JP5219167B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス中の酸素の濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサに関するものである。

従来、自動車の排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサとして、先端が閉じられた有底筒状の固体電解質体を有する検出素子を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この検出素子には、径方向外側に突出する鍔部を有しており、この検出素子の外周を取り囲んで自身の内部に保持するハウジングに、この鍔部の先端向き面が係合することになる。

特許文献１の検出素子においては、外周面及び内周面に、それぞれＰｔ、あるいはＰｔ合金により形成された検知電極、及び基準電極が設けられている。検知電極は、鍔部の先端向き面から検出素子の鍔部よりも先端側に形成された先端部の外周面に亘って全体に設けられている。これは、アースされたセンサ取付対象体（例えば、排気管等）にハウジングを装着して酸素センサを使用に供したときに、検知電極を排気ガスに晒させると共に、ハウジングを通じてボディーアースを図り、電極間の酸素濃度に応じた出力を取り出すためである。一方、基準電極は、検出素子の内周面に設けられており、基準電極が大気に晒されている。

そして、排気ガスに晒される検知電極と、大気に接触する基準電極との間には、酸素濃度差が生じ、両電極間を酸素イオンが移動する。この酸素イオンの移動により、両電極間には、酸素濃度差に応じた起電力が生じる。酸素センサは、この起電力に基づいて、排気ガス中の酸素濃度を検知することができる。

しかしながら、検出素子の検知電極は、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金にて、鍔部の先端向き面及び先端部の外周面の全体に設けられているため、高価な貴金属の使用量が増加してしまい、酸素センサの製造コストが高くなってしまうという問題点があった。

特開２００７−１２１１１８号公報 特開２００５−２７４３８２号公報

そこで、鍔部の先端向き面から先端部の外周面に亘って延びる線状電極を備える検出素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。つまり、鍔部の先端向き面から先端部の外周面の一部に線状電極が設けられることとなり、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金の使用量を減らし、酸素センサの製造コストを低くできる。また、この線状電極は、Ｐｔの無電解メッキにより形成されているため、線状電極の厚みを比較的薄くでき、これにおいてもＰｔ、あるいはＰｔ合金の使用量を減らし、酸素センサの製造コストを低くできる。

ところで、特許文献２では、検出素子をハウジングに組付ける際に、検出素子の鍔部がシールパッキンを介してガスセンサのハウジングに支持されるが、このとき、鍔部の先端向き面に設けられた検知電極とシールパッキンとが擦れ、検知電極が擦り切れる虞がある。そこで、特許文献２においては、鍔部の先端向き面に設けられた検知電極を覆うように白金ペーストを塗布し、保護電極を設けることが知られている。これにより、保護電極が検知電極を保護し、検知電極が擦り切れることを防止できる。そのうえ、保護電極を、白金ペーストを塗布して形成することで、保護電極を検知電極の厚みよりも厚く形成できるため、保護電極自身が擦り切れることも防止できる。

しかしながら、使用時にガスセンサに熱がかかると、シールパッキンと検知電極とが接着することがある。そして、その状態でガスセンサに外部からの振動等が加わると、パッキンを介して検知電極に振動が伝わり、鍔部の先端向き面に設けられる検知電極が固体電解質体から剥離し、検知電極とハウジングとの電気的導通が支障をきたす虞がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、鍔部の先端向き面に設けられた検知電極とハウジングとの電気的導通を確実に確保すると共に、低コストで製造できるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明によれば、軸線方向に延びると共に、先端が閉じられた有底筒状をなす固体電解質体を備え、径方向外側に突出する鍔部を有する検出素子と、前記鍔部に形成された先端向き面と直接的または間接的に接触して、前記検出素子を自身の内部に保持する金属製のハウジングとを有するガスセンサにおいて、前記検出素子は、前記鍔部の先端側に隣接した先端部の外表面に部分的に、且つ前記鍔部に届かないように設けられ、メッキにより構成された検知電極部と、前記検知電極部と前記ハウジングとを電気的に接続し、前記鍔部の前記先端向き面上に、全周にわたって連続的または周方向にわたって断続的に設けられ、印刷により前記固体電解質体上に直接形成された導通部とを備え、前記導通部は、前記先端部まで設けられると共に、前記先端部にて前記検知電極部と接触しているガスセンサが提供される。

このように検知電極部は、先端部の外表面に部分的に設けられている。すなわち、検知電極部が、先端部の外周面全体に設けられていないので、高価な貴金属の使用量が減少し、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。その上、検知電極部は、メッキにより構成されているので、検知電極の厚みを比較的薄くでき、これにおいても貴金属の使用量を減らし、酸素センサの製造コストを低くできる。
また、導通部が鍔部の先端向き面に、印刷により形成されている。これにより、導通部を検知電極部の厚みよりも厚く形成できるため、検出素子をハウジングに組付ける際に、シールパッキンによって、擦り切れることも防止できる。尚、「鍔部の先端向き面」とは、鍔部の検出素子先端側を向く面をいう。

そして、導通部が鍔部の固体電解質体上に直接設けられている。つまり、固体電解質体との密着性が比較的低い、メッキにより形成されている検知電極部を鍔部に設けることなく、固体電解質体との密着性がメッキよりも高い、印刷により形成されている導通部を鍔部の固体電解質体上に直接設けることで、ガスセンサに外部からの振動が加わり、その振動がシールパッキンを介して導通部に伝わったとしても導通部が固体電解質体から剥離することを抑制できる。
そのうえ、導通部が検出素子の先端部まで設けられており、先端部にて検知電極部と接触しているので、検知電極部と導通部との接触位置に、シールパッキンからの振動が伝わらないため、これにおいても、導通部や検知電極部が固体電解質体から剥離することを抑制できる。
よって、検知電極部とハウジングとの電気的導通が確実に確保できる。

