｃの表面２ｄ上には前述のヒータパターン２ｐとは別の位置に形成された後述の空気通過層２ｅを含んで順次積層された機能層２ｆおよび当該機能層２ｆの外面を全体的に覆う保護層２ｇ等が曲面印刷等の手段を用いて積層化するように形成されている。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a functional layer 2f is sequentially laminated on the surface 2d of the base portion 2c so as to include an air passage layer 2e described later formed at a position different from the heater pattern 2p described above. The protective layer 2g and the like that entirely cover the outer surface of the functional layer 2f are formed so as to be laminated using means such as curved surface printing.

機能層２ｆは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層２ｈと、この固体電解質層２ｈの基体部２ｃ側に位置する参照電極層２ｉと、この参照電極層２ｉに対して固体電解質層２ｈの反対側に位置する検出電極層２ｊと、固体電解質層２ｈの基体部２ｃ側に位置し、固体電解質層２ｈに向けて基準ガスである外気（大気）を導く空気通過層２ｅを含んでいる。 The functional layer 2f includes a solid electrolyte layer 2h having oxygen ion conductivity, a reference electrode layer 2i positioned on the base portion 2c side of the solid electrolyte layer 2h, and the opposite of the solid electrolyte layer 2h to the reference electrode layer 2i. It includes a detection electrode layer 2j positioned on the side and an air passage layer 2e positioned on the base portion 2c side of the solid electrolyte layer 2h and guiding outside air (atmosphere) as a reference gas toward the solid electrolyte layer 2h.

固体電解質層２ｈは、例えばジルコニアの粉体中に所定重量％のイットリアの粉体を混合させてペースト状物により形成される。そして、固体電解質層２ｈは、参照電極層２ｉと検出電極層２ｊとの間で、周囲の酸素濃度差に応じた起電力を発生させ、その厚さ方向に酸素イオンを輸送する。 The solid electrolyte layer 2h is formed, for example, by mixing a predetermined weight% of yttria powder in zirconia powder and then forming a paste. The solid electrolyte layer 2h generates an electromotive force according to a difference in the surrounding oxygen concentration between the reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j, and transports oxygen ions in the thickness direction.

これにより、固体電解質層２ｈと一対の電極である参照電極層２ｉおよび検出電極層２ｊとによって、酸素濃度を電気信号として取り出す酸素測定部２ｂを形成する。 Thus, the oxygen measuring unit 2b that extracts the oxygen concentration as an electric signal is formed by the solid electrolyte layer 2h, the reference electrode layer 2i that is a pair of electrodes, and the detection electrode layer 2j.

また、固体電解質層２ｈの一部が空気通過層２ｅに接しており、すなわち、空気通過層２ｅは、少なくとも基体部２ｃと固体電解質層２ｈとの界面に形成されている。 Part of the solid electrolyte layer 2h is in contact with the air passage layer 2e, that is, the air passage layer 2e is formed at least at the interface between the base portion 2c and the solid electrolyte layer 2h.

参照電極層２ｉおよび検出電極層２ｊは、それぞれ白金等からなる導電性で、かつ酸素が通過できる材料により形成されている。そして、参照電極層２ｉおよび検出電極層２ｊにはそれぞれリード部２ｋ、２ｍが一体的に延設されており、これらのリード部２ｋ、２ｍによって参照電極層２ｉと検出電極層２ｊとの間に現れた出力電圧を検出できるようになっている。詳しくは、これらリード部２ｋ、２ｍにおける参照電極層２ｉおよび検出電極層２ｊ側とは反対側の端部が、電極部６となっている。 The reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j are each made of a conductive material made of platinum or the like and capable of passing oxygen. The lead portions 2k and 2m are integrally extended to the reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j, respectively. The lead portions 2k and 2m provide a space between the reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j. The output voltage that appears can be detected. Specifically, the end of the lead portions 2k and 2m opposite to the reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j side is an electrode portion 6.

また、機能層２ｆとヒータパターン２ｐとは基体部２ｃの表面２ｄ上の径方向の対向位置に設けられている。 Further, the functional layer 2f and the heater pattern 2p are provided at opposing positions in the radial direction on the surface 2d of the base portion 2c.

