JPH0727737A

JPH0727737A - 酸素濃度検出素子

Info

Publication number: JPH0727737A
Application number: JP5195134A
Authority: JP
Inventors: Masao Ishitani; 誠男石谷; Kazuo Matoba; 和夫的場
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】取付方向等によって検出精度にバラツキが生
じるのを防止し、排気ガス中の酸素濃度を安定して検出
できるようにする。【構成】小径のロッド状をなすコア部１８の外周面に
ヒータパターン１９を形成し、ヒータパターン１９を外
側から覆うようにコア部１８の外周側に絶縁性のヒータ
被覆層２０を設けることによってヒータ部１７を細長い
ロッド状に形成すると共に、ヒータ部１７の外周側に固
体電解質層２５および保護層２８等を曲面印刷等の手段
を用いて一体形成する。これにより、全体が円形のロッ
ド状をなす酸素濃度検出素子１６を製造することがで
き、酸素センサをエンジンの排気管等に実装したとき
に、保護層２８の周囲から外側電極２７の表面に向けて
透過する排気ガスの透過量が、排気ガスの流れ方向や取
付時の方向によって大きく変化するのを防止し、取付時
の指向性をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば排気ガス中の酸
素濃度を検出するための酸素センサに好適に用いられる
酸素濃度検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等では、排気
管の途中に酸素センサを設け、該酸素センサで排気ガス
中に含まれる酸素濃度を検出することにより、燃料と空
気との混合比率である空燃比Ａ／Ｆを、例えば理論空燃
比（Ａ／Ｆ＝１４．７）に近付けるように吸入空気量に
対する燃料噴射量の比率をフィードバック制御し、これ
によって、エンジンの燃焼室内で燃料を完全燃焼させ、
燃焼効率や燃料消費量（燃費）等を向上させるようにし
ている。

【０００３】そして、この種の従来技術による酸素セン
サには、例えば特開昭５５−１２５４４８号公報等に記
載のプレート型の酸素濃度検出素子が用いられ、この酸
素濃度検出素子は、細長いプレート状に形成されたヒー
タ部上に固体電解質層および保護層等を積層化すること
によって構成されている。

【０００４】そこで、図１４および図１５に従来技術に
よる酸素センサを排気管に取付けた状態を示す。

【０００５】図中、１０１はエンジンの排気管を示し、
該排気管１０１はエンジンの燃焼室（図示せず）からの
排気ガスを矢示Ａ方向に排出させる。１０２は該排気管
１０１の途中に設けられた酸素センサを示し、該酸素セ
ンサ１０２はケーシング（図示せず）の先端側にプレー
ト型の酸素濃度検出素子１０３を備え、該酸素濃度検出
素子１０３は断面長方形状に形成されている。そして、
酸素センサ１０２はケーシングの外周側に形成したおね
じ部（図示せず）等を介して排気管１０１に螺着され、
酸素濃度検出素子１０３を排気管１０１内で矢示Ａ方向
の排気ガス流に接触させるようにしている。

【０００６】ここで、酸素濃度検出素子１０３は、細長
いプレート状に形成されたヒータ部１０４と、該ヒータ
部１０４上に積層化して形成された固体電解質層１０５
と、該固体電解質層１０５を覆うようにヒータ部１０４
上に積層化して形成された保護層１０６とから構成さ
れ、該保護層１０６はアルミナ等のセラミック材料から
多孔質状に形成され、排気管１０１内を流れる排気ガス
の一部を固体電解質層１０５側に向けて透過させるよう
になっている。また、固体電解質層１０５の上，下面に
は外側電極，内側電極（いずれも図示せず）が形成さ
れ、内側電極はヒータ部１０４と固体電解質層１０５と
の間に形成される大気室に臨むようになっている。

【０００７】そして、固体電解質層１０５は保護層１０
６の周囲で排気管１０１内を流れる排気ガスと大気室と
の間で酸素濃度に差が生じると、この酸素濃度差に基づ
いて外側電極と内側電極との間に起電力を発生させ、排
気ガス中の酸素濃度を検出すると共に、このときの信号
に基づき酸素センサ１０２はエンジンの空燃比Ａ／Ｆを
フィードバック制御させるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、プレート型の酸素濃度検出素子１０３が設
けられた酸素センサ１０２を、排気管１０１に螺着して
取付けるようにしているから、酸素濃度検出素子１０３
の取付方向が排気管１０１毎にバラツクことがあり、排
気管１０１内を矢示Ａ方向に流れる排気ガスに対して酸
素濃度検出素子１０３が図１４のように並行となった
り、酸素濃度検出素子１０３が図１５に示すように垂直
となったりする。

【０００９】また、複数の分岐管を有する排気マニホー
ルドの合流部に酸素センサ１０２を取付けた場合には、
各気筒からそれぞれの分岐管を介して排出されてくる排
気ガスが、各分岐管毎に異なる方向をもって酸素センサ
１０２の位置に流れてくるから、これによっても排気ガ
スの流れの方向と酸素濃度検出素子１０３の取付方向と
にバラツキが生じてしまう。

【００１０】このため、従来技術では、排気ガスの流れ
方向や酸素濃度検出素子１０３の取付方向によって保護
層１０６を透過する排気ガス量や酸素濃度が変化するこ
とがあり、これによって酸素センサ１０２による酸素濃
度の検出精度にバラツキが生じるという問題がある。そ
して、酸素センサ１０２からの検出信号に基づいて燃料
噴射量をフィードバック制御するときには、燃料の噴射
量が過大となったり、過小となったりして、エンジンの
出力回転が不安定になるという問題がある。

【００１１】また、固体電解質層１０５および保護層１
０６をヒータ部１０４の一側面に積層化し、該ヒータ部
１０４の他側面は外部に露出しているから、固体電解質
層１０５に対するヒータ部１０４の伝熱面積を大きくで
きないばかりか、エンジンの停止時にはヒータ部１０４
が外気温の影響を受け易く、エンジンの始動時にヒータ
部１０４に給電を行っても該ヒータ部１０４を早期に昇
温させるのが難しくなる。このため、ヒータ部１０４か
らの熱で固体電解質層１０５等を活性化させて酸素濃度
を検出できるまでに余分な時間がかかり、エンジンの始
動時に酸素センサ１０２からの信号に基づいて燃料の噴
射量を早期にフィードバック制御することができないと
いう問題がある。