この導通部は、先端向き面にて周方向に連続的又は断続的に設けられてもよいが、導通部を鍔部の先端向き面の全周にわたって断続的に設ければ、高価な貴金属の使用量をいっそう減少させて、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。なお、「断続的」とは、鍔部の先端向き面を見たときに、導通部が繋がっていない箇所が１箇所以上あることを指す。

さらに、本発明では、前記導通部が、先端向き面にて周方向にわたって断続的に設けられている場合に、前記導通部を、前記検出素子の軸線を通る任意の平面で前記検出素子を半分に分割した場合の、分割されたそれぞれの検出素子に形成される前記先端向き面に、少なくとも１つ以上設けられていてもよい。

このように、導通部が分割されたそれぞれの検出素子に形成される先端向き面に少なくとも１つ以上設けられている構成とすれば、検出素子がハウジングに対して軸線方向と傾いて配置された場合でも、先端向き面に設けられた導通部のうちのいずれかは、ハウジングに直接的に、または、ハウジングと導通部との介在物を介して間接的に確実に接触する。これにより、導通部とハウジングとの電気的接続の信頼性を維持することができる。

一方、本発明では、導通部を鍔部の先端向き面の全周にわたって連続的（全面）に設けられていても良い。このように導通部を設ければ、検出素子がハウジングに対して軸線方向と傾いて配置された場合でも、導通部は、ハウジングに直接的に、もしくはハウジングと導通部との介在物を介して間接的に確実に接触する。よって、導通部とハウジングとの電気的な接続の信頼性をいっそう向上させることができる。

また、前記検知電極部の後端側及び前記導通部の先端側の少なくともいずれか一方には、前記検出素子の周方向に沿って延びる接続部を備え、前記接続部にて前記検出電極部と前記導通部とが接触してもよい。

このように、接続部を検出素子の周方向に沿って設ければ、例えば、導通部が断続的に設けられており、且つ検知電極部も複数設けられる場合であっても、導通部と検知電極部との位置合わせを行う必要がない。また、接続部を設ければ、断続的に設けられた複数の導通部に対して一対一に対応するように検知電極部を設ける必要が無く（複数設けられた検知電極部に対して一対一に対応するように導通部を設ける必要が無く）、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。 なお、接続部は、検知電極部の後端側及び導通部の先端側の少なくともいずれか一方に設ければよいが、高価な貴金属の使用量を減少させることを考慮すると、検知電極部の後端側に設けたほうがよい。

また、本発明のガスセンサでは、前記検出素子の先端部には、少なくとも前記検知電極部、及び前記検出素子の前記先端部に設けられた前記導通部の一部を覆う電極保護層が設けられてもよい。

通常、検知電極部を検出対象ガスによる被毒から保護するため電極保護層が設けられているが、この電極保護層を検知電極部だけでなく、前記検出素子の前記先端部に設けられた前記導通部の一部をも覆う構成とすれば、検出電極部と導通部との接触位置を電極保護層にて覆うことができ、外部からの衝撃等が加わっても検知電極部とハウジングとが断線することをさらに防止できる。また、検知電極部と導通部の一部が排気ガスの熱等により昇華し、検知電極部とハウジングとが断線することも防止できる。

また、本発明のガスセンサでは、前記検知電極部は、前記先端部の外表面の一部に、前記鍔部とは間隙をおいて設けられた検知電極と、前記検出素子の周方向における幅が前記検知電極よりも短く、前記検知電極から前記検出素子の後端側に向かって延びるリード部と、を備えていてもよい。

これにより、リード部を配置せずに検知電極のみを形成する場合に比べて、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。なお、検知電極は、検出素子の周方向の亘って延びていても良いし、検出素子の先端部の一部に設けられていても良い。

また、本実施の態様のガスセンサでは、前記リード部は、複数設けられていてもよい。リード部が複数設けられる構成とすれば、いずれかのリード部が電気的に切断された場合にも、検知電極とハウジングとの電気的接続が維持される。従って、検知電極とハウジングとの電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の態様のガスセンサでは、前記リード部は、前記検出素子の軸線を通る任意の平面で前記検出素子を半分に分割した場合の、分割されたそれぞれの検出素子に形成される前記先端部に、少なくとも１つ以上設けられてもよい。

リード部を、分割されたそれぞれの検出素子に形成される先端部に、少なくとも１つ以上設ける構成とした場合には、ガスセンサの電気的な信頼性を一層向上させることができる。すなわち、ガスセンサを排気経路等に取り付けた場合、先端部は、排気経路等内を一方向に流れる検出ガスに晒される。この時、先端部において、排気ガス上流側の半周面のみが常に排気ガスに晒され、下流側の半周面は、排気ガスに晒されることがない。このとき、上述の構成をなしていると、いずれかのリード部は、排気ガスに晒されることがない半周面に形成されることとなる。よって、いずれかのリード部は、排気ガスにより被毒されることがない。よって、検知電極とハウジングとの電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、本発明では、導通部には、固体電解質体の主成分が含まれていると良い。これにより、固体電解質体との密着性がさらに高められ、ガスセンサに外部からの振動が加わり、その振動がシールパッキンを介して導通部に伝わったとしても導通部が固体電解質体から剥離することをさらに抑制できる。