空気通過層２ｅは、例えばアルミナの粉体（所定重量％のジルコニアの粉体を混合してもよい）からなるペースト状物を曲面印刷等の手段を用いて図３ないし図４に示すように基体部２ｃの表面２ｄの外周側に厚膜印刷することにより環状に形成されている。 As shown in FIGS. 3 to 4, the air passage layer 2e is formed by using a paste-like material made of alumina powder (which may be mixed with a predetermined weight percent of zirconia powder) using means such as curved surface printing. It is formed in an annular shape by printing a thick film on the outer peripheral side of the surface 2d of the base 2c.

そして、空気通過層２ｅは連続気泡からなる空孔を有して多孔質構造に形成され、検出素子２の周囲を流れる被測定ガスの一部を、図３に示す後端側の端面から矢示Ｂ方向（軸方向）へと空気通過層２ｅの内部に拡散させつつ、この被測定ガスを参照電極層２ｉに向けて透過させる機能を有している。 The air passage layer 2e is formed in a porous structure having pores made of open cells, and a part of the gas to be measured flowing around the detection element 2 is moved from the end face on the rear end side shown in FIG. It has a function of allowing the gas to be measured to permeate the reference electrode layer 2i while diffusing inside the air passage layer 2e in the direction B (axial direction).

また、保護層２ｇは被測定ガス中の酸素が内面側に透過できない材料、例えば、アルミナ等のセラミック材料より形成され、機能層２ｆの全領域を覆うように形成されている。 The protective layer 2g is formed of a material that cannot transmit oxygen in the gas to be measured to the inner surface side, for example, a ceramic material such as alumina, and is formed so as to cover the entire region of the functional layer 2f.

また、本実施形態では、空気通過層２ｅは固体電解質層２ｈの面積よりも小さく絶縁性材料（例えばアルミナ）と固体電解質（例えばジルコニア）とのセラミック混合体により形成されることで、固体電解質層２ｈの焼結時において固体電解質層２ｈとヒータコア２ｎとの間の応力差を緩和する機能も備えている。 In the present embodiment, the air passage layer 2e is smaller than the area of the solid electrolyte layer 2h and is formed of a ceramic mixture of an insulating material (for example, alumina) and a solid electrolyte (for example, zirconia), so that the solid electrolyte layer It also has a function of reducing the stress difference between the solid electrolyte layer 2h and the heater core 2n during the 2h sintering.

ここで、他の構成の検出素子２Ａについて図４を参照して説明する。なお、この他の検出素子２Ａは、検出素子２と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。他の検出素子２Ａは、図４に示すとおり、固体電解質層２ｈの外面を除いて両電極層２ｉ、２ｊのリード部２ｋ、２ｍおよび空気通過層２ｅ一部外面に形成された保護層２ｇと、この保護層２ｇや固体電解質層２ｈの外面を覆う拡散層２ｔと、この拡散層２ｔの外面を含めた全領域を被うスピネル保護層２ｕとを有する構成が、検出素子２に対して異なる。 Here, a detection element 2A having another configuration will be described with reference to FIG. The other detection element 2 </ b> A includes the same components as the detection element 2. Therefore, the same components are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted. As shown in FIG. 4, the other detection element 2A includes a protective layer 2g formed on the outer surfaces of the lead portions 2k and 2m of both electrode layers 2i and 2j and a part of the air passage layer 2e except for the outer surface of the solid electrolyte layer 2h. The structure having the diffusion layer 2t covering the outer surface of the protective layer 2g and the solid electrolyte layer 2h and the spinel protective layer 2u covering the entire region including the outer surface of the diffusion layer 2t is different from the detection element 2. .

この他の検出素子２Ａの保護層２ｇは、被測定ガス中の酸素が内面側に透過できない材料、例えば、アルミナ等のセラミック材料より形成されている。この保護層２ｇは、固体電解質層２ｈの外面および両電極層２ｉ、２ｊの領域を除いて、例えば検出電極層２ｊが露出するように形成されている。 The protective layer 2g of the other detection element 2A is formed of a material that does not allow oxygen in the gas to be measured to permeate the inner surface, for example, a ceramic material such as alumina. The protective layer 2g is formed so that, for example, the detection electrode layer 2j is exposed except for the outer surface of the solid electrolyte layer 2h and the regions of the two electrode layers 2i and 2j.

他の検出素子２Ａの拡散層２ｔは、外部に露出される検出電極層２ｊを外側から覆い、被測定ガス中の有害ガス、ダスト等は内面側に通過できないが、被測定ガス中の酸素は通過できる材質、例えば、アルミナと酸化マグネシウムの混合物の多孔質構造体にて形成されている。 The diffusion layer 2t of the other detection element 2A covers the detection electrode layer 2j exposed to the outside from the outside, and harmful gas, dust, etc. in the measurement gas cannot pass to the inner surface side, but oxygen in the measurement gas is It is made of a material that can pass through, for example, a porous structure of a mixture of alumina and magnesium oxide.

