JPH10206380A

JPH10206380A - 酸素濃度検出素子

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Publication number: JPH10206380A
Application number: JP9023291A
Authority: JP
Inventors: Akio Tanaka; 章夫田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3677921B2

Abstract

(57)【要約】【課題】速熱性に優れると共に応答性に優れた酸素濃
度検出素子を提供すること。【解決手段】固体電解質１０と，該固体電解質１０の
外側面に設けた被測定ガスに接触する外側電極１５と，
その内側面に設けられた内側電極１６とよりなる。上記
外側電極１５の少なくとも酸素濃度検出に供される表面
には，ガス透過性の多孔質よりなる電気的に絶縁性を有
する第一絶縁層１１を設けてなり，更に，該第一絶縁層
１１の外方には，電気的に絶縁性を有する第二絶縁層１
２を設けてなり，かつ，上記第一絶縁層１１と上記第二
絶縁層１２との間にはヒータ層１３を設けてなり，上記
ヒータ層１３の少なくとも外側表面にはガス非透過層１
３９を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，自動車内燃機関等の排気系に設
置する酸素濃度検出器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来，自動車内燃機関等の排気系には，空
燃比を検知することができるガス検出器が設置されてい
る。上記ガス検出器において検知された空燃比を元に，
上記自動車内燃機関は，その燃焼状態が制御されてい
る。これにより，上記内燃機関より排出される排気ガス
の浄化効率を高めることができる。そして，上記ガス検
出器としては，ＺｒＯ₂固体電解質を有する酸素濃度検
出素子と，該酸素濃度検出素子を保持するハウジングと
よりなる酸素濃度検出器が使用されている。なお，上記
酸素濃度検出素子としては，限界電流式，または酸素濃
淡起電力式のものがある。

【０００３】ところで，上記限界電流式の酸素濃度検出
素子において，特に有底円筒形の固体電解質を有する酸
素濃度検出素子としては，例えば，図１０，図１１に示
すものが挙げられる。上記酸素濃度検出素子９は，有底
円筒形の固体電解質９０と，該固体電解質９０の外側面
に設けた外側電極９５と，その内側面に設けた内側電極
９６とよりなり，かつ上記外側電極９５の表面には絶縁
層９１が設けてある。

【０００４】また，上記酸素濃度検出素子９の内部には
基準ガスが導入される内室９２が設けてあり，該内室９
２には棒状のヒータ９９が挿入配置されている。なお，
上記絶縁層９１は，外側電極９５の保護層としての役割
も有しており，セラミックコーティング層より形成され
ている。または，上記絶縁層９１はセラミックコーティ
ング層の上に例えばγ−Ａｌ₂Ｏ₃層を形成した複合層
より形成されている。

【０００５】ところで，年々厳しくなる排気ガス規制へ
の対応として，上記自動車内燃機関においては，より一
層精密な空燃比による燃焼制御を行うことが求められ，
よって，精度の高い酸素濃度検出素子の開発が要求され
ている。上記精度の高い酸素濃度検出素子としては，例
えば，自動車内燃機関の始動後，短時間で酸素濃度の検
出が可能となる，即ち速熱性に優れた酸素濃度検出素子
が挙げられる。

【０００６】これは，上記酸素濃度検出素子が，素子活
性温度以上に加熱されないと正確な酸素濃度検出ができ
ないという性質を有するためである。従って，上記内燃
機関の始動直後，排気系とその周辺の温度があまり高く
ない状態においては，上記内室に挿入したヒータにより
上記酸素濃度検出素子を加熱し，これを速やかに素子活
性温度となす必要がある。

【０００７】そのため，上記酸素濃度検出素子の加熱に
あたり，熱効率の面を考慮すると，酸素濃度検出素子に
対し，別体のヒータを設けるよりは，一体化したヒータ
を設けたほうが好ましい。このような酸素濃度検出素子
として，以下に示す酸素濃度検出素子が考えられる。

【０００８】図１２に示すごとく，上記酸素濃度検出素
子は，有底円筒形の固体電解質９０と，該固体電解質９
０の外側面に設けた被測定ガスに接触する外側電極９５
と，その内側面に設けられると共に，上記固体電解質９
０を介して上記外側電極９５と対向する位置に設けた内
側電極９６とよりなる。

