JPH09105737A - 空燃比検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成を簡潔とした空燃比検出素子を提供す
る。 【解決手段】 空燃比検出素子１は、一枚の固体電解質
板３５に設けられた酸素ポンプ部２と酸素センサ部３
と、発熱体４とスペーサ５とからなる。酸素ポンプ部２
は、固体電解質板３５の両面に設けられた一対の電極
７、８と、固体電解質板３５および電極７、８を貫通す
る連通孔９とからなる。一方、固体電解質板３５の電極
８が設けられた面には電極１２、１３が配置され、酸素
センサ部３を形成している。スペーサ５は、貫通部３６
とスリット状の貫通部２０とを有する。下から順に発熱
体４、スペーサ５、固体電解質板３５となるように積層
し、同時焼成する。この際、貫通部３６と電極８、１２
とが、貫通部２０と電極１３とが、それぞれ重ねて配置
される。同一の固体電解質板３５に酸素ポンプ部２と酸
素センサ部３とを配置することによって、酸素ポンプ部
用及び酸素センサ部用の各独立した固体電解質板を採用
する従来に比べ構成を簡潔とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の空燃比の制御におい
て、酸素濃度の測定には、酸素濃淡電池の原理を利用し
た空燃比検出素子が用いられている。空燃比検出素子に
関するものとしては、例えばＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ８５
０３７８などで提案されている。以下、前記ＳＡＥ Ｐ
ａｐｅｒ ８５０３７８で提案された空燃比検出素子に
ついて、図２３に従って説明する。

【０００３】空燃比検出素子１は、主に酸素ポンプ部２
と、酸素センサ部３と、両者を加熱するための発熱体４
とからなる。酸素ポンプ部２は安定化ジルコニアなどの
酸素イオン伝導性の固体電解質板６と、その両面に形成
された電極７、８とからなる。酸素センサ部３は酸素ポ
ンプ部２と同様な固体電解質板１１と、その両面に形成
された電極１２、１３とからなる。

【０００４】酸素ポンプ部２と酸素センサ部３との間に
は、絶縁体からなる第一のスペーサ５が配置され、内部
空間１７が形成されている。なお、内部空間１７は拡散
抵抗手段である連通孔９を介して被測定ガスと連通して
いる。一方、酸素センサ部３の他面と発熱体４の間に
は、絶縁体からなる第二のスペーサ４９が配置され、大
気を導入するために大気通路１９が形成されている。つ
まり、二つのスペーサ５、４９を介して、酸素ポンプ部
２、酸素センサ部３、発熱体４は積層して配置される。

【０００５】連通孔９を介して、被測定ガスは内部空間
１７に取り込まれる。酸素センサ部３の起電力が一定と
なるように、つまり、被測定ガスと連通している内部空
間１７の酸素濃度が所定の濃度となるように、酸素ポン
プ部２に電圧をかけると、酸素イオンが固体電解質６中
を移動する。この際に、酸素ポンプ部２に流れた電流値
が酸素拡散量、即ち、被測定ガス中の酸素濃度に相関す
る。従って、酸素ポンプ部２に流れる電流値で被測定ガ
ス中の酸素濃度を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のもので
は、酸素ポンプ部２と酸素センサ部３とが独立した固体
電解質板６、１１により構成されているため、構成上に
おいて複雑である。本発明は、１つの固体電解質板によ
り酸素ポンプ部と酸素センサ部とを構成して、全体の構
成を簡潔にしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１〜１８によれ
ば、酸素ポンプ部と酸素センサ部とを同一の固体電解質
板に配置した構成であるから、酸素ポンプ部及び酸素セ
ンサ部を独立した固体電解質板で構成する場合に比較し
て固体電解質板の枚数を減らすことができ、全体の構成
を簡潔なものとすることができる。更には、固体電解質
板の製造コストおよび材料コストを低減することも可能
である。

【０００８】請求項２によれば、酸素ポンプ部と酸素セ
ンサ部とを同一の固体電解質板に配置した構成に加え
て、更に発熱体を備えるから、酸素ポンプ部及び酸素セ
ンサ部を同時に加熱することができ、該酸素ポンプ部及
び酸素センサ部を均一に加熱することができ、これら各
部の早期活性化を達成することができる。請求項３によ
れば、内部空間を被測定ガスに連通するための連通孔を
固体電解質板に形成したから、該連通孔の大きさ、数の
選定により内部空間内への被測定ガスの流入量の制御を
容易に達成することができる。

【０００９】請求項４によれば、固体電解質板と絶縁板
との同一の対向面の間に基準酸素空間部と被測定ガスに
連通する内部空間とを形成したから、固体電解質板と絶
縁板との間に一方の空間部を形成し、固体電解質板の
内、絶縁板と反対側に面する側に他方の空間部を形成す
る場合に比較して該他方の空間部を固体電解質板との間
で形成するための独立した絶縁板を必要としないため、
固体電解質板の板厚方向の体格が大きくなるのを回避す
ることができ、全体構成の小型化を達成できる。

【００１０】又、隔離部材を固体電解質板と絶縁板との
間に配置することで確実に基準酸素空間部と内部空間と
の間を隔離することができ、両空間部間の漏洩を防止で
きる。請求項７によれば、固体電解質板の同一の側面に
対して酸素ポンプ部及び酸素センサ部の各一対の電極を
形成したから、固体電解質板に対する電極の形成が一工
程で済み、製造上有利となる。

【００１１】請求項８によれば、酸素ポンプと酸素セン
サ部との間において、その固体電解質板の幅方向に渡っ
て該幅寸法より小さい所定の長さの範囲に貫通孔を形成
したから、該貫通孔が酸素ポンプ部−酸素センサ部間の
電気絶縁性を高めるように機能するため、それらの間の
リーク電流の発生を防止することができる。請求項９に
よれば、容積調整手段を絶縁板の内、内部空間に対応す
る面上に固定して該容積調整手段によって内部空間内の
容積を調整するように構成したから、内部空間を小さく
設定することによって、内部空間に対する、酸素ポンプ
部による被測定ガスの出し入れ時間を短縮することが可
能となり、この結果、被測定ガス雰囲気中の酸素濃度の
変化に対する応答性を向上させることができる。

【００１２】請求項１１によれば、発熱体シートと固体
電解質板との間に基準酸素空間部と内部空間とを形成し
たから、基準酸素空間部及び内部空間部を形成するため
の電気絶縁性セラミック基板を別個に有して該基板に発
熱体シートを配置する場合に比較して発熱体シートで発
生する熱を効果的に固体電解質板に伝達することができ
る。

【００１３】請求項１８によれば、酸素ポンプ部と酸素
センサ部との、内部空間側に位置する電極を共用する構
成であるから、構成の簡潔化を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は実施例１における空燃比検出素子
１の模式的な断面図であり、図２は実施例１における空
燃比検出素子１の模式的な展開図である。図１及び図２
において、空燃比検出素子１は、発熱体４と、スペーサ
５と、同一の固体電解質板３５に設けられた酸素ポンプ
部２と酸素センサ部３とから構成される。

【００１５】イットリア添加ジルコニアからなる平板状
の固体電解質板３５の両面に、白金等の触媒金属からな
る電極７、８がスクリーン印刷などによって設けられて
おり、酸素ポンプ部２を形成している。固体電解質板３
５はドクターブレード法などのシート形成法により形成
されたシートであり、その厚さは５０〜３００μｍの範
囲とすることができるが、電気抵抗とシートの強度との
兼ね合いを考慮すると１００〜２００μｍの範囲が望ま
しい。一方、電極７、８の厚さは１〜２０μｍの範囲と
することができるが、耐熱性とガス拡散性を考慮すると
５〜１０μｍ位とすることが望ましい。なお、固体電解
質板３５と電極７、８とには互いに重畳する穴３５ａ、
７ａ、８ａを有している。穴３５ａ、７ａ、８ａによっ
て、酸素ポンプ部２を貫通する、拡散抵抗手段である連
通孔９が形成される。なお、被測定ガスに含まれるすす
などの粉末による連通孔９の目づまりを防ぐためにアル
ミナ等の電気絶縁性セラミック材料からなる多孔質ペー
ストを塗布焼付けしてなる多孔質セラミック保護部１０
が、電極７の全体を覆うように設けられている。