他の検出素子２Ａのスピネル保護層２ｕは、被測定ガス中の酸素を通過でき、保護層２ｇより粗い多孔質体にて形成されている。他の検出素子２Ａにおける他の部分は、検出素子２と同様である。 The spinel protective layer 2u of the other detection element 2A can pass oxygen in the gas to be measured and is formed of a porous body coarser than the protective layer 2g. Other portions of the other detection elements 2A are the same as those of the detection element 2.

検出素子２の説明に戻る。空気通過層２ｅは、充填材１１によって圧縮される。詳しくは、拡径部１０は、ホルダ８の中心孔８ａの全外周に配置され、押圧部材１９を加締め部８ｄによって検出素子２の径方向内側へ向けて全周加締め等の手段を用いて曲げ加工することで、充填材１１が加圧状態で充填され、検出素子２をホルダ８に位置決めことができ、充填材１１は、ホルダ８と検出素子２との間の隙間等を塞ぎ、ホルダ８内に外部の水分等が浸入するのを遮断するとともに、排気管内の排気ガス等がケーシング１３側に侵入するのを遮断する機能を有しており、そして、該構造によって、充填材１１が充填される部分に対応する前述した空気通過層２ｅの受圧部分Ａが圧縮される。 Returning to the description of the detection element 2. The air passage layer 2 e is compressed by the filler 11. Specifically, the diameter-enlarged portion 10 is disposed on the entire outer periphery of the center hole 8a of the holder 8, and the pressing member 19 is moved toward the inside in the radial direction of the detection element 2 by the crimping portion 8d. By bending the filler 11, the filler 11 is filled in a pressurized state, and the detection element 2 can be positioned on the holder 8. The filler 11 closes the gap between the holder 8 and the detection element 2, The holder 8 has a function of blocking the entry of external moisture or the like into the holder 8 and blocking the intrusion of exhaust gas or the like in the exhaust pipe into the casing 13 side. The pressure receiving portion A of the air passage layer 2e described above corresponding to the portion filled with is compressed.

このような検出素子２は、一連の印刷工程で形成される。以下に検出素子２の製造方法を説明する。なお、検出素子２Ａの製造方法についても、検出素子２と異なる部分を適宜説明する。 Such a detection element 2 is formed by a series of printing processes. Below, the manufacturing method of the detection element 2 is demonstrated. In addition, also about the manufacturing method of 2 A of detection elements, a different part from the detection element 2 is demonstrated suitably.

まず、アルミナ等のセラミック材料を射出成形してヒータコア２ｎを製造した後、このヒータコア２ｎを回転させつつ、ヒータコア２ｎの表面２ｄの略半分領域に、曲面スクリーン印刷してヒータパターン２ｐ、ヒータ被覆層２ｒを形成する。 First, after a heater core 2n is manufactured by injection molding a ceramic material such as alumina, the heater core 2n is rotated and curved screen printing is performed on a substantially half region of the surface 2d of the heater core 2n to form a heater pattern 2p and a heater coating layer. 2r is formed.

次に、ヒータコア２ｎの表面２ｄで、且つ、ヒータパターン２ｐの領域とは逆の半分領域に、曲面スクリーン印刷によって空気通過層２ｅを形成する。 Next, the air passage layer 2e is formed by curved screen printing on the surface 2d of the heater core 2n and in a half region opposite to the region of the heater pattern 2p.

次に、ヒータコア２ｎの表面２ｄに空気通過層２ｅの上から白金等からなる導電性ペーストを曲面スクリーン印刷して参照電極層２ｉ及びそのリード部２ｋを一体に形成する。 Next, a conductive paste made of platinum or the like is printed on the surface 2d of the heater core 2n by curved screen printing from above the air passage layer 2e to integrally form the reference electrode layer 2i and its lead portion 2k.

次に、参照電極層２ｉ及び空気通過層２ｅの上面に例えば、ジルコニアとイットリアからなるペースト状物を曲面スクリーン印刷して空気通過層２ｅの面積よりも大きく酸素イオン伝導性の固体電解質層２ｈを形成する。 Next, on the upper surfaces of the reference electrode layer 2i and the air passage layer 2e, for example, a paste-like material made of zirconia and yttria is curved-screen printed to form an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 2h larger than the area of the air passage layer 2e. Form.

