JPH1054822A - ヒータ付き酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータ付き酸素センサにおいて、酸素検知素
子２を急速に加熱し、酸素センサが活性化温度に達する
までの所要時間の短縮化を図る。 【解決手段】 中空軸状の酸素検知素子２に、軸状の発
熱体３が端子金具２３を介して挿入・固定される。発熱
体３の先端側に局部的に発熱部４２が形成され、この発
熱部４２の表面が素子内壁面２ａにいわば横当たり構造
で弾性的に押し付けられている。この弾性力を与えてい
るのは端子金具２３の主にガイド部２８である。このよ
うな横当たり構造により、発熱部４２で発生した熱が直
接的に酸素検知素子２に熱伝導し、またその接触部の近
傍の輻射熱も酸素検知素子２の加熱に効果的に作用し
て、酸素検知素子２が短時間でセンサ活性化温度に達す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば内燃機関
の排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ、
あるいは所定のガス中の酸素を検出するための酸素セン
サに関し、特に短時間に酸素センサを活性化温度まで加
熱するヒータを備えた酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば自動車等の内燃機関の排ガ
ス浄化の要求が高まり、車両の始動時やアイドル時な
ど、排ガス温度が低い場合でも内燃機関の排ガス中の酸
素濃度を良好に検出することができるように、ヒータ付
き酸素センサが開発されている。例えば特開平４−１５
７３５８号公報には、先端部が閉じた中空軸状をなし、
それの内壁面に電極層を有する酸素検知素子と、その酸
素検知素子の中空部内に配置されてその酸素検知素子を
加熱する軸状の発熱体とを備えた酸素センサが開示され
ている。この酸素センサでは、酸素イオン電導性固体電
解質によりほぼ試験管状に形成された酸素検知素子の内
部空間に対し、軸状（棒状）の発熱体（ヒータ）がその
先端内面に達するまで同心的に差し入れられており、そ
の発熱体先端と酸素検知素子先端内面とが接触又はごく
近接するように組み付けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のヒ
ータ付き酸素センサにおいては、酸素検出素子が不均一
に加熱された場合、十分に加熱されて活性化した部分と
加熱不十分な高抵抗部分とが混在する形となる。この場
合、検知素子の全体の電気抵抗値は、この高抵抗部分に
支配されることが多いから、結果として素子の抵抗値が
十分低くなり、活性化されるまでの時間、すなわちセン
サの立ち上げ時間が長くなることが考えられる。ここ
で、上記従来の構成では、発熱体が酸素検知素子に対し
て同心的に設けられており、酸素検知素子は発熱体によ
り周方向にほぼ均一に加熱され、活性化した領域も当該
周方向に一様に形成される。また発熱体先端が酸素検知
素子先端内面に接触又はごく近接しているので、発熱体
先端から酸素検知素子への熱伝達もある程度期待でき
る。その結果、センサの立ち上がり時間を短くするとい
う観点では一定の効果が得られるものと推考される。

【０００４】ところが、該従来の構成においては、軸状
の発熱体や中空軸状の酸素検知素子の相対的な熱膨張に
より、発熱体先端と酸素検知素子の先端内面とが離れて
しまって、熱伝達効率が低下したり、あるいは逆に両者
が過度に押し付けられて無理な応力を生じ、耐久性に悪
影響を及ぼすなど、熱膨張の影響を大きく受ける欠点が
ある。このことは、酸素検知素子の加熱状態のばらつ
き、ひいては酸素センサの特性のばらつきを生じる原因
ともなりやすい。この場合、発熱体と酸素検知素子との
間の接触状態を解消して、両者の間に始めから相当量の
隙間を形成したのでは、当然のことながら熱伝達効率が
低下して素子の立ち上がり時間が長くなる等の問題につ
ながる。

【０００５】従って、素子の立ち上がり時間の短縮化を
優先するためには、発熱体と酸素検知素子とを接触させ
る構成は必須となる。また、センサの立ち上がり時間短
縮のためには、検知素子の均一加熱のために発熱体をこ
れ対して同心的に配置することの必然性が、当業界では
ほぼ絶対常識のごとく認識されており、これに捕われる
限りは、発熱体と酸素検知素子との接触部分は発熱体先
端と酸素検知素子先端内面との間に形成する以外に方法
はないということになる。その結果、酸素検知素子の先
端内面と発熱体の先端とを接触又はごく近接させる上記
従来の構成では、センサ立ち上がり時間を短縮する効果
が得られる代償として、酸素センサの特性ばらつきの問
題が必然的に生ずるので、酸素検知素子を短時間で効果
的に加熱する上で必ずしも最善の手法とは言えない。

【０００６】本発明の課題は、中空軸状の酸素検知素子
をその内部に収容した発熱体で短時間で効果的にセンサ
活性化温度に加熱して、例えば車両の始動時やアイドル
時などの、排気ガス温度が低い場合でも酸素センサが有
効に作動し、しかもセンサ特性のばらつきも少なく押さ
えるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】請求項１
の発明は、前述のように先端が閉じた中空軸状の酸素検
知素子内に、軸状の発熱体が配置された酸素センサにお
いて、発熱体の発熱部の近傍においてその発熱体の中心
軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に
寄るように偏心していることを特徴とする。ここで、そ
のような偏心（オフセット）の結果として、発熱体の発
熱部の表面が、請求項２のように酸素検知素子の中空部
内壁面に接触していることが望ましい。

【０００８】発熱体の中心軸線を、上述のように酸素検
知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏
心させた場合、その偏心側において酸素検知素子は局所
加熱され、当該酸素検知素子の中心軸線回りの加熱状態
は不均一なものになると考えられる。そして、このよう
に検知素子を不均一加熱する構成は、従来の常識と照合
すれば、酸素検知素子の電気抵抗値が全体として十分低
くなるまでに時間がかかり、結果としてセンサの立ち上
がり時間を長くするのではないかという懸念が生ずるな
ど、不都合が極めて多いもののように思われる。ところ
が、本発明者らは、この一見望ましくないと思われる上
記構成の採用により、意外にもセンサの活性化時間は従
来と同等であるかあるいは却って短縮されることを見い
出したのである。

【０００９】そして、発熱部が酸素検知素子と接触する
上記横当て構造を例えば採用することで、発熱体の発熱
部で発生する熱がその接触に基づき、その発熱部から酸
素検知素子へ直接的に熱伝導するとともに、その接触点
近傍の輻射熱も酸素検知素子に効果的に作用して、その
酸素検知素子を短時間で昇温させることができ、センサ
活性化時間が短縮される。また発熱体の発熱部が酸素検
知素子の中空部内壁面に側方から接触した構造であれ
ば、発熱部や酸素検知素子の熱膨張が生じても、発熱部
の先端を酸素検知素子の先端内面に当てる構造に比べ
て、その熱膨張の影響を受けにくい。言い換えれば、そ
のような横当て構造をとることにより、発熱体や酸素検
知素子が熱履歴を受けても、両者の接触状態を良好に保
ち易くなるのである。