酸素センサ１００の構造を示す縦断面図である。 検出素子１の側面図である。 検出素子１の底面図である。 検出素子１の製造過程の一工程を示す図である。 検出素子２０１の側面図である。 検出素子２０１の底面図である。 検出素子４０１の側面図である。 検出素子４０１の底面図である。 検出素子６０１の側面図である。 検出素子６０１の底面図である。 検出素子５０１の側面図である。 検出素子５０１の底面図である。

以下、本発明を具体化したガスセンサの第一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るガスセンサの一例として、自動車の排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサ１００の構造について、図１を参照して説明する。酸素センサ１００は自動車の排気経路Ｈに取り付けられて使用されるものである。以下、軸線Ｏ方向において、排気経路Ｈ内に挿入される検出素子１の先端部に向かう側（閉じている側であり図１中下側）を、酸素センサ１００の先端側とし、これと反対方向に向かう側（図１中上側）を後端側として説明する。

酸素センサ１００は、細長で先が閉じられた筒状の検出素子１をハウジング２内に配置した構造を有する。検出素子１の後端には、この検出素子１の出力する信号を取り出すための接続端子７１の先端部７２がはめ込まれている。そして、接続端子７１の外周部を取り囲むように、円筒状の包囲体４が設けられている。包囲体４は、検出素子１の後端側の外周部ごと接続端子７１を取り囲んでいる。なお、接続端子７１には、図示外の電極端子が接続される。電極端子に接続されるリード線（図示外）を介し、酸素センサ１００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）と、検出素子１とが電気的に接続される。

ハウジング２は、主体金具２１、及びプロテクタ２２を有している。主体金具２１は、ＳＵＳ４３０からなり、略円筒状に形成されている。この主体金具２１の先端部の外周面には、酸素センサ１００を排気経路Ｈに取り付けるためのねじ部２４が形成されている。ねじ部２４の後端側には、ねじ部２４を排気経路Ｈに螺合するための取付工具を係合させる取付部２９が設けられている。

また、主体金具２１の筒穴は、３段の段違い形状をなしており、先端側の部位が、最小の内径を有する先端筒穴２８として形成されている。そして、筒穴の後端側の部位は、最大の内径を有する後端筒穴２５として形成され、先端筒穴２８と後端筒穴２５との間に、両者の中間の内径を有する中間筒穴２７が形成されている。

後端筒穴２５は、包囲体４の先端部４１の外周を取り囲む位置に配置されている。また、後端筒穴２５と中間筒穴２７との間の段部は、充填材受け部２６として構成され、この充填材受け部２６と後端筒穴２５にかけての筒穴の内周と、検出素子１の外周との間隙に、後述する充填材１０２が充填される。

中間筒穴２７は、検出素子１の後述する鍔部１２が配置される位置に形成されている。そして、中間筒穴２７と先端筒穴２８との間の段部は、鍔受け部２３として構成されている。この鍔受け部２３によって、検出素子１の鍔部１２が支持される。また、先端筒穴２８は、検出素子１の先端部１１（後述）の後端側を囲う位置に形成されている。

主体金具２１の先端には、プロテクタ２２が取り付けられている。プロテクタ２２は、有底筒状の保護部材であり、主体金具２１から露出する検出素子１の検出部１１の先端側を覆って保護している。プロテクタ２２は、排気経路Ｈ内の排気ガスをハウジング２の内部に導入させ、検出素子１と接触させるための通気孔２２１を複数備えている。

ハウジング２の内部に保持されている検出素子１は、前述したように、先端が閉じられた有底筒状をなしており、ジルコニアを主成分とする固体電解質体１０を有している。この検出素子１の外周には、径方向外向きに突出した鍔部１２が設けられている。検出素子１は、この鍔部１２の先端側を向く面（以下、「先端向き面１９」（図２参照）という）と、主体金具２１の鍔受け部２３との間に、金属製のパッキン１０１を介した状態で、主体金具２１内に配置されている。

検出素子１の鍔部１２よりも先端側は先端部１１、鍔部よりも後端側は後端部１５として構成されている。先端部１１は、上述のように主体金具２１から露出し、排気ガスに晒されて、排気ガス中の酸素濃度を検出する。後端部１５は、略同一の外径で筒状に延びている。先端部１１の外周面には、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金をメッキすることにより形成された、検知電極５１、リード部５２（図２参照）、及び接続部５３が設けられている。この検知電極５１、リード部５２、及び接続部５３については、後述する。そして、先端部１１の表面は、耐熱性セラミックスからなる多孔質状の電極保護層１８（図２参照）で覆われている。

また、鍔部１２の先端向き面１９には、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金のペーストを印刷した導通部５４が形成されている。導通部５４は、パッキン１０１を介して、主体金具２１と電気的に接続される。この導通部５４についても、後述する。

固体電解質体１０の内周側には、内周面を被覆するように基準電極５５が設けられている。基準電極５５は、検出素子１の内周面全体を、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金でメッキすることによって形成されている。この基準電極５５と検知電極５１とは、固体電解質体である基体１０を挟んで互いに対応する位置に配置されており、この部分が、排気ガス中の酸素濃度を検知するガス検知部として機能する。

検出素子１の鍔部１２の後端側を向く面（以下、「後端向き面」という）には、パッキン１０３が配置される。そして、パッキン１０３よりも後端側には、セラミック粉末からなる充填材１０２が、検出素子１の後端部１５の外周面と、主体金具２１の、充填材受け部２６から後端筒穴２５にかけての内周面との間に充填されている。

