JP2002131269A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気を外部から導入して機能するガスセンサ
において、電極端子間の短絡等を生じさせることなく、
その検出精度を良好に保持することができるようにす
る。 【解決手段】 本実施例の酸素センサ１においては、通
気孔１７を介して導入された外気は、セパレータ２４の
上端面２４ａに形成された通気溝２６の底部２７に突き
当たり、通気溝２６を通って、セパレータ２４の外周面
２４ｂに導かれ、更に外周面２４ｂ上を通過して検出素
子２に到達する。凝縮しやすい状態で外気に水蒸気が含
まれており通気溝２６内で水滴となっても、通気溝２６
の底部２７が第２挿通孔２８の上端側開口部２９よりも
低くなっているので、その上端側開口部２９への水の流
入が妨げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の排気ガス中
のガス成分の検出などに用いられるガスセンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、混合ガス中から特定のガス成
分の濃度を検出するガスセンサとして、ＨＣセンサやＮ
Ｏｘセンサ等種々のものが知られている。この種のガス
センサの一つとして、例えば特開平９−５４０６３号公
報に示される外気導入型の酸素センサがある。この酸素
センサは、外気を導入する通気孔を、ガスセンサの最上
部に設けられたシール部材に形成すると共に、この通気
孔を硬質の撥水性の通気フィルタにより閉塞することに
より、ガスセンサ内に形成された基準ガス空間と大気と
の間の通気性と防水性を保持している。

【０００３】シール部材にはリード線を通過させるため
の挿通孔（第１挿通孔）が複数設けられ、この挿通孔を
介してリード線を基準ガス空間内に導入し、そして、シ
ール部材の下方にある検出素子の電極に接続している。
そしてシール部材と検出素子との間には、接続部品（リ
ード線や端子金具等）を通過させる挿通孔（第２挿通
孔）が形成された絶縁部材が配置され、接続部品の絶縁
を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成において、通気フィルタは、基準ガス空間への水（液
体）の侵入を防止することはできるものの、気体である
水蒸気の侵入を防止することはできない。このため、通
気フィルタを介して侵入した水蒸気が、絶縁部材の表面
で凝縮して水滴となり、そして第２挿通孔に浸入するこ
とにより、リード線間での短絡、即ち端子間での短絡を
起こす可能性があった。

【０００５】本発明はこうした問題に鑑みてなされたも
のであり、大気を外部から導入して機能するガスセンサ
において、電極端子間の短絡等を生じさせることなく、
その検出精度を良好に保持することができるようにする
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明（請求項１記載）のガスセンサ
においては、絶縁部材の上端面に、シール部材の通気孔
から検出素子に向けて大気を導くための通気溝を、当該
通気溝から第２挿通孔へ液体の流入を妨げるよう形成し
ている。

【０００７】絶縁部材には、接続部品を外筒の軸方向に
通過させる第２挿通孔が形成されており、絶縁部材の上
端面には第２挿通孔の上端側開口部が位置することにな
るが、上記の様に通気溝を形成したため、シール部材の
通気孔を通過した外気は、通気溝を介して検出素子方向
に導かれることになる。このため、外気に含まれている
水蒸気の一部が通気溝で凝縮するとしても、第２挿通孔
への流入は妨げられるので、接続部材の絶縁性が低下す
るのを抑制することができ、当該ガスセンサの検出精度
を保持することができる。また、万一、通気孔から水な
どの液体が基準ガス空間に浸入してきたとしても、少な
くとも通気孔から第２挿通孔の上端側開口部へ液体の流
入を妨げられるので、接続部材の絶縁性の低下を抑制す
ることができる。

【０００８】通気孔から第２挿通孔の上端側開口部へ液
体の流入を妨げることができるようにするには、具体的
には、請求項２に記載の様に、絶縁部材の上端面におい
て、第２挿通孔の上端側開口部よりも低く通気溝の底部
を形成するとよい。ここで通気孔は単なる孔でも良い
が、防水性を高めるために、請求項３に記載の様に、防
水性の通気フィルタによって閉塞することが好ましい。