【０００９】上記外側電極９５の少なくとも酸素濃度検
出に供される表面には，ガス透過性の多孔質よりなる電
気的に絶縁性を有する第一絶縁層８１を設けてなり，更
に，該第一絶縁層８１の外方には，電気的に絶縁性を有
する第二絶縁層８２を設けてなり，かつ，上記第一絶縁
層８１と上記第二絶縁層８２との間にはヒータ層８３を
設けてなる。

【００１０】上記酸素濃度検出素子において，ヒータ層
８３と外側電極９５との距離は，第一絶縁層８１の厚み
分，即ち，たかだか２００μｍ程度である。このため，
上記酸素濃度検出素子は速熱性に優れている。なお，上
記酸素濃度検出素子において上記ヒータ層８３は，通
常，耐熱性を考慮して，白金等の貴金属より作成されて
いる。

【００１１】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記酸素濃度
検出素子には以下に示す問題点がある。即ち，上記酸素
濃度検出素子において，被測定ガスは第二絶縁層８２よ
り第一絶縁層８１を経て外側電極９５に到達する。そし
て，上記ヒータ層８３は第一絶縁層８１と第二絶縁層８
２との間に挟在されてなることから，上記被測定ガスは
上記ヒータ層８３の近傍を経由して，外側電極９５に到
達する場合がある。そして，上記ヒータ層８３は，上述
したごとく，白金等の貴金属より構成されているため，
酸素吸着力を有する。

【００１２】以上により，上記ヒータ層８３の近傍を通
過する際に，上記被測定ガス中の酸素が上記ヒータ層８
３に吸着されることがある。この場合には，酸素の外側
電極９５への到達時間に遅れが生じることから，酸素濃
度検出素子の応答性が悪化する。そして，この現象は，
特に酸素濃度検出素子のストイキを挟んだ際の応答性を
悪化させる。

【００１３】本発明は，かかる問題点に鑑み，速熱性に
優れると共に応答性に優れた酸素濃度検出素子を提供し
ようとするものである。

【００１４】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，有底円筒形の固
体電解質と，該固体電解質の外側面に設けた被測定ガス
に接触する外側電極と，その内側面に設けられると共
に，上記固体電解質を介して上記外側電極と対向する位
置に設けた内側電極とよりなる酸素濃度検出素子におい
て，上記外側電極の少なくとも酸素濃度検出に供される
表面には，ガス透過性の多孔質よりなる電気的に絶縁性
を有する第一絶縁層を設けてなり，更に，該第一絶縁層
の外方には，電気的に絶縁性を有する第二絶縁層を設け
てなり，かつ，上記第一絶縁層と上記第二絶縁層との間
にはヒータ層を設けてなり，上記ヒータ層の少なくとも
表面には第一絶縁層よりもガス透過性の低いガス非透過
層を設けてなることを特徴とする酸素濃度検出素子にあ
る。

【００１５】本発明の作用につき，以下に説明する。本
発明にかかる酸素濃度検出素子においては，第一絶縁層
と第二絶縁層との間にはヒータ層を設けてある。そし
て，上記ヒータ層の少なくとも外側表面には第一絶縁層
よりもガス透過性の低いガス非透過層を設けてある。こ
れにより，上記第二絶縁層より導入された被測定ガス
は，ヒータ層に接触し難くなり，従って，上記被測定ガ
ス中の酸素が上記ヒータ層に吸着されることが低減さ
れ，これらは外側電極まで到達することができる。この
ため，上記被測定ガスの酸素濃度の変動を上記酸素濃度
検出素子はガス非透過層のないものに比べて速やかに検
知することができる。

【００１６】また，上記ヒータ層と上記固体電解質との
間の距離はたかだか数百μｍである。このため，上記ヒ
ータ層において発生した熱の多くが，速やかに外側電極
側に伝導することができる。よって，速熱性に優れた酸
素濃度検出素子を得ることができる。更に，上記ヒータ
層は酸素濃度検出素子の表面に露出しておらず，上記第
二絶縁層によって覆われている。このため，上記ヒータ
層にて生じた熱が外部に放出されることを抑制すること
ができる。