そして、その充填材１０２の後端側には、前述した包囲体４が配置されている。包囲体４は、絶縁性のセラミックから筒状に形成されたものであり、包囲体４の先端部４１は、径方向外側に突出している。先端部４１は、検出素子１の後端部１５の外周面と、後端筒穴２５の内周面との間で、充填材１０２の後端の位置に介在するように配置されている。先端部４１の後端向き面には、パッキン１０４が配置され、主体金具２１の後端に形成された加締部３１が先端に向かって加締められることにより、パッキン１０４を介して先端部４１が充填材１０２に対し押し付けられる。これにより、主体金具２１の内周面と、検出素子１の外周面との間隙が、充填材１０２によって、気密に埋められている。このようにして、検出素子１は、鍔受け部２３と加締部３１との間において挟持された各部材を介し、主体金具２１の内部に保持されている。

また、検出素子１の筒穴内の後端側には、基準電極５５と接触する接続端子７１が、挿入されている。接続端子７１は、略長方形に加工された板体を折り曲げて、筒状に形成したものである。接続端子７１の先端部７２は、検出素子の筒穴に挿入されており、後端側は包囲体４の内周面に保持されている。接続端子７１には、特開２００７−１２１１１８号公報に記載されたようなキャップ端子内の電極端子が接続される。そして、この電極端子には、外部回路（図示省略）との電気的な接続を行うためのリード線（図示省略）が接続されている。

次に、図２及び図３を参照して、検出素子１の詳細な構造について説明する。上述のように、検出素子１は、固体電解質体１０と、固体電解質体１０の表面に、ＰｔあるいはＰｔ合金を被覆することにより形成された検知電極５１、リード部５２、接続部５３、導通部５４、及び基準電極５５とからなる。はじめに、固体電解質体１０について説明する。

前述したように、図２に示す検出素子１は、鍔部１２よりも先端側に先端部１１を備えている。先端部１１は、軸線Ｏ方向に延びる筒状に形成されている。第一実施形態においては、一例として、先端部１１は軸線Ｏ方向に約２０ｍｍの長さを備えている。この先端部１１は、先端へ向けて徐々に縮径され、かつ筒の先端部分が球面状に閉じられた形状となっている。

この先端部１１は、耐熱性セラミックスからなる電極保護層１８によって被覆され、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子１の固体電解質体１０の鍔部１２よりも後端側には、略同一の外径で後方へ延びる後端部１５が設けられており、後端にて開口されている。

次に、固体電解質体１０の表面に形成された検知電極５１、リード部５２、接続部５３、導通部５４、基準電極５５（図１参照）について説明する。固体電解質体１０の外面側には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる多孔質状の検知電極５１、リード部５２、接続部５３、及び導通部５４が形成されている。また、固体電解質体１０の内面側には、基準電極５５が形成されている（図１参照）。

図２に示すように、検知電極５１は、先端部１１の先端側の外表面に全周にわたって設けられている。具体的に、検知電極５１は、図１に示すように、主体金具２１の先端筒穴２８に入り込む位置まで設けられている。第一実施形態おける検知電極５１は、先端部１１の先端から軸線方向に約５ｍｍの長さを備えている。検知電極５１は、先端部１１の後端側には設けられておらず、検知電極５１と鍔部１２の先端向き面１９とは、離れて形成されている。すなわち、検知電極５１と先端向き面１９との間には、間隙が設けられている。固体電解質体１０を挟んで検知電極５１と基準電極５５とが設けられることによって、この部分が上述したガス検知部として機能する。

検知電極５１からは、帯状に形成された１本のリード部５２が、後端側に向かって軸線方向に延びている。このリード部５２は、検知電極５１と接続部５３との間の固体電解質体１０の表面上に形成されている。リード部５２の周方向における幅は特に限定されないが、０．５ｍｍ〜４．０ｍｍが好ましく、第一実施形態では、約３．０ｍｍ程度である。

先端部１１の後端には、固体電解質体１０のリード部５２の後端が接続し、かつ固体電解質体１０の周方向に沿って延びる環状の接続部５３が設けられている。接続部５３は、後端側の縁端が先端部１１の後端側の縁端と同位置に配置される。接続部５３の幅（軸線方向における長さ）は特に限定されないが、リード部５２と導通部５４との電気的接続の信頼性を向上させることを考慮すると、先端向き面１９の幅（テーパ面に沿った長さ）よりも長いこと好ましい。第一実施形態では、約２ｍｍ程度である。この接続部５３、及び上述のリード部５２が、検知電極５１と導通部５４とを電気的に接続する。

検知電極５１、リード部５２、及び接続部５３は、検出部１１の外周面の所定の位置にＰｔ、あるいはＰｔ合金でメッキすることによって形成されたものである。

図３に示すように、鍔部１２の先端向き面１９には、導通部５４が、中心角度１２０度の間隔で、放射状に３本設けられている。３本の導通部５４はそれぞれ、先端向き面１９の後端側の縁端から軸線方向に沿って延び、先端向き面１９の先端側の縁端をまたいで、先端部１１の後端側に達している。各導通部５４は、先端向き面１９において固体電解質体１０上に直接印刷にて設けられている。導通部５４は、Ｐｔを主成分とし、共素地となるジルコニアを含有している。各導通部５４は、それぞれ、先端部１１に設けられた接続部５３にそれぞれ電気的に接続されている。この導通部５４は、リード部５２及び接続部５３を介して検知電極５１と電気的に接続されている。さらに、導通部５４は、パッキン１０１（図１参照）を介して、主体金具２１とも電気的に接続されている（図１参照）。すなわち、検知電極５１は、リード部５２、接続部５３、導通部５４、及びパッキン１０１を介し、主体金具２１と導通している。なお、上述した導通部５４の形成間隔（中心角度）や形成数は一例であって、上述の間隔や数に限定されない。

