JP5214665B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、対象ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサに関する。

従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス（例えば酸素など）を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、酸素を検出する酸素センサに用いられる検出素子は、先端側が閉じた有底筒状に形成した固体電解質体の内周面上および外周面上に、固体電解質体を挟む一対の電極を設けたものが用いられる。検出素子は主体金具に保持され、固体電解質体の外周面上に設けられた検出電極が排気ガス中に晒されるように、先端側が排気管内に挿入された状態で排気管に固定される。また、検出素子の後端側は外筒で覆われて、さらに外筒の後端に設けられる栓部材の通気孔を介して外筒内に導入されるガス（通常は大気）に、固体電解質体の内周面上に設けられた基準電極が晒される。検出素子は、固体電解質体に隔てられた２つの雰囲気間、すなわち排気管内を流通する排気ガスと、ガスセンサの外部から導入されるガス（大気）との間における酸素分圧の差に応じ、両電極間に生ずる起電力によって排気ガス中の酸素の検出を行う。

固体電解質体は加熱されることにより酸素の検出が可能となるため、検出素子の筒穴内に、先端部に発熱体を有する棒状のヒータが挿入されている。ヒータの後端部の外表面上には発熱体と電気的に接続する電極パッドが設けられており、外部回路に接続するヒータリード線の先端部に形成された接続端子がロウ材により、電極パッドに接合されている。他方、基準電極や検出電極は、外部回路に接続する素子リード線の先端部に形成された出力端子に接触することで、検出素子の出力を外部回路に取り出している。そして外筒内には、ヒータリード線と素子リード線との接触を防止するため、筒状のセパレータが設けられている。セパレータは、ヒータリード線と素子リード線とが互いに接触しないよう、それぞれのリード線が挿入されるヒータリード線孔と素子リード線孔とが形成されている。また、通気孔を介して導入される基準ガスがヒータリード線孔や素子リード線孔内を流通して検出素子の基準電極に到達できるように、ヒータリード線孔や素子リード線孔はリード線に対して隙間を有する大きさに構成されている。さらに、セパレータには、ヒータの後端部を収容するヒータ挿入穴が設けられている。基準ガスの流通をスムーズに行えるよう、ヒータ挿入穴は、ヒータリード線孔や素子リード線孔に連通している（例えば特許文献１参照。）。

特開２００９−６３５９１号公報

ところで、通常、酸素センサが排気ガスに晒された際に、大気雰囲気が導入された外筒内に排気ガスが侵入しないように、主体金具と検出素子との間隙には封止部（例えば滑石等）等を設けている。しかしながら、酸素センサを過剰な高温下で長時間使用した際、封止部が熱によって緩んでしまい、排気ガスが外筒内に漏れることあった。このとき、排気ガスに含まれるＮＯｘ成分が大気中の水分と反応して硝酸が生成される。そして、この硝酸がヒータリード線の接続端子と電極パッドとを接合するロウ材に付着することで、ロウ材が腐食してしまう虞があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ヒータリード線と電極パッドとを接合するロウ材が腐食することを防止することができるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明の実施態様によれば、軸線方向に延び、先端が閉じた筒状に形成され、対象ガス中の特定ガスの濃度を検出する検出素子であって、前記特定ガス濃度に応じて出力される信号を伝達するための素子リード線が電気的に接続された検出素子と、自身の先端部に配置された前記検出素子を加熱する発熱体が少なくとも前記検出素子の筒穴内に挿入される棒状のヒータであって、自身の後端部の外表面に、前記発熱体に通電するためのヒータリード線がロウ材にて接合された電極パッドを有するヒータと、前記素子リード線と前記ヒータリード線とを挿通させつつ互いの電気的な接触を防止する筒状のセパレータと、を備えるガスセンサにおいて、前記セパレータは、自身の軸線方向に貫通し、前記ヒータリード線が挿通されるヒータリード線孔と、前記ヒータリード線孔とは独立して開口され、自身の軸線方向に貫通し、前記素子リード線が挿通されると共に、ガスセンサ内部と外部とのガスの流通を許容する素子リード線孔と、自身の先端部に設けられ、前記ヒータリード線孔と連通しつつ、前記ヒータの前記後端部が少なくとも挿入されるヒータ挿入穴と、を備え、前記セパレータは、前記ヒータ挿入穴と前記素子リード線孔とを非連通にする隔壁をさらに有するガスセンサが提供される。