【００１２】一方、所謂ジルコニアチューブ等からなる
酸素濃度検出素子も一般に知られているが、この場合に
は、酸素濃度検出素子が断面Ｕ字形状をなして形成され
るために、素子の成形が難しくなるばかりか、肉厚も薄
いために素子割れ等が発生し易く、素子全体を小径に形
成するのが困難になるという問題がある。また、ヒータ
内蔵型とする場合には、別体のヒータ部をジルコニアチ
ューブ内に挿入して酸素センサを構成する必要があり、
部品点数が増大して組立時の作業性を向上できないとい
う問題がある。

【００１３】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は取付方向等によって検出精度に
バラツキが生じるのを効果的に防止でき、排気ガス中の
酸素濃度を安定して検出できる上に、ヒータによる昇温
時間を確実に短くでき、エンジンの始動時でも早期に酸
素濃度を検出できるようにした酸素濃度検出素子を提供
することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の酸素濃度検出素子は、絶縁性材料によ
り細長いロッド状に形成された心棒部と、該心棒部の外
周側に一体形成された酸素イオン伝導性の固体電解質層
と、該固体電解質層の内周面と心棒部の外周面との間に
形成され、前記心棒部の基端側で大気に連通した環状の
大気室と、該大気室に臨むように前記固体電解質層の内
周面に一体形成された環状の内側電極と、該内側電極と
の間で前記固体電解質層を挟むように該固体電解質層の
外周面に一体形成された環状の外側電極と、該外側電極
を覆うように前記固体電解質層の外周側に一体形成さ
れ、該固体電解質層および外側電極を外側から保護する
保護層とからなり、前記固体電解質層は該保護層の周囲
と前記大気室との間に生じる酸素濃度差に基づいて、前
記内側電極と外側電極との間に起電力を発生させるよう
にしてなる構成を採用している。

【００１５】この場合、前記心棒部と固体電解質層との
間には、前記心棒部の先端側外周に一体形成された第１
の絶縁層と、該第１の絶縁層との間に前記大気室を形成
すべく、該第１の絶縁層から軸方向に離間して前記心棒
部の外周側に一体形成され、該心棒部の基端側に向けて
延びた第２の絶縁層とを設けてなる構成とするのが好ま
しい。

【００１６】そして、前記第２の絶縁層と心棒部との間
には、基端側が大気に連通し、先端側が前記大気室に連
通する大気導入路を形成するようにしてもよい。

【００１７】また、前記心棒部には、該心棒部の基端側
端面に開口し軸方向に伸長する軸穴部と、該軸穴部の先
端側に位置し、該軸穴部を前記大気室に連通させる径方
向の貫通孔とからなる大気導入路を形成するようにして
もよい。

【００１８】さらに、前記心棒部は、セラミックス材料
により小径のロッド状に形成されたヒータコアと、該ヒ
ータコアの先端側に位置して該ヒータコアの外周面に形
成されたヒータパターンと、該ヒータパターンを外側か
ら覆うように前記ヒータコアの外周側に設けられた絶縁
性のヒータ被覆層とからなるヒータ部として構成するの
が好ましい。

【００１９】

【作用】上記構成により、心棒部の外周側に固体電解質
層および保護層を一体形成して、全体が円形のロッド状
をなす酸素濃度検出素子とすることができ、取付時の方
向や排気ガスの流れ方向等によって検出すべき酸素濃度
に誤差が生じてしまうのを防止できる。

【００２０】また、心棒部をヒータ部として構成し、こ
のヒータ部を全周に亘って外側から固体電解質層および
保護層等により覆うようにすれば、ヒータ部が外気温に
影響されてしまうのを抑えることができると共に、固体
電解質層に対するヒータ部の伝熱面積を大きくでき、該
ヒータ部からの熱を固体電解質層等に効率的に伝熱でき
る。そして、小径のロッド状をなすヒータコアの外周面
にヒータパターンを形成し、該ヒータパターンを外側か
ら覆うように前記ヒータコアの外周側に絶縁性のヒータ
被覆層を設けることによってヒータ部を構成し、このヒ
ータ部には基端側端面に開口し軸方向に伸長する軸穴部
を設けるようにすれば、この軸穴部によりヒータ部全体
の熱容量を小さくでき、該ヒータ部の昇温時間を確実に
短くすることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例による酸素濃度検出素
子を図１ないし図１３に基づき、酸素センサとして用い
た場合を例に挙げて説明する。

【００２２】図１ないし図８は本発明の第１の実施例を
示している。

【００２３】図において、１は酸素センサのケーシング
を示し、該ケーシング１は、先端部外周側に取付部とし
てのおねじ部２Ａが形成された段付筒状のホルダ２と、
該ホルダ２の基端側に一体的に固着された有底筒状のキ
ャップ３と、該キャップ３内に同軸に配設され、後述の
シールキャップ１０とホルダ２との間に位置決めされた
ガイド筒４とからなり、これらはステンレス鋼等の金属
材料によって形成されている。そして、該ケーシング１
は後述の酸素濃度検出素子１６を自動車用エンジンの排
気管（図示せず）内に突出させるべく、ホルダ２のおね
じ部２Ａが排気管に螺着されるようになっている。

【００２４】５はケーシング１のホルダ２内に金属製の
シールリング６を介して配設された絶縁支持体を示し、
該絶縁支持体５はアルミナ（Ａl₂Ｏ₃ ）等のセラミック
材料によって筒状に形成され、その内周側には酸素濃度
検出素子１６が無機接着剤等を用いて固着されている。
そして、該絶縁支持体５はケーシング１内で酸素濃度検
出素子１６を位置決めすると共に、該酸素濃度検出素子
１６を電気的および熱的に絶縁状態で保持している。

【００２５】７，８はケーシング１のガイド筒４内に配
設された絶縁筒体を示し、該絶縁筒体７，８はアルミナ
等のセラミック材料によって筒状に形成され、後述の各
コンタクトプレート１３，１４等をケーシング１に対し
て絶縁状態に保持している。９はケーシング１内に位置
して絶縁支持体５と絶縁筒体７との間に配設されたスプ
リングを示し、該スプリング９は絶縁支持体５をホルダ
２側に向けて常時付勢し、ケーシング１に外部から作用
する振動や衝撃等が酸素濃度検出素子１６に直接伝わる
のを防止している。