【００１０】また、発熱部を側方から酸素検知素子の中
空部内壁面に当てるようにすれば、接触による直接的な
熱伝導並びに輻射熱の効果により、先端同士で当てる構
造よりも全体としての熱伝達効率は高くなる。そして、
上記のように、酸素センサにおける酸素検知素子と発熱
体の発熱部との接触状態を安定に保証できることによ
り、酸素検知素子の加熱状態のばらつきが減少し、この
ことが酸素センサとしての特性のばらつきを減少させる
効果につながる。

【００１１】なお、酸素検知素子の外面と中空部の内壁
面とには、酸素検知素子を構成する固体電解質へ酸素を
注入するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質
から酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する
可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を有する多孔質
電極（例えばＰｔ多孔質電極）を設けることができる。
この場合、酸素検知素子の局所加熱を行っても、センサ
の立ち上がり時間が従来と同等レベルに維持されるか、
あるいは却って短縮される要因としては、次のようなこ
とが考えられる。

【００１２】すなわち、該方式の酸素センサでは、例え
ば酸素検知素子の内側に大気等の基準ガスを導入する一
方、外側に排気ガス等の測定対象ガスを接触させ、酸素
検知素子の内外の酸素濃度差に基づいて該酸素検知素子
に生ずる濃淡電池起電力により、測定対象ガス中の酸素
濃度が検出される。この場合、酸素イオン電導性固体電
解質により形成された酸素検知素子に十分な濃淡電池起
電力が生じるためには、酸素検知素子の電気抵抗値が十
分小さくなることのほかに、酸素分子に対する解離ない
し再結合反応に対する上記多孔質電極の触媒活性が十分
に高められている必要がある。そして、センサの検出出
力レベルは、酸素検知素子の電気抵抗値と上記多孔質電
極の触媒活性との兼ね合いで決まることとなる。

【００１３】ここで、例えばＰｔ等で構成された多孔質
電極の触媒活性は、例えばＺｒＯ₂系等の固体電解質の
酸素イオン移動度よりも温度に対して急激に増大する傾
向があるものと推測されている。そして、酸素検知素子
が本発明の構成により局所加熱されると、固体電解質の
活性化による酸素検知素子の電気抵抗減少は、不均一加
熱のため酸素検知素子と発熱体とを同心配置する従来の
構成ほどには進まないが、その局所加熱された部分は従
来の構成よりも高温まで加熱されるので、当該部分で多
孔質電極の触媒活性が高められて被測定ガス中の酸素分
子の解離が促進され、その効果により固体電解質の濃淡
電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補われ、
結果としてセンサの立ち上がり時間が従来と同等か、そ
れよりも短縮される効果が達成されるものと推測され
る。

【００１４】なお、請求項１の発明において、前述のよ
うな発熱体の上記酸素検知素子に対する偏心配置にかか
わらず、発熱体の発熱部の表面が酸素検知素子の中空部
内壁面に接触はせず、ごく近接して位置する構成でもよ
い。このような構成でも、偏心していない場合に比べ
て、発熱部から酸素検知素子への熱輻射等の効果は高ま
るため、酸素センサの活性化時間を短縮する上で一定の
効果がある。

【００１５】上記本発明の酸素センサにおいては、酸素
検知素子の軸断面内側寸法ＤAと発熱体の軸断面外側寸
法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−ＤBが０．３５mm以下となって
いることが望ましい（請求項３）。ここで、酸素検知素
子の軸断面内側寸法及び発熱体の軸断面外側寸法は、酸
素検知素子内周面ないし発熱体外周面が円筒状面である
場合には、その内径ないし外径を意味するものとする。
また、上記内周面及び外周面が円形から外れた軸断面形
状を有している場合には、これを同面積の円形断面に換
算した場合の内径ないし外径を意味するものとする。さ
らに、上記軸断面寸法が、その軸方向において一定でな
い場合（例えばテーパ面状に形成されている場合）は、
該軸断面寸法の軸方向における平均値で代表させるもの
とする。

【００１６】ΔＤ＝ＤA−ＤBが０．３５mmを超えると、
酸素検知素子の活性化時間、ひいてはセンサ立ち上がり
時間が長くなったり、あるいは該立ち上がり時間にセン
サ個体間でのばらつきが生じやすくなる場合がある。例
えば、発熱部を側方から酸素検知素子の中空部内壁面に
当てる場合、ΔＤが大きくなるとその横当て力に固体間
ばらつきが生じやすくなることが、その原因として考え
られる。なお、ΔＤの値は、より望ましくは０．３０mm
以下に設定するのがよい。一方、ΔＤが０．１mm未満に
なると、発熱体を酸素検知素子の中空部内への挿入が行
いにくくなり、発熱体の酸素検知素子に対する組み付け
能率を低下させる場合がある。それ故ΔＤは０．１mm以
上に設定するのがよく、より望ましくは０．１５mm以上
に設定するのがよい。

【００１７】また、検知素子の軸断面内側寸法ＤAと発
熱体の軸断面外側寸法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−ＤBの、ＤB
に対する比ΔＤ／ＤBは、０．１３以下となっているこ
とが望ましい（請求項４）。ΔＤ／ＤBが０．１３を超
えると、請求項３と同様にセンサの立ち上がり時間が長
くなったり、あるいはそのセンサ個体間でのばらつきが
生じやすくなる場合がある。ΔＤ／ＤBは、より望まし
くは０．１０以下に設定するのがよい。

【００１８】次に、請求項５の発明では、発熱体の発熱
部が、その外周面の周方向の一部において発熱分布の疎
なる発熱疎部分を有する場合に、その発熱疎部分以外の
部分において当該発熱体の発熱部を酸素検知素子の中空
部内壁面に接触させるものである。例えばセラミックグ
リーンシートに発熱抵抗パターンを印刷して、これを芯
材に丸めて焼成することにより発熱部を形成する場合
は、その継ぎ合わせ側で発熱パターンが疎になるため、
例えばこれと反対側の発熱部表面を酸素検知素子の中空
部内壁面に接触させることができる。つまり、発熱疎部
分がその中空部内壁面に接触した場合でも一定の熱伝達
の効果はあるが、それより発熱の充分生じる部分を接触
させた方がより効果的であるという意味である。また、
発熱体の発熱部が周方向に偏在することで、より小さな
容積に発熱エネルギーが集中することになり、特にヒー
ター通電時間後の活性化時間を短縮する上で効果があ
る。