次に、固体電解質層２ｈの上面に白金等からなる導電性ペーストを曲面スクリーン印刷して検出電極層２ｊ及びそのリード部２ｍを一体に形成する。 Next, a conductive paste made of platinum or the like is curved-screen printed on the upper surface of the solid electrolyte layer 2h to integrally form the detection electrode layer 2j and its lead portion 2m.

これらによって機能層２ｆを形成するとともに、検出電極層２ｊ及び固体電解質層２ｈの上面に、例えばアルミナと酸化マグネシウムからなるペースト状物を曲面スクリーン印刷して保護層２ｇを形成して曲面スクリーン印刷工程を終了する。 The functional layer 2f is thereby formed, and the protective layer 2g is formed on the upper surfaces of the detection electrode layer 2j and the solid electrolyte layer 2h by subjecting the paste-like material made of alumina and magnesium oxide to the curved screen printing to form the curved screen printing step. Exit.

ここで、他の検出素子２Ａの曲面スクリーン印刷工程を説明する。他の検出素子２Ａの曲面スクリーン印刷工程においては、検出電極層２ｊ及び固体電解質層２ｈを除いた領域に、例えばアルミナ等のセラミック材料を曲面スクリーン印刷して保護層２ｇを形成する。ここで保護層２ｇは、両電極層２ｉ、２ｊのリード部２ｋ、２ｍおよび空気通過層２ｅの一部を覆うように形成されることで、リード部２ｋ、２ｍを保護するとともに、空気通過層２ｅをシールする機能を有する。そうすることで、空気通過層２ｅに導入される空気の漏れを確実に防止することができる。次いで、固体電解質層２ｈの全領域、および保護層２ｇの一部を覆うように拡散層２ｔが形成される。拡散層２ｔは、固体電解質層２ｈを保護するとともに焼成後に多孔質となり、被測ガスを検出電極層２ｊに拡散するように形成される。そして、検出電極層２ｊ及び固体電解質層２ｈの外面のみならずヒータ被覆層２ｒの外面、つまり、ヒータコア２ｎの表面２ｄの円周方向の全領域に亘って、例えば、アルミナと酸化マグネシウムからなるペースト状物を曲面スクリーン印刷してスピネル保護層２ｕを形成する。また、拡散層２ｔは多孔質構造となることで前述した保護層２ｇとスピネル保護層２ｕとの間での両者の接続補助を行う機能も有する。 Here, the curved screen printing process of the other detection element 2A will be described. In the curved screen printing process of the other detection element 2A, a protective layer 2g is formed by curved screen printing of a ceramic material such as alumina in a region excluding the detection electrode layer 2j and the solid electrolyte layer 2h. Here, the protective layer 2g is formed so as to cover the lead portions 2k, 2m of both electrode layers 2i, 2j and a part of the air passage layer 2e, thereby protecting the lead portions 2k, 2m and the air passage layer. 2e is sealed. By doing so, the leakage of the air introduced into the air passage layer 2e can be reliably prevented. Next, the diffusion layer 2t is formed so as to cover the entire region of the solid electrolyte layer 2h and a part of the protective layer 2g. The diffusion layer 2t protects the solid electrolyte layer 2h, becomes porous after firing, and is formed so as to diffuse the gas to be measured into the detection electrode layer 2j. Then, not only the outer surfaces of the detection electrode layer 2j and the solid electrolyte layer 2h but also the outer surface of the heater coating layer 2r, that is, the entire region in the circumferential direction of the surface 2d of the heater core 2n, for example, a paste made of alumina and magnesium oxide The spinel protective layer 2u is formed by curved screen printing of the object. Further, the diffusion layer 2t has a porous structure, and thus has a function of assisting the connection between the protective layer 2g and the spinel protective layer 2u.

そして、検出素子２（検出素子２Ａ）の製造方法では、上記のような一連の印刷工程を終えた円柱状作成物を高熱（たとえば１４００〜１５００℃）で焼成することにより一体的に焼結された検出素子２（検出素子２Ａ）を得ることができる。このとき、空気通過層２ｅにはジルコニアとアルミニウムの混合材料に、さらに例えばカーボン等の空孔形成剤（消失剤）を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成し、多孔質構造とする。 And in the manufacturing method of the detection element 2 (detection element 2A), it is sintered integrally by baking the cylindrical preparation which finished the above series of printing processes by high heat (for example, 1400-1500 degreeC). Detection element 2 (detection element 2A) can be obtained. At this time, the air passage layer 2e is formed by patterning a mixture of zirconia and aluminum mixed with a pore forming agent (disappearing agent) such as carbon, and firing the resulting mixture. A quality structure.