【００２６】１０はキャップ３の基端側を閉塞したシー
ルキャップを示し、該シールキャップ１０はポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性を有する樹脂
材料によって段付き筒状に形成され、ケーシング１内に
絶縁筒体７，８等をスプリング９を介して位置決めして
いる。また、該シールキャップ１０には酸素濃度検出用
のリード線１１，１１とヒータ用のリード線１２，１２
（一方のみ図示）とが挿通され、該各リード線１１，１
２は絶縁筒体８内でそれぞれ検出用のコンタクトプレー
ト１３，１３とヒータ用のコンタクトプレート１４，１
４とに接続されている。

【００２７】１５はホルダ２から突出する酸素濃度検出
素子１６の先端部分を保護するようにホルダ２に取付け
られた有蓋筒状のプロテクタを示し、該プロテクタ１５
には複数の窓部１５Ａ，１５Ａ，…が形成され、該各窓
部１５Ａは排気管内を流れる排気ガスを酸素濃度検出素
子１６の周囲に導くようになっている。

【００２８】１６はケーシング１のホルダ２内に絶縁支
持体５を介して取付けられ、先端側がホルダ２外へと突
出した酸素濃度検出素子を示し、該酸素濃度検出素子１
６は図２および図３に示す如く後述のヒータ部１７、固
体電解質層２５および保護層２８等によって構成されて
いる。

【００２９】１７は細長いロッド状に形成され、酸素濃
度検出素子１６の一部を構成する心棒部としてのヒータ
部を示し、該ヒータ部１７は図２ないし図４に示す如
く、例えばアルミナ等のセラミック材料により小径のロ
ッド状に形成されたヒータコアとしてのコア部１８と、
該コア部１８の先端側から基端側に亘ってコア部１８の
外周面に曲面印刷等の手段を用いて形成され、コア部１
８の基端側に伸長する一対のリード部１９Ａ，１９Ａを
有したヒータパターン１９（図４参照）と、該ヒータパ
ターン１９を径方向外側から保護すべく、例えばアルミ
ナ等のセラミック材料をコア部１８の外周側に厚膜印刷
することにより形成された絶縁性のヒータ被覆層２０と
から構成されている。

【００３０】ここで、コア部１８はアルミナ等のセラミ
ック材料を射出成型することにより、例えば外形寸法３
〜４mm前，後、長さ寸法５０〜６０mm前，後の円柱状ロ
ッドとして形成され、該コア部１８にはその基端側端面
に開口し軸方向に延びる軸穴部１８Ａと、該軸穴部１８
Ａの先端側から径方向に延びる貫通孔１８Ｂとが形成さ
れている。そして、軸穴部１８Ａおよび貫通孔１８Ｂ
は、例えば０．５〜１．０mm前，後の穴径をもって形成
され、ヒータ被覆層２０の貫通孔２０Ａ，２０Ａと共に
大気導入路２１を構成している。また、軸穴部１８Ａは
コア部１８の容積を減少させることによって、コア部１
８の熱容量を小さくする熱容量低減穴をも構成してい
る。

【００３１】一方、ヒータパターン１９はタングステン
や白金等の発熱性導体材料からなり、各リード部１９Ａ
はコア部１８の基端側で図１に示すようにヒータ用の各
コンタクトプレート１４に接続されている。そして、ヒ
ータパターン１９は外部からヒータ用の各リード線１
２、各コンタクトプレート１４および各リード部１９Ａ
を介して給電されることにより、例えば５００〜７５０
℃前，後の温度にヒータ部１７を発熱させる。そして、
該ヒータ部１７は図３に示すように例えば４〜６mm前，
後の外径寸法Ｄを有し、内側から固体電解質層２５等を
加熱することにより、例えば３５０℃程度の温度まで酸
素濃度検出素子１６を昇温させて活性化させる。

【００３２】２２，２３はヒータ被覆層２０の外周側に
曲面印刷等の手段を用いて形成された第１，第２の絶縁
層を示し、該第１，第２の絶縁層２２，２３はアルミナ
等のセラミック材料を厚膜印刷することにより形成さ
れ、第１の絶縁層２２は貫通孔２０Ａよりもヒータ被覆
層２０の前側に位置し、第２の絶縁層２３は絶縁層２２
から軸方向に所定寸法離間して貫通孔２０Ａよりもヒー
タ被覆層２０の後側に配設されている。そして、該絶縁
層２２，２３はヒータ被覆層２０の外周面と後述の内側
電極２６との間に環状の大気室２４を画成し、該大気室
２４はヒータ部１７の大気導入路２１を介して大気に常
時連通している。また、絶縁層２２，２３は図３に示す
如く、例えば１μｍ以上で、好ましくは１０μｍ程度の
厚さＴ1 を有し、大気室２４内を常に基準となる酸素濃
度に保持できるようにしている。

【００３３】２５は絶縁層２２，２３の外周側に曲面印
刷等の手段を用いて形成された酸素イオン伝導性の固体
電解質層を示し、該固体電解質層２５は、例えばジルコ
ニア（Ｚr Ｏ₂ ）の粉体中に所定重量％のイットリア
（Ｙ₂ Ｏ₃ ）の粉体を混合してペースト状物を調整した
後、このペースト状物を絶縁層２２，２３の外周側に厚
膜印刷することにより筒状に形成されている。そして、
該固体電解質層２５は例えば５０〜１００μｍ程度の厚
さＴ2 を有し、この厚さ方向に酸素イオンを輸送させる
ようになっている。

【００３４】２６，２７は固体電解質層２５の内，外周
面に形成された内側電極，外側電極を示し、該内側電極
２６および外側電極２７は白金等からなる導電性ペース
トを固体電解質層２５の内，外周面に印刷することによ
り、例えば４mm前，後の長さ寸法をもって形成され、そ
のリード部２６Ａ，２７Ａは図６に示すようにヒータ部
１７の基端側に向けて伸長している。そして、該内側電
極２６および外側電極２７のリード部２６Ａ，２７Ａは
酸素濃度検出素子１６の基端側で図１に示す各コンタク
トプレート１３に接続され、酸素濃度検出素子１６から
の検出信号を各リード線１１を介して外部に出力させ
る。

【００３５】２８は固体電解質層２５および外側電極２
７を径方向外側から覆うように絶縁層２２，２３の外周
側に曲面印刷等の手段を用いて形成された保護層を示
し、該保護層２８は、例えばアルミナ（Ａl₂Ｏ₃ ）の粉
体中に所定重量％のジルコニアの粉体を混合してペース
ト状物を調整し、このペースト状物を絶縁層２２，２３
等の外周側に厚膜印刷することにより、例えば３０〜６
０μｍ前，後の厚さＴ3をもって筒状に形成されてい
る。そして、該保護層２８は多孔質構造をなし、該保護
層２８の周囲を流れる排気ガスの一部を外側電極２７に
向けて透過させるようになっている。