隔壁によって、素子リード線孔と、ヒータ挿入穴およびヒータリード線孔との間におけるガスの流通を遮断することができる。そして、仮に排気ガスが外筒内に漏れたとしても、ガスセンサの内部と外部とのガスの流通を許容する素子リード線孔を流通して排気ガスガスセンサの外部に排出されるように、排気ガスを誘導できる。これにより、ヒータ挿入穴およびヒータリード線孔を排気ガスが流通し難くすることができる。この結果、ヒータ挿入穴内に挿入されるヒータの後端部に設けられた電極パッドとヒータリード線との接合を担うロウ材が、排気ガスに晒され難くなり、ロウ材が腐食することを抑制することができる。

本発明の実施態様において、前記セパレータの前記ヒータリード線孔を介して流通する前記ガスの流量は、前記素子リード線孔を介して流通する前記ガスの流量よりも少なくすることが好ましい。これにより、排気ガスが素子リード線孔を積極的に流通してガスセンサの外部に排出するように排気ガスを誘導できると共に、排気ガスがヒータ挿入穴およびヒータリード線孔を積極的に流通し難くなるよう抑制したりすることができる。この結果、ロウ材が、排気ガスにさらに晒され難くなるようにすることができ、ロウ材の腐食をさらに抑制することができる。

なお、「ヒータリード線孔を介して流通するガスの流量を、素子リード線孔を介して流通するガスの流量よりも少なくする」ためのセパレータの構成としては、ヒータリード線孔とヒータリード線との間隙の大きさ（開口面積）が、素子リード線孔と素子リード線との間隙の大きさ（開口面積）よりも小さくする構成や、ヒータリード線孔の軸線方向長さを、素子リード線孔の軸線方向長さよりも長くする構成が挙げられる。

本発明の実施態様において、前記ヒータリード線孔は、内周面が周方向にわたって前記ヒータリード線に密着する密着部を有してもよい。これにより、密着部により排気ガスがヒータリード線孔を流通できなくすることができる。その結果、排気ガスが素子リード線孔のみ流通してガスセンサの外部に排出されるように排気ガスを誘導でき、ロウ材の腐食を防止することができる。

本発明の実施態様は、前記検出素子の周囲を取り囲み、前記検出素子を保持する筒状の主体金具と、該主体金具の後端側に設けられると共に、前記セパレータを包囲する外筒と、該外筒の後端開口を閉塞すると共に、当該外筒の内部と外部との通気を許容する連通孔を有する封止部材と、をさらに備えてもよく、前記セパレータは、後端部に、前記素子リード線孔と前記連通孔とを連通する通気溝を備えてもよい。そして本発明の実施態様において、前記ヒータリード線孔が前記封止部材によって閉塞されるように、前記セパレータの後端面と前記封止部材の先端面とが当接してもよい。これにより確実に、排気ガスがヒータリード線孔を流通できなくすることができる。その結果、排気ガスが素子リード線孔を流通して通気溝を介してガスセンサの外部に排出されるように排気ガスを誘導でき、ロウ材の腐食をさらに防止することができる。

酸素センサ１の縦断面図である。 セパレータ１００の一部を断面視した斜視図である。 図１における酸素センサ１の後端部を正面から拡大して見た断面図である。 図１における酸素センサ１の後端部を側面から拡大して見た断面図である。

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明のガスセンサの一例として酸素センサ１を挙げ、その構造について図１を参照して説明する。なお、図１に示す酸素センサ１は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管（図示外）に取り付けられて使用されるものである。以下では、酸素センサ１の軸線Ｏ方向において、排気管内に挿入される検出素子６の先端に向かう側（閉じている側であり図中下側）を先端側とし、これと反対方向に向かう側（図中上側）を後端側として説明するものとする。