【０００９】通気フィルタとしては、特開平９−５４０
６３の様に硬質の通気フィルタを通気孔に挿入して通気
孔を防水的に閉塞することが考えられる。また、請求項
４に記載の様に、通気フィルタとして、シート上に形成
されたものを採用してもよい。通気フィルタにシート状
の材料を用いると、通気量を多くする事が出来るので、
基準ガス空間に新鮮な大気を大量に供給でき、好まし
い。

【００１０】シート状の通気フィルタは、シール部材が
複数の構成部材から構成される場合には、その構成部材
の間に挟み込んでも良いし、また、通気孔の中にシート
状の通気フィルタを押し込み、通気フィルタの内側に別
の筒状部材を挿入して、通気フィルタを通気孔内壁と筒
状部材の間に狭持して固定してもよい。

【００１１】そして筒状部材を用いる場合には、請求項
５に記載の様に、筒状部材の下端側開口部が第２挿通孔
の上端側開口部よりも低くなるよう、筒状部材を配置す
ると良い。こうすれば、外気が水蒸気を多く含んでいて
も、第２挿通孔の上端側開口部よりも低い位置で凝縮す
ることが可能性が高くなり、水滴が第２挿通孔に進入す
るのを更に抑制できる。また、通気孔から水などの液体
が浸入しても、第２挿通孔への流入を避けることができ
る。

【００１２】また請求項６記載の様に、第２挿通孔の上
端側開口部を、シール部材に密着させると、第２挿通孔
への水の浸入を確実に抑制することができる。更に、請
求項７に記載の様に、第２挿通孔の上端側開口部を、通
気孔の下端側開口部よりも高い位置に形成すると、第２
挿通孔への水の浸入をより確実に抑制することができ
る。具体的には、例えば請求項８記載の様に、第２挿通
孔の開口縁部を、シール部材に向けて、絶縁部材の上端
面から突出させ、シール部材の下端面の嵌合凹部に挿入
することにより、請求項７記載のガスセンサを実現でき
る。

【００１３】以上の発明（請求項１〜８）は、請求項９
記載の様に、通気孔がシール部材の軸心に形成されると
共に、通気孔から検出素子への主たる通気経路が絶縁部
材の外周面上に形成された構成を有するガスセンサに好
適である。即ち、こうした構成においては、絶縁部材の
上端面において中央部から外周面の方向に外気が流れる
ことになるため、従来、絶縁部材の上端面で凝縮した水
や通気孔から基準ガス空間内に浸入した水などが、第２
挿通孔の上端側開口部に到達する可能性が高かったが、
本発明（請求項１〜８）によれば、その可能性を少なく
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明のガスセンサの第１実施例
としての酸素センサについて、全体的構成を示す断面図
である。

【００１５】図１に示すように、この酸素センサ１は、
ＺｒＯ２を主成分とする固体電解質体により先端が閉じ
た中空軸状に形成された検出素子２、検出素子２内に配
置された軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を支持
する主体金具９、主体金具９の上部に連設され内側に基
準ガス空間Ａを形成する外筒１３、外筒１３の上部開口
部４７に配設されたシール部材１４、検出素子２の出力
電圧を外部に取り出すためのリード線２０，２１、これ
らリード線２０，２１などを絶縁するためのセパレータ
２４などから構成されている。なお、図示しないが、セ
ラミックヒータ３に通電するための一対のリード線も設
けられており、本実施例の酸素センサ１には、計４本の
リード線が基準ガス空間Ａに導入されている。