【００３６】次に、２９はケーシング１の外部に設けら
れ、各リード線１２等を介してヒータパターン１９に接
続されるヒータ用電源を示し、該ヒータ用電源２９はヒ
ータ部１７のヒータパターン１９に電圧を印加すること
により、例えば５００〜７５０℃前，後の温度にヒータ
部１７を発熱させる。

【００３７】３０はケーシング１の外部に設けられ、酸
素濃度の検出回路を構成する差動増幅器を示し、該差動
増幅器３０は図３に示すようにその非反転入力端子がア
ースに接続され、反転入力端子はリード線１１等を介し
て内側電極２６が接続されている。また、酸素濃度検出
素子１６の外側電極２７はリード線１１等を介してアー
スに接続されている。そして、差動増幅器３０は出力側
端子３１から図８に示すように出力電圧Ｖs の酸素濃度
検出信号を出力するようになっている。

【００３８】ここで、酸素濃度検出素子１６の固体電解
質層２５は保護層２８の周囲を流れる排気ガス中の酸素
濃度△Ｐexと大気室２４内の酸素濃度△Ｐa とに濃度差
が生じると、内側電極２６と外側電極２７との間で後述
する化１および化２の反応式により、

【００３９】

【数１】Ｅ＝−（Ｒ×Ｔ／４×Ｆ）×ｌn （△Ｐex／△Ｐa ）但し、Ｒ：気体定数（８．３１４５Ｊ／Ｋ・mol ）Ｔ：絶対温度Ｆ：ファラデー定数（９．６４８５３×１０⁴ Ｃ／mol
）なる起電力Ｅを発生させる。

【００４０】そして、固体電解質層２５の内部抵抗をＲ
s とし、このときに内側電極２６と外側電極２７との間
に流れる電流をＩs とすると、

【００４１】

【数２】Ｖs ＝Ｅ−（Ｒs ×Ｉs ）なる出力電圧Ｖs を差動増幅器３０の出力側端子３１か
ら出力でき、この出力電圧Ｖs は空燃比Ａ／Ｆに対応し
て図８に実線で示す特性線のように変化する。

【００４２】本実施例による酸素センサは上述の如き構
成を有するもので、次に酸素濃度検出素子１６の製造方
法について図４ないし図７を参照して説明する。

【００４３】まず、ヒータ部１７を製造するときには図
４に示すように、コア成型工程でアルミナ等のセラミッ
ク材料からコア部１８を、例えば外形寸法３．８mm、長
さ寸法５７mm程度の円柱状ロッドとして射出成型し、こ
のときに該コア部１８には基端側端面に開口し軸方向に
延びる軸穴部１８Ａと径方向の貫通孔１８Ｂとを一体形
成する。この場合、軸穴部１８Ａはコア部１８の熱容量
を小さくするために１mm前，後の穴径をもって形成し、
貫通孔１８Ｂは０．５mm前，後の穴径をもって形成する
のがよい。そして、射出成型手段を用いることにより、
コア部１８に軸穴部１８Ａおよび貫通孔１８Ｂを容易に
一体形成することが可能となる。

【００４４】次に、パターン印刷工程では、チャック等
の支持軸をコア部１８の両端側に軸穴部１８Ａ等を介し
て係合させ、コア部１８を回転させつつ、例えば白金ま
たはタングステン等の発熱性導体材料からなるヒータパ
ターン１９をコア部１８の外周面に曲面印刷する。そし
て、貫通孔１８Ｂの前，後でコア部１８の軸方向に延び
るようにヒータパターン１９をコア部１８の外周面に均
一の膜厚で形成し、ヒータパターン１９の各リード部１
９Ａをコア部１８の基端側に向けて伸長するように一体
形成する。

【００４５】次に、ヒータ被覆層印刷工程では、ヒータ
パターン１９を径方向外側から覆うようにして、例えば
アルミナ等のセラミックグリーンシートをコア部１８の
外周側に積層化し、例えば０．２〜０．５mm前，後の膜
厚をもってヒータ被覆層２０を形成する。この場合、コ
ア部１８の貫通孔１８Ｂに連通するヒータ被覆層２０の
貫通孔２０Ａ，２０Ａを形成するため、前記セラミック
グリーンシートにドリルまたはポンチ等で穿孔を行った
後に、例えばカーボン，ポリアミド，ポリエーテルスル
ホンおよびフェノール樹脂等からなる有機膜３２，３２
を、この穿孔部位（または貫通孔１８Ｂ）に径方向から
圧入嵌合しておく。

【００４６】次に、図５に示す絶縁層形成工程では、ま
ずヒータ被覆層２０の先端側外周面に、例えばカーボ
ン，ポリアミド，ポリエーテルスルホンおよびフェノー
ル樹脂等からなる有機膜３３を曲面印刷する。そして、
有機膜３３の前，後には第１，第２の絶縁層２２，２３
をアルミナ等のセラミック材料を曲面印刷することによ
り形成し、該絶縁層２２，２３および有機膜３３の膜厚
を大気室２４の厚さＴ1に対応させ、後述の焼成工程で
該有機膜３３を焼きとばして消散させることにより、絶
縁層２２，２３間に大気室２４を形成するようにする。

【００４７】次に、図６に示す固体電解質層形成工程で
は、前，後の絶縁層２２，２３に亘って有機膜３３の外
周面に白金等からなる導電性ペーストを曲面印刷するこ
とにより内側電極２６を形成し、そのリード部２６Ａを
ヒータ被覆層２０の基端側まで伸長させるようにする。
そして、該内側電極２６の外側から絶縁層２２，２３の
外周面に、例えばジルコニアとイットリアからなるペー
スト状物を塗布するように曲面印刷して酸素イオン伝導
性の固体電解質層２５を形成し、その後に該固体電解質
層２５の外周面に白金等からなる導電性ペーストを曲面
印刷することにより外側電極２７を形成する。この場
合、該外側電極２７のリード部２７Ａをヒータ被覆層２
０の基端側まで伸長するように形成し、該リード部２７
Ａを内側電極２６のリード部２６Ａに対し絶縁層２３、
ヒータ被覆層２０の径方向で対向させるようにする。