また、参照電極層２ｉは、貴金属材料（例えば白金等）に例えばテオブロミン等の空孔形成剤を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成することで、焼成時に空孔形成剤（消失剤）が焼き飛ばされて電極内に空孔ができ、電極を多孔質構造とすることができる。 Further, the reference electrode layer 2i is formed by patterning a mixture of a noble metal material (for example, platinum, etc.) and adding a pore forming agent such as theobromine, and firing the resultant to form pores during firing. The agent (disappearing agent) is burned off to form pores in the electrode, and the electrode can have a porous structure.

さらに、空気通過層２ｅは、固体電解質層２ｈを通じて参照電極層２ｉへ輸送されてくる酸素を図示しない経路によって逃散させるガス逃散路としての機能もある。とくに、本実施形態の空気通過層２ｅはセラミック混合体に空孔形成剤を混合して形成される。このように空孔形成剤を混合して形成することにより、焼成時に空孔形成剤が焼き飛ばされて層内に空孔ができ、空気通過層２ｅを多孔質構造にすることができることから、参照電極層２ｉから供給された余剰酸素を検出素子端部へ排出することができるので、酸素の圧力の上昇による素子割れを防止することが可能になる。 Further, the air passage layer 2e also has a function as a gas escape path for escaping oxygen transported to the reference electrode layer 2i through the solid electrolyte layer 2h through a path (not shown). In particular, the air passage layer 2e of the present embodiment is formed by mixing a pore forming agent with a ceramic mixture. By mixing and forming the pore-forming agent in this way, the pore-forming agent is burned off at the time of firing to form pores in the layer, and the air passage layer 2e can have a porous structure. Since surplus oxygen supplied from the reference electrode layer 2i can be discharged to the end of the detection element, it is possible to prevent element cracking due to an increase in oxygen pressure.

次に、空気通過層２ｅを詳細に説明する。空気通過層２ｅは、参照電極層２ｉと検出電極層２ｊとの間に電圧を増加させつつ印加し、両電極層２ｉ、２ｊ間を流れる電流が一定となったときに得られる限界電流値が６０〜１００μＡとなるような所定の気孔率をもって形成される。この気孔率は、少なくとも充填材１１により押圧される受圧部分Ａの領域に設定されており、好ましくは受圧部分Ａを含む空気通過層２ｅの全範囲にて設定されているのが良い。ここで、空気通過層２ｅの気孔率とは、空気通過層２ｅの所定の単位体積あたりの気孔（空隙）の体積の割合である。 Next, the air passage layer 2e will be described in detail. The air passage layer 2e is applied while increasing the voltage between the reference electrode layer 2i and the detection electrode layer 2j, and the limit current value obtained when the current flowing between the electrode layers 2i and 2j becomes constant is obtained. It is formed with a predetermined porosity so as to be 60 to 100 μA. This porosity is set at least in the region of the pressure receiving portion A pressed by the filler 11 and preferably set in the entire range of the air passage layer 2e including the pressure receiving portion A. Here, the porosity of the air passage layer 2e is the ratio of the volume of pores (voids) per predetermined unit volume of the air passage layer 2e.

このときの空気通過層２ｅの具体的な気孔率は、空気通過層２ｅにおける基準ガスの導き方向ａと直交する断面（以後、直交断面ともいう）の面積が０．０５〜０．１０ｍｍ^２の場合には、空気通過層２ｅの気孔率は、５０％〜７５％である。また、空気通過層２ｅにおける基準ガスの導き方向ａと直交する断面の面積が０．１０〜０．１５ｍｍ^２である場合には、空気通過層２ｅの気孔率の下限値が５０％であり、空気通過層２ｅの気孔率の上限値が｛７５−（空気通過層２ｅの直交断面の面積（ｍｍ^２）−０．１ｍｍ^２）×２００｝％である。ここで、本実施形態では、上記直交断面としては、空気通過層２ｅの受圧部分Ａの断面が適用されている。 The specific porosity of the air passage layer 2e at this time is such that the area of a cross section (hereinafter also referred to as an orthogonal cross section) perpendicular to the reference gas guiding direction a in the air passage layer 2e is 0.05 to 0.10 mm ² . In this case, the porosity of the air passage layer 2e is 50% to 75%. Further, when the area of the cross section perpendicular to the guidance direction a of the reference gas in the air passage layer 2e is 0.10～0.15Mm ^2, the lower limit value of the porosity of the air passage layer 2e is 50% The upper limit value of the porosity of the air passage layer 2e is {75- (area of the orthogonal cross section of the air passage layer 2e (mm ² ) −0.1 mm ² ) × 200}%. Here, in this embodiment, the cross section of the pressure receiving portion A of the air passage layer 2e is applied as the orthogonal cross section.