図１に示す酸素センサ１は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の濃度（有無）を検出するセンサである。酸素センサ１は、細長で先端が閉じた有底筒状の検出素子６を主体金具５に保持した構造を有する。酸素センサ１からは、検出素子６の出力する信号を取り出す２本の素子リード線１８が引き出されている。また、検出素子６内に挿入されるヒータ７へ通電するための２本のヒータリード線１９（図１ではそのうちの１本を示す。）も、酸素センサ１から引き出されている。素子リード線１８およびヒータリード線１９は、酸素センサ１とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）に、電気的に接続されている。

酸素センサ１の検出素子６は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体６１を、軸線Ｏ方向に延び先端が閉じた筒状に形成し、内周側に基準電極６２を設け、外周側に検出電極６３を設けたものである。基準電極６２はＰｔまたはＰｔ合金からなり、固体電解質体６１の内面の少なくとも先端側を覆うように多孔質状に形成されている。検出電極６３も同様にＰｔまたはＰｔ合金からなり、固体電解質体６１の少なくとも先端側の外面に多孔質状に形成されている。これにより、検出素子６の先端側（閉じた側）が検出部６４として機能し、この検出部６４を、排気管（図示外）内を流通する排気ガス中に晒すことで、酸素センサ１によるガス濃度検出が行われる。図示しないが、検出電極６３は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。

また、検出素子６の軸線Ｏ方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部６５が設けられている。そして、検出素子６の筒穴６９内には、固体電解質体６１を加熱して活性化させるための棒状のヒータ７（後述）が挿入されている。検出素子６は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具５に取り囲まれた状態で、その主体金具５の筒孔５５内に保持されている。主体金具５は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部（図示外）に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。

主体金具５の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、酸素センサ１を排気管の取付部（図示外）に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット１１が嵌挿されている。そして主体金具５の後端側には、自身の筒孔５５内で保持する検出素子６を加締め固定するための加締部５７が設けられている。検出素子６の後端部６６は、この加締部５７よりも後端側に突出されている。また、工具係合部５３と加締部５７との間には、その外周に、後述する外筒３の先端部３１の先端が係合される後端係合部５８が形成されている。

次に、主体金具５の筒孔５５内の先端側には、その内周を径方向内側に向けて突出させた段部５９が設けられている。段部５９には、金属製のパッキン１２を介し、アルミナからなる筒状の支持部材１３が係止されている。支持部材１３の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン１４を介し、検出素子６のフランジ部６５が支持部材１３により支持されている。さらに筒孔５５内には、支持部材１３の後端側に滑石粉末からなる封止部材１５が充填されている。封止部材１５の後端側にはアルミナ製で筒状のスリーブ１６が配置され、支持部材１３とスリーブ１６との間で封止部材１５が挟まれている。

スリーブ１６の後端側には環状のリング１７が配置されている。主体金具５の加締部５７は内側先端方向に加締められ、これにより、リング１７を介し、スリーブ１６が封止部材１５に対して押しつけられている。この加締部５７の加締めによって、封止部材１５が、主体金具５の段部５９に係止された支持部材１３に向けて検出素子６のフランジ部６５を押圧するよう、主体金具５の筒孔５５内に圧縮充填される。また、筒孔５５の内周面と検出素子６の外周面との間の間隙が、封止部材１５によって気密に埋められる。このように、検出素子６は、主体金具５の加締部５７と段部５９との間において挟持された各部材を介し、主体金具５の筒孔５５内で保持されている。