【００１７】以上のように，本発明によれば，速熱性に
優れると共に応答性に優れた酸素濃度検出素子を提供す
ることができる。

【００１８】なお，上記酸素濃度検出素子において，上
記固体電解質には，上記ヒータ層に通電するためのヒー
タ端子部，およびこれと導通したヒータリード部を設け
ることができる。この場合，上記ガス非透過層は，上記
ヒータリード部に対しても共に設けることが好ましい。

【００１９】また，上記第一絶縁層，第二絶縁層，ガス
非透過層及びヒータ層を設けるに当たっては，通常のス
クリーン印刷，パット印刷，ロール転写により行うこと
ができる。しかし，第一絶縁層，第二絶縁層，ヒータ層
の厚みのばらつきは酸素濃度検出素子の特性，耐久性を
左右することから，予め平面上にてスクリーン印刷によ
り第一絶縁層，ガス非透過層，ヒータ層，第二絶縁層と
を転写紙に印刷し，該転写紙を固体電解質に張りつけて
作成することが好ましい。これにより，上記第一絶縁層
等の厚みのばらつきの少ない酸素濃度検出素子を得るこ
とができる。

【００２０】次に，請求項２の発明のように，上記ガス
非透過層は，上記ヒータ層の全表面に被覆されているこ
とが好ましい。これにより，上記被測定ガスがヒータ層
に接触することをより確実に防止することができる。

【００２１】次に，請求項３の発明のように，上記ガス
非透過層は，気孔率５％以下の耐熱性無機酸化物よりな
ることが好ましい。これにより，上記被測定ガスがヒー
タ層に接触することをより確実に防止することができ
る。また，耐熱性に優れたガス非透過層を得ることがで
きる。上記気孔率が５％を越えた場合には，ガス透過抑
制が確実に行なわれにくいという問題が生じるおそれが
ある。また，上記気孔率は低ければ低いほど好ましい。

【００２２】次に，請求項４の発明のように，上記耐熱
性無機酸化物は，ガラスまたはセラミックであることが
好ましい。これにより，ヒータ層の白金を排ガス中の被
毒物（付着物）から保護することができる。なお，上記
ガラスとしては，ホウケイ酸ガラス，鉛ガラス等を使用
することができる。また，上記セラミックとしては，Ａ
ｌ₂Ｏ₃，Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等を使用することがで
きる。

【００２３】また，上記耐熱性無機酸化物としてガラス
を選択した場合には，Ｂａ，Ｐｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｄ等
のイオン半径の大きな二価元素を含有させることが好ま
しい。これにより，上記ガス非透過層（ヒータ被覆層）
の導電率の低下を防止できる。また，上記耐熱性無機酸
化物としてガラスを選択した場合には，結晶化ガラスを
用いることが好ましい。これにより，ヒータ層の耐熱性
を高めることができる。

【００２４】次に，請求項５の発明のように，上記ガス
非透過層の厚みは，１〜１００μｍであることが好まし
い。これにより，上記ヒータ層への被測定ガスの接触防
止と上記絶縁層中の被測定ガスの適度な拡散性を得るこ
とができる。上記厚みが１μｍ未満である場合には，均
一な層ができなくなり，被測定ガスがヒータ層に接触す
ることを防止できないおそれがある。一方，上記厚みが
１００μｍより大である場合には，被測定ガスの拡散性
が阻害され，酸素濃度検出素子の出力電流が低下するお
それがある。

【００２５】

【発明の実施の形態】

実施形態例１本発明の実施形態例にかかる酸素濃度検出素子につき，
図１〜図６を用いて説明する。なお，本例の酸素濃度検
出素子は限界電流式である。図１に示すごとく，本例の
酸素濃度検出素子１は，有底円筒形の固体電解質１０
と，該固体電解質１０の外側面に設けた被測定ガスに接
触する外側電極１５と，その内側面に設けられると共
に，上記固体電解質１０を介して上記外側電極１５と対
向する位置に設けた内側電極１６とよりなる。

【００２６】上記外側電極１５の少なくとも酸素濃度検
出に供される表面には，ガス透過性の多孔質よりなる電
気的に絶縁性を有する第一絶縁層１１を設けてなり，更
に，該第一絶縁層１１の外方には，電気的に絶縁性を有
する第二絶縁層１２を設けてなり，かつ，上記第一絶縁
層１１と上記第二絶縁層１２との間には，図２に示すご
とく，ヒータ層１３を設けてなる。