【００１９】また請求項６のように、発熱体の発熱部が
発熱体の先端部に偏在していることも酸素検知素子を速
やかに加熱する上で有効である。つまり、発熱部を発熱
体の全体に広げることもできるが、そうすると熱エネル
ギーが分散しやすくなる。有効な酸素検知素子の加熱に
とっては、むしろ発熱部を発熱体の先端部に偏在させた
方が、局部的に発熱し好ましいと言える。このような発
熱部の局部的な発熱パターンと、前述の偏心による横当
て構造との組合せにより、センサの活性化時間をより短
縮することができる。

【００２０】さらに請求項８のように、発熱体が端子金
具を介して酸素検知素子内に組み付けられるとともに、
その端子金具によって発熱体の発熱部を酸素検知素子の
中空部内壁面に、押し付けられている構造とすることが
できる。これによって前述のような横当て構造は一層安
定に保証され、センサ特性のばらつき減少の効果はさら
に高まる。

【００２１】その端子金具の好適な例としては、請求項
９に記載のように、発熱体を把持する１箇所の発熱体把
持部と、その発熱体を周方向に包囲するように形成され
て酸素検知素子内側の電極層に接触する少なくとも１箇
所の内部電極接続部と、上記内部電極接続部を間に挟ん
で発熱体把持部の反対側に、発熱体をその発熱体の軸方
向と垂直な方向に押すガイド部とを備えたものとするこ
とができる。そして、発熱体把持部とガイド部によっ
て、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸
線に対して傾斜させられることにより発熱体の発熱部が
中空部内壁面（以下、素子内壁面ともいう）に押し付け
られ、発熱体が固定されることとなる。これによれば、
ガイド部が発熱体を素子内壁面に押し付ける構造である
ため、このような端子金具を介して上述の横当て構造を
容易に実現することができる。

【００２２】請求項１０は発熱体に生じる応力に着目し
て発明を捉えたもので、素子内壁面において発熱体に作
用する応力と、ガイド部において発熱体に作用する応力
と、上記発熱体把持部において発熱体に作用する応力と
によって合成される発熱体に作用する曲げモーメントに
対して、その発熱体が折れないように上記ガイド部の弾
性力を小さくしたものである。言い換えれば、主にこの
ガイド部の弾性力により発熱体が素子内壁に押し付けら
れるわけであるが、この弾性力を適度に調整することに
より発熱体の欠損等を防ぎつつ、その積極的な接触形態
である押し付け状態を安定に持続できる。

【００２３】請求項１１は、このようにガイド部の弾性
力を小さくする上での具体例を示すもので、そのガイド
部と内部電極接続部との間、その内部電極接続部と上記
発熱体把持部との間の少なくともいずれかの間を、くび
れた形態で連結する連結部を形成したものである。この
ようなくびれた形態の連結部が存在することにより、結
果としてガイド部の弾性力は適度に小さくなり、上述の
ような発熱体の欠損等を回避する上で有効となる。ま
た、発熱体が熱応力により変形しようとした際に、連結
部が適度に弾性変形（あるいは塑性変形）してこれを緩
和する効果も合わせて期待することができる。

【００２４】次に、端子金具の別の好適な例としては、
請求項１２に記載したように、発熱体を周方向に包囲す
るように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触
する少なくとも１箇所の内部電極接続部と、発熱体の軸
方向において、内部電極接続部の一方の側に隣接してこ
れと一体的に設けられ、発熱体を周方向に包囲するよう
に形成されてこれを把持する第一発熱体把持部と、発熱
体の軸方向において、内部電極接続部の他方の側に隣接
してこれと一体的に、かつ中心軸線が第一発熱体把持部
の中心軸線から偏心して設けられ、発熱体を周方向に包
囲するように形成されてこれを把持する第二発熱体把持
部とを備えたものとすることができる。この場合、中心
軸線が互いに偏心した第一発熱体把持部及び第二発熱体
把持部によって、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中
空部の中心軸線に対して傾斜させられることにより、該
発熱体の発熱部が中空部の内壁面に押し付けられて当該
発熱体が固定されることとなる。これによれば発熱体
は、互いに偏心した２つの把持部により傾斜状態で保持
されて素子内壁面に押し付けられるので、このような端
子金具を介して上述の横当て構造を容易に実現すること
ができる。また、２つの把持部によって発熱体はその傾
斜状態をより安定的に保持することができ、発熱部の横
当て効果をさらに確実に達成することができる。

【００２５】より具体的には、請求項１３のように、第
一発熱体把持部と第二発熱体把持部とを、内部電極接続
部の各々対応する端部に対し、前記発熱体の径方向にお
いて同じ側の周縁に接続し、その接続部から見て第一発
熱体把持部の中心軸線が第二発熱体把持部の中心軸線よ
りも遠い側に位置するように構成することができる。該
構成においては、発熱部が発熱体の先端部に形成されて
いる場合、発熱体はその先端側が上記接続部側に傾いて
位置し、当該接続部側において素子内壁面に押し当てら
れることとなる。例えば、内部電極接続部への接続側と
は反対の端部において第一発熱体把持部に対し、酸素検
知素子の出力（ないし接地）端子が上記接続部側に対応
する位置において突出して形成されている場合、上述の
ように発熱体を配置することにより、センサの組立時に
おいて例えば発熱体の電力供給端子（一般には、発熱体
の、発熱部が形成されているのとは反対側の端部に形成
される）等と上記出力端子との干渉が生じにくくなり、
ひいてはセンサの組立を容易に行うことができる。ただ
し、これら端子間における干渉等の問題が生じない場合
には、第一発熱体把持部の中心軸線を第二発熱体把持部
の中心軸線よりも上記接続部に対し近い側に位置させる
構成（すなわち、発熱体の傾斜が上記とは逆となる構
成）としてもよい。

【００２６】また、さらに具体的には請求項１４のよう
に、第一発熱体把持部と内部電極接続部とを中心軸線が
互いにほぼ一致するように配置し、第二発熱体把持部
を、その中心軸線が内部電極接続部の中心軸線に対し、
前記接続部側に偏心するように配置する構成とすること
ができる。すなわち、第一発熱体把持部と内部電極接続
部とを同軸的に配置することにより、例えば発熱体の電
力供給端子と、酸素検知素子の出力端子ないし接地端子
との間に比較的に均等に間隔を形成することができ、ひ
いては端子間の絶縁不良等のトラブルを減少させること
ができる。

【００２７】なお、本構成においても端子金具には、第
一発熱体把持部と内部電極接続部との間及び／又は該内
部電極接続部と第二発熱体把持部との間をくびれた形態
で連結する連結部を形成することができる（請求項１
５）。すなわち、発熱体が２つの把持部で把持されてい
ると、発熱体の熱膨張ないし収縮が拘束されやすくなっ
て熱応力が生じやすい傾向にあるが、連結部が弾性変形
ないし塑性変形することで熱応力が緩和され、ひいては
発熱体の破損等も生じにくくなる。