次に、主体金具５の先端係合部５６には、その先端係合部５６から軸線Ｏ方向の先端側に向け突出された検出素子６の検出部６４を覆うプロテクタ４が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ４は、酸素センサ１が排気管に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子６の検出部６４を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ４は、有底筒状をなし開放された側の周縁部が先端係合部５６に接合される外側プロテクタ４１と、その外側プロテクタ４１の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ４５とからなる２重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の外周面には内部に排気ガスを導入し、検出素子６の検出部６４へと導くための導入口４２がそれぞれ開口されている（内側プロテクタ４５のガス導入口は図示せず）。また、外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の底面には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口４３，４８がそれぞれ開口されている。

主体金具５の後端側には、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなる筒状の外筒３が組み付けられている。外筒３は、ステンレス鋼を軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状に形成し、さらに略中央より先端側（図１において下側）を、後端側よりも大径に形成したものである。外筒３の先端部３１は、主体金具５の後端係合部５８にはめ込まれ、外周側から後端係合部５８に加締められている。さらに、先端部３１の外周を一周して、レーザ溶接が施されている。外筒３は、軸線Ｏ方向に沿って後端側へ向けて延びており、検出素子６の後端部６６や、それよりも後端側に配置されるセパレータ１００およびグロメット９（後述）の外周を、径方向に取り囲んでいる。

また、前述したように、検出素子６の後端部６６は、外筒３内で、主体金具５の後端（加締部５７）よりも後方に突出されている。そして、検出素子６の筒穴６９内には、棒状のヒータ７が挿入されている。ヒータ７は軸線Ｏ方向に延びる丸棒状のアルミナセラミック製基体を有する。ヒータ７の先端部７１には、タングステン等の金属材料から形成された発熱体７２が埋設されている。発熱体７２で検出部６４の加熱が行われるように、ヒータ７の先端部７１が筒穴６９内で検出部６４に配置されている。ヒータ７の後端部７３は、検出素子６の後端部６６よりも後方に突出されており、後述するセパレータ１００内に収容される。

ヒータ７の後端部７３には、外表面上に２つの電極パッド７４（図１ではそのうちの１つを示す。）が形成されている。発熱体７２の両端はヒータ７の基体内で電極パッド７４の形成位置まで延びており、図示しないスルーホールを介し、２つの電極パッド７４のそれぞれと電気的に接続されている。２つの電極パッド７４には、それぞれ、ヒータリード線１９の先端部に設けられた接続端子７５がロウ材７６によりロウ付けされている。

また、２本の素子リード線１８は、それぞれの先端部に、検出素子６の出力を取り出すため外側端子８１と内側端子８４とを有している。２つの素子リード線１８は、それぞれ外側端子８１と内側端子８４とによって検出素子６の後端部６６に取り付けられ、これにより、素子リード線１８と検出素子６とが電気的に接続される。外側端子８１は円筒状で切れ目を有して径方向に弾性的に撓むことができる先端部８２と、先端部８２から後方へ向けて棒状に延びる後端部８３を有する。外側端子８１の先端部８２は検出素子６の後端部６６の外周側にはめ込まれ、付勢力によって、検出電極６３との電気的な接続が確保されている。内側端子８４も同様に、円筒状で切れ目を有して径方向に弾性的に撓むことができる先端部８５と、先端部８５から後方へ向けて棒状に延びる後端部８６を有する。内側端子８４の先端部８５は検出素子６の後端部６６の内周側に挿入され、付勢力によって、基準電極６２との電気的な接続が確保されている。

検出素子６の後端部６６よりも酸素センサ１の軸線Ｏ方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなるセパレータ１００が配置されている。セパレータ１００は円柱状をなし、外周に、径方向外側に突出する鍔状のフランジ部１０１が形成されている。フランジ部１０１の配置位置の後端に相当する外筒３の外周面には、周方向の３カ所以上において凹みが設けられており、この凹みによって、外筒３内において内向きに突出する係合部３２が形成されている。セパレータ１００は、フランジ部１０１の後端向きの面が係合部３２に当接し、軸線Ｏ方向後方への移動が規制されている。そして、フランジ部１０１よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具８９が嵌挿されている。保持金具８９は、内周側にセパレータ１００を保持した状態で、外周側が外筒３の外周側より内向きに加締められて、外筒３に保持される。外筒３の係合部３２と保持金具８９とでフランジ部１０１が挟まれて、セパレータ１００は外筒３内において軸線Ｏ方向への移動が規制されている。また、セパレータ１００内には、ヒータリード線１９の２つの接続端子７５と、素子リード線１８の外側端子８１の後端部８３、および内側端子８４の後端部８６とが、互いに接触しないよう収容される。セパレータ１００の内部構成については後述する。