【００１６】シール部材１４は、図１に示す様に、フッ
素ゴムで形成された円柱状の基礎部材１５と押え部材１
６との間に、円形のシート状に形成された撥水性の通気
フィルタ５０を介装させて構成されている。本実施例で
は、基礎部材１５および押え部材１６の組合せにより、
請求項の「シール部材」が構成されており、その中央を
軸方向に（即ち軸心を）貫通して外気を導入する通気孔
１７が形成されている。複数のリード線２０，２１等を
通過させるために同本体を軸方向に貫通する第１挿通孔
１８が、リード線２０，２１と同数形成されている。

【００１７】通気フィルタ５０には、第１挿通孔１８に
対応する位置に、リード線２０，２１等を通過させる挿
通孔が形成されている。通気フィルタ５０は、例えばポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体
を延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（例え
ば、商品名：ゴアテックス（ジャパンゴアテックス
（株）））であり、水滴等の水を主体とする液体の透過
は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許容す
る。

【００１８】このように構成されたシール部材１４が外
筒１３の上部開口部４７の内側に配置され、外筒１３を
介して径方向に加締められることにより、外筒１３及び
シール部材１４が互いに密着し、外筒１３の上部開口部
４７におけるシール性が確保される。

【００１９】セパレータ２４は請求項の「絶縁部材」に
相当するものであり、セラミックにより筒状に形成され
ており、シール部材１４の下方、即ちシール部材１４と
検出素子２との間に配置されている。ここで図２〜図４
は、このセパレータ２４を詳細に示す説明図であり、こ
のうち図２はセパレータ２４の斜視図、図３はセパレー
タ２４の上面図、図４はセパレータ２４の破断面図であ
る。

【００２０】図１〜図４に示す様に、セパレータ２４の
外周面２４ｂには周方向に鍔部２５が形成され、この鍔
部２５が、外筒１３の内周面に形成された突出部１３ａ
に係合することにより、セパレータ２４は外筒１３の内
部に保持される。外筒１３の突出部１３ａは、外筒１３
の周方向に連続しているのではなく、断続的に数カ所形
成されているだけであるので、セパレータ２４の外周面
２４ｂ上における気体の流れは確保される。そして、セ
パレータ２４の外周面２４ｂ上、即ちセパレータ２４の
外周面２４ｂと外筒１３の内周面との間に、通気孔１７
から検出素子２に至る主たる通気経路が形成される。

【００２１】セパレータ２４の上端面２４ａには、上記
の通気孔１７から検出素子２に向けて大気を導くための
通気溝２６が形成されている。また、セパレータ２４に
は、リード線２０，２１や後述の端子金具３０，３１を
外筒１３の軸方向に挿通させるための第２挿通孔２８が
リード線２０，２１と同数形成され、その開口部（上端
側開口部）２９がセパレータ２４の上端面２４ａに形成
されている。

【００２２】通気溝２６は、セパレータ２４の上端面２
４ａの中心部（即ち、シール部材１４の通気孔１７に対
応する位置。より詳しくは、通気孔１７の直下。）から
外周面２４ｂにむけて放射状（より具体的には十字状）
に、第２挿通孔２８の上端側開口部２９の間を通過する
よう形成されている。そして通気溝２６は、上端面２４
ａから掘り下げられて構成されており、その底部２７
は、第２挿通孔２８の上端側開口部２９よりも低い位置
となっている。通気溝２６の深さ（即ち、通気溝２６の
底部２７と第２挿通孔２８の上端側開口部２９との高低
差）および幅は、本実施例では共に１ｍｍであり、同一
寸法となっている。

【００２３】上記のシール部材１４およびセパレータ２
４を貫通するように、検出素子２の電極に夫々接続され
るリード線２０，２１及びセラミックヒータ３に接続さ
れる一対のリード線（図示せず）が配置されている。検
出素子２に接続する一方のリード線２０は、一端が検出
素子２の内側電極２ａに接触している端子金具３０の他
端に加締られ、この端子金具３０を介して検出素子２の
内側電極２ａと電気的に接続されている。検出素子２に
接続する他方のリード線２１は、一端が検出素子２の外
側電極２ｂに接触している端子金具３１の他端に加締ら
れ、この端子金具３１を介して検出素子２の外側電極２
ｂと電気的に接続されている。