【００１６】さらに、固体電解質板３５の電極８が設け
られた面には、電極１２、１３が互いに間隙を介して対
向するようにそれぞれスクリーン印刷され、酸素センサ
３が形成されている。つまり、一つの固体電解質板３５
上に酸素ポンプ部２と酸素センサ部３とが形成されてい
る。なお、電極１２、１３は酸素ポンプ部の電極７、８
と同様の材質からなる。

【００１７】シート状の発熱体４は、アルミナ等の電気
絶縁性セラミック材料からなる基板１４と、基板１４の
表面にスクリーン印刷により形成した白金等の電気抵抗
材料からなる電気発熱部材１５と、該電気発熱部材１５
を覆うアルミナ等の電気絶縁性セラミック材料からなる
基板１６とから構成される。スペーサ５は、コの字型に
成形された平板状で、アルミナ等の電気絶縁性セラミッ
ク材料からなる。スペーサ５は、配置された際に酸素セ
ンサ部３の電極１３と重なる部分から、一方の端まで、
平板の中央部が貫通したスリットを形成しており、基準
酸素物質としての大気が存在する空間部である大気通路
１９を形成するところの貫通部２０を有している。な
お、スペーサ５は、貫通部２０が形成されていない側
に、固体電解質板３５上に設けられた電極８と電極１２
とに重ねて配置できるような大きさで、内部空間１７を
形成するところの貫通した貫通部３６を有している。
又、スペーサ５は、貫通部３６と貫通部２０との間に、
配置された際に内部空間１７と大気通路１９とを隔離す
る隔離部である仕切り部分２１を有する。

【００１８】固体電解質板３５の電極８、１２、１３が
配置される側に、スペーサ５を積み重ねる。この際、ス
ペーサ５の貫通部３６に電極８、１２が、貫通部２０に
電極１３が重なるようにスペーサ５を積み重ねる。さら
に、スペーサ５のもう一方の側に基板１６を介して発熱
体４を重ねる。このようにして、図１、２において、下
から発熱体４、スペーサ５、酸素ポンプ部２と酸素セン
サ部３とを設けた固体電解質板３５の順に積み重ねる。
この後、熱圧着などによって一体化し、同時焼成する。
これにより、図１に示したように、内部空間１７と大気
通路１９が形成される。

【００１９】次に、空燃比検出素子１の製造方法につい
て説明する。即ち、固体電解質板３５、スペーサ５、発
熱体４の基板１４と基板１６の各部材は、それぞれ左右
前後に多数個が繋がった状態になっている。固体電解質
板３５に電極７、８、１２、１３を、発熱体４の基板１
４にヒータ電極１５をそれぞれスクリーン印刷する。こ
の後、下から発熱体４の基板１４、基板１６、スペーサ
５、固体電解質板３５の順に積層し、熱圧着して一体化
する。これを同時焼成した後分割することにより、一工
程で大量の空燃比検出素子１を同時に製造することがで
きる。このような方法は極めて効率的かつ量産性に富ん
でおり、低コストで大量生産することができる。

【００２０】ここで、本実施形態１の望ましい構成に基
づく作用効果について説明する。即ち、第１に、酸素ポ
ンプ部２と酸素センサ部３とを同一の固体電解質板３５
に配置した構成であるから、固体電解質板３５の枚数を
減少することができ、全体構成を簡潔なものとすること
ができる。又、固体電解質板３５の枚数を減少すること
で全体構成の熱容量を低くすることができ、発熱体４に
よる固体電解質板３５の加熱効率をよりよくすることが
できる。即ち、より速く空燃比検出素子１の温度を上昇
させる（早期活性化）ことが可能となる。又酸素ポンプ
部２と酸素センサ部３とを同時に加熱することができる
ため、これらを均一に加熱することができ、この点でも
早期活性化を達成することができる。更には、固体電解
質板３５の製造コスト及び材料コストを低減することも
可能である。

【００２１】又、固体電解質板３５の枚数が減少するこ
とにより、部材同士の接合面が少なくなることから、部
材同士の収縮率や熱膨脹係数の差による、焼成時や使用
時の部材同士の剥離を起こりにくくすることができ、不
良品を減らすことができる。第２に、絶縁板としての基
板１４、ヒータ電極１５、及び基板１６からなる発熱体
４を有し、該発熱体４が固体電解質板３５との組合せに
おいて内部空間１７及び大気通路１９を形成するための
セラミック絶縁板としての機能を有しているから、内部
空間１７、大気通路１９を形成する基板を別個に設けて
この基板に発熱体４を配置する仮想構成に比べて発熱体
４の熱を効果的に固体電解質板３５に伝達することがで
きる。

【００２２】第３に、内部空間１７は、固体電解質板３
５に形成された連通手段としての、該固体電解質板３５
の厚さ方向に貫通した連通孔９を介して被測定ガスと連
通した構成としてある。内部空間１７には、被測定ガス
の雰囲気が変化した場合には、その変化した被測定ガス
を流入させる必要がある。連通孔９の場合は、その被測
定ガスの流入量の制御を微妙に制御可能である。例えば
連通孔９を複数個設定することも可能である。

【００２３】第４に、大気通路１９と内部空間１７と
は、固体電解質板３５と発熱体４（絶縁板）との同一の
対向面の間に形成してあり、かつ大気通路１９と内部空
間１７とを形成するための貫通部２０、３６、及びその
貫通部２０、３６間を隔離する仕切り部材２１を一体に
有するスペーサ５を、固体電解質板３５と発熱体１４と
の間に配置した構成である。

【００２４】又、第５に、酸素ポンプ部２の電極７、８
を、固体電解質板３５の互いに対向する第１及び被測定
ガス側の第２側面にそれぞれ形成し、酸素センサ部３の
互いに離間されている電極１２、１３を固体電解質板３
５の上記第１側面に形成した構成である。これら第４及
び第５の構成により、固体電解質板３５と発熱体４とを
対向配置し、且つその間にスペーサ５を配置することで
容易に、且つ同時に内部空間１７と大気通路１９とを形
成することができ、かかる容易性が、酸素センサ部３の
一対の電極１２、１３を酸素ポンプ部２の電極８が形成
されている、固体電解質シート３５の上記第１側面に形
成することで一層助長されることになる。

【００２５】従って、製造上、有利となる。又、内部空
間１７と大気通路１９とを同一平面内に配置できるの
で、例えば固体電解質板３５の被測定ガス側の上記第２
側面に大気通路１９を形成する場合のように、固体電解
質板３５に対する積層方向の体格が大きくなるのを回避
することができ、検出装置の全体構成として小型化が達
成される。又、仕切り部分２１によって、確実に大気通
路１９と内部空間２０とを仕切ることができ、両者間の
ガス漏洩を防止できる。

【００２６】本実施形態における他の有利な作用効果に
ついて述べると、連通孔９を有する電極７を覆うように
した保護部１０を設けてあるため、被測定ガス中の固体
成分（例えばカーボン等）による連通孔９の目詰まりを
防止でき、且つ被測定ガス中のリン、硫黄等による電極
７の劣化を防止できる。次に、図１からなる空燃比検出
素子１を用いた空燃比検出装置２２の構成について、図
３に従って説明する。