セパレータ１００の後端側には、フッ素系ゴムからなる円柱状のグロメット９が配置されている。グロメット９は、先端面９３がセパレータ１００の後端面１０５（図２参照）に密着した状態で、外筒３の後端側の開口３３に嵌められて、開口３３付近の外周が加締められることにより、外筒３に保持されている。グロメット９には、外筒３内に基準となるガス（主に大気）を導入するための連通孔９１が、先端面９３の中央において、軸線Ｏ方向に貫通して形成されている。連通孔９１内には、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成された薄膜状のフィルタ部材９７およびその留め金具９８が挿入されており、水滴等の進入が防止されている。また、グロメット９には、２本の素子リード線１８および２本のヒータリード線１９を挿通するための４つの挿通孔９２も、それぞれ独立に形成されている（図１ではそのうちの２つの挿通孔９２を示す）。先端面９３において、４つの挿通孔９２の開口は、連通孔９１とも独立に開口されている。また、挿通孔９２の内径は、素子リード線１８およびヒータリード線１９の外径と略同一に形成されている。さらに、外筒３の開口３３付近の加締めによって、挿通孔９２の内周面が素子リード線１８やヒータリード線１９の外周面に密着するため、挿通孔９２を介したガスの流通は行われない。

次に図２を参照し、セパレータ１００の詳細な構造について説明する。前述したように、図２に示す、セパレータ１００は、絶縁性セラミックスからなる円柱状をなし、外周に鍔状のフランジ部１０１を有する。セパレータ１００には、軸Ｐに沿って先端面１０４から後端面１０５に貫通する２つのヒータリード線孔１１０と、２つの素子リード線孔１２０とが形成されている。各ヒータリード線孔１１０と各素子リード線孔１２０はそれぞれ独立に設けられ、軸Ｐの周囲を囲むように配置されている。２つのヒータリード線孔１１０は、軸Ｐを挟み対角の位置に配置され、同様に、２つの素子リード線孔１２０も、軸Ｐを挟み対角の位置に配置されている。

また、セパレータ１００は、先端部１０２内に、ヒータ挿入穴１３０を有する。ヒータ挿入穴１３０は、セパレータ１００の先端面１０４の略中央に開口され、軸Ｐ方向の中央付近まで形成されている。図１に示すように、ヒータ挿入穴１３０には、ヒータ７の少なくとも後端部７３が収容される。より詳細には、ヒータ挿入穴１３０は、ヒータ７の後端部７３が挿入された場合に、後端部７３に形成された電極パッド７４が、完全に、ヒータ挿入穴１３０内に配置される大きさに形成されている。図２に示すように、ヒータ挿入穴１３０は、内周の側面が、２つのヒータリード線孔１１０のそれぞれと連通している。セパレータ１００の先端面１０４には、ヒータ挿入穴１３０と２つのヒータリード線孔１１０とがつながって一体となった開口が形成されている。

さらに、ヒータリード線孔１１０のセパレータ１００の後端面１０５側の開口には、内径が小さく形成された密着部１１５が設けられている。密着部１１５の内径は、ヒータリード線１９の外径と略同一に形成されている。酸素センサ１の組み立て後において、ヒータリード線１９の外面と密着部１１５の内面とは密着した状態となる。