また、空気通過層２ｅの膜厚が３０〜５０μｍである場合には、空気通過層２ｅの気孔率は、５０〜７５％である。空気通過層２ｅの気孔率は、より好適には、６０〜７０％である。 Moreover, when the film thickness of the air passage layer 2e is 30-50 micrometers, the porosity of the air passage layer 2e is 50-75%. The porosity of the air passage layer 2e is more preferably 60 to 70%.

ここで、気孔率、膜厚の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって試料の断面画像を取り込んで画像解析を行い、気孔の占有面積を算出するという測定方法によって行われる。 Here, the measurement of the porosity and the film thickness is performed by a measurement method in which a cross-sectional image of a sample is taken with a scanning electron microscope (SEM), image analysis is performed, and the occupied area of the pores is calculated.

そして、前記空気通過層２ｅの気孔率が５０％未満である場合には、空気通過層２ｅを通過する外気の拡散速度が低下し、参照電極層２ｉに対して充分な外気の導入が困難となる。一方、７５％を超えた場合には、空気通過層２ｅの強度が低下してしまう虞がある。 When the porosity of the air passage layer 2e is less than 50%, the diffusion rate of the outside air passing through the air passage layer 2e is reduced, and it is difficult to introduce sufficient outside air to the reference electrode layer 2i. Become. On the other hand, when it exceeds 75%, the strength of the air passage layer 2e may be reduced.

以上の気孔率は、空気通過層２ｅを形成するセラミックス材料に、平均粒径が１〜２０μｍである空孔形成剤を重量比率で１０〜５０ｗｔ％含有させることで、好適に実現することができる。さらには、セラミックス材料に、その空孔形成剤を３０〜５０ｗｔ％含むことが好適である。 The above porosity can be suitably realized by adding 10 to 50 wt% of the pore forming agent having an average particle diameter of 1 to 20 μm in the ceramic material forming the air passage layer 2 e. . Furthermore, the ceramic material preferably contains 30 to 50 wt% of the pore forming agent.

ここで、空孔形成剤の粒径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって試料の断面画像を取り込んで画像解析を行い、所定単位面積に含まれる全粒子より算出される粒径の平均値を算出するという測定方法によって行われる。また、空孔形成剤の含有量の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって試料の断面画像を取り込んで画像解析によって特定の組成の粒子間の面積率として算出し、この面積率から算出した理論体積率を含有量とする測定方法によって行われる。 Here, the particle size of the pore forming agent is measured by taking a cross-sectional image of the sample with a scanning electron microscope (SEM) and performing image analysis, and calculating the average particle size calculated from all particles included in a predetermined unit area. This is performed by a measurement method of calculating a value. In addition, the content of the pore forming agent was calculated from the area ratio by taking a cross-sectional image of the sample with a scanning electron microscope (SEM) and calculating the area ratio between particles having a specific composition by image analysis. It is carried out by a measuring method using the theoretical volume ratio as the content.

そして、空孔形成剤の平均粒径が１μｍより小さい場合には、空気通過層２ｅ内に外気を拡散させる空孔を形成することができない。または、気孔径が小さくなり外気の拡散が不十分となりセンサの応答性が低下してしまう。一方、粒径が２０μｍを超える場合には、粒子同士の接触面積が小さくなり、強度が低下してしまう。 And when the average particle diameter of a hole formation agent is smaller than 1 micrometer, the hole which diffuses external air in the air passage layer 2e cannot be formed. Or, the pore diameter becomes small, the diffusion of the outside air becomes insufficient, and the responsiveness of the sensor is lowered. On the other hand, when the particle diameter exceeds 20 μm, the contact area between the particles becomes small, and the strength decreases.