【００２７】即ち、空燃比検出装置２２は、空燃比検出
素子１が収められたハウジング２３と、大気と接する大
気カバー２４と、排気通路に挿入される排気カバー２５
とから構成される。空燃比検出素子１の大気通路１９の
ある側の外部には、リード線２６が取り付けられる。空
燃比検出素子１は絶縁部材３３の貫通穴３３ａに挿入さ
れる。更に、絶縁シール部材３４が充填され、空燃比検
出素子１は絶縁部材３３に固定され、ハウジング２３に
収容されている。ハウジング２３の略中央部には、円形
のフランジ２７が設けられている。なお、ハウジング２
３の、空燃比検出素子１の大気通路１９がある側には、
大気カバー２４が取り付けられる。又、ハウジング２３
のもう一方の側には、排気カバー２５が取り付けられ
る。

【００２８】一方、大気カバー２４は、ハウジング２３
に取り付けられたメインカバー２８と、メインカバー２
８の後端部を被うサブカバー２９とからなる。両者と
も、基準酸素濃度測定のため、大気を大気カバー２４の
内部に取り込むための大気口２８ａ、２９ａを有してい
る。なお、メインカバー２８の大気口２８ａとサブカバ
ー２９の大気口２９ａとの間には、防水のために撥水性
のフィルタ３２が挿入されている。そのため、空燃比検
出装置２２の内部に、大気は入ることができるが、水分
は入ることはできない。

【００２９】なお、大気カバー２４は両端とも開口して
おり、ハウジング２３に取り付けられたのとは異なる側
からは、空燃比検出素子１にロー付け等により接続した
リード線２６が引き出されている。一方、排気カバー２
５は、ステンレス製の内部カバー３０と外部カバー３１
によって二重になっており、両者とも排気を排気カバー
２５の内部に取り込むための排気口３０ａ、３１ａを有
している。

【００３０】次に、本実施形態１の作動について説明す
る。空燃比検出装置２２の排気カバー２５を自動車内燃
機関の排気通路に挿入して配置することによって、空燃
比検出装置２２は排気を排気口３０ａ、３１ａを通じ
て、排気カバー２５の内部に取り込み、空燃比検出素子
１の酸素ポンプ部２は、内部空間１７に排気を取り込
む。一方、空燃比検出装置２２は大気を、大気口２８
ａ、２９ａを通じて大気カバー２４の内部に取り込み、
空燃比検出素子１の大気通路１９に取り込む。

【００３１】このようにして取り込まれた大気を基準酸
素濃度ガスとする。一方、連通孔９を介して、被測定ガ
スは内部空間１７に取り込まれる。大気通路１９内の酸
素濃度と内部空間１７内の被測定ガス中の酸素濃度との
差に基づく起電力を酸素センサ部３が出力する。そし
て、この出力が一定となるように、つまり被測定ガスと
連通している内部空間１７の酸素濃度が所定の酸素濃度
を維持するように、酸素ポンプ部２に電圧を印加して、
固体電解質板３５を介して被測定ガス側から内部空間１
７へ、又は内部空間１７から被測定ガス側へ酸素の取り
込み、取り出しを行う。この酸素（酸素イオン）の移動
に伴って酸素ポンプ部２に電流が流れる。この電流値は
被測定ガス中の酸素濃度に相関する。従って、酸素ポン
プ部２に流れる電流値で被測定ガス中の酸素濃度を検出
することができる。

【００３２】（実施形態２）次に、容積調整手段である
容積調整材によって、酸素ポンプ部２の内部空間１７を
小さくした実施形態について述べる。図４は実施形態２
の模式的な断面図であり、図５は実施形態２の模式的な
展開図である。本実施形態２はほぼ実施形態１と同様で
あるが、容積調整材４４によって酸素ポンプ部２の内部
空間１７がより小さなものとなっている。容積調整材４
４は平板状の形状を有し、該容積調整部材４４はスペー
サ５と同じ材質であるアルミナ等の電気絶縁性セラミッ
クから構成されている。該容積調整部材４４は、絶縁板
として機能する発熱体４の基板１６の内、内部空間１７
に対応する表面上に固定されている。

【００３３】図５から理解される如く、容積調整材４４
の平面形状における大きさはスペーサ５に形成した貫通
部３６とほぼ同じであり、その厚さは、スペーサ５の厚
さよりも１０〜２００μｍほど薄い。従って、スペーサ
５が発熱体４の上に配置された後、容積調整材４４はス
ペーサ５の貫通部３６にはめ込まれて配置されると、貫
通部３６には高さ１０〜２００μｍほどの内部空間１７
が形成される。

【００３４】なお、他の構成については実施形態１と同
様であるので、説明を省略する。次に、本実施形態２の
作用効果について説明する。スペーサ５の貫通部３６に
容積調整材４４をはめ込むことにより、被測定ガスが導
入される酸素ポンプ部３の内部空間１７の容積は、実施
形態１の構成に比べて、より小さなものとなっている。
つまり、スペーサ５の厚さを薄くして該スペーサ５の製
造および取扱いを困難なものとすることなく酸素ポンプ
部２の内部空間１７を小さくすることができ、酸素ポン
プ部２による被測定ガスの出し入れの時間を短縮するこ
とができ、空燃比検出素子１の応答性を向上させること
ができる。

【００３５】又、実施形態１と同様に、固体電解質板３
５の数を減らすことができ、発熱体４の加熱効率を高め
ることができる。 （実施形態３）次に、酸素ポンプ部の内部空間を小さく
形成できる内部形成体を、容積調整手段として使用する
とともに、スペーサの代わりに使用した実施形態につい
て述べる。

【００３６】図６は実施形態３の模式的な断面図であ
り、図７は実施形態３の模式的な展開図である。内部形
成体４５は、基本的には直方体で、アルミナなどの電気
絶縁性セラミック材料により構成されている。ただし、
内部形成体４５が固体電解質板３５の裏面側に配置され
る際に、該内部形成体４５の内、酸素ポンプ部２の電極
８と酸素センサ部３の電極１２と対面する部分には、深
さが１０〜２００μｍほどの深さをもつ、底部４７を有
する貫通部４６が設けられている。又、図６に示したよ
うに、断面でＬ字型となるような大気通路４８が、酸素
センサ部３の電極１３と重なる部分から、内部形成体４
５の貫通部４６を有していない側の端まで貫通してお
り、射出成形法などによって成形されている。なお、他
の構成については実施形態１と同様であるので、説明を
省略する。

【００３７】次に、本実施形態３の作用効果について説
明する。スペーサとして機能する内部形成体４５に、底
部４７を有する貫通部４６を成形することによって、酸
素ポンプ部２の内部空間１７を小さくすることができ、
実施形態２と同様の効果を得ることができる。又、実施
形態２のように別部品としての容積調整材４４を備えて
いないので、構成が簡潔となる。

【００３８】（実施形態４）発熱体を酸素ポンプ部２と
酸素センサ部３との両面に配置した実施形態について説
明する。図８は実施形態４の模式的な断面図であり、図
９は実施形態４の模式的な展開図である。本実施形態４
では、実施形態１に対して固体電解質板３５の被測定ガ
ス側にも発熱体５０を配置したものである。

【００３９】即ち、発熱体５０は、アルミナ等の電気絶
縁性材料からなる基板５１と、該基板５３に対面させた
アルミナ等の電気絶縁性材料からなる基板５３と、これ
ら基板５１及び５３の間に配置した白金等の電気抵抗材
料からなる電気発熱部材５２、及び該発熱部材５２に接
続された、電気発熱部材５２と同一材料からなるリード
５２ｂとから構成されている。