【００２７】そして，上記ヒータ層１３の全表面には第
一絶縁層１１よりもガス透過性の低いガス非透過層１３
９を設けてなる。また，上記ガス非透過層１３９は，そ
の厚みが２０μｍ，気孔率が１％以下である。更に，ホ
ウケイ酸ガラスより構成されている。

【００２８】上記酸素濃度検出素子１につき，詳細に説
明する。上記固体電解質１０は，図１に示すごとく，上
記外側電極１５を帯状に設けた先端部１０１と，該先端
部１０１より径の太い胴部１０２とよりなる。また，上
記胴部１０２の中央には，半径方向外向きに突出形成さ
れた鍔部１９が設けてある。また，上記固体電解質１０
には，上記外側電極１５より延設された外側電極リード
部１５０及び外側電極端子部１５１とが設けてある。

【００２９】上記ヒータ層１３は，図２に示すごとく，
上記外側電極１５の上に第一絶縁層１１を介して設けて
ある。また，図１，図３に示すごとく，上記固体電解質
１０の胴部１０２にヒータリード部１３０を介して上記
ヒータ層１３と接続したヒータ端子部１３１，１３２が
設けてある。そして，図１，図２に示すごとく，ガス非
透過層１３９は，上記ヒータ層１３の全表面に対し設け
てあると共に，上記ヒータリード部１３０の全表面に対
しても設けてある。

【００３０】図１，図３に示すごとく，上記ヒータリー
ド部１３０及びヒータ端子部１３１，１３２の幅は上記
ヒータ層１３より広く形成されている。また，上記ヒー
タ端子部１３１と１３２は一本のヒータ層１３を形成す
るそれぞれの末端部分であり，一方のヒータ端子部１３
１には正，他方のヒータ端子部１３２には負の電位が印
加される。なお，上記第一絶縁層２１及び第二絶縁層２
２は，固体電解質１０における鍔部１９の上方まで設け
てある。

【００３１】次に，本例にかかる酸素濃度検出素子１を
備えた酸素濃度検出器２につき説明する。図４に示すご
とく，上記酸素濃度検出器２は，酸素濃度検出素子１を
保持固定するためのハウジング２０と該ハウジング２０
の下端に設けられ，上記酸素濃度検出素子１の下部を保
護する二重の素子保護カバー２３１，２３２と，上記ハ
ウジング２０の上端に設けられた大気側カバー２４１，
２４２，２４３とを有する。

【００３２】上記素子保護カバー２３１，２３２によ
り，上記酸素濃度検出素子１の周囲に被測定ガス室２３
９が形成され，またその側面には複数の被測定ガス導入
口２３０，２３３が設けてある。上記大気側カバー２４
１は上記ハウジング２０に対し金属リング２１５を介し
てかしめ固定されている。また，上記大気側カバー２４
２は大気側カバー２４１に対しかしめ固定され，上記大
気側カバー２４３は大気側カバー２４２に対しかしめ固
定されている。

【００３３】また，上記酸素濃度検出素子１は鍔部１９
において，ハウジング２０の内部に設けられたテーパ部
にワッシャ２１１を介して支承されている。そして，上
記鍔部１９の上面と上記ハウジング２０との間は，タル
ク２１２，パッド２１３，インシュレータ２１４が設置
され，気密封止されている。なお，上記大気側カバー２
４１の下端は上記インシュレータ２１４と当接してい
る。

【００３４】上記酸素濃度検出素子１の出力取出経路に
つき説明する。図１に示すごとく，上記固体電解質１０
において，上記外側電極１５には，外側電極リード部１
５０を介して外側電極端子部１５１が設けてある。上記
酸素濃度検出素子１の出力は，外側電極端子部１５１に
取付けた出力取出部１６３によって外部に取出されてい
る。なお，上記出力取出部１６３は外側電極端子部１５
１と直接接触する接触片と，該接触片に対し導通形成さ
れた端子片とよりなる。