次に、検知電極５１、リード部５２、接続部５３、及び導通部５４の形成方法の概略について説明する。検出素子１の製造過程においては、固体電解質体１０が形成された後、印刷法により固体電解質体１０の表面に導通部５４を形成する印刷処理が行われ、次に、メッキ法により検知電極５１、リード部５２、及び接続部５３を形成するメッキ処理が行われる。

印刷処理では、はじめに、印刷可能なペースト状の組成物が作成される。このペースト状組成物は、Ｐｔ粉末、ジルコニア粉末、及び周知のバインダを、周知の方法で攪拌・分散したあと、混練することにより作成される。そして、作成されたペースト状組成物を用いて、公知の印刷処理により、導通部５４のパターンを未焼成の固体電解質体１０上に形成する。この後、固体電解質体１０と共に焼成することにより、バインダが除去されるとともに、ペースト状組成物が固着され、導通部５４が形成される。形成される導通部５４の厚みは、１０μｍ〜３０μｍが好ましく、第一実施形態では、約２０μｍである。

導通部５４が形成されると、次にメッキ処理が行われる。メッキ処理では、まず、検出部１１の外表面全体に、Ｐｔの核を析出させる。Ｐｔ核の析出は、周知の方法によって行われる。たとえば、Ｐｔ錯塩水溶液に、先端部１１を含侵させたあと、Ｐｔ錯塩水溶液中で先端部１１を揺動させながら、Ｐｔ錯塩水溶液に水酸化硼素ナトリウムを添加することによって行われる。

そして、図４に示すように、Ｐｔの核が析出した先端部１１に、マスク８０を装着する。マスク８０は、側面にスリット８１の入った断面略Ｃ形状の筒状のものである。スリット８１が、リード部５２の形成位置と対応している。なお、マスク８０は、先端部１１の軸線方向中央部に装着する。その後、周知のメッキ浴に先端部１１を浸漬させて、先端部１１におけるマスク８０が装着されていない部分に、Ｐｔメッキを形成させる。たとえば、第一実施形態では、Ｐｔ錯塩水溶液に先端部１１を侵漬させて加熱したあと、ヒドラジン水溶液を添加して、先端部１１を約２時間揺動することにより、先端部１１の外表面に付着している核に対して、Ｐｔを析出させる。その結果、先端部１１において、装着されたマスク８０よりも先端側に形成されたＰｔメッキが検知電極５１となり、スリット８１に形成されたＰｔメッキがリード部５２（図２参照）となり、マスク８０よりも後端側に形成されたＰｔメッキが接続部５３（図２参照）となる。形成される検知電極５１、リード部５２、接続部５３の厚さは、０．８μｍ〜１．２μｍが好ましく、第一実施形態では約１μｍである。

検知電極５１、リード部５２、接続部５３、及び導通部５４が形成された検出素子１は、プロテクタ２２や包囲体４とともにハウジング２に組み付けられる。こうして、図１に示す酸素センサ１００が形成される。

以上説明した第一実施形態の酸素センサ１００によれば、検知電極５１及びリード部５２が、先端部１１の外表面全体に設けられるのではなく、先端部１１の外表面に部分的に設けられている。そのため、酸素センサ１００の性能を維持したまま、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。その上、検知電極５１及びリード部５２がメッキにより構成されているので、検知電極５１の厚みを比較的薄くでき、これにおいても、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。

また、導通部５４が鍔部１２の先端向き面１９に、印刷により形成されている。これにより、導通部５４を検知電極５１やリード部５２の厚みよりも厚く形成できるため、検出素子１を主体金具２１に組付ける際に、パッキン１０１によって、擦り切れることも防止できる。

そして、印刷により導通部５４が鍔部１２の固体電解質体１０上に直接設けられている。これにより、ガスセンサ１００に外部からの振動が加わり、その振動がパッキン１０１を介して導通部５４に伝わったとしても、導通部５４が固体電解質体１０から剥離することを抑制できる。
そのうえ、導通部５４が検出素子１の先端部１１まで設けられており、先端部１１にてリード部５２と接触しているので、リード部５２と導通部５４との接触位置に、パッキン１０１からの振動が伝わらないため、これにおいても、導通部５４やリード部５２が固体電解質体１０から剥離することを抑制できる。

また、導通部５４についても、鍔部１２の先端向き面１９の全周にわたって連続的に設けられるのではなく、断続的に設けられているため、高価な貴金属の使用量をいっそう減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。

しかも、導通部５４は、先端向き面１９において、中心角度１２０度間隔で３本設けられている。そのため、たとえば、主体金具２１に対して、検出素子１が傾いて配置された場合や、パッキン１０１が歪んで配置された場合でも、３本の導通部５４のうちの少なくともいずれか１本は、金属製のパッキン１０１と接触する。そのため、導通部５４と主体金具２１との電気的接続の信頼性を維持できる。