【００４０】本実施形態４では、発熱体４、５０の内、
発熱体４の基板１６、基板５３の長さを同一にしなが
ら、各基板１４、基板５１の長さよりも長く形成してあ
る。この長さの相違を利用して、発熱体４のリード１５
ｂ及び発熱体５０のリード５２ｂがそれぞれ基板１６、
基板５３の端部表面上に露出することになり、リード１
５ｂ、リード５２ｂの外部接続が容易となる。

【００４１】又、固体電解質板３５とスペーサ５とは同
一の長さ寸法を有しており、かつこれらは図９に見られ
る如く発熱体４、５０の長さ寸法よりも長く設定してあ
る。そして、固体電解質板３５の第２の側面に形成され
ている、酸素ポンプ部２の電極７のリード７ｂは固体電
解質板７の側面寄りに形成され、且つ固体電解質板３５
の端部のコーナ部に形成された端子７ｃに接続されてい
る。

【００４２】一方、固体電解質板３５の第１の側面に形
成されている、酸素ポンプ部２の電極８及び酸素センサ
部３の電極１２、１３のリード８ｂ、１２ｂ、１３ｂに
おいては、リード８ｂは固体電解質板３５の側面寄りに
形成され、リード１２ｂは他方の側面と対向する他の側
面寄りに形成され、又リード１３ｂは固体電解質板３５
のほぼ中央寄りに形成されている。これらリード８ｂ、
１２ｂ、１３ｂは固体電解質板３５の端部のコーナ部及
びほぼ中央部に形成された端子８ｃ、１２ｃ、１３ｃに
接続されている。

【００４３】スペーサ５の端部には、上記端子８ｃ、１
２ｃ、１３ｃに対応する位置に３つのスルーホール５４
が形成されており、又、スペーサ５の内、上記端子８
ｃ、１２ｃ、１３ｃとは反対側の側面には３つのスルー
ホール５４に対応するようにして端子５５が形成されて
いる。そして、スルーホール５４に充填された導電ペイ
ントを介してリード８ｂ、１２ｂ、１３ｂの端子８ｃ、
１２ｃ、１３ｃが３つの端子５５に電気的に接続され
る。

【００４４】なお、スペーサ５に形成された貫通部２０
は実施形態１に比較してその幅寸法を小さく設定して、
溝状の形態としてある。そして、該貫通部２０に続く貫
通部２２は電極１３とほぼ同一の寸法を有するように長
方形の形態を有している。又、上記発熱体５０の基板５
１の、酸素ポンプ部２の電極７と重畳する部分に貫通部
５６が形成されており、該貫通部５６によって、該電極
７は被測定ガス雰囲気に晒される。なお、貫通部５６か
らは電極７が露出するため、該貫通部５６を通して多孔
質セラミック保護部１０を電極７上に被覆してある。

【００４５】なお、上記各端子は各リードと同一の材料
からなり、又スルーホール５４内の導電性ペイントも各
リードと同一の材料からなる。次に、実施形態４の作用
効果について説明する。本実施形態４では固体電解質板
３５の両面側に発熱体４、５０を配置しているため、該
固体電解質板３５を両面から加熱することができる。従
って、実施形態１のように片側にのみ発熱体４を配置し
た場合に比較して加熱能力が高く、固体電解質板３５の
厚さ方向の温度分布を小さくできて該固体電解質板３５
の加熱を効率よく行うことができる。又、これにより発
熱体４、５０に加わる電気負荷を低くできるため、断線
などの劣化が起こりにくくなる。

【００４６】又、複数枚のシートを積層しながら、発熱
体４、５０、酸素ポンプ部２、酸素センサ部３の各リー
ドを適切に配置し、且つスルーホール５４と端子７ｃ、
８ｃ、１２ｃ、１３ｃとの組合せにより、各リードの外
部への取り出しを確実に行うことができる。更に、スペ
ーサ５の、大気通路１９を形成するための貫通部２０、
２２の専有面積を小さくしてあるため、スペーサ５と固
体電解質板３５及び発熱体４の基板１６との接合面積を
拡大することができ、各シート間の剥離を効果的に回避
することができる。

【００４７】（実施形態５）次に、酸素ポンプ部２と酸
素センサ部３とを同一の固体電解質板３５に形成した場
合において、両部２、３の間に貫通部を形成して、両部
２、３間の電流のリークを抑制するようにした実施形態
につき説明する。図１０は実施形態５の模式的な断面図
であり、図１１は実施形態５の模式的な展開図である。
本実施形態５は、固体電解質板３５の内、酸素ポンプ部
２と酸素センサ部３との間において、その固体電解質板
３５の幅方向に渡って、該幅寸法より小さい所定の長さ
の範囲に貫通部５８を形成したものである。

【００４８】該貫通部５８は固体電解質板３５の厚み方
向を貫通した貫通孔形状であり、該貫通部５８は酸素ポ
ンプ部２の電極７、８と酸素センサ部３の電極１２との
間に位置している。そして、該貫通部５８における固体
電解質板３５の幅方向の長さは、図１１から見られる如
く、上記電極８、１２の幅方向の長さより大きく設定さ
れている。

【００４９】酸素ポンプ部２の電極８、酸素センサ部３
の電極１２、１３は、それらの各リード８ｂ、１２ｂ、
１３ｂを介してスペーサ５の端部に形成された端子５５
に接続されている。そして、スペーサ５の長さ寸法は発
熱体４の基板１４及び固体電解質板３５の長さ寸法より
も長く設定されているため、端子５５のの取り出しが達
成される。

【００５０】なお、発熱体４の基板１６の長さ寸法はス
ペーサ５と同一の長さ寸法を有していて且つ基板１４よ
りも長いので、基板１６側に形成された発熱部材１５の
リード１５ｂが露出することになり、該リード１５ｂの
取り出しが達成される。 又、酸素ポンプ部２の電極７
は、固体電解質板３５の端部のコーナ部に形成した端子
７ｃに接続されている。又、セラミック保護部１０は電
極７とともに貫通部５８を覆うように固定電解質シート
３５の表面に形成されている。

【００５１】次に、実施形態５の作用効果について説明
する。酸素ポンプ部２と酸素センサ部３とを同一の固体
電解質板３５によって構成した場合、各センサ部２、３
からの信号を処理する電気回路の構成により、酸素ポン
プ部２と酸素センサ部３との間にリーク電流が流れるこ
とがある。本実施形態５によれば、固体電解質板３５を
貫通する貫通部５８が酸素ポンプ部２−酸素センサ部３
間の電気絶縁性を高めるように機能するため、それらの
間でのリーク電流の発生を防止することができる。この
ため、次に述べるような問題を回避することができる。

【００５２】即ち、温度依存性を無視できる空気過剰率
（λ）１に対応する出力電圧を酸素センサ部３が示すよ
うに、酸素ポンプ部２によって内部空間１７内への酸素
の取り込み、取り出しを行っている。しかし、例えば酸
素ポンプ部２と酸素センサ部３との間にリーク電流が流
れた場合、制御電圧に対応する上記λ＝１からずれた空
燃比を制御してしまう。しかも、温度依存性を無視する
ことができなくなり、性能はさらに悪化する。しかしな
がら、本実施形態５では酸素ポンプ部２と酸素センサ部
３との間に貫通部５８を形成したことで、酸素ポンプ部
２と酸素センサ部３との間のリーク電流を確実に防止す
ることができ、上記の問題を回避することができる。

【００５３】なお、貫通部５８内をアルミナ等の電気絶
縁性セラミック材料で閉塞して貫通部５８周りの強度を
向上させてもよい。この場合には例えばスペーサ５の部
分に連通孔を形成して内部空間１７内に被測定ガスに取
り込むようにすればよい。 （実施形態６）次に、酸素ポンプ部２と酸素センサ部３
とを同一の固体電解質板３５に形成した場合において、
大気通路１９を固体電解質板３５において内部空間１７
とは反対側に形成した実施形態につき説明する。