【００４８】次に、図７に示す保護層形成工程では、外
側電極２７を外側から覆うように固体電解質層２５およ
び絶縁層２３の外周側に、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印刷することにより
保護層２８を形成する。

【００４９】そして、次なる焼成工程で、前述の如く形
成したコア部１８、ヒータパターン１９、ヒータ被覆層
２０、絶縁層２２，２３、固体電解質層２５、内側電極
２６、外側電極２７および保護層２８等を、例えば１４
００〜１５００℃前，後の高温度下で２時間程度焼成す
ることによってこれらを一体的に焼結させ、このときに
前記有機膜３２，３３を焼きとばして消散させることに
より、ヒータ被覆層２０の貫通孔２０Ａおよび大気室２
４を形成する。

【００５０】かくして、前記各工程により酸素濃度検出
素子１６を製造した後、該酸素濃度検出素子１６を酸素
センサのケーシング１内に図１に示す如く収納し、各リ
ード部１９Ａ，２６Ａ，２７Ａをそれぞれ各コンタクト
プレート１３，１４にばね性をもって当接させ、これら
を電気的に接続することによって当該酸素センサを完成
させる。

【００５１】次に、当該酸素センサによる酸素濃度の検
出動作について説明する。

【００５２】まず、当該酸素センサのケーシング１はホ
ルダ２のおねじ部２Ａを介して車両の排気管等に螺着さ
れ、酸素濃度検出素子１６の先端側を排気管内へと突出
させた状態で固定される。そして、エンジンの作動によ
り排気管内を流れる排気ガスが酸素濃度検出素子１６の
周囲にプロテクタ１５を介して導入されると、この排気
ガスの一部が保護層２８を透過して外側電極２７の表面
に達する。

【００５３】そして、この状態でヒータ用電源２９から
ヒータパターン１９に給電を行ってヒータ部１７により
酸素濃度検出素子１６全体を加熱すると、固体電解質層
２５が活性化され、内側電極２６と外側電極２７との間
には後述する化１および化２の反応式により、大気室２
４と保護層２８の周囲との間の酸素濃度差に基づいた前
記数１の起電力Ｅが発生する。

【００５４】即ち、保護層２８の周囲を流れる排気ガス
中の酸素濃度△Ｐexは基準となる大気室２４内の酸素濃
度△Ｐa に比較して小さくなるから、この大気室２４に
臨む内側電極２６側では、大気室２４内の酸素に電子が
付与されて酸素イオンが発生し、

【００５５】

【化１】但し、Ｏ₂ ：酸素分子ｅ：電子Ｏ^2-：酸素イオンなる電気化学的な接触分解反応が行われるようになる。
そして、このときに外側電極２７側では、酸素イオンが
酸素と電子とに分解して、

【００５６】

【化２】なる電気化学的な接触分解反応が行われるようになる。

【００５７】そして、このときの酸素イオンは固体電解
質層２５中の酸素欠陥を介して内側電極２６から外側電
極２７に向けて輸送されることにより、該内側電極２６
と外側電極２７との間には大気室２４と保護層２８周囲
との間の酸素濃度差（酸素分圧差）に基づき前記数１の
式による起電力Ｅが発生する。そこで、この起電力Ｅに
基づいた前記数２の式による出力電圧Ｖs を、差動増幅
器３０の出力側端子３１から図８に実線で示す特性線の
ように空燃比Ａ／Ｆに対応した検出信号として取出すよ
うにしている。

【００５８】ここで、排気ガスが空気過多のいわゆるリ
ーン状態となって、空燃比Ａ／Ｆが１４．７よりも大き
くなる場合には、排気ガス中の酸素濃度が比較的高く、
保護層２８の周囲と大気室２４との酸素濃度差が小さい
から、検出信号としての出力電圧Ｖs は図８に実線で示
す特性線のように、例えば０．５Ｖ（ボルト）よりも低
い電圧値となる。また、排気ガスが燃料過多のいわゆる
リッチ状態で、空燃比Ａ／Ｆが１４．７よりも小さくな
る場合には、排気ガス中の酸素濃度が極めて低く、保護
層２８の周囲と大気室２４との酸素濃度差が大きくなる
から、検出信号としての出力電圧Ｖs は例えば０．８Ｖ
（ボルト）よりも高い電圧値となる。

【００５９】かくして、本実施例によれば、軸穴部１８
Ａおよび貫通孔１８Ｂを有した小径のロッド状をなすコ
ア部１８の外周面にヒータパターン１９を形成し、該ヒ
ータパターン１９を外側から覆うように前記コア部１８
の外周側に絶縁性のヒータ被覆層２０を設けることによ
ってヒータ部１７を細長いロッド状に形成すると共に、
該ヒータ部１７の外周側に固体電解質層２５および保護
層２８等を曲面印刷等の手段を用いて一体形成する構成
としたから、全体が円形のロッド状をなす酸素濃度検出
素子１６を製造することができ、当該酸素センサをエン
ジンの排気管等に実装したときに、保護層２８の周囲か
ら外側電極２７の表面に向けて透過する排気ガスの透過
量が、排気ガスの流れ方向や取付時の方向によって大き
く変化するのを防止でき、取付時の指向性をなくすこと
ができる。

【００６０】また、ヒータ部１７を全周に亘って外側か
ら固体電解質層２５および保護層２８等で覆うことによ
り、ヒータ部１７が直接外気と接触するのを抑えて外気
温による影響を効果的に低減することができ、ヒータ部
１７の伝熱面積を大きくとって該ヒータ部１７からの熱
を固体電解質層２５等に早期に伝熱できると共に、コア
部１８の軸穴部１８Ａ等によりヒータ部１７全体の熱容
量小さくでき、該ヒータ部１７の昇温時間を確実に短く
できる。

【００６１】さらに、ヒータ被覆層２０の外周面と固体
電解質層２５の内周面との間に大気室２４を形成するこ
とにより、該大気室２４内にヒータ部１７の大気導入路
２１を介して基準となる大気を導入でき、固体電解質層
２５の内，外周面間で前記化１および化２の反応式に基
づき酸素イオンを輸送させる所望の電気化学反応を確実
に生じさせることができる。

【００６２】従って、本実施例によれば、酸素濃度検出
素子１６を短時間で活性化でき、エンジンの始動時でも
排気ガス中の酸素濃度を早期に検出して、燃料噴射量の
フィードバック制御を即座に行うことが可能になると共
に、当該酸素センサの取付自由度を大きくすることがで
き、さらにヒータ部１７の消費電力を確実に低減でき
る。また、酸素濃度検出素子１６の製造時には、コア部
１８の外周側に順次ヒータパターン１９、ヒータ被覆層
２０、絶縁層２２，２３、固体電解質層２５および保護
層２８等を曲面印刷することにより形成でき、製造時の
作業性を大幅に向上できる等、種々の効果を奏する。