【００２８】この場合、上記連結部のうち、第一発熱体
把持部と内部電極接続部との間に形成されたもの（第一
連結部）と、内部電極接続部と第二発熱体把持部との間
に形成されたもの（第二連結部）とが、それぞれ内部電
極接続部の径方向内側に曲げられて段付き部を形成する
構成とすることもできる（請求項１６）。こうすれば、
それら第一連結部及び第二連結部の曲げ量を調整するこ
とにより、第一発熱体把持部及び第二発熱体把持部の中
心軸線間の偏心量を容易に調整できる利点が新たに生ず
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すいくつかの実施
例を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。 （実施例１）図１に示す酸素センサ１は、先端が閉じた
中空軸状の固体電解質部材である酸素検知素子２と、軸
状のセラミックヒータである発熱体３とを備え、それら
の外殻を構成する各種部材の組立体として構成される。
酸素検知素子２は酸素イオン伝導性を有する固体電解質
により構成されている。そのような固体電解質として
は、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的
なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希
土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使用してもよ
い。また、ベースとなるＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂が含有され
ていてもよい。

【００３０】この酸素検知素子２の中間部外側には、絶
縁性セラミックから形成されたインシュレータ６，７、
並びにタルクから形成されたセラミック粉末８を介して
金属製の筒部材であるハウジング９が設けられ、酸素検
知素子２はハウジング９と電気的に絶縁された状態で貫
通している。また、図２に示すように、酸素検知素子２
の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように一対の
電極層２ｂ，２ｃが設けられている。これら電極層２
ｂ，２ｃはいずれも、酸素検知素子２を構成する固体電
解質へ酸素を注入するための酸素分子の解離反応、及び
該固体電解質から酸素を放出させるための酸素の再結合
反応に対する可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を
有する多孔質電極、例えばＰｔ多孔質電極として構成さ
れている。

【００３１】次に、ハウジング９の一方の開口部には、
酸素検知素子２の先端側を所定の空間を隔てて覆うよう
にプロテクタ１１が設けられ、プロテクタ１１には排気
ガスを透過させる複数のガス透過口１２が形成され、こ
れにより排気ガス中の酸素が酸素検知素子２の先端側表
面に接触可能となっている。ハウジング９の他方の開口
部には、第１のスリーブ１４がインシュレータ６との間
にリング１５を介してかしめられ、このスリーブ１４に
さらに第２のスリーブ１６が外側から嵌合・固定されて
いる。このスリーブ１６の図中上端側の開口は栓体１７
で封止され、またこれに続いてさらに内方に栓体１８、
及び１９が設けられている。そして栓体１７，１８を貫
通するようにリード線２０，２１が配置されている。

【００３２】一方のリード線２０は、端子金具２３のコ
ネクタ部２４及びこれに続く引出し線部２５（絶縁管２
５ａで覆われている）、並びに端子金具２３の内部電極
接続部２６を経て、前述の酸素検知素子２の図示しない
内側の電極層と電気的に接続されている。他方のリード
線２１は、別の端子金具３３のコネクタ部３４及びこれ
に続く引出し線部３５並びに外部電極接続部３５ｂを経
て、酸素検知素子２の図示しない外側の電極層と電気的
に接続されている。また前述の発熱体３に通電するため
のプラス側及びマイナス側の一対のヒータ端子部４０
が、発熱体３の基端部（図１において上端部）に固定さ
れ、これらヒータ端子部４０を経て、発熱体３内に埋設
された後述の発熱用抵抗回路に通電されるようになって
いる。なお図１で図示はしないが、一対のヒータ端子部
４０は、栓体１７，１８等を貫通して設けられたヒータ
用の一対のリード線にそれぞれ接続される。

【００３３】このように構成された酸素センサ１は、酸
素検知素子２の内側空間に対し、例えばリード線２０，
２１の被覆部２０ａ，２１ａと芯線２０ｂ，２１ｂとの
間に形成された空隙を介して基準ガスとしての大気が導
入される一方、酸素検知素子２の外面にはプロテクタ１
１のガス透過口１２を介して導入された排気ガスが接触
し、該酸素検知素子２にはその内外面で生ずる酸素濃度
差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この
酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信
号として電極層２ｂ，２ｃからリード線２１，２０を介
して取り出す。ここで、酸素検知素子２は、排気ガス温
が十分高温となっている場合には当該排気ガスで加熱さ
れて活性化されるが、エンジン始動時など排気ガス温が
低温である場合には前述の発熱体３で強制的に加熱する
ことで活性化される。

【００３４】発熱体３は、通常はセラミックヒータであ
り、例えばアルミナを主とするセラミック棒４５を芯材
とし、図５に示すようにこのセラミック棒４５の表面に
例えば蛇行状に形成された抵抗線部（抵抗パターン）４
１からなる発熱部４２を備える。これはシート状の外層
セラミック部４３に抵抗ペーストを所定のパターンで印
刷し、これをセラミック棒４５に巻き付けるように丸め
て焼成したものである。セラミック棒４５は外層セラミ
ック部４３の先端から若干突出しており、また抵抗パタ
ーン４１にヒータ端子部４０から延びる図示しない通電
路を経て、発熱のための通電が行われる。このような発
熱部４２は発熱体３の先端側に偏って設けられ、その先
端部で局部的に発熱するようになっている。

【００３５】そして、図３に示すように、発熱体３の発
熱部４２の近傍における中心軸線Ｏ1は、酸素検知素子
２の中心軸線Ｏ2に対して片側に寄るように一定量δだ
け偏心（オフセット）している。それによって、発熱体
３の発熱部４２の先端部表面が酸素検知素子２の中空部
内壁面（以下、素子内壁面ともいう）２ａに所定の面圧
で押し付けられた状態で接触している。この接触位置
は、図１から明らかなように酸素検知素子２の閉塞側先
端からやや中間側へ寄ったところ、より好ましくは前述
のプロテクタ１１のガス透過口１２にほぼ対応する位置
にあたるとよい。

【００３６】なお、酸素検知素子２の中空部内壁面はテ
ーパ状に形成されているが、その内径の平均値（以下、
単に内径という）ＤAと発熱体３の外径ＤBとの差ΔＤ＝
ＤA−ＤBは０．１〜０．３５mm、望ましくは０．１５〜
０．３０mmに設定されている。また、上記ΔＤの発熱体
３の外径ＤBに対する比ΔＤ／ＤBは、０．１３以下、望
ましくは０．１０以下に設定されている。