【００５４】図１２は実施形態６の模式的な断面図であ
り、図１３は実施形態６の模式的な展開図である。この
実施形態６では、上記各実施形態１〜４が固体電解質板
３５の一方の側面に一対の電極を形成して酸素センサ部
３を構成したのに対して、固体電解質板３５の互いに対
向する側面に電極１２、１３をそれぞれ形成して酸素セ
ンサ部３を構成したものである。

【００５５】このような酸素センサ部３の構成により、
大気通路１９を固体電解質板３５の他方の側面に位置す
るように全体構成を変えてある。即ち、アルミナ等の電
気絶縁性セラミック材料からなるスペーサ６０、同じく
アルミナ等の電気絶縁性セラミック材料からなる基板５
９とから構成された大気通路形成部６２を固体電解質板
３５の側面に配置してある。スペーサ６０には固体電解
質板３５に該スペーサ６０を配置した際に、電極１３と
重畳する部分に貫通部６１を有し、又中央部には端部ま
で導かれた貫通部６３を有している。貫通部６１は電極
１３を大気に開放するためのものであり、貫通部６３は
大気通路１９を構成するためのものである。

【００５６】又、スペーサ５は、図１３に示す如く、固
体電解質板３５と発熱体４の基板１６との間に空間を形
成するために、電極８、１２に対面するその先端側にの
み貫通部３６を形成している。基板５９の端部、固体電
解質板３５の端部、及びスペーサ５の端部は合致（図１
３の右側）している。そして、固体電解質板３５の一方
の側面に形成した電極７、１３は、リード７ｂ、１３ｂ
を介して該固体電解質板３５の端部コーナ部に形成され
た端子７ｃ、１３ｃに接続されている。基板５９にはそ
の端部コーナ部にスルーホール７０が形成され、且つ該
スルーホール７０に対応する位置に端子７１が形成され
ており、又スペーサ６０の端部には貫通部６３を境にし
てスルーホール７２が形成されている。そして、上記端
子７ｃ、１３ｃは各スルーホール７０、７２に充填され
た導電ペイントを介して端子７１に接続されている。

【００５７】一方、スペーサ５の端部のコーナ部にはス
ルーホール５４が形成されており、酸素ポンプ部２の電
極８、酸素センサ部３の電極１２の端子８ｃ、１２ｃは
スルーホール５４に対応した位置にある。又、該スペー
サ５の裏面側においてスルーホール５４に対応する位置
に端子５５が形成されている。そして、端子８Ｃ、１２
ｃはスルーホール５４に充填された導電ペイントを介し
て端子５５に接続されている。又、発熱体４の基板１６
の端部において発熱部材１５のリード１５ｂに対応する
位置にスルーホール７３が形成されており、又、該基板
１６の裏面側においてスルーホール７３に対応する位置
に端子７４が形成されている。そして、リード１５ｂは
スルーホール７３に充填された導電ペイントを介して端
子７４に接続されている。

【００５８】本実施形態６によれば、酸素ポンプ部２と
同じく酸素センサ部３の電極１２、１３の配置構成を、
固体電解質板３５を挟持するように対向関係に配置した
ため、酸素センサ部３の電極１２、１３を隣接関係に配
置する場合に比べて電極面積増大に伴う固体電解質板３
５の長さ寸法拡大を回避することができる。 （実施形態７）次に、実施形態６の変形例としての実施
形態７について説明する。図１４は実施形態７の模式的
断面図、図１５は実施形態７の模式的展開図を示す。

【００５９】実施形態７では、実施形態６と同様に、独
立した基板５９及びスペーサ６０にて大気通路１９を形
成した構成である。そして、実施形態７では実施形態６
が酸素ポンプ部２の電極７、８が固体電解質板３５の両
面側にそれぞれ形成されているのに対して固体電解質板
３５の一方の側面にのみ電極７、８を形成した点が実施
形態６と相違する。

【００６０】具体的には図１４、１５に示す如くであっ
て、酸素ポンプ部２の電極７を被測定ガス雰囲気に晒す
ためにスペーサ５の端部を切り欠いた構成としてある。
又、本実施形態７では、内部空間１７への被測定ガスの
導入を行うための連通孔９を発熱体４の基板１４、基板
１６にそれぞれ形成している。セラミック多孔質保護層
１０は発熱体４の基板１４の連通孔９の開放端にも形成
されている。

【００６１】なお、酸素ポンプ部２及び酸素センサ部３
の電極７、８、１２、１３の取り出しは、実施形態６で
説明したと同様に各スルーホールと各端子との組合せに
より達成している。次に、実施形態７の作用効果につい
て説明すると、この実施形態７によれば、固体電解質板
３５の一方の側面にのみ酸素ポンプ部２の電極７、８を
形成し、且つ被測定ガス雰囲気に酸素ポンプ部２の電極
７を晒すためにスペーサ５の端部に切り欠き部５ａを形
成し、加えて連通孔９を発熱体４側に形成したから、図
１２の実施形態６に比較して大気通路１９を形成するた
めのスペーサ６０の位置を固体電解質板３５の端部によ
り近づけることができる。このことは、センサ素子の長
さ寸法を小さくすることができることを意味する。

【００６２】（実施形態８）次に、酸素ポンプ部２と酸
素センサ部３とを同一の固体電解質板３５に形成した形
態について説明する。図１６は実施形態８の模式的な断
面図であり、図１７は実施形態８の模式的な展開図であ
る。この実施形態８では、固体電解質板３５の同一側面
に対して酸素ポンプ部２の電極７、８及び酸素センサ部
３の電極１２、１３を形成したものである。又、実施形
態８では、発熱体４を固体電解質板３５の側面に直接的
に配置したものである。

【００６３】具体的に説明すると、アルミナ等の電気絶
縁性セラミック材料からなる基板８０に対して、基板８
０と同一材料からなるスペーサ５を介して固体電解質板
３５を対接し、該固体電解質板３５の基板８０と反対側
の側面に発熱体４を配置している。そして、固体電解質
板３５の基板８０側の側面には互いに離間した電極７、
８、１２、１３が形成されており、スペーサ５には電極
７を被測定ガス雰囲気に晒すための切欠き部５ａ、固体
電解質板３５との間で内部空間１７を形成して該内部空
間１７に電極８、１２を晒すための貫通部３６、大気通
路１９を形成して電極１３を該大気通路１９に晒すため
の貫通部２０、２２が形成されている。

【００６４】固体電解質板３５には、実施形態５と同様
に、酸素ポンプ部２と酸素センサ部３との間のリーク電
流防止のための貫通部５８が、電極８と電極１２との間
を仕切るようにして形成されている。そして、本実施形
態８によれば、この貫通部５８を内部空間１７に対して
被測定ガス導入用の孔として利用すべく、発熱体４にお
ける基板１４、１６の、貫通部５８に対応する位置に孔
１４ａ、１６ａが形成されている。この孔１４ａ、１６
ａによって連通孔９を構成する。

【００６５】なお、この実施形態８においても他の実施
形態と同様に、酸素ポンプ部２の電極７、８のリード７
ｂ、８ｂ、及び酸素センサ部３の電極１２、１３のリー
ド１２ｂ、１３ｂは、スペーサ５のスルーホール５４及
び基板８０のスルーホール７７を利用して端子７８に接
続されている。又、発熱体４のリード１５ｂも基板１４
のスルーホール７５を利用して端子７６に接続されてい
る。

【００６６】次に、実施形態８による作用効果について
説明する。この実施形態８によれば、酸素ポンプ部２の
一対の電極７、８と酸素センサ部３の一対の電極１２、
１３とが、固体電解質板３５の同一の側面に形成されて
いるため、製造上の効果となるが、固体電解質板３５に
対する電極の形成が一工程で済むので、製造上有利とな
る。又、実施形態８では固体電解質板３５に対して直接
的に発熱体４を配置しているため、発熱体４の熱が固体
電解質板３５に直接作用し、従って発熱体４の熱効率が
極めてよい。