【００６３】なお、前記第１の実施例では、ヒータ被覆
層２０をセラミックグリーンシートをコア部１８の外周
側に積層化することにより形成するものとして述べた
が、これに替えて、例えばアルミナ等のセラミック材料
をコア部１８の外周側に厚膜印刷し１００μｍ前，後の
膜厚をもったヒータ被覆層２０を形成するようにしても
よい。この場合、コア部１８の貫通孔１８Ｂに連通する
ヒータ被覆層２０の貫通孔２０Ａ，２０Ａを形成するた
め、例えばカーボン，ポリアミド，ポリエーテルスルホ
ンおよびフェノール樹脂等からなる有機膜３２，３２
を、コア部１８の貫通孔１８Ｂに径方向から予め圧入嵌
合しておき、コア部１８を回転させつつ、コア部１８の
外周側にアルミナ等のセラミック材料を２回程度曲面印
刷してヒータ被覆層２０を形成するようにすればよい。

【００６４】次に、図９ないし図１３は本発明の第２の
実施例を示し、本実施例の特徴は、心棒部と固体電解質
層との間に大気室を形成すべく、前記心棒部の外周側に
第１，第２の絶縁層を一体形成し、心棒部の基端側に向
けて延びた第２の絶縁層と心棒部との間には、基端側が
大気に連通し、先端側が前記大気室に連通する大気導入
路を形成する構成としたことにある。なお、本実施例で
は前記第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。

【００６５】図中、４１は本実施例よる酸素濃度検出素
子を示し、該酸素濃度検出素子１６は図９および図１０
に示す如く後述のヒータ部４２、固体電解質層２５およ
び保護層２８等によって構成されている。

【００６６】４２は細長いロッド状に形成され、酸素濃
度検出素子４１の一部を構成する心棒部としてのヒータ
部を示し、該ヒータ部４２は前記第１の実施例で述べた
ヒータ部１７と同様にヒータコアとしてのコア部４３、
ヒータパターン４４およびヒータ被覆層４５から構成さ
れているものの、該ヒータ部４２はコア部４３が中実の
小径ロッド状に形成されている。ここで、コア部４３は
アルミナ等のセラミック材料を射出成型することによ
り、例えば外形寸法が２〜４mm前，後で、長さ寸法が５
０〜６０mm前，後に形成されている。

【００６７】４６，４７はヒータ被覆層４５の外周側に
曲面印刷等の手段を用いて形成された第１，第２の絶縁
層を示し、該第１，第２の絶縁層４６，４７は前記第１
の実施例で述べた絶縁層２２，２３とほぼ同様に構成さ
れ、ヒータ被覆層４５の外周面と内側電極２６との間に
環状の大気室４８を画成しているものの、絶縁層４７と
ヒータ被覆層４５の外周面との間には図９に示す如く一
対の大気導入路４９，４９が形成されている。そして、
該各大気導入路４９は絶縁層４７の基端側で大気に連通
し先端側で大気室２４と連通しており、その通路径は１
μｍ以上となっている。

【００６８】ここで、各大気導入路４９は後述するよう
にポンプ電流Ｉp を印加することにより、外側電極２７
側から内側電極２６側に輸送されてくる酸素イオンから
発生する酸素を、大気室４８から外部に逃散させるガス
逃散路をも構成している。また、絶縁層４６，４７は図
１０に示す如く例えば８μｍ以上で、好ましくは１０μ
ｍ程度の厚さＴ4 を有し、大気室４８内を常に基準とな
る酸素濃度に保持できるようにしている。

【００６９】さらに、絶縁層４６，４７の外周側には前
記第１の実施例と同様に、曲面印刷等の手段を用いて固
体電解質層２５、内側電極２６、外側電極２７および保
護層２８が形成され、該保護層２８は周囲を流れる排気
ガスの一部を外側電極２７に向けて透過させるようにな
っている。

【００７０】次に、５０はケーシング１の外部に設けら
れたポンプ電圧Ｖp を有する直流電源を示し、該直流電
源５０は図１０に示す如くプラス側が抵抗値Ｒ0 の基準
抵抗５１に接続され、マイナス側はアースに接続されて
いる。そして、該基準抵抗５１はリード線１１等を介し
て酸素濃度検出素子４１の内側電極２６に接続されると
共に、後述する差動増幅器５２の反転入力端子に接続さ
れ、酸素濃度検出素子４１の外側電極２７は他のリード
線１１等を介してアースと接続されている。

【００７１】５２はケーシング１の外部に設けられ、直
流電源５０等と共に酸素濃度の検出回路を構成する差動
増幅器を示し、該差動増幅器５２は非反転入力端子がア
ースに接続され、反転入力端子はリード線１１等を介し
て内側電極２６と基準抵抗５１との間に接続されてい
る。そして、差動増幅器５２は出力側端子５３から後述
する数３の式による出力電圧Ｖs の酸素濃度検出信号を
出力するようになっている。

【００７２】ここで、酸素濃度検出素子４１の固体電解
質層２５は直流電源５０により内側電極２６と外側電極
２７との間にポンプ電圧Ｖp に基づくポンプ電流Ｉp が
印加されるので、この場合に固体電解質層２５は内側電
極２６、外側電極２７と共に酸素ポンプを構成し、外側
電極２７側では保護層２８の周囲を流れる排気ガス中か
ら酸素を取込みつつ、取込んだ酸素に電子を付与する前
記化１の反応式による接触分解反応を行い、外側電極２
７側に酸素イオンが発生する。そして、このときに内側
電極２６側では、酸素イオンが酸素と電子とに分解して
前記化２の反応式による接触分解反応が行われ、内側電
極２６側の酸素は大気室４８から各大気導入路４９を介
して外部に逃散されるようになる。

【００７３】そして、このときの酸素イオンは固体電解
質層２５中の酸素欠陥を介して外側電極２７から内側電
極２６に向けて輸送されることにより、該内側電極２６
と外側電極２７との間には大気室４８と保護層２８周囲
との間の酸素濃度差（酸素分圧差）に基づいた前記数１
の式による起電力Ｅが発生する。そこで、この起電力Ｅ
に基づいた後述する数３の式による出力電圧Ｖs を、差
動増幅器５２の出力側端子５３から空燃比Ａ／Ｆに対応
した検出信号として取出すようにしている。