なお、第一実施形態における導通部５４は、３本設けられていたが、先端向き面１９の周方向における任意の半割面に少なくとも１つ以上設けられている構成としてもよい。たとえば、導通部５４が、先端向き面１９において、中心角度１８０度間隔で２本設けられていてもよい。この構成を備える検出素子１では、検出素子１が傾いて配置された場合でも、２本の導通部５４のうちのいずれか一方はパッキン１０１と接触する。この場合にも、導通部５４と主体金具２１との電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、リード部５２の後端側に、検出素子１の周方向に環状の接続部５３が設けられ、接続部５３と３本の導通部５４とが接続されている。そのため、導通部５４と対応する３本のリード部５２を設けなくても、１本のリード部５２を設けるだけで、検知電極５１と３本の導通部５４とを電気的に接続することができる。リード部５２の本数を減らすことにより、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。
また、接続部５３をリード部５２の後端側にメッキにより形成しているため、接続部５３の厚みを比較的薄くすることができ、これにおいても、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。
なお、第一実施形態の酸素センサ１００では、接続部５３をリード部５２の後端側に設けたが、導通部５４の先端側に接続部５３を設けてもよい。

しかも、接続部５３は、先端部１１の後端側に設けられているため、１本のリード部５２の軸線方向における長さは長くなるものの、３本の導通部５４の長さを短くすることができる。よって、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサ１００の製造コストを低く抑えることができる。

また、先端部１１を覆うように、電極保護層１８が設けられている。そのため、先端部１１に設けられた検知電極５１、及びリード部５２だけでなく、接続部５３と導通部５４との接触位置を電極保護層１８にて覆うことができ、外部からの衝撃等が加わっても、接続部５３と導通部５４との接触位置に影響を与えない。また、検知電極５１、接続部５３及びリード部５２が排気ガスの熱等により昇華することを防止できる。よって、検知電極５１と主体金具２１とが断線することを防止できる。

また、検出素子１には、検知電極５１よりも幅が短く、且つ検知電極５１から検出素子１の後端側に向かって延びるリード部５２を備えているので、リード部５２を配置せずに検知電極５１のみを形成する場合に比べて、高価な貴金属の使用量を減少させて、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。

また、導通部５４には、固体電解質体１０の主成分が含まれているので、固体電解質体１０との密着性がさらに高められ、ガスセンサ１に外部からの振動が加わり、その振動がパッキン１０１を介して導通部５４に伝わったとしても導通部５４が固体電解質体１０から剥離することをさらに抑制できる。

なお、第一実施形態における酸素センサ１００が、本発明における「ガスセンサ」に相当する。

次に、本発明の第二実施形態の酸素センサについて説明する。第二実施形態の酸素センサでは、検出素子２０１の構成が第一実施形態とは異なる。以下、第一実施形態とは異なる検出素子２０１について、図５及び図６を参照して重点的に説明し、第一実施形態と同一部分については、説明を省略する。第二実施形態の検出素子２０１には、第一実施形態のリード部５１の後端側に形成された接続部５３が形成されていない。また、第二実施形態の検出素子２０１に形成される導通部２５４の形状が、第一実施形態の検出素子１に形成された導通部５４とは異なる。

検出素子２０１は、固体電解質体２１０と、固体電解質体２１０の外表面に形成された検知電極２５１、リード部２５２、及び導通部２５４と、基体２１０の内表面に形成された基準電極（図示省略）とからなる。固体電解質体２１０の形状及び材質は、第一実施形態の固体電解質体１０と同様であるため説明を省略する。また、検知電極２５１、及び基準電極の形状、材質、形成位置についても、第一実施形態の検知電極５１、及び基準電極と同様であるため説明を省略する。

図５及び図６に示すように、固体電解質体２１０の備える鍔部２１２の先端向き面２１９の全面には、導通部２５４が連続的に設けられている。この導通部２５４は、先端部２１１の後端側まで延びている。なお、先端部２１１に設けられる導通部２５４の幅は、鍔部２１２の先端向き面２１９に設けられる導通部の幅（テーパ面に沿った長さ）よりも長いことが、リード部２５２と導通部２５４との電気的接続の信頼性を向上させる観点から好ましい。

リード部２５２は、第一実施形態のリード部５２と同様に、検出電極２５１から先端部２１１の後端側の縁端まで延びている。これにより、先端部２１１の後端側において、リード部２５２と導通部２５４とが接触する構成となっている。導通部２５４は、リード部２５２を介して検知電極２５１に電気的に接続されているとともに、パッキン１０１（図１参照）を介して、主体金具２１（図１参照）に電気的に接続されている。すなわち、検知電極２５１は、リード部２５２、導通部２５４、及びパッキン１０１を介し、主体金具２１と導通している。

導通部２５４は、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金のペースト状組成物を、鍔部２１２の先端向き面２１９の全面、及び先端部２１１の後端側の全周にわたって印刷した後、固体電解質体２１０とともに焼成することにより形成されている。形成される導通部２５４の厚みは、第二実施形態では約２０μｍである。導通部２５４の形成後、検知電極２５１及びリード部２５２が、第一実施形態と同様の方法で、メッキ法により形成される。こうして、第二実施形態における検出素子２０１が形成される。

検知電極２５１、リード部２５２、及び導通部２５４が形成された検出素子２０１は、先端部２１１に電極保護層２１８を設けた後、プロテクタ２２や包囲体４とともにハウジング２に組み付けられる（図１参照）。こうして、第二実施形態の酸素センサが形成される。

以上説明した第二実施形態の酸素センサによれば、導通部２５４が、鍔部２１２の先端向き面２１９の全面に設けられている。従って、検出素子２０１が主体金具２１に対して軸線方向と傾いて配置された場合でも、先端向き面２１９は、主体金具２１と直接的に、もしくはパッキン１０１を介して接触する。よって、導通部２５４と主体金具２１との電気的な接続の信頼性をいっそう向上させることができる。

次に、本発明の第三実施形態の酸素センサについて説明する。第三実施形態の酸素センサでは、検出素子４０１の構成が第一実施形態とは異なる。以下、第一実施形態とは異なる検出素子４０１について、図７及び図８を参照して重点的に説明し、第一実施形態と同一部分については、説明を省略する。