【００６７】（実施形態９）次に、貫通部を形成した発
熱体を、酸素ポンプ部と酸素センサ部との間に配置した
実施形態について述べる。図１８は実施形態９の模式的
な断面図であり、図１９は実施形態９の模式的な展開図
である。実施形態９は、酸素ポンプ部２の固体電解質板
３５と酸素センサ部３の固体電解質板１１とを分離、独
立させ、これら酸素ポンプ部２と酸素センサ部３との間
に発熱体４を配置したものである。

【００６８】アルミナ等の電気絶縁性セラミック材料か
らなるスペーサ５において、電極８と重なる部分には、
内部空間１７の一部となる貫通部１８を有している。な
お、貫通部１８の大きさは電極８とほぼ同じである。一
方、スペーサ３８は実施形態１のスペーサ５とほぼ同様
の形状であり、内部空間１７の一部となる貫通部３９
と、大気通路１９を形成するところの貫通部４０を有す
る。なお、貫通部３９の大きさは酸素センサ部３の電極
１２の大きさにほぼ等しい。又、スペーサ３８は、貫通
部３９と貫通部４０との間に、配置された際に内部空間
１７と大気通路１９とを隔離する隔離手段である仕切り
部分４１を有する。発熱体４には、電極８及び電極１２
と対面する部分に貫通部３７を有している。

【００６９】貫通部１８と電極８とが重なるように、ス
ペーサ５を酸素ポンプ部２に重ねる。さらに、貫通部３
７と貫通部１７とが重なるように、発熱体４をスペーサ
５に重ねる。さらに、貫通部３９と貫通部３７とが重な
るように、スペーサ３８を発熱体４に重ねる。電極１２
と貫通部３９とが重なるように、又電極１３と貫通部４
０とが重なるように、酸素センサ部３をスペーサ３８に
重ねる。つまり、図１８、１９において、上から酸素ポ
ンプ部２、スペーサ５、発熱体４、スペーサ３８、酸素
センサ部３の順に積み重ねて配置される。

【００７０】ところで、内部空間１７は、酸素ポンプ部
２、貫通部１８、３９、酸素センサ部３によって、酸素
ポンプ部２と酸素センサ部３との間に形成される。内部
空間１７を分割するように、発熱体４はスペーサ５とス
ペーサ３８との間に配置される。しかし、発熱体４の貫
通部３７が内部空間１７の内部となるように配置される
ため、発熱体４によって分割された内部空間１７は、貫
通部３７によって連通している。

【００７１】次に、本実施形態９の作用効果について説
明する。本実施形態９では、スペーサ５、３８を介し
て、発熱体４の両面に酸素センサ部３と酸素ポンプ部２
とが配置される。従って、発熱体４を加熱することによ
り、酸素ポンプ部２の固体電解質板３５の温度と酸素セ
ンサ部３の固体電解質板１１の温度とを同時に上昇させ
ることができるため、発熱体４から固体電解質板３５、
１１へ熱を伝えることを均一に、かつ効率良く行うこと
ができる。

【００７２】ところで、温度依存性を無視できる空気過
剰率（λ）１に対応する出力電圧を酸素センサ部３が示
すように、酸素ポンプ部２によって内部空間１７内への
酸素の取り込み、取り出しを行っている。しかし、例え
ば酸素ポンプ部２と発熱体４との、或いは酸素センサ部
３と発熱体４との電気絶縁性が不十分であると発熱体４
から酸素ポンプ部２又は酸素センサ部３へリーク電流が
流れ、制御電圧に対応する上記λ＝１からずれた空燃比
を制御してしまう。しかも、温度依存性を無視すること
ができなくなり、性能はさらに悪化する。しかしなが
ら、本実施形態９ではスペーサ５、３８の材質をアルミ
ナ等の電気絶縁性セラミックとしたことで、発熱体４か
ら酸素ポンプ部２又は酸素センサ部３へのリークを確実
に防止することができ、上記の問題を回避することがで
きる。又、上記電気絶縁性セラミック材料の内、特にア
ルミナは固体電解質板３５、１１の材質であるジルコニ
アと固溶しないので、製造過程において、同時焼成して
も固体電解質板３５、１１の特性は変化しない。

【００７３】ここにおいて、本実施形態９の構成上の特
徴を表現すると以下の如くである。被測定ガスと連通し
ている内部空間１７と、固体電解質板３５の両面に一対
の電極７、８を設けており、該電極７、８の内、一方８
を内部空間１７に晒すように、又他方７を被測定ガスに
晒すように配置した酸素ポンプ部２と、固体電解質板１
１の同一側の面に一対の電極１２、１３を設けており、
該電極の内、一方１２を内部空間１７に晒すように、又
他方１３を基準酸素濃度ガスが存在し、内部空間１７か
ら隔離された貫通部１９に晒すよう配置した酸素センサ
部３と、酸素ポンプ部２の固体電解質板３５と酸素セン
サ部３の固体電解質板１１とを加熱する発熱体４とから
構成され、発熱体４に貫通部３７を形成するとともに、
発熱体４の内、貫通部３７を有する側の、一方の面に酸
素ポンプ部２を配置し、かつ他方の面に酸素センサ部３
を配置するとともに、貫通部３７を介して酸素ポンプ部
２と酸素センサ部３との間に内部空間１７を形成するこ
とを特徴とするものである。

【００７４】このような特徴を有した本実施形態９の作
用効果は上述したとおりである。 （実施形態１０）次に、酸素ポンプ部２の、内部空間１
７に暴露される一方の電極と、酸素センサ部３の、内部
空間１７内に暴露される他方の電極とを、一つの電極１
２０として共用した実施形態について述べる。図２０は
実施形態１０の模式的な断面図であり、図２１は実施形
態１０の模式的な展開図である。

【００７５】実施形態１０において、電極２１０には内
部空間１７と被測定ガスとの間を連通する穴１２０ａを
有しており、又電極１２０はリード１２０ｂに接続され
ている。次に、実施形態１０の作用効果について説明す
る。実施形態１０は、上記の如く、電極１２０が酸素ポ
ンプ部２及び酸素センサ部３の内、内部空間１７に暴露
される電極を兼用した構成であるため、上述した実施形
態１〜９に比較して電極の数が４本から３本に低減され
るので、固体電解質板３５における電極形成のために必
要な幅寸法を小さくすることができる。従って、小型化
に寄与できる又、実施形態１０では電極１３、１２０を
外部に取り出すためのスルーホールを形成していないた
め、該スルーホール形成工程を必要としないという利点
もある。

【００７６】（実施形態１１）次に、各実施形態１〜１
０に適用される制御回路図について説明する。図２２が
制御回路図であり、図中９０は非反転増幅回路、１００
は比較制御回路、１１０は出力回路を示している。そし
て、図中Ａ、Ｂは酸素センサ部３の電極が接続される端
子であり、端子Ａには酸素センサ部３の電極１３（大気
通路１９側）が接続され、端子Ｂには酸素センサ部３の
電極１２（内部空間１７側）が接続される。又、図中
Ｃ、Ｄは酸素ポンプ部２の電極が接続される端子であ
り、端子Ｃには酸素ポンプ部２の電極７（被測定ガス
側）が接続され、端子Ｄには酸素ポンプ部２の電極８
（内部空間１７側）が接続される。