【００７４】即ち、固体電解質層２５の内部抵抗をＲs
とし、このときに内側電極２６と外側電極２７との間に
流れるポンプ電流Ｉp とすると、

【００７５】

【数３】Ｖs ＝Ｅ＋（Ｒs ×Ｉp ）なる出力電圧Ｖs を差動増幅器５２の出力側端子５３か
ら出力でき、この出力電圧Ｖs は空燃比Ａ／Ｆに対応し
て図８に点線で示す特性線のように変化する。また、こ
の出力電圧Ｖs とポンプ電圧Ｖp との関係は、

【００７６】

【数４】Ｖp ＝Ｖs ＋（Ｒ0 ×Ｉp ）となっている。

【００７７】さらに、５４はケーシング１の外部に設け
られ、各リード線１２等を介してヒータパターン４４に
接続されるヒータ用電源を示し、該ヒータ用電源５４は
前記第１の実施例で用いたヒータ用電源２９とほぼ同様
に構成されているものの、該ヒータ用電源５４はヒータ
部４２のヒータパターン４４に電圧を印加することによ
り、例えば７５０℃前，後の温度にヒータ部４２を発熱
させる。そして、該ヒータ部４２は内側から固体電解質
層２５等を加熱することにより、例えば６００℃程度の
温度まで酸素濃度検出素子４１を昇温させて活性化させ
る。

【００７８】本実施例による酸素センサは上述の如き構
成を有するもので、次に酸素濃度検出素子４１の製造方
法について図１１ないし図１３を参照して説明する。

【００７９】まず、ヒータ部４２を製造するときには図
１１に示すように、コア成型工程でアルミナ等のセラミ
ック材料からコア部４３を、例えば外形寸法が３．０mm
で、長さ寸法が５７mm程度となる中実の円柱状ロッドと
して射出成型する。

【００８０】次に、パターン印刷工程では、チャック等
の支持軸をコア部４３の両端側に係合させ、コア部４３
を回転させつつ、例えば白金またはタングステン等の発
熱性導体材料からなるヒータパターン４４をコア部４３
の外周面に曲面印刷する。そして、該ヒータパターン４
４をコア部４３の先端側外周面に均一の膜厚で形成し、
ヒータパターン４４の各リード部４４Ａをコア部４３の
基端側に向けて伸長するように一体形成する。

【００８１】次に、ヒータ被覆層印刷工程では、ヒータ
パターン４４を径方向外側から覆うようにして、例えば
アルミナ等のセラミック材料をコア部４３の外周側に厚
膜印刷し、例えば１００μｍ前，後の膜厚をもってヒー
タ被覆層４５を形成する。この場合、コア部４３を回転
させつつ、コア部４３の外周側にアルミナ等のセラミッ
ク材料を２回程度曲面印刷してヒータ被覆層４５を形成
するのがよい。なお、ヒータ被覆層４５についても、前
記第１の実施例で述べたヒータ被覆層２０と同様にセラ
ミックグリーンシートを積層化することにより形成して
もよい。

【００８２】次に、図１２に示す絶縁層形成工程では、
まずヒータ被覆層４５の外周面に、例えばカーボン，ポ
リアミド，ポリエーテルスルホンおよびフェノール樹脂
等からなる有機膜５５を曲面印刷する。また、該有機膜
５５にはヒータ被覆層４５の直径方向で対向し基端側に
向けて延びる一対の延長部５５Ａ，５５Ａを一体形成す
るようにする。次に、有機膜５５の前，後には第１，第
２の絶縁層４６，４７をアルミナ等のセラミック材料を
曲面印刷することにより形成し、このときに、絶縁層４
７によりヒータ被覆層４５の外周面を各延長部５５Ａと
共に覆うようにする。そして、最後の焼成工程で該有機
膜５５を各延長部５５Ａと共に焼きとばして消散させる
ことにより、絶縁層４６，４７間に大気室４８を形成
し、各延長部５５Ａの部位には各大気導入路４９を形成
するようにする。

【００８３】次に、図１３に示す固体電解質層形成工程
では、前，後の絶縁層４６，４７に亘って有機膜５５の
外周面に白金等からなる導電性ペーストを曲面印刷する
ことにより、前記第１の実施例と同様に内側電極２６を
形成し、そのリード部２６Ａをヒータ被覆層４５の基端
側まで伸長させるようにする。そして、該内側電極２６
の外側から絶縁層４６，４７の外周面に、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塗布するよう
に曲面印刷して酸素イオン伝導性の固体電解質層２５を
前記第１の実施例と同様に形成し、その後に該固体電解
質層２５の外周面に白金等からなる導電性ペーストを曲
面印刷することにより外側電極２７を形成する。

【００８４】次に、前記第１の実施例と同様に図７に例
示した保護層形成工程で、外側電極２７を外側から覆う
ように固体電解質層２５および絶縁層２３の外周側に保
護層２８を形成する。そして、次なる焼成工程で、前述
の如く形成したコア部４３、ヒータパターン４４、ヒー
タ被覆層４５、絶縁層４６，４７、固体電解質層２５、
内側電極２６、外側電極２７および保護層２８等を、例
えば１４００〜１５００℃前，後の高温度下で２時間程
度焼成することによってこれらを一体的に焼結させ、こ
のときに前記有機膜５５を焼きとばして消散させること
により、大気室４８および各大気導入路４９を形成す
る。

【００８５】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、ヒータ被覆層４５の
外周面と絶縁層４７との間に大気室４８に連通する一対
の大気導入路４９，４９を形成したから、ヒータ部４２
に大気導入路を形成する必要がなくなり、コア部４３等
の成型を簡単に行うことができる。

【００８６】なお、前記各実施例では、アルミナ等から
なるセラミック材料を固体電解質層２５および絶縁層２
２，２３（４６，４７）の外周側に曲面印刷することに
より保護層２８を形成するものとして述べたが、これに
替えて、例えばアルミナと酸化マグネシウムからなるセ
ラミック材料をプラズマ溶射することにより、固体電解
質層２５および絶縁層２２，２３（４６，４７）の外周
側に保護層を形成するようにしてもよい。

【００８７】また、前記各実施例では、コア部１８（４
３）を射出成形により形成するものとして述べたが、こ
れに替えて、コア部１８（４３）を押出し成形等の手段
を用いて形成するようにしてもよい。