第三実施形態の検出素子４０１には、第一実施形態の検出素子１に形成された接続部５３が形成されていない。また、リード部４５２及び導通部４５４の形状が、第一実施形態のリード部５２及び導通部５４とは異なる。

検出素子４０１は、固体電解質体４１０と、固体電解質体４１０の外表面に形成された検知電極４５１、リード部４５２、及び導通部４５４と、固体電解質体４１０の内表面に形成された基準電極（図示省略）とからなる。固体電解質体４１０の形状及び材質は、第一実施形態の固体電解質体１０と同様であるため説明を省略する。また、検知電極４５１及び基準電極の形状、材質、形成位置についても、第一実施形態の検知電極５１及び基準電極と同様であるため説明を省略する。

固体電解質体４１０上には、検知電極４５１から帯状に形成された２本のリード部４５２が後端側に向かって軸線方向に延びている。このリード部４５２は、図８に示すように、固体電解質体４１０を挟んで互いに反対側に設けられている。リード部４５２の周方向における幅は特に限定されないが、第三実施形態では、それぞれ約１．５ｍｍ程度である。

また、固体電解質体４１０には、先端部４１１の後端側から鍔部４１２の先端向き面４１９まで延びる帯状の導通部４５４が２つ設けられている。図７に示すように、導通部４５４の先端部と、リード部４５２の後端部とは先端部４１１にて接触している。また、図８に示すように、２本の導通部４５４は、鍔部４１２の先端向き面４１９において、中心角度１８０度の間隔で設けられている。導通部４５４の幅は、特に限定されないが、第三実施形態では、約１．７ｍｍ程度である。この導通部４５４は、リード部４５２を介して検知電極４５１に電気的に接続されているとともに、パッキン１０１（図１参照）を介して、主体金具２１に電気的に接続されている。

導通部４５４は、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金のペースト状組成物を固体電解質体２１０に印刷した後、固体電解質体２１０とともに焼成することにより形成されている。導通部４５４が印刷法により形成されたあと、検知電極４５１及びリード部４５２が、公知のメッキ法により形成される。

以上説明した第三実施形態の酸素センサによれば、検出素子４０１において、リード部４５２が２本設けられている。従って、いずれかのリード部４５２が電気的に切断された場合にも、検知電極４５１と主体金具２１との電気的接続が維持される。従って、検知電極４５１と主体金具２１の電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、検出素子４０１は、検出素子４０１を、軸線Ｏを通る任意の平面で半分割し、分割されたそれぞれの検出素子４０１を見た際に、いずれの検出素子４０１が備える半周面にも、リード部４５２が設けられている構成となっている。酸素センサを排気経路Ｈに取り付けた場合、先端部４１１は、排気経路Ｈ内を一方向に流れる排気ガスに晒される。この時、先端部４１１において、排気ガス上流側の半周面のみが常に排気ガスに晒され、下流側の半周面は、排気ガスに晒されることがない。このとき、第三実施形態におけるリード部４５２のうちの一方は、排気ガスに晒されることがない半周面に形成されていることとなる。よって、リード部４５２の一方は、排気ガスにより被毒することがない。

よって、酸素センサが排気経路Ｈに取り付けられた状態で、検出素子４０１のいずれの半周面が排気ガス上流側になるかを一義的に決定できない場合でも、一方のリード部４５２の排気ガスによる被毒は確実に防止できる。よって、リード部４５２の被毒による導通性の低下を防止して、検知電極４５１と導通部４５４とを、確実に電気的に接続することができる。

また、接続部を設けていないために、白金の使用量を減少させて、酸素センサの製造コストを低く抑えることができる。なお、第三実施形態で説明した検出素子４０１に、接続部を設ける構造としても良い。この場合には、白金の使用量は多くなるものの、一方のリード部４５２が断線しても、両方の導通部４５４と検知電極４５１との導通状態を維持できるので、電気的接続の信頼性を一層向上させることができる。よって、検知電極４５１と主体金具２１との電気的接続の信頼性を一層向上させることができる。

尚、上記実施形態に示される構成は例示であり、各種の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上述の実施形態では、検出素子に設けられるリード部は１本または２本であったが、それ以上でもよい。また、上述の実施形態では、電極保護層１８が検出素子の先端部１１全体を覆っていたが、先端部１１全体を覆っているものに限定されず、検知電極５１、２５１、４５１、リード部５２、２５２、４５２、接続部５３、導通部５４、２５４、４５４を少なくとも覆うように形成されていれば良い。

また、上述した酸素センサ１００においては、固体電解質体１０の外表面において、導通部５４とリード部５２とは、同一の直線上に形成されていたが、導通部５４とリード部５２とは電気的に接続されていればよい。

また、検知電極５１は、使用時に実質的に排気ガスと接触する部分に形成されていればよく、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した酸素センサ１００においては、検知電極５１が先端部１１の先端側の外表面全周にわたって設けられていたが、先端部１１の外表面に部分的に設けられていても良い。さらには、リード部５２と検知電極５１とが同幅に形成され、検出素子１の軸線方向に延びているものであっても良い。

また、上述の実施形態では、検知電極５１は、先端部１１の先端を覆っていたが、先端部１１の先端を覆っているものに限定されない。さらに、接続部５３が先端部１１の後端に形成される構成について説明したが、接続部５３は先端部１１の後端に形成されるものに限定されず、たとえば先端部１１の中間に設けられていても良い。上記構成を説明する具体的な変形例として、図９及び図１０を参照して説明する。