【００３７】図４は、発熱体３の中心軸線Ｏ1と酸素検
知素子２の中心軸線Ｏ2とが同心的な従来構造の比較例
を示すもので、これと図３とを比較すると明らかなよう
に、図３の本件実施例では、酸素検知素子２の中心軸線
Ｏ2に対し、発熱体３の中心軸線Ｏ1が角度θ傾いた状態
で、その発熱部４２の先端部表面が素子内壁面２ａに側
方から押し付けられた、いわば横当たり構造とでも称す
べき形態となっている。なお、図３及び図４ともに、理
解を容易にするために発熱体３と酸素検知素子２との隙
間や傾きθは実際のものより誇張して描かれているが、
上述の偏心量δや傾きθは、素子内壁面２ａの内径を
２.８〜３.２mm、発熱体３の外径を２.４３〜２.６３mm
としたとき、発熱体３と酸素検知素子２との間で過度な
押し付け力を生ずることなく上記横当り構造を確実なも
のとするには、例えばδは０.０８５〜０.３８５mm、ま
たθは０.１〜０.５°程度の大きさとするのがよい。ま
た図４の発熱部４２’と比べて、図３の発熱部４２は、
前述のように発熱体３の先端側により狭い領域に偏って
形成されている。

【００３８】なお図５（ｂ）に示すように、発熱体３の
外層セラミック部４３がセラミック棒４５に巻き付けら
れた際の接合隙間として、発熱体３の外周の１箇所に軸
方向と平行なスリット状部４４が生じ、この近傍では抵
抗パターン４１が存在せず、発熱疎部分となるが、発熱
体３の素子内壁面２ａの横当たり構造に際してはこのス
リット状部４４の反対側の発熱部４２表面を素子内壁面
２ａに当てることが望ましい。これによって充分発熱す
る部分から直接的に酸素検知素子２に効果的な熱伝達が
生じる。

【００３９】上述のように発熱体３の発熱部４２を素子
内壁面２ａに弾性的に押し付ける機能を果たしているの
は端子金具２３である。この場合、端子金具２３は３つ
の役割を果たす。第一は、酸素検知素子２の内側の電極
層の出力端子としてリード線２０との電気的接続を図る
こと、第二は発熱体３を酸素検知素子２の内側に固定す
ることであるが、これらは従来と同様の機能である。そ
して第３の機能が、発熱体３の先端部を素子内壁面２ａ
に横当たり構造で弾性的に押し付けることである。この
弾性力を生じさせるのは、主に端子金具２３の先端側に
形成されたガイド部２８である。

【００４０】図６に端子金具２３を発熱体３に組み付け
た状態を、図７に端子金具２３の単体状態を示す。これ
らの図から明らかなように、前述の内部電極接続部２６
に関して発熱体３の基端側に発熱体把持部２７が、また
先端側（つまり発熱体把持部２７の反対側）に前述のガ
イド部２８が形成されている。発熱体把持部２７は、発
熱体３の周囲をＣ字状の横断面形状で把持し、かつ発熱
体３に一体的にかしめられたものである。この発熱体把
持部２７は内部電極接続部２６の片側の１箇所にのみ設
けられている。内部電極接続部２６は、発熱体３を一部
を除いて周方向に包囲するように形成され、発熱体３と
の間には所定の隙間がある。この内部電極接続部２６が
前述のように酸素検知素子２の内側の電極層に接触す
る。

【００４１】なお、本実施例においては内部電極接続部
２６は、左右両側の縁に鋸刃状の接触部２６ａがそれぞ
れ複数形成された板状部分を円筒状に曲げ加工すること
により、発熱体３を包囲する形態で形成されている。こ
れら両側の接触部２６ａは、鋸刃の山に相当する部分と
谷に相当する部分とが、左右両側で互い違いに形成され
ており、例えばセンサ組立時において内部電極接続部２
６を酸素検知素子２の内側に挿入する際に、左右の接触
部２６ａが同時に酸素検知素子２の開口縁に引っ掛かっ
たりする等のトラブルが生じにくくなり、ひいては内部
電極接続部２６の酸素検知素子２に対する組み付けが容
易となる効果を有している。また、鋸刃状の各接触部２
６ａの高さをやや大きく設定することにより、上記板状
部分を筒状に曲げて内部電極接続部２６を形成する際
に、その曲げ方向の幅が増大して加工が行いやすくなる
効果も合わせて達成される。

【００４２】次に、ガイド部２８はこの例の端子金具２
３の最も特徴的な部分であり、ほぼ半円状の横断面形状
をなし、かつ端子金具２３の中心軸線、詳しくは発熱体
把持部２７及び内部電極接続部２６の中心軸線に関し
て、図７に示すように角度αだけ内側に傾斜して形成さ
れている。これによってガイド部２８は、発熱体３をそ
の軸方向とほぼ垂直方向に押して、図１のように素子内
壁面２ａに押し付けるものである。

【００４３】なお、端子金具２３の発熱体把持部２７と
内部電極接続部２６との間には、両側から周方向にＵ字
状の切欠を形成することにより、くびれた形態の連結部
２９が形成され、この連結部２９が発熱体把持部２７と
内部電極接続部２６とを連結し、この部分において発熱
体３に過度の応力が集中しないようになっている。また
内部電極接続部２６とガイド部２８との間も、くびれた
形態の連結部３０によって連結され、このくびれ形態の
連結部３０により、ガイド部２８が発熱体３に及ぼすそ
の軸方向と垂直方向の弾性力が適度に調整されている。
つまり、このくびれ形態の連結部３０がガイド部２８の
弾性力を小さくする役割を果たしており、図１の発熱体
３の横当たり構造において、素子内壁面２ａに対する弾
性的な押付力が、主にこのガイド部２８によって与えら
れる。

【００４４】この状態で発熱体３には、素子内壁面２ａ
が発熱体３に及ぼす応力、ガイド部２８において発熱体
３に作用する応力、発熱体把持部２７において発熱体３
に作用する応力とによって、これらの合成による曲げモ
ーメントが生じるが、その曲げモーメントにより発熱体
３が折れないように、言い換えれば発熱体３の許容強度
範囲以上の応力が生じないようにされている。このよう
な応力ひいては曲げモーメントの調整を図るのは、ガイ
ド部２８並びにそれに隣接するくびれ形態の連結部３
０、さらには他の連結部２９及び１箇所の発熱体把持部
２７である。

【００４５】なお、以上のような酸素センサ１の製造工
程では、発熱体３に端子金具２３を固定した後、このア
ッセンブリを酸素検知素子２に挿入するのが普通である
が、この挿入の際に、発熱体３の先端部は素子内壁面２
ａに弾性的に接触した状態でここを滑りつつ内部に挿入
され、図１のような横当たり形態を生じるとともに、酸
素検知素子２に対し発熱体３が端子金具２３を介して固
定されることとなる。この挿入工程で上述のガイド部２
８、連結部３０等が発熱体３に生じる応力を吸収・緩和
してその折損等を防止する。