【００８８】さらに、前記各実施例では、ヒータ内蔵型
の酸素センサを例に挙げて説明したが、本発明はこれに
限らず、例えばヒータを含まない通常の酸素センサに適
用すべく心棒部をコア部１８（４３）のみによって構成
し、ヒータパターン１９（４４）およびヒータ被覆層２
０（４５）を省略するようにしてもよい。この場合に
は、コア部１８（４３）の外周側に絶縁層２２，２３
（４６，４７）等を一体形成するようにすればよく、酸
素濃度検出素子１６（４１）を排気ガスからの熱で外部
から加温することにより活性化することができる。

【００８９】さらにまた、前記第２の実施例では、ケー
シング１の外部に設けた直流電源５０および差動増幅器
５２等によって酸素濃度の検出回路を構成するものとし
て述べたが、これに替えて、前記第１の実施例のように
差動増幅器３０等で検出回路を構成してもよく、また、
直流電源５０および差動増幅器５２等からなる検出回路
を第１の実施例の差動増幅器３０に替えて用いるように
してもよい。

【００９０】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、酸素
濃度検出素子の心棒部を細長いロッド状に形成し、該心
棒部の外周側には酸素イオン伝導性の固体電解質層を
内，外の電極と共に一体形成し、これらを一体的に保護
層により覆う構成としたから、当該酸素濃度検出素子を
円形のロッド状に形成でき、酸素センサとして排気管等
に取り付ける場合に、取付方向や排気ガスの流れ方向に
よって検出精度にバラツキが生じるのを効果的に防止で
き、これによって排気ガス中の酸素濃度を高精度に安定
して検出できる。

【００９１】また、ヒータ内蔵型の酸素センサとして用
いる場合には、小径のロッド状をなすヒータコアの外周
面にヒータパターンを形成し、該ヒータパターンを外側
から覆うように前記ヒータコアの外周側に絶縁性のヒー
タ被覆層を設けることにより、心棒部をヒータ部として
構成し、該ヒータ部の外周面と固体電解質層の内周面と
の間に大気室を形成するようにすれば、ヒータ部によっ
て固体電解質層を早期に活性化でき、大気室内と保護層
周囲の排気ガスとの間の酸素濃度差により固体電解質層
の内，外周面間で酸素イオンを輸送させる所望の電気化
学反応を確実に生じさせることができる。さらに、ヒー
タ部と固体電解質層等とを一体形成することができ、部
品点数を減らして製造時の作業性を大幅に向上できる
等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による酸素濃度検出素子
が設けられた酸素センサを示す縦断面図である。

【図２】酸素濃度検出素子を示す図１中の矢示II−II方
向拡大断面図である。

【図３】検出回路を含む図２中の矢示III −III 方向拡
大断面図である。

【図４】ヒータ部の製造工程を示す斜視図である。

【図５】絶縁層形成工程を示す斜視図である。

【図６】固体電解質層形成工程を示す斜視図である。

【図７】保護層形成工程を示す要部拡大斜視図である。

【図８】空燃比と酸素濃度の検出信号との関係を示す特
性線図である。

【図９】第２の実施例による酸素濃度検出素子を示す図
２と同様の断面図である。

【図１０】検出回路を含む図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向拡大
断面図である。

【図１１】ヒータ部の製造工程を示す斜視図である。

【図１２】絶縁層形成工程を示す斜視図である。

【図１３】固体電解質層形成工程を示す斜視図である。

【図１４】従来技術による酸素センサを排気管に取付け
た状態を示す縦断面図である。

【図１５】異なる取付け状態を示す図１４と同様の縦断
面図である。

【符号の説明】

１ケーシング５絶縁支持体１３，１４コンタクトプレート１６，４１酸素濃度検出素子１７，４２ヒータ部１８，４３コア部（ヒータコア）１８Ａ軸穴部１８Ｂ，２０Ａ貫通孔１９，４４ヒータパターン１９Ａ，４４Ａ，２６Ａ，２７Ａリード部２０，４５ヒータ被覆層２１，４９大気導入路２２，４６第１の絶縁層２３，４７第２の絶縁層２４，４８大気室２５固体電解質層２６内側電極２７外側電極２８保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性材料により細長いロッド状に形成
された心棒部と、該心棒部の外周側に一体形成された酸
素イオン伝導性の固体電解質層と、該固体電解質層の内
周面と心棒部の外周面との間に形成され、前記心棒部の
基端側で大気に連通した環状の大気室と、該大気室に臨
むように前記固体電解質層の内周面に一体形成された環
状の内側電極と、該内側電極との間で前記固体電解質層
を挟むように該固体電解質層の外周面に一体形成された
環状の外側電極と、該外側電極を覆うように前記固体電
解質層の外周側に一体形成され、該固体電解質層および
外側電極を外側から保護する保護層とからなり、前記固
体電解質層は該保護層の周囲と前記大気室との間に生じ
る酸素濃度差に基づいて、前記内側電極と外側電極との
間に起電力を発生させる構成としてなる酸素濃度検出素
子。
【請求項２】前記心棒部と固体電解質層との間には、
前記心棒部の先端側外周に一体形成された第１の絶縁層
と、該第１の絶縁層との間に前記大気室を形成すべく、
該第１の絶縁層から軸方向に離間して前記心棒部の外周
側に一体形成され、該心棒部の基端側に向けて延びた第
２の絶縁層とを設けてなる請求項１に記載の酸素濃度検
出素子。
【請求項３】前記第２の絶縁層と心棒部との間には、
基端側が大気に連通し、先端側が前記大気室に連通する
大気導入路を形成してなる請求項２に記載の酸素濃度検
出素子。
【請求項４】前記心棒部には、該心棒部の基端側端面
に開口し軸方向に伸長する軸穴部と、該軸穴部の先端側
に位置し、該軸穴部を前記大気室に連通させる径方向の
貫通孔とからなる大気導入路を形成してなる請求項１ま
たは２に記載の酸素濃度検出素子。
【請求項５】前記心棒部は、セラミックス材料により
小径のロッド状に形成されたヒータコアと、該ヒータコ
アの先端側に位置して該ヒータコアの外周面に形成され
たヒータパターンと、該ヒータパターンを外側から覆う
ように前記ヒータコアの外周側に設けられた絶縁性のヒ
ータ被覆層とからなるヒータ部として構成してなる請求
項１，２，３または４に記載の酸素濃度検出素子。