変形例の検出素子６０１は、固体電解質体６１０と、固体電解質体６１０の表面に形成された検知電極６５１、リード部６５２、接続部６５３、導通部６５４、及び基準電極（図示省略）とからなる。固体電解質体６１０の形状及び材質は、第一実施形態の固体電解質体１０と同様であるため説明を省略する。

図９に示すように、検知電極６５１は、先端部６１１の先端を除いた部分に、全周にわたって帯状に形成されている。変形例では、検知電極６５１の先端と固体電解質体６１０の先端との軸線Ｏ方向における距離は約２ｍｍである。また、検知電極６５１の先端と後端との間の軸線Ｏ方向における距離は、約５ｍｍである。なお、上述の値は、酸素センサの使用条件によって最適値が変更されるものであり、上述の値に限定されるものではない。

検知電極６５１からは、帯状に形成された１本のリード部６５２が、後端側に向かって軸線方向に延びている。リード部６５２の周方向における幅は特に限定されないが、変形例では、約１．５ｍｍ程度である。リード部６５２は、軸線Ｏ方向に約５ｍｍの長さを有している。すなわち、リード部６５２の後端は、先端部６１１の中間に位置している。

図９に示すように、固体電解質体６１０には、リード部６５２の後端が形成された先端部６１１の中間の位置から、固体電解質体６１０の周方向に沿って延びる環状の接続部６５３が設けられている。接続部６５３の幅（軸線Ｏ方向における長さ）は特に限定されないが、変形例では、約１．５ｍｍ程度である。

図１０に示すように、鍔部６１２の先端向き面６１９には、導通部６５４が、中心角度１２０度の間隔で、放射状に３本設けられている。３本の導通部６５４はそれぞれ、先端向き面６１９のから軸線方向に沿って延び、先端向き面６１９の先端側の縁端をまたいで、先端部６１１の中間に達している。そして、各導通部６５４は、それぞれ、先端部６１１に設けられた接続部６５３にそれぞれ電気的に接続されている。この導通部６５４は、リード部６５２及び接続部６５３を介して検知電極６５１と電気的に接続されている。さらに、導通部６５４は、パッキン１０１（図１参照）を介して、主体金具２１とも電気的に接続されている（図１参照）。すなわち、検知電極６５１は、リード部６５２、接続部６５３、導通部６５４、及びパッキン１０１を介し、主体金具２１と導通している。さらに、検出素子６０１の外表面には、先端部６１１の全体を覆うように、電極保護層６１８が設けられている。

以上説明した変形例の酸素センサによっても、検知電極６５１は、使用時に実質的に排気ガスと接触する部分に形成されている。従って、上述した実施形態と同様に、酸素センサとしての機能は損なわれない。

また、別の変形例として、例えば、図１１、図１２に示す検出素子５０１のように、３本のリード部５５２と３本の導通部５５４とが、先端部５１１の中間で重なる構成としても良い。この変形例では、図に示すように、先端部５１１を覆う電極保護層５１８の後端部が、リード部５２２と導通部５５４との接触位置を覆いつつ、先端部５１１の中間に位置している。

１ 検出素子
２ ハウジング
１１ 先端部部
１２ 鍔部
１８ 電極保護層
１９ 先端向き面
５１ 検知電極
５２ リード部
５３ 接続部
５４ 導通部
５５ 基準電極
１００ 酸素センサ

Claims (8)

1. 軸線方向に延びると共に、先端が閉じられた有底筒状をなす固体電解質体を備え、径方向外側に突出する鍔部を有する検出素子と、
   前記鍔部に形成された先端向き面と直接的または間接的に接触して、前記検出素子を自身の内部に保持する金属製のハウジングと、
   を有するガスセンサにおいて、
   前記検出素子は、
   前記鍔部の先端側に隣接した先端部の外表面に部分的に、且つ前記鍔部に届かないように設けられ、メッキにより構成された検知電極部と、
   前記検知電極部と前記ハウジングとを電気的に接続し、前記鍔部の前記先端向き面に、全周にわたって連続的または周方向にわたって断続的に設けられ、印刷により前記固体電解質体上に直接形成された導通部と、
   を備え、
   前記導通部は、前記先端部まで設けられると共に、前記先端部にて前記検知電極部と接触していることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記導通部は、前記先端向き面に周方向にわたって断続的に設けられており、且つ前記検出素子の軸線を通る任意の平面で前記検出素子を半分に分割した場合の、分割されたそれぞれの検出素子に形成される前記先端向き面に、少なくとも１つ以上の前記導通部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記導通部は、前記先端向き面に全周にわたって連続的に設けられている請求項１に記載のガスセンサ。
4. 前記検出素子の前記先端部には、少なくとも前記検知電極部、及び前記検出素子の前記先端部に設けられた前記導通部の一部を覆う電極保護層が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ。
5. 前記検知電極部は、前記先端部の外表面の一部に、前記鍔部とは間隙をおいて設けられた検知電極と、
   前記検出素子の周方向における幅が前記検知電極よりも短く、前記検知電極から前記検出素子の後端側に向かって延びるリード部と、
   を備える請求項１乃至４のいずれかに記載のガスセンサ。
6. 前記リード部は、複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ。
7. 前記リード部は、前記検出素子の軸線を通る任意の平面で前記検出素子を半分に分割した場合の、分割されたそれぞれの検出素子に形成される前記先端部に、少なくとも１つ以上設けられたことを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
8. 前記導通部には、前記固体電解質体の主成分が含まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のガスセンサ。