【００７７】酸素センサ部３の電極１２、１３間で出力
されたセンサ電圧、即ち内部空間１７の酸素濃度と大気
通路１９との間の酸素濃度との差に基づいて発生するセ
ンサ電圧は非反転増幅回路９０に入力され、該回路９０
にてそのセンサ電圧Ｖｓが増幅される。比較制御回路１
００ではセンサ電圧を設定電圧Ｖｏと比較し、その差に
応じた制御電圧を出力する。この出力された制御電圧は
出力回路１１０を介して酸素ポンプ部２の電極７、８間
に印加される。そして、出力回路１１０で酸素ポンプ部
２に流れる電流を出力信号Ｖｐとして出力する。

【００７８】この出力信号Ｖｐが被測定ガス雰囲気中の
酸素濃度に対応したものとなり、結果的に該出力信号Ｖ
ｐをモニタすることにより、被測定ガスの空燃比が求ま
ることになる。なお、例えば図１の実施形態１における
検出素子１において、該検出素子１の紙面における右側
（大気通路１９が開放される側）における固体電解質板
３５及び発熱体４の基板１４の外表面にアルミナ等の電
気絶縁性セラミック材料から構成された板状の位置決め
用基板を固定してもよい。この位置決め用基板は図３に
おける検出素子１を絶縁部材３３の内側への位置決め部
材として機能する。

【００７９】ところで、以上の各実施形態１〜１０で
は、被測定ガスを内部空間１７に取り込むための拡散抵
抗手段としての連通孔を酸素ポンプ部の電極が配置され
る部分に配置したが、その配置部位は、配置した際に被
測定ガスを内部空間に取り込むことができる部位であれ
ばよい。例えば、実施形態１においてはスペーサを貫通
するものとしたり、実施形態９においては、酸素センサ
部の、内部空間に曝される電極の配置された部分を貫通
するものとしてもよく、連通孔を設ける位置はこれに限
定されるものではない。

【００８０】又、各実施形態１〜１０では連通孔の数を
一つとしたが、複数であっても何ら差し支えなく、連通
孔の数をこれに限定するものではない。又、各実施形態
１〜１０では、被測定ガスの拡散抵抗手段として連通孔
を用いた場合、酸素ポンプ部の電極と固体電解質板とに
それぞれ穴を設け、これらの穴が重畳するように配置す
ることで酸素ポンプ部に連通孔を形成したが、酸素ポン
プ部の電極と固体電解質板とを重ねて配置した後に、電
極および固体電解質板を貫通させて、連通孔を形成して
もよく、連通孔の形成方法はこれに限定されるものでは
ない。

【００８１】又、各実施形態１〜１０では、酸素イオン
伝導性の固体電解質板の材質として、イットリア添加ジ
ルコニアを用いたが、その成分中におけるジルコニアに
代えてセリア、ハフニアといった酸化物を用いてもよ
い。又、各実施形態１〜１０では、酸素センサ部と酸素
ポンプ部の電極は、白金などからなり、スクリーン印刷
により形成されるが、電極の材質としては金なども用い
ることができるし、その形成方法もメッキ、蒸着などの
薄膜技術でも可能であることから、電極の材質および形
成方法をこれに限定するものではない。

【００８２】又、各実施形態１〜１０では、スペーサの
材質としてアルミナを用いたが、ムライトやステアタイ
トでもよく、電気絶縁性のある材質であればよい。又、
各実施形態１〜１０では、多孔質セラミック保護部の材
質としてアルミナを用いたが、ムライトやスピネルなど
の電気絶縁性セラミックであればよく、これに限定する
ものではない。さらに、保護部の製法としては、各実施
形態ではペーストの塗布としたが、ペーストのスクリー
ン印刷やプラズマ溶射法、浸漬法といった方法で行うこ
とも可能であり、これに限定するものではない。

【００８３】又、実施形態９のように、発熱体の貫通部
を有する側の両面に、それぞれ酸素ポンプ部と酸素セン
サ部とを配置し、貫通部を介して酸素ポンプ部と酸素セ
ンサ部との間に、内部空間を形成する場合、貫通部を介
して酸素ポンプ部と酸素センサ部との間に内部空間が形
成されればよく、発熱体の貫通部の形状や開口面積は問
わない。

【００８４】又、実施形態２では容積調整材の材質をア
ルミナとしたが、マグネシア、アルミナスピネル、ジル
コニア、コージェライトなどの電気絶縁性セラミックで
あればよい。又、その製法を成形したものを、スペーサ
の貫通部にはめ込むといった方法としたが、クリーム状
のペーストとし、充填するといった方法でもよい。従っ
て、容積調整材の材質および製法はこれに限定するもの
ではない。

【００８５】又、各実施形態１〜１０では空燃比検出素
子の製造工程として、積層し、熱圧着して一体化した空
燃比検出素子の各構成要素を、同時焼成した後、分割す
る方法としたが、一体化した各構成要素を分割した後、
同時焼成することも可能であり、空燃比検出素子の製造
工程をこれに限定するものではない。各実施形態１〜９
においては、構造の簡潔化を目的として、空燃比検出装
置の出力端子の数を減少するため、実施形態１０の思想
を転用して、酸素ポンプ部２の電極８と酸素センサ部３
の電極１２とを実施形態１０の如く電極１２０にて共用
する構成としても勿論よい。あるいは実施形態１〜９に
おける電極８と電極１２との出力端子を共通化すること
も可能である。共通化する箇所は、空燃比検出素子１の
内部であってもよいし、外部のハウジング内であっても
よい。

【００８６】更に、各実施形態１〜１０では、空燃比検
出素子の出力端にリード線をロー付けにより接続してい
るが、板ばね等によりリード線を接触させたり、加締に
よりリード線を固定してもよく、リード線の接続方法は
ロー付けに限定されるものではない。 なお、各実施形
態１〜１０において、固体電解質板３５に対してリー
ド、端子、あるいは発熱体を形成してあるが、これらは
固体電解質板３５に形成された、アルミナ等の電気絶縁
性セラミックの薄膜（図示しない）の上に形成されてい
る。その理由は、固体電解質板３５を介しての相互構成
要素間のリーク電流の発生を回避するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す模式的な断面図であ
る。

【図２】本発明の実施形態１を示す模式的な展開図であ
る。

【図３】本発明が配置される空燃比検出装置を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施形態２を示す模式的な断面図であ
る。

【図５】本発明の実施形態２を示す模式的な展開図であ
る。

【図６】本発明の実施形態３を示す模式的な断面図であ
る。

【図７】本発明の実施形態３を示す模式的な展開図であ
る。

【図８】本発明の実施形態４を示す模式的な断面図であ
る。

【図９】本発明の実施形態４を示す模式的な展開図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態５を示す模式的な断面図で
ある。