【００２４】また、セラミックヒータ３に通電するため
の一対のヒータ端子４０が、セラミックヒータ３の上端
に固定され、これらヒータ端子４０を経て、セラミック
ヒータ３に通電される。なお、本実施例においては、リ
ード線２０，２１、端子金具３０，３１、ヒータ端子４
０、セラミックヒータ３に通電するための図示しないリ
ード線が、請求項の「接続部品」に相当する。

【００２５】本実施例の酸素センサ１においては、通気
孔１７を介して基準ガス空間Ａの方向に導入された外気
は、セパレータ２４の上端面２４ａに形成された通気溝
２６に突き当たり、通気溝２６を通って、セパレータ２
４の外周面２４ｂに導かれ、更に外周面２４ｂ上を通過
して検出素子２に到達する。

【００２６】この様に本実施例の酸素センサ１において
は、凝縮しやすい状態で外気に水蒸気が含まれており通
気溝２６内で水滴となっても、通気溝２６の底部２７が
第２挿通孔２８の上端側開口部２９よりも低くなってい
るので、その上端側開口部２９への水の流入が妨げられ
る。そのため、リード線２０，２１、端子金具３０，３
１、ヒータ端子４０などの絶縁性が低下するのを抑制す
ることができ、酸素センサ１の検出精度を保持すること
ができる。

【００２７】また、万一、通気孔１７から水などの液体
が基準ガス空間Ａに浸入してきたとしても、少なくとも
通気孔１７から第２挿通孔２８の上端側開口部２９へ液
体の流入を妨げられるので、リード線２０，２１、端子
金具３０，３１、ヒータ端子４０などの絶縁性低下を抑
制でき、延いては酸素センサ１の出力信号に異常が発生
する可能性を少なくすることができる。

【００２８】図５〜図７は、参考例としてのセパレータ
１２４を示す説明図である。このうち図５はセパレータ
１２４の斜視図、図３はセパレータ１２４の上面図、図
４はセパレータ１２４の破断面図である。このセパレー
タ１２４においては、上端面１２４ａに通気溝１２６が
形成されているものの、一部の第２挿通孔１２８の上端
側開口部１２９と通気溝１２６の底部１２７とに高低差
がなく、当該通気溝１２６から第２挿通孔へ液体の流入
を許してしまう。発明者らが実験において、通気溝１２
６の内の、通気孔１７に対応する位置に水滴を滴下した
ところ、図６、図７の点線の矢印で示す様に、通気溝１
２６から水が第２挿通孔１２８に流れ込む結果となっ
た。

【００２９】一方、本実施例のセパレータ２４を用い
て、通気溝２６の内の、通気孔１７に対応する位置に水
滴を滴下したところ、図３の点線の矢印で示す様に、水
は通気溝２６に沿ってセパレータ２４の外周面の方向に
向けて流れ、第２挿通孔２８に流れ込むことはなかっ
た。この様に、本実施例の酸素センサ１によれば、通気
溝２６から第２挿通孔２８への水の流入を妨げることが
できるという効果が得られることが確かめられた。

【００３０】なお、この酸素センサ１は、自動車の排気
管に設けられるものであり、高温の環境下で使用される
ものであるため、基準ガス空間Ａに水が浸入しても蒸発
しやすい。そのため検出素子２に水が到達する可能性も
少ないので、上記の様に、リード線２０，２１、端子金
具３０，３１、ヒータ端子４０の絶縁性低下を抑制でき
れば、高い確実性で酸素センサ１の検出精度を保持でき
る。

【００３１】また、本実施例の酸素センサ１において
は、通気孔１７が防水性の、しかも撥水性の通気フィル
タ５０で塞がれているため、酸素センサ１の検出精度維
持の確実性を高めることができる。しかも通気フィルタ
５０は、シート状に形成されているため高い通気性を確
保できる。