【００３５】一方，固体電解質１０において，上記内側
電極１６にも，内側電極リード部を介して内側電極端子
部が設けてある。上記内側電極リード部及び内側電極端
子部は固体電解質１０の内側面に対し形成されている。
そして，上記内側電極端子部は外側電極の外側電極端子
部１５１とは別体として設けてあり，該内側電極端子部
に接触するよう出力取出部１６４が酸素濃度検出素子１
に対し取付けてある。上記出力取出部１６４は，外側電
極１５の外側電極端子部１５１に対し接触するよう取付
けた出力取出部１６３とは別体の部品である。

【００３６】次に，上記ヒータ層１３に対する通電経路
につき説明する。図１に示すごとく，上記固体電解質１
０において，ヒータ層１３には，ヒータリード部１３０
を介して接続されたヒータ端子部１３１，１３２が設け
てある。上記ヒータ層１３への通電は，上記ヒータ端子
部１３１，１３２に対し，正負の通電端子１６１，１６
２を取付けることにより行なわれている。なお，上記通
電端子１６１，１６２は，上記ヒータ端子部１３１，１
３２に接触する接触片と，該接触片に対し導通形成され
たリード部１６６，１６７とよりなる。

【００３７】そして，上記出力取出部１６３，１６４及
び通電端子１６１，１６２にはそれぞれリード線１７１
〜１７４が接続されている。そして，それぞれのリード
線１７１〜１７４は酸素濃度検出器２の大気側カバー２
４１〜２４３の内部を経由して，外部に設けられたコネ
クタ２９に対し接続されている。なお，上記酸素濃度検
出器２はハウジング２０に設けられたネジ２０１によ
り，自動車内燃機関における排気系に取り付けられてい
る。

【００３８】次に，上記酸素濃度検出素子１の製造方法
につき説明する。まず，ＺｒＯ₂等の原料粉末を加圧成
形した後，温度１４００〜１６００℃にて焼成し，有底
円筒形の固体電解質１０を得る。上記固体電解質１０の
内側面及び外側面に対し，Ｐｔ等の貴金属のスパッタも
しくはメッキ等により，内側電極１６，内側電極リード
部，内側電極端子部，外側電極１５，外側電極リード部
１５０，外側電極端子部１５１を形成する。その後，上
記固体電解質１０の鍔部１９より上方の外側面及び外側
電極１５の表面に対し，耐熱性金属酸化物であるマグネ
シア−アルミナスピネルの粉末をプラズマ溶射すること
により，第一絶縁層１１を形成する。

【００３９】次いで，ヒータ層１３等を形成するための
白金を含有するペーストａを準備する。また，同時にガ
ス非透過層１３９を形成するためのホウケイ酸ガラスを
含有するペーストｂを準備する。その後，平面上に展開
した際には図３に示す形状となるように，上記固体電解
質１０の側面に対し，ペーストｂを塗布する。該ペース
トｂの表面に対して，今度はペーストａを塗布する。更
に，該ペーストａの表面に対してペーストｂを塗布し，
全体として，図２に示す断面形状となるようにする。

【００４０】その後，温度９００〜１１００℃にて熱処
理し，ヒータ層１３，ヒータリード部１３０，ヒータ端
子部１３１，ガス非透過層１３９となす。次いで，上記
ガス非透過層１３９及び第一絶縁層１１の表面に，第一
絶縁層１１を形成する際に使用したものと同じ耐熱性金
属酸化物の粉末をプラズマ溶射する。これにより，第二
絶縁層１２を形成する。以上により，本例にかかる酸素
濃度検出素子１を得る。

【００４１】次に，本例にかかる酸素濃度検出素子１の
性能につき，表１を用いて説明する。表１に示す試料１
〜４，７は本例にかかる酸素濃度検出素子１である。た
だし，ガス非透過層１３９の厚み，気孔率がそれぞれ異
なる。また，試料５は本例にかかる酸素濃度検出素子１
と同様の構造，即ち第一絶縁層１１と第二絶縁層１２と
の間にヒータ層１３が挟在されてなるものである。ただ
し，ヒータ層１３に対しガス非透過層１３９が設けられ
ていない。なお，試料９は従来技術において示した棒状
ヒータを有する酸素濃度検出素子９である（図１０，図
１１参照）。なお，上記ヒータ９９は窒化珪素よりな
る。