ここで、空気通過層２ｅの上記気孔率の意義を説明する。図５および図６に示すように、限界電流値が１００μＡ以下では、空気通過層２ｅにクラックは発生せず、限界電流値が１００μＡを越えると空気通過層２ｅにクラックが発生し始める。一方、図７に示すように、限界電流値が６０μＡ以上であると酸素センサ１の適正な出力（Ｒｉｃｈ出力）を長時間にわたって維持することができる。ここで、酸素センサ１の適正な出力は、実用上例えば８００時間以上維持することが求められる。上記の限界電流値が６０μＡ未満である場合、酸素測定部２ｂからの適正な出力を８００時間維持することが難しく、４０μＡ以下では、酸素測定部２ｂからの適正な出力が８００時間に満たない。ここで、図８に限界電流値８０μＡの場合、図９に限界電流値１４μＡの実験結果を示す。 Here, the significance of the porosity of the air passage layer 2e will be described. As shown in FIGS. 5 and 6, when the limit current value is 100 μA or less, no cracks occur in the air passage layer 2e, and when the limit current value exceeds 100 μA, cracks start to occur in the air passage layer 2e. On the other hand, as shown in FIG. 7, when the limit current value is 60 μA or more, an appropriate output (Rich output) of the oxygen sensor 1 can be maintained for a long time. Here, the appropriate output of the oxygen sensor 1 is required to be maintained for practical use, for example, 800 hours or more. When the above limit current value is less than 60 μA, it is difficult to maintain an appropriate output from the oxygen measuring unit 2b for 800 hours, and when it is 40 μA or less, an appropriate output from the oxygen measuring unit 2b is less than 800 hours. Here, FIG. 8 shows the experimental results when the limiting current value is 80 μA, and FIG. 9 shows the limiting current value of 14 μA.

また、空気通過層２ｅの強度剛性に関する値として、組み立て前後での酸素センサ１における空気通過層２ｅの変位量を０．３μｍ以下にすることが好適である。本発明者によるシミュレーション結果によれば、図１０に示すように、空気通過層２ｅの直交断面が０．１２ｍｍ^２の場合、空気通過層２ｅの膜厚を上限５０μｍとすると、空気通過層２ｅの変位量を０．３μｍ以下にするには空気通過層２ｅの気孔率を７５％以下とすれば良い。また、より安全性を考慮し空気通過層２ｅの変位量を０．２５μｍ以下とするには、空気通過層２ｅの気孔率を６５％以下にすればよい。 Further, as a value related to the strength rigidity of the air passage layer 2e, it is preferable that the displacement amount of the air passage layer 2e in the oxygen sensor 1 before and after assembly is 0.3 μm or less. According to the simulation result by the present inventor, as shown in FIG. 10, when the cross section of the air passage layer 2e is 0.12 mm ² , the upper limit of the air passage layer 2e is 50 μm. In order to set the displacement amount to 0.3 μm or less, the porosity of the air passage layer 2e may be set to 75% or less. In order to make the displacement of the air passage layer 2e less than 0.25 μm in consideration of safety, the porosity of the air passage layer 2e may be made 65% or less.

以上説明したように、本実施形態の酸素センサ１では、空気通過層２ｅが、限界電流値が６０μＡ以上となるような気孔率をもって形成されているので、空気通過層２ｅによって固体電解質層２ｈへ十分な基準ガスを供給でき、基準ガスを固体電解質層２ｈへ強制的に供給するための新たな機構を要せずに、酸素濃度を検出することができる。また、空気通過層２ｅが、限界電流値が１００μＡ以下となるような気孔率をもって形成されているので、空気通過層２ｅにおいて高い強度を得ることができ、空気通過層２ｅの座屈（損傷）を抑制することができる。 As described above, in the oxygen sensor 1 of the present embodiment, since the air passage layer 2e is formed with a porosity such that the limit current value is 60 μA or more, the air passage layer 2e leads to the solid electrolyte layer 2h. Sufficient reference gas can be supplied, and the oxygen concentration can be detected without requiring a new mechanism for forcibly supplying the reference gas to the solid electrolyte layer 2h. Further, since the air passage layer 2e is formed with a porosity such that the limit current value is 100 μA or less, high strength can be obtained in the air passage layer 2e, and the air passage layer 2e is buckled (damaged). Can be suppressed.

また、本実施形態では、検出素子２がロッド形状に形成されているので、酸素センサ１をコンパクトな構成とすることができる。 Moreover, in this embodiment, since the detection element 2 is formed in the rod shape, the oxygen sensor 1 can be made into a compact structure.