【００４６】以上のように、発熱体３の素子内壁面２ａ
に対する横当たり構造を採用することにより、発熱部４
２で生じた熱が上記接触に基づく熱伝導により速やかに
酸素検知素子２に伝わってこれを加熱し、また発熱部４
２の上記接触部近傍の局部的に発熱した部分の熱輻射に
よっても酸素検知素子２が加熱され、このような熱伝導
及び熱輻射による相乗的な熱伝達が、酸素検知素子２を
急速に加熱し、活性化温度までの上昇時間を短縮する。

【００４７】ここで、図２に示すように酸素検知素子２
は、その素子内壁面２ａに横当て状態で配置された発熱
部４２により局所加熱されるのであるが、センサの立ち
上がり時間は図４に示す従来構成のセンサと同等レベル
に維持されるか、あるいは却って短縮される。その要因
としては、次のようなことが考えられる。すなわち、酸
素イオン電導性固体電解質により形成された酸素検知素
子２に十分な濃淡電池起電力が生じるためには、酸素検
知素子２の電気抵抗値が十分小さくなることのほかに、
酸素分子に対する解離ないし再結合反応に対する電極層
２ｂ，２ｃの触媒活性が十分に高められている必要があ
る。そして、センサの検出出力レベルは、酸素検知素子
２の電気抵抗値と上記２ｂ，２ｃの触媒活性の兼ね合い
で決まる。

【００４８】ここで、酸素検知素子２が発熱部４２によ
り局所加熱されると、固体電解質の活性化による酸素検
知素子２の電気抵抗減少は、例えば図４に示す従来の構
成ほどには進まないが、図２に示すように、その局所加
熱された部分２ｄはより高温まで加熱されるので、当該
部分で電極層２ｂ，２ｃの触媒活性が高めらる。そし
て、電極層２ｂの触媒活性が向上すると被測定ガス中の
酸素分子の解離が促進され、その効果により固体電解質
の濃淡電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補
われ、結果としてセンサの活性化時間（立ち上がり時
間）が短縮されるものと推測される。

【００４９】実験によれば、図４のような従来タイプの
もので、例えばヒータ抵抗値を３〜３．５Ωに設定した
とき、センサ活性化温度までの所要時間は２０秒程度要
するのに対し、図３の横当たり構造のものでは、同じヒ
ータ抵抗値の条件で活性化温度に達するまでの所要時間
が、単に偏心した場合で１５秒程度、更に横接触した場
合で９秒程度と大幅に短縮することが確認された。この
ことは、例えば自動車の始動時やアイドリング時等の、
排気ガス温度が低い場合でも、酸素センサが従来に比べ
て相当早い段階から酸素濃度を適正に検出し、従来より
高精度・高能力で排ガス浄化を達成することにつなが
る。

【００５０】（実施例２）図８は、本発明の酸素センサ
の第二実施例を示すものである。なお、該酸素センサ５
０の構成において上記実施例１の酸素センサ１と共通す
る部分には同一の符号を付与して説明は省略し、主にそ
の相違点について以下に説明する。

【００５１】すなわち、該酸素センサ５０が次のように
構成されている点で実施例１の酸素センサ１と相違す
る。すなわち、端子金具２３は、実施例１の端子金具
（図１）とほぼ同様に形成された内部電極接続部２６を
備え、発熱体３の軸方向において該内部電極接続部２６
の一方の側には、実施例１と同様の第一発熱体把持部２
７ａが形成される一方、他方の側にも第二発熱体把持部
２７ｂが同様の構成で形成されている。ここで、図９に
示すように、第二発熱体把持部２７ｂは、中心軸線Ｏ11
が第一発熱体把持部２７ａの中心軸線Ｏ10から距離ｄだ
け偏心して設けられている。なお、図１０は、該端子金
具２３に発熱体３を組み付けた状態を示している。

【００５２】具体的には図９に示すように、端子金具２
３においては、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把
持部２７ｂとが、内部電極接続部２６の各々対応する端
部に対し、それぞれくびれた形態の第一及び第二連結部
２９及び３０により、発熱体３の径方向において同じ側
の周縁に一体的に接続されている。そして、これら第一
及び第二連結部２９及び３０は、内部電極接続部２６の
径方向内側に曲げられて段付き部を形成するとともに、
その曲げ量を調整することにより、第一発熱体把持部２
７ａ及び第二発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ10，Ｏ11
間の偏心量ｄが調整されている。

【００５３】なお、本実施例では、第一及び第二連結部
２９及び３０（接続部）から見て第一発熱体把持部２７
ａの中心軸線Ｏ10は、第二発熱体把持部２７ｂの中心軸
線Ｏ11よりも遠い側に位置している。具体的には第一発
熱体把持部２７ａ及び内部電極接続部２６は、それらの
中心軸線Ｏ10及びＯxが互いにほぼ一致するように配置
され、第二発熱体把持部２７は、その中心軸線Ｏ11が内
部電極接続部２６の中心軸線Ｏxに対し、連結部２９な
いし３０側に偏心するように配置されている。また、本
実施例においては図９（ｃ）に示すように、内部電極接
続部２６は、主要部２６ｂが円柱状の発熱体３の外周に
巻き付けられる一方、鋸刃状の接触部２６ａが、発熱体
３の外周に沿う円周経路から外れて外向きに開くような
形態を有している。そして、その中心軸線Ｏxは、上記
主要部２６ｂが沿う円周経路の中心軸線として規定され
るものとする。

【００５４】このような端子金具２３は、例えば図１１
に示すような形状の板状金属部材１２３を曲げ加工する
ことにより製造することができる。すなわち、図１１
（ａ）に示すように板状金属部材１２３は、３つの部分
１２７ａ、１２６及び１２７ｂが、その幅方向中間部に
おいて、連結部２９及び３０となるべき接続部１２９及
び１３０により互いに一体化された形態をなし、同図
（ｂ）〜（ｄ）に示すように、接続部１２９及び１３０
の両側に張り出した部分を幅方向において筒状に丸める
ように曲げ加工することにより、それぞれ第一発熱体把
持部２７ａ、内部電極接続部２６及び第二発熱体把持部
２７ｂとなる。また、連結部２９及び３０は、同図
（ｅ）に示すように、第一発熱体把持部２７ａ及び第二
発熱体把持部２７ｂの中心軸Ｏ10及びＯ11が、所期の位
置となるように段付き状に曲げ加工される。