一方、素子リード線孔１２０とヒータ挿入穴１３０との間には、隔壁１４０が設けられている。この隔壁１４０によって、素子リード線孔１２０とヒータ挿入穴１３０とは連通していない。ゆえに、素子リード線孔１２０と、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０との間におけるセパレータ１００内での通気が遮断されている。そして、セパレータ１００の先端面１０４において、素子リード線孔１２０の開口は、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０とは独立に形成されている。また、素子リード線孔１２０は密着部を有さず、素子リード線孔１２０に素子リード線１８が挿通されても、素子リード線孔１２０の内周と素子リード線１８の外周との間に間隙が確保される。この間隙は、外側端子８１の後端部８３および内側端子８４の後端部８６の位置決め（移動抑制）のため素子リード線孔１２０に設けられた溝によって確保され、外筒３内への大気導入のためのガス（大気）の流路としても機能する。

セパレータ１００の後端面１０５には、ヒータリード線孔１１０および素子リード線孔１２０の形成位置を避けつつ、軸Ｐの位置で十字状に交差する通気溝１０６が、溝状に形成されている。通気溝１０６は、軸Ｐの位置で底面が広げられ、素子リード線孔１２０の開口につながっている。すなわち、素子リード線孔１２０と通気溝１０６とは連通している。一方、後端面１０５において、ヒータリード線孔１１０の開口は、素子リード線孔１２０の開口および通気溝１０６とは独立に形成されている。

図１に示すように、酸素センサ１が組み立てられたとき、セパレータ１００のヒータリード線孔１１０内には、ヒータリード線１９の一部やヒータリード線１９の接続端子７５が収容される。ヒータ挿入穴１３０内にはヒータ７の後端部７３が収容され、後端部７３に形成された電極パッド７４や、接続端子７５との接合を担うロウ材７６は、ヒータ挿入穴１３０内に収容される。より詳細には、ヒータ挿入穴１３０内にヒータ７の後端部７３が収容された際に、電極パッド７４は、ヒータ挿入穴１３０内に完全に収容され、さらにセパレータ１００の先端面１０４から、所定の長さ分、離れた位置に配置される。また、素子リード線孔１２０内には、素子リード線１８の一部や、素子リード線１８の外側端子８１の後端部８３、内側端子８４の後端部８６が収容される。

このような構成の酸素センサ１では、検出素子６の基準電極６２を大気に晒すため、グロメット９およびセパレータ１００を介し、外筒３内に大気が導入される。以下、図３，図４を参照し、酸素センサ１の内部と外部との間におけるガス（主に大気）の流路について説明する。なお、図３，図４において、ガスの流路を太い点線矢印で示す。

図３，図４に示すように、酸素センサ１の外部から内部へガス（大気）が導入される場合、ガスは、グロメット９の連通孔９１を通り、セパレータ１００の後端面１０５に形成された通気溝１０６に達する。図３に示すように、ガスは、通気溝１０６内を流通し、通気溝１０６につながる素子リード線孔１２０に導入される。また、図４に示すように、グロメット９の先端面９３とセパレータ１００の後端面１０５とは密着しており、ヒータリード線孔１１０の開口は、グロメット９の先端面９３に塞がれている。さらに、密着部１１５の内周面とヒータリード線１９の外周面とが密着しており、ガスは、ヒータリード線孔１１０内には進入しない。

図３に示すように、素子リード線孔１２０を流通するガスは、セパレータ１００の先端面１０４から外筒３内に達する。素子リード線孔１２０とヒータ挿入穴１３０との間に設けられた隔壁１４０によって両者間のガスの流通が遮られているので、素子リード線孔１２０から直接、ヒータ挿入穴１３０内に、ガスが導入されることはない。素子リード線孔１２０を介して外筒３内に進入するガスは、さらに、主体金具５の加締部５７（図１参照）よりも後端側に突出された検出素子６の後端部６６より、検出素子６の筒穴６９内に導入され、基準電極６２がガス（大気）に晒される。また、酸素センサ１内のガスも、上記同様の流路をたどり、酸素センサ１の外部に排出される。このように、酸素センサ１の内部と外部との間でのガスの交換は、セパレータ１００の素子リード線孔１２０を介して行われる。