本発明の一実施形態に係る酸素センサの断面図（軸方向に沿った断面図）。1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view along an axial direction) of an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. 検出素子の要部を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）。Sectional drawing which expands and shows the principal part of a detection element (sectional drawing along an axial direction). 検出素子の空気通過層および機能層を各層に分解した図。The figure which decomposed | disassembled the air passage layer and functional layer of a detection element into each layer. 検出素子の空気通過層および機能層を各層に分解した他の構成図。The other block diagram which decomposed | disassembled the air passage layer and functional layer of a detection element into each layer. 検出素子の空気通過層の膜厚と限界電流値との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the film thickness of the air passage layer of a detection element, and a limiting current value. 検出素子の空気通過層における基準ガスの導き方向と直交する断面の面積と限界電流値との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the area of the cross section orthogonal to the guide direction of the reference gas in the air passage layer of a detection element, and a limiting current value. 排気ガス雰囲気がＲｉｃｈ状態の時、検出素子にて生じる限界電流値とセンサ出力維持時間との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the limit electric current value which arises in a detection element, and sensor output maintenance time, when exhaust gas atmosphere is a Rich state. 参照電極層と検出電極層との間で８０μＡの限界電流値が得られる場合のセンサ出力の推移を示す特性図。The characteristic view which shows transition of a sensor output in case the limiting current value of 80 microamperes is obtained between a reference electrode layer and a detection electrode layer. 参照電極層と検出電極層との間で１４μＡの限界電流値が得られる場合のセンサ出力の推移を示す特性図。The characteristic view which shows transition of a sensor output in case the limiting current value of 14 microamperes is obtained between a reference electrode layer and a detection electrode layer. 検出素子の空気通過層の膜厚と変位量との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the film thickness of the air passage layer of a detection element, and displacement amount.

Explanation of symbols

１…酸素センサ
２，２Ａ…検出素子
２ｃ…基体部
２ｄ…基体部の表面
２ｅ…空気通過層
２ｆ…機能層
２ｈ…固体電解質層
２ｉ…参照電極層
２ｊ…検出電極層
１１…充填材
１３…ケーシング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oxygen sensor 2, 2A ... Detection element 2c ... Base | substrate part 2d ... Surface of base | substrate part 2e ... Air passage layer 2f ... Functional layer 2h ... Solid electrolyte layer 2i ... Reference electrode layer 2j ... Detection electrode layer 11 ... Filler 13 ... casing

Claims

The detection element for detecting the oxygen concentration has a base portion and a functional layer laminated on the surface of the base portion,
The functional layer is positioned on the opposite side of the solid electrolyte layer from the solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity, a reference electrode layer positioned on the base portion side of the solid electrolyte layer, and the reference electrode layer In an oxygen sensor comprising a detection electrode layer and an air passage layer that is located on the base portion side of the solid electrolyte layer and guides a reference gas toward the solid electrolyte layer,
A porosity is applied so that a limiting current value obtained when the voltage flowing between the reference electrode layer and the detection electrode layer is increased while a current flowing between the electrode layers is constant is 60 to 100 μA. An oxygen sensor, wherein the air passage layer is formed.

The area of the cross section perpendicular to the guiding direction of the reference gas in the air passage layer is 0.05 to 0.10 mm ² ,
The oxygen sensor according to claim 1, wherein the porosity of the air passage layer is 50% to 75%.

The area of the cross section perpendicular to the direction of guiding the reference gas in the air passage layer is 0.10 to 0.15 mm ² ,
The lower limit of the porosity of the air passage layer was 50%, the upper limit of the porosity of the air passage layer is {75- (area of the cross section of the air passage layer ^(mm ²⁾ ^-0.1mm 2) The oxygen sensor according to claim 1, wherein × 200}%.

2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the thickness of the air passage layer is 30 to 50 μm, and the porosity of the air passage layer is 50 to 75%.

The oxygen sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the porosity of the air passage layer is 60 to 70%.

The oxygen sensor according to claim 1, wherein the air passage layer is formed at least at an interface between the base portion and the solid electrolyte layer.

A cylindrical casing into which the detection element is inserted, and a filler filled in a gap between the detection element and a cylindrical inner wall of the casing,
The oxygen sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the porosity is set in a pressure receiving portion of the air passage layer corresponding to a portion filled with the filler.

The oxygen sensor according to claim 1, wherein the detection element is formed in a rod shape.

The air passage layer is formed of a ceramic material, and the ceramic material contains 10 to 50 wt% of a pore forming agent having an average particle diameter of 1 to 20 µm. The oxygen sensor described in 1.

The oxygen sensor according to claim 9, wherein the ceramic material contains 30 to 50 wt% of the pore forming agent.