【００３２】次に第２実施例の酸素センサ２０１につい
て説明する。なお、第１実施例の酸素センサ１と同一の
部材には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例
の酸素センサ２０１においては、図８に示す様に、外筒
１３の開口端部４７内側に、フッ素ゴムで一体成形され
た柱状のシール部材２１４が設けられている。このシー
ル部材２１４には、図９に示す様に通気孔２１７と、リ
ード線２０，２１等を通過させる第１挿通孔２１８が形
成されている。

【００３３】通気孔２１７はシール部材２１４の軸心に
形成され、その内部には、上記多孔質繊維構造体により
シート状に形成された撥水性の通気フィルタ２５０が、
筒状部材２１５により押し込まれて固定される。この筒
状部材２１５は両端が開口し、通気孔２１７に嵌合可能
な筒状に形成されている。通気フィルタ２５０は、筒状
部材２１５の一方の開口とその外周面とを覆うことがで
きる程度に広げられ、筒状部材２１５に被せられた状態
で、筒状部材２１５と共に通気孔２１７に挿入される。
この様にして、通気フィルタ２５０は、筒状部材２１５
の外周面と通気孔２１７の内周面との間に挟まれて、通
気孔２１７を塞いだ状態で固定される。

【００３４】筒状部材２１５の下端側開口部の外周に
は、鍔部２１５ａが形成されている。この鍔部２１５ａ
がシール部材２１４の下端面２１４ａにて係止され、通
気孔２１７内における筒状部材２１５の軸方向の位置決
めがなされる。一方、セパレータ２２４の上端面２２４
ａには、第１実施例と同様に通気溝２２６や第２挿通孔
２２８の上端側開口部２２９が形成されており、しかも
本実施例においては、通気溝２２６の堤部２２７には、
筒状部材２１５の下端部（即ち鍔部２１５ａ）を嵌め込
み可能な凹部２３０が形成されている。筒状部材２１５
の鍔部２１５ａがこの凹部２３０に嵌め込まれること
で、筒状部材２１５の下端側開口部が第２挿通孔２２８
の上端側開口部２２９よりも低くなる。

【００３５】そのため、本実施例の酸素センサ２０１に
おいては、外気が水蒸気を多く含んでいても、第２挿通
孔２２８の上端側開口部２２９よりも低い位置で凝縮す
ることが可能性が高くなり、水滴が第２挿通孔２２８に
進入するのを更に抑制できる。また、通気孔から水など
の液体が浸入しても、第２挿通孔２２８への流入を避け
ることができる。その結果、リード線２０，２１、端子
金具３０，３１、ヒータ端子４０などの絶縁性が低下す
るのを抑制することができ、酸素センサ１の検出精度を
保持することができる。

【００３６】次に第３実施例の酸素センサ３０１につい
て説明する。なお、第１および第２実施例の酸素センサ
１，２０１と同一の部材には同一の符号を付して説明を
省略する。本実施例においては、図１０、図１１に示す
ように、セパレータ３２４の上端面３２４ａから第２挿
通孔３２８の上端側開口部３２９をシール部材３１４に
向けて突出させ、シール部材３１４の下端面３１４ａに
形成された嵌合凹部３１４ｂに挿入している。これによ
り、第２挿通孔３２８の上端側開口部３２９が、通気孔
３１７の下端側開口部よりも高いところに位置すること
となっており、第２挿通孔３２８への水の浸入を確実に
抑制することができる。しかも第２挿通孔３２８の上端
側開口部３２９を、図１０に示すように、シール部材２
１４に密着させているため、第２挿通孔３２８への浸水
防止効果がより高くなる。

【００３７】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の態様をとることができる。また、上述した通気孔等
の配置や形状等は上記実施例のものに限られず、設計の
便宜上適宜変更しうることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の酸素センサを示す断面図であ
る。