一方、図４に示すように、外筒３内に露出されたセパレータ１００の先端面１０４には、素子リード線孔１２０だけでなく、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０も開口している。ゆえに、素子リード線孔１２０を介して外筒３内に進入したガスが、先端面１０４の開口から、ヒータ挿入穴１３０内やヒータリード線孔１１０内に進入することは可能である。しかし、ヒータ挿入穴１３０はセパレータ１００を貫通していない。また、ヒータリード線孔１１０は、密着部１１５においてヒータリード線１９と密着するため、ガスが密着部１１５を介して流通できない。あるいは、密着部１１５を介してガスが流通できたとしても、セパレータ１００の後端面１０５にグロメット９の先端面９３が当接（密着）するため、ヒータリード線孔１１０の開口が塞がれ、ガスの流通が遮られる。したがって、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０を介し、セパレータ１００内をガスが流通することはできない。セパレータ１００がこのような構造を有することにより、酸素センサ１の内部と外部との間におけるガスの交換は、積極的に、素子リード線孔１２０を介して行われる。換言すると、セパレータ１００がこのような構造を有することにより、酸素センサ１の内部と外部との間におけるガスの交換が、素子リード線孔１２０を介して行われるように、ガスの流路を誘導することができる。

このように、セパレータ１００を介して外筒３の内部と外部との間で流通するガスは、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０は通らず、素子リード線孔１２０を流通する。仮に、排気ガスが外筒３内に漏れた場合、セパレータ１００の先端面１０４の開口からヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０内に進入可能である。しかし、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０はガス（大気）の流路として機能し難いため、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０内に排気ガスが進入し難く、ロウ材７６は排気ガスに晒されにくい。さらに、電極パッド７４が、ヒータ挿入穴１３０内に完全に収容され、さらにセパレータ１００の先端面１０４から、所定の長さ分、離れた位置に配置されているため、ロウ材７６は、排気ガスに、さらに晒されにくい。なお、素子リード線１８に形成された外側端子８１および内側端子８４や、ヒータリード線１９に形成された接続端子７５は、それぞれのリード線に対し、芯線への加締めによる電気的な接続がなされることによって形成されており、形成部位にロウ材は使用されないので、排気ガスによる影響は生じない。

以上説明したように、本実施の形態の酸素センサ１では、セパレータ１００を介して外筒３の内部と外部との間でガス（大気）交換を行うが、そのセパレータ１００が有する隔壁１４０によって、ガスの流通を許容する素子リード線孔１２０と、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０との間におけるガスの流通を遮断することができる。このため、仮に排気ガスが外筒３内に漏れたとしても素子リード線孔１２０を流通するよう誘導し、ヒータ挿入穴１３０およびヒータリード線孔１１０を流通し難くすることができる。これにより、電極パッド７４と接続端子７５との接合を担うロウ材７６が、排気ガスに晒され難くなるようにすることができ、ロウ材７６の腐食を抑制することができる。さらに、ヒータリード線孔１１０は密着部１１５を有し、排気ガスは、この密着部１１５を流通することができず、よって排気ガスは、ヒータリード線孔１１０を介して流通することができない。このため、ヒータ７の後端部７３の配置位置はガスの流路から外れ、ロウ材７６が排気ガスに晒されることがないため、ロウ材７６の腐食を防止することができる。なお、グロメット９が、本発明における「封止部材」に相当する。

なお、本実施の形態は、各種変更が可能である。例えば隔壁１４０は、本実施の形態ではセパレータ１００と一体に形成したが、隔壁をセパレータとは別体に形成し、後からセパレータに組み付けるものであってもよい。また、電極パッド７４と接続端子７５との接合に使用されるロウ材７６が、少なくともガス（大気）の流路になければロウ材７６の劣化を抑制できるので、例えば、隔壁１４０が、セパレータ１００の先端面１０４付近において形成されていなくともよい。