【図１１】本発明の実施形態５を示す模式的な展開図で
ある。

【図１２】本発明の実施形態６を示す模式的な断面図で
ある。

【図１３】本発明の実施形態６を示す模式的な展開図で
ある。

【図１４】本発明の実施形態７を示す模式的な断面図で
ある。

【図１５】本発明の実施形態７を示す模式的な展開図で
ある。

【図１６】本発明の実施形態８を示す模式的な断面図で
ある。

【図１７】本発明の実施形態８を示す模式的な展開図で
ある。

【図１８】本発明の実施形態９を示す模式的な断面図で
ある。

【図１９】本発明の実施形態９を示す模式的な展開図で
ある。

【図２０】本発明の実施形態１０を示す模式的な断面図
である。

【図２１】本発明の実施形態１０を示す模式的な展開図
である。

【図２２】本発明に適用する一制御回路図である。

【図２３】従来例を示す模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ 空燃比検出素子 ２ 酸素ポンプ部 ３ 酸素センサ部 ４ 発熱体 ５ スペーサ ７ 電極 ８ 電極 ９ 連通孔 １０ 保護部 １１ 固体電解質板 １２ 電極 １３ 電極 １７ 内部空間 １９ 基準酸素濃度ガスが存在する貫通部である大気通
路 ２１ 隔離手段である仕切り部分 ３５ 固体電解質板 ３７ 貫通部 ４１ 隔離手段である仕切り部分 ４４ 容積調整手段である容積調整材 ４５ 容積調整手段とスペーサの働きを兼ね備えた内部
形成体 １２０電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 圭吾 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 山田 正徳 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 内藤 正孝 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 佐野 博美 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 柴田 真弘 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の固体電解質板と、 前記固体電解質板に対向配置された板状のセラミック絶
   縁板と、 前記固体電解質板と前記絶縁板との間に形成され、被測
   定ガスと連通している内部空間と、 前記内部空間に対し隔離されるように前記固体電解質板
   に接して形成され、基準酸素物質が存在する基準酸素空
   間部と、 前記固体電解質板と、該固体電解質板に設けられた電極
   とにより構成され、被測定ガスと前記内部空間との間で
   の酸素の移動を行うよう設定された酸素ポンプ部と、 前記固体電解質板と、該固体電解質板に設けられた電極
   とにより構成され、前記内部空間と前記基準酸素空間部
   との間の酸素濃度差に基づいた信号を発生する酸素セン
   サ部と、を具備したことを特徴とする空燃比検出装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁板に、前記固体電解質板を加熱
   する発熱部材が備えられていることを特徴とする請求項
   １記載の空燃比検出装置。
3. 【請求項３】 前記固体電解質板には、前記内部空間を
   被測定ガスに連通する連通孔が形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の空燃比検出装置。
4. 【請求項４】 前記基準酸素空間部と前記空間部とは、
   前記固体電解質板と前記絶縁板との同一の対向面の間に
   形成されており、かつ前記基準酸素空間部と前記内部空
   間とを隔離する隔離部材が前記固体電解質板と前記絶縁
   板との間に配置されていることを特徴とする請求項１記
   載の空燃比検出装置。
5. 【請求項５】 前記酸素ポンプの前記電極は、前記固体
   電解質板における前記内部空間内に暴露された位置にあ
   る一方の電極と前記固体電解質板における被測定ガスに
   暴露された位置にある他方の電極とにより構成されてお
   り、前記酸素センサ部の前記電極は、前記固体電解質板
   における前記内部空間内に暴露された位置にある一方の
   電極と前記固体電解質板における前記基準酸素空間部に
   暴露された位置にある他方の電極とにより構成されてい
   ること特徴とする請求項１又は４記載の空燃比検出装
   置。
6. 【請求項６】 前記酸素ポンプ部の前記一方の電極及び
   他方の電極は前記固体電解質板の互いに対向する第１及
   び被測定ガス側の第２側面にそれぞれ形成されており、
   且つ前記酸素センサ部の前記一方の電極及び他方の電極
   が互いに離間させて、前記酸素ポンプ部の前記一方の電
   極が形成された前記第１側面に形成されており、前記隔
   離部材は、前記酸素センサ部の前記一方の電極と前記他
   方の電極との間に位置していることを特徴とする請求項
   ５記載の空燃比検出装置。
7. 【請求項７】 前記酸素ポンプ部の前記第１の一対の電
   極と前記酸素センサ部の前記第２の一対の電極とは、前
   記固体電解質板の同一の前記第１側面に形成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の空燃比検出装置。
8. 【請求項８】 前記固体電解質板の内、前記酸素ポンプ
   部と前記酸素センサ部との間において、前記固体電解質
   板の幅方向に渡って、該幅寸法より小さい所定の長さの
   範囲に渡り、且つ前記固体電解質板の厚み方向を貫通す
   る孔部が形成されていることを特徴とする請求項１又は
   ６記載の空燃比検出装置。
9. 【請求項９】 前記絶縁板の内、前記内部空間に対応す
   る表面上に固定された容積調整手段を有し、前記容積調
   整手段により前記内部空間内の容積が調整されることを
   特徴とする請求項５記載の空燃比検出装置。
10. 【請求項１０】 前記基準酸素空間部には大気が導入さ
    れることを特徴とする請求項１記載の空燃比検出装置。
11. 【請求項１１】 板状の固体電解質板と、 ２枚の板状のセラミック絶縁板及び該絶縁板の間に挟持
    された電気発熱部材から構成され、且つ前記固体電解質
    板に対向配置された発熱体シートと、 前記発熱体シートと前記固体電解質板との間に配置さ
    れ、且つ前記発熱体シートと前記固体電解質板との間に
    被測定ガスと連通する内部空間を形成するとともに、前
    記内部空間と隔離された、基準酸素物質が存在する基準
    酸素空間部を形成するよう機能する板状のセラミック絶
    縁スペーサと、 前記固体電解質板と、該固体電解質板に設けられた電極
    とにより構成され、被測定ガスと前記内部空間との間で
    の酸素の移動を行うよう設定された酸素ポンプ部と、 前記固体電解質板と、該固体電解質板に設けられた電極
    とにより構成され、前記内部空間と前記基準酸素空間部
    との間の酸素濃度差に基づいた信号を発生する酸素セン
    サ部と、を具備したことを特徴とする空燃比検出装置。
12. 【請求項１２】 前記絶縁スペーサは、前記内部空間を
    形成するよう機能する貫通部及び前記基準酸素空間部を
    形成するよう機能する貫通部と、これら貫通部の間に配
    置されこれら貫通部間を隔離する隔離部と、を一体に有
    することを特徴とする請求項１１記載の空燃比検出装
    置。
13. 【請求項１３】 前記酸素ポンプの前記電極は、前記固
    定電解質板における内部空間内に暴露された位置にある
    一方の電極と前記固定電解質板における被測定ガスに暴
    露された位置にある他方の電極とにより構成されてお
    り、前記酸素センサ部の前記電極は、前記固体電解質板
    における前記内部空間内に暴露された位置にある一方の
    電極と前記固体電解質板における前記基準酸素空間部に
    暴露された位置にある他方の電極とにより構成されてい
    ること特徴とする請求項１１又は１２に記載の空燃比検
    出装置。
14. 【請求項１４】 前記固体電解質板は、前記発熱体シー
    トに対向する第１側面、及び被測定ガスに暴露される第
    ２側面を互いに対向関係に有しており、前記酸素ポンプ
    部の前記一方の電極は前記固体電解質板の前記第１側面
    に形成され、前記酸素ポンプ部の前記他方の電極は固体
    電解質板の前記第２側面に形成されており、前記酸素セ
    ンサ部の前記一方及び他方の電極は前記固体電解質板の
    前記第１側面に形成されており、前記絶縁スペーサの前
    記隔離部は、前記酸素センサ部の前記一方の電極と前記
    他方の電極との間を仕切るように該電極間に位置してい
    ることを特徴とする請求項１３記載の空燃比検出装置。
15. 【請求項１５】 前記固体電解質板には前記内部空間を
    被測定ガスに連通する連通孔を有しており、且つ前記酸
    素ポンプ部の前記一方の電極及び前記他方の電極は前記
    連通孔の周囲に位置していることを特徴とする請求項１
    ４記載の空燃比検出装置。
16. 【請求項１６】 前記基準酸素空間部には大気が導入さ
    れることを特徴とする請求項１１記載の空燃比検出装
    置。
17. 【請求項１７】 前記酸素センサ部が発生する前記信号
    に基づいて前記酸素ポンプ部が前記内部空間内に所定の
    酸素濃度を維持するように作用し、その結果として前記
    酸素ポンプ部に被測定ガス中の酸素濃度に対応する電流
    が流れることを特徴とする請求項１〜１５何れか一つに
    記載の空燃比検出装置。
18. 【請求項１８】 前記酸素ポンプ部の前記一方の電極
    と、前記酸素センサ部の前記一方の電極と、を共用した
    構成としたことを特徴とする請求項１〜１７何れか一つ
    に記載の空燃比検出装置。