【図２】 第１実施例のセパレータを示す斜視図であ
る。

【図３】 第１実施例のセパレータを示す上面図であ
る。

【図４】 第１実施例のセパレータを示す破断面図であ
る。

【図５】 比較例のセパレータを示す斜視図である。

【図６】 比較例のセパレータを示す上面図である。

【図７】 比較例のセパレータを示す破断面図である。

【図８】 第２実施例の酸素センサのセパレータ近傍を
示す説明図である。

【図９】 第２実施例のシール部材及びセパレータの構
造の説明図である。

【図１０】 第３実施例の酸素センサのセパレータ近傍
を示す説明図である。

【図１１】 第３実施例のセパレータの斜視図である。

【符号の説明】 １，２０１，３０１…酸素センサ ２…検出素子 １３…外筒 １４，２１４，３１４…シール部材 １７，２１７…通気孔 １８，２１８…第１挿通孔 ２０，２１…リード線 ２４，２２４，３２４…セパレータ ２６，２２６…通気溝 ２８…第２挿通孔 ２９，２２９，３２９…上端側開口部 ３０，３１…端子金具 ４０…ヒータ端子 ５０、２５０…通気フィルタ ２１４…シール部材 ２１５…筒状部材 ２３０…凹部 ３２４…絶縁部材 Ａ…基準ガス空間

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出素子と、 該検出素子の上方に基準ガス空間を形成する外筒と、 前記基準ガス空間に外気を導入する通気孔および前記検
   出素子の電極に接続された接続部品を前記外筒の軸方向
   に通過させる第１挿通孔を有し、前記外筒に装着され
   て、該外筒と共に基準ガス空間を形成するシール部材
   と、 前記接続部品を前記外筒の軸方向に通過させる第２挿通
   孔を有し、前記シール部材と前記検出素子との間に設け
   られた状態で該第２挿通孔内にて該接続部品を保持する
   ことにより、該接続部品の絶縁を図る絶縁部材と、 を備えたガスセンサにおいて、 前記絶縁部材の上端面に、前記通気孔から前記検出素子
   に向けて大気を導くための通気溝を、当該通気溝から前
   記第２挿通孔へ液体の流入を妨げるよう形成した事、 を特徴とするガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記通気溝の底部を、前記第２挿通孔の
   上端側開口部よりも低く形成した事、 を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記通気孔を、防水性の通気フィルタに
   より閉塞した事、 を特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
4. 【請求項４】 前記通気フィルタは、シート状に形成さ
   れている事、 を特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
5. 【請求項５】 前記通気フィルタは、前記通気孔に挿入
   された筒状部材と該通気孔内壁との間で狭持されてお
   り、 前記筒状部材の下端側開口部が前記第２挿通孔の上端側
   開口部よりも低くなるよう、該筒状部材を配置した事、 を特徴とする請求項４記載のガスセンサ。
6. 【請求項６】 前記第２挿通孔の上端側開口部を、前記
   シール部材に密着させた事、 を特徴とする請求項１〜５の何れか記載のガスセンサ。
7. 【請求項７】 前記第２挿通孔の上端側開口部を、前記
   通気孔の下端側開口部よりも高い位置に設けた事、 を特徴とする請求項１〜６の何れか記載のガスセンサ。
8. 【請求項８】 前記第２挿通孔の上端側開口部を、前記
   絶縁部材の上端面から前記シール部材に向けて突出さ
   せ、前記シール部材の下端面に形成された嵌合凹部に嵌
   合させた事、 を特徴とする請求項７記載のガスセンサ。
9. 【請求項９】 前記通気孔は、前記シール部材の軸心に
   形成されると共に、 前記通気孔から前記検出素子への主たる通気経路は、前
   記絶縁部材の外周面上に形成されている事、を特徴とす
   る請求項１〜８の何れか記載のガスセンサ。