【００５５】上記構成の酸素センサ５０によれば、図８
に示すように、第一発熱体把持部２７ａ及び第二発熱体
把持部２７ｂにより、発熱体３の中心軸が、酸素検知素
子２の中空部の中心軸に対し、発熱体３の図面下端側が
端子金具２３の連結部２９，３０側に近寄るように（す
なわち実施例１（図１）とは逆方向に）傾斜させられ
る。これにより、発熱体３の発熱部４２が中空部の内壁
面２ａに押し付けられて当該発熱体３が固定されること
となる。発熱体３は、互いに偏心した２つの把持部２７
ａ，２７ｂにより傾斜状態で保持されて素子内壁面２ａ
に押し付けられる。これにより、発熱体３はその傾斜状
態をより安定的に保持することができ、発熱部３の横当
て効果がさらに確実に達成される。

【００５６】ここで、第一発熱体把持部２７ａ及び第二
発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ10，Ｏ11間の偏心量ｄ
は、例えば次のようにして設定することができる。すな
わち、理解を容易にするために図１２に誇張して示すよ
うに、発熱体３の中心軸線Ｏ1と酸素検知素子２の中空
部の中心軸線Ｏ2とのなす角度θは、例えば素子内壁面
２ａの内径を２.８〜３.２mm、発熱体３の外径を２.４
３〜２.６３mmとしたとき、θは実施例１と同様に０.１
〜０.５°程度の大きさとするのがよいが、第一発熱体
把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとの軸方向端面
間の距離をＬとすれば、ｔａｎθ＝ｄ／Ｌであり、ｔａ
ｎ０．１°は約０．００１７、ｔａｎ０．５°は約０．
００８７であるから、０．００１７Ｌ≦ｄ≦０．００８
７Ｌとなるようにｄを設定すればよい。

【００５７】また、連結部２９，３０を基準として、第
一発熱体把持部２７ａの中心軸線Ｏ10が第二発熱体把持
部の中心軸線Ｏ11よりも遠い側に位置することで、次の
ような効果も達成されている。すなわち、発熱体３はそ
の発熱部４２側が連結部２９，３０側に傾いて位置して
おり、当該側において素子内壁面に押し当てられる。そ
して、第一発熱体把持部２７ａには、コネクタ部２４及
び引出し線部２５（酸素検知素子２の出力端子）が、連
結部２９，３０に対応する位置において突出して形成さ
れている。この場合、上述のように発熱体３を上記の方
向に傾けて配置することにより、センサ５０の組立時に
おいて例えば発熱体３のヒータ端子部４０（電力供給端
子）等と、コネクタ部２４及び引出し線部２５との干渉
が生じにくくなり、ひいてはセンサ５０の組立を容易に
行うことができる。また、第一発熱体把持部２７ａと内
部電極接続部２６とが同軸的に配置されているから、ヒ
ータ端子部４０と、コネクタ部２４及び引出し線部２５
との間に比較的均等に間隔が形成され、ひいてはそれら
の間での絶縁不良等のトラブルが起こりにくくなる。

【００５８】以上、図面に示す実施例を参照しながら説
明したが、本発明は以上の実施例の記載により限定的に
解釈されるものでは決してなく、特許請求の範囲の趣旨
を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識の基づく種々
なる変更・改良が可能であることは言うまでもない。

【００５９】

【実施例】以下、実験例により、本発明の実施例をさら
に詳しく説明する。すなわち、図８に示す酸素センサ５
０を、酸素検知素子２のテーパ状の中空部内壁面の内径
（平均値）ＤAと、発熱体３の外径ＤBとを表１に示す６
つの組み合わせ条件で各種変化させ、各条件毎に５０個
ずつ作製した。ここで、酸素検知素子２は、ＺｒＯ₂粉
末に安定化成分としてのＹ₂Ｏ₃を配合して成形後、焼成
することにより、Ｙ₂Ｏ₃を８．５〜９．０重量％含有す
るＺｒＯ₂固体電解質として形成されたものである。こ
こで、ΔＤ（＝ＤA−ＤB）及びΔＤ／ＤBの各条件毎の
値も表１に合わせて示している。なお、発熱体３の酸素
検知素子２の中空部に対する挿入深さは４７．４mm に
固定した。また、発熱部４２は、発熱体３の軸線方向に
おける幅が４mmであり、１２Ｖ通電時の出力が１０Ｗの
ものを用いた。

【００６０】これらセンサ５０の酸素検知素子２に対
し、リード線２１側（外側の電極層２ｂ側）を、８００
ｋΩの抵抗器を介して直流定電圧電源（電圧４Ｖ）の正
極端子に接続する一方、リード線２０側（内側の電極層
２ｃ側）を接地した。この状態で発熱体３の発熱部４２
に対し１４Ｖで定電圧通電して酸素検知素子２を加熱す
るとともに、酸素検出素子２に印加される分圧電圧に基
づいてその電気抵抗値の時間的な変化を連続的にモニタ
した。そして、その電気抵抗値が５．６ＭΩに到達すれ
ば酸素検出素子２が活性化したと判断し、通電開始から
その活性化するまでの時間を、センサ立ち上がり時間と
して各センサ毎に測定した。表１に、各条件のセンサの
立ち上がり時間の平均値と標準偏差とを示す。また、図
１３及び図１４は、センサ立ち上がり時間の平均値ＴAV
及び標準偏差σTをΔＤ及びΔＤ／ＤBに対してプロット
したものである。

【００６１】

【表１】

【００６２】すなわち、図１３においては、ΔＤが０．
２５mm程度までは、センサ立ち上がり時間の平均値はΔ
Ｄの増加とともに増加するが、０．２５mm以上では増加
が鈍っていることがわかる。また、ΔＤが０．３５mmを
超えると、センサ立ち上がり時間の標準偏差σT、すな
わちセンサ個体間でのばらつきが急激に大きくなってい
る。従って、上記センサ立ち上がり時間の個体間ばらつ
きを抑制するためには、該ΔＤの値を０．３５mm以下の
範囲で設定することが望ましいといえる。一方、図１４
から、ΔＤ／ＤBの値は、０．１３以下（より望ましく
は、０．１０以下）に設定することが、同様に上記立ち
上がり時間の個体間ばらつきを抑制する上で望ましいこ
ともわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の酸素センサの縦断面図。