【００４２】次に，上記性能評価の詳細につき説明す
る。上記性能評価は，『Ｒ−Ｌ応答性』『Ｌ−Ｒ応答
性』『出力電流』の三点より行った。上記『Ｒ−Ｌ応答
性』『Ｌ−Ｒ応答性』の評価においては，試料１〜９に
かかる酸素濃度検出素子を図４に示す酸素濃度検出器に
取りつけ，これを２０００ｃｃの６気筒エンジンの排気
系に取り付ける。そして，上記エンジンを１１００ｒｐ
ｍにおけるインジェクタの噴射を変えて，Ａ／Ｆを１４
から１５へ（『Ｒ−Ｌ応答性』），または１５から１４
へ（『Ｌ−Ｒ応答性』）と切り換えた。この時の上記酸
素濃度検出器の応答時間を測定し，２００ｍｓ以下であ
るものを○，２００ｍｓより大きいものを×と表１に記
した。

【００４３】なお，上記応答時間とは，上記酸素濃度検
出器（限界電流式）の出力電流値において，その値が変
化した幅を１００とした場合の，上記変化の幅１００に
対して，その６３％の変化に達するまでの，上記Ａ／Ｆ
を切り換えてから要した時間である。

【００４４】また，上記酸素濃度検出素子における出力
電流を，Ａ／Ｆが１８の場合に測定し，その値が６〜８
ｍＡの範囲内にある場合には○，そうでない場合には×
を表１に記した。

【００４５】同表によれば，試料１〜４，７にかかる酸
素濃度検出素子は，『Ｒ−Ｌ応答性』『Ｌ−Ｒ応答性』
『出力電流』のいずれも○となり，応答性及び検出精度
に優れた酸素濃度検出素子であることが分かった。しか
しながら，ガス非透過層が厚い試料６は，応答性はとも
かくとして出力電流が小さく，検出精度が悪化するとい
う問題のあることが分かった。

【００４６】また，試料３はガス非透過層が薄いため，
被測定ガス中の酸素のヒータ層に対する吸着を防止する
ことができず，応答性の悪い酸素濃度検出素子しか得ら
れなかった。また，試料９は，棒状のヒータが挿入され
た酸素濃度検出素子であり，その応答性，出力電流共に
優れていることが分かった。ただし，従来技術において
述べたごとく，この酸素濃度検出素子はエンジン始動時
の速熱性が悪かった。

【００４７】また，図５に，本例にかかる酸素濃度検出
素子１（表１における試料１）及び従来の棒状のヒータ
９９が挿入された酸素濃度検出素子９（表１における試
料８）において，限界電流と空燃比との間に成立する関
係を示した。同図によれば，本例と従来例との間には特
性上の差異が殆ど存在しないことが分かった。

【００４８】また，図７（ａ）に本例にかかる酸素濃度
検出素子１（表１における試料１）及びガス非透過層１
３９を持たない酸素濃度検出素子（表１における試料
５）における出力波形を，図７（ｂ）にＡ／Ｆの切替の
タイミングについて示した。同図によれば，本例にかか
る酸素濃度検出素子１を用いたものはヒータ層の白金に
よる酸素の吸着作用を抑制して，ストイキを挟んだ時の
応答性の遅れがなくなることが分かった。

【００４９】次に，本例における作用効果につき説明す
る。上記酸素濃度検出素子１においては，第一絶縁層１
１と第二絶縁層１２との間にはヒータ層１３を設けてあ
る。そして，上記ヒータ層１３の全表面にはガス非透過
層１３９を設けてある。これにより，上記第二絶縁層１
２より導入された被測定ガスがヒータ層１３に接触する
ことを防止できる。従って，上記被測定ガス中の酸素は
上記ヒータ層１３に吸着されることなく，これらは外側
電極１５まで到達することができる。このため，上記被
測定ガスの酸素濃度の変動を上記酸素濃度検出素子１は
速やかに検知することができる。

【００５０】また，上記ヒータ層１３と上記固体電解質
１０との間の距離はたかだか数百μｍである。このた
め，上記ヒータ層１３において発生した熱の多くが，速
やかに外側電極側１５に伝導することができる。よっ
て，速熱性に優れた酸素濃度検出素子１を得ることがで
きる。更に，上記ヒータ層１３は酸素濃度検出素子１の
表面に露出しておらず，上記第二絶縁層１２によって覆
われている。このため，上記ヒータ層１３にて生じた熱
が外部に放出されることを抑制することができる。