また、ヒータリード線孔１１０を介したガス（大気）の流通を、完全に遮断しなくともよい。例えば、セパレータ１００に密着部１１５を設けなくともよいし、あるいは、密着部１１５の内周面とヒータリード線１９の外周面とが密着せず、両者間に隙間を有してもよい。密着部１１５は、ガスの流通を抑制できればよい。素子リード線孔１２０を介したガスの流通量よりも、ヒータリード線孔１１０を介した流通量が少なければ、ロウ材７６が腐食ガスに晒され難くなり、ロウ材７６の腐食の進行を十分に抑制することができる。素子リード線孔１２０を介したガスの流通量よりも、ヒータリード線孔１１０を介した流通量が少なくするための構成としては、図２に図示されているように、ヒータリード線孔１１０の開口面積（例えば、セパレータ１００の先端面１０４に設けられたヒータリード線孔１１０の開口面積）を素子リード線孔１２０の開口面積（例えば、セパレータ１００の先端面１０４に設けられた開口面積）よりも小さくすることで可能である。また、グロメット９の先端面９３によってヒータリード線孔１１０の開口が塞がれなくともよい。

また、セパレータ１００の後端面１０５の通気溝１０６は、グロメット９の連通孔９１と、セパレータ１００の素子リード線孔１２０とを繋ぐガス（大気）の流路であれば足り、必ずしも十字状の溝でなくともよい。

１ 酸素センサ
３ 外筒
５ 主体金具
６ 検出素子
７ ヒータ
１８ 素子リード線
１９ ヒータリード線
３３ 開口
６９ 筒穴
７１ 先端部
７２ 発熱体
７３ 後端部
７４ 電極パッド
７６ ロウ材
１００ セパレータ
１０２ 先端部
１１０ ヒータリード線孔
１１５ 密着部
１２０ 素子リード線孔
１３０ ヒータ挿入穴
１４０ 隔壁

Claims (4)

1. 軸線方向に延び、先端が閉じた筒状に形成され、対象ガス中の特定ガスの濃度を検出する検出素子であって、前記特定ガス濃度に応じて出力される信号を伝達するための素子リード線が電気的に接続された検出素子と、
   自身の先端部に配置された前記検出素子を加熱する発熱体が少なくとも前記検出素子の筒穴内に挿入される棒状のヒータであって、自身の後端部の外表面に、前記発熱体に通電するためのヒータリード線がロウ材にて接合された電極パッドを有するヒータと、
   前記素子リード線と前記ヒータリード線とを挿通させつつ互いの電気的な接触を防止する筒状のセパレータと、
   を備えるガスセンサにおいて、
   前記セパレータは、
   自身の軸線方向に貫通し、前記ヒータリード線が挿通されるヒータリード線孔と、
   前記ヒータリード線孔とは独立して開口され、自身の軸線方向に貫通し、前記素子リード線が挿通されると共に、ガスセンサ内部と外部とのガスの流通を許容する素子リード線孔と、
   自身の先端部に設けられ、前記ヒータリード線孔と連通しつつ、前記ヒータの前記後端部が少なくとも挿入されるヒータ挿入穴と、
   を備え、
   前記セパレータは、
   前記ヒータ挿入穴と前記素子リード線孔とを非連通にする隔壁
   をさらに有することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記セパレータの前記ヒータリード線孔を介して流通する前記ガスの流量は、前記素子リード線孔を介して流通する前記ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記ヒータリード線孔は、内周面が周方向にわたって前記ヒータリード線に密着する密着部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記検出素子の周囲を取り囲み、前記検出素子を保持する筒状の主体金具と、
   該主体金具の後端側に設けられると共に、前記セパレータを包囲する外筒と、
   該外筒の後端開口を閉塞すると共に、当該外筒の内部と外部との通気を許容する連通孔を有する封止部材と、
   をさらに備え、
   前記セパレータは、後端部に、前記素子リード線孔と前記連通孔とを連通する通気溝を備え、
   前記ヒータリード線孔が前記封止部材によって閉塞されるように、前記セパレータの後端面と前記封止部材の先端面とが当接することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサ。

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