【図２】図１の、発熱部と酸素検知素子との接触部付近
を拡大して示す断面図。

【図３】その要部を概念化して示す部分断面図。

【図４】比較例の同様な部分断面図。

【図５】図１の発熱部の一例を示す図。

【図６】図１の発熱体に端子金具を組み付けたアッセン
ブリを示す図。

【図７】図１の端子金具を単体状態で示す図。

【図８】本発明の実施例２の酸素センサの縦断面図。

【図９】図８の端子金具を単体状態で示す図。

【図１０】図８の発熱体に端子金具を組み付けたアッセ
ンブリを示す図。

【図１１】図８の端子金具を製造するための板状金属部
材の一例を示す図。

【図１２】図８の端子金具の作用を誇張して示す図。

【図１３】実験例で得られたＴAV及びσTのデータを、
ΔＤに対してプロットしたグラフ。

【図１４】同じくＴAV及びσTのデータを、ΔＤ／ＤBに
対してプロットしたグラフ。

【符号の説明】

１，５０ 酸素センサ ２ 酸素検知素子 ２ａ 中空部内壁面（素子内壁面） ３ 発熱体 ２３ 端子金具 ２６ 内部電極接続部 ２７ 発熱体把持部 ２７ａ 第一発熱体把持部 ２７ｂ 第二発熱体把持部 ２８ ガイド部 ２９ 連結部（第一連結部） ３０ 連結部（第二連結部） ４２ 発熱部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 暢博 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 河尻 章吾 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 宮田 博 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部が閉じた中空軸状をなし、それの
   内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素
   子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸
   状の発熱体とを備えた酸素センサにおいて、 該発熱体の発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が
   該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄る
   ように偏心していることを特徴とするヒータ付き酸素セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記酸素検知素子の中空部の中心軸線に
   対して前記発熱体の発熱部の近傍において該発熱体の中
   心軸線が偏心していることにより、該発熱体の発熱部の
   表面が、該酸素検知素子の中空部内壁面に接触している
   請求項１記載の酸素センサ。
3. 【請求項３】 前記酸素検知素子の軸断面内側寸法ＤA
   と前記発熱体の軸断面外側寸法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−Ｄ
   Bが０．３５mm以下である請求項１又は２に記載の酸素
   センサ。
4. 【請求項４】 前記酸素検知素子の軸断面内側寸法ＤA
   と前記発熱体の軸断面外側寸法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−Ｄ
   Bの、前記ＤBに対する比ΔＤ／ＤBが０．１３以下であ
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の酸素センサ。
5. 【請求項５】 前記発熱体の発熱部が、その外周面の周
   方向の一部において発熱分布の疎なる発熱疎部分を有
   し、その発熱疎部分以外の部分において当該発熱体の発
   熱部が前記酸素検知素子の中空部内壁面に接触している
   請求項１ないし４のいずれかに記載の酸素センサ。
6. 【請求項６】 前記発熱体の発熱部が該発熱体の先端部
   に偏在している請求項１ないし５のいずれかに記載の酸
   素センサ。
7. 【請求項７】 前記発熱体の発熱部が、前記酸素検知素
   子の中空部内壁面に対し押し付けられている請求項１な
   いし６のいずれかに記載の酸素センサ。
8. 【請求項８】 前記発熱体が端子金具を介して前記酸素
   検知素子内に組み付けられるとともに、その端子金具に
   よって該発熱体の発熱部が該酸素検知素子の中空部内壁
   面に押し付けられている請求項１ないし７のいずれかに
   記載の酸素センサ。
9. 【請求項９】 前記端子金具は、 前記発熱体を把持する１箇所の発熱体把持部と、該発熱
   体を周方向に包囲するように形成され、前記酸素検知素
   子の内側の電極層に接触する少なくとも１箇所の内部電
   極接続部と、該内部電極接続部を間に挟んで該発熱体把
   持部の反対側に該発熱体を該発熱体の軸方向と垂直な方
   向に押すガイド部とを備え、且つ該発熱体把持部と該ガ
   イド部によって、該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子
   の中空部の中心軸線に対して傾斜させられることによ
   り、該発熱体の発熱部が前記中空部の内壁面に押し付け
   られて当該発熱体が固定されている請求項８記載の酸素
   センサ。
10. 【請求項１０】 前記中空部内壁面において前記発熱体
    に作用する応力と、前記ガイド部において該発熱体に作
    用する応力と、前記発熱体把持部において発熱体に作用
    する応力とによって合成される該発熱体に作用する曲げ
    モーメントに対して、該発熱体が折れないように前記ガ
    イド部の弾性力を小さくした請求項９に記載の酸素セン
    サ。
11. 【請求項１１】 前記端子金具には、前記ガイド部と前
    記内部電極接続部との間及び／又は該内部電極接続部と
    前記発熱体把持部との間をくびれた形態で連結する連結
    部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載
    の酸素センサ。
12. 【請求項１２】 前記端子金具は、 前記発熱体を周方向に包囲するように形成され、前記酸
    素検知素子の内側の電極層に接触する少なくとも１箇所
    の内部電極接続部と、 前記発熱体の軸方向において、前記内部電極接続部の一
    方の側に隣接してこれと一体的に設けられ、前記発熱体
    を周方向に包囲するように形成されてこれを把持する第
    一発熱体把持部と、 前記発熱体の軸方向において、前記内部電極接続部の他
    方の側に隣接してこれと一体的に、かつ中心軸線が前記
    第一発熱体把持部の中心軸線から偏心して設けられ、前
    記発熱体を周方向に包囲するように形成されてこれを把
    持する第二発熱体把持部とを備え、 中心軸線が互いに偏心した前記第一発熱体把持部及び第
    二発熱体把持部によって、前記発熱体の中心軸線が前記
    酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して傾斜させられ
    ることにより、該発熱体の発熱部が前記中空部の内壁面
    に押し付けられて当該発熱体が固定されている請求項８
    記載の酸素センサ。
13. 【請求項１３】 前記第一発熱体把持部と前記第二発熱
    体把持部とは、前記内部電極接続部の各々対応する端部
    に対し、前記発熱体の径方向において同じ側の周縁に接
    続されており、その接続部から見て前記第一発熱体把持
    部の中心軸線は前記第二発熱体把持部の中心軸線よりも
    遠い側に位置している請求項１２記載の酸素センサ。
14. 【請求項１４】 前記第一発熱体把持部と前記内部電極
    接続部とは中心軸線が互いにほぼ一致するように配置さ
    れ、前記第二発熱体把持部は、その中心軸線が前記内部
    電極接続部の中心軸線に対し、前記接続部側に偏心する
    ように配置されている請求項１３記載の酸素センサ。
15. 【請求項１５】 前記端子金具には、前記第一発熱体把
    持部と前記内部電極接続部との間及び／又は該内部電極
    接続部と前記第二発熱体把持部との間をくびれた形態で
    連結する連結部が形成されている請求項１４記載の酸素
    センサ。
16. 【請求項１６】 前記連結部のうち、前記第一発熱体把
    持部と前記内部電極接続部との間に形成されたもの（以
    下、第一連結部という）と、前記内部電極接続部と前記
    第二発熱体把持部との間に形成されたもの（以下、第二
    連結部という）とは、それぞれ前記内部電極接続部の径
    方向内側に曲げられて段付き部を形成しており、 それら第一連結部及び第二連結部の曲げ量を調整するこ
    とにより、前記第一発熱体把持部及び前記第二発熱体把
    持部の中心軸線間の偏心量が調整されている請求項１５
    記載の酸素センサ。