【００５１】以上のように，本例によれば，速熱性に優
れると共に応答性に優れた酸素濃度検出素子を提供する
ことができる。

【００５２】なお，上述した本例の酸素濃度検出素子は
限界電流式の酸素濃度検出素子である。図６に示すごと
き，理論空燃比を境目にして階段状に変化する特性を有
する酸素濃淡起電力式の酸素濃度検出素子においても，
本例のごときヒータ層を設けることができる。また，こ
の酸素濃度検出素子も，上述と同様の作用効果を有す
る。

【００５３】また，本例の上記酸素濃度検出素子１はガ
ス非透過層１３９をヒータ層１３の全表面に設けてあ
る。しかし，図８（ａ）に示すごとく，第一絶縁層１１
と接触する部分にのみ，あるいは図８（ｂ）に示すごと
く，被測定ガスが導入される第二絶縁層１２と接触する
部分にのみに上記ガス非透過層１３９を設けてもよい。
また，図９に示すごとく，ヒータ層１３を挟み込むよう
にガス非透過層１３９を設けてもよい。

【００５４】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，酸素濃度検出素子の
（ａ）左側面図，（ｂ）右側面図。

【図２】実施形態例１における，酸素濃度検出素子の要
部断面図。

【図３】実施形態例１における，ヒータ層及びガス非透
過層の形状を示す平面展開説明図。

【図４】実施形態例１における，酸素濃度検出器の断面
説明図。

【図５】実施形態例１における，本例及び従来例にかか
る酸素濃度検出素子の空燃比と限界電流との関係を示す
線図。

【図６】実施形態例１における，酸素濃淡起電力式の酸
素濃度検出素子の空燃比と起電力との関係を示す線図。

【図７】実施形態例１における，（ａ）酸素濃度検出素
子の出力波形を示す線図，（ｂ）Ａ／Ｆの切替えのタイ
ミングを示す線図。

【図８】実施形態例１における，他の酸素濃度検出素子
の要部断面図。

【図９】実施形態例１における，他の酸素濃度検出素子
の要部断面図。

【図１０】従来例における，酸素濃度検出素子の側面
図。

【図１１】従来例における，酸素濃度検出素子の要部断
面図。

【図１２】酸素濃度検出素子の要部断面図。

【符号の説明】

１，９．．．酸素濃度検出素子，１０．．．固体電解質，１１．．．第一絶縁層，１２．．．第二絶縁層，１３．．．ヒータ層，１３９．．．ガス非透過層，１５．．．外側電極，１６．．．内側電極，

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底円筒形の固体電解質と，該固体電解
質の外側面に設けた被測定ガスに接触する外側電極と，
その内側面に設けられると共に，上記固体電解質を介し
て上記外側電極と対向する位置に設けた内側電極とより
なる酸素濃度検出素子において，上記外側電極の少なく
とも酸素濃度検出に供される表面には，ガス透過性の多
孔質よりなる電気的に絶縁性を有する第一絶縁層を設け
てなり，更に，該第一絶縁層の外方には，電気的に絶縁
性を有する第二絶縁層を設けてなり，かつ，上記第一絶
縁層と上記第二絶縁層との間にはヒータ層を設けてな
り，上記ヒータ層の少なくとも表面には第一絶縁層より
もガス透過性の低いガス非透過層を設けてなることを特
徴とする酸素濃度検出素子。
【請求項２】請求項１において，上記ガス非透過層
は，上記ヒータ層の全表面に被覆されていることを特徴
とする酸素濃度検出素子。
【請求項３】請求項１または２において，上記ガス非
透過層は，気孔率５％以下の耐熱性無機酸化物よりなる
ことを特徴とする酸素濃度検出素子。
【請求項４】請求項３において，上記耐熱性無機酸化
物は，ガラスまたはセラミックであることを特徴とする
酸素濃度検出素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項において，
上記ガス非透過層の厚みは，１〜１００μｍであること
を特徴とする酸素